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CANALES NO EROSIONABLES Canales revestidos o no erosionables, pueden resistir la erosión de manera satisfactoria y consecuente a ello se consideran como no erosionables. Los canales artificiales no revestidos por lo general son erosionables, excepto aquellos excavados en cimentaciones firmes como un lecho en roca. Los factores que se consideran en el diseño son: la clase del material que conforman el cuerpo del canal, y con ello su rugosidad, la velocidad mínima permisible, para evitar la desopilación si el agua mueve limos o basura, ; la pendiente del fondo del canal y las pendientes laterales, el borde libre entre otras consideraciones que se tratarán más adelante. Primordialmente se lo construye un canal no erosionable por:     

Permitir el transporte de agua a altas velocidades a través de terreno con excavaciones profundas o difíciles, en forma económica. Permitir el transporte de agua a alta velocidad con un costo reducido de construcción. Disminuir la infiltración, conservando el agua y reduciendo la sobrecarga en los terrenos adyacentes al canal. Reducir el costo de operación y mantenimiento. Garantiza la estabilidad de la sección transversal del canal.

DISEÑO DEL CANAL Material y revestimiento: su uso está en función de la disponibilidad, costo y propósito del canal entre ellos se encuentran, concreto, mampostería, acero, hierro fundid, madera, vidrio plástico; el propósito del revestimiento de un canal artificial puede ser el de evitar perdidas de agua por infiltración, se debe tener en cuenta a su vez que el movimiento y la velocidad del flujo del agua puede rápidamente mover los bloques o placas donde se encuentre el revestimiento y empujarlos por fuera de su posición, todas estas condiciones se deben tener en cuenta en el diseño del mismo. Velocidad mínima permisible: es la menor velocidad que no permite el inicio de la sedimentación y no favorece el crecimiento de la vegetación, en general puede adoptarse una velocidad media 2.76 𝑝𝑖𝑒𝑠/ 𝑚 𝑠 ( 0.76 ), cuando el porcentaje de limos presente en el canal es pequeño. 𝑆

Pendientes del canal: Las pendientes del fondo del canal se eligen en función de la topografía y altura requerida de carga de agua, para propósitos de distribución de agua como la irrigación, abastecimiento de agua, minería hidráulica y proyectos hidroeléctricos requieren un alto nivel en su punto de entrega es por ellos que es conveniente utilizar pendientes pequeñas. Para las pendientes laterales se eligen en función del material como es observable en la tabla a continuación, método constructivo, condición de perdidas de infiltración y tamaño de canal.

Borde libre: se refiere a la distancia vertical desde la parte superior del canal hasta la superficie del agua, cuando el canal trabaja en condiciones de diseño en flujo normal, su principal objetivo es evitar el derrame sobre el revestimiento o canal por fluctuaciones en la superficie causadas por: oleaje del viento, mareas, saltos hidráulicos, sobreelevación del agua por presencia de curvas a alta velocidad, presencia de tirantes mayores a los proyectados en el diseño, por sedimentación o aumento de la fricción.

El borde libre se calcula entonces con la siguiente ecuación: 𝐹 = √𝐶𝑦 𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒 𝐹 = 𝑏𝑜𝑟𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 (𝑚), 𝑦 = 𝑡𝑖𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 (𝑚), 𝐶 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑒 0.57

𝑚3 𝑠

𝑎 85

𝑚3 𝑠

Para canales o laterales de riego revestidos, la altura del revestimiento por encima de la superficie de agua dependerá de cierto numero de factores: tamaño del canal, velocidad del agua, curvatura del alineamiento, condiciones del caudal de entrada de aguas lluvias o aguas de drenaje entre otros, por eso se a diseñada una gráfica que ejemplifica la relación de altura con capacidad del canal como se detalla a continuación:

Sección hidráulica óptima: una sección con el factor de 𝐴𝑅ℎ 2/3 máximo para un área 𝐴 se denomina sección hidráulica optima, a su vez, es aquella con el mínimo perímetro mojado, no necesariamente es la más económica, por lo que es necesario analizar todas las condiciones explicitas. Los elementos geométricos para 6 secciones hidráulicas optimas se muestran en la siguiente tabla, no siempre estas secciones son prácticas, debido a las dificultades en la construcción y el uso del material, este concepto solo es aplicable para el diseño de canales no erosionables, para canales erosionables se debe utilizarse el principio de fuerza tractiva.

METODO PARA EL CALCULO DE LAS DIMENSIONES DE LA SECCIÓN EN CANALES NO ERODABLES 1.

Recolectar toda la información necesaria para estimar 𝑛 y seleccionar 𝑆.

2.

Calcular el factor de la sección 𝐴𝑅ℎ 2/3 mediante la ecuación: 𝐴𝑅ℎ 2/3 =

𝑛𝑄 1.49 √𝑆

3.

Sustituir las expresiones para 𝐴 𝑦 𝑅 obtenidas por tablas y resolver para la profundidad, las dimensiones finales se escogen con base en la eficiencia hidráulica y aspectos constructivos, estos cálculos se pueden simplificar haciendo uso de la siguiente gráfica:

4.

Si directamente se requiere la sección hidráulica optima, es necesario calcularla con la anterior ecuación teniendo en cuenta que puede modificarse por aspectos de factibilidad constructiva. Verificar la velocidad mínima permisible si el agua se mueve con sedimentos. Añadir el borde libre apropiado a la profundidad de la sección del canal.

5. 6.

Para ejemplificar la metodología presentada anteriormente se resuelve en forma de ejemplo un canal trapezoidal, como se presenta a continuación:

( Tomado de Hidráulica de canales abiertos, Ven Te Chow)