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