Este documento describe diferentes tipos de construcciones hidráulicas como gaviones, diques, vertederos, captaciones, compuertas, transiciones, rampas y escalones. Explica qué son estas estructuras, cómo se construyen y para qué se usan, como contener el agua, derivar caudales, controlar niveles y velocidades.

1. Informe de
Obras
Hidráulicas
Integrantes : JONATHAN TORRES
JONATHAN CARTES
FELIPE PAREDES
MACDIEL MONROY
Curso : Construcción civil 1ª Semestre Vespertino
Modulo : Fundamentos de la Construcción
Profesora : Marcela Fernández

2. Obras Hidráulicas Construcción Civil I Semestre Vespertino
I N D I C E
Contenido
1.- INTRODUCCIÓN................................................................................................3
2.- TIPOS DE CONSTRUCCIONES HIDRAULICAS............................................5
2.1.- Gaviones.............................................................................................................5
2.2.- Diques y vertederos............................................................................................6
2.3.- Captaciones. ......................................................................................................7
2.4.- Compuertas........................................................................................................8
2.5.- Transiciones.......................................................................................................9
2.6.- Rampas, Escalones y Disipadores de Energía....................................................9
2.7.- Esclusas............................................................................................................10
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1.- INTRODUCCIÓN
Los antiguos romanos y griegos aprovechaban la energía del agua; utilizaban
ruedas hidráulicas para moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear
esclavos y animales de carga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo
XII. Durante la edad media, las grandes ruedas hidráulicas de madera
desarrollaban una potencia máxima de cincuenta caballos.
Las presas y los canales eran necesarios para la instalación de ruedas
hidráulicas sucesivas cuando el desnivel era mayor de cinco metros. La
construcción de grandes presas de contención todavía no era posible; el bajo
caudal de agua durante el verano y el otoño, unido a las heladas en invierno,
obligaron a sustituir las ruedas hidráulicas por máquinas de vapor en cuanto se
pudo disponer de carbón.
Antigua rueda hidráulica
Los canales son conducciones a superficie libre que se utilizan en sistemas de
suministro de agua y en sistemas de drenaje de aguas lluvias.
En los sistemas de suministro de agua los canales pueden emplearse entre la
captación y el tanque sedimentador, y luego entre el desarenador y el tanque de
almacenamiento. Posteriormente, dependiendo de la forma como se programe
la distribución del agua a partir del tanque de almacenamiento, se utilizan
tuberías o combinaciones de tuberías y canales.
Los sistemas de drenaje de aguas lluvias constan de un canal principal y una
serie de ramales secundarios y terciarios que captan en sus recorridos los
caudales de escorrentía que se generan en sus áreas de influencia.
Algunas estructuras que se construyen en los canales son las siguientes:
• Compuertas y Vertederos, para derivaciones, medición de caudales y
control de niveles.
• Transiciones, para empalmar tramos de diferente sección
transversal.
• Sifones y Acueductos, o puentes, para atravesar corrientes
naturales y cruzar por depresiones del terreno.
• Túneles, para atravesar obstáculos naturales.
• Rampas, escalones y disipadores de energía, para controlar
las velocidades en canales de alta pendiente, entre otros.
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2.- TIPOS DE CONSTRUCCIONES HIDRAULICAS
2.1.- Gaviones.
Desde el siglo XVI, los ingenieros utilizaban en Europa unas
cestas de mimbre rellenas de tierra -denominadas por sus inventores
italianos gabbioni, o "jaulas grandes" para fortificar los emplazamientos
militares y reforzar las orillas de los ríos. Hoy, se utilizan como bloques
de construcción en las estructuras hidráulicas de bajo costo y larga
duración en los países en desarrollo.
Actualmente un armazón de tela metálica, relleno de piedras en
lugar de tierra, ha sustituido la cesta de mimbre, pero la fuerza básica de
los gaviones -y sus ventajas respecto a otras estructuras rígidas
utilizadas en las obras de ingeniería- es la misma. La flexibilidad
intrínseca del armazón de los gaviones, sujetos a tensión y comprensión
alternantes, les permite trabajar sin romperse, y así se evita que pierdan
su eficacia estructural. Como estructura deformable, todo cambio en su
forma por hundimiento de su base o por presión interna es una
característica funcional y no un defecto. Así pues, se adapta a los
pequeños movimientos de la tierra y, al deformarse, conserva su solidez
estructural sin fracturas.
Cestas de mimbres, sigo XVI
Armazón de tela metálica,
actualidad.
Como los gaviones se sujetan entre sí, la tela metálica resiste
mucho la tensión, a diferencia del concreto. Una estructura de gaviones
soporta un grado de tensión que comprometería mucho a una estructura
de piedra seca y sería francamente peligrosa para el concreto y la
mampostería simples. El armazón de tela metálica no es un mero
recipiente para el relleno de piedras, sino un refuerzo de toda la
estructura. Un gavión bien hecho puede tolerar años de castigo:
recientemente se sometió a examen uno utilizado para protección de la
ribera de un río hace más de 100 años, y se concluyó que está en
perfectas condiciones.
Utilización de gaviones en distintos tipos de estructuras hidráulicas:
U estructuras para contener la tierra, como recubrimientos para el fondo de los ríos, muros de contención
para excavaciones y diques;
p estructuras contra la erosión, en los bordes del mar, de los ríos y canales, en pequeñas represas,
aliviaderos (en Níger, arriba), azudes, rompeolas, y para protección de presas y orillas de los lagos.
a Para estructuras más grandes se pueden fabricar estructuras hidráulicas de gaviones, como soleras para el
fondo de los ríos, incluso en distintas etapas, para permitir a los sedimentos depositarse tras la primera hilera
de gaviones. Una vez consolidados, se coloca la segunda fila de gaviones sobre la primera y sobre los
sedimentos ya depositados, y así hasta alcanzar la altura prevista de la solera.
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2.2.- Diques y vertederos.
Se denomina dique al muro construido
para contener el empuje del agua. Por lo
general es de tierra y esta paralelo al curso de
un río. Ahora bien existen diferentes tipos de
diques como los artificiales, los de contención,
los rompeolas, los naturales, etc. Los diques
artificiales previenen la inundación de
aquellos lugares como pueblos o campos que
están cerca de los ríos, gracias a este dique el
agua tiene un flujo más rápido, y cuida las áreas aledañas contra el embate de
las olas. Generalmente, los diques que se construyen son los de contención,
este se construye en la vera de un río y solo hay que acumular tierra en este.
Esta tierra acumulada debe de ser afilado en la cumbre y amplio en la base,
comúnmente de coloca bolsas de arena. En Perú estos diques se construían
con champas, esto eran trozos cuadrados de tierra vegetal, que media por lo
general 30 X 30 centímetros, y tenía algunos 15 centímetros de espesor. Estas
champas han tenido un gran inconveniente y es que no son muy eficientes, es
por ello que se están sustituyendo por estructuras construidas técnicamente.
Las partes de un dique de contención son: borde libre, coronamiento, nivel
de agua de proyecto, corona, nivel de terreno aguas arriba, núcleo impermeable
y cuerpo de apoyo aguas arriba y abajo. Por otra parte los diques de rompeolas
se instauran mediante intercalación de capas de elementos de diferentes
granulometrías y materiales que ayuda a comprimir la cantidad de energía que
viene del oleaje. Diques en talud: este se ha edificado mediante un núcleo de
todo uno, ahora bien, en cima de este se intercalan capas de elementos de
tamaño creciente separados por capas de filtro. Diques verticales: constituidos
por cajones de hormigón armado que se trasladan flotando al lugar de fondeo y
se hunden, luego son rellenados con áridos, para así formar una estructura
rígida. Dique natural: este surge del la
acumulación de material arrastrado por el agua
en el borde del mismo, el momento de una
inundación.
El vertedero hidráulico o aliviadero es una estructura hidráulica destinada a
permitir el pase, libre o controlado, del agua en los escurrimientos superficiales;
siendo el aliviadero en exclusiva para el desagüe y no para la medición. Existen
diversos tipos según la forma y uso que se haga de ellos, a veces de forma
controlada y otras veces como medida de seguridad en caso de tormentas en
presas. desde el punto de vista de su función principal: Descarga de
demasías, permitiendo la salida del exceso de agua de las represas, ya sea en
forma libre. controlada o mixta, en este caso, el vertedero es también conocido
como aliviadero. Estas estructuras son las encargadas de garantizar la
seguridad de la obra hidráulica como un todo.
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Vertedero de la Vertederos en
presa Faraday, un decantador
Río Clackamas de una planta de
, Oregón. tratamiento de
potabilización en
Honduras
2.3.- Captaciones.
Las captaciones son las obras que permiten derivar el agua desde la fuente que
alimenta el sistema. Esta fuente puede ser una corriente natural, un embalse o
un depósito de agua subterránea; en este informe se tratará de captaciones en
corrientes naturales.
La captación consta de la bocatoma, el canal de aducción y el tanque
sedimentador o desarenador.
En la figura siguiente se muestran esquemáticamente los tipos de bocatoma
más utilizadas.
Las magnitudes de los caudales que se captan en las bocatomas son función
de los niveles de agua que se presentan inmediatamente arriba de la estructura
de control.
Como estos niveles dependen del caudal Q de la corriente natural, y este
caudal es variable, entonces las bocatomas no captan un caudal constante.
Durante los estiajes captan caudales pequeños y durante las crecientes captan
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excesos que deben ser devueltos a la corriente lo más pronto posible, ya sea
desde el canal de aducción o desde el desarenador.
La sedimentación que se genera en la corriente natural por causa de la
obstrucción que se induce por la presencia de la estructura de control es un
gran inconveniente en la operación de las bocatomas laterales.
El canal de aducción conecta la bocatoma con el desarenador; tiene una
transición de entrada, una curva horizontal y un tramo recto, paralelo a la
corriente natural, hasta el desarenador. Es un canal de baja pendiente y
régimen tranquilo que se diseña para recibir los caudales de aguas altas que
pueden entrar por la toma. En la práctica es preferible que sea de corta longitud
y en algunos casos, cuando las condiciones topográficas de la zona de
captación lo permiten, se elimina el canal de aducción y el desarenador se
incluye dentro de la estructura de la bocatoma.
El desarenador El desarenador y/o cámara de carga tiene la función de
decantar los sólidos en suspensión para evitar que ingresen a la tubería de
presión y causen desgaste innecesario en la turbina. También ofrece una
reserva mínima de agua para el trabajo de la misma. Su forma es por lo general
rectangular y en su extremo se coloca una rejilla en diagonal de trama fina para
retener los sólidos suspendidos y livianos como hojas y ramas. La tubería de
conducción, generalmente en tubería de PVC presión, se conecta en este
extremo para desalojar el caudal por la parte inferior hacia la casa de máquinas.
Además de su función de sedimentador el desarenador cuenta con un vertedero
de rebose que permite devolver a la corriente natural los excesos de agua que
entran por la toma.
2.4.- Compuertas.
Una compuerta hidráulica es un dispositivo hidráulico-mecánico destinado a
regular el pasaje de agua u otro fluido en una tubería, en
un canal, presas, esclusas, obras de derivación u otra estructura hidráulica.
Compuerta
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Principales tipos de compuertas
Para canales, presas, esclusas y obras hidráulicas de envergadura los
principales tipos de compuertas son: compuerta tipo anillo, Compuerta tipo
basculante también denominada clapeta o chapaleta Compuerta tipo cilindro,
Compuerta tipo esclusa, Compuerta tipo lagarto, Compuerta tipo rodante,
Compuerta tipo sector, Compuerta tipo segmento, Compuerta tipo Stoney, etc.
2.5.- Transiciones.
Las transiciones son estructuras que empalman tramos de canales que tienen
secciones transversales diferentes en forma o en dimensión. Por ejemplo un
tramo de sección rectangular con uno de sección trapezoidal, o un tramo de
sección rectangular de ancho b1 con otro rectangular de ancho b2, etc.
Las transiciones funcionan mejor cuando los tramos que se van a empalmar
son de baja pendiente, con régimen subcrítico; en este caso las pérdidas
hidráulicas por cambio de sección son relativamente pequeñas.
2.6.- Rampas, Escalones y Disipadores de Energía
Los canales que se diseñan en tramos de pendiente fuerte resultan con
velocidades de flujo muy altas que superan muchas veces las máximas
admisibles para los materiales que se utilizan frecuentemente en su
construcción.
Para controlar las velocidades en tramos de alta pendiente se pueden utilizar
combinaciones de rampas y escalones, siguiendo las variaciones del terreno.
Las rampas son canales cortos de pendiente fuerte, con velocidades altas y
régimen supercrítico; los escalones se forman cuando se colocan caídas al final
de tramos de baja pendiente, en régimen subcrítico.
Los disipadores de energía son estructuras que se diseñan para generar
pérdidas hidráulicas importantes en los flujos de alta velocidad. El objetivo es
reducir la velocidad y pasar el flujo de régimen supercrítico a subcrítico.
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2.7.- Esclusas.
Las esclusas son obras hidráulicas que permiten vencer desniveles
concentrados en canales navegables, elevando o descendiendo los navíos que
se encuentran en ellas. Pueden formar parte de las estructuras
complementarias de una presa, cuando ésta se construye
sobre ríos navegables.Son muy conocidas las esclusas del Canal de Panamá.
En Europa, donde la navegación interior está desarrollada, se puede navegar
desde el Mar del Norte hasta el Mar Negro atravesando varias esclusas.
El cruce de una esclusa es una operación bastante lenta; puesto que hay que
equilibrar los niveles de agua, primero con el tramo de canal donde se
encuentra el navío y luego con el otro nivel hacia el que saldrá el navío. El
consumo de agua es considerable; para disminuirlo se procura nunca hacer un
llenado o vaciado de la esclusa si no hay un navío que requiere de atravesarla.
Ése también es uno de los motivos por los cuales en general se construyen dos
esclusas en paralelo; así, parte del agua de vaciado de una se puede utilizar
para el llenado de la otra.
El proyecto del Conde Lesseps fue aprovechar la presencia del lago para
dragarlo, hacerlo navegable y se tendría una gran parte del canal ya hecho...El
problema surge al tener en cuenta que ese lago esta casi 30 metros por encima
del nivel de ambos océanos, lo que significa que hay que levantar los barcos 30
metros y volverlos a bajar al lado opuesto. Este trabajo se realiza mediante
esclusas que se llenan por gravedad con el agua dulce del lago.
Abajo: datos referidos a la construcción del canal y sus medidas actuales y de
la ampliación emprendida.
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• El Canal de Panamá, una vía interoceánica de 80 Km. de largo que va de
noroeste a sudeste consiste principalmente de tres juegos de esclusas:
Miraflores, Pedro Miguel y Gatún.
• Los nombres de cada uno de los tres juegos de esclusas reflejan el nombre de
la comunidad donde fueron construidos. Todas las esclusas son idénticas en
sus dimensiones. Cada esclusa mide 35.5 metros de ancho por 305 metros de
largo y 24 metros de profundidad.
•Las dimensiones máximas permitidas para atravesar el Canal son 204 metros
de largo; 32.31 metros de eslora y 12.04 metros de calado; estos buques se
llaman PANAMAX. Cada juego de esclusas tiene dos líneas de tráfico,
permitiendo que las naves viajen en la misma dirección o direcciones opuestas
de acuerdo a las necesidades.
• Toma aproximadamente 1 minuto y 48 segundos para que las compuertas se
abran o cierren completamente. Una vez que las compuertas se han cerrado
toma solamente 8 minutos llenar o vaciar la cámara. Aproximadamente 750
millones de litros de agua dulce son drenados de o hacia cada cámara cada vez
que una nave es elevada o bajada.
1- El Barco está en la esclusa “A” al nivel del mar.
2- La esclusa “B” vierte el agua a la “A” y el barco navega de la “A” a la “B”.
3- La esclusa “C” vierte su agua a la “B” y el barco navega de la “B” a la “C”.
4- La esclusa “C” vierte su agua a la “D” y el barco navega de la “C” a la “D”.
5- La esclusa “D” vierte su agua a la “E” y el barco navega de la “D” a la “E”.
6- La esclusa “E” vierte su agua al mar y el barco navega de la “E” al Mar.
• El Canal de Panamá es un canal de agua dulce, obteniendo el agua
de una vasta reserva que cubre 552,762 hectáreas y llega a tres
diferentes provincias de Panamá, Colón y Coclé. Funcionando como un
elevador de agua dulce, cada buque es elevado 28 metros sobre el nivel
del mar hasta alcanzarla altura del Lago Gatún, antes de ser bajado
nuevamente al nivel del mar en el lado opuesto del Canal.
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3.- CONCLUSIONES
Cada vez que se quiera realizar un diseño de ingeniería de presas y tranques
se debe tener presente muchos aspectos, como por ejemplo: selección de sitios
y estudios de factibilidad, investigaciones geotécnicas y de terreno, y manejo de
proyectos.
.
El diseño de tranques de relaves se realiza generalmente en la etapa de
evaluación de un proyecto para determinar la viabilidad de una prospección de
mineral. A nivel de pre-factibilidad, el objetivo generalmente consiste en
descubrir las posibles fallas fatales. A nivel de factibilidad del proyecto, se
requiere una evaluación más detallada para obtener información más precisa
que permita la estimación de los costos para efectos del financiamiento del
proyecto. El diseño de ingeniería final es el nivel final requerido para efectos de
la tramitación de los permisos para un proyecto y finalmente la construcción. El
diseño de apoyo a la obtención de permisos requiere la realización de un
considerable trabajo de ingeniería suficiente para la revisión en el contexto de
las normas legales, autoridades de revisión de permisos y grupos de interés
especiales. Además de una gran cantidad de requisitos para la obtención de
permisos ambientales, esto suele incluir detallados planos del diseño y
especificaciones de construcción. También es frecuente que se requiera
ingeniería de diseño durante las operaciones o con posterioridad al abandono
para hacer ajustes de acuerdo con los cambios implementados o para resolver
los problemas planteados por condiciones no previstas que pueden surgir a
pesar del más alto nivel de diseño original.
Finalmente, se puede decir que las construcciones hidráulicas de vertederos,
compuertas, resaltos, están relacionados o se basan principalmente en la
conservación de la energía, y su uso mayormente está destinado a la
construcción de Bocatomas, Embalses, Presas, Esclusas etc.
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