Hidráulica de canales – Pedro Rodríguez Ruiz

La responsabilidad del ingeniero civil es inmensa porque los conocimientos de la Hidráulica se basan en cientos de años de empirismo, muchos años de estudios teóricos y de análisis científicos, y pocos años de experiencia con las técnicas modernas de instrumentación y computación aplicada a los problemas relacionados con los recursos hidráulicos.

Entre todos los recursos naturales, el más importante para el bienestar de la humanidad es el agua. Durante milenios constituyo un patrimonio enteramente disponible del que los habitantes de la Tierra se servían despreocupadamente.

Con el progreso surgieron los agrupamientos urbanos, cuyas múltiples actividades cada día exigen mayor cantidad de agua. El abastecimiento para suplir esta necesidad, se vuelve en extremo complejo e implica factores técnicos, sociales, económicos, legales y políticos administrativos.

En muchas ocasiones, el problema no se limita solamente al aprovisionamiento del agua para uso doméstico e industrial, sino que se extiende a la agricultura y a la ganadería, las que dependen de la cantidad  y distribución de las  lluvias.

El agua necesaria para satisfacer todas las exigencias del mundo moderno proviene de manantiales superficiales o subterráneos. Como el hombre se ha comportado generalmente como un elemento contra el orden del sistema natural, las aguas superficiales están casi totalmente contaminadas.

El agua no se distribuye uniformemente en el tiempo y el espacio. A veces se encuentran grandes volúmenes lejos de los centros de población  o cuando están próximas, pueden resultar impropias para el consumo. A veces pequeños ríos tienen agua en condiciones satisfactorias, pero no son aprovechables porque en ciertas épocas del año, su flujo es nulo.

La responsabilidad del control y distribución de las aguas normalmente compete a los gobiernos y las comunidades, pero los aspectos técnicos de estas actividades encajan dentro de las responsabilidades del ingeniero civil.

Le corresponde entre otras cosas, proyectar, diseñar, construir y administrar las obras relacionadas con ríos, canales, presas, sistemas de irrigación y drenaje, redes de abastecimiento de agua, alcantarillado pluvial y sanitario; en realidad, él es el ingeniero por excelencia del ambiente.

El flujo con superficie libre probablemente es el fenómeno de flujo que con más frecuencia se produce en la superficie de la tierra. Las corrientes de los ríos  y las corrientes de agua de lluvia son ejemplos que suceden en la naturaleza. Las situaciones inducidas por los seres humanos incluyen flujos en canales y alcantarillas, escurrimientos sobre materiales impermeables, tales como lechos y movimientos de las olas en puertos.

• En todas estas situaciones, el flujo se caracteriza por una interfaz entre el aire y la capa superior del agua, la cual se llama Superficie Libre.
• Esta superficie libre, la Presión es constante, y en casi todas las situaciones, ésta es la presión Atmosférica.
• La práctica de la ingeniería, el fluido que la mayoría de los canales abiertos transportan es agua.

Cuando comprobamos que dos tercios de la población mundial viven en condiciones precarias y que una de las primeras medidas para mejorar su patrón de vida es el aprovechamiento racional de los recursos hidráulicos y que compete principalmente al ingeniero civil, al estudio de estas medidas, faltan las palabras para describir la importancia de esta profesión.

Es importante señalar al estudiante que los conductos hidráulicos se clasifican en:

CONDUCTOS A PRESION:

Son aquellos en que la presión interna es diferente de la atmosférica. En esta clase de conductos, las secciones transversales siempre son cerradas y el fluido las llena completamente. Y el movimiento del flujo se efectúa en uno u orto sentido del conducto.

Son conductos a presión, por ejemplo, las redes de sistemas de agua potable, las tuberías de succión y bombeo de las instalaciones elevatorias, los conductos que alimentan las turbinas en las centrales hidroeléctricas.

CONDUCTOS LIBRES:

Son aquéllos en los que el líquido circulante presenta una superficie libre sobre la cual rige la presión atmosférica. La sección transversal no tiene, necesariamente, un perímetro cerrado y cuando esto sucede, funciona parcialmente lleno.

Entre los conductos libres, podemos citar todos los cursos de agua, las redes de alcantarillado pluviales y alcantarillados sanitarios, canales de riego agrícola, canales de navegación y los canales conductores de las hidroeléctricas.

El libro se encuentra organizado en  cuatro Capítulos, que son: Flujo Uniforme, Energía Especifica, Fuerza Especifica y Flujo Gradualmente Variado, que es lo que comprende el programa de estudios de la materia de Hidráulica II. Todos los capítulos tienen una explicación teórica de los fenómenos descritos  y enseguida se exponen ejemplos prácticos e ilustrativos.

• El Capítulo I, trata acerca de las características generales del flujo uniforme, la clasificación  de los  canales y su aplicación, así como las características geométricas e hidráulicas de un canal. Clasificación de los tipos de flujos, deducción de la ecuación de fricción (Chezy), cálculo del tirante normal, velocidad normal y pendiente normal. El diseño de canales de flujo uniforme cubre  canales revestidos y no revestidos (tierra), se plasma varios ejemplos prácticos.
• El Capítulo II, se analiza los principios de energía específica y sus aplicaciones prácticas que constituye la base para la interpretación de muchos fenómenos hidráulicos, sus aplicaciones en estructuras de transiciones, alcantarillas, contracciones y  pérdidas de carga en transiciones y escalones.
• En el capitulo III, se estudia el fenómeno del salto hidráulico y tipo de saltos , así como elementos disipador de energía en los canales de riego, diseño de estructuras de conducciones como son las caídas verticales e inclinadas y diseño de tanques de amortiguamiento.
• En el Capitulo IV, se destaca la importancia que representa el estudios del flujo Graduablemente Variado , los tipos de perfiles y los diferentes métodos de cálculos existentes para conocer el tipo de flujo que se esta presentando, asimismo se realizan ejemplos prácticos de calculo.

Como anexo  se presenta un cuestionario de cada  capitulo para que  el  estudiante  ejercite lo aprendido en el aula.

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Autor: PEDRO RODRÍGUEZ RUIZ