Cierre de Cauces

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y

ARQUITECTURA

MATERIA:

OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACIÓN SUPERFICIAL

CIERRE DE CAUCES

PROFESOR:

ING. ROSALES RAMIREZ LUCIO

ALUMNO:

CARACHURE CHARCO LEANDRO

GRUPO:7CM01

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACION SUPERFICIAL ÍNDICE

OBJETIVO

1.- ANTECEDENTES………………………………………………………………………………………4

2.- JUSTIFICACIÓN Y APLICACIONES……………………………………………………….….8

2.1.-MÉTODO DEL VACIADO FRONTALY VERTIDO HORIZONTAL………………..8

2.2.- MÉTODO DEL VACIADO POR LOS EXTREMOS, PIONERO, VERTICAL O LATERAL………………………………………………………………………………………………….....14

3.- DISEÑO Y CÁLCULO……………………………………………………………………………….17

CONCLUSIÓN

BIBLIOGRAFÍA


OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACION SUPERFICIAL OBJETIVO

El siguiente trabajo de investigación contiene aspectos muy importantes a cerca de las diferentes formas de cierre de cauces, el cual definiremos, explicaremos y analizaremos cada uno de los métodos existentes para el cierre de cauces.

El cierre de cauce a grandes rasgos se refiere a una obra que se tiene que realizar como primera instancia, ya que nos ayuda al desvío del cauce del río por medio de túneles u otras obras de desvío. Estas obras (cierre de cauces) son una parte de gran importancia para la construcción de una presa, aunque solo representa un costo muy pequeño en relación al costo total de la obra.

Los cierres de cauce tienen la finalidad de llevar a cabo la construcción de un aprovechamiento hidráulico que puede ser de gran utilidad a pequeñas o grandes poblaciones, como fuentes de abastecimiento de agua potable, fuentes de regadillo, para el control de ríos caudalosos, etc.En dicho trabajo se describen las formas de cierre de cauces, la hidráulica de estos, la descripción del proceso y de los métodos empleados para su correcta ejecución.

Este trabajo tiene como finalidad, servir como fuente de apoyo a estudiantes de ingeniería civil principalmente o ramas afines a estas, así también al profesional en ingeniería civil que busque despejar cualquier duda acerca del tema que se presenta a continuación. Esta investigación contiene un lenguaje claro y accesible para su correcta comprensión.

ANTECEDENTESEl cierre del cauce es la operación que hay que efectuar para que el agua del río reconozca y escurra por túneles, tajos o partes de alguna


OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACION SUPERFICIAL obra de la futura presa como pueden ser descargas a través de la casa de máquinas, parte baja de la obra de excedencias, etc.Aunque el costo directo de cierre es, generalmente, un pequeño porcentaje del costo total de la cortina, tiene que estudiarse cuidadosamente puesto que una falla ocasiona costosos y serios retrasos de todo el esquema y porque el diseño de los desvíos temporales se relaciona con la carga de agua máxima seleccionada para el cierre.

Consecuentemente es de interés definir las condiciones realistas y de seguridad para los cierres y estimar los costos aplicables de acuerdo con la carga de agua máxima para alcanzar una optimización total de todo el sistema (cierre, desvío, programa, etc.) o dar más flexibilidad para programar el cierre pasada la temporada de bajo escurrimiento si es lo apropiado.Se han hecho un número grande de enfoques teóricos para el análisis del cierre y las pruebas en un modelo pueden representar las condiciones hidráulicas bastante bien (tales como niveles de agua y velocidades medias) pero se define con mucho menos precisión, la dimensión y características de los materiales que se requieren.

Es consecuentemente de interés comparar y clasificar el gran número de cierres reales efectuados alrededor del mundo (incluyendo la mayoría de los ríos más grandes), para analizar las dificultades encontradas y tratar de definir algunas reglas simples que tentativamente sean usadas como guía para un estudio preliminar de futuros sistemas.

Fig.1 Cierre del cauce natural del río con ayuda de maquinaria pesada. Fuente: https://www.google.com.mx/search?q=desvio+de+cauces+de+rios


OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACION SUPERFICIAL Los estudios siguientes no se relacionan directamente con las estructuras de desvío (túneles o canales) pero las toman en cuenta indirectamente como niveles de agua, velocidades y cargas diferenciales; en todas las etapas de cierre tienen que ver obviamente con las características de las estructuras de desvío (en la práctica el flujo desviado se obtiene de los niveles aguas arriba y aguas abajo y posteriormente comprobado a través de las terracerías es relativamente pequeño y generalmente no se toma en cuenta, el flujo restante en el canal de desvío, en el túnel o sobre la terracería de cierre se estima para cada etapa).

El cierre definitivo de un cauce se realiza en cuatro partes, la primera consiste en la formación de un dique, mediante la colocación a volteo de piedras o elementos prefabricados que resisten la velocidad de la corriente; esa parte termina cuando toda la sección del cauce queda ocupada por dicha estructura, con lo que se logra que la mayoría del caudal pase por la obra de desvío, el resto se infiltra a través del dique de cierre y sigue por el río hacia aguas abajo. Más adelante se hablará de las formas constructivas para arrojar las piedras o elementos prefabricados en esta primera parte del cierre; dichas formas se denominan métodos de cierre.

Fig.2Túnel, obra de desvío Fuente: https://www.google.com.mx/search?q=desvio+de+cauces+de+rios


OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACION SUPERFICIAL La segunda parte del cierre consiste en hace impermeable el dique; para ello, sobre el parámetro de aguas arriba se coloca rezaga con granulometría cada vez más fina hasta poner una capa de arcilla no compactada; la cual a su vez se protege con material de rezaga que finalmente se cubre y protege con una capa de enrrocamiento. En la tercera parte se eleva la corona de la ataguía hasta un nivel tal que los caudales esperados en la época de avenidas no lleguen a pasar por arriba de la estructura y destruyan la cortina en construcción.

En la segunda o tercera parte se procede, cuando se requiera, a construir una pantalla impermeable en la zona de arcilla y que penetre profundamente dentro de los acarreos del río.

La cuarta parte consiste en construir la ataguía de aguas abajo en forma similar a la de aguas arriba.El cierre del cauce se efectúa en estiaje, desviando así los gastos menores. Dependiendo del tamaño de la roca que se extrae o de la que se dispone, de la velocidad del flujo y del equipo con que se cuente, se tendrá mayor o menor dificultad en la ejecución del cierre. En ocasiones el tamaño del material no es suficiente para resistir la velocidad de la corriente, sobre todo en etapas avanzadas de la construcción y es arrastrado desde el lugar donde se arroja hasta zonas de menor velocidad. Cuando ello ocurre se utilizan elementos prefabricados, tales como cruces tridimensionales, cubos, etc. Elementos que al arrojarse a la corriente se traban unos con otros formando una sola estructura. Las filtraciones a través de la estructura son considerables al finalizar la primera parte, pero se reducen en la segunda, al colocar el material impermeable. Esas filtraciones finales deben ser suficientemente reducidas para que el bombeo se realice a un costo bajo.

Fig.3 Colocación de rezaga para hacer impermeable él dique. Fuente: https://www.google.com.mx/search?q=desvio+de+cauces+de+rios


OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACION SUPERFICIAL Las filtraciones también se producen a través de la cimentación de la ataguía; es decir a través de los acarreos del río, para reducirlas se construye un delantal de material impermeable que se extiende aguas arriba, o bien una pantalla impermeable que se introduce por el corazón de arcilla, pasando por la capa de material de acarreo hasta llegar a las capas impermeables del subsuelo o hasta una profundidad adecuada. Lo que se menciona en este capítulo principalmente corresponde al cierre completo o definitivo de un cauce. (Lozoya J. Y Maza, J., 1983)

MÉTODOS DE CIERRECon excepción de algunos casos especiales de cierre en su primera parte (cierres instantáneos, con carga explosiva en valles de laderas escarpadas, y relleno hidráulico con arena en valles planos), aproximadamente todos los cierres importantes se han llevado a cabo por algunos métodos que se mencionan a continuación.

1. MÉTODO DEL VACIADO FRONTAL O VERTIDO HORIZONTAL1.1 Métodos ymateriales

Fig.4 Desvío del cauce del río en una sola etapa. Fuente: Cierre de cauces y obras de desvío, Capitulo 16 del manual de Ingeniería de ríos.


OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACION SUPERFICIAL El cierre se hace elevando el dique uniformemente a través del río. Una gran ventaja de esta solución es que usualmente elimina la necesidad de una protección previa del fondo del río, puesto que se protege directamente por los materiales de cierre.Para colocar materiales simultáneamente a todo lo largo de la abertura se requiere una instalación especial o un equipo especial; que se compone generalmente de un puente fijo o flotante, o también una grúa de cable (para bloques mayores de 10 toneladas y aún más) o bandas transportadoras o dragas (para materiales pequeños). La ventaja de un puente es que aun los materiales más pesados son transportados y se evita el riesgo de interrupción por fallas mecánicas del equipo especial.

Los materiales de cierre son de roca o concreto, como para un cierre por los extremos o vertical, pero las condiciones son similares a la última etapa de un cierre de este tipo y así los materiales pequeños del banco son en gran parte arrastrados; las condiciones del cierre son también severas durante la mayor parte de este (excepto en el principio) y la mayor parte del materiales es por tanto enrrocamiento clasificado o

bloques de concreto. Como en un cierre por los

Extremos, empleando materiales de banco se acepta una mayor cantidad de material (esto es una pendiente aguas abajo muy tendida del dique) que para concreto, para el cual es más económico emplear bloques tan grandes como sea posible.El método frontal se inicia con la formación de un escalón en el fondo del cauce que crece más o menos uniformemente, mientras la velocidad del agua no logra mover las piedras. Al aumentar la altura del escalón o dique, disminuye el área hidráulica de la sección, lo que junto con el

Fig.5 Método del cierre frontal

. Fuente: Cierre de cauces y obras de desvío, Capitulo 16 del manual de Ingeniería de ríos.


OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACION SUPERFICIAL aumento de niveles aguas arriba provoca un aumento en la velocidad del flujo.

La ataguía en estas condiciones funciona como un vertedor cuyo ahogamiento se reduce a medida que la ataguía crece en altura.

Al mismo tiempo, el remanso producido aguas arriba trae como consecuencia un aumento en el gasto desviado y por tanto una disminución en el gasto de vertido, de tal manera que si se sigue levantando la ataguía, la velocidad sobre la cresta crece desde la

velocidad normal del río hasta un valor máximo; para después debido principalmente al desvío y en parte también a la capacidad de filtración del cuerpo del dique, disminuir hasta cero cuando el cierre se ha terminado. La ayuda que prestan el desvío y la filtración es más notable cuanto más crece el nivel aguas arriba sobre el nivel normal. La dificultad del cierre disminuye después de la etapa que coincide con la aparición de la velocidad máxima sobre la cresta. La terminación del

Fig.7 Etapas de la construcción de un dique. . Fuente: Cierre de cauces y obras de desvío, Capitulo 16 del manual de Ingeniería de ríos.


OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACION SUPERFICIAL cierre con frecuencia es precedida de una etapa en la que la velocidad aumenta tanto que es capaz de mover el material que se arroja. Al final de la primera etapa la ataguía tendrá la forma que se le haya querido dar, en general triangular ya que es la que requiere menor volumen, para ello el material se arroja sobre una sola sección.

Al continuar la construcción, si la corriente comienza a trasportar las piedras aguas abajo, va formando una corona cada vez más amplia, de ahí en adelante el crecimiento vertical de la estructura se vuelve sumamente lento, gracias sólo al material que logra quedar sobre la corona cuando casualmente encuentra un hueco dejado porotras piedras que lo defienden de la corriente o cuando caen rocas más grandes. Así la ganancia en altura de la ataguía va acompañada de un ensanchamiento de su sección. Cuando aumentan las velocidades del flujo sobre la ataguía conviene tirar las piedras un poco más aguas arriba procurando que sigan llegando a la parte inicial de la cresta.Como el tirante aguas abajo se mantiene prácticamente constante para un cierto gasto del río, si el material arrojado sigue arrastrando, llegará un momento en que el material arrastrado forma en la corona una rampa inclinada. Inicialmente esa rampa tiene pendiente muy suave, pero al aumentar la altura de la ataguía y disminuir el gasto vertido, toma inclinaciones mayores (lo cual indica menor dificultad en el cierre), hasta que llega el momento en que se forma un dique triangular sobre la cresta. En ese momento el cierre se considera terminado.

1.2 Observaciones y aproximaciones teóricas Hay pocos cierres recientes de este tipo; cuando se han usado bloques de concreto el diseño parece que ha estado regularmente del lado de la seguridad, lo cual es esperado por consideraciones económicas. Aunque teóricamente es posible usar materiales más pequeños, parece que el tamaño máximo del material no ha sido menor del 40% de la carga final de agua cuando se usa concreto y 20% cuando se usa enrrocamiento con una pendiente aguas abajo tendida.Para la primera etapa del cierre el tamaño del material se determina esencialmente por la carga de agua; durante la última etapa por el flujo por metro para una pendiente aguas abajo aceptable; y durante la etapa intermedia (que es regularmente la más difícil) por ambos parámetros y posiblemente por su producto, esto es, energía por metro. De todas las consideraciones teóricas y también de pruebas en modelo, la dimensión máxima de los materiales es más pequeña para cierres horizontales que para cierres verticales para la misma carga de agua final pero los materiales más grandes deben usarse para la mayor parte del volumen de un cierre horizontal, mientras que representan sólo una pequeña proporción en un cierre vertical.


OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACION SUPERFICIAL Puede minimizarse el tamaño requerido de material haciendo la longitud de la abertura de cierre tan grande como sea posible con lo que se reduce el flujo por metro y se reduce la energía máxima por metro.

Es aun teóricamente posible usar materiales bastante pequeño para ríos muy grandes si el flujo por metro es muy pequeño en el inicio del cierre; sin embargo, el final del cierre se vuelva difícil para una gran carga de agua final, si el flujo no es uniforme a lo largo del dique porque una concentración local del flujo en un punto bajo es muy peligroso. Los materiales requeridos por lo tanto necesitan escogerse considerando el nivel más bajo y no correspondiendo al nivel promedio (la destrucción de ataguías de enrrocamiento o presas derivadoras, por flujos relativamente pequeños, puede haber sido debido a una concentración local de flujo, resultado de un flujo por metro mucho más grande).

Debido a todas estas consideraciones, la complejidad de la teoría y el pequeño número de cierres realmente hecho con enrrocamiento, es más difícil establecer reglas tentativas para un vaciado frontal (cierre horizontal) que para cierres extremos (cierre vertical); las pruebas en modelo deben ser usadas cautelosamente(debe darse una atención especial a la estabilidad de los diques al final del cierre y a la sensibilidad de los cierres por pequeños cambios de flujo total o de entrada a las estructuras de desvío).

Fig.8 Abertura para el paso del cauce del río . Fuente: https://www.google.com.mx/search?q=desvio+de+cauces+de+rios


OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACION SUPERFICIAL

2. MÉTODO DEL VACIADO POR LOS EXTREMOS, PIONERO, VERTICAL O LATERAL

2.1 Métodos y materiales La solución habitual es la construcción de una terrecería suficientemente ancha, para el fácil acceso de “dumpers” grandes (esto es, generalmente alrededor de 15 m de ancho), con la corona al menos un metro sobre el nivel final del agua, de aguas arriba. El ancho del acceso puede reducirse para gargantas cortas. La velocidad de cierre depende de la capacidad de los equipos de transporte y de las facilidades de acceso y puede alcanzar 1000 toneladas de materiales por hora.Para cuando se emplea el material tal como se sale de la cantera o roca seleccionada, las pérdidas se reducen empujando grandes cantidades al mismo tiempo en lugar de voltear cargas separadamente.

Fig.9 Vista en planta del cierre de un cauce . Fuente: https://www.google.com.mx/search?q=desvio+de+cauces+de+rios

Fig.10 Método del cierre lateral o pionero . Fuente: Cierre de cauces y obras de desvío, Capitulo 16 del manual de Ingeniería de ríos.



Para la determinación de los cierres importantes, ayuda enormemente en la etapa más difícil el enlace mediante un cable de algunos bloques muy grandes (uno de los cuales es empujado hacia aguas arriba dentro de las aguas tranquilas).Los materiales más usados para los cierres es material de banco que se usa tal como sale de la cantera incluyendo todos los elementos mayores de 500 Kg o 1 ton, o como roca seleccionada incluyendo sólo el material mayor que usualmente pesa entre 1 y 5 toneladas.Algunos bancos no sirven para proporcionar materiales grandes (superior a 15 o 20 toneladas). El estudio de los bancos adecuados es esencial para definir la solución de cierre. EL enrrocamiento seleccionada se define por el peso (o diámetro de

la esfera equivalente) del elemento correspondiente a la medida de la cantidad total (o lo que es lo mismo será el peso del elemento resultante de sumar los pesos de todos los elementos y dividir esa cantidad entre el número de elementos). El enrrocamiento tal como sale de la cantera se definió mejor por el D50 de la parte de su armazón que usualmente corresponde al D75 del material tal como sale de la cantera. Los materiales más finos tales como grava o el material que está sobre la cantera, se usan para cierres bajos o la primera fase de cierres altos.

El otro material que se usa para cierres importantes es el concreto, bien sea como cubos o como estructuras más complicadas (tetraedros) El peso unitario está generalmente entre el 5 y 30 toneladas por razones prácticas.

El peso de los bloques de concreto es 60% mayor que el peso de los bloques de granito para resistir la misma condición hidráulica.

a) La forma de los materiales es importante pero las ventajas varían de acuerdo con las condiciones hidráulicas (las formas cúbicas son mejores en flujos turbulentos o supercríticos y las formas gravosas en otras condiciones).

Fig.11 Prefabricados de concreto . Fuente: Cierre de cauces y obras de desvío, Capitulo 16 del manual de Ingeniería de ríos.


OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACION SUPERFICIAL El costo de los materiales de cantera es bajo cuando se emplea el material tal como sale de la cantera y puede aún ser nulo si proviene de las excavaciones necesarias para las obras permanentes.EL costo es mucho mayor para enrrocamiento seleccionado grande y especialmente se esté representa un alto porcentaje del total de los materiales de cantera requeridos. Pero si el peso unitario y la cantidad del enrrocamiento seleccionado seleccionando los materiales mayores cuando se carga el material tal como sale del banco.

DISEÑO Y CÁLCULO3. Criterios para el cálculo Los criterios de cálculo que se describen a continuación han sido desarrollados, principalmente por Isbach, Khaldre y Levediev. Se incluyen además los resultados de Cruickshank y Sánchez obtenidos en el Instituto de Ingeniería, UNAM.Como puede inferirse en lo mencionado, los cálculos estarán fundamentalmente encaminados a conocer la velocidad del flujo vertido y en función de ella, determinar cuál material será arrastrado o el tamaño de los elementos para que eso no ocurra, también se pretende conocer la sección transversal de la ataguía lo que permitirá calcular el volumen del material requerido.

El gasto del río QT, durante el cierre se divide en: gasto desviado (Qd), gasto vertido (Qv )y gasto filtrado (Qf ). Así durante cada instante del cierre se cumple la relación:

QT=Qd+ Qv + Qf

La forma en que se reparten los gastos es función principalmente de la caída lograda Z, entre las zonas aguas arriba y aguas debajo de la sección de cierre;o bien del nivel aguas arriba, ya que el de aguas abajo se mantiene prácticamente constante si el gasto total no varía,


OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACION SUPERFICIAL por otra parte, el gasto filtrado depende del tamaño y forma de los elementos utilizados.

GASTO DESVIADOLa obra de desvío, con túneles o tajo, queda definida geométricamente de antemano, por lo que es conocida la función que relaciona los niveles aguas arriba con los gastos desviados.

Qd= f (Ea)

Donde: Ea= Es la elevación del agua, aguas arriba del desvío.

GASTO VERTIDOEl gasto vertido que pasa por la sección aún no terminada de la ataguía se calcula con la conocida expresión para vertedores.

Qv= m √2g H d3 /2Qv= m √2gbm H d3 /2

Donde:qv= Gasto vertido en m3/seg .Qv= Gasto vertido en m3/seg.M= coeficiente de gasto, depende del ahogamiento de la vena líquida y la forma de la escotadura. Su obtención se explica adelante.g= aceleración de la gravedad en m/s2 bm=Ancho medio de la cresta del vertedor en mHd=Carga sobre la cresta del vertedor en m. se obtiene de la expresión

Hd=H + V2a / 2g

Donde:H= Desnivel entre la superficie del agua, aguas arriba y la cresta de la ataguía de cierre en m.Va= Velocidad media aguas arriba de la ataguía e m/s.Para el gasto del río durante el cierre se debe construir una curva de tirantes da contra va, ya que a medida que avanza el cierre suben los niveles aguas arriba, con la consiguiente disminución de la velocidad media y por tanto de la carga de velocidad. Además se deberá dibujar la curva de Qv contra a y Ea.Las formas más comunes que adopta el vertedor o escotadura de las que depende el coeficiente m son: en el método frontal, un vertedor rectangular sin coeficiente laterales; en el método pionero con ataque desde las dos márgenes y antes de que los diques se junten, un vertedor trapecial sin escalón de fondo y con contradicciones laterales; un vertedor triangular; y por último cuando el cierre es


OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACION SUPERFICIAL combinado ya sea pionero – frontal o frontal- pionero un vertedor trapecial con escalón de fondo. Levediev obtuvo la variación del coeficiente m para sección vertedora rectangular sin contracción lateral y para sección trapecial sin escalón de fondo y con contradicciones laterales.Para la sección trapecial con escalón de fondo, el coeficiente m debe tener valores entre las curvas 1 y 3 y serán función de la relación de las bases del área trapecial vertedora y de la altura relativa del escalón.La velocidad media del flujo en la sección del cierre se obtiene de la expresión:

Vv=Qvbmh

=qvh

Donde: h= Altura o tirante del agua sobre el vertedor o escotadura, en m.

GASTO FILTRADO

Para calcular el gasto filtrado a través del cuerpo de la ataguía se recomienda utilizar las expresiones propuestas por Khaldre, quién distingue dos condiciones.

1.- Cuando la ataguía está sumergida y la filtración en su cuerpo es a presión. Aceptando sección transversal triangular, el gasto unitario filtrado está dado por:

qr= 2 Kf[ az0.9 L ]1/2

[ a−0.39√a−Yo ]

Donde:

qr= gasto filtrado

Kf= Coeficiente de la filtración turbulenta del material.

Z=Caída total, desnivel entre las superficies del agua,aguas arriba y debajo de la ataguía de cierre.

a= altura de la ataguía

L= ancho sobre el talud aguas arriba, señalada por la sección donde la distribución de presiones deja de ser hidrostática.

Ƴo=Altura sobre el talud aguas arriba, señalada por la sección donde la distribución de presiones deja de ser hidrostática.


OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACION SUPERFICIAL El valor de Ƴo determinado experimentalmente cumple la relación (m)

Ƴo=a

0.415∗[ adr+z

−0.585]

TIPO DE MATERIAL 10 20 40 50 75 90 130 160 200

PIEDRA REDONDEADA,

POROSIDAD=0.40

0.235 0.345 0.50 0.57 0.69

CUBOS DE CONCRETO,

POROSIDAD=0.475

0.61 0.68 0.83 0.93 0.110 0.120 0.136

TETRAEDROS DE CONCRETO,

POROSIDAD=0.50

0.76 0.93 0.100

0.120 0.140 0.150

VALORES DEL COEFICIENTE DE FILTRACIÓN TURBULENTA, KF

VALORES CARACTERÍSTICOS DE LOS ELEMENTOS MENCIONADOS

TIPO DE ESTRUCTURA

POROSIDAD (f)

n (t/D) F T

CUBOS DE CONCRETO

0.475 0.5 – 0.8 0.80 0.48 2.6 – 3.3

TETRAEDROS DE CONCRETO

0.50 0.8 – 1.1 1.60 0.67 3.3 – 3.8

ENRROCAMIENTO

0.40 0.3 – 0.6 1.00 - 1.6 – 2.3

Ƴo existe únicamente si a ≥ 0.585 (dr + z) = 0.585 da

Donde:

dr=Es el tirante aguas abajo de la ataguía (m)

da= Es el tirante aguas arriba de la ataguía (m)



El gasto total filtrado es igual a:

Qf=qr * Ba

Donde:

Ba=Es la longitud media de la ataguía (m)

En el momento en que la ataguía emerge del agua se cumple que:

a= dr + Z y por tanto se aplica la ecuación.

qf=2 Kf * √ aL [√aZ−0.71Z ]

Cuando la ataguía sale del agua y hay filtración turbulenta, no a presión, el gasto unitario filtrado también en una sección triangular está dado por:

qf= Kf * √ aL [2√aZ−2√Z (a−dr )+√ Z3

3(a−dr ) ]Qf=qr * Ba

Cuando se utilizan elementos artificiales, el coeficiente Kf y la porosidad f deben obtenerse experimentalmente construyendo elementos a escala.En esa forma se obtuvieron los resultados mostrados anteriormente. Durante el cálculo deberá dibujarse la curva Qf contra Ea, a o da.

La solución simultánea de las ecuaciones anteriores, permitirá conocer la forma en que se reparten, en cualquier etapa del proceso de construcción, los gastos vertido, desviado y filtrado. Se acostumbra dibujar las curvas de las 3 ecuaciones, indicando en el eje vertical la elevación del agua, aguas arriba de la ataguía, y en el horizontal los gastos. Ello permite visualizar las características del cierre en conjunto.

Es de especial interés tener las curvas de variación de la velocidad sobre la cresta de laataguía o de otro parámetro que al igual que ella de idea de la actividad del flujo; ese parámetro es la potencia unitaria N, que es el producto de la caída por la masa unitaria de agua que pasa sobre la sección de la ataguía por unidad de tiempo, o sea:

N = Ƴqv Z

Donde:


OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACION SUPERFICIAL N= Potencia unitaria en Kgf –m/s – m

Ƴ= Peso especifica del agua, en Kgf/m3

VELOCIDADES QUE RESISTEN LOS ELEMENTOSLa velocidad que interesa al proyectista es la que existe sobre la cresta de la ataguía, y para determinarla es necesario conocer el tirante h, en dicho lugar. Este tirante es función de la forma y ahogamiento de la escotadura formada y se obtiene de la relación

h=H – ΔZDonde:ΔZ= Es función de Z/Hd

Téngase en cuenta que:

Hd = da + Va2

2g - a

Hd = da + Va2

2gConocido Z, la velocidad del flujo sobre la cresta está dada por la ecuación: La velocidad máxima que resiste un elemento de ataguía depende fundamentalmente de su forma y de su peso. A partir del análisis del equilibrio límite de una piedra colocada en fondo liso o sobre otras piedras, Izabach propone para el cálculo de la velocidad límite fórmulas del tipo:

Vlim=€o[2g Ƴ s−ƳƳ D ]1/2

Vlim=€o [2g ΔD ]1/2

Donde:

Vlim= Velocidad límite para inicio de arrastre (m/s)

Ƴs=¿Peso específico del material (Kgf/m3)

Ƴ=¿Peso específico del agua (Kgf/m3)

D= Diámetro de una esfera del mismo peso que la piedra (m)

En las estructuras diseñadas especialmente para tener gran permeabilidad y cuyo elementos tengan además una gran capacidad de trabarse unos con otros, interesa más el equilibrio de los que se arrojan inicialmente sobre un fondo de piedra o sobre el cauce, ya que los que


OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACION SUPERFICIAL caen sobre un lecho de elementos similares tendrán mayor estabilidad. Debido a esto, el análisis del equilibrio límite se efectúa en forma más individual, y la velocidad que resiste un elemento es función de la relación del tirante do del agua, a la altura t, que el elemento alcanza dentro de la corriente.

La envolvente de experiencias realizadas para los cuatro tipos mostrados relacionan valores do/t con los límites de V/W y que puede utilizarse para diseños iniciales aproximados, si se quiere entrar en más detalle para la obtención de la Vlim pueden aplicarse los criterios siguientes.

Si do/t > 1, el elemento está completamente sumergido y la velocidad límite se expresa como:

Vlim=ɯF[ dot ]1/6

En cambio si do/t < 1 y por tanto el elemento parcialmente sobresale del agua, se deberá utilizar la relación:

Vlim=ɯF[Ƴ s−(Ƴ∗dot

)

(Ƴ s−Ƴ ) dot

]1 /2

Donde

ɯ= Velocidad de caída del elemento dentro del agua (m/s) y se determina con la siguiente relación.

ɯ=[ g ΔΠ D6n ]12

D= Diámetro equivalente (m)

F= coeficiente que depende de la fricción del elemento con el piso y de su forma.

n= coeficiente que depende de la forma del elemento.

do= Tirante del agua (m)

t= Altura que alcanza el elemento dentro del agua (m). (Lozoya J. Y Maza, J., 1983)



CONCLUSIÓNEste tipo de obras son actividades preliminares que se tienen que realizar antes de la construcción de una presa o cualquier otra obra que requiere del cierre de un cauce por determinado tiempo.El cierre de un cauce en lo personal me parece un trabajo interesante ya que por medio de gigantes barreras se logra desviar el cauce natural del río, para esto, esta barrera debe estar perfectamente diseñada ya que cualquier fallo, el agua puede provocar el derrumbe total de esta ocasionando graves problemas, económicos principalmente. Para el diseño de estas obras se toman en cuenta varios factores como son principalmente la velocidad del río, el gasto que se ha de desviar, gasto filtrado y el gasto vertido, así mismo todas las características de los materiales a emplear como son gravas, arenas y rocas, en algunos casos el uso de bloques de hormigón.En el presente trabajo de investigación nos dimos cuenta de las formas que existen para el cierre de cauces, su forma de operación, construcción de estos, el cual el ingeniero proyectista será él encargado de determinar cuál será el método constructivo adecuado según el tipo de obra en el que se encuentre.

Este tipo de construcciones también tiene algunas desventajas con el medio ambiente, es decir, al cambiar el curso natural del río se están afectando a las especies marinas, a la flora y fauna del lugar, es por eso que al proyectar este tipo de obras se debe pensar detenidamente en cada una de las variables que tenemos en dicho problema, esto con la finalidad de hacer el daño menos posible a todas las especies que habitan en el lugar.


OBRAS HIDRAULICAS DE CAPTACION SUPERFICIAL BIBLIOGRAFÍA

Lozoya, J y Maza, J. “Obras de desvío”, Manual de diseño de obras civiles, Comisión Federal de Electricidad, México 1983.

Julio o Lozoya Corrales. “Cierre de cauces y obras de desvío”, Capitulo 16 del manual de ingeniería de ríos.

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