ESTA PONENCIA LA REALICE PARA LOS ALUMNOS DE INGENIERIA CIVIL DE LA UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE, EN LA CIUDAD DE LIMA

1. CONSIDERACIONES EN EL
DISEÑO DE OBRAS
HIDRAULICAS
Ing: Giovene Pérez Campomanes
Lima, 17 de junio del 2016

2. CONTENIDO
2
1. Definiciones.
2. Consideraciones a tener en cuenta en el
diseño de obras hidráulicas(**).
3. Problemas presentados en la construcción.
4. Conclusiones finales
5. Fin de la ponencia.

3. 3
ESQUEMA GENERAL

4. 4
ESQUEMA GENERAL

5. 1. Definiciones
Acueducto ubicado en el canal Chimbote- PE Chinecas

6. 1.1. Canales: Son conductos abiertos en los cuales el
agua circula debido a la acción de la gravedad y
sin ninguna presión.

7. El flujo permanente puede ser uniforme o
variado, dependiendo de si la velocidad y
el tirante permanecen constantes o cambian
con la posición.
El F.P. y U. Se produce cuando las fuerzas
motivadoras del flujo (gravitatorias) y las
de resistencia (fricción) son iguales y
opuestas(**).

8. FP: CANAL DE
RIEGO
FNP:DESCARGA
DE UN HUAYCO

9. Obras Hidráulicas: Un conjunto de estructuras
construidas con el objetivo de controlar el agua,
cualquiera que sea su origen, con fines de
aprovechamiento o de defensa.

10.  Tirante: Es la profundidad del flujo (generalmente
representada con la letra y es la distancia vertical
del punto más bajo de la sección del canal a la
superficie libre del agua.

12. Remanso: Lugar de una corriente de agua
donde esta fluye lentamente o se detiene.

13.  Rasante: Línea que representa el nivel en
que ha de quedar un desmonte o terraplén.

14. 14
La ecuación de la energía:
ht= hp+hs
hp=fLV2/(D*2*g)
hs=KV2/2g
Q1= Q2 ; V1*A1 = V2*A2
Ecuación de continuidad

15. Numero de Froude: Es un numero adimensional
que relaciona el efecto de las fuerzas de inercia y
la fuerzas de gravedad que actúan sobre un fluido.
De donde:
V= velocidad
g= gravedad
y=tirante

16. Debemos saber que:
F< 1: Flujo subcritico.
F= 1: Flujo critico.
 F> 1: Flujo
supercrítico.

17. Resalto hidráulico: Es el ascenso brusco del
nivel del agua que se presenta en un canal abierto
a consecuencia del retardo que sufre una corriente
de agua que fluye a elevada velocidad.

18. Canal Lacramarca - PE Chinecas

19.  Flujo rápidamente variado: Los cambios en
las características del flujo son abruptos a lo
largo de la conducción como cuando
ocurren variaciones bruscas en la sección
transversal de un canal.

20. RAPIDA DEL CANAL LA MORA –PE CHINECAS

21.  Flujo gradualmente variado: Es un flujo
permanente cuya profundidad varía de
manera gradual a lo largo del canal.

23. Energía especifica: Se define como la energía
por masa de agua en cualquier sección de un
canal medida con respecto al fondo del canal.
crmin y
2
3
E 

24. 2. CONSIDERACIONES A TENER
EN CUENTA EN EL DISEÑO DE
LAS OBRAS DE ARTE.

25. 2.1 Alcantarillas: Son estructuras que permiten el
paso de agua por debajo de vías.

26. 26

27. 27
2.1.2 Criterios de diseño:
La elección del diámetro de la
alcantarilla se hace en función del
caudal.
El diseño hidráulico de una alcantarilla
consiste en la selección de su diámetro
de manera que resulte una velocidad
promedio de 1.27 m/seg.

28. 28
La pendiente mínima de la alcantarilla es
de 0.005 (So=5 o/oo).
El relleno encima de la alcantarilla o
cobertura mínima de terreno para caminos
parcelarios es de 0.60 m y para cruces con
caminos principales(la panamericana), de
0.9 m.
Las transiciones de concreto son necesarias
en los siguientes casos: En los cruce de
ferrocarriles y carreteras principales.

29. 29
La transición tanto de entrada como de
salida en algunos casos se conectan a la
alcantarilla mediante una rampa con
inclinación máxima de 4:1.
El talud máximo del camino encima de la
alcantarilla no debe ser mayor a 1.5:1.
En el cruce de canales con camino, las
alcantarillas no deben diseñarse en flujo
supercritico.

30. 30

31. 2.2: Acueducto: Es un conducto que fluye como
canal encima de un puente diseñado, para
resistir la carga de agua y su propio peso para
atravesar una vía de transporte o para cruzar una
depresión o curso de agua no muy profunda.

33. 33
2.2.1 Criterios de diseño:
Estas obras constan de transición de
entrada y transición de salida, siendo
siempre rectangular la sección de la canoa.
 La energía de la canoa debe ser en lo
posible igual a la energía del canal, para lo
cual se trata de dar velocidades en la canoa
igual a la del canal.

35. 35
La pendiente en la sección de la
canoa, debe ajustarse lo mas cercano
posible a la pendiente del canal a fin de
evitar cambios en la rasante.
Se recomienda diseñar considerando un
tirante en la canoa igual al del canal.
La condición de flujo en la canoa debe
ser subcritico.

36. 36
Cuando el nivel de la superficie libre del
agua es mayor que la rasante del
obstáculo, se puede utilizar como
estructura de cruce un puente canal
(acueducto) o un sifón invertido.
El puente canal se puede utilizar cuando la
diferencia de niveles entre la rasante del
canal y la rasante del obstáculo permite
un espacio libre suficiente para lograr el
paso.

37. 37
Acueducto – canal Chimbote- PE Chinecas

38. 2.3 Sifones: Es una estructura que cruza el
desnivel por medio de un conducto que se
desplace por debajo del accidente topográfico,
lo cual dará lugar a la configuración de un sifón
invertido.

39. 39
2.3.1 Aplicaciones:
• Como estructuras de conducción.
•Como estructuras de protección, en este caso
se emplean para dar pase a las aguas de
lluvia(*) o excesos de agua de un canal por
debajo de otro canal.
• Para alimentar surcos de riego: Puesto que
permite retirar el agua desde el canal terciario
de riego sin dañar el canal mismo.

41. 41
2.3.2 Criterios de diseño:
Cuando el caudal por conducir es grande y
supera un conducto de 6.00 metros de
diámetro se diseña una batería de sifones.
Las dimensiones del tubo se determinan
satisfaciendo los requerimientos de
cobertura, pendiente de tubo, ángulos de
doblados y sumergencia de la entrada y
salida.

42. 42
Sifón – Viru- PE Chavimochic

43. 43
Si el sifón cruza un canal revestido se
considera suficiente 0.30 m de
cobertura.
Las perdidas de carga por la entrada y
salida para las transiciones. Se pueden
calcular rápidamente con los valores 0.1 hv
y 0.2 hv respectivamente.

44. 44
Sifón – Viru- PE Chavimochic

45. 45
La pendiente de los tubos doblados, no debe ser
mayor a 2:1 y la pendiente mínima del tubo
horizontal debe ser 5 o/oo. Se recomienda
transición de concreto a la entrada y la salida
cuando el sifón cruce caminos principales.
Con la finalidad de evitar desbordes aguas arriba
del sifón debido a la ocurrencia fortuita de
caudales mayores al de diseño, se recomienda
aumentar en un 50% o 0.30 m como máximo (*)
al borde libre del canal en una longitud mínima de
15 m a partir de la estructura.

46. 46
 En sifones relativamente largos, se
proyectan estructuras de alivio para
permitir un drenaje del tubo para su
inspección y mantenimiento.
 En sifones largos bajo ciertas condiciones
la entrada puede no sellarse ya sea que el
sifón opere a flujo parcial o flujo lleno, con
un coeficiente de fricción menor que el
asumido en el diseño, por esta razón se
recomienda usar n = 0.008. Cuando se
calculan las perdidas de energía.

47. 47
Con la finalidad de evitar la cavitación a veces
se ubica ventanas de aireación en lugares
donde el aire podría acumularse.
Cuando el sifón, cruza debajo de una
quebrada, es necesario conocer el gasto
máximo de la creciente(*).
Para obtener una buena autolimpieza en el
sifón invertido, la velocidad del líquido en su
interior debe ser como mínimo de 0,90 m/s,
que, además de impedir la sedimentación del
material sólido en la tubería, es capaz de
remover y arrastrar los sólidos ya depositados.

48. 48
 La velocidad máxima es función de las
características del material del sifón y de la carga
disponible, pero de un modo general se aconseja
que la misma no supere 3,0 m/s.
 Cuando está cerca de centros poblados, siendo
necesario el uso de rejillas pero con la
desventaja de que puedan obturarse las
aberturas y causar remansos.
 Las dimensiones del tubo se determinan
satisfaciendo los requerimientos de cobertura,
pendiente en el suelo, ángulos de doblados y
sumergencia de la entrada y salida.

49. Sifón – Viru- PE Chavimochic

50. 50
2.4.Transición: Es una estructura diseñada para
cambiar la forma de un canal o área de la sección
transversal del flujo. Bajo condiciones normales de
diseño, e instalación prácticamente todos los
canales y canaletas requieren de algún tipo de
estructura de transición hacia o desde los cursos
de agua.

51. 51

52. 52
• La función de dicha estructura es evitar
excesivas perdidas de energía, eliminar las
ondas transversales, otras turbulencias y
suministrar seguridad al curso de agua.
• Cuando la transición está diseñada para
mantener las líneas de corriente suaves y casi
paralelas y para minimizar las ondas
estacionarias, se puede utilizar en el diseño la
teoría del flujo gradualmente variado.

54. 2.5: Aliviaderos y vertederos: Son
estructuras de protección que permite
evacuar los excedentes de caudal,
cuando el nivel de agua en el canal pasa
de un cierto limite adoptado.
Son estructuras destinadas a evacuar en
forma segura siempre que el nivel del
agua en el canal pase de un cierto nivel
adoptado.

56. 2.4.1 Criterios de diseño
• 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.
• 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.

58. 2.5 Caídas:
Son estructuras utilizadas en aquellos
puntos donde es necesario salvar
desniveles bruscos en la rasante del
canal.
Existen 2 tipos de caídas:
Las caídas inclinadas y caídas verticales.

59. 2.6.1 Criterios en su diseño: caídas
inclinadas.
 Solo se trata de caídas hidráulicas de
sección rectangular.
 Una longitud máxima en el tramo
inclinado de 13.5 m.
 La altura máxima será de 4.5 m.

61. 2.6.2 Criterios en su diseño: Caídas
verticales.
Para el diseño de caídas verticales se tiene
que distinguir dos tipos muy distintos.
La caída con poza de disipación de
sección rectangular .
La caída con poza de disipación de
sección trapezoidal.

63. 63

65. 2.7 Rápidas: Son estructuras que sirven
para enlazar dos tramos de un canal
donde existe un desnivel considerable en
una longitud relativamente corta.
Son estructuras diseñadas en tramos de
terreno con pendientes muy pronunciada
y por ello la corriente adquiere mayor
velocidad y escurre con régimen
turbulento.

67. 2.7.1 Criterios para su diseño:
Es necesario conocer las propiedades
hidráulicas, las elevaciones, de la rasante y
de las secciones del canal aguas arriba y aguas
abajo de la rápida, así mismo el perfil
longitudinal del tramo donde se ubica la
estructura.
Un estudio económico comparativo ayudara a
decidir en la utilización de una rápida o una
serie de caídas escalonadas, conocidas
como gradas.

69. RAPIDA DE LA MORA- PE CHINECAS

70. Problemas presentados en
la construcción y diseño.

71. 71
CANAL SAN JOSE- CANAL CHIMBOTE PE CHINECAS
ENTRADA

72. CANAL SAN JOSE- CANAL CHIMBOTE PE CHINECAS
SALIDA

73. CUANDO ENCONTRAMOS OBJETOS EXTRAÑOS A LA
CONSTRUCCION DEL CANAL DESVIANDO EL CURSO DEL
AGUA, DEBEMOS PENSAR NO SOLO EN SANCIONARLOS,A
LOS RESPONSABLES, SI NO EN QUE INFORMACION NO
HEMOS CONSIDERADO EN EL DISEÑO DEL CANAL.

74. CANAL IRCHIM-PE CHINECAS

80. CANAL CHACHAPOYAS- PE CHINECAS

83. TESIS: “Evaluación del Diseño HIDRAULICO Existente de las Caídas del
Canal Carlos Leight ubicadas en las progresivas 0+200 a 0+380 - 2016”

86. 86
TESIS: CAUSAS HIDRÁULICAS QUE GENERAN EROSIÓN EN EL CANAL
“CARLOS LEIGTH” EN EL TRAMO 8+670 AL 9+025 Y PROPUESTA DE
SOLUCIÓN – CHIMBOTE - 2016

87. BOCATOMA PE Chavimochic

88. BOCATOMA PE Chavimochic

89. BOCATOMA PE Chavimochic

90. BOCATOMA PE Chavimochic

92. 5. CONCLUSIONES FINALES

93. 5. CONCLUSIONES FINALES
 Un disipador de energía debe funcionar bajo
todas las condiciones posibles de operación.
 A través de la gran generación de turbulencia
también se puede alcanzar aguas abajo una
distribución uniforme de las velocidades.

94.  El porcentaje de disipación de energía al pie
del escalón crece rápidamente entre mas
grande es la altura de caída libre.
 Las construcciones a realizar se deben hacer
en coordinación con los beneficiarios.

95. Se tienen diferentes factores que se
consideran en el diseño de canales, y por
cierto en el diseño de las obras de arte,
aunque el diseño final se hará considerando las
diferentes posibilidades y el resultado será
siempre una solución de compromiso,
porque nunca se podrán eliminar todos los
riesgos y desventajas, únicamente se
asegurarán que la influencia negativa sea la
menor posible y que la solución técnica
propuesta no sea inconveniente debido a
los altos costos.

96. REFLEXION FINAL
PARA ENSEÑAR CONCEPTOS
DEBEMOS TENER LA CAPACIDAD DE
HACER QUE NUESTROS ALUMNOS
PUEDAN VISUALIZAR SU
APLICACIÓN, ESE ES EL GRAN RETO
DE NOSOTROS LOS DOCENTES.

97. NO TENGAN MIEDO AL AGUA

98. 98
MUCHAS GRACIAS
EMAIL: perezcampomanesgiovene@gmail.com
http://es.slideshare.net/gioveneperezcampomanes/edit_my_uploads