Universidad De OrienteNcleo BolvarEscuela de Ciencias de la TierraDepartamento de ingeniera civilHidrulica Avanzada

Estudios PreliminaresPara la Construccin deObras Hidrulicas

Prof.Dafnis Echeverra BachillerMarcos PorrasCI 20.036.413Ciudad Bolvar, Junio del 2015ndice PaginaIntroduccin1Obras Hidrulicas2Estudios preliminares para la construccin de Obras Hidrulicas5Hidrolgicos5Localizacin5Recoleccin de informacin5Trabajos de campo6Anlisis de la informacin hidrolgica7Geolgicos10Geotcnicos12Topogrficos13Conclusin14Bibliografa15

Introduccin

Entre todos los recursos naturales el ms importante para el bienestar de la humanidad es el agua. Durante milenios constituyo un patrimonio enteramente disponible para los humanos. El agua tan solo existe en ciertos sitios y en cantidad variable de unos momentos a otros. Por ello se comprende que todas las civilizaciones, hayan dependido siempre de los lugares donde haba agua, y con tanta mayor sujecin a ella cuanto ms desarrolladas.

El ingenio humano ha permitido que los hombres puedan vivir lejos de los cauces naturales llevando el agua desde ellos a los centros de consumo. Esta independencia creciente del lugar de consumo respecto a la fuente, conseguida gracias al avance tcnico de las obras de transporte del agua, es la que ha permitido la extensin geogrfica y el desarrollo de la humanidad.

Para el hombre de hoy el agua es todava ms indispensable porque a sus necesidades naturales ha aadido un sin nmero de exigencias artificiales para su comodidad, placer y trabajo, por lo que la civilizacin actual sera inconcebible sin las obras hidrulicas.

Lo que s ha ocurrido, ocurre y ocurrir es que las obras hidrulicas van transformndose segn las exigencias de la civilizacin, pues si el agua ha sido siempre elemento fundamental para el hombre, la forma de su uso ha variado con el gnero de vida, pero siempre permanecer y se acrecentar su uso como tal elemento vital en s mismo.Obras HidrulicasGeneralmente estn constituidas por un conjunto de estructuras construidas con el fin de manejar el agua con fines de aprovechamiento, como por ejemplo, abastecimiento, riego, fuerza motriz, recreacin o de defensa como inundaciones, azolves, erosiones.Usualmente se consideran obras hidrulicas: canales, bocatomas, presas, estaciones de bombeo, defensas ribereas, sistemas de abastecimiento de agua potable, sistemas de drenajes, aliviaderos, esclusas, cuenca de disipacin, escaleras de peces, entre otros.

Canales: son conductos abiertos o cerrados en los cuales el agua circula debido a la accin de la gravedad y sin ninguna presin, pues la superficie libre del lquido est en contacto con la atmosfera; esto quiere decir que el agua fluye impulsada por la presin atmosfrica y de su propio peso. Estos pueden clasificarse como:

Canales naturales: son todos los recursos de aguas existentes de forma natural en la tierra, los cuales varan de tamao desde pequeos arroyuelos en zonas montaosas, hasta quebradas, ros pequeos y grandes, lagos y lagunas. La seccin transversal de un canal natural es generalmente de forma muy irregular y variable durante su recorrido

Canales artificiales: los canales artificiales son todos aquellos construidos o desarrollados por el esfuerzo humano, tales como, canales de riego, canales de centrales hidroelctricas, alcantarillado pluvial, canales de desborde entre muchos otros. ( Rodrguez Pedro, Hidrulica II, 2008)

Bocatomas: Una bocatoma tambin llamada captacin, es una obra hidrulica que est destinada a emanar desde unos cursos de aguas, ya sean ros, arroyos o canales, as como tambin desde un lago o inclusive del mar, una cantidad considerable de agua que esta tiene disponible, para que la misma sea utilizada con un fin especfico. (Arquitectura y Decoracin Arqhys, 2002).

Presas: o dique es la obra civil construida para concretar el cierre hidrulico del vaso de almacenamiento, generalmente est construida de tierra, roca o concreto.

Estacin de Bombeo: son estructuras destinadas a elevar unfluidodesde un nivelenergticoinicial a un nivel energtico mayor, debido a la presin con que esta impulsa el lquido.

Sistema de abastecimiento de Agua Potable: de acuerdo a la forma en que se encuentra en la naturaleza, las distintas fuentes de provisin de agua, son las siguientes: Aguas Metericas Aguas Superficiales Aguas Sub-lveas Aguas Subterrneas

El agua proveniente de estas fuentes puedan ser naturalmente potables, y otras necesitan un tratamiento correcto previo a su entrega al consumo.La seleccin de la fuente de provisin constituye tarea fundamental de la que ha de depender la seguridad del servicio que se preste. Deben balancearse cuidadosamente dos aspectos: sanitario y econmico, de manera de elegir una fuente que nos asegure la provisin de agua en cantidad y calidad necesaria, y al mismo tiempo nos permita la mxima economa de construccin y posterior operacin y mantenimiento de servicio.

Con este enfoque, se puede establecer un orden de carcter orientador en la eleccin de la fuente de agua: Agua naturalmente potable y conduccin por gravedad Agua naturalmente potable con toma y conduccin por bombeo Tratamiento del agua y conduccin por gravedad Tratamiento del agua con toma y conduccin por bombero(Arocha simn, Abastecimiento de aguas, 1990) Sistema de drenajes: El sistema de drenaje permite la circulacin de las aguas estancadas en el terreno, a causa de las depresiones topogrficas y controla la acumulacin de sales en el suelo, ya que esto puede disminuir la productividad. Si en un terreno no se instala un sistema de este, cuando ocurra estos fenmenos topogrficos el agua estancada provocara daos graves a la agricultura. Ahora bien existe otros orgenes de estas aguas como es por la elevacin de las aguas subterrneas, a causa del riego en exceso, o, por la elevacin de las aguas del ro, otra causa es por el escurrimiento superficial y por la precipitacin en el rea. El sistema de drenaje conduce las aguas apozadas a otra parte por medio de tuberas o de una red de canales, es importante tener en cuenta que debemos llevar una limpieza peridica en este sistema, debemos eliminar el fango y malezas los cuales podran ocasionar que la eficiencia del sistema se pierda y tenga problemas.

Esclusas: Son obras hidrulicas que permiten que permiten vencer desniveles concentrados en canales navegables, elevando o descendiendo los navos que se encuentran en ellas. Pueden formar parte de las estructuras complementarias de una presa, cuando esta se construye sobre ros navegables. Por ejemplo las del canal de panam. (Fernndez, marcela, Fundamentos de la construccin de obras hidrulicas, 2010)Estudios preliminares para la construccin de Obras HidrulicasHidrolgicosLos pasos que se siguen en un estudio hidrolgico de un proyecto son: Localizacin En los proyectos de ingeniera se define inicialmente la zona de estudio que es el rea de influencia del proyecto. En esta zona se delimitan tanto las reas que van a ser beneficiadas por el proyecto como las hoyas vertientes de las corrientes naturales que las cruzan y de las que se seleccionan para ser utilizadas como captaciones. A continuacin se realiza la monografa de la zona, la cual incluye aspectos geogrficos, histricos, sociales, de uso de la tierra y de caractersticas de los suelos. Recoleccin de informacin La informacin que se recolecta para desarrollar un estudio hidrolgico comprende los siguientes aspectos: Cartografa Hidrometeorologa Estudios anteriores.Dentro de la informacin cartogrfica se incluyen los mapas con curvas de nivel a escalas entre 1:100.000 y 1:5.000, las fotografas areas y las imgenes de radar y de satlite. Esta informacin se procesa para determinar las caractersticas morfo mtricas, de capacidad de almacenamiento, y de suelos y uso de la tierra de las hoyas vertientes y de las zonas de importancia dentro del proyecto.En el aspecto hidrometeorolgico se recolecta informacin sobre las variables del clima, la precipitacin, los caudales y niveles de las corrientes naturales y los sedimentos que transportan las corrientes. Por lo general esta informacin se recolecta en forma de series de tiempo histricas, las cuales se procesan con mtodos estadsticos y probabilsticos para determinar regmenes medios y proyecciones futuras. El tratamiento de estas series se realiza de acuerdo con el tipo de proyecto que se va a desarrollar y para ello se utilizan los conceptos de Hidrologa Aplicada e Hidrologa Estocstica.El anlisis de los Estudios que se han desarrollado con anterioridad en la zona del proyecto permite complementar la informacin recolectada. Este anlisis tiene capital importancia cuando el proyecto se desarrolla en varias fases porque en la segunda fase debe analizarse cuidadosamente lo que se hizo en la primera, y as sucesivamente. Trabajos de campoLuego de analizar la informacin recolectada el ingeniero est en capacidad de programar los trabajos de campo que permitan la complementacin de la informacin existente. Entre estos trabajos se cuentan la ejecucin de levantamientos topogrficos y batimtricos, la recoleccin y anlisis de muestras de los sedimentos que transportan las corrientes, la instalacin y operacin de estaciones climatolgicas y pluviomtricas y la realizacin de aforos.

Anlisis de la informacin hidrolgicaTerminada la etapa de recoleccin se procede al anlisis del clima, la precipitacin, los caudales y los sedimentos. Este anlisis se realiza de acuerdo con las necesidades del proyecto y puede incluir uno o varios de los siguientes temas: Clima.Los valores medios de Temperatura, Humedad, Presin y Viento definen el clima de la zona de estudio.En los proyectos de suministro de agua el clima influye decisivamente en la relacin que existe entre la Precipitacin, la Hoya vertiente y la formacin de los Caudales de las corrientes naturales. Esta relacin se expresa matemticamente por medio de la ecuacin del Balance Hidrolgico. Adems, el anlisis del rgimen climatolgico es una de las bases fundamentales del estudio de impacto ambiental en todos los proyectos de Ingeniera.

PrecipitacinLos estudios de la precipitacin analizan el rgimen de lluvias en la regin a partir de los datos de estaciones pluviomtricas y pluviogrficas. El anlisis comprende la variabilidad de la precipitacin en el tiempo, su distribucin sobre el rea de estudio, la cuantificacin de los volmenes de agua que caen sobre la zona y las magnitudes y frecuencias de los aguaceros intensos.

Caudal medioEl rgimen de caudales de una corriente est relacionado con las lluvias y con las caractersticas de su hoya vertiente. Este rgimen define los estados de caudales mnimos, medios y mximos en los sitios que han sido seleccionados para captacin de agua o para construccin de obras hidrulicas. La metodologa que se utiliza depende de la informacin disponible y de las necesidades del proyecto. Pueden utilizarse anlisis estadsticos y probabilsticos de series histricas de caudales o balances hidrolgicos. Balance HidrolgicoEl Balance Hidrolgico relaciona las variables que intervienen en el ciclo hidrolgico: Precipitacin Evapotranspiracin Caudal Superficial Almacenamiento superficial y subterrneo Flujo de Agua subterrneaSe aplica en todos los casos que tienen que ver con la distribucin de los recursos hidrulicos a nivel global, o en cuencas particulares. Es imprescindible en los estudios de regulacin de embalses y en los proyectos de suministro de agua para acueducto, riego y generacin hidroelctrica.La ecuacin general del Balance Hidrolgico en una cuenca determinada tiene la siguiente forma:P + Qa + G = ET + Q + dSDnde:P: es la precipitacin en el perodo seleccionado.Qa: es el aporte superficial de cuencas vecinas.G: constituye el flujo neto de aguas subterrneas desde y hacia cuencas vecinas.ET: representa la evapotranspiracin real en la cuenca.Q: es el caudal superficial que sale de la cuenca que se analiza.dS: es el cambio en almacenamiento superficial y subterrneo. Incluye almacenamiento en cauces, embalses, suelo y acuferos. CrecientesEn los estudios de crecientes se analizan las magnitudes de los caudales mximos extraordinarios y la frecuencia con que ocurren. Junto con los anlisis de las avalanchas son importantes en los diseos de puentes, drenajes y obras de control de inundaciones. EstiajesDurante algunas pocas del ao las corrientes naturales presentan perodos de caudales bajos o de estiaje. Estos estiajes pueden ser crticos cuando las magnitudes de los caudales resultan tan bajas que las captaciones de acueductos, de sistemas de riego y de sistemas de generacin de energa pueden verse afectadas en su operacin normal. Aguas subterrneasLos depsitos de Aguas Subterrneas se denominan Acuferos y son abastecidos con parte del agua que lluvia que cae en zonas de recarga dentro de su hoya vertiente. El agua se infiltra a travs de la superficie del suelo y luego se mueve verticalmente hasta cuando encuentra una capa impermeable que no permite el paso y obliga a la formacin de un almacenamiento de agua en los espacios vacos del suelo. El lmite superior de este almacenamiento se denomina Nivel Fretico.El volumen de agua que se almacena por debajo del Nivel Fretico es el Agua Subterrnea. Este volumen constituye la fuente principal de alimentacin de manantiales, lagos y ros en perodos de estiaje. A nivel global el volumen de Aguas Subterrneas existente es muy superior al de Aguas Superficiales, pero en muchos casos, principalmente cuando los acuferos se encuentran a gran profundidad, su captacin resulta difcil y costosa. En aquellas regiones donde las Aguas Superficiales son escasas o no existen cerca a los sitios de consumo las Aguas Subterrneas pueden resolver los problemas de suministro de agua. El estudio de los acuferos y del movimiento de las Aguas Subterrneas se llama Hidrogeologa. (Santiago Ziga Rodolfo, Redes Hidrulicas, Tuxtla Mxico, 2007)GeolgicosLa geologa se utiliza de diversas formas en obras hidrulicas entre las cuales podemos mencionar las siguientes: Pozos de punta captacin: La mayora de los problemas de drenaje en los trabajos de ingeniera civil no tienen la magnitud de otros proyectos. Por fortuna, se dispone de otros medios para manejar el agua fretica en trabajos pequeos. Estos mtodos implican el uso de pozos de captacin. El sistema se compone bsicamente de una bomba especial y varios pozos de punta de captacin para abatir el nivel de agua fretica bajo el nivel de la excavacin ms profunda; as el material que se ve a excavarse es comportamiento es incierto, al slido; de esta manera se facilita el avance de la excavacin y se elimina los problemas causado por el agua. El control del agua fretica en la obras de construccin urbana, tambin es de vital importancia, y solo puede ser efectuado con base en un estricto conocimiento de la capa subyacente local de una detallada geologa urbana.

Centrales hidroelctricas subterrneas: La idea de situar centrales hidroelctrica o de bombeo subterrneas es casi tan conocida, que han dejado de ser novedad en el diseo. Estos es un desarrollo que tuvo lugar a partir de la segunda guerra mundial; aunque a fines del siglo XIX, una de las primeras centrales elctrica o hidroelctrica canadienses en Nigara fallo, utilizo el subsuelo en un cierto grado las turbinas impulsada por agua se situaron en el fondo de unas excavaciones circulares profundas y se conectaron con los generadores situados en la superficie por medio de flechas de acero, y por eso, esta no pudo ser considera completamente subterrnea. Cimentacin de presas: La construccin de una presa almacenadora de agua altera ms las condiciones naturales que cualquiera otra obra de la ingeniera civil. Esta es importante por la funcin que desempean en el almacenamiento de agua para el suministro de la misma.

Obra de control fluvial: Desde hace ms de 3000 aos el hombre ha tratado de amansar algunos de los grandes ros del mundo. Las primeras obras de ingeniera civil fueron con toda probabilidad las de control fluvial. La obras fluvial es esencia la regulacin de la corriente natural del ro dentro de un curso bien definido, generalmente el que suele ocupar la corriente. Los objetivos de los estudios geolgicos son establecer las caractersticas geolgicas, tanto local como general de las diferentes formaciones geolgicas que se encuentran identificando tanto su distribucin como sus caractersticas geotcnicas correspondientes.El programa de estudios deber considerar exploraciones de campo, cuya cantidad ser determinada con base a la envergadura del proyecto. Los estudios geolgicos comprendern:

Descripcin geomorfolgico Zonificacin geolgica de la zona Identificacin y caractersticas de fallas geolgicas Definicin de zonas de deslizamientos y aluviones sucedidos en el pasado Estudios geotcnicosGeotcnicosLos objetivos de estos estudios son establecer las caractersticas geotcnicas, es decir, la estratigrafa, la identificacin y las propiedades fsicas y mecnicas de los suelos para el diseo de cimentaciones estables.El estudio debe considerar exploraciones de campo y ensayos de laboratorio, cuya cantidad ser determinada con base a la envergadura del proyecto en trminos de su longitud y las condiciones del suelo. Los estudios geotcnicos debern comprender lo siguiente: Ensayos de campo en suelos y/o rocas. Ensayos de laboratorio en muestras de suelo y/o roca extradas en la zona. Descripcin de las condiciones del suelo, estratigrafa e identificacin de los estratos de suelo o base rocosa. Definicin de tipos y profundidades de cimentacin adecuada, as como parmetros geotcnicos preliminares para el diseo de la obra al nivel de anteproyecto. Presentacin de los resultados y recomendaciones sobre especificaciones constructivas y obras de proteccin.

TopogrficosAl rendir un informe sobre los estudios topogrficos llevados a cabo para la construccin de una obra hidrulica, estos estudios tendrn como objetivos: Realizar los trabajos de campo que permitan elaborar los planos topogrficos correspondientes Proporcionar la definicin precisa de la ubicacin y las dimensiones de los elementos estructurales Establecer puntos de referencia para el replanteo durante la construccin.Los estudios topogrficos debern comprender como mnimo lo siguiente: Levantamiento topogrfico general de la zona del proyecto. Definicin de la topografa de la zona de ubicacin del proyecto. Ser necesario indicar en planos la direccin del curso del agua y los lmites aproximados de la zona inundable en las condiciones de aguas mximas y mnimas, as como los observados en eventos de carcter excepcional. Levantamiento catastral de las zonas aledaas del proyecto, cuando existan edificaciones u otras obras que interfieran con el proyecto o sus accesos o bien que requieran ser expropiadas. (Santiago Ziga Rodolfo, Hidrulica, Tuxtla Mxico, 2008)

ConclusinCada vez que se quiere realizar un diseo de ingeniera de presas, represas, diques o cualquier obra hidrulica se debe tener presente muchos aspectos, como por ejemplo, la seleccin de los sitios y estudios de factibilidad, investigaciones geotcnicas y topogrficas del terreno y del manejo del proyecto para su previa elaboracin. El objetivo generalmente consiste en descubrir las posibles fallas, a nivel de factibilidad de un proyecto re requiere de una evaluacin ms detallada y de informacin precisa que permita la estimacin de costos y financiamiento de un proyecto tambin para la tramitacin de los permisos de dicho proyecto para su posterior construccin.

Finalmente se puede decir que la construccin de cualquier obra hidrulica est relacionada o se basan principalmente en la conservacin de la energa y su uso mayormente est destinado en la construccin de embalses, represas, bocatomas, presas, esclusas entre muchas otras.

Bibliografa

Rodrguez Pedro, Hidrulica II, 2008 Arquitectura y Decoracin Arqhys, 2002 Arocha simn, Abastecimiento de aguas, 1990 Bolinaga, Juan, Proyectos de Ingeniera Hidrulica, Tomo 2, Fundacin Caracas Venezuela, 1999. Fernndez, marcela, Fundamentos de la construccin de obras hidrulicas, 2010 Ven Te Chow, Hidrulica de los Canales Abiertos, Mxico, 1983. Santiago Ziga Rodolfo, Hidrulica, Tuxtla Mxico, 2008 Santiago Ziga Rodolfo, Redes Hidrulicas, Tuxtla Mxico, 2007

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