Clasificacion de Obras Hidraulicas

CLASIFICACION DE OBRAS HIDRAULICAS Las obras hidráulicas sirven para para muchos propósitos entre los cuales tenemos como  principales los siguientes: 1. Rieg Riego o de de cul culti tivo voss 2. Abastecimi Abastecimiento ento de agua para para consumo consumo domest domestico ico e indust industrial rial.. 3. Producc Producción ión de ener energía gía elctr elctrica ica.. !. "avegación. #n todos estos casos el agua se utili$a para este bene%icio del hombre. &a' casos en los (ue el agua puede producir da)os ' las obras se constru'en para eliminarla o controlarla. Así tenemos: *. Alcant Alcantari arilla llado do para para evacu evacuar ar las las aguas aguas servid servidas. as. +. ,rena-e ,rena-e para para eliminar eliminar el eceso eceso de de una $ona culti cultivada. vada. /. 0ontro 0ontroll de crecie crecientes ntes ' prote protecci cción ón de orill orillas. as. #l presente curso se concreta solamente a las obras (ue sirven para los primeros tres  puntos por(ue los demás se ven en otros cursos. n sistema de riego consiste en obras de toma canal principal canales secundarios ' terciarios ' obras de medición ' distribución de agua a las tierras de cultivo. 0omo %uente de agua se utili$a ríos lagos o po$os (ue tengan un caudal su%iciente  para satis%acer las necesidades de las plantas. #l agua puede ser captada por  gravedad o por bombeo. n sistem sistemaa de abaste abastecim cimien iento to de agua para consumo consumo humano humano o indust industri rial al se compone de las mismas obras con la di%erencia (ue el agua no se conduce a los campos de cultivo sino a una planta de tratamiento en la cual se me-ora su calidad. #n el caso de (ue la producción de (ue la energía elctrica a di%erencia de las anteriores no se consume el agua sino (ue se utili$a la energía (ue contiene. con tiene. Por esto el canal conduce el agua hasta un sitio donde eiste una caída apropiada ' el aprovechamiento se reali$a al pie de sta. e observa (ue si bien la utili$ación del agua es de%iciente seg4n si se trata de consu consumo mo domes domesti tico co rieg riego o o produ producc cció ión n de energ energía ía las las obra obrass hidr hidráu áuli lica cass a construirse son parecidas ' se basan en los mismos principios. Por su %unción las obras hidráulicas pueden clasi%icarse en los siguientes tipos: 1.

Obras de captación.5 Por gravedad como tomas de derivación ' presas de embalse ' por bombeo.

2.

0anales ' t4nele t4neles. s. Pasos Pasos de depresi depresiones ones como Obras de conducción.5 0anales acueductos si%ones ' rellenos. 6uberías de presión.

3.

Obras de protección.5 desarenadores aliviadores des%ogues disipadores de

energía ' tan(ues de presión. !. Obras de regulación.5 ,ivisiones medidores ' reservorios. #isten además obras como campamentos caminos etc. (ue no son hidráulicas  pero complementarias a stas. #l curso sigue aproimadamente el mismo orden (ue el arriba indicado

!

OBRAS DE CA"#ACION

# l agua utili$ada por el hombre para el consumo domestico e industrial para riego ' producción de energía elctrica es dulce. "o se han tomado en cuenta por ser  casos mu' especiales ciertas utili$aciones industriales de agua de mar o plantas elctricas movidas por mareas. La ma'or parte de agua consumida por el hombre es etraída de los ríos ' utili$ada aprovechando la %uer$a de la gravedad. &a' muchas regiones en el mundo en las cuales debido a la escase$ de agua super%icial se etrae el agua subterránea por  medio de bombeo utili$ándola especialmente para el consumo domestico ' a veces  para el riego. 7recuentemente el agua se bombea de ríos ' lagos. #stos casos no se han considerado en este traba-o (ue se han concretado captaciones  por gravedad es decir a(uellas situadas a su%iciente altura sobre el sitio de consumo  para (ue el agua corra por su propio peso. ,entro de las obras de captación eisten muchos tipos di%erentes pero básicamente se los puede clasi%icar en obras de toma por derivación directa ' obras de almacenamiento. Las obras de almacenamiento consisten en presas (ue sierran el cauce del rio u otro sito apropiado %ormando un reservorio o embalse en el mismo. #l reservorio permite regular la utili$ación del caudal del rio almacenando el agua en las pocas de crecientes ' utili$ándola en las pocas de se(uia. #l tipo de presa depende de una serie de condiciones pudiendo ser de tierra piedra u hormigón ' traba-ar a gravedad o como arco. Las tomas por derivación directa captan el agua (ue viene por el rio sin ning4n almacenamiento o sea (ue no ha' ninguna regulación ' se aprovecha el caudal (ue ha' en un momento dado. #l aprovechamiento (ue se consigue por medio de un embalse es mucho más completo (ue con una derivación directa. in embargo las presas necesarias para esto son estructuras generalmente grandes (ue representan %uertes inversiones de

dinero. Además no siempre se encuentran las condiciones topográ%icas hidrológicas ' geológicas indispensables para su construcción. Por este motivo ' especialmente tratándose de pe(ue)as obras (ue son la ma'oría de las (ue se reali$an se escogen las tomas por derivación directa. #stas obras de toma deben cumplir con las condiciones siguientes: 1. 0on cual(uier calado en el rio deben captar una cantidad de agua  parcialmente constante. 2. ,eben impedir hasta donde sea posible la entrada de conducción de material solido ' %lotante ' hacer (ue este siga  el río. 3. atis%acer todas las condiciones de seguridad necesarias. La captación puede reali$arse directamente sin ninguna obra en el cauce aun(ue es más com4n ' conveniente construir una presa cerrando est. #l primer caso es decir cuando el agua se lleva directamente mediante un canal lateral es mucho más barato especialmente tratándole de ríos relativamente grandes pues se evita la necesidad del di(ue costoso ' en general la construcción es sencilla. Por este motivo este tipo de tomas se ha construido en todas partes ' en todas las pocas ' todavía es %recuente en obras construidas por particulares (ue no disponen de %ondos su%icientes. in embargo para (ue el %uncionamiento de estas obras sea satis%actorio el río debe reunir las siguientes condiciones: 1. Para asegurar un servicio interrumpido el caudal del río debe ser   bastante ma'or (ue el caudal de dise)o para el canal. Al mismo tiempo se debe tener la seguridad (ue la pro%undidad del río en el sitio de la toma no disminu'a nunca se un cierto valor mínimo. #stas condiciones se encuentran generalmente sólo en ríos de llanura. 2. #l río debe tener el cauce estable ' las orillas %irmes a %in de (ue no se produ$can derrumbes a$olves o erosiones (ue puedan inutili$ar las obras de toma. 3. #s sumamente di%ícil impedir la entrada de los sedimentos. Al sacar  el agua lateralmente de un río se desarrolla una activa circulación transversal con lo cual el arrastre de los sedimentos es grande ' %uera de  proporción con el caudal captado. Así por e-emplo si se capta el 18 9 del caudal los sedimentos captados no serán el 189 del total sino el 28 9 o más. 0omo consecuencia el canal se a$olva su alineación se de%orma ' su entrada si no se toman costosas medidas correctivas se despla$a aguas aba-o en el río.

,ebido a lo antes epuesto la toma sin a$ud tienen muchos inconvenientes ' la ma'oría de las obras de toma tienen un di(ue (ue cierra el cauce del río ' (ue eleva el nivel del agua hasta una cota determinada. eg4n la %orma de captación de agua las obras de toma pueden ser de tipo convencional ' del tipo caucasiano. La toma más com4n es la (ue consiste de un di(ue vertedero (ue cierra el cauce del río ' capta las aguas por un ori%icio o vertedero lateral. ;uchas veces cuando la variación del calado es mu' %uerte entre la poca seca ' lluviosa la altura del di(ue debe ser ba-a ' esto se compensa con compuertas (ue se colocan en su cresta. Las compuertas (ue pueden ser  de distintos tipos se sostienen en pilas o contra%uertes (ue dividen el di(ue en una serie de tramos. Por tratarse de una solución generalmente utili$ada ' hasta cierto punto rutinaria este tipo de toma se conoce como toma convencional. La toma convencional tiene algunos de%ectos en lo (ue a su %uncionamiento se re%iere ' esto se ha tratado de corregir con un dise)o di%erente ' (ue consiste en construir las estructuras de captación en el mismo cuerpo del a$ud. #ste nuevo dise)o ha dado origen a la toma (ue se llaman de re-illas de %ondo re%irindose a su %uncionamiento o toma caucasiana o tiroides por la región donde inicialmente se constru'eron.

OBRAS DE #O$A EN RIOS DE $ON#A%A #o&as Con'encionales Los ríos de monta)a tienen caudales relativamente pe(ue)os gradientes relativamente grandes relativamente grandes ' corren por valles no mu' amplios. #n crecientes llevan cantidades apreciables de material sólidos. 6al como la muestra la 7igura "o *51 las tomas comunes o convencionales se componen de los siguientes elementos principales: 1.

n di(ue (ue cierra el cauce del río ' obliga a (ue toda el agua (ue se encuentra  por deba-o de la cota de su cresta entre a la conducción. #n tiempo de creciente el eceso de agua pasa por encima de este di(ue o sea (ue %unciona como vertedero. #ste tipo de di(ue vertedero se llama a$ud. Para evitar  (ue en creciente entre ecesiva agua a la conducción entre esta ' la toma se de-an estructuras de regulación. na de estas es la compuerta de admisión (ue permite interrumpir totalmente el servicio para el caso de reparación o inspección.

2. na re-a de entrada (ue impide (ue pase hacia la conducción material sólido %lotante demasiado grueso. Para esto el umbral de la re-a se pone a cierta altura sobre el %ondo del río ' la separación entre barrotes normalmente no pasa de 28 ctms. #n vista de (ue a pesar de esto parte del material sólido alcan$a a pasar al otro lado de la re-a se de-a una cámara llamada desripiador para detenerlo. #l

desripiador debe tener una compuerta hacia el río a travs de la cual periódicamente se lava el material acumulado en el %ondo. 3. na transición de entrada al canal. e desea (ue la ma'or parte del material grueso (ue llega al desripiador se deposite dentro de ste ' no pase al canal. Por este motivo la coneión del desripiador se hace generalemente por medio de un vertedero cu'o ancho es bastante ma'or (ue el del canal (ue sigue. Para evitar (ue ha'a prdidas grandes de energía entre la salida del desripiador ' el canal las dos estructuras se conectan por medio de una transición. !. n $ampeado ' un colchón de aguas al pie del a$ud. #l agua (ue viene por el a$ud en creciente cae con gran energía (ue erosiona el cauce ' puede socavar las obras causando su destrucción. #l $ampeado o el colchón sirven para disipar la energía de manera (ue el agua pase al cauce no revestido con velocidades lo su%icientemente ba-as para no producir erosiones. #l agua (ue %iltra por deba-o del a$ud e-erce una subpresión en el $ampeado (ue  podría romperlo. Para disminuir un poco esta subpresión como tambin para anclar  me-or el a$ud se constru'e aguas arriba un dentellón ' deba-o del $ampeado muchas veces se de-an drenes con sus respectivos %iltros. *. na compuerta de purga (ue se ubica en un etremo del a$ud al lado de la re-a de entrada.
Por lo general los pasos para los peces son pe(ue)os depósitos escalonados (ue se constru'en a un lado del a$ud. #l agua ba-a de un escalón a otro con poca velocidad a travs de escotaduras (ue sirven al mismo tiempo para (ue por ellas puedan saltar los

 peces. 6odas las aristas deben ser redondeadas. Las dimensiones ' otras características se tratan en obras especiali$adas.

UBICACI(N ) FOR$A DE CONS#RUCCION DE LA #O$A La %orma de utili$ación del agua es generalmente conocida de antemano es decir está ubicado el sitio apropiado para producir energía elctrica por medio de una caída o para la  planta de tratamiento (ue abastecerá de agua a una población o para la iniciación de la $ona de riego. A este punto de cota conocida debe llegar la línea de conducción =canal o t4nel> conveniente ' el tra$ado se establece a base de consideraciones económicas despus de un recorrido previo. #n otras palabras teniendo esta línea de gradiente preliminar se puede encontrar su intersección con el río ' establecer aproimadamente el sitio de las obras de toma. La ubicación eacta puede estar despla$ada en algunos cientos de metros por lo general hacía aguas arriba ' determina en %unción de las condiciones geológicas ' topográ%icas del sitio. Así por e-emplo para disminuir la entrada de los sedimentos es conveniente situar las obras de toma en la orilla cóncava de un río. Por lo general de este lado eiste un barranco ' la  pla'a se encuentra en el lado conveo ' es necesario disponer de un terreno relativamente  plano para situar el desripiador ' la transición. Por este motivo muchas veces el sitio se despla$a hacia aguas aba-o ubicándolo donde termina la concavidad ' comien$a la parte convea. e debe tambin (ue la obstrucción del cauce producida por el a$ud altera substancialmente las condiciones de %lu-o ' por lo tanto las condiciones del transporte de sedimentos. #s importante tambin tomar en cuenta el aspecto constructivo. i bien las obras deben las obras deben ser construidas durante la poca de estia-e de otros modos el agua (ue viene  por el río es un estorbo ' debe ser desviado. #sto se hace por medio ataguías o sea di(ues  provisionales. #l agua se desvía hacia el un lado del cauce mientras se constru'e en el otro.  "ormalmente se constru'e primero en la orilla protegida por las ataguías las obras de compuerta de entrada. na ve$ reali$ado este traba-o el río se desvía hacia estas obras llevando el agua por la compuerta de salida del desripiador o si es posible por el canal hasta el primer aliviadero ' cerrando el cauce con una ataguía se constru'en el a$ud el $ampeado ' los muros de ala de la otra orilla. Las ataguías se constru'en en una %orma lo su%icientemente hermtica (ue no %iltre agua en cantidad ecesiva (ue no pueda ser eliminada mediante bombas ' (ue no cauce per-uicios a los traba-os de hormigón. Las dimensiones en el interior de las ataguías deben ser lo su%icientemente amplías para permitir la reali$ación cómoda de la obra ' su inspección una ve$ terminada. La ataguía se constru'e con el material (ue se encuentra en el cauce ' en las orillas colocadas en tal %orma (ue los espacios (ue de-an las piedras grandes sean rellenados por 

 piedras pe(ue)as. Las piedras de ma'or tama)o se colocan del lado de los taludes ' las más  pe(ue)as en el centro de la ataguía. Las piedras (ue (uedan del lado del talud in%erior no deben tener dimensiones menores de +8 cm. Para impermeabili$ar la ataguía su talud superior es revestido con una capa compuesta de tierra con chambas o %a-inas. na ve$ (ue han servido a su propósito todas las obras temporales de desvío son removidas de manera (ue no estorben el %uncionamiento normal de la toma. Las %acilidades eistentes para la construcción son un criterio importante para la ubicación de las obras de toma.

RE*A DE EN#RADA #l agua se capta por medio de un ori%icio (ue se encuentra en una de las orillas. #ste ori%icio está provisto de barrotes verticales (ue impiden la entrada del material %lotante ' de  piedras ma'ores del espacio entre los mismos. #l ori%icio está dentro de un muro (ue separa el desripiador del río ' aguas aba-o se prolonga a conectarse con la compuerta de purga. #l umbral del ori%icio debe estar a una altura no menor de 8+8 ? 8@8 cm del %ondo. #l dintel es generalmente de hormigón armado ' debe llegar hasta una altura superior a la de la ma'or creciente. Los barrotes deben ser lo su%icientemente %uertes para resistir el impacto de troncos ' otro material %lotante grueso (ue ocasionalmente es traído por las crecientes. Por esto los barrotes se hacen de rieles o de hormigón con un ancho no menor de 18 cm. Los barrotes deben estar al ras o sobresalir un poco de la cara del muro para %acilitar su limpie$a del material %lotante (ue a veces tiende a tapar la re-a. La re-a debe estar a una cierta distancia aguas arriba del a$ud a %in de (ue durante la construcción (uede espacio su%iciente para una ataguía. #n estia-e el vano de la re-a %unciona como vertedero. La carga necesaria para el vertedero viene del remanso producido por el a$ud. #l vertedero traba-a sumergido con un desnivel mu' pe(ue)o entre las dos super%icies de agua. #l dintel (ue sostiene los barrotes esta a una altura mu' pe(ue)a sobre la super%icie del agua.
Por otro lado la altura del a$ud debe ser igual a la suma de la altura del umbral desde el %ondo del cauce más la altura de los barrotes.  sea mientras más corta ' más alta es la re-a más alto tambin ' más costoso resulta el a$ud. Por lo tanto el ori%icio %ormado por la re-a puede tener distintas relaciones entre el ancho ' el alto para el mismo caudal ' la selección se hace a base de consideraciones económicas. #l muro en el cual se ubica la re-a por lo general se ubica perpendicular a la dirección del a$ud o sea paralelo a la dirección del río. in embargo es conveniente darle una inclinación respecto a la dirección del río tanto para acortar la longitud necesaria para llegar a terreno alto como para me-orar las condiciones hidráulicas. ,e acuerdo a Biselev =Cibl. @5!> si llamamos Dr a la velocidad media en el río debe ser  igual a:

La velocidad el río es variable ' se debe escoger la (ue corresponda al caudal medio anual. e recomienda (ue para %acilitar la limpie$a de los sedimentos el plano de la re-a no tenga un ángulo superior a 28⁰ con la dirección del canal de limpie$a. #-emplo "o * re-a de entrada

upongamos (ue el caudal medio anual del rio es de 18 correspondiente es de !+

Es. ' (ue la sección mo-ada

. La velocidad del río seria

F 8.21@ mEs. :

 sea (ue la pared de la re-a debe tener

DESRI"IADOR 

con la dirección del río.

0omo se ha dicho antes despus de la re-a de entrada se acostumbra de-ar una cámara (ue se llama desripiador ' (ue sirve para detener las piedras (ue alcan$aron a pasar entre los  barrotes ' (ue no deben entrar en el canal. 0on este ob-eto la velocidad en el desripiador  debe ser relativamente ba-a ' el paso hacia el canal debe hacerse por medio de un vertedero sumergido. #ntre la re-a de entrada ' el vertedero de salida puede %ormarse un resalto sumergido ' para (ue este ultimo %uncione en una %orma normal es conveniente (ue el ancho del desripiador  en este sitió sea igual por lo menos a la longitud dl resalto. 6ambin puede establecerse el ancho del desripiador como igual al de una transición (ue uniera los anchos de la re-a ' el vertedero. Para poder eliminar las piedras (ue se depositan en el %ondo del desripiador debe de-arse una compuerta (ue conecta con el canal de des%ogue. #l canal debe tener una gradiente su%iciente para conseguir una velocidad de lavado alta ' (ue sea capa$ de arrastrar todas las  piedras. 6ambin ser procura eliminar todos los ángulos rectos ' unir las paredes con curvas (ue conver-an hacia la compuerta para (ue las piedras no se (ueden en las es(uinas. ,ebe indicarse (ue la compuerta de purga de a$ud con su respectivo canal se calcula en una %orma similar a la del desripiador tomando en cuenta (ue el ancho debe ser su%iciente para (ue pasen las piedras grandes ' (ue la velocidad del agua no debe ser in%erior a 2 mEs para (ue pueda arrastrarlas.

E*E$"LO No  + , upongamos los mismos datos del e-emplo anterior. #l vertedero de salida se calcula con la misma %órmula de vertederos sumergidos o sea (ue tomando & F 1 m ' G F 8.18 m tenemos:

Al tomar el valor de & F 1 m se observa (ue la cresta del vertedero (ueda 18cm. H 'a no 1 m como para la re-a. in embargo el valor de ; cambia mu' poco ' por lo tanto se lo ha tomado igual.