Hidraulica

CANALES
DEFINICIONES Y PRINCIPIOS BASICOS

DEFINICION:
Los canales son conductos en los que el agua circula debido a la acción de la gravedad y sin ninguna presión, pues la superficie libre del líquido está en contacto con la atmósfera.
Los canales pueden ser naturales (ríos o arroyos) o artificiales (construidos por el hombre). Dentro de estos últimos pueden incluirse aquellos conductoscerrados que trabajan parcialmente llenos (alcantarillas, tuberías).

SECCIONES TRANSVERSALES MAS FRECUENTES:
La sección transversal de un canal natural es generalmente de forma muy irregular y varía de un lugar a otro. Los canales artificiales usualmente se diseñan con formas geométricas regulares (prismáticos), las más comunes son las siguientes:

Secciones Abiertas:
• Sección trapezoidal.Se usa siempre en canales de tierra y en canales revestidos.
• Sección rectangular. Se emplea para acueductos de madera, para canales excavados en roca y para canales revestidos.
• Sección triangular. Se usa para cunetas revestidas en las carreteras, también en canales de tierra pequeños, fundamentalmente por facilidad de trazo, También se emplean revestidas, como alcantarillas de lascarreteras.
• Sección parabólica. Se emplea a veces para canales revestidos y es la forma que toman aproximadamente muchos canales naturales y canales viejos de tierra.

La figura 1.1 muestra algunas secciones transversales abiertas más frecuentes.

Figura 1.1. Secciones transversales abiertas más frecuentes.

Secciones Cerradas:
• Sección circular y Sección de herradura. Se usan comúnmente paraalcantarillas y estructuras hidráulicas importantes. La figura 1.2 muestra algunas secciones cerradas.

Figura 1.2. Secciones transversales cerradas.

ELEMENTOS GEOMETRICOS DE LA SECCION TRANSVERSAL DE UN CANAL

Nomenclatura
Los elementos de un canal se muestran en la figura 1.3.

Figura 1.3. Elementos geométricos de la sección transversal de un canal.

Donde:
y = Tirante de agua. Esla profundidad máxima del agua en el canal.
b = Ancho de solera, ancho de plantilla, o plantilla, es el ancho de la base de un canal.
T = Espejo de agua, es el ancho de la superficie libre del agua.
C = Ancho de corona.
H = Profundidad total del canal.
H-y = Bordo libre.
θ = Angulo de inclinación de las paredes laterales con la horizontal.
Z = Talud, es la relación de la proyecciónhorizontal a la vertical de la pared lateral (se llama también talud de las paredes laterales del canal). Es decir Z es el valor de la proyección horizontal cuando la vertical es 1. Figura 1.4.

Aplicando relaciones trigonométricas se tiene: Z = ctg θ.

Figura 1.4. Talud.


A = Área hidráulica, es la superficie ocupada por el liquido en una sección transversal normal cualquiera. Figura 1.5.Figura 1.5. Área Hidráulica.

p = Perímetro mojado, es la parte del contorno del conducto que está en contacto con el líquido. Figura 1.6.

Figura 1.6. Perímetro mojado.

R = Radio hidráulico, es la dimensión característica de la sección transversal, hace las funciones del diámetro en tuberías, se obtiene de la siguiente relación.

= profundidad media, es la relación entre el áreahidráulica y el espejo de agua es decir:


Relaciones geométricas de las secciones transversales mas frecuentes

A continuación se determinan las relaciones geométricas correspondientes al área hidráulica (A), perímetro mojado (p), espejo de agua (T) y radio hidráulico (R), de las secciones transversales más frecuentes.

Sección Trapezoidal.
De la figura 1.7. Se tiene:

Figura 1.7.Sección trapezoidal.









Sección Rectangular

Figura 1.8. Sección
Rectangular.

De la figura 1.8. Se obtiene





Sección Triangular
De la figura 1.9. Se obtiene:






Figura 1.9. Sección
Triangular.



Sección circular

Figura 1.10. Sección circular.

1. Cálculo del espejo de agua
De la figura 1.10. Se tiene:
(1.1)...