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Dar a conocer algunas normas, criterios, formas, tipos y materiales que que comúnm comúnment ente e se utiliza utilizan n en obras obras de infraestr infraestruct uctura ura para la captación, almacenamiento, derivación, conducción y distribución del recurso hidráulico para satisfacer los beneficios para los cuales se exig exige e de este este recu recurs rso: o: como como pued puede e ser ser el rieg riego o en terr terren enos os,, abast abasteci ecimie miento nto de agua agua a pobla poblacio ciones nes,, genera generació ción n de energí energía, a, recreación, etc, así como de defensa, ya sea de control de avenidas o retención de azolves !ener en cuenta las venta"as como beneficio de con"eturar este tipo de obras asi como tambi#n de algunas desventa"as en cada tipología en el ámbito hidráulico $mpliar nuestros conocimientos de forma general a las obras de presas presas,, depur depurado adoras ras,, diques diques,, muelle muelles, s, gavion gaviones, es, conduc conduccio ciones nes,, canales, obras en el entorno fluvial y drena"e de estructuras lineales %ostrar conceptos generales y de aplicación muy extendida en el dimensionamiento de obras hidráulicas &n suma, agrupar conocimientos de forma que sirva de referencia en la concepción global de las obras hidráulicas
INTRODUCCIÓN
&l agua es necesaria para satisfacer todas las exigencias del mundo moderno proviene de manantiales superficiales o subterráneos 'omo el hombre se ha compor comportad tado o gener generalm alment ente e como como un elemen elemento to contr contra a el orden orden del sistem sistema a natural, las aguas superficiales están casi totalmente contaminadas &l agua no se distribuye uniformemente en el tiempo y el espacio $ veces se encuentran grandes volúmenes le"os de los centros de población o cuando están próximas, pueden resultar impropias para el consumo $ veces peque(os ríos tienen agua en condiciones satisfactorias, pero no son aprovechables porque en ciertas #pocas del a(o, su flu"o es nulo )a respon responsa sabil bilida idad d del contr control ol y distri distribuc bución ión de las aguas aguas normal normalmen mente te compete a los gobiernos y las comunidades, pero los aspectos t#cnicos de estas actividades enca"an dentro de las responsabilidades del ingeniero civil )e corresponde entre otras cosas, proyectar, dise(ar, dise(ar, construir y administrar las obras relacionadas con ríos, canales, presas, sistemas de irrigación y drena"e, redes de abastecimiento de agua, alcantarillado pluvial y sanitario* en realidad, #l es el ingeniero por excelencia del ambiente )a responsabilidad del ingeniero civil es inmensa porque los conocimientos dela +idráulica se basan en cientos de a(os de empirismo, muchos a(os de estudios teóricos y de análisis científicos, y pocos a(os de experiencia con las t#cnicas modernas de instrumentación y computación aplicada a los problemas relacionados con los recursos hidráulicos )a ingeniería civil ha sido el área de estudio que tiene en sus manos el dise(o de las ciudades en las que vivimos ero así como en una misma ciudad puede haber espacios muy diferentes a otros, en recursos, vista, elementos o lugares habitacionales, la ingeniería civil debe tambi#n diversificarse &s ahí donde nace la ingeniería hidráulica ara aquellos espacios en donde el agua es un elemento imprescindible, la ingeniería hidráulica ha llenado de innovación y un me"or uso de los recursos disponibles, a todos aquellos lugares donde el agua es tema primordial )a inge ingeni nier ería ía hidr hidráu áulilica ca se enca encarg rga a tant tanto o de la obte obtenc nció ión n como omo de la construcción, es decir, mane"a la energía hidráulica, la irrigación, potabilización o canalización del agua, y tambi#n aplica en la construcción de estructuras en mares, ríos, lagos, represas, canales, puertos, entre otros
+idráulica Obras Hidráulicas
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)a hidrául hidráulica ica es una rama de la mecánica de fluidos-estudia fluidos -estudia el movimiento de los fluidos gases gases y y líquidos así como las fuerzas que que lo prov provoc ocan an.. y amplia ampliamen mente te prese presente nte en la ingeniería que que se enca encarg rga a del del estu estudi dio o de las las propiedades mecánicas de los líquidos líquidos !odo esto depende de las fuerzas fuerzas que que se interponen con la masa masa y y a las condiciones a que est# sometido el fluido, relacionadas con la viscosidad viscosidad de de este )os antiguos romanos y griegos aprovechaban la energía del agua* utilizaban ruedas hidráulicas para moler trigo /in embargo, la posibilidad de emplear esclavos y animales de carga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo011 Durante la edad media, las grandes ruedas hidráulicas de madera desarrollaban una potencia máxima de cincuenta caballos )as presas y los canales eran necesarios para la instalación de ruedas hidráulicas sucesivas cuando el desnivel era mayor de cinco metros )a construcción de grandes presas de contención todavía no era posible* el ba"o caudal de agua durante el verano y el oto(o, unido a las heladas en invierno, obligaron a sustituir las ruedas hidráulicas por máquinas de vapor en cuanto se pudo disponer de carbón
1ngeniería +idráulica Obras Hidráulicas
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)a ingeniería hidráulica -tambi#n conocida como ingeniería de recursos de agua. es una de las ramas más antiguas de la ingeniería civil, ya que está presente desde los romanos tradicionales /e ocupa de la proyección y e"ecución de obras relacionadas con el agua, sea para su uso, como en la obtención de energía hidráulica, la irrigación, potabilización, canalización, u otras, sea para la construcción de estructuras en mares, ríos, lagos o entornos similares, incluyendo, por e"emplo diques, represas, canales, puertos, muelles, rompeolas, entre otras construcciones !ambi#n hace referencia a las maquinas hidráulicas )os ingenieros hidráulicos, tienen la función de realizar dise(os, luego materializarlos y operar las obras hidráulicas, a base de investigaciones, pues esta se apoya en gran manera de los resultados experimentales !odas las teorías importantes para la ingeniería hidráulica, a su vez son sustentadas por el uso de instrumentos matemáticos, que van modernizándose de acorde a los tiempos* de todas maneras siempre se obtiene algún coeficiente o fórmula empírica, la cual resulta ser la manera en que se resuelven los problemas prácticos, luego de haberla determinado por medio de experimentos de laboratorio, de obras construidas y de operantes &xisten tres grandes áreas en donde la ingeniería hidráulica hace maravillas rimero se encuentran las conocidas grandes estructuras, como presas, esclusas, canales navegables, puertos, entre otros $demás de #stas existen otras obras relacionadas con la agricultura, llamadas continuamente como parte de la hidráulica agrícola, en donde los sistemas de riego o los de drena"e son las tareas principales 2inalmente, están las obras relacionadas con el medio ambiente, como las presas filtrantes que ayudan a controlar la erosión o los encauzamientos de ríos, que más que construcciones, es el desarrollo de movimientos o cambios del recurso del agua en su estado natural para obtener me"ores resultados
Pasado y Presente de la ingeniería Hidráulica En el Perú Obras Hidráulicas
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&l erú tiene un pasado milenario rico en la e"ecución de obras hidráulicas admirables para su #poca -y aun para la actual. remontado a culturas incas cuando por e"emplo, se cubrieron con verdes sembríos las laderas de muchos valles serranos y coste(os mediante andenerías que al mismo tiempo que estabilización sus empinados taludes, garantizaban el uso racional de las aguas provenientes de largos canales propios, cuando no del propio rio, de la cuenta vecina cruzando en este caso la divisoria que las separaba por su parte más ba"a reconocida posteriormente como tal por via"antes y arrieros quienes siempre elegían este camino para acortar su via"e
&s así como el Valle Sagrado de los Incas y muchas otras campi(as desde 'a"amarca y iura hasta $requipa, %oquegua y !acna aún permanecen cultivadas, produciendo como siempre, a base del arraigo y perseverancia de los campesinos dignos herederos de sus ancestros &n el erú se empezaron a construir presas de cal y canto en la #poca de la colonia, como el 3Dique de los &spa(oles4 en las nacientes del rio /unbay -$requipa., inconcluso debido al conflicto entre los interesados de ese entonces y culminado, reci#n en 5667, usando cemento en lugar de cal hidráulica )a que está represando la laguna de $ncascocha sobre el rio 8auca se construyó ya en la #poca republicana y, por último, la presa 9iconga, ubicada en la cuenca alta del rio ativilca y puesta en servicio en 567, resulta ser la última presa de gran altura construida en tiempos modernos con alba(ilería de piedra &n cuanto a las presas de materiales sueltos, el erú tiene el privilegio de haber tenido la s#ptima más alta del mundo, allá por el a(o de 56;<, con la presa de enrocado %al aso de =< m de alto construida por la 'erro de asco 'opper'orporation sobre el rio %antaro con fines hidroel#ctricos >especto a las conducciones de agua que se revistieron, primero de alba(ilería de piedra y despu#s de concreto simple, con el ob"eto de eliminar las p#rdidas de agua por filtración y de aumentar su eficiencia al disponer de una mayor velocidad del flu"o de agua, debemos indicar lo siguiente Desde fines de los a(os ;? se innovó la tecnología imperante en el erú con varios canales Obras Hidráulicas
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revestidos en los valles de 'hira 'a(ete, 'hili, etc, y en primera vez con procedimientos muy veloces, a fines de los a(os @? en el canal !ablazo revestido de concreto !"ro#ecto San $oren%o "iura&'
or último, con motivo de la rehabilitación del canal Choclococha sobre los A,??? msnm -royecto !ambo 'caracocha, +uancavelicaBisco. se utilizaran selladores elastomericos de poliuretano en las "untas de dilatación del revestimiento de ese canal, para garantizar su hermeticidad y durabilidad, aplicando metodologías modernas en lo que ha sido el talón de $quiles de todos los canales construidos en las punas del erú
'on referencia a los túneles o galerías, si bien para su excavación se prefiere todavía el m#todo tradicional que usa explosivos -perforación, disparo y limpia., existen los túneles de 'arhuaquero -)ambayeque. en la d#cada de los ? y 'himay -Cunín., actualmente en construcción, en los que se ha aplicado la metodología de excavación a plena sección y sin uso de explosivos con el equipo de perforación conocido por 3topo4 -!%. &n el caso del pro#ecto
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(ngostura !(re)uipa& está previsto utilizar nuevamente esta tecnología para perforar gran parte de sus ; túneles que sobrepasaran los 5= Em de longitud total $sí el erú estará al nivel de otros países que aplican este procedimiento desde hace mucho
O*R(S +IDR(U$IC(S
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/e considera obra hidráulica a la construcción de bienes que tengan naturaleza inmueble destinada a la captación, extracción, desalación, almacenamiento, regulación, conducción, control y aprovechamiento de las aguas, así como el saneamiento, depuración, tratamiento y reutilización de las aprovechadas y las que tengan como ob"eto la recarga artificial de acuíferos
Clasificación y características de las obras hidráulicas &n el erú al igual que en otras partes del mundo, se les da el nombre de obras hidráulicas a las estructuras que se construyen para fines de almacenamiento o conducción de agua, y excluye aquellas que en contacto con el agua cumplen distintas funciones, como los muros de encauzamiento, estribos y pilares de los puentes, al igual que los espigones y muelles de los puertos &ntendidas de esta manera, las obras hidráulicas cubren una amplia gama de propósitos específicos y, por eso mismo pueden agruparse del modo que correspondan al orden como se ubican entre la fuente de agua a aprovechar y el punto terminal donde se quiere utilizarla: Fbras de captación resas de embalse $liviaderos de demasías en los embalses 'anales de conducción &sclusas %uelles !úneles hidráulicos 'entrales hidroel#ctricas $lcantarillado ocatoma • • • • • • • • • •
LA RECARGA ART!CAL "E AC#$!ER%& Obras Hidráulicas
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)a recarga artificial es una t#cnica de gestión de recursos hídricos extendida a nivel mundial 'onsiste en la introducción expresa de agua al acuífero, mediante variedad de sistemas como balsas de infiltración, pozos de recarga profunda, zan"as y otros mecanismos
Ti'os de acuíferos )os acuíferos se clasifican en cuanto a su estructura, su comportamiento hidráulico, su textura, su litología, y la movilidad de su agua &n cuanto a su estructura y su comportamiento hidráulico pueden clasificarse en 3libres4, 3confinados4 o 3semiconfinados4 Gn mismo acuífero puede ser libre, confinado y semiconfinado según sectores y el área de estudio
El acuífero (subesti)ado* freático o libre+ &s aquel en el que se encuentra una superficie libre y real de agua encerrada en contacto con el aire y la presión atmosf#rica, por lo que su presión es en realidad igual a la presión atmosf#rica Ho tienen una capa de materiales impermeables encima de ellas &n el acuífero libre el nivel freático coincide con la superficie y se encuentra en contacto directo con la zona subsaturada del suelo /u posición varía dependiendo de la #poca de lluvias o las #pocas secas Los acuíferos (confinados+* (cauti,os+* (a 'resión+ o (en carga+ /on aquellos cuerpos de agua que se acumulan en la roca permeable y están encerrados entre dos capas impermeables
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&n estos acuíferos el agua está sometida a una presión mayor a la de la atmósfera y ocupa todos los poros y huecos de la formación geológica saturándola totalmente Ho existe 3zona no saturada4 /i se perfora este acuífero, el nivel de agua ascenderá hasta situarse en una posición que coincidirá con el nivel de saturación del acuífero en el área de recarga &l agua está sometida a una presión mayor a la atmosf#rica y sólo recibe agua de lluvia en zonas donde los materiales son permeables en puntos generalmente distintos de donde reside el cuerpo del agua
El acuífero (se)i-confinado+ Fcurre cuando el estrato de suelo que lo cubre tiene significativamente menos permeabilidad que el acuífero en sí, pero no es impermeable, permitiendo que ocurra la descarga y recarga a trav#s de este estrato )os beneficios del uso de agua subterránea están claramente demostrados, ya que los acuíferos -Gn acuífero es la formación geológica permeable que permite la circulación y el almacenamiento del agua subterránea por sus poros o grietas. funcionan como un almacenamiento de agua que, gestionados de manera eficiente, "uegan un papel crucial en: • • • • • •
>educción de la pobreza e incremento del nivel de vida $umento de la sostenibilidad >educción de riesgos económicos y sanitarios 1ncremento del potencial de irrigación Distribución equilibrada de la riqueza >educción de la vulnerabilidad ante episodios climáticos adversos -e" sequías.
./todos de Recarga )os pozos y sondeos son los sistemas de recarga artificial más utilizados cuando el acuífero se encuentra a una cierta profundidad /u uso tambi#n es frecuente en los casos en los que la disponibilidad de terrenos es restringida Gn condicionante totalmente necesario para acometer cualquier tipo de recarga artificial de acuíferos es precisar aguas excedentes -agua no empleada en regadío ni en abastecimiento. que pueden provenir de las siguientes fuentes •
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$gua superficial continua o discontinua -curso fluvial permanente o escorrentía esporádica de aguas de tormenta. tomada directamente de los cauces y embalses o sometida a un cierto grado de tratamiento antes de preceder a su introducción en el acuífero $gua residual dom#stica que con un cierto grado de tratamiento es posible reutilizar o mezclar con agua de una me"or calidad que tendría otro origen
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$gua perteneciente a otro acuífero que procedería del aprovechamiento y captación de sus manantiales o de las urgencias difusas que tienen lugar en los ríos que discurren o atraviesan la superficie del acuífero
$(,UN(S O *($S(S D- IN.I$TR(CIÓN )as balsas, canales y campos de inundación persiguen extender agua sobre el terreno para aumentar la superficie de infiltración )as balsas son dispositivos alargados o de contorno irregular, en general poco profundas, donde la infiltración se produce predominantemente por el fondo )os canales se construyen siguiendo la topografía del terreno y son dispositivos rectilíneos donde la infiltración se produce tanto por el fondo como por las paredes
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laterales )os campos de inundación son campos de labor que, en determinadas #pocas del a(o en que existen excedentes hídricos, se riegan, sin que se da(en los cultivos, con elevadas dotaciones
&n ocasiones tambi#n es posible planificar obras de mayor envergadura como es la construcción de embalses sobre cerradas que no son totalmente impermeables &l alta de estanqueidad que afecta a estos dispositivos permite que una parte del agua almacenada en la presa se infiltre en el acuífero y se pueda regular mediante bombeo a trav#s de pozo &n cuanto al segundo grupo de m#todos, que se conocen con el nombre de sistemas de recarga en profundidad, se emplean de una forma generalizada en terrenos formados por una alternancia de niveles permeables e impermeables
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&l dispositivo de recarga que se emplea es normalmente un sondeo profundo a trav#s del cual se inyecta agua en el acuífero, aunque tambi#n se utilizan pozos someros con o sin drenes o galerías horizontales construidas en su fondo y situadas ba"o el nivel freático &n algunas ocasiones se pueden aprovechar las simas y dolinas existentes en los terrenos calcáreos para introducir directamente agua en los acuíferos )as principales imputaciones que se realizan a la tecnología de la recarga artificial de acuíferos se relacionan con su alto coste y con los fenómenos de colmatación que se presentan en la mayoría de las instalaciones &l primer factor enunciado anteriormente es relativo y debatible, ya que no sólo depende de análisis estrictamente económicos, sino tambi#n de consideraciones sociales y ecológicas
CONSTRUCCIÓN D- /(N0(S 1 DI2U-S -N -$ INT-RIOR D-$ C(UC"(R( $( R-C(R,( &videntemente, cuando la recarga se efectúa mediante sondeos el coste es notablemente superior )o mismo ocurre con la recarga de aguas residuales si se consideran los remanentes correspondientes al tratamiento y depuración Obras Hidráulicas
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&n lo referente a los fenómenos de colmatación la recarga artificial exige unos condicionantes muy rigurosos en lo que respecta al agua de recarga )a afección sobre la tasa infiltración de las instalaciones es tan importante que incluso en los casos donde se opera con una ba"a concentración de sólidos en suspensión es necesario programar sistemas de limpieza y descolmatado de los dispositivos de recarga $l cabo de un cierto tiempo y volumen de agua recargado es posible que se tengan que abandonar las instalaciones al no poderse regenerar su capacidad de infiltración con caudales operativos
Venta3as # des4enta3as de las soluciones en recarga artificial de acuífero5 -ntre las 4enta3as de la t6cnica ca7e destacar5 •
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$lmacenar agua en los acuíferos, especialmente en zonas de escasa disponibilidad de terreno en superficie o sin posibilidad de otras formas de embalsamiento &liminación de patógenos, sustancias químicas, etc del agua durante el proceso de infiltración a trav#s del suelo y su posterior residencia en el acuífero, suavizando diferencias cualitativas y reduciendo riesgos medioambientales, incluidos aquellos relacionados con la salud Gtilización del acuífero como embalse regulador, almac#n y red de distribución dentro de un sistema integrado, permitiendo suavizar fluctuaciones en la demanda y reducir el descenso del nivel del agua por sobreBbombeo>educir las p#rdidas por evaporación respecto al agua embalsada y compensar la p#rdida de recarga natural en un acuífero por actividades antrópicas 1ntegración de actividades lesivas en el marco del desarrollo sostenible, tales como el tendido de barreras hidráulicas para la intrusión marina, la prevención de problemas geot#cnicos, la reutilización de aguas residuales urbanas, la regeneración hídrica de humedales, etc %e"ora económica de zonas deprimidas 1ntervención para aminorar la desertización, cambio climático, erosión de suelos, etc
-ntre los incon4enientes ca7e destacar5 Irado de conocimiento incipiente de su potencial 9isión principalmente hidráulica de la política de gestión hídrica, que la considera una 3t#cnica especial4 o 3alternativa4 &scasez y falta de continuidad en las experiencias, que van cobrando importancia creciente &scasa dedicación en las publicaciones de gestión hídrica del erú y del mundo
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&s preciso realizar varios estudios y proyectos para minimizar los riesgos e impactos ambientales previamente a la construcción de dispositivos &s necesario un control durante el dise(o y construcción, así como planificar y llevar a cabo un programa de vigilancia y control
T01ELE& T8neles hidráulico' /on construidos para transportar agua, principalmente en hidroel#ctricas, abastecimientos, sistemas de riego, navegación, canalización, etc Dependiendo del r#gimen hidráulico, #stos pueden ser a presión o a flu"o libre &n la 2otografía se puede apreciar la desembocadura de un túnel hidráulico a flu"o libre
&n relación a su longitud 'ortos /i la longitud no supera @?? m %edianos /i la longitud se encuentra en el rango de @?? a 7??? m )argos 'uando la longitud tiene entre 7 y @ Em %uy largos /i la longitud supera @ Em • • • •
Construcción Obras Hidráulicas
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)a construcción de túneles tiene diferentes y variadas formas de hacerse: •
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or cambios bruscos en temperatura: este es el sistema más clásico de todos, consiste en hacer una hoguera en el frente del túnel para calentar la roca, más tarde se le aplica agua fría lo que producirá un resquebra"amiento y posibilitará una fácil remoción or perforación y voladura: )a perforación en este caso se hace por medio de la colocación de tacos de dinamita para luego volar la roca y perforar de este modo, luego de la voladura se debe sacar el humo y todos los agentes que puedan causar contaminación por medio de extractores, se comienza a sacar el material volado, se acondiciona luego con todos los servicios y hasta que no se termine este ciclo, no se puede comenzar con el otro erforación completa: /e hacen con unas máquinas especiales, sólo se pueden hacer perforaciones circulares, la superficie que es excavada quedará casi completamente lista para empezar a funcionar lo que evitará las sobre excavaciones, además el material excavado se lleva a la parte posterior de la máquina por medio de bandas transportadoras mane"ando de ese modo una eficiencia máxima 'on rozadoras: &s un brazo hidráulico articulado con dos ruedas que poseen elementos abrasivos, este brazo se puede mover tanto horizontal como verticalmente
&stas obras de desvío o de ulterior conducción subterránea están generalmente revestidas con concreto, que puede ser simple o tener armadura de refuerzo si la galería a construir será auto portante o no, por causa del buen o mal terreno a atravesar )a mayoría de las veces, y sin importar que la roca perforada haya sido de buena calidad, se le reviste por razones eminentemente hidráulicas a el fin de aumentar su velocidad de conducción y, así, disminuir su diámetro y, por consiguiente, el costo de excavación
)os túneles para conducir agua, tienen forma de herradura y cuando van a estar a presión, generalmente, su forma es circular &l revestimiento de las galerías puede variar desde un recubrimiento con concreto lanzado -shotcrete. en una o dos capas -con o sin refuerzo de malla de alambre y últimamente de
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fibra. hasta un revestimiento de concreto vaciado neumáticamente detrás de encofrados metálicos deslizantes &n el erú existe una gran cantidad de túneles revestidos, desde aquellos que se construyeron a 3sección mínima4 que permite un traba"o subterráneo rápido y eficiente, aunque resulte excesiva para la cantidad de agua a conducir, hasta los de mayores secciones requeridas por los grandes caudales de agua a transportar %uchas de estas galerías sobrepasan los 5? Em de longitud y algunas bordean los 7? Em -el t8nel de Ol9os en actual construcción llegará a los 56; Em.
)os túneles que atraviesan las divisorias entre cuencas tienen mayormente un trazo rectilíneo y solo pueden ser traba"ados por sus frentes de entrada y salida ero cuando reemplazan a los canales a media ladera que deberían abrirse en terrenos abruptos o ca(ones cerrados de roca viva, seguirán por razones constructivas las sinuosidades del terreno, para ser atacados simultáneamente por varios frentes de traba"o 2rentes a los que está previsto llegar por sus respectivas ventanas de acceso De esta manera, se han construido, por e"emplo, las galerías del sistema de centrales hidroel#ctricas en cadena de los ríos 'hili, aucartambo, >ímac y /anta &ulalia, que en más de caso han sobrepasado los 7? Em de longitud total or razones de logística desde una de sus bocas, avanzando en retroceso hasta la otra boca )a descripción que sigue sobre los túneles de gran longitud -mayores de A Em. construidos en el erú, tratará de cubrir todo el país con los más importantes de cada sitio, siempre y cuando hayan sido revestidos con concreto, si no totalmente, por lo menos en longitudes importantes De esta manera, el primero resulta siendo el túnel 'ulqui construido para fines de irrigación, con un poco más de @ Em de largo y sección en herradura
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cercana a los @ m de alto, totalmente revestido con concreto simple de ?;? m de espesor y que atraviesa el macizo monta(oso que separa a los ríos Juiroz y 'hipillico, afluentes del 'hira 'ontinúa el trasandino de Flmos, todavía en proceso de excavación desde sus dos bocas y que, en este momento, ha llegado a la cuarta parte de los 56; Em previstos &l traba"o de revestimiento realizado allí, sin contar el tratamiento con shotcrete tambi#n efectuado, alcanza una longitud cercana a los 7 Em de sección totalmente revestida &ste túnel cumplirá el doble propósito de irrigación y generación de energía el#ctrica /iguiendo hacia el sur están los túneles 'hotano y 'onchano, ambos aproximadamente de A7 Em de longitud, inicialmente para fines de irrigación 2ueron construidos durante muchos a(os de penoso traba"o dentro de calizas Eársticas y , por tanto, al revestimiento de concreto de toda su sección se agrega el llenado de cavernas con muros secos de piedra o de concreto ciclópeo para los hastiales y con 3bolsacretos4 en la bóveda, así como el relleno de las sobreBexcavaciones con concreto adicional %ás adelante se encuentra el túnel de 'arhuaquero en la margen derecha del río 'hancay -departamento de )ambayeque., el primero construido en el erú por el m#todo !%, es decir, utilizando el 3topo4 para excavar, a sección completa y sin uso de explosivos, Em de galería de casi A m de diámetro de los 5;@ Em que tiene )a finalidad de este túnel es alimentar la central hidroel#ctrica del mismo nombre /u revestimiento ha sido mayormente con concreto lanzado -shotcrete. y, excepcionalmente, con revestimiento completo de concreto -zonas de roca d#bil o con muchas fracturas. $simismo, corresponde mencionar el proyecto 'havimochic, que continua construy#ndose desde hace a(os, con propósito principal de al irrigación, y que cuenta con A< Em de galerías a lo largo de los 5@? Em previstos hasta 'hicama &n los primeros tramos del canal de derivación, ubicados entre los ríos /anta y 9irú, están los túneles de mayor sección transversal construidos en el erú para la conducción subterránea de agua que sea a pelo libre -65 m;Ks de capacidad. )a característica más importante de estos túneles en su con"unto es su revestimiento total y mayor de concreto simple -sin armadura de refuerzo. en el tramo correspondiente al paquete 3$4 compuesto por galerías con 5 Em de longitud y donde la mayor de ellas alcanza los 5? Em )as pocas zonas revestidas con concreto armado en este tramo corresponden a los sitios donde la roca atravesada fue de mala calidad &n el tramo correspondiente al paquete 34, en cambio, todos los túneles construidos están revestidos con concreto armado cualquiera haya sido la calidad de la r oca !ambi#n sobre la misma margen derecha del río /anta, decenas de Eilómetros aguas arriba de la bocatoma de 'havimochic se ubica el antiguo proyecto hidroel#ctrico de 'a(ón del ato, íntegramente en subterráneo, que comenzó a construirse en 56A; y se terminó 5@ a(os más tarde &sta es una galería a presión de @ Em de longitud, totalmente revestida con concreto simple y @A? m de diámetro interior $ctualmente se está traba"ando en el aumento de la capacidad de conducción de este sistema, de A m;Ks a =7 m;Ks , con el fin de posibilitar la instalación de otra turbina en la 'entral &l túnel trasandino de %arcapomacocha, que descarga al río /anta &ulalia tributario del >ímac por su margen derecha, es como el anterior, igualmente a presión, pero que, por razones constructivas, tuvo que traba"arse en
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contrapendiente desde ambas bocas, lo cual explica su forma de sifón invertido combinado con salida a pelo libre &s una galería de casi 5? Em de longitud revestidos parcialmente $ctualmente /edapal está llevando a cabo los proyectos %arca 111 y %arca 11, el primero de los cuales, listo para entrar en servicio, hará el trasvase de las aguas que colecta, por el túnel %arcapomacocha y el segundo, por uno independiente que descargará en el río lanco, afluente del >ímac por su margen izquierda &ntre ambos proyectos se llegará a una longitud acumulada de túneles que sobrepasa los 7? Em previstos a revestirse )a finalidad principal de estos dos sistemas de trasvase $tlánticoBacífico es me"orar el abastecimiento de agua potable de la Iran )ima recisamente a lo largo de los 7 primeros ríos se tienen aprovechamientos hidroel#ctricos consecutivos -en cadena., donde predominan las largas galerías revestidas como parte de sus respectivos sistemas de conducción a pelo libre &sto debido a lo abruptas que son las márgenes del >ímac y su afluente /anta &ulalia en el trayecto comprendido entre !amboraque, >icardo alma, +uinco, %oyopampa y +uampaní &n la sierra central del país existen dos proyectos hidroenerg#ticos pertenecientes a 'entromín conocidos como 8aupi -ya construido. y 8uncán -en plena construcción para túneles a presión. que aprovechan las aguas del río aucartambo, con conducciones coincidentemente cercanas a los 75 Em totales en caverna y parcialmente revestidas, en ambos casos
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&l túnel a presión del %antaro que abastece a las centrales hidroel#ctricas /antiago $ntúnez de %ayolo y >estitución se terminó de construir en 56=7 !iene 7? Em de longitud, A? m de diámetro, 6< m;Ks de capacidad y está íntegramente revestido e incluso se ha blindado con planchas metálicas cerca de 5@ Em de su parte terminal Debido a que desde 56=A viene funcionando ininterrumpidamente y sin ningún mantenimiento, no se han corregir los graves problemas surgidos a lo largo del tiempo que su capacidad inicial cerca del ;?L )a conclusión a la que se ha llegado finalmente es que para repararlo sin que tengan que paralizarse ambas centrales, los soportes principales del sistema interconectado nacional, será necesario construir un a segundo túnel paralelo >esulta finalmente muy importante resaltar que el volumen de concreto colocado como revestimiento de toda la galería sobrepasó los 5??,??? m;, con la particularidad de haberse requerido el uso de cemento portland tipos 11 y 9 en un tramo importante, por la presencia de aguas de filtraciones cargadas de sulfatos $l sur del túnel %antaro se encuentra en actual proceso de desarrollo el proyecto >ío 'achi para cumplir un propósito múltiple -riego, agua potable y generación de energía., que incluye al túnel 1chocruzB'hiara, de ; m de altura y = Em de longitud totalmente revestidos 'ontinuando, se llega a la derivación del río 'olca que, para regar las pampas de %a"es y /iguas, se ha tenido que construir una conducción de ;A m;Ks de capacidad que, entre la bocatoma !uti y el túnel terminal, tiene 5?5 Em de longitud, de los cuales solo 5; Em corresponden a canales y los Em restantes, a galerías totalmente revestidas $ estas hay que agregar los 7? Em de túneles revestidos entre la bocatoma itay y las pampas de %a"es con 7?m;Ks de capacidad %ás al sur se encuentra el proyecto de irrigación asto Irande en el departamento de %oquegua, donde se ha construido el túnel Cachacuesta con más de = Em de longitud y 57 m;Ks de capacidad, revestido en sus dos modalidades: sección completa y media sección inferior
E&CL#&A&
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)as esclusas son una serie de compuertas dise(adas para que una embarcación pase de un nivel de agua a otro 'onstituyen una sección del canal cerrada por compuertas en sus dos extremos y donde el nivel del agua aumenta o disminuye a voluntad mediante válvulas o aliviaderos hasta alcanzar el nivel de la parte más alta o el de la parte más ba"a* cuando el nivel de la esclusa se ha igualado con el del tramo del canal la compuerta correspondiente se abre y el barco entra o sale de la esclusa )as compuertas típicas son de doble ho"a y se sitúan en los extremos del vaso, al que cierran, formando un diedro, de donde les viene la denominación de puertas Mde mitra4 con el ángulo obtuso a contra corriente, lo que permite que la presión del agua ayude a cerrarlas Desde el punto de vista de la ingeniería los aspectos fundamentales en el dise(o de una esclusa son: B ubicación planialtim#trica en el cuerpo de la presa B determinación y dise(o del sistema de llenado desde el punto de vista hidráulico B el cálculo estructural resistente -cuenco. B el dise(o de las partes electro mecánicas -compuertas y sistema de bombeo. &l nivel factible de salvar con una sola esclusa ha ido creciendo con los a(os, siendo actualmente, en casos generales, de unos ;@m )as esclusas, que se utilizan en la mayoría de los canales de varios tramos, tienen ciertos inconvenientes )os costos de construcción y mantenimiento son muy elevados* cuando los barcos son de gran tonela"e, resulta difícil mantener el suministro de agua para alcanzar el nivel del tramo superior, y además se crean corrientes que tienden a igualar los niveles, lo que hace que se produzcan grandes p#rdidas en los niveles superiores en cada operación
Ti'os de esclusas2
O4aladas5 ertenecen a la primera etapa de construcción del 'anal y permiten el paso de dos barcazas a la vez /us dimensiones oscilan entre 7?B7@ metros de largo por 5? metros de ancho /on más costosas de e"ecutar y más lentas de llenar &n total hay ;A esclusas de estas características Rectangulares5 'orresponden a la etapa en que se privatiza la construcción del 'anal /upone un ahorro de coste en su construcción y un llenado más rápido, aunque solamente permite el paso de una barcaza 'orresponden al siglo 010 y en total son 5@ esclusas, las dimensiones son de ;? metros de largo por @ metros de ancho
.unciona9iento &structuralmente la esclusa es un canal que comunica los niveles de agua aguas arriba y deba"o de una presa, debiendo cumplir dos requisitos opuestos: Bque la esclusa se llene lo más rápidamente, en no más de 5@ minutos, para no alterar el tráfico de buques y barcazas Bque el llenado no sea tan rápido como
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para causar esfuerzos peligrosos en los cables de amarre de las embarcaciones, evitando que #stas choquen contra los muros o entre sí Durante el proceso de llenado, las embarcaciones presentan una escasa revancha ba"o quilla, entrando agua con carga elevada Durante el proceso de vaciado, esta situación no se presenta, por lo que la condición crítica se da durante el llenado )a operación de llenado y vaciado se hace a trav#s de un sistema de conducción, ubicado en los muros de las esclusas y auxiliados por bombas &s necesario disponer de estas últimas para uniformar la carga y la descarga /i las válvulas se abrieran en forma instantánea, una onda abrupta via"aría a lo largo de la esclusa y luego se refle"aría, sometiendo la embarcación a esfuerzos longitudinales que romperían las embarcaciones y las estrellarían contra las compuertas /i la apertura es parcial, este desbalanceo es menor y se amortigua rápidamente, aumentando, sin embargo, el tiempo de llenado )a presencia de embarcaciones produce efectos secundarios que obligan a estudiar el fenómeno mediante modelos físicos )os conductos de llenado y vaciado pueden colocarse en los muros laterales yKo en la losa de fondo con entradas ubicadas a todo lo largo de los muros para lograr un llenado y vaciado uniforme &l tiempo de llenado se calcula en función de las fórmulas de orificio
"artes de una esclusa 5 -97arcadero5 peque(o ensanchamiento existente aguas arriba o aba"o de la esclusa que permitía atracar barcas durante la noche, ya que el paso de las esclusas solamente estaba permitido Mde sol a solM 7 Co9puertas5 es el elemento fundamental en el funcionamiento de la esclusa con el ángulo obtuso a contra corriente, lo que permitía que la presión del agua ayudara a cerrarlas &n la puerta, una compuerta o Obras Hidráulicas
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ta"adera, accionable desde la parte superior por un mecanismo de guillotina, permitía el paso del agua y el subsiguiente vaciado o llenado del vaso )as puertas se accionaban mediante cabrestante exterior (li4iadero5 permiten en la actualidad el paso del agua con la compuerta cerrada Vaso5 es el cuenco de piedra, de planta rectangular u oval, que sirve de conexión a dos tramos consecutivos del canal situados a diferente cota "uente5 &s elemento imprescindible para el funcionamiento de la esclusa, ya que permite al esclusero el paso de una a otra bancada para el accionamiento de los cabrestantes (l9enara5 el desagNe del cu#rnago que discurría para llevar agua a los distintos mecanismos existentes para el aprovechamiento hidráulico de las esclusas Cu6rnago5 canal que lleva agua para su aprovechamiento en centrales, fábricas o batanes :orros # recatas5 los morros son dos planos verticales y paralelos que se encuentran en los extremos del vaso, en los que se han practicado cuatro acanaladuras verticales que se llaman recatas y que permitían la instalación de tablas de madera para desecar el vaso y permitir la realización de tareas de reparación y mantenimiento -nca3e o telar 5 reba"e de piedra donde se alo"aba la compuerta cuando esta se abría
.unciona9iento de una esclusa
Gna vez desenganchadas las mulas que tiraban de la barcaza, esta se aproximaba a las compuertas superiores de la esclusa, que se encontraban cerradas, al igual que las inferiores
&l vaso de la esclusa se llenaba de agua, al abrirse las ta"aderas de las compuertas superiores )a entrada de agua se mantenía hasta conseguir que el nivel del agua en el vaso fuera el mismo que el del canal por donde llegaba la barcaza
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'uando los dos niveles de agua estaban igualados, se abrían las compuertas de arriba, y se de"aba pasar la barcaza al interior del vaso
/e cerraban las compuertas superiores y se abría la ta"adera de las inferiores para proceder al vaciado del vaso, hasta conseguir que el nivel de agua de este fuera el mismo que el del canal por donde debía seguir su camino la barcaza
'uando estos dos niveles estaban igualados, se abrían las compuertas inferiores de la esclusa, y la barcaza, despu#s de haber enganchado las mulas que la arrastraban por los caminos de sirga, proseguía su via"e por el canal
RA.PA&* E&CAL%1E& 3 "&PA"%RE& "E E1ERG$A )os canales que se dise(an en tramos de pendiente fuerte resultan con velocidades de flu"o muy altas que superan muchas veces las máximas admisibles para los materiales que se utilizan frecuentemente en su construcción ara controlar las velocidades en tramos de alta pendiente se pueden utilizar combinaciones de rampas y escalones, siguiendo las variaciones del terreno )as rampas son canales cortos de pendiente fuerte, con velocidades altas y r#gimen supercrítico* los escalones se forman cuando se colocan caídas al final de tramos de ba"a pendiente, en r#gimen subcrítico )os disipadores de energía son estructuras que se dise(an para generar p#rdidas hidráulicas importantes en los flu"os de alta velocidad &l ob"etivo es reducir la velocidad y pasar el flu"o de r#gimen supercrítico a subcrítico
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Disipadores de energía 'uando el agua corre por el vertedero y los canales o túneles de descarga contiene gran cantidad de energía y mucho poder destructivo debido a las altas presiones y velocidades Ostas pueden causar erosión en lecho del río, en el pie de la presa, o en las estructuras mismas de conducción, poniendo en peligro la estabilidad de las estructuras hidráulicas or lo tanto se deben colocar disipadores de energía ara la selección del tipo de disipador se debe tener las siguientes consideraciones: 5. 7. ;. A. @. <. =. .
&nergía de la corriente &conomía y mantenimiento ya que #ste eleva mucho el costo 'ondiciones del cauce aguas aba"o -roca, suelo erodable, etc. Gbicación de las vías de acceso, casa de máquinas, y demás estructuras hidráulicas ya que su seguridad no puede quedar comprometida 'ongelamiento &fecto de las subpresiones y del vapor de agua sobre las instalaciones Da(os causados a la fauna y la flora por la erosión royectos y poblaciones aguas aba"o
&xisten varios tipos de disipadores de energía, entre los cuales se tienen:
*lo)ues de concreto o 7afles5 /e instalan en el piso del tanque amortiguador para estabilizar el salto suministrando una fuerza en el sentido de aguas arriba !ambi#n se instalan a lo largo del canal de descarga, intercalados, para hacer que el flu"o tenga un recorrido más largo y curveado, disminuyendo su velocidad
Dientes o dados5 /e colocan a la entrada del tanque amortiguador para dispersar el flu"o !ambi#n se colocan en los vertederos y canales de descarga para disminuir la energía por medio de impacto 'uando se colocan en la contraescarpa distribuyen el impacto en un área mayor or medio del uso de modelos reducidos se ha llegado a la conclusión que son muy eficaces para caudales peque(os pero para grandes, el agua se subdivide con violencia y es lanzada en arco de gran altura y al caer provoca socavaciones en el terreno Debe tenerse en cuenta las cargas adicionales sobre la estructura que transmiten los dados amortiguadores al vertedero, para que por mal dise(o de estos no se comprometa la estabilidad de la presa
-stan)ues a9ortiguadores5
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)os estanques amortiguadores tienen su aplicación en vertederos de excedencias, rápidas y estructuras de caída libre &n ellos la energía se disipa por medio de choque ya que el agua cae libre y verticalmente en un estanque en el lecho del río Debido al gran poder erosivo del agua, se tiene que revestir el cauce y sus paredes con rocas o concreto De todas maneras los materiales sufren mucho desgaste por el constante choque por lo que se debe hacer un mantenimiento periódico
CA1ALE& ;' Definición )os canales son conductos abiertos o cerrados en los cuales el agua circula debido a la acción de la gravedad y sin ninguna presión, pues la superficie libre del líquido está en contacto con la atmósfera* esto quiere decir que el agua fluye impulsada por la presión atmosf#rica y de su propio peso
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)os canales pueden ser naturales ->íos o arroyos. o artificiales De estos últimos pueden incluirse aquellos conductos cerrados que traba"an parcialmente llenos -alcantarillas, tuberías. )os canales tienen la finalidad de conducir los caudales de captación desde la obra de toma hasta el lugar de carga o distribución, de acuerdo a la naturaleza del proyecto y en condiciones que permitan transportar los volúmenes necesarios para cubrir la demanda &n general, el canal de aducción en una cuenca de monta(a, es la obra que requiere las mayores inversiones comparando con las demás obras civiles de un sistema hidráulico, ya que debido a su longitud y condiciones topográficas, los volúmenes de excavación, materiales de construcción, etc superan en general al resto de obras civiles -obra de toma, cámara de carga o tanque de almacenamiento. &n muchos casos el costo de inversión del canal será fundamental para establecer la viabilidad de un proyecto
<' Clasificación de los canales De acuerdo con su origen los canales se clasifican en:
<';'Canales Naturales 1ncluyen todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra, los cuales varían en tama(o desde peque(os arroyuelos en zonas monta(osas, hasta quebradas, ríos peque(os y grandes, arroyos, lagos y lagunas )as corrientes subterráneas que transportan agua con una superficie libre tambi#n son consideradas como canales abiertos naturales )a sección transversal de un canal natural es generalmente de forma muy irregular y variable durante su recorrido, lo mismo que su alineación y las características y aspereza de los lechos
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Sección transversal irregular
<'<'Canales (rtificiales )os canales artificiales son todos aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo de la mano del hombre, tales como: canales de riego, de navegación, control de inundaciones, canales de centrales hidroel#ctricas, alcantarillado pluvial, sanitario, canales de desborde, canaletas de madera, cunetas a lo largo de carreteras, cunetas de drena"e agrícola y canales de modelos construidos en el laboratorio )os canales artificiales usualmente se dise(an con forma geom#tricas regulares -prismáticos., un canal construido con una sección transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como canal prismático &l t#rmino sección de canal se refiere a la sección transversal tomado en forma perpendicular a la dirección del flu"o )as secciones transversales más comunes son las siguientes:
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<'<';' Secciones (7iertas Sección trape%oidal5 /e usa en canales de tierra debido a que proveen las pendientes necesarias para estabilidad, y en canales revestidos
Sección rectangular5 Debido a que el rectángulo tiene lados verticales, por lo general se utiliza para canales construidos con materiales estables, acueductos de madera, para canales excavados en roca y para canales revestidos
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Sección triangular5 /e usa para cunetas revestidas en las carreteras, tambi#n en canales de tierra peque(os, fundamentalmente por facilidadde trazo !ambi#n seemplean revestidas, como alcantarillas de las carreteras
Sección para7ólica5 /e emplea en algunas ocasiones para canales revestidos y es la forma que toman aproximadamente muchos canales naturales y canales vie"os de tierra
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<'<'<' Secciones cerradas
Sección circular : &l círculo es la sección más común para alcantarillados y alcantarillas de tama(os peque(o y mediano
Sección para7ólica5 /e usan comúnmente para alcantarillas y estructuras hidráulicas importantes
)a selección de la forma determinada de la sección transversal, depende del tipo de canal por construir* así, la trapecial es muy común en canales revestidos, la rectangular en canales revestidos con material estable como concreto, mampostería, tabique, madera, etc, la triangular en canales peque(os como las cunetas y contra cunetas en las carreteras, y la circular en alcantarillas, colectores y túneles &xisten secciones compuestas como las anteriores que encuentran utilidad en la rectificación de un río que atraviesa una ciudad
(' Canales de Riego a' Canales de riego por su función' Obras Hidráulicas
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)os canales de riego por sus diferentes funciones adoptan las siguientes denominaciones:
Canal de pri9er orden'= )lamado tambi#n canal principal o canal madre y se le traza siempre con pendiente mínima, normalmente es usado por un solo lado ya que por el otro lado da con terrenos altos Canal de segundo orden'= )lamados tambi#n laterales, son aquellos que salen del canal principal y el caudal que ingresa a ellos, es repartido hacia los sub laterales, el área de riego que sirve un lateral se conoce como unidad de riego Canal de tercer orden'= )lamados tambi#n sub laterales y nacen de los canales laterales, el caudal que ingresa a ellos es repartido hacia las parcelas individuales, el área de riego que sirve un sub lateral se conoce como unidad de rotación
7' -le9entos ,eo96tricos de la Sección Trans4ersal de un Canal )os elementos geom#tricos son propiedades de una sección de canal que pueden ser definidos por completo por la geometría de la sección y la profundidad de flu"o &stos elementos son muy importantes y se utilizan con amplitud en el cálculo de flu"o ara secciones de canal regulares y simples, los elementos geom#tricos pueden expresarse matemáticamente en t#rminos de la profundidad de flu"o y de otras dimensiones de la sección ara secciones complicadas y secciones de corrientes naturales, sin embargo, no se puede escribir una ecuación simple para expresar estos elementos, pero pueden prepararse curvas que representen la relación entre estos elementos y la profundidad de flu"o para uso en cálculos hidráulicos )a forma más conocida de la sección transversal de un canal es la trapezoidal, como la que se muestra en la 2igura ;B;
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Dónde: y P tirante de agua, altura que el agua adquiere en la sección transversal b P base del canal o ancho de solera ! P espe"o de agua o superficie libre de agua + P profundidad total del canal +By P borde libre ' P ancho de corona Q P ángulo de inclinación de las paredes laterales con la horizontal
$ continuación se dan las definiciones de varios elementos geom#tricos de importancia básica •
Talud >/?5 &s la relación de la proyección horizontal a la vertical de la pared lateral -se llama tambi#n talud de las paredes laterales del canal. &s decir R es el valor de la proyección horizontal cuando la vertical es 5, aplicando relaciones trigonom#tricas según 2igura ;B;, se tiene:
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Tirante de agua o profundidad de flu3o >#?5 &s la distancia vertical desde el punto más ba"o de una sección del canal hasta la superficie libre, es decir la profundidad máxima del agua en el canal (ncho superficial o espe3o de agua >T?5 &s el ancho de la superficie libre del agua @rea 9o3ada o área hidráulica >(?5 &s la superficie ocupada por el líquido en una sección transversal normal cualquiera "erí9etro 9o3ado >"?5 &s la parte del contorno del conducto que está en contacto con el líquido Radio hidráulico >R?5 &s la relación del área mo"ada con respecto a su perímetro mo"ado, el radio hidráulico es la dimensión característica de la sección transversal, hace las funciones del diámetro en tuberías
"rofundidad hidráulica >D? o profundidad 9edia >#?5 &s la relación entre el área hidráulica y el espe"o de agua
.actor de sección para el cálculo de flu3o crítico5 &s el producto del área mo"ada y la raíz cuadrada de la profundidad hidráulica
,asto (4+ 5 es el volumen de agua que pasa en la sección transversal del canal en la unidad de tiempo, y se expresa en m ; / s
Canales de na4egación Gn canal de navegación es una vía de agua hecha por el hombre que normalmente conecta lagos, ríos u oc#anos /e utilizan para el transporte , a menudo surcados por barcazas en los canales fluviales y por barcos en los canales que conectan oc#anos )os canales de navegación pueden clasificarse en:
*';'
Canales :aríti9os
$nte la necesidad de cortar distancias para los barcos el hombre ha buscado la forma de comunicar mares y que me"or forma de conectarlo que aprovechar las
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características topográficas de la tierra, por e"emplo los istmos, el de anamá y el del /uez, y son efectivamente estos dos puntos donde se han construido canales interoceánicos or e"emplo el canal de anamá conecta el oc#ano acífico con el $tlántico y el canal de /uez conecta al %editerráneo con el oc#ano Sndico !ambi#n existen otros canales de menores magnitudes como el canal de Tiel que evita la vuelta a Dinamarca y conecta el mar áltico y el mar del Horte, el canal de 'orinto en Irecia que evita doblar el eloponeso, tambi#n está la hidrovía del río /an )orenzo que une el oc#ano $tlántico con los grandes lagos de Horte $m#rica
Canal de Kiel
Canal de la Mancha
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Canal de Suez
Canal de Panamá
Canal de Corinto Obras Hidráulicas
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Canales Interiores
/on vías de navegación construidas en la zona continental &stos unen entre sí las vías de comunicación fluviales, pero cuando se trata de grandes ríos es posible que grandes barcos se adentren desde el mar hacia el interior del continente, por esto se podrían denominar de carácter fluvial y marítimo, en el caso de canales con menor capacidad sólo pueden navegar embarcaciones de menor porte, como barcazas de remolque, planchones, motonaves, etc &n el siglo 0111, en 'hina, se construyó el 'anal 1mperial que une eEín con los ríos $marillo y 8iangtseEiang, tiene una longitud de unos 55?? Em /e busca hacerlos cerca de sitios estrat#gicos, como minas, industrias, etc, por e"emplo $lemania tiene un sistema de canales muy desarrollado, al igual que olonia, #lgica, +olanda, 2rancia -'anal du Hord., >usia, entre otros
Canal VolgaDon
Canales de Venecia Obras Hidráulicas
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$lgunos canales de navegación conocidos mundialmente: B 'anal de $lsacia B 'anal de 'orinto B 'anal de Tiel, comunica el mar del Horte con el mar áltico en Alemania B 'anal de anamá, comunica el oc#ano $tlántico y el oc#ano acífico en anamá B 'anal >inB%enoBDanubio B 'anal de la %ancha, comunica Francia con Inglaterra B 'anal de eagle, comunica Argentina con 'hile B 'anal de /uez, comunica el mar %editerráneo con el mar >o"o B 'anal 9olgaBDon
A' Tipos de .lu3os
.lu3o per9anente'= es el flu"o en que las propiedades fluidas, son constantes en el tiempo, a pesar de que las mismas no lo sean en el espacio
.lu3o transitorio o No per9anenteB es el que presenta cambios en sus características al paso del tiempo, para estudiar el comportamiento del canal
.lu3o unifor9eB este es el que se da en un canal recto, cuya sección es de pendiente constante, y se encuentra a una distancia considerable de los puntos en que se realizan las mudanzas de sección transversal, puede ser de forma, de rugosidad, cambio de la pendiente o en una variación del caudal
.lu3o gradual9ente 4ariado'= cuando la profundidad de flu"o cambia a trav#s de la longitud del canal &ste puede ser permanente o no permanente /e clasifica en rápidamente variado o gradualmente variado, dependiendo de la profundidad del agua
.lu3o su7 crítico o flu3o lentoB es el nivel efectivo del agua en una determinada sección
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GA5%1E& )os gaviones fueron utilizados ya por los romanos &n sus inicios, se construyeron muros de gaviones con mimbre trenzado y rellenos de piedra, con el propósito de proteger contra los desprendimientos de rocas +oy todavía, los gaviones rellenos de piedra, alineados y estibados se utilizan para estabilizar taludes ero su diversidad de uso se ha ampliado, multiplicando sus aplicaciones por la alta durabilidad del material -alambre de acero con galvanizado especial., por el modo de monta"e rápido y estable y por formas y acabados especiales
;' Definición &n la ingeniería civil, un muro de gaviones es un muro de contención hecho de contenedores rectangulares -cestas., fabricados de alambre galvanizado en gran medida, estos son llenos de piedras apiladas, unas sobre otras &l uso más común de los gaviones, es estabilizar las costas contra la erosión Ftras aplicaciones incluyen muros de contención y muros de contención temporal !ambi#n es útil para la filtración de los sedimentos de la escorrentía de peque(as presas, temporales o permanentes, así tambi#n como para la formación de ríos y revestimiento de un canal ueden ser utilizados para dirigir la fuerza de un flu"o de agua, de una inundación alrededor de una estructura vulnerable )os gaviones tambi#n se utilizan como barreras para peces en arroyos peque(os )os gaviones tienen algunas venta"as debido a su modularidad y capacidad de apilar en diversas formas, son tambi#n resistentes a ser arrastrados por el agua en movimiento )os Iaviones tambi#n tienen venta"as sobre las estructuras más rígidas debido a que puede a"ustarse al movimiento de tierra, así como tambi#n, disipar la energía de la corriente de agua y el desagNe /u fuerza y eficacia pueden aumentar con el tiempo en algunos casos $ veces se utiliza para mantener las piedras estáticas, evitando que puedan caer de un acantilado de corte o de poner en peligro el tráfico en la vía Debido a las cualidades como flexibilidad, economía y eficacia, el uso de Obras Hidráulicas
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los gaviones se extiende cada día más hacia diferentes tipos de obras de construcción
<' Características5
.leBi7le: &l gavión una vez relleno con piedra sufre deformaciones, y aun así continúa sin perder eficiencia en el caso de presentarse una falla en el suelo
"er9ea7le: &l sistema, al no ser monolítico, facilita la integración en el paisa"e, por las características intrínsecas de los materiales que las componen, son totalmente permeables y, por lo tanto autodrenantes, aliviando por completo el empu"e hidrostático sobre la estructura permite el paso del aire y la luz, y facilita la colonización vegetal de su superficie
Resistencia5 roporciona dominio en todos los esfuerzos de compresión, tensión y torsión
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Dura7ilidad: )a materia prima del Iavión, esta provista de un recubrimiento que logra retrasar los efectos del medio ambiente sobre el acero or su triple torsión no se desarma en caso de ruptura accidental o intencional >esiste la corrosión -cológicas5 Ho causan impacto en el medio ambiente y restablecen el paisa"e primitivo, proporcionando una óptima respuesta a los requisitos ambientales /u capacidad de drena"e contribuye no solo a la estabilización del suelo, sino tambi#n propicia el crecimiento de la vegetación típica de la región, manteniendo incluso el equilibrio del ecosistema
Instalación fácil # econó9ica: Ho requiere mano de obra especializada, uso de herramienta básica
A' Des4enta3as del uso de ga4iones
O7tención de la roca5 Dependiendo de la ubicación de la obra, conseguir la piedra necesaria puede resultar costoso &n estos casos, el traslado de la piedra desde la cantera de origen hasta el lugar de colocación puede convertirse en una carga no asumible
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Ta9ao # tolerancia5 &xisten tama(os que van desde uno a cuatro metros de longitud, de cincuenta centímetros a un metro de alto y proporciones similares para el ancho !ambi#n se permiten curvas con un radio amplio &s factible realizar gaviones a medida para todo tipo de necesidades, aunque tienen un coste levado )os proyectos realizados con gaviones deben observar gran flexibilidad en las tolerancias de e"ecución y los dise(os deben contar con un nivel de detalle donde no tenga excesiva importancia la precisión Deterioro5 &xisten multitud de tipos de alambre /i los utilizados cuentan con un galvanizado pobre, el paso del tiempo acabará por deteriorarlos hasta provocar roturas irreversibles Coloni%ación de plantas # ani9ales5 &l relleno de los gaviones puede convertirse en un lugar donde proliferen las plantas o aniden diversos animales, si no es algo planeado puede resultar una desventa"a
' Co9posición del ,a4ión ';'(la97res gal4ani%ados $ctualmente se producen alambres galvanizados de los calibres y diámetros indicados en la !abla 5
"roceso de gal4ani%ado &l alambre se somete a un tratamiento t#rmico de precocido que le da uniformidad al producto y luego se expone a un ba(o de zinc por inmersión en caliente o por m#todos electrolíticos $l recubrimiento con zinc se le denomina Egal4ani%adoF' &l zinc es un metal anfótero que es capaz de reaccionar químicamente tanto con ácidos como con bases, formando sales de zinc* la reacción del zinc es lenta y se utiliza como protección contra la corrosión
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Tabla 1: Alambres Galvanizados
&l zinc tiene gran resistencia a la corrosión, si el p+ del agua en contacto con el zinc está entre < y 57@ Debe observarse que el p+ en las aguas servidas fluctúa entre seis y ocho y en aguas limpias entre siete y nueve &l principal problema de corrosión es el contacto de los alambres con suelos ácidos, o con agua salada )os gaviones de alambres metálicos no deben utilizarse en áreas costeras &n a(os recientes se han desarrollado sistemas de galvanizado con mayor resistencia a la corrosión or e"emplo, la firma %accaferri desarrolló un sistema que emplea una mezcla de Rinc y $luminio del cual aseguran, aumenta la durabilidad de los alambres hasta en @ veces la de un alambre normal, debido a que la camada oxidada formada sobre la superficie del alambre, despu#s de los primeros a(os, actúa como elemento de protección que posteriormente reduce el proceso de oxidación del alambre
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'<':allas5 &stas pueden ser de las formas siguientes: • • •
+exagonal o de torsión &slabón simple &lectrosoldada
'<';' :allas heBagonales )a malla hexagonal ha sido la tradicionalmente utilizada en todo el mundo &stas tienen la forma de un hexágono )as dimensiones de la malla se indican por su escuadría, la cual incluye el ancho entre los dos entorchados paralelos y la altura o distancia entre entorchados colineales )os gruesos del alambre varían según las dimensiones de las mallas aumentando proporcionalmente con estas ara este tipo de gaviones se emplean generalmente calibres del 57 al 5@ y dimensiones de 57 x 5A y x 5? centímetros )a malla hexagonal de los gaviones de triple torsión permite el tolerar esfuerzos en varias direcciones, sin que se produzca la rotura, conservando una flexibilidad para movimientos en cualquier dirección &n el caso de romperse la malla en un punto determinado esta no se deshilachará, como ocurre con la malla eslabonada /in embargo, la presencia de esfuerzos en las dos direcciones que concluyen en los entorchamientos ha sido mencionada como el principal efecto con respecto a otros tipos de malla )a rotura de las mallas a triple torsión ocurre generalmente en uno de los alambres que concurren al entorchamiento y muy cerca de este último, o sea en el alambre que se ha desentorchado, el cual se rompe a una tensión menor que la carga de falla para el alambre simple
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'<'<' :allas esla7onadas &n las mallas eslabonadas no existe unión rígida entre los alambres, obteni#ndose una mayor flexibilidad ya que permite el desplazamiento relativo de los alambres /u empleo en &uropa se refiere a obras en zonas de gran socavación hidráulica, empleando alambres de tres milímetros de diámetro /u uso en 'olombia se limita por lo general a alambres de calibres diez a doce ara su construcción no se requieren equipos especiales pero su gran flexibilidad dificulta un poco su conformación en el campo $unque no existe p#rdida de resistencia por entorchamiento de la malla* al romperse un alambre, se abre toda la malla )os espaciamientos entre alambres varían por lo general de cinco a doce centímetros, empleándose mayor diámetro del alambre a mayor separación
'<'A' :allas electrosoldadas )a malla electrosoldada es más rígida que las eslabonadas y las hexagonales y su conformación se hace en cuadrículas de igual espaciamiento en las dos direcciones /u comportamiento ha sido eficiente en &uropa en obras donde se requiere de cierta rigidez /u fácil conformación en el campo y su economía de construcción los ha hecho populares y su uso se ha extendido especialmente a obras de construcción de carreteras /u diámetro de empleo varía de alambres calibre diez a doce con espaciamientos de siete a doce centímetros -5? cms es una dimensión típica para alambre calibre 5? y =@ cm para alambre calibre 57. /us cualidades dependen del proceso de soldadura y en especial del control de temperatura en este proceso &s común encontrar alambres frágiles o quebradizos por los puntos de unión o de uniones d#biles o sueltas $demás la desaparición del Rinc en los puntos de soldado los hace susceptibles de corrosión en las uniones ara garantizar una soldadura eficiente se recomienda exigir que esta cumpla con la norma $/!% $5@ )a malla electrosoldada recubierta de 9' ha sido una respuesta efectiva al problema de la corrosión
G' Utili%ación de ga4iones en distintos tipos de estructuras hidráulicas5 &structuras para contener la tierra, como recubrimientos para el fondo de los ríos, muros de contención para excavaciones y diques* para estructuras contra la erosión, en los bordes del mar, de los ríos y canales, en peque(as represas, aliviaderos, azudes, rompeolas, y para protección de presas y orillas de los lagos ara estructuras más grandes se pueden fabricar estructuras hidráulicas Obras Hidráulicas
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de gaviones, como soleras para el fondo de los ríos, incluso en distintas etapas, para permitir a los sedimentos depositarse tras la primera hilera de gaviones Gna vez consolidados, se coloca la segunda fila de gaviones sobre la primera y sobre los sedimentos ya depositados, y así hasta alcanzar la altura prevista de la solera
H' Tipos de ga4iones I'
,a4iones tipo ca3a &l gavión tipo ca"a es una estructura metálica, en forma de paralelepípedo, producida a partir de un único pa(o de malla hexagonal de doble torsión, que forma la base, la tapa y las paredes frontal y trasera $ este pa(o base son unidos, durante la fabricación, paneles que formarán las dos paredes de las extremidades y los diafragmas
&lementos constituyentes de los gaviones tipo ca"a
Despu#s de retirado del fardo, cada elemento debe ser completamente desdoblado y montado en obra, asumiendo la forma de un paralelepípedo &s posteriormente transportado e instalado, conforme a lo definido en el proyecto y amarrado, aún vacío, a los gaviones adyacentes
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Debe ser llenado con material p#treo, con diámetro medio nunca inferior a la menor dimensión de la malla hexagonal )a red, en malla hexagonal de doble torsión, es producida con alambres de acero con ba"o contenido de carbono, revestidos con una aleación de zinc, aluminio -@L. y tierras raras -revestimiento Ialfan., que confiere protección contra la corrosión 'uando está en contacto con agua, es aconse"able que sea utilizada la malla producida con alambres con revestimiento adicional de material plástico, que ofrece una protección definitiva contra la corrosión
Di9ensiones5 )argo: siempre múltiplo de 5 m, varía de 5 m a A m, con excepción del gavión de 5,@ m $ncho: siempre de 5 m $ltura: puede ser de ?,@ m o 5,? m /on empleados en la protección de cauces, y como muros de contención
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II'
,a4iones tipo saco )os gaviones tipo saco son estructuras metálicas, con forma de cilindro, constituidos por un único pa(o de malla hexagonal de doble torsión que, en sus bordes libres, presenta un alambre especial que pasa alternadamente por las mallas para permitir el monta"e del elemento en obra
&lementos constituyentes de los gaviones tipo saco
&s un tipo de gavión extremadamente versátil debido a su formato cilíndrico y m#todo constructivo, siendo que las operaciones de monta"e y llenado son realizadas en obra para su posterior instalación, con el auxilio de equipos mecánicos Ieneralmente es empleado como apoyo para estructuras de contención, en presencia de agua o sobre suelos de ba"a capacidad de soporte, debido a su extrema facilidad de colocación
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&stas características hacen del gavión saco una herramienta fundamental en obras de emergencia Despu#s de montado, es llenado con rapidez, cerca del lugar de utilización /u llenado es realizado por el extremo -tipo saco. o por el costado -tipo bolsa. Despu#s de concluidas estas etapas, los gaviones tipo saco pueden ser almacenados para su posterior aplicación o pueden ser inmediatamente colocados en el lugar de aplicación con el auxilio de una grúa &l llenado con piedras no depende de una colocación tan cuidadosa como en los gaviones tipo ca"a, debido a las características y funciones que desempe(an en las obras en que son empleados )a menor dimensión de las piedras nunca debe ser menor que la abertura de la malla )os amarres entre los gaviones tipo saco no son necesarios )a red, en malla hexagonal de doble torsión, es producida con alambres de acero con ba"o contenido de carbono, revestidos con una aleación de zinc, aluminio -@L. y tierras raras -revestimiento Ialfan., que confiere protección contra la corrosión 'omo estos elementos traba"an en contacto constante con agua y en ambientes normalmente agresivos, se utiliza, para la producción de los gaviones tipo saco, la malla producida con alambres con revestimiento adicional de material plástico, que ofrece una protección definitiva contra la corrosión
Di9ensiones5 )argo: siempre múltiplo de 5 m, varía de 5 m a < m * Diámetro: es siempre de ?,<@ m Obras Hidráulicas
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&ste tipo de gavión por lo general son utilizados principalmente en obra de emergencia o condiciones difíciles, por lo general este tipo de gaviones se suelen armar fuera de la obra y con maquinaria pesada se colocan es su posición final
/us principales aplicaciones son las de encauzamiento de ríos /e utiliza en lugar de los costales de yute llenos de arena !ambi#n es un producto muy práctico como base para muros en terrenos blandos o con presencia de agua
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III'
,a4iones tipo colchón reno &l colchón >eno es una estructura metálica, en forma de paralelepípedo, de gran área y peque(o espesor &s formado por dos elementos separados, la base y la tapa, ambos producidos con malla hexagonal de doble torsión
&lementos constituyentes de los gaviones tipo reno
&l pa(o que forma la base es doblado, durante la producción, para formar los diafragmas, uno a cada metro, los cuales dividen el colchón en celdas de aproximadamente dos metros cuadrados &n obra, el colchón es desdoblado y montado para que asuma la forma de paralelepípedo osteriormente es transportado y ubicado conforme a lo especificado en el proyecto y, cosido, aún vacío, a los colchones >eno Debe ser llenado con material p#treo, con diámetro medio nunca inferior a la menor dimensión de la malla hexagonal
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/on estructuras flexibles adecuadas para la construcción de obras complementarias tales como plataformas de deformación para proteger la base de los muros, canal etas de drena"e, revestimiento de taludes además de su función principal, que es actuar como revestimiento flexible de márgenes y fondos de cursos de agua )a red, en malla hexagonal de doble torsión, es producida con alambres de acero con ba"o contenido de carbono, revestido con una aleación de zinc, aluminio -@L. y tierras raras -revestimiento Ialfan., que confiere protección contra la corrosión 'omo estos elementos traba"an en contacto constante con agua y en ambientes normalmente agresivos, utilizándose, para la producción de colchones >eno, la malla producida con alambre con revestimiento adicional de material plástico, que ofrece una protección definitiva contra la corrosión /e debe recordar que, aun cuando en la fase de dise(o el B &lementos constituyentes de los colchones >eno, es casi imposible hacer previsiones sobre cuáles serán su calidad despu#s de algunos a(os 'uando sea necesario, los colchones >eno pueden ser montados, pre armados y posteriormente colocados en agua, con el auxilio de equipos mecánicos
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Di9ensiones5 )ongitud: siempre es múltiplo de 5 m, varía entre ; m y < m $ncho: es siempre de 7 m &spesor: puede variar entre ?,5= m, ?,7; m y ?,;? m Dichos gaviones se utilizan en las obras de protección de lechos y orilla, tanto en ríos como en torrentes
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LA& CE1TRALE& H"R%ELECTRCA& )a función de una central hidroel#ctrica es utilizar la energía potencial del agua almacenada y convertirla en energía el#ctrica &sto se realiza a trav#s de un sistema de capatación de agua, la cual es conducida a las turbinas &l agua, al pasar por las turbinas a gran velocidad, provoca un movimiento de rotación que finalmente se transforma en energía el#ctrica por medio de los generadores Gna vez utilizada, el agua es devuelta río aba"o ueden clasificarse en centrales de pasada, centrales con embalse y centrales de bombeo 'lasificación según el tipo de embalse )as centrales hidroel#ctricas tienen el inconveniente de la fluctuación del caudal del río, con lo cual varia la potencia disponible )a demanda de la energía fluctúa tambi#n* pero sus fluctuaciones no coinciden con las del caudal* la fluctuación de la demanda es prácticamente debil en los diversos periodos del a(o, pero es muy grande en las diferentes horas del dia* mientras que las variaciones de caudal suele tener un comportamiento opuesto, es decir, grande en diferentes periodos del a(o, y muy peque(a en las diferentes horas del mismo dia )a regulación de estas variaciones es el ob"eto del embalse a. 'entrales de agua fluyente o centrales sin embalse: &stas centrales se construyen en los sitios en donde la energía hidráulica disponible se puede utilizar directamente para accionar las turbina y en donde, de no existir la central, esta energía se desperdiciaría &n ellas el agua no turbinada se derrama por el aliviadero de la central /e subclasifican en centrales con reserva -diaria o hebdomadal. o sin reserva )a peque(a acumulación existente en las centrales con reserva no merece el nombre de embalse )a mayor parte de las centrales pertenecen a esta categoría: existiendo gran numero de centrales de agua fluyente con reserva hebdomadal
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b. 'entrales con embalse o de regulación &stos aprovechamientos hidroel#ctricos tienen la posibilidad de almacenar las aportaciones de un río mediante la construcción de un embalse &n estas centrales se regulan los caudales de salida para ser turbinados en el momento que se precisen !ambi#n se incluyen las centrales que se sitúan en embalses construidos para otros usos, como son riegos o abastecimiento en poblaciones
c. 'entrales de acumulación por bombeo Disponen de dos embalses situados a diferente nivel 'uando la demanda de energía el#ctrica alcanza su máximo nivel a lo largo del día, el agua, almacenada en el embalse superior, hace girar el rodete de la turbina asociada a un alternador funcionando como una central convencional generando energía Despu#s el agua queda almacenada en el embalse inferior Durante las horas del día en la que la demanda de energía es menor el agua es bombeada al embalse superior para que pueda hace el ciclo productivo nuevamente ara ello la central dispone de grupos de motoresB bomba o, alternativamente, sus turbinas son reversibles de manera que puedan funcionar como bombas y los alternadores como motores d. 'entrales
mareomotrices
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&stas centrales utilizan la energía de las mareas, o sea las diferencias de energía potencial que adquiere el agua del mar en marea alta y ba"a denominada amplitud de la marea &sta amplitud varia a trav#s del a(o en las diferentes costas del planeta &n marea alta el agua se acumula y en marea ba"a se turbina )as mareas de los oc#anos constituyen una fuente gratuita, limpia e inagotable de energía /olamente 2rancia y la ex Gnión /ovi#tica tienen experiencia práctica en centrales el#ctricas accionadas por mareas )a energía mareomotriz es una de las catorce fuentes nuevas y renovables que estudian los organismos especializados de las Haciones Gnidas &sta energía está disponible en cualesquiera clima y #poca del a(o )as mareas pueden apreciarse como variación del nivel del mar, con un período de aproximadamente 57 horas ;? minutos, con una diferencia de nivel de unos 7 metros que, conforme a la topografía costera la diferencia entre ba"amar y pleamar puede llegar en unos pocos casos hasta los 5@ metros 8 esta característica se observa en un centenar de lugares )a t#cnica utilizada consiste en encauzar el agua de la marea en una cuenca, y en su camino accionar las turbinas de una central el#ctrica 'uando las aguas se retiran, tambi#n generan electricidad /e considera que los lugares más viables para aprovechar esta energía son unos A?, que rendirían unos: ;@???? IUKh anuales ara obtener esta cantidad de energía sería necesario quemar unos 77? millones de barriles de petróleoKa(o
'lasificación según la altura neta del salto &sta clasificación es importante porque el salto, más que ninguna otra característica determina el tipo de las instalaciones del aprovechamiento hidroel#ctrico -presa, canal de derivación, conducto forzado, central, tipo de turbinas. $unque las '+ de gran altura suelen presentar características totalmente diversas de las de peque(a altura, es prácticamente imposible establecer una línea divisoria entre ambas* lo más corriente es a(adir una Obras Hidráulicas
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clase intermedia, los saltos de mediana altura, y establecer unos intervalos fi"os, aunque convencionales, útiles para los fines estadísticos )a siguiente clasificación ha sido propuesta por )udin, y adoptada por otros autores:
5. /altos de peque(a altura: +V W 5A66 m 7. /altos de mediana altura: 5@VW +VW A666 m ;. /altos de gran altura: + X @? m /altos de peque(a altura !erreno: llano o suavemente ondulado* 1nflu"o preponderante del caudal en la potencia: grande* !ipo de embalse: sin embalse o con reserva diurna a trav#s del río mismo y compuertas móviles, que se ba"an en las crecidas, para evitar las inundaciones aguas arriba* $limentación de agua a la central: directa a la central -centrales de agua fluyente, centralBpresa. o con canal de derivación -todo al aire libre, sin tubería forzada.* 'onstrucción del salto: canal de entradaBsala de máquinasBsubestructura* centrales con frecuencia eregidas en ríos navegables, debiendo instalarse algunas veces esclusas, que permiten a los barcos salvar el desnivel creado por la presa* !ipo de turbina: Taplan, +#lice, 2rancis expr#s, 'osto: elevado* el precio por EU instalado aumenta sensiblemente cuando desciende de la fuente hasta la desembocadura de un río, pudiendo llegar a ser el doble y aún mayor &sto puede hacerse extensivo, aunque por razones un tanto diversas a las centrales mareomotrices que son las centrales de costo de instalación más elevado )os progresos en ingeniería civil, en construcción de compuertas y dise(o de !urbinas de gran velocidad específica han hecho posible en los últimos a(os la explotación de saltos de gran potencia y de poca altura /altos de gran altura !erreno: monta(oso -centrales de alta monta(a.* 1nflu"o preponderante del caudal en la potencia: peque(o*!ipo de embalse: embalse grande, acumulación anual o hiperanual* $limentación de agua a la central: canal de
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derivación o túnel y tubería forzada -a veces centrales de pie de presa. &stos saltos se caracterizan por sus conductos de derivación de gran longitud -varios Ems., salvo en ciertos casos excepcionales, en que la topografía se presta a la realización de canales cortos $sí, por e"emplo, el canal de derivación del aprovechamiento hidroel#ctrico de >oselend tiene una longitud de 57
-$-:-NTOS CONSTITUTIVOS Gna central hidroel#ctrica está constituida por una serie de elementos mínimos y que son básicamente: presa, conducciones hidráulicas y tuberías, tomas de agua y chimeneas de equilibrio, válvulas y compuertas, turbinas y dispositivos de regulación y tubos difusores* generadores, equipo el#ctrico general, elementos de regulación control y protección, equipos auxiliares y elementos de automatización
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;& "resas5 /u misión es crear una obstrucción casi invariable en el río, una presa consta de: a. dique o muro de contención* b. coronación de este dique donde suele construirse un camino o carretera* c.)a base o cimiento del dique* d.paramentos o superficie anterior y posterior del dique* e. aliviadero de crecidas* f.órganos de evacuación $ #stos elementos se a(aden a veces obras que permiten a los peces franquear la presa &xisten varios tipos de diques para obturar un valle )a elección de uno u otro dependerá de la configuración del y de las características mecánicas del
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terreno /e puede no obstante clasificar las presas por su forma de traba"o en dos categorías: de gravedad y de bóveda &n las primeras el par de vuelco producido por el empu"e de las aguas se ve compensado por el par antagonista de la reacción que el suelo e"erce sobre la presa /u estabilidad está confiada a su propio peso y el esfuerzo del terreno sobre el que se apoya &l principio de funcionamiento de las presas de bóveda, por el contrario se basa en transmitir el esfuerzo debido al empu"e del agua hacia las laderas del valle, para lo cual la presa debe estar dotada de una cierta curvatura que transmita la componente horizontal del empu"e hacia los laterales del valle como se indica en la fig, que se muestra a continuación
resas que traba"an por gravedad a. presas de tierra o escollera /e utilizan en valles de escasa pendiente y con terrenos poco consistentes, en donde podría sustentarse un dique rígido de concreto !iene gran base y poca altura, y están constituidos por materiales de diversa características, algunos de los cuales tienen una misión estructural y otros impermeabilizante
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21I >&/$ D& &/'F))&>$ b. resas de gravedad &stán formadas por grande masas de concreto y requieren un terreno de base muy consistente c. resas de contrafuertes ara reducir el volumen de concreto se puede disponer de una pantalla de concreto apoyada en contrafuertes que transmiten el esfuerzo del terreno
resas de bóveda )a presa de bóveda, en contraposición a la presa de gravedad, es una estructura en forma de arco, que, al igual que le arco de un puente, resiste el empu"e del agua apoyándose sobre las riberas !iene la forma de una bóveda, cuya convexidad mira aguas arriba, y cuyo espesor crece desde la coronación a la base Ieneralmente se construye esta presa cuando se trata de valles angostos cuyas laderas están constituidas por terreno rocoso de buena calidad 'uando el vano a salvar es muy grande pueden construirse presas de arcos múltiples que traba"an según un principio muy similar a las de contrafuertes pero estando #stos unidos por bóvedas 2inalmente tambi#n Obras Hidráulicas
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puede hablarse de presas mixtas de arcoBgravedad en las cuales el empu"e del agua es en parte absorbido por el terreno y en parte por las laderas $liviaderos y compuertas &n toda presa se construye algún tipo de aliviadero, calculado para el caudal máximo de crecida, que tiene por ob"eto proteger el lugar y la presa misma contra las inundaciones &ste puede formar parte integral de la presa o constituir estructura aparte )os aliviaderos pueden der fi"os o móviles )os aliviaderos móviles se denominan compuertas )os aliviaderos fi"os pueden reducirse a tres tipos: a. vertederos* b. pozos* c. sifones o vertederos sifónicos
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)os móviles o compuertas, cuyo accionamiento puede ser manual, mecánico, el#ctrico, hidráulico o neumático, total o parcialmente automático, suelen construirse según los tipos siguientes: 5. compuertas deslizantes* 7. compuertas basculantes* ;. compuertas de segmento tipo !aintor* A. compuertas de sector* @. compuertas de te"ado* <. compuertas cilíndricas
)a obra de toma consiste en un ensanchamiento al inicio del conducto, que facilita la entrada del agua retenida por el azud o la presa y está dise(ada para que las p#rdidas de carga producidas sean mínimas )a función primaria de la toma es permitir la extracción del agua desde el vaso con la variación o amplitud de niveles de embalse en el mismo &n general la toma dispone de una re"illa que impide la entrada de elementos sólidos al canal, y una compuerta, que controla el caudal que debe pasar dentro de las posibilidades de capacidad de la conducción y para interrumpir la entrada de agua y proceder al vaciado, limpieza o reparación de las conducciones uede estar situada sobre la propia presa o separada de ella 'ualesquiera que sean su profundidad y su caudal disponen siempre de unos determinados elementos: a. Gna re"illa de entrada que impide el paso de los cuerpos flotantes o en suspensión que podrían da(ar las tuberías o las turbinas &stán formados por barrotes metálicos o de concreto y el espaciado entre ellos puede oscilar entre ; y 7? cm ueden tener distintas formas b. Gn dispositivo de obturación que permita cortar y, en su caso, regular el caudal de agua &stá formado generalmente por compuertas, de las Obras Hidráulicas
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cuales se disponen dos en cada toma )a situada aguas aba"o se utiliza para el servicio normal )a de aguas arriba en cambio es la de emergencia y se denomina ataguía /e utiliza para cerrar el paso de agua cuando se necesita inspeccionar o revisar la compuerta de servicio 'onsiste normalmente en una plancha de acero reforzada con perfiles metálicos que se mane"a mediante un puente grúa )as compuertas pueden ser planas, de desplazamiento lineal accionadas mediante cabrestantes o cilindros hidráulicos, o bien en forma de sector, de desplazamiento angular &sta ultimas son las que se utilizan normal mente en aliviaderos de superficie &n el caso de compuertas planas se suelen disponer orugas o rodillos para disminuir el rozamiento con las guías o durmientes &n cualquier caso hay que disponer en las tomas de agua con los elementos necesarios para evitar la cavitación, cuando se obtura parcialmente la entrada, tales como inyección de aire o aireadores
'onducciones: canales, túneles y tuberías forzadas )a alimentación de agua a las turbinas se puede hacer directamente a trav#s del dique en centrales a pie de presa o a trav#s de un sistema de canalizaciones en el caso de centrales en derivación
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&n el caso de los canales estos pueden realizarse excavando el terreno en la ladera o de forma artificial mediante estructuras de concreto &n todo caso las pendientes de los mismos son muy d#biles, del orden de algunas unidades por diez mil &n el proyecto del canal deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones: uscar la solución que represente la mayor economía, no sólo en construcción sino en explotación &vitar el paso por terrenos permeables, para reducir al mínimo los revestimientos, ya sean de arcilla, de mampostería u otro material )a velocidad del agua en le canal se determina por las conocidas fórmulas de 'hezy, azin, %anning, etc &n saltos de gran caudal y poca altura se reduce la pendiente en el canal para no perder carga, exigiendo en este caso me"or acabado para reducir p#rdidas y traba"os de limpieza, pues aumentará la sedimentación: tambi#n el costo será mayor por unidad de longitud 'uando el salto sea de gran altura y poco caudal se puede admitir mayor pendiente en el canal y buscar soluciones más económicas )a sección transversal a adoptar dependerá de la clase de terreno: habitualmente para canales en roca se utiliza la sección rectangular y para canales en tierra se utiliza la sección trapezoidal !ambi#n se suelen utilizar tuberías prefabricadas de concreto para conducciones en lámina libre enterradas
9álvulas y dispositivos de seguridad
$demás de las compuertas situadas en las tomas de agua, las tuberías y canalizaciones* los circuitos de agua de una central van dotadas de una serie de elementos de cierre y seguridad &ntre las válvulas mas utili zadas se pueden mencionar: las de compuerta, las de mariposa y las esf#ricas
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!ambi#n las tuberías disponen de unos elementos de seguridad tales como válvulas de entrada de aire y chimeneas de equilibrio con ob"eto de compensar las depresiones y sobrepresiones que se pueden producir dentro de las mismas )as primeras son unas válvulas de seguridad que permiten la entrada de aire a la tubería cuando a causa del cierre brusco de la válvula tiende a vaciarse De esta forma se evita que la depresión pueda provocar el aplastamiento del tubo 'asa de máquinas &n su interior están albergadas las turbinas con sus correspondientes bancadas, los generadores, cuadros el#ctricos y de control, etc )a configuración física del edificio depende del tipo y número de máquinas a utilizar y del tama(o de las mismas &n las instalaciones de e"e vertical la estructura de la central suele dividirse verticalmente en tres niveles, de aba"o hacia arriba a. Hivel de tubos de aspiración, pozos o galería de desagNe b. Hivel de turbina y final de tubería forzada c. Hivel de generadores &n las instalaciones de e"e horizontal lógicamente las zonas b y c, están al mismo nivel )a zona a, "unto con la cimentación de la maquinaria, componen lo que se llama infraestructura y la zona b y c, la superestructura consta en primer lugar de la sala de máquinas, de la sala de reparaciones y de las restantes instalaciones y oficinas de central
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Tur7inas hidráulicas'
)a turbina es el elemento que aprovecha la energía cin#tica y potencial del agua para producir un movi miento de rotación, que transferido mediante un e"e al generador produce energía el#ctrica &n cuanto al modo de funcionamiento, las turbinas hidráulicas se pueden clasificar en dos grupos: B!urbinas de acción B!urbinas de reacción
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)a diferencia entre ambos tipos es que las turbinas de acción aprovechan únicamente la velocidad de flu"o de agua para hacerlas girar, mientras que las de reacción aprovechan, además, la presión que le resta a la corriente en el momento de contacto &s decir, mientras que las turbinas de reacción
aprovechan la altura total disponible hasta el nivel de desagNe, las de acción aprovechan únicamente la altura hasta el e"e de turbina &l tipo de turbina de acción más conocido es la elton, pero existen otros tipos como pueden ser la !urgo con inyección lateral y la turbina de doble impulsión o flu"o cruzado, tambi#n conocida por turbina Fssberger o anBEiB %ichell Dentro de las turbinas de reacción, las más conocidas son la 2rancis y la Taplan
&squema de instalación con turbina de reacción
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&squema de instalación con turbina de acción !urbina elton &s la turbina de acción más utilizada 'onsta de un disco circular, o rodete, que tiene montados en su periferia una especie de cucharas de doble cuenco o álabes &l chorro de agua, dirigido y regulado por uno o varios inyectores incide sobre estas cucharas provocando el movimiento de giro de la turbina )a potencia se regula a trav#s de los inyectores que aumentan o disminuyen el caudal de agua &n las paradas de emergencia se utilizará un deflector de chorro, que lo dirige directamente hacia el desagNe, evitando así el embalamiento de la máquina De esta forma se puede realizar un cierre lento de los inyectores sin provocar golpes de presión en la tubería forzada &ste tipo de turbina, se emplea en aprovechamientos hidroel#ctricos de salto elevado y peque(o caudal
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!urbina de 2lu"o 'ruzado
&ste tipo de turbina de acción se conoce tambi#n como de doble impulsión, Fssberger o anEiB%ichell &stá constituida principalmente por un inyector de sección rectangular provisto de un álabe longitudinal que regula y orienta el caudal que entra en la turbina, y un rodete de forma cilíndrica, con sus múltiples palas dispuestas como generatrices y soldadas por los extremos a discos terminales &l caudal que entra en la turbina es orientado por el álabe del inyector, hacia las palas del rodete, produciendo un primer impulso osteriormente, atraviesa el interior del rodete y proporciona en segundo impulso y cae por el tubo de aspiración &stas turbinas tienen un campo de aplicación muy amplio, pudiendo instalarse en aprovechamientos con saltos comprendidos entre 5 y 7?? metros y con un rango de variación de caudales muy grande )a potencia unitaria que se puede instalar está limitada aproximadamente a 5 %U
!urbina !urgo &s una turbina de impulso similar a la eltón 'on la diferencia de que el chorro es dise(ado para incidir sobre el plano del rodete con ángulo -generalmente de 7? . &n esta turbina, el agua entra por un lado del rode te y sale por el otro costado 'omo consecuencia el flu"o que la turbina !urgo puede aceptar es mayor que el de una turbina elton por lo que estas turbinas pueden tener un diámetro de rodete menor que el de una elton para una potencia equivalente $ diferencia de la elton la !urgo es eficiente es un amplio rango de velocidades y no necesita sellos alrededor del e"e
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)a !urbina !urgo es utilizada para presiones medias y altas para caídas entre 7?B;??m cuando se presentan grandes variaciones del caudal y muchas materias en suspensión del agua a turbinar uede ser instalada en los proyectos donde normalmente se utilizarían !urbinas elton con múltiples chorros o !urbinas 2rancis de ba"a velocidad )a !urgo tiene ciertas desventa"as, primeramente es más difícil de fabricar que una elton ya que los álabes son comple"os en su forma y más frágiles que los cangilones de la elton &n segundo lugar las turbinas !urgo producen una significativa carga axial la cual debe ser soportada con los co"inetes adecuados
!urbina 2rancis ertenece al grupo de las turbinas de reacción, es decir que el flu"o se produce dentro de una cámara cerrada ba"o presión )a 2rancis se caracteriza por que recibe el flu"o de agua en dirección radial, orientándolo hacia la salida en dirección axial* por lo que se considera como una turbina de flu"o radial &ste tipo de turbina está compuesto por: Gn distribuidor que contiene una serie de álabes fi"os o móviles que orientan el agua hacia el rodete Gn rodete formado por una corona de paletas fi"as, torsionadas de forma, que reciben el agua en dirección radial y lo orientan axialmente Gna cámara de entrada, que puede ser abierta, o cerrada de forma espiral para dar una componente radial al flu"o de agua Gn tubo de aspiración o de salida de agua, que puede ser recto o acodado, y se encarga de mantener la diferencia de presiones necesaria para el buen funcionamiento de la turbina Obras Hidráulicas
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5ERTE"ER%&6 &l vertedero hidráulico o aliviadero es una estructura hidráulica destinada a permitir el pase, libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales* siendo el aliviadero en exclusiva para el desagNe y no para la medición &xisten diversos tipos según la forma y uso que se haga de ellos, a veces de forma controlada y otras veces como medida de seguridad en caso de tormentas empresas
.unción principal5 Descarga de demasías, permitiendo la salida del exceso de agua de las represas, ya sea en forma libre, controlada o mixta, en este caso, el vertedero es tambi#n conocido como aliviadero &stas estructuras son las encargadas de garantizar la seguridad de la obra hidráulica como un todo "(RT-S 2U- CON.OR:(N UN V-RT-D-RO'
)os principales componentes de los vertederos son los siguientes:
$a -structura de Control' Gno de los componentes de un vertedero es la estructura de control, porque regula y gobierna las descargas del vaso &ste control limita o evita las descargas cuando el nivel del vaso alcanza niveles mayores a los ya fi"ados )a estructura de control puede consistir en una cresta, vertedero, orificio, boquilla o tubo )as estructuras de control pueden tomar varias formas tanto en su posición como en su figura &n planta los vertederos pueden ser rectos, curvos, semicirculares, en forma de G o redondos Canal de Descarga'
)os volúmenes descargados por la estructura de control generalmente se conducen al cauce, deba"o de la presa, por un canal de descarga )as excepciones se presentan cuando se hace libremente la descarga de la cresta de una presa del tipo de arco, o cuando se envía directamente por la falda para que forme una cascada en la misma )a estructura de conducción puede ser el paramento de aguas deba"o de una presa de concreto, un canal abierto excavado a lo largo de la superficie del terreno, un canal cubierto colocado a trav#s o deba"o de la presa, o un túnel excavado en una de las laderas &l perfil puede tener tramos con poca pendiente o muy inclinados* la sección transversal puede variar de rectangular a trapezoidal, circular, o ser cualquier otra forma* y el canal de descarga puede ser ancho o angosto, largo o corto )os canales de descarga deben excavarse en material resistente o revestirse con uno que lo sea al efecto erosivo de las grandes velocidades, y que sea estructuralmente adecuado para soportar las fuerzas producidas por rellenos, subpresión, cargas producidas por el peso del agua, etc
-structura Ter9inal' 'uando el agua que pasa por el vertedero de excedencias cae del nivel del embalse del vaso al nivel del río aguas aba"o, la carga estática se convierte en energía cin#tica &sta energía se manifiesta en la forma de altas velocidades que si se trata de disminuirlas producen grandes presiones or lo tanto, generalmente deben disponerse medios que permitan descargar el agua en el río sin erosiones o socavaciones peligrosas en el talón de la presa y que no produzcan da(os en las estructuras adyacentes &n algunos casos, la descarga se puede hacer a altas velocidades directamente en la corriente en la que se absorbe la energía a lo largo del cauce por impacto, turbulencia y rozamientos &ste m#todo es satisfactorio cuando existe roca firme con tirantes de poca profundidad en el canal y a lo largo de las laderas o donde la salida del vertedero está suficientemente ale"ada de la presa o de otras estructuras auxiliares para evitar da(os por socavación, arrastre o reblandecimiento de las laderas 'uando se quieren evitar erosiones intensas en el cauce, se debe disipar la gran energía de la corriente antes de descargarla al cauce del río )o que se pude efectuar usando un dispositivo para disipar la energía, como estanques para la formación del resalto, un trampolín sumergido, un lavadero con dados, una fosa de deflectores amortiguadores y muros, o algún amortiguador o disipador de energía
Canales de $legada # Descarga' )os canales de llegada sirven para captar el agua del vaso y conducirla a la estructura de control 'uando el agua entra directamente del vaso al vertedero y cae al río, como en el caso de un vertedero colocado sobre una presa de concreto, no son necesarios ni los canales de llegada ni los de descarga /in embargo, en el caso de vertederos colocados en las laderas en que se apoya la presa, pueden ser necesarios canales que lleven el agua al control del vertedero y para ale"ar el agua de su estructura terminal )os canales de descarga conducen el agua que pasa por la estructura terminal al cauce del río
aba"o de la presa &n algunos casos solamente se construye un canal piloto, haciendo la suposición que por arrastre se ampliará la sección durante los mayores caudales )as dimensiones del canal de descarga y la necesidad de protegerlo con revestimientos o enrocados, depende de la posibilidad de erosionarse $unque se construyan estructuras amortiguadoras, puede ser imposible reducir las velocidades resultantes por deba"o de la velocidad natural en la corriente original y, por lo tanto, no se podrá evitar que se produzca algo de erosión en el cauce
)os vertederos pueden ser clasificados de varias formas:
"or su locali%ación en relación a la estructura principal5 9ertederos frontales 9ertederos laterales 9ertederos tulipa* este tipo de vertedero se sitúa fuera de la presa y la descarga puede estar fuera del cauce aguas aba"o Desde el punto de 4ista de los instru9entos para el control del caudal 4ertido5 9ertederos libres, sin control 9ertederos controlados por compuertas Desde el punto de 4ista de la pared donde se produce el 4erti9iento5 9ertedero de pared delgada 9ertedero de pared gruesa 9ertedero con perfil hidráulico
Desde el punto de 4ista de la sección por la cual se da el 4erti9iento5 >ectangulares !rapezoidales !riangulares 'irculares )ineales, en estos el caudal vertido es una función lineal del tirante de agua sobre la cresta
A7#"E& )a palabra azud es de origen árabe y significa barrera )os azudes son peque(as presas que se construyen en los ríos para elevar el nivel del agua con el fin de derivar parte de su caudal a un canal o una acequia /on una parte importante en los sistemas de riego por m#todos tradicionales, tambi#n se empleaban antiguamente para alimentar lavaderos, abrevaderos para animales, o molinos de agua
&stas estructuras alteran el r#gimen de velocidades y calados de los ríos, modificando por tanto las características hidráulicas en los tramos remansados que generan or otra parte pueden constituir un obstáculo para el paso de los peces dependiendo de su altura y otras características &l azud es parte importante en los sistemas de regadío por m#todos tradicionales, en los que los azudes "unto a la acequias formaban un sistema hidráulico que, además de servir de uso para riego, alimentaba los lavaderos, abrevaderos para animales e incluso se utilizaba la fuerza del agua para los molinos de agua %odernamente el azud se utiliza en minicentrales hidroel#ctricas para crear un embalse artificial que garantice la captación del caudal mínimo necesario para la operación de la central y la producción de energía el#ctrica )a mayor venta"a del azud es que actúa como un muro de gravedad para soportar el empu"e hidrostático y al mismo tiempo tiene la función de vertedero de excedentes or lo general, son estructuras de hormigón y su sección transversal es de forma curvilínea para adaptarse a los principios de la mecánica de fluidos, de esta manera se minimiza el rozamiento del agua con la superficie del azud para evitar la erosión
PRE&A& De la definición de presa se desprende que las presas son estructuras cuya razón de ser se funda en la condición de que el agua que retienen se utilice con dos finalidades alternativas o simultáneas: simultáneas: Y &levar su nivel para poder conducirla Y 2ormar un depósito que retenga los excedentes hídricos, para poder compensar
luego los períodos de escasez, o para amortiguar -laminar. las crecidas
&sa condición de producir un embalse, hace que el agua retenida e"erza un empu"e de gran entidad sobre la estructura, siendo #sta la mayor solicitación para la que debe dise(arse la obra Desde el punto de vista resistente, el problema fundamental que debe resolverse es la forma en que la presa absorberá la presión que le transmite el agua sin romperse y sin transmitir al terreno natural más carga de la que #ste puede soportar !odos sabemos que una corriente de agua posee una MfuerzaM que es tanto más incontrolable incontrolable cuanto mayor es su caudal y la pendiente del río &n el mismo sentido se incrementa su potencial destructivo $l oponerle un obstáculo para embalsarla, la estructura llamada presa tiene que poder asimilar tal empu"e de forma permanente, para cualquier condición de carga y transferirlo a la tierra !anto la forma en que la estr estruc uctu tura ra resi resist ste e ese ese empu empu"e "e,, como como la mane manera ra en que que la tran transm smitite e a tier tierra ra,, determinarán el tipo de presa que el proyectista eli"a )a fundación o cimentación, a su vez, debe ser capaz de soportar la presión a que la someterá la presa una vez lleno el embalse, cualidad que suele denominarse como Mcapacidad portanteM y que depende del tipo de suelo yKo roca que la conforma, es decir de la geología del emplazamiento )a otra característica básica a considerar en el dise(o de una presa, es que el agua penetra en todos los instersticios provocando presiones indeseadas dentro de la
misma estructura, las que deben ser localizadas para dise(ar la presa de manera que pueda resistirlas, yKo disipar el exceso de presión que esta condición genera, yKo buscar los mecanismos para que las partes de las obras que puedan ser da(adas resulten aisladas, protegidas o impermeabilizadas Ftra importante condición la constituye la necesidad de lograr las premisas t#cnicas precedentemente enunciadas a un costo que permita la construcción económica de la obra, con esquemas factibles y aceptables para el mercado financiero &sta búsqueda de alternativas económicas posibles, ha llevado en los últimos a(os a la incorporación de nuevos dise(os y sistemas constructivos para las presas Dos de ellos han tenido amplia difusión desde mediados mediados de la d#cada de 56? hasta el presente debido a que, sin resignar condiciones de resistencia y durabilidad, se ha logrado disminuir los costos y los tiempos de construcción /e trata de los sistemas conocidos como presa de materiales sueltos con cara de hormigón aguas arriba -sus siglas en ingl#s son '2>D. y presa de hormigón compactado a rodillo -sus siglas en ingl#s son >''. V-NT(0(S a. >egulación del r#gimen hidrológico natural mediante: -
'ontrol de las inundaciones alia aliativ tivo o contra contra la sequía sequía -dispo -disponib nibili ilidad dad de agua agua cuand cuando o se producen escasez.
b. 'ana 'analiliza zaci ción ón de agua agua para para rieg riego, o, cons consum umo o urba urbano no o de proc proces esos os industriales c. Ieneración de energía que proporciona una alternativa a los combustibles fósi fósile less -ene -energ rgía ía hidr hidroe oel# l#ct ctri rica ca:: 7?L 7?L de la prod produc ucci ción ón mund mundia iall de electricidad. d. 'ontribución al desarrollo económico en muchos lugares D-SV-NT(0(S a. $lteración del r#gimen hidrológico natural: inundaciones en regiones de aguas arriba, merma de los cauales circulantes circulante s agua aba"o b. $lteración de las zonas ba"as que perturba el ciclo natural de peces y otros organismos acuáticos -alteración de corredores ecológicos naturales. c. $lteración $lteración de los hábitats y los paisa"es fluviales d. Desaparecen tierras cultivables, dificulta la navegación fluvial e. Desplazamiento de comunidades enteras f. 'ambios forzados en las actividades de subsistencia ($T-R(CION-S -
rovocan fragmentación del hábitat fluvial %odifican el r#gimen de caudales
- %odifican las condiciones geomorfológicas del cauce: /edimentación - $umentan el volumen volumen de agua evaporada evaporada - &miten gases de efecto invernadero - %odifican la calidad del agua - 1nundan y crean nuevos hábitat
"resas de 9ateriales sueltos /on presas de gravedad en las que materiales provistos por la naturaleza no sufren ningún proceso químico de transformación, siendo tratados y colocados mediante proc proced edim imie ient ntos os de comp compac acta taci ción ón prop propio ioss de la mecá mecáni nica ca de suel suelos os &n su composición intervienen, intervienen, piedras, gravas, arenas, limos y arcillas, siendo denominadas como presas de escollera cuando más del @? L del material está compuesto por piedra y presas de tierra cuando son materiales de granulometrías más peque(as 'uando todo el material que componen las presas de materiales sueltos tiene las mismas características, se denominan homog#neas, pudiendo tratarse de materiales más o menos impermeables F bien pueden ser heterog#neas, que son las más comu comune nes, s, cuan cuando do se colo coloca can n dife difere rent ntes es mate materi rial ales es zoni zonififica cado dos, s, con con núcl núcleo eo impermeable y materiales más permeables a medida que nos ale"amos del centro de la presa )a impermeabilidad impermeabilidad puede lograrse tambi#n mediante pantallas o diafragmas &stas variantes pueden presentarse mediante configuraciones que se integren con distintas participaciones de las diversas características mencionadas
)as presas de materiales sueltos no soportan ser sobrepasadas por una crecida or ello es necesario, basándose en el conocimiento del comportamiento histórico del río, efectuar una predicción de la forma en que se deberá operar el embalse formado, para evitar que en toda la vida de la obra sea sobrepasada por ninguna crecida
"resas de gra4edad de hor9igón
)a presión que el agua e"erce sobre la presa, por un lado tiende a hacerla MdeslizarM sobre su fundación y por otro a MvolcarlaM hacia aguas aba"o )as resas de gravedad son todas aquellas en las que el peso propio de la presa es el que impide que se produzcan alguna de estas dos situaciones odríamos imaginar que la transferencia del empu"e del agua hacia la fundación se realiza a trav#s de la presa, la que será más estable cuanto Mmás pesadaM sea Desde este punto de vista, tanto una presa de materiales sueltos como una de hormigón, son de gravedad /in embargo, suelen llamarse así a las presas macizas de hormigón &l cuerpo de las presas de hormigón, se compone de cemento, piedras, gravas y arenas, en proporciones variables según el tipo de estructura y las partes de las mismas que se trate )a particularidad de este material, que le permite adoptar comple"as formas una vez fraguado, da la posibilidad de optimizar la forma y, por lo tanto disponer el peso de una manera tal que sea mayor la capacidad de la presa en su con"unto para resistir el empu"e
"resas en arco )as presas en arco transmiten el empu"e del agua hacia su fundación y sus apoyos, denominados estribos, aprovechando su forma de McáscaraM )as presas en arco pueden ser de curvatura horizontal o de doble curvatura conocidas como bóveda o cúpulas )as presas de arco son sumamente esbeltas adquiriendo formas muy audaces y comple"as, las que les permiten ser muy altas y de poco espesor ara lograr sus comple"as formas se construyen con hormigón y requieren gran habilidad y experiencia de sus constructores, los que deben recurrir a poco comunes sistemas constructivos Debido a que transfieren en forma muy concentrada la presión del agua al terreno natural, se requiere que #ste sea de roca muy sana y resistente, la que debe tambi#n ser muy bien tratada antes de asentar en ella la presa
"resas aligeradas &n las presas aligeradas, para resistir el empu"e del agua, se reemplaza la utilización de hormigón en grandes masas por un cuerpo resistente más liviano integrado por
elementos estructurales tales como columnas, losas y vigas )a presión del agua, distribuida a lo largo de una superficie, se transforma en fuerzas concentradas y se MconduceM a los apoyos de la presa mediante elementos planos y lineales )as presas del tipo aligeradas más conocidas son las de contrafuertes 4erticales )os contrafuertes son especies de costillas estructurales perpendiculares al e"e de la presa, que se unen hacia aguas arriba con losas de hormigón que MsostienenM el agua, reciben su empu"e y lo MtransmiteM a los contrafuertes, los que a su vez trasladan los esfuerzos a las fundaciones de la presa
"R-S(S -N -$ "-RU
E&TAC%1E& "E "EP#RAC81 "E AG#A& RE&"#ALE& )as estaciones depuradoras de aguas residuales -&D$>., tratan agua residual local procedente del consumo ciudadano en su mayor parte, así como de la escorrentía superficial del drena"e de las zonas urbanizadas, además del agua procedente de peque(as ciudades, mediante procesos y tratamientos más o menos estandarizados y convencionales &xisten tambi#n &D$> que se dise(an y construyen para grandes empresas, con tratamiento especializado al agua residual que se genera 'uando las aguas negras son conducidas hasta estas instalaciones especiales, a veces mezcladas con aguas pluviales, son tratadas mediante diferentes procedimientos físicos, químicos y biotecnológicos, consiguiendo así un agua efluente de me"ores características de calidad y cantidad, tomando como base ciertos parámetros normalizados Ieneralmente, las &D$> tratan aguas residuales locales, procedentes del consumo de las áreas urbanas en su mayor parte, así como de la escorrentía superficial del drena"e de las zonas urbanizadas, además del agua procedente de peque(as ciudades, mediante procesos y tratamientos estandarizados y convencionales &n los casos de ciertas industrias o grandes empresas, existen &D$> que se dise(an y construyen especialmente para tratar las aguas residuales que generan
)a depuración de las aguas residuales persigue una serie de ob"etivos: - >educir al máximo la contaminación - roteger el medio ambiente - %antener la calidad de vida de los individuos - $horrar energía
- $provechar los residuos obtenidos
/egún el grado de comple"idad y tecnología empleada, las &>$> se clasifican como:
Con4encionales /e emplean en núcleos de población importantes y utilizan tecnologías que consumen energía el#ctrica de forma considerable y precisan mano de obra especializada
Trata9ientos 7landos /e emplean en algunas poblaciones peque(as y ale"adas de redes de saneamiento /u principal premisa es la de tener unos costos de mantenimiento ba"os y precisar de mano de obra no cualificada /u grado de tecnificación es muy ba"o, necesitando poca o nula energía el#ctrica
'onvencionalmente, los procesos de una &D$> se agrupan en: 5 $ínea de aguas: retratamiento, !ratamiento primario, secundario y terciario 7 $ínea de fangos: &spesamiento, Digestión, $condicionamiento, /ecado y &liminación ; $ínea de gas5 roducción de metano
$ínea de aguas ;' "retr retrat ata9 a9ie ien nto &l pret pretra rata tami mien ento to pret preten ende de elim elimin inar ar del del agua agua resi residu dual al comp compon onen ente tess voluminosos y abrasivos que son a(adidos al agua en la red de saneamiento y en los los punto puntoss de inspe inspecci cción ón,, que que por ningún ningún motivo motivo pueden pueden llega llegarr a las unidades donde se realizan los tratamientos /e utilizan los siguientes dispositivos: dispositivos: Z Z Z Z
ozo de gruesos: >etiene sólidos pesados grandes Desbaste de gruesos: gruesos: >etiene >etiene sólidos sólidos grandes grandes flotantes Desbaste de finos: finos: >etiene >etiene sólidos sólidos flotantes flotantes peque(os peque(os DesarenadoBDesengras DesarenadoBDesengrasado: ado: >etiene >etiene las las arenas, arenas, aceites y grasas grasas
Z alsa de +omogeneizaci +omogeneización: ón: /i los caudales caudales son muy dispares, esta puede puede instalarse para igualar los caudales que vamos a meter en la instalación
<' Trata rata9ie 9ient nto o "ri9a "ri9ario rio &l tratamiento primario pretende retener una buena parte de los sólidos en suspensión que lleva el agua residual B/e utilizan varios m#todos: Z Decantador primario o laguna anaerobia: /e emplea la gravedad terrestre para que sedimenten los sólidos sedimentables Z 2lotador por aire disuelto: disuelto: or especiales especiales características, es me"or me"or separarlos por medio de este m#todo Z !ratamiento químico: &n algunas ocasiones se potencia el tratamiento con la adic adició ión n de reac reactitivo voss de mane manera ra que que aume aument nta a la form formac ació ión n de sóli sólido doss sedime sedimenta ntable bless a partir partir de sólidos sólidos coloida coloidale less o disuel disueltos tos &n otras otras es necesario proceder a la neutralización neutralización del p+ del siguiente tratamiento
A' Trata rata9ie 9ient nto o Secu Secund ndar ario io &l tratamiento secundario es un tratamiento biológico que persigue transformar la materia orgánica del agua residual en materia celular, gases, energía y agua* tambi#n se retienen sólidos en suspensión y sólidos coloidales Z rocesos rocesos biológic biológicos os de una etapa: etapa: &ste tratamiento tratamiento presenta presenta un único único tipo de proceso &xisten varios tipos de procesos biológicos de una sola etapa: 5 rocesos de cultivo en suspensión ba"o condiciones aerobias: &n este los microorganismos se mantienen en suspensión, de forma individual o formando agregados más o menos grandes y homog#neamente repartidos &xisten tres tipos: B )agunas de estabilización, estabilización, lagunas facultativas B )agunas aireadas artificialmente artificialmente B 2angos activados 7 rocesos de cultivo fi"o o biopelícula fi"a ba"o presencia de condiciones aerobias: )os )os microo microorga rganis nismos mos se asien asientan tan sobre sobre un mater material ial soport soporte e forman formando do una biopelícula biopelícula que tapiza el soporte soporte &xisten tres tipos: tipos:
B De medio no saturado -)echos bacterianos, tratamientos por riego y aplicación al terreno. B De medio saturado, inundado o sumergido -De lecho particulado, de lecho estructurado. B De medio intermitente sumergido -'ontactores biológicos rotativos. Z rocesos biológicos de dos etapas: resenta un con"unto de procesos dispuestos en serie, claramente diferenciados, formados por la con"unción de dos de los anteriore
' Trata9iento terciario &l tratamiento terciario persigue reducir los sólidos en suspensión y la parte orgánica asociada, reducir la demanda biológica de oxigeno -DF. y la demanda química de oxigeno -DJF. solubles, reducir el contenido de fósforo yKo nitrógeno, eliminar microorganismos patógenos, eliminar detergentes o tóxicos biodegradables /e utilizan varios m#todos: Z 2iltración: 'omo medio de filtración se pueden utilizar arena, gravita antracita o una combinación de ellas Z 'oagulación y filtración Z $ir /tripping Z HitrificaciónBDesnitrificación Z $bsorción por carbón: /e utiliza para eliminar la materia orgánica residual que ha pasado el tratamiento biológico Z 'ambio iónico
Z Desinfección
$ínea de fangos 5 &/&/$%1&H!F retende eliminar parte del agua que llevan los fangos cuando salen de los tratamientos del agua /e utilizan varios m#todos: Z Z Z
7
&spesador por gravedad &spesador de flotación 'entrifugadora
&/!$1)1R$'1[H retende eliminar los problemas sanitarios que produce un fango cargado de microorganismos y formas de resistencia patógenos* tambi#n
pretende disminuir la materia orgánica del fango hasta valores que no provoquen sistemas sanitarios /e utilizan los siguientes m#todos: Z Z Z Z
Digestión aerobia Digestión anaerobia &stabilización química 1ncineración
; D&/+1D>$!$'1[H ersigue quitar agua al producto final, consiguiendo un grado de sequedad al mismo que los hace paleable y transportable hacia otros destinos /e utiliza: Z Z Z Z Z Z Z
/acos filtrantes &ras de secado 2iltro banda 2iltro prensa 'entrifugadora !amices prensadores +ornos de secado
$ínea de gas 'omo se ha indicado anteriormente, cuando el proceso de digestión de fangos se efectúa por anaerobia, como consecuencia de las reacciones bioquímicas del mismo, se produce un gas denominado gas biológico o biogás, que tiene un contenido de metano de alrededor del <@B=?L &l resto de su composición lo constituyen gases inertes )a mayor parte dióxido de carbono &l biogás puede convertirse, reutilizándolo, en un valioso subproducto a trav#s del cual se suministra una gran parte de la energía que la &>$> necesita para su funcionamiento -hasta un
producción de energía &n este último caso, a la planta depuradora se le dota de motores que se alimentan con el biogás, y a estos motores se le acoplan generadores cuya energía el#ctrica producida sirve para abastecer las distintas partes de la estación
"RINCI"($-S -2UI"OS US(DOS -N UN( -D(R •
&)&'!>F%&'\H1'F/
$gitadores
ombas
'ucharas anfibias
9álvulas
'entrifugas
•
1H/!>G%&H!$'1[H %edidores de caudal
%edidores de
•
O2
$G!F%$!1R$'1[H
$utómatas programables
%9RA& "E CAPTAC81 &n el erú se llama 3bocatoma4 a la estructura de capacitación del agua de los ríos con fines, generación de energía o al uso dom#stico e industrial %ucha de las bocatomas el país están ubicadas desde sus orígenes en el mismo sitio, lo cual se deduce por los vestigios de 3'anales del 1nca4 encontrados a lo largo del trazo de los construidos en tiempos modernos, garantizando una obligatoria superposición de la nueva obra de captación con las primigenia desaparecida $lgunos son los de +uallabamba, >aca >umi, !aymi, )a %ochica, !alambo, y )a $chirana )a mayoría de las bocatomas construidas en el erú a partir del sundo tercio del siglo 00 cuentan con una presa de derivación, canales de limpia, ventanas de captación y transición de entrega al canal de conducción !odos estos componentes de la bocatoma se construyen de concreto en sus dos formas: sin refuerzo y con refuerzo de acero -concreto armado. &l 'uadro H]5 contiene la relación de las más importantes bocatomas de la costa del erú de norte a sur, donde se aprecia claramente que los caudales de agua captados, en los ríos del extremo del país, con mayores que los captados del extremo sur, consecuencia de la marcada escasez del recurso en la región meridional del país $demás es necesario destacar, la utilización de centenares de miles de toneladas de concreto durante su construcción 'on relación a la sierra y la ce"a de selva cabe mencionar que, entre las numerosas obras de captación construidas, las más importantes, de norte a sur, son las siguientes, debidamente identificadas por su ob"etivo -nombre. y ubicación: bocatomas para las irrigaciones de $mo"aoBagua 'hica -Hicaragua. y de 'a"abamba, ambas en el departamento de 'a"amarca* bocatoma para la irrigación de /aposoa y /isa en el departamento de /an %artin* bocatomas para la irrigaciones Totosh y 'achicoto, en el departamento de +uánuco* bocatomas para las centrales hidroel#ctricas de 8aupi y 8uncán -esta última en etapa de construcción., las dos en el departamento de asco* bocatomas para la irrigación
de ambas márgenes del rio %antaro, la izquierda -$taura. y la derecha -$ngasmayo., asi como la de 'hupaca -+uarisca., las tres en el departamento de Cunín* bocatomas para el proyecto de propósito multiple 'achi -'hiellarazo., en el departamento de $yacucho* bocatoma para la central hidroel#ctrica de %achupicchu, en el departamento de 'usco* y la bocatoma de la central hidroel#ctrica de /an Iaban 11, en el departamento de uno
CU(DRO N; R-$(CIÓN D- $(S :@S I:O"RT(NT-S *OC(TO:(S D- $( COST( D-$ "-RJ
No. 1
Nombre o
Río
Departa-
Sullana
Chira
Piura
2 # ) 5 0 ' 3 " 1( 11 12 1# 1) 15 10 1' 13 1"
Miuel Che!a $amba Chipilli!o os /idos Ra!a Rumi a Puntilla 4 alambo-$aa Caón del Pato +Cha8imo!hi! a 9ua!a a :íbora Matu!ana 4amboroue Chosi!a a 7tarea a 7!hirana 4uti Pita
Chira %uiró& Chipilli!o Piura Chan!a Chan!a euetepeue Santa Santa Santa Santa Ríma! Ríma! Ríma! Ríma! I!a Col!a Siuas
Piura Piura Piura Piura ambaeu ambaeu a ibertad 7n!ash 7n!ash 7n!ash 7n!ash ima ima ima ima I!a 7reuipa 7reuipa
2( 21 22 2# 2) 25 20 2' 23
a 6oa Char!ani I Char!ani II Char!ani III Char!ani I: Char!ani :I ;tora 4orata 7n!oaue
Chili Chili Chili Chili Chili Chili 9uara!ane 4umila!a Maure
7reuipa 7reuipa 7reuipa 7reuipa 7reuipa 7reuipa Moueua Moueua 4a!na
Caudal 25.5 MD 1" '( '(*1(+, 0( '5 '( '2 )3 1(5 #5 12 12 12 22 25 20 #) 2( MD 15 0 0 0 3 3 ' ' 12
Propósito Irria!ión Irria!ión Irria!ión Irria!ión Irria!ión Irria!ión Irria!ión Irria!ión /nería Irria!ión Irria!ión Irria!ión /nería /nería /nería 7ua potable Irria!ión Irria!ión Irria!ión Irria!ión /nería /nería /nería /nería /nería Irria!ión Irria!ión Irria!.*/nerí
.#ELLE& )os muelles son estructuras ubicadas a orillas de la playa o el mar, o en riberas de los ríos, su función es servir entre enlace de transporte marítimo y terrestre )a palabra muelle suele referirse a un malecón o un embarcadero )os malecones son estructuras que penetran en el agua en perpendicularidad a las costas 'uando las dársenas o atracaderos pueden aislarse del resto del puerto por medio de compuertas móviles suelen denominarse muelles húmedos, en estos suelen amarrarse los barcos cuando las zonas tienen mareas importantes, por el contrario cuando no existe mayor relevancia entre las mareas de zonas ba"as y altas suelen utilizarse los muelles de marea, los cuales consisten en una serie de espacios de agua rectangulares entre los embarcaderos
Tipos de 9uelles :uelles 9arginales' /e construyen sobre la orilla de los ríos o sobre la línea litoral como estructuras de concreto, metálicas o de madera, apoyadas sobre pilotes de concreto, metálicos o de madera y algunos con escaleras laterales o frontales para las actividades de embarque y desembarque &n algunos proyectos las tipologías estructurales pueden ser tablestacados o muros de gravedad
:uelles de espigón Gn espigón o escollera sirve para proteger de la erosión las costas o cualquier zona dentro de los límites de la tierra y el mar
$ínea o frontal &l dise(o más simple de un muelle de carga es el que se dispone de forma lineal o frontal, y que se extiende a ambos lados de la zona de recepción y embarque de las mercancías
:uelle Tipo >T?
Clasificación por estructuración 5. :uelle de 9uro de gra4edad5 &n las obras de gravedad, la estructura resiste las acciones debidas a las cargas de uso y, en su caso, al relleno del trasdós, mediante su propio peso 7. :uelle "antalla5 &stos muelles e"ercen su función de contención del terreno del trasdós, mediante su empotramiento en el fondo y, por lo general, con la ayuda de elementos auxiliares como tirantes, contrafuertes, etc que aumentan su rigidez ;. :uelle de pilotes de: )os muelles piloteados son aquellos que están conformados por una plataforma suspendida soportada por pilotes, siendo el paramento que conforma la línea de atraque no continuo, permitiendo el paso del flu"o de agua A. :uelle de pila5 )a estructura resistente se diferencia de la de pilotes en que está formada por una plataforma apoyada en pilas, generalmente constituidas por estructuras de gravedad @. :uelle flotante5 'orresponde al sistema flotante que cumple el propósito de recibir las naves y proveer espacio para la transferencia de carga y pasa"eros )os muelles de atraque ofrecen un parámetro vertical de suficiente calado para que los buques puedan atracar de costado, y una superficie horizontal suficientemente ancha donde se depositan las cargas
$a for9a de un 9uelle esta en función de 4arios factores co9o son5 ∗ ∗ ∗
&l agua en la dársena &l frente de tierra con que se dispone !ipo de buque que se moverá en el muelle
Una ter9inal portuaria de7e per9itir reali%ar tres funciones 7ásicas5 5. 'arga y descarga de las mercancías 7. roveer espacios adecuados para el almacenamiento temporal ;. roveer conexiones viarias y ferroviarias para el movimiento de mercancías hacia y desde el puerto $a finalidad de los 9uelles )a finalidad de los muelles es otorgar un lugar en el cual se puedan colocar las amarras de un barco o bien donde las personas puedan ir a pescar o realizar diferentes tipos de actividades &n zonas un poco más industrializadas, los muelles suelen utilizarse para la carga y descarga de mercadería y el aborda"e y desembarco de pasa"eros, or otro lado muchas personas que tienen la posibilidad de vivir al borde de un río poseen sus propios muelles, los cuales son privados para poder realizar actividades tales como la pesca y en donde pueden amarrar sus embarcaciones, es decir que los mismos son utilizados únicamente por los due(os, algo que resulta muy conveniente no solo por comodidad sino tambi#n porque nos permite tener mucha más privacidad para realizar cualquier tipo de actividad que se nos ocurra 8endo a un extremo diferente y como bien mencionábamos anteriormente, existen aquellos que se utilizan para la carga y descarga de mercadería lo cual debemos tener en cuenta para poder acceder a los mismos debemos tener los respectivos permisos y reservas correspondientes a la empresa con al que traba"amos, especialmente si estamos hablando de muelles públicos los cuales son utilizados permanentemente, por eso es que siempre se debe reservar el lugar de carga y descarga con algún tiempo de anterioridad )os muelles de carga y descarga no pueden ser utilizados por particulares ya que se utilizan todo tipo de maquinaria pesada, además de que permanentemente entran y
salen barcos de cargas, por eso es común que este tipo de área se encuentre restringida $l mismo tiempo no podemos de"ar de mencionar que en los muelles de este tipo las normas de seguridad con las cuales os mismos se construyen y mantienen ya que lógicamente los riesgos en estos lugares son mucho más comunes, por eso es que por lo general se inspeccionan al menos una vez por mes, no solo los muelles sino tambi#n todas las herramientas, maquinarias , recursos y elementos que se utilizan para hacer este tipo de traba"os &n las ciudades en donde nos encontramos con ríos, mares y lagos, es común ver muelles de pesca en donde la gente suele pasar los fines de semana realizando esta actividad tan rela"ante* "ustamente debemos decir que la pesca es practicada por muchas gente alrededor del mundo, y tener la posibilidad de poder practicarla en un lugar público, es algo que sin lugar a duda se debe aprovechar &n los muelles de pesca es común que nos encontremos con puestos comerciantes de accesorios para pesca como carnadas, ca(as, anzuelos y todo tipo de elementos que pueda ayudarnos a realizar esta actividad $demás tenemos la posibilidad de alquilar lanchas y botes si es que queremos adentrarnos más, considerando que los peces mas grandes se encuentran en las profundidades
ALCA1TARLLA"% &s un con"unto de obras hidráulicas cuya finalidad es recolectar, conducir y disponer de aguas servidas y de lluvias, para evitar que se originen problemas de tipo sanitario e inundaciones !ambi#n se entiende por /istema de $lcantarillado al con"unto acciones, materiales o no destinadas a evitar en la medida de lo posible que las aguas de origen pluviales causen da(os a las personas o las propiedades en las ciudades u obstaculicen el normal desenvolvimiento de la vida urbana Dentro del t#rmino de aguas pluviales quedan comprendidas no solamente las originales de las precipitaciones que caen directamente sobre las aguas urbanizadas que conforman la población sino tambi#n aquellas que se precipiten sobre otras áreas pero discurran a trav#s de la ciudad, bien sea por los cauces naturales, conductos artificiales o simplemente a lo largo de su superficie
Clasificación de los Siste9as de (lcantarillado' )os sistemas de alcantarillado se clasifican de acuerdo al tipo de agua que conducen:
(& (lcantarillado Sanitario5 &s la red generalmente de tuberías, a trav#s de la cual se deben evacuar en forma rápida y segura, las aguas residuales municipales -domesticas o de establecimientos comerciales. hacia una planta de tratamiento y finalmente a un sitio de vertido donde no causen da(os ni molestias
*& (lcantarillado "lu4ial5 &s el sistema que capta y conduce las aguas de lluvia para su disposición final, que puede ser infiltración, almacenamiento o depósitos y cauces naturales
C& (lcantarillado Co97inado5 &s el sistema que capta y conduce simultáneamente al 5??L las aguas de los sistemas mencionados anteriormente, pero que dada su disposición dificulta su tratamiento posterior y causa serios problemas de contaminación al verterse a
cauces naturales y por las restricciones ambientales se imposibilita su infiltración
D& (lcantarillado Se9i=Co97inado o :iBto5 /e denomina al sistema que conduce el 5??L de las aguas negras que produce un área o con"unto de áreas, y un porcenta"e menor al 5??L de aguas pluviales captadas en esa zona -s., que se consideran excedencias, que serían conducidas por este sistema de manera ocasional y como un alivio al sistema pluvial yKo de infiltración, para no ocasionar inundaciones en las vialidades yKo zonas habitacionales -& Siste9a de (lcantarillado Jnico5 &s donde se recolectan las aguas servidas y las lluvias en un mismo canal .& Siste9a de alcantarillado Separado5 &s la recolección de aguas servidas y de lluvia es independiente
"4#E& Definición5 /e denomina dique al muro construido para contener el empu"e del agua or lo general es de tierra y esta paralelo al curso de un río $hora bien existen diferentes tipos de diques como los artificiales, los de contención, los rompeolas, los naturales, etc : Clasificación5 Di)ues artificiales )os diques artificiales previenen la inundación de aquellos lugares como pueblos o campos que están cerca de los ríos, gracias a este dique el agua tiene un flu"o más rápido, y cuida las áreas aleda(as contra el embate de las olas )os diques se encuentran principalmente a lo largo del mar, donde las dunas no son lo suficientemente fuertes, a lo largo de los ríos para la protección contra inundaciones de alto, a lo largo de los lagos
principales o73eti4os
evitar la inundación de los campos adyacentes y frenar los cambios de rumbo naturales en un curso de agua para proporcionar pistas fiables de envío para el comercio marítimo con el tiempo, limitar el flu"o del río, lo que resulta en agua más alto y más rápido flu"o or otra parte, los diques se han construido como un límite para un área de inundación &ste último puede ser una inundación controlada por los militares o una medida para evitar la inundación de un área más grande rodeada por diques )os diques se han construido como los límites del campo y como defensas militares
-ntre los di)ues artificiales tene9os5 Di)ues de contención5 Ieneralmente, los diques que se construyen son los de contención, este se construye en la vera de un río y solo hay que acumular tierra en este &sta tierra acumulada debe de ser afilado en la cumbre y amplio en la base, comúnmente de coloca bolsas de arena
&n erú estos diques se construían con champas, esto eran trozos cuadrados de tierra vegetal, que media por lo general ;? 0 ;? centímetros, y tenía algunos 5@ centímetros de espesor &stas champas han tenido un gran inconveniente y es que no son muy eficientes, es por ello que se están sustituyendo por estructuras construidas t#cnicamente )as partes de un dique de contención son: borde libre, coronamiento, nivel de agua de proyecto, corona, nivel de terreno aguas arriba, núcleo impermeable y cuerpo de apoyo aguas arriba y aba"o Dique en la vera de un rio, proteger la inundación
Di)ues Di)ues ro9peolas ro9peolas55 )os )os diqu diques es de romp rompeo eola lass se inst instau aura ran n medi median ante te intercalación de capas de elementos de diferentes granulometrías y materiales que ayuda a comprimir la cantidad de energía que viene del olea"e &stas estructuras disipan la energía del olea"e por los procesos de: 5. rotura, 7. fricción sobre y en el interior del macizo granular y ;. transmisión de olea"e hacia la parte abrigada $a 9isión de los di)ues de escollera es la creación de área a7rigada frente a la acción del olea3e' Desde un punto de vista funcional, la transmisión de energía sobre y a trav#s del dique son condicionantes fundamentales del dise(o 'uando la altura de la coronación es suficiente como para evitar el rebase, se definirá el dique como no rebasable 'uando el rebase condiciona la agitación interior o el uso de la coronación, el dique será rebasable /i la coronación queda en algún momento ba"o el nivel del mar, m ar, el dique se denomina sumergido )os diques rompeolas se suelen dise(ar con diferentes capas, con piezas de tama(o decreciente desde el manto exterior, o manto principal, hasta el núcleo )os mantos secundarios, con piezas de tama(o decreciente hacia el interior, debe deben n cump cumplir lir la misi misión ón de apoy apoyo o y filtr filtro o con con las las piez piezas as de los los mant mantos os adyacentes &stos diques se denominarán multicapa &n algunos casos, bien debido al peque(o volumen del dique, a la disponibilidad de material, o a la escasa importancia de la transmisión a trav#s del dique u otros factores, es econ económ ómic ico o cons constru truir ir diqu diques es de una una sola sola capa capa,, esto esto es, es, mono monoca capa pa &n ocasiones, debido a la carencia de escolleras adecuadas en las canteras o al costo del hormigón para las piezas artificiales del manto, se ha dise(ado diques de escolleras con un peso de las piezas del manto exterior que no garantiza la
estabilidad individual de las mismas or ello, se admite en el dise(o una determinada deformación del perfil del manto exterior -similar al que ocurre en playas de gravas., como respuesta a la acción del olea"e ara permitir esta deform deformaci ación ón sin que se vean vean afecta afectados dos mantos mantos interio interiores res,, se requie requiere re la aportación de un mayor volumen de material, formando una berma Debido a esta berma, estos diques se denominan diques berma
Di)ues en talud5 este se ha edificado mediante un núcleo de todo uno, ahora bien, encima de este se intercalan capas de elementos de tama(o creciente separados por capas de filtro F esta bien h
Di)ues Di)ues 4erticales 4erticales55 const constitu ituido idoss por ca"on ca"ones es de hormig hormigón ón armado armado que se trasladan flotando al lugar de fondeo y se hunden, luego son rellenados con áridos, para así formar una estructura rígida !ambi#n llamados diques refle"antes puesto que no se produce disipación sobre el paramento a diferencia de los diques en talud que lo disipan &stas estructuras se están echando al olvido, por desconocer el tipo de olea"e real que actúa sobre el paramento y por tanto su distribución de fuerzas /on muy utilizados originalmente en grandes profundidades puesto que conlleva una reducción de volúmenes comparados con un dique en talud
Di)ue natural &ste surge de la acumulación de material arrastrado por el agua en el borde del mismo, al momento de una inundación 'omúnmente se forman alrededor de los ríos de tierras ba"as y arroyos sin intervención humana $l igual que los diques artificiales, actúan para reducir la probabilidad de ll anura de inundación
)a deposición de los diques es una consecuencia natural de las inundaciones de los ríos serpenteantes que llevan a una alta proporción de sedimentos en suspensión en forma de finas arenas, limos y fangos Debido a que la capacidad de carga de un río depende en parte de su profundidad, el sedimento en el agua que es más de los bancos inundados del canal ya no es capaz de mantener la misma cantidad de sedimentos finos en suspensión como la vaguada principal $sí pues, los sedimentos finos adicionales se sedimentan rápidamente sobre las partes de la zona de inundación más cercana al canal &n un número significativo de inundaciones, esto va a conducir a la acumulación de cantos en estas posiciones, y la reducción de la probabilidad de nuevos episodios de inundaciones y la construcción de dique
CAPTAC%1E&6 Definición' )as captaciones son las obras que permiten derivar el agua desde la fuente que alimenta el sistema &sta fuente puede ser una corriente natural, un embalse o un depósito de agua subterránea* en este informe se tratará de captaciones corrientes naturales $a captación consta de la bocatoma, el canal de aducción y el tanque sedimentador o desarenador )as magnitudes de los caudales que se captan en las bocatomas son función de los niveles de agua que se presentan inmediatamente arriba de la estructura de control 'omo estos niveles dependen del caudal J de la corriente natural, y este caudal es variable, entonces las bocatomas no captan un caudal constante Durante los estia"es captan caudales peque(os y durante las crecientes captan excesos que deben ser devueltos a la corriente lo más pronto posible, ya sea desde el canal de aducción o desde el desarenador )a sedimentación que se genera en la corriente natural por causa de la obstrucción que se induce por la presencia de la estructura de control es un gran inconveniente en la operación de las bocatomas laterales
&l canal de aducción conecta la bocatoma con el desarenador* tiene una transición de entrada, una curva horizontal y un tramo recto, paralelo a la corriente natural, hasta el desarenador &s un canal de ba"a pendiente y r#gimen tranquilo que se dise(a para recibir los caudales de aguas altas que pueden entrar por la toma &l desarenador yKo cámara de carga tiene la función de decantar los sólidos en suspensión para evitar que ingresen a la tubería de presión y causen desgaste innecesario en la turbina !ambi#n ofrece una reserva mínima de agua para el traba"o de la misma /u forma es por lo general rectangular y en su extremo se coloca una re"illa en diagonal de trama fina para retener los sólidos suspendidos y livianos como ho"as y ramas )a tubería de conducción, generalmente es tubería de 9' presión, se conecta en este extremo para desalo"ar el caudal por la parte inferior hacia la casa de máquinas $demás de su función de sedimentador, el desarenador cuenta con un vertedero de rebose que permite devolver a la corriente natural los excesos de agua que entran por la toma
C%.P#ERTA& Definición' )as compuertas son equipos mecánicos utilizados para el control del flu"o del agua y mantenimiento en los diferentes proyectos de ingeniería, tales como presas, canales y proyectos de irrigación &xisten diferentes tipos y pueden tener diferentes clasificaciones, según su forma, función y su movimiento )as diferentes formas de las compuertas dependen de su aplicación, el tipo de compuerta a utilizar dependerá principalmente del tama(o y forma del orificio, de la cabeza estática, del espacio disponible, del mecanismo de apertura y de las condiciones particulares de operación
(plicaciones5 'ontrol de flu"os de aguas 'ontrol de inundaciones royectos de irrigación 'rear reservas de agua /istemas de drena"e royectos de aprovechamiento de suelos lantas de tratamiento de agua 1ncrementar capacidad de reserva de las presas
Tipos de co9puertas5 Co9puertas "lanas Desli%antes /e les llama compuertas deslizantes pues para su accionar se deslizan por unos rieles guías fi"os uede ser movida por diferentes tipos de motores &stas compuertas pueden ser de acero estructural, madera y en caso de peque(as cabeza de hierro, el espesor y el material de la compuerta dependerá de la presión del agua y el dise(o de los sellos $l traba"ar a compresión estas compuertas tienen buenas adaptaciones a los sellos presentando peque(as fugas &ste tipo de compuertas han sido utilizadas para todo tipo de cabezas, pero resultan ser más económicas para peque(as cabezas y tama(os moderados pues necesitan grandes fuerzas para ser movidas
Co9puertas "lanas de Rodillos )as compuertas planas de rodillos están dise(adas especialmente para controlar el flu"o a trav#s de grandes canales donde la economía y la facilidad de operación sean dos factores preponderantes /on denominadas compuertas de rodillos ya que están soportadas en rodillos que recorren guías fi"as y generalmente tienen sellos de caucho para evitar filtraciones a trav#s de los rodillos )os rodillos minimizan el efecto de la fricción durante la apertura y el cierre de las compuertas, como consecuencia de estos se necesita motores de menor potencia para moverlas
ueden ser dise(adas para abrirse hacia arriba o hacia aba"o &stas compuertas son muy versátiles ya que pueden dise(arse tanto para traba"ar ba"o presión en una o ambas caras simultáneamente Ieneralmente son de sección transversal hueca, para disminuir la corrosión e infiltraciones son rellenadas con materiales inertes como el concreto
Co9puertas Radiales !Taintor& )as compuertas radiales se construyen de acero o combinando acero y madera 'onstan de un segmento cilíndrico que está unido a los co"inetes de los apoyos por medio de brazos radiales )a superficie cilíndrica se hace conc#ntrica con los e"es de los apoyos, de manera que todo el empu"e producido por el agua pasa por ellos* en esta forma sólo se necesita una peque(a cantidad de movimiento para elevar o ba"ar la compuerta )as cargas que es necesario mover consisten en el peso de la compuerta, los rozamientos entre los cierres laterales, las pilas, y los rozamientos en los e"es 'on frecuencia se instalan contrapesos en las compuertas para equilibrar parcialmente su peso, lo que reduce todavía más la capacidad del mecanismo elevador )a venta"a principal de este tipo de compuertas es que la fuerza para operarlas es peque(a y facilita su operación ya sea manual o automática* lo que las hace muy versátiles
Co9puertas .lap o Clapetas
)lamadas tambi#n clapetas, formadas por un tablero articulado en su arista de aguas arriba que puede abatirse dando paso al agua &stas compuertas se abren automáticamente por un diferencial de presión aguas arriba y se cierran cuando el nivel aguas aba"o supera el nivel aguas arriba o cuando el nivel aguas arriba alcance el nivel deseado de almacenamiento &xisten compuertas clapeta de contrapeso, en las que los tableros se mantenían en su posición elevada por medio de un puntal, hasta que la sobre elevación del nivel del agua les hacía bascular sobre el extremo superior del puntal* tambi#n las hay sin contra peso que son recomendadas para aquellos casos de poca altura de agua y gran luz de vano
Co9puertas (taguía &stán compuestas de vigas separadas colocadas unas sobre otras para formar un muro o ataguía soportado en ranuras en sus extremos )a separación de las pilas de apoyo depende del material de las vigas, de la carga que obre en ellas, y de los medios que se disponga para mane"arlas, es decir, para quitarlas y ponerlas
Co9puertas :ariposa )as compuertas tipo mariposa son utilizadas para controlar el flu"o de agua a trav#s de una gran variedad de aberturas $unque pueden ser utilizadas para controlar el flu"o en ambas direcciones la mayoría de las instalaciones sólo las utilizan para controlar el flu"o en una dirección 'on las compuertas mariposa es posible tener una máxima cabeza de energía en ambos lados de la compuerta )a cabeza estática se mide desde el e"e horizontal de apertura de la compuerta )a mayoría de estas compuertas son instaladas en sitios con ba"a cabeza de presión -menor a < metros. )as secciones transversales de este tipo de compuertas normalmente son cuadradas o rectangulares* las secciones circulares no son muy comunes ya que estas se utilizan en válvulas mariposa /on ideales cuando hay poco espacio disponible ya que al girar respecto a un e"e, no es necesario disponer de espacio para levantarlas y allí se puede ubicar el mecanismo de apertura &stas pueden ser utilizadas como reguladoras de flu"o, pues al rotar la ho"a cambia el tama(o de la abertura y se regula el caudal que fluye a trav#s de ella
Co9puertas Caterpillar !Tractor& /on tambi#n conocidas como 'ompuertas de roome, en honor a su inventor &ste tipo de compuertas son utilizadas tanto para altas como para ba"as cabezas de presión +an sido utilizadas con cabezas hasta de 7?? pies en varios proyectos hidroel#ctricos y de control de inundaciones $mbos extremos de la compuerta están equipados con orugas que facilitan su desplazamiento a lo largo de ranuras paralelas a los lados de la compuerta )as orugas se mueven alrededor de la compuerta mientras la compuerta es movida &ste tipo de compuertas es movido por medio de cables de acero tirados por motores, lo que facilita su operación ba"o diferentes condiciones de flu"o
Co9puertas Cilíndricas )as compuertas cilíndricas consisten en cilindros sólidos de acero -generalmente. abiertas en ambos extremos, que funcionan por el balance de las presiones de agua en las superficies interior y exterior &ste tipo de compuertas generalmente son levantadas por medio de cables o máquinas hidráulicas* como la presión del agua siempre se encuentra balanceada, el único peso que debe ser movido es el equivalente al peso propio de la
