Según vimos en la segunda parte de este Mini-Curso de Diseño de Canales, la relación entre las dimensiones de la sección transversal del canal, cuando aplicamos el Criterio de Sección de Máxima Eficiencia Hidráulica, están predefinidas. Es decir: no será necesario, por ejemplo, “suponer” el ancho para eliminar incógnitas de la ecuación de Manning.
Veamos la aplicación del Concepto de Máxima Eficiencia con un ejemplo. Realizaremos la definición de la Geometría de un Canal Rectangular para Drenaje de Aguas Pluviales.
Utilizando el Método Racional, se determinó un caudal de diseño de 1.785 l/s.
A partir de la definición de la línea de paso del Canal sobre planos topográficos, se elaboró el perfil longitudinal del terreno a fin de establecer, de forma preliminar, la pendiente mínima en su recorrido. En la siguiente figura se aprecia el perfil propuesto, del que se extrae la pendiente del 1% como valor mínimo para el diseño.
En este caso, dada la poca longitud del canal, se ha optado por utilizar un solo tipo de sección en toda su extensión y, por lo tanto, se toma la menor pendiente para obtener la mayor sección posible para el caudal de diseño.
En canales de mayor longitud, es recomendable definir tramos en los que se realicen diseños específicos tomando en cuenta no sólo la pendiente particular de cada tramo sino también los distintos caudales que puedan existir en ellos.
Resolución
Considerando que el Diseño se realizará bajo el criterio de sección de Máxima Eficiencia la cual, para el caso de Canales rectangulares, se establece con las condiciones de Máxima Eficiencia:
Podremos eliminar incógnitas en la Ecuación de Manning, para dejar todo en función de la Altura de Agua:
De donde se obtiene Y=0,559 m, con lo que el ancho del canal deberá ser:
Se podría establecer, por criterios constructivos un ancho de Canal de 1,15 m
Así, tendríamos un canal que, ante el paso del caudal de 1.785 l/s, necesitará una sección mojada de 1,15 m de ancho y 0,559 m de altura.
En relación con los resultados obtenidos es bueno preguntarse lo siguiente
¿Es la Altura Calculada Suficiente para Contener al Caudal?
En principio se podría decir que, si no hay errores en la estimación del caudal de diseño, la altura determinada previamente (0,559 m) si será suficiente, pues es la que garantiza que no existirá desbordamiento del canal. De hecho, redondeando en los planos del diseño, la altura a 0,60 m para la sección de concreto del canal, garantizará que exista un borde libre adicional de 4 cm para posibles variaciones en la elevación del agua en él.
Ahora, la pregunta debería ser si el Borde Libre que estamos dejando es suficiente para absorber incrementos de la altura de agua ante factores como:
- Imprecisión en la determinación del caudal de diseño.
- Sobreelevación por cambios de dirección en el alineamiento horizontal del canal (en curvas, por ejemplo) o, también, por cambios de pendiente longitudinal en su recorrido (aparición de resaltos).
- Sobreelevación por deposición de sedimentos en el fondo del canal.
Hay diversos criterios para la definición del Borde Libre, la mayoría de ellos algo divergentes entre sí. En el caso de canales conduciendo caudales de cierta envergadura se puede utilizar el criterio representado por el gráfico siguiente:
En el cual, conocido el caudal transportado por el canal, se pueden obtener:
- El Borde Libre Total (Curva Superior), correspondiente a la altura libre entre el nivel máximo de aguas en el canal y la berma de éste.
- El Borde Libre hasta el revestimiento (Curva Intermedia) o altura desde el nivel máximo de aguas hasta el tope de la sección de revestimiento (normalmente los canales no se revisten hasta su parte superior, por razones de economía).
- El Borde Libre para canales sin revestimiento (Curva Inferior), en los que se conforman los taludes hasta cierta altura, definida por la suma de la altura máxima de agua y el valor obtenido con este gráfico.
Si aplicamos el criterio dado por este gráfico al canal de nuestro ejemplo, obtendríamos que sería necesario duplicar la profundidad del canal, al obtenerse un Borde Libre Total de aproximadamente 0,55 m. Lo cual, en principio, no parece justificarse, según referimos en la nota anterior.
En todo caso es un criterio que podremos considerar en nuestros diseños y, en función a él, tomar decisiones en función del tipo de canalización.
Me estoy iniciando en ingenieria sanitaria, el tutorial me ayudo mucho. Gracias