Ing. Civil

 
Los canales se pueden clasificar según el uso final que tengan: canales para agua potable, riego, drenaje, energía hidroeléctrica, etc.
Los canales tienen la finalidad de conducir los caudales de captación desde la obra de toma hasta el lugar de carga o distribución, de acuerdo a la naturaleza del proyecto y en condiciones que permitan transportar los volúmenes necesarios para cubrir lademanda.
En general, el canal de aducción en una cuenca de montaña, es la obra que requiere las mayores inversiones comparando con las demás obras civiles de un sistema hidráulico, ya que debido a su longitud y condiciones topográficas, los volúmenes de excavación, materiales de construcción, etc. superan en general al resto de obras civiles (obra de toma, cámara de carga o tanque de almacenamiento).En muchos casos el costo de inversión del canal será fundamental para establecer la viabilidad de un proyecto.
 
1. Sección efectiva de un canal:
Un canal puede adoptar diferentes formas desde trapezoidal hasta rectangular (pasando por formas poligonales, parabólicas, semicirculares, etc.).
Los canales en zonas de montaña se construyen generalmente de formas trapezoidales y rectangulares, losprimeros en suelos con menor estabilidad relativa y los segundos en suelos con mayor estabilidad relativa o en suelos rocosos.
Un canal trapezoidal es caracterizado por la siguiente relación hidráulica:

Donde:
b = Ancho de la solera
h = tirante
m = inclinación del talud, m = a/h
 

Figura 1.1
Se recomienda  mantener el valor de ß entre 2.2 a 5, lo cual permite incremento de losvolúmenes de excavación entre 2 a 3 %, en comparación a una sección hidráulicamente económica.
 
2. Diseño hidráulico de un canal:
Para el diseño de un canal se presume que el escurrimiento se desarrollará en condiciones de flujo uniforme. El flujo no uniforme se presentará en situaciones de cambios en la pendiente, rugosidad, dimensiones de la sección, embalsamientos, caídas o por cambios inducidos porla operación de órganos de operación o seguridad.
La velocidad media de flujo en un canal se determina por medio de la fórmula desarrollada por Chezy:

 
Aplicando la ley de continuidad, se obtiene la capacidad de conducción:

Donde:
v Velocidad media de flujo en m/s
C Coeficiente de Chezy
R Radio hidráulico en m
I Pendiente hidráulica
Q Caudal en m3/s
A Area efectiva en m2
El caudalQ manifiesta la capacidad de conducción, la pendiente hidráulica del canal que será función de las condiciones topográficas podrá estar asociada al mismo tiempo a las velocidades límites; éstas se establecerán con base en las características del material que conforme el perímetro mojado y tomará en cuenta la probabilidad de erosión y sedimentación.
Según Manning-Strickler, el coeficiente deChezi adquiere la siguiente forma:

donde: Ks coeficiente de fricción de Manning-Strickler
R Radio hidráulico en m
 
Por lo que la capacidad de conducción del canal se podrá expresar por medio de la fórmula siguiente:

El coeficiente de fricción de Manning-Strickler dependerá del tipo de material que conforma el perímetro mojado, del caudal y de las características morfológicas del canal. Lainfluencia de la rugosidad será mayor para caudales menores, reduciéndose en función de su incremento. Por otra parte, la configuración en planta también tendrá efectos sobre la rugosidad, siendo mayor para trayectorias con numerosos curvas y cambios de sección, sin embargo esta influencia en la práctica solo es posible determinar mediante mediciones en canales ya construidos.
Para el diseño sedeberá adoptar valores de Ks mediante una asociación entre los materiales que se utilizarán para conformar el perímetro mojado y los valores obtenidos de mediciones in situ y en laboratorio para materiales similares. En la tabla 2.1 se muestra algunos valores que pueden servir de referencia.
 
 
 
Tabla 1.1 - Valores de ks según Press-Bretchneider
MATERIAL | CLASE, FORMA, ESTADO | Ks en m1/3...