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TECNOLOGÍA DE COMPUERTAS DEL CANAL DE PANAMÁ, PARA DISEÑO

EN EL RÍO DEL ORO EN EL DEPARTAMENTO DEL HUILA, MUNICIPIO DE

NEIVA

ESNEIDER FELIPE FORERO GUERRERO

Código: 504282

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

ALTERNATIVA VISITA TÉCNICA INTERNACIONAL

BOGOTÁ

2016

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TECNOLOGÍA DE COMPUERTAS DEL CANAL DE PANAMÁ, PARA DISEÑO

EN EL RÍO DEL ORO EN EL DEPARTAMENTO DEL HUILA, MUNICIPIO DE

NEIVA

ESNEIDER FELIPE FORERO GUERRERO

Código: 504282

Trabajo de grado para optar al título de

Ingeniero Civil

Director

JESÚS ERNESTO TORRES QUINTERO

Ingeniero Civil Magister Recursos Hidráulicos

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

ALTERNATIVA VISITA TÉCNICA INTERNACIONAL

BOGOTÁ

2016

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Nota de Aceptación

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Firma del presidente del jurado

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Firma del Jurado

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Firma del Jurado

Bogotá D.C., octubre de 2016

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AGRADECIMIENTOS

Después de un largo tiempo, sacrificio, dedicación y pasión por mi carrera ha llegado el momento clave, el cual me llena de mucho orgullo y satisfacción. Primero que todo quiero dar gracias a Dios por que él ha llenado mi vida de nuevos e infinitos caminos, oportunidades y muchas cosas maravillosas, permitiéndome cumplir el sueño de ser Ingeniero Civil. Agradecer a mis padres Carlos Julio y Marileyda por brindarme la oportunidad de estudiar; porque cada día se esfuerzan al máximo trabajando para darme todos los recursos, facilidades y comodidades; para poder emprender este camino y poder realizar uno de mis sueños.

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CONTENIDO

INTRODUCCIÓN 11

1. DELIMITACIÓN DEL EJERCICIO DE INVESTIGACIÓN 13

1.1 PROBLEMA 13

1.2 OBJETIVO GENERAL 13

1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 13

2. MARCO DE REFERENCIA 14

3. MARCO CONCEPTUAL 16

4. COMPUERTAS DEL CANAL DE PANAMÁ 18

5. COMPUERTAS DESLIZANTES 23

5.1 DESCRIPCIÓN GENERAL 23

5.2 CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO 24

5.3 MATERIALES DE FABRICACIÓN 25

6. COMPUERTAS RADIALES (TAINTOR) 27

6.1 DESCRIPCIÓN GENERAL 27

6.2 CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO 28

6.3 MATERIALES DE FABRICACIÓN 28

6.4 ACCIONAMIENTO 29

7. ESTUDIO HIDROLÓGICO, RÍO DEL ORO 31

7.1 ESTUDIO REALIZADOS 32

7.1.1 Localización. 32

7.1.2 Evapotranspiración. 32

7.1.3 Características morfométricas río del oro 33

7.1.3.1 Área de drenaje. 34

7.1.3.2 Perímetro. 34

7.1.3.3 Longitud del cauce principal. 34

7.1.3.4 Análisis de forma. 34

7.1.4 Altitud 34

7.1.4.1 Altitud media. 34

7.1.4.2 Altitud mediana. 35

7.1.5 Pendiente del cauce río del oro. 37

7.1.6 Hidrografía. 37

7.1.6.1 Parte alta. 37

7.1.6.2 Margen derecha. 37

7

7.1.6.3 Margen izquierda. 37

7.1.7 Análisis de caudales. 38

7.1.7.1 Generación de caudales medios. 38

7.1.7.2 Método de estimación de Heras. 38

7.1.7.3 Caudales máximos. 42

7.1.7.4 Método de la regionalización de crecientes. 42

7.1.8 Análisis de sedimentos. 43

7.1.8.1 Transporte o carga de sedimentos. 44

7.1.8.2 Transporte de sedimentos. 44

8. ANÁLISIS COMPARATIVO 45

9. CONCLUSIONES 50

BIBLIOGRAFÍA 51

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LISTADO DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1. Funcionamiento compuerta hidráulica. 14

Ilustración 2. Proceso constructivo de las compuertas. 18

Ilustración 3. Juegos de compuertas a instalar. 19

Ilustración 4. Compuertas en operación. 20

Ilustración 5. Compuertas en despliegue. 21

Ilustración 6. Modelo tridimensional de Compuerta. 22

Ilustración 7. Compuerta deslizante. 24

Ilustración 8. Compuerta instalada. Lebrija (Sevilla) 25

Ilustración 9. Compuerta Radial tipo Taintor 27

Ilustración 10. Despiece compuerta radial tipo Taintor. 30

Ilustración 11. Curva de Variación de Temperatura. Estación Benito Salas. 33

Ilustración 12. Curvas de variación mensual de la precipitación y

evapotranspiración potencial. Método Thorntwaite. 33

Ilustración 13. Curva hipsométrica del río del Oro (Desembocadura) 36

Ilustración 14. Curva hipsométrica del río del Oro en el sitio de presa. 37

Ilustración 15. Sistema hueco compuertas del canal. 46

Ilustración 16. Compuertas del Canal Antiguo. 48

Ilustración 17. Detalle Presas y esclusas Río del Oro. 49

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LISTADO DE TABLAS

Tabla 1. Listado de partes y materiales. Compuerta 30

Tabla 2. Cálculo de la altitud media río del Oro. 35

Tabla 3. Cálculo de la altitud mediana del río del Oro. (Desembocadura) 35

Tabla 4. Altitud Mediana. (Sitio de Presa) del Río del Oro. 36

Tabla 5. Datos básicos método de Heras. 39

Tabla 6. Caudales generados curva de duración método de Heras. 40

Tabla 7. Caudales mensuales generados método de Heras. 41

Tabla 8. Caudales máximos esperados método de regionalización. 43

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LISTA DE ANEXOS

ANEXO 1. Modelo en Autocad sistema de compuerta 54

ANEXO 2. Planta general y detalle de presa esclusa. 56

ANEXO 3. Corte de presa y esclusa. 58

ANEXO 4. Corte presa esclusa y compuertas. 60

ANEXO 5. Detalle de compuerta y sellos. 62

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INTRODUCCIÓN

A través del tiempo el Municipio de Neiva-Huila se ha caracterizado por sus fiestas y eventos culturales a lo largo del año, esto ha hecho que el departamento del Huila sea un destino turístico y preferido por gran parte de la población colombiana. El paso del tiempo, las condiciones climáticas, la contaminación ambiental y la causada por sus habitantes, han hecho que gran parte de su hidrografía se vea alterada y perjudicada en un gran porcentaje; es el caso de algunos ríos con gran importancia en el departamento como lo es el río del Oro que por medio de su extensión atraviesa gran parte de este municipio. A lo largo de toda una vida, el río del Oro ha sido testigo de eventos folclóricos y culturales tradicionales del Departamento; lo que sería hoy una total contradicción. El rio del Oro se encuentra en su máxima alerta; contaminación ambiental, abandono total, cobijado por capa vegetal en gran porcentaje y una unidad de caudal mínima que conlleva a que esta zona sea habitable por varias comunidades. Lo que hace del rio del Oro un patrimonio del departamento en total abandono. El río del Oro por su gran extensión y magnitud, es un factor muy importante para el eje ambiental, social y cultural; un claro ejemplo es la pérdida en gran porcentaje de flora y fauna que se ha venido presentando por problemas ambientales; y a la vez, también la población se está viendo afectada en gran magnitud. De acuerdo a la problemática que se está generando en el río del Oro, y al no tener una lámina o espejo de agua y caudal constante durante toda la extensión del mismo; se decidió ligar la investigación a un sistema de compuertas tomando como referencia y comparación el sistema de compuertas del canal de Panamá, que siendo una obra hidráulica tan importante y de gran magnitud se podrían implementar conceptos técnicos e hidráulicos para ayuda y posteriormente solución a la problemática del río del Oro. Años atrás la gobernación del Huila había propuesto algunas ideas para mejorar y optimizar las aguas del río del Oro, pero ninguna de ellas había pasado a una etapa de análisis, estudios previos y/o ejecución; lo que llevaría a que la problemática se incrementara en un porcentaje más alto. En el año 2001 a gobernación del Huila inició un proyecto con el fin de darle solución alguna a esta problemática, la cual tendría como nombre: Estudios y Diseños de factibilidad y Optimización de la Canalización del río del Oro para hacerlo navegable para pequeñas embarcaciones en la zona urbana de la ciudad de Neiva. En el año 2002, la gobernación inicio el estudio de la factibilidad para el proyecto Optimización y Canalización. Durante un lapso de un año mientras se realizaba el

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estudio, se adjudicó el contrato para la interventoría a la factibilidad en el año 2003; realizando así mismo estudio de Batimetría en el río del oro y en su desembocadura en el río Magdalena. Entre las soluciones que había recibido la Gobernación del Huila; teniendo como base estudios técnicos, hidrológicos, funcionamiento, hidráulicos, entre otros; se pensó en la implementación de un embalse que tuviera un volumen constante, que posteriormente alimentara un sistema de presas y esclusas dividiendo la longitud del río en tres secciones. El canal de Panamá considerado uno de los proyectos de infraestructura más importante del siglo XXI, inicia el proceso de instalación de sus compuertas. Es un hecho histórico que marca un nuevo avance en la ampliación del canal de Panamá; el 20 de agosto de 2013 fueron recibidas en la entrada Atlántica de la vía interoceánica, las primeras cuatro compuertas rodantes del tercer juego de esclusas. Durante la investigación que se realizó para el sistema de compuertas del canal de Panamá, del análisis y funcionamiento de diversos sistemas de compuertas en el mundo entero, se decidió realizar la instalación de un sistema rodante tomando en cuenta su tamaño y flexibilidad que brindan al realizar el mantenimiento en el nicho, reduciendo la afectación del tráfico de buques. Pese que el sistema es muy complejo dado la magnitud de ésta obra; se requieren compuertas de menor magnitud y de un sistema no tan complejo; pero eficientes a la hora de realizar su trabajo. De acuerdo a la línea que está ligada la investigación, se desarrollará una serie comparativa de varios sistemas de compuertas muy utilizados en la actualidad; en donde se van a evidenciar los sistemas de funcionamiento y los diferentes componentes que hacen que este sistema opere de forma correcta.

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1. DELIMITACIÓN DEL EJERCICIO DE INVESTIGACIÓN 1.1 PROBLEMA ¿Las características, ventajas e implementación de un sistema de compuertas no muy complejo, bajo el análisis y comparación con el sistema de compuertas del canal de Panamá, es aconsejable y viable su implementación en el río del Oro en el municipio de Neiva? 1.2 OBJETIVO GENERAL Analizar un sistema de compuertas que cumpla con la necesidad del río del Oro, en el municipio de Neiva, mediante la investigación y visita técnica; tomando como referencia y comparación el sistema de compuertas del canal de Panamá ampliado. 1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Realizar la visita técnica al canal de panamá, en busca de información técnica, operativa e hidráulica, del sistema de compuertas del canal ampliado de Panamá.

Analizar los componentes hidrológicos e hidráulicos del río del Oro, para llegar a la caracterización de un sistema de compuertas; que dé solución a la necesidad del municipio.

Comparar e identificar los diferentes sistemas de compuertas que más se utilizan en la actualidad.

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2. MARCO DE REFERENCIA

El objetivo principal de un sistema de compuertas independientemente del que sea tomando como referencia que pertenece a una presa hidráulica; es lograr el movimiento completo o parcial para dar paso al agua. Su instalación permite principalmente controlar el flujo, el nivel y desalojar materias flotantes en un embalse, mediante la graduación de un determinado orificio.1 En la ilustración 1 se observa el tránsito de un fluido a través de una compuerta hidráulica. Ilustración 1. Funcionamiento compuerta hidráulica.

Fuente: RAMIRO MARBELLO PÉREZ. Universidad Nacional de Colombia. Sede Medellín. mecánica de fluidos, flujo a través de compuertas, [citado: 14., nov 2016]. Disponible en internet: <http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/flujo_compuertas/flujo_compuertas.html>. Las diferentes formas de las compuertas dependen de su aplicación, el tipo de compuerta a utilizar dependerá principalmente del tamaño y forma del orificio, de la cabeza estática, del espacio disponible, del mecanismo de apertura y de las condiciones particulares de operación2.

El sistema de compuertas es uno de los elementos más importantes del diseño y construcción de las esclusas del canal de Panamá. Cada una está compuesta por la estructura de la puerta en sí, un sistema de tracción y de elementos electromecánicos para su operación. En total, se construyeron cinco tipos diferentes de compuertas, cuyas características varían de acuerdo a su ubicación, siendo un

1 LÓPEZ, María Lucrecia Pérez, MECANICA DE FLUIDOS Y RECURSOS HIDRAULICOS, 14 de Julio, 2002. [citado: 21., oct 2016]. Disponible en internet <URL: http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/indexh.html> 2 ARQHYS arquitectura, COMPUERTAS HIDRAULICAS, 16 de Oct, 2012. [citado: 21., oct 2016] Disponible en internet <http://www.arqhys.com/construccion/compuertas-hidraulicas.html>

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ejemplo así, las compuertas más altas y de mayor refuerzo se ubicarán en la entrada del Canal en el océano Pacifico, para contrarrestar el efecto de la gran oscilación de las mareas.3 Las compuertas son de tipo rodante, que se ubican en un nicho del lado de la cámara sobre unos carros, en ambos extremos de la compuerta. Su movimiento es perpendicular al eje central de la esclusa, a diferencia de las compuertas abisagradas de las esclusas existentes, que consisten de dos hojas, cada una fija a un muro de la esclusa, y giran sobre un eje para efectuar el cierre. La parte de hidrología e hidráulica se realizaron con base en la revisión de los diferentes estudios que ha tenido el río del Oro, complementada con mediciones de caudal que se han desarrollado en diferentes periodos de tiempo. Posteriormente se realizó un estudio de topografía en el sitio del proyecto; en donde se definió la ubicación de las obras hidráulicas y la determinación del transporte de sedimentos que puede tener el rio del oro. Se presenta la metodología para la determinación de los caudales medios, inicialmente se analizó las metodologías utilizadas en estudios anteriores y posteriormente se utilizó la generación de caudales medios. Se utilizaron varios sistemas para sacar los correspondientes caudales mínimos, medios y máximos por medio de estaciones de precipitación ubicadas en los ríos más cercanos al río del Oro en el municipio de Neiva.4 Adicionalmente al estudio hidrológico; construyeron un embalse en la parte de arriba del río del Oro, para tener un almacenamiento generoso de agua, que garantizara lámina de agua en tiempo de verano en toda la sección del río del Oro. Se dividió la sección del río en tres partes; en donde en cada sección se realizó el estudio para poder realizar unas presas y un sistema de esclusas que garantice lámina de agua durante épocas de sequía. Dicho sistema de presas con su respectivo juego de esclusas de menor tamaño, funcionaba por medio de un sistema de compuertas planas; que al ser operadas en cada sección cumplían la función de nivelar el agua a determinada altura; estas obras harían posible que pequeñas embarcaciones pudieran desplazarse por el río.

3 Panamá, Administración canal de, MI CANAL DE PANAMÁ, 29 de agosto, 2013. [citado: 21., oct 2016]. Disponible en internet < URL: https://micanaldepanama.com/ampliacion/documentos/impacto-ambiental/estudio-de-impacto-ambiental/> 4 TORRES, JESÚS ERNESTO QUINTERO, Estudio hidrológico Río del Oro, departamento del Huila municipio de Neiva, gobernación del Huila, 8 de junio 2002, [citado: 21., oct 2016]. pdf

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3. MARCO CONCEPTUAL Para una mejor comprensión del tema que se va a desarrollar durante el proyecto, se presentan a continuación una serie de conceptos fundamentales que se deben tener en cuenta: Sistema de Esclusas: Las esclusas son obras hidráulicas que permiten vencer desniveles concentrados en canales navegables, elevando o descendiendo los navíos que se encuentran en ellas. Pueden formar parte de las estructuras complementarias de una presa, cuando ésta se construye sobre ríos navegables. Compuerta Hidráulica: Una compuerta hidráulica es un dispositivo hidráulico-mecánico destinado a regular el flujo de agua u otro fluido en una tubería, en un canal, presas, esclusas, obras de derivación u otra estructura hidráulica. Nicho: El nicho es una concavidad que se emplea para guardar o colocar algo. Se trata de una estructura con una abertura o ranura que sirve de refugio, cuando se abre el sistema de compuertas. Tinas: El sistema de tinas, es un sistema que permite la reutilización del agua ubicado en cada cámara que compone el tercer juego de esclusas. Con estas tinas, se podrá reutilizar el 60% del agua requerida para cada esclusaje. Buque Panamax: Los barcos de la clase Panamax son aquellos diseñados para ajustarse a las dimensiones máximas permitidas para el tránsito por las esclusas del canal de Panamá. El tamaño máximo está determinado por la dimensión de las cámaras de las esclusas y su calado. Precipitación: Es la caída del agua sobre la superficie terrestre en cualquiera de sus formas, pero principalmente líquida como lluvia. Método de Doble Masa: El método de doble masa considera que, en una zona meteorológica homogénea, los valores de precipitación que ocurren en diferentes puntos de esa zona en periodos anuales o estacionales, guardan una relación de proporcionalidad que puede representarse gráficamente. Isoyetas: La isoyeta es una isolínea que une los puntos en un plano cartográfico que representan la misma precipitación en la unidad de tiempo considerada . Índice de Compacidad: Compara la forma de la cuenca con la de una circunferencia, cuyo circulo inscrito tiene la misma área de la cuenca en estudio. Método de Pearson III: Distribución estadística utilizada en hidrología; con función Gamma que se utiliza para ajustar la distribución de frecuencia de variables tales

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como crecientes máximos anuales, caudales mínimos, volúmenes de flujo anuales y estacionales, valores de precipitaciones extremas y volúmenes de lluvia de corta duración. Método de Gumbell: La distribución de Gumbell es utilizada para modelar la distribución del máximo (o el mínimo), por lo que se usa para calcular valores extremos; para caudales y/o precipitaciones. Presa de agua: Una presa es una estructura que se emplaza en una corriente de agua para embalsarla y/o desviarla para su posterior aprovechamiento o para proteger una zona de sus efectos dañinos.

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4. COMPUERTAS DEL CANAL DE PANAMÁ

Las compuertas del canal de Panamá son uno de los componentes más importantes dentro del juego de una esclusa. Su diseño y construcción fueron etapas de profunda innovación, tecnología y esbeltez; en donde cada componente estructural, hidráulico y de materiales; cuentan con la capacidad de operar con una eficiencia del ciento por ciento, y así lograr un conjunto que satisfaga el tráfico diario y concurrente del canal de Panamá. En la Ilustración 2 se observa el proceso constructivo que llevaron a cabo las compuertas del canal de Panamá, fabricadas casi en su totalidad en estructura metálica. El país en donde se llevó la fabricación fue Italia. Ilustración 2. Proceso constructivo de las compuertas.

Fuente: CONSTRUCTEC, elaboración y fabricación de sistemas de compuertas, [citado: 21., oct 2016]. Disponible en internet: <http://construtec.com/hormigonsoluciones>.

Este tipo de compuerta se escogió después de hacer las investigaciones de los tipos de compuerta en uso alrededor del mundo. Se escogió el tipo rodante tomando en cuenta su tamaño y la flexibilidad que brindan al permitir realizar el mantenimiento en el nicho, reduciendo la afectación al tráfico de buques. Este tipo de compuerta se utiliza en algunas esclusas Pospanamax en Europa como Berendrecht y Zandvliet en Amberes.5

5 UNIDOS POR EL CANAL, grupo unidos por el canal de Panamá, julio 4 2003. [citado: 21., oct 2016]. Disponible en internet: <http://www.gupc.com.pa/es/proyecto/tercer-juego-de-esclusas>

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En la ilustracion 3 se oberva el transporte de 8 de las compuertas del canal de Panamá por medio maritimo, al sitio de instalación. Ilustración 3. Juegos de compuertas a instalar.

Fuente: CONSTRUCTEC, elaboración y fabricación de sistemas de compuertas, [citado: 21., oct 2016]. Disponible en internet: <http://construtec.com/hormigonsoluciones>.

Todas las compuertas miden 57.60 metros de largo y entre 8 y 10 metros de ancho. La diferencia de altura depende de su ubicación, y las más altas (33 metros de altura) serán las ubicadas en el nicho número cuatro en el Pacífico, del lado del océano, debido a la gran fuerza que ejerce el agua en este punto. En comparación las compuertas abisagradas del canal primario al ampliado miden 19.5 metros de ancho por 2.1 metros de grosor por 23 metros de altura para la compuerta más alta, ubicada en el lado del Pacífico.6 6 AUTORIDAD DEL CANAL DE PANAMÁ, datos y elementos técnicos Gets of Panamá canal, abril 24, 2006, pág. 41 [citado: 21., oct 2016]. Disponible en internet: <http://www.pancanal.com/eng/plan/documentos/propuesta/acp-expansion-proposal.pdf>

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En la ilustración 4 se observa el funcionamiento de un par de compuertas del canal de Panamá. Estas compuertas están ubicadas en las esclusas de agua clara. Ilustración 4. Compuertas en operación.

Fuente: Propia. Visita Técnica Canal de Panamá.

Las compuertas se mueven por un sistema de cables conectados en la parte superior y rieles en la parte inferior. Hay dos carritos, uno superior que corre sobre rieles en la parte superior del muro y uno inferior que corre sobre rieles en el fondo de la cámara. Gracias a que las compuertas fueron diseñadas para contar con cámaras de flotación, solamente un 10% de su peso total (3000 toneladas), 330 toneladas en promedio, se transferirá a los carritos, el resto del peso de la compuerta se lleva por flotación. Las compuertas rodantes abren y cierran en 5 minutos, mientras que las existentes toman mucho más tiempo.7 (Panamá., 2013) Las compuertas deben moverse con facilidad y al mismo tiempo soportar una enorme presión. Poderosos brazos de acero conectan las hojas de las compuertas de las esclusas a enormes engranajes maestros empotrados dentro de las paredes de las esclusas. Cada engranaje maestro de 20 pies (aproximadamente 6 metros) de diámetro, colocado horizontalmente, es movido por un motor eléctrico. Cuando están en operación, el engranaje y el brazo funcionan como la rueda y la vara conectora de la locomotora de un ferrocarril al abrir y cerrar las compuertas. En las esclusas de Miraflores, cada cámara de las esclusas, excepto las de las esclusas inferiores, tiene un juego de compuertas intermedias. El propósito de estas

7 MI CANAL DE PANAMÁ, análisis técnico y operativo, tercer juego de esclusas, agosto 15, 2013

[citado: 21., oct 2016]. Disponible en internet <https://micanaldepanama.com/ampliacion/documentos/avances-de-la-obra/>

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compuertas es conservar agua al reducir el tamaño de la cámara, si el barco en tránsito no es uno de los gigantes Panamax y puede ser acomodado dentro de una cámara de 600 pies (183 metros aproximadamente).8 En la ilustración 5 se pone en marcha el proceso de abertura de un par de compuertas para la nivelación del sistema de esclusaje de agua clara.

Ilustración 5. Compuertas en despliegue.


Las compuertas se mueven como puertas dobles. La construcción hueca e impermeable de las mitades inferiores las hace flotar en el agua, reduciendo gradualmente el trabajo de los mecanismos y equipos de operación, y de esta manera ahorrando un gran porcentaje de energía a la hora de ser puestas en funcionamiento.9 De acuerdo a las características, a continuación, se mencionan una serie de ventajas del por qué un sistema de compuertas hueco tiene más beneficios y es mejor funcionalmente comparado con un sistema de compuertas de inglete o de bisagras. ¿Cuáles son las ventajas del sistema de compuertas rodantes comparado con las compuertas de inglete o de bisagras?

8 UNIVESIDAD DE BUENOS AIRES, Ingeniería civil, sistema comparativo esclusas canal de panamá, esclusas argentinas, 5 de mayo, 2001 [citado: 21., oct 2016]. Disponible en internet: < http://www.esclusasargentinas.com/pdf>. 9 MI CANAL DE PANAMÁ, proyecto de ampliaciones y modificaciones, 20 de julio, 2006. [citado: 21., oct 2016]. Disponible en internet: <http://www.micanaldepanama.com/esp/plan/faq/faq.pdf>.

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El sistema de compuertas rodantes es preferido porque es la única tecnología actualmente probada en esclusas Pospanamax de más de 140 pies (42 Metros) de ancho. Además, el mantenimiento de las compuertas es un factor de suma importancia, y las compuertas rodantes permiten realizarlo en el nicho de las compuertas sin necesidad de cerrar la vía de transito del canal de Panamá. Las compuertas de inglete deben ser removidas y deben flotarse hasta el área de mantenimiento, causando cierres en gran magnitud de tiempo de la vía.10 En la ilustración 6 se presenta un modelo en tres dimensiones a través de un software de una compuerta del canal de Panamá. Ilustración 6. Modelo tridimensional de Compuerta.

Fuente: Fuente: CONSTRUCTEC, elaboración y fabricación de sistemas de compuertas, [citado: 21., oct 2016]. Disponible en internet: <http://construtec.com/hormigonsoluciones>.

10 PROYECTO DE AMPLIACIÓN DEL CANAL DE PANAMÁ., preguntas frecuentes acerca canal de panamá esclusas y sistemas de compuertas, 17 de julio, 2006. [citado: 21., oct 2016]. Disponible en internet: <http://www.pancanal.com/esp/plan/faq/faq.pdf>.

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5. COMPUERTAS DESLIZANTES 5.1 DESCRIPCIÓN GENERAL Las compuertas deslizantes son el sistema más sencillo de compuertas de tablero. Son placas planas que se mueven, en dirección vertical, a lo largo de guiaderas que sirven al mismo tiempo de impermeabilización lateral.11 Las compuertas deslizantes son equipos hidromecánicos que se emplean principalmente para obturar canales, presas o conductos, si bien suelen ser usadas como elementos de regulación. Su empleo está recomendado para cargas de agua que generen esfuerzos hidrostáticos moderados, ya que mayores esfuerzos requerirían el empleo de otro sistema de compuertas. Estas compuertas pueden ser movidas por diferentes tipos de motores o pueden ser accionadas también manualmente.12 (Energía, 2008) Para elevar la compuerta hay que vencer el rozamiento entre los bordes laterales de la compuerta y de las guiaderas, limitándose por eso el uso de esta clase de compuertas a pequeños vanos y pequeños desniveles. Sin embargo, las compuertas deslizantes de pequeñas y medianas dimensiones son muy recomendables, debido a su manejo sencillo, a su construcción robusta y a su fácil conservación.13 Estas compuertas pueden ser de acero estructural, acero galvanizado, acero inoxidable, plástico reforzado con fibra de vidrio y en caso de pequeña cabeza de hierro, el espesor y el material de la compuerta dependerá de la presión del agua y el diseño de los sellos. Al trabajar a compresión estas compuertas tienen buenas adaptaciones a los sellos presentando pequeñas o ninguna fuga.14 (Antioquia, 2003)

11 DR, ING, CURT F. KOLBRUNNER. fabricación compuertas de acero, clases y tipos de compuertas hidráulicas 12 de noviembre, 1995. [citado: 21., oct 2016] Disponible en internet. <http://ropdigital.ciccp.es/pdf/publico/1950/1950_tomoI_2827_01.pdf>. 12 INGENIERIA DEL AGUA Y LA ENERGIA, componentes compuertas deslizantes ,25 DE MAYO, 2008. [citado: 21., oct 2016]. Disponible en internet: <http://www.inagen.es/wp-content/uploads/2014/01/Ficha-Compuerta-Deslizante.pdf>. 13 DR, ING, CURT F. KOLBRUNNER. fabricación compuertas de acero, clases y tipos de compuertas hidráulicas 12 de noviembre facilidad en instalaciones y mantenimientos, 1995. [citado: 24., oct 2016] Disponible en internet. <http://ropdigital.ciccp.es/pdf/publico/1950/1950_tomoI_2827_01.pdf>. 14 Artículos Escuela de Ingeniería de Antioquia 21 de julio 2003, [citado: 24., oct 2016] Disponible en internet: <http://fluidos.eia.edu.co/obrashidraulicas/articulos/compuertas/compuertas.html>.

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En la ilustración 7 se presenta un modelo de un sistema de dos compuertas deslizantes operado por medio de un motor.

Ilustración 7. Compuerta deslizante.

Fuente: IBERNA, mecanismos de izamiento y operación para sistemas de compuertas deslizantes [citado: 24., oct 2016] Disponible en internet: <http://www.ibernaindustrial.com/CatalogodeActuadoresIberna2010.pdf>.

La configuración habitual es de un bastidor sobre el que se monta el accionamiento y por cuyo interior se desliza el tablero. Suelen tener geometría cuadrada o rectangular, si bien se pueden realizar de sección circular o trapecial. La posición de montaje suele ser vertical, aunque también se pueden diseñar para ser instaladas en posición oblicua (paños de canales trapeciales) e incluso horizontal (vaciado de silos). Las compuertas deslizantes pueden ser tipo canal o tipo mural, dependiendo que la fijación sea lateral o frontal.15 5.2 CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO Las compuertas deslizantes que funcionan a lámina libre (el agua no supera la altura del tablero o puede pasar por encima del mismo) constan habitualmente de bastidor (guías laterales, solera y puente de mecanismos), tablero y accionamiento. Las compuertas deslizantes de fondo (el agua supera la altura del tablero y leste obtura completamente el hueco) incorporan un dintel en el bastidor para posibilitar el cuarto cierre.

15 INGENIERIA DEL AGUA Y LA ENERGIA, componentes compuertas deslizantes ,25 DE MAYO, 2008. [citado: 24., oct 2016]. Disponible en internet: <http://www.inagen.es/wp-content/uploads/2014/01/Ficha-Compuerta-Deslizante.pdf>.

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Cuando la distancia entre el accionamiento y el tablero es mucho mayor que la estrictamente necesaria, se suele optar por separar el puente de mecanismos del bastidor y sustituirlo por una torreta o puente exento donde se monta el accionamiento. Cuando existe el riesgo de que el accionamiento pandee, se incorporan quitacimbres que reducen la longitud efectiva de pandeo. En la ilustración 8 se observa la colocación de una compuerta deslizante dentro de una estructura en concreto armada especialmente para la operatividad de este sistema. Ilustración 8. Compuerta instalada. Lebrija (Sevilla)

Fuente: INAGEN, ingeniería del agua y de la energía, equipos electromecánicos compuertas deslizantes, [citado: 24., oct 2016] Disponible en internet: <http://www.inagen.es/wp-content/uploads/2014/01/Ficha-Compuerta-Deslizante.pdf>.

5.3 MATERIALES DE FABRICACIÓN Los componentes principales de una compuerta deslizante y sus características más habituales son:

Tablero: Estructura metálica reticular mecano-soldada autorresistente, forrada con una chapa en la cara de incidencia del agua, con juntas perimetrales fijadas mediante platinas y tornillería, bandas de deslizamiento en latón fijadas mediante tornillería, patines laterales de guiado y cogidas superiores para acoplar al accionamiento. Cuando se trata de compuertas de pequeño tamaño, puede optarse por un tablero macizo.

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Guías: Formadas por chapa plegada, se encargan de transmitir el empuje hidráulico que recibe el tablero a la obra civil, guían el tablero al deslizar sobre ellas y aportan una superficie de contacto para el sellado de las juntas laterales.

Solera: Formada por chapa plegada, se encarga de transmitir el peso del tablero y la fuerza de cierre del accionamiento a la obra civil y aporta una superficie de contacto para el sellado de la junta inferior.

Dintel: Formada por chapa plegada, se encarga de transmitir el empuje hidráulico que recibe el tablero a la obra civil y aporta una superficie de contacto para el sellado de la junta superior.

Puente de mecanismos: Estructura metálica mecanosoldada que soporta el peso del tablero, el del mecanismo de accionamiento y el esfuerzo que genera dicho accionamiento al mover el tablero a plena carga. Esta estructura queda fijada con tornillería a las guías o anclada a la obra civil, siendo por tanto desmontable.

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6. COMPUERTAS RADIALES (TAINTOR) 6.1 DESCRIPCIÓN GENERAL Una compuerta Taintor es una compuerta pivotante que se utiliza, principalmente, en los aliviaderos y tomas de las presas y en canales abiertos. Las compuertas Taintor empleadas en los aliviaderos permiten elevar la cota del agua embalsada y realizar grandes evacuaciones o regular dicha cota. En el caso de tomas, las compuertas Taintor son principalmente un elemento regulador. Las compuertas Taintor empleadas en canales abiertos se suelen emplear como elemento regulador para aportar un caudal determinado de agua o para mantener, aguas arriba o aguas abajo, una determinada cota en el canal.16 (Trujillo, 2005) En la ilustración 9 se observa el proceso de instalación a gran escala por medio de una torre grúa de una compuerta tipo Taintor. Ilustración 9. Compuerta Radial tipo Taintor

Fuente: SORIGUE, equipos hidráulicos y eléctricos para sistemas de compuertas tipo Taintor, [citado: 24., oct 2016] Disponible en internet: <http://www.sorigue.com/es/equipos-hidraulicos/compuerta-taintor-radial>.

Se suelen proyectar para cierre por gravedad con la máxima carga, aunque bajo determinadas condiciones es posible que esta premisa no se cumpla.

16 UNIVESIDAD NACIONAL DE TRUJILLO, diseño de compuertas, Taintor, 25 de marzo, 2005. Disponible en internet. [citado: 24., oct 2016]. <https://es.scribd.com/document/250822563/COMPUERTAS-TAINTOR>.

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Estas compuertas se diseñan para que la lámina de agua o cualquier flotante no incida sobre la compuerta estando ésta en su posición de máxima apertura, para esto se tendrá que definir correctamente la máxima cota de lámina de agua17. (Gandolfo, 2001) Se puede permitir el vertido de la lámina de agua por encima de la compuerta, en este caso se dispone de unas guías laterales con el objeto de que la lámina vertiente no incida en brazos y accionamiento. El vertido no debe suponer ninguna alteración para el buen funcionamiento de la compuerta.18 (Inhisa, 2005) De igual forma en condiciones de funcionamiento normal con aberturas totales o parciales los brazos y accionamientos no deben ser un obstáculo al paso del agua. Las compuertas Taintor de aliviadero permiten la instalación de clapetas con el fin de mejorar la regulación de caudal. 6.2 CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO Formada por tablero mecano-soldado curvo que soporta el empuje hidráulico y lo trasmite radialmente a los empotramientos realizados en el hormigón por medio de brazos articulados. La pantalla de la compuerta está diseñada por dos planchas (exterior e interior) de acero aleado fundido, dentro de las planchas hay un reforzamiento el cual tiene el nombre de rejilla la cual también está hecha el mismo material, los brazos serán unidos al tablero por estructuras soldadas o empernadas a estas estructuras se llamarán apoyos, finalmente la parte de accionamiento estará dado por un motor eléctrico.19 (Hidráulica, 2002) La compuerta vendrá especificada por las dimensiones del hueco a obturar el radio de giro la carga de agua a soportar y la tipología del accionamiento. 6.3 MATERIALES DE FABRICACIÓN Los componentes principales de una compuerta Taintor son:

17 GANDOLFO, JOSÉ.S, cálculo del empuje hidrostático en las compuertas circulares tipo Taintor, 24 de mayo 2001, [citado: 24., oct 2016]. Disponible en internet. < http://www.worldcat.org/title/calculo-del-empuje-hidrostatico-en-las-compuertas-de-sector-circular-compuertas-taintor-de-segmento-y-de-sector-diagrama-de-empujes-especificos/oclc/77303349>. 18 INGENIERIA HIDRAULICA GRUPO INHISA, 3 de junio, 2005, [citado: 24., oct 2016]. Disponible en internet. <http://www.grupo-inhisa.com/index.php?option=com_content&view=article&id=34&Itemid=10>. 19 INGENIERIA APLICADA COMPUERTAS HIDRAULICAS TIPO TAINTOR, 3 DE MAYO, 2004, [citado: 24., oct 2016] <http://documents.mx/documents/compuerta-radial-tipo-taintor.html>.

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Tablero: Estructura metálica cilíndrica mecano-soldada autorresistente de chapa reforzada mediante vigas horizontales y verticales dando resistencia y rigidez al conjunto.

Estanqueidad: En el caso de compuertas de aliviadero o en canales, la estanqueidad necesaria se consigue mediante perfiles de elastómero EPDM (Etileno-Propileno) fijados al tablero, pudiendo ser dobles en el caso de requerirse que la compuerta sea bidireccional. En las compuertas de fondo los perfiles de elastómero EPDM (Etileno-Propileno) están fijados sobre la obra civil. Su sujeción se realiza a través de tornillería y pletinas de acero inoxidable.

Pivotes o brazos fijos: Elemento de anclaje de la compuerta mediante rótula sin mantenimiento. La sujeción de estos pivotes se realiza de forma directa al hormigón.

Mecanismo de accionamiento: El accionamiento puede realizarse mediante cilindro(s) oleohidráulico(s) y grupo de aceite a presión o mediante sistemas mecánicos tales como cables o cadenas, en cuyo caso la fuerza motriz la facilita un conjunto motor – reductor. Estos dispositivos hacen girar la compuerta sobre su eje.

6.4 ACCIONAMIENTO El accionamiento puede disponer de enclavamiento automático en posición abierta o de recuperación automática, mediante la cual se detectan perdidas de posición de compuerta y rearma el grupo para volver a su posición adecuada, e incluso un sistema de control de nivel automático.20 El motor debe estar diseñado específicamente para la compuerta radial y para torques elevados, totalmente cerrado. El motor debe ser de tamaño suficiente para abrir o cerrar la válvula contra el máximo diferencial de presión esperado cuando el voltaje en los terminales del motor es de 10% por encima o por debajo del mínimo 230/460V-3Ph-60Hz voltaje. El motor deberá ser previamente lubricado y todos los cojinetes serán del tipo anti-fricción. Las aplicaciones en las cuales se pueden utilizar las compuertas radiales son: Control de inundaciones. Proyecto de riego, rebosaderos. Sistema de control de caudales.

20 INGENIERIA DEL AGUA Y LA ENERGIA, componentes compuertas deslizantes ,25 DE MAYO, 2008. [citado: 24., oct 2016]. Disponible en internet: <http://www.inagen.es/wp-content/uploads/2014/01/Ficha-Compuerta-Deslizante.pdf>.

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Presas, Microcentrales y Centrales Hidroeléctricas. Para determinar el diseño de compuerta adecuado, se deben tener en cuenta factores tales como el tipo de fluido, el número y tipo de sellos requeridos, el sistema de accionamiento, el espacio disponible para su instalación, la profundidad a la cual se debe instalar, la cabeza máxima de presión del fluido, la altura del sistema de operación y automatización del sistema de operación. (G, 2010) Ilustración 10. Despiece compuerta radial tipo Taintor.

Fuente: HYDRO V Y C, compuerta radial tipo Taintor, sistemas y depsieces [citado: 24., oct 2016] Disponible en internet: <http://hydrovyg.com.co/HOJA_CATALOGO_COMPUERTA_RADIAL.pdf>.

Tabla 1. Listado de partes y materiales. Compuerta

Fuente: http://hydrovyg.com.co/HOJA_CATALOGO_COMPUERTA_RADIAL.pdf

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7. ESTUDIO HIDROLÓGICO, RÍO DEL ORO Tanto la parte de hidrología como la parte de hidráulica se realizaron con base en la revisión de los diferentes estudios que ha tenido el río del Oro, complementada con mediciones de caudal que se han desarrollado en diferentes periodos de tiempo. Posteriormente se realizó un estudio de topografía en el sitio del proyecto; en donde se definió la ubicación de las obras hidráulicas y la determinación del transporte de sedimentos que puede tener el río del Oro. En primera instancia, se realizó un análisis de las estaciones de precipitación, donde se incluyó un análisis detallado estación por estación, se realizó verificación de los datos de precipitación utilizando el método de dobles masas; se presentaron los resultados mediante graficas donde se representaron la variación de caudales mínimos, medios y máximos de cada estación. Posteriormente siendo la precipitación una de las variables más importantes para la generación de caudales se realizaron las isoyetas medias anuales multianuales para el río del Oro en el sitio de presa, río del Oro en su desembocadura y en la estación el Guayabo Río en el río Ceibas e isoyetas mensuales en el sitio de presa, con estas isoyetas se determinó la precipitación media en los puntos de interés. (Quintero, 2002). Posteriormente se estudiaron las características morfométricas (área, perímetro, índice de compacidad, pendiente del río, índice de pendiente, perfil del río, rectángulo equivalente) del río del Oro en la desembocadura, en el sitio de presa y las semejanzas con una cuenca vecina; la cuenca del río Ceibas. Se presenta la metodología para la determinación de los caudales medios, inicialmente se analizaron las metodologías utilizadas en estudios anteriores, posteriormente se utilizó la generación de caudales medios por el método de Heras que consiste en generar caudales en las estaciones de Río Oro sitio de presa y Río Oro en la desembocadura utilizando parámetros como precipitación, pendiente, área tributaria, Índice de Compacidad y otros parámetros morfométricos la estación base de generación fue la estación el Guayabo del Río Ceibas adicionalmente se utilizó el método del SOIL (Conservation Service), como método empleado en el IDEAM y Corporaciones Autónomas Regionales, que utiliza los parámetros de precipitación y de las características de la cuenca. Posteriormente para la determinación de los caudales máximos, se evaluó los caudales máximos instantáneos de 20 años en la estación el Guayabo utilizando las distribuciones de Gumbell y Pearson III, posteriormente por ser la distribución Gumbell la que mejor se ajustó se determinaron los caudales máximos para diferentes periodos de retorno para las estaciones de desembocadura del río Oro y al sitio de presa utilizando el método de Heras, adicionalmente se adicionaron los métodos de Envolvente regional y método de hidrograma unitario, con estos caudales se determinaron los niveles máximos producidos por la cuenca del río Oro

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tanto para el diseño de la presa en la parte media de la cuenca, como para las pequeñas presas ubicadas en la parte baja del río cerca de la desembocadura. Para la evaluación del transporte de sedimentos, se estudiaron las estaciones el Motilón, La Palma, Pueblo Nuevo y el Guayabo estaciones ubicadas en el río Ceibas, adicionalmente se estudiaron estaciones de cuencas de similar área y que se le hayan realizado estudios de transporte sedimentos en suspensión y de fondo en Departamentos vecinos como son: Huila, Caquetá y Cauca. 7.1 ESTUDIO REALIZADOS 7.1.1 Localización. El Río del Oro nace en la parte media de la cordillera oriental con una elevación de 1100 m.s.n.m., Filo de la Buitrera, parte media del Cerro Neiva y drena una ladera de baja pendiente en su parte media y baja, en su parte alta presenta una pendiente pronunciada y la longitud de la corriente es de 21.52 Km hasta la desembocadura sobre el Río Magdalena, al cual entrega sus aguas con una cota aproximada de 427 m.s.n.m., en la parte sur de la ciudad de Neiva; el área de drenaje es de 71.48 km2 siendo su sentido este-oeste; sobre su curso drenan varias quebradas de corta longitud y bajo caudal además de las aguas lluvias que precipitan sobre una parte de la ciudad de Neiva. 7.1.2 Evapotranspiración. La evapotranspiración potencial hace referencia a la perdida de agua que ocurre en un área cubierta por vegetación cuando no se presenta falta para su uso por las plantas; evapotranspiración permite estimar el consumo de agua por los cultivos. Existen diversos métodos para la determinación de ETP siendo los más usuales los métodos de Turc y Thorntwaite. De acuerdo a los análisis y cálculos realizados para obtener los valores promedios de la precipitación por el método De Turc y Thorntwaite; la precipitación varia mensualmente entre 23.3 mm y 213.7 mm teniendo el mes de agosto el mes más seco y el mes de noviembre más lluvioso, el valor total anual de 1.289 mm, posee dos periodos más lluviosos comprendidos entre marzo - mayo y Octubre – Diciembre, siendo los períodos más secos enero - febrero y junio - septiembre. La variación de la temperatura es mínima teniendo el valor máximo mensual promedio de 28.8 gados Celsius en el mes de septiembre y el menor valor el mes de noviembre de 27.6 grados Celsius como se observa en la siguiente ilustración.

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Ilustración 11. Curva de Variación de Temperatura. Estación Benito Salas.

Fuente: Estudio de Hidrología Río del Oro. Ing. Ernesto Torres.

Con los datos de precipitación y de Evapotranspiración de Thorntwaite se presenta la ilustración 12, donde se puede deducir que existe déficit en los meses de enero a septiembre y exceso entre octubre y diciembre.

Ilustración 12. Curvas de variación mensual de la precipitación y evapotranspiración potencial. Método Thorntwaite.

Fuente: Estudio de Hidrología Río del Oro. Ing. Ernesto Torres. 7.1.3 Características morfométricas río del oro Las características morfométricas dependen básicamente del relieve, topografía, geología y geomorfología.

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7.1.3.1 Área de drenaje. El área de drenaje es la medida de la proyección horizontal de la cuenca, demarcada por la divisoria topográfica, considerada como la superficie que constituye la escorrentía superficial, el área de la cuenca del río del Oro se calculó con la ayuda de un planímetro, igualmente con la digitalización de la cuenca dando un valor total de 71.48 km2. 7.1.3.2 Perímetro. Su longitud fue de 35.35 Km. 7.1.3.3 Longitud del cauce principal. Esta se calculó abscisando el cauce desde la entrega al río Magdalena hasta su punto más alejado, obteniéndose una longitud de 21.52 Km. 7.1.3.4 Análisis de forma. Índice de compacidad (Kc): Kc = 1.17 Se encuentra en el rango de 1.0 a 1.25

se clasifica la cuenca como casi redonda a oval redonda.

Índice de alargamiento (Ia): El índice de alargamiento está dado por la relación entre la longitud máxima y el ancho máximo de la cuenca. Ia=2.92 indica que la cuenca es poco torrencial.

Índice de homogeneidad (Ih): Se obtiene relacionando el área de la cuenca con la de un rectángulo que tiene por eje mayor la longitud máxima de la cuenca. Ih= 0.45 nos indica que la forma de la cuenca se acerca a un rectángulo.

7.1.4 Altitud. 7.1.4.1 Altitud media. La elevación media se realizó, midiendo en el mapa topográfico el área abarcada de pares sucesivos de curvas de nivel con la ayuda de un planímetro, los datos se encuentran tabulados en la siguiente tabla. Dando como resultado 584.98 m.

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Tabla 2. Cálculo de la altitud media río del Oro.


7.1.4.2 Altitud mediana. Se determinó por medio de una curva hipsométrica, y es la representación gráfica del relieve de una hoya, en la cual mediante la representación de un gráfico se señala el área acumulada por encima y por debajo de las distintas elevaciones medias de la subcuenca y se visualiza la forma del relieve. Los valores tabulados aparecen en la tabla No.3 y se muestra en la ilustración No. 12. donde el valor de la altitud mediana es de 600 m para la cuenca total del río Oro.

Tabla 3. Cálculo de la altitud mediana del río del Oro. (Desembocadura)


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Ilustración 13. Curva hipsométrica del río del Oro (Desembocadura)


En la tabla 4 se observan los cálculos de la altitud mediana en el sitio de presa del río y en la ilustración 13 se observa la curva hipsométrica del río del Oro en el sitio de presa donde la altitud media es de 647,76 m. Tabla 4. Altitud Mediana. (Sitio de Presa) del Río del Oro.


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Ilustración 14. Curva hipsométrica del río del Oro en el sitio de presa.


7.1.5 Pendiente del cauce río del oro. La cuenca del río del Oro tiene una pendiente del río variable entre 0,44% hasta la cota 500 msnm en la parte baja, 1,35% entre las cotas 500 y 600 m.s.n.m, 5,98% entre las cotas 600 y 700 m.s.n.m y 14,8% entre las cotas 700 y 800 m.s.n.m. en la parte alta, teniendo una pendiente media global de 3.37% 7.1.6 Hidrografía. La cuenca del Río del Oro hidrográficamente presenta los siguientes afluentes: 7.1.6.1 Parte alta. En su parte alta está conformado por las corrientes de las quebradas La Guayacana, El Sapo, El Algarrobo, El Algarrobito y la quebrada El Tigre que drenan al río del Oro por su margen derecha aguas arriba de la cota 450 m.s.n.m. 7.1.6.2 Margen derecha. Por su margen derecha se encuentran las quebradas La Florentina, La Caimana, La Torcaza, La Cabuya y otras de menor desarrollo e importancia, las cuales drenan aguas abajo de la cota 450 m.s.n.m. 7.1.6.3 Margen izquierda. Por su margen izquierda aguas arriba de la cota 450 m.s.n.m., drena con mayor aporte de caudal al Río del Oro, las quebradas El Páez, El Potrero y El Madroño, y aguas abajo de esta cota drenan otras quebradas de poco desarrollo y

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magnitud. La cuenca del Río del Oro corre paralela a la cuenca del río las Ceibas, la cual nace con una altura de 2500 m.s.n.m., en el Cerro Neiva, y vierte sus aguas al río Magdalena aguas abajo del río del Oro con una cota similar a la de la cuenca en estudio, y a la quebrada El Arenoso. 7.1.7 Análisis de caudales. Para los estudios de homologación de información hidrológica se tomaron la información de caudales de la estación hidrométrica El Guayabo sobre el Río las Ceibas. Estación: El Guayabo Corriente: Las Ceibas Código: 2111708 Periodo: 1980-2000 Tipo de estación LG: Limnigráfica. Altitud 760 mt, es de anotar que en visita realizada a la estación limnigráfica en el mes de abril de 2002, se pudo observar que aguas arriba de la estación se construyó desde hace 5 años la bocatoma del acueducto nuevo de Neiva que capta un caudal medio de 450 litros/seg. Para tener un caudal representativo se debe sumar este caudal desde el año de 1998. 7.1.7.1 Generación de caudales medios. Los Caudales Medios en la cuenca del Río del Oro se generaron tomando como base dos criterios: el primero generar caudales con base en las precipitaciones medias mensuales generadas por el método de las isoyetas y la segunda es mediante la lluvia de la Estación Climatológica Benito Salas del Aeropuerto de la ciudad de Neiva, estación más representativa y más consistente para el análisis, adicionalmente complementada con la información morfométrica analizada de las cuencas vecinas, ambos análisis se trabajaron utilizando el método del Soil. 7.1.7.2 Método de estimación de Heras. Con el fin de tener mayores parámetros de comparación, se utilizó el método de Generación de Caudales formulado por el profesor Heras ampliamente utilizado a nivel nacional, el método consiste en que dos cuencas hidrológicamente afines y conociendo los caudales en una de ellas y sus características morfométricas más representativas como son el Área, Índice de Compacidad, Índice de Pendiente y un adecuado análisis de precipitación media de la cuenca, se determina el coeficiente de escorrentía (e) de la cuenca en este caso de la estación El Guayabo Río Ceibas, posteriormente con base en las relaciones morfométricas se determinó el coeficiente de escorrentía de las estaciones Presa y desembocadura del río Oro, con los valores de escorrentía, los valores de precipitación media anual y mensual se determinaron los caudales mensuales, anuales y la curva de duración de caudales para las dos estaciones.

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Tabla 5. Datos básicos método de Heras.


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Tabla 6. Caudales generados curva de duración método de Heras. Dónde: e y k son coeficientes de escorrentía.


Río Ceibas- Estación Guayabo

Río Oro sitio de presa Río Oro cuenca total

%probab. Caudales Aportación e K e Aportación Caudales K e Aportación Caudales

m3/seg Hm3 Hm3 m3/seg Hm3 m3/seg

100 1,4 44,15 0,129 1,750 0,226 12,028 0,381 1,503 0,194 17,432 0,553

90 2,77 87,35 0,256 0,447 23,798 0,755 0,384 34,490 1,094

80 3,28 103,44 0,303 0,530 28,179 0,894 0,455 40,840 1,295

70 3,8 119,84 0,351 0,614 32,647 1,035 0,527 47,315 1,500

60 4,14 130,56 0,382 0,669 35,568 1,128 0,574 51,548 1,635

50 4,48 141,28 0,413 0,724 38,489 1,220 0,622 55,781 1,769

40 5 157,68 0,461 0,808 42,956 1,362 0,694 62,256 1,974

30 5,51 173,76 0,509 0,890 47,338 1,501 0,765 68,606 2,175

20 6,02 189,85 0,556 0,972 51,719 1,640 0,835 74,956 2,377

10 7,39 233,05 0,682 1,194 63,489 2,013 1,025 92,014 2,918

0 18,35 578,69 1,694 2,964 157,650 4,999 2,546 228,479 7,245

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Tabla 7. Caudales mensuales generados método de Heras.


Rio Ceibas Río Oro sitio de presa Río Oro cuenca total

Meses Caud

ales

Precipi

.

Aporta

.

e K e Precipi

ta.

Aport

a.

Caudal

es

K e Precipi

ta.

Aport

a.

Caudal

es

m3/se

g

Mens

mm

Hm3 Guay

abo

Mens

mm

Hm3 m3/seg Men

mm

Hm3 m3/seg

Enero 4.855 139.15 12.58 0.409 1.750 0.716 133.03 3.428 1.323 0.615 112.98 4.969 1.917

Febrero 4.964 152.69 12.87 0.381 0.667 145.97 3.505 1.352 1.503 0.573 123.97 5.080 1.960

Marzo 5.778 188.29 14.98 0.360 0.630 180.01 4.080 1.574 0.541 152.88 5.913 2.281

Abril 4.822 133.53 12.50 0.424 0.741 127.66 3.405 1.314 0.637 108.42 4.935 1.904

Mayo 4.324 112.67 11.21 0.450 0.788 107.71 3.053 1.178 0.677 91.48 4.425 1.707

Junio 4.647 51.64 12.05 1.055 1.847 49.37 3.281 1.266 1.587 41.93 4.756 1.835

Julio 5.311 45.85 13.77 1.359 2.377 43.83 3.750 1.447 2.043 37.22 5.435 2.097

Agosto 4.595 29.87 11.91 1.804 3.157 28.56 3.245 1.252 2.712 24.26 4.702 1.814

Septiembre 3.765 87.68 9.76 0.504 0.881 83.82 2.659 1.026 0.757 71.19 3.853 1.487

Octubre 4.096 197.93 10.62 0.243 0.425 189.22 2.892 1.116 0.365 160.70 4.192 1.617

Noviembre 5.212 228.70 13.51 0.267 0.468 218.64 3.680 1.420 0.402 185.69 5.334 2.058

Diciembre 4.87 175.88 12.62 0.325 0.568 168.14 3.439 1.327 0.488 142.80 4.984 1.923

42

7.1.7.3 Caudales máximos. Para los valores de los caudales Máximos mensuales de la estación el Guayabo río Ceibas donde el valor mayor encontrado en 20 años es de 117.9 m3/s, se observan los valores máximos de caudal de la estación el Guayabo ordenados para dibujar la distribución Gumbel, se realiza el ajuste de los caudales máximos del río Ceibas estación el Guayabo donde se obtienen los valores de 68 m3/s para un período de retorno de 5 años, 110 m3/s para un período de retorno de 25 años, 132 m3/s para un período de retorno de 50 años y 165 m3/s para un período de retorno de 100 años, luego observa el ajuste de la distribución Gumbel por el programa Smada, posteriormente se observan el listado de datos generados para diferentes tiempos de retorno utilizando el programa Smada y las distribución Log Pearson Tipo III y Gumbel. Se tienen los valores seleccionados con diferentes tiempos de retorno tanto para el río Ceibas estación el Guayabo y para el río Oro desembocadura, obteniéndose valores de 54 m3/s para un período de retorno de 100 años. 7.1.7.4 Método de la regionalización de crecientes. Según el estudio desarrollado por el HIMAT (Instituto Colombiano de Hidrología, Meteorología, y Adecuación de Tierras), en el año 1988, se determinaron las curvas de regionalización para las crecientes máximas en diferentes zonas del país, con base en el análisis de frecuencias de Gumbel para caudales máximos de un gran número de estaciones hidrométricas que cumplen con un comportamiento homogéneo en la zona seleccionada de la regionalización. Para el caso específico de la zona del Huila la ecuación de regionalización resultó ser:

79.033.1 AQ

Donde: Q = Caudal Medio de los valores máximos anuales (m3/s). A= Área de la cuenca hidrográfica (km²). Una vez obtenido el caudal Q, se entra a la curva de frecuencias regionalizada, para

un determinado período de recurrencia “Tr” se halla la relación QQTr , a partir

de la cual se obtiene el caudal máximo esperado para un determinado periodo de retorno, cuyos resultados se presentan en la siguiente tabla.

43

Tabla 8. Caudales máximos esperados método de regionalización.

REGIONALIZACION DE CRECIDAS CAUDALES MAXIMOS EN M3/S

No.

ORDE

N

CUENCA AREA

(km2)

Q2.33

(m3/s)

Tr = 2 Tr = 5 Tr = 10 Tr = 20 Tr = 50 Tr =

100

1 Río del Oro

(Presa)

35.99 22.55 21.20 28.29 33.61 38.57 44.66 49.17

2 Río Oro

Desembocadur

a

71.48 38.78 36.46 48.64 57.79 66.32 76.79 84.55


7.1.8 Análisis de sedimentos. El suelo es removido constantemente de la superficie de la tierra y transportado aguas abajo por los ríos hasta que se deposita finalmente en los lagos, estuarios y océanos. Dado que el agua es uno de los principales agentes de erosión y el vehículo principal del transporte del material erodado, este proceso es importante en el desarrollo de aprovechamientos hidráulicos. Ya que el objetivo de este estudio es evaluar el transporte de sedimentos con el fin de diseñar las estructuras necesarias para controlar el proceso erosivo diseñando estructuras hidráulicas necesarias de manera que funcione eficientemente y con un periodo adecuado de mantenimiento. En términos generales, sedimento es cualquier fragmento de material transportado, suspendido o depositado por el agua o por el aire. El fenómeno de la erosión está íntimamente ligado al fenómeno de los sedimentos en los cursos de agua, el principal factor erosivo es el agua. El proceso empieza desde el momento en que las gotas de agua lluvia caen sobre la superficie del suelo y abren pequeños cráteres aflojando las partículas del suelo, las cuales empiezan a ser arrastradas por los diminutos hilos de agua, los arroyos y los ríos. Así lo que en un principio fueron pequeñas cantidades de microscópicos granos de material, al formarse los arroyos en los grandes ríos se convierten en miles de m3 transportados por el agua diariamente. La forma como sucede la erosión depende de tres factores principales a saber: 1. Energía del agente erosivo (tamaño de las gotas de agua o granizo, velocidad

de las corrientes). 2. Erodibilidad del suelo o susceptibilidad a los agentes de erosión. 3. Protección de la superficie erodable especialmente por la cobertura vegetal.

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La erosión causa graves daños en los suelos agrícolas, en los cauces de los ríos donde las corrientes socavan, provocan deslizamiento de los taludes o bloquean los canales por la deposición de materiales. El transporte de sedimentos en las corrientes es problema que tiene que ver con la planificación, diseño y operación de obras como puertos, canales para navegación, hidroeléctricas, acueductos, sistemas de riego, etc. Con la obtención de muestras de sedimentos se persigue determinar la cantidad de sólidos que transporta una corriente en un tiempo fijado (ton/día, ton/año). 7.1.8.1 Transporte o carga de sedimentos. El transporte total de sedimentos comprende tanto el sedimento que se traslada suspendido en la corriente como el que viaja arrastrándose o rodando por el fondo. El transporte de fondo se mide directamente con muestreadores y se expresa ordinariamente en m3/día; el transporte de sedimentos en suspensión se refiere a la cantidad de sólidos o sedimentos suspendidos que pasan por la sección de una corriente en una unidad de tiempo, se expresa ordinariamente en Ton/día o kg/s. El transporte de sedimentos en suspensión es igual al producto de la concentración media por el caudal líquido que pasa por una sección. 7.1.8.2 Transporte de sedimentos. Para el cálculo de transporte de sedimentos en el proyecto, se estudiaron estaciones vecinas afines en donde se evalúo la concentración, transporte de sedimentos y las áreas tributarias para poder determinar el transporte de sedimentos en la cuenca del río Oro en el sitio de presa y en la desembocadura. En la primera etapa se realizó el análisis de sedimentos basados en la información existente en el IDEAM, para las estaciones Motilón quebrada Motilón, La Palma Quebrada San Bartolo, Pueblo Nuevo Río La Ceibas y Estación el Guayabo Río Ceibas.

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8. ANÁLISIS COMPARATIVO

A través del tiempo la infraestructura hidráulica ha sido de suma importancia para el mundo hasta el día de hoy; en donde obras como presas, embalses, trasvases, entre otras; son obras de suma importancia para la ingeniería civil y de gran utilidad para la sociedad. El sistema de compuertas dentro de una estructura hidráulica es un componente de suma importancia e indispensable para que un determinado sistema pueda operar correctamente, con una eficiencia del ciento por ciento y cumplir con las determinadas necesidades para el cual fue diseñado. El canal de Panamá, una de las estructuras hidráulicas más importantes del mundo, cuenta con un importante sistema de compuertas; el cual realiza una de las funciones más importantes para que el canal tenga un funcionamiento de 24 horas y de abasto con el congestionado tráfico de buques. Por otro lado, el río del Oro en el departamento del Huila, municipio de Neiva; es un importante agente hidráulico y ambiental que caracteriza a este departamento; su larga extensión atraviesa gran parte de este municipio. A través del tiempo múltiples problemáticas en el río del Oro, han llevado a poner en practica varios proyectos con el fin de restaurar este importante eje ambiental. Un importante sistema de compuertas deslizantes acoplado principalmente por la construcción de un embalse en la parte alta del río, que garantice lamina de flujo durante las épocas de sequía en el departamento; sería la solución más óptima. Todo este componente hidráulico articulado a un juego de presas y esclusas; dividiendo parte del río en tres secciones, dando como resultado una estructura hidráulica compuesta por un embalse en la parte alta del río, 6 presas y tres esclusas respectivamente. Las compuertas del canal de Panamá pese a sus grandes dimensiones, poseen grandes ventajas en el momento de ser operadas, una de ellas es el ahorro de energía que ejerce cada compuerta a la hora de abrirse y cerrarse. El sistema hueco de estas compuertas hace que tengan un aligeramiento respecto a su peso; esto conlleva a que los motores de operación (winches) no ejecuten la operación de abertura y cierre con el peso bruto de estas mismas. El sistema hueco que poseen esta clase de compuertas, hace que la presión de un fluido como lo es el agua las ayude a su operatividad y funcionamiento. A la hora de poner en marcha las compuertas, el agua hace que este sistema flote y reduzca su

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esfuerzo y con la ayuda de los motores de operación funcione en un ciento por ciento, aligerando en un gran porcentaje su peso bruto. En la ilustración 15 se observa la compuerta rodante de tipo hueco del canal de Panamá; el empuje que produce el agua ayuda a la operatividad de este mismo. Ilustración 15. Sistema hueco compuertas del canal.


Respecto al sistema de compuertas deslizantes, si las llevamos a una escala similar de las compuertas del canal de Panamá, este sistema de compuertas ejerce una enorme transformación de energía. El peso bruto de la compuerta va hacer levantado y operado por los motores de operación en un ciento por ciento, generando más esfuerzo respecto a ellos; produciendo un porcentaje de operatividad mucho más grande y posteriormente con sobrecostos. Su componente de sellamiento es muy eficaz, está compuesto de neopreno bidireccional de fácil cambio. El sistema de compuertas radiales tipo Taintor es muy similar en el sistema de funcionamiento y operatividad a las compuertas huecas del canal de Panamá, estas al tener una forma oblicua hace que la presión del agua ejerza un esfuerzo sobre ellas y ayude al cierre de las compuertas, disminuyendo la transformación de energía y potencia. Con frecuencia se instalan contrapesos en las compuertas para equilibrar parcialmente su peso, lo que reduce todavía más la capacidad del mecanismo de operación. Como la compuerta Taintor tiene un paramento cilíndrico, cuyo eje coincide con el eje de rotación de la compuerta, la resultante de la presión hidráulica pasa siempre por dicho eje, incluso cuando la compuerta está levantada parcialmente dejando

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pasar el agua por debajo. Por consiguiente, no hay que vencer la presión hidráulica al abrir o cerrar la compuerta. Es importante como en los tres sistemas de compuertas tengan materiales altamente resistentes a todo tipo de agentes. En el caso del canal de Panamá el sistema de compuertas debe estar sujeto a materiales que estén en todo momento en contacto con diferentes clases de fluidos, además tienen que estar en contacto con gran cantidad de metros cúbicos de agua estancada, lo que genera propiedades corrosivas hacia el metal o el material de respectiva compuerta. La mayoría de los sistemas de clase deslizante y Taintor está diseñado y fabricado en estructura metálica, de igual manera a las del canal de Panamá están sujetas a contacto permanentemente con fluidos y deben estar en capacidad a que tengan alta durabilidad, consistencia y resistencia. Si comparamos los tres sistemas de compuertas a una misma escala, podemos observar que el sistema que más costo genera son las compuertas deslizantes; al no tener ningún agente que le ayude y le reduzca el trabajo al sistema operativo, los motores están sometidos a ejercer el ciento por ciento del esfuerzo que se requiere para el funcionamiento total de la estructura, lo que genera que los motores tengan menos vida útil y requieran ser reemplazados en periodos de tiempo mínimos. Los otros dos sistemas de compuertas generan también costo, pero no en gran tamaño y porcentaje respecto al sistema deslizante. Estos dos sistemas al tener un componente a su favor como lo es la presión del fluido, ayuda a la operatividad del sistema ejerciendo menos esfuerzo y determinando la vida útil del mecanismo de operación. Por otro lado, si analizamos profundamente el estudio hidrológico realizado años atrás en el río del Oro, se pueden ver los resultados a partir de varias metodologías de los caudales mensuales y anuales que funda el rio del Oro. Se puede evidenciar que los valores de caudales no son de grandes magnitudes; para el cual también fue un factor para la implementación de un sistema de compuertas, pero aun así se requieren estructuras hidráulicas que den garantía a las embarcaciones y a las personas que tengan acceso a ellas. Las compuertas del canal de Panamá antiguo es un sistema que ejerce aún más transformación de energía que los sistemas anteriores, es un sistema de compuertas abisagrado. Debido a que es un sistema con más de cien años de existencia se diseñó con herramientas poco desarrolladas lo que era inevitable que el consumo de energía fuera en gran porcentaje. Hoy en día este sistema tiene algunas imperfecciones y deterioros como filtraciones de agua, debido a la cantidad de años en funcionamiento, pero es un sistema eficiente en la operatividad, abre y cierra sus compuertas generando el paso de buques diariamente.

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En la ilustración 16 se observa el sistema de inglete o abisagrado del antiguo canal de Panamá; se puede evidenciar el sistema gran parte deteriorado y con fugas de agua. Ilustración 16. Compuertas del Canal Antiguo.


Para el río del Oro se diseñó un sistema de compuertas deslizantes acoplado con un juego de presas y esclusas respectivamente, dividiendo gran parte de la extensión del río en tres secciones Se tomó como referencia el diseño de compuertas deslizantes debido a su escala no tan grande, su facilidad de instalación y equipos de costos no mayores; para lo cual no era necesario ni requerido un sistema más complejo como lo es tipo Taintor o tipo hueco. El diseño se realizó basado en estudios topográficos en donde indicaran cual era el sitio más apropiado para la construcción de la infraestructura hidráulica, estudio hidrológico que diera resultados de las unidades de caudal que funda el río del Oro y estudio hidráulico para la clase de estructuras que se iban a implantar. Algo importante es que el sistema de compuertas deslizantes en el río del Oro cuenta con un sistema de compuertas manual, para ser operado en caso de que tenga algún daño alguna de las compuertas motorizadas o simplemente cuando se realice el respectivo mantenimiento. Para la implantación de los sistemas operativos de las compuertas deslizantes en el río del Oro se tomaron como referencia los motores con algunas características similares a los del sistema del canal de Panamá, claramente con potencia mucho menor.

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A continuación, se ilustra un detalle del plano record del sistema de presas, esclusas y compuertas a implementar en el río del Oro. Ilustración 17. Detalle Presas y esclusas Río del Oro.

Fuente: Ing. Ernesto Torres. Planos río del Oro.

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9. CONCLUSIONES

Se realizó la visita técnica internacional al Canal de Panamá, en busca de información innovadora y tecnológica con el fin de poder realizar la comparación e implementación con algún eje o componente de Colombia; en donde se pudo observar y evidenciar que el canal de Panamá cuenta con un sistema de compuertas tipo hueco; largo: 57.60 m, ancho: 10 m y una altura de 33 m. El empuje que ejerce el agua ayuda a operar el mecanismo de las compuertas.

Se determinó un componente para la implementación de compuertas deslizantes, por medio del estudio hidrológico, a partir de varias metodologías y aforos; los valores de caudales mínimos, medios y máximos. El caudal promedio de enero a diciembre del río Ceibas fue 4.770 m3/s, en el sitio de presa fue 1.297 m3/s y el caudal promedio en la cuenca total fue de 1.883 m3/s.

De acuerdo a las necesidades del municipio, a partir del estudio hidráulico se

determinaron las estructuras hidráulicas a implantar en el río del Oro; teniendo en cuenta costos y presupuesto del municipio. De acuerdo a los estudios hidráulicos la presa tiene 5.26 m por 1.80 m de alto y el sistema de esclusaje tiene unas dimensiones de 5.30m por 10.50m.

Se analizaron tres sistemas de compuertas incluyendo las del canal de Panamá,

mostrando su respectivo funcionamiento, componentes, ventajas y desventajas que tienen a la hora de su operatividad. Luego de realizar la identificación y comparación respectivamente de los tres sistemas de compuertas, se determinó que el sistema que más genera sobrecosto y transformación de energía es el sistema deslizante con respecto al sistema rodante tipo hueco y tipo Taintor.

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ANEXO 1. Modelo en Autocad sistema de compuerta

radial tipo Taintor.

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ANEXO 2. Planta general y detalle de presa esclusa.

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ANEXO 3. Corte de presa y esclusa.

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ANEXO 4. Corte presa esclusa y compuertas.

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ANEXO 5. Detalle de compuerta y sellos.