Diseño Hidráulico de Acueductos para estudiantes

diseño hidráulico de acueducto

1. DISEÑO HIDRÁULICO DE ACUEDUCTOS CURSO: IRRIGACIÓN DOCENTE: Dr. Ing. José Del Carmen Pizarro Baldera GRUPO 3: Ramírez Rios Roy Raul Rojas Casique Lleis Segura Ushiñahua Ader Alexis Torres Paredes Renato Marcelo Tuanama Ishuiza Rony Martin

2. En el presente artículo, se va a hablar acerca del diseño hidráulico de obras de arte, para ser más específicos, nos referimos al diseño hidráulico de obras de cruce, enfocándonos exclusivamente en el diseño hidráulico de acueductos. Se abarcará todo lo correspondiente a las generalidades del tema, enfatizando y profundizando además en lo correspondiente a las pérdidas de energía, así como también en los criterios de diseño. También se desarrollará un ejercicio práctico de aplicación sobre el diseño hidráulico de acueductos, mediante la aplicación de fórmulas y cálculos matemáticos. INTRODUCCIÓN

3. OBJETIVOS GENERAL: Adquirir los conocimientos necesarios para estar en la capacidad de realizar el diseño hidráulico de acueductos. ESPECÍFICOS: *Estudiar los acueductos como estructuras de cruce *Comprender el diseño hidráulico de un acueducto *Realizar un ejemplo mediante un caso el diseño hidráulico de un acueducto

4. GENERALIDADES ACUEDUCTOS Un acueducto es la estructura más común para conducir agua a través de una depresión topográfica como un valle, una carretera, una quebrada, un arroyo o un río. Hidráulicamente se compone de un conducto elevado, con transiciones de entrada y salida cuando su sección es distinta a la del canal. Estructuralmente se compone de una caja aérea o viga continua con sección constante en forma de “U”, dos estribos para apoyar sus extremos y, cuando es necesario, pilas intermedias con sus respectivas fundaciones.

5. LA OBRA MAESTRA DE LA INGENIERÍA ROMANA Para abastecer de agua a las ciudades y poblaciones que se extendían a lo largo y ancho de su vasto Imperio, los romanos crearon un impresionante sistema de canales y puentes monumentales, los famosos acueductos, que, salvando grandes desniveles e incluso atravesando montañas, llevaban el agua de los manantiales hasta el corazón de las ciudades.

6. De los 507 kilómetros que sumaban los acueductos de Roma, 434 eran subterráneos, 15 de superficie y solo 59 discurría a través de arquerías Roma llegó a tener doce acueductos, el más antiguo de los cuales era el Aqua Appia cuya construcción fue debida a Apio Claudio el Ciego y se inauguró en el año 312 a.C. con un recorrido de más de 1,6 kilómetros.

7. ACUEDUCTOS DEL PERÚ: NASCA Los Acueductos de Nasca se ubican en la provincia de Nasca, departamento de Ica, en la cuenca del río Grande, caracterizado por ser un sistema hidrográfico que nace únicamente en base a las precipitaciones que ocurren en las montañas de la parte alta de la cuenca, en las estribaciones de los Andes centrales y que dan origen a cursos de agua de características intermitentes, que suelen durar solamente entre tres y cuatro meses cada año (diciembre a marzo). Los acueductos se ubican en la parte baja de la cuenca; se caracteriza por ser una faja desértica muy seca, mayormente plana si bien existen algunos sectores con relieves montañosos complejos; el desierto es surcado por varios ríos, pero contrariamente a la abundancia de agua, se trata de cauces con un régimen irregular, donde la mayor parte del año el agua es escasa y en muchos casos se produce un estiaje total a veces muy prolongado. (ANA, 2010).

8. VENTAJAS DEL ACUEDUCTO RESPECTO A OTRO TIPO DE ESTRUCTURAS: *El acueducto, a diferencia del sifón invertido, puede construirse mayormente con materiales locales. *Puede servir también como puente para personas y ganado menor *La operación y mantenimiento de un acueducto es tan simple como la de un canal. Las estructuras de cruce mediante tuberías son más susceptibles al atascamiento por la presencia de material de arrastre y sólidos en el agua

9. Sin embargo, el acueducto no es una solución razonable cuando los desniveles que debe vencer son muy grandes y extendidos Por otra parte, este tipo de estructura exige buenas a excelentes condiciones de fundación.

10. FUNCIONAMIENTO DE UN ACUADUCTO El agua desciende naturalmente por el canal y no remonta nunca las pendientes. Para hacerla disponible sin bomba, hay que capturarla en un lugar más alto y hacerle seguir una trayectoria que no es su camino natural, hay que crear un camino artificial. Para esto un acueducto es construido a lo largo de los flancos de la colina normalmente, y es necesario en ciertos puntos cruzar los obstáculos que son los huecos y los baches. Para cruzar las crestas, se construye un túnel; y para atravesar los valles, se construye un puente (llamado puente de acueducto)

11. TIPOS DE ACUEDUCTOS: ACUEDUCTOS POR GRAVEDAD Tengo un nivel más alto que la comunidad el agua baja por gravedad o sea por su propio peso al tanque de almacenamiento. El sistema solo requiere el uso de varillas para controlar el agua y garantizar que el servicio llegue adecuadamente a todos los puntos de distribución y hace ahogar es fuentes públicas.

12. ACUEDUCTOS POR BOMBEO Cuando la comunidad se ubica en un nivel más alto que la fuente es necesario utilizar bombas para elevar del agua. Estas impulsan el agua hacia los tanques de distribución y almacenamiento. Una vez en los tanques, el agua baja por gravedad a la comunidad.

13. ACUEDUCTO SUBTERRANEO El acueducto subterráneo, que se utilizaba mayoritariamente para usos agrícolas. Como tenía muchas filtraciones, esto hacía que el agua se llenase de impurezas. Además, su mantenimiento era muy difícil ya que sólo se podía acceder por respiraderos, en los que el aire se viciaba muy fácilmente Las conducciones subterráneas por canal suelen estar comunicadas con la superficie por medio de pozos dispuestos a intervalos regulares.

14. ACUEDUCTO SEMI-SUBTERRANEO El Acueducto semienterrado, es también el menos costoso y el que menor mantenimiento necesitaba, en España, en la época del imperio Romano, este tipo de acueducto fue muy utilizado, siendo uno de este tipo el que fue en la antigüedad el acueducto más largo.

15. ACUEDUCTO DESCUBIERTO El acueducto descubierto, es el más conocido actualmente. Era el que necesitaba más previsión y más cálculos. Se usaba únicamente para salvar obstáculos del terreno con los que se encontraban los otros dos tipos de acueducto

16. DISEÑO DE UN ACUEDUCTO LA TRANSICIÓN: La longitud de la transición se puede calcular, aplicando el criterio que da el ángulo máximo para la línea que conecta el muro lateral de la estructura con el talud del canal, fijándolo en 12.5° Para un canal de sección rectangular se puede determinar la longitud de la transición con la ecuación

17. Por lo general las velocidades del agua son más altas en el acueducto que en el canal, resultando en una aceleración del flujo en la transición de entrada y una disminución del pelo de agua a una altura suficiente para producir el incremento de la velocidad necesaria para superar las pérdidas de cargas por fricción y transición cuando se desperdicia la pérdida de agua por fricción que generalmente es mínima se puede calcular extensión del pelo agua con la ecuación LA ENTRADA

18. La elevación A1 en el inicio de la transición de entrada, coincide con la elevación del fondo del canal en esta progresiva. La elevación de B1 la final de la transición de entrada o en el inicio del acueducto se determina según la siguiente expresión

19. LA SALIDA Para estructuras de velocidad se reduce por lo menos en parte, a los efectos de elevar la superficie del agua. Esta elevación de la superficie del agua conocida como recuperación de la altura de velocidad está normalmente acompañada para una pérdida de conversión, conocida como perdida de salida. El incremento de la superficie del agua para estructuras de salida se puede expresar como:

20. La velocidad C, el inicio de la transición de salida cómo coincide con la elevación del fondo del final del acueducto. La elevación D, al final de la transición de salida, o el inicio del canal aguas abajo del acueducto se determina según: Los coeficientes recomendados de CI y Co para usar en los cálculos se dan en la siguiente tabla 01: Tabla N° 01 Coeficientes de pérdidas de entrada y salida, según el tipo de transición

21. BORDE LIBRE El borde libre para la transición en la parte adyacente al canal, debe ser igual al bordo del revestimiento del canal en el caso de un canal en el caso de un canal revestido, en el caso de un canal en tierra el borde libre de la transición será: -0.15 m, para tirantes de agua hasta 0.40 m -0.25 m, para tirantes de agua desde 0.40 m hasta 0.60 m - 0.30 m, para tirantes de agua desde 0.60 m, hasta a1.50 m El borde libre de la transacción en la parte adyacente al acueducto, debe ser igual al borde libre del acueducto mismo

22. EL 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. La sección hidráulica más eficiente es aquella cuya relación entre el ancho (b) y el tirante (y) esa entre 1.0 y 3.0. Para cualquier relación b / y en este rango, los valores del área mojado, velocidad y perímetro mojado son casi idénticos, cuando la pendiente del fondo del acueducto varia entre 0.0001 y 0.100 y para caudales pequeños hasta 2.85 m³/s.

23. El valor común factor rugosidad para un acueducto de concreto armado es n=0.017. la pendiente se determina con: La pendiente Sr debería ser menor de 0.002; caso contrario habrá que modificar el diseño. El calculo hidráulico se hace con la conocida formula de MANNING:

24. TRANSICIÓN DE SALIDA Une el acueducto con el canal

25. CRITERIOS DE DISEÑO * Estás obras constan de transición de entrada y salida siendo siempre rectangular la sección del acueducto. * La energía del acueducto debe ser en lo posible igual a la del canal, para lo cual se trata de dar la misma velocidad en el acueducto y en el canal, despreciándose las pérdidas de carga, en este caso, normalmente suele dársele a las transiciones ángulos de 12°30’. * La pendiente en la sección del acueducto, debe ajustarse lo más posible en la pendiente del canal a fin de evitar cambios en la rasante del fondo del mismo. * Normalmente se aconseja diseñar considerando un tirante en el acueducto igual al del canal, si el caso lo permite. * La condición de flujo en el acueducto debe ser subcrítico.

26. CONCLUSIONES Con los parámetros bien definidos y bien identificados ya podemos estar aptos para el diseño y su viabilidad de un acueducto Los acueductos son obras de cruce importantes para optimizar tiempo y recorrido en el abastecimiento de agua dentro de un determinado sistema, sobre todo ante desniveles topográficos. Se logró elaborar de manera exitosa el diseño hidráulico de un acueducto, cumpliendo con los criterios ya mencionados.

27. GRACIAS