Diseño deEstructuras Hidráulicas Freddy Valleumbroso Villa UNIVERSIDAD SAN PEDRO – INGENIERIA CIVIL Obras de Arte - Hidráulicas CONTENIDO 1.0 MEMORIA DESCRIPTIVA 1.1 GENERALIDADES: 1.1.1 Introducción. 1.2 CRITERIOS DE DISEÑO 1.2.1 Información Básica. 1.3.1.1 Topografía 1.3.1.2 Geomorfología de la Zona 1.3.1.3 Estructuras u Obras de Arte 1.3 CALCULOS DE DISEÑO 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 Calculo de Canales Calculo de Desagues y Alcantarillas Calculo de Caidas Calculo de Tomas Laterales 1.4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 1.5 PLANOS DE DISEÑO 1.5.1 Planos del Diseño General 1.6 BIBLIOGRAFIA 1. MEMORIA DESCRIPTIVA 1.1 GENERALIDADES 1.1.1 INTRODUCCION Las estructuras hidráulicas son las obras de ingeniería necesarias para lograr el aprovechamiento de los recursos hídricos y controlar su acción destructiva. Trabajan en la mayoría de los casos en combinación con elementos y equipos mecánicos. Se construyen en beneficio del hombre y el desarrollo de la humanidad. Al proyectar una obra hidráulica se debe buscar en lo posible que su utilización sea de uso múltiple para beneficiar varios sectores de la economía, entre los cuales están: 1. Hidro energía: utilización de la energía de las aguas fluviales o marítimas. 2. Transporte acuático: utilización de las aguas fluviales, de lagos y mares para la navegación y flotación de madera. 3. Mejoramiento hídrico: utilización de aguas para irrigación de tierras y para la extracción de aguas excesivas de tierras sobresaturadas. 4. Suministro de agua para el consumo humano 5. Control de avenidas e inundaciones 6. Recreación 7. Utilización de otras reservas hídricas: cría de peces, extracción de minerales, sales, algas, etc. 8. Control de contaminación ambiental. En el recorrido de un canal, pueden presentarse diversos accidentes y obstáculos como son: Depresiones del terreno, Quebradas secas, Fallas, Cursos del agua, necesidad de cruzar vías de comunicación (carreteras, vías férreas u otro canal). La solución mediante estructuras hidráulicas es: Acueductos, Sifón, Diques, etc. En el caso del cruce de un canal con una vía de comunicación dependerá de la importancia de la vía de comunicación como del tamaño del canal, para elegir si es preferible pasar el canal encima de la vía o por debajo de ella, en el primer caso la solución será un acueducto, en el segundo caso se optara por un sifón invertido o un conducto cubierto. Igualmente en el caso de depresiones naturales será necesario analizar las diferentes alternativas y decidir por la estructura más conveniente. Si la depresión fuera ancha y profunda y no se angostase hacia aguas arriba, podría no ser factible un acueducto, pero si un sifón invertido. En algunos será necesario analizar alternativas de conducto cubierto alcantarilla o sifón. reconocer delimitar y clasificar las principales geo formas.2 CRITERIO DE DISEÑO 1. con curvas de nivel variadas o un poco más accidentadas en ciertos cambios de cotas en donde se deberá considerar el mejor trazo de las estructuras o el acondicionamiento necesario para un mejor aprovechamiento de los recursos hídricos. Sifones Estructuras para salvar desniveles Caídas. Rápidas . Se clasifican en: Estructuras para cruzar depresiones Acueductos.2 Geomorfología de la zona El análisis geomorfológico nos permite. 1.2.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.De acorde a la seguridad contemplada en el proyecto a realizar .3. 1.1.1 Topografía La topografía nos detalla una planimetría no muy accidentada.Según la función que desempeñan Según su ubicación . siguiendo las variaciones del terreno 1. Este tipo de estructuras se diseñan teniendo en cuenta las siguientes consideraciones: .1.3 Estructuras u Obras de Arte Las obras de arte llamadas también estructuras secundarias. Para controlar las velocidades en tramos de alta pendiente se pueden utilizar combinaciones de rampas y escalones.3. así como también conocer las características más notables del relieve y drenaje.1 Información Básica 1.1.3. constituyen el complemento para el buen funcionamiento de un proyecto hidráulico.El riesgo como factor preponderante ante una probable falla y el impacto que ello cause. Estructuras para control de gasto Vertederos. Partidores Estructuras de seguridad Puente Canal o Canoas. Alcantarillas 1.3 CALCULOS DE DISEÑO DISEÑO DE CANAL . Medidores Parshall Estructuras para distribución de gasto Tomas laterales. . . . . . DISEÑO DE CAIDA VERTICAL: 0+080 KM . . DISEÑO DE CAIDA VERTICAL: 0+560 KM . . DISEÑO DE CAIDA VERTICAL: 0+760 KM . . . 59 m 1=¿ Y ¿ Y¿ .02 m 2g b=1.0 m 1) Selección del Diámetro 2 Qmax =Di Di= √0. 0+360 KM. Q=6.025 .836 m=33 pulg Calculamos el área para el diámetro de 33pulg 2 Area= πxD2 π ( 0.70 = =1.836) = =0.5 S=2 2=¿ 0.5489 .70 Di=0. V =0.27 m/s No cumple A 0.DISEÑO DE ALCANTARILLA 0+140 KM. V2 =0.82 m 3 /seg (Maximo) Z =1. ° °° n=0. 0+300 KM.5489 m 2 4 4 Calculamos la velocidad de la alcantarilla ( Va ) Q ¿ VxA → Va= Q 0.63 m/ s . 0+880 KM Características del canal aguas arriba y aguas abajo. 59 2 Cota del tubo en 2 = Va 2g ) 100.70 = =1. Evaluamos Diámetro de 36 pulg = 0.70 = =1.066 m/ s →1.066 m/s Si cumple A 0.5 Cota del tubo en 2 = 0.25 Evaluamos Diámetro de 34 pulg = 0.5858 m2 4 4 Va= Q 0.6567 2) Cota del tubo en 2 V a=1. Según Criterio de Diseño La Velocidad debe Ser ≤ 1.59−¿ D+1.5 Va2 =0.59 = 100.9144+ 0.8636) Area= = =0.5858 Pero la velocidad está muy cerca del máximo por la cual evaluamos otro diámetro para disminuir la velocidad.087 ) 100. Lt=4 x Di .0 + 0.6567 m2 4 4 Va= Q 0.087 m 2g Nivel de carga aguas arriba = C1 + Y Nivel de carga aguas arriba = 100.9144 m 2 Area= πxD2 π ( 0.8636 m 2 πxD2 π ( 0.59−¿ Cota del tubo en 2 = 99.9144) = =0.59 m 3) Longitud de las transiciones: Entrada y salida.19 m/s Sicumple A 0. =2 [ 1.7 = =9 cota1−cota2 100.029 2g 2(9.65 Va2 =0.59 ) ] +5.038 2g 2 Pf =Pérdidas por fricción=f ∑ Pérdidas=0.m Long .066) L Va2 12 x → 0. Sería la diferencia de niveles entre el punto 1 y 4 ∆ H= (100. 6) Balance de energía entre 1 y 4 E1=E 4 +∑ pérdidas( A) ∑ pérdidas=Pe+ Pf + Ps 2 (1.5 ( ∆ cotas ) ] +ancho del camino Long .5 =0.=11.53 ≈ 11.59 )−(99.n.5 Ps=Pérdidas por salida=0.0−99.59 La inclinación seria 9:1 < 4:1.s.Lt=4 ( 0.9144 2 x 9.59) ∆ H=0.n. La inclinación máxima recomendada es 4:1 Lt 3.066) Va2 →0.019 D 2g 0.81 .7 m Longitud de la tubería: Cota del camino: 101. se acepta.5 ( 101.=2 [ 1.086 m (1.9144 )=3.m Cota del punto 2: 99.10 m 5) Inclinación de la transición de entrada.60 m.81) Pe=Pérdidas por entrada=0.90+0.025 x x =0.60 m 4) Carga hidráulica disponible.60−99.59 m.s.50 Long .0+ 0. o ser E1 ligeramente mayor.59+ (0.63)2 + 0.024 = 99.7 ¿ = =11.81) En la ecuación debe cumplirse la igualdad.Dónde: f = 0.024 Cota 3 = Cota 2 – Perd.57 m 7) Inclinación de la transición de salida.596 m 2(9.2 cota4−cota3 99.0025 (Comúnmente asumido para casos prácticos) L = 11.63) E1=100.90+0.61 m 2( 9. Carga Cota 3 = 99.086=100.59 – 0.57 . Cota en 3: La pendiente del tubo es 2 ° °° Pérdida de carga = S x L Pérdida de carga = 0.9144 = 36pulg Va = 1.002 x 12 = 0.90−99. 3.60 (Se puede redondear a 12) D = 0. en nuestro caso se tiene: E1 > E4 Si Cumple.81) Cálculo de E4 V2 E4 =cota 4+Y + + ∑ Pérdidas 2g E4 =99.59+ =100.066 m/s Cálculo de E1 E1=cota1+Y + V2 2g 2 (o .0+ 0. se acepta Altura de la cobertura: Promediamos las cotas para tener una altura fija. Cobertura=cotadel camino−cota promd −D Alt . La inclinación 11.11 m Sicumple Mínimo requerido 0. Lp=3 Di Lp=3 x 0. .57 = =99.74 m≈ 2.9144 Alt .58 2 2 Alt . entre la transición y el canal de tierra.80 m El enrocado se colocará solo en la salida y en un espesor de 0.20 m.9144 Lp=2.60−99. Cobertura=1. cota2+cota 3 99.58−0.60 m (Para caminos parcelación) 8) Longitud de protección. Cobertura=101.59+99.2:1 < 4:1. Es la longitud del enrocado en seco colocado a mano. . . DISEÑO DE TOMA LATERAL 0+200 KM Datos: V= 1.07 m/s g= 9. Entrada con arista en ángulo recto.5 Entrada con arista ligeramente redondeada.81 m/s2 Según U.004 . 0.23 Entrada con arista completamente redondeada r/D=0.058 m Por derivación en bordes de entrada (Pd) Pd = Forma de entrada Compuerta con contracción suprimida en los lados y en el fondo.78 0.029 m kd 1 0. Bureau of Reclamation Por velocidad: hv= v2 2g hv = 0.1 Entrada abocina circular 0. Tubo de entrante.15 0.S. 0. .124 ……………………………………. según Cofré y Buchheister del Abaco: Cd = Q= 0.555 0.Para nuestros datos usaremos: Y1 /a= 2. OK! .00 (II Caso) Calculando el coeficiente de descarga de una compuerta plana vertical. . 0+640 KM.S. Bureau of Reclamation Por velocidad: hv= v2 2g hv = 0.DISEÑO DE TOMA LATERAL 0+400 KM. 0+480 KM.058 m Por derivación en bordes de entrada (Pd) . 0+700 KM.07 m/s g= 9. 0+800 KM Datos: V= 1.81 m/s2 Según U. 0+580 KM. 0.23 Entrada con arista completamente redondeada r/D=0.555 ……………………………………. OK! .1 Entrada abocina circular 0. según Cofré y Buchheister del Abaco: Cd = 0. 1 0.5 Entrada con arista ligeramente redondeada.029 m kd Compuerta con contracción suprimida en los lados y en el fondo. 0.004 Para nuestros datos usaremos: Y1 /a= 2.00 (II Caso) Calculando el coeficiente de descarga de una compuerta plana vertical.Pd = Forma de entrada 0. Tubo de entrante..15 0.78 Entrada con arista en ángulo recto. Q= 0.124 . . entre los cuales están: 1. Se construyen en beneficio del hombre y el desarrollo de la humanidad. de lagos y mares para la navegación y flotación de madera.CONCLUSIONES Las estructura hidráulicas son las obras de ingeniería necesarias para lograr el aprovechamiento de los recursos hídricos y controlar su acción destructiva. 2. algas. 3. sales. 8. Mejoramiento hídrico: utilización de aguas para irrigación de tierras y para la extracción de aguas excesivas de tierras sobresaturadas. Trabajan en la mayoría de los casos en combinación con elementos y equipos mecánicos. Un nudo hidráulico es el conjunto de estructuras hidráulicas localizadas en un sitio y trabajando inter conectadamente. Suministro de agua para el consumo humano 5. etc. Control de avenidas e inundaciones 6. Recreación 7. Al proyectar una obra hidráulica se debe buscar en lo posible que su utilización sea de uso múltiple para beneficiar varios sectores de la economía. Control de contaminación ambiental . Utilización de otras reservas hídricas: cría de peces. extracción de minerales. 4. Transporte acuático: utilización de las aguas fluviales. Hidroenergía: utilización de la energía de las aguas fluviales o marítimas. Mc Graw Hill. “Diseño de Obras Hidráulicas” – I Edición – Perú – 1994 Maximo Villon B.edu. ISBN 84-600-1772 P. Novak. “Obras Hidráulicas 1.html http://biblioteca.uns.pdf ASOCIATION CONCRETO INSTITUTE ACI.infoplease. ISBN 958-41-189-7 . – “ Diseño de Estructuras Hidraulicas” Eugenio Vallarino. 2001.” Madrid: Escuela Técnica Superior de Ingeniero de Caminos Canales y Puertos de Madrid. 1980.com/ipa/A0113468.BIBLIOGRAFIA http://www.pe/saladocentes/archivoz/curzoz/dise %F1o_y_aspectos_constructivos_en_obras_de_arte.” Segunda edición. “Estructuras Hidráulicas.