Definiciones, Clasificación obras hidráulicas

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INGENIERÍA HIDRÁULICA
INTRODUCCIÓN
AGUA
IMPORTANCIA
¿RECURSO FINITO O INFINITO?
Agua libre existente 1,35x10^9 Km3, pero 97,3% en forma de océanos y mares. 0,7% agua dulce, mas de las ¾ están en hielos y regiones polares.
Cantidad de agua evaporada en un año promedia 510000km3 (1/5 parte cae en el continente.
Volumen de agua dulce en ríos y lagos 1x10^6 km3 , de esto lo realmente aprovechado es promedio 37000km3/año.
Distribución desigual
Regímenes en los ríos son desiguales y variables con el tiempo.
Recursos Hidráulicos
Regular la cantidad y nivel del agua
Hidrotécnica
Relaciones con otras ciencias: hidráulica, hidrología, topografía, geología y mecánica de suelos, resistencia de materiales, teoría de las estructuras y otras.
PRINCIPIOS.
Escases de agua por aumento de la población y aumento de la demanda por habitante. (política de estado)
Se requiere de catastro de recursos hidráulicos (servicio de hidrología y meteorología), planificación en la forma de utilizar los recursos, educación, legislación efectiva.
La planificación de los recursos hidráulicos se topa con grandes dificultades.
Tipo y ubicación de obras de tomas
Cantidad de agua disponible para satisfacer requerimiento (dotación de agua por habitante por dia es un indicio del nivel de vida de una población)
El costo de la obra debe ser el menor posible (más caro es la carencia de agua)
Satisfacer las condiciones necesarias de seguridad.(tratamiento, ambiental)
ROL DEL INGENIERO CIVIL: Asesorar, y; Seleccionar el sitio, establecer la magnitud del tipo de obra y realizar los estudios necesarios desde el nivel de pre inversión hasta la del diseño definitivo.
Obras hidráulicas
Propositos para beneficio: Riego de cultivos, abastecimiento de agua domestico e industrial, producción energía eléctrica, navegación.
Proposito para controlar daños: Alcantarillados, drenaje, control de crecientes y protección de orillas.
Clasificación:
Obras de protección.
Obras de Regulación y almacenamiento (embalses)
Obras de Capatación - Tomas
Obras de Conducción
REGULACIÓN
Estudio previo al diseño de las obras hidrúlicas cuyo objetivo es satisfacer aprovechamientos. 
Se define como la acción de ajustar las aportaciones a las demandas.
Los Embalses se consigue regular las aportaciones con las demandas.
Definiciones: Aportaciones (oferta de agua obtenidas históricamente o por estudios estadisticos). Demanda (cantidad de agua que se requiere para satisfacer una necesidad)
 Regulación por Métodos Graficos y/o Computacionales.
Aporte hídrico: Embalse sobre cauce fluvial/ Derivando agua de otras fuentes/ Conocer características hidrológicas.
Vaso: Elemento en el que se almacena el agua. Idoneidad topográfica/ Resistencia y estabilidad en seco y empapado/ Impermeabilidad y las disponibilidades hídricas.
 Cerrada: Estrechamiento del valle para disponer una presa que cierre el cauce que origine un embalse.
Presa: Estabilidad y resistencia/Impermeabilidad adecuada/ Durabilidad
Ocupación de terrenos: - Zona inundada. – Zona ocupada por el dique. – Zonas de servicio. – Préstamo para extracción de áridos. – Caballero para depósitos de tierra.
Tipología de la presa: Presa de fabrica. /Presa de materiales sueltos /Presas de elementos o membranas orgánicos y productos derivados de la industria petrolera.
Hormigón
Materiales sueltos: a)peso específico, distribución granulométrica, b)características resistentes, c)Permeabilidad
Condiciones técnicas y económicas.
Cimentación Disponibilidad de materiales
Topografía Aliviaderos
Experiencia locales Factores locales
Posibilidad de ampliaciones Proceso constructivo
Paisaje y ambiente
Factores a considerar para el diseño de una presa:
Datos Meteorologicos.
Temperatura
Precipitaciones
Evaportranspiración
Viento
Solicitaciones Activas sobre la Presa: 
Peso Propio (P)				Empujes Hidráulicos (Ea, Pa) 
Presión Intersticial (S)			Efecto de oleaje (Eo)
Empuje de los aterramientos(Et, Pt)	Acción del hielo (Eh)
Efectos Sísmicos (SH, SV, EW)		Variaciones de Temperatura
Otras solicitaciones.
Peso propio (P)
Presas de gravedad son aquellas presas de fabrica que resisten los empujes generados por su propio peso
Peso propio = Volumen * peso especifico del material que compone la presa
Para Hormigón: peso específico puede considerarse 2.3 T/m3
Podrán descontarse los volúmenes de huecos de galerías o cámaras que sean significativos.
Para cálculo de momentos, debe conocerse el centro de gravedad de la presa. Se recomienda descomponer el peso en sus distintos componentes con formas geométricas regulares y calcular el CG de cada componente
Empujes hidráulicos: Ea y Pa (por el agua)
Se considera como la mayor fuerza desestabilizante a que esta sometida una presa.
El empuje es perpendicular al paramento de aguas arriba de la presa. (ángulo 90°)
Ea: componente horizontal del empuje considerando el paramento vertical
Pa: componente vertical, fuerza estabilizadora, igual al peso del agua sobre el paramento
Peso agua= Volumen agua sobre el paramento * Peso específico del agua
Presión intersticial (S):
La supresión es una fuerza desestabilizante que actúa a un plano normal al de la cimentación, en sentido contrario al peso.
Se supone que la supresión es lineal entre aquellos puntos del cimiento cuya supresión es conocida:
1. El pie aguas arriba: supresión igual a la profundidad a que dicho punto se encuentre desde el nivel del embalse
2. El pie aguas abajo: supresión igual a la profundidad a que dicho punto se encuentre desde el nivel del río aguas abajo de la presa.
3. Depende de la existencia de grietas en el pie de aguas arriba (cuando el pie aguas arriba se despega del terreno producto del momento volcador producido por las solicitaciones)
De la gráfica: 
3a. Cuando se supone que no existe grieta y el drenaje funciona
3b. Cuando se supone que no existe grieta y no funciona o no existe el drenaje
3c. Cuando se supone que existe grieta (debe suponerse que alcanza e inutiliza el drenaje)
Efecto del oleaje (Eo) 
Efecto dinámico sobre el paramento ocasionado por la ola de máxima altura posible
Ea= 2*a
Distancia de Ea sobre nivel del embalse es (3/8)a 
Donde: a es la máxima altura de la ola, que puede determinarse por:
Fórmula Iribarren: a =1,2 * F1/4
Fórmula Stevenson: a=0.76+0.34*F1/2 – 0.26*F1/4 
* Se recomienda revisar: “F” es el número de fetch en Km. 
Empuje de aterramientos (Et – Pt)
Para el cálculo de la estabilidad de una presa se debe considerar los aterramientos o azolves producidos en un periodo de 100 años
Empuje por aterramiento es perpendicular al paramento aguas arriba y se descompone en:
Et: componente horizontal que es igual al empuje hidrostático de un liquido de densidad 0.4T/m3.
Pt: componente vertical, que actúa solo si el paramento aguas arriba es inclinado, será igual al peso de un liquido de densidad 1T/m3
Acción del hielo (Eh)
Esta solicitación consiste en el empuje sobre el paramento aguas arriba que ocasiona una capa de hielo mayor a 20 cm, formado en la superficie del embalse
La solicitación por efecto del hielo se considera igual a una presión de 1 kg/cm2 sobre la proyección vertical del área de contacto del hielo con el paramento.
Efectos Sísmicos (SH, SV, EW)
Solicitación accidental .
Debe localizar la zona donde esta situado el embalse
En zonas de alta sismicidad debe realizarse un estudio sismológico y tectónico.
En zonas de media intensidad, se presentan tres fuerzas:
1. Fuerza sísmica horizontal SH : aceleración sísmica máxima probable de 500 años (puede adoptarse 5-10% de la gravedad), con sentido aguas abajo.
2. SV = 0.5*SH con sentido hacia arriba
3. Fuerza horizontal debido al empuje hidrodinámica del agua EW con sentido hacia aguas abajo.
De acuerdo fórmula de Wastergaard:
h= carga de agua sobre el parametro de aguas arriba
H= altura de la presa sobre cimientos 
T= periodo de oscilación (si no se conoce, se tomaT=1s)
β=Aceleración sísmica horizontal (entre 5% y 10% de la gravedad)
SH y SV coinciden en el centro de gravedad de la presa. El punto de aplicación de EW esta a (2/5)*h
Para considerar: 
Variaciones de temperatura
Vibraciones o esfuerzos dinámicos producidos por aliviaderos y órganos de desagüe
Impactos directos sobre la presa de posibles aludes o corrimientos de terreno
Revisar y analizar ejercicio planteado
(del libro de Física y Mecánica de los Fluidos – Ronald V. Giles)
Para investigaciones en bases de datos
www.sciencedirect
www.springer
Taylor & Francis
Wiley
Elsevier
Google Académico – Google School
Redalyc
www.sci-hub.tw
www.scielo.org
www.erevistas.csic.es
www.latindex.unam.mx
www.scopus – No es gratis
www.webofscience – No es gratis
www.edanz
www.journalguide.com