ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE UN CANAL

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 de 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. Para secciones complicadas y secciones de corrientes naturales, sin embargo, no se puede escribir una ecuación simple para expresar estos elementos, pero pueden prepararse curvas que representen la relación entre estos elementos y la profundidad de flujo para uso en cálculos hidráulicos.
La forma más conocida de la sección transversal de un canal es la trapezoidal, como la que se muestra en la Figura.
FIGURA Elementos geométricos de la sección transversal de un canal.
Dónde:
y = tirante de agua, altura que el agua adquiere en la sección transversal
b = base del canal o ancho de solera
T = espejo de agua o superficie libre de agua
H = profundidad total del canal
H-y = borde libre
C = ancho de corona
θ = ángulo de inclinación de las paredes laterales con la horizontal
Z : 1 = talud, Horizontal : Vertical
A = (b + Zy) y, área hidráulica
P = b + 2 y (1+ Z²)^0.5 , perímetro mojado
R = A/ P, radio hidráulico
ȳ = A/T , tirante hidráulico o tirante medio
A continuación se dan las definiciones de varios elementos geométricos de importancia básica.
�� Talud “Z”: 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 Z es el valor de la proyección horizontal cuando la vertical es 1, aplicando relaciones trigonométricas según la figura, se tiene:
Z = ctgθ
�� Tirante de agua o profundidad de flujo “y”: 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.
�� Área mojada o área hidráulica “A”: Es la superficie ocupada por el líquido en una sección transversal normal cualquiera.
�� Perímetro mojado “P”: Es la parte del contorno del conducto que está en contacto con el líquido.
�� Radio hidráulico “R”: Es la relación del área mojada con respecto a su perímetro mojado, el radio hidráulico es la dimensión característica de la sección transversal, hace las funciones del diámetro en tuberías.
R = A/ P
�� Profundidad hidráulica “D” o profundidad media “ȳ”: Es la relación entre el área hidráulica y el espejo de agua.
D = ȳ = A/T
�� Factor de sección para el cálculo de flujo crítico: Es el producto del área mojada y la raíz cuadrada de la profundidad hidráulica
Factor de sección Z = A (D)^0.5 = A (A/ T)^0.5