OBRAS HIDRAULICAS

CONSTRUCCION OBRAS HIDRAULICAS

20-MARZO-2012

UNIDAD I: HIDRAULICA DE CANALIZACIONES ABIERTAS (16 hrs)

UNIDAD II: ESTRUCTURAS HIDRAULICAS Y OBRAS DE ARTE (6hrs)

·      Vertederos, compuertas, gradas, ensanches etc.

·      Obras de arte obras singulares que canalizan aguas lluvias.

UNIDAD III: EMBALSES (10 hrs)

·      Como funcionan, como se construyen etc.

UNIDAD IV: CENTRALES HIDROELECTRICAS

·      Características, conducciones, salas de maquinas, componentes de centrales hidroeléctricas.

UNIDAD V: PUERTOS

·      Clasificación, rompeolas etc.

UNIDAD VI: CONSTRUCCIONES MARITIMAS

UNIDAD VII: CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRANEA

·      Pozos como se construyen, variables para calculo de pozos.

BIBIOGRAFIA:

·      LINDSAY Y FRANZINI “Ingeniería de los recursos hidráulicos”.

·      FRANCISCO JAVIER DOMINGUEZ “Hidráulica”.

·      MOP “Normas de diseño de canales”.

22MARZO2012

UNIDAD I

HIDRAULICA DE CANALIZACIONES ABIERTAS

En las canalizaciones abiertas el escurrimiento liquido es como superficie libre sometida a presión atmosférica.

Los siguientes casos son frecuentes escurrimientos de canalizaciones abiertas.

      Canales de regadío: de sección cuadrada o de sección trapezoidal.

·    Canales de navegación: Obras monumentales de navegación, se unen dos hoyas hidrográficas, canal de Panamá

·      Acueductos de alcantarillado : Aguas servidas, Aguas lluvias, las cuales sonde sección circular y por lo general no están llenas hasta su cota superior.

·            Canalización de aducción de carga de centrales Hidroeléctricas.

·            Cauces naturales (ríos y esteros)

Eje hidráulico es la traza de la superficie libre con el plano vertical longitudinal a través del eje del canal

El escurrimiento en una canalización abierta puede ser uniforme o variable.

Laminar Re< 2000

Transición 2000 < Re < 4000

Turbulento Re > 4000

PRINCIPIO DE LA ENERGIA

La energía total del agua que pasa a través de una sección del canal puede expresarse como altura de agua 

En donde:

Sf: Pendiente de la línea de energía

Sw: pendiente del eje hidráulico

So: pendiente del fondo

27-MARZO-2012

FUNCION ENERGIA ESPECIFICA (Bernoulli)

Referido al fondo del canal pude expresarse como

ANALISIS DE LA FUNCION B

Para una sección de canal y un Q determinado la energía especifica o Bernoulli en una sección de canal solo es función de la profundidad del flujo.

Para Q=constante

            Si h>hc; V<Vc REGIMEN DE RIO

            Si h<hc; V>Vc REGIMEN DE TORRENTE

            Si h=hc; V=Vc REGIMEN CRITICO

El flujo critico se puede definir como aquel flujo que para un “Q” determinado escurre con la mínima energía.

NUMERO DE FROUDE

F=1 Régimen critico

F>1 Régimen de torrente

F<1 Régimen de rio

ALTURA CRITICA DE UNA SECCION RECTANGULAR

Régimen critico F=1

Para sección trapezoidal no existe relación directa que nos permita calcular la altura critica. Debe hacerse por itineraciones.

PRINCIPIO DE MOMENTUM (CANTIDAD DE MOVIMIENTO)

2º LEY DE NEWTON

2º LEY DE NEWTON

Donde:

n es la distancia desde la S.L al centro de la sección.

A es la sección de escurrimiento.

En tramos cortos se puede despreciar el efecto de la tención tangencial de tal forma que un escurrimiento en un canal es a momenta constante M1=M2.

En la ecuación anterior el termino por fricción se refiere a fuerzas de roce externa que en tramos cortos pueden ser despreciables (10-20mts).

Cuando la energía disminuye y se incorporan burbujas y torbellinos por lo tanto no existe conservación de la energía, si hay conservación de momentum en zonas como:

• ·                   Aguas debajo de puertas
• ·                  Gravas de bajada o pie de un vertedero
• ·                   Pie de un vertedero.

29MARZO2012

RESALTO HIDRAULICO (Salto) (hydraulic jump)

En un resalte hidráulico no hay conservación de la energía.

Existe la conservación del momentum.

Flujo Uniforme

Las características de un flujo uniforme son  que la altura, el área mojada, la velocidad y el caudal sean constantes a lo largo de la longitud del canal.

Lo que trae como consecuencia que la línea de fondo, la pendiente del eje hidráulico y la pendiente de la línea de energía sean iguales o constantes.

Se podría decir que el flujo uniforme es casi imposible, o muy difícil de obtener. Sus aproximaciones son lo suficientemente buena como

A pesar de que el flujo uniforme es difícil de encontrar en la naturaleza es una buen método de  calculo para el flujo en canales y corrientes naturales.

Cuando el flujo ocurre en un canal abierto, el agua encuentra resistencia a medida que fluye aguas abajo. Esta resistencia por lo general es contrarrestada por las fuerzas gravitacionales que actúan sobre el cuerpo de agua en la dirección del movimiento. El flujo uniforme se desarrollara si la resistencia se balancea con la fuerza gravitacional. La magnitud de la resistencia depende de la velocidad

LONGITUD DE RESALTE

La velocidad media de un flujo uniforme turbulento en canales abiertos se expresa por “ecuación de flujo uniforme” que tiene la siguiente formula.

en donde:

R: Radio hidráulico

S: Pendiente de línea de energía

C: Factor de resistencia

Y las mejores ecuaciones de flujo uniforme son Chezy y Manning

3-ABRIL-2012

La ecuación de Chezy es la siguiente:

EC DE MANNING 1889

El n depende de:

• ·      La rugosidad superficial.
• ·      Vegetación.
• ·      Irregularidad.
• ·      Alineamiento.
• ·      Sedimentación y la socavación.
• ·      Obstrucción.
• ·      Tamaño y forma del canal.
• ·      Nivel y caudal.

(vidrio, pvc) 0,009<n<0,500

hormigón 0,013<n<0,019

metal corrugado = 0,023

tierra 0,020<tiene<0,040

Estimación del numero n de Manning

 Material involucrado       Tierra                        0,020

             n0                             Roca                         0,025

                                               Grava fina                 0,027

                                               Grava gruesa          0,028

Grado de irregularidad    Suave                        0,000

              n1                            Menor                        0,005

                                               Moderado                 0,010

                                               Severo                      0,020

Variación de sección       Gradual                                            0,000

Transversal                        Ocasionalmente alternante         0,005

                n2                           Frecuente                                        0,010-0,015

Efecto de                             Insignificante                                  0,000

Obstrucciones                   Menor                                               0,01-0,015

                 n3                          Apreciable                                       0,02-0,03

                                               Severo                                              0,04-0,06

Vegetación                         Baja                                                  0,005-0,010

                n4                           Media                                    0,010-0,025

                                               Alta                                                    0,025-0,050

                                               Muy Alta                                            0,050-0,100

Efecto de Meandros         Menor                                               1,000

                n5                           Apreciable                                       1,150

                                               Severo                                              1,300

Ej biobio (Chiguayante-desembocadura)

n=(0,027+0,005+0,000+0,01+0,007)*1,000=0,049

5ABRIL2012

DISEÑO DE CANALES CON FLUJO UNIFORME (Canales no erosionables)

La mayor parte de los canales artificiales revestidos pueden resistir la erosión en forma satisfactoria y por consiguiente se consideran no erosionables.

Los canales artificiales son revestidos, por lo general son erosionables, excepto aquellos excavados en suelo muy firme como rocas.

Estos canales se diseñan calculando sus dimensiones mediante una ecuación del flujo uniforme y luego se definen las dimensiones en función de los aspectos prácticos.

Factores a considerar:

• Materialàrugosidad
•  Vmin permisibleà depositación de finos y crecimiento de plantas.
• Pendiente, forma, revancha.

Materiales y revestimientos no erosionables

• ·      Hormigón.
• ·      Mampostería de piedra
• ·      Asfalto.
• ·      Geo sintético.
• ·      (Madera, plásticos, vidrio)

El uso de cada uno de los revestimientos anteriormente señalados dependerán de la disponibilidad, el costo, y la función que desempeñara el canal.

• ·   Velocidades mínimas 2-3 pies/seg aproximadamente 0,6-0,9 m/s para que no haya sedimentación.
• ·  Velocidades mayor a 2,5 pies/seg aproximadamente 0,75 m/s para que no haya crecimiento.
• ·       Velocidad de canales del orden de 2m/s
• ·       Pendientes pequeñas en tramos largos.
• ·       Revancha (borde libre o sobrealtura)

El borde libre o revancha es un margen de seguridad que sirve para prevenir la disminución de la capacidad del canal debido al sedimento y crecimiento de plantas.

·      Acción del oleaje y operación del canal.

·      Aguas lluvias (exceso de aguas).

·      Asentamiento del canal.

En Chile 5% y 30% de h (20cm y 50cm)

Q(m3/s)               revancha o resguardo (m)

0                                            0,15

25                                          0,28

50                                          0,35

75                                          0,40

100                                        0,44

150                                        0,48

200                                        0,52

300                                        0,56

400                                        0,60

500                                        0,62

CONSIDERACIONES EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE CANALES:

EL problema de la localización de un canal en muchos aspectos es igual al problema de localización de un camino, pero la solución puede ser mas difícil porque la pendiente del canal debe ser hacia abajo, y cambios frecuentes de ella (y por consiguiente cambios de sección) deben evitarse lo mas que se pueda.

Dentro de las limitaciones impuestas por al topografía la ruta exacta de un canal queda definida por las pendientes que pueden tolerarse y admitirse.

La pendiente excesiva puede producir una velocidad suficiente para causar erosión en la sección del canal.

La velocidad con el que se inicia la erosión depende del material del lecho.

Los suelos de grano fino generalmente se erosionan con velocidades menores que los suelos de grano grueso, pero esto no es siempre el caso por que la presencia del material cementante  en el suelo puede incrementarse enormemente su resistencia a la erosión.

El material  del lecho de un canal tiende a consolidarse con el uso y desarrolla una mayor resistencia a la erosión (acorazamiento).

El agua que lleva material abrasivo es mas efectivo para erosionar materiales cohesivos o consolidados.

Las pendientes menores pueden producir velocidades tan bajas que el crecimiento de plantas disminuye la eficiencia de conducción del canal.

Todo lo anterior nos indica que la velocidad de diseño del canal debe der superior a as velocidades que permiten el crecimiento de plantas y levemente menor a las velocidades que provocan erosión.

10ABRIL2012

ELEMENTOS GEOMETRICOS DE SECCIONES DE CANAL

Resumiendo el escurrimiento en canales o cause abierto rara vez es laminar, generalmente es turbulento.

En el diseño de canales una buena aproximación es el escurrimiento uniforme entre cuyas formulas mas usadas esta la de Chezy y la universalmente reconocida es la formula de Manning.

Valores del coeficiente de rugosidad(n) (Ven te Chow)

Material                                             Valor de “n”

Plástico y vidrio                                           0,009

Cemento puro                                            0,01

Madera cepillada                                       0,011

Acero                                                           0,012

Hormigón común                                      0,013

Madera no cepillada                                 0,014

Acero remachado                                      0,016

Mampostería                                              0,017

Tubería de metal corrugado                    0,022

Corrientes naturales (en buena             0,025

                                        Condición)

Corrientes naturales (con piedras        0,035

                                          Y yerbas)

Corrientes naturales (en muy                 0,060

                      Malas condiciones)

SECCION HIDRAULICAMENTE OPTIMA

La capacidad de conducción de un canal se incrementa con el aumento del radio hidráulico o la disminución del perímetro mojado.

La sección que tiene  el menor perímetro mojado(PM) para un área (A) dada será la hidráulicamente optima.

Las secciones hidráulicamente optimas deben verificarse con velocidades permisibles y la experiencia señala que pueden ser validas solo para canales revestidos si no hay otras condiciones que asi lo indican

17-ABRIL-2012

Calculo de las dimensiones de la sección de canales no erosionados

1.- Reconocer toda la información necesaria, estimar n e i (Q)

2.- Calcular ….

3.- Sustituir A(area) y Rh según calculo resolviendo para la profundidad H suponiendo “b” (ancho basal) y talud . Al suponer varios valores diferentes para las incógnitas de la sección  pueden obtenerse ciertos números de combinaciones de las dimensiones.

Las dimensiones finales se escogen a base de la geotermia la eficiencia hidráulica y aspectos constructivos.

4.- Verificar velocidad mínima permisible.

5.- Añadir revancha.

“Los canales que se erosionan se socavan, pero no se sedimentan”

Para este tipo de canales se utiliza el método de la velocidad máxima permisible (velocidad máxima no erosionarte) que es la velocidad mayor promedio que no causara erosión en el cuerpo del canal.

En general los canales mas antiguos permiten velocidades mas altas debido a que se encuentran mejor estabilizados en particular por la sedimentación coloidal.

El método es el siguiente

•    Para un determinado material estimar n y taludes Z, también la velocidad máxima permisible.
•           Calcular
•      Calcular el área requerida para el caudal y la velocidad permisible
•         Expresar A y PM en función de “b” y “h”.
•         Revancha.

Ejercicios

Un canal de hormigón (n:0,0014) sirve para alimentación para una central hidroeléctrica, tiene  una sección rectangular de 12 mts de ancho 4,5 mts de altura y una pendiente de 0,6mm/mts.

       Se pide calcular el Qmax que puede transportar el canal ocupando el resguardo o revancha de acuerdo a la NCh.

Marga: Arcilla de alta plasticidad y muy sobre consolidad, frágil, brillante.

VELOCIDADES MAXIMAS PERMISIBLES (para canales de i pequeña)

Material	N	V(agua limpia)	V(agua con sedimento)
Arena fina coloidal	0,020	0,45	0,75
Marga arenosa no coloidal	0,020	0,52	0,75
Limos fluviales no coloidal	0,020	0,60	0,90
Grava gruesa sin coloides	0,025	1,20	1,65
Cantos moldados y ripios de cantera	0,035	1,50	1,65

Los canales en suelo natural generalmente son trapezoidales con taludes determinado por las estabilidades del material en sus bancos o bordes.

19-ABRIL-2012

VELOCIDAD MAXIMA PERMISIBLE EN CANALES Y ACUEDUCTOS ()

MATERIAL	Agua clara	Agua con sedimento abrasivo
Arena fina	0,45	0,45
Limo	0,6	0,60
Grava fina	0,75	1,05
Arcilla rigida	1,2	0,9
Grava gruesa	1,2	1,8
Pizarras	1,8	1,5
Aceros	*	2,4
Madera	6	3,0
Concreto	12	3,6
­

PENDIENTES TIPICAS DE TALUDES PARA CANALES NO REVESTIDOS

MATERIAL	TALUDES (H:V)
Roca firme	¼ : 1
% fracturada	½ : 1
Suelo firme	1:1
Grava cementada	1 ½ : 1
Suelo arenoso	2 ½ : 1

INFILTRACION EN CANALES

El agua es un recurso muy escaso y cuando se trata de una zona árida o semiárida es aun más.

Cuando el suelo donde va a construirse un canal es bastante permeable puede ser económico revestir este para reducir las filtraciones. La tasa de filtraciones de canales no revestidos esta influido principalmente por las características del suelo y la localización de la napa freática.

INFILTRACION EN CANALES

VELOCIDAD DE FILTRACION DE CANALES NO REVESTIDOS

MATERIAL	VEL
Arcilla	76,15-228,45
Arena	304,6-456,9
Suelo Arenoso suelto	456,9-609,2
Suelo gravoso	913,8-1827,6

Para reducir las perdidas por filtración en canales se utilizan diferentes tipos de revestimiento como arcilla, asfalto, mortero de cemento, concreto reforzado, geotextil, etc.

Uno de los métodos mas típicos es el de membrana de asfalto que se coloca mediante aspersión (riego a presion) en los taludes y plantillas del canal y posterior colocación de una capa protectora de tierra de 6”.

La presencia de sedimentos finos colabora de manera importante a la impermeabilización.

Si se utiliza como revestimiento el hormigón, que es lo mas común, por que igual proporciona resistencia mecánica el revestimiento es de 2” a 8” de espesor (5cm a 20cm).

El refuerzo estándar es :

·      0,5% longitudinal

·      0,2% transversal

En el caso de revestimiento de hormigón las juntas de construcción deben ser impermeables y a intervalos regulares.

Los revestimientos con mortero para canales pequeños se colocan mediante inyección sobre malla de alambre.

Para la construcción de canales mas grandes se utilizan maquinas pavimentadoras especiales.

Las perdidas por filtración en canales revestidos adecuadamente pueden ser tan bajas como 15,23 lt/m2/dia=0,000176 lt/m2/seg.

El recubrimiento además  de reducir la filtración permite velocidades más altas del agua por lo tanto secciones transversales más pequeñas y también un mas bajo costo de movimiento de tierra durante su construcción.

Ej. Se quiere llevar un caudal de Q=10m3/seg en un canal rectangular de ancho b=4m, en una zona donde la pendiente i=0,8*1000, si el canal tiene una longitud de 20km y el n de Manning se estima en 0,022 y se consideran perdida por infiltración de 250 lt/m2/dia.

1.- ¿Cuál es el volumen infiltrado en un dia?

2.- ¿A que porcentaje corresponde del conducido?

Ej. Un canal para conducir aguas lluvias tiene un ancho b= 3m en la base, si el talud es H:V=1:1 y se estima u coeficiente de manning n=0,018 existen varias posibilidades para construirlo con la condicionde que conduzca Q=10m3/s

1.- Si es con flujo critico, ¿cual es la pendiente? I=0,00483

2.- Si es con flujo de rio y con un Froude F=0,5 ¿Cuál es la pendiente? I=0,00100

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PAUTA CERTAMEN 1

24-ABRIL-2012

ESPECIFICACIONES DE CANALES

Especificaciones técnicas para un proyecto y construcción de canales de riego 1962 norma de canales USBR

1997 Direccion de Obras Hidraulicas

Disposiciones generales

La dirección de riego proporciona los siguientes datos

·      Superficie a regar

·      Recurso hídrico disponible

·      Planificación general

El estudio del canal comprende las siguientes etapas

·      Reconocimiento

·      Anteproyecto

DISPOSICIONES GENERALES

Reconocimiento

El reconocimiento comprende las siguientes etapas

a) Estudio de las características de la región

Topografía: Trazado al canal y pendiente de laderas

Geología: Formación geológica y especificación de materiales encontradas

b) Nivelación de puntos de referencia colocados aproximadamente cada 500 m a lo largo del trazado

c) Levantamiento de transversales en los puntos características de cada región con un espaciamiento no mayor de 500m indican material terreno

d) Sección de canal con y sin revestimiento que se propone para cada sector y calculo ecológico.

e) Apreciación del posible costo de la obra indicar disponibilidad de agregados para el Hormigón, las vías de acceso a la obra, disponibilidad de mano de obra y demás datos que suman para apreciar el costo.

f) Discusión de otros posibles trazados

En conocimiento de los antecedentes anteriores, la inspección elegirá el trazado que le parezca mas conveniente y contra…. Poder pasar a la etapa siguiente.

ANTEPROYECTO

a) Estacado de todo el canal

·      Distancia máxima de 20m.

·      El estacado, cuando el terreno tenga pendiente superior al 20% ir por la intersección de la cota de agua con el terreno.

·      Pendientes inferiores por el posible canal.

b) Levantamiento de perfiles transversales frente a cada estaca

·      8 veces el ancho de boca del canal o un ancho igual a (2h/p) en m, siendo h la altura de aguas y p la pendiente mediante transversal.

·      El mínimo será de 20 m y el máximo de 200 m.

Pagina 35 dibujo

c) Levantamiento de una franja taquimétrica de un ancho igual a 3 veces el ancho resultante para las transversales.

En todo caso, la inspección podrá además el levantamiento de planes topográfico especiales para estudiar mejor el trazado.

d) Colocar puntos de referencia cada 500 m a lo largo del trazado y en cada obra de arte definitiva, relacionados con el estacado y con el levantamiento taquimétrico.

Se usaba monolitos de Hormigón de 0,3X0,3X0,7 (mínimo) y en el centro de trazo de cañería de 3/2”

e) Calculo de secciones de acuerdo a las características del trazado y los materiales encontrados. Se debe justificar la sección adoptada con un presupuesto no aproximado, comparativo con las posibles soluciones al menos una revestida.

f) Confección de poyos de reconocimiento cada 500m si no se aprecia variación en la formación del terreno.

·      Clasificar materiales encontrados por dureza, permeabilidad y estabilidad.

·      Profundidad mínima de los pozos de (n+pb) o hasta alcanzar roca sana.

g) Calculo del eje hidráulico general del canal para:

·      Gasto máximo previsto y para un gasto igual al 50% anterior

·      Verificar la velocidad …… minimas en grados y entrada de obras de arte para gastos correspondientes.

·      Se debe presentar ensayos de permeabilidad de muestras inalteradas para evaluar.

h) Determinar aproximadamente las perdidas de carga en las obras de arte

8-MAYO-2012

PROYECTO

OBRAS DE ARTE

PROYECTO

CUBICACION

ESPECIFICACION

ESTUDIO DE COSTOS

OBRAS MENORES

	TALUDES ACEPTABLES
MATERIAL	CUBETA VERTICAL	MESA VERTICAL
Roca
Conglomarados finos	1:2	1:2
Toscas	3:4	1:2
Arcilla	1:1	3:4
Trumado	5:1	1:1
Arena	1:1	1,5:1

DIBUJO PAG 37

10-MAYO-2012

OBRAS DE ARTE

Las construcciones que se encuentran habitualmente en un canal son los siguientes:

·      Bocatomas.

·      Compuertas de descarga.

·      Sifones.

·      Canoas.

·      Caídas.

·      Entregas con marco partidor.

·      Entregas con compuertas.

·      Entregas por orificio.

De las bocatomas se hablara mas adelante, pero inicialmente dependen de las características del rio y de la calidad del agua (sedimentos) como también de la capacidad del canal.

La elección entre un sifón y canoa en el trazado de un canal, dependerá del obstáculo a superar, que puede ser un rio, un estero, un camino, etc.

En general cuando se trata de esteros o ríos de poco caudal y cuando la longitud de la depresión es grande comparada con la profundidad, siempre es más económico un sifón. Las condiciones especiales que hacen pensar en una canoa, es cuando existe un rio caudaloso. En caso de quebradas muy angostas y profundas es mas económica.

También existe la solución el alcantarillo que como ya se explico es típicamente usada en el cruce de caminos.

Las caídas (saltillos) se producen cuando el canal deben pasar de un nivel a otro mas bajo, se construye una obra de hormigón armado, ahora evitar la erosión que produce la velocidad que alcanza el agua en el rápido de descarga, y al final se construye un colchón disipador de energía.

ENTREGA

A veces un canal debe dividirse en ramales o canales derivados para regar diferentes zonas y en este caso, en Chile, se construyen obras que se llaman marcos partidores que reparten el agua en proporciones de acuerdo al caudal que debe llevar el canal.

En el caso de entrega a propietarios se usan pequeñas compuertas y en el caso de entregas aun mas pequeñas se utilizan tubos que se denominanos orificios.

15-MAYO-2012

BOCATOMA: Obra civil destinada a captar un determinado caudal de agua desde un recurso hídrico natural este puede ser un rio, embalse o lago, esta puede ser superficial o profunda.

Cuando se capta un rio esta es superficial, cuando se capta en embalses o lagos (obra de toma) esta es profunda. Una bocatoma superficial, la obra de aducción conducida es un canal abierto o acueducto en una bocatoma profunda. La aducción es un túnel a presión

Dibujo pag 39

En el diseño de una obra un aspecto muy importante y decisivo es el periodo de inyección de la bocatoma si no opera continuamente durante todo el año debe contar con los elementos de control para operar en condiciones adversas.

La bocatoma de temporales (canales de riego) opera durante cierta época del año, permaneciendo cerradas en invierno, no son solicitadas con las grandes crecidas en invierno, pero si en el deshielo durante la primavera, en inicio de verano.

Existen bocatomas de operación continua.

17-MAYO-2012

dibujos

La función principal de una obra de toma es regular o dar salida al agua almacenada en una presa cuando se trata de una bocatoma profunda.

Las obras de toma se pueden clasificar según su objetivo, distribución física y estructural y operación hidráulica.

En el caso de un embalse:

1.    Según su objetivo.

a.    Con salida al rio (se descarga directamente al rio)

b.    Con salida a un canal (embalse de riego)

c.    Con salida a una tubería o túnel (embalses de generación de energía)

2.    Según su distribución física y estructural

a.    Ubicada en un canal abierto.

b.    Ubicada en un conducto cerrado.

c.    Ubicado en un conducto cerrado y posteriormente abierto

d.    Ubicado en túnel.

3.    Según su operación Hidráulica:

a.    A superficie libre (con compuestos-sin compuestos)

b.    A presión.

Por disposiciones legales las bocatomas deben permanecer cerradas entre mayo y septiembre. También por disposiciones legales ambientales los causes en Chile siempre deben tener un mínimo caudal circulante (Caudal ecológico), lo que significa que los embalses siempre deben dejar pasar este caudal.

22-MAYO-2012

Tipos de presas:

·      De Gravedad

·      De Arco

·      De Machones

·      De Terraplenes y material granular

24-MAYO-2012

OBRAS SUPERFICIALES

Las bocatomas como ya se señalo son obras hidráulicas destinadas a la extracción de un cierto caudal desde una fuente que puede ser un rio o estero.

En caso de bocatomas de embalses, estas normalmente deben el nombre a obras de toma, que para entregar el agua al usuario tienen una obra de entrega.

ANTECEDENTES DE OPERACIÓN DE UNA BOCATOMA SUPERFICIAL

1.    Cuando sucede la crecida máxima de diseño en el caso de una bocatoma de riego, deberán estar totalmente cerradas las compuertas de admisión del canal de conducción y totalmente abiertas las compuertas de la barrera móvil y las desripiadoras.

2.    Cuando se debe entregar el caudal minimo las compuertas desripiadoras y eventualmente de la barrera móvil deben maniobrarse de modo que el plano de carga (Bernoulli) frente a la toma permita ingresas caudal al canal de aducción.

Dibujo pag 43

Las torres de toma deben ser pesadas para que no estén afectos a flotación en las consideraciones estructurales debe tenerse en cuenta las presiones hidrostáticas, las fuerzas sísmicas, el viento, el oleaje y el hielo.

Las obras de toma se utilizan con una adecuada fluctuación de agua (embalses o ríos de poca variación de caudal)

Debe cuidarse el ingreso de basuras mediante rejillas y las rejillas en general son de barras de acero espaciadas entre 2” a 6”.

La velocidad de paso debe ser menor a 0,6 m/s para que la perdida de carga sea baja.

Para que funcionen deben tener un nivel mínimo de agua.

Estructuralmente si no se tiene agua deben ser suficientemente pesadas para no sufrir fallas estructurales como flotación o volcamiento.

3.    En las ocasiones que deben estar totalmente sumergidas (si su diseño lo permite) debe resistir todas las solicitaciones. En muchos casos de proyectos pequeños por ejemplo de pequeños suministros de AP se utilizan tomas totalmente sumergidas que consisten en un encofrado relleno de rocas o concreto que se apoya en el conducto de extracción. Son de muy bajo costo y de amplia utilización aunque no son de fácil acceso.

22-MAYO-2012

Otra clasificación es aquella que depende del tipo de material de construcción

·      De gravedad

·      Treo

·      Machones

·      Terraplenes de material granulado

Dibujo embalse de tierra pag 45

Selección del mejor tipo

·      Factibilidad de ingeniería: Canalizar que tipo según topografías, geología y clima.

·      Costo de construcción de la obra

Para presa de tierra (vol embalsado de agua/ vol muro)>30

24-MAYO-2012

Continuacion Bocatoma

DIBUJO pag 46

RECUPERACION VIERNES 25 DE MAYO

5-JUNIO-2012

Presa de arco

12-JUNIO-2012

CENTRALES HIDROELECTRICAS (DIAPO)

ALTURA BRUTA: De una hidroeléctrica es la diferencia total en elevaciones entre el nivel de agua (rio o embalse) y el punto donde se regresa el agua después de haber sido utilizada para la generación.

ALTURA NETA O EFECTIVA: Es la altura aprovechable para la producción de energía después de deducir perdidas por filtración, entrada constante.

EFICIENCIA GLOBAL O TOTAL: Es la eficiencia hidráulica multiplicada por la eficiencia de las turbinas y generadores.

La eficiencia total de las Presas hidroeléctricas operando en condiciones optimas esta en el 60% -70%.

TIPOS DE PLANTAS HIDROELECTRICAS

1.    Plantas sin almacenamiento (De pasada)

2.    Plantas con almacenamiento (De embalse)

3.    Plnatas de almacenamiento por bombeo

21-JUNIO-2012

CAPTACION DE AGUAS SUBTERRANEAS

El agua subterránea no es independiente del agua superficial, como lo demuestra el ciclo hidrológico. Como recurso hídrico el agua subterránea en cantidades muy superior al agua superficial.

El agua subterránea en el suelo se puede encontrar a presión atmosférica y también confinada.

Dibujo 1

Dibujo 2

HIDRAULICA DE AGUA SUBTERRANEA

Con excepción de las grandes fisuras y cavernas, el agua del subsuelo escurre exclusivamente en régimen laboral y en áreas donde tiene propiedades uniforme rige la ley de Darcy:

donde:

donde:

Siendo acuífero como la formación que contiene y conduce el agua del subsuelo.

Permeámetro de carga constante

Dibujo 3

Una desventaja  de la medición de la permeabilidad en el laboratorio, es que la muestra ensayada es pequeña y posiblemente no es representativa de las condiciones medias en el acuífero. En muchos casos es difícil obtener muestras no alteradas que representen las condiciones verdaderas en el acuífero.

Las determinaciones de la permeabilidad en terreno generalmente se hacen mediante pruebas de bombeo en pozos.

Dibujo 4-5

Una prueba de bombeo a caudal constante se realiza en 2 fases:

1.- Determinación del caudal a bombear.

2.- Prueba de bombeo propiamente tal.

La determinación del caudal de bombeo se realiza efectuando extracciones de varios valores de caudal, empezando por valores pequeños e incrementando hasta llegar a un valor mas alto.

De acuerdo a la experiencia de la persona a cargo se determina el caudal a extraer, aquel que cumpla con depresiones aceptables en el periodo de prueba.

2.- En esta prueba se extrae un caudal constante durante 24 horas y se mide la depresión según un protocolo previamente establecido que indica que al principio las depresiones son mayores y van disminuyendo gradualmente a medida que pasa el tiempo como lo indica la figura (dib 5).

Finalizada las 24 horas debe seguir midiéndose las depresiones hasta llegar al nivel freático original.

Esta prueba de bombeo permite determinar el coeficiente de conductividad hidráulica del acuífero, el coeficiente de almacenamiento y el coeficiente de transmisibilidad.

TIPOLOGIA DE CAPTACIONES DE AGUAS SUBTERRANEAS

·      Manantiales o vertientes

·      Galería filtrante

·      Pozos someros

·      Pozos profundos

MANANTIALES O VERTIENTES: Las obras de captación para manantiales o vertientes dependen del tipo de vertiente de que se trate. Es fundamental la protección para evitar su contaminación y cuando se trata de un afloramiento sobre una roca, en lo posible esta no debe ser tocada.

GALERIA FILTRANTE: Esta obra sirve de captación y transporte de agua intersectan perpendicularmente una napa y por lo general avanza paralela a una corriente. El suelo debe ser granular y con un alto coeficiente de conductividad hidráulica.

POZOS SOMEROS: Este tipo de pozos poco profundos sirven para captar napas de agua superficiales o de poca profundidad. El diámetro mínimo de un pozo circular es de 1,5 m y en el caso de rectangular la dimensión mínima también es de 1,5 m. Usualmente se explotan con bombas al exterior. También son llamados NORIAS.

POZOS PROFUNDOS: Como lo dice su nombre es una perforación de menor diámetro que la anterior y se extrae agua a profundidades que pueden llegar a cientos de metros. La perforación es encamisada y se utilizan bombas de pozo profundo.

CONSTRUCCION DE POZOS

El tipo mas simple de pozos es el pozo excavado que consiste en una excavación hasta el nivel de gua freática. Se utiliza revestimiento para soportar la excavación y en general no penetran hasta una profundidad mayor que el nivel freático lo que los hace susceptibles a secarse en periodos de sequia.

LOS POZOS PERFORADOS: Se construyen perforando material consolidado

Empleando barrenos. Se puede llegar a diámetros hasta 12”.

Para pozos de mayor profundidad se utilizan otros sistemas constructivos como martinete y extracción con cuchara.

PUNTA O PUNTERA es una sección de tubo perforado con un extremo inferior terminado en punta para facilitar la penetración en el suelo. Esta punta es enterrada mediante hinca o con ayuda de un martinete. Se conectan secciones adicionales de tubo simple al tubo de la puntera por medio de acoplamientos roscados hasta alcanzar la profundidad deseada. Con frecuencia se utilizan líneas de punteras para desaguar excavaciones, estas líneas se conectan  aun tubo distribuidor y así una sola bomba puede extraer agua de varios pozos.

Los pozos de diámetro importante y poco profundos en material no consolidado pueden construirse por el método california  que consiste en utilizar tubos de 2 diámetros diferentes que se van metiendo en forma alternada formando una doble capa. Con este método se utilizan en diámetros de 0,15 a 1,o m y profundidades hasta 60 m.

Para los pozos profundos se construyen con maquinas rotatorias hidráulicas.

POZOS RADIALES

El colector Ranney consiste en un tubo de 4 metros de diámetro hincado dentro del acuífero a la profundidad requerida. Los tubos colectores se hincan radialmente desde el tubo vertical dentro del acuífero. El numero, la longitud y la colocación de tubos colectores estarán regidos  por las condiciones particulares de cada lugar, como las características del acuífero.

De las características del acuífero. Generalmente la longitud media de los tubos colectores es de 60 m lo que provoca que el área de influencia del pozo extractor crezca notablemente.