Este documento describe los diferentes tipos de canales, incluyendo canales naturales, de riego y de navegación. Explica los elementos geométricos de la sección de un canal como la profundidad, área mojada y radio hidráulico. También cubre conceptos como flujo uniforme, las fórmulas de Chézy y Manning para calcular la velocidad del agua, y los diferentes tipos de vertederos utilizados para medir el caudal en canales.

1. FLUJO EN CONDUCTOS ABIERTOS
CANALES
Definición:
En ingeniería se denomina canal a una construcción destinada al transporte de
fluidos —generalmente utilizada para agua— y que, a diferencia de las tuberías, es
abierta a la atmósfera. También se utilizan como vías artificiales de navegación. La
descripción del comportamiento hidráulico de los canales es una parte fundamental
de la hidráulica y su diseño pertenece al campo de la ingeniería hidráulica, una de
las especialidades de la ingeniería civil.
Cuando un fluido es transportado por una tubería parcialmente llena, se dice que
cuenta con una cara a la atmósfera, por lo tanto se comporta como un canal.
CLASIFICACIÓN
Canales naturales
Se denomina canal natural a las depresiones naturales en la corteza terrestre,
algunos tienen poca profundidad y otros son más profundos, según se encuentren
en la montaña o en la planicie. Algunos canales permiten la navegación,
generalmente sin necesidad de dragado.
Los canales naturales influyen todos los tipos de agua que existen de manera
natural en la tierra, lo cuales varían en tamaño desde pequeños arroyuelos en zonas
montañosas hasta quebradas, arroyos, ríos pequeños y grandes, y estuarios de
mareas. Las corrientes subterráneas que transportan agua con una superficie libre
también son consideradas como canales abiertos naturales. Las propiedades
hidráulicas de un canal natural por lo general son muy irregulares.
Canales de riego
Éstos son vías construidas para conducir el agua hacia las zonas que requieren
complementar el agua precipitada naturalmente sobre el terreno.
Canales de navegación
Un canal de navegación es una vía de agua hecha por el hombre que normalmente
conecta lagos, ríos u océanos.

2. Elementos geométricos de la sección del canal
Los elementos geométricos son propiedades de una sección del canal que puede
ser definida enteramente por la geometría de la sección y la profundidad del flujo.
Estos elementos son muy importantes para los cálculos del escurrimiento.
 Profundidad del flujo, calado o tirante: la profundidad del flujo (h) es la
distancia vertical del punto más bajo de la sección del canal a la superficie
libre.
 Ancho superior: el ancho superior (T) es el ancho de la sección del canal en
la superficie libre.
 Área mojada: el área mojada (A) es el área de la sección transversal del flujo
normal a la dirección del flujo.
 Perímetro mojado: el perímetro mojado (P) es la longitud de la línea de la
intersección de la superficie mojada del canal con la sección transversal
normal a la dirección del flujo.
 Radio hidráulico: el radio hidráulico (R) es la relación entre el área mojada y
el perímetro mojado, se expresa como: R = A / P
 Profundidad hidráulica: la profundidad hidráulica (D) es la relación del área
mojada con el ancho superior, se expresa como: D = A / T
 Factor de la sección: el factor de la sección (Z), para cálculos de
escurrimiento o flujo crítico es el producto del área mojada con la raíz
cuadrada de la profundidad hidráulica, se expresa como: Z = A. SQRT (D)
El factor de la sección, para cálculos de escurrimiento uniforme es el producto
del área mojada con la potencia 2/3 del radio hidráulico, se expresa como: A.
R^(2/3)
FLUJO UNIFORME
Es el flujo que se da en un canal recto, con sección y pendiente constante, a una
distancia considerable (20 a 30 veces la profundidad del agua en el canal) de un
punto singular, es decir un punto donde hay una mudanza de sección transversal
ya sea de forma o de rugosidad, un cambio de pendiente o una variación en el
caudal. En el tramo considerado, las funciones arriba mencionadas asumen la
forma:
V = fv(x) = Constante
Q = fq(x) = Constante
h = fh(x) = Constante

3. COEFICIENTE DE CHÉZY
Se denomina coeficiente de Chézy al coeficiente utilizado en la fórmula de Chézy
para el cálculo de la velocidad del agua en canales abiertos:
Donde:
 = velocidad media del agua en m/s, que es función del tirante hidráulico
h
 = radio hidráulico, en m, función de h
 = la pendiente de la línea de agua en m/m
 = coeficiente de Chézy.
FÓRMULA DE MANNING
La fórmula de Manning1 es una evolución de la fórmula de Chézy para el cálculo de
la velocidad del agua en canales abiertos y tuberías, propuesta por el ingeniero
irlandés Robert Manning, en 1889:
Siendo S la pendiente en tanto por 1 del canal.
Para algunos, es una expresión del denominado coeficiente de Chézy utilizado en
la fórmula de Chézy,
CANAL DE MÁXIMA EFICIENCIA.
• Se dice que un canal es de máxima eficiencia cuando para la misma área y
pendiente conduce el mayor caudal
• Son obras de ingeniería importantes, que deben ser cuidadosamente pensadas
para no provocar daños al ambiente y para que se gaste la menor cantidad de agua
posible.
Diseño Canales Máxima Eficiencia

4. • Se consideran algunos elementos topográficos, secciones, velocidades
permisibles, entre otros.
• Cuando se trata de trazar un canal o un sistema de canales es necesario recolectar
la siguiente información básica:
• Fotografías aéreas, para localizar los poblados, caseríos, áreas de cultivo, vías de
comunicación, etc.
• Planos topográficos y catastrales.
• Estudios geológicos, salinidad, suelos y demás información que pueda conjugarse
en el trazo de canales.
En el caso de no existir información topográfica básica se procede a levantar el
relieve del canal, procediendo con los siguientes pasos:
• Reconocimiento del terreno.
– Anotándose todos los detalles que influyen en la determinación de un eje probable.
• Trazo preliminar
– Se procede a levantar la zona con una brigada topográfica.
• Trazo definitivo.
– Se procede al trazo definitivo, teniendo en cuenta la escala del plano.
VERTEDERO
El vertedero, llamado también aliviadero, es el nombre de una estructura hidráulica
cuya finalidad es la de permitir que pase el agua a los escurrimientos superficiales.
El vertedero hidráulico cumple diferentes funciones entre las que se encuentran las
que se destacan, garantizar que la estructura hidráulica ofrezca seguridad, pues
impide que se eleve el nivel de aguas arriba sobre el nivel máximo. Garantizar que
el nivel de agua tenga poca variación en el canal de riego aguas arriba. Componerse
en una zona de una sección de aforo que tenga el río o el arroyo.
Cuando se trata de una presa, un vertedero es la zona de la estructura que permite
poder evacuar las aguas habitualmente o tener el control del nivel del reservorio de
agua. Por lo general son descargadas las aguas más cercanas a la superficie que
están libres en el embalse, en oposición a las descargas del fondo, por medio de
las cuales salen de forma controlada las aguas de los profundas del embalse.
Los vertederos son clasificados de diversas maneras:

5. 1. Según su localización en torno a la estructura principal: Los Vertederos frontales.
Los Vertederos laterales. Los Vertederos tulipa.
2. Según los instrumentos con que se controla el caudal vertido: Vertederos libres,
es decir que no son controlados. Vertederos controlados por medio de compuertas.
3. Según la pared en que se vierte: El Vertedero con perfil hidráulico. El Vertedero
de pared gruesa. El Vertedero de pared delgada.
4. Según la sección por donde se vierte: Vertederos lineales, Rectangulares,
circulares, trapezoidales, triangulares.
5. Según su funcionamiento, en torno al nivel de aguas abajo: El Vertedero ahogado.
El Vertedero libre.
VERTEDEROS DE PARED DELGADA
El caudal en un canal abierto puede ser medido mediante un vertedor, que es una
obstrucción hecha en el canal para que él liquido retroceda un poco atrás y fluya
sobre o a través de ella. Si se mide la altura de la superficie liquida de la corriente
arriba es posible determinar el caudal. Los vertederos, construidos con una hoja de
metal u otro material, que permitan que el chorro o manto salgan libremente reciben
el nombre de vertederos de pared delgada.
Debe haber una posa de amortiguación o un canal acceso aguas arriba para calmar
cualquier turbulencia y lograr que el agua se acerque al vertedero lenta y
suavemente.
Para tener mediciones precisas el ancho del canal de acceso debe equivaler a ocho
veces el ancho del vertedero y debe extenderse aguas arriba 15 veces la
profundidad de la corriente sobre el vertedero.
La utilización de vertederos de pared delgada está limitada generalmente a
laboratorios, canales pequeños y corrientes que no lleven escombros y sedimentos.
Los tipos más comunes son el vertedero rectangular y el triangular. La cara de
aguas arriba debe ser instalada verticalmente y el borde de la placa debe estar
cuidadosamente conformado. La estructura delgada está propensa a deteriorarse y
con el tiempo la calibración puede ser afectada por la erosión de la cresta.

6. Ecuación para un vertedero rectangular de pared delgada:
Terminología relativa a los vertederos. A continuación se definen los términos
comúnmente utilizados en la descripción de los flujos a través de vertederos
la figura ilustra dichos términos

7. Donde:
b: Longitud de la cresta del vertedero.
B: Ancho del canal de acceso
h: Carga del vertedero. Es el desnivel entre la superficie libre de aguas arriba
y la cresta del vertedero
a: carga sobre la cresta
P: Altura o cota de la cresta, referida al fondo del canal
Z: Espesor de la lámina de agua, aguas abajo del vertedero
L: Distancia mínima, aguas arriba del vertedero, a la cual se coloca el
medidor de niveles (limnimetro). L.mayor o igual que 5h.
e: Espesor de la pared del vertedero
H: Espesor de la lámina de agua, aguas arriba del vertedero.
El chorro descargado a través de la escotadura del vertedero, modelado por
la cresta, forma una hoja llamada napa o lamina vertiente.
Aplicando la ecuación de Bernoulli entre los puntos 1 y 2 sobre una misma
línea de corriente, como se muestra en la figura1, se obtiene: