CANALES Unidad 4 Hidraulica

FLUJO EN CONDUCTOS ABIERTOS ABIERTOS

CANALES Definición: En ingeniería se denomina denomina cana a !na cons"r!cc cons"r!cción ión des"ina des"inada da a "rans#or"e de f!idos f!idos $generamen" $generamen"e e !"ii%ada !"ii%ada #ara ag!a$ ag!a$ & '!e( a diferencia de as "!)erías( "!)erías( es a)ier"a a a a"mósfera* Tam)i+ Tam)i+n n se !"ii%an como ,ías ar"ificiaes de na,egación* La descr descri# i#ci ción ón de de com# com#or" or"am amie ien" n"o o -idr. -idr.! !ic ico o de os os cana canae ess es !na !na #ar" #ar"e e f!nd f!ndam amen en"a "a de a -idr.!ica & s! dise dise/o /o #er"en #er"enec ece e a cam#o cam#o de a ingeniería -idr.!ica( -idr.!ica( !na de as es#eciaidades de a ingeniería ci,i* ci,i* C!ando !n f!ido es "rans#or"ado "rans#or"ado #or !na "!)ería "!)ería #arciamen"e #arciamen"e ena( se dice '!e c!en"a con !na cara a a a"mósfera( #or o "an"o se com#or"a como !n cana*

CLASIFICACIÓN Canaes na"!raes Se denomina cana na"!ra a as de#resiones na"!raes en a cor"e%a "erres"re( ag!nos "ienen #oca #rof!ndidad & o"ros son m.s #rof!ndos( seg0n se enc!en"ren en a mon" mon"a/a a/a o en a #an #anic icie ie** Ag!nos g!nos cana canae ess #erm #ermi"i"en en a na,eg na,egaci ación ón(( generamen"e sin necesidad de dragado* Los canaes na"!raes inf!&en "odos os "i#os de ag!a '!e e1is"en de manera na"!ra en a "ierra( o c!aes ,arían en "ama/o desde #e'!e/os arro&!eos en %onas %onas mon" mon"a/ a/os osas as -as" -as"a a '!e)r '!e)rad adas as(( arro& arro&os( os( ríos ríos #e'!e #e'!e/o /oss & grand grandes es(( & es"!arios de mareas* Las corrien"es s!)"err.neas '!e "rans#or"an ag!a con !na s!#erficie i)re "am)i+n son consideradas como canaes a)ier"os na"!raes* Las #ro#iedades -idr.!icas de !n cana na"!ra #or o genera son m!& irreg!ares* Canaes de riego 2s"os son ,ías cons"r!idas #ara cond!cir e ag!a -acia as %onas '!e re'!ieren com#emen"ar e ag!a #reci#i"ada na"!ramen"e so)re e "erreno* Canaes de na,egación Un cana cana de na, na,egac egaciión es !na !na ,ía de ag!a g!a -ec-ec-a a #or #or e -om) -om)re re '!e normamen"e conec"a agos( ríos ! oc+anos*

Eemen"os geom+"ricos de a sección de cana Los eemen"os geom+"ricos son #ro#iedades de !na sección de cana '!e #!ede ser definida en"eramen"e #or a geome"ría de a sección & a #rof!ndidad de f!3o* Es"os eemen"os son m!& im#or"an"es #ara os c.c!os de esc!rrimien"o* •

•

•

•

•

•

•

4rof!ndidad de f!3o( caado o "iran"e: a #rof!ndidad de f!3o 5-6 es a dis"ancia ,er"ica de #!n"o m.s )a3o de a sección de cana a a s!#erficie i)re*  Anc-o s!#erior: e anc-o s!#erior 5T6 es e anc-o de a sección de cana en a s!#erficie i)re*  7rea mo3ada: e .rea mo3ada 5A6 es e .rea de a sección "rans,ersa de f!3o norma a a dirección de f!3o* 4eríme"ro mo3ado: e #eríme"ro mo3ado 546 es a ongi"!d de a ínea de a in"ersección de a s!#erficie mo3ada de cana con a sección "rans,ersa norma a a dirección de f!3o* Radio -idr.!ico: e radio -idr.!ico 5R6 es a reación en"re e .rea mo3ada & e #eríme"ro mo3ado( se e1#resa como: R 8 A 9 4 4rof!ndidad -idr.!ica: a #rof!ndidad -idr.!ica 5D6 es a reación de .rea mo3ada con e anc-o s!#erior( se e1#resa como: D 8 A 9 T Fac"or de a sección: e fac"or de a sección 56( #ara c.c!os de esc!rrimien"o o f!3o crí"ico es e #rod!c"o de .rea mo3ada con a raí% c!adrada de a #rof!ndidad -idr.!ica( se e1#resa c omo:  8 A* S;RT 5D6 E fac"or de a sección( #ara c.c!os de esc!rrimien"o !niforme es e #rod!c"o de .rea mo3ada con a #o"encia <9= de radio -idr.!ico( se e1#resa como: A* R>5<9=6

FLUJO UNIFORME Es e f!3o '!e se da en !n cana rec"o( con sección & #endien"e cons"an"e( a !na dis"ancia considera)e 5
- 8 f -516 8 Cons"an"e

COEFICIENTE DE CHÉZY Se denomina coeficien"e de C-+%& a coeficien"e !"ii%ado en a fórm!a de C-+%& #ara e c.c!o de a ,eocidad de ag!a en canaes a)ier"os:

Donde: •

•

•

•

8 ,eocidad media de ag!a en m9s( '!e es f!nción de "iran"e -idr.!ico 8 radio -idr.!ico( en m( f!nción de 8 a #endien"e de a ínea de ag!a en m9m 8 coeficien"e de C-+%&*

FÓRMULA DE MANNING La fórm!a de anning  es !na e,o!ción de a fórm!a de C-+%& #ara e c.c!o de a ,eocidad de ag!a en canaes a)ier"os & "!)erías( #ro#!es"a #or e ingeniero irand+s Ro)er" anning( en :

Siendo S a #endien"e en "an"o #or  de cana* 4ara ag!nos( es !na e1#resión de denominado coeficien"e de C-+%&  !"ii%ado en a fórm!a de C-+%&(

CANAL DE MÁXIMA EFICIENCIA.  Se dice '!e !n cana es de m.1ima eficiencia c!ando #ara a misma .rea & #endien"e cond!ce e ma&or ca!da

 Son o)ras de ingeniería im#or"an"es( '!e de)en ser c!idadosamen"e #ensadas #ara no #ro,ocar da/os a am)ien"e & #ara '!e se gas"e a menor can"idad de ag!a #osi)e* Dise/o Canaes .1ima Eficiencia  Se consideran ag!nos eemen"os "o#ogr.ficos( secciones( ,eocidades #ermisi)es( en"re o"ros*  C!ando se "ra"a de "ra%ar !n cana o !n sis"ema de canaes es necesario recoec"ar a sig!ien"e información ).sica:  Fo"ografías a+reas( #ara ocai%ar os #o)ados( caseríos( .reas de c!"i,o( ,ías de com!nicación( e"c*  4anos "o#ogr.ficos & ca"as"raes*  Es"!dios geoógicos( sainidad( s!eos & dem.s información '!e #!eda con3!garse en e "ra%o de canaes* En e caso de no e1is"ir información "o#ogr.fica ).sica se #rocede a e,an"ar e reie,e de cana( #rocediendo con os sig!ien"es #asos:  Reconocimien"o de "erreno*   Ano".ndose "odos os de"aes '!e inf!&en en a de"erminación de !n e3e #ro)a)e*  Tra%o #reiminar    Se #rocede a e,an"ar a %ona con !na )rigada "o#ogr.fica*  Tra%o defini"i,o*   Se #rocede a "ra%o defini"i,o( "eniendo en c!en"a a escaa de #ano*

VERTEDERO E ,er"edero( amado "am)i+n ai,iadero( es e nom)re de !na es"r!c"!ra -idr.!ica c!&a finaidad es a de #ermi"ir '!e #ase e ag!a a os esc!rrimien"os s!#erficiaes* E ,er"edero -idr.!ico c!m#e diferen"es f!nciones en"re as '!e se enc!en"ran as '!e se des"acan( garan"i%ar '!e a es"r!c"!ra -idr.!ica ofre%ca seg!ridad( #!es im#ide '!e se ee,e e ni,e de ag!as arri)a so)re e ni,e m.1imo* Garan"i%ar '!e e ni,e de ag!a "enga #oca ,ariación en e cana de riego ag!as arri)a* Com#onerse en !na %ona de !na sección de aforo '!e "enga e río o e arro&o*

C!ando se "ra"a de !na #resa( !n ,er"edero es a %ona de a es"r!c"!ra '!e #ermi"e #oder e,ac!ar as ag!as -a)i"!amen"e o "ener e con"ro de ni,e de reser,orio de ag!a* 4or o genera son descargadas as ag!as m.s cercanas a a s!#erficie '!e es".n i)res en e em)ase( en o#osición a as descargas de fondo( #or medio de as c!aes saen de forma con"roada as ag!as de os #rof!ndas de em)ase* Los ,er"ederos son casificados de di,ersas maneras: * Seg0n s! ocai%ación en "orno a a es"r!c"!ra #rinci#a: Los @er"ederos fron"aes* Los @er"ederos a"eraes* Los @er"ederos "!i#a*  <* Seg0n os ins"r!men"os con '!e se con"roa e ca!da ,er"ido: @er"ederos i)res( es decir '!e no son con"roados* @er"ederos con"roados #or medio de com#!er"as* =* Seg0n a #ared en '!e se ,ier"e: E @er"edero con #erfi -idr.!ico* E @er"edero de #ared gr!esa* E @er"edero de #ared degada* H* Seg0n a sección #or donde se ,ier"e: @er"ederos ineaes( Rec"ang!ares( circ!ares( "ra#e%oidaes( "riang!ares* * Seg0n s! f!ncionamien"o( en "orno a ni,e de ag!as a)a3o: E @er"edero a-ogado* E @er"edero i)re*

VERTEDEROS DE PARED DELGADA E ca!da en !n cana a)ier"o #!ede ser medido median"e !n ,er"edor( '!e es !na o)s"r!cción -ec-a en e cana #ara '!e + i'!ido re"roceda !n #oco a"r.s & f!&a so)re o a "ra,+s de ea* Si se mide a a"!ra de a s!#erficie i'!ida de a corrien"e arri)a es #osi)e de"erminar e ca!da* Los ,er"ederos( cons"r!idos con !na -o3a de me"a ! o"ro ma"eria( '!e #ermi"an '!e e c-orro o man"o sagan i)remen"e reci)en e nom)re de ,er"ederos de #ared degada* De)e -a)er !na #osa de amor"ig!ación o !n cana acceso ag!as arri)a #ara camar c!a'!ier "!r)!encia & ograr '!e e ag!a se acer'!e a ,er"edero en"a & s!a,emen"e* 4ara "ener mediciones #recisas e anc-o de cana de acceso de)e e'!i,aer a oc-o ,eces e anc-o de ,er"edero & de)e e1"enderse ag!as arri)a  ,eces a #rof!ndidad de a corrien"e so)re e ,er"edero* La !"ii%ación de ,er"ederos de #ared degada es". imi"ada generamen"e a a)ora"orios( canaes #e'!e/os & corrien"es '!e no e,en escom)ros &

sedimen"os* Los "i#os m.s com!nes son e ,er"edero rec"ang!ar & e "riang!ar* La cara de ag!as arri)a de)e ser ins"aada ,er"icamen"e & e )orde de a #aca de)e es"ar c!idadosamen"e conformado* La es"r!c"!ra degada es". #ro#ensa a de"eriorarse & con e "iem#o a cai)ración #!ede ser afec"ada #or a erosión de a cres"a*

Ecuaci! "a#a u! $%#&%'%#( #%c&a!)u*a# '% "a#%' '%*)a'a+

Terminoogía rea"i,a a os ,er"ederos* A con"in!ación se definen os "+rminos com0nmen"e !"ii%ados en a descri#ción de os f!3os a "ra,+s de ,er"ederos a fig!ra i!s"ra dic-os "+rminos

Donde: ): Longi"!d de a cres"a de ,er"edero* B: Anc-o de cana de acceso -: Carga de ,er"edero* Es e desni,e en"re a s!#erficie i)re de ag!as arri)a & a cres"a de ,er"edero a: carga so)re a cres"a 4: A"!ra o co"a de a cres"a( referida a fondo de cana : Es#esor de a .mina de ag!a( ag!as a)a3o de ,er"edero L: Dis"ancia mínima( ag!as arri)a de ,er"edero( a a c!a se cooca e medidor de ni,ees 5imnime"ro6* L*ma&or o ig!a '!e -* e: Es#esor de a #ared de ,er"edero : Es#esor de a .mina de ag!a( ag!as arri)a de ,er"edero* E c-orro descargado a "ra,+s de a esco"ad!ra de ,er"edero( modeado #or  a cres"a( forma !na -o3a amada na#a o amina ,er"ien"e*

 A#icando a ec!ación de Berno!i en"re os #!n"os  & < so)re !na misma ínea de corrien"e( como se m!es"ra en a ,i)u#a-( se o)"iene: