Diseño de Estructuras Hidráulicas

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FACULTAD DE INGENIERIA 
 
 
“ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL” 
 
 
CURSO 
 
“OBRAS HIDRÁULICAS” 
 
INFORME ACADÉMICO 
 
“DISEÑO DE ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS” 
 
 
ESTUDIANTE 
 
RODAS SALDAÑA MICHAEL JORDAN 
 
 
DOCENTE 
 
SOPLIN PIÑA, JONEL FRANCISCO 
 
 
 
MOYOBAMBA PERÚ 
 
09-26-2018 
 
 
 
 
 
INTRODUCCIÓN 
 
El presente informe da a conocer La necesidad de integración del canal al terreno por 
el que circunda obliga al diseño de una serie de estructuras que lo posibiliten. De esta 
forma cuando exista la necesidad de cruzar un camino, vaguada o cualquier otro 
obstáculo del terreno será preciso el diseño de alguna estructura de cruce de las 
siguientes: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Los criterios para la elección de la estructura más adecuada en cada caso son: 
 
 La lámina de agua en el canal, en su nivel normal va a superar la rasante del 
obstáculo, podrá optarse por el diseño de un sifón o un acueducto, e incluso por 
la combinación de ambos. La solución óptima ha de tomarse en virtud de 
criterios técnico-económicos lógicamente. 
 
 
 Si el nivel de la lámina de agua va a quedar bajo la rasante del obstáculo a salvar, 
habrá de proyectarse una alcantarilla. 
 
Una obra de cruce va a requerir, a la entrada y salida de la misma, unas estructuras de 
transición y protección, así por ejemplo en la entrada de un acueducto será preciso la 
disposición de un aliviadero que impida que posibles excesos de caudal circulante por el 
canal superen el caudal de diseño de la obra de cruce y comprometan su seguridad. 
Estas estructuras de transición y protección se verán en temas posteriores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SIFONES 
ALCANTARILLA
S 
ACUEDUCTO 
ESTRUCTURAS 
DE CRUCE 
 
OBJETIVOS 
 
 
 
 Objetivos generales 
 
 
 Conocer el sistema de los acueductos 
 
 Conocer sus ventajas y desventajas 
 
 
 
 
 Objetivos específicos 
 
 
 Sistema y funcionamiento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
JUSTIFICACIÓN 
 
 
Este trabajo nos e de mucha importancia ya que nos ayuda a recolectar información y 
tener más conocimientos acerca del tema. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MARCO TEÓRICO 
 
 
 
 ESTRUCTURAS DE CRUCE Y/O PASE 
 
 
Carreteras y vías férreas que atraviesan la corte atreves de las cuencas individuales de 
tierras. Para permitir que el flujo de cada cuenca a través del terraplén. Se utilizan 
alcantarillas, sifones y acueductos. 
 
Aunque estas estructuras simples en apariencia su diseño hidráulico no es asunto fácil. 
El funcionamiento de estas estructuras bajo las diversas condiciones posibles de 
descarga presenta un poco problema complejo que no puede ser clasificada como flujo 
bajo presión o flujo de la superficie libre. Las condiciones reales implican estos dos 
conceptos. 
 
 
Estructuras hidráulicas empleadas para transmitir, control, medir y proteger el flujo de 
agua a varios lugares de un sistema de riego y drenaje, hay muchos tipos diferentes de 
estructuras. Puede ser utilizado para estos fines individualmente, pero pueden ser 
pequeña o grandes. Las estructuras pueden contribuir a una gran parte del coste total 
de capital de un proyecto de riego: por lo tanto un diseño adecuado de estas 
instalaciones es un factor importante en la toma del esquema eficiente y mantener los 
costos de capital para un mínimo el diseño final debe tener en cuenta las prácticas y los 
métodos de cultivo en moda y debe esforzarse para cumplir con os requerimientos de 
los agricultores y de este modo conseguir su cooperación esto reducirá al mínimo los 
costes de mantenimiento al minimizar el mal uso, otro factor que afectan el diseño y 
funcionamiento de las estructuras de riego incluyen las condiciones del sitio los 
métodos empleados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ACUEDUCTOS 
 
 
 
Un acueducto es un sistema de transporte de agua por canales cubiertos y cañerías 
(tuberías) sirven para traer el agua de un lugar, donde está disponible y de buena 
calidad (manantial...), hacia otro, donde es necesaria (ciudad...) por medio de la 
gravedad, es decir utilizando la pendiente del terreno. 
 
Un acueducto permite obtener el agua corriente y bastante abundante sin bomba, 
mientras que el agua de un pozo debe ser bombeada para ser usada 
 
El agua desciende naturalmente por el canal en cuanto tiene mas caída (la linea de 
mayor pendiente o caída) y no remonta nunca las pendientes. 
 
Para hacerla disponible sin bomba en lugares más elevados que el lecho de un río, hay 
que captarla en un lugar más alto y hacerla seguir una trayectoria que no es su camino 
natural, hay que crear un camino artificial. Para esto se construye un acueducto a lo 
largo de los flancos de la colina normalmente, y es necesario en ciertos puntos cruzar 
obstáculos con túneles y puentes. Para cruzar las montañas se construye un túnel y 
para atravesar los valles se construye un puente (llamado puente de acueducto) 
 
La pendiente de la canalización debe ser lo mas regular posible a pesar de los 
obstáculos. 
 
 
 Finalidad de un acueductoLa finalidad de un acueducto es pasar 
agua de un canal de riego por encima de otro canal de riego. Un 
dren o una depresión en el terreno. Por lo general se usa 
construcciones de concreto armado para este fin. En el caso de 
cruce de quebradas el puente debe de tener suficiente altura 
para dejar pasar acueducto las máximas avenidas en el cauce que 
cruzan. Igualmente si el puente tiene varios pilares, producirá 
remansamientos y socavaciones que conviene tenerlas en cuenta. 
 
 
 Ventajas y desventajas de un acueducto 
 
La principal ventaja de un acueducto es que al cruzar el canal o dren, no obstaculiza el flujo 
libre del agua a travez de ellos. La desventaja es qe su construcción interrumpe durante un 
periodo considerable al riego. Lo que hsce necesario desvios correspondientes. Ademas el 
acueducto es una solucion cara ya que se diseña como puente y los apoyos de este deben 
calcularse teniendo en cuenta todas las cargas y asegurar que soportan todos los esfuerzos 
de la superestructura. En el caso que se optara por un acueducto con varios conductos 
circulares. En los extremos sera necesario proyectar tanques o camaras para mejorar su 
funcionamiento. Debera verificarse si n hay otra solucion mas barata como por ejemplo una 
alcantarilla enel canal o dren por cruzarse. Cuando el caudal de este ultimo lo permite. 
 
CRITERIOS HIDRÁULICOS 
 
La pendiente de la rasante de fondo, debe ser en lo posible igual a la 
pendiente natural promedio del terreno (optimizar el movimiento de 
tierras), cuando esta no es posible debido a fuertes pendientes, se 
proyectan caídas o saltos de agua. 
 
 Para definir la rasante del fondo se prueba con el caudal especificado y 
diferentes cajas hidráulicas, chequeando la velocidad obtenida en relación 
con el tipo de revestimiento a proyectar o si va ser en lecho natural, 
también se tiene la máxima eficiencia o mínima infiltración. 
 
 El plano final del perfil longitudinal de un canal, debe presentar como 
mínimo la siguiente información. Kilometraje ,Cota de terreno ,BM (cada 
500 ó 1000 m) , Cota de rasante ,Pendiente ,Indicación de las deflexiones 
del trazo con los elementos de curva ,Ubicación de las obras de arte 
,Sección o secciones hidráulicas del canal, indicando su kilometraje ,Tipo 
de suelo Cuadro con elementos geométricos e hidráulicos del diseño 
Sección típica de un canal Donde: T = Ancho superior del canal b = Plantilla 
z = Valor horizontal de la inclinación del talud C = Berma del camino, puede 
ser: 0,5; 0,75; 1,00 m., según el canal sea de tercer, segundo o primer 
orden respectivamente 
 
 Transición La transición en un canal es una estructura diseñada 
para cambiar la forma o el área de la sección transversal del flujo. 
En condiciones normales de diseño e instalación prácticamentetodos los canales y canaletas requieren alguna estructura de 
transición desde los cursos de agua y hacia ellos. 
 
Son estructuras que empalman tramos de canales que tienen 
secciones transversales diferentes en formas o en dimensión. La 
función de una estructura de este tipo es evitar pérdidas de energía 
excesivas, eliminar ondas cruzadas y otras turbulencias y dar 
seguridad a la estructura y al curso del agua. 
 
 Usos 
 
Las transiciones se emplean en entradas y salidas de 
acueductos, sifones invertidos y canales, así como en 
aquellos puntos donde la forma de la sección transversal del 
canal cambia respectivamente. 
 
Cuando se cambia de una sección a otra, se tienen perdidas 
de carga, si ese cambio se hace bruscamente las pérdidas son 
muy grandes 
 
 
 
 
 
 Tipos de transición 
 
De acuerdo a su forma, las transiciones se pueden considerar 
de tres tipos 
 
1) Transiciones biplanares o a base de planos 
2) Transiciones regadas 
3) Transiciones alabeadas 
 
 
 
 
 
 La entrada 
 
Por lo general las velocidades del agua son más altas en el 
acueducto que en el canal, resaltando en una aceleración del 
flujo en la transición de entrada y una disminución del pelo de 
agua en una altura suficiente para producir incremento de la 
velocidad necesaria y para superar la perdida carga por fricción, 
que generalmente es mínima 
 
 
 
 
 Borde libre 
 
El borde libre de un canal es la distancia vertical desde la parte superior del 
canal hasta la superficie de agua en la condición de diseño. Esta distancia 
debe de ser lo suficientemente grande para prevenir que ondas o 
fluctuaciones en la superficie del agua causen rebose por encima de los 
bordes. No hay regla universal para el cálculo de borde libre ya que las 
fluctuaciones pueden ser producidas por diversas causas incontroladas, 
este tipo de ondas o fluctuaciones se da en canales con pendientes 
pronunciadas y con flujos de altas velocidades, este comportamiento 
también es esperado en curvas donde la alta velocidad y el ángulo de 
deflexión convexo de la curvatura pueden causar súper elevaciones en el 
lado convexo de la curva, o también en canales donde el flujo se aproxima 
al estado crítico para el cual el agua puede fluir con sus dos profundidades 
alternas y saltar desde el nivel bajo al nivel alto con cualquier obstrucción. 
También es de considerarse factores naturales como el viento y la acción 
de mareas como causa de estas ondulaciones o fluctuaciones. Los valores 
comunes para el diseño de bordes van desde el 15% hasta el 30% de la 
profundidad de flujo. Para canaletas metálicas con interiores suaves y 
semicirculares, colocadas en tangentes que conducen el agua a 
velocidades no mayores que el 80% de la velocidad critica con máximo de 
8 pies/seg, pero la experiencia indica que un borde libre del 6% del 
diámetro de la canaleta debería ser utilizado para canaletas en curvas de 
alta velocidad o deflexiones, se producirá acción de ondas; luego, el borde 
libre debe incrementarse para prevenir que el agua se desborde. En los 
canales no revestidos, por lo general, son gobernados por otras 
consideraciones, así como lo son el tamaño y localización del canal, caudal 
entrante de aguas lluvias, fluctuaciones de nivel Freático causadas por 
estructuras de control de flujo, acción del viento, características de suelo y 
otras muchas más. De acuerdo con el U.S Bureau of Reclamation, se 
recomienda que los estimativos preliminares del borde libre requerido 
bajo condiciones ordinarias. 
 
 
 Tramo elevado 
 
Los acueductos se construyen generalmente de concreto 
armado. Desde el punto de vista constructivo, la sección más 
apropiada en concreto armado es una sección rectangular. 
 
 
 Protección del fondo y protección de talud contra la erosión 
 
Uno de los riesgos de construir una carretera cercana a un río 
o a uno de los bordes de un canales la erosión del terreno 
provocada por el flujo de agua. Si se quiere prevenir efectos de 
erosión, se debe anticipar la construcción de obras de 
protección en las márgenes de los ríos; la cantidad y el tipo de 
protección dependerán del lugar adecuado. El presente 
capítulo está destinado a proveer un conjunto de 
procedimientos, o una guía de diseño en lo que se refiere a 
obras de protección en canales, incluyendo esta, diseño de 
revestimientos con Rip Rap, protección en las curvas, y entre 
otros construcción de gaviones. La estabilización de un canal 
es esencial para el diseño de cualquier estructura en un río. La 
identificación de la erosión en las márgenes de un canal y la 
subsecuente necesidad de la estabilización del canal son 
llevadas a cabo de mejor forma a través de observaciones. Se 
disponen de métodos analíticos para la evaluación en la 
estabilidad de canales; sin embargo, estos deben ser utilizados 
solo para confirmar las observaciones realizadas, o en casos 
donde los datos de observación son escasos. Las 
observaciones proveen las ideas más claras del potencial de 
erosión. Las observaciones pueden basarse en información de 
carácter histórico o en las condiciones del sitio. Fotografías 
aéreas, mapas antiguos, notas de inspecciones, archivos de 
diseño de puentes, datos de medición de caudales en el río, 
encuestas a pobladores del lugar, pueden proveer información 
de los cambios y comportamiento de los canales a través del 
tiempo. Además, las condiciones actuales del sitio pueden ser 
utilizadas para evaluar la estabilidad del río. Aun así, cuando la 
información histórica indica que el canal ha sido relativamente 
estable en el pasado, las condiciones locales pueden indicar 
inestabilidades más recientes. Las relaciones hidráulicas para 
la evaluación de la estabilidad de canales están basadas en el 
análisis de los materiales del sitio, y la capacidad de estos para 
resistir las fuerzas erosivas producidas por una descarga de 
diseño dada. 
 
 
 Criterios estructurales 
 
 
 CONDICIONES DEL SUELO Para diseñar una estructura se 
tiene que conocer las condiciones del suelo lo cual se 
construirá la estructura. Se tiene que hacer como mínimo 
una perforación en el sitio de la construcción de cada obra 
de arte y hasta una profundidad de por lo menos dos 
metros por debajo del nivel de la cimentación de la 
estructura. 
 
 CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES: Se determinara y 
presentara las características de los materiales a usarse para 
la construcción de concreto armado, madera, etc. Las 
características del concreto y armada son: 
 
 Concreto (para concreto armado): fc = 210 km/cm2 
 
Concreto ciclópeo: fc = 140 km/cm2 
 
Armadura: fy = 4,200 km/cm2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
EJERCICIO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ANEXOS