CANOA O PUENTE CANAL. 1. CONCEPTO.
Una canoa o puente canal es una estructura que permite el cruce de un canal atraves de depresiones poco profundas del terreno, ríos o arroyos y consiste esencialmente esencialmente en un tramo de conducto soportado por encima del terreno mediante pilas o caballetes. El conducto puede ser cerrado o abierto en el caso de que el conducto sea cerrado y trabaje a presión, su funcionamiento será de acuerdo a las leyes de flujo en tuberías a presión. El caso más frecuente es el de puentes canales de conducto abierto o conducto cerrado que no trabaja lleno, en este caso el funcionamiento es semejante a un canal ordinario, es decir que el agua fluye bajo la acción exclusiva de la gravedad. 2. PARTES QUE INTEGRAN UN PUENTE CANAL O CANOA.
En todo puente canal podemos diferenciar dos partes principales: Sub-estructura: Es el conjunto de pilas y estribos que soportan la súper-estructura. Súper-estructura: es la parte del puente cana soportada por la sub-estructura y consta de las siguientes partes, (transición de entrada, compuerta, conducto, transición de salida). Las transiciones sirven para pasar en forma gradual de la sección del canal a la del conducto o viceversa según sea transición de entrada o salida; este cambio debe ser gradual para evitar turbulencias y reducir las pérdidas de carga. La compuerta colocada al inicio del conducto tiene como función regular el gasto u obstruirlo completamente cuando sea necesario y debe operarse conjuntamente con un vertedor aguas arriba de la compuerta. El conducto es el elemento sobre el cual fluye el agua y puede ser construido con diversos materiales, las secciones transversales más usadas son la sección rectangular y la semicircular. Por lo general un puente canal tiene la forma de la Figura 10.4, vista en planta, se diseña para las condiciones del flujo subcritico (aunque también se puede diseñar para flujo supercrítico), por lo que el puente canal representa una singularidad en el perfil longitudinal del canal, que crea efectos hacia aguas arriba. Por lo anterior en la sección 4 de la Figura 10.4, se tienen las condiciones reales, siendo su tirante real de flujo el correspondiente al yn del canal, por lo que esta sección representa una sección de control. La ubicación de una sección de control, resulta importante para definir el sentido de los cálculos hidráulicos, en este caso, desde la sección 4 aguas abajo, hacia la sección 1 aguas arriba. Cabe recalcar que para el caso de un diseño en flujo supercrítico, el puente canal sería una singularidad que crea efectos hacia aguas arriba, por lo que la sección de control estaría en la sección 1, y los cálculos se efectuarían desde 1 hacia aguas abajo, hacia la sección 4.
3. CLASIFICACION
Atendiendo a las condiciones del funcionamiento del conducto podemos clasificar las canoas o puentes canales en dos tipos: a) Puente canal o canoa. b) Acueducto. Puente canal o canoa: Aquellos cuyo conducto, cerrado o abierto trabaja a la presión atmosférica. Acueducto: aquellos en los cuales el conducto funciona a presión superior a la atmosférica. Los puentes canales pueden ser construidos de madera, de metal o de concreto.
3.1. Puente canal de madera: Las maderas más apropiadas son el cedro rojo y el ciprés que dan una vida útil hasta de 50 años. Los puentes canales de este material presentan muchas fugas cuando el uso es intermitente por el encogimiento de la madera. Son recomendables como instalaciones provisionales o cuando la lejanía de otros materiales lo hace más económico. 3.2. Canal o puente canal de conducto metálico: Son a base de hojas de acero laminado dando una sección semicircular o circular; si todo el metal que estará en contacto con el agua es galvanizado o se protege con anticorrosivo se pueden obtener de 15 a 30 años de vida útil.
En los estados unidos son muy usados los puentes canales de conducto metálico y sub-estructura formada por caballetes de madera o también metálicos.
3.3. Puente canal de concreto: Son los más duraderos pero su construcción es más delicada puesto que el concreto no resiste tensiones, es fácil que se produzcan grietas en el conducto, por eso se requiere una cimentación muy firme para evitar asentamientos desiguales en las pilas. Las juntas de construcción del conducto se localizan sobre pilas y deben impermeabilizarse, cada tramo del conducto tendrá en un extremo apoyo fijo y apoyo libre en el extremo opuesto. En la figura se muestran dos tipos usuales de junta. 4. CALCULOS HIDRAULICOS DE UN PUENTE CANAL.
El cálculo hidráulico de un puente canal o canoa comprende los siguientes aspectos. 1. Calculo de las dimensiones transversales del conducto 2. Calculo de la longitud de las transiciones 3. Calculo de la sobreelevación del agua en el cauce (cuando el puente canal cruza un rio o arroyo). 4. Calculo de las pérdidas de carga.
4.1 Calculo hidraulico de la seccion del conducto. El escurrimiento atraves del puente canal es semejante al de un canal común y podemos usar la fórmula de Manning. Es recomendable obtener velocidades entre 2 y 3 m/seg. Ya que teniéndose la posibilidad de ajustar la pendiente dentro de un rango bastante amplio esta orden de velocidades nos da secciones más chicas que si aceptáramos velocidades hasta de 0.5 m/seg como se hace en canales donde la pendiente está restringida por la pendiente natural del terreno. Puede presentarse el caso en que la rasante del canal a la entrada y a la salida del puente este ya proyectada y no pueda modificarse, en dicho caso tendremos fija la pendiente para el puente canal pudiéndose aceptar velocidades menores. El gasto Q que se desea conducir será siempre un dato conocido por lo tanto la secuela es suponer las dimensiones de la sección e ir modificando lo pendiente hasta obtener mediante las formula de manning el gasto Q deseado y una velocidad aceptable.
Resulta práctico tabular los cálculos de la manera que se ilustra a continuación. Calculemos una sección rectangular de concreto para un puente canal que deba conducir 1.5 m3/seg con una pendiente S=0.007 Para que la sección no resulte muy desproporcionada podemos aceptar la relación b=2d y 20 cm de bordo libre.
A=bd P=b+2d
Para secciones semicirculares o circulares el cálculo del radio hidráulico se complica, pero existen tablas con la que se proporciona a continuación con valores calculados del área hidráulica, perímetro mojado y radio hidráulico para diferentes relaciones del diámetro (D) el tirante del agua (d). 4.2 Calculo de la longitud de las transiciones.
La función de las transiciones es cambiar gradualmente de la sección del canal a la sección del conducto. El ángulo α formado por el eje de la transición y la intersección del nivel del agua con el o o talud debe estar dentro de los siguientes límites: 12 -30’ a 22 -30’
4.3 Calculo de la sobre elevación del agua en el cauce. Cuando el puente canal sirve para cruzar un cauce natural o artificial las pilas localizadas dentro del cauce representan una obstrucción que reduce el área hidráulica original por lo cual se origina una sobre elevación del nivel del agua. En algunos casos esta sobre elevación pudiera causar problemas por lo cual es conveniente cuantificarla. De manera bastante aproximada se estima que la sobre elevación es igual a la diferencia de cargas de velocidad en el cauce calculadas para el área hidráulica normal (sin las pilas) y el área hidráulica disminuida por las obstrucción de las pilas fig. (IV -2)
4.4 Calculo de las pérdidas de carga. Las pérdidas de carga que se consideran para puentes canales o canoas son: a) Perdida de carga por transición. Se estima entre 0.1 y 0.2 de la diferencia de cargas de la velocidad en el conducto y en el canal.
b) Perdida de carga por fricción. Se calcula con la formula derivada de la de Manning.
