Canales


Canales (Conductos Libres)

Son aquellos en los cuales el líquido no fluye totalmente confinado por las paredes de las estructuras que los transportan, exponiendo por lo tanto, una superficie libre a la presión atmosférica. El movimiento del agua en tales circunstancias no lo determinan las cargas hidrostáticas externas, sino la pendiente de la superficie del líquido. Estos conductos puedenser abiertos o cerrados, siempre que no actúen sometidos a presión alguna.
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 encondiciones que permitan transportar los volúmenes necesarios para cubrir la demanda.
Construcción destinada al transporte de fluidos, generalmente utilizada para agua, y que, a diferencia de las tuberías, es abierta a la atmósfera. También se utilizan como vías artificiales de navegación. La descripción del comportamiento hidráulico de los canales es una parte fundamental de la hidráulica
En general, elcanal 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 elcosto de inversión del canal será fundamental para establecer la viabilidad de un proyecto.



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, los primeros en sueloscon 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
 


Se recomienda mantener el valor de ß entre 2.2 a 5, lo cual permite incremento de los volúmenes de excavación entre 2 a 3 %,en comparación a una sección hidráulicamente económica.

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 por la operación de órganos deoperación 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:

Dónde:
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: Área efectiva en m2
El caudal Q manifiesta la capacidad deconducción, 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 de Chezy adquiere la siguiente forma:Dónde:
Ks: coeficiente de fricción de Manning-Strickler
R: Radio hidráulico en m
I: inclinación
 
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. La...