Los Canales

Después del aire que respiramos, el agua es el elemento más esencial para el hombre. Sin el agua, la vida animal o vegetal sería imposible. También es un medio eficiente de transferencia de calor y energía y es el solvente más universal que se conoce.

Desde hace por lo menos 5000 años el hombre ha inventado y construido obras para el aprovechamiento del agua; entre las más antiguas están los CANALES, usados para llevar el agua de un lugar a otro.

Definición Los canales son conductos abiertos o cerrados en los cuales el agua circula debido a la acción de la gravedad y sin ninguna presión, pues la superficie libre del líquido está en contacto con la atmósfera; esto quiere decir que el agua fluye impulsada por la presión atmosférica y de su propio peso. (Figura 1.1).

Figura 1.1. Flujo en conductos.

Clasificación de los canales De acuerdo con su origen los canales se clasifican en:

a) Canales naturales: Incluyen todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra, los cuales varían en tamaño desde pequeños arroyuelos en zonas montañosas, hasta quebradas, ríos pequeños y grandes, arroyos, lagos y lagunas. Las corrientes subterráneas que transportan agua con una superficie libre también son consideradas como canales abiertos naturales. La sección transversal de un canal natural es generalmente de forma muy irregular y variable durante su recorrido (Fig.1.2a, b y c), lo mismo que su alineación y las características y aspereza de los lechos.

Figura 1.2a Sección transversal irregular.

Figura 1.2b. Sección transversal irregular.

Figura 1.2c. Sección transversal irregular río “Matanza”

b) Canales artificiales: Los canales artificiales son todos aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo de la mano del hombre, tales como: canales de riego, de navegación, control de inundaciones, canales de centrales hidroeléctricas, alcantarillado pluvial, sanitario, canales de desborde, canaletas de madera, cunetas a lo largo de carreteras, cunetas de drenaje agrícola y canales de modelos construidos en el laboratorio. Los canales artificiales usualmente se diseñan con forma geométricas regulares (prismáticos), un canal construido

con una sección transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como canal prismático. El término sección de canal se refiere a la sección transversal tomado en forma perpendicular a la dirección del flujo. (Fig.1.3). Las secciones transversales más comunes son las siguientes:

Sección trapezoidal: Se usa en canales de tierra debido a que proveen las pendientes necesarias para estabilidad, y en canales revestidos.

Sección rectangular: Debido a que el rectángulo tiene lados verticales, por lo general se utiliza para

canales

construidos con materiales estables, acueductos de madera, para canales excavados en roca y para canales revestidos.

Sección triangular: Se usa para cunetas revestidas en las carreteras, también en canales de tierra

pequeños,

fundamentalmente por facilidad de trazo. También se emplean revestidas, como alcantarillas de las carreteras. Sección parabólica: Se emplea en algunas ocasiones para canales revestidos y es la forma que toman aproximadamente muchos canales naturales y canales viejos de tierra. (Fig.1.3, 1.4 y 1.4.a).

SECCIONES CERRADAS

Sección circular: El círculo es la sección más común para alcantarillados y alcantarillas de tamaños pequeño y mediano.

Sección parabólica: Se usan comúnmente para alcantarillas y estructuras hidráulicas importantes.

Fig. 1.4a canal artificial de Secciones transversales trapecial.

La selección de la forma determinada de la sección transversal, depende del tipo de canal por construir; así, la

trapecial es muy común en canales revestidos, la rectangular en canales revestidos con material estable como

concreto, mampostería, tabique, madera, etc., la triangular en canales pequeños como las cunetas y contra

cunetas en las carreteras, y la circular en alcantarillas, colectores y túneles. Existen secciones compuestas como

las anteriores que encuentran utilidad en la rectificación de un río que atraviesa una ciudad.

Canales de riego por su función

Los canales de riego por sus diferentes funciones adoptan las siguientes denominaciones:

Canal de primer orden.- Llamado también canal principal o de derivación y se le traza siempre con pendiente mínima,

normalmente es usado por un solo lado ya que por el otro lado da con terrenos altos (cerros).

Canal de segundo orden.- Llamados también laterales, son aquellos que salen del canal principal y el gasto que

ingresa a ellos, es repartido hacia los sub – laterales, el área de riego que sirve un lateral se conoce como unidad de

riego.

Canal de tercer orden.- Llamados también sub-laterales y nacen de los canales laterales, el gasto que ingresa a ellos es

repartido hacia las parcelas individuales a través de las tomas granjas.

Elementos geométricos de los canales: Los elementos geométricos son propiedades de una sección de canal que pueden ser definidos por completo por la geometría de la sección y la profundidad del flujo. Estos elementos son muy importantes y se utilizan con

amplitud en el cálculo de flujo. Para secciones de canal regulares y simples, los elementos geométricos pueden

expresarse matemáticamente en términos de la profundidad de flujo y de otras dimensiones de la sección. La

forma más conocida de la sección transversal de un canal es la trapecial, como se muestra en la fig.1.5.

Fig. 1.5. Elementos geométricos más

importantes.

Tirante de agua o profundidad de flujo “d”: Es la distancia vertical desde el punto más bajo de una sección del canal hasta la superficie libre, es decir la profundidad máxima del agua en el canal. Ancho superficial o espejo de agua “T”: Es el ancho de la superficie libre del agua, en m.

Talud “m”: Es la relación de la proyección horizontal a la vertical de la pared lateral (se llama también talud de las paredes laterales del canal). Es decir “m” es el valor de la proyección horizontal cuando la vertical es 1, aplicando relaciones trigonométricas. Es la cotangente del ángulo de reposo del material (Θ) , es decir m=x/d y depende del tipo de material en que se construya el canal, a fin de evitar derrumbes (ver Tabla 1). Por ejemplo, cuando se dice que un canal tiene talud 1.5:1, quiere decir que la proyección horizontal de la pared lateral es 1.5 veces mayor que la proyección vertical que es 1, por lo tanto el talud m = 1.5, esto resulta de dividir la proyección horizontal que vale 1.5 entre la vertical que vale 1.

Coeficiente de rugosidad (n): depende del tipo de material en que se aloje el canal (ver

Tabla 2). Pendiente (S) : es la pendiente longitudinal de la rasante del canal.

Área hidráulica (A) : es la superficie ocupada por el agua en una sección transversal normal cualquiera

(Fig. 6), se expresada en m2

.

Perímetro mojado (P) : es la longitud de la línea de contorno del área mojada entre el agua y las

paredes del canal, (línea resaltada Fig. 6), expresado en m.

Radio hidráulico (R) : es el cociente del área hidráulica y el perímetro mojado. R=A/P, en m. Ancho de la superficial o espejo del agua (T): es el ancho de la superficie libre del agua, expresado en m. Tirante medio (dm) : es el área hidráulica dividida por el ancho de la superficie libre del agua . dm=A/T, se expresa m.

Libre bordo (Lb) : es la distancia que hay desde la superficie libre del agua hasta la corona del bordo, se

expresa en m.

Gasto (Q) : es el volumen de agua que pasa en la sección transversal del canal en la unidad de

tiempo, y se expresa en m3/s.

Velocidad media (V) : es con la que el agua fluye en el canal, expresado en m/s.

Factor de sección para el cálculo de flujo crítico: Es el producto del área mojada y la

raíz cuadrada de la profundidad hidráulica.

Tabla 1. Taludes apropiados para distinto tipos de materiales en el diseño de canales.

Material Talud Valor de

Roca ligeramente alterada 0.25:1 75º 58’

Mampostería 0.4:1 y 0.75:1 68º 12’

Roca sana y tepetate duro 1:1 45º

Concreto 1:1 ó 1.25:1 45º y 38º 40’

Tierra arcillosa, arenisca, tepetate blando 1.5:1 33º

Material poco estable, arena, tierra arenisca. 2:1 26º

Tabla 2. Valores del coeficiente de rugosidad de Manning para ser aplicado en su ecuación.

Tipo de Material Valores Mínimo Normal

Máximo

Roca (con saliente y sinuosa) 0.035 0.040

0.050

Tepetate (liso y uniforme) 0.025 0.035

0.040

Tierra 0.017 0.020

0.025

Mampostería seca 0.025 0.030

0.033 concreto 0.013

0.017 0.020

Polietileno (PVC) 0.007 0

Conducciones Libres del Agua:

Canales yAcequias.

Tecnología del Riego

La conducción del agua desde su origen o cauce natural hasta el punto de destino, se puede hacer mediante conductos

abiertos (canales y acequias) o mediante conductos cerrados (tuberías).

Los canales son conducciones de gran sección; conducen una gran cantidad de agua que toman de los ríos o de los

embalses.

Las acequias son de menos sección que los canales; llevan el río desde los canales hasta el lugar donde se ha de

aplicar. En los regadíos en los que no existen canales, las acequias llevan el agua desde el origen hasta el punto de

destino.

Acequia primaria: La que lleva el agua al sitio de mayor altura del terreno. De ella parten las secundarias, que

distribuyen el agua por la propiedad. Y de ellas parten las regueras, que llevan el agua a los elementos de riego:

surcos, tablares, etc.

Desagües: Lugar donde se recoge el agua sobrante del riego o el procedente de las filtraciones.

Las conducciones libre son poco indicadas cuando el terreno es muy accidentado (las acequias requieren ser instaladas

en un terreno uniforme). Además, en las conducciones libre, el agua no va a presión, existiendo sólo la Presión

atmosférica. La conducción del agua se hace pues por la fuerza de la gravedad. Y el agua se regula por las leyes del

movimiento permanente.

1.- Caudal del agua.

Caudal de agua es la cantidad de agua que pasa por una sección de la conducción durante un tiempo determinado. Los

caudales se miden en l/s, en metros cúbicos por segundo o en metros cúbicos por hora.

El caudal de agua de una conducción viene dado por la fórmula:

Q= S x V

Q= Expresado en m3/s

S= Sección mojada de la conducción, expresada en m2.

V=Velocidad media del agua, expresada en m/s.

En las tuberías que tienen sección circular la fórmula del caudal es:

Siendo D el diámetro interior de la tubería expresado en metros.

Ejemplo: Calcular el caudal que fluye por una tubería de 40 cm de diámetro, siendo la velocidad media de 0,8 m/s.

Solución: Q= 3,14x 0,402x0,8 / 4 = 0,1 m3/s= 100 l/s.

2.- Caudal de agua en canales y acequias.

Estudiamos los factores que interesa conocer para calcular el caudal de canales y acequias.

2.1.- Sección.

Las secciones más comunes son: Rectangular, trapecial y semicircular. En acequias que conducen poco caudal se

suele emplear la rectangular y en las mayor caudal la trapezoidal. La sección semicircular se suele usar en las acequias

prefabricadas.

En la sección trapecial, la inclinación o talud de las paredes se expresa generalmente por la relación entre la distancia

vertical y la distancia horizontal correspondiente a esa pared (entre base y altura)

Talud= h : a

En cada sección se pueden dar múltiples formas al variar sus dimensiones. Por ejemplo, dentro de la sección

rectangular puede haber múltiples formas de las acequias, según varíe la base y la altura del rectángulo. Entre las

diferentes formas que puede presentar una sección de una acequia se debe elegir aquella que para el mismo caudal

presente la mínima superficie mojada. De este modo se obtienen las siguientes ventajas:

* Se reduce el rozamiento de agua sobre las paredes, lo que permite conducir el agua a mayor velocidad.

* Se reducen las pérdidas de agua, en el caso de acequias construidas de tierras.

* Se abarata la construcción de la acequia en el caso de acequias de hormigón.

Las secciones que presentan la menor superficie mojada son las siguientes:

. Rectangular con la base de doble longitud que la altura.

. Trapecial con la base superior (medida en la superficie del agua) de doble longitud que la superficie mojada en los

muros laterales.

. Semicircular de cualquier medida del radio.

Material Talud Angulo " ctg"

Hormigón

Vertical

90º

0

Mampostería

0,5 base

1 altura

63,26º

0,5

Tierra firme con talud

consolidado

1 base

1 altura

45º

1

Tierras firmes con taludes

sin consolidar

1,5 base

1 altura

33º41´

15

Tierra suelta

2 base

1 altura

26º34´

2

Tierras muy sueltas

3 base

1 altura

18º26´

3

Demostración matemática del perímetro mínimo.

P= b+2t

sen"= h/t

P= b + 2h/sen"

Área trapecio= Base mayor más base menor, dividido por dos y mmultiplicado por la altura.

a+b= 2s/h

a= b+ 2 CD

ctg " =CD/h Por tanto CD= h ctg.".

De la 2ª línea podemos deducir que t= h/ sen "

Y de las fórmulas de la Sección

a=b + 2(h ctg.").

S/h= b+h.ctg"

b= (S/h)-- h.ctg"

P= 2t+b= 2t+ (S/h)-- h.ctg" = (2h/sen")+(S/h)-(h.Ctg")

Para que el perímetro sea mínimo derivamos:

P´= (-S/h2) - ctg" + (2/sen")=0

Multiplicamos por h

S/h=(2h/sen")- (h.ctg").

Igualamos con la anterior equivalencia de S/h.

(2h/sen")- (h.ctg")=b+ h.ctg"

. Si cambiamos de lado -h ctg", queda

2h/sen" = b + 2hctg"

2t=a. Así la condición de perímetro mínimo a sección constante es que la base mayor sea igual a dos veces

el talud.

Tabla de dimensiones de acequia 2t=a. Sección de 1 m2.

(Si la sección es distinta de 1 m2, habrá que multiplicar las cifras que nos dan ahora por la raíz cuadrada de la sección

Talud " h t b

Vertical

90º

0,707

0,707

1,414

1(h):0,5(CD)

63,26º

0,759

0,849

0,937

1:1

45º

0,739

1,046

0,614

1:1,5

33,41º

0,689

1,243

0,417

1:2

26,4º

0,636

1,422

0,300

2.2 Radio hidraúlico.

El radio hidráulico de una conducción es un concepto que hace relación al cociente entre el área de la sección

mojada y el perímetro mojado (siendo el perímetro mojado el contorno de la sección de la acequia que está en

contacto con el agua).

La Fórmula del Radio hidráulico es:

R= Radio hidráulico expresado en m.

S = Área de la sección mojada expresada en m2.

P= Perímetro mojado, expresado en m.

Las áreas y perímetro mojados de las secciones más usuales son las siguientes:

Rectangular

S= b x h

P= b + 2h

Trapecioidal

S=(a+b)h/2

Semicircular

Ejemplo: Calcular el radio hidraúlico de una acequia de sección rectangular, sabiendo que la base es 0,70 m., y l

agua llega en ls pareds lateralse hasta una altura de 0,40 m.

Solución: S= bxh= 0,70x0,40= 0,28m2

P= b+2h= 0,70+2x0,40=1,50m

R=S/P= 0,28/0,50= 0,18m.

Para no confundir normalmente le simbolizaremos Rh.

2.3 Velocidad del agua.

La velocidad del agua debe estar comprendida entre ciertos límites; si es excesiva se produce erosión en las paredes; si

es muy escasa se depositan en el fondo los limos que las aguas llevan en suspensión, lo que provoca una disminución

de la sección.

La velocidad mínima no depende únicamente de las condiciones hidráulicas de la conducción, sino también de las

características del agua, en cuanto a volumen y tipo de sólidos en suspensión. Para evitar el depósito de limo en

suspensión, se puede tomar una velocidad mínima de 0,25 m/s. Cuando los materiales arrastrados son más pesados se

debe aumentar esta velocidad.

El límite máximo de la velocidad del agua viene impuesto por el material de que está construido la acequia. Según

esto, las velocidades más recomendables son.

TABLA DE VELOCIDADES MAXIMAS ADMISIBLES

* Terreno fangoso arcilloso: Vel. máxima= 0,12 m/s

* Arenas y arcillas plásticas: Vel. máx= 0,20 m/s

* Tierras sueltas: Vel. máx= 0,35-0,45 m/s

* Tierras fuertes: Vel. máx.= 0,5-0,7 m/s

* Tierras que tengan piedra con arcilla y limo: Vel. máx.= 0,8- 0,9 m/s.

* Terrenos con pizarras: 1,6 m/s

* Roca: 2- 3,5 m/s

* Hormigón: Hasta 4 m/s.

VELOCIDADES MINIMAS ACONSEJABLES (según la composición del agua)

* En canal no impermeabilizado. 0,20 m/s. al sedimentar, se deposita primero las partículas más gruesas.

* Si el agua tiene limos ha de ser superior a 0,25 m/s.

* Si el agua tiene arenas la velocidad ha de ser superior a 0,45 m/s.

Al moverse el agua por una conducción libre, puede hacerlo en:

Régimen laminar: El de los ríos.

Régimen turbulento: Cuando hay torrentes o aumentos bruscos de pendiente.

Y también régimen variable, cuando se dan cambios entre unos y otros.

Lo que separa un régimen laminar de uno turbulento es el Nº de Reynolds

Nº de Reynolds= V. Rh.

Por ejemplo en una acequia que tiene una sección de 1 metro cuadrado, ésta, puede tomar varias formas:

La diferencia entre una y otra está en el rozamiento del agua con las paredes. Al acercarnos al centro, las láminas van

a mayor velocidad. Las láminas más lentas son las más exteriores.

Así en la sección de un caudal no hay una velocidad única. La velocidad depende del material con el cual está hecha

la pared de ese cauce (también de la pendiente). No es lo mismo cristal, que cemento rugoso que piedras, o barro...

Para calcular la velocidad se usan dos conceptos:

1.- Velocidad media. Suele ser:

Vm= 0,8 x Vs (Vs= Velocidad superficial)

2.- Radio hidráulico. Relaciona la sección con el perímetro mojado. En el ejemplo anterior podemos observar la diferencia en Rh. En la acequia estrecha el Rh. = 1:3. Sin embargo en la acequia ancha Rh. = 1:1,20. En definitiva, el

Radio hidraúlico relaciona la sección útil de la acequia con el rozamiento.

Nº de Reynolds= V x Rh.

Si V x Rh. # 0,002 = Régimen laminar.

Si V x Rh. $ 0,07 = Régimen turbulento.

Ambas tomadas a 4ºC.

Normalmente, interesan de Régimen laminar.

Necesitamos conocer como actúan los materiales en el rozamiento, porque influirá en la velocidad del agua. Si

aumentamos la velocidad nos llevará a un régimen turbulento y complica su uso.

Se busca una velocidad alta, pero que:

No altere el uso del canal.

No desgaste las paredes de conducción.

En cuanto a costes interesa una sección cuanto más pequeña mejor y a la mayor velocidad posible, compatible con

que el canal vaya en régimen laminar y sin destruir las paredes.

Fórmulas para el cálculo de las conducciones.

Ecuación de la Continuidad: Q= S x V

Q= m3/s. V= m/s Radio hidraúlico = metros.

Pendiente: tag = sen /cos

2 por mil= 0,2% = 2m/km = 0,002 m/m

i= en tanto por mil

J= en tanto por uno (m/m).

En hidráulica práctica, podemos decir que la velocidad del agua depende de la pendiente del terreno y también del

mayor o menor rozamiento con las paredes ( Rh. ).

Desde aquí, diversos autores han establecido una relación y han propuesto fórmulas según el material usado por cada

uno

Prony Rh x J= f(V)

Es decir, la velocidad depende del Radio hidraúlico y de la pendiente.

Tadini RxJ = 0,0004 V2, o lo que es igual.

En realidad es una fórmula que sirve sólo para cálculos previos o anteproyectos, pues no tiene en cuenta los

materiales.

Chezy V= C RaJb.

Siendo C un coeficiente que depende del material del cauce. De esta fórmula derivan la mayoría de las otras.

Manning: Es una fórmula que sirve tanto para conducciones abiertas como conducciones cerradas:

Siendo 0 un coeficiente de rugosidad cuyos valores se incluyen en la tabla siguiente.

Coeficiente de rugosidad

Canales de tierra en buenas condiciones

0,025

Canales de tierra con plantas acuáticas

0,035

Canales irregulares y mal conservados

0,040

Conductos de Madera cepillada

0,011

Mampostería de piedra sin labrar

0,020

Mampostería de piedra rectangular

0,017

Mampostería de ladrillo, sin revestimiento

0,015

Mampostería de ladrillo, revestida

0,012

Canales de hormigón, acabado ordinario

0,014

Canales de hormigón con acabado muy liso

0,010

Fórmula de Bazin.

Siendo ( un coeficiente de rozamiento del agua respecto de las paredes que varía según los materiales. A todo el

cociente de esa fórmula se le puede llamar B y nos queda

Bazin clasifica el material de las acequias en 6 categorías y una subcategoría

BAZIN: CATEGORIAS Y VALOR DE ( SEGUN MATERIALES

Categoría 1: Canales con paredes muy lisas:

Cemento alisado

Amianto-cemento pulido (uralita)

Madera muy cepillada.

(= 0,06

Categoría 2: Paredes lisas con hormigón fino pero sin pulir

(= 0,16

Categoría 2A: Paredes y fondo de hormigón poco pulido y acequias de ladrillo.

(= 0,30

Categoría 3: Paredes de mampostería (piedra) no pulida.

(= 0,46

Categoría 4: Sección en tierra compactada y colmatada.

(= 0,85

Categoría 5: En tierra, pero no tan perfectamente alisada como en el caso anterior.

(= 1,30

Categoría 6: En tierra con hierbas y cantos. El lecho de un río, por ejemplo.

(= 1,73

Fórmula d Ganguillet y Kutter.

Esta fórmula tiene 12 categorías, como puede verse y consultar en las tablas, dando valor a m según el material y la

forma de la acequia.

Cálculo de la sección.

Se trabaja con tres fórmulas básicas:

Q= S x V

Rh=S/P

¿ Qué hacer?

Si nos dan Q, tratar de fijar la velocidad del agua por las tablas de Bazin. Hay que fijar le velocidad máxima

admisible a la que ha de ir el agua.

Si por ejemplo, tengo la pendiente y el caudal y me piden que halle la sección, lo haré por aproximación. Si por

ejemplo voy a ausar el hormigón, cuya velocidad máxima admitida es de 4 m/s.

4.- Resguardo.

En la sección transversal de una acequia se llama resguardo a la distancia vertical existente entre la superficie del agua

y la base superior de la acequia. Esta altura suplementaria tiene por finalidad evitar el desbordamiento del agua que se

puede producir por la acción de diversos factores como:

Disminución de la superficie transversal útil, debido al crecimiento de plantas o sedimentación de lodos.

Acción del viento que provoca oleaje.

Errores en el manejo del caudal.

Cambios de valor en la rugosidad por el paso del tiempo.

5.- Acequias de tierra.

Ofrecen la ventaja de la construcción barata, pero tiene los siguientes inconvenientes:

Las pérdidas de agua por infiltración son cuantiosas, especialmente en suelos bastante permeables.

También se pierde agua por la transpiración de las hierbas que crecen dentro de la acequia y en los bordes de la

misma.

En suelos que se erosionan con facilidad, el flujo de agua puede destruir los taludes de acequia.

Para disminuir las pérdidas de agua y el peligro de erosión, las acequias de tierra se revisten de algunos materiales

más o menos impermeables. Tal revestimiento se puede hacer de varias formas:

* Con arcilla en suspensión: La arcilla se coloca en la cabecera de la acequia para que sea arrastrada por el agua, en

donde queda en suspensión. Al irse posando va tapando los poros del suelo y de las paredes de la acequia.

Procedimiento barato pero poco duradero y se puede aplicar en terrenos que no son muy permeables .

* Capa de arcilla apisonada de varios centímetros de espesor. Si se aplica en tierras muy permeables se reducen las

pérdidas a la mitad.

Las pendientes de los taludes más comunes ya las hemos visto anteriormente.

Las acequias de tierra se pueden construir de tres maneras:

- en desmonte. La solera de la acequia está situado por debajo de la superficie del suelo.

- en terraplén. La solera está situada a nivel del suelo o por encima de él.

- con desmonte y terraplén compensados. La solera está situada en una posición intermedia de las dos anteriores. La

tierra que se saca en la excavación del desmonte se utiliza para construir el terraplén.

6.- Acequias de hormigón.

Pueden ser de varios tipos:

6.1.-Acequias con la solera apoyada sobre el terreno.

Se pueden hacer echando el hormigón sobre el terreno o empleando bloques prefabricados que se unen entre si

mediante cemento.

Las que se construyen sobre el terreno son, por lo regular de sección rectangular. (Se suele emplear dosificación

1:2,5:5, es decir, una parte de cemento, 2,5 de arena y 5 de agua). Hay que hacer a la vez la solera y las paredes de la

acequia, pues si se hacen las paredes después se pueden crear grietas por donde se escapa el agua..

Si se usa material prefabricado, se apoyan sobre una solera de hormigón y se unen unos a otros con un mortero de

cemento (1:2, una de cemento y dos de arena).

6.2. Acequia con los muros laterales apoyados sobre el terreno.

Ya se fabrique sobre el terreno o sea prefabricado, es necesario que se apoye sobre terreno muy firme (tierra dura).

Si va sobre terraplén, la tierra ha de estar bien compactada ( un modo puede ser que se humedezca la tierra y dejarla

reposar durante bastante tiempo). Una vez consolidada, se excava la tierra y se reviste de hormigón.

Si la acequia es trapecial, conviene que la inclinación de las paredes de la acequia se acomode al talud natural del

terreno.

6.3. Acequias prefabricadas elevadas sobre el terreno.

Formadas por piezas de hormigón prefabricado cuya longitud suele ser de 3 a 5 m. En los sitios de unión de las piezas,

se apoyan en soportes de hormigón incrustados en el suelo.

Las acequias elevadas presentan las siguientes ventajas con respecto a alas apoyadas en el suelo:

* Se montan con rapidez.

* Se pueden desmontar y utilizar en otro lugar.

* Presentan superficie interior muy lisa, lo que permite transportar mayor caudal.

* Se ahorra longitud de acequia al atravesar terrenos ondulados.

Las acequias elevadas pueden ser de material plástico, pero además de caras, presentan problemas cuando el plástico

envejece.

7.- Obras especiales.

Arquetas: Tienen muchas aplicaciones (obras de toma, entrada y salida de sifones, cambios de dirección en acequias

prefabricadas, etc.) Suelen ser cilíndricas o rectangulares, teniendo estas últimas algunas ventajas (más resistentes,

más sencillas de construir y más fácil usar piezas prefabricadas.

Obras de cauce.

Cuando una acequia ha de atravesar algo (depresión en el terreno, cauce, camino o carretera) se utilizan obras

llamadas: Acueducto y sifón. El acueducto conduce el agua por encima de la rasante del terreno. El sifón está

formado por una tubería que pasa por debajo del obstáculo que se quiere salvar y dos arquetas: una a la entrada y otra

a la salida, que sirven de enlace entre la acequia y el tubo. (En general la elección se hace buscando el menor coste sin

olvidar la seguridad.

Obras de pérdida de altura.

Cuando hay tramos en que se debe pasar de una altura a otra inferior a la que correspondería, de acuerdo con la

pendiente de la acequia, por lo que se deberá intercalar una obra que permita esa pérdida de altura.

Se hace mediante salto y rápido.

Obras de descarga

Para eliminar el agua sobrante que pueda producir desbordamiento de la acequia, se suele usar algún aliviadero,

formado por un simple vertedero

CALCULO DE GASTO

O MEDICIÓN DEL CAUDAL DE UNA ACEQUIA

(Caudal en mediciones abiertas)

La medición del caudal de una acequia puede hacerse mediante diversos modos. A veces no es fácil conocer la seción

( en ríos, por ejemplo) o la velocidad. Algunos sistemas son:

1.- Medición directa.

Procedimiento sencillo, solo aplicable a pequeños caudales de agua. Consiste en determinar el tiempo que tarda en

llenar la acequia un recipiente de volumen conocido. Conviene hacer varias mediciones de tiempo y hallar la media.

Si por ejemplo el recipiente es de 20 l y se llena en 5 segundos, el caudal será de 2 0/5= 4 l/s

2.- Medición mediante flotador.

El caudal de agua que fluye por una conducción viene dada por la fórmula Q= S.V. El cálculo de la velocidad del

agua se basa en medir el tiempo que tarda un objeto flotante en recorrer una distancia conocida.

Velocidad= Espacio recorrido / tiempo empleado.

Para evitar errores conviene hacer varias mediciones del tiempo empleado y sacar la media aritmética de esas

mediciones. Y hay que tener en cuenta que la velocidad media del agua en la conducción es inferior a la velocidad en

la superficie, que es la marcada por el flotador:

Vm= 0,8 . Vs

Ejemplo: Calcular el caudal conducido por una acequia trapecial cuyas medidas son:

a= 1,20 m.; b= 0,70m, h=0,50m.

Solución: S= 0,475 m2

Para medir la velocidad del agua se toma una cierta longitud de la acequia, por ejemplo 10m. Y se hacen varias

mediciones del tiempo en que un flotador tarda en recorrer esa longitud. Supongamos que se han hecho mediciones

cuyos tiempos son: 20, 21 y 19 segundos.

Media aritmética: 20 seg.

Velocidad superficial= 10m / 20 seg.= 0,5 m/s.

Vm= 0,8 x 0,5= 0,4 m/s.

Cálculo del caudal: Q= S.V = 0,,475 x 0,4= 0,19 m3/s= 190 l/s.

3.- Medición mediante vertederos.

Un vertedero es un hueco situado en el borde superior de una placa metálica o de madera. Esta placa se coloca en la

acequia en sentido perpendicular a la corriente, de tal modo que todo el agua que circula por la acequia, pasa

necesariamente por el vertedero.

Los vertederos más utilizados son de tres tipos:

- Sin escotadura: No producen contracciones laterales pues el vertedero coge toda la anchura del caudal.

- Con escotadura rectangular donde la vena líquida experimenta una contracción.

- Con escotadura triangular en ángulo de 90º

Vertederos sin escotadura: En estos vertederos el agua se vierte a lo largo de toda la arista superior. En la tabla4 se

dan los caudales de un vertedero de este tipo para una anchura de un metro. Para vertederos de otro tipo se multiplican

los valores de la tabla por la anchura del vertedero en metros (pág. 120) (ver tabla y dibujo lateral)

Vertedero con escotadura rectangular: Se recomienda que eta escotadura tenga la siguiente anchura con relación al

caudal que se pretende medir:

b= 0,25 m para un caudal de 5 a 25 l/s

b= 0,50 m para un caudal de 25 a 150 l/s

b= 1m para un caudal superior a 150 l/s.

La distancia de las aristas verticales de la escotadura a las paredes del canal debe de ser de 1 a 1,5 veces el valor de b.

La altura h no se mide encima del vertedero, sino a una distancia 1,50 m. Aguas arriba del vertedero. Esta medición

puede hacerse como se presenta en la figura:

- Se clava una estaca en posición vertical, a una distancia de 1,50 m. , aguas arriba del vertedero. La cabeza de la

estaca debe coincidir con la superficie del agua.

- Con ayuda de un nivel se coloca una regla en posición horizontal, apoyando uno de sus extremos en la cabeza de la

estaca.

- Se mide con una reglilla graduada la altura entre la superficie del agua y la coronación del vertedero. (Tabla 5 y

dibujo) (pág. 121)

Vertedero con escotadura triangular de 90 º

Este vertedero es el que da mediciones más exactas para caudales inferiores a 10 l/s. Se recomienda que la medición

de la altura dl agua se haga de forma semejante a como se indicó en los vertederos de escotadura rectangular. (Tabla 6

y dibujo ) pág. 122

Medición mediante aforador Marshall.

El aforador Marshall es un aparato que se basa en la pérdida de altura del nivel del agua producida por el paso forzado

de una corriente a través de un estrechamiento inclinado. La entrada, de paredes convergentes, y la salida, de paredes

divergentes, están separadas por una garganta de paredes paralelas y con el piso inclinado. Se usan aforadores de

tamaños escalonados para medir diferentes caudales de agua. Los de mayor tamaño son fijos y construidos con obra

de albañilería, mientras que los más pequeños son movibles y se construyen de chapa metálica.

La medición del caudal se obtiene mediante tablas y ábacos específicos para cada tipo de aforador. Con este

procedimiento se obtiene mediciones muy precisas, aún cuando el aforador trabaje con inmersión casi completa. (Foto

pág. 182)

4.-Gasto de un orificio

La fórmula de Torricelli, no tiene en cuenta ni paredes, ni rozamientos. Cuando se dan contracciones, la sección

hidraúlica o útil es menor que la real, por lo que hay que aplicar un coeficiente C que depende de:

* Espesor de la pared y el rozamiento que produce.

* Forma en que está.

* Efecto que produce la proximidad del fondo y orificios laterales.

Para que C=0,61 que es el que más se maneja se precisa que el orificio esté separado del fondo y paredes laterales, al

menos dos veces la dimensión del orificio. Entonces se cumplirá:

Si la separación es mayor se puede seguir usando esta fórmula, pero si es menor no.

Si la contracción de la vena es pequeña, durante poco espacio, se usa un c= 0,97

Si se acopla un tubo, sale más cantidad de agua porque en la zona del orificio perteneciente al tanque se produce un

pequeño vacío, (zona de presión negativa.) En esos casos se aplica una C=0,825. Para que ocurra esto, se precisa que

la longitud del tubo sea al menos dos veces y media el diámetro del orificio. (Zona de presión negativa, aumenta la

velocidad, disminuye h, según Bernoulli)

5.-.- Cálculo del tiempo de vaciado de un depósito.

Hay que tener en cuenta la velocidad de salida del gua, que variará con la altura.

F= Sección del tanque

El volumen de agua que saldrá en un tiempo determinado ser á igual a

dV= Q dt.

Y la cantidad de agua será

dV= Fdh.

Igualo: Fdh=Qdt .

Por el valor de Q podemos escribir:

Si integramos entre h y 0

6.-.- Casos de orificio ahogado.

Es el caso por ejemplo de que el agua salga a un cauce:

Si metemos una lámina con un orificio, a la izquierda sube el caudal y a la derecha baja. Lo que hacemos es medir la

diferencia de alturas

Se mide pues la diferencia de alturas, antes y después de la lámina. Sólo vale para pendientes pequeñas de acequias y

no vale si h2 está por debajo del orificio.

Algunas formulas de vertedero (por si no se tienen tablas)

Rectangular sin contracción lateral

Q= 1,82 L H3/2

.

Rectangular con contracción lateral.

Q= 1,82(L real- 0,656 H) H3/2

L real: es la longitud resal del vertedero, se le quita una cantidad porque al haber contracción, el agua realmente ocupa

un poco menos.

Triangular:

Q= 1,34 H5/2

.