canales, ductos y edificaiones
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Canales y ductos
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.
El conocimiento empírico del funcionamiento de los
canales se remonta a varios milenios. En la antigua
Mesopotamia se usaban canales de riego, en la Roma
Imperial se abastecían de agua a través de canales
construidos sobre inmensos acueductos, y los habitantes
del antiguo Perú construyeron en algunos lugares de los
Andes canales que aun funcionan. El conocimiento y
estudio sistemático de los canales se remonta al siglo
XVIII, con Chézy, Bazin y otros.
El ducto es un conducto que cumple la función de
transportar agua u otros fluidos. Se suele elaborar con
materiales muy diversos. Cuando el líquido transportado
es petróleo, se utiliza la denominación específica de
oleoducto. Cuando el fluido transportado es gas, se
utiliza la denominación específica de gasoducto.
También es posible transportar mediante tubería
materiales que, si bien no son un fluido, se adecúan a
este sistema: hormigón, cemento, cereales, documentos
encapsulados, etcétera.
Los ductos se construyen en diversos materiales en
función de consideraciones técnicas y económicas. Suele
usarse el hierro fundido dúctil, acero, cobre, plomo,
hormigón, polipropileno, PVC,1 PEAD, etcétera.
Agua
Los materiales más comunes son hierro fundido dúctil,
polibutileno, polipropileno,polietileno cobre, plomo.
Actualmente el plomo se usa menos porque se ha
descubierto que puede ser nocivo para la salud.
Desagües
Los materiales más comunes son hierro fundido, PVC,2
hormigón o fibrocemento.3 Los nuevos materiales que
están reemplazando a los tradicionales son el PEAD
(Polietileno de Alta Densidad) y PP (Polipropileno).
Gas
Suelen ser de cobre o hierro fundido (dúctil o laminar
según las presiones aplicadas), dependiendo del tipo de
instalación, aunque si son de un material metálico es
necesario realizar una conexión a la red de toma de
tierra.4 También se están comenzando a hacer de PRFV5
en el caso de tuberías de conducción con requerimientos
térmicos y mecánicos menos exigentes. además
soportan altas presiones
Calefacción
El cobre es el material más usado en las instalaciones
nuevas, mientras que en instalaciones antiguas es muy
común encontrar tuberías de hierro. En redes enterradas
se emplea tubería Preaislada.
Uso industrial
Energía
En el transporte de vapor de alta energía6 se emplea
acero aleado con Cromo y Molibdeno. Para grandes
caudales de agua (refrigeración) se emplea hierro
fundido dúctil (hasta 2m de diámetro) o acero al
carbono. En el caso de la última, la tubería se fabrica a
partir de chapa doblada que posteriormente es soldada
(tubería con costura).
Petroquímica
Dada la variedad de productos transportados se
encuentran materiales muy distintos para atender a las
necesidades de corrosión, temperatura y presión. Cabe
reseñar materiales como el Monel o el Inconel para
productos muy corrosivos.
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.
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.
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 es la distancia vertical del punto más bajo de la
sección del canal a la superficie libre.
Ancho superior: el ancho superior es el ancho de la
sección del canal en la superficie libre.
Área mojada: el área mojada es el área de la sección
transversal del flujo normal a la dirección del flujo.
Perímetro mojado: el perímetro mojado 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 es la relación entre
el área mojada y el perímetro mojado.
Profundidad hidráulica: la profundidad hidráulica es la
relación del área mojada con el ancho superior.
Factor de la sección: el factor de la sección, para
cálculos de escurrimiento o flujo crítico es el producto
del área mojada con la raíz cuadrada de la profundidad
hidráulica.
El factor de la sección, para cálculos de escurrimiento
uniforme es el producto del área mojada con la potencia
2/3 del radio hidráulico.
Las características geométricas son la forma de la
sección transversal, sus dimensiones y la pendiente
longitudinal del fondo del canal.
Las características hidráulicas son la profundidad del
agua, el perímetro mojado el área mojada y el radio
hidráulico todas función de la forma del canal. También
son relevantes la rugosidad de las paredes del canal,
que es función del material en que ha sido construido,
del uso que se le ha dado y del mantenimiento, y la
pendiente de la línea de agua, que puede o no ser
paralela a la pendiente del fondo del canal.
En el caso de los canales para irrigación los hay de dos
tipos:
Principales: Toman el agua directamente de la presa o
de un río y la distribuyen a los canales laterales. Se
localizan siguiendo sensiblemente una curva de nivel y
con una pendiente tal que no erosione ni provoque
acumulación de sedimentos.
Laterales o ramales: Distribuyen el agua desde el canal
principal directamente sobre el terreno de cada
agricultor, se ubican de acuerdo a la topografía o con
una cuadrícula establecida.
Si el material en que se realiza la excavación es
relativamente resistente e impermeable, el canal no
tendrá que ser revestido.
En caso contrario el canal deberá ser revestido. El
revestimiento puede ser de mampostería, tierra
compactada, concreto, gunita, mortero cemento etc.
La sección interior del canal casi siempre es trapezoidal
como en un túnel el piso del canal es el fondo
Los exámenes técnicos para los canales son similares a
los de las carreteras y vías férreas. Se preparan los
perfiles longitudinales y transversales a lo largo de la
ruta elegida y se determinan las profundidades de las
zanjas y Alturas de los terraplenes.
Los estudios geológicos superficiales determinan la
necesidad de efectuar exploraciones adicionales sobre la
ruta definitiva que se eligió.
Los métodos geofísicos de resistividad ayudan a definir
la posición del nivel freático, el espesor de la roca
intemperizada o localizar rocas muy permeables.
Además debe considerarse la posibilidad de tener
deslizamientos de tierra por eso habrá de señalizarse en
el mapa los ya existentes, así como hacer un cálculo de
su influencia en la construcción y mantenimiento de
futuros canales.
Edificaciones
La geología en las edificaciones constituye la zapata en
la cual se apoyan todas las edificaciones existentes en la
actualidad, pues, se debe realizar siempre un estudio del
suelo sobre la cual nosotros los ingenieros civiles
debemos construir.
Sino se realizan los estudios del suelo debido la mayoría
de las edificaciones con el tiempo pueden tener
problemas los cuales son muy difíciles de reparar
estando ya la edificación terminada. Ahora veremos un
ejemplo de la explotación de canteras para conseguir la
piedra para las edificaciones.
La importancia de la geología en el campo de la
ingeniería civil, así como mencionar ejemplos prácticos
de la aplicación de los conocimiento geológico aplicados
a la ingeniería civil.
Estas definiciones son medios de ayuda y conocimiento
para la ingeniería civil, como ciencia al servicio de los
hombre y el progreso a favor de esta, así como materia
de esta clase para el conocimiento para la rama de la
ingeniería
Prácticamente la geología constituye el pilar en el cual
se apoyan todas las edificaciones existentes en la
actualidad, pues se debe realizar siempre un estudio del
suelo sobre el cual planeamos construir. Estos se
realizan con el fin de evitar daños a la estructura de las
mismas una vez ya terminadas, causadas por una gama
de factores, como pueden ser los asentamientos del
subsuelo.
Antes de construir un edificio se hace necesario un
informe geológico (Informe Geotécnico) que defina el
tipo de cimentación y el nivel de apoyo en el terreno, las
presiones de trabajo y los asientos asociados con los
mismos y los eventuales problemas de ejecución.
Este tipo de informe es particularmente importante sino
imprescindible, en las poblaciones situadas en zonas
sísmicas o próximas a volcanes considerados inactivos,
en las que las construcciones se tienen que hacer con
muchas más garantías. Desgraciadamente, y esto ha
costado muchas vidas humanas, no siempre se realizan
estos estudios geológicos, por lo que se hace necesario
el que la legislación contemplen este aspecto en su
verdadera importancia, obligando a su realización y a un
control de calidad durante la ejecución de la obra.
Hacer una edificación, no importa cual sea su tamaño y
el destino que se le va a dar requiere necesariamente
del conocimiento geotécnico del terreno de
cimentación, con el fin de determinar cuales serán las
deformaciones y riesgos de falla que pudieran presentar
y cual seria la cimentación que mas se ajuste a las
condiciones del terreno.
Aunque la investigación de las deformaciones y riesgos
de falla es del dominio del especialista en mecánica de
suelos, la participación del geólogo es primero que la de
cualquier otro profesionista.
El geólogo debe conocer diferentes tipos de estructuras
y cimentaciones, su modo de construcción y
preocuparse de la mayor adaptación de la estructura a
las condiciones geológicas del sitio, considerando
además su influencia sobre los terrenos circundantes.
Su conocimiento de los conceptos de carga muerta y
carga viva debe ser claro, así como de los sometimientos
externos a que puede estar sujeta la obra
Por carga muerta se entiende el peso del edificio y el
mobiliario y equipo necesario para su funcionamiento y
por carga viva aquella que resulta de la actividad
humana que se desarrolle.
Pilotes: Su diámetro varia entre 30 CMS y un metro y se
utilizan cuando se requiere:
Transmitir las cargas de una estructura a través del
suelo blando o a través del agua, hasta un estrato del
suelo resistente que garantice el apoyo adecuado.
Distribuir la carga dentro de un suelo de gran
espesor, por medio de la fricción lateral que se produce
entre suelo y pilote.
Proporcionar el debido anclaje a ciertas estructuras o
resistir las fuerzas laterales que se ejerzan sobre ellas.
En estas condiciones se suele recurrir a pilotes
inclinados.
Proporcionar anclaje a estructuras sujetas a supresiones,
resistir el volteo de muros y presas de concreto
cualquier efecto que trate de levantar la estructura.
Alcanzar con la cimentación profundidades ya no
sujetas a erosión, socavación y otros efectos nocivos.
Tipos de pilote por su forma de trabajo
De punta: Desarrollan su capacidad de carga con apoyo
directo a un estrato resistente
De fricción: Desarrollan su Resistencia por la fricción
lateral que generan contra el suelo que los rodea
Mixtos: Aprovechan los dos efectos de los anteriores.
Tipos de pilote por su tipo de material
Madera: Se usan poco en trabajos de importancia
Concreto: Son los mas usados en la actualidad, pueden
ser de sección llena o hueca de menor peso según sea el
procedimiento de construcción y de colocación pueden
ser fabricados o bien colocados en el lugar, en una
excavación realizada previamente.
Acero: Son de gran utilidad en aquellos casos en que la
hinca de pilotes de concreto se dificulte por la
Resistencia relativa del suelo, pues tienen mayor
Resistencia a los golpes de un martinete.
Problemas geotécnicos
El geólogo en la investigación primera, que antecede a
cualquier otro estudio deberá definir o proporcionar la
información que conduzca a establecer cuales serán los
problemas que se presentarán durante las excavaciones
iniciales y luego durante los trabajos de cimentación.
Problemas de excavación
La investigación geológica mencionada debe llevar a
considerar: El tipo de talud para el material en los muros
de la excavación, la dificultad probable al excavar, la
estabilidad del piso y paredes, las condiciones de agua
subterránea.
Si la excavación es en roca dura no afectada por la
meteorización los muros serán estable; aún con
pendientes muy Fuertes; sin embargo puede ocasionar
dificultades la posible presencia de fallas, de fracturas, la
inclinación desfavorable de las capas, o las
intercalaciones de rocas competentes con
incompetentes: por lo que en general en las rocas ígneas
y metamórficas la estabilidad no crea grandes
problemas