Canal hidràulic

De Viquipèdia
Jump to navigation Jump to search
Al Rosselló es coneix com agulla
Canal a la ciutat d'Horten, Noruega.
Séquia

En enginyeria, un canal hidràulic és una construcció destinada al transport de fluids —generalment utilitzada per dur aigua— i que, a diferència de les canonades, és oberta a l'atmosfera. També s'usen com a vies artificials de navegació. La descripció del comportament hidràulic dels canals és una part fonamental de la hidràulica i el seu disseny pertany al camp de l'enginyeria hidràulica, una de les especialitats de l'enginyeria civil.

El coneixement empíric del funcionament dels canals es remunta a diversos mil·lennis. En l'antiga Mesopotàmia es feien servir canals de reg,[1] en la Roma imperial s'abastien d'aigua mitjançant canals construïts sobre grans aqüeductes, i els habitants del Perú dels Inques construïren en alguns llocs dels Andes canals que encara funcionen. El coneixement i estudi sistemàtic dels canals s'inicia al segle XVIII, amb Chézy, Bazin i d'altres.

A la Península Ibèrica, en zones d'influència musulmana, són freqüents les séquies. Una séquia no és altre que un canal de reg. En general es pot considerar que un canal transporta més aigua que una séquia. A la pràctica hi ha canals petits i séquies de grans dimensions, realitat que fa imprecisa la classificació exposada.

Tipus[modifica]

Canals naturals 
Depressió natural en l'escorça de la Terra, alguns tenen poca fondària i altres en tenen més depenent de si es troben a la muntanya o a la planura. Alguns d'aquests canals poden permetre la navegació fins i tot sense necessitat de dragar.
Canals de reg 
Vies fetes per conduir l'aigua fins a les zones on es necessita fer-ne una aportació que complementi la precipitació natural.
Canals de navegació 
Es tracta d'una via artificial que connecta llacs, rius o oceans.
Canals de drenatge

Canals romans[modifica]

Els diversos sistemes de canals emprats en la Roma clàssica són representatius dels sistemes de canals anteriors i posteriors.[2]

Bàsicament n’hi havia de tres tipus:

Ubicació i descripció[modifica]

Pel que fa a la seva ubicació física, els canals romans podien estar a l'aire lliure, en un túnel o enterrats (circulant l'aigua per la llera del canal, deixant una superfície lliure).

Elements geomètrics de la secció del canal[modifica]

Els elements geomètrics són propietats d'una secció del canal que pot definir-se completament per la geometria de la secció i la profunditat del flux. Tals elements són molt importants per a calcular l'escorriment.

  • Profunditat del flux, calat: la profunditat del flux (h) és la distància vertical del punt més baix de la secció del canal a la superfície lliure.
  • Amplada superior: l'amplada superior (T) és l'amplada de la secció del canal en la superfície lliure.
  • Àrea mullada: l'àrea mullada (A) és l'àrea de la secció transversal del flux normal a la direcció del flux.
  • Perímetre moll: el perímetre moll (P) és la longitud de la línia de la intersecció de la superfície mullada del canal amb la secció transversal normal a la direcció del flux.
  • Radi hidràulic: el radi hidràulic (R) és la relació entre l'àrea mullada i el perímetre moll, s'expressa com:
  • Profunditat hidràulica: la profunditat hidràulica (D) és la relació de l'àrea mullada amb l'amplada superior, s'expressa com:
  • Factor de la secció: el factor de la secció (Z), per a càlculs d'escorriment o flux crític és el producte de l'àrea mullada amb l'arrel quadrada de la profunditat hidràulica, s'expressa com:
El factor de la secció, per a càlculs d'escorriment uniforme és el producte de l'àrea mullada amb la potència 2/3 del radi hidràulic, s'expressa com:

Característiques geomètriques i hidràuliques d'un canal[modifica]

Les característiques geomètriques són la forma de la secció transversal, les seves dimensions i el pendent longitudinal del fons del canal. Les característiques hidràuliques són la profunditat de l'aigua (h, en m), el perímetre moll (P, en m), l'àrea mullada (A, en m2) i el radi hidràulic (R, en m), totes funció de la forma del canal. També són rellevants la rugositat de les parets del canal, que és funció del material amb el que ha estat construït, l'ús al qual s'ha destinat i del manteniment, i el pendent de la línia d'aigua, que pot ser o n o paral·lel al pendent del fons del canal. El radi hidràulic es defineix com:

essent i l'àrea i el perímetre moll.

Tipus de flux en un canal[modifica]

Comportament d'un salt hidràulic
Flux permanent 
Un flux permanent és aquell en el qual les propietats fluides romanen constants en el temps, encara que poden no ser constants en l'espai. Les característiques del flux, com són: Velocitat (V), cabal (Q), i calat (h), són independents del temps, si bé poden variar al llarg del canal, essent x l'abscissa d'una secció genèrica, es té que:
V = fv(x)
Q = fq(x)
h = fh(x)
Flux transitori o no permanent 
Un flux transitori presenta canvis en les seves característiques al llarg del temps per al qual s'analitza el comportament del canal. Les situacions de transitorietat es poden donar tant en el flux subcrític com en el supercrític. Les característiques del flux són funció del temps; en aquest cas es té que:
V = fv(x, t)
Q = fq(x, t)
h = fh(x, t)
Flux uniforme 
És el flux que es dóna en una canal recta, amb secció i pendent constant, a una distància considerable (20 a 30 vegades la profunditat de l'aigua en la canal) d'un punt singular, és a dir un punt on hi ha un canvi de secció transversal ja sigui de forma o de rugositat, un canvi de pendent o una variació en el cabal. En el tram considerat, si les funcions mencionades més amunt assumeixen la forma:
V = fv(x) = Constant
Q = fq(x) = Constant
h = fh(x) = Constant
Flux gradualment variat 
El flux és variat: si la profunditat de flux canvia al llarg de la canal. El flux variat pot ser permanent o no permanent. Donat que el flux uniforme no permanent és poc freqüent, el terme "flux no permanent" es farà servir d'aquí en endavant per a designar exclusivament el flux variat no permanent. El flux variat pot classificar-se a més com ràpidament variat o gradualment variat. El flux és ràpidament variat si la profunditat de l'aigua canvia de manera abrupta en distàncies comparativament curtes; d'altra manera és gradualment variat. Un flux ràpidament variat també es coneix com fenomen local; alguns exemples són el ressalt hidràulic i la caiguda hidràulica.
Flux abruptament variat 
Flux subcrític o flux lent
El nivell efectiu de l'aigua en una secció determinada està condicionat a la condició de contorn situada aigües avall.
Flux supercrític o flux veloç
El nivell de l'aigua efectiu en una secció determinada està condicionat a la condició de contorn situada aigües amunt.

Aqüeductes romans[modifica]

El canal de l'Aqua Augusta a l'entrada del castellum aquae a Pompeia
Aqüeducte de Salona

L’estudi detallat dels aqüeductes romans permet analitzar els trams canalitzats que en formaven part. Un aqüeducte consta d’un conjunt d’elements bàsics:

  • Una font d’aigua en el seu origen
  • Canals a l’aire lliure
  • Canals que discorren per un túnel
  • Canals elevats sobre una obra arquitectònica
  • Canonades
    • Canonades de ceràmica
    • Sifons de plom
  • Centre de distribució al final

Des del punt de vista de les dades generals són interessants altres conceptes:

  • Distància en línia recta entre l’origen i el final
  • Cabal d'aigua transportat
    • cabal màxim
    • cabal mig
    • cabal mínim en condicions normals
  • Llargària real de l’aqüeducte
  • Desnivell entre l’origen i el final
    • Desnivells parcials entre trams

Llista d'aqüeductes romans[modifica]

Detalls constructius dels canals d'aigua romans[modifica]

A més d'algunes obres clàssiques que tracten dels aqüeductes romans (bàsicament les de Vitruvi i Frontí), hi ha alguns estudis especialitzats sobre el tema que poden consultar-se a la xarxa.[34]

Nivells i pendents[modifica]

Els diversos trams d'un aqüeducte calia construir-los amb un pendent adequat. Un pendent poc inclinat no permetia una circulació adequada de l'aigua, amb poc cabal i tendència a les obstruccions accidentals. Un pendent massa pronunciat tampoc no era ideal: hi havia una tendència a l'erosió de la llera i a una circulació excessivament ràpida de l'aigua. El pendent dels conductes d’aigua romans varia entre el 0,15 i el 0,30 %. Vitruvi aconsellava pendents del 0,5 %.[35][36][37]

Abans de la construcció i al llarg de les diferents etapes constructives calia mesurar els nivells i els desnivells de forma acurada. Els romans empraven diversos instruments per a mesurar nivells i alineacions:

A partir dels aqüeductes estudiats és possible afirmar que els romans mesuraven amb molta precisió els nivells i les orientacions verticals. No es pot dir el mateix de les orientacions horitzontals en túnels i indrets no visibles directament.

Canals superficials[modifica]

Les parts d’un aqüeducte que anaven per la superfície no arribaven al 20 percent. Els canals superficials anaven protegits, totalment o parcial, amb lloses de pedra. Aquesta solució era la més econòmica sempre que l'orografia ho permetés. Els treballs d'excavació eren mínims i el manteniment i les reparacions eren fàcils i ràpides.

Canals enterrats a poca profunditat[modifica]

Més freqüent que la solució anterior, aquesta opció era molt semblant des del punt de vista tècnic. Quan la profunditat del canal era reduïda (de l'ordre de tres metres o menys) les excavacions es podien fer des de la superfície, sense foradar túnel. Els treballs eren ràpids i econòmics. A diferència dels túnels, en una rasa relativament superficial hi poden treballar una munió d'operaris.

Túnels[modifica]

Sempre que era possible es preferien els túnels. La seva secció típica era d’un metre d’ample, aproximadament, i uns 2 metres d’alt. Això permetia una excavació relativament fàcil i la realització còmoda de les tasques de manteniment. Cada 30 o 60 metres hi havia un pou vertical que comunicava el túnel amb la superfície (aquests pous s’anomenaven puteus o lumen en llatí). Cada pou estava proveït d’escales, o un sistema equivalent, permetent que els oèraris poguessin baixar i pujar amb facilitat. La boca del pou estava normalment tancada i protegida amb lloses o un muntatge semblant.

Canonades de terrissa[modifica]

Canonada d’un aqüeducte romà feta de peces de terrissa.
Peça de terrissa de secció rectangular.

La conducció d'aigua en els trams finals, o en casos particulars, es podia fer amb canonades de terrissa. Un conducte estava format per unitats modulars de forma troncocònica d'uns 70 centímetres de llarg. La boca petita encaixa d'una peça encaixava en la boca gran de la peça veïna. La boca gran acostumava a tenir un cordó de reforç formant part integral de la peça. També eren freqüents els encaixos o canals rebaixats per a millorar l'estanquitat del conjunt. Les peces de terrissa anaven unides per argamassa hidràulica formant un tancament impermeable.

Alguns mòduls de terrissa eren de secció rectangular amb els extrems adaptats per a ser encaixats.

Canonades de bronze i de plom[modifica]

De forma similar al cas anterior, quan calia, es podien emprar canonades metàl·liques de bronze o de plom. Fabricades a partir de peces tubulars d'una certa llargària.

  • Hi ha documentats diversos casos d'aqüeductes romans equipats amb sifons de plom.

Acabat i revestiment[modifica]

Diversos fragments de canonades de plom romanes (Ostia antica).

Les canals d'aigua pròpiament dites (aquelles parts d'un canal que entraven en contacte amb l'aigua), amb independència de l'estructura adoptada (pedra picada, maçoneria o formigó) havien de ser impermeables a l'aigua i tenir una superfície relativament llisa. Ambdues qualitats s'obtenien aplicant un revestiment basat en l'anomenatopus signinum.[41][42][43] La secció de la canal que havia de dur aigua es revestia de diverses capes i la darrera capa s'allisava amb cura. La feble rugositat obtinguda amb el mètode descrit permetia una circulació d'aigua amb un fregament mínim, i dificultava el dipòsit de matèries estranyes o la formació d'incrustacions a les parets.

Canals notables a la península ibèrica[modifica]

Aragó[modifica]

Castella[modifica]

Catalunya[modifica]

Canals notables al món[modifica]

Amèrica[modifica]

Àsia[modifica]

Bibliografia[modifica]

Referències[modifica]

  1. Murakami, Masahiro. «Managing water for peace in the Middle East» (en anglès). United Nations University (UNU) Press, 1995. [Consulta: 25 octubre 2009].
  2. Rosina Maria Zornlin. The World of Waters: Or Recreations in Hydrology. John W. Parker, 1850, p. 139–. 
  3. Adrian Goldsworthy. Pax romana: Guerra, paz y conquista en el mundo romano. La Esfera de los Libros, 21 març 2017, p. 306–. ISBN 978-84-9060-968-2. 
  4. Sir William Smith. A Dictionary of Greek and Roman Antiquities, etc. John Murray, 1875, p. 112–. 
  5. Cynthia Bannon. Gardens and Neighbors: Private Water Rights in Roman Italy. University of Michigan Press, 22 febrer 2010, p. 132–. ISBN 0-472-02564-3. 
  6. Juan Agustín Ceán Bermúdez. Sumario de las Antiguedades Romanas que hay en España. da Burgos, 1832, p. 249–. 
  7. The Idea of Practical Physick in Twelve Books ... Englished by Nich. Culpeper ... and W. R. [i.e. William Rowland.]. Peter Cole, 1657, p. 4–. 
  8. Andreas N. Angelakis; Eustathios Chiotis; Saeid Eslamian Underground Aqueducts Handbook. CRC Press, 25 novembre 2016, p. 122–. ISBN 978-1-315-35154-4. 
  9. Edward Burton. A Description of the Antiquities and Other Curiosities of Rome. By the Rev. Edward Burton, M.A. Student of Christ Church. for Joseph Parker; and John Murray, London, 1821, p. 22–. 
  10. John Anthony Cramer. A Geographical and Historical Description of Ancient Italy: With a Map and a Plan of Rome. Clarendon Press, 1826, p. 471–. 
  11. Roma á la vista. Descripcion general de la ciudad y sus alrededores ... Traducida, anotada y adicionada ... por ... A. Gil y Santacruz, 1868, p. 465–. 
  12. Richard Chenevix. On industry. 2. On the arts of war. 3. On social habits. 4. On patriotism. 5. On the mutability of national character. J. Duncan, 1832, p. 34–. 
  13. N. B. Cloud. The American Cotton Planter: A Monthly Journal Devoted to Improved Plantation Economy. N. B. Cloud., 1853, p. 332–. 
  14. The Plough, the Loom, and the Anvil. J.S. Skinner & Son, 1853, p. 222–. 
  15. William Smith. Dictionary of Greek and Roman Geography. Little, Brown & Company, 1854, p. 918–. 
  16. International Commission on Irrigation and Drainage. European Regional Conference. Integrated Land and Water Resources Management in History: Proceedings of the Special Session on History, May 16th, 2005. BoD – Books on Demand, 2005, p. 171–. ISBN 978-3-8334-2463-2. 
  17. John Henry Parker. The Archaeology of Rome: 8: The aqueducts. James Parker and Company, 1876, p. 2–. 
  18. Charles King. A Memoir of the Construction, Cost, and Capacity of the Croton Aqueduct: Compiled from Official Documents: Together with an Account of the Civic Celebration of the Fourteenth October, 1842, on Occasion of the Completion of the Great Work: Preceded by a Preliminary Essay on Ancient and Modern Aqueducts. C. King, 1843, p. 16–. 
  19. Agnese Palumbo; Maurizio Ponticello Il giro di Napoli in 501 luoghi. Newton Compton Editori, 13 novembre 2014, p. 114–. ISBN 978-88-541-7070-4. 
  20. Philip E. LaMoreaux; Judy T. Tanner Springs and Bottled Waters of the World: Ancient History, Source, Occurrence, Quality and Use. Springer Science & Business Media, 6 desembre 2012, p. 203–. ISBN 978-3-642-56414-7. 
  21. Pascual Madoz. Barcelona. Abaco, 1846, p. 181–. ISBN 978-84-85226-24-5. 
  22. John Henry Parker. The Aqueducts of Ancient Rome: Traced from Their Sources to Their Mouths, Chiefly by the Work of Frontinus; Verified by a Survey of the Ground. J. Parker & Company, 1876, p. 80–. 
  23. Las técnicas y las construcciones en la ingeniería romana: V Congreso de las Obras Públicas Romanas. Isaac Moreno Gallo, 2010, p. 248–. ISBN 978-84-614-3758-0. 
  24. Richard C. Parks. Medical Imperialism in French North Africa: Regenerating the Jewish Community of Colonial Tunis. U of Nebraska Press, 2017, p. 58–. ISBN 978-1-4962-0287-1. 
  25. André Lefèvre. Las maravillas de la arquitectura. Soriano Fuertes, 1867, p. 163–. 
  26. Richard Heggen. Underground Rivers: From the River Styx to the Rio San Buenaventura, with occasional diversions. Richard Heggen, 16 gener 2015, p. 1005–. GGKEY:BS7JB1BB957. 
  27. Martín Fernández de Navarrete. Disertacion sobre la historia de la náutica: y de las ciencias matemáticas que han contribuido á sus progresos entre los Españoles. la viuda de Calero, 1846, p. 212–. 
  28. Jorge Maier; Real Academia de la Historia (Spain). Gabinete de Antigüedades Comisión de antigüedades de la Real Academia de la Historia: documentación general, catálogo e índices. Real Academia de la Historia, 2002, p. 135–. ISBN 978-84-95983-04-6. 
  29. Historia de la ciudad y reino de Valencia. D. Benito Monfort, 1845, p. 57–. 
  30. Antonio Colinas. Los días en la isla. Huerga Y Fierro Editores, 2004, p. 112–. ISBN 978-84-8374-420-8. 
  31. Pere Serra i Bosch. Disertacion sobre la conduccion de aguas a las fuentes y construccion de acueductos, estanques, pozos y cisternas. Imprenta de Sauri y Compañia, 1832, p. 15–. 
  32. El indicador arqueológico de Tarragona. Puigrubi, 1867, p. 153–. 
  33. Charles White. Three Years in Constantinople; Or Domestic Manners of the Turcs in 1844. Colburn, 1846, p. 253–. 
  34. THE AQUEDUCTS OF ANCIENT ROME. EVAN JAMES DEMBSKEY.
  35. Vitruvius. optimas veteris. Typogr. Societatis, 1807, p. 33–. 
  36. British Association for the Advancement of Science. Meeting. Report of the ... Meeting of the British Association for the Advancement of Science. J. Murray, 1835, p. 422–. 
  37. Abraham Rees. The Cyclopædia: Or, Universal Dictionary of Arts, Sciences, and Literature. Longman, Hurst, Rees, Orme & Brown, 1819, p. 9–. 
  38. Jean-Pierre Adam. Roman Building: Materials and Techniques. Routledge, novembre 2005, p. 16–. ISBN 1-134-61870-0. 
  39. L'architecture de Vitruve. Adolphe Stapleaux, 1816, p. 533–. 
  40. Institut d'Estudis Catalans. Secció Històrico-Arqueològica. Memòries, 1936. 
  41. Joseph Davidovits. Geopolymer Chemistry and Applications. Geopolymer Institute, 2008, p. 193–. ISBN 978-2-9514820-1-2. 
  42. Ernest Bosc. Dictionnaire raisonné d'architecture et des sciences et arts qui s'y rattachent. Libr.-Impr. Réunies, 1877, p. 52–. 
  43. Annales. Société des lettres, sciences et arts des Alpes-Maritimes, 1865, p. 233–. 
  44. Antonio Ibarz Ibarz. El canal d'Aragó i Catalunya: cent anys d'esperança i de progrès. IEBC, 2005. ISBN 978-84-87861-37-6. 
  45. Juan Benito Arranz. El Canal de Castilla: (memoria descriptiva). Editorial MAXTOR, 2001. ISBN 978-84-95636-82-9. 
  46. Eduard Ribera. La paraula primera. Narratives de l'Escriptori, 7 novembre 2017, p. 143–. GGKEY:XYTUQ3EGXZJ. 
  47. Jochs Florals de Barcelona en .... S. Manero, 1876, p. 2–. 
  48. Canal de Urgel. Canal de Urgel. Imp. de N. Ramirez, 1864. 
  49. Josep Maria Franquet i Bernis. Les Terres de l'Ebre: un problema de debò. José María Franquet Bernis, 2009, p. 92–. ISBN 978-84-930364-5-4. 
  50. Joan Castellano Masdeu. Activitats d'oci i esports d'aventura al Delta de l'Ebre: pesca, caça, windsurf, fundboard .... Cossetània Edicions, 2000, p. 14–. ISBN 978-84-89890-75-6. 
  51. Coachella Canal Lining Project, Riverside County, Imperial County: Environmental Impact Statement, 2001. 
  52. Pakistan. Ministry of Food, Agriculture & Cooperatives. Water Management Wing. Water users associations in Pakistan. Govt. of Pakistan, Ministry of Food, Agriculture, and Cooperatives, Water Management Wing, 1984. 
  53. Mohammad Aslam Uqaili; Khanji Harijan Energy, Environment and Sustainable Development. Springer Science & Business Media, 14 octubre 2011, p. 191–. ISBN 978-3-7091-0109-4. 
  54. Andrey G. Kostianoy; Aleksey N. Kosarev The Aral Sea Environment. Springer Science & Business Media, 26 febrer 2010, p. 308–. ISBN 978-3-540-88276-3. 

Vegeu també[modifica]