Última revisión: 31 de Agosto de 2003
Las estructuras que se construyen en los canales son las siguientes:
CAPTACIONES
Las captaciones son las obras que permiten derivar el agua desde la fuente que alimenta el sistema. Esta fuente puede ser una corriente natural, un embalse o un depósito de agua subterránea; en este artículo se tratará de captaciones en corrientes naturales.
La captación consta de la bocatoma, el canal de aducción y el tanque sedimentador o desarenador.
En la figura siguiente se muestran esquemáticamente los tipos de bocatoma más utilizadas.
Las magnitudes de los caudales que se captan en las bocatomas son función de los niveles de agua que se presentan inmediatamente arriba de la estructura de control. Como estos niveles dependen del caudal Q de la corriente natural, y este caudal es variable, entonces las bocatomas no captan un caudal constante. Durante los estiajes captan caudales pequeños y durante las crecientes captan excesos que deben ser devueltos a la corriente lo más pronto posible, ya sea desde el canal de aducción o desde el desarenador.
La sedimentación que se genera en la corriente natural por causa de la obstrucción que se induce por la presencia de la estructura de control es un gran inconveniente en la operación de las bocatomas laterales.
El canal de aducción conecta la bocatoma con el desarenador; tiene una transición de entrada, una curva horizontal y un tramo recto, paralelo a la corriente natural, hasta el desarenador. Es un canal de baja pendiente y régimen tranquilo que se diseña para recibir los caudales de aguas altas que pueden entrar por la toma. En la práctica es preferible que sea de corta longitud y en algunos casos, cuando las condiciones topográficas de la zona de captación lo permiten, se elimina el canal de aducción y el desarenador se incluye dentro de la estructura de la bocatoma.
El desarenador es un tanque sedimentador cuyas dimensiones dependen del caudal de diseño de la toma, de la distribución granulométrica de los sedimentos en suspensión que transporta la corriente natural y de la eficiencia de remoción, la cual oscila entre el 60 y el 80% del sedimento que entra al tanque. En el fondo tiene un espacio disponible para recibir los sedimentos en suspensión que retiene; estos sedimentos son removidos periódicamente mediante lavado hidráulico o procedimientos manuales.
Además de su función de sedimentador el desarenador cuenta con un vertedero de rebose que permite devolver a la corriente natural los excesos de agua que entran por la toma.
COMPUERTAS Y VERTEDEROS
Son estructuras de control hidráulico. Su función es la de presentar un obstáculo al libre flujo del agua, con el consiguiente represamiento aguas arriba de la estructura, y el aumento de la velocidad aguas abajo.
Existen diferentes tipos de vertederos que se clasifican de acuerdo con el espesor de la cresta y con la forma de la sección de flujo. En el primer caso se habla de vertederos de pared delgada, vertederos de pared gruesa y vertederos con cresta en perfil de cimacio. En el segundo se clasifican como vertederos rectangulares, trapezoidales, triangulares, circulares, parabólicos, proporcionales, etc.
Un caso particular es el vertedero lateral, el cual se instala en una de las paredes de un canal para derivar hacia otro canal o para descargar excesos de agua.
Las compuertas a su vez se clasifican como deslizantes y radiales.
Los esquemas y las ecuaciones particulares de los diferentes tipos de estructuras se encuentran en los Manuales de Hidráulica y en los textos que se presentan en las Referencias, al final del artículo.
TRANSICIONES
Las transiciones son estructuras que empalman tramos de canales que tienen secciones transversales diferentes en forma o en dimensión. Por ejemplo un tramo de sección rectangular con uno de sección trapezoidal, o un tramo de sección rectangular de ancho b1 con otro rectangular de ancho b2, etc.
Las transiciones funcionan mejor cuando los tramos que se van a empalmar son de baja pendiente, con régimen subcrítico; en este caso las pérdidas hidráulicas por cambio de sección son relativamente pequeñas. El manejo clásico de las transiciones en régimen subcrítico está explicado con ejemplos en los textos de Hidráulica de Canales.
Cuando la transición se coloca en tramos de alta pendiente, en régimen supercritico, las pérdidas hidráulicas son altas y no son cuantificables con buena precisión, lo cual hace que los cálculos hidráulicos no resulten aceptables. En esta circunstancia es recomendable diseñar la transición con ayuda de un modelo hidráulico.
SIFONES Y ACUEDUCTOS
Cuando en la trayectoria de un canal se presenta una depresión en el terreno natural se hace necesario superar esa depresión con un sifón o con un puente que se denomina acueducto.
La decisión que se debe tomas sobre cual de las dos estructuras es mejor en un caso determinado depende de consideraciones de tipo económico y de seguridad.
TUNELES
Cuando en el trazado de un canal se encuentra una protuberancia en el terreno, por ejemplo una colina, se presenta la posibilidad de dar un rodeo para evitarla, o atravesarla con un túnel.
Antes de construir el túnel es necesario realizar los diseños geotécnicos, estructurales, hidráulicos y ambientales necesarios para garantizar su estabilidad y su funcionalidad.
Un túnel que se emplea como canal funciona como un conducto cerrado, parcialmente lleno. La sección del canal puede ser revestida o excavada y puede conservar la forma geométrica del canal original, o adaptarse a la sección transversal del túnel.
RAMPAS, ESCALONES Y DISIPADORES DE ENERGIA
Los canales que se diseñan en tramos de pendiente fuerte resultan con velocidades de flujo muy altas que superan muchas veces las máximas admisibles para los materiales que se utilizan frecuentemente en su construcción.
Para controlar las velocidades en tramos de alta pendiente se pueden utilizar combinaciones de rampas y escalones, siguiendo las variaciones del terreno. Las rampas son canales cortos de pendiente fuerte, con velocidades altas y régimen supercrítico; los escalones se forman cuando se colocan caídas al final de tramos de baja pendiente, en régimen subcrítico.
Los disipadores de energía son estructuras que se diseñan para generar pérdidas hidráulicas importantes en los flujos de alta velocidad. El objetivo es reducir la velocidad y pasar el flujo de régimen supercrítico a subcrítico.
Las pérdidas de energía son ocasionadas por choque contra una pantalla vertical en Disipadores de Impacto, por caídas consecutivas en Canales Escalonados, o por la formación de un resalto hidráulico en Disipadores de Tanque.
En la literatura especializada se encuentran las instrucciones que permiten dimensionar los disipadores más apropiados en cada caso particular.
ESTRUCTURAS DE ENTREGA
El tramo final de un canal entrega su caudal a un tanque, a otro canal o a una corriente natural. Estas entregas se hacen siempre por encima del nivel máximo de aguas de la estructura recolectora.
Las obras son sencillas cuando la entrega se realiza a un tanque o a un canal porque los niveles de agua en estos últimos son controlados.
Cuando el caudal se entrega a una corriente natural deben tenerse en cuenta las características de la corriente en lo referente a variación de niveles, velocidades de flujo, sedimentación y ataques contra las márgenes. Esto implica que la estructura de entrega debe quedar protegida contra las acciones de la corriente, y el canal debe quedar libre de posibles represamientos.
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