Canales

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4. NOCIONES DE HIDRÁULICA DE CANALES

4.1. ASPECTOS GENERALES

El flujo de agua en un conducto puede ser a superficie libre (canales a cielo abierto y túneles) o a presión. Ambos tipos de flujo difieren en un aspecto en particular, el flujo en canales presenta una superficie expuesta a la presión atmosférica, mientras que el flujo en conductos a presión no la tiene, debido a que el agua ocupatotalmente la sección con una presión diferente a la atmosférica. En realidad la superficie libre se debe considerar como una intercara entre dos fluidos, el superior un gas usualmente estacionario y el inferior un líquido en movimiento.

Las condiciones físicas de los canales abiertos varían mucho más que las de las tuberías, en éstas la sección transversal del flujo esta completamentedeterminada por la geometría del conducto (generalmente de sección circular); mientras que en un canal, ésta puede ser de cualquier forma, desde circular hasta las formas irregulares de los ríos naturales.

El flujo en un conducto cerrado no es necesariamente a presión, debe ser clasificado como flujo en canal abierto si tiene una superficie libre, las alcantarillas, por ejemplo, son conductos cerradosque se diseñan generalmente como conductos a superficie libre.

De acuerdo a su origen un canal puede ser natural o artificial. Los canales naturales incluyen todos los cursos de agua que existen en el planeta, variando en tamaño desde pequeños riachuelos, corrientes, ríos (grandes y pequeños) hasta estuarios de mareas. Las corrientes subterráneas con una superficie libre también se considerancomo canales abiertos naturales.

Un estudio completo del comportamiento del flujo en un canal natural requiere conocimiento en otras áreas como hidrología, geomorfología, transportación de sedimentos, etc., constituye de hecho una especialidad única, conocida como Hidráulica Fluvial.

Los canales artificiales son aquellos construidos o desarrollados por el esfuerzo humano: canales denavegación, canales de irrigación, canales de drenaje, drenaje en carreteras, obras de excedencia, así como los modelos que se construyen en el laboratorio para propósitos de experimentación. Las propiedades hidráulicas de este tipo de canales pueden ser tanto controladas hacia el punto deseado como diseñados para cumplir ciertos requerimientos específicos.

4.2 ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE LA SECCIÓN DE UNCANAL

Un canal construido con una sección transversal y pendiente de plantilla constantes se denomina canal prismático, de otra manera el canal será no prismático. El término sección de canal se refiere a la sección transversal de un canal tomada como normal a la dirección del flujo, las secciones de los canales naturales son generalmente muy irregulares variando desde una parábola aproximadahasta un trapecio, para las corrientes sujetas a frecuentes inundaciones, el canal puede consistir de una sección principal que lleva las descargas normales y una o más secciones laterales que se encargan de los sobre flujos.

Los canales artificiales son usualmente diseñados con secciones de geometría regular, en la figura 1.2 se muestran algunas de las formas geométricas que puede adoptar lasección de un canal.

La forma trapezoidal es el diseño más común para canales de tierra debido a sus pendientes laterales que le proporcionan estabilidad, las secciones rectangular y triangular son casos especiales de la sección trapecial. Como la sección rectangular tiene lados verticales es comúnmente usada para canales construidos con materiales estables como mampostería, rocas, metal, omadera. Las secciones triangulares son solamente usadas para pequeños diques, drenaje carretero y trabajos de laboratorio, el circular es la sección popular para alcantarillas de pequeño y mediano tamaño, mientras que la sección en herradura se utiliza en conductos en túnel.

Los elementos geométricos son las propiedades de una sección de canal que pueden ser definidos enteramente por la geometría...
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