Universidad Nacional "San Luis Gonzaga"

de IcaFacultad:

INGENIERIA CIVIL Curso :

OBRAS HIDRÁULICASTema :

INFORME DE VISITA DE OBRA N°01

Docente :Ing. FREDDY FRANCO ALVARADO

Alumnos :PRADO VALLLEJOS, Rolando StevenREVATTA CABEZAS, Katherine

RoxanaVASQUEZ RAYMUNDO, Liz Carolina

Año : 5º

Ciclo : X CICLO

ICA – PERÚ

2014

OBRAS HIDRÁULICAS

NUEVA BOCATOMA LA ACHIRANA DE ICA

A) UBICACIÓN DE LA OBRA HIDRÁULICALa Nueva Bocatoma La Achirana, está ubicada en el

Distrito de Los Molinos.

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B) DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS OBSERVADAS

- Canal colector: Recibe el agua a través de la

rejilla y entrega el agua captada a la cámara de

recolección. Por facilidad de construcción y de

mantenimiento se recomienda la utilización de la

sección rectangular, la que debe tener una

pendiente entre 1 %y 14 %, garantizando la

velocidad adecuada para que el agua fluya

previniendola sedimentación.

- Muro de encauzamiento: En el caso de la Nueva

Bocatoma, se observaron diques enrocados, cuya

sección típica se indica en la figura.

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Los diques enrocados son estructuras conformadas

sobre la base de material de río dispuesto en forma

trapezoidal y revestido con roca pesada en su cara

húmeda; pueden ser continuos o tramos priorizados

donde se presenten flujos de agua que actúan con

gran poder erosivo.

Las canteras de roca deben ser de buena calidad, y

estar ubicadas lo más cercano posible a la zona de

trabajo.

Se ubican aguas arriba y aguas abajo del eje de la

presa de derivación, en la medida en la que las

circunstancias topográficas lo requieran. Para que

una bocatoma sea estable es necesario que lo sea el

tramo fluvial en el que está ubicada. De acá que en

muchas oportunidades haya que realizar el

encauzamiento del tramo de río en las inmediaciones

de la obra de toma. Algunas veces los diques de

encauzamiento se extienden a lo largo de varios

kilómetros. Su costo puede ser importante, pero

resultan absolutamente necesarios. Es necesario

recordar que al construir una bocatoma se implanta

un barraje o presa derivadora, cuya altura

generalmente es de unos pocos metros sobre el lecho

del río. Esto determina una sobreelevación de

niveles hacia agua arriba, especialmente durante

los grandes caudales. Como parte del diseño, además

de los trabajos topográficos, se requiere

determinar el perfil hidráulico. Si las condiciones

topográficas así lo exigen habrá que considerar un

encauzamiento.

- Canal desripiador: Es un pequeño canal paralelo a la corriente principal, ubicado junto a las

ventanas de captación y que es normal a la

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dirección de la corriente que ingresa a la

captación. Permite la eliminación de los sólidos

cuando las circunstancias hidráulicas y

topográficas lo permiten.

El desripiador es el elemento que sigue luego de la

ventana de captación. Su función es la de retener

las piedras que lograron atravesar la ventana, las

cuales serán evacuadas por una compuerta conectada

a un canal que descarga en el mismo río.

- Barraje fijo: Es un azud o presa vertedora. Suele llamársele barraje. Su función es la de elevar el

nivel del agua para alcanzar el requerido por las

necesidades de captación. El azud crea la carga

necesaria sobre el canal de derivación para que

pueda ingresar el Caudal de Diseño. Es decir,

obliga al agua a entrar a la captación. En tal

sentido es una presa derivadora, diferente a las

presas de almacenamiento. En consecuencia, su

altura sobre el lecho del río suele ser pequeña

(algunos pocos metros). A su vez el azud debe

permitir el paso de las grandes avenidas,

específicamente de la Avenida de Diseño, la que

como se ha dicho es el máximo caudal del río que

puede soportar la estructura. El azud es,

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hidráulicamente, un vertedero. Se puede construir

de los más diversos materiales.

- Barraje móvil: Es una estructura compuesta por una o más compuertas que permiten el paso de las

avenidas de líquidos y de sólidos y además tiene la

función de eliminar los sólidos que pudiesen

encontrarse aguas arriba y frente a las ventanas de

captación. La longitud total de los vertederos fijo

y móvil debe ser la necesaria para el paso de la

avenida de diseño. Su proporción es variable

- Canal de purga

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- Presa no vertedora: Al igual que los vertederos

fijo y móvil es transversal a la corriente

principal. Su función es la de cerrar el cauce, sin

que el agua pase por encima de ella. Su longitud

depende del ancho del río.

- Ventanas de captación: Constituyen la toma

propiamente dicha. Se trata de uno o más vanos que

permiten el ingreso del agua y que trabajan

hidráulicamente, sea como vertederos o como

orificios. La carga hidráulica que permite el

ingreso del agua se origina como consecuencia de la

altura de la presa derivadora. Las ventanas pueden

tener compuertas o no y suelen llevar rejillas de

protección contra el ingreso de cuerpos extraños,

las que pueden estar provistas de limpiarrejas.

- Compuertas de captación: Son las que regulan el

ingreso de agua al canal de derivación. Pueden

estar ubicadas como parte de las ventanas de

captación, o, si hubiese un elemento decantador

ubicado inmediatamente aguas debajo de las ventanas

de captación, podrían estar ubicadas más hacia

aguas abajo, en el ingreso al canal. En las

bocatomas pequeñas puede tratarse de una sola

compuerta.

- Muros guía: Son muros separadores que suele n

ubicarse entre los barrajes fijo y móvil y aguas

arriba de ellos. Pueden también extenderse hacia

aguas abajo, separando ambas pozas disipadoras de

energía.

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- Pozas disipadoras de energía: Aguas abajo de los barrajes fijo y móvil es necesario disponer algún

elemento que ayude a disipar la energía.

Generalmente se disipa la energía mediante la

formación de un salto hidráulico, para lo que es

necesario disponer una poza. Inmediatamente aguas

abajo, y como transición con el lecho fluvial, se

coloca una protección de fondo a base de piedras a

la que se le denomina rip-rap.

C) CÁLCULO HIDRÁULICO DE UNA OBRA DE ARTE (BARRAJE FIJO)

Altura del barraje:La altura del barraje se determina como la suma de la

altura a la cual se encuentra la ventana de captación,

la altura de esta ventana y el borde libre que se da

por seguridad.

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Perfil de Cresta del barraje:Se recomienda dar formas a la cresta de modo tal que

eviten la presencia de presiones negativas que podrían

generar cavitación que causan daños al concreto.

Asimismo deben ofrecer máxima eficiencia hidráulica,

practicabilidad, estabilidad y economía.

Poza Disipadora:Para el diseño de la poza disipadora se necesita

primero conocer el tirante al pie del barraje y su

tirante conjugado. El tirante al pie del barraje se

calcula aplicando la ecuación de energía al inicio del

barraje y al final de este:

Se toma como referencia el nivel de terreno natural y

siendo “∆z” la profundidad de la poza, la altura del

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barraje “H”, la altura de la lámina de agua “Hd” se

tiene que la ecuación ahora es:

El valor de “Hd” se calcula usando la ecuación del

vertedero:

El espesor del colchón disipador se calcula usando la

fórmula:

Donde “Sp” es el camino de percolación parcial y “St”

es el camino de percolación total, por lo cual este

espesor varía de acuerdo al aumento del camino de

percolación. El coeficiente de “4/3” es un coeficiente

de seguridad y es recomendable que el espesor sea

mayor a 0.90 m

Análisis de estabilidad del barraje:El barraje es un elemento de concreto que logra su

estabilidad debido a su propio peso. A continuación se

desarrolla el análisis de estabilidad de la estructura

bajo la condición más severa, la cual se da cuando se

produce el caudal de avenida. Las fuerzas que se toman

en cuenta son:

El peso propio del barraje: El peso propio del

elemento viene a ser la fuerza más importante en el

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análisis de estabilidad, pues se trata de un elemento

de gravedad. Esta fuerza debe ser capaz de

contrarrestar las fuerzas que son desfavorables para

lograr la estabilidad. La resultante de esta fuerza es

vertical y su línea de acción contiene al centro de

gravedad de la estructura.

Por facilidad de cálculo, el perfil del barraje ha

sido dividido en secciones conocidas para evaluar la

magnitud y posición de la fuerza de gravedad.

El empuje hidrostático: El empuje hidrostático es una fuerza que resulta de las presiones producidas por

el flujo de agua. La magnitud de esta fuerza es

función del nivel del río aguas arriba en cualquier

intervalo de tiempo, por lo que el máximo valor de

este empuje se da para el caudal de diseño.

El empuje debido al lecho del río: Sobre la cara aguas arriba del barraje, existe un espesor de sólidos

que son parte del lecho del río el cual produce un

empuje en la estructura. El Bureau of Reclamation

recomienda, para la fuerza horizontal, considerar al

sólido como un líquido de peso específico igual a 1.4

ton/m³.

El empuje debido a la subpresión: La fuerza de

subpresión es aquella que surge del empuje generado

por el agua filtrada en la base del barraje. Para el

cálculo de esta fuerza se realizó el análisis de agua

subterránea usando el software Phase2 v8.005 de la

empresa Rocscience que realiza el cálculo de

infiltración usando el método de los elementos

finitos. También, en el análisis, se consideró y se

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modeló los agujeros rompepresiones que se colocan en

la poza disipadora con el fin de disminuir el empuje.

Factor de seguridad al deslizamiento:El deslizamiento en el barraje es producido por el

empuje horizontal que ocasiona el agua y el empuje de

los sólidos del lecho del río. Este fenómeno debe ser

contrarrestado por acción del peso propio de la

estructura, pues esta fuerza origina una de fricción

en posición contraria al deslizamiento.

Se recomienda que el factor de seguridad al

deslizamiento debe ser mayor o igual a 1.5.

El factor de seguridad al deslizamiento (FSD) se

calcula como:

Donde “∑FV” y “∑FH” es la suma de fuerzas verticales y

horizontales respectivamente. El coeficiente de

fricción “Φ” es el que existe en la interfase del

barraje y el suelo de cimentación.

Factor de seguridad al volteo:El factor de seguridad al volteo se evalúa calculando

los momentos producidos por las diferentes fuerzas ya

evaluadas con respecto al pie del talón del barraje

aguas abajo, pues esta es la situación más crítica. Se

recomienda que este factor de seguridad sea mayor a 2.

El factor de seguridad al volteo (FSV) se calcula

como:

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D) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

- Un Barraje fijo es una estructura sólida emplazada

a todo lo ancho del cauce por lo tal motivo la

curva de remanso que se produce aguas arriba del

barraje no puede ser alterada originando una

colmatación de sólidos que puede traer la

inutilización de la toma o el ingreso de abundante

material sólido a través de la ventana de

captación.

- La longitud del barraje, está ligada directamente

al ancho del cauce y a la carga del agua que se

presentan sobre él.

- Mediante esta altura se consigue elevar o mantener

un nivel de agua en el rio, para que así se derive

el caudal hacia el canal principal permitiendo el

paso de la excedencia por encima de ella.

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E) PANEL FOTOGRÁFICO

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