INTRODUCCIÓNUno de los aspectos que generalmente merece especial atención en el diseño de obras hidráulicas es la disipación de la energía cinética que adquiere un flujo en su descenso. Esta situación se presenta en vertederos de excedencias, estructuras de caída, desfogues de fondo, bocatomas, salidas de alcantarillas, etc. La disipación de la energía cinética puede lograrse aplicando diferentes medidas, a saber: generación de resalto hidráulico, impacto o incremento de la rugosidad. La estructura disipadora de energía es una parte importante de la obra de excedencia que tiene por objeto disipar la energía cinética que el agua adquiere en su caída desde el vaso hasta un sitio adecuado en el fondo del cauce, donde no genere problemas de erosión o socavación. Estas estructuras se diseñarán para que el agua, que sale del canal de descarga, se aleje lo máximo posible, dentro de lo económico, de la cortina o de alguna estructura complementaria. Se debe estar consciente, que una falla en el diseño, instalación u operación de los disipadores puede llevar a problemas como socavación, erosión o retención de material, que pueden terminar produciendo la falla del vertedero y posteriormente la falla de la presa.(4) DISIPADORES DE ENERGIA EN CANALES 1. DEFINICION Los disipadores de energía son elementos cuyo objetivo es transformar la energía cinética o parte de ella en calor. Estos elementos son empleados para generar fricción entre el agua y la superficie del canal, saltos hidráulicos e impactos o golpes del agua contra el fondo del canal, permitiendo así disminuir al máximo la socavación del cauce receptor aguas abajo o el daño de la estructura misma.(3) 2. FLUJO EN CANALES ABIERTOS Y SU CLASIFICACION Según Chow (1994) los canales pueden clasificarse como: Canales a cielo abierto Canales cerrados (1) El flujo de agua en un conducto puede ser flujo en canal abierto o flujo en tubería (cerrada). Estas dos clases de flujo son similares en muchos aspectos pero se diferencian en un aspecto importante. El flujo en canal abierto una superficie libreflujo debe tener una superficie libre, en tanto que el flujo en tubería no la tiene, debido a que en este caso el agua debe llenar completamente el conducto. Una superficie libre esta sometida a la presión atmosférica. El flujo en tubería,al estar confinado en un conducto cerrado, no esta sometido a la presión atmosférica de manera directa, sino solo a la presión hidráulica.(2) 3. CLASIFICACIÓN DE CANALES SEGÚN EL TIPO DE ESCURRIMIENTO Según el tipo de flujo se los puede clasificar en: Flujo Uniforme Flujo Permanente F. Gradualmente Variado Flujo Variado Tipo F. Rápidamente Variado de flujo Flujo Uniforme (raramente) Flujo no Permanente F. Gradualmente Variado Flujo Variado F. Rápidamente Variado Para distinguir si un flujo es permanente o no permanente se tiene como criterio el tiempo. 3.1. Flujo permanente: si la profundidad de flujo no cambia o puede suponerse constante durante el intervalo de tiempo en consideración.(1) 3.2. Flujo no permanente: cuando la profundidad cambia con el tiempo. Por ejemplo en el caso de crecientes y oleadas, el nivel del flujo cambia de manera instantánea a medida que pasan las ondas y el tiempo se vuelve de importancia para el diseño de estructuras de control.(1) Para distinguir si el flujo es uniforme o variado se tiene como criterio el espacio. 3.3. Flujo uniforme: si la profundidad del flujo es la misma en cada sección del canal.(1) 3.3.1. Flujo uniforme permanente: la profundidad del flujo no cambia durante el intervalo de tiempo en consideración.(1) Figura 1. Profundidad constante. 3.3.2. Flujo uniforme no permanente: la superficie del agua fluctúa de un tiempo a otro, pero permaneciendo paralela al fondo del canal. Es prácticamente imposible.(1) Figura 2. Cambio de la profundidad en el tiempo. 3.4. Flujo variado: la profundidad del flujo cambia a lo largo del canal. Se presenta en cunetas, a lo largo de carreteras, en vertederos de canal lateral, en canaletas de aguas de lavado de filtros, canales principales de riego, canales de efluentes alrededor de plantas de tratamiento de líquidos residuales, en drenaje de sistemas de irrigación, etc.(1) Figura 3. Flujo gradualmente variado ( Flujo no permanente). Figura 4. Flujo rápidamente variado. Oleada ( Flujo no permanente). 3.5. Flujo rápidamente variado: si la profundidad del agua cambia de manera abrupta en distancias comparativamente cortas.(1) Figura 5. Flujo rápidamente variado. 4. CANALES ABIERTOS Y SUS PROPIEDADES Un canal abierto es un conducto por el cual el agua fluye con una superficie libre.(1) 4.1. Tipos de canales abiertos 4.1.1. Canal Natural Incluye todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra, varían desde pequeños arroyuelos en zonas montañosas hasta arroyos, tipos ríos, estuarios de mareas y aguas subterráneas.(1) Las propiedades hidráulicas de un canal natural por lo general son muy irregulares. En algunos casos pueden hacerse suposiciones empíricas razonablemente consistentes con las observaciones y experiencias reales, de tal modo que las condiciones de flujo en estos canales se vuelvan manejables mediante el tratamiento analítico de la hidráulica teórica. Un estudio completo sobre el comportamiento del flujo en canales naturales requiere del conocimiento de otros campos, como hidrología, geomorfología, transporte de sedimentos, etc. Éste constituye, de hecho, un tema de estudio por sí mismo, conocido como hidráulica fluvial.(5) 4.1.2. Canal Artificial Son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano. Es un canal largo, con pendiente suave (hasta 15%) construido sobre el suelo que puede ser revestido o no.(1) Las propiedades hidráulicas de estos canales pueden ser controladas por hasta un nivel deseado o diseñadas para cumplir unos requisitos determinados. La aplicación de las teorías hidráulicas a canales artificiales producirá, por tanto, resultados bastante similares a las condiciones reales y, por consiguiente, son razonablemente exactos para propósitos prácticos de diseño.(5) Bajo diferentes circunstancias en la práctica de ingeniería, los canales abiertos artificiales reciben diferentes nombres, como “canal artificial”, “canaleta”, “rápida”, “caída”, “alcantarilla”, “túnel bajo la superficie libre”, etc. Sin embargo, estos nombres se utilizan de manera más o menos imprecisa y sólo se definen de un modo muy general. El canal artificial por lo general es un canal largo con pendiente suave construido sobre el suelo, que puede ser revestido o no revestido con piedras, concreto, cemento, madera o materiales bituminosos. La canaleta es un canal de madera, de metal, de concreto o de mampostería, a menudo soportado en o sobre la superficie del terreno para conducir el agua a través de una depresión. La rápida es un canal que tiene altas pendientes. La caída es similar a una rápida, pero el cambio en elevación se efectúa en una distancia corta. La alcantarilla, que fluye parcialmente llena, es un canal cubierto con una longitud comparativamente corta instalado para drenar el agua a través de terraplenes de carreteras o de vías férreas. El túnel con flujo a superficie libre es un canal cubierto comparativamente largo, utilizando para conducir el agua a través de una colina o cualquier obstrucción del terreno.(5) 4.1.2.1. Según su revestimiento se los puede clasificar como (Chow,1994): 4.1.2.1.1. Sin revestimiento: son más baratos, pero pueden presentar pérdidas por infiltración, para evitar esto último se los puede compactar o darles una precarga.(1) 4.1.2.1.2. Con revestimiento: tienen una menor rugosidad, y secciones más chicas. Pueden ser revestidos de hormigón, mampostería de ladrillo, mampostería de piedra bola, de laja, con membranas asfálticas (flexible), con membranas plásticas (flexible) o con suelo arcilloso.(1) 4.1.2.2. Según su destino: Canales de centrales hidroeléctricas. Canal de riego: pasan por el punto más alto para distribuir el agua de riego. Canal de drenaje: van por los lugares más bajos. Canal de navegación: velocidad y profundidad acordes a las embarcaciones que lo navegan. Canales de desagües pluviales: aumentan el caudal a lo largo del recorrido. Vertederos Cunetas a lo largo de carreteras Canaletas de madera. canales de modelos construidos en el laboratorio con propósitos experimentales Etc.(1) 4.1.2.3. Geometría del canal: Un canal construido con una sección transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como canal prismático. De otra manera el canal es no prismático, por ejemplo un vertedero de ancho variable y alineamiento curvo (Chow,1994).(1) 4.1.2.4. Según su forma: 4.1.2.4.1. Trapecial Forma más común para canales con bancas en tierra sin recubrimiento, debido a que proveen las pendientes necesarias para la estabilidad.(1) Figura 6. Forma trapecial. 4.1.2.4.2. Rectangular Se utiliza para canales construidos con materiales estables, como mampostería, roca, metal o madera.(1) Figura 7. Forma rectangular. 4.1.2.4.3. Triangular Se utiliza para pequeñas acequias, cunetas a lo largo de carreteras y trabajo de laboratorio. Produce autolimpieza y es de fácil aforo. Figura 8. Forma triangular. 4.1.2.4.4. Circular El máximo caudal se presenta para un tirante igual al 94 % del diámetro. Se calcula a sección llena. Es la sección más común para alcantarillas de tamaño pequeño y mediano. Figura 9. Forma circular. 4.1.2.4.5. Parabólico Se utiliza como una aproximación de canales naturales de tamaños pequeños y medianos. Figura 10. Forma parabólico. 4.1.2.4.6. Tolva Es una sección triangular con fondo redondeado. Figura 11. Forma tolva. 4.1.2.4.7. Rectangular de esquinas redondeadas Es una forma creada con la utilización de excavadoras y produce autolimpieza. Figura 12. Forma rectangular de esquinas redondeadas. 4.1.2.4.8. Otras secciones Los caudales producen la autolimpieza. Se utilizan en alcantarillas de aguas negras. Figura 13. Otras formas de secciones. 5. TIPOS DE CONSTRUCCIONES HIDRÁULICAS MÁS COMUNES 5.1. Gaviones Desde el siglo XVI, los ingenieros utilizaban en Europa unas cestas de mimbre rellenas de tierra -denominadas por sus inventores italianos gabbioni, o "jaulas grandes" para fortificar los emplazamientos militares y reforzar las orillas de los ríos. Hoy, se utilizan como bloques de construcción en las estructuras hidráulicas de bajo costo y larga duración en los países en desarrollo.(5) Actualmente un armazón de tela metálica, relleno de piedras en lugar de tierra, ha sustituido la cesta de mimbre, pero la fuerza básica de los gaviones -y sus ventajas respecto a otras estructuras rígidas utilizadas en las obras de ingeniería- es la misma. La flexibilidad intrínseca del armazón de los gaviones, sujetos a tensión y comprensión alternantes, les permite trabajar sin romperse, y así se evita que pierdan su eficacia estructural. Como estructura deformable, todo cambio en su forma por hundimiento de su base o por presión interna es una característica funcional y no un defecto. Así pues, se adapta a los pequeños movimientos de la tierra y, al deformarse, conserva su solidez estructural sin fracturas. Como los gaviones se sujetan entre sí, la tela metálica resiste mucho la tensión, a diferencia del concreto. Una estructura de gaviones soporta un grado de tensión que comprometería mucho a una estructura de piedra seca y sería francamente peligrosa para el concreto y la mampostería simples. El armazón de tela metálica no es un mero recipiente para el relleno de piedras, sino un refuerzo de toda la estructura. Un gavión bien hecho puede tolerar años de castigo.(5) 5.2. Diques y Vertederos El vertedero es un elemento fundamental, ya que es la parte que está en contacto directo con la corriente de agua. Un vertedero bien diseñado debería permitir controlar la descarga del exceso de agua de una represa y proteger el terraplén del hundimiento y la erosión. Con todo, advierten los servicios de recursos, fomento y aprovechamiento de aguas, aunque es más bien fácil fabricar gaviones, siempre hay que respetar las reglas básicas de la ingeniería para asegurar la estabilidad de la estructura y así su sostenibilidad.(5) 5.3. Captaciones Las captaciones son las obras que permiten derivar el agua desde la fuente que alimenta el sistema. Esta fuente puede ser una corriente natural, un embalse o un depósito de agua subterránea; Aquí se tratará de captaciones en corrientes naturales. La captación consta de la bocatoma, el canal de aducción y el tanque sedimentador o desarenador.(5) Las magnitudes de los caudales que se captan en las bocatomas son función de los niveles de agua que se presentan inmediatamente arriba de la estructura de control. Como estos niveles dependen del caudal Q de la corriente natural, y este caudal es variable, entonces las bocatomas no captan un caudal constante. Durante los estiajes captan caudales pequeños y durante las crecientes captan excesos que deben ser devueltos a la corriente lo más pronto posible, ya sea desde el canal de aducción o desde el desarenador. La sedimentación que se genera en la corriente natural por causa de la obstrucción que se induce por la presencia de la estructura de control es un gran inconveniente en la operación de las bocatomas laterales.(5) El canal de aducción conecta la bocatoma con el desarenador; tiene una transición de entrada, una curva horizontal y un tramo recto, paralelo a la corriente natural, hasta el desarenador. Es un canal de baja pendiente y régimen tranquilo que se diseña para recibir los caudales de aguas altas que pueden entrar por la toma. En la práctica es preferible que sea de corta longitud y en algunos casos, cuando las condiciones topográficas de la zona de captación lo permiten, se elimina el canal de aducción y el desarenador se incluye dentro de la estructura de la bocatoma.(5) El desarenador es un tanque sedimentador cuyas dimensiones dependen del caudal de diseño de la toma, de la distribución granulométrica de los sedimentos en suspensión que transporta la corriente natural y de la eficiencia de remoción, la cual oscila entre el 60 y el 80% del sedimento que entra al tanque. En el fondo tiene un espacio disponible para recibir los sedimentos en suspensión que retiene. Estos sedimentos son removidos periódicamente mediante lavado hidráulico o procedimientos manuales.(5) Además de su función de sedimentador, el desarenador cuenta con un vertedero de rebose que permite devolver a la corriente natural los excesos de agua que entran por la toma.(5) 5.4. Compuertas Son estructuras de control hidráulico. Su función es la de presentar un obstáculo al libre flujo del agua, con el consiguiente represamiento aguas arriba de la estructura y el aumento de la velocidad aguas abajo.(5) 5.5. Transiciones Las transiciones son estructuras que empalman tramos de canales que tienen secciones transversales diferentes en forma o en dimensión. Por ejemplo un tramo de sección rectangular con uno de sección trapezoidal, o un tramo de sección rectangular de ancho b1 con otro rectangular de ancho b2, etc. Las transiciones funcionan mejor cuando los tramos que se van a empalmar son de baja pendiente, con régimen subcrítico; en este caso las pérdidas hidráulicas por cambio de sección son relativamente pequeñas. El manejo clásico de las transiciones en régimen subcrítico está explicado con ejemplos en los textos de Hidráulica de Canales.(5) Cuando la transición se coloca en tramos de alta pendiente, en régimen supercrítico, las pérdidas hidráulicas son altas y no son cuantificables con buena precisión, lo cual hace que los cálculos hidráulicos no resulten aceptables. En esta circunstancia es recomendable diseñar la transición con ayuda de un modelo hidráulico.(5) 5.6. Rampas y Escalones Los canales que se diseñan en tramos de pendiente fuerte resultan con velocidades de flujo muy altas que superan muchas veces las máximas admisibles para los materiales que se utilizan frecuentemente en su construcción. Para controlar las velocidades en tramos de alta pendiente se pueden utilizar combinaciones de rampas y escalones, siguiendo las variaciones del terreno. Las rampas son canales cortos de pendiente fuerte, con velocidades altas y régimen supercrítico; los escalones se forman cuando se colocan caídas al final de tramos de baja pendiente, en régimen subcrítico.(5) Los disipadores de energía son estructuras que se diseñan para generar pérdidas hidráulicas importantes en los flujos de alta velocidad. El objetivo es reducir la velocidad y pasar el flujo de régimen supercrítico a subcrítico. Las pérdidas de energía son ocasionadas por choque contra una pantalla vertical en disipadores de Impacto, por caídas consecutivas en Canales Escalonados, o por la formación de un resalto hidráulico en Disipadores de Tanque. Uno de los aspectos que generalmente merece especial atención en el diseño de obras hidráulicas de montaña es la disipación de la energía cinética que adquiere un chorro líquido por el incremento de la velocidad de flujo. Esta situación se presenta en vertederos de excedencias, estructuras de caída, desfogues de fondo, bocatomas, salidas de alcantarillas, etc.(5) La disipación de la energía cinética puede lograrse aplicando diferentes medidas, a saber: generación de resalto hidráulico, impacto o incremento de la rugosidad.(5) 5.7. El resalto hidráulico y su uso como disipador de energía Cuando el cambio rápido en la profundidad de flujo es desde un nivel bajo a un nivel alto, a menudo el resultado es una subida abrupta de la superficie del agua. Este fenómeno local se conoce como resalto hidráulico. Se produce generalmente luego del paso por una compuerta, aguas debajo de un vertedero o cuando la pendiente alta se vuelve casi horizontal.(1) Un resalto ondulatorio es un resalto bajo, con un pequeño cambio en la profundidad, el agua no sube abruptamente, sino con ondulaciones; un resalto directo es alto, con gran cambio de profundidad y mucha pérdida de energía.(1) El resalto hidráulico es el ascenso brusco del nivel del agua que se presenta en un canal abierto a consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua que fluye a elevada velocidad.(5) Este fenómeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, en el que tiene lugar un cambio violento del régimen de flujo, de supercrítico a subcrítico. Las características del resalto hidráulico han sido aprovechadas para reducir las velocidades de flujo en canales a valores que permitan el escurrimiento sin ocasionar tensiones de corte superiores a los límites permitidos por los materiales que componen el perímetro mojado. El lugar geométrico en el que se presenta el resalto se denomina colchón hidráulico.(5) El resalto, según Chow (1994), se utiliza para: Disipar la energía del agua que fluye sobre presas, vertederos y otras estructuras y prevenir la erosión aguas abajo. Aumentar el nivel de agua aguas abajo de una canaleta de medición y mantener un nivel alto del agua en el canal de irrigación o de cualquier estructura para distribución de agua. Incrementar el peso sobre la zona de aguas abajo de una estructura de mampostería y reducir la presión hacia arriba bajo dicha estructura, aumentando la profundidad del agua en su zona de agua abajo. Aumentar el caudal por debajo de una compuerta deslizante manteniendo alejada la profundidad de aguas abajo, debido a que la altura efectiva se reducirá si la profundidad de aguas abajo ahoga el resalto. Para indicar condiciones especiales de flujo, como la existencia de flujo supercrítico o la presencia de una sección de control, de tal manera que puede localizarse una estación de aforo. Mezclar químicos utilizados para la purificación de agua y casos similares. Airear el agua en sistemas de suministros urbanos. Remover bolsas de aire en las líneas de suministro de agua y prevenir eltaponamiento por aire.(1) 6. ESTRUCTURAS DE VERTIMIENTO DE AGUAS Estas estructuras son canales abiertos que se construyen desde la corona hasta el pie del talud o la ladera. Se diseñan con el objetivo de conducir las aguas de escorrentía que llegan de cunetas o canales interceptores, y su buen funcionamiento depende de la correcta selección, combinación y ubicación de éstas. Entre las estructuras de vertimiento se tienen: el canal de rápidas escalonadas, el canal de rápidas lisas, y la combinación de rápidas lisas y rápidas escalonadas o de otras estructuras de vertimiento de aguas, como en este caso lo son el CRTC y el CPD.(3) 6.1. Rápidas lisas Son canales de fondo liso con pendientes adecuadas a las condiciones topográficas del terreno y al caudal que se desea evacuar. En ellos, el agua escurre a velocidad apreciable, llegando al pie de la ladera o talud con gran cantidad de energía cinética que requiere ser disipada para no erosionar el lecho del cauce receptor del agua, ni poner en peligro la estructura por socavación de su pie; para esto se emplean tanques amortiguadores con dentellones o bloques. (3) El diseño de las rápidas lisas principalmente está en función del caudal de diseño por evacuar, de las características geométricas escogidas para el canal, de la pendiente del terreno y del material a utilizar. El canal diseñado debe ser capaz de resistir las velocidades que se desarrollen en él y de conducir el agua sin rebosarse para el periodo de retorno seleccionado.(3) Este tipo de canales (Ver Fotografía 7) generalmente se construye en concreto reforzado, lo que garantiza una buena resistencia ante altas velocidades de flujo, por ejemplo, entre 10 y 20 m/s, y en particular para los tipos de concreto (según su resistencia a la compresión) que normalmente se usan en el país. Además, por los caudales que se manejan en estos canales, muy difícilmente se alcanzan velocidades que superen las indicadas atrás.(3) Imagen 1. Canal de rápidas lisas. Sin embargo, si se optara por otros materiales, puede utilizarse una tabla para definir velocidades máximas permisibles en canales revestidos como la que se presenta a continuación (Tabla 1): Tabla 1. Velocidades máximas permisibles en rápidas lisas. MATERIAL VELOCIDAD MÁXIMA (m/s) Ladrillo común 3 Ladrillo vitrificado 5 Arcilla vitrificada (gres) 4 Concreto 175 kg/cm2 (17,2 MPa) 6 Concreto 210 kg/cm2 (20,6MPa) 10 Concreto 280 kg/cm2 (27,5 MPa) 15 Concreto 350 kg/cm2 (34,3 MPa) 20 6.2. Rápidas escalonadas Son canales con gradas o escalones (Ver Fotografía 8) donde, a la vez que se conduce el agua, se va disipando la energía cinética del flujo por impacto con los escalones, llegando el agua al pie de la rápida con energía disipada, por lo que no se hace necesaria alguna estructura adicional, o, dado el caso, una estructura pequeña. (3) Primero, se debe definir el régimen preferencial del flujo para el caudal de diseño, en cuanto a si este sería saltante (se caracteriza por una sucesión de chorros en caída libre que chocan en el siguiente escalón, seguidos por un resalto hidráulico parcial o totalmente desarrollado) o rasante (en él, el agua fluye sobre los escalones como una corriente estable rasando sobre ellos y amortiguándose por el fluido re circulante atrapado entre los escalones), teniendo en cuenta que la disipación de la energía, en el régimen saltante, se produce en cada escalón, al romperse el chorro en el aire, al mezclarse en el escalón o por formación de resaltos hidráulicos; y en el régimen rasante, se produce en la formación de vórtices en las gradas, debido a que las gradas actúan como una macro rugosidad en el canal.(3) Imagen 2. Canal de rápidas escalonadas. Para el diseño de rápidas escalonadas se recomiendan los siguientes pasos3, sin profundizar en el tema por no ser el propósito de este documento: Estimar el caudal de diseño. Evaluar la geometría del canal (pendiente, altura y ancho). Seleccionar la altura óptima del escalón, para obtener el régimen de flujo seleccionado. Calcular las características hidráulicas del flujo. Calcular el contenido de aire disuelto aguas abajo de la estructura. En los regímenes de flujo saltante se debe airear el salto en su caída libre de un escalón a otro. Calcular la altura de las paredes del canal considerando un borde libre, para recoger las posibles salpicaduras o aumentos de caudal no previstos. Si se desea disipar mayor energía se pueden adicionar elementos para este propósito como bloques de cemento o salientes en la grada (que bloquean el flujo), rápidas escalonadas con tapas (que interceptan los chorros de agua) o rápidas escalonadas con vertedero y pantalla (forman resalto hidráulico y atenúan el golpe del agua). (Ver Figura 1). (3) Figura 14. Rápida escalonada con vertedero y pantalla. 6.3. Combinación de rápidas lisas y escalonadas Son estructuras conformadas por canales de rapidas lisas que incluyen en su desarrollo longitudinal un escalón u otro elemento disipador de la energía cinética del flujo, prescindiendo en la mayoría de los casos del empleo de estructuras disipadoras en el pie de la estructura.(3) A este tipo de estructuras pertenecen el Canal de Pantallas Deflectoras (CPD) y el Canal de Rápidas con Tapa y Columpio (CRTC); estas estructuras requieren de un diseño especial debido a que disipan la energía del flujo a lo largo del canal y no al pie de ésta. (3) 6.3.1. Canal de Pantallas Deflectoras (CPD). Es un canal de sección rectangular y fondo liso que incluye pantallas deflectoras alternas colocadas a 45º con el eje del canal, las cuales cumplen el papel de elementos disipadores de energía, y pestañas longitudinales sobre los bordes de ambas paredes del canal que impiden que la estructura rebose. (Ver Figura 2).(3) Figura 15. Canal de pantallas deflectoras. Diseño geométrico original. Las pantallas deflectoras desvían el flujo lateralmente disminuyendo la velocidad en el caso de que el caudal sea pequeño (por ejemplo, que no rebase la altura de las pantallas), y si el caudal es grande actúan como grandes rugosidades permitiendo la disipación de la energía en el fondo del canal. (Ver Fotografía 9). Imagen 3. Canal de Pantallas Deflectoras. El CPD es “aplicable al caso de conducciones a lo largo de pendientes pronunciadas (entre el 10% y el 50%), que evita velocidades exageradas y entrega el flujo con energía disipada, sea cual fuere la longitud del canal y la diferencia de nivel entre sus extremos. Tiene la propiedad de conservar prácticamente constante su capacidad al variar la pendiente dentro de un amplio rango, razón por la cual es adaptable a las sinuosidades de los perfiles sin necesidad de variar la sección y sin exigir excavaciones excesivas para su construcción. Ya que el diseño no presenta ninguna arista horizontal ni zonas de estancamiento, la estructura previene la sedimentación de material en suspensión y la obstrucción con cuerpos flotantes, siendo apta para la conducción de aguas negras y aún de lodos”. (3) Las principales características del CPD son, según su mismo diseñador: Capacidad prácticamente constante para el rango de pendientes entre 10% y 50%. Adaptabilidad a las sinuosidades de los perfiles, sin necesidad de variar la sección. Economía notable en la excavación, como consecuencia de la característica anterior. Baja velocidad en relación con la del canal sin pantallas, y dentro de los límites tolerables para el concreto. Disipación de energía dentro del canal, sin requerir estructuras disipadoras especiales a la entrada o a la salida. Auto limpieza, ya que no hay zonas de estancamiento en donde pueda presentarse sedimentación. Facilidad y sencillez en la formaletería. (3) 6.3.2. Canal de Rápidas con Tapa y Columpio (CRTC) Es un canal aplicable al caso de conducciones a lo largo de pendientes altas o muy altas (entre el 50% y el 173%) conformado por una serie de rápidas lisas de sección rectangular, que se interrumpen en las terrazas de un talud tratado o cada cierto tramo, de tal forma que en la transición de una rápida a otra se tiene un columpio que deflecta el chorro y lo proyecta contra una tapa existente en el inicio de la siguiente rápida aguas abajo. El sistema columpio – tapa es complementado con un deflector que obliga al flujo a volver al canal. (Ver Figuras 3 y 4. Ver Fotografía 10). Gran parte de la energía se disipa en el módulo columpio-tapa, al generarse una turbulencia y aireación del flujo en el punto de impacto del chorro de agua con la tapa, lo cual proporciona que en el momento de llegada del agua al pie de la ladera o talud el porcentaje de energía disipada en toda la trayectoria de la estructura sea lo más alto posible. (3) Las principales características del CRTC son: Es complementario con el Canal de Pantallas Deflectoras. El diseño especial del columpio en el escalón evita la presencia de obstáculos en el flujo. Proporciona una gran capacidad de descarga, a pesar de la fuerte pendiente. Capacidad prácticamente constante para el rango de pendientes entre el 50% y el 173%. Puede adaptarse fácilmente al perfil del talud o drenaje haciendo que los escalones del canal coincidan con las zanjas o cunetas construidas a lo largo del talud. Permite altos niveles de disipación de energía. Previene la sedimentación y la obstrucción con basuras. Admite colectores laterales en el escalón. Las tapas sirven de puente en las terrazas. Es de fácil mantenimiento. Ofrece economía y facilidad en la construcción (con el uso de formaletas tipo y pocas excavaciones). (3) Figura 16. Canal de Rápidas con Tapa y Columpio. Diseño geométrico. Figura 17. Canal de Rápidas con Tapa y Columpio. Detalle del Escalón (Columpio). Imagen 4. Canal de Rápidas con Tapa y Columpio (CRTC). De acuerdo con lo planteado hasta aquí en cuanto a las características de diseño del CPD y del CRTC, el primero puede entregar las aguas conducidas al segundo, o recibirlas de él cuando la pendiente se suavice, cubriéndose así todos los rangos de pendiente; es decir, el CRTC y el CPD se complementan. (Ver Fotografía 11). (3) Imagen 6. Combinación de CRTC y CPD. BIBLIOGRAFIA 1. http://www.agronomia.uchile.cl/web/manuel_casanova/conservacion/dise%F1o%20de %20estructuras%20hidr%E1ulicas.pdf 2. Ven Te Chow. HIDRAULICA DE CANALES ABIERTOS. Editorial McGRAW-HILL INTERAMERICANA S.A. Colombia 2004. 3. http://idea.manizales.unal.edu.co/gestion_riesgos/descargas/ponencias/Manual_estru cturas_vertimiento.pdf 4. http://www.sagarpa.gob.mx/desarrolloRural/noticias/2012/Documents/FICHAS%20TE CNICAS%20E%20INSTRUCTIVOS%20NAVA/FICHA%20TECNICA_DISIPADORES %20DE%20ENERG%C3%8DA.pdf 5. http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2008/bmfcir457p/doc/bmfcir457p.pdf