Diseno de obras hidraulicas - Apuntes de Ingeniería Civil

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DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
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OBRAS HIDRÁULICAS
Se entiende por obra hidráulica o infraestructura hidráulica a una construcción, en el campo de la ingeniería civil, donde el elemento dominante tiene que ver con el agua. Se puede decir que las obras hidráulicas constituyen un conjunto de estructuras construidas con el objeto de manejar el agua, cualquiera que sea su origen, con fines de aprovechamiento o de defensa
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Obras físicas
 de ingeniería
Se utilizan
Captar, controlar,
 transportar, 
distribuir y usar
 el recurso agua
Aprovechar los 
recursos hidráulicos
 en beneficio del 
bienestar social y ambiental.
PROPÓSITO
Obras Hidráulicas
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Infraestructura Hidráulica
Infraestructura Civil
Obras de captación
- Obras de transporte
- Obras de control
- Obras de distribución
- Obras de recolección
- Obras de tratamiento
 Obras de protección y mejoras de cauces
Obras de transformación de energía hidráulica
- Infraestructura de desarrollo urbanístico
- Infraestructura de red vial y de comunicaciones
- Infraestructura de obras civiles auxiliares
Clasificación Obras Hidráulicas
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FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL 
INFRAESTRUCTURA
 HIDRÁULICA
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Obras de Captación 
Torres-toma
Pozos
Presas de derivación
Tomas directas sobre los ríos
Galerías filtrantes
Torres-toma
Pozos
Extraer las aguas de su medio natural
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Obras de Conducción o Transporte
Tuberías o Conductos cerrados
Canales
Cauces de ríos
o quebradas
Transportar agua desde el sitio de captación a los lugares de consumo o de estos a los sitios de descarga.
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Embalses
Aliviaderos
Obras de Regulación o Control
Destinadas a modificar el régimen cronológico natural de las aguas para hacerlo compatible con las necesidades.
Estanques
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Obras de Distribución
Su función es repartir el agua entre los usuarios
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OBRAS DE RECOLECCIÓN
Las obras de captación son las obras  civiles se utilizan para reunir y disponer adecuadamente del agua superficial o subterránea
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OBRAS DE TRATAMIENTO
Son obras civiles donde se llevan a cabo los procesos de tratamiento fisicoquímico y biológico de las aguas residuales (sedimentación, lodos activados, filtración, etc.)..
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OBRAS DE TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA HIDRÁULICA
CONJUNTO DE OBRAS QUE PERMITEN LA TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA HIDRÁULICA EN ENERGÍA ELÉCTRICA PRINCIPALMENTE
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INFRAESTRUCTURA CIVIL
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INFRAESTRUCTURA PARA EL DESARROLLO URBANO
SON EL CONJUNTO DE OBRAS QUE BENEFICIAN Y DAN SERVICIO AL SECTOR URBANO
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INFRAESTRUCTURA DE RED VIAL Y COMUNICACIONES
SON OBRAS DE CARÁCTER VIAL PERO QUE POR SER CONSTRUIDOS EN EL AGUA LAS PODEMOS CONSIDERAR COMO OBRA HIDRÁULICA
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Abastecimiento de Agua 
CICLO DEL AGUA EN LAS OBRAS HIDRÁULICAS
Fuente de Abastecimiento
Obras de Captación y Control
Obras de Transporte
Obras de Tratamiento
Obras de Distribución
Obras de Recolección
Obras de Tratamiento de Aguas Residuales
Deposición final
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RIEGO POR INUNDACION
RIEGO POR GRAVEDAD
RIEGO POR ASPERSION
RIEGO POR GOTEO
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PROYECTO HIDRÁULICO
En los proyectos de ingeniería usualmente se distinguen tres fases o etapas, que en general se consideran bien marcadas y definidas. Ellas son:
Previa: Estudios, formulación de planes y proyectos.
Intermedia: Etapa de inversión para la habilitación de la cuenca, con fines de aprovechamiento y manejo de sus recursos naturales, y con fines de desarrollo del hombre. Esta etapa se conoce usualmente como desarrollo de cuencas o desarrollo de recursos hídricos o hidráulicos.
Permanente: Etapa de operación y mantenimiento de las obras construidas, manejo y conservación de los recursos y elementos naturales. Esta etapa se conoce como administración de recursos hídricos y como manejo de cuencas.
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A fin de realizar una primera aproximación a los procesos de formulación de un proyecto de riego, se consideran las siguientes fases:
1. Definición de objetivos
2. Estudios exploratorios.
3. Estudios de factibilidad.
4. Diseño y planificación.
5. Ingeniería del proyecto
 
Definición de Objetivos
 
Considerando que un proyecto de aprovechamiento de aguas es por lo general un emprendimiento que involucra a muchos actores e instituciones, es vital establecer desde el principio los objetivos de cada uno de ellos, de manera que los alcances y dimensiones del proyecto se acomoden a los roles, responsabilidades y expectativas de estos. En general el desarrollo de un proyecto de aprovechamiento de agua con fines de riego, desde la óptica institucional busca el mejoramiento del bienestar regional o micro regional (en función del alcance del proyecto).
FASES DE UN PROYECTO DE APROVECHAMIENTO DE AGUA
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Estudios Preliminares
Esta fase de los proyectos, varía en cada caso específico; en algunos casos consiste en un reconocimiento de los recursos, en otros se recopila información que ha sido previamente obtenida, y en otros casos debe generarse la información necesaria para los fines del proyecto. De cualquier manera, es en esta fase que se compatibilizan objetivos e intereses de los involucrados, y se define el alcance de los proyectos. En esta fase también se define el marco dentro del cual deberían tomarse las decisiones inherentes al proyecto.
 
Estudios de Factibilidad
Esta es una fase de alto contenido técnico, dónde si la fase previa lo garantiza, en los estudios de factibilidad se deja libertad a la imaginación y la creatividad, para inventar alternativas que satisfagan los objetivos del proyecto. Cada una de estas alternativas imaginadas debe estudiarse con suficiente detalle, para permitir su evaluación en términos de desempeño, costo, calidad, etc. Las alternativas evaluadas son posteriormente comparadas para la selección de la mejor. Los resultados de esta fase deben presentarse en forma clara y coherente a las instancias de toma de decisiones, de donde deben salir las conclusiones respecto a:
1. Una propuesta específica puede ser seleccionada para cumplir con el objetivo deseado mediante el proyecto.
2. Estudios adicionales sobre alguna(s) alternativa(s) son necesarios para llegar a esa conclusión.
3. Dentro de las condiciones económicas, ambientales y/o tecnológicas, el proyecto no debería proseguir.
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- Diseño y Planificación.
Esta fase empieza solamente después de la toma de decisiones descrita en el acápite anterior, respecto la ejecución del proyecto. En caso afirmativo, esto implica que los involucrados cuentan con la disposición, los recursos y las condiciones para proceder hasta llegar a la construcción y luego gestión del agua por aprovechar. Se inicia el proyecto de diseño detallado de las obras componentes del proyecto, la definición delas especificaciones técnicas relativas a su calidad, procesos de licitación, etc. La fase de planificación y diseño debe llevarse en el marco de una visión integral de los problemas necesidades a resolver. Los pasos clave para ello pueden sintetizarse en:
1. Establecer claramente los objetivos del diseño:
La importancia de este paso radica en la importancia que tienen los objetivos en los aspectos técnicos del diseño.
2. Transformar los objetivos en criterios de diseño:
La importancia de este proceso es que permite mantener la dimensión del proyecto dentro de los alcances establecidos en un marco concreto de objetividad.
3. Utilizar los criterios de diseño para laobtención de los objetivos:
En este paso es fundamental efectuar la revisión de aspectos referidos a ingeniería, economía, agricultura, medioambiente, gestión, etc.
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Ingeniería del Proyecto
Durante la fase de diseño, se debe tomar permanentemente en cuenta el futuro desempeño del sistema de riego, de manera que los efectos de las obras que se introducen en el proyecto puedan ser razonablemente pronosticados.
 
El buen desempeño de un sistema, está relacionado con la calidad y funcionalidad de su infraestructura, así como con la rentabilidad en el uso de los recursos productivos. Sin embargo, en el marco de los sistemas de riego, la participación humana, las características y magnitud de la movilización que promueve el riego, nos llevan a destacar principalmente los aspectos relacionados con la gestión institucional de su manejo. En este contexto, desde el punto de vista de la ingeniería, mínimamente deberían establecerse las siguientes pautas relacionadas con el diseño, la importancia y la pertinencia de las obras:
a. Definición de criterios de diseño y dimensión de las obras.
b. Escala del emprendimiento y resultados esperados del riego.
c. Definición de los criterios operativos del futuro sistema.
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TIPOS DE PROYECTO.
 
PROYECTO DE INVERSIÓN PRIVADO.
Es realizado por un empresario particular para satisfacer sus objetivos. Los beneficios que la espera del proyecto, son los resultados del valor de la venta de los productos (bienes o servicios), que generara el proyecto.
 
PROYECTO DE INVERSIÓN PÚBLICA O SOCIAL.
Busca cumplir con objetivos sociales a través de metas gubernamentales o alternativas, empleadas por programas de apoyo. Los terminas evolutivos estarán referidos al termino de las metas bajo criterios de tiempo o alcances poblacionales.
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CARACTERÍSTICAS DE LOS
PROYECTOS HIDRÁULICOS
Generalmente, los proyectos se inician con el objetivo de optimizar la captación del aprovechamiento de los recursos hídricos, que por su marcada escasez en la zona occidental del país, unida a las irregularidades de las épocas de lluvias han tenido un notorio efecto en la producción agrícola. De esa manera, se llevan a cabo estudios y justificaciones que tienen relación con los aspectos siguientes:
a. Factibilidad Técnica
b. Rentabilidad Económica
c. Sostenibilidad
La factibilidad técnica y la rentabilidad económica son requisitos básicos para la viabilización de cualquier financiamiento y en general la atención que requieren son de amplio conocimiento en las instituciones que impulsan proyectos de desarrollo. La sostenibilidad en los proyectos de riego es un aspecto que ha sido enfatizado en los últimos años. Sin embargo, los diversos enfoques que se le han dado muestran todavía resultados muy pobres y es necesario prestarle mayor atención a las causas de ello.
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Principales Proyectos Hidráulicos en el Perú
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El Proyecto Especial Chavimochic es un sistema de irrigación que se extiende en gran parte de la costa de la Región La Libertad en la zona norte peruana. Fue iniciado en la década de 1960 por el Instituto Nacional de Desarrollo (INADE), dependencia del Gobierno central peruano. En el 2003 se efectuó la transferencia de su administración mismo al Gobierno Regional de La Libertad.
Se extiende en la parte baja de las cuencas de los ríos Santa, en el cual se ubica la bocatoma principal, Chao, Virú, Moche y Chicama. El objetivo del Proyecto Especial es el de garantizar el agua de riego en los perímetros de riego de las partes bajas de las cuencas mencionadas.
El área total irrigada beneficiada por el sistema. Es de 144 385 ha, de las cuales se han ganado al desierto 66 075 ha, en las zonas entre los valles. Además garantiza el suministro de agua a 78 310 ha de tierras de los valles que ya eran cultivados, pero que no tenían el agua garantizada todos los años.
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La Presa Poechos, está ubicada en el cauce del río Chira a 40 Km al Noreste de la Ciudad de Sullana. Es una presa de tierra de tipo terraplenado con una altura máxima de 48 m., y con cota en la corona de la presa de 108 m.s.n.m. La integran, el Dique Principal que cierra el lecho del río Chira, los diques laterales Izquierdo y Derecho; formando, un embalse de 1,000 MMC de capacidad.
Para la construcción de la Presa se emplearon de relleno 18 MMC de tierra de 14 tipos de materiales diferentes, y se excavaron 9.2 MMC. En las obras de concreto armado, se emplearon 401,000 m3 de hormigón.
La estabilidad de la presa está garantizada por el estudio geotécnico realizado, y las medidas correctivas llevadas a cabo antes y después de la construcción. 
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CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA PRESA DE POECHOS
Año de Construcción			:	1972
Inicio de Operación				:	1976
Vida Útil					:	50 AÑOS
Altitud					:	108 m.s.n.m
Tipo					:	Presa de Tierra
Altura					:	48 M
Longitud de la Corona			:	11 Km.
Volumen de Diseño				:	1000 MMC
Cota Máxima de Operación			:	103
Volumen Operativo en la Cota 103		:	885 MMC
Superficie del espejo de agua al 100% 
de su capacidad original			:	62 Km2
Superficie del espejo de agua al 60%		:	47 KM2
Capacidad de descarga			:	5.500 M3/Seg.
Área Bajo Riego				:	81,800 Ha.
VALLE DEL CHIRA		 	37,000 Ha. 
VALLE DEL MEDIO Y BAJO PIURA 	44,800 Ha
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REPRESA GALLITO CIEGO
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Ubicada en la localidad de Tembladera, distrito de Yonán, provincia de Contumazá, departamento de Cajamarca. Embalsa las aguas del río Jequetepeque, con el fin de que puedan ser trasvasadas hacia las tierras del departamento de Lambayeque.
Tiene una capacidad de almacenamiento de 400 millones de metros cúbicos. Posee un muro de contención de tierra zonificada de sección trapezoidal, de 105.4 metros de altura, uno de los más altos del mundo. Aparte del riego, el agua embalsada se emplea en la Central Hidroeléctrica de Gallito Ciego. Esta gran represa fue inaugurada en 1977 y forma parte del proyecto Jequetepeque - Zaña
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Ubicada en la provincia de Tayacaja, departamento de Huancavelica, es el componente fundamental del Complejo Hidroenergético del Mantaro. Hasta el año 2012 fue la central eléctrica más importante del país, pero en julio del 2012 fue desplazada por la central térmica Kallpa y luego, en noviembre del mismo año, también por la central térmica Chilca Uno.
Tiene una potencia de 798 megawatts (MW). Emplea las aguas del río Mantaro, que, tras ser almacenadas en la represa de Tablachaca, son conducidas hasta aquí por un túnel de 19.8 kilómetros de largo y 4.8 metros de diámetro. En esta quebrada, las aguas descienden por tres tubos de 3.3 metros de diámetro, experimentando una caída neta de 748 metros, y poniendo en movimiento siete turbinas Paltón (de eje vertical y cuatro inyectores), cada una de las cuales genera 114 MW.
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La Central 
hidroeléctrica
El Platanal
Se construye en la cuenca Cañete- Yauyos
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La Central Hidroeléctrica El Platanal produce 220 MW con tecnología de punta. Cada una de sus dos turbinas Pelton de 6 inyectores, aprovecha un salto bruto de 625 metros para convertir un caudal de 20m3/s en 110 MW.
Para ello, un embalse estacional en la laguna Paucarcocha regula 70 millones de metros cúbicos de agua provenientes del río Cañete, y un túnel de aducción de 5m de diámetro y 12,5 km de largo conduce el agua desde las obras de captación hasta la casa de máquinas.
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La Central 
hidroeléctrica
San Gabán 
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La hidroeléctrica cuenta, además, con un embalse de captación en la localidad de Capillucas, complementada con un desarenador de 5 naves, un canal de conducción y una cámarade carga que comunica las obras de captación con el túnel de aducción, y un embalse de restitución en San Juanito, que devuelve el agua al río de manera controlada para no afectar su ecosistema con las fluctuaciones de la descarga.
La electricidad generada es conducida al patio de llaves de San Juanito, desde donde se inicia la línea de transmisión que se conecta al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional
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La Central 
hidroeléctrica
Carhuaquero 
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Ubicada en la sierra norte del país, en el distrito de Llama, provincia de Chota, departamento de Cajamarca, a 377 metros sobre el nivel del mar.
Fue comenzada a construir por Electro Perú en 1980, pero, por carencia de financiamiento, recién en 1991 pudo entrar en operación, con una potencia instalada de 75 Mega watts (MW), generada por tres turbinas Pelton de eje vertical de 25 MW cada una, movidas por las aguas del río Chancay, que llegan, con un caudal de 22.2 metros cúbicos por segundo, desde el embalse Cirato, primero a través de un túnel de aducción de 13.52 kilómetros, luego a través de un pique (estructura vertical de 350 metros de largo), y, por último, a través de un túnel de presión de un kilómetro
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La Central 
hidroeléctrica
Cañón del Pato 
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La Central hidroeléctrica Cañón del Pato es una central de generación de energía eléctrica ubicada sobre el río Santa en el departamento de Ancash en Perú. La central Cañón del Pato es una de las centrales que mayor energía aporta al Sistema Interconectado Nacional del Perú (SINAC).
Fue diseñada por el ingeniero y científico Santiago Antúnez de Mayolo y está considerada una de las obras de ingeniería más destacadas del país andino
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