Ingenieria Hidraulica

¿QUÉ ES LA INGENIERÍA HIDRÁULICA?

La ingeniería hidráulica es una de las ramas tradicionales de la ingeniería civil.

La formación en algunas universidades en la carrera de ingeniería civil se divide después de los primeros 2 ó 3 años en diversas especialidades, una de las cuales es la hidráulica. A partir de esta división se van enfatizando temas diferentes para cada especialidad, manteniéndose sin embargo muchos temas comunes para todos los cursos de ingeniería civil.

¿CUÁLES SON LAS ÁREAS DE ACTIVIDAD DEL INGENIERO HIDRÁULICO?

Básicamente el ingeniero hidráulico se ocupa de diseñar, construir y operar las obras hidráulicas. Otra actividad muy importante desarrollada por los ingenieros hidráulicos es la investigación, dado que la ingeniería hidráulica se sustenta, casi en un 90%, en resultados experimentales. Leonardo Da Vinci afirmaba, con la genialidad que ha demostrado en todo lo que ha hecho, que "cuando trates con el agua consulta primero la práctica, y luego la teoría". Mucho se ha avanzado desde entonces, por los dos caminos, las formulaciones teóricas utilizan en todo momento los instrumentos matemáticos más avanzados de cada época, pero al final aquí y allí, siempre acaba apareciendo un coeficiente empírico, una fórmula empírica, que es la forma en que, al final, permite resolver el problema práctico, y que fue determinada con base en experimentos tanto de laboratorio como en las obras construidas y operantes.

La ingeniería Hidráulica es tan antigua como la civilización misma. Esto es evidente si se piensa en la lucha del hombre por la supervivencia, que lo obligó a aprender a utilizar y controlar el agua. Por esto, las civilizaciones antiguas se desarrollaron en las proximidades de los grandes ríos y basaron su economía en la agricultura. Paulatinamente fueron utilizando el riego en sus formas primitivas.

Del año 4000 al 2000 A. C. los egipcios y los fenicios ya tenían experiencias en problemas de agua, en la construcción de sus barcos y sus puertos. En ese tiempo, China, India, Pakistán, Egipto y Mesopotamia iniciaron el desarrollo de los sistemas de riego. Los chinos también experimentaron en la protección contra inundaciones, Después del alto 500 A. C. en la Grecia antigua se construyeron acueductos y se empezaron a desarrollar fórmulas para dichos sistemas; fue éste uno de los primeros intentos para la elaboración de un modelo matemático. Después, básicamente s lo se conoce la invención del molino de viento utilizado para extraer aguas subterráneas. Ya en el siglo XVI se desarrollaron los principios de la hidráulica con científicos como Keppler y Torricelli,- alrededor del año 1800 Newton, Bernouilli y Euler perfeccionaron dichas teorías.

El primer modelo físico hidráulico fue construido en el año 1795 por el ingeniero Luís Jerónimo Fargue sobre un tramo del Río Garona. En el año 1885, Reynolds construyó un modelo del río Merssey, cerca de Liverpool. Él anotó que la relación existente entre la fuerza de la inercia y la fuerza de fricción interna era de gran importancia para el diseño de los modelos hidráulicos. Hoy en día, esta relación se denomina número de Reynolds, parámetro adimensional muy significativo en los modelos hidráulicos actuales.

El arquitecto naval William Froude, en 1870, indicó la importancia de tal relación de la fuerza de inercia y de la fuerza de gravedad. En la actualidad ésta relación se denomina número de Froude, parámetro adimensional básico en el análisis de los modelos hidráulicos. El primer laboratorio hidráulico fue fundado en Dresden (Alemania), en 1891, por el Profesor Engels, y después de éste muchos otros aparecieron en casi todos los países del mundo; hoy en día hay más de un centenar.

INGENIERIA HIDRAULICA

INTRODUCCION

La Hidráulica es la aplicación de la mecánica de fluidos en ingeniería, para construir dispositivos que funcionen con líquidos, por lo general agua o aceite. La hidráulica resuelve problemas como el flujo de fluidos por conductos o canales abiertas y el diseño de presas de embalse, bombas y turbinas. Su fundamento es el principio de Pascal, que establece que la presión aplicada en un punto de un fluido se transmite con la misma intensidad a cada punto del mismo.

CONCEPTO

La Ingeniería Hidráulica es una de las ramas tradicionales de la Ingeniería Civil y se ocupa de la proyección y ejecución de obras relacionadas con el agua, sea para su uso, como en la obtención de energía hidráulica, la irrigación, potabilización, canalización, u otras, o sea para la construcción , u otras, sea para la construcción de estructuras en mares, ríos, lagos, o entornos similares, incluyendo, por ejemplo, diques, represas, canales, puertos, muelles, rompeolas, entre otras construcciones.

AREAS DE ACTIVIDAD

Los ingenieros hidráulicos se ocupan de diseñar, construir y operar las obras hidráulicas, valiéndose principalmente de la investigación, dado que la hidráulica se sustenta, casi en un 90%, en resultados experimentales.

Los ingenieros hidráulicos se ocupan de:

 Las llamadas grandes estructuras como, por ejemplo, presas, esclusas, canales navegables, puertos, etc.

 Obras relacionadas con la agricultura, especialización de la ingeniería hidráulica, conocida como hidráulica agrícola (rama propia de la Ingeniería Hidráulica): sistemas de riego, sistemas de drenaje.

 Obras relacionadas con el medio ambiente: presas filtrantes para el control de erosión, obras de encauzamiento de ríos, defensas ribereñas.

TIPOS DE CONSTRUCCIONES EN INGENIERIA HIDRAULICA

1. DIQUES

Es un terraplén natural o artificial, por lo general de tierra, paralelo al curso de un rio o al borde del mar.

a. Diques Artificiales: previene la inundación de los campos aledaños a los ríos o mares. También protege determinadas áreas contra el embate de las olas. Se emplea también formando caminos integrando un orden vial.

i. Diques de contención: estos diques tradicionalmente son construidos, amontonando tierra a la vera del río. Amplio en la base y afilados en la cumbre, donde sueñen poner bolsas de arena.

ii. Diques rompeolas: son estructuras artificiales creadas mediante superposición de capas de elementos de diferentes granulometrías y materiales encaminada a reducir la cantidad de energía proveniente del oleaje que entra en un lugar que se quiere abrigar, por ejemplo un puerto.

2. REPRESA

Es una barrera con piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un rio o arroyo con la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para su posterior aprovechamiento en abastecimiento o regadío, para elevar su nivel con el objeto de derivarla a canalizaciones de riego.

3. PUERTOS

Conjunto de obras, instalaciones y servicios que proporcionan el espacio de aguas tranquilas necesarias para la estancia segura de los bloques, mientras se realizan las operaciones de carga, descarga y almacenaje de las mercancías y el tránsito de viajeros.

4. SISTEMA DE DRENAJE

La función principal de un sistema de drenaje es la de permitir la retirada de las aguas que se acumulan depresiones topográficas del terreno, causando inconvenientes ya sea a la agricultura o en áreas urbanizadas.

Otra función sumamente importante del sistema de drenaje es la de controlar, en los perímetros de riego, la acumulación de sales en el suelo, lo que puede disminuir drásticamente la productividad.

Principalmente, el sistema de drenaje está compuesto por una red de canales que recogen y conducen las aguas a otra parte, fuera del área de ser drenada, impidiendo al mismo tiempo, la entrada de las agua externas.

Otros tipos de obras hidráulicas para mencionar: canales, estaciones de bombeo, esclusas, sistema de abastecimiento de agua potable, sistema de recogida de aguas residuales, sistemas de riego, defensas ribereñas, recarga de acuíferos, etc.

CONCIENCIA ACERCA DEL RECURSO

Como futuros profesionales, hoy debemos contribuir con el proceso de conservación, ahorrando el agua en casa, trabajo, industria y más adelante cuando ejerzamos nuestra profesión definir políticas para promover un saneamiento del medio en nuestras propias empresas o en nuestra rama de acción.

Sin embargo, cada uno de nosotros podemos hacer una gran contribución para disfrutar y proteger el agua con solo utilizarla en forma responsable e invitando a la gente que nos rodea a hacer lo mismo.

Y si nuestro compromiso es mayor y va de la mano con nuestra vocación, podemos decidir seguir esta rama tan importante que ha sido expuesta anteriormente; y así posteriormente trabajar en organizaciones dedicadas a mejorar el manejo del agua, aportando y desarrollando nuevos conocimientos propios de la ingeniería. Así generaremos el cambio.

Sistemas Hidráulicos Pre Incas e Incas

En las últimas dos décadas el mundo viene luchando contra el cambio climático. Algunos atribuyen su aceleración a la acción del hombre y otros a una acción normal de la naturaleza. Como sea, es evidente que vivimos un aumento de temperaturas que nos afecta.

Por la cadena de los andes y sus glaciares se dice que el Perú será uno de los más perjudicados por el fenómeno. El país concentra cerca del 70% de los glaciares del mundo, esta característica hace que seamos uno de los países más vulnerables. Se habla de adecuación al cambio climático, algo que nuestros antepasados ya realizaban de forma espectacular.

Si elaboramos una línea del tiempo (Figura 1) y colocamos en él nuestro relativo corto pasado, y lo hacemos coincidir con la línea de los procesos climáticos en la Tierra, es probable que nuestros antepasados hayan lidiado con una naturaleza hostil que obedecía a un cambio climático quizás menos evidente que el que experimentamos ahora; con menos argumentos científicos y técnicos, pero con una gran fortaleza que ahora no tenemos: la visión mística de los astros, la veneración a los recursos agua y tierra y, sobre todo, el respeto a la naturaleza que se evidencia en la manera como “gestionaban” la cuenca.

Hablar de las prácticas de siembra de agua que realizaban nuestros antepasados tiene que relacionarse con la visión de cuenca que ellos tenían en la práctica.

En la Figura 2 vemos los principales sistemas hidráulicos puestos en práctica por nuestros ingenieros pre-incas e incas, que revela el conocimiento y talento científico, que conjuga la aplicación de una serie de ciencias.

1. Las partes altas de las cuencas estaban completamente forestadas o con presencia de cobertura vegetal, tal como se evidencia en algunos lugares (Distrito de Huachos – Castovirreyna en Huancavelica) con la presencia de bosques completos de quinuales o queñua (Polylepis racemosa, P. incana), solo por mencionar una, además de una gama amplia de especies nativas adaptadas a nuestro medio que ahora simplemente se han desaparecido.

2. A lo largo de los andes podemos apreciar una serie de represas que por su ubicación denominamos alto andinas, de mediana capacidad, cuya función era almacenar las aguas de las lluvias. Podemos apreciar capacidades desde unos cientos de miles de metros cúbicos hasta cerca del millón de metros cúbicos; nunca posicionadas en los cauces de los ríos, como ahora que vemos represas de gran capacidad en el eje del río (Gallito Ciego) que, por el proceso propio de erosión de la cuenca, están colmatándose y trabajan con una capacidad de cerca del 50%.

3. Observatorios solares, los cuales sin ser una obra hidráulica tenían una espectacular aplicación en el control climático para beneficio de sus cultivos, registro de los principales eventos de la comunidad, cambios de estación, registro de nacimientos, entre otros usos. Una muestra es Chankillo – Casma, en Ancash, ubicada estratégicamente en las zonas menos vulnerables y de mayor visibilidad del valle.

4. La ubicación de los principales asentamientos humanos estuvieron siempre en las partes altas, lejos de la fuerza devastadora de los ríos o quebradas, que tantas vidas o pérdidas económicas generan actualmente.

5. Según Luis Masson Meiss, estudioso de los sistemas de andenería, en el Perú existe aproximadamente un millón de hectáreas en andenes. De ellos solo se explotan efectivamente un 25%. Llama la atención que no se cuente con un inventario actualizado y confiable de esta portentosa obra de ingeniería legada por los incas. Constituyen un patrimonio cultural sub utilizado en zonas donde prevalece la pobreza extrema por contradicción. Ejemplo de ello son los andenes de Andamarca en Lucanas, Ayacucho.

6. Los sistemas de amunas, de mayor presencia en la serranía de Lima, son una práctica ancestral de recarga de acuífero, que ahora se muestra como novedosa, pero que los pre incas limeños hicieron con excelentes resultados; como hasta ahora lo practican los pobladores de Tupicocha en Huarochiri, Lima.

Este es el mejor ejemplo de la llamada “siembra del agua”. Consistía en un ritual que implicaba: asambleas, limpieza de acequias y, sobre todo, veneración al agua. Antes del inicio de la limpieza de las acequias amunadoras se realizaba el pago a la tierra (apu) y al agua (yaku).

El sistema funcionaba con zanjas abiertas que siguen las curvas de nivel de las punas, lo que permitía conducir el agua de lluvia hasta un lugar llamado cochas, abiertas para recibir el agua y que luego se filtrara en la montaña para surgir, aguas abajo, como puquios meses después; exactamente cuando no hay lluvias y el estiaje es más marcado en la cuenca, de esa manera realizaron agricultura y mantuvieron al pueblo provisto de alimentos.

7. Los puquios, ojos de agua, (ñahui yaku) se favorecían por la siembra del agua que realizaban nuestros antepasados en las partes altas de las cuencas. En muchos lugares donde existen estos puquios hay un descuido y deterioro de estas importantes fuentes de agua: botaderos de basura, eliminación de especies forestales que “atraen” la presencia del agua, siembra de especies foráneas (eucalipto) que, según los entendidos, funcionan como bombas consumidoras de agua.

8. Son innumerables los vestigios de obras descomunales como los canales de riego que, muchas veces, cruzan los andes llevando las aguas de una cuenca hacia otra (trasvases), con mejores posibilidades o potencial agronómico: suelo, clima, adaptación de especies, entre otros aspectos.

Un ejemplo vivo es el Sistema de Riego Huirucatac, en la parte alta de la cuenca del río Nepeña, en Huaylas (Ancash), donde mediante un sistema de lagunas interconectadas (Coñoc Ranra, Capado Cocha, Tocanca, entre otras), unidas por el canal Huirucatac de más de 100 km, se llevan las aguas desde la cuenca del río Nepeña hacia la cuenca del Río Santa Lacramarca.

Este es emblemático, por lo que representa unir los andes con la costa mediante venas de ríos que llevan vida a zonas desiertas. Este sistema está aún por redescubrirse y mostrar al mundo su portento y, por tanto, poner de manifiesto, una vez más, el ingenio de nuestros antepasados hidráulicos.

9. Las riberas de los ríos cubiertas con especies forestales, es decir, una defensa ribereña efectiva y práctica que ahora hemos olvidado. Basta con escuchar los comentarios de los lugareños de mayor edad de las comisiones de regantes, donde hemos realizado trabajos, quienes cuentan que “antes los ríos estaban encañonados o confinados, era prácticamente imposible pasar de una ribera a otra, salvo por lugares especialmente identificados”.

Ahora las riberas están deforestadas y el flujo del agua del río corre libremente, causando en los meses de lluvias desbordes que ocasionan la pérdida de suelos, cultivos, vidas y el perjuicio económico que esto representa.

10. Los waru waru o camellones, son prácticas ancestrales de uso común en el altiplano, en áreas inundables o inundadas, que consisten en “jalar” tierra formando una plataforma o “cama” rodeada de agua, donde se realiza la siembra. Esta agua alrededor del waru waru crea un microclima que mitiga el efecto de las heladas, permitiendo el desarrollo de los cultivos.

11. Los acueductos son trabajos de ingeniería hidráulica que debemos revalorar y buscar que se consideren como una maravilla de la ingeniería civil, al igual que el santuario de Tipón, en Cusco.

Estos acueductos conducen las filtraciones de los ríos, Aija, Tierra Blancas y Nazca por tramos subterráneos (galerías socavón) y por tramos descubiertos (galería zanjón).

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