Diseño de Estructuras Hidraullas

8/18/2019 Diseño de Estructuras Hidraullas

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II. INTRODUCCIÓN

Desde la antigüedad, el hombre aprovecha el agua superfcial como primerauente de abastecimiento, consumo e incluso vía de transporte,estableciéndose en los valles de los ríos las primeras civilizaciones. Sinembargo, el establecimiento en zonas áridas o semiáridas del planeta obligóal desarrollo de ormas de captación de agua de lluvia, como alternativapara el riego de cultivos el consumo doméstico.

!a captación consiste en recolectar almacenar agua proveniente dediversas uentes para su uso benéfco. !a obra de captación consiste enuna estructura colocada directamente en la uente a fn de captar el gastodeseado conducirlo a la línea de aducción. "ara el dise#o de obras de

captación de uentes superfciales subterráneas, habrá $ue considerarciertos aspectos característicos a uentes de abastecimiento, esto nosconduce a considerar dos tipos% superfciales sin regulación superfcialescon la regulación de sus caudales de captación de uentes superfciales sinregulación. &structuras de captación de uentes superfciales reguladas. !aregulación de un río para compensar sus variaciones de caudal duranteépocas de crecida con las de estia'e, supone el dise#o construcción de undi$ue o represa, pero su utilización amerita una obra de captación adecuadapara los dierentes niveles de una obra.

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III. OBJETIVOSIII.1. OBJETIVO GENERAL

• )onocer la importancia de las obras hidráulicas decaptación para el benefcio de la humanidad

III.2. OBJETIVO ESPECIFICO• Defnir e identifcar la clasifcación de las obras de captación• *plicar los principios, conceptos normas en el dise#o de

las obras de captación.

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IV. MARCO TEORICO!as obras de captación son las obras civiles e$uiposelectromecánicos $ue se utilizan para reunir disponeradecuadamente del agua superfcial o subterránea. Dichas obrasvarían de acuerdo con la naturaleza de la uente de abastecimiento

su localización magnitud. &l dise#o de la obra de captación debe sertal $ue prevea las posibilidades de contaminación del agua. &ntre lasobras de captación se encuentran las pluviales, superfciales subterráneas."ara el dise#o de obras de captación superfciales se re$uiereobtener, la inormación siguiente%

Datos Hido!"#i$osasto medio, má-imo mínimoiveles de agua normal, e-traordinario mínimo)aracterísticas de la cuenca, erosión sedimentación&studios de inundaciones arrastre de cuerpos /otantes

As%&$tos E$o'"(i$os"laneamiento de opciones, elección de la más económica $uecumpla con los re$uerimientos técnicos)ostos de construcción, operación mantenimiento)osto de las obras de protección

0ipo de tenencia del terreno 0ipos de obras de toma

Dependiendo de las características hidrológicas de la corriente, lasobras de captación pueden agruparse en%

IV.1. Ca%ta$i"' d& A#)as S)%&*$ia!&s

!as captaciones de uentes de aguas superfciales consisten enestructuras colocada directamente en un punto de las uentes a fn decaptar el agua de esta área.

!a captación de aguas de uentes superfciales, sean ríos, lagos eincluso el mar deben llevar obras de captación adaptadas a lascondiciones características de la masa de agua a captar. !aregulación de las aguas nos permite disponer de éste en casi todomomento, sea la estación $ue sea sin importar las variaciones de lademanda. "ara lograr la regulación se debe almacenar el agua dedierentes maneras como% tan$ues compensadores, presas, etc.

IV.1.1. Bo$ato(a o $a%ta$i"' !at&a!&s mu utilizada cuando la uente de aprovechamiento posee uncaudal relativamente grande. &l sitio se selecciona donde laestructura $uede a una altura conveniente del ondo , ubicada alfnal de las curvas, en la orilla e-terior, en lugares protegidos de laerosión o socavación.&s la obra civil $ue se construe en uno de los /ancos del curso deagua, de orma tal, $ue el agua ingresa directamente a una ca'a decaptación para su posterior conducción a través de tuberías o canal.&ste tipo de obra debe ser empleada en ríos de caudal limitado $ueno produzcan socavación prounda. !a obra de toma se ubicará en eltramo del río con maor estabilidad geológica, debiendo prever

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además muros de protección para evitar el desgaste del terrenonatural.!a obra de toma lateral, también es empleada en presas derivadoras.!a toma se localiza lateralmente a la presa o en cual$uier punto delperímetro del vaso de agua

!a bocatoma, azud, toma o presa derivadoras es la estructura $ue seconstrue sobre el lecho del río con la fnalidad de ata'ar cierto caudalde agua, para verter dicho caudal en el canal de derivación. !aspodemos clasifcar en%

a. BOCATOMAS DIRECTAS+Son posibles de dise#ar en cursos de agua de uerte pendiente, cuando no se $uiere tener una estructura costosa, tienen elinconveniente de $ue el lecho del rio puede variar de'ar la toma sinagua, igualmente en las épocas de estia'e al disminuir el tirante deagua en el rio puede disminuir considerablemente el ingreso de agua

en la toma.,. BOCATOMAS CON BARRAJES%!os barra'es es una represa construida a través del río con el ob'etode levantar el nivel de agua del mismo, su altura debe ser tal $uepermita una carga de agua sufciente en la toma, para el ingresoseguro del agua en esta, considerando las pérdidas de carga $ue seproducen en los muros, re'illas compuertas de sección en la toma.Son las más empleadas a $ue aseguran una alimentación másregular, conservan un nivel constante en la captación $ue permitedominar una maor área regable. &stas tomas pueden presentar tresvariantes% !a toma con barra'e f'o, la toma con barra'e móvil la

toma con barra'e mi-to.

Bo$ato(as d& ,aa-& *-o+ Las bocatomas de barra'e f'oson a$uellas $ue tienen una presa sólida, para levantar eltirante rente a las compuertas de captación. &sta solución esposible cuando el régimen del rio es uniorme la capacidadde captación de la toma es menor $ue la descarga promediodel rio, por lo $ue no es necesario ninguna regulación, a $ueel e-ceso de agua pasara encima de la presa. 2gualmente esaconse'able este tipo de bocatomas cuando el rio tiene untransporte de solidos o una capacidad de transporte

apreciable. )on el ob'eto de proteger las riveras aguas arriba aguas deba'o de la presa se dise#an muros de encausamiento protección.

Bo$ato(as d& ,aa-& ("i!+ E' este tipo de barra'e seconsigue la retención del caudal elevación del tirantemediante el cierre del curso del rio por un sistema decompuertas sostenidas en un con'unto de pilares adosadasen sus e-tremos a los muros de contención. &s convenienteesta solución cuando el caudal de la captación es igual omaor de la descarga promedio del rio o cuando la velocidadde /u'o no es alta debido a la pe$ue#a pendiente del curso del

rio. )omo consecuencia el transporte de solidos es pe$ue#o no aecta maormente al sistema de compuertas.

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&n la época de avenidas la toma traba'a con las compuertasabiertas o parcialmente cerradas, de ninguna manera elbarra'e móvil debe ser un obstáculo para el paso del agua4 a$ue la obstrucción podría causar remansamientosdesavorables en otros casos desbordamientos, por lo $ue la

altura de los pilares la abertura de compuertas debecalcularse para las má-imas descargas.

Bo$ato(as d& ,aa-& (i/to+ 0ienen una parte de la presaintegrada por una estructura sólida 56arra'e f'o7 una parteintegrada por compuertas sustentadas en pilares 56arra'emóvil7. !a parte móvil tiene en ciertos casos muros guías oseparadores del barra'e f'o $ue orma un canal denominadode limpia un segundo canal separado por un vertedero derebose lateral $ue sirve para eliminar las gravas llamadotambién desempedradores.

&l desempedrador tiene una uerte pendiente al e-tremo delmismo se instalan compuertas para la eliminación de losmateriales gruesos.&ste tipo de bocatoma se adapta me'or al régimen variable delos ríos de la costa peruana, a $ue en la época de estia'etraba'an 8nicamente con la regulación $ue se eect8a con elbarra'e móvil, mediante el cierre o la apertura de lascompuertas mientras $ue en la época de crecidas traba'an conlas compuertas de limpia abiertas el paso libre del /u'oencima del barra'e f'o.

IV.1.2. Ca%ta$i"' di&$ta %o #a&dad o ,o(,&o &ste es el caso com8n para sistemas rurales por lo $ue se presentarácon maor detalle en un apartado especial.

Ca%ta$i"' di&$ta)uando el agua de un río está relativamente libre de materiales dearrastre en toda época del a#o, el dispositivo de captación mássencillo es un sumergido. &s conveniente orientar la entrada del tuboen orma tal $ue no $uede enrente la dirección de la corriente, sedebe proteger con malla metálica contra el paso de ob'etos /otantes

&n el caso en $ue la captación por gravedad no sea actible debido ala topograía el método de captación recomendable es por bombeo.De las bombas disponibles comercialmente, la bomba centríugahorizontal tiene la venta'a de $ue la ubicación del e$uipo de bombeo el punto de captación pueden ser distintos, o sea $ue la estación debombeo pude construirse en el sitio más avorable desde el punto devista de cimentación, acceso, protección contra inundaciones, etc. Sudesventa'a principal es $ue la altura de succión $ueda limitada eldesnivel má-imo permisible entre la bomba el nivel de bombeo, esrelativamente pe$ue#o.

IV.1.0. R&%&sas

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&n ingeniería se denomina presa o represa a una barrera abricada depiedra, hormigón o materiales sueltos, $ue se construehabitualmente en una cerrada o desfladero sobre un río o arroo.

0iene la fnalidad de embalsar el agua en el cauce /uvial para elevarsu nivel con el ob'etivo de derivarla, mediante canalizaciones de

riego, para su aprovechamiento en abastecimiento o regadío,laminación de avenidas 5evitar inundaciones aguas aba'o de la presa7o para la producción de energía mecánica al transormar la energíapotencial del almacenamiento en energía cinética esta nuevamenteen mecánica $ue así se accione un elemento móvil con la uerza delagua. !a energía mecánica puede aprovecharse directamente, comoen los antiguos molinos, o de orma indirecta para producir energíaeléctrica, como se hace en las centrales hidroeléctricas.

IV.1.. Ba!sa ota't&

&structura $ue cuenta con dispositivos $ue permiten su /otabilidad,sobre la superfcie del agua, $ue posibilita tomar el agua a ciertaproundidad mediante e$uipos de bombeo.

IV.1.3. Caisso'

&l pozo de cimentación, también conocido por su nombre en rancéscaisson, es un tipo de cimentación semiprounda, utilizada cuando lossuelos no son adecuados para cimentaciones superfciales por serblandos. !os pozos de cimentación también son recuentementeutilizados para cimentar pilares de puentes en el cauce de los ríoscuando no es posible o no es conveniente crear un desvío parcial ototal del río.

!a particularidad del pozo de cimentación es la de $ue se vaconstruendo a medida $ue se va hundiendo en el terreno. !a seccióntransversal del caisson generalmente es circular, pero e-istentambién secciones cuadradas, rectangulares o elípticas.

&l proceso constructivo, cuando éste se eect8a en tierra, comienzacon la construcción del cabezal, generalmente de hormigón armado,provisto en su generatriz e-terna de una cuchilla vertical, una láminade acero sólidamente anclada al cabezal. * seguir, a colocado elcabezal en la posición en la $ue ha de hundirse en la tierra, seconstruen los primeros metros del cuerpo del pozo de cimentación.&l cuerpo del pozo de cimentación es de unos 1 a :; cm menor $ue elperímetro e-terno del cabezal, con la fnalidad de reducir la ricciónde la pared con el suelo.

*l comenzarse la e-cavación de la tierra al interior del pozo, el peso

de éste comenzará a hundirlo. &n la medida $ue se va hundiendo seva progresivamente aumentando la pared $ue a8n sobresale uera delterreno, hasta llegarse a la proundidad deseada, algunas decenas de


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metros. =na vez llegados a la proundidad deseada, se construe untapón de hormigón en la base, de orma $ue el peso de la estructura$ue ha de construirse sobre la cimentación se reparta uniormementesobre toda la sección del pozo, $ue puede llegar a ser de hasta :> ?:1 m de diámetro, en el caso de ser circular, tener largo de más de

>; m en caso de ser rectangular.=na vez sellado el pozo, en la base, se puede proceder a llenarlo conmaterial inerte o puede de'arse vacío. &n este 8ltimo caso si el nivelreático es más elevado $ue el ondo, con el tiempo el agua see$uilibrará uera dentro. &l de'ar el pozo hueco, o parcialmentehueco, contribue a disminuir el peso total de la estructura.

)uando el pozo de cimentación debe ser colocado en el agua,eventualmente se completa su construcción en la margen del río olago luego se remolca hasta su lugar defnitivo, donde se procede ahundirlo hasta la proundidad deseada. Si la proundidad es

considerable puede ser conveniente $ue el cuerpo del pozo tenga unacámara cerrada donde traba'an los obreros encargados delhundimiento.

IV.2. O,as d& $a%ta$i"' d& a#)as s),t&4'&as

&l agua subterránea e-iste casi en cual$uier parte por deba'o de lasuperfcie terrestre, la e-ploración de la misma consiste básicamenteen determinar en dónde se encuentra ba'o las condiciones $ue lepermitan llegar rápidamente a los pozos a fn de poder ser utilizada

en orma económica. !a manera práctica de hacer lo anterior incluela aplicación de conocimientos técnicos, e-periencia en la peroración sentido com8n

IV.2.1. Ca%ta$i"' d& (a'a'tia!&s

&l principal ob'etivo es captar aprovechar los pe$ue#osmanantiales, $ue se encuentran generalmente en las laderas de lasmonta#as, con el fn de llevar el agua a las partes ba'as, donde seaprovechará para el consumo humano

!as aguas de manantial generalmente /uen desde un estrato

acuíero de arena grava a/oran a la superfcie debido a lapresencia de un estrato de material impermeable, tal como arcilla oroca, $ue les impide /uir e infltrarse. !os me'ores lugares parabuscar manantiales son las laderas de monta#as. !a vegetaciónverde en un cierto punto de un área seca puede indicar la presenciade un manantial en el lugar o aguas arriba. !os habitantes de la zonason los me'ores guías, probablemente, conocen todos losmanantiales del área.&l agua de manantial generalmente es potable, pero puedecontaminarse si a/ora en un estan$ue o al /uir sobre el terreno. "oresta razón el manantial debe protegerse con mampostería de tabi$ueo piedra, de manera $ue el agua /ua directamente hacia unatubería, evitando así $ue pueda ser contaminada.

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"ara proteger el manantial debe e-cavarse la ladera donde el aguasale construirse un tan$ue o Aca'a de manantialB*ntes de construir el muro de la ca'a de manantial adacente a laladera, es conveniente apilar rocas sin 'untar contra el Ao'o delmanantialB. &sto es con el fn de construir una cimentación

adecuada del muro posterior para evitar $ue al salir el agua deslaveel material del acuíero. Debe tenerse presente $ue después de unalluvia el agua puede /uir más rápidamente por lo $ue el muro debe$uedar frmemente colocado, para ello se pueden emplear rocas degran tama#o combinadas con algunas pe$ue#as, grava e inclusoarena para llenar los espacios.

IV.2.2. A#)as 5&4ti$as

)omo a sabemos, estas aguas se caracterizan por estar a la presiónatmosérica, esta agua no tienen presión hidrostática circular enmateriales granulares no confnados como arena, grava etc. &stasaguas se captan mediante pozos noria, mediante galerías fltrantes,mediante sistemas de puones o de pozos Canne.

IV.2.2.1. Po6os so(&os

!os pozos someros a cielo abierto 5norias7 Son a$uellos $ue permitenla e-plotación del agua reática o subálvea. Se construen conpicos palas4 tienen diámetros mínimos de :.1 m. no más de (; m.de proundidad. "ara permitir el paso del agua a través de las paredesde los pozos someros se de'an peroraciones de >1mm de diámetrocon espaciamiento entre :1 >1 cm, centro a centro. Si las paredes

del pozo son de mampostería de piedra o tabi$ue, se de'an espaciossin 'untar en el estrato permeable para permitir el paso del agua

IV.2.2.2. $a%ta$i"' %o #a!&7as *!ta't&s.

=na galería fltrante se utiliza principalmente para captar el aguasubálvea de corrientes superfciales, construéndose de preerenciaen los márgenes, paralelamente a la corriente o transversalmente,también cuando el agua subterránea está a proundidad moderada.&stas obras, en lo general, deben proectarse de acuerdo con laposición orma del acuíero, con el corte geológico con las curvasde nivel del terreno de la superfcie e-terior del nivel reático, a fnde orientar la galería con la dirección de la maor pendiente de lasuperfcie ormada por el nivel de saturación.!as galerías fltrantes son e-cavaciones en t8neles o a cielo abierto,revestidas o no, $ue penetran en la zona de saturación del terrenopara captar colectar por gravedad el agua del subsuelo.Se pude calcular el gasto de e-tracción de una galería fltranteutilizando la le de Darc

0omando en consideración el tipo de terreno en cual se haa.IV.2.2.0. SISTEMA DE PU8ONES

0ambién se puede captar el agua reática por un sistema llamado de

puones, cuando el medio permeable es arenoso superfcial.

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&ste sistema consiste en hincar en el terreno una serie de tubos depe$ue#os diámetros 5 :E a >E 7 de + o 1 metros de longitud.

&stos tubos se peroran se hincan a distancias $ue /uct8an entre (; 3; m. una de otra se conectan todos a un tubo m8ltiple principal,$ue a su vez está conectado a una bomba centríuga. )on éstesistema se captan pe$ue#as cantidades de agua, pues cada puón enéstas condiciones capta más de : lts.seg. su empleo en nuestromedio depende de las características del suelo del nivel reático. !atubería de la galería $uedará unido al cárcamo de bombeo.

"ara f'ar la localización. "roundidad características de la galería seeectuarán previamente pruebas de campo, haciendo peroracionesde e-ploración con proundidad de + a < m. espaciadas de 1 a :; m.en el e'e probable de la galería.

IV.0. Ca%ta$i"' d& a#)a %!)ia!&s

!a recolección de agua de lluvia como 8nica uente de agua, sólo esconveniente en regiones con lluvia confable a lo largo del a#o 5odonde no están disponibles otras uentes de agua7, debido a $ue lasobras individuales de almacenamiento para todas las casas de unacomunidad rural pueden ser costosas. !a cantidad de agua de lluvia$ue puede recolectarse depende del área de captación de laprecipitación promedio anual. =n milímetro de lluvia en un metrocuadrado produce alrededor de ;.< litros de agua, considerando laevaporación otras pérdidas. )uando se dise#a un sistema decaptación de aguas pluviales es necesario determinar el área de

captación el volumen de almacenamiento.IV.0.1. Cist&'a

!as cisternas son sistemas de recolección almacenamiento deaguas lluvias. &sta es una solución viable en zonas rurales donde nose dispone ácilmente de otras uentes de agua. &l agua recolectadase debe por lo menos fltrar clorar. !a calidad ísica $uímica delagua al comienzo de la lluvia no es aceptable, a $ue arrastra adsorbe partículas de polvo otros contaminantes atmoséricos delos te'ados, por tal razón, este sistema no debería ser utilizado enzonas donde haa un desarrollo industrial importante donde4 la

contaminación del aire produciría agua de mala calidad como, pore'emplo, el enómeno de lluvia ácida.

V. COLCLUSIONES• !as obras de captación deben de localizarse en zonas donde el

suelo se estable resistente a la erosión, procurando $ue lacaptación se haga en un sector recto del cauce

• !as obras de captación tienen la fnalidad de proveer recursos

hídricos para dierentes afnes.

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• )ada vez $ue se $uiera realizar un dise#o de ingeniería depresas tran$ues se debe tener presente muchos aspectos,como por e'emplo% selección de sitios estudios deactibilidad, investigaciones geotécnicas de terreno, dise#ode detalle, gestión de contratos mane'o de proectos.

VI. RECOMENDACIONES

*ntes de la construcción de una obra de captación, se debehacer estudios preliminares tales como, geograía del terreno caudales má-imas avenidas4 así garantizaremos la protecciónde la estructura.

VII. BIBLIOGRAF9A•

)&"2SF"S. 5!ima, >;;17. =G* D& D2S&HF "*C* )*"0*)2F&S&S"&)2*!&S. Frganización "anamericana de la Salud, :, :@.

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• &lizabeth Leballos. 5:; de abril >;;17. Dise#o de 6ocatomascon barra'e. Fbras hidráulicas e "ortuarias, >, :1.

VIII. ANE:OS

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https://www.academia.edu/8942794/Obras_De_Captacionhttps://www.academia.edu/8942794/Obras_De_Captacion

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