2013 OBRAS DE ARTE EN IRRIGACIONES
CURSO: IRRIGACIONES ALUMNO: MELENDEZ LEON, CARLOS 01/01/2013
OBRAS DE ARTE DE IRRIGACIONES
1.VERTEDEROS: Cuando la descarga del líquido se efectúa por encima de un muro o una placa ya superficie libre, la estructura hidráulica en la que ocurre se llama “Vertedero”.
Sus principal es funciones son:
Garantizar la seguridad de la estructura hidráulica, al no permitir la elevación del nivel, aguas arriba, por encima del nivel máximo (NAME por su siglas Nivel de Aguas Máximas Extraordinarias) (ver: Embalse) Garantizar un nivel con poca variación en un canal de riego, aguas arriba. Este tipo de vertedero se llama "pico de pato" por su forma Constituirse en una parte de una sección de aforo del río o arroyo.
Los vertederos pueden clasificarse en: a)Según su localización entorno a la estructura principal: •Los Vertederos frontales. •Los Vertederos laterales. •Los Vertederos tulipa.
2.COMPUERTAS: Es un dispositivo hidráulico-mecánico destinado a regular el pasaje de agua u otro fluido en una tubería, en un canal, presas, esclusas, obras de derivación u otra estructura hidráulica. Produce un represamiento aguas arriba de la estructura y una aumento de velocidad aguas abajo. Existen dos sistemas principales de compuertas: 1.Compuertas apoyadas en sus dos extremos, trabajando estáticamente como una viga con dos apoyos. A este sistema pertenecen las compuertas cilíndricas, compuertas planas, compuertas radiales, compuertas deslizantes y compuertas de rodillos. 2.Compuertas giratorias que transmiten empuje hidrostático en toda su extensión. A éste sistema pertenecen las compuertas de aletas abatibles, las compuertas radiales, compuertas mariposa, compuertas taintor, compuertas de esclusa y compuertas dropleaf. Sus aplicaciones más comunes son las siguientes: a) Control de flujos de aguas. b) Control de inundaciones. c) Proyectos de irrigación. d) Crear reservas de agua. e) Sistemas de drenaje. f) Proyectos de aprovechamiento de suelo. g) Plantas de tratamiento de agua. h) Incrementar capacidad de reserva de las presas.
3.TRANSICIONES Las transiciones son estructuras que empalman tramos de canales que tienen secciones transversales diferentes en forma o en dimensión. Por ejemplo un tramo de sección rectangular con uno de sección trapezoidal, o un tramo de sección rectangular de ancho b1 con otro rectangular de ancho b2, etc. Las transiciones funcionan mejor cuando los tramos que se van a empalmar son de baja pendiente, con régimen subcrítico; en este caso las pérdidas hidráulicas por cambio de sección son relativamente pequeñas. El manejo clásico de las transiciones en régimen subcrítico está explicado con ejemplos en los textos de Hidráulica de Canales. Cuando la transición se coloca en tramos de alta pendiente, en régimen supercritico, las pérdidas hidráulicas son altas y no son cuantificables con buena precisión, lo cual hace que los cálculos hidráulicos no resulten aceptables. En esta circunstancia es recomendable diseñar la transición con ayuda de un modelo hidráulico. Consideraciones generales Como criterios para el dimensionamiento hidráulico se pueden mencionar:
Minimización de las pérdidas de energía por medio de estructuras económicamente justificables. Eliminación de las ondulaciones grandes y de los vórtices (por ejemplo, los vórtices de entrada con el consecuente peligro de introducción de aire. Eliminación de zonas con agua tranquila o flujo muy retardado (por ejemplo: las zonas de separación traen consigo e! riesgo de depósito de material en suspensión).
Pasos para el diseño de una estructura de transición. Una ayuda valiosa en el cálculo hidráulico es el diagrama de energía con las curvas Ho-y. Se recomienda trazar, con el caudal dado Q, una familia de curvas para varias secciones transversales de la estructura, donde los cambios en la sección transversal de la estructura de transición están limitados únicamente a cambios en el ancho B del canal, de tal modo que las secciones transversales consecutivas están
caracterizadas por valores definidos del caudal unitario q=Q/B. Ilustración 1. Curvas Ho - y
4.TOMAS LATERALES Las tomas laterales son estructuras hidraulicas que permiten derivar o captar determinado caudal desde un canal madre. Una toma lateral consiste en una ventana de ingreso y un conducto corto que descarga al aire libre o hacia una posa disipadora. Estas obras pueden servir tambien para medir la cantidad de agua que circula por ellas. Para obtener una medicion exacta del caudal a derivar, estas tomas se disenan dobles, es decir, se utilizan dos baterias de compuerta; la primera denominada compuerta de orificio y la segunda compuerta de torna y entre ellas un espacio que actua corno camara de regulacion.
CONSIDERACIONES HIDRÁULICAS - Las tomas laterales en una red de riego, en especial son colocados en los canales secundarios o terciarios. - Las tomas se instalan normales al canal alimentador, lo que facilita la construccion de la estructura. - Generalmente se utilizan compuertas cuadradas las que se acoplan a una tuberia. Las dimensiones de las compuertas, son iguales al diametro de la tuberia y esta tendra una longitud variable dependiendo del caso especifico. - cuando la toma tenga que atravesar una carretera o cualquier otra estructura, se puede fijar una longitud de 5 m para permitir un sobre ancho de la berma del canal en el sitio de toma por razones de operacion.
5.PARTIDORES Son estructuras que permiten distribuir el gasto en una canalizacion generalmente en 02 modulos. Los partidores pueden ser permanentes o moviles. En el ultimo caso los partidores se construyen de elementos metalicos moviles y en los primeros pueden ser de concreto o albanileria. (Presenta un flujo subcritico), se disena los partidores como rectangulares.
Criterios de diseño - Flujo en el canal subcritico. - Flujo permanente. - Calcular b1 y b2. - Ancho de cada canal es proporcional al caudal.
Q = (by) V = (b 1 y1) V1 + (b2 y2) V2
Aplicación: Si Q1 = 30% Q2 = 70%
Q1 = (b1 y1) V1 Q2 = (b2 y2) V2
6.RAPIDAS Definición Las rapidas son estructuras que sirven para enlazar dos tramos de un canal donde existe un desnivel considerable en una longitud relativamente corta. La decision entre la utilización de una rapida y una serie de caidas escalonadas esta supeditada a un estudio económico comparativo. La rapida es un canal de fuerte pendiente que permite unir una cota mayor con una cota menor de un canal de conduccion. Las rapidas se construyen de diferentes secciones encontrandose las mas comunes la sección rectangular y trapezoidal, los materiales de construccion de diversos.
PARTES DE UN CANAL DE RÁPIDA 1. Transicion entrada y salida. 2. Cuerpo de la rapida. 3. Posa de disipacion de energia. 4. Entrada tramo centro de conexion del canal – poza de disipacion.
Datos (de campo necesario para el diseño hidráulico) - Se requiere conocer las propiedades hidraulicas y elevaciones de la rasante. - las secciones del canal aguas arriba y aguas abajo de la rapida. - un perfil del tramo en la localizacion de la estructura
Diseño de una Rápida Procesos • Calculo utilizando el analisis del flujo en un perfil longitudinal con tramos de pendiente fuerte y calculando las curvas de remanso. Para simplificar calculos se puede usar el software HCANALES. • Procedimiento, el indicado a continuacion:
Condiciones de diseño – rápida para caudal pequeño < (5 – 7) m3/s. - No hay curva parabolica de conexion. - Talud pendiente cero aguas abajo al final de poza disipadora.
PASOS A SEGUIR EL DISEÑO 1. Disenar las transiciones de entrada y salida. 2. Identificar la seccion del control de flujo. 3. Diseno del cuerpo del canal en rapida. 4. Diseño de la poza de disipacion de energia. 5. Control de velocidades y el tirante del flujo en el canal de
rapida. 6. Verificar: El flujo en el canal en rapida es no uniforme y/o no permanente
7.SIFONES: Los sifones permiten salvar cruce de cauces, de camino, de quebradas, etc. su diseño queda sujeto al caudal de diseño, a las cargas de diseño y características del suelo de fundación. En el caso de cruce de quebradas a ríos, el diseño queda sujeto principalmente por la profundidad de socavación determinada a través de los métodos de neill o lischtvan-levediev. Los materiales constitutivos del sifón dependerá principalmente de la magnitud de la obra (del caudal de diseño y de la longitud). Estos podrán ser de hormigón in situ, hormigón prefabricado, materiales plásticos como pvc, hdp, etc.. Camara de
EJEMPLO DE SIFON
Salida
Cámara de entrada
S : profundidad de socovación
S
A A
L1
L3
Tramo descendente
L3
Tramo horizontal
Tramo Ascendente
e
e +2e A-A
Funcionamiento El sifon siempre funciona a presion, por lo tanto, debe estar ahogado a la entrada y a la salida.
Ahogamiento > 10 % , puede tenerse ahogamiento <50 % Ahogamiento = (H-h)//hx100 El sifon funciona por diferencia de cargas, esta diferencia de cargas debe absorber todas las perdidas en el sifon. La diferencia de carga AZ debe ser > las perdidas totales.
8.ALIVIADEROS LATERALES Estas estructuras consisten en escotaduras que se hacen en la pared o talud del canal para controlar el caudal, evitándose posibles desbordes que podrían causar serios daños, por lo tanto, su ubicación se recomienda en todos aquellos lugares donde exista este peligro. Los cuales de exceso a eliminarse ,se originan algunas veces por fallas del operador o por afluencias, que durante las lluvias el canal recibe de las quebradas, estos excesos debe descargar con un mínimo de obras de arte, buscándose en lo posible cauces naturales para evitar obras adicionales, aunque esto último depende siempre de la conjugación de diferentes aspectos locales (topografía, ubicación del vertedero, etc.)
Criteriosde Diseño i.El caudal de diseño de un vertedero se puede establecer como aquel caudal que circula en el canal por encima de su tirante normal, hasta el nivel máximo de su caja hidráulica o hasta el nivel que ocupa en el canal, el caudal considerado como de máxima avenida. ii.El vertedero lateral no permite eliminar todo el excedente de caudal, siempre quedará un excedente que corresponde teóricamente a unos 10 cm encima del tirante normal. iii.La altura del vertedor o diferencia entre la cresta de éste y el fondo del canal,corresponde al valor Yn. iv.Para dimensiona relvertedero existen gran variedad de formulas, a continuación se describe la fórmula de Forchheiner.
9.RAMPAS, ESCALONES Y DISIPADORES DE ENERGIA Los canales que se diseñan en tramos de pendiente fuerte resultan con velocidades de flujo muy altas que superan muchas veces las máximas admisibles para los materiales que se utilizan frecuentemente en su construcción. Para controlar las velocidades en tramos de alta pendiente se pueden utilizar combinaciones de rampas y escalones, siguiendo las variaciones del terreno. Las rampas son canales cortos de pendiente fuerte, con velocidades altas y régimen supercrítico; los escalones se forman cuando se colocan caídas al final de tramos de baja pendiente, en régimen subcrítico.
Los disipadores de energía son estructuras que se diseñan para generar pérdidas hidráulicas importantes en los flujos de alta velocidad. El objetivo es reducir la velocidad y pasar el flujo de régimen supercrítico a subcrítico. Las pérdidas de energía son ocasionadas por choque contra una pantalla vertical en Disipadores de Impacto, por caídas consecutivas en Canales Escalonados, o por la formación de un resalto hidráulico en Disipadores de Tanque. En la literatura especializada se encuentran las instrucciones que permiten dimensionar los disipadores más apropiados en cada caso particular.
