Obras Hidrulicas

Obras Hidrulicas 2014

UNIVERSIDAD CSAR VALLEJO - TRUJILLOFacultad de IngenieraEscuela Profesional de Ingeniera Civil

NOMBRE DEL CURSO:OBRAS HIDRULICASPROFESOR:OSCAR MAZA ESPINOZAFEcHA:Trujillo, ALUMNACDIGO

HERNANDEZ JANAMPA, DANILO

HUACACOLQUI CRUZADO, THAIS2110061340

SALINAS ASMAT, EDDA2102058792

ULCO ALVA, DIEGO2110061204

OBSERVACIONES:

1.-..

2.- ..

NOTA:

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EN NMEROEN LETRAFIRMA DEL PROFESOR

INTRODUCCIN

Las obras de toma o bocatomas son las estructuras hidrulicas construidas sobre un ro o canal con el objeto de captar, es decir extraer, una parte o la totalidad del caudal de la corriente principal. Las bocatomas suelen caracterizarse principalmente por el Caudal de Captacin, el que se define como el gasto mximo que una obra de toma puede admitir.

Unabocatoma, o captacin, es unaestructura hidrulicadestinada a derivar desde unos cursos de agua,ro,arroyo, canal o desde unlago; o incluso desde el mar, una parte del agua disponible en esta, para ser utilizada en un fin especfico, como pueden ser abastecimiento deagua potable,riego,generacin de energa elctrica,acuicultura, enfriamiento de instalaciones industriales, etc.

En el Per hay en operacin un gran nmero de obras de toma para aprovechamiento hidrulico. El diseo de estas estructuras es casi siempre difcil y debe recurrirse tanto a mtodos analticos como a la investigacin en modelos hidrulicos. La observacin y anlisis del comportamiento de las obras de toma en funcionamiento es muy importante. Los problemas que se presentan en una bocatoma son mucho ms difciles cuando se capta agua desde un ro que cuando se hace desde un canal.

Es necesario tener presente que la bocatoma es una estructura muy importante para el xito de un proyecto. Si por una razn u otra se produce una falla importante en la obra de toma, esto significara la posibilidad del fracaso de todo el Proyecto de Aprovechamiento Hidrulico. En consecuencia, tanto el diseo como la construccin, la operacin y el mantenimiento de una obra de toma deben ofrecer el mximo de seguridad.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Determinar las consideraciones previas de diseo de una bocatoma.

OBJETIVOS ESPECFICOS:

Conocer los criterios de diseo hidrulico de una bocatoma.

Definir los tipos de bocatomas existentes.

Identificar las diferentes funciones que puede desempear una bocatoma.

Definir la importancia de los aliviaderos de demasias.

BOCATOMA

1) DEFINICIN.- Las bocatomas son obras hidrulicas cuya funcin es regular y captar un determinado caudal de agua, en este caso, para la produccin de hidro energa sea esta mecnica o elctrica. Las bocatomas nos permiten tomar el agua de los ros y conducirla aprovechando la fuerza de la gravedad.

2) FUNCIONES:

Garantizar la captacin de una cantidad constante de agua, especialmente en pocas de estiaje.

Impedir hasta donde sea posible, el ingreso de materiales slidos y flotantes, haciendo que estos sigan el curso del rio o facilitando la limpieza.

Proteger el resto del sistema de obras hidrulicas del ingreso de avenidas o embalses que pudieran producirse en las pocas lluviosas.3) TIPOS DE BOCATOMA.

A) BOCATOMAS DIRECTAS:Son posibles de disear en cursos de agua de fuerte pendiente, y cuando no se quiere tener una estructura costosa.

B) BOCATOMAS DE CAPTACION LATERAL:

Es una obra de captacin superficial y es la ms empleada cuando se trata de captar el agua de un rio la forma mas simple de concebir una captacin lateral es como una bifurcacin.

C) BOCATOMAS CON BARRAJES:

Bocatoma de barraje fijo.- son aquellas que tienen una presa slida, para levantar el tirante frente a las compuertas de captacin. Esta solucin es posible cuando el rgimen del ro es uniforme y la capacidad de captacin de la toma es menor que la descarga promedio del ro.

Bocatoma de barraje mvil.- Cuando la presa consta con una serie de pilares que soportan compuertas y que permiten regular el tirante de agua en el ro. Es verstil para modificar el tirante de agua y eliminacin de solidos. Se prefiere en ros caudalosos con pendientes suaves.

Bocatoma de barraje mixto.- Tienen una parte de la presa integrada por una estructura slida (Barraje fijo) y una parte integrada por compuertas sustentadas en pilares (Barraje mvil). La parte mvil tiene en ciertos casos muros guas o separadores del barraje fijo que forma un canal denominado de limpia y un segundo canal separado por un vertedero de rebose lateral que sirve para eliminar las gravas llamado tambin desripiador.

D) BOCATOMA TIROLESA:La toma tirolesa, tambin llamada caucasiana, alpina o sumergida. Se trata de una estructura tpica de las partes altas de los torrentes de montaa. La captacin se efecta por medio de una rejilla de fondo cuyos barrotes se disponen en la direccin de la corriente. Este tipo de captacin es bastante simple y ha dado buenos resultados en torrentes con material grueso. Se utiliza generalmente para captar caudales pequeos.

4) DISEO HIDRAULICO.Es comn que terrenos potencialmente a ser irrigados en un valle, se encuentran a considerable distancia del cauce del ro de donde se pretende obtener el agua, o en algunos casos se trate de terrenos de cota relativamente alta con respecto al nivel del agua en el ro. Es necesario encontrar un lugar apropiado topogrficamente que permita el riego de dichos terrenos, podra ser que topogrficamente sea factible, pero que geolgicamente o de facilidad constructiva no sea lo apropiado; por lo que es necesario formar la carga hidrulica mediante la construccin de una presa de derivacin que permita elevar el nivel de la superficie del agua en el ro a fin de que sea posible captar parte del caudal del ro.

5) ALIVIADERO DE DEMANCIAS.

Es una de las ms importantes de las estructuras que componen una presa, ya que permite liberar las aguas excedentes, ya que no se pueden almacenar en la capacidad prevista de la presa, este volumen de agua en general se elimina por accin de rebose por el borde superior del reservorio y son devueltos al rio por medio de un canal de descarga de fuerte pendiente.Su seguridad es de vital importancia ya que en caso de fallas puede causar grandes daos, y es debido a este factor que es una estructura de elevado costo, por lo que exige valores altos en los coeficientes de seguridad referidos a los aspectos hidrulicos, estructurales y de cimentacin.

Clasificacin

Los vertederos de demasas usualmente se clasifican de acuerdo con sus caractersticas ms importantes, ya sea con respecto al sistema de control, al canal de descarga, o a otro componente. Generalmente estos pueden clasificarse en:

Vertederos de descarga libre o fija:

Son aquellos en que el remanso producido por un cierto gasto no puede variar total ni parcialmente, es decir teniendo fija una determinada longitud de vertedor para cada gasto de entrada, solo podr tener un gato de salida dado por la carga sobre el vertedor, y la superficie libre del agua en el vaso, siempre tendr una determinada altura para ese gasto dado.

Vertederos de descarga controladora o mvil:

En los vertederos de descarga controlada la altura de remanso para un mismo gasto podr variarse, dentro de ciertos lmites, con la apertura o cierre de las partes mviles (compuertas).

Q= C.L.H3/2

6) CRITERIOS DE DISEO HIDRAULICO.

Altura del aliviadero sobre el fondo del ro, la necesaria para captar el agua en poca de estiaje del ro.

Estabilidad de la estructura bajo todas las fuerzas actuantes y comportamiento de la cimentacin. Nos ocuparemos de los aliviaderos de concreto ciclpeo.

BOCATOMA DISEO

1) ELEMENTOS FUNDAMENTALES A SER TOMADOS EN CUENTA PREVIO AL DISEO DE BOCATOMAS.

Antes de iniciar el diseo de una bocatoma, se debe examinar los siguientes aspectos:

Ubicacin.- Es de suma importancia la ubicacin de la bocatoma en el cauce del ro, para la que se recomienda que el sitio elegido rena por lo menos las siguientes condiciones:

La direccin a ruta del flujo de agua debe ser lo ms estabilizada o definida.

La captacin del agua a ser derivada debe ser posible an en tiempo de estiaje.

La entrada de sedimentos hacia el caudal de derivacin debe ser limitado en el mximo posible.

Topografa.- Definida la posible ubicacin, se realizarn los siguientes trabajos topogrficos:

Levantamiento en planta del cauce del ro, entre 500m. a 1000m; tanto aguas arriba como aguas abajo del eje del barraje, la escala recomendada es 1:2000.

Levantamiento localizado de la zona de ubicacin de la bocatoma, se recomienda un rea de 100m. x 100m. como mnimo, la escala no debe ser menor de 1:500.

Perfil longitudinal del ro, por lo menos 1000m, tanto aguas arriba como aguas abajo del eje del barraje; la escala recomendada es H = 1:2000 Y V =1:200.

Secciones transversales del cauce del ro a cada 50m. en un tramo comprendido 1000m. aguas arriba y 500m. aguas abajo del eje del barraje; la escala variara entre 1:100 y 1:200.

Condiciones Geolgicas y Geotcnicas.- Es importante conocer las condiciones geomorfolgicas, geolgicas y geotcnicas, ya que su conocimiento permitir dimensionar en mayor seguridad la estructura; por lo que se recomienda la obtencin de los siguientes datos como resultado de los estudios geolgicos geotcnicos:

Curva de graduacin del material conformarte del lecho del ro.

Seccin transversal que muestre la geologa de la zona de ubicacin de la bocatoma.

Coeficiente de permeabilidad.

Capacidad portante.

Resultados sobre ensayos de hincado de pilotes tabla, estacas.

Cantidad de sedimento que transporta el ro.

Informacin Hidrolgica.- Es de suma importancia conocer el comportamiento hidrolgico del ro, ya que esto permitir garantizar el caudal a derivar y as como definir el dimensionamiento de los elementos conformantes de la bocatoma. Entre los datos a obtener son:

Caudal del diseo para una avenida mxima.

Caudales medios y mnimos.

Curva de caudal versus tirante en la zona del barraje.

Condiciones Ecolgicas.- Siempre toda construccin en un ro causa alteracin del equilibrio ecolgico de la zona, sobre todo en lo relacionado con la fauna. Es por esta razn que, se debe tratar de no alterar dicho equilibrio mediante la construccin de estructuras que compensen este desequilibrio causado por la bocatoma; aunque debemos reconocer que, en nuestro pas estas estructuras son de costo elevado y que siempre se tratan de obviar por limitaciones presupustales; como por ejemplo la escalera de peces y camarones.

Otros.- Asimismo en algunos casos ser necesario pedir autorizacin del Instituto Nacional de Cultura por la existencia de restos arqueolgicos. Por este motivo, todo diseo se deber ser previamente coordinado con todos los dems entes estatales y particulares que estn relacionados de alguna manera con el ro donde se va a construir la bocatoma, con el fin de evitar duplicidad o generacin de problemas en proyectos similares por la construccin de una estructura en el mismo cauce.

2) ANALISIS ESTRUCTURAL DEL ALIVIADERO DE DEMANCIAS.

Esta estructura tiene por objeto proteger al sistema de almacenamiento, evacuando los excesos de agua ala capacidad normal del vaso de almacenamiento y su descarga aguas abajo. Los aliviaderos son con frecuencia estructuras independientes de las otras obras de embalse (presas y tomas), pero en algunas ocasiones estn integradas en ellas. Altura del aliviadero sobre el fondo del ro, la necesaria para captar el agua en poca de estiaje del ro.

Estabilidad de la estructura bajo todas las fuerzas actuantes y comportamiento de la cimentacin. Nos ocuparemos de los aliviaderos de concreto ciclpeo.

3) POZA DISIPADORA DE ENERGIA.Aguas abajo de los barrajes fijo y mvil es necesario disponer algn elemento que ayude a disipar la energa.Generalmente se disipa la energa mediante la formacin de un salto hidrulico, para lo que es necesario disponer una poza. Inmediatamente aguas abajo, y como transicin con el lecho fluvial, se coloca una proteccin de fondo a base de piedras a la que se le denomina rip-rap. En la Figura N 3 se aprecia las deformaciones del lecho fluvial como consecuencia de la construccin de un barraje.

4) CANAL DE LIMPIA.El canal de limpia es la estructura que permite reducir la cantidad de sedimentos que trata de ingresar al canal de derivacin, as como la eliminacin del material de arrastre que se acumula delante de las ventanas de captacin. Su ubicacin recomendada es perpendicular al eje del barraje vertedero y su flujo paralelo al del ro y formando Un ngulo entre 60 y 90 con el eje de la captacin, a menos que se realice un modelo hidrulico que determine otras condiciones.

5) COMPUERTAS DE CAPTACIN.Son las que regulan el ingreso de agua al canal de derivacin. Pueden estar ubicadas como parte de las ventanas de captacin, o, si hubiese un elemento decantador ubicado inmediatamente aguas debajo de las ventanas de captacin, podran estar ubicadas ms hacia aguas abajo, en el ingreso al canal. En las bocatomas pequeas puede tratarse de una sola compuerta.

6) VENTANAS DE CAPTACION.Se trata de uno o ms vanos que permiten el ingreso del agua y que trabajan hidrulicamente, sea como vertederos o como orificios. La carga hidrulica que permite el ingreso del agua se origina como consecuencia de la altura de la presa derivadora. Las ventanas pueden tener compuertas o no y suelen llevar rejillas de proteccin contra el ingreso de cuerpos extraos, las que pueden estar provistas de limpia rejas.

7) MUROS DE ENCAUSAMIENTO.Son estructuras que permiten encauzar el flujo del ro entre determinados lmites con el fin de formar las condiciones de diseo pre-establecidas (ancho, tirante, remanso, etc.)

Estas estructuras pueden ser de concreto simple a de concreto armado. Su dimensionamiento est basado en controlar el posible desborde del mxima nivel del agua y evitar tambin que la socavacin afecte las estructuras de captacin y derivacin.En lo referente a la altura de coronacin que estas estructuras deben tener, se recomienda que su cota superior est por lo menos 0.50 m por encima del nivel mximo de agua. Con respecto a su cota de cimentacin, se recomienda que sta debe estar por debajo o igual a la posible profundidad de socavacin (ver diques de encauzamiento).Con la altura definida se puede dimensionar los espesores necesarios para soportar los esfuerzos que transmiten el relleno y altura de agua; es prctica comn disear al volteo, deslizamiento y asentamiento.

DIQUES DE ENCAUZAMIENTO.En la mayora de los casos, al colocar un obstculo (barraje) en un ro, por un remanso hacia aguas arriba podra causar inundaciones a los terrenos ribereos, situacin no deseada que se podra agravar si el ro forma un nuevo cauce coma consecuencia del remanso y que podra dejar aislada a la bocatoma. Para controlar esta situacin se construyen diques de encauzamiento por lo general del tipo escollera si existen canteras de rocas en la zona del proyecto.Su dimensionamiento se realiza en funcin de la altura que puede alcanzar el tirante del agua en la zona de remanso: usualmente, la cota del dique se debe colocar con un borde libre (B.L) de 0.50m por encima del tirante.

8) CONSIDERACIONES Y ANALISIS DE DISEO ESTRUCTURAL.

Los principales aspectos hidrulicos que deben considerarse en el diseo de una bocatoma, son:

Eliminar lo ms posible la entrada de sedimentos a las obras de aduccin. Estos sedimentos pueden producir inconvenientes, como son los depsitos de material en el canal (pueden restarle capacidad de porteo a la aduccin), erosin en los revestimientos y mquinas hidrulicas (turbinas y bombas), colmatacin de filtros en el riego tecnificado, etc. Con este objeto debera ser posible eliminar los bancos de los sedimentos depositados en la poza.

Disipacin de la energa hidrulica al pie de la barrera mvil, la que puede ser importante durante la operacin de las compuertas de la barrera. Es importante la disipacin de energa al pie de las compuertas disipadora. Disipacin de la energa al pie de la barrera vertedero, si ella existe, ya que su operacin significa bajar un caudal importante en cota, desde el espejo de agua en la poza al nivel del ro en la descarga.

Proteccin de la obras de las socavaciones que podrn producirse al pie de la barrera mvil, barrera fija, zonas de la expansin del flujo aguas abajo de las barreras, etc.

Controlar las filtraciones bajo las obras, a fin de evitar el movimiento de los materiales finos del suelo de fundacin (fenmeno de piping). Tambin la determinacin de las sub presiones para el diseo estructural de las obras.

CONCLUSIN

Se defini los elementos fundamentales a ser tomados en cuenta previo al diseo de bocatomas.

Se identificaron los tipos de bocatomas.

Se reconoci las diferentes funciones que pueden cumplir una bocatoma.

Se determino la importancia de los aliviaderos de demasas para una bocatoma.

BIBLIOGRAFA UNI-FIC Diseo de Bocatomas, Ing. Alfredo Mansen Valderrama

La bocatoma, estructura clave en un proyecto de aprovechamiento hidrulico, Ing. Arturo Rocha Felices

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