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Monografia Estructura Hidraulica
Monografia Estructura Hidraulica
Monografia Estructura Hidraulica
TEMA:
INGENIERIA HIDRAULICA: ESTRUCTURAS HIDRAULICAS, PRESAS,
IRRIGACION, DRENAJE, EROSION Y TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
ALUMNOS:
FERNANDO
DOCENTE:
CICLO:
HUARAZ – PERU
2023
INTRODUCCIÓN
La Ingeniería Hidráulica es muy importante ya nos posibilita analizar las leyes que rigen el
movimiento de los líquidos y las técnicas para mejorar el aprovechamiento de las aguas.
También mediante el cálculo matemático, el diseño de modelos que a pequeña escala y la
experimentación con ellos, es posible determinar las características de construcción que deben
tener presas, canales, tuberías y máquinas hidráulicas.
El presente trabajo tiene como finalidad mostrar los conceptos más importantes sobre la
Ingeniería Hidráulica buscando así dominar con más firmeza esta amplia rama de la Ingeniería
Civil. Conoceremos cuales son los aspectos positivos de esta hermosa especialidad de la
ingeniería y cómo nos beneficia a nosotros como sociedad, ya que por alguna razón esta rama
de la Ingeniería Civil es la más antigua.
I. RESEÑA HISTÓRICA
La energía producida gracias al agua es esencial para nuestro día a día, eso es indiscutible.
Ahora bien, ¿cómo se originó? Esta rama de la ciencia existe prácticamente desde la historia
de la humanidad, ya que la lucha del ser humano para sobrevivir lo llevó a controlar la fuerza
del agua para canalizar ríos y basar la economía en la agricultura.
Unos de los grandes precursores que crearon numerosos sistemas de canalización del agua
fueron los incas, cuyos propósitos se dirigían hacia la distribución del agua, el abastecimiento
y el riego siguiendo técnicas sostenibles para minimizar su impacto ambiental y generar
agricultura como principal producto de supervivencia. Otro gran ejemplo fueron los romanos.
Muestra de ello, sus obras como el acueducto, la cloaca máxima o el complejo de baños, que
fueron algunas de sus aportaciones en invenciones para este tipo de energía.
No obstante fue en el año 1795 cuando se creó el primer modelo físico hidráulico gracias al
ingeniero Luís Jerónimo en un tramo del río Garona. Años más adelante descubrieron la
relación que existía entre la fuerza de la inercia y la fuerza de fricción interna, ya que estas
premisas eran de gran importancia a la hora de elaborar el diseño de los modelos hidráulicos.
Pero, ¿cuándo se creó el primer laboratorio? Éste hizo su aparición a raíz de los grandes
descubrimientos producidos anteriormente y, en el año 1891, se fundó el primer laboratorio
hidráulico en Dresden (Alemania), uno de los principales motores en la investigación y
formación de ingenieros en esta rama.
Cabe destacar la importancia que tiene la ingeniería hidráulica en nuestro tiempo. Con ella
no sólo se pueden hacer presas de agua, sino conductos de presión para transportar el agua
potable, alcantarillados, canales y un largo etcétera.
Por último, os vamos a decir que una de las obras más impresionantes realizadas por
ingenieros hidráulicos tuvo lugar en China. La presa de las Tres Gargantas es la planta
hidroeléctrica más grande del mundo y tardaron más de 19 años en construirla.
II. DEFINICIÓN
Es una de las ramas de la Ingeniería Civil que se ocupa de la proyección y realización de obras
relacionadas con el agua y se emplea para las diferentes funciones, como la obtención de la
energía hidráulica, para la irrigación, potabilización, canalización y para la construcción de
estructuras en mares, ríos y lagos.
Las teorías son importantes para la ingeniería hidráulica porque son sustentadas por el uso
de instrumentos matemáticos, que van modernizándose de acuerdo a los tiempos pero
siempre se obtiene algún coeficiente o fórmula empírica, que resulta ser la manera en que se
resuelven los problemas prácticos, luego de haberlo determinado por medio de
experimentos de laboratorio, de obras construidas y de operantes de las funciones que
desempeñan los ingenieros hidráulicos.
Las funciones que desempeñan los ingenieros hidráulicos son de diseñar, planificar, construir
y operar las obras hidráulicas que se basan en las investigaciones que se apoyan de gran
manera de los resultados experimentales.
Los ingenieros hidráulicos elaboran grandes estructuras como las presas, las esclusas que es
un compartimiento cerrado para aumentar o disminuir el nivel del agua, los canales
navegables, los puertos, etc. Y estas obras las relacionan con la agricultura, porque es una de
las especialidades de la ingeniería hidráulica donde se realizan sistemas de riego que es agua
disponible para regar sobre una superficie y de drenaje es el procedimiento empleado para
desecar el terreno por medio de conductos subterráneos.
Esta área está capacitada para diseñar los procesos de mantenimiento para prevenir y
controlar la contaminación del agua y del aire que está dentro de la especialización del
alumno y puede orientarse a la hidráulica experimental los recursos de agua.
III. RAMAS DE LA INGENIERÍA HIDÁULICA
Por el contrario, se denomina hidrografía al estudio de todas las masas de agua de la Tierra y,
en sentido más estricto, a la medida, recopilación y representación de los datos relativos al
fondo del océano, las costas, las mareas y las corrientes, de manera que se puedan plasmar
sobre una carta hidrográfica. No obstante esta diferencia, los términos se utilizarán casi
como sinónimos, ya que la parte de la hidrografía que interesa aquí es aquella que crea
relieve, por lo tanto, la que está en contacto con la superficie terrestre, y por eso mismo la
que es objeto de un análisis hidrológico.
La circulación de las masas de agua en el planeta son responsables del modelado de la
corteza terrestre, como queda de manifiesto en el ciclo geográfico. Esa influencia se
manifiesta en función de la distribución de las masas de rocas coherentes y deleznables, y de
las deformaciones que las han afectado, y son fundamentales en la definición de los
diferentes relieves.
Recordemos que un río es una corriente de agua que fluye por un cauce desde las tierras
altas a las tierras bajas y vierte en el mar o en una región endorreica (río colector) o a otro río
(afluente). Los ríos se organizan en redes. Una cuenca hidrográfica es el área total que vierte
sus aguas de escorrentía a un único río, aguas que dependen de las características de la
alimentación. Una cuenca de drenaje es la parte de la superficie terrestre que es drenada por
un sistema fluvial unitario. Su perímetro queda delimitado por la divisoria o interfluvio.
HIDROLOGÍA SUPERFICIAL: la cual estudia las corrientes de agua que riegan la superficie de
la tierra y su almacenamiento en depósitos naturales (lagos, lagunas, ciénagas).
HIDROLOGÍA SUBTERRÁNEA: en la que se incluyen los estudios del agua
subterránea(acuíferos). Desde el punto de vista de la Ingeniería Civil, veremos que la
Hidrología incluye los métodos para determinar el caudal como elemento de diseño de las
obras que tienen relación con el uso y protección del agua, como es el caso de represas,
canales, acueductos y drenaje pluvial, entre otros.
V. ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS
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.
CLASIFICACIÓN:
Se clasifican según la función que van a desempeñar en el proyecto:
Estructuras para cruzar depresiones
Estructuras para salvar desniveles
Estructuras para control de gasto
Estructuras para distribución de gasto
Estructuras de seguridad
1 ESTRUCTURAS DE CRUCE
Son las obras mediante las cuales es posible cruzar un canal con cualquier obstáculo (una vía
de ferrocarril, un camino, un río, un dren, una depresión o sobre elevación natural o artificial
del terreno) que se encuentra a su paso. Para salvar el obstáculo, se debe recurrir a una
estructura de cruce que puede ser: - Acueducto- Alcantarilla- Sifón- Túnel
2 ESTRUCTURAS DE SEGURIDAD
Son obras que se construyen complementariamente a un sistema de conducción por canales;
que permiten dar seguridad a las estructuras ante la ocurrencia de caudales extremos,
activación de quebradas, inundaciones, entre otras.
Entre las principales estructuras de seguridad tenemos:
Aliviadero- Defensas o diques- Badenes- Alcantarillas.
CANAL DE PANAMÁ
Presas
Situada en el río
Yenisei, Rusia. Es
la mayor central
hidroeléctrica del
país y la quinta a
nivel mundial en
energía producida.
Estaciones de bombeo
Red de abastecimiento de agua potable
Sistemas de riego
Sistema de drenaje
Defensas ribereñas
VI. IRRIGACIÓN
La irrigación o riego es una técnica utilizada en la agricultura que tiene como objetivo
proporcionar controlada de agua para las plantas en cantidad suficiente y en el momento
adecuado, asegurando la supervivencia y la productividad de la plantación. Complementa la
precipitación natural.
La agricultura de riego consiste en suministrar las cantidades necesarias de agua a los cultivos
a través de varios métodos artificiales de riego. Este tipo de agricultura requiere inversiones de
capital y una cuidadosa infraestructura hídrica: canales, calas, aspersores, depósitos, etc., lo
que a su vez requiere un desarrollo técnico avanzado. El recurso hídrico es esencial para la
producción de cultivos, su disponibilidad depende de la formación de nueva biomasa vegetal.
Está claro que el agua es un elemento clave en la supervivencia de la raza humana, pero
también está claro que hoy es un recurso cada vez más escaso.
VII. DRENAJE
Drenaje, cloacas o red de saneamiento, en ingeniería y urbanismo, es el sistema de tuberías,
sumideros o trampas, con sus conexiones, que permite el desalojo de líquidos, generalmente
pluviales, de una población.
Tuberías: Son conductos que cumplen la función de transportar agua u otros fluidos.
Sumideros: Son tipos de dolinas circulares que actúan como desagüe natural para el
agua de lluvia o para corrientes superficiales como, ríos o arroyos.
Trampas de drenaje: Conocido como el famoso alcantarillado, encargado de transportar el
agua hasta el sistema sanitario.
Tipos de drenaje:
Drenaje sanitario: son las tuberías por las cuales se trasladan las aguas negras o servidas.
Se llama drenaje del baño sanitario al que transporta los desechos líquidos de casas,
comercios y fábricas no contaminantes. En algunas ciudades son dirigidos a plantas
depuradoras para su tratamiento y posterior vertido a un cauce que permita al agua
continuar el ciclo hidrológico.
Drenaje pluvial:
Se conoce con éste nombre al sistema de drenaje que conduce el agua de lluvia a lugares
donde se organiza su aprovechamiento.
En muchas localidades no se realiza la diferenciación entre drenaje sanitario y pluvial y todo
el material recolectado es concentrado al mismo destino causando que todos los tipos de
deshechos se junten.
Funcionamiento del Drenaje: El drenaje funciona gracias a la gravedad. Las tuberías se
conectan en ángulo descendente, desde el interior de los predios a la red municipal, desde el
centro de la comunidad hacia el exterior de la misma. Cada cierta distancia se perforan pozos
de registro verticales para permitir el acceso a la red con fines de mantenimiento.
En el caso del drenaje pluvial, en el pavimento de las calles se establecen alcantarillas,
conectadas directamente a la tubería principal, para captar el agua de lluvia.
Un ejemplo lamentable del problema de la insuficiencia de drenaje urbano de una gran ciudad
es el que sufrió la ciudad de Nueva Orleans, en los Estados Unidos, cuando el huracán Katrina
ocasionó, a fines de agosto del 2005, una catastrófica inundación exacerbada por la dificultad
en drenar rápidamente las partes inundadas y la rotura de los diques del Río Misisipi que
inundaron la ciudad a un nivel más alto, incluso después de haber pasado el huracán.
A 12 años de Los problemas de drenaje en Nueva Orleans, EE. UU.
VIII. EROSIÓN
La erosión forma parte de lo que se conoce como ciclo geográfico, que abarca los cambios que
sufre un relieve por la acción de distintos agentes. Se trata del proceso de desgaste de la roca
madre por procesos geológicos exógenos. Estos procesos causantes de la erosión pueden ser
el viento, las corrientes de agua, los cambios de temperatura o hasta la acción de seres vivos.
Esto quiere decir que los animales pueden causar la erosión al comer pasto, por ejemplo.
Asimismo hay que dejar patente que existen una serie de factores que son los que vienen a
determinar que el proceso de erosión sea mucho más rápido. En concreto, entre los mismos
destacaríamos, por ejemplo, el relieve de la zona en sí pues si esta cuenta con una pendiente
relativamente contundente se facilitará aquella acción.
Así, por ejemplo, está perfectamente claro que toda aquella superficie que cuente con una
clase de vegetación lo tendrá mucho más fácil para poder conseguir evitar o frenar en cierta
medida la erosión. Y es que aquella, entre otras cosas, servirá para proteger la superficie no
sólo de la acción del viento sino también del discurrir del agua.
Y es ahí donde a su vez cobra un papel muy relevante la acción del hombre que también se
convierte en un factor fundamental del proceso de erosión. Y es que a través de determinados
actos de él se puede acelerar el citado. Un claro ejemplo de ello es la acción del agricultor que
acaba con la vegetación de un terreno o cuando lleva a cabo diversos cultivos.
TIPOS DE OROSION
Erosión hídrica:
Erosión marina:
Erosión por cambios de fase: fractura de la roca producidas por congelación del agua en
grietas, debido a su aumento de volumen.
Erosión eólica:
Erosión eólica, producida por el esfuerzo de cizalla del flujo del viento o por la abrasión de
partículas de aire que éste transporta. El viento actúa sobre el relieve de acuerdo a las
características climáticas del sitio:
En las zonas desérticas modela la superficie al perfilarlas dunas o formar los desiertos
de piedras, llamados erg, al arrastrar el material fino y dejar el grueso.
En las zonas húmedas y áridas se produce el transporte de materiales finos tal como el
lo es, originando relieves planos, ligeramente ondulados.
Donde el tipo de rocas los permite, tal como sucede con las tobas, formadas por cenizas
volcánicas compactadas, el viento modela la forma de las mismas originando ventanas, figuras,
etc.
Erosión gravitacional
Uno de los principales factores que determina la velocidad de los procesos de erosiones el
relieve. Los procesos fluviales o gravitatorios actúan generalmente en presencia de una cierta
pendiente topográfica.
Superficie erosionada
Roca madre (basamento o sustrato): roca no alterada, en la forma en que se formó por
procesos geológicos. Puede tratarse de cualquier tipo de rocas (ígneas, metamórficas o
sedimentarias).
Fragmentos de rocas producto de la meteorización mecánica (termoclastia,
gelifracción, etc.) o formados por abrasión mecánica de la roca madre debida a la
acción del viento, aguaso glaciares.
Suelos, en especial aquellos que han sido despojados de su cubierta vegetal por tala,
sobrepastoreo incendio.
La rapidez de los procesos erosivos es función de la erodabilidad de la roca. Está a su vez está
definida, en el caso de las rocas sedimentarias, por la consolidación de los clastos.
Los agentes son más eficaces dependiendo del tipo de suelo, de la cubierta vegetal (hierbas,
árboles, rocas, etc.), la cantidad de agua que circule, el viento o las variaciones térmicas.
EFECTOS NEGATIVOS DE LA EROSIÓN
Desertificación
Los grandes desarrollos hidroenergéticos que se programan en el país, así como las estructuras
hidráulicas que hay que construir en el inmediato futuro, exigen una evaluación previa de su
factibilidad técnica y económica, dadas las grandes sumas de dinero que hay que invertir en
ellas, a más del carácter de endeudamiento externo que estas inversiones conllevan.
Con base en esta exigencia, el análisis del TRANSPORTE DE SEDIMENTOS de los ríos y hoyas
hidrológicas, ha adquirido una importancia capital, pues determina la “vida económica de las
obras”.
El transporte de sedimentos es un fenómeno complejo que responde a dos funciones, una que
representa las características de la hoya y otra las del río; una de las funciones indica la
cantidad, naturaleza y propiedades físicas de los materiales disponibles para el transporte, y la
otra, la capacidad del sistema hidráulico para hacerlo.
Esta complejidad hace que el problema del transporte de sedimentos sea imposible de
resolver por la aplicación simple de la teoría de la mecánica de los fluidos.
La presencia de partículas en el flujo altera el comportamiento hidráulico muchas veces
motivado por la presencia de elementos artificiales, como son apoyos de puentes o estructuras
hidráulicas, Que hacen que se rompa el equilibrio del flujo.
X.1 DEFINICION.-
Los sedimentos que transporta una corriente de agua son consecuencia natural de la
degradación del suelo, puesto que el material procedente de la erosión llega a las corrientes
a través de tributarios menores, por la capacidad que tiene la corriente de agua para
transportar sólidos, también por movimientos en masa, o sea, desprendimientos,
deslizamientos y otros.
En un punto cualquiera del río, el material que viene de aguas arriba puede seguir siendo
arrastrado por la corriente y cuando no hay suficiente capacidad de transporte este se
acumula dando lugar a los llamados depósitos de sedimentos.
Las corrientes fluviales forman y ajustan sus propios cauces, la carga de sedimentos a
transportar y la capacidad de transporte tienden a alcanzar un equilibrio. Cuando un tramo
del río consigue el equilibrio, se considera que ha obtenido su perfil de equilibrio. Sin
embargo, puede ser aceptable que existan tramos o sectores de un río que hayan alcanzado
su equilibrio, aunque estén separados por tramos que no tengan este equilibrio.
Cuando el esfuerzo de arranque que el agua ejerce sobre el lecho constituido por sedimentos
es suficientemente fuerte para remover una capa de partículas, estas no se desprenden
indefinidamente sino que pueden adquirir un estado de equilibrio después de ponerse en
movimiento algunas capas anteriores. Según R.A. Bagnold las partículas transportadas
añaden una fuerza nueva, normal al lecho, que mantiene las partículas del lecho expuestas
contra la tracción que se ejerce por la mezcla de agua y sedimentos.