Mini-Curso de Diseño de Canales Con Régimen Uniforme-Parte II: Consideraciones Generales

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Mini-Curso de Diseño de Canales Con Régimen Uniforme-Parte II: Consideraciones Generales

El problema, como ya se ha referido en la Primera Parte de este Mini-curso, estará en establecer las dimensiones de la sección transversal del canal, lo cual encontraremos es un problema indeterminado, dado que sólo se cuenta con una ecuación (la de Manning) y, al menos, dos incógnitas: la altura de agua y el ancho del canal (o también: el área mojada y el Radio hidráulico).

Por esta razón es que será necesario introducir ciertas condiciones, basadas principalmente en recomendaciones teórico-prácticas, así como económicas, que permitan lograr una solución adecuada al problema de la conducción de agua, según veremos a continuación.

¿Canal Con o Sin Revestimiento?

La selección de si el canal estará revestido o no, debería pasar por considerar aspectos tales como los resumidos a continuación:

Canales Revestidos

Canales No Revestidos

Requieren de Mayor Inversión Inicial Menores Costos de Construcción Inicial
Requieren de Poco mantenimiento (bajo costo) Requieren de Mantenimiento frecuente el cual es generalmente de costo elevado, por pérdida de taludes o socavación.
Menores secciones transversales (área de excavación) al ser menos rugosas sus superficies. Mayores secciones transversales, generadas no sólo por las altas rugosidades del canal sino también por la necesidad de utilizar pendientes bajas para evitar velocidades excesivas.
Disminución de Pérdidas por Infiltración (si se habla de canales para riego éste es un factor de gran importancia) Mayores pérdidas por Infiltración

 

Uno de los diseños que el Ingeniero Civil de seguro realiza con más frecuencia es el relacionado con canales que serán utilizados para la conducción de Aguas Pluviales en sectores Urbanos en cuyo caso es importante tener en cuenta lo siguiente:

  • Generalmente los caudales de diseño, en función de las altas frecuencias (períodos de retorno) a utilizar, suelen ser de grandes magnitudes (superiores a los 1.000 l/s).
  • Los canales deben ser construidos para garantizar la protección de zonas urbanas, razón por la cual deben ser resistentes a los agentes ambientales.
  • Ante la variabilidad de las Intensidades de Lluvias en el Tiempo, estarán sometidos eventualmente a situaciones extremas, que podrán poner en riesgo su integridad.

De lo anterior, la decisión conduce, casi invariablemente, el utilizar canales revestidos para la conducción de las Aguas de lluvia.

En todo caso, cuando las condiciones del diseño establezcan la posibilidad de utilizar ambos tipos de canales (con y sin revestimiento), la escogencia de la opción definitiva deberá incluir el análisis y comparación, a valor presente, de costos de construcción, operación y mantenimiento de cada opción.

Sección de Máxima Eficiencia Hidráulica

Uno de los aspectos de la hidráulica de mayor relevancia en el diseño de canales es el relativo a la definición de la sección de Máxima Eficiencia Hidráulica.

En términos simples, la sección de Máxima Eficiencia Hidráulica es aquella para la cual se obtiene un área mojada mínima para transportar determinado caudal, con rugosidad, pendiente y forma geométrica especificada.

De esta forma tendremos que, de lograrse el diseño con la Sección de Máxima Eficiencia, se podrían minimizar las áreas y volúmenes de excavación así como las cantidades de obra relacionadas con la construcción del revestimiento (menor perímetro mojado).

De acuerdo a la geometría de la sección transversal del canal se presentan, en la siguiente tabla, las propiedades de las secciones de máxima eficiencia hidráulica:

Parametros-de-Maxima-Eficiencia-En-Canales

Consideraciones Relativas al Trazado en Planta y Perfil.

El trazado planialtimétrico del canal debe obedecer a criterios de radios mínimos de curvatura y pendientes mínimas y máximas (esto último, especialmente en Canales no revestidos). Es muy similar, como hemos referido, al diseño geométrico de carreteras, con una única diferencia: la pendiente siempre es descendente o negativa (pues el flujo se mueve por gravedad).

En lo posible, el trazado horizontal del canal deberá ser tal que garantice que su pendiente longitudinal sea paralela a la del terreno, lo cual se logrará en terrenos de Topografía muy uniforme. Si éste es el caso, y especialmente en el caso de canales revestidos, la recomendación es que se utilice el criterio de la Sección de Máxima Eficiencia, pues es la que por lo general resulta como la más económica en este tipo de topografía: menor excavación y menor recubrimiento:

Seccion-de-Maxima-Eficiencia

Cuando la topografía es muy irregular, de seguro aparecerán profundidades para la rasante del canal que estarán asociadas a sobre-excavaciones que son indeseables en todo caso. En estas condiciones ya el criterio de máxima eficiencia hidráulica no estará asociado a la economía, siendo entonces recomendable utilizar secciones en las que el ancho de la base es menor que el correspondiente a la sección de máxima eficiencia. De esta forma, al prevalecer una sección más angosta, el volumen de sobre-excavación se verá reducido. En la siguiente figura se esquematiza lo aquí referido (clic para agrandar):

Comparacion-Excavacion-En-Canales

De esta forma, antes de iniciar el proceso de diseño es conveniente que hayamos considerado estos aspectos, especialmente en lo que respecta a si utilizaremos canales revestidos o no pues generalmente los primeros suelen requerir de una inversión inicial elevada, pero a mediano y largo plazo el costo de mantenimiento justifica su selección.

Ya en la próxima parte de este Mini-Curso de Diseño de Canales entraremos en el cálculo hidráulico, determinando alturas de agua para determinado caudal de diseño así como la velocidad del flujo.

Hidráulica de los Canales Abiertos. Ven Te Chow. Editorial Diana, México, Septiembre 1.990.
  1. Shirley
    Shirley09-29-2012

    Hola, he leído la información y me ha servido de mucho, la información es concreta lo cual es dinámica la lectura, por lo que me gustaría darle seguimiento a esta información ya que lo estoy viendo en la escuela.
    Me interesa la proximo parte del curso, como podría saber cuando ya estará?

    Gracias

    • EditorIngCivil
      EditorIngCivil09-29-2012

      Hola Shirley

      Todas las partes del mini curso están ya publicadas y puedes acceder a ellas (son 5 partes) desde el menú principal del sitio: Artículos y Tutoriales>>Mini- Cursos>>Diseño de Canales

      Saludos

  2. josé Fajardo
    josé Fajardo08-25-2014

    Excelente explicación gracias muchas gracias

  3. EDWIN
    EDWIN11-26-2015

    excelente los mini-cursos, es de gran ayuda.

  4. JESUS MELENDEZ
    JESUS MELENDEZ05-01-2016

    Muy interesante los tutoriales, me han permitido refrescar conocimientos perdidos. Gracias.