dh1cap i 080905

5/9/2018 DH1CAP I 080905 - slidepdf.com

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DISEÑO

HIDRAULICO I

UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARÍAFACULTAD DE ARQUITECTURA E INGENIERÍAS CIVIL Y DEL

AMBIENTE

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL


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Arroyo 3



Arroyo 4

El agua en el PerúCOSTA SIERRA SELVA

ALTURA (m) 0 - 2000 > 3000 2000 - 80

CLIMA DesérticoTemplado a

GélidoTropical

PRECIPITACIÓNANUAL (mm) < 50 300 - 900 3000 - 4000

RIOS REGIMEN TEMPORAL E IRREGULAR



Arroyo 5

Distribución de aguasen el Perú

BALANCE

1% DÉFICIT

99%DÉFICIT Y

SUPERAVIT

0.02% DÉFICIT

DISTRIBUCIÓN DE AGUAS

VERTIENTE DEL PACÍFICO

VERTIENTE DEL ATLÁNTICO

VERTIENTE DEL TITICACA



Arroyo 6

Principios de Utilización delos Recursos Hidráulicos

La cantidad total aprovechable deagua en el mundo es muy

pequeña y generalmente no seencuentra ni en el sitio, ni en elmomento en que se necesita

El ingeniero civil debe tener una

participación activa en laimplantación de la política de aguade un país.



Arroyo 7


El ingeniero civil debe seleccionar laubicación de las obras hidráulicas,establecer su magnitud y realizar

todos los estudios, desde el nivel depreinversión hasta el de diseño.

La primera decisión se refiere

generalmente al tipo y ubicación delas obras de toma, pues a ésta sesubordinan generalmente lasdemás obras del proyecto.



Arroyo 8


Criterios que gobiernan la seleccióndel tipo y ubicación de una obra.

La cantidad de agua disponible

debe ser suficiente para los finesprevistos.

El costo total de las obras debe ser

el menor posible. Las obras deben satisfacer las

condiciones necesarias deseguridad.



Arroyo 9

Generalidades sobre Rios

Cuenca El Volúmen total escurrido en un

río. Agua que escurre en el río, y

agua que se infiltra. La variabilidad del régimen de un

río influyen fuertemente en laselección del tipo de las obras detoma.



Arroyo 10


Cuando el caudal de estiaje esmuy pequeño, y apenasalcanza para cubrir lasnecesidades de unapoblación, regadío o planta

hidroeléctrica, es necesariocaptar todo el caudal, cerrandoel cauce del río con un azud.



Arroyo 11


Cuando el caudal del río es másregular y la cantidad a captarse es

sólo una fracción del caudal deestiaje.Entonces la captación puede

hacerse directamente por mediode una toma sin azud.



Arroyo 12


Tramos típicos de un río Primer tramo: Q pequeño, pero crecientes

grandes, gradientes altas, velocidades altas,erosión activa. Tramo medio: Q mayores, gradientesmenores, erosión y depósito, aqui

generalmente se ubican la mayoría de lasobras de toma. Tramo bajo: Cursos tortuosos, gradiente

baja, velocidades bajas.



Arroyo 13


La erosión se produce en los ladoscóncavos y la sedimentación en loslados convexos de las curvas.

Por esta razón las obras de toma

son ubicadas en las partes cóncavasde los ríos, para evitar la entrada desedimentos.



Arroyo 14

Clasificación de las ObrasHidráulicas

Por el propósito

Obras que benefician al hombre

1. Riego de cultivos.2. Abastecimiento de agua3. Producción de energía eléctrica4. Navegación.

Obras para eliminar daños1. Alcantarillado2. Drenaje3. Control de crecientes y protección de orillas.



Arroyo 15


Por su función

Obras de Captación. Obras de Conducción Obras de Protección

Obras de Regulación Obras de Distribución



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Clasificación de las ObrasHidráulicasObras de captación.

1. Por gravedad

1.1. Por derivación directa1.2. Con presa derivadora

•

Barraje movil• Barraje Fijo• Barraje mixto

2. Por bombeo



Arroyo 17


Obras de conducción

1. Por gravedad1.1. Canales1.2. Acueductos

2. Por presión2.1. Sifones2.2. Tuberías



Arroyo 18


Obras de Regulación

1. Medidores

2. Partidores

3. Reservorios



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Obras de Protección

1. Desarenadores2. Aliviaderos

3. Desfogues4. Disipadores de energía5. Tanques de presión



Arroyo 20


Obras de Distribución1. Linea de alimentación

(aducción)1.1. Del reservorio o PT a la zonade servicio.

2. Tuberías troncales (red principal

o primaria)3. Tuberías de servicio (red

secundaria o tuberías que dan

servicio a los predios)



Arroyo 21

La red secundaria distribuye elagua propiamente hasta las tomasdomiciliarias. Existen tres tipos:

a) Red secundaria convencionalb) Red secundaria en dos planosc) Red secundaria en bloques.



Arroyo 22

El tipo de red secundaria comunmenterecomendado es el de bloques y en dosplanos dentro del bloque, debido a que

tiene las siguientes ventajas: De proyecto de construcción de operación, mantenimiento y

control de fugas en costos de inversión



Arroyo 23

OBRAS DE CAPTACIÓN

OBRA DE CAPTACIÓN DEGRAVEDAD CON PRESA

DERIVADORA



Arroyo 24

OBRAS DE CAPTACIÓN

a) Obras de toma para abastecimientopúblico

b) Obras de toma para irrigación c) Obras de toma para centrales

hidroeléctricas d) Obras de toma para industria y

minería e) Obras de toma para otros propósitos f) Obras de toma para uso múltiple



Arroyo 25

BOCATOMAS

Definiciones

Las obras de toma o bocatomas son lasestructuras hidráulicas construidas sobre unrío o canal con el objeto de captar, es decirextraer, una parte o la totalidad del caudal dela corriente principal. Las bocatomas suelencaracterizarse principalmente por el Caudal

de Captación, el que se define como el gastomáximo que una obra de toma puede admitir.



Arroyo 26

BOCATOMAS

La estabilidad y la vida de unabocatoma están asociadas al concepto

de Avenida de Diseño. Tradicionalmente se ha usado el

concepto de Avenida de Diseño paradesignar el máximo caudal del río que

una bocatoma puede dejar pasar sinsufrir daños que la afectenestructuralmente



Arroyo 27

PROBLEMAS ESPECIALES QUEPRESENTAN LAS BOCATOMAS

a) Agua proveniente de laprecipitación que ocurre en la cuenca

b) Sólidos, también llamadossedimentos, provenientes de la

erosión de la cuenca c) Hielo, en los lugares que existe, y

d) Cuerpos extraños como árboles,plantas, basura y desperdicios.



Arroyo 28

PROBLEMAS ESPECIALES QUEPRESENTAN LAS BOCATOMAS

a) Inestabilidad fluvial eirregularidad de las descargas

b) Insuficiente informaciónhidrológica c) Gran transporte sólido y de

cuerpos extraños d) Aparición eventual del

Fenómeno de El Niño (FEN).



Arroyo 29

ASPECTOS DEL PLANEAMIENTODE OBRAS DE CAPTACIÓN

SUPERFICI AL a) Comportamiento hidrológico b) Aspectos de hidráulica fluvial

c) Transporte sólido d) Selección del tipo de toma e) Microlocalización de la obra

de toma f) Geometría de la bocatoma, y g) Condiciones particulares de

operación y mantenimiento



Arroyo 30

ASPECTOS ESTUDIOHIDROLÓGICO

a) Saber que en el río vamos atener la cantidad de agua

requerida y poder así garantizarel servicio. b) Conocer las grandes

avenidas para el cálculo de la

avenida de diseño y poder así garantizar la estabilidad de laestructura.



Arroyo 31

CONDICIONES DE DISEÑO

a) Asegurar la derivación permanentedel caudal de diseño y de loscaudales menores que sean

requeridos. En algún caso se admiteuna interrupción temporal delservicio.

b) Proveer un sistema para dejarpasar la Avenida de Diseño, que tiene

gran cantidad de sólidos y materialflotante. En zonas sujetas alFenómeno de El Niño es mejor utilizarun Hidrograma de Diseño.



Arroyo 32

CONDICIONES DE DISEÑO

c) Captar el mínimo de sólidos ydisponer de medios apropiados parasu evacuación. Muchas veces esta esla clave del diseño eficiente.

d) Estar ubicada en un lugar quepresente condiciones favorablesdesde el punto de vista estructural yconstructivo.

e) Conservar aguas abajo suficientecapacidad de transporte para evitarsedimentación.

f) Tener un costo razonable.



Arroyo 33

LA INGENIERÍA CIVIL EN ELDISEÑO DE UNA BOCATOMA

a) Planeamiento b) Diseño

c) Construcción d) Operación, y e) Mantenimiento.



Arroyo 34

TEMAS VINCULADOS ALDISEÑO DE UNA BOCATOMA

a) Estudio de la Demanda b) Topografía c) Meteorología d) Hidrología e) Transporte de Sedimentos f) Hidráulica Fluvial

g) Geología h) Geodinámica i) Geotecnia



Arroyo 35

TEMAS VINCULADOS ALDISEÑO DE UNA BOCATOMA

j) Sismicidad k) Materiales de Construcción l) Diseño Hidráulico m) Diseño Estructural n) Diseño Electromecánico o) Procedimientos de Construcción p) Modelos Hidráulicos q) Costos y Presupuestos r) Análisis Económico y Financiero s) Estudio de Impacto Ambiental



Arroyo 36

BOCATOMA DE CAPATCIÓNLATERAL

La bocatoma lateral es una obrade captación superficial y es la

más empleada cuando se tratade captar el agua de un río.



Arroyo 37

ELEMENTOS DE UNABOCATOMA

Elementos de encauzamiento y cierre.Su objeto es elevar el nivel del aguapara permitir su ingreso a la toma y al

canal de derivación e impedir eldesborde del río. Elementos de descarga de avenidas.

Permiten el paso de las crecidas. Sonórganos de seguridad.

Elementos de control de sedimentos.Tienen por objeto el manejo de lossólidos.



Arroyo 38


Elementos de control del ingreso de agua. Permitenregular la cantidad de agua que

ingresa a la derivación. Elementos de control de la

erosión. Permiten disminuir laerosión y la abrasión

Elementos estructurales . Sonlos que dan estabilidad a laobra.



Arroyo 39


Vertedero fijo o presa derivadora. El vertedero o presa

derivadora es estructuralmenteun azud. Es una presa ertedora.Suele llamársele barraje.

Su función es la de elevar el

nivel del agua para alcanzar elrequerido por las necesidadesde captación.



Arroyo 40


Vertedero móvil o barraje móvil. Esuna estructura compuesta por una omás compuertas que permiten el paso

de las avenidas de líquidos y desólidos y además tiene la función deeliminar los sólidos que pudiesenencontrarse aguas arriba y frente alas ventanas de captación.

La longitud total de los vertederos fijoy móvil debe ser la necesaria para elpaso de la avenida de diseño. Suproporción es variable.



Arroyo 41


Presa no vertedora. Al igual que los vertederos fijoy móvil es transversal a la corriente principal. Sufunción es la de cerrar el cauce, sin que el aguapase por encima de ella. Su longitud depende delancho del río.

Las ventanas de captación. Constituyen la tomapropiamente dicha. Se trata de uno o más vanosque permiten el ingreso del agua y que trabajanhidráulicamente, sea como vertederos o comoorificios. La carga hidráulica que permite elingreso del agua se origina como consecuencia dela altura de la presa derivadora. Las ventanas

pueden tener compuertas o no y suelen llevarrejillas de protección contra el ingreso de cuerposextraños,las que pueden estar provistas delimpiarrejas.



Arroyo 42


Compuertas de captación. Son lasque regulan el ingreso de agua alcanal de derivación. Pueden estar

ubicadas como parte de las ventanasde captación, o, si hubiese unelemento decantador ubicadoinmediatamente aguas abajo de lasventanas de captación, podrían estar

ubicadas más hacia aguas abajo, enel ingreso al canal. En las bocatomaspequeñas puede tratarse de una solacompuerta.



Arroyo 43


Pozas disipadoras de energía.Aguas abajo de los barrajes fijoy móvil es necesario disponer

algún elemento que ayude adisipar la energía.

Generalmente se disipa laenergía mediante la formaciónde un salto hidráulico, para loque es necesario disponer unapoza.



Arroyo 44


Muros guía. Son murosseparadores que suele n

ubicarse entre los barrajes fijo ymóvil y aguas arriba de ellos.Pueden también extendersehacia aguas abajo, separando

ambas pozas disipadoras deenergía.



Arroyo 45


Canal desripiador. Es un pequeñocanal paralelo a la corriente principal,ubicado junto a las ventanas de

captación y que es normal a ladirección de la corriente que ingresa ala captación. Permite la eliminaciónde los sólidos cuando las

circunstancias hidráulicas ytopográficas lo permiten.



Arroyo 46


Diques de encauzamiento. Seubican aguas arriba y aguas

abajo del eje de la presa dederivación, en la medida en laque las circunstanciastopográficas lo requieran. Para

que una bocatoma sea establees necesario que lo sea el tramofluvial en el que está ubicada.

BOCATOMA



Arroyo 47

BOCATOMA



Arroyo 48

OS OC O



Arroyo 49

ELEMENTOS DE UNA BOCATOMA



Arroyo 50

Representación esquemática delsistema bocatoma-desarenador



Arroyo 51

Deformaciones del lechofluvial



Arroyo 52

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