Estructuras Hidraulicas

CURSO: MECANICA DE FLUIDOS II CAPITULO: VII ESTRUCTURAS HIDRAULICAS EN CANALES

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CAPITULO VII

ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS EN CANALES

7.1 GENERALIDADES.

Las estructura 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.

Un nudo hidráulico es el conjunto de estructuras hidráulicas localizadas en un sitio y trabajando interconectada mente.

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. Hidroenergía: 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

El ingeniero hidráulico tiene entre otros, los siguientes objetivos:

 Proyectar, diseñar, calcular y construir obras hidráulicas económicas y seguras.

 Transformar y regular el régimen natural de la fuente de agua: río, lago, mar, aguas subterráneas.

 Crear depósitos y corrientes artificiales de agua: embalses, conducciones.

 Crear equipos o estructuras especializadas: esclusas de navegación, edificios de centrales hidroeléctricas, estaciones de bombeo, elevadores de peces, etc.

 Considerar los efectos desfavorables y los cambios ambientales que puedan generarse por la construcción de obras hidráulicas de forma que se prevean las medidas necesarias para contrarrestarlos.

Las estructuras aquí descritas se utilizan solo para caudales de hasta 2,830 lps pero los principios de su diseño son aplicables a estructuras de mayor capacidad.

En este capitulo se tratara de algunas estructuras hidráulicas de protección, tales como: las rápidas y las caídas.

7.2 CLASIFICACION DE ESTRUCTURAS HIDRAULICAS.

ESTRUCTURAS DE CONDUCCION.

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Son estructuras alineadas en el canal que se construyen para salvar singularidades naturales del

terreno u obras hechas por el hombre.

CRUCE DE VIA.

Conduce el agua del canal por debajo de una vía de carretera o ferrocarril. El conducto queda

constituido por una tubería recta que trabaja llena peso sin presión.

La alternativa a cruce de vía es un puente construido en la vía de carretera o ferrocarril, Para

caudales moderados se usa siempre cruce de vía.

FIGURA No 7.1

SIFON INVERTIDO

Conduce el agua del anal por debajo de una depresión natural del terreno o de otra estructura. El

conducto queda constituido por una tubería que trabaja a una cierta presión.

FIGURA No 7.2

FLUME.

Se denomina flume a todo canal corto. Es de sección rectangular y puede se apoyado elevado.

FLUME APOYADO.

Conduce el agua del canal en un tramo de ladera muy empinada, en un tramo de ladera con

desprendimiento de piedras o en el cruce de un centro poblado. En el primer caso puede ser

descubierto pero en los dos casos restantes tiene que ser necesariamente cubierto.

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FIGURA No 7.3

En canales pequeños la alternativa es una tubería enterrada que fluye parcialmente llena.

FLUME ELEVADO.

Conduce el agua por encima de una depresión del terreno o de otra estructura. Unas veces se

apoya en un puente construido ex profeso; otras veces se diseña estructuralmente para que se

soporte a si mismo (puente canal).

FIGURA No 7.4

La decisión entre sifón invertido y flume elevado se toma en base a consideraciones económicas

CAIDA

CAIDA VERTICAL.

Se usa en desniveles de hasta 1 m pero cien por ciento abruptos.

FIGURA No 7.5

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CAIDA RECTANGULAR INCLINADA.

Se usa en desniveles comprendidos entre 1 m y 4.50 m y caudales relativamente grandes.

FIGURA No 7.6

CAIDA ENTUBADA.

Se usa en desniveles comprendidos entre 1 m y 4.50m y caudales relativamente pequeños. Tiene la

ventaja de permitir el uso del terreno en la superficie.

FIGURA No 7.7

CAIDA DENTADA.

Se usa en desniveles mayores de 4.50 m que tiene lugar en distancias horizontales relativamente

cortas.

FIGURA No 7.8

CHUTE.

Conduce el agua del canal en desniveles mayores de 4.50m que tienen lugar en distancias

horizontales relativamente grandes.

CHUTE DE CANAL ABIERTO.

Se usa en caudales altos.

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FIGURA No 7.9

CHUTE ENTUBADO.

Se usa en caudales pequeños. Tiene la ventaja d permitir el uso del terreno en la superficie.

FIGURA No 7.10

La alternativa a chute abierto consiste en emplear una serie de caídas verticales. El chute tiene un

costo inicial elevado y un costo de manteniendo bajo; en el juego de caídas verticales es al revés.

Por lo general se prefiere el chute.

ESTRUCTURAS DE REGULACION.

Regular el nivel del agua en el canal significa tenerlo relativamente alto a fin de facilitar la derivación

lateral de una parte del agua.

Regular un caudal significa dejar pasar la cantidad de agua que uno expresamente desea.

Las estructuras de regulación regulan niveles y/o gastos.

Tener los niveles y/o caudales regulados significa lo mismo que tenerlos controlados, pero no debe

confundir con el termino “control hidráulico” que es otra y que se explica en el apartado 7.2.

FIGURA No 7.11

REPRESA.

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Se construye transversalmente al canal y consta de dos partes; una parte siempre fija constituida por

los muros a los costados y una parte:

A veces móvil, cuando se usa un dispositivo de regulación (compuertas deslizantes tablones o

agujas y vertederos graduables).

A veces fija, cuando se usa un dispositivo de control hidráulico (vertedero y escotadura trapezoidal

de control hidráulico).

FIGURA No 7.12

La represa se usa en un punto aislado del canal o antes de una estructura de conducción si una

desea tener ahí regulado el nivel y/o el gasto.

NOTA. Antes de la caídas y chutes se recomienda instalar como mínimo un dispositivo de control

hidráulico (vertedero o escotadura trapezoidal) a fin d evitar el embausamiento del agua.

REPRESA Y CAIDA.

Consiste de una represa construida antes de una caída. Aparte de su función reguladora, la represa

aquieta el agua antes de la caída con lo que se aminora el peligro de erosión.

FIGURA No 7.13

TOMA LATERAL.-

Se ubica en la pared del canal con el fin de derivar una parte del agua.

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FIGURA No 7.14

PARTIDOR.

Se usa para dividir el gasto total en dos o más gastos parciales que son guidos en las direcciones

deseadas.

FIGURA No 7.15

REPRESA A LA ENTRADA DE TUBERIA.

Se usa para derivar una parte del agua del canal antes que esta ingrese a una estructura de

conducción de tubería (cruce de via, sifón invertido, ciada entubada, chute entubado). Se emplean

compuertas deslizantes, agujas y vertederos graduales como elemento de regulación.

FIGURA No 7.16

ESCOTADURA DE CONTROL A LA ENTRADA DE TUBERIA.

Se usa de manera similar a la estructura anterior pero sobre todo antes de caída entubada y chute

entubado es decir tuberías de fuerte inclinación. En vez de escotaduras se emplean a veces

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vertederos. Las escotaduras trapezoidales y los vertederos son elementos de control hidráulico que

sobre todo impiden empalamiento del agua.

FIGURA No 7.17

ESTRUCTURAS DE PROTECCION

Son estructuras que tienen por objeto proteger el canal tanto interior como exteriormente.

ESTRUCTURA DE PROTECCION INTERIOR.-

Se usan para eliminar los excedentes e agua el canal provenientes de una mala operación de las

compuertas o de lluvias intensas. Se llaman desfogues y se clasifican así:

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