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HIDRÁULICA AVANZADA

 TRASVASES

El tema de los trasvases está muy de moda hoy en día, pero nos enfrentamos a un gran problema como lo es el tema social, ya que hay personas e instituciones que están a favor de que se lleve a cabo y hay otras que no, y que en la mayor cantidad de casos los argumentos a favor son irrefutables, pero hay quienes manifiestan que la cuenca donante tendría problemas a futuro, como la disminución del agua en su cuenca, así como la extinción de especies acuáticas. Los embalses asegurarían el suministro de agua y de producción agrícola. Gracias a los embalses se generaría empleo dado que se pondrían en cultivo un gran número de tierras que en un inicio estaban abandonadas por la falta de agua para el regadío que además estas tierras tendrían aseguradas sus campañas de siembra y cosecha. Como es sabido gran cantidad de agua se pierde cuando esta llega a desembocar en el mar, por lo que no nos podemos dar ese lujo de desperdiciarlo habiendo tanta demanda de esta, en especial el sector agrícola. En fin, el proyecto de los trasvases es una muy buena idea de inversión ya que satisfaría la gran demanda de agua en determinados lugares, además ayudaría a regular el caudal excedente en la cuenca donante.

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Conocer la función, criterios de diseño, elementos que integran los trasvases como una estructura hidralica.

Conocer la función de los trasvases, como elemento conductor de agua de una cuenca a otra. Conocer los criterios de diseño de una cuenca donante hacia una cuenca receptora y el tipo de estructura a usar de acuerdo a la sección que se le quiera dar al túnel. Describir los elementos que integran las estructuras de los trasvases. A través de ejemplos, aplicar los conceptos y fórmulas de las estructuras de los trasvases.

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Es el trasladado del agua de una cuenca hidrográfica hacia otra, para vencer el parte agua que divide las dos cuencas, para esto se construyen obras ingenieras como canales abiertos y cerrados, túneles y estaciones de bombeo para elevar el agua hasta un punto determinado que después circularía a gravedad. Los trasvases son obras hidráulicas cuya finalidad es la de incrementar la disponibilidad de agua en una población adicionando agua desde una cuenca vecina. Los usos específicos del agua pueden ser los más variados, sin embargo los más comunes son: - Abastecimiento de agua potable a ciudades con un número de habitantes superior al que podrían soportar los recursos hídricos de la cuenca en la cual se sitúa la ciudad. Esta necesidad se da en casi todas si no en todas las ciudades. Esta situación acarrea una serie de impactos ambientales, sobre todo si se considera que las aguas servidas se restituirán en una cuenca diferente de la que se extrajo el agua. (http://es.wikipedia.org, 2013) - Riego, este tipo de obras se hace necesario cuando las tierras de buena calidad se encuentran en áreas con escasos recursos hídricos. Un caso muy típico es toda la Vertiente del Pacífico, en la costa peruana, donde se han construido una serie de trasvases de cuencas, entre otros: -Proyecto Chira-Piura, Derivación del río Quiróz al Reservorio San S an Lorenzo. -Los proyectos CHAVIMOCHIC y CHINECAS que derivan aguas del rio Santa a varias cuencas deficitarias al norte y sur del rio Santa. -Derivación de aguas del rio Majes a las pampas áridas (primera Etapa) o atravesando la cordillera andina de la vertiente del atlántica al pacífico (Majes-Siguas II Etapa. -Olmos que deriva agua del rio Huancabamba. Huancabamba. -Tinajones que deriva agua de los ríos Chotano y Conchano (Cajamarca). (Cajamarca). -Proyecto Especial Choclococha, Choclococha, en el Departamento de Ica, en el centro de la costa peruana. Una parte del agua que se produce en la parte alta de la cuenca del río Pampas, de la vertiente del Atlántico es revertida hacia la vertiente del Pacífico. - Generación de energía hidroeléctrica. Estas obras son bastante frecuentes y es una forma de construir embalses más pequeños y maximizar el uso de la potencia instalada en la central Hidroeléctrica. - Para usos múltiples.  Página

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La experiencia de otros países, muestra que la manera tradicional de desarrollo de estos proyectos ha sido por medio de la construcción de embalses en la cuenca donante como la receptora, entre los cuales se conduce agua de una cuenca a la otra. Lo anterior supone una infraestructura conductora, la cual puede extenderse varios kilómetros atravesando amplios territorios; razón por la cual se debe estudiar la ubicación y la infraestructura debe tener características técnicas específicas, de modo tal de ofrecer el menor impacto posible y motivar con ello la menor cantidad de potenciales conflictos. Así mismo, el caudal trasvasado debe tener la magnitud óptima para garantizar el caudal ecológico mínimo de la cuenca donante.

Uno de los grandes beneficios que trae consigo una intervención de este tipo es la mejora de la calidad de vida de los poblados ubicados en las zonas receptoras, así como la economía de las actividades que se desarrollan. Esta acción se justifica en la medida en que la cuenca donante tenga recursos hídricos “excedentarios”, pero muchos consideran que el excedente no es un concepto apropiado, puesto

que la cantidad de recursos hídricos de una cuenca cualquiera se relaciona con las características propias de los ecosistemas y los recursos naturales renovables que la atraviesan, incluso las características del borde costero y la biodiversidad marina en la distancia inmediata a la desembocadura. Consecuentemente, se entiende que los recursos hídricos de una cuenca tienen una vocación definida, y cualquier intervención de ésta puede generar diversos impactos ambientales de carácter acumulativo, con sus efectos en la dimensión económica y social. A modo de ejemplo, en zonas de España y Estados Unidos han quedado en evidencia los impactos que han provocado los trasvases a los ríos donantes, generando efectos aguas abajo en los valles  Página

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(calidad del suelo y agricultura), borde costero (humedales) y la biodiversidad marina (fijación de CO₂), debido la menor cantidad de nutrientes transportados por los ríos. Así mismo, algunos han descrito que se pueden generar implicancias ecológicas negativas en las zonas beneficiarias, al mezclar el agua de la cuenca donante con la de la cuenca receptora (Moraleda, 2007). En términos socioeconómicos, el trasvase de las zonas donantes puede generar impactos importantes, en la medida que esa agua trasvasada limite opciones de desarrollo futuro o genere inconformidad al apreciarse una situación donde se favorezca el desarrollo de ciertas regiones en función de otras. Este último punto puede negociarse como una remuneración (o compensación) que vaya directamente para el desarrollo de la región donante.

La realización de grandes trasvases entre cuencas lleva necesariamente aparejado la construcción de grandes embalses en las cuencas donantes, para obtener una máxima regulación, así como en las cuencas receptoras. La incidencia medioambiental de un gran embalse va a depender en gran medida de la ubicación del mismo, sin embargo, podemos considerarlos con carácter general, como una de las infraestructuras más impactantes que se pueden construir. Todo lo que queda dentro del vaso del embalse desaparece para siempre, esto ha supuesto la desaparición de grandes valles, incluyendo bosques, campos de cultivo, pueblos, restos arqueológicos, etc. Otro impacto que siempre va a producir la construcción de grandes embalses va a ser el generado sobre el ecosistema fluvial, produciendo su desaparición en el tramo ocupado por el vaso, pero afectándolo también de manera importante en los tramos que continúan aguas abajo. La existencia de los embalses supone una alteración importante en el régimen de caudales del río aguas abajo, no sólo por la reducción del mismo que siempre se produce, sino también por las modificaciones bruscas de caudal que tienen lugar, como consecuencia del régimen de explotación del embalse, lo cual va a afectar de manera negativa a la fauna piscícola y a la vegetación de ribera. Las fuertes oscilaciones de nivel que habitualmente tienen lugar en los grandes embalses, impiden el desarrollo de una vegetación de ribera en las orillas. Asimismo, en las aguas del embalse tan sólo suelen habitar algunas pocas especies de peces, muchas menos de las que pueblan un río sin regular. Todo ello, hace de nuestros embalses especialmente pobres en lo q ue a biodiversidad se refiere. Finalmente, la construcción de grandes embalses lleva aparejada la creación de grandes canteras  Página

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de donde obtener el material para la construcción del dique, así como de enormes escombreras, elementos que habitualmente suelen producir un gran impacto sobre el medio ambiente.

La otra gran infraestructura que los trasvases suelen llevar acabo son las conducciones por donde va a discurrir el agua. Al igual que en el caso de los embalses, el impacto que estas otras producen va a depender fundamentalmente del valor ambiental de las áreas afectadas y más concretamente en este caso del trazado. Sin embargo, se trata también de obras que en general van a generar un gran impacto medioambiental, similar al que produce la construcción de una autovía o de una línea de tren de alta velocidad, donde además las pendientes deben ser muy reducidas y prácticamente constantes, lo cual incrementa sustancialmente los movimientos de tierras que va a ser necesario realizar, y por tanto la incidencia sobre el medio ambiente. Se trata de grandes conducciones de varios cientos de kilómetros que cruzan el territorio, jalonadas por enormes taludes, produciendo graves afecciones ambientales allá por donde cruzan, dividiendo el territorio y produciendo por tanto un efecto barrera notable. Al igual que en el caso de los grandes embalses, la construcción de estas canalizaciones lleva también aparejado la creación de grandes canteras así como escombreras.

Desde el Gobierno se argumenta, para poder llevar a cabo los grandes trasvases entre cuencas, la existencia de excedentes en las cuencas donantes. Sin embargo, el concepto de "excedente" es bastante relativo, pues esa agua teóricamente sobrante suele desempeñar funciones ambientales importantes en la cuenca. Por ejemplo, al desembocar los ríos en el mar arrastran a los mismos sedimentos, lo cual permite el mantenimiento de las playas. De hecho, la reducción en el vertido de sedimentos al mar desde los ríos Por otra parte, según Francisco Javier Ayala-Carcedo, de la New York Academy of Sciences, esos teóricos excedentes actualmente existentes en las posibles cuencas donantes, muy probablemente desaparecerán en las próximas décadas a consecuencia del Cambio Climático. Por otra parte, el consumo por hectárea se incrementa cuando aumenta la temperatura (al ser mayor la transpiración biológica y la evaporación), y disminuyen las precipitaciones. Por ello, es previsible que se incremente también el consumo en los regadíos existentes. Esta reducción de los recursos e incremento de los consumos, ambos inevitables, va a traer consigo necesariamente que casi todas las cuencas que actualmente son excedentarias van a dejar de serlo en las próximas décadas, no soportando por tanto la extracción de recursos. De hecho, previsiblemente tan solo algunas cuencas podrían soportar los trasvases a medio y largo plazo.

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La realización de los grandes trasvases también tendría consecuencias negativas en las poblaciones de las cuencas donantes. La escasez existente en las cuencas receptoras haría que se derivara por los trasvases la mayor cantidad de recursos posibles, superando con creces los teóricos excedentes, especialmente durante los años de sequía. En el sistema económico en el que estamos, una vez construida la infraestructura de trasvase, sería prácticamente imposible evitar que se derive toda el agua de que se disponga en la cuenca donante, si en la receptora produce un mayor rendimiento económico. Si a todo esto añadimos la reducción de recursos e incremento de los consumos que se prevé para las próximas décadas, nos encontramos con que los trasvases podrían hipotecar en buena medida el futuro de las poblaciones de las cuencas cedentes, no sólo impidiendo la utilización de nuevos recursos para futuros usos, si no también retrayendo los actualmente empleados en determinados usos, económicamente menos rentables que los de las cuencas receptoras. A manera de Conclusiones se ha podido apreciar, la realización de grandes trasvases entre cuencas producirían necesariamente graves agresiones medioambientales. Asimismo, la reducción de los recursos e incremento del consumo previsto para los próximos años, unido a las expectativas que los trasvases crean, no sólo no solucionarían los problemas de déficit de las cuencas receptoras, sino que incluso los podrían llegar a acentuar de manera ostensible. En las cuencas cedentes también producirían graves problemas sociales, llegando a hipotecar el f uturo de esas regiones. Por todo ello, Ecologistas rechazan la realización de los grandes trasvases entre cuencas previstos por el Gobierno, anunciando su completa oposición a cualquier Plan Hidrológico Nacional que contemple la realización de dichos trasvases. Estudios a realizar: en donde se recopilará la información climatológica existente en la cuenca donante y en la cuenca receptora. La información meteorológica existente permite realizar una caracterización climática sólo de los extremos del área de las cuencas y se estudiara:

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Se registrará la precipitación promedio total anual en cada estación meteorológica, a lo largo de todo el año para la precipitación media, sobre todo de la cuenca donante para ver si tiene los suficientes recursos de agua.

Figura N° 01: Variación mensual de la precipitación -

Se determinará la temperatura máxima media mensual registrada en la estación meteorológica, la temperatura mínima media mensual y la variación mensual de la temperatura máxima y mínima a lo largo del año.

Figura Nº 02 Variación Mensual de la temperatura

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. Los datos de humedad relativa registrados en la estación meteorológica indicarán el mayor y menor de la humedad, así como el promedio de la media anual y la variación estacional que se presenta en la cuenca.

Figura N° 03 Variación de la Humedad Relativa Media -

En este caso se presentarán las horas de sol que se presentan en la cuenca de acuerdo a cada mes del año.

Figura N° 04: Variación mensual de las Horas de Sol

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. Se tendrán en cuenta las máximas y mínimas velocidades de viento se presenta y los meses en que se presentan, estos se miden en Km/dia.

Figura N° 05 Variación mensual de la velocidad de viento -

Se medirán las mínimas y máximas incidencias de radiación solar y el valor que alcanzan (MJ/m 2 /d) en cada uno de los meses del año.

Figura N° 06: Variación mensual de la Radiación Solar -

. Se efectuará la evaluación climática correspondiente tomando como base el Sistema de Clasificación del Dr. Warren Thornthwaite, el cual se sustenta en la estimación de dos parámetros: (a) evapotranspiración potencial, que mide la eficiencia térmica del medio analizado y (b) el índice hídrico, que mide la eficiencia pluvial de dicho medio.

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. Esta parte del diagnóstico tiene como objetivo principal la identificación y cuantificación de los recursos hídricos superficiales con que cuentan la cuenca del río en diversos puntos a lo largo de toda su extensión. -

La delimitación hidrográfica de la cuenca se realiza a partir del sistema de codificación propuesto por Pfastetter, que consiste en subdividir una determinada cuenca hidrográfica, cualquiera sea su tamaño a partir de la determinación de los mayores afluentes del río principal en términos de área.

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Se identificarán dentro de las cuencas las fuentes de recursos superficiales: lagunas, ríos, quebradas y manantiales.

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La información hidrológica recopilada corresponde a estudios anteriores realizados en el ámbito de las cuencas, registros de medición y control del SENAMHI y otra información de instituciones privadas que operan estaciones donde se registra dicha información relevante para el estudio.

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Como las estaciones meteorológicas y estaciones hidrométricas.

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Como la información de pluviometría (registros históricos de las estaciones meteorológicas), para luego hacer un análisis de consistencia (Realizado con el fin de verificar que los datos históricos medidos no tienen errores sistemáticos; para ello se ha recurrido al empleo de los gráficos de series de tiempo, tanto a escala anual como mensual, gráficos de doble masa y análisis).

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Los caudales también muestran correlación con los periodos de lluvia (húmedos) y los periodos de estiaje (secos), cuya variación se mide en las secciones de aforo.

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En el eje del embalse y en la cuenca receptora.

Es la cantidad de agua que necesitan los cultivos para cumplir con sus requerimientos fisiológicos. Se expresa en mm/día y su calculo se efectúa mediante la relación: Es la parte de la lluvia que es efectivamente aprovechada por los cultivos. Para este caso se ha tomado en cuenta por ser significativa.

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Es la lámina de agua que requieren los cultivos para cubrir sus necesidades, descontando la precipitación efectiva. La eficiencia de riego es la relación entre la cantidad de agua utilizada por las plantas y la cantidad de agua suministrada y se calcula teniendo en cuenta todos los factores que lo puedan afectar (edafológicos, culturales, meteorológicos, etc); y las pérdidas que se producen durante la conducción, la captación, su distribución y aplicación en la parcela. Es la cantidad de agua final requerida en la toma, para satisfacer la demanda de los cultivos, la cual incluye todos los parámetros anteriores.

La mayor parte de los canales artificiales revestidos y construidos puede resistir la erosión de manera satisfactoria y, por consiguiente, se consideran no erosionables. Los canales artificiales no revestidos por lo general son erosionables, excepto aquellos excavados en cimentaciones firmes, como un lecho de roca. En el diseño de los canales artificiales no erosionables, simplemente se calculan las dimensiones del canal artificial mediante una ecuación de flujo uniforme y luego se decide acerca de las dimensiones finales con base en la eficiencia hidráulica o reglas empíricas de sección optima, aspectos prácticos constructivos y economía. El revestir o no revestir un canal para conducir agua es materia de un estudio técnico-económico. En efecto, de existir pérdidas de agua en el canal no revestido, por filtraciones motivadas por terrenos permeables, y con una napa estable o variable situada a cota inferior de la del eje hidráulico del canal, estas pérdidas obligan a considerar un mayor caudal de diseño. Esta imposición tiene como consecuencias mayores dimensiones en la sección del canal y de sus obras de arte. Para resolver este aspecto se pueden considerar los ensayos de permeabilidad que se deberán realizar en el trazado de los canales, con el objetivo de cuantificar adecuadamente estas eventuales pérdidas. Alternativamente, estas pérdidas podrán estimarse utilizando la fórmula de Moritz.

  = 0.0116( )/  Donde, P: Pérdidas por filtración (m3 /s/kilómetro de canal) Q: Caudal (m3 /s) V: Velocidad media (m/s)  Página

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C: Constante dependiente del tipo de suelo (pies3 /pies2 /24 horas) Tipo de Suelo C (pies3 /pies2 /24 horas) Grava cementada y capa dura con franco arenoso 0,34 Arcilloso y franco arcilloso 0,41 Franco arenoso 0,66 Cenizas volcánicas 0,68 Arenas, cenizas volcánicas o arcilla 1,2 Arenoso sin roca 1,68 Arenoso con grava 2,2 TABLA: Coeficiente C en fórmula de Moritz Si consideramos que el tipo de suelo donde se emplazarán los canales es del tipo es del tipo arcilloso y franco arcilloso, se tiene que las pérdidas por kilómetro de canal es del orden de los que se muestra en la tabla siguiente: Pérdidas por Filtración (m3 /s/Km) 0.007 3 Pérdidas para Canal de 30 km (m /s) 0.202 3 Pérdidas para Canal de 50 km (m /s) 0.337 TABLA: Perdidas por filtración según formula de Moritz

0.008 0.226 0.376

0.010 0.294 0.376

0.011 0.341 0.568

Si se considera, como se verá más adelante, que la longitud de los trazados de canales son del orden de los 30 a 50 kilómetros se pueden llegar a tener pérdidas del orden los 500 l/s. Con lo anterior se tiene que es importante considerar la decisión de revestir además de las ventajas que se producen, ya que se disminuyen los costos futuros de mantención y se aumenta la vida útil del canal al asegurarse que se mantendrá la sección de diseño. La ecuación de flujo uniforme o ecuación de Manning utilizada para el dimensionamiento de las diferentes alternativas de canal según el caudal a transportar está dada por la siguiente expresión:

1  = / ∗ /  Con: Q = Caudal (m3/s) A = Área de la Sección (m2) R = Radio Hidráulico (m) = Área/Perímetro Mojado S = Pendiente del canal (m/m) n = Coeficiente de Rugosidad de Manning

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Para el caso de sifones enterrados, se considera solamente el empleo de hormigón, ya sea premoldeado o construido in situ, con velocidades máximas de 4 m/seg. En el caso de sifones aéreos o a la vista, se considera aceptable también el empleo de acero con velocidades máximas de 6 m/seg. El cálculo de las pérdidas de carga se basa en los conceptos presentados en la Figura 2.7 La pérdida total se incrementa en un 10% como margen de seguridad contra la posibilidad que el sifón produzca un efecto de remanso en el tramo del canal ubicado aguas arriba. Otras pérdidas singulares pueden calcularse según los siguientes criterios: Rejas: Se recomienda la fórmula de Fellenius:

 ℎ = 2

;

 = +

Dónde: Uc= Velocidad media en el canal S = Ancho de la barra b = Separación entre barras A = Ángulo de la rejilla respecto a la horizontal Embudo de Entrada: Se recomienda la relación propuesta por el Bureau of Reclamation:

 ℎ = 0.1 2 Dónde: US= Velocidad en el sifón Embudo de Salida: Se recomienda la relación propuesta por el Bureau of Reclamation:

   ℎ = 0.2 2 Dónde: US= Velocidad en el sifón UC= Velocidad en el canal -

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A la entrada del sifón, se considera aceptable para el caudal de diseño, una sumergencia que varía entre 1.1 y 1.5 dhv, siendo dhv la diferencia en alturas de velocidad. Para caudales inferiores al de diseño, el sifón puede quedar sin sello de agua, circunstancia en la cual el flujo entrará libremente al sifón, produciéndose un resalto en su interior. De acuerdo con las Especificaciones Técnicas para Proyectos de Canales de la Dirección de Obras Hidráulicas (ex Dirección de Riego), la distancia máxima entre cámaras de visita en un sifón es de 200 m. (GOBIERNO DE CHILE - Comisión Nacional de Riego, 2009) Para los casos que no exigen estas cámaras, se considerará cámaras de desagüe que permitan el vaciamiento de la obra. Para las cámaras de desagüe que no evacuan gravitacionalmente se debe considerar el uso de equipos de bombeo de modo de producir el vaciado. En los proyectos de la Dirección de Obras Hidráulicas se acostumbra diseñar las cámaras de entrada y de salida de acuerdo con criterios normalizados tanto desde el punto de vista hidráulico como estructural. En el presente caso se seguirán los criterios de diseño hidráulico corrientes, pero en cambio para el diseño de la parte estructural se empleará hormigón armado, lo cual conduce a estructuras esbeltas y livianas. El diseño de vertederos de seguridad es analizado dentro del conjunto global de obras, ya que dado que se trata de una estructura costosa, es esencial estudiar su óptima ubicación. En el caso de disponer una reja en la entrada de un sifón, deberá proyectarse una obra de rebase en el canal, que podrá ser un vertedero lateral. Para la determinación de la profundidad a la que se debe situar bajo el lecho del cauce natural un sifón enterrado, se debe considerar un estudio de socavación generalizada. Este estudio es de fundamental importancia, por cuanto un descenso del lecho del cauce natural durante una crecida, puede llegar a dejar al descubierto el sifón. La determinación de la profundidad de socavación se realiza mediante la aplicación de un método de estimación del gasto sólido de fondo, un tramo que se extienda hacia aguas arriba y aguas debajo de la sección de cruce del sifón. Una vez determinada la socavación general del lecho, se fija la cota de la clave del conducto, considerando una revancha mínima de 1 m. Se debe contar con análisis geotécnicos de las zonas donde se emplazarían los túneles, se proponer una sección tipo para los túneles los cuales deberán ser verificados en la etapa de proyecto correspondiente.  Página

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El desarrollo de un túnel se realiza de igual manera que cualquier obra a cielo abierto teniendo en cuenta el tipo de sección elegida. Después de determinar los puntos entre los que se traza el túnel se deberán realizar: el diseño en planta del túnel se desarrollará en función de los puntos de entrada y salida, así como del estudio geotécnico que determinará la estabilidad del terreno. En el caso de autopistas o ferrocarriles se tendrá en cuenta también la curvatura máxima permitida.

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la rasante dependerá de los parámetros definitorios de la obra a realizar, como pueden ser la velocidad específica de la vía o ferrocarril, la pendiente máxima admitida, del mejor drenaje del agua motivo por el cual es normal diseñar túneles convexos.

está directamente relacionado con el estudio geomecánico del terreno para construirlo y de las características de la obra.

La conducción está conformada por un túnel superior con una sección de excavación mínima, con bóveda semicircular y paredes verticales. Para el dimensionamiento del túnel, se utilizarán los siguientes criterios y bases de diseño:

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Escurrimiento en túnel debe ser sub crítico (pendiente utilizada de 0,1%) Coeficiente de Manning en hormigón n= 0,016 Coeficiente de Manning en Shotcrete n= 0,022 Altura máxima de escurrimiento para caudal de diseño, 2/3 de la altura del túnel. Dimensiones y Capacidad de Túnel con Bóveda 3 Q (m /s) B (m) H (m) R (m) A(m2) Ymax (m) 3.00 2.50 1.25 1.25 5.58 1.67 4.00 2.50 1.25 1.25 5.58 1.67 8.00 3.10 1.55 1.55 8.58 2.07 12.00 3.55 1.78 1.78 11.25 2.37

Y (m) 1.17 1.45 1.97 2.34

Dónde: Q = Caudal en m3 /s B = ancho basal del túnel en metros H = Altura muro vertical del túnel en metros R = Radio de la bóveda en metros A = Área de la sección del túnel en m 2 Ymax= Altura máx al interior del túnel (m) Y = Altura normal de agua al interior del túnel en metros para ese caudal En base a lo anterior se obtendrá el volumen a excavar para cada una de las alternativas de caudal y de trazado. El área de irrigación del Proyecto Hidráulico Tinajones se encuentra ubicado en el departamento de Lambayeque uno de los más importantes del país, comprende el valle Chancay - Lambayeque y cuenta con una extensión superficial sembrada que fluctúa desde 68,000 ha en años secos, hasta 85,000 ha en años húmedos.

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Obra ubicada en la provincia de Chota, Cajamarca. El túnel de 4,213 metros de longitud y 2.5 metros de diámetro, deriva el agua proveniente del río Conchano con una capacidad de trasvase de 13 m3/s, en una masa promedio anual de 90 millones de metros cúbicos (MMC).

Estructura que capta agua del río Conchano y Chotano, a través de un túnel de 3.37 metros de diámetro y una longitud de 4766 m, con un caudal máximo de 31 m³/s y un volumen anual de 230 MMC.

Obra en servicio desde el año 1969; capta las aguas del río Chancay y las deriva hacia el canal alimentador para su almacenamiento en el Reservorio Tinajones.

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Canal trapezoidal de 16.080 km de longitud, ejecutado por fases desde el año1961 hasta 1968, se inicia en la Bocatoma Raca Rumí y termina en la estructura de entrega al reservorio.

Estructura de concreto armado, sirve para salvar un desnivel de 42.70 m en el curso del canal alimentador al reservorio, además sirve como disipador de energía.

La Presa y sus obras complementarias fueron construidas por un consorcio de firmas contratistas alemanas y peruanas, entre los años 1963 — 1968; la supervisión de la obra estuvo a cargo de la firma Salzgitter lndustriebau GmbH.

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Constituye la infraestructura principal de la primera etapa, ubicada en un valle lateral del río Chancay, específicamente en los terrenos de la ex hacienda Tinajones, de donde proviene su denominación. En operación desde hace 35 años, cuenta con una capacidad de almacenamiento de 320 millones de m3 y está constituido por un dique principal de 2,440 metros de longitud y 40 metros de altura y por 3 diques secundarios.

Canal trapezoidal de 3.40 km de longitud, cuenta con una capacidad de 70 m3/s. Deriva el agua desde el reservorio hacia el cauce del río Chancay.

Desde donde se derivan las aguas para irrigación de los diferentes sectores del Valle ChancayLambayeque a través del canal Taymi, río Lambayeque, canal Pátapo y río Reque.

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Canal de 48.8 Km de longitud, abastece desde hace 29 años los sectores de Ferreñafe, Mochumí, Túcume, Mórrope, con una capacidad de conducción que varía de 65 a 25 m3/s.

Comprende la ejecución de las siguientes obras: • Túnel Llaucano de 16 Km. de longitud y otras derivaciones. • Descontaminación de Aguas.

Para su ejecución se requeriría hipotéticamente de una inversión de US$ 92.86 millones, sin embargo debido a la contaminación por relaves mineros en las partes altas de Cajamarca, su ejecución sería inviable.

Se tienen dos depósitos de grandes dimensiones, separados por una altura de 25 m. La presión relativa en el depósito inferior es de 200.000 Pa, mientras que en el depósito superior se tiene presión atmosférica. Se desea conectar ambos depósitos mediante un conducto de PVC de 400 m de longitud y con la ayuda de una bomba de 25 kW de potencia se pretende trasvasar un caudal de 0,2 m3 /s de agua del depósito inferior al superior. (Graño, 2006) Halle: -

El diámetro del conducto que se ha de utilizar para cumplir con los requerimientos establecidos. Considere que la brida está a la misma altura que el nivel del líquido en el depósito superior. Se puede despreciar la energía cinética a la salida de la brida.

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Depósito 1 Depósito 2

1. Aplicando la ecuación de Bernoulli entre las superficies libres de los dos depósitos, se tiene:

    +  +  +  =  +  +  + ∆ℎ .  2.  .  2. 

      8.  + + + = + + + .   .   2.  .. .   2.    .  .

Siendo ∆ℎ = .  . la expresión para la pérdida de carga en tuberías, en función de la 

longitud L, el diámetro D, el caudal Q y el coeficiente de fricción f, y  = .. la altura de elevación de la bomba en función de la potencia (W) y el caudal. Tomando un valor inicial para f de 0,02 (valor estándar para tuberías), se puede obtener el valor del diámetro D:

200.000  25.000 + 0 + 0 +  .9,81/  .9,81  .0,2 / 1.000  1.000      400 8.0,2  / = 0 + 25 + 0,02.       9,81 / Aislando la D de la ecuación, se obtiene: D=0,318 m El valor del número de Reynolds para este diámetro es:

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  4.   4.  4.0,2  ⁄ =. = . = = = 785.051,3  .   .. .0,318.1,02.10− ⁄

A través de las aproximaciones sucesivas determinamos el factor de fricción de Darcy: Re

785051.3

k/d

1.88679E-05

f

alpha1 0.02 7.071067812

alpha2

alpha1 - alpha2

9.1152406

-2.044172792

0.012035489 9.115240604 8.93120306

0.184037547

0.012536609 8.931203056 8.94626419

-0.015061138

0.012494433 8.946264195 8.94502177

0.001242422

0.012497904 8.945021772

8.9451242

-0.000102423

0.012497618 8.945124195 8.94511575

8.44395E-06

0.012497642 8.945115751 8.94511645

-6.96135E-07

0.0125

8.945116447 8.94511639

0

Se parte de la ecuación de Colebrook White

 .  =  ∗ ( + ) .∗   ∗  √ √ DONDE: f es el factor de fricción de Darcy Re es el número de Reynolds K es la rugosidad relativa D es el diámetro

 =

 √ 

  =  ∗ (. ∗  + )  .∗

Donde f = 0.0125

Con el nuevo valor de f se determina de nuevo la pérdida de carga en función del diámetro:

 8.  400  8.0,2 /  1 ∆ ℎ =  .  .  = 0,0125.    = 0,01653.    .    9,81 /  Utilizando la ecuación de Bernoulli, se halla nuevamente el valor de D para la nueva ∆h:

 +  =  ++∆ℎ . 

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23


∆ℎ =  +

 TRASVASES

 200.000  25.000 +=25+ +  = 8,129  9,81   0,2 .  1.000  .   1.000  .9,81   .  0,01653.

1  = 8,129 

Aislando D de la ecuación, se obtiene el nuevo valor: D= 0,289m El valor del número de Reynolds será:  4.  4.0,2  ⁄  = = = 863.857,5 .. .0,289.1,02.10− ⁄

Y, según Moody, f=0,012; considerando que el valor del factor de fricción es prácticamente el mismo que el obtenido con anterioridad, se concluye que el diámetro será: D= 0,289m El conducto de la figura conduce un caudal máximo de 1 00 l/s con una pendiente de 0.0002 y esta revestido de concreto. Usando la Ec. de Manning, determine el valor del ancho b y la relación Qmáx/Q0.

SOLUCION Qmáx = 0.100 m3/s S0 = 0.0002 n = 0.013 Por condición del problema: 5PdA = 2AdP

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24


 TRASVASES

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25


 TRASVASES

Después de haber realizado el presente informe hemos llegado a la conclusión de que es muy importante la construcción de este tipo de proyectos ya que logra de alguna manera solucionar el déficit de agua que sufren las ciudades costeras, así como los extensos valles que se quedan sin cultivar por motivos de la falta de agua.

GOBIERNO DE CHILE - Comisión Nacional de Riego. (2009). ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD TÉCNICA TRASVASE RECURSOS HÍDRICOS HACIA LOS VALLES DE LIGUA Y PETORCA DESDE EL SISTEMA PUTAENDO, V REGIÓN. Santiago: Jorquera&Asociados S.A. . Graño, J. M. (2006). Mecánica de ﬂuidos. Barcelona: Edicions UPC. http://es.wikipedia.org. (26 de Agosto de 2013). Obtenido de http://es.wikipedia.org/wiki/Trasvase Moraleda, D. (2007). ¿Trasvases o Desalación?: El debate en España y experiencias internacionales en la gestión del agua. Política Agraria - Universidad Castilla La Mancha.

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26


 TRASVASES

I.

INTRODUCCIÓN ____________________________________________________________ 1

II.

OBJETIVOS ________________________________________________________________ 1 1.

OBJETIVO GENERAL ____________________________________________________________ 1

2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS _________________________________________________________ 1

III.

MARCO TEÓRICO _________________________________________________________ 2 DEFINICIÓN _______________________________________________________________________________ 2 TRASVASES DE AGUA _______________________________________________________________________ 3 DISEÑO HIDROLÓGICO de un trasvase _________________________________________________________ 6 a) Climatología: _______________________________________________________________________ 6 Precipitación pluvial. _______________________________________________________________ 7 Temperatura _____________________________________________________________________ 7 Humedad Relativa _________________________________________________________________ 8 Horas de sol ______________________________________________________________________ 8 Velocidad de Viento _______________________________________________________________ 9 Radiación Solar ___________________________________________________________________ 9 Clasificación de climas _____________________________________________________________ 9 b) Hidrología ________________________________________________________________________ 10 Orohidrografía. __________________________________________________________________ 10 Fuentes de agua superficial. ________________________________________________________ 10 Información hidrológica existente. __________________________________________________ 10 Evaluación de las estaciones de registro. _____________________________________________ 10 Análisis de la información existente. _________________________________________________ 10 Régimen de caudales. _____________________________________________________________ 10 Estimación de caudales. ___________________________________________________________ 10 DISEÑO HIDRÁULICO DE ESTRUCTURAS COMO TRASVASES________________________________________ 11 a) Canales___________________________________________________________________________ 11 b) Sifones ___________________________________________________________________________ 13 Material ________________________________________________________________________ 13 Pérdida de Carga _________________________________________________________________ 13 Sumergencia del Sifón: ____________________________________________________________ 13 Cámaras de Visita y de Desagüe _____________________________________________________ 14 Cámaras de Entrada y de Salida _____________________________________________________ 14 Estudio de Socavación ____________________________________________________________ 14 c) Túneles___________________________________________________________________________ 14 Características de un túnel _____________________________________________________________ 15 a) Planta: ______________________________________________________________________ 15 b) Perfil longitudinal _____________________________________________________________ 16 c) Sección: _____________________________________________________________________ 16 Proyecto Hidráulico Tinajones _______________________________________________________________ 17

IV.

EJEMPLOS DE APLICACIÓN ________________________________________________ 21  Página

27


 TRASVASES

Ejemplo 1:_____________________________________________________________________________ 21 EJEMPLO 2: ____________________________________________________________________________ 24

V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:________________________________________ 26 VI.

BIBLIOGRAFÍA __________________________________________________________ 26

VII.

ÍNDICE_________________________________________________________________ 27

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28

TEMA TRASVASES HIDRAULICA AVANZADA.pdf

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