obras viales

UNIVERSIDAD JOSE CARLOS

MARIATEGUI

INGENIERIA CIVIL

DISEÑO DE OBRAS

HIDRAULICOS

Docente: GORKI FEDERICO ASCUE SALAS Ing. Civil – Magister en Ciencias (Evaluación de Recursos Hídricos)

e-mail: [email protected]

Teléfono: #984603555 - 942715795

Cusco, Julio - 2014

CAPITULO 4: DISEÑO DE BOCATOMAS DE MONTAÑA

4.1 BOCATOMAS EN RÍOS DE MONTAÑA

4.1.1 Consideraciones importantes:

De acuerdo a lo establecido por el Bureau of Reclamation (USBR), y

por las prácticas usuales de ingeniería en proyectos similares, se

recomienda los siguientes criterios:

• El caudal de diseño de encauzamiento corresponderá a una

avenida máxima entre 50 y 100 años, para condiciones de

operación extrema.

• La determinación del caudal de diseño de captación estará de

acuerdo a los requerimientos de uso del agua, pudiendo ser una o

más ventanas.

• Para atenuar el ingreso de sólidos de fondo, se puede diseñar un

canal de limpia gruesa o desripiador, ubicado frente a las

ventanas de captación.

• La operación de las ventanas de captación se realizara en época

de estiaje y durante el periodo de avenidas estarán parcial o

completamente abiertas.

• Aguas abajo se deberá contemplar una protección de enrocado.



4.1.2 Tomas Convencionales

Los ríos de montaña tienen caudales relativamente pequeños,

gradientes relativamente grandes y corren por valles no muy

amplios. En crecientes llevan cantidades apreciables de material

sólido.




Las tomas comunes no convencionales se componen de los

siguientes elementos principales:

1. Un dique que cierra el cauce del río (azud), que obliga a que toda

el agua que se encuentra por debajo de la cota de su creta entre a

la conducción.

En tiempo de creciente el exceso de agua pasa por encima de

este dique o sea que funciona como vertedero.

Para evitar que en creciente entre excesiva agua a la

conducción, se construyen estructuras de regulación.

2. Una reja de entrada, que impide que pase hacia la conducción

material sólido flotante demasiado grueso. Para esto el umbral de

la reja se pone a cierta altura sobre el fondo del río y la

separación entre barrotes normalmente no pasa de 20 cm.

Como parte del material sólido alcanza a pasar al otro lado de la

reja, se deja construye una cámara (desripiador) para detenerlo.

El desripiador debe tener una compuerta hacia el río a través de

la cual periódicamente se lava el material acumulado en el

fondo.




Las tomas comunes no convencionales se componen de los

siguientes elementos principales:

3. Una transición de entrada al canal, para que la mayor parte del

material grueso que llega al desripiador se deposite dentro de esta

cámara y no pase al canal, se diseña un vertedero cuyo ancho es

bastante mayor que el del canal.

4. Un zampeado y un colchón de aguas al pie del azud, debido a que

el agua erosiona el cauce y puede socavar las obras causando su

destrucción, se diseña el zampeado o el colchón que sirven para

disipar la energía de manera que el agua pase al cauce no

revestido con velocidades lo suficientemente bajas para no

producir erosiones.

5. Una compuerta de purga que reubica en un extremo del azud, al

lado de la reja de entrada, debido a que el río trae en creciente una

gran cantidad de piedras que se acumulan aguas arriba del azud

pudiendo llegar a tapar la reja de entrada con lo cual el caudal de

captación se reduce considerablemente o puede ser totalmente

interrumpido.




5. Una compuerta de purga que reubica en un extremo del azud

La función de la compuerta es eliminar este material grueso y

conseguir mantener limpio el cauce frente a la rejilla.

La compuerta se abre en las crecientes, cuando el agua es

excedente en el cauce, y cumple una función adicional de aliviar el

trabajo del azud, regulando el caudal de captación.

6. Escala de peces, esta es una obra frecuentemente se omite a

pesar de tener mucha importancia en algunos ríos.

La presa o azud representa un obstáculo al paso de los peces y es

conveniente tomar algunas medida de prevención, como; diseño

de pequeños depósitos escalonados al lado del azud.



4.1.3 Ubicación y forma de construcción de la toma

La ubicación de una bocatoma, por lo general esta aguas arriba, y se

determina en función de las condiciones geológicas y topográficas

del sitio.

Para disminuir la entrada de los sedimentos es conveniente situar

las obras de toma en la orilla cóncava de un río. Por lo general de

este lado existe un barranco y la playa se encuentra en el lado

convexo, y es necesario disponer de un terreno relativamente plano

para situar el desripiador y la transición.

Es importante tomar en cuenta el aspecto constructivo, si bien las

obras deben ser construidas durante la época de estiaje, de todos

modos el agua que viene por el río es un estorbo y debe ser

desviado, para ello se hace necesario construir ataguías o diques

provisionales.

Las facilidades existentes para la construcción son un criterio

importante para la ubicación de las obras de toma.



4.1.4 Reja de entrada

Los barrotes deben ser lo suficientemente fuertes para resistir el

impacto de troncos y otro material flotante grueso que

ocasionalmente es traído por las creciente, estos barrotes se hacen

de rieles o de hormigón armado con un ancho no menor de 10 cm.

Los barrotes deben estar al ras o sobresalir un poco de la cara del

muro para facilitar su limpieza del material flotante que a veces

tiende a tapar la reja.

La reja debe estar a una cierta distancia aguas arriba del azud a fin

de que durante la construcción quede espacio suficiente para una

ataguía.

Durante las crecientes, cuando baja por el río la mayor parte del

material flotante, éste pasa por el azud casi sin entrar por la reja que

queda sumergida.

Se recomienda que para facilitar la limpieza de los sedimentos, el

plano de la reja no tenga un ángulo superior a 20º con la dirección

del canal de limpieza.

Donde:

Vr = velocidad media en el río Ve = velocidad de entrada al canal

∝ = angulo entre la dirección del canal y el río



4.1.5 Desripiador

La velocidad en el desripiador debe ser relativamente baja y el paso

hacia el canal debe hacerse por medio de un vertedero sumergido.

Entre la reja de entrada y el vertedero de salida puede formarse un

resalto sumergido y para que este último funcione en una forma

normal es conveniente que el ancho del desripiador en este sitio sea

igual por lo menos a la longitud del resalto.

Para poder eliminar las piedras que se depositan en el fondo del

desripiador, debe dejarse una compuerta que conecta con el canal

del desfogue. El canal debe tener una gradiente suficiente para

conseguir una velocidad de lavado alta y que sea capaz de arrastrar

todas las piedras.

La compuerta de purga del azud con su respectivo canal se calcula

en forma similar a la del desripiador tomando en cuenta que el ancho

debe ser suficiente para que pasen las piedras grandes y que la

velocidad del agua no debe ser inferior a 2 m/s para que pueda

arrastrarlas.



4.1.6 Transición

El agua que sale del desripiador es mediane un vertedero ancho y

con poco calado pasando a un túnel o canal que generalmente tiene

una sección más estrecha y más profunda.

De acuerdo al Bureau of Reclamation, se recomienda que el ángulo

máximo entre el eje del canal y una línea que une los lados de la

transición a la entrada y a la salida no exceda de 12.5º. Esto permite

determinar la longitud de la transición.

Donde:

b1 y b2 son los anchos mayor y menor respectivamente.

Para disminuir las pérdidas conviene por cambios de dirección

bruscos es mejor hacer una transición en curva compuesta de arcos

de círculo tangentes a la entrada y a la salida a las alineaciones del

canal.



4.1.7 Calculo del azud – forma del vertedero

Para reducir la presión sobre el cimacio se utiliza la fórmula general

para un vertedero:



4.1.7 Calculo del azud – forma del vertedero

Perfil Creager:



4.1.8 ESTABILIDAD DEL AZUD

Es poco frecuente el caso de azudes apoyados en roca y por lo

general el lecho del río está formado por arena, grava o arcilla. Por lo

tanto, se debe comprobar la estabilidad del azud para asegurarse

que las fuerzas a que está sometido no produzcan hundimientos,

deslizamientos o volcamientos.



4.1.9 DISIPACIÓN DE ENERGÍA

Siempre que un río es interrumpido con una estructura como dique,

se crea una diferencia de energía aguas arriba y debajo de la misma

que actúa sobre el material del cauce erosionándolo y pudiendo

poner en peligro las obras. Por lo tanto, debe protegerse el cauce

disipando la energía antes de que llegue el cauce no protegido y el

tipo de estructura utilizado depende de una serie de factores entre

los que están:

1. Caudal del río

2. Diferencia de nivel creada por la estructura

3. Condiciones hidráulicas del río

4. Tipo del material del cauce

5. Materiales de construcción disponibles

Cualquiera que sea el tipo de estructura empleada, la disipación de

energía se consigue con la formación del resalto hidráulico.

La alta velocidad al pie del azud se reduce a una velocidad lo

suficientemente baja para no causar daño.

TRABAJO DE APLICACION

INDIVIDUAL:

Elaborar un ensayo sobre Criterios para el Diseño de Obras

Hidráulicas consideradas en la Asignatura (En Word o PDF, máximo

3 paginas, letra tipo arial 11, simple espacio). Ejm; ASCUE, Gorki

Fecha de entrega: Hasta el 28/Julio/2014 ([email protected])

GRUPAL:

Diseñar cada Obra Hidráulica considerada en la Asignatura (En

Excel; Canal, Sifón, Desarenador y Bocatoma). Ejm; ASCUE-

RODRIGUEZ-SALAS

Fecha de entrega: Hasta el 28/Julio/2014 ([email protected])

EXAMEN

MODULO IV: HIDROLOGIA Y DISEÑO DE ESTRUCTURAS

HIDRAULICAS (Curso: OBRAS HIDRAULICAS)

Fecha y hora: 28/Julio/2014, 8:00 – 9:00 a.m

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