Entrando en dicha Figura 3.7 con la fracción adimensional

se obtiene para z = 1,O

Por tanto, para un caudal del 70%, y2 = 0,36 m para Q = O, 105 m3/s. Con este procedimiento se obtiene una curva que relaciona Q con y2, similar a la que se muestra en la Figura 1.18.

.

’

3.3

Dispositivos en canales pequeños

3.3.1

Vertederos fijos construidos ‘in situ’

Una vez elegido un vertedero de resalto apropiado, SU construcción es relativamente fácil y directa. El vertedero tiene dos partes; una contracción o sección de la garganta, constituída por el resalto, de longitud, L, y altura, p, (Figura 3.2), y una rampa en pendiente, de longitud, 3p,, que forma la transición entre el canal y la garganta. La parte superior del resalto debe estar nivelada y no presentar grandes irregularidades. La anchura real del vertedero, b,, debe ser tan aproximada a los valores de la Tabla 3.1, como exacta sea la medición en el diseño, ya que un error del 1% en b, dará lugar a un error del 1% en el gasto (ver la Tabla 1.4). Aunque la altura del resalto ,p,, es importante en la selección del vertedero, ya que controla la altura de la superficie del agua y, por tanto, el límite modular y las necesidades de resguardo, el que SU dimensión vertical sea precisa, no es en absoluto critico para la calibración del vertedero. Por ejemplo, un error de 10 mm en la altura del resalto, que puede deberse a irregularidades de la solera del canal, haría variar la anchura del resalto en 20 mm, en un canal con talud 1 : l . En un pequeño canal, con un vertedero de 1 m de ancho, esto representa, aproximadamente, un error del 2%. Puede evitarse este error si la anchura, b,, se mantiene y se permite un pequeño ajuste en la altura del resalto, pI,ya que pI puede variar un 10% sin causar cambios de calibración notables. También, la longitud, L, puede ajustarse en un k lo%, sin ningún efecto significativo. La longitud de la rampa de 3p1,es también aproximada y SU objetivo es conducir suavemente el agua a la coronación del vertedero. Por eso, la rampa debe ser recta o ligeramente curvada, aunque, generalmente, si es recta se construye mas fácil y rápidamente. Estas amplias tolerancias no deberán excusar el que la construcción sea descuidada o pobre, pero pueden permitir que sea rápida y fácil. Debera instalarse un tubo de drenaje para controlar los mosquitos, especialmente si el uso del canal es intermitente, como generalmente ocurre en los sistemas de unidades terciarias y de fincas grandes. EI flujo a través del dren es despreciable si el diámetro es igual o inferior a 30 mm, por lo que la corriente del canal pasa casi totalmente por el vertedero. Si los drenes son mayores, deberán, al menos, taparse parcialmente durante las mediciones. Esto puede hacerse con cualquier tipo de materiales disponi-

grande como para mantener el encofrado de aguas abajo en las condiciones descritas anteriormente. Por tanto, en el lado exterior del molde inferior debe colocarse tierra u otro material para mantenerlo en SU lugar, en contra del empuje del hormigón, aún pastoso. Desde luego, el hormigón rebasará la estructura superior metálica o fluirá por debajo de la barra sencilla y tenderá automáticamente a formar la rampa. La mayoria de las mezclas de hormigón tienen suficiente resistencia a fluir, de forma que la rampa 3:l se hace facilmente y la barra metálica en unión del encofrado inferior sirven de-guia para la terminación de la cara superior del resalto. Esta barra metálica se deja permanentemente en el hormigón. De esta forma, tanto el resalto como la rampa se construyen al mismo tiempo, sin tener que esperar o volver.de nuevo.

3.3.2

Vertederos prefabricados de hormigón

En principio, todos los vertederos de hormigón de una pieza descritos en el Apartado 3.2 pueden ser prefabricados con vigas y losas de hormigón armado. Los tamaños que pueden prefabricarse y el número particular de piezas en que debe dividirse el vertedero, depende de las facilidades locales de transporte y colocación de cada una de las partes. Por ejemplo, el vertedero B, de la Tabla 3.2 ha sido prefabricado satisfactoriamente en dos partes, el resalto y la rampa. Cada una de las partes pesaba unos 45 Kg y pudieron ser manejadas por una o dos personas sin ninguna grúa ni equipo especial. Las dos piezas se hicieron con moldes especiales construidos con plancha de acero galvanizado. Las dimensiones y pendientes fueron calculadas cuidadosamente y dispuestas de forma que, una vez terminadas, cada parte encajara perféctamente en el canal. El trabajo que se necesita para construir estas placas sólamente se justifica para una producción a gran escala. Para ahorrar hormigón y mantener un peso manejable, las placas se modificaron de forma que mientras los bordes tenían en SU base 10 cm de espesor, el centro de la coronación del resalto y la rampa tenían sólamente un espesor de 3,5 cm. Se reforzó el diseño con una malla de alambre y con una armadura de barras de hierro. Los moldes, la armadura de refuerzo y las piezas de hormigón terminadas, se muestran en la Figura 3.15 y el aforador terminado se muestra en la Figura 3.16. En una zona regable en el Condado de La Paz, Arizona, se utilizó otro vertedero prefabricado, similar al F, de la Tabla 3.2. En este cas0 fué necesario utilizar medios mecánicos para el manejo de la pieza debido a SU tamaño y a SU peso/ ya que los resaltos tenían una anchura de 1,22 m, una longitud de 0,76 m y un espesor de unos 6 cm, con una viga de 15 cm de espesor, colocada en el sentido de la mayor dimensión, para mantener la rigidez a través del canal, una vez colocado el vertedero. Se practicó una hendidura en la parte superior de la viga de aguas arriba para recibir la rampa y contribuir a soportarla. La rampa se hizo con una losa plana de 6 cth de espesor, con los bordes moldeados, de forma que encajaran con el borde del resalto y con los cajeros del canal, pero sin ningún tipo de viga a lo largo de los bordes. La parte estrecha final de la rampa no se achaflanó para encajarla al suelo de canal, ya que, debido a la pendiente 3: 1, habria resultado demasiado delgada y frágil, por lo que se terminó en ángulo recto, ya que la discontinuidad resultante apenas afecta al funcionamiento del vertedero. Se utilizó mortero de arena y cement0 para rellenar las irregularidades y asegurar en SU posición el resalto y la rampa.

98

-. . -

I

.

,-

grueso (16 galgas o chapa de acero de unos 1,6 mm de espesor). Los perfiles deberán tener unos 8 cm en cada extremo y una longitud igual a la anchura del vertedero. La parte inferior del extremo de cada viga debe formar un ángulo tal que encaje con la pendiente de las paredes del canal, z, y sirva de anclaje para fijar el resalto a los cajeros. La rampa se corta para que encaje con la anchura del resalto, y se toman precauciones para afianzarla al borde de éste. Igual que los vertederos de hormigón prefabricados, estos metálicos se acoplan in situ o se colocan soldados, bien pintados, o con cualquier otro revestimiento anticorrosivo, en función de los materiales locales, las herramientas disponibles, la especialización de la mano de obra disponible y del uso a que se destinen. El resalto que aparece en las Figuras 3.18 y 3.19 está hecho con tres angulares de hierro galvanizado, de fácil adquisición en el mercado, de 50 x 70 x 3 cm. La parte superior del resalto es de chapa de acero galvanizado, de 16 galgas (aproximadamente 1,6 mm de espesor). También las dos secciones de la rampa tienen algunos refuerzos hechos de la misma plancha galvanizada. Como el borde de la rampa descansa en las paredes del canal y está fijo a la viga del resalto se necesita poco refuerzo adicional. En la practica, la presión del agua hace que todos los componentes del vertedero se mantengan en SU lugar, por lo que las sujeciones al canal sólamente se necesitan para impedir deterioros por efecto del viento cuando el canal está vacío y para evitar un corrimiento accidental, debido al personal al servicio del canal o a los animales. Para determinar la flexión previsible del vertedero durante SU funcionamiento deberá hacerse un análisis sencillo de SU estructura. Estos vertederos metálicos son Útiles, especialmente, cuando se necesita hacer medidas durante una estación de riego y el canal no puede mantenerse fuera de servicio por un período largo. Pueden ser instalados en pocos minutos; en cierta ocasión se instaló uno con un caudal reducido en el canal, de forma que el nivel del agua era inferior al del resalto instalado. El resalto se fijó a los cajeros del canal con anclajes

__

- "

-

I_

Figura 3.18 Debe nivelarse el resalto deun vertedero metálico de uso temporal. Los dobleces de los extremos del dispositivo pueden utilizarse para asegurar el resalto a los cajeros del canal (Arizona).

101

Figura 3.20 Aforador con sección de control rectangular, en un canal revestido.

no son apropiados los resaltos de solera simplemente elevada, ya que el calado de la corriente sobre el verteder0 será demasiado pequeño para que la medida sea exacta. En este cas0 puede instalarse en el canal un aforador de garganta rectangular, según se muestra en la Figura 3.20 (ver también la Figura 4.4). Este aforador puede construirse colocando, primero, un resalto y una rampa, según se ha descrito para los vertederos del Apartado 3.3.1, y a continuación se construyen las paredes verticales de la garganta con ladrillos u hormigón o con cualquier otro material disponible. Las paredes laterales de la transición convergente no necesitan ser exactamente verticales, sino que pueden ir inclinándose gradualmente hacia los cajeros del canal.

3.4

Dispositivos en canales grandes

La construcción de grandes vertederos en canales de riego principales o secundarios puede necesitar de una atención especial, debido, tanto a problemas hidráulicos, como de cimentación. La adición de cargas excesivamente concentradas a tramos de un canal previamente revestidos, que con toda probabilidad están sobre suelos casi saturados, puede ocasionar hundimientos y roturas del hormigón. En los canales sin revestir, también pueden originarse cargas altamente concentradas al añadir el material de relleno necesario para hacer un resalto grande, generalmente con altura superior a 1 m. En canales ya construidos y en funcionamiento, estos suelos son probablemente inestables. Una solución que parece factible consiste en extraer parte del material inestable y reemplazarlo con material grueso de buen drenaje. El resalto, con rampas en ambos extremos, se construye entonces como un relleno compactado, de la misma forma que una presa de tierra. El requisito de que el relleno sea impermeable es menos importante que el de que las diferencias en el asentamiento Sean mínimas. Por tanto, es 103

I

-

coronason del canal revestido

II

DETALLE DE A I

I

juntade dilatacion

7

e des aforo tacioii

I

T

7 1

Y

1 -

/ direccion de la corriente

16.45 . -.

-.

suelo inalterado

Canal

13.10 .

ÄGIG

\ PLANTA

I

I 11.20 i J,

elo inalteradoo ellen0 de material, grueso compactado

T

I I

3.65

,I,

r

7,30

3.65

1 '

longitud del vertedero= 17.0

1.20'

I

material grueso lcompacjado

i

T >

>

estaciónl I

ALZADO

Figura 3.21 Diseño para la construcción deun vertedero grande. Todas las dimensiones son en metros.

Tabla 3.4 Caracteristicas del gran vertedero instalado en el Canal Arizona, Condado Maricopa, Arizona, 1982 Caudal

Límite modular HZ/H I

:3,s

Carga hl m

2,83 14,16 28,32 56,63

0,209 0,579 0,892 1,362

0,78 0,86 0,895 0,922a

Pérdidas de carga m 0,045 0,082 0,099 0,113a

aEn los proyectos, estos valores deberán ajustarse para que el limite modular máximo sea 0,90.

104

aconsejable que el relleno sea de textura gruesa y fácilmente drenable. El material de relleno se compacta y remodela según el perfil aproximado del resalto final y, si hay tiempo, debe esperarse a que se asiente durante un tiempo adecuado a las condiciones del suelo locales (ver la Figura 3.21). Determinados emplazamientos pueden requerir un importante proyecto de cimentación. Posteriormente, el material del resalto compactado, se cubre con 100 a 150 mm de hormigón armado. Todas las pendientes son lo suficientemente suaves como para utilizar, en la colocación del hormigón, de una forma económica, las técnicas de losa-plana. Generalmente se refuerzan los revestimientos del canal en varios metros, aguas arriba y aguas abajo del medidor, lo que sirve para reducir el agrietamiento y, por tanto, las fíltraciones a través de los materiales de relleno permeables y disminuir los riesgos de desmoronamiento del relleno a través de las grietas, que de otro modo podría ocurrir. Pueden compensarse los pequeños hundimientos, e incluso los asentamientos diferenciales, procediendo a una nueva calibración, utilizando, ya sea el modelo de ordenador descrito en el Capítulo 9, ya la metodología del Capítulo 7. En un gran canal de la zona de Salt River cerca de Phoenix, Arizona, se construyó un vertedero de resalto como el descrito anteriormente (ver las Figuras 3.22 y 3.23). La capacidad del canal puede alcanzar los 57 m3/s, per0 normalmente oscila entre los 25 y los 50 m3/s. El resalto se diseñó utilizando el programa de ordenador del Capítulo 9 y las dimensiones resultantes fueron: 16,45 m de anchura, 1,20 m de altura y 3,65 m de longitud. El talud de las paredes del canal revestido de hormigón y de la garganta es de 1,2:1, la anchura de la solera del canal es de 13,lO m y las rampas de aproximación y de salida tienen unas pendientes respectivas de 3: 1 y 6:1 . La Tabla 3.4 da una lista de los límites modulares calculados y las minimas pérdidas de carga necesarias que resultan a través del vertedero.

106