DISEÑO HIDRAULICO 1er PARTE

HIDRULICA

DISEO HIDRULICO

ING. MIGUEL MORN PARRALES

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INTRODUCCION

El agua es el elemento mas esencial para la vida del hombre, con el paso del tiempo su uso se hecho cada vez mayor. Es como un cmodo vehculo que sirve para la eliminacin de desechos Se calcula que solamente el 0,03% de la masa de nuestro planeta es agua 10% de esta (1.350 x 106 Km3) alrededor de 30 millones de Km3 se encuentran en forma de hielo y nieve y segn los clculos casi 100 millones de Km3 en forma de aguas subterrneas Bajo la influencia del sol por ao se evaporan una cantidad de 510.000 de Km3 Siendo la cantidad de agua aprovechable tan pequea, comparada con la total tiene una enorme importancia en la vida del hombre.ING. MIGUEL MORN PARRALES

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DATOS DE ALGUNOS ROS

En la utilizacin de recursos hidrulicos es necesario regular tanto la cantidad de agua, como el nivel del agua. Algunos procesos naturales requieren

de la construccin de diferentesESTRUCTURAS HIDRULICAS

La ciencia aplicada que estudia el diseo y los mtodos de

construccin de las mismas se llama. HIDROTCNIAING. MIGUEL MORN PARRALES

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RELACIN DE LA HIDROTCNIA CON OTRAS CIENCIAS

Esta ntimamente relacionada con otras ciencias entre las principales tenemos: HIDRULICA HIDROLOGA TOPOGRAFA GEOLOGA Y MECNICA DE SUELOS RESISTENCIA DE MATERIALES, ESTRUCTURAS, entre otras.


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PRINCIPIO DE UTILIZACION DE LOS RECURSOS HIDRULICOS

Adems, las necesidades de agua aumentan y de ao en ao su falta se siente en forma mas aguda, esta escases de agua esta determinada en 2 factores: 1. AUMENTO EXPLOSIVO DE POBLACION EN EL MUNDO 2. EL AUMENTO DE LA DEMANDA POR HAB. CONDICIONADA POR LA ELEVACION DEL NIVEL DE LA VIDA, INDUSTRALIZACION, EXTENSION DE CULTIVOS. El ingeniero civil debe tener una participacin activa en la implantacin de la poltica de agua en un pas.


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PRINCIPIO DE UTILIZACION DE LOS RECURSOS HIDRULICOS

Criterios bsicos que gobiernan la seleccin del tipo y ubicacin de una obra de toma son: 1. LA CANTIDAD DE AGUA DISPONIBLE DEBER SER SUFICIENTE PARA LOS FINES PREVISTOS 1. EL COSTO TOTAL DE LAS OBRAS DEBE SER LO MENOR POSIBLE.


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GENERALIDADES SOBRE LOS RIOS

Los ROS son el resultado de la concentracin de los escurrimientos superficiales que son formados por el agua, ocupan la parte mas baja del terreno. LOS RIOS se forman de las AGUAS SUPERFICIALES proveniente DE LAS LLUVIAS y de la FUSIN DEL HIELO y la afluencia de las AGUAS SUBTERRANEAS Las AGUAS SUBTERRANEAS se forman de la INFILTRACION de las aguas lluvias, por la influencia de la gravedad estas descienden con un estrato impermeable entonces se infiltran lentamente siguiendo la inclinacin del estrato


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El agua que penetra en suelo fluye muy lentamente hacia el rio. El coeficiente de permeabilidad de la mayora de los suelos es el orden del 10-3 hasta el 10-5 cm/, sea apenas algunas decenas de metros al ao. Mientras mayor sea la capacidad de infiltracin y almacenamiento de los suelos, mayor es la proporcin de las aguas de precipitacin


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PRIMER TRAMO: Corresponde a la parte alta del rio y se caracteriza por pequeos caudales

TRAMO MEDIO: Tiene mayores y gradientes menores

caudales

TRAMO BAJO: Se caracteriza por grandes caudales y pequeas velocidades y gradientes.ING. MIGUEL MORN PARRALES

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GENERALIDADES SOBRE LOS RIOSEl proceso de formacin de los meandros puede interrumpirse por 3 causas: 1. La longitud del cause 2. Alargamiento del meandro 3. Por encontrarse en un terreno no erosionable. Uno de los problemas mas importantes en el estudio de los ros es la EROSIN Y EL ARRASTRE DE SEDIMENTOS

Rio altamente ondulado Curvas que van acentundose con el tiempo Avanzan con un movimiento semejante al de una serpiente


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CLASIFICACION DE LAS OBRAS HIDRULICAS

Las OBRAS HIDRAULICAS sirven para muchos propsitos y tenemos como principales los siguientes: 1. Riego de cultivos 2. Abastecimiento de agua para consumo domestico e industrial 3. Produccin de energa elctrica 4. Navegacin


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Existen casos donde el agua ya gastada puede producir daos y se construyen algunas obras para eliminarla: 1. Alcantarillado para evacuar las aguas servidas 2. Drenaje para el exceso de agua de una zona cultivada 3. Control de crecientes y proteccin de orillas


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Un sistema de riego consiste de obras de toma, canal principal, canales secundarios y terciarios y obras de medicin

Un sistema de abastecimiento se compone de las mismas obras con la diferencia de que el agua se conduce a campos de tratamientoING. MIGUEL MORN PARRALES

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Por su funcin las obras hidrulicas pueden clasificarse en los siguientes tipos 1. OBRAS DE CAPTACIN.- Por gravedad como tomas de derivacin y presas de embalses 2. OBRAS DE CONDUCCIN.-Canales y tneles 3. OBRAS DE PROTECCIN.- Desarenadores, aliviaderos 4. OBRAS DE REGULACIN.-Divisiones, medidores


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OBRAS DE CAPTACIN

La mayor parte del agua consumida por el hombre es extrada de los ros aprovechando la fuerza de la gravedad Estas obras de toma deben cumplir con las condiciones siguientes 1. Con cualquier calado en el rio deben captar una cantidad de agua prcticamente constante. 2. Deben impedir hasta donde sea posible la entrada a la conduccin de material solido 3. Satisfacer todas las condiciones de seguridad necesarias.


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OBRAS DE CAPTACIN

1. El caudal de rio debe ser mayor al caudal de diseo para el canal 2. El rio debe tener cause estable y orillas firmes 3. Con cualquier calado en el rio deben captar una

cantidad de agua prcticamente constante. 4. es sumamente difcil impedir la entrada de sedimentos. Segn la forma de captacin de agua las obras pueden ser TIPO CONVENCIONAL y del TIPO CAUCASIANO


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OBRAS CONVENCIONALES TOMAS CON AZUD FIJO Se construyen en ros de montaa cuyos caudales son relativamente pequeos y de gradientes relativamente grandes, como se muestra en la figura.


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17Esta formado por:

OBRAS CONVENCIONALES TOMAS CON AZUD FIJO 1. Un dique que cierra el cauce del rio y obliga a que toda el agua que se encuentra debajo de la cota de su cresta entre la conduccin

2. Una Reja de entrada que impide que pase hacia el material solido flotante demasiado grueso 3. Una transicin se desea que la mayor parte del material grueso se deposite y no pase al canalING. MIGUEL MORN PARRALES

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18Esta formado por:

OBRAS CONVENCIONALES TOMAS CON AZUD FIJO 4. Un zampeado y colchn de aguas sirven para disipar la energa de tal manera que el agua con velocidades bajas

5. Una compuerta purga cumple la funcin de eliminar el material grueso Generalmente la eficiencia es pequea pero al menos consigue mantener limpio el cause su funcin adicional es aliviar el trabajo del azud 6. Escala de peces obra que se omite con frecuencia a pesar de tener importanciaING. MIGUEL MORN PARRALES

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OBRAS CONVENCIONALES REJA DE ENTRADA

La reja debe estar a una cierta distancia aguas arriba del azud El agua se capta por medio de un orificio, el cual esta provisto de barrotes verticales que impiden la entrada del material flotante el umbral del orificio debe de estar a un altura de 0.6 a 0.8 m El dintel es de H.A y sostiene a los barrotes en su parte superior aparte de soportar su peso propio, debe resistir el empuje horizontal

De acuerdo a Kiselev Vr=Velocidad del rio Vc=Velocidad a la entrada del canal

Vr a = arc cos Vc


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OBRAS CONVENCIONALES

Ejemplo N1: Supongamos que se trata de captar un caudal Q=2,8m3/s. en estiaje con una reja cuyo umbral se eleva P=1m. Tanto sobre fondo de rio como sobre fondo del desripiador. Se escoge una altura igual a H=1m. Y un desnivel entre las superficies de agua (prdida) igual a Z=0,10m.

Coeficiente del vertedero Correccin para la sumersin

Coeficiente de contraccin Ancho libre necesario de la reja se obtiene de 3 : 2

M = 2,045 S = 0,575 K = 0,85

Q = K S M b H

2,8 = 0,85 0,575 2,045 b 1 2 br = 2,8mING. MIGUEL MORN PARRALES

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Se toma una separacin entre barrotes igual a 0,2 m. Y un ancho de barrotes de 0,1 m. de aqu el numero de espacio es

n = 2,8 / 0,2 = 14El nmero de barrotes de 14-1=13 El ancho total de la reja es

Ba = 2,8 + 13 0,1 = 4,1m

Supongamos que el caudal del rio es de 10m3/s, y que la seccin mojada correspondiente es de 46m3. la velocidad del rio sera. Vr = 0,218m / s Q=V A ~ V=10/46 V=0,218m/s La velocidad con la que pasa por la reja es Tenemos que:= arc cos. Vr/Vc = 0,218

Vc = 1m / s

a = 77,40ING. MIGUEL MORN PARRALES

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DESRIPIADOR Es una cmara que sirve para detener las piedras que alcanzaron a pasar entre los barrotes. La velocidad debe ser baja El paso hacia el canal debe ser libre de piedras y realizado por medio de un vertedero sumergido Entre la reja de entrada y el vertedero de salida se forma un RESALTO SUMERGIDO El ancho del desripiador debe ser igual al a la longitud del resaltoING. MIGUEL MORN PARRALES

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OBRAS CONVENCIONALESH=1mtenemos

Ejemplo N 2: Con datos del anterior ejemplo: El vertedero de salida se calcula con la misma formula de vertedero sumergido. Tomando :Tomando igual a la longitud de una transicin

Y

Z=0,103 2

Q = K S M b H2,8 = 0,575 2.045 b 13 2

b = 2,38 2,4m4m

Ba - Bs L= 2tg 12.60

4,1 - 2,4 L= = 3,84 0,444

En funcin del resalto, la altura d1 por BERNOULLI:

Q2 0,0238 2 = d1 + 2 2 = d1 + 2 g b d1 d12

d1 = 0,112m

Altura conjugada


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OBRAS CONVENCIONALESUBICACIN Y FORMA DE CONSTRUCCIN DE LA TOMA

Como 0,87 d 0 e l r e s a l t o e s r e c h a z a d o Para que se sumerja necesitamos que

Siendo e el valor en el que se debe profundizar el colchn


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OBRAS CONVENCIONALES PROTECCION DE LAS ORILLAS

No es suficiente proteger el fondo, es necesario proteger las orillas del rio de la erosin Los muros de ala trabajan como muros de sostenimiento y deben ser diseados para resistir la presin del agua

Si las condiciones lo requieren las orillas del rio se protegen con muros gaviones


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