Tipologias em Obras Hidráulicas

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República Bolivariana de Venezuela
Instituto Universitario de Tecnología “Marilis Méndez”
Enka Sistems C.A.
Capacitación y Adiestramiento
Diplomado en Obras Hidráulicas
Núcleo Apure
DIFERENTES TIPOLOGÍAS EN OBRAS HIDRÁULICAS
Facilitador:							Participante: 
Enrique Ysasis					 Paola Zacarías
Diciembre de 2017
DIFERENTES TIPOLOGÍAS EN OBRAS HIDRÁULICAS
Antes de iniciar con las obras hidráulicas en Venezuela, es necesario hacer una breve descripción de la misma incluyendo sus características, importancias, condiciones y sobre todo el desarrollo que debe tener una estructura de pequeña o gran envergadura. 
Dentro de las estructuras hidráulicas están comprendidas las obras que tienen por objeto almacenar o conducir agua. En este contexto son estructuras hidráulicas las siguientes: 
· Presas de embalse con sus obras accesorias de desviación, captación y vertimiento de excesos.
· Presas de derivación y sus correspondientes obras de desviación y de captación.
· Conductos a superficie libre.
· Conductos a presión.
· Obras de protección contra inundaciones.
· Obras de protección por ataques de ríos o quebradas contra sus márgenes, o contra estribos y pilas de puentes.
· Obras de encauzamiento de corrientes naturales.
· Puertos y obras de protección de playas.
· Instalaciones para explotación de aguas subterráneas.
Para llegar al diseño de las estructuras hidráulicas es necesario pasar por varias etapas que incluyen los siguientes pasos:
· Análisis de la Demanda. 
· Exploración preliminar y elaboración de posibles esquemas del proyecto.
· Pre factibilidad para analizar diferentes opciones y hacer un primer descarte.
· Factibilidad Técnica y Económica. En esta etapa se analizan las opciones que son técnicamente posibles, se realizan diseños preliminares y se estudian costos, beneficios, impacto social e impacto ambiental de las obras. Al final de esta etapa se recomienda la opción que puede llevarse a diseño.
El análisis de las estructuras hidráulicas se realiza por medio de un equipo interdisciplinario en el cual predominan las siguientes especialidades:
· Cartografía
· Geotecnia
· Hidrología e Hidráulica
· Estructuras
En la Cartografía se utilizan levantamientos de campo, mapas del Instituto Geográfico, fotografías aéreas, restituciones y fotografías de satélite para determinar coordenadas, cotas, curvas de nivel, longitudes de las conducciones y dimensiones de las obras.
La Geotecnia se encarga de los trabajos de exploración del suelo y del subsuelo, de los estudios de infiltración y permeabilidad, de las condiciones de cimentación y de la estabilidad de muros de gravedad y de presas de tierra.
La información que entregan los estudios Hidrológicos es primordial para determinar las dimensiones y las políticas de operación de las estructuras hidráulicas. Esta información incluye el análisis de los regímenes climatológico y pluviométrico de la zona de proyecto, los regímenes de caudales sólidos y líquidos de ríos y quebradas, los hidrogramas de creciente, los modelos de tránsito de crecientes y los de operación de embalses. Se combinan conceptos de Hidrología Básica, Hidrología Aplicada e Hidrología Estocástica.
En el estudio Estructural se diseñan cimientos y estructuras de concreto, se elaboran especificaciones, planos de construcción, cuadros de cantidades de obra y presupuesto. 
También Se entiende por obra hidráulica o infraestructura hidráulica a una construcción, en el campo de la ingeniería civil, ingeniería agrícola e ingeniería hidráulica, 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 objetivo de controlar el agua, cualquiera que sea su origen, con fines de aprovechamiento o de defensa.
Generalmente se consideran obras hidráulicas:
Canal: se denomina canal a una construcción destinada al transporte de fluidos generalmente utilizada para agua y que, a diferencia de las tuberías, es abierta a la atmósfera. También se utilizan como vías artificiales de navegación. La descripción del comportamiento hidráulico de los canales es una parte fundamental de la hidráulica y su diseño pertenece al campo de la ingeniería hidráulica, una de las especialidades de la ingeniería civil e ingeniería agrícola.
Cuando un fluido es transportado por una tubería parcialmente llena, se dice que cuenta con una cara a la atmósfera, por lo tanto se comporta como un canal.
Las características geométricas son la forma de la sección transversal, sus dimensiones y la pendiente longitudinal del fondo del canal.
Las características hidráulicas son la profundidad del agua (h, en m), el perímetro mojado (P, en m), el área mojada (A, en m²) y el radio hidráulico (R, en m), todas funciones de la forma del canal. También son relevantes la rugosidad de las paredes del canal, que es función del material en que ha sido construido, del uso que se le ha dado y del mantenimiento, y la pendiente de la línea de agua, que puede o no ser paralela a la pendiente del fondo del canal.
Clasificación de canales
· Canales naturales: Se denomina canal natural a las depresiones naturales en la corteza terrestre, algunos tienen poca profundidad y otros son más profundos, según se encuentren en la montaña o en la planicie. Algunos canales permiten la navegación, generalmente sin necesidad de dragado. Los canales naturales influyen todos los tipos de agua que existen de manera natural en la tierra, los cuales varían en tamaño desde pequeños arroyuelos en zonas montañosas hasta quebradas, arroyos, ríos pequeños y grandes, y estuarios de mareas. Las corrientes subterráneas que transportan agua con una superficie libre también son consideradas como canales abiertos naturales. Las propiedades hidráulicas de un canal natural por lo general son muy irregulares.
· Canales de riego: Estos son vías construidas para conducir el agua hacia las zonas que requieren complementar el agua precipitada naturalmente sobre el terreno.
· Canales de navegación: Un canal de navegación es una vía de agua hecha por el hombre que normalmente conecta lagos, ríos u océanos.
Presa: se denomina presa o represa a una barrera fabricada de piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río o arroyo. Tiene la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para elevar su nivel con el objetivo de derivarla, mediante canalizaciones de riego, para su aprovechamiento en abastecimiento o regadío, en eliminación de avenidas (evitar inundaciones de aguas abajo de la presa) o para la producción de energía mecánica al transformar la energía potencial del almacenamiento en energía cinética y está nuevamente en mecánica y que así se accione un elemento móvil con la fuerza del agua. La energía mecánica puede aprovecharse directamente, como en los antiguos molinos, o de forma indirecta para producir energía eléctrica, como se hace en las centrales hidroeléctricas.
Los diferentes tipos de presas responden a las diversas posibilidades de cumplir la doble exigencia de resistir el empuje del agua y evacuarla cuando sea preciso. En cada caso, las características del terreno y los usos que se le quiera dar al agua, condicionan la elección del tipo de presa más adecuado.
Presa pueden constar de las siguientes partes
· Vertedero o aliviadero.
· Descarga de fondo
· Cuencas de disipación
· Bocatomas para los diversos usos del embalse.
· Escalera de peces
· Túnel de derivación
· Encebadaras.
 Estaciones de bombeo: son estructuras destinadas a elevar un fluido desde un nivel energético inicial a un nivel energético mayor. Su uso es muy extendido en los varios campos de la ingeniería, así, se utilizan en:
· Redes de abastecimiento de agua potable, donde su uso es casi obligatorio, salvo en situaciones de centros poblados próximos de cadenas montañosas, con manantiales situados a una cota mayor;
· Red de alcantarillado, cuando los centros poblados se sitúan en zonas muy planas, para evitar que las alcantarillas estén aprofundidades mayores a los 4 - 5 m;
· Sistema de riego, en este caso son imprescindibles si el riego es con agua de pozos no artesianos;
· Sistema de drenaje, cuando el terreno a drenar tiene una cota inferior al recipiente de las aguas drenadas;
· En muchas plantas de tratamiento tanto de agua potable como de aguas servidas, cuando no puede disponerse de desniveles suficientes en el terreno;
· Un gran número de plantas industriales.
Generalmente las estaciones de bombeo constan de las siguientes partes:
· Rejas;
· Cámara de succión;
· Las bombas propiamente dichas;
· Línea de impulsión.
· Servicios auxiliares:
· Dispositivos de protección contra el golpe de ariete;
· Línea de alimentación de energía eléctrica o instalación para almacenamiento de combustible;
· Sistema de monitoreo y telecomunicaciones
Esclusas: son obras hidráulicas que permiten vencer desniveles concentrados en canales navegables, elevando o descendiendo los navíos que se encuentran en ellas. Pueden formar parte de las estructuras complementarias de una presa, cuando ésta se construye sobre ríos navegables.
Pueden constar de las siguientes partes:
· Áreas de espera, a la entrada y salida de la esclusa.
· Reservas de agua para el llenado de la esclusa.
· Canales de llenado y vaciado.
· Compuertas.
· Dispositivos electro-mecánico para inmovilizar y mover los barcos.
 Red de abastecimiento de agua potable es un sistema: de obras de ingeniería, concatenadas que permiten llevar hasta la vivienda de los habitantes de una ciudad, pueblo o área rural con población relativamente densa, el agua potable.
Alcantarillado o también red de alcantarillado, red de saneamiento o red de drenaje:  al sistema de tuberías y construcciones usado para la recogida y transporte de las aguas residuales, industriales y pluviales de una población desde el lugar en que se generan hasta el sitio en que se vierten al medio natural o se tratan.
Las redes de alcantarillado son estructuras hidráulicas que funcionan a presión atmosférica, por gravedad. Sólo muy raramente, y por tramos breves, están constituidos por tuberías que trabajan bajo presión o por vacío. Normalmente están constituidas por conductos de sección circular, oval o compuesta, la mayoría de las veces enterrados bajo las vías públicas.
La red de alcantarillado se considera un servicio básico, sin embargo la cobertura de estas redes en las ciudades de países en desarrollo es ínfima en relación con la cobertura de las redes de agua potable. Esto genera importantes problemas sanitarios. Durante mucho tiempo, la preocupación de las autoridades municipales o departamentales estaba más ocupada en construir redes de agua potable, dejando para un futuro indefinido la construcción de las redes de alcantarillado. Actualmente la existencia de redes de alcantarillado es un requisito para aprobar la construcción de nuevas urbanizaciones en la mayoría de los países.
Sistema de riego o perímetro de riego: al conjunto de estructuras, que hace posible que una determinada área pueda ser cultivada con la aplicación del agua necesaria a las plantas. El sistema de riego consta de una serie de componentes, aunque no necesariamente el sistema de riego debe constar de todas ellas, ya que el conjunto de componentes dependerá de si se trata de riego superficial (principalmente en su variante de riego por inundación), por aspersión, o por goteo. Por ejemplo, un embalse no será necesario si el río o arroyo del cual se capta el agua tiene un caudal suficiente, incluso en el período de aguas bajas o verano.
Los sistemas de drenaje se pueden clasificar según el área en que se desarrollan enː
· Drenaje en áreas rurales
· Drenaje de aguas pluviales
· Según la función específica del dren, puede tratarse deː
· Drenes asociados a sistemas de riego; o,
· Drenes para el saneamiento de zonas pantanosas.
Según el tipo de estructura los drenes pueden serː
· Drenes horizontales
· Drenes verticales
 Defensas ribereñas: son estructuras construidas para proteger de las crecidas de los ríos las áreas aledañas a estos cursos de agua.
La protección contra las inundaciones incluye, tanto los medios estructurales, como los no estructurales, que dan protección o reducen los riesgos de inundación.
Las medidas estructurales incluyen las represas y reservorios, modificaciones a los canales de los ríos por otros más amplios, defensas ribereñas, depresiones para desbordamiento, cauces de alivio, obras de drenaje y el mantenimiento y limpieza de los mismo para evitar que se obstruyan.
Las medidas no estructurales consisten en el control del uso de los terrenos aluviales mediante zonificación, los reglamentos para su uso, las ordenanzas sanitarias y de construcción, y la reglamentación del uso de la tierra de las cuencas hidrográficaspara no ocupar los cauces y terrenos aluviales de ríos y ramblas con edificaciones o barreras.
La forma y el material empleado en su construcción varía, fundamentalmente en función de:
· Los materiales disponibles localmente
· El tipo de uso que se da a las áreas aledañas. Generalmente en áreas rurales se usan diques de tierra, mientras que en las áreas urbanas se utilizan diques de hormigón.
 Recarga artificial de acuíferos: es un método de gestión hídrica que permite introducir agua en los acuíferos subterráneos (en general, agua de buena calidad y pretratada, aunque históricamente hubo algunas experiencias de recarga con aguas residuales). Una vez almacenada en estos, puede ser extraída para distintos usos (abastecimiento, riego, frenar la intrusión marina, reducir la contaminación, regenerar ecosistemas, etc.
El agua puede proceder de ríos, depuradoras, escorrentía urbana, desoladoras o humedales entre otros orígenes, y se introduce en el acuífero mediante diversos dispositivos tales como zanjas, balsas o pozas (técnica más frecuente en el mundo), canales (segundo dispositivo más empleado), pozos, sondeos de inyección, etc. 
Trasvases: son obras hidráulicas cuya finalidad es la de incrementar la disponibilidad de agua en una población adicionando agua desde una cuenca vecina. Los usos específicos del agua pueden ser los más variados, sin embargo los más comunes son:
· Abastecimiento de agua potable a ciudades con un número de habitantes superior al que podrían soportar los recursos hídricos de la cuenca en la cual se sitúa la ciudad. Esta necesidad se da en casi todas si no en todas las megaciudades. Esta situación acarrea una serie de impactos ambientales, sobre todo si se considera que las aguas servidas se restituirán en una cuenca diferente de la que se extrajo el agua.
· Riego, este tipo de obras se hace necesario cuando las tierras de buena calidad se encuentran en áreas con escasos recursos hídricos. Un caso muy típico es toda la Vertiente del Pacífico, en la costa peruana, donde se han construido una serie de trasvases de cuencas, entre otros:
· Proyecto Especial Chira Piura, en el norte del Perú, donde las aguas regularizadas por un embalse en la cuenca del río Chira se trasvasan a la cuenca del río Piura;
· Proyecto Especial Majes, en el Departamento de Arequipa, en el sur del Perú donde las aguas del río Colca se trasvasan al río Chili.
· Proyecto Especial Choclococha, en el Departamento de Ica, en el centro de la costa peruana. Una parte del agua que se produce en la parte alta de la cuenca del río Pampas, de la vertiente del Atlántico es revertida hacia la vertiente del Pacífico.
· Generación de energía hidroeléctrica. Estas obras son bastante frecuentes y es una forma de construir embalses más pequeños y maximizar el uso de la potencia instalada en la central Hidroeléctrica.
· Para usos múltiples
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