20 de Noviembre del 2015

Universidad Central del EcuadorFacultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática

Ingeniería Civil

DISEÑO HIDRAULICO II

Diseño de una captación con toma lateral

Nombre: Espín Bryan

Semestre: Sexto

Paralelo: 1

Profesor: Ing. Salomón Jaya Quezada

Fecha de entrega: 20/11/2015

Septiembre 2015 - Marzo 2016

2. Introducción:

Se ha definido la función del barraje vertedero y del canal de limpia; a

continuación se tratará de la estructura de captación o toma, la cual está

ubicada por lo general aguas arriba del barraje vertedero, siempre tratando de

estar en un lugar donde el ingreso de sedimentos sea en mínimo (ya se ha

mencionado, que el ideal es el lado exterior de la  parte cóncava de una curva).

En lo que respecta a su cimentación es recomendable que el lugar elegido

reúna condiciones favorables de geología (es preferible buscar roca para

asentar la estructura), de topografía (que disponga de una cota suficientemente

a fin de disminuir las obras complicadas), y de facilidad constructiva (objetivo

básico para reducir los costos de construcción) La destrucción de las cuencas

naturales hidrográficas ha causado una crítica escasez de la misma, afectando

extensas áreas y poblaciones. Sin embargo, a través de la tecnología conocida

como captación del agua, ciudades y comunidades o pueblos  pequeños pueden

aprovechar el recurso agua, ya sea para consumo doméstico, con fines

agrícolas, o con fines industriales.

Además para la utilización de los recursos hidráulicos disponibles es necesaria

la elaboración de estructuras hidráulicas, que comprenden las captaciones,

conducciones, desripiadores, entre otras.

3. Datos del rio:

Rio Santa Clara

El Santa Clara nace del río Pita, el cual es un ríodel alto andino ecuatoriano

proveniente del volcán Sincholagua, el que nace a su vez de la unión de las

quebradas Hualpaloma y Carcelén, y está considerada como el límite sur del

Parque Nacional Cotopaxi.

La Cuenca del Pita es de vital importancia para la ciudad de Quito, por servir como

fuente de regadío para cultivos agrícolas en los valles y proveer de agua (proyecto

Pita-Tambo) y electricidad a la ciudad (reservorio Guangopolo).

El rio Santa Clara posee recursos hídricos ideales para desarrollar actividades

productivas alternativas como la piscicultura, permitiendo la diversificación de

especies y mejorando los volúmenes de producción. Pero más que eso, significa

el aporte de agua para todos, tanto para los pobladores de sus riberas como para

las personas que viven río abajo, ya que las aguas del río Santa Clara se conectan

con otros ríos, es el caso del San Bache, que a su vez se conecta con el San

Pedro los cuales tienen personas viviendo y utilizando sus aguas.

Si bien en toda su trayectoria se encuentra afectado por diversas actividades, tales

como florícolas, urbanas, gastronómicas o de regadío, entre las más principales,

por lo que se debe impulsar el cuidado y mantenimiento del mismo, ya que

representa vida para todas las zonas por las que este atraviesa.

4. Datos del proyecto:

DATOS DEL PROYECTOCAULDAL DE DISEÑO 5 m3/sCAUDAL DE CRECIDA 60 m3/sANCHO DEL RIO 8 mPARAMENTO 2,50 mCOTA 2500 msnmPENDIENTE DEL RIO 2,20%

5. Memoria de Calculo estructuras hidráulicas a diseñar:

5.1 Azud:Azud es una construcción habitualmente realizada para elevar el nivel de

un caudal o río con el fin de derivar parte de dicho caudal a las acequias.

El azud es parte importante en los sistemas de regadío por métodos

tradicionales, en los que los azudes junto a la acequias formaban un

sistema hidráulico que, además de servir de uso para riego, alimentaba los

lavaderos, abrevaderos para animales e incluso se utilizaba la fuerza del

agua para los molinos de agua.

5.2 Disipador de energía:Los disipadores de energía se usan para disipar el exceso de energía

cinética del flujo de agua. Esta energía o altura de velocidad es

adquirida por el agua donde la velocidad es alta, tal como en una caída

o en una rápida, y el disipador de energía está incorporado dentro del

diseño de esta estructura. Cuando el agua que pasa por el vertedor de

demasías cae del nivel del embalse al nivel del río aguas abajo, la carga

estática se convierte en energía cinética. Esta energía se manifiesta en

la forma de altas velocidades que si se trata de disminuirlas producen

grandes presiones.

Criterios de diseño:

Existen muchos diseños generalizados de cuencos disipadores que utilizan un resalto

hidráulico como medio de disipación de energía (Base de diseño).

Diseños comunes:

Tipo SAF: usado en estructuras pequeñas como vertederos, obras de

salida, canales, presas de derivación.

F= 1.7 a 17

Tipo USBR II: Usado en estructuras grandes como vertederos, canales

F>4.5

USBR IV: Usados en estructuras como canales y preas de derivación.

F= 2.5 a 4.5

5.3 Enrocado:Es la protección del azud con la función de proteger las captaciones

de obras de ingeniería, o taludes naturales, contra los daños causados

por el escurrimiento del agua o el avatar de las ondas de un lago, río, o

mar contra sus márgenes.

Criterios de diseño: Son las protecciones que han funcionado en ríos del país con alta

pendiente e intenso transporte de sólidos (ríos de montaña), como es el caso del

tramo evaluado del río.

Son estructuras que fijan la margen en forma definitiva, de acuerdo a una vida útil

determinada, sin permitir ningún desplazamiento posterior.

Son protecciones de tipo flexible que se ajustan a cualquier movimiento del talud

resultante de asentamientos y/o deslizamiento pequeño.

Su construcción no disminuye el área hidráulica del cauce del río.

Disponibilidad de canteras de roca dentro de la zona del proyecto para el enrocado y de

material del lecho para la conformación del dique del enrocado.

5.4 Muros de Ala:Un muro pantalla o pantalla de hormigón es un tipo de pantalla, o

estructura de contención flexible, empleado habitualmente en ingeniería

civil.

A diferencia de las pantallas de paneles prefabricados de hormigón,

este tipo de estructura se realiza en obra. Es decir, en lugar de recurrir a

paneles prefabricados, los elementos estructurales de este tipo de

pantalla se ejecutan in situ. Las dimensiones de los paneles que

conforman los muros pantalla son entre 2,5 y 5 m de longitud, y 40 a

150 cm de espesor.

Cada elemento que conforma un muro pantalla trabaja

independientemente, y entre ellos presentan juntas que han de ser

estancas (evitar el paso de agua a través de las mismas).

5.5 Rejilla:La rejilla es una pieza que combina elementos unidos de manera que

queden espacios repetitivos. Ordinariamente la rejilla es una pieza con

elementos en una sola dirección, pero en algunos casos puede ser

bidireccional y contar con elementos perpendiculares a los principales

dando lugar a una malla.

Criterios de diseño:

Sus dimensiones son calculadas en función del caudal a derivar y de las condición

es económicas más aconsejables.

Para dimensionar la ventana de captación se debe tomar en cuenta las siguientes

recomendaciones:

Ho: altura para evitar ingreso de material de arrastre; se recomienda 0.60m.

Como mínimo.

Otros recomiendan ho>H/3, aunque es obvio que cuanto mayor sea ho

menor será el ingreso de caudal sólido.

h: altura de la ventana de captación; es preferible su determinación por la

fórmula de vertedero

5.6 Desripiador y Vertedero:Es una cámara que sirve para remover las partículas sólidas demasiado

grandes del agua.

Criterios de diseño: Obra hidráulica que va a continuación de la rejilla.

Capta los materiales que han pasado por la misma.

Debe ser de flujo lento para que el material se sedimente

Se recomienda al frente de la reja colocar un vertedero que debe trabajar

de forma ahogada con un ancho similar al de la rejilla.

Se recomienda que el perfil del vertedero se de forma circula.

Las partículas se evacuan por la compuerta de limpieza

La cota de salida debe ser mayor a la cota del rio.

5.7 Canal y compuerta del desripiador:Una compuerta hidráulica es un dispositivo hidráulico-mecánico

destinado a regular el pasaje de agua u otro fluido en una tubería, en un

canal, presas, esclusas, obras de derivación u otra estructura hidráulica.

Criterios de diseño:

1. Diseño del canal. Criterios a cumplir:

Yc<H

Pendiente canal > pendiente del rio.

Velocidad canal (vc > 2.00m/s)

2. Compuerta.Qo>Qd.

5.8 Desarenador:

Los desarenadores son obras hidráulicas que sirven para separar (decantar) y

remover (evacuar) después, el material sólido que lleva el agua de un canal.

El material sólido que se transporta ocasiona perjuicios a las obras:

◦ Una gran parte del material sólido va depositándose en el fondo de los canales

disminuyendo su sección.

◦ Esto aumenta el costo anual de mantenimiento y produce molestas

interrupciones en el servicio de canal.

◦ Esto significa una disminución del rendimiento y a veces exige reposiciones

frecuentes y costosas.

1. En función de su operación:

◦ Desarenadores de lavado continuo, es aquel en el que la sedimentación y

evacuación son dos operaciones simultáneas.

◦ Desarenadores de lavado discontinuos (intermitente), que almacena y luego

expulsa los sedimentos en movimiento separados.

2. En función de la velocidad de escurrimiento:

◦ De baja velocidad v < 1 m/s (0.20. 0.60 m/s)

◦ De alta velocidad v > 1 m/s (1.00 . 1.50 m/s)

3. Por la disposición de los Desarenadores:

◦ En serie, formado por dos o más depósitos construidos uno a continuación del

otro.

◦ En paralelo, formado por dos o más depósitos distribuidos paralelamente y

diseñados para una fracción del caudal derivado.

5.9 Túnel:

Un túnel es una obra subterránea de carácter lineal que comunica dos puntos

para el transporte de personas o materiales. Normalmente es artificial.

Un túnel puede servir para peatones o ciclistas, aunque generalmente sirve para

dar paso al tráfico, para vehículos de motor, para ferrocarril o para un canal.

Algunos son acueductos, construidos para el transporte de agua (para consumo,

para aprovechamiento hidroeléctrico o para el saneamiento). También hay túneles

diseñados para servicios de telecomunicaciones. Incluso existen túneles para el

paso de ciertas especies de animales.

7. Conclusiones y recomendaciones:

Antes de realizar el proyecto de captación debemos tener en cuenta los

datos hidrológicos del rio, ya que, nuestra obra hidráulica estará diseñada

para los caudales de crecida del mismo.

En el proyecto realizado se puede concluir que en calado normal de las

estructuras depende directamente de la pendiente del rio, es decir, a mayor

pendiente menor es el calado y viceversa.

Es muy importante tener en cuenta las pendientes de las estructuras

hidráulicas del proyecto, debido a que las estructuras de captación se las

realiza con la pendiente en porcentaje, es decir, 1/100. Mientras que las

estructuras en donde se trabaja con el caudal de diseño se debe utilizar

pendientes en miles, es decir, 1/1000.

Para los canales de limpieza de nuestra obra hidráulica debemos de

diseñarlos para los sedimentos de mayor diámetro que acarrea el cauce del

rio.

8. Bibliografía:

Diseño hidráulico de “Sviatoslav Krochin”

https://es.wikipedia.org/wiki/T%C3%BAnel

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/

flujo_compuertas/flujo_compuertas.html

http://es.slideshare.net/jhonatanmorenorodriguez/bocatoma-convencional

http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/03/toma-lateral.html