INGENIERIA CIVIL Curso
: OBRAS HIDRÁULICAS HIDRÁULICAS
Tema
: INFORME DE VISITA DE OBRA N°01
Docente
: Ing. FREDDY FRANCO ALVARADO
Alumnos
: PRADO VALLLEJOS, Rolando Steven REVATTA CABEZAS, Katherine Roxana VASQUEZ RAYMUNDO, Liz Carolina
Año
: 5º
Ciclo
: X CICLO ICA – PERÚ 2014
OBRAS HIDRÁULICAS
NUEVA BOCATOMA LA ACHIRANA DE ICA
A) UBICACIÓN DE LA OBRA HIDRÁULICA La
Nueva
Bocatoma
La
Achirana,
está
ubicada
en
el
Distrito de Los Molinos.
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OBRAS HIDRÁULICAS
B) DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS OBSERVADAS -
Canal colector: Recibe el agua a través de la rejilla y entrega el agua captada a la cámara de recolección. Por facilidad de construcción y de mantenimiento se recomienda la utilización de la sección rectangular, la que debe tener una pendiente entre 1 %y 14 %, garantizando la velocidad adecuada para que el agua fluya previniendola sedimentación.
-
Muro
de
Bocatoma,
encauzamiento: En se
observaron
el
caso
diques
de
la
enrocados,
Nueva cuya
sección típica se indica en la figura.
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
UNICA
OBRAS HIDRÁULICAS Los
diques
enrocados
son
estructuras
conformadas
sobre la base de material de río dispuesto en forma trapezoidal y revestido con roca pesada en su cara húmeda; pueden ser continuos o tramos priorizados donde se presenten flujos de agua que actúan con gran poder erosivo. Las canteras de roca deben ser de buena calidad, y estar ubicadas lo más cercano posible a la zona de trabajo. Se ubican aguas arriba y aguas abajo del eje de la presa
de
derivación,
en
la
medida
en
la
que
las
circunstancias topográficas lo requieran. Para que una bocatoma sea estable es necesario que lo sea el tramo fluvial en el que está ubicada. De acá que en muchas
oportunidades
haya
que
realizar
el
encauzamiento del tramo de río en las inmediaciones de
la
obra
de
encauzamiento kilómetros. resultan
toma. se
Su
Algunas
extienden
costo
absolutamente
veces
a
puede
lo
ser
los
largo
diques de
varios
importante,
necesarios.
Es
de
pero
necesario
recordar que al construir una bocatoma se implanta un
barraje
o
presa
derivadora,
cuya
altura
generalmente es de unos pocos metros sobre el lecho del río. Esto determina una sobreelevación de niveles hacia agua arriba, especialmente durante los grandes caudales. trabajos
Como
parte
topográficos,
del se
diseño,
además
requiere
de
los
determinar
el
perfil hidráulico. Si las condiciones topográficas así lo exigen habrá que considerar un encauzamiento.
-
Canal desripiador: Es un pequeño canal paralelo a la corriente principal, ubicado junto a las ventanas de captación
y
que
es
normal
a
la
dirección
de
la
corriente que ingresa a la captación. Permite la FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
UNICA
OBRAS HIDRÁULICAS eliminación de los sólidos cuando las circunstancias hidráulicas y topográficas lo permiten. El desripiador es el elemento que sigue luego de la ventana de captación. Su función es la de retener las piedras que lograron atravesar la ventana, las cuales serán evacuadas por una compuerta conectada a un canal que descarga en el mismo río.
-
Barraje fijo: Es un azud o presa vertedora. Suele llamársele barraje. Su función es la de elevar el nivel del agua para alcanzar el requerido por las necesidades
de
captación.
El
azud
crea
la
carga
necesaria sobre el canal de derivación para que pueda ingresar el Caudal de Diseño. Es decir, obliga al agua a entrar a la captación. En tal sentido es una presa
derivadora,
diferente
a
las
presas
de
almacenamiento. En consecuencia, su altura sobre el lecho
del
río
suele
ser
pequeña
(algunos
pocos
metros). A su vez el azud debe permitir el paso de las grandes avenidas, específicamente de la Avenida de Diseño, la que como se ha dicho es el máximo ca udal del río que puede soportar la estructura. El azud es, hidráulicamente, un vertedero. Se puede construir de los más diversos materiales.
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OBRAS HIDRÁULICAS -
Barraje móvil: Es una estructura compuesta por una o más compuertas que permiten el paso de las avenidas de líquidos y de sólidos y además tiene la función de
eliminar
los
sólidos
que
pudiesen
encontrarse
aguas arriba y frente a las ventanas de captación. La longitud total de los vertederos fijo y móvil debe ser la necesaria para el paso de la avenida de diseño. Su proporción es variable
-
Canal de purga
-
Presa no vertedora: Al igual que los vertederos fijo y móvil es transversal a la corriente principal. Su función es la de cerrar el cauce, sin que el agua
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OBRAS HIDRÁULICAS pase por encima de ella. Su longitud depende del ancho del río.
-
Ventanas
de
captación:
Constituyen
la
toma
propiamente dicha. Se trata de uno o más vanos que permiten
el
ingreso
hidráulicamente,
del
sea
agua
como
y
que
trabajan
vertederos
o
como
orificios. La carga hidráulica 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
protección contra el ingreso de cuerpos extraños, las que pueden estar provistas de limpiarrejas.
-
Compuertas de captación: Son las que regulan el ingreso de agua al canal de derivación. Pueden estar ubicadas como parte de las ventanas de captación, o, si
hubiese
un
inmediatamente
aguas
captación,
podrían
abajo,
el
en
elemento debajo
estar
ingreso
al
decantador de
ubicadas canal.
las
ventanas
más En
ubicado
hacia
las
de
aguas
bocatomas
pequeñas puede tratarse de una sola compuerta.
-
Muros
guía: Son
muros
separadores
que
suele
n
ubicarse entre los barrajes fijo y móvil y aguas arriba aguas
de
ellos.
abajo,
Pueden
separando
también
ambas
extenderse
pozas
hacia
disipadoras
de
energía.
-
Pozas disipadoras de energía: Aguas abajo de los barrajes fijo y móvil es necesario disponer algún elemento que ayude a disipar la energía. Generalmente se disipa la energía mediante la formación de un salto hidráulico, para lo que es necesario disponer
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OBRAS HIDRÁULICAS una
poza.
transición
Inmediatamente con
el
lecho
aguas fluvial,
abajo, se
y
coloca
como una
protección de fondo a base de piedras a la que se le denomina rip-rap.
C) CÁLCULO HIDRÁULICO DE UNA OBRA DE ARTE (BARRAJE FIJO) Altura del barraje: La altura del barraje se determina como la suma de la altura a la cual se encuentra la ventana de captación, la altura de esta ventana y el borde libre que se da por seguridad.
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Perfil de Cresta del barraje: Se recomienda dar formas a la cresta de modo tal que eviten la presencia de presiones negativas que podrían generar cavitación que causan daños al concreto. Asimismo deben ofrecer máxima eficiencia hidráulica, practicabilidad, estabilidad y economía .
Poza Disipadora: Para el diseño de la poza disipadora se necesita primero conocer el tirante al pie del barraje y su tirante conjugado. El tirante al pie del barraje se calcula aplicando la ecuación de energía al inicio del barraje y al final de este:
Se toma como referencia el nivel de terreno natural y siendo “∆z” la profundidad de la poza, la altura del barraje “H”, la altura de la lámina de agua “Hd” se tiene que la ecuación ahora es:
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
UNICA
OBRAS HIDRÁULICAS El valor de “Hd” se calcula usando la ecuación del vertedero:
El espesor del colchón disipador se calcula usando la fórmula:
Donde “Sp” es el camino de percolación parcial y “St” es el camino de percolación total, por lo cual este espesor
varía
de
acuerdo
al
aumento
del
camino
de
percolación. El coeficiente de “4/3” es un coeficiente de seguridad y es recomendable que el espesor sea mayor a 0.90 m
Análisis de estabilidad del barraje: El barraje es un elemento de concreto que logra su estabilidad debido a su propio peso. A continuación se desarrolla el análisis de estabilidad de la estructura bajo la condición más severa, la cual se da cuando se produce el caudal de avenida. Las fuerzas que se toman en cuenta son:
El
peso
propio
del
barraje:
El
peso
propio
del
elemento viene a ser la fuerza más importante en el análisis de estabilidad, pues se trata de un elemento de gravedad. Esta fuerza debe ser capaz de contrarrestar las
fuerzas
que
son
desfavorables
para
lograr
la
estabilidad. La resultante de esta fuerza es vertical
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OBRAS HIDRÁULICAS y su línea de acción contiene al centro de gravedad de la estructura. Por facilidad de cálculo, el perfil del barraje ha sido dividido
en
secciones
conocidas
para
evaluar
la
magnitud y posición de la fuerza de gravedad.
El empuje hidrostático: El empuje hidrostático es una fuerza que resulta de las presiones producidas por el flujo de agua. La magnitud de esta fuerza es función del nivel del río aguas arriba en cualquier intervalo de tiempo, por lo que el máximo valor de este empuje se da para el caudal de diseño.
El empuje debido al lecho del río: Sobre la cara aguas arriba del barraje, existe un espesor de sólidos que son parte del lecho del río el cual produce un empuje en la estructura. El Bureau of Reclamation recomienda, para la fuerza horizontal, considerar al sólido como un líquido de peso específico igual a 1.4 ton/m³.
El empuje debido a la subpresión: La fuerza de subpresión es aquella que surge del empuje generado por el agua filtrada en la base del barraje. Para el cálculo de
esta
fuerza
subterránea empresa
se
usando
Rocscience
el
realizó
el
software que
análisis
Phase2
realiza
de
v8.005
el
agua de
cálculo
la de
infiltración usando el método de los elementos finitos. También, en el análisis, se consideró y se modeló los agujeros
rompepresiones
que
se
colocan
en
la
poza
disipadora con el fin de disminuir el empuje.
Factor de seguridad al deslizamiento: El deslizamiento en el barraje es producido por el empuje horizontal que ocasiona el agua y el empuje de FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
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OBRAS HIDRÁULICAS los sólidos del lecho del río. Este fenómeno debe ser contrarrestado
por
acción
del
peso
propio
de
la
estructura, pues esta fuerza origina una de fricción en posición contraria al deslizamiento. Se
recomienda
que
el
factor
de
seguridad
al
deslizamiento debe ser mayor o igual a 1.5. El factor de seguridad al deslizamiento (FSD) se calcula como:
Donde “∑FV” y “∑FH” es la suma de fuerzas verticales y horizontales fricción
“Φ”
respectivamente. es el
que
existe
El en
coeficiente la
interfase
de del
barraje y el suelo de cimentación.
Factor de seguridad al volteo: El factor de seguridad al volteo se evalúa calculando los momentos producidos por las diferentes fuerzas ya evaluadas con respecto al pie del talón del barraje aguas abajo, pues esta es la situación más crítica. Se recomienda que este factor de seguridad sea mayor a 2. El factor de seguridad al volteo (FSV) se calcula como:
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D) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
-
Un Barraje fijo es una estructura sólida emplazada a todo lo ancho del cauce por lo tal motivo la curva de remanso que se produce aguas arriba del barraje no puede ser alterada originando una colmatación de sólidos que puede traer la inutilización de la toma o el ingreso de abundante material sólido a través de la ventana de captación.
-
La longitud del barraje, está ligada directamente al ancho
del
cauce
y
a
la
carga
del
agua
que
se
presentan sobre él.
-
Mediante esta altura se consigue elevar o mantener un nivel de agua en el rio, para que así se derive el caudal hacia el canal principal permitiendo el paso de la excedencia por encima de ella.
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E) PANEL FOTOGRÁFICO
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