Tipos de Construcciones en Obras Hidraulicas

7/25/2019 Tipos de Construcciones en Obras Hidraulicas

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UNIVERSIDAD CATOLICA DEL MAULEFACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE CONSTRUCCINT A L C A

NombreNombre

ProfesorProfesor

FechaFecha

Talca, octubre 22 del 2002Talca, octubre 22 del 2002


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I N D I C E

1.- INTRODUCCIN.......................................................................... 03

2.- TIPOS DE CONSTRUCCIONES HIDRULICAS.................... 03

2.1.- Gaviones................................................................................. 03

2.2.- Diques y vertederos................................................................ 05

2.3.- Captaciones............................................................................ 06

2.4.- Compuertas............................................................................ 08

2.5.- Transiciones........................................................................... 08

2.6.- ampas! "sca#ones y Disipadores de "ner$ia....................... 0%

4.- CONCLUSIONES........................................................................... 12

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1.- INTRODUCCIN

&os anti$uos romanos y $rie$os

aprovec'a(an #a ener$)a de# a$ua* uti#i+a(an

ruedas 'idr,u#icas para mo#er tri$o. inem(ar$o! #a posi(i#idad de emp#ear esc#avos y

anima#es de car$a retras su ap#icacin

$enera#i+ada 'asta e# si$#o /. Durante #aedad media! #as $randes ruedas 'idr,u#icas de

madera desarro##a(an una potencia m,ima de

cincuenta ca(a##os.

&as presas y #os cana#es eran necesarios para #a insta#acin de ruedas'idr,u#icas sucesivas cuando e# desnive# era mayor de cinco metros. &a construccin

de $randes presas de contencin todav)a no era posi(#e* e# (ao cauda# de a$ua durantee# verano y e# otoo! unido a #as 'e#adas en invierno! o(#i$aron a sustituir #as ruedas

'idr,u#icas por m,quinas de vapor en cuanto se pudo disponer de car(n.

&os cana#es son conducciones a supericie #i(re que se uti#i+an en sistemas de

suministro de a$ua y en sistemas de drenae de a$uas ##uvias.

"n #os sistemas de suministro de a$ua #os cana#es pueden emp#earse entre #a

captacin y e# tanque sedimentador! y #ue$o entre e# desarenador y e# tanque dea#macenamiento. osteriormente! dependiendo de #a orma como se pro$rame #a

distri(ucin de# a$ua a partir de# tanque de a#macenamiento! se uti#i+an tu(er)as o

com(inaciones de tu(er)as y cana#es.

&os sistemas de drenae de a$uas ##uvias constan de un cana# principa# y unaserie de rama#es secundarios y terciarios que captan en sus recorridos #os cauda#es de

escorrent)a que se $eneran en sus ,reas de in#uencia.

#$unas estructuras que se construyen en #os cana#es son #as si$uientes7

Compuertas y ertederos! para derivaciones! medicin de cauda#es y

contro# de nive#es.

Transiciones! para empa#mar tramos de dierente seccin transversa#.

iones y cueductos! o puentes! para atravesar corrientes natura#es y

cru+ar por depresiones de# terreno.

T9ne#es! para atravesar o(st,cu#os natura#es.

ampas! esca#ones y disipadores de ener$)a! para contro#ar #as ve#ocidades

en cana#es de a#ta pendiente! entre otros.

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Antigua rueda hidrulica


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2.- TIPOS DE CONSTRUCCIONES HIDRAULICAS

2.1.- Gavion!.

Desde e# si$#o /! #os in$enieros uti#i+a(an en "uropa unas cestas de mim(rere##enas de tierra -denominadas por sus inventores ita#ianos gabbioni! o :au#as

$randes: para ortiicar #os emp#a+amientos mi#itares y reor+ar #as ori##as de #os r)os.

;oy! se uti#i+an como (#oques de construccin en #as estructuras 'idr,u#icas de (aocosto y #ar$a duracin en #os pa)ses en desarro##o.

ctua#mente un arma+n de te#a met,#ica! re##eno de piedras en #u$ar de tierra!'a sustituido #a cesta de mim(re! pero #a uer+a (,sica de #os $aviones -y sus ventaas

respecto a otras estructuras r)$idas uti#i+adas en #as o(ras de in$enier)a- es #a misma.

&a #ei(i#idad intr)nseca de# arma+n de #os $aviones! suetos a tensin y comprensina#ternantes! #es permite tra(aar sin romperse! y as) se evita que pierdan su eicacia

estructura#. Como estructura deorma(#e! todo cam(io en su orma por 'undimiento desu (ase o por presin interna es una caracter)stica unciona# y no un deecto. s) pues!

se adapta a #os pequeos movimientos de #a tierra y! a# deormarse! conserva su so#ide+estructura# sin racturas.

Como #os $aviones se suetan entre s)! #a te#a met,#ica resiste muc'o #a tensin!

a dierencia de# concreto.


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2.2.- Di"#! $ v%&'%o!.

"# ervicio de ecursos! =omento y provec'amiento de $uas tiene muc'aeperiencia en construccin con $aviones en distintos pa)ses de# mundo en desarro##o!

como >ots?ana! "tiop)a! @)$er! @i$eria! C'ina! iet @am y ;ait)! donde todos #os

proyectos de aprovec'amiento de a$uas e irri$acin 'an uti#i+ado $aviones importadoso a(ricados #oca#mente. "stas estructuras sue#en ser represas de terrap#enes 'ec'as de

$aviones! de proteccin contra #a erosin! y vertederos en #a supericie tam(iAn de

$aviones.

"# vertedero es un e#emento undamenta# de #a estructura! ya que es #a parte que

est, en contacto directo con #a corriente de a$ua.


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est,tica y #a resistencia intr)nseca de #a estructura en conunto y de todas sus partes porseparado.

"# diseo y a(ricacin de #as estructuras de $aviones no siempre 'an satisec'o

#as normas y! en consecuencia! 'an a##ado en parte o por comp#eto #as o(ras por e#ecesivo 'undimiento de #os cimientos y! m,s a menudo! por #a $radua# i#tracin de

a$ua entre #os $aviones y #a tierra y #os cimientos adyacentes. "sto a#$unas veces 'a

'ec'o racturarse toda #a construccin.

"# ervicio de ecursos! =omento y provec'amiento de $uas est,

preparando un conunto de directrices pr,cticas y normas destinadas a #os in$enierosespecia#istas! para #a e#a(oracin y construccin de estructuras de tierra y $aviones. e

'ar, particu#ar Anasis en #a supericie de contacto entre am(os materia#es de

construccin! precisamente donde se 'a encontrado e# mayor ries$o de ma#uncionamiento. &a pu(#icacin servir, para disear vertederos de $aviones para

represas pequeas para #as #aderas de #as montaas! presas de acopio para sistemas derie$o por $ravedad! rompeo#as! so#eras para e# ondo de #os r)os y sistemas de

proteccin contra #a erosin 'idr,u#ica. e proporcionar, un conunto de pro$ramaspara computar #a esta(i#idad de #as construcciones! con #os manua#es.

2.(.- Ca)&a*ion!.

&as captaciones son #as o(ras que permiten derivar e# a$ua desde #a uente quea#imenta e# sistema. "sta uente puede ser una corriente natura#! un em(a#se o un

depsito de a$ua su(terr,nea* en este art)cu#o se tratar, de captaciones en corrientes

natura#es.

&a captacin consta de #a (ocatoma! e# cana# de aduccin y e# tanquesedimentador o desarenador.

"n #a i$ura si$uiente se muestran esquem,ticamente #os tipos de (ocatoma m,s

uti#i+adas.

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&as ma$nitudes de #os cauda#es que se captan en #as (ocatomas son uncin de#os nive#es de a$ua que se presentan inmediatamente arri(a de #a estructura de contro#.

Como estos nive#es dependen de# cauda# B de #a corriente natura#! y este cauda#

es varia(#e! entonces #as (ocatomas no captan un cauda# constante. Durante #os estiaescaptan cauda#es pequeos y durante #as crecientes captan ecesos que de(en ser

devue#tos a #a corriente #o m,s pronto posi(#e! ya sea desde e# cana# de aduccin o

desde e# desarenador.

&a sedimentacin que se $enera en #a corriente natura# por causa de #a

o(struccin que se induce por #a presencia de #a estructura de contro# es un $raninconveniente en #a operacin de #as (ocatomas #atera#es.

"# cana# de aduccin conecta #a (ocatoma con e# desarenador* tiene una

transicin de entrada! una curva 'ori+onta# y un tramo recto! para#e#o a #a corrientenatura#! 'asta e# desarenador. "s un cana# de (aa pendiente y rA$imen tranqui#o que se

disea para reci(ir #os cauda#es de a$uas a#tas que pueden entrar por #a toma. "n #apr,ctica es preeri(#e que sea de corta #on$itud y en a#$unos casos! cuando #ascondiciones topo$r,icas de #a +ona de captacin #o permiten! se e#imina e# cana# de

aduccin y e# desarenador se inc#uye dentro de #a estructura de #a (ocatoma.

"# desarenador es un tanque sedimentador cuyas dimensiones dependen de#

cauda# de diseo de #a toma! de #a distri(ucin $ranu#omAtrica de #os sedimentos en


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suspensin que transporta #a corriente natura# y de #a eiciencia de remocin! #a cua#osci#a entre e# 60 y e# 80 de# sedimento que entra a# tanque. "n e# ondo tiene un

espacio disponi(#e para reci(ir #os sedimentos en suspensin que retiene* estos

sedimentos son removidos peridicamente mediante #avado 'idr,u#ico o

procedimientos manua#es.

dem,s de su uncin de sedimentador e# desarenador cuenta con un vertedero

de re(ose que permite devo#ver a #a corriente natura# #os ecesos de a$ua que entranpor #a toma.

2.4.- Co+)#%&a!.

on estructuras de contro# 'idr,u#ico. u uncin es #a de presentar un o(st,cu#o

a# #i(re #uo de# a$ua! con e# consi$uiente represamiento a$uas arri(a de #a estructura!y e# aumento de #a ve#ocidad a$uas a(ao.

2.,.- T%an!i*ion!.

&as transiciones son estructuras que empa#man tramos de cana#es que tienen

secciones transversa#es dierentes en orma o en dimensin. or eemp#o un tramo deseccin rectan$u#ar con uno de seccin trape+oida#! o un tramo de seccin rectan$u#ar

de anc'o (1 con otro rectan$u#ar de anc'o (2! etc.

&as transiciones uncionan meor cuando #os tramos que se van a empa#mar son

de (aa pendiente! con rA$imen su(cr)tico* en este caso #as pArdidas 'idr,u#icas por

cam(io de seccin son re#ativamente pequeas. "# maneo c#,sico de #as transicionesen rA$imen su(cr)tico est, ep#icado con eemp#os en #os tetos de ;idr,u#ica de

Cana#es.

Cuando #a transicin se co#oca en tramos de a#ta pendiente! en rA$imensupercritico! #as pArdidas 'idr,u#icas son a#tas y no son cuantiica(#es con (uena

precisin! #o cua# 'ace que #os c,#cu#os 'idr,u#icos no resu#ten acepta(#es. "n estacircunstancia es recomenda(#e disear #a transicin con ayuda de un mode#o'idr,u#ico.

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Compuerta


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1..- Ra+)a! E!*a/on! $ Di!i)a'o%! ' En%0ia

&os cana#es que se disean en tramos de pendiente uerte resu#tan con

ve#ocidades de #uo muy a#tas que superan muc'as veces #as m,imas admisi(#es para

#os materia#es que se uti#i+an recuentemente en su construccin.

ara contro#ar #as ve#ocidades en tramos de a#ta pendiente se pueden uti#i+ar

com(inaciones de rampas y esca#ones! si$uiendo #as variaciones de# terreno. &asrampas son cana#es cortos de pendiente uerte! con ve#ocidades a#tas y rA$imen

supercr)tico* #os esca#ones se orman cuando se co#ocan ca)das a# ina# de tramos de

(aa pendiente! en rA$imen su(cr)tico.

&os disipadores de ener$)a son estructuras que se disean para $enerar pArdidas'idr,u#icas importantes en #os #uos de a#ta ve#ocidad. "# o(etivo es reducir #a

ve#ocidad y pasar e# #uo de rA$imen supercr)tico a su(cr)tico.

&as pArdidas de ener$)a son ocasionadas por c'oque contra una panta##a vertica#en Disipadores de mpacto! por ca)das consecutivas en Cana#es "sca#onados! o por #a

ormacin de un resa#to 'idr,u#ico en Disipadores de Tanque.


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&a disipacin de #a ener$)a cinAtica puede #o$rarse ap#icando dierentes

medidas! a sa(er7 $eneracin de resa#to 'idr,u#ico! impacto o incremento de #a

ru$osidad.

2..1.- R!a/&o Hi'%#/i*o.

"# resa#to 'idr,u#ico es e# ascenso (rusco de# nive# de# a$ua que se presenta enun cana# a(ierto a consecuencia de# retardo que sure una corriente de a$ua que #uye a

e#evada ve#ocidad.

"ste enmeno presenta un estado de uer+as en equi#i(rio! en e# que tiene #u$arun cam(io vio#ento de# rA$imen de #uo! de supercr)tico a su(cr)tico. Consideremos e#

si$uiente esquema7

&as caracter)sticas de# resa#to 'idr,u#ico 'an sido aprovec'adas para reducir #asve#ocidades de #uo en cana#es a va#ores que permitan e# escurrimiento sin ocasionar

tensiones de corte superiores a #os #)mites permitidos por #os materia#es que componen

e# per)metro moado. "# #u$ar $eomAtrico en e# que se presenta e# resa#to se denomina

co#c'n 'idr,u#ico.

Dierentes investi$adores 'an proundi+ado en e# tema de #a disipacin de #a

ener$)a a travAs de un resa#to 'idr,u#ico* a#$unos 'an puesto atencin a #a re#acinentre #os tirantes y condiciones de #uo antes y despuAs de# resa#to! #os menos 'an

a(ordado #os mecanismos internos que $o(iernan un resa#to 'idr,u#ico.

e 'an investi$ado dierentes ormas de co#c'ones 'idr,u#icos con e# o(eto de

#o$rar una meor disipacin de ener$)a en una menor #on$itud.


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Co#c'n 'idr,u#ico con un cuenco amorti$uador

Tiene su ap#icacin en

vertederos de ecedencias!r,pidas y estructuras de ca)da

#i(re. # pie de #a ca)da se

presenta e# tirante m)nimo 'minypor #o tanto #a ener$)a espec)ica

m,ima.

esa#to 'idr,u#ico para ' minE '1

i 'minF '1! para #a ormacin de# 'idr,u#ico ser, necesario contar con un tirante

conu$ado '2! que de(er, desarro##arse por eecto de #as condiciones de escurrimientoeistentes a$uas a(ao* es decir que '2E 'a(.

i 'a( E '2! e# resa#to 'idr,u#ico no se ormar, en #a seccin 1! sino que por

eecto de su ener$)a cinA-tica! #a +ona de rA$imen supercr)tico se desp#a+ar, 'aciaa$uas a(ao! 'asta encontrar un tirante que sea primo a# tirante conu$ado. in

em(ar$o es posi(#e que #a +ona de rA$imen supercr)tico ten$a una #on$itud mayor a #a

m,ima esta(#ecida por #os criterios adoptados para e# proyecto.

ara incrementar e# tirante de a$uas a(ao eisten varias posi(i#idades! a sa(er7

proundi+ar #a so#era o construir un travesao de ondo! incrementar #a ru$osidad de #aso#era! reducir e# anc'o de #a seccin! reducir #a pendiente de #a so#era! etc.

&as tres 9#timas posi(i#idades son norma#mente di)ci#es de #o$rar por #o que se

considerar,n 9nicamente #a primera y #a se$unda de #as posi(i#idades.

&a proundi+acin de #a so#era en #a +ona de# co#c'n 'idr,u#ico! determina e#

incremento de #a a#tura de ca)da en #aestructura y en consecuencia un menor

tirante 'min '1H y un mayor tirante

conu$ado '2. ortunadamente en e#co#c'n 'idr,u#ico no so#o se presenta

una compensacin $eomAtrica de# dAicit

de a#tura en e# tirante a$uas a(ao! sinoque #a coninacin de# resa#to 'idr,u#ico

$enera mayor intensidad de c'oques entre #as part)cu#as de a$ua! contra #as paredes

#atera#es de# cuenco y principa#mente contra #a pared ronta# que $enera #a

proundi+acin de# #ec'o.

Dependiendo de #as condiciones

que presente #a o(ra! tam(iAn es posi(#e#a ormacin de un co#c'n 'idr,u#ico

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con #a ap#icacin de un travesao de ondo! cuya misin ser, e#evar e# tirante a$uasa(ao 'asta nive#es que compensen e# dAicit de# tirante conu$ado.

(.- CONCLUSIONES

Cada ve+ que se quiera rea#i+ar un diseo de in$enier)a de presas y tranques sede(e tener presente muc'os aspectos! como por eemp#o7 se#eccin de sitios y estudios

de acti(i#idad! investi$aciones $eotAcnicas y de terreno! diseo de deta##e! $estin de

contratos y maneo de proyectos.

pesar de que e# a#cance de un diseo de in$enier)a es espec)ico a# sitio!

inc#uye un conunto de conocimientos especia#i+ados tAcnicos

.

"# diseo de tranques de re#aves se rea#i+a $enera#mente en #a etapa deeva#uacin de un proyecto para determinar #a via(i#idad de una prospeccin de minera#.

nive# de pre-acti(i#idad! e# o(etivo $enera#mente consiste en descu(rir #os posi(#es

a##as ata#es. nive# de acti(i#idad de# proyecto! se requiere una eva#uacin m,sdeta##ada para o(tener inormacin m,s precisa que permita #a estimacin de #os costos

para eectos de# inanciamiento de# proyecto. "# diseo de in$enier)a ina# es e# nive#

ina# requerido para eectos de #a tramitacin de #os permisos para un proyecto y

ina#mente #a construccin. "# diseo de apoyo a #a o(tencin de permisos requiere #area#i+acin de un considera(#e tra(ao de in$enier)a suiciente para #a revisin en e#

conteto de #as normas #e$a#es! autoridades de revisin de permisos y $rupos de interAs

especia#es. dem,s de una $ran cantidad de requisitos para #a o(tencin de permisosam(ienta#es! esto sue#e inc#uir deta##ados p#anos de# diseo y especiicaciones de

construccin. Tam(iAn es recuente que se requiera in$enier)a de diseo durante #as

operaciones o con posterioridad a# a(andono para 'acer austes de acuerdo con #oscam(ios imp#ementados o para reso#ver #os pro(#emas p#anteados por condiciones no

previstas que pueden sur$ir a pesar de# m,s a#to nive# de diseo ori$ina#.

=ina#mente! se puede decir que #as construcciones 'idr,u#icas de vertederos!

compuertas! resa#tos! est,n re#acionados o se (asan principa#mente en #a conservacin

de #a ener$)a! y su uso mayormente est, destinado a #a construccin de >ocatomas!"m(a#ses! resas! etc.

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