manual de obras hidraulicas, Guías, Proyectos, Investigaciones de Hidráulica

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MANUAL DE OBRAS HIDRAULICAS

Autor: Ing. GIOVENE PEREZ CAMPOMANES

Lima, Febrero del 2016

PROLOGO

La hidráulica, es una de las aplicaciones de la mecánica de fluidos; es una ciencia que estudia el comportamiento de los fluidos en reposo o en movimiento y la interacción de estos con sólidos o con otros fluidos en las fronteras.

En este manual: Manual de Obras Hidráulicas, que es una aplicación de los conceptos de la mecánica de fluidos y de la hidráulica, a través de este manual intento hacer llegar, nace como un material de apoyo en el Obras hidráulicas, irrigación y diseño de estructuras hidráulicas, en el cual presenta los conceptos más importantes y que vienen acompañados de problemas propuestos que son desarrollados en las sesiones del curso, se propone acercarlo de manera más sencilla, didáctica al manejo y el diseño de las obras hidráulicas y las estructuras hidráulicas

En este manual, se tratan temas que en la mayoría de syllabus de las principales universidades se desarrollan y que son muy importantes en la formación profesional de los futuros ingenieros.

Se tomo como base la experiencia adquirida en el dictado del curso de Hidráulica Irrigaciones y Obras hidráulicas en la Universidad San Martin de Porres, Universidad Cesar Vallejo, Universidad del Santa, así como de las ponencias desarrolladas para el dictados de diplomados en: Diseño Hidráulico , realizado por Capi, ICG, TQI y Kaizen, así como en los congresos en los que he participado como ponente.

Este manual, consta de 13 capítulos y bibliografía.

El presente texto está dirigido a estudiantes de ingeniería y docentes que imparten el curso de Obras hidráulicas, Irrigación, y Diseño de estructuras hidráulicas; así como a ingenieros, interesados en el área de hidráulica.

Este texto se lo dedico a todos los alumnos de Hidráulica, Irrigación y drenaje y Obras hidráulicas; y es a ellos a los cuales espero que les sirva de apoyo para su formación en el campo de la hidráulica.

De manera muy especial, dedico el presente texto a mis padres que son ellos los que me formaron y siempre les agradeceré, todo lo que soy y que desde lo alto, le pido siempre me guíen por el camino del bien, para seguir aportando al desarrollo integral de mi país.

Para mi esposa por qué estar siempre a conmigo, y a mis hijos por su inmenso amor.

Ing. Giovene Pérez Campomanes

Lima, 10 de febrero del 2016

• I.El agua como recurso natural Pag.
• 1.1 Definición
• 1.2 El agua como recurso natural
• 1.3 Importancia del agua
• 1.4 Planificación: Definición
• 2.1 Las irrigaciones en el Perú II. Principales proyectos hidráulicos
• 2.2 Importancia
• 2.3 Planeamiento de proyectos
• 2.4 Grandes proyectos la mejor opción
• 2.5 Primer Trabajo en clase
• 3.1 Definición III. Almacenamiento y embalses
• 3.2 Ventajas y desventajas de los embalses
• 3.3 Almacenamiento de agua
• 3.4 Capacidad de almacenamiento de agua
• 3.5 Finalidad
• 3.6 Capacidad física de almacenamiento
• 3.7 Estudios que deben de realizarse en los almacenamientos
• 3.8 Estudio de las canteras en los materiales
• 3.9 Practica dirigida
• 4.1 Definición IV Presas
• 4.2 Las funciones de una presa
• 4.3 Selección del tipo de presa
• 4.4 Clasificación de las presas
• 4.5 Estudios generales para el diseño
• 4.6 Estudios de proyectos y ejecución
• 4.7 Procedimiento de diseño
• 4.8 Estabilidad de las presas
• 4.9 Cimentación de presas
• 4.10 Otros aspectos tomados en cuenta
• 4.11 Trabajo en clase
• 4.12 Practica dirigida
• 5.1 Definiciones V Bocatomas
• 5.2 Finalidad
• 5.3 Modelo hidráulico
• 5.4 Estudios en la ubicación de la bocatoma
• 5.5 Daños causados por los sólidos
• 5.6 Partes de una bocatoma permanente
• 5.7 Problemas presentados en la bocatoma Chavimochic
• 5.8 Muros de encausamiento
• 5.9 Calculo de la curva de remanso
• 5.10 Diseño de bocatoma
• 5.11 Practica dirigida
• 6.1 Definiciones VI Desarenadores
• 6.2 Ubicación
• 6.3 Principios de funcionamiento
• 6.4 Causas de desgaste del equipo mecánico
• 6.5 Estudios necesarios para el diseño del desarenador
• 6.6 Clases de desarenadores
• 6.7 Elementos de un desarenador
• 6.8 Criterios de diseño
• 6.9 Desarenadores de velocidades bajas
• 6.10 Desarenadores de velocidades altas
• 6.11 Ecuaciones básicas para el diseño de un desarenador
• 6.12 Consideraciones para el diseño hidráulico
• 6.13 Problemas presentados y soluciones planteadas durante el diseño
• 6.14 Problemas de aplicación
• 7.1 Definición VII Diseño hidráulico de canales
• 7.2 Túneles
• 7.3 Clasificación de los canales
• 7.4 Información básica para el diseño
• 7.5 Trazado del canal
• 7.6 Canal abierto
• 7.7 Rasante de un canal
• 7.8 Velocidad admisible
• 7.9 Filtraciones en canales
• 7.10 perdidas en canales revestidos
• 7.11 Criterios para el diseño de canales con fuerte pendiente
• 7.12 Revestimiento en canales
• 7.13 Criterios de diseño en canales secundarios
• 7.14 Practica dirigida: Hcanales
• 7.15 Practica dirigida: Diseño de canales
• 8.1 Definición VIII Alcantarillas
• 8.2 Tipos de salida en la alcantarilla
• 8.3 Consideraciones hidráulicas
• 8.4 Criterios de diseño
• 8.5 Tipos de alcantarillas por su capacidad
• 8.6 Para el diseño de una alcantarilla
• 8.7 Factores que afectan la vida útil de una alcantarilla
• 8.8 Diseño hidráulico de una alcantarilla
• 8.9 Practica dirigida
• 9.1 Criterios de diseño IX Diseño hidráulico de un acueducto
• 9.2 Elementos hidráulicos de un puente canal
• 9.3 Diseño de un acueducto
• 9.4 Practica dirigida
• 10.1 Definición X Diseño hidráulico de una aliviadero lateral
• 10.2 Aliviadero entorno al vertedero
• 10.3 Aliviaderos en forma de sifón
• 10.4 Criterios de diseño
• 10.5 Teorías para el diseño hidráulico
• 10.6 Tipos de flujo en un vertedero lateral
• 10.7 Practica dirigida
• 11.1 Conceptos generales XI Diseño hidráulico de un sifón
• 11.2 Línea de gradiente hidráulico y de energía
• 11.3 Transiciones
• 11.4 Sifones
• 11.5 Aplicaciones
• 11.6 Aliviaderos en forma de sifón
• 11.7 Practica dirigida
• 12.1 Definición XII. Diseño hidráulico de una caída
• 12.2 Ventajas de una caída
• 12.3 Criterios hidráulicos: Caídas inclinadas
• 12.4 Elementos principales
• 12.5 Criterios de diseño
• 12.6 Disipadores de energía
• 12.7 Procedimiento para el diseño de una caída sin obstáculos
• 12.8 Practica dirigida
• XIII Diseño hidráulico de una Rápida
• 13.1 Rápidas
• con fuerte pendiente 13.2 Formas constructivas más comunes para gradientes
• 13.3 Canal de gran pendiente
• 13.4 Curvas horizontales
• 13.5 Consideraciones para el diseño
• 13.6 Procedimiento para el diseño de una rápida
• 13.7 Practica dirigida
• XIV Bibliografía y linkografia
• 14.1 Bibliografía
• 14.2 Linkografia

I. El agua como recurso natural: Planeamiento El agua es un elemento de la naturaleza fundamental para el sostenimiento y la reproducción de la vida en el planeta. El agua es un bien de primera necesidad para los seres vivos. En la mayoría de ellos constituye más del 80%. Es un factor decisivo para el desarrollo de una sociedad. La utilizamos, entre otros usos, para beber, regar las plantas, asearnos, cocinar, llenar piscinas, regar campos o para generar energía.

Fig. N° 01 En la vista se observa la laguna de almacenamiento

1.1 Definición: El agua, es una sustancia cuyas moléculas están formadas por la combinación de un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, líquida, inodora, insípida e incolora( DRAE ).

El agua es un recurso natural renovable, indispensable para la vida, vulnerable y estratégico para el desarrollo sostenible, el mantenimiento de los sistemas y ciclos naturales que la sustentan, y la seguridad de la Nación( LRH ).

Hay partes del mundo en las que la demanda de agua excede el abastecimiento. A medida que aumenta la población mundial, aumenta la demanda de agua limpia. La crisis del agua afecta a millones de personas en el mundo, sobre todo a los países más pobres, que sufren muchas enfermedades relacionadas con la calidad y el abastecimiento de agua (diarrea, paludismo, etc.). El acceso al agua potable genera prácticas esenciales en la reducción de la mortalidad, sobre todo la infantil. Hay estudios de la FAO que estiman que uno de cada cinco países en vías de desarrollo tendrá problemas de escasez de agua antes de 2030.

Fig. N° 04 Se observa el sembrado de las aguas para el uso en las épocas de estiaje.

Fig. N° 05 Se observa la bocatoma de Chavimochic, en épocas de estiaje.

1.3 Importancia del agua: Desempeña un importante papel en la fotosíntesis de las plantas y, además, sirve de hábitat a una gran parte de los organismos.

El agua dulce es un recurso renovable pero la disponibilidad de agua fresca limpia, no contaminada, está disminuyendo de manera constante. En muchas partes del mundo, la demanda de agua ya excede el abastecimiento; a medida que aumenta la población mundial, aumenta la demanda de agua limpia.

Es un deber de todos cuidar nuestros recursos hidrológicos, así como crear la conciencia de que el agua es uno de los recursos más preciados de la naturaleza, por el papel que desempeña en la vida de todos los seres vivos.

Fig. N° 06 Se observa un pensamiento que nos lleva a la reflexión en el cuidado del agua.

saludables, viables y funcionales en el largo plazo; y el desarrollo sostenible del país, mediante la prevención, protección y recuperación del ambiente y sus componentes, la conservación y el aprovechamiento sostenible de los recursos naturales, de una manera responsable y congruente con el respeto de los derechos fundamentales de las personas.

Artículo 198°.- La Política y Estrategia Nacional de Recursos Hídricos.

198.1 La Política y Estrategia Nacional de Recursos Hídricos es el conjunto de principios, lineamientos, estrategias e instrumentos de carácter público, que definen y orientan el accionar de las entidades del sector público y privado para garantizar la atención de la demanda de agua del país en el corto, mediano y largo plazo.

198.2 La Política y estrategia nacional de recursos hídricos, constituye el instrumento de carácter conceptual y vinculante, que define los objetivos de interés nacional para garantizar el uso sostenible de los recursos hídricos.

198.3 La Política y estrategia nacional de recursos hídricos constituye el marco de referencia dentro del cual debe interactuar el sector público y privado para el manejo multisectorial y articulado, que permita una gestión integrada de los recursos hídricos en el marco del proceso de regionalización y descentralización del país.

Artículo 199°.- El Plan Nacional de Recursos Hídricos

199.1 El Plan Nacional de Recursos Hídricos contiene la programación, costos, fuentes de financiamiento, criterios de recuperación de inversiones, las entidades responsables y otra información relevante para alcanzar los objetivos y aplicar las medidas de interés nacional establecidas en la política y estrategia nacional de los recursos hídricos.

199.2 Corresponde a la Autoridad Nacional del agua(ANA), la elaboración del Plan Nacional de Gestión de Recursos Hídricos. Para tal efecto, aprobará un procedimiento que contemple procesos participativos y de consulta a la sociedad civil y población en general.

200.2 Los planes de gestión de recursos hídricos en la cuenca son: instrumentos públicos, vinculantes de actualización periódica y revisión justificada. Por lo tanto, no generan derechos en favor de particulares o entidades públicas o privadas y su modificación, que no puede afectar derechos previamente otorgados, y no originan lugar a indemnización.

Conclusión :

Es el recurso natural más importante y la base de toda forma de vida, es un factor decisivo para el crecimiento económico y el desarrollo de la sociedad. Pero aunque es un recurso natural renovable, su abuso puede generar que sea limitado y vulnerable. Aunque es muy abundante el agua no es un recurso permanente, se contamina con facilidad y una vez contaminada es muy difícil recuperar su pureza.

Fig. N° 08 Se observa una campaña de sensibilización del manejo del recurso hídrico.

Estamos obligadas a proteger este recurso, a tomar conciencia colectiva sobre los riesgos del agotamiento del agua potable. Todos debemos cuidar nuestros recursos hidrológicos y ser conscientes de que el agua es uno de los recursos más preciados de la naturaleza, por el papel que desempeña en la vida de todos los seres vivos. Y así evitar una catástrofe de consecuencias impredecibles. El desabastecimiento de agua potable pone en riesgo la salud y la vida de miles de personas.

II. Principales proyectos hidráulicos

2.1 Las irrigaciones en el Perú:

El Perú antiguo estuvo dedicado a la agricultura, con escasa y poca tierra, con una alimentación reducida: la Papa, La Quinua, y la cañigua. Luego aparece el maíz.

La necesidad los obliga a construir, canales colectores de agua pluviales del cumbe mayo, lo que permite el transvase de las aguas del rio Jequetepeque, al rio Cajamarca.

En Nazca se inicio la explotación de las aguas subterráneas, a través de las galerías filtrantes (acueductos), en un numero de 28 que continúan funcionando.

Fig. N° 10 Se observa al autor del manual en compañía de usuarios del valle de Nazca, visitando los acueductos.

La invención del andén o plataforma o terraza de cultivo significo un cambio en la agronomía peruana, pasamos del método extensivo al intensivo.

En la costa peruana el inca Pachacutec , construyo los canales: Raca Rumi y cucureque, en el valle de chancay, y el canal de La Achirana.

En la época del virreinato se redujo la agricultura.

En la república se reinicio las obras de irrigaciones principalmente en la costa.

Fig. N° 11 Se observa los andenes construidos por los antiguos peruanos.

Con la ayuda del Ing. Charles Sutton se iniciaron obras de irrigación en el valle de imperial ( Cañete), en el dpto. de Lambayeque, irrigando 25,000 has. y la rehabilitación de 4000 has. En el valle de la chira. Y pequeñas obras de irrigación en el Mantaro, y de generación hidroeléctrica.

Posteriormente el general Odria llevo a cabo obras de irrigaciones tales como: la desviación el rio Quiroz, al Piura, la irrigación Siguas, la desviación de las aguas del choclococha a Ica, posteriormente se iniciaron las grandes irrigaciones:

2.2 Importancia:

 Garantizando la disponibilidad del recurso hídrico en cantidad adecuada y oportuna

 Promover el desarrollo óptimo de las tierras con potencial agrícola, para incrementar los niveles de producción, productividad e ingresos de la población.

 Permite mejor las condiciones de vida de la población.

 Aprovechamiento racional de los recursos naturales de la cuenca.

 Proteger las áreas agrícolas mediante el manejo de cuencas.

 Almacenar y utilizar racionalmente los recursos hídricos.

MÓDULO II: Identificación de Proyectos de Infraestructura de Riego:

Fig. N°13 Se muestra en resumen la identificación de proyectos de infraestructura de riego.

MÓDULO III: Formulación de Proyectos de Infraestructura de Riego:

Fig. N° 14 Se muestra el proceso formulación de proyectos de infraestructura de riego

MÓDULO IV: Evaluación de Proyectos de Infraestructura de Riego:

Fig. N° 15 Se muestra la evaluación de proyectos de infraestructura de riego

2.4 Grandes proyectos la mejor opción: En las últimas tres décadas, el Perú ha invertido más de 4 mil 500 millones de dólares en obras de irrigación, sobre todo en la costa. Sólo Brasil y México, los países más grandes de América Latina, han invertido más.