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  • Hola a todos:
    Sin dementar el trabajo de esta tesis, pero creo que es un fusil o simple copia del manual de presas derivadoras de la extinta SARH, espero se le haya dado el reconocimiento merecido.
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  • muy bien
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  • 1. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA UNIDAD ZACATENCO SUBDIRECCIÓN ACADÉMICA T E S I S QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO CIVIL P R E S E N T A : GONZALO LUGO CRUZ Asesor: M. en C. Lucio Rosales Ramírez MÉXICO D.F. DICIEMBRE 2004
  • 2. AGRADECIMIENTOSA MI MADRE:A la Sra. Zenaida Cruz Vaquero con la mayor gratitud por todos los esfuerzos, tus desvelos, tussacrificios para que yo pudiera terminar mi carrera profesional. Por las lágrimas que cayeron de tus ojoscuando tus sueños se quebraban. Por haberme dado todo y por enseñarme a luchar por lo que se quiere.Gracias por guiar mi camino y estar siempre junto a mí en los momentos difíciles. Mi triunfo es tuyo...A MI PADRE:Al Sr. Juan Lugo Hernández gracias por tu sacrificio en algún tiempo incomprendido, por tu ejemplo desuperación incansable, por tu comprensión y confianza, por tu amor y amistad incondicional, porque sintu apoyo no hubiera sido posible la culminación de mi carrera profesional. Por lo que ha sido y será...Gracias.A MIS HERMANOS:Lic. María de Lourdes Lugo Cruz, Juan Lugo Cruz, Yolanda Lugo Cruz: no es fácil llegar, se necesitaahínco, lucha y deseo, pero sobre todo el apoyo que me han brindado en todo este tiempo. Ahora más quenunca se acredita mi cariño, admiración y respeto por ustedes. Gracias por lo que hemos logrado: mitrofeo es también vuestro...A CECY:Mil gracias por todo lo que me has dado y sobre todo por la confianza que me has transmitido día con díacon tan solo haber creído en mí ¡Te amo!A MIS AMIGOS Y FAMILIARES:Por compartir tristezas y alegrías, éxitos y fracasos, Lo único que acierto a decir es gracias por losdetalles, las aventuras y uno que otro placer terrenal que me han brindado en el transcurso de mi vida...(Jarillo (Q.E.D.), Galindo, Etzel, Emelia, Chori, Manuel, Peludo, Toño, Maye, Canto, Chava,Huehuetoca, Rentería, More, Yael, Espíritu, Vakero, Manolín, Kolocho (Chino), Katy, Koño (purge),Chepe Chepe, Komí, Chojojoi,Tocayo, y si se me pasó alguien perdón...)A MIS PROFESORESA todos los profesores que a lo largo de mi vida formativa e informativa han aportado algo para forjar elcarácter que poseo. En especial a todos los profesores que hacen que nuestra querida ESIA siga en pié(Ing. Castro Paredes, Ing. Arroyo Trejo, Ing. Flores Ruiz, Ing. Sofío Cruz Estrada, Ing. Santana, Ing.Curtis Dietz, Ing. Gonzalo Monrroy, Ing. Moisés Domínguez Bonilla (Q.E.D.) Ing. Lucio RosalesRamírez) GONZALO LUGO CRUZ
  • 3. OBRAS DE DERIVACIÓN PRÓLOGO PRÓLOGO La mayoría de los jóvenes que ingresamos a cualquier sistema de educación superiortenemos cierta inquietud por resolver alguno de los problemas que aquejan al país, o al menostenemos conciencia de ellos. La diferencia del grado de participación real en las acciones deresolución estriba sencillamente en la motivación que el estudiante sienta para aceptar el reto yla motivación promueve la confianza. Precisamente nuestra carrera, la ingeniería civil, tiene un inmenso campo de trabajo; lamayor parte de esa área esta dedicada a solucionar los problemas que afectan el desarrollo dela calidad de vida del mexicano. El ingeniero civil crea, inventa, evalúa, proyecta, diseña,construye, supervisa, opera y administra gran parte de la infraestructura que sostiene esedesarrollo. Es lógico pensar entonces que en las escuelas superiores donde se preparan ingenierosciviles, se motive a los alumnos a abordar con entera confianza los problemas que detienen alpaís, utilizando para tal efecto lo más valioso que tienen los jóvenes mexicanos: el ingenio. Laingeniería civil permite el ejercicio del ingenio y por eso es tan hermosa. Pero el desarrollo delingenio implica actualmente el manejo de herramientas con suficiente conciencia yconocimiento teórico que nos hace competitivos y por tanto eficientes en el desempeño denuestras actividades. Sin lugar a duda, más de un compañero (alumno, profesor, investigador, profesionista,etc.) en algún momento que tuvo la necesidad de consultar algún tema relacionado con obrasde derivación y se encontró con la desagradable sorpresa de que el material es escaso o fuerade edición. Aclaro que no se pretende que con este trabajo se sustituya de manera radical lasfuentes de información existentes sino que es mi intención aportar de manera sintetizadainformación a la mayor parte de las personas interesadas en el tema. La presente obra se divide en 5 capítulos: el primero se refiere a una breve descripciónde los tipos de obras de derivación así como datos sobre algunas de las obras de derivaciónmás importantes para las actividades agrícolas en México: Presas Derivadoras. El segundocapítulo comprende en el estricto uso de la palabra el “objetivo” de las obras de derivación. Enel tercer capítulo se exponen las bases mínimas para facilitar la labor de las personasrelacionadas con el proyecto de presas de derivación. En el cuarto capítulo se aborda lasolución a un problema de proyecto de canal de derivación utilizando criterios de investigadoressoviéticos. En el último capítulo se hacen conclusiones sobre la obra. Debido a lo tedioso que puede resultar la solución manual del problema que abordo, serealizó una hoja de cálculo en conocida paquetería (Microsoft Excel) la cual si no es tansofisticada debido a la simplicidad de su logística, sí disminuye de manera radical el cálculomanual.
  • 4. OBRAS DE DERIVACIÓN ÍNDICE ÍNDICE Páginas I.- OBRAS DE DERIVACIÓN 1 - 28 I.1 TOMAS DIRECTAS I.2 BARAJES SIMPLES I.3 CAJAS DE MANANTIALES I.4 GALERÍAS FILTRANTES I.5 DIQUES SUBTERRÁNEOS I.6 PLANTAS DE BOMBEO I.7 PRESAS DE DERIVACIÓN II.- OBJETIVO 29 - 30 III.- JUSTIFICACIÓN 31- 102 III.1 PARTES ESENCIALES DE UNA PRESA DERIVADORA III.1.1 CORTINA O DIQUE VERTEDOR III.1.2 BOCATOMA U OBRA DE TOMA III.1.3 ESTRUCTURA DE LIMPIA III.1.4 OBRAS COMPLEMENTARIAS IV.- ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN 103 - 127 IV.1 CANAL CON PLANTILLA VARIABLE IV.2 EJEMPLO IV.3 ANÁLISIS HIDRÁULICO V.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 128 - 131 V.1 CONCLUSIONES V.2 RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA 132
  • 5. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I OBRAS DE DERIVACIÓN
  • 6. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓN I.- OBRAS DE DERIVACIÓN Se definen como obras hidráulicas de derivación, aquellas que se construyen con elobjeto de aprovechar las aguas superficiales en forma controlada y sin alterar el régimen de lafuente de abastecimiento, disponiéndolas de tal manera que se puedan conducir hasta el sitiode utilización ya sea por gravedad o bombeo. De acuerdo con lo anterior y considerando las características, tanto de la fuente deaprovechamiento como de la obra, básicamente se tienen los siguientes tipos de obras dederivación: I.1 Tomas directas I.2 Barajes simples I.3 Cajas de Manantiales I.4 Galerías Filtrantes I.5 Diques subterráneos I.6 Plantas de Bombeo I.7 Presas de derivación 1
  • 7. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNI.1 TOMAS DIRECTAS La Toma Directa representa una de las soluciones más simplistas para efectuar unaderivación y se adopta cuando la fuente de aprovechamiento puede proporcionar un caudalmucho mayor que el gasto deseado. En estos casos no es necesario elevar el nivel del agua dela fuente para encauzarla hacia el sitio deseado, ya que se busca contar en forma natural, conun tirante adecuado y condiciones topográficas favorables que posibiliten un funcionamientohidráulico correcto (ver Fig. I.1 y I.2). El tirante necesario puede tenerse en alguna poza quehaga las veces de una presa derivadora natural localizada en un lugar firme. Esencialmenteconsta de un canal abierto que comunica a la fuente directamente con el conducto que llevará elagua a su destino, y de una estructura en la que se instalan rejillas y compuertas para el controldel paso de agua. Especialmente se construyen en lagos y ríos. Este tipo de obra no cuenta conningún dispositivo para evitar el azolvamiento de la estructura y lo que se procura, es captar lasaguas a un nivel lo más alto que sea posible del fondo del cauce. Muro de mampostería Perfil de terreno Plantilla del canal de acceso Rejillas Inicio del canal Compuerta para control de riego Fig. I.1 Toma directa Agujas Rejilla Cauce Compuerta Inicio del canal Canal de acceso Fig. I.2 Toma directa 2
  • 8. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNI.2 BARAJES SIMPLES Los barrajes son quizá la forma más rudimentaria de las obras derivadoras utilizados enríos y arroyos (ver Fig. I.3, I.4, I.5). La idea que se persigue con ellos, es constituir una pantallaque obstaculice el paso de la corriente, obligándola a formar un tirante mayor al normal, paradesviar parte del agua y encauzarla a un canal localizado en una de las márgenes del río. Losbarrajes de construyen transversalmente a la corriente y se forman con tablaestacados, ramasde árboles y diques de arcilla o con material de acarreos del mismo río. Generalmente seemplean en aprovechamientos provisionales y de poca magnitud ya que se tiene la necesidadde un constante acondicionamiento, porque son fácilmente deteriorados por la corriente,especialmente en época de crecientes, por lo que se aconseja su construcción después de latemporada de lluvias. Este tipo de obra ya permite un desarenamiento natural y la construccióndel canal de riego a un nivel, que el logrado con la toma directa. Tarima Estructura de madera Relleno de mortero o concreto Fig. I.3 Barraje simple Leños Piedras grandes gruesos Relleno de piedra y troncos Fig. I.4 Barraje simple 3
  • 9. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓN Tarima rústica Troncos Enrocamiento o terraplén apiso- nado Fig. I.5 Barraje simpleI.3 CAJAS DE MANANTIALES Para captar el agua de los manantiales se construyen Diques y Cajas de concreto o demampostería dispuestos en forma tal, que se logre reunir en un sitio convenientemente elegido,la aportación de cada venero para facilitar y controlar la derivación (ver Fig. I.6). Terreno natural Demasías Lavado y demasías Entrada Afloramiento Arena y grava Al colector general Fig. I.6 Caja en manantial 4
  • 10. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNI.4 GALERÍAS FILTRANTES La Galería Filtrante se emplea para captar el agua subálvea de los ríos y en algunoscasos se combina con la construcción de las presas derivadoras o de las tomas directas paramejorar el aprovechamiento de la corriente (ver Fig. I.7). Consisten fundamentalmente en uno oen varios conductos perforados y sin juntar, dispuestos en forma conveniente a un nivel inferiordel fondo natural del cauce, a fin de recolectar y conducir las filtraciones a un depósito tambiénsubterráneo del cual se extrae el gasto recolectado. Perfil del cauce Acarreos Colector A la utilización Tubos perforados Fig. I.7 Galería filtrante 5
  • 11. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNI.5 DIQUES SUBTERRÁNEOS Los Diques Subterráneos son pantallas que se interponen bajo el fondo del cauce de losríos, para cortar las filtraciones del agua entre los acarreos y propiciar el afloramiento de lascorrientes subálveas una vez que estas hayan sido convenientemente definidas (ver Fig. I.8 yI.9). Se forman de diferentes materiales, como concretos, arcilla compacta, lechadas decemento y bentonita, etc. En algunos casos el dentellón de un dique vertedor se prolonga losuficiente para hacer las funciones de pantalla subterránea. Cortina Fondo del cace Pantalla impermeable Acarreos (Lechada Cemento - Bentonita) Estrato impermeable Fig. I.8 Dique subterráneo Cortina para derivación Dique de Arcilla compactado Material impermeable Fig. I.9 Dique subterráneo 6
  • 12. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNI.6 PLANTAS DE BOMBEO Cuando se ha definido la necesidad de bombear el agua para llevarla hasta un sitioconvenientemente elegido, las estructuras ya mencionadas se complementan con una planta debombeo, formando así lo que se puede llamar un sistema de derivación con bombeo (ver Fig.I.10). Fig. I.10 Equipo de Bombeo en Toma directa sobre río o canalI.7 PRESAS DE DERIVACIÓN Las Presas de Derivación, son estructuras que se originaron al mejorar el funcionamientode los barrajes y la efectividad de las tomas directas. Consecuentemente mediante este tipo deobra se controla el paso de la corriente, de eleva el tirante del agua para encauzarla hacia laobra de toma y el gasto de derivación, es controlado con ésta última estructura (ver fig. I.11). Las presas derivadoras tienen como principal función la irrigación; la mayoría de lasconstruidas en México cumplen tal objetivo, sin embargo algunas otras cumplen funciones deabastecimiento de agua, generación de energía a pequeña escala y control de avenidas encasos muy especiales. Los tipos utilizados son varios desde bastante sencillos de tierra y enrocamiento, desección gravedad de mampostería o concreto y de sección mixta, hasta soluciones conestructuras importantes como las presas de arco y de contrafuertes. El tipo más usado en México es el de tierra y enrocamiento, llamado “Tipo Indio”originado por evolución empírica, con cierta dosis de técnica, de las construccionesrudimentarias para derivación, formadas por simples promontorios de troncos con tierra y roca.Esta frecuencia de uso se debe a que este tipo de estructuras es de construcción expedita, debajo costo y a que, destinada la mayoría de las veces a derivar corrientes torrenciales, esnotable la poca ocurrencia de daños importantes durante su funcionamiento. 7
  • 13. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓN Fig. I.11 Esquemas de una Presa Derivadora A continuación se enuncian algunas presas derivadoras existentes en Méxicomencionando las estructuras que la forman y la función que desempeñan con la finalidad de daruna idea general sobre los diversos tipos de presas derivadoras. 8
  • 14. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNI.7.1.- PRESA ING. ANDREW WEISS Fig. I.12 Fotografía de la presa Ing. Andrew Weiss Fig. I.13 Localización 9
  • 15. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNCARACTERÍSTICAS DE LA PRESA DERIVADORA:Localización:Se encuentra localizada sobre le río Humaya, 13 Km aguas debajo de la presa PresidenteAdolfo López Mateos y a 17 Km del norte de la ciudad de Culiacán.Cuenca:Su área es muy limitada puesto que la presa de almacenamiento antes mencionada controlacasi la totalidad del escurrimiento del río HumayaFunción:Es la estructura derivadora de las descargas de la presa de almacenamiento hacia el canal deEl Humaya, para riego de los Valles de Pericos, Guamúchil y Sinaloa y complementar elabastecimiento para el Valle de Culiacán enviando el agua hasta la presa de ese nombre por elpropio cauce del río Humaya.Avenida máxima:Para el diseño de la obra, se consideró un gasto máximo de 6000 m3/segDESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS:Cortina:Es del tipo de enrocamiento con geometría tipo “Indio” que permite sea esencialmentevertedora. Características geométricas: Longitud de corona: 265 m Altura máxima desde el desplante: 8.50 m Talud aguas arriba: 3:1 Talud aguas abajo: 12:1Obra de toma:Es una estructura de concreto reforzado localizada en la margen derecha de la cortina queforma tres orificios para alojar al mismo número de compuertas radiales de 4.00 m de ancho por3.80 de altura que controlan el paso del agua hacia el canal. La capacidad de la estructura esde 110 m3/seg.Desarenador:Localizado en el extremo derecho de la cortina; consiste en una estructura de concreto queforma 4 vanos en los que se alojan 4 compuertas radiales de 5.00 m de ancho por 6.25 m dealtura. 10
  • 16. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNI.7.2.- PRESA ING. BLAS BALCARCEL (El Mezquite) Fig. I.14 Fotografía de la presa Ing. Blas Balcarcel Fig. I.15 Localización 11
  • 17. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNCARACTERÍSTICAS DE LA PRESA DERIVADORA:Localización:Sobre el río Lerma en la zona limítrofe de los estados de Jalisco y Michoacán, cuenta con doscaminos de acceso: el de la Margen izquierda a 2 Km de la carretera Guadalajara Zapotlanejo yel de la Margen derecha a 17 Km desde Yurécuaro.Cuenca:Su área está limitada por la presa Melchor Ocampo (El Rosario) localizada sobre el río AnguloMichoacán afluente del río Lerma y por una serie de pequeños almacenamientos ubicados enlas corrientes secundarias que se aprovechan para fines de riego y usos domésticos.Función:Esta presa permite derivar las aportaciones de la presa Melchor Ocampo y los escurrimientosdel río Lerma hacia las unidades de riego La Barca y Yurécuaro.Avenida máxima:Se tiene considerada para esta presa una avenida de 1000 m3/seg para lo cual se ha diseñadouna estructura vertedora en forma de cimacio de cresta libre.DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS:Cortina:Es una estructura de sección vertedora, construida con mampostería y totalmente revestida deconcreto. Cuenta en la parte inferior de aguas abajo con un disipador de energía en forma desalto de esquí. Está desplantada sobre materiales de acarreo del río, contando con dentellonesprofundos en los extremos aguas arriba y aguas abajo. Características geométricas: Longitud de corona: 190 m Altura máxima desde el desplante: 6.90 m Elevación cresta vertedora: 1561.40 m Elevación corona: 1564.50 mObra de toma:Está proyectada para una capacidad de 25 m3/seg y se localiza en la margen derecha; constade 3 conductos cuadrados de 1.83 m por 1.83 m, operados mediante compuertas deslizantesde mismas dimensiones para control de gastos.Desarenador:Está localizado en la margen derecha del río y consta de dos compuertas radiales de 3.50 mpor 4.00 m con capacidad de 100 m3/seg. 12
  • 18. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNI.7.3.- PRESA EL CORCOVADO Fig. I.16 Fotografía de la presa “El Corcovado” Fig. I.17 Localización 13
  • 19. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNCARACTERÍSTICAS DE LA PRESA DERIVADORA:Localización:La presa derivadora “El Corcovado” está localizada sobre le río Ayuquila a unos 30 Km aguasdebajo de la presa de almacenamiento de “Tacotán”, en le límite do los municipios de Autlán yEl Grullo, a un kilómetro al sur del puente armería, instalado para dar paso a la carreteraGuadalajara – Manzanillo.DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS:Cortina:Esta obra está constituida por una sección vertedora de enrocamiento, tipo “indio”. La estructuratiene una longitud de 160 m y altura máxima de 3.50 m sobre el lecho del río. Aguas arriba estáformada por una zona impermeable de 12 m de ancho, construida con tierra vaciada a volteo ycompactada por el paso de vehículos; está protegida por una capa de roca de 1.00 m deespesor. Aguas abajo, y a un metro inferior de la cresta se construyó un delantal deenrocamiento.Obra de toma:Estas estructuras están situadas en los extremos de la presa, ligadas a esta y construidastotalmente de concreto reforzado. Consisten en tres conductos: 2 para la margen derecha y 1para la margen izquierda, son de sección cuadrada, pudiéndose extraer entre los tres conductosun gasto de 15.00 m3/seg mediante compuertas deslizantes operadas manualmente.Desarenador:Las obras de limpia de ambas márgenes consisten en estructuras de concreto reforzado queforman 3 vanos para la margen derecha y dos para la margen izquierda, donde se alojancompuertas radiales para el control de las descargas. 14
  • 20. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNI.7.4.- PRESA ESTEBAN BACA CALDERÓN (Las Gaviotas) Fig. I.18 Fotografía de la presa Esteban Baca Calderón Fig. I.19 Localización 15
  • 21. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNCARACTERÍSTICAS DE LA PRESA DERIVADORA:Localización:Sobre el río Ameca, en el sitio denominado Las Gaviotas, a 35 Km de su desembocadura alOcéano Pacífico y a 4 Km aguas arriba del poblado El Colomo Nayarit.Cuenca:El río Ameca, límite natural en parte de los estados de Jalisco y Nayarit, en su recorrido recibevarias corrientes tributarias siendo los principales los ríos Ahululco, Atenguillo, Ahuacatlán yMascota. Hasta su desembocadura al Océano Pacífico en la bahía de Banderas, drena un aguade cuenca de 12 214 Km2.Función:Deriva las aguas del río Ameca para el riego en el Distrito de Riego del Bajo río Ameca.Avenida de diseño:Se consideró un gasto máximo de 4000 m3/seg de acuerdo con el régimen de la corriente.DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS:Cortina:De acuerdo a los materiales de construcción, es de enrocamiento, con geometría tipo “indio”,desplantada totalmente sobre los materiales de acarreo del río. En cuanto a su funcionamiento,es vertedora y transitable en épocas de estiaje para lo cual cuenta con rampas de acceso enambas márgenes. Características geométricas: Longitud de corona: 322 m Altura máxima desde el desplante: 6.50 m Talud aguas arriba: 3:1 Talud aguas abajo: 12:1Obra de toma:Margen derecha.- Es una estructura de concreto reforzado que forma 3 vanos para alojar elmismo número de compuertas deslizantes que controlan el paso del agua a conductos deconcreto reforzado que descargan al canal principal. La capacidad de esta estructura es de 8m3/seg.Margen izquierda.- Es del mismo tipo del de la derecha, tiene 3 compuertas deslizantesalojadas en los vanos formados por la estructura de concreto reforzado, que controlan el pasodel agua a conductos también de concreto reforzado, que descargan al canal principal. Lacapacidad de esta estructura es de 2 m3/seg.Desarenador:En ambas márgenes estructuras de concreto reforzado que forman 2 vanos para alojarcompuertas radiales que se operan desde un puente de maniobras localizado en la corona delas pilas. 16
  • 22. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNI.7.5.- PRESA GRAL. FELIPE ÁNGELES (El Recodo) Fig. I.20 Fotografía de la presa Gral. Felipe Ángeles Fig. I.21 Localización 17
  • 23. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNCARACTERÍSTICAS DE LA PRESA DERIVADORA:Localización:La boquilla “El Recodo” sobre el río Tula se encuentra a unos 5 Km aguas arriba de la poblaciónde Ixmiquilpan, Hgo.Cuenca:El área de la cuenca queda limitada al tramo que se tiene entre esta y la presa derivadora“Chilcuautla” ubicada a unos 15 Km aguas arriba sobre el río Tula.Función:Esta presa deriva los escurrimientos del río tula, controlados en la presa de almacenamiento “ElEndhó” que regulariza gran parte de las avenidas. El vertedor tiene una capacidad de 600m3/seg.DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS:Cortina:Se trata de una estructura tipo sección gravedad de mampostería, con tramo central vertedorque en su descarga remata con una estructura deflectora Características geométricas: Longitud de corona: 128 m Altura máxima desde el desplante: 33.50 m Talud aguas arriba: 0.14 : 1 y 0.1 : 1 Talud aguas abajo: 0.55 : 1 y 0.77 : 1Obra de toma:Se encuentra ubicada en la margen izquierda de la cortina, y está integrada a esta mediante unconducto de sección rectangular de concreto reforzado, que pasando a través de la sección dela cortina comunica con el túnel de conducción. La capacidad de la obra de toma es de 4.00m3/seg, y el control se efectúa mediante la operación de una compuerta deslizante.Desarenador:Consiste esencialmente en una estructura de concreto reforzado, que en su plantilla se adaptaa la geometría de la sección de la cortina y forma parte integrante de esta, dispone de unapantalla de concreto para formar un orificio, controlado mediante la operación de una compuertaradial con malacate elevador desde el puente sobre la estructura, que es prolongación de lacorona de la cortina. La capacidad de esta estructura es de 60 m3/seg. 18
  • 24. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNI.7.6.- PRESA INTERNACIONAL RETAMAL Fig. I.22 Fotografía de la presa Internacional Retamal Fig. I.23 Localización 19
  • 25. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNCARACTERÍSTICAS DE LA PRESA DERIVADORA:Localización:Sobre el río bravo, a 30 Km aguas abajo de la ciudad de Reynosa del Estado de TamaulipasFunción:Por medio de la estructura localizada en el río, restringe el gasto hacia aguas abajo hasta unmáximo de 570 m3/seg, derivando hacia los cauces de alivio “El Culebrón” y “Mission”, un gastode 2 970 m3/seg en cada uno.Avenida de diseño:El gasto máximo para el diseño del sistema fue de 7 080 m3/segDESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS:Estructura derivadora:Consiste en una estructura en forma de peine, de concreto reforzado, constituida por dos pilascentrales para instalación de los mecanismos de control de la compuerta central automática detipo radial con la que se da el servicio normal de control. Además cuenta con dos pilasextremas y 2 muros laterales que forman dos vanos para alojar compuertas radiales que seprevieron para un caso de falla de la compuerta central o bien, si posteriormente seincrementara la capacidad del cauce aguas abajo, se pueda descargar un gasto mayor alprevisto. En la parte superior de la estructura, dentro de una caseta, se instalaron los tablerosde control para operación de las compuertas. La capacidad normal de la estructura es de 570m3/seg, incrementándose a 850 m3/seg cuando se operen las compuertas laterales.Cauce de alivio “Culebrón”:Localizado en la margen derecha del río, entre la Derivadora y el Canal Retamal, constituye laobra de excedencias del sistema, descargando los caudales ocasionados por el remanso haciael Golfo de México. Es una estructura sencilla de concreto reforzado de 700 m de longitud enforma de delantal en cuyo extremo de aguas arriba forma un umbral vertedor y en el extremode abajo dispone de una trinchera rellena de enrocamiento para protección contra erosiones. Lacapacidad de esta estructura es de 2 970 m3/seg.Bordos de protección:Al restringirse el gasto del río por medio de la estructura derivadora, se ocasiona un remanso enel recinto aguas arriba, el cual fue cerrado por medio de diques y bordos de protección, detierra. 20
  • 26. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNI.7.7.- PRESA JOCOQUI Fig. I.24 Fotografía de la presa Jocoqui Fig. I.25 Localización 21
  • 27. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNCARACTERÍSTICAS DE LA PRESA DERIVADORA:Localización:Sobre el río Santiago, a 9 Km aguas abajo de la Presa de almacenamiento Calles y a 26 Km alnoroeste de la Ciudad de Aguascalientes, en el municipio de Rincón de Ramos del estado deAguascalientes.Cuenca:Se limita a la comprendida en el cañón de Santiago, ya que la parte alta está controlada por laPresa Calles, por lo que es de poca magnitud.Función:Deriva las aguas del río Santiago y del Arroyo Pabellón almacenadas en la Presa Calles, haciael Distrito de Riego Pabellón.Avenida de diseño:Al igual que la presa pabellón, la Comisión Nacional de Irrigación decidió dotar a la presa de 2vertedores, uno de servicio y otro de emergencia formado por la corona total de la cortina ydebido a su tipo, los volúmenes excedentes pueden verterle sin ocasionarle daños deconsideración.DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS:Cortina:Estructura rígida de arcos múltiples de concreto reforzado apoyados en contrafuertes demampostería. Características geométricas: Longitud de corona: 80 m Altura máxima desde el desplante: 44 m Taludes aguas arriba: 1 :1 y 0.52 : 1 Taludes aguas abajo: 0.38 : 1Vertedor:El de servicio está alojado en los dos arcos de empotramiento izquierdo, limitado a una longitudde 20 m, quedando 1 m debajo del resto de la corona. Las descargas a través del paramento seencauzan hasta el río por medio de muros de mampostería que forman parte de loscontrafuertes.Obras de toma:Principal.- Consiste en una estructura de concreto en arco provista de 3 orificios concompuertas deslizantes para controlar el paso del agua hacia el túnel de conducción. Sucapacidad es de 13.4 m3/seg.Secundaria.- Para atender a concesiones aguas debajo de la presa, se localiza en un arco laobra de toma que consiste en 2 tuberías con rejillas en el extremo de aguas arriba y válvulas decompuerta en sus extremos aguas abajo. 22
  • 28. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNI.7.8.- PRESA LA PATRIA ES PRIMERO (Las Alazanas) Fig. I.26 Fotografía de la presa La Patria Es Primero Fig. I.27 Localización 23
  • 29. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNCARACTERÍSTICAS DE LA PRESA DERIVADORA:Localización:Sobre el río Soto La Marina, en el sitio “Las Alazanas” que se ubica a 26 Km aguas debajo de lapresa de almacenamiento “Vicente Guerrero Consumador de la Independencia”, en el municipiode Padilla en el Estado de Tamaulipas.Cuenca:Es de poca magnitud, ya que la presa de almacenamiento del sistema controla losescurrimientos generados en la parte alta.Función:Deriva las descargas controladas de la presa “Vicente Guerrero Consumador de laIndependencia” hacia la zona de Riego de Soto La Marina.Gasto de diseño:Se consideró un gasto máximo de 5000 m3/seg, integrado por la máxima de la presa dealmacenamiento y por su cuenca propia.DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS:Cortina:Está construida en un estrechamiento del cañón de La Capilla labrado en formaciones decalizas, que presentaron condiciones aceptables para la construcción de la cortina de tipo rígidode sección gravedad de concreto. La capacidad de la estructura vertedora es de 5 000 m3/seg. Características geométricas: Longitud de corona: 329 m Altura máxima desde el desplante: 44 m Longitud de la cresta del vertedor: 179 mObra de toma:Se localiza en la margen izquierda y cuenta con 6 compuertas metálicas deslizantes las cualescorresponden al túnel Mariano Matamoros y al Túnel No. 2Desarenador:Se encuentra alojado en la margen izquierda; consiste en una estructura de concreto de secciónvertedora, con un solo vano donde se instaló una compuerta radial. La capacidad de laestructura es de 245 m3/seg. 24
  • 30. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNI.7.9.- PRESA LAS PILAS Fig. I.28 Fotografía de la presa Las Pilas Fig. I.29 Localización 25
  • 31. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNCARACTERÍSTICAS DE LA PRESA DERIVADORA:Localización:Sobre el río Tehuantepec a 9 Km aguas arriba de la ciudad del mismo nombre, en el Estado deOaxaca.Cuenca:Al construirse la presa “Benito Juárez” localizada sobre el río Tehuantepec a 25 Km aguasarriba de la derivadora, su área quedó limitada entre ambas estructuras, debido a que estacontrola casi la totalidad de los escurrimientos que se generan en dicha cuenca.Funcionamiento:Es la estructura derivadora de las descargas controladas de la presa de almacenamiento antesmencionada y de los escurrimientos que se generan en su propia cuenca.Avenida de diseño:El tramo vertedor de la cortina tiene capacidad para descargar 7 500 m3/seg.DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS:Cortina:Atendiendo a su funcionamiento consta de 2 tipos de cortina: uno vertedor formado por uncimacio con cresta libre de concreto ciclópeo y otro no vertedor formado por un dique connúcleo de material impermeable protegido con una capa de enrocamiento. Características geométricas: Elevación de la corona del dique: 52.20 m Elevación de la cresta vertedora: 47.50 mObra de toma:Localizada en la margen izquierda, ligada con la estructura de limpia y normal a ella, es deconcreto reforzado consta de 7 claros controlados con compuertas radiales accionadasmediante mecanismos elevadores localizados en el puente de maniobras. Tiene capacidad para70 m3/segDesarenador:De concreto reforzado, se localiza entre la sección vertedora y la obra de toma, consta de 3claros que se cierran por medio de compuertas radiales operados con mecanismos elevadoreslocalizados en el puente de maniobras. Tiene como principal objetivo desalojar el material dearrastre del río acumulado en la proximidad de la toma, tiene capacidad para descargar 90m3/seg con compuertas totalmente abiertas. 26
  • 32. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNI.7.10.- PRESA SACA DE AGUA Fig. I.30 Fotografía de la presa Saca de Agua Fig. I.31 Localización 27
  • 33. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO I: OBRAS DE DERIVACIÓNCARACTERÍSTICAS DE LA PRESA DERIVADORA:Localización:Sobre el río Guayalejo, aproximadamente a 35 Km aguas arriba del vaso “Las Ánimas” y a 8 Kmal noreste de Ciudad Mante.Función:Deriva escurrimientos del río Guayalejo hacia la presa de almacenamiento “Las Ánimas”.DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS:Estructura derivadora:Localizada sobre el río Guayalejo construida de concreto reforzado. Es una estructura en formade peine, constituida por pilas y losa de cimentación común en cuyos 9 vanos se alojancompuertas radiales que controlan las descargas hacia aguas abajo. En la parte superior cuentacon 2 puentes, uno para paso de vehículos y otro para los malacates de operación de lascompuertas. La altura máxima de la estructura es de 22 m.Obra de toma:Situada en la margen derecha inmediatamente aguas arriba de la estructura derivadora. Estaestructura tiene por objeto controlar mediante 4 compuertas radiales los volúmenes de aguaderivados hacia la presa “Las Ánimas”. La capacidad de diseño de esta obra es de 100 m3/seg.Desarenador:Con las compuertas extremas de margen derecha de la estructura derivadora, se da el serviciode limpia a la entrada de la toma. 28
  • 34. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO II OBJETIVO
  • 35. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO II: OBJETIVO II.- OBJETIVOELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UN APROVECHAMIENTO SUPERFICIAL Los elementos que forman un aprovechamiento hidráulico son en general siete, los quese agrupan y relacionan en la Fig. II.1 que se presenta a continuación para su mejorcomprensión. Estación Climatológica Cuenca 1 Almacenamiento Presa 2 4 5 3 Estación de aforos Presa 6 estación climatológica 7 río Fig. II.1 Aprovechamiento hidráulicoEn el croquis anterior aparecen: 1. Área de captación o cuenca hidrográfica de un río, definida a partir del sitio de almacenamiento. 2. Almacenamiento, formado por una presa, en un sitio previamente escogido, que es donde se cambia el régimen natural del escurrimiento al régimen artificial de la demanda, de acuerdo con el fin o los fines a que se destine. Aquí es conveniente recordar que una presa consta, en lo general, de las partes siguientes: Vaso Cortina Presa Obra de desvío Obra de toma Obra de excedencias 29
  • 36. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO II: OBJETIVO 3. Derivación, en donde, por medio de una presa, se deriva el escurrimiento del río hacia el sistema de conducción, el que, por conveniencia, a menudo se localiza a niveles superiores a los del lecho del río. 4. Sistema de conducción que puede estar formado por conductos abiertos o cerrados y sus estructuras; a través del cual se conduce el agua desde el punto de derivación hasta la zona de aprovechamiento. 5. Sistema de distribución, el cual se constituye de acuerdo con el fin específico de aprovechamiento. Por ejemplo: canales para riego por gravedad, tuberías a presión para plantas hidroeléctricas, tomas domiciliarias en el caso de abastecimiento, procedimientos directos de riego, etc. 6. Utilización directa del agua, la cual se efectúa también mediante elementos específicos según el fin de que se trate. Por ejemplo, turbinas en el caso de plantas hidroeléctricas, tomas domiciliarias en el caso de abastecimiento, procedimientos directos de riego, etc. 7. Eliminación de volúmenes sobrantes, la cual se efectúa por medio de un conjunto de estructuras especialmente construidas al efecto: sistema de alcantarillado en el caso de abastecimiento; drenes, en el caso de sistema de riego; estructura de desfogue, en el caso de plantas hidroeléctricas, etc. En la Fig. II.1 se indica que los retornos o sobrantes del agua utilizada se regresan al cauce en la misma cuenca, condición que, desde el punto de vista del derecho humano, se debe procurar que se respete cuando las condiciones sanitarias o ecológicas lo permitan.OBJETIVO DE LAS OBRAS DE DERIVACIÓN Generalmente se piensa en una captación por derivación, cuando el caudal normal quese pretende aprovechar es igual o mayor que el necesario para satisfacer la demanda de algúnproblema en cuestión y es claro que se adoptará una obra de almacenamiento cuando el gastode la corriente sea menor que el gasto requerido. Las fuentes de abastecimiento que se aprovechan para construir este tipo de obras sonprincipalmente: arroyos, ríos, lagunas y manantiales. En algunas ocasiones se combina la captación de los escurrimientos superficiales con lade las aguas subálveas y por ello algunas obras, como la galería filtrante, pueden quedarincluidas en las obras de derivación. Por lo cual se menciona en esta tesis en el capítulo uno, una breve descripción de lostipos de obras de derivación así como datos sobre algunas de las obras de derivación másimportantes para las actividades agrícolas en México: Presas Derivadoras. En el segundocapítulo se aborda en el estricto uso de la palabra el “objetivo” de las obras de derivación demanera breve. En el tercer capítulo se exponen las bases mínimas para facilitar la labor de laspersonas relacionadas con el proyecto de presas de derivación. En el cuarto capítulo se abordala solución a un problema de proyecto de canal de derivación utilizando criterios deinvestigadores soviéticos. En el último capítulo se hacen conclusiones sobre esta tesis. Esta tesis en general se plantea de tal maneara que se cuente con material de consultasobre el tema para toda persona interesada en el mismo. 30
  • 37. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III JUSTIFICACIÓN
  • 38. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN III.- JUSTIFICACIÓN Gran número de aprovechamientos de obras hidráulicas con fines de riego se resuelvenutilizando como herramienta de proyecto el modelo de una presa derivadora, el cual por suscaracterísticas de costo relativamente bajo y obtención de beneficios inmediatos o en un plazoprácticamente corto permite facilitar su construcción. Aunque aparentemente el diseño de unaestructura de este tipo es relativamente sencillo es necesario establecer las bases mínimaspara facilitar la labor del personal técnico relacionado con el proyecto de estosaprovechamientos, especialmente a los estudiantes que se inician en esta actividad. Estecapítulo trata de cumplir dicho objetivo. La principal función de una presa derivadora aplicada al riego es la de incrementar eltirante y encauzar las aguas a una obra de toma para su posterior distribución a la (s) zona (s)donde se le requiere. Las características son de acuerdo a las necesidades del lugar.III.1 PARTES ESENCIALES: En una presa derivadora son notables tres partes que se consideran esenciales paracumplir con sus fines, sin embargo, en ocasiones también se tienen otras que se puedenconsiderar como complementarias y que dependen de las características o uso de la corriente: III.1.1 Cortina o Dique Vertedor III.1.2 Bocatoma u obra de toma III.1.3 Estructura de limpia III.1.4 Obras ComplementariasIII.1.1 CORTINA O DIQUE VERTEDOR: Este dique forma un remanso en la corriente por lo tanto incrementa el tirante, ademássirve para que la corriente o excedente de agua del río pase sobre dicho vertedor, por lo que sucapacidad deberá ser igual al gasto de la avenida máxima registrada.III.1.1.1 CLASIFICACIÓN DE LAS CORTINAS: En cuanto a la clasificación de las cortinas se toman varios puntos en consideración,siendo estos: III.1.1.1.1 Por su eje en planta III.1.1.1.2 Materiales constitutivos III.1.1.1.3 Por el control en su crestaIII.1.1.1.1 POR SU EJE EN PLANTA: Rectas o Curvas. La línea del eje generalmente es recta, y normal a la corriente, pero en ocasiones esdebido a la topografía o geología del cauce se adaptan ejes curvos y mixtos con el fin dedisminuir las excavaciones y volúmenes de material en el cuerpo de la cortina o bien porcimentarla en los estratos geológicos más favorables del sitio. (ver fig III.1) 31
  • 39. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓNIII.1.1.1.2 POR EL TIPO DE MATERIALES: Flexibles, Rígidas, Mixtos. Las cortinas flexibles se forman con materiales naturales colocados en forma adecuada,para aprovechar eficazmente las características físicas particulares de cada elemento,permitiendo que estas cortinas se adapten a las deformaciones naturales plásticas de esoselementos. El tipo de cortina flexible más empleada en derivadoras, es el llamado cortina "tipoindio" con: constituido fundamentalmente de una pantalla impermeable y enrocamientos (verfig. III.2. Río Río Eje Eje (b) (a) Río Eje Río Eje Muro (d) (c) Dique (e) 32
  • 40. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Fig. III.1 Algunos distintos tipos de presa de acuerdo a su eje en planta Eje de la cortina Enrocamiento Dentellón de concreto Filtro de grava Material impermeable Fig. III.2 Sección típica de cortina “Tipo Indio” Ocasionalmente se constituyen cortinas de madera y tablaestacado que quedanclasificadas dentro de las flexibles. Estas son poco usuales en nuestro medio y se emplean enobras de derivación provisionales. Las cortinas rígidas se construyen con materiales pétreos unidos con algún- compuestocementante, mediante el cual, se produce casi una masa homogénea. Las cortinas rígidas másempleadas, son hechas de mampostería con mortero de cemento, concreto ciclópeo concretosimple y ocasionalmente de mampostería con morteros de cal y cantos. Cuando en el gabinete se inicia el proyecto de una derivadora ya se tiene en mente laclase de material a emplear en la cortina, y finalmente lo que ayudará en la elección definitiva,será el hecho de efectuar varios anteproyectos para comparar sus costos, considerando ademásy fundamentalmente la seguridad estructural y del funcionamiento hidráulico en todos los casos. En la elección del material constructivo, fundamentalmente se deben considerar lossiguientes factores: - Materiales del lugar. - Perfil geológico del cauce. - Altura de la cortina. - Carga del vertedor. - Costos Los materiales de la región combinados con la geología del cauce, son decisivos paraelegir el tipo de cortina, porque influyen en la economía de la misma. . La altura de la cortina en ocasiones es una limitante para el empleo de Presas "TipoIndio", debido a que los taludes que se obtienen con cargas hidráulicas grandes dan porresultado volúmenes de materiales considerables que- hacen preferir a las cortinas rígidas yademás se obtienen pasos de filtración largos y la posibilidad de filtraciones ya noconsiderables. 33
  • 41. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN La altura de las cortinas de "tipo indio" que se han construido son de alrededor de loscinco metros, medidos sobre el fondo del cauce original del río. Para las cortinas rígidas no hay alturas límites recomendados y su sección será la queresulte del cálculo de su estabilidad. En varias ocasiones, debido a la subpresión resultante, ennecesario agregar un respaldo de material arcilloso o de mampostería para abatir la robustez dela cortina. En las figuras III.3 a III.12 se muestra esquemáticamente algunas secciones de cortinaspara derivadoras, con la finalidad de dar una idea de sus variantes. Gaviones Fig. III.3 Esquema de sección de presa derivadora Estructura de madera Tablaestacas Enrocamiento Fig. III.4 Esquema de sección de presa derivadora 34
  • 42. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN S.L.A Concreto ciclopeo Drenes Concreto simple Cama de grava Zampeado Material permeable Tabla estacado de madera Tablaestacado metálico Fig. III.5 Esquema de sección de presa derivadora Elev. cresta Fantasmas Mampostería Alcantarilla Compuerta de fondo Enrocamiento semiacomodado Fig. III.6 Esquema de sección de presa derivadora Troncos Enrocamiento Zampeado Tablaestacado Pilotes 35
  • 43. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Fig. III.7 Esquema de sección de presa derivadora Eje de la cortina Cresta vertedor Material impermeable Dentellón de concreto Enrocamiento Grava Fig. III.8 Esquema de sección de presa derivadora Fondo del cauce Dentellón Fig. III.9 Esquema de sección de presa derivadora Zampeado Tanque Dentellón 36
  • 44. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Fig. III.10 Esquema de sección de presa derivadora Tanque amortiguador Dentellón Lloraderos Material impermeable Fig. III.11 Esquema de sección de presa derivadora Cortina Zampeado Roca Fig. III.12 Esquema de sección de presa derivadora 37
  • 45. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓNIII.1.1.1.3 POR EL CONTROL EN SU CRESTAIII.1.1.1.3.1 Diques de cresta fija: Es aquel en el cual la altura de la cresta vertedora es constante, es decir, que la curva deremanso para cada caudal tendrá una altura determinada, estos son generalmente de pocaaltura, construidos como una obstrucción completa transversal al río, provocando que toda lacorriente pase sobre él. En la elección del perfil transversal de los diques vertedores de cresta fija deben tomarseen cuenta los principios siguientes: 1. Deben resistir las fuerzas estáticas y dinámicas sobre él 2. Se deben proteger contra filtraciones y en caso de que éstas se produzcan deben ser de poca magnitud, con velocidades inferiores a las de arrastre de los materiales que forman la base del dique vertedor 3. Conviene darle una forma tal, que el coeficiente de gasto sea máximo con el fin de que el gasto por unidad de longitud sea mayor, con lo que se puede disminuir la longitud de la cresta 4. Se deben proteger las partes de aguas abajo del dique de tal forma y extensión que no se produzca socavaciónIII.1.1.1.3.2 Diques de cresta móvil: Son aquellos en los que se emplean mecanismos, (compuertas deslizantes o radiales(ver fig III.13)) se usan cuando: 1. Se tengan grandes caudales de escurrimiento en avenida y no se disponga de un ancho suficiente en el río para colocar un dique de cresta fija 2. Se requiera a la máxima elevación la cresta vertedora, siendo posible además dar paso al gasto total de escurrimiento en la época de avenidas 3. La corriente arrastre mucho azolve siendo insuficientes los desarenadores para mantener limpio el canal de entrada y se tenga que dar paso a la avenida completa como para que arrastre todos los sedimentos depositados 38
  • 46. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN F A Cubierta de la compuerta B Brazos de la compuerta C Chumacera D Ménsula de apoyo E Obturadores F Malacate G Cresta vertedora H Sello inferior A E B D C B H G Fig. III.13 Compuerta radial La sección típica de las cortinas rígidas es de forma trapecial con cimacio en la coronacomo lo indica esquemáticamente la Fig. III.14 La geometría del cimacio se aproxima a la forma parabólica de un chorro de agua concaída libre, El objeto de diseñar así, a los vertedores en general, es no propiciar presiones bajasentre la lámina vertiente y el paramento de aguas abajo, con lo cual se evitan fenómenos decavitación o corrosión y además cierto tipo de esfuerzos en la cortina, como se señalará más 39
  • 47. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓNadelante. Con el cimacio se logra aumentar la eficiencia de descarga del vertedor y con ello seconsigue acortar la longitud a la carga del mismo. Los taludes de aguas abajo y aguas arriba de la cortina se fijan al verificar la estabilidadde la misma. Elev. Corona Eje Cimacio Tangencia Fig. III.14 Sección típica de cortina vertedora rígidaIII.1.1.2 ESTABILIDAD DE LAS CORTINAS RÍGIDASIII.1.1.2.1 FUERZAS QUE ACTÚAN EN LAS CORTINAS RÍGIDAS El diseño de un dique vertedor dependerá de los materiales usados y de las condicioneslocales de cada caso, pero las fuerzas dinámicas y estáticas son comunes en toda clase devertedores de cresta fija. El dique deberá ser estable cuando se encuentre sujeto a lassiguientes fuerzas dinámicas y estáticas (ver fig III.15): III.1.1.2.1.1 Peso propio III.1.1.2.1.2 Presión hidrostática III.1.1.2.1.3 Subpresión III.1.1.2.1.4 Empuje de sedimentos o azolves III.1.1.2.1.5 Fuerzas sísmicas III.1.1.2.1.6 Peso del agua sobre el paramento de aguas abajo III.1.1.2.1.7 Presión negativa entre el manto de agua y el paramento III.1.1.2.1.8 Rozamiento del agua con el paramento de descarga III.1.1.2.1.9 Choque de olas y cuerpos flotantes III.1.1.2.1.10 Presión de hielo 40
  • 48. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN III.1.1.2.1.11 Reacción del terreno Eje de la cortina Peso de la lámina vertiente N. A. M. E. Elev. Cresta H Zona con posibilidad de a P1 1 2 0 presiones negativas Nivel del azolve post construcción A HT Nivel del terreno h natural o azolve Ea P inicial htf Ea Etf 5 X X htf Etf P2 4 M M b c 3 Subpresión con paso de Subpresión con paso de filtración a partir de A filtración a partir de 4 Fig. III.15 Fuerzas en la cortina vertedoraIII.1.1.2.1.1 PESO PROPIO DEL DIQUE VERTEDOR (P) El peso propio se calculará de acuerdo con el material del banco empleado, pero parafines de anteproyectos, se pueden considerar los siguientes valores; que son conservadores. MATERIAL. PESO VOLUMÉTRICO EN Kg/m3 Mampostería 2,000 Concreto simple 2,200 Concreto ciclópeo 2,200 Concreto 2, 000 Enrocamiento acomodado 1,800 Enrocamiento a volteo 1,800 Arcilla compactada 1,800 Arena y grava 1,600 41
  • 49. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Tabla III.1 Pesos VolumétricosII.1.1.2.1.2 PRESIÓN HIDROSTÁTICA (Ea) Se considerará como presión hidrostática (Ea), a la presión del agua que actúa sobre elparamento de aguas arriba de la cortina. Cuando el paramento de arriba no sea vertical el empuje del agua que obra normal a eseparamento se descompone para efectos de cálculo en un empuje horizontal y en unacomponente vertical que viene siendo el peso de la cuña de agua. Es claro que el peso del aguase elimina cuando se tiene un talud vertical. Si la condición de estabilidad de la cortina es derramando el gasto máximo de diseño, eldiagrama de presiones deberá ser el 1-2-3-4, cuyo valor del empuje es: P1 + P2 Ea = (H T − H ) 2 P1 = W * H P2 = W * HT El punto de aplicación ( X ) de este empuje se localiza en el centroide del diagramatrapecial, es decir: h ⎡ 2 P1 + P2 ⎤ X= ⎢ ⎥ 3 ⎣ P1 + P2 ⎦ Cuando el nivel del agua se considera hasta la cresta vertedora, el diagrama que debetomarse será el, a b c a, cuyo valor del empuje es: Ea = W * h 2 2 y X = (1 3) * h El peso del agua sobre el paramento aguas arriba cuando éste es inclinado favorece a laestabilidad de la cortina y su valor será el área 0 – 2 – 4, multiplicada por el peso específico delagua (1000 Kg/m3) y aplicada su resultante en el centro de gravedad de esa figura.III.1.1.2.1.3 SUBPRESIÓN (S) Es una presión debida al agua de filtración que actúa en la cimentación de la cortina consentido de abajo hacia arriba, y por lo tanto, es desfavorable a la estabilidad de la cortina.Debido a la infiltración del agua entre el dique vertedor y el terreno se origina una presión deagua en dirección vertical de abajo hacia arriba, a la resultante de estas presiones se le llamasubpresión. 42
  • 50. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Puesto que el agua no tiene acceso libre, sino que pasa entre los intersticios del materialde la cimentación se le afecta de un coeficiente llamado coeficiente de reducción de lasubpresión (K). Para determinar su valor en la cimentación de las presas derivadoras, se debe deestudiar primeramente lo que se llama “longitud de paso de filtración”. La longitud (L) que se hallamado Longitud de paso de filtración está en función de la carga (H) o de la carga (H’) (ver figIII.16) y de un coeficiente (K) cuyo valor depende de la clase de terreno que forma el cauce. Enterreno firme más o menos impermeable hay una cierta adherencia entre la estructura y elterreno y difícilmente el agua penetra por el punto (A) y sale por el punto (B) (ver fig III.16) peroen terrenos constituidos de arena, grava y cantos rodados, el agua tiende a seguir el contornoinferior de la estructura, es decir, de (A) hacia (B), para evitar el peligro de socavación o dearrastre del material se han encontrado diferentes valores para el coeficiente (K) los que segúnBLIGH son los siguientes: Valores de K Tipo de terreno recomendados Limo fino y Arena 18 Arena Fina 15 Arena Grano Áspero 12 Arena, Grava 9 Arena, Grava, Canto rodado 5 Tabla III.2 Valores de K para varios tipos de terreno H H A Zampeado Tanque B L Dentellón Fig. III.16 Longitud de paso de filtración 43
  • 51. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓNIII.1.1.2.1.4 EMPUJE DE SEDIMENTOS O AZOLVES (Et) Debido a los azolves y acarreos en general que deposita la corriente de aguas arriba dela cortina, se tendrá una presión sobre el paramento correspondiente que deberá tomarse encuenta. Aún cuando existe el canal desarenador, no es posible evitar en la mayoría de los casosel depósito de esos materiales, sobre todo el terreno del cauce y también en el margen que notenga desarenador. El empuje de estos materiales se valúa en forma aproximada empleando la fórmula deRankine: Et = 0.5 γ ht2 tan2 ( 45 - φ/2 )Donde : Et = Empuje activo de tierras o sedimentos en Kg ht = Espesor de tierra o sedimentos, en m. φ = Angulo formado por la horizontal y el talud natural de los acarreos. Para la grava φ = 34º aproximadamente. γ = Peso del material sumergido en el agua. Este peso γ se calcula con la siguiente expresión: γ = γ´ - w ( 1-K ) .Donde :γ´ = Peso del material fuera del agua o seco en Kg/cm3w = Peso específico del agua 1,000 Kg/cm3K = Porcentaje de vacíos del material ( K = 0.30 ) Ahora bien, el depósito de acarreos sobre el paramento de aguas arriba de la cortina,puede formarse en una sola temporada de lluvias, o bien por las características del río, dichodepósito, tarda en algún tiempo en formarse. Por otra parte los azolves acumulados llegan a tener cierto grado de impermeabilidad, locual permite que el recorrido de infiltración, después de formarse el depósito, aumente,comparado con el recorrido inicial que se calculó considerando el terreno natural (ver fig. III.15).Al aumentarse el recorrido de infiltración, disminuye en cierto grado el valor de la subpresión, deacuerdo a la teoría de Blake, y esto es favorable a la estabilidad de la cortina. Pero por otra parte, también se tendrá un empuje horizontal que va en contra de laestabilidad de la cortina (ver fig. III.15). Por lo anterior al analizar o verificar la estabilidad de lacortina, se debe de considerar: 44
  • 52. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN a) Subpresión, según paso de filtración, con el punto inicial de recorrido, en el nivel superior de azolves. b) Subpresión, según el paso de filtración, con el punto inicial de recorrido, en el nivel superior de azolves y empuje de sedimentos. En la mayoría de los casos suele ser la primera que se indica (a). Es frecuente no contar con datos relativos a las características de los depósitos, comoson: peso volumétrico, ángulo de reposo, etc. Por lo que en el avalúo de las presiones queoriginan, se ha adoptado para efectos de presión un peso volumétrico de 1360 Kg/m3 (85lb/pie3) y para componente vertical o peso de estos azolves un valor de 1900 Kg/m3 (120lb/pie3), valores recomendados por el Bureau Reclamation de E.E.U.U.III.1.1.2.1.5 FUERZAS SÍSMICAS Como en la mayoría de los proyectos las cortinas suelen ser de poca altura yrelativamente de poco peso la fuerza debida de los temblores es despreciable. Cuando las cortinas llegan a tener altura considerable, el efecto de los temblores deberátratarse como las cortinas altas para presas de almacenamiento, es decir, los terremotoscomunican aceleraciones de las presas que pueden aumentar las presiones del agua y de limosobre ellas, y los esfuerzos dentro de las mismas. Para la condición del vaso lleno esta será un choque sobre la cimentación en la direcciónde aguas arriba y el choque de la cimentación hacia abajo. El primero aumenta la cargahidráulica y produce un momento de volteo debido a la inercia del concreto. El segundo, enefecto, produce una disminución del peso del concreto y del agua arriba del paramentoinclinado, reduciendo de esta manera la estabilidad de la estructura. Con el objeto de determinar las fuerzas totales debidas a un terremoto, es necesariodeterminar su intensidad o aceleración, que generalmente se expresa con la relación a laaceleración debida a la gravedad.III.1.1.2.1.6 PESO DEL AGUA SOBRE EL PARAMENTO DE AGUAS ABAJO Este peso, es relativamente pequeño y en general suele despreciarse, porque además,actúa a favor de la estabilidad de la cortina. 45
  • 53. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Su valor, teóricamente se anula, cuando se diseña la cortina con un cimacio Creager oparabólico ya que en estas condiciones, teóricamente la lámina vertiente no ejerce ningunapresión sobre la cortina, puesto que el perfil del cimacio se aproxima a la trayectoria del chorro.III.1.1.2.1.7 PRESIÓN NEGATIVA ENTRE EL MANTO DE AGUA Y EL PARAMENTO Se presenta cuando el manto del agua que se despega del paramento de aguas abajo yno se haya previsto una buena aireación de dicho manto. Esta presión es debida al vacío que se produce bajo la lámina vertiente, cuando el aireen sitio es arrastrado por la corriente y cuando su magnitud es despreciable en la mayoría delos casos; en otros su valor puede ser tal que ocurran fenómenos de cavitación, corroyendo elparamento de la cortina. En vez de considerar el valor de esta presión en la revisión estructural de la cortina, loviable es evitar que tengan en el sitio señalado presiones negativas y obviamente esto se lograconstruyendo un perfil parabólico adecuado. En algunos proyectos de cimacios por razones económicas el perfil se diseña con lacarga hidráulica del vertedor correspondiente a una avenida menor, más frecuente que laavenida máxima de proyecto, por considerar que esta es eventual y de poca duración. En estoscasos se recomienda que la carga de diseño no sea menor del 75% de la carga del vertedorpara la avenida máxima; con el fin de no propiciar el despegue de la lámina vertiente.III.1.1.2.1.8 ROZAMIENTO DEL AGUA CON EL PARAMENTO DE DESCARGA Su valor es pequeño y despreciable, prácticamente se hace nulo por la forma que seadopta para el perfil del dique vertedor.II.1.1.2.1.9 CHOQUE DE OLAS Y CUERPOS FLOTANTES Debido al poco “fetch” que se tiene en algunas presas y la poca altura; los fenómenos deoleaje son pequeños y la acción dinámica de las olas no se toman en cuenta. Tampoco elchoque de los cuerpos flotantes.III.1.1.2.1.10 PRESIÓN DE HIELO La presión del hielo es producida al dilatarse la lámina de hielo combinada con el arrastredel viento. 46
  • 54. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Es difícil valuar esta presión, por que es función de muchos factores y así se dice que sumagnitud depende del espesor de la lámina congelada, de la rapidez con la que se eleva latemperatura, fluctuaciones del nivel del agua, velocidad del viento, así como la inclinación delparamento aguas arriba de la cortina. En nuestro país no se consideran esta fuerza por quelas heladas no son tan intensas como para congelar el agua en las derivadoras.III.1.1.2.1.11 REACCIÓN DEL TERRENO Para que exista la estabilidad de la cortina, bajo cualquier condición de fuerzashorizontales y verticales, que actúan en ella se deberá oponer otra producida por la relación delterreno, que deberá ser igual y contraria a la resultante de la combinación de todas las demáscargas que actúen sobre la cortina. El terreno deberá tener capacidad de carga mayor a lasolicitada.III.1.1.2.2 RECORRIDO DE FILTRACIÓN La mayoría de nuestras cortinas tanto rígidas como flexibles, corresponden a cortinassobre cimentación permeable, esto es debido a que se desplantan a poca profundidad delcauce y por lo general en el lecho de los ríos se encuentran materiales como; grava, boleos, ycantos rodados, que son bastante permeables. Al tener en la cimentación de las cortinas, materiales permeables, el agua filtradaproduce una presión hacia arriba o subpresión que obra en contra de la estabilidad de lacortina. La subpresión y el peso propio de las cortinas se combinan dando lugar a un efecto deflotación y por esto a este tipo de cortinas, suele llamárseles flotantes. Las filtraciones de una cortina dependen fundamentalmente de la carga hidráulica quelas origina y de las características físicas de los materiales, por donde el agua efectúa elrecorrido de filtración. Cuando la velocidad del agua filtrada llega a ser suficiente como paralavar o arrastrar los materiales de cimentación, se origina lo que se llama un fenómeno detubificación, el cual produce asentamientos, disloques, etc., y en general afecta seriamente laestabilidad de la estructura. Por lo anterior las cortinas sobre cimentación permeable deberán diseñarse con recorridode filtración suficientes a fin de que el agua bajo la estructura tenga siempre velocidades paraevitar cualquier posibilidad de tubificación. Aunque se aceptan filtraciones en las presas derivadoras, no es por demás recordar quesu magnitud en algunos proyectos, puede ser incrementada notablemente, una vez que se hayaconstruido la cortina, puesto que la carga hidráulica aumenta al represarse el agua y por ello enalgunas ocasiones, será necesario verificar que el gasto de filtración no afecte al que sepretende derivar. Esto será más importante a medida que la diferencia entre el gasto dederivación y el gasto de la corriente, sea menor. 47
  • 55. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN El volumen de filtración se calcula empleando la fórmula que expresa la ley de Darcy yque es: Q=KiASiendo:Q = Gasto de filtración en m3/seg.K = Coeficiente de permeabilidad para la cimentación es decir; gasto unitario debido a lapendiente hidráulica también unitaria; en cm/seg. H C arg a hidrostáti cai = Pendiente hidráulica = = L Long . Re c. de filtraciónA = Área bruta de la cimentación a través de la cual se produce la filtración en cm2 Para aumentar la longitud de filtración en las cortinas se emplean dentellones, ya sea deconcreto o de arcilla, delantales y tapetes de arcilla compactada o mampostería. (ver Fig. III.17) 48
  • 56. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Delantal adicional Respaldo de mampostería o concreto Material de resistencia Media Respaldo de arcilla compactada Trinchera Material impermeable Prolongación de dentellón Fig. III.17 Forma de aumentar el paso de filtración en cortinas rígidas Para el análisis del paso de filtración y subpresiones en las presas derivadoras, se hanadoptado dos procedimientos empíricos que llevan el nombre de sus autores y son; el métodode E. W. Lane, y el de Blight. Estos dos procedimientos han sido empleados en variosproyectos y los resultados han sido satisfactoriosIII.1.1.2.3 CONDICIONES DE ESTABILIDAD 49
  • 57. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN El análisis de estabilidad de una cortina rígida de Presa Derivadora, de poca altura, seconcreta al cálculo de un muro de retención considerando las fuerzas que se han descritoanteriormente y verificando que se cumplan los tres requisitos fundamentales de estabilidad. Cuando se tengan cortinas rígidas altas en Presas Derivadoras, el procedimiento decálculo que se emplee, será el mismo que se utiliza en las cortinas de Presas deAlmacenamiento y que ya se tiene establecido.III.1.1.2.3.1 VOLTEAMIENTO Teóricamente se evita, pasando la resultante dentro de la base; sin embargo se aconsejaque caiga dentro del tercio medio de esa o bien que el cociente de dividir la suma de losmomentos de las fuerzas verticales (ΣMFV ) entre la suma de los momentos de las fuerzashorizontales (ΣMFH ) sea igual o mayor que el coeficiente de seguridad que se adopte.Generalmente este coeficiente es de 1.5 ΣM (FV ) ≥ 1.5 ΣM (FH )III.1.1.2.3.2 DESLIZAMIENTO Se evitará esta falla cuando el coeficiente de fricción de los materiales en contacto, seamayor que el cociente de dividir las fuerzas horizontales entre las verticales que actúan en laestructura, y despreciando la resistencia al esfuerzo cortante de los materiales en el plano dedeslizamiento, es decir: Σ(FH ) ≥µ Σ(FV )Siendo “m”el coeficiente de fricción. Si se considera la resistencia al esfuerzo cortante, la condición que se deberá cumplirpara evitar esta falla; está dada por la siguiente expresión: Σ(FV )µ + r s A ≥K Σ(FH )Siendo:S(FV) = Suma de las fuerzas verticalesS(FH) = Suma de las fuerzas horizontalesm = Coeficiente de fricciónr = Relación del esfuerzo cortante medio al máximo en el plano de deslizamiento 50
  • 58. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓNs = Resistencia unitaria al esfuerzo cortante del materialA = Área de la sección que se esté analizandoK = Factor de seguridad cuyo valor se recomienda que esté comprendido entre 4 y 5En la práctica se acostumbra que: Σ(FV ) ≥ 2 ó 2.5 Σ(FH )Siendo; 2 ó 2.5, el coeficiente de seguridad al deslizamiento.III.1.1.2.3.3 ESFUERZOS EN LOS MATERIALES Se puede presentar una falla en los materiales cuando los esfuerzos a que esténtrabajando, sean mayores a los especificados como admisibles para ellos. Por lo tanto, esta falla se evitará verificando que en cualquier sección de la estructura, setengan esfuerzos menores que los permisibles. Particularmente en el plano de desplante de laestructura, se deberán tener esfuerzos de compresión solamente, ya que el terreno no admitetensiones. Esto se consigue haciendo que la resultante de las cargas pase por el tercio mediode la base de sustentación.Recuérdese que los esfuerzos máximos están dados por las siguientes expresiones: ΣFV ⎛ 6e ⎞f máx = ⎜1 + ⎟ Σbh ⎝ h⎠ ΣF ⎛ 6e ⎞f mín = V ⎜1 − ⎟ Σbh ⎝ h⎠Las literales representan:f = Esfuerzo del material en Kg/cm2A = Área de la sección considerada de ancho unitario; en cm2e = Excentricidad de la resultante, en cmb = Ancho unitario de la sección ( 1 metro )h = Longitud de la sección analizada en cm Observando los diagramas de esfuerzos, que se pueden presentar en la Fig. III.18, se veque el diagrama (a) indica únicamente esfuerzos de compresión, es decir que el esfuerzo detensión, originado por el momento, fue menor que la compresión producida por las cargasverticales. En el diagrama (b), los esfuerzos de compresión y tensión resultaron ser iguales yfinalmente en el diagrama (c) los esfuerzos originados por el momento flexionante resultan sermayores que los esfuerzos debidos a las cargas verticales. 51
  • 59. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN FV FV FV FH FH FH R R R Fv - Mx Fv - Mx A Ix P A Ix A Fv + Mx P P Mx A Ix + A A Ix (a) (b) (c) Fig. III.18 Diagramas de esfuerzos posibles en un muro de retención De lo anterior reconcluye que para que tengan, esfuerzos de compresión únicamente,como límite se deberá tener: ΣFV ⎛ 6e ⎞ f mín = 0 = ⎜1 − ⎟ Σbh ⎝ h⎠ luego: 6eΣFV ΣFV = bh 2 bh por lo tanto: h e= 6 Es decir que, para que se tengan únicamente esfuerzos de compresión, la resultante delsistema de fuerzas, deberá pasar cuando más a la sexta parte de la base, en otras palabras, elpunto de aplicación de la resultante deberá estar dentro del tercio medio de la base. En ocasiones en las cortinas de mampostería, resultan esfuerzos de tensión lo cualteóricamente no se deben permitir, no obstante por razones prácticas, se admiten esastensiones, siempre y cuando no rebasen un valor igual al diez por ciento del esfuerzo decompresión de dichas mamposterías.III.1.1.3 ESTABILIDAD DE LAS CORTINAS DE ENROCAMIENTO TIPO INDIO Las cortinas llamadas de “Tipo Indio”, cuya sección típica lo muestra la Fig. III.19, seconstituye fundamentalmente de un elemento impermeabilizante formado por un macizo odentellón, que puede ser de mampostería o concreto simple (de preferencia de este últimomaterial), además de un respaldo de material compactado sirve también para aumentar lalongitud del paso de filtración de estas cortinas. La estabilidad de la cortina se consigueprincipalmente con el enrocamiento acomodado o semiacomodado de aguas abajo deldentellón (con talud exterior muy tendido). Este enrocamiento se refuerza con una cuadrícula 52
  • 60. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓNsuperficial de concreto simple cuya profundidad de los dentellones son de 50 centímetros a unmetro. Eje de la cortina Enrocamiento Dentellón de concreto Material impermeable Filtro de grava Fig. III.19 Sección típica de cortina, presa derivadora “Tipo Indio” El concreto del enrocamiento y el material de cimentación se hace mediante un filtro degrava o rezaga de unos 50 centímetros de espesor, que descarga en una trinchera deenrocamiento localizada al final del paramento de aguas debajo de la cortina y cuyo objeto esresguardarla de la socavación que puede presentarse en el sitio. El diseño de estas cortinas se hace en base a datos empíricos y prácticos, pues en lamayoría de los casos no siempre es posible efectuar un estudio minucioso de mecánica desuelos que se requeriría en un diseño estricto. Es probable que las cortinas que se hanconstruido tengan coeficientes de seguridad muy favorables. El rango de altura de las cortinasconstruidas con datos de la experiencia y que por cierto, su funcionamiento ha sidosatisfactorio, varía de un metro a cinco metros. En estas cortinas se aconsejan taludes muy tendidos y se recetan generalmente al deaguas abajo de 10 : 1 hasta de 14 : 1 y el de aguas arriba de 3 : 1 a 8 : 1, dependiendo de lascaracterísticas del material a emplear y del criterio del proyectista de acuerdo con lo observadoen otras presas ya construidas, así como de la bondad notoria de los materiales que seemplearán en su fabricación. Cuando el caso lo amerite o se tenga el estudio de los materiales que se vayan aemplear en el cuerpo de la cortina y los que se encuentran en el sitio de construcción; sepueden diseñar estas cortinas con el método ideado por el investigador Blight, el cual se basaen la teoría del recorrido de filtración en medios permeables. El método es el siguiente: De acuerdo con Blight el recorrido de filtración en una cortina maciza, como la indicadaen la figura III.20 bajo una carga “H” deberá ser: a b c d, ya que este investigador no hacedistinción entre los efectos de las longitudes horizontales y verticales. Esto se expresa en lasiguiente forma: L = CH = a b c d 53
  • 61. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN H Cortina maciza a d b c Fig. III.20 Croquis del recorrido de filtración Ahora bien, considerando una cortina hecha de material permeable, como la deenrocamiento, en la cual se considera que los vacíos dentro de su cuerpo están llenos de aguay comunicados entre sí, (ver Fig. III.21). Se estima que en un block como el M N Q P, elrecorrido de filtración será la longitud: NP = L y la carga correspondiente a esta longitud será: h= MN-QP. M Q h L N P Fig. III.21 Cortina de enrocamiento También obsérvese que: Tanα = h L suponiendo la superficie del agua que escurre,paralela al talud del paramento. Blight establece fundamentalmente que el suelo bajo el enrocamiento es estable, si lapendiente del paramento de la cortina de aguas abajo es igual o menor que la recíproca delcoeficiente de dicho material, es decir cuando: 1 h L Tanα = o bien que: Tanα = ; puesto que: C = C L h MATERIAL VALORES DE “C” Limo y arena muy fina 18 Arena fina 15 Arena de grano grueso 12 Grava y arena 9 Tierra o cascajo con arena y grava 4a6 54
  • 62. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Tabla. III.3 Relación de carga de filtración (Criterio de Blight) De la observación del valor recomendado para la tangente del ángulo de inclinación delparamento puede decirse que, en general el cumplimiento de esta condición se traduce enproporcionar un talud que resulta ser muy tendido, y en ocasiones esto motiva un volumen deenrocamiento tal, que hace antieconómica a la cortina, sobre todo tratándose de coeficientes depermeabilidad grandes y cargas considerables, pues recuérdese que L = CH Por lo anterior Blight, propone la solución que enseguida se indica: Considérese la figura III.22 que representa a una cortina de enrocamiento con unvertedor constituido de un macizo independiente o dentellón. La superficie libre del agua seencuentra a la elevación de la corona. H E F E1 F1 a1 d1 E b1 c1 (A) (B) (C) Dentellón Fig. III.22 Cortina de enrocamiento con dentellones La longitud de paso de filtración para evitar tubificación bajo el dentellón es, a, b, c, d , = L1y la pérdida de carga será: L a, b, c, d , h1 = 1 = C C Mediante el valor de h1 se puede conocer el punto “E”, que indica el nivel del agua, aguasabajo del muro o dentellón. Trazando por el punto “E” la línea EF con pendiente 1 C = Tanα , se estará garantizandola estabilidad del suelo bajo el enrocamiento según lo escrito anteriormente. Cuando al prolongar la línea EF, ésta se sitúe arriba del perfil del paramento delenrocamiento ya no se estará asegurando el equilibrio del suelo de cimentación y por lo tanto,es necesario construir otro dentellón en el punto donde la línea EF trazada con la pendiente de“seguridad” (1/C) corte a la línea del talud. El procedimiento usado para localizar el primer dentellón, se aplica para localizar elsegundo y así sucesivamente hasta localizar los necesarios, es decir: Considérese que h2 seala pérdida de carga en el dentellón E1. 55
  • 63. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Trazando la línea E1F1 con la inclinación 1/C hasta cortar la superficie del enrocamientoen F1 se encontrará la localización del dentellón E2. Por razones económicas y para aumentar el paso de filtración, se construye un respaldode arcilla compactada como lo indica la figura III.23 h Arcilla compactada f F a d e h= a b c d e f b c Fig. III.23 Cortina de enrocamiento con respaldo de arcilla Con esto se logra disminuir el número de dentellones y consecuentemente acortar lalongitud transversal de la cortina. Para estos casos el valor de la pérdida de carga del dentellónprincipal será de acuerdo con la figura III.23: L abcd e f h1 = = C C Obsérvese que en este método se considera se considera que la superficie libre del aguade descarga sobre el vertedor es más o menos paralela al paramento del enrocamiento aguasabajo, y que se aplica cuando por razones de economía se desee que el talud del enrocamientosea menos tendido que el que resultara con el trazo de seguridad de pendiente, de la línea EF.III.1.1.3.1 PIEDRAS PARA ENROCAMIENTO Para verificar el tamaño mínimo aproximado de las piedras que deberán formar elenrocamiento de una cortina de este tipo, puede hacerse un estudio en base a la fórmula delinvestigador S.B. Isbach, quien efectuó un análisis sobre el cierre de cauces conenrocamientos. Esta fórmula también puede utilizarse en el cálculo de los zampeados secos deroca al final de otras estructuras por ejemplo, el canal desarenador. La fórmula de Isbach, determina la velocidad crítica, máxima y mínima, de una corrientesobre un cuerpo y cuyas definiciones se dan enseguida. Velocidad crítica mínima, es aquella que es capaz de empezar a modificar la trayectoriavertical, de un cuerpo, que se deja caer para atravesar una corriente de agua, pero sin que seacapaz de modificar el sitio de caída de dicho cuerpo. La velocidad crítica máxima es aquella que 56
  • 64. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓNdespués de modificar la trayectoria vertical del cuerpo es capaz de empezar a rodarlo, por elfondo del cauce.Fórmula: wP − wa v. crit. = K 2 g DSiendo:K = Coeficiente para piedras esféricas. Se considera igual 0.86 y 1.20 para la velocidad críticamínima y máxima de arrastre, respectivamente.g = Aceleración de la gravedad igual a 9.81 m/seg2wP = Peso volumétrico del material que forman las piedras en Kg/m3wa = Peso volumétrico del agua en Kg/m3D = Diámetro de una esfera equivalente a la piedra. π D3 Por otro lado; el volumen (V) de la esfera vale V = y su peso WP valdrá: 6 π D3 W P = V wP = wP 6 Es útil en este estudio la construcción de una gráfica en la cual se anotan como abscisasel diámetro de las piedras y como ordenadas las velocidades de la corriente. Pueden trazarseasí curvas de velocidades para varios valores de wP , es decir para diferentes materiales (verFig. III.24) p1 Velocidades W p2 ra W pa ra p3 pa ica a W itic ara rit cr ap vc c v riti vc Diametro de las piedras Fig. III.24 Curvas de velocidadesIII.1.1.4 HIDRÁULICA DE LAS CORTINASIII.1.1.4.1 DETERMINACIÓN DE LA ELEVACIÓN O COTA DE LA CRESTA DEL DIQUE VERTEDOR Puesto que la Presa Derivadora sirve para aumentar el tirante de agua de la fuente deaprovechamiento para derivar un determinado gasto, la elevación de la cresta vertedoradependerá de las necesidades de carga hidráulica que se requieren para operar la bocatoma. 57
  • 65. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓNEn la Fig. III.25 se observa el caso típico de la disposición de la cortina, bocatoma y canalprincipal de conducción. B Corona del muro Pantalla N.A.M.E. Perfil del terreno Eje del canal c Cresta Compuerta radial h Elev. P Plantilla del canal a desarenador Cortina P L Fig. III.25 Disposición típico de una derivación Como puede observarse, la elevación "C" de la cresta vertedora es igual a la elevacióncorrespondiente a la plantilla del canal en su inicio (elevación P) más el tirante (d) del mismocanal, más la carga hidráulica ( h ) del oficio de la toma es decir:Elev. C = Elev P + d + h La elevación de la plantilla del canal principal es un dato que de antemano se cuenta conél, al iniciar un diseño. Esta elevación se fija fundamentalmente considerando la elevación de la zona de losterrenos que se van a regar y de la carga que se va a perder entre dicha zona y el sitio de laderivación. Se pueden presentar los siguientes casos: a) Que la conducción sea por gravedad, por lo tanto se tomará en cuenta el desnivel existente entre el principio y el final de la conducción según la pendiente que se tenga en el canal y las pérdidas de carga existentes en las estructuras de la misma conducción Se parte de la elevación al final de la conducción conocida como (B) (ver fig III.26) enseguida se suma el desnivel en la conducción que llamaremos (Hd) y se encuentra la elevación correspondiente al umbral de la obra de toma que llamaremos elevación (A), en vista de lo anterior se tendrá que la elevación (A) es igual a la elevación (B) más (Hd), es decir: Elev. A = Elev ( B ) + ( Hd ) 58
  • 66. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN La elevación de la cresta será la elevación (A) mas (d) mas h, el tirante (d) se conoce puesto que deben calcularse las propiedades hidráulicas del canal de conducción. La carga (h) es la carga necesaria para que el gasto (Q) que es el gasto por derivar pase a través de la compuerta o compuertas cuya área total (A); de acuerdo con la fórmula general de orificios es: Q = CA 2 gh ∴ C = 0.6 a 0.9 b) En este caso no se considera conducción, sino simplemente las características del lugar en el sitio de la presa, se toma como punto de partida la elevación de la plantilla del canal desarenador que es la elevación que coincide con la parte baja del cauce del río. Se tendrá que la elevación en (A) es igual a la elevación en (C) mas (e); siendo (e) una distancia vertical que se deja con el objeto de que el azolve depositado en el canal desarenador no penetre al canal de conducción. Generalmente se especifica el valor de (e) con un valor mínimo de 60 cm A A Río Conducción A = Sitios probables para la ubicación de la B presa derivadora Zona de Riego Fig. III.26 Ubicaciones posibles de una presa derivadoraIII.1.1.4.1.1 TIRANTE DEL CANAL DE CONDUCCIÓN El tirante normal del canal de conducción se adopta considerando la topografía y geologíaen donde se ubique; por ejemplo no será la misma sección de un canal alojado en roca que lade otro en tierra y además revestido. 59
  • 67. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN El canal alojado en roca podrá tener sus paredes menos inclinadas y velocidad másfuerte, en cambio él otro, el talud de sus paredes será más tendido, su pendiente será mássuave etc. , y por lo tanto los tirantes en uno y otro caso variarán. Por otro lado en los canales alojados en roca se procura disminuir los volúmenes deexcavación procurando reducir la sección y localizándola en balcón. t=0 :1 1.5 t= :1 t= .2 5 : 1. 5 :1 1 .5 d t= 1 d Canal en tierra Canal en roca La Fig. III.27 Secciones de canal alojado en diferente material para el mismo gasto La Fig. III.27 muestra el mismo gasto, alojado esquemáticamente en la sección de doscanales para diferentes materiales. Es frecuente que para fijar el tirante del canal cerca de la bocatoma, además de loanterior, se combina con las dimensiones de las compuertas de extracción, procurando que losorificios de dichas compuertas funcionen ahogados. Cuando se requiera que la sección del canal en su inicio sea diferente al elegido en eltrazo; por ejemplo, rectangular en lugar de trapecial será necesario diseñar una transición paraunir las dos secciones mediante el estudio del funcionamiento hidráulico del conjunto. El tirante normal, de un canal se calcula, mediante la expresión de continuidad y algunafórmula de la velocidad para canales de algún investigador, por ejemplo la de Manning, que esla más empleada y así se tiene que:La expresión de la continuidad es: Q = VA ...................................... (1)Y la fórmula de la velocidad según Manning: 1 V = s 1 / 2 r 2 / 3 .................................................................................. (2) nSiendo:V = Velocidad del agua en el canal, en m/seg.n = Coeficiente de rugosidadr = Radio hidráulico en m.s = Pendiente hidráulica.Sustituyendo (2) en (1)Se tiene: 60
  • 68. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN A 2 / 3 1/ 2 Q= r s nAgrupando los términos conocidos en el primer miembro para un caso dado se tiene: Qn 1/ 2 = A* r 2/3 sSí:Qn = K = A * r 2 / 3 ...................................………………………… (3)s1 / 2 El tirante normal se encuentra verificando, la igualdad (3) mediante tanteos: es decir, sesupone un valor para “d ” . Se calcula el área hidráulica A, de acuerdo con la sección del canal. Sección rectangular Sección trapecial A = bd A = bd + td 2 P = b + 2d P = b + 2d 1 + t 2 A r= T = b + 2td P T S. L. A. S. L. A. t t d d b b Sección rectangular Sección trapecial La Fig. III.28 Secciones de canales más empleadas A continuación se calcula el perímetro mojado "P" y después el radio hidráulico "r " y seeleva este valor a la potencia de (2/3). Cuando se cumpla la igualdad A * r 2 / 3 = K , el tirante “d” supuesto será el correcto. Si no sucediera así, se supone otro valor para d repitiendo la misma secuela hastaverificar dicha igualdad y consecuentemente encontrar el tirante normal correcto. 61
  • 69. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓNIII.1.1.4.2 CARACTERÍSTICAS DEL VERTEDOR La fórmula comúnmente empleada para definir las características hidráulicas de la cortinavertedora es la de Francis en la cual no se consideran el efecto de la velocidad de llegada ni lascontracciones laterales del vertedor. Esto se debe a que el agua antes de verter, es retenida porel vaso que se forma (grande o pequeño), al elevarse el tirante y por lo tanto puedeconsiderarse que el agua tiene una velocidad nula. Las contracciones laterales se eliminanfácilmente, limitando al vertedor en sus extremos, con paredes verticales y perpendiculares a sucresta, de suficiente altura y longitud.La fórmula es 3Q = CLH 2Siendo:Q = Gasto del vertedor en m3/seg.C = Coeficiente de descarga.L = Longitud efectiva de la cresta en m.H = Carga sobre la cresta del vertedor medida a 2.5 H aguas arriba de la cresta. No obstante lo anterior, en el caso de querer considerar el efecto de las contraccioneslaterales: y velocidad de llegada; la longitud del vertedor se corrige con la siguiente fórmula, queen forma general, incluye el efecto de las contracciones. (Una fórmula más aproximada, es laque corresponde crestas Vertedoras con Control.)L = L−0.1NH 0y la velocidad de llegada afectará a la carga real del vertedor, incrementando ésta, es decir:H0 = H + Hasiendo:L’ = Longitud real de la crestaN = Número de contraccionesH0 = Carga total del vertedor 2 vHa = Carga debida a la velocidad de llegada = a 2gva = Velocidad de llegada = Q/AA = Área de la sección transversal del río hasta el nivel del agua en la llegada al vertedor De acuerdo con lo anterior, la fórmula puede escribirse: Q = C[L−0.1N (H + H a )](H + H a ) 3/ 2 62
  • 70. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓNIII.1.1.4.2.1 GASTO DEL VERTEDOR Para el caso de cortinas vertedoras. en presas de derivación. el gasto del vertedor es elcorrespondiente a la avenida de proyecto elegida o adoptada en el estudio hidrológico de laderivación.III.1.1.4.2.2 LONGITUD (L ) Y CARGA ( H ) Los valores de L y H, se eligen considerando las condiciones físicas del sitio para ubicarla cortina, previendo el costo de la misma, las excavaciones que se originan, la altura de losmuros de protección y encauzamiento, etc. Por ejemplo, en ocasiónales se tienen cauces muy anchos y habrá que definir - siconviene construir la cortina vertedora en toda su longitud o bien construir un vertedor máscorto y cerrar el cauce con muros macizos o terraplenes según lo permita la geología de dichocauce (ver Fig. III.1 (e)). Lo que definirá adoptar una de las dos soluciones será el hecho deefectuar un estudio económico de ambas, además de considerar el funcionamiento hidráulicoque se prefiera en cada caso. Un vertedor corto es probable que se adapte más a la sección del cauce principal, pero altener una carga mayor que en el caso de ser más largo, la sección de la cortina resulta serhidráulicamente más robusta, y los muros para cerrar el cauce resultan más altos (ver Fig.III.29) Por otro lado tómese en cuenta que el hecho de contar con un mayor gasto en el vertedorpor unidad de longitud, puede ser necesario un disipador de energía en la descarga, de mayorcosto, que en el caso de tener menos gasto unitario. 63
  • 71. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Corona de los muros laterales para H 2 Corona de los muros laterales para H 1 B H B H1 Perfil Creager para H1 Perfil Creager para H2 ( H1 < H2 ) Fig. III.29 Perfil del cimacio para distinto valor de cargaIII.1.1.4.2.3 COEFICIENTE DE DESCARGA “C” En la selección o adopción del coeficiente de descarga deben tomar en cuenta los siguientesfactores: 1. La profundidad de llegada "P". 2. La diferencia entre la carga de diseño del vertedor y la carga del gasto máxima. 3. El talud del paramento aguas arriba de la cortina. 4. La interferencia de la descarga de aguas abajo y de la sumergencia.III.1.1.4.2.3.1 VERTEDORES CON CIMACIO CREAGER A continuación se comentarán brevemente los factores mencionados en el capítuloIII.1.1.4.2.3 relacionados con el perfil del cimacio tipo Creager que es el más recomendablepara vertedores y más comúnmente empleado. Este tipo de vertedor ha sido muy ensayado y observado por varios investigadores y si sedesea tener más información sobre su funcionamiento se recomienda consultar los libros dehidráulica o de obras hidráulicas en el capítulo relativo a vertedores que tratan en su mayoríaeste tema con amplitud (Ver Fig. III.30) 64
  • 72. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Y Eje de la cresta vertedora Xc = 0.283 X Yc = 0.126 R2 Y = 0. 23 0. 2 X 4 R1 = 0.5 34 30 1:3 Vertical R1 -R 2 0 0. 29 6 Fig. III.30 Geometría del perfil aguas arriba del la cresta vertedora para un paramento vertical o con talud 1:3Para el trazo del perfil de un cimacio tipo Creager es común utilizar la fórmula de Scimemi: X 1.85 Y= 0.85 ; Hd= Carga de diseño HdIII.1.1.4.2.3.1.1 PROFUNDIDAD DE LLEGADA De las observaciones de los vertedores en pared delgada se ha construido la gráfica quemuestra la Fig. III.31 la cual sirve para determinar el coeficiente, “C" de descarga, según larelación: P/Ho. Esta gráfica es válida para cimacios con perfil tipo Creager y para cuando elperfil del Cimacio se construye considerando la carga correspondiente a la avenida delproyecto, es; decir; He/Ho = 1 Para definir la altura "P en un determinado proyecto, se deberá tener presente lascaracterísticas de arrastre de la corriente aprovechada, pues en un Principio se puede contarcon un valor determinado el cual se irá reduciendo a medida que se acumule el azolve oacarreos que traen las avenidas. Muchas veces la altura de las cortinas es pequeña y pudiera sucede que con lasprimeras avenidas de la temporada, después de construida la obra, la altura. ”P” se redujera acero 65
  • 73. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN En estudios previos o anteproyectos se ha adoptado un C = 2 tornando en cuenta que envarios diseños la avenida de proyecto se determina con Métodos indirectos. 2.2 2.1 VALORES DEL COEFICIENTE Co 2.0 ho 1.9 Ho P 3/2 1.8 Q= Co L H 1.7 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 VALORES DE P/Ho Fig. III.31 Coeficientes de descarga para las crestas de cimacio en pared verticalIII.1.1.4.2.3.1.2 DIFERENCIA ENTRE LA CARGA DE DISEÑO DEL VERTEDOR Y LA CARGA DE DESCARGA MÁXIMA En ocasiones, tomando en cuenta que la avenida máxima de proyecto es poco frecuentey de corta duración, se diseña el perfil del cimacio con una carga menor que consecuentementecorresponde a una avenida menor. Con esta medida se consigue una economía en la cortina ya que resulta menos ancha orobusta. Si el cimacio se diseñó con una carga menor y se presenta una avenida mayor, seoriginan en la Superficie de contacto del vertedor y la lámina vertiente, presiones negativas quehacen aumentar el coeficiente de descarga. Si escurre una avenida menor que la consideradapara el diseño del cimacio, se origina presiones positivas sobre el paramento de descargareduciendo el coeficiente "C". 66
  • 74. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Se debe evitar diseñar con cargas menores al 75% de las correspondientes al gastomáximo. La Fig. III.32 muestra la gráfica para conocer los valores de dicho coeficiente con larelación He/Ho. 1.1Relación de coefecientes C/Co 1.0 Ho ho He 0.9 P 0.8 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 Relación de la carga sobre la cresta a la carga de proyecto = He/Ho Fig. III.32 Coeficientes de descarga para cargas diferentes de la de proyectoIII.1.1.4.2.3.1.3 TALUD DEL PARAMENTO AGUAS ARRIBA DE LA CORTINA Se ha observado que en paramentos inclinados el coeficiente de descarga de unvertedor, aumenta para pequeñas relaciones entre la profundidad de llegada y la carga delvertedor, y tiende a disminuir cuando la relación P/H aumenta. La Fig. III.33 contiene las gráficas que sirven para ajustar el coeficiente obtenido para unparamento vertical, en el caso de que se vaya a tener un talud determinado en ese paramento. Por razones de estabilidad de la cortina muchas veces se hace necesario construir elparamento aguas arriba con cierta inclinación a fin de reunir los requisitos de estabilidad. 67
  • 75. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN 1.04 Talud Angulo con la vertical 1:3 18° 26´ ho Ho 2:3 33° 41´ RELACIÓN DE COEFICIENTES 3:3 3:3 45° 00´ P 2:3 1.02 Cinclinada Cvertical 1:3 1.00 0.96 0 0.5 1.0 1.5 VALORES DE P/Ho Fig. III.33 Coeficiente de descarga para una cresta de cimacio con paramento de aguas arriba inclinadoIII.1.1.4.2.3.1.4 INTERFERENCIA DE LA DESCARGA DE AGUAS ABAJO Y DE LA SUMERGENCIA Si la elevación de la superficie libre del agua, abajo del vertedor es superior al nivel de lacresta vertedora, se tiene un vertedor ahogado, esto sucede por ejemplo, en el caso de lasdescargas llamadas de lavadero o cuando se tiene un delantal con colchón amortiguador, conpoco desnivel, lo cual es muy frecuente. El régimen de funcionamiento hidráulico preferido para nuestros proyectos en la mayoríade los casos es el de vertedor con descarga libre, sin posibilidades de ahogamiento y conresalto hidráulico inmediatamente al pie del vertedor. Esto se hace con el fin de disipar laenergía de velocidad y continuar el escurrimiento en el cauce natural con velocidad aceptableNo obstante lo anterior, cuando las cortinas son de muy poca altura y las condicioneshidrológicas del aprovechamiento exigen diseñar al muro vertedor con una avenida que daorigen a un gasto unitario grande; en dicho muro se tiene el caso de un vertedor ahogado, paracuyo diseño se deberá determinar cuidadosamente el coeficiente de descarga. En otras ocasiones se puede prever el ahogamiento y tomar las medidas necesariascuando por cuestiones de economía se diseña el vertedor para gasto menor a pesar de que seespera que escurra sobre el, aunque en forma eventual, una avenida mayor. Como una medida práctica y resultado de la experiencia, se recomienda que lasumergencia de la cresta no exceda del 30% de la carga sobre el vertedor para seguirconsiderando el coeficiente de descarga C = 2 véase Fig. III.34. 68
  • 76. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Sumergencia H Elev., Cresta 0.3 H Fig. III.34 Sumergencia máxima recomendable El valor del coeficiente empleado en el diseño del vertedor afectado por los cuatrofactores mencionados y comentados brevemente será el que resulte de considerar elcoeficiente para descarga libre y talud vertical aguas arriba, multiplicado por las relaciones quese indican en seguida; es decir:C = Coeficiente adoptado como definitivo.C1 = Coeficiente de gasto para el vertedor, considerando talud vertical y descarga libre,tomando en cuenta los efectos de la altura “P” de llegada.C2 = Coeficiente de gasto, afectado por diferencias de descarga de proyecto y avenida máxima.C3 = Coeficiente de gasto, afectado por el talud de aguas arribaC4 = Coeficiente de gasto, afectado por la interferencia de la descarga de aguas abajo.C5 = Coeficiente de gasto, afectado por ahogamiento o sumergencia C2 C C4 CAhora bien, si = K2 ; 3 = K3 ; = K4 ; 5 = K5 C1 C1 C1 C1El valor del coeficiente de descarga definitivo será: C = C1 K 2 K 3 K 4 K 5III.1.1.4.2.3.2 VERTEDORES EN CORTINAS DE ENROCAMIENTO Por la forma que adquiere el vertedor en cortinas, su tipo se ubica también dentro de laclasificación de los llamados vertedores de cresta ancha o gruesa, los cuales se pueden tenerde muy variadas secciones. Este requisito se cumple cuando el espesor “a” (ver fig. III.35 a) querepresenta la sección del vertedor más simple en este tipo, es mayor que la distanciacomprendida entre la cresta de un vertedor con pared delgada y la línea en que la cara inferiorde la lámina vertiente, corta al plano horizontal que pasa por el umbral o cresta del vertedor. H H H a (a) (b) (c) Fig. III.35 Ejemplos de vertedores de pared gruesa 69
  • 77. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓNDe acuerdo con los investigadores de vertedores con pared gruesa, se acepta que:Sí a > 2/3 H el manto de agua se adhiere a la cresta, funcionando así hasta para a = 3H.Para valores de a < 0.5H la lámina se despega del umbral.Si a está comprendido entre 0.5 y 0.66 de H. La adherencia de la lámina es inestable.Cuando se tengan umbrales más anchos que 15 H. el funcionamiento en forma estricta esparecido al de un canal corto en régimen cercano al crítico y el perfil de la lámina es parecido alilustrado en la fig III.36 Perfil de la S. L. A. d > dC dC H a > 15 H Fig. III.36 Funcionamiento del manto de agua cuando a > 15 H En general en todos estos tipos de vertedores, la fórmula tiene la siguiente forma; Q = 2 /3 µ L (2g) ½ H3/2 = 2/3 µ (19.62)1/2 L H3/2O bien: Q = 2.953 µ LH3/2Fórmula que es aplicable con sólo determinar el valor µ adecuado. Son muy variados los perfiles para vertedores de cresta ancha y en los tratados dehidráulica se pueden encontrar varios de ellos, así como en los estudios realizados pordiferentes autores. No obstante, en los libros de consulta que se tienen comúnmente a la mano,no se han encontrado datos de estudios efectuados expresamente para los vertedores encortinas de tipo indio, para los rangos y características que se pueden presentar; por tal motivose tiene la incertidumbre en la elección del coeficiente de descarga, a diferencia de lo quesucede por ejemplo, con el perfil Creager, para el cual se cuentan con resultados y experienciasde varias observaciones que pueden ser consultados. Basándose en los ensayos de otros vertedores de pared gruesa, que por algunascircunstancias guarden cierta analogía con el vertedor de la cortina de enrocamiento, se haconvenido en adoptar para fines prácticos el valor 1.80, mientras se carezca de otra informacióno datos más adecuados, para el coeficiente "C", del vertedor en la fórmula: 70
  • 78. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN 3 Q = CLH 2Para C = 1.80 el valor de µ corresponde a 0.60 aproximadamente. Lo que se dijo en páginas anteriores respecto a los otros factores, que se incluyen en elvalor del coeficiente "C", tales como la sumergencia, la altura de llegada "P", etc. se puedenaplicar también para los casos de cortinas tipo indio pero desde luego con cierto criterio. La influencia de la inclinación del talud aguas arriba es usual no tomarlo en cuenta encortinas de enrocamiento para estos efectos, pues parece ser que por una parte dichainclinación aumenta el valor del coeficiente y por otra el enrocamiento en ese paramentocontrarresta el efecto favorable de descarga.III.1.1.4.3 DISIPADOR DE ENERGÍA. Al elevarse el tirante del agua en un río y hacer que la corriente se derrame sobre elmuro vertedor, el agua adquiere una energía de posición que se transforma en energía develocidad o cinética, cuya magnitud depende de la altura de caída y consecuentemente de laaltura de la cortina. Los perjuicios que ocasiona el escurrimiento debido a una alta velocidad, sonfundamentalmente los efectos debidos a la socavación y erosión del agua al pie de lasestructuras, que obviamente ponen en peligro su estabilidad o la dañan parcialmente. En la Fig. III.37 se trata de mostrar la socavación del agua debido a una fuerte velocidad,al pie de una cortina cimentada en terreno poco resistente. Un fenómeno similar se llega a presentar también en otros elementos, por ejemplo en losmuros de encauce, o los que flanquean a la cortina. H Terreno original Terreno después de la socavación Fig. III.37 Socavación al pie de una cortina. 71
  • 79. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Si la caída es pequeña o si en el lecho del cauce, existe material resistente, el golpe delagua puede no afectarle al muro vertedor y probablemente serán mínimas las precauciones quese tomen para amortiguar o resistir la velocidad del agua, por ejemplo con zampeados orevestimientos de corta longitudinal después del muro vertedor. (ver Fig. III.38) Revestimiento de concreto Zampeado Fig. III.38 Ejemplos de protección al pie de las cortinas En la mayoría de las presas de derivación es necesario diseñar un dispositivo adosado alcuerpo de la cortina o formando parte de ella, con el objeto de disipar la energía de velocidaddel escurrimiento en el vertedor y entregar el flujo del agua al cauce natural del río convelocidades que no ocasionen deterioro a las estructuras que forman la derivación. Se han ideado varios tipos de amortiguadores, cuyo diseño se basa en los principios dela hidráulica, así como en las experiencias que se han hecho en el laboratorio con modeloshidráulicos. En general esos dispositivos, con muchas variantes, se pueden agrupar en: III.1.1.4.3.1 Colchones o tanques amortiguadores. III.1.1.4.3.2 Estructuras deflectoras. III.1.1.4.3.3 Estructuras de impacto. Las estructuras de impacto no se tratarán en este trabajo por no ser usuales en nuestrasderivadoras.III.1.1.4.3.1 COLCHÓN AMORTIGUADOR O TANQUES AMORTIGUADORES. Consiste en un tanque al pie de la cortina con una profundidad "P" que viene siendo elespesor del colchón de agua, para amortiguar el golpe del chorro. El diseño de este tanque sebasa en el principio del salto hidráulico que establece la hidráulica. 72
  • 80. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓNIII.1.1.4.3.1.1 SALTO HIDRÁULICO. Se recordará, que en un escurrimiento el salto hidráulico se verifica cuando se pasa encondiciones adecuadas, de un régimen rápido a un régimen lento con pérdida parcial deenergía. (ver fig III.39) La aplicación del salto hidráulico en un tanque amortiguador es por lo siguiente: Al presentarse un escurrimiento con régimen rápido sobre el vertedor, y teniendo en el ríouna pendiente más o menos suave y menor que la critica correspondiente se tendrá al pie delvertedor un tirante d1, cuyo conjugado d2 tratará de formarse rápidamente, si las condicionesfísicas del escurrimiento lo propician. (ver fig III.39) Al producirse el tirante d2 la energía critica se transforma; una parte en energía depresión y otra se pierde por el cambio súbito de régimen y en los remolinos y turbulencias delsalto hidráulico. El objeto de diseñar el tanque, aguas abajo de la cortina es con el fin de contar con lascondiciones adecuadas, para que el cambio brusco de tirantes se verifique dentro de unalongitud mínima del cauce, (ver fig III.39) que es la que se debe proteger debidamente. Pero no siempre se formará o será necesario hacer que se produzca el salto hidráulico;la necesidad de él dependerá de las características de resistencia que le tengan los materialesdel cauce. Por lo tanto habrá casos en los que únicamente será necesario calcular lasvelocidades que se tengan aguas abajo de la cortina y ver si son aceptables de acuerdo con losmateriales que se tengan en el sitio. Sección de control Elevación cresta vertedora H dc Z Elev. U dn Cauce natural d2 d1 Colchón P Piso del tanque Elev. Pt L = Longitud del tanque Fig. III.39 Tanque amortiguador 73
  • 81. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓNIII.1.1.4.3.2 ESTRUCTURAS DEFLECTORAS Cuando el sitio donde se pretende construir la derivadora es favorable en cuanto aimpermeabilidad y resistencia, la descarga del agua se controla, mediante estructurasdeflectoras construidas al pie de la cortina. El objeto de estos dispositivos es alejar de laestructura el agua de descarga, hasta un sitio en el que sus efectos, como la erosión ysocavación, ya no sean peligrosos para la estabilidad de la cortina. Existen varios tipos de deflectores (ver Fig. III.40) cuya forma y efectividad han sidoestudiadas por varios investigadores, y esto ha permitido obtener ciertas relaciones geométricaspara aplicarlas en el diseño de otros casos, basándose en las leyes de semejanza. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Fig. III.40 Algunos ejemplos de Estructuras Deflectoras 74
  • 82. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Los tipos empleados con más frecuencia, siguientes: III.1.1.4.3.3.1 Trampolín sumergido y III.1.1.4.3.3.2 Trampolín libre o Salto de ski.III.1.1.4.3.2.1 TRAMPOLÍN SUMERGIDO Además de usarlo cuando las condiciones geológicas del terreno son favorables, éstedispositivo es más propio, para cuando los tirantes en el cauce resulten ser grandes, de talmanera que un salto hidráulico sería poco efectivo, y se necesitaría un tanque amortiguadorgrande que haría antieconómica esta solución. La efectividad de este trampolín se basa desde luego en su funcionamiento que,fundamentalmente consiste en el lanzamiento de la lámina vertiente, con determinado ángulo yla formación de dos remolinos R1 y R2, (ver Fig. III.41); el primero se forma arriba de la cubetacircular girando en sentido contrario a las manecillas del reloj, y el otro se localiza sobre elterreno, aguas abajo del trampolín con movimiento en sentido igual a las manecillas del reloj. La disipación de la energía se logra con la mezcla del agua que entra al trampolín y elremolino (R1), que se forma en él. y el agua que sale del trampolín y se combina con el remolinode aguas abajo (R2). Una zona de turbulencias arriba del remolino (R2) también ayuda a disiparla energía. Dentro de este tipo de trampolines se distinguen fundamentalmente dos clases: los lisos ylos estriados o dentados. con igual principio de funcionamiento. No obstante esto. el trampolínestriado es más efectivo siempre y cuando se tenga tirantes en el río con determinadasvariaciones de magnitud; el trampolín liso es menos efectivo, pero esta efectividad se conservapara mayor rango de variación de los tirantes en el río. La diferencia de efectividad en ambos esdebida a que en el trampolín liso. la corriente de agua que sale del deflector animada de altavelocidad y con dirección hacia arriba. se mezcla menos con el agua de descarga, dando porresultado que el remolino de aguas abajo y la turbulencia de la superficie sean fuertes y por lotanto su efecto se deja sentir en una mayor longitud aguas abajo. En cambio, en el trampolíncon dientes y debido a estos, únicamente parte de la corriente de alta velocidad, se dirige a lasuperficie del agua con lo cual las turbulencias casi se eliminan, observándose menos violento elremolino de aguas abajo. 75
  • 83. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN H dn R1 R2 Fig. III.41 Trampolín sumergido El diseño del trampolín sumergido se reduce al cálculo del radio mínimo recomendadopara su parte curva y en verificar que los tirantes que se presenten en el río para diferentesvalores de la avenida, posibiliten un funcionamiento correcto. Si el tirante en el río es pequeño,la lámina vertiente puede empujar al remolino (R1) de la superficie hacia aguas abajo, originandouna fuerte corriente superficial y de fondo en el cauce. Cuando el tirante en el cauce esdemasiado grande el chorro de salida del trampolín se ahoga y corre por la superficie y fondodel cauce alternativamente; consecuentemente el remolino de aguas abajo, cambiará deposición también alternativamente y así cuando el chorro se localiza en el fondo ocasionará unaerosión. que se rellena cuando sea el remolino quien se ubique en el fondo. (ver fig III.42) H Cama de grava después del flujo Cama de grava antes del flujo Hueco limpio Grava Cubeta del trampolín Fig. III.42Esquema de funcionamiento del trampolín sumergido 76
  • 84. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓNIII.1.1.4.3.2.2 TRAMPOLÍN LIBRE O SALTO DE SKI Se emplea este tipo de deflector si el terreno es muy resistente, la cortina es más omenos alta y cuando los tirantes en el río no resultan ser muy grandes La disipación de la energía que se consigue, es debido a las turbulencias y. casipulverización de la corriente por la acción del aire originada por su lanzamiento desde eltrampolín y a lo largo de su recorrido, antes de caer; además se logra alejar la caída del pie dela cortina donde su efecto ya no es peligroso para dicha estructura. (ver fig III.43) H R dn x Fig. III.43 Trampolín libre o salto de SKIIII.1.1.4.3.2.3 DISIPADOR TIPO TENAXCO En la extinta Dirección General de Obras Hidráulicas para el Desarrollo Rural, se haensayado y empleado un tipo de disipador que en nuestro medio se le conoce con el nombre dedeflector tipo Tenaxco, porque se empleó para el vertedor de la Presa Tenaxco, Jal. La figuraIII.44 muestra este tipo de disipador que, fundamentalmente consiste en una cubetaamortiguadora con fondo curvo de cierta profundidad; este tipo de deflector trabaja ahogadodebiendo quedar su nariz a una elevación igual a la superficie del agua del tirante del río. Económicamente compite con un tanque amortiguador pero se recomienda hacer unestudio comparativo para definir su empleo. Los datos que indica la figura son los recomendados para el diseño de este deflector yson el resultado de los ensayos que se hicieron con este deflector. 77
  • 85. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN d1 3.5 d1 Diente 80 mín 50 a 60 cm d1 1.5 25° d1 1 6d 8 2. d1 Diente 20 = Elev. del fondo Separación entre dientes R 2.4 d1 ó 3.6 d1 de la cubeta Fig. III.44 Deflector tipo TenaxcoIII.1.2 BOCATOMA U OBRA DE TOMA Se llama obra de toma al conjunto de estructuras constituidas para extraer el gastomáximo de demanda hacia el canal de conducción. Una presa derivadora debe regular en todo momento el gasto requerido por lasdemandas de las zonas de riego, siendo muy importante hacer un diseño eficaz de losmecanismos de operación, buscando sean de fácil maniobra y buena construcción, porque defallar esta construcción o estructura o su mecanismo de control, puede dar lugar a un exceso deagua en el sistema de conducción creando peligro tanto en los canales como en la zona deriego. Para ubicar la obra de toma se deben considerar las siguientes indicaciones (ver figIII.45, III.46, III.47): 1. Deberá estar localizada en un lugar apropiado para su construcción y ubicada en la parte superior de conducción donde no se presenten obras costosas como túneles, cortes profundos o grandes excavaciones de roca. 2. Donde el plano vertical que contiene las compuertas reguladoras pueda colocarse formando un ángulo recto con el dique vertedor para facilitar la localización de la estructura desarenadora o de limpia 3. Cerca de los materiales de construcción necesarios 4. Donde se disponga de un terreno de cimentación resistente, impermeable y poco profundo 5. En el punto fijado por el estudio económico de la construcción del dique vertedor y el canal de conducción 78
  • 86. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN 6. En el tramo en que la velocidad del río sea de preferencia menor que la del canal de conducción para que los depósitos de azolve se hagan en el río. A compuertas deslizantes de la toma cortina B eje de desarenador B canal compuertas ra- diales o agujas pilas muros de encauce A Fig. III.45 Obra de toma y canal desarenador (PLANTA) Compuertas Eje de la cortina de toma Pantalla B Sistema de abertura y cierre B a 2B B a 2B Mín Mín Plantilla del desarenador Cauce S>SC natural Fig. III.46 Perfil longitudinal de un canal desarenador (CORTE A-A) 79
  • 87. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Mecanismo elevador Cresta vertedora h Compuerta deslizante d Canal de Elevación A conducción Plantilla del canal desarenador ( elevación C ) e B Fig. III.47 Corte B-BIII.1.2.1 PARTES CONSTITUYENTES DE UNA OBRA DE TOMA La obra de toma consta generalmente de las siguientes partes: 1. La parte inferior de la estructura, formada por el piso, los delantales, dentellones y el umbral de apoyo de las compuertas 2. Los muros laterales, los cuales con el piso forman el canal de entrada, que liga con el canal de conducción 3. Las pilas, columnas o muros que dividen el ancho del canal de entrada, que liga con el canal de conducción 4. Pantallas que cierran la parte superior de las aberturas antes mencionadas y la plataforma de maniobras 5. Las compuertas, las cuales pueden ser deslizantes o radiales, el uso de las compuertas deslizantes resulta económico cuando se tienen bajas presiones y tamaños más o menos chicos, cuando se tienen grandes claros y fuertes presiones se recurre al uso de compuertas radiales (ver fig III.48, III.49, III.50) 80
  • 88. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Muro de mamposteria Perfil del terreno Plantilla del canal de acceso Rejillas Inicio del canal de riego Compuerta para control Fig. III.48 Obra de toma con compuertas deslizantes (Corte longitudinal) Mecanismo elevador Agujas Rejillas Cauce Compuerta Inicio del canal Canal de acceso Fig. III.49 Obra de toma con compuertas radiales (Corte longitudinal) Corona muro Malacate Oreja superior Pantalla Oreja inferior B a 2B B a 2B R mínimo mínimo Perno B B Fig. III.50 Detalle de la instalación de compuertas radiales 81
  • 89. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓNIII.1.2.2 CÁLCULO HIDRÁULICO DE LA TOMA El cálculo hidráulico de la toma comprende:III.1.2.2.1 dimensiones del orificio y conductoIII.1.2.2.2 determinación de la capacidad del mecanismo elevadorIII.1.2.2.3 diseño de la transición que une la salida de la toma con el canal de riegoIII.1.2.2.1 DIMENSIONES DEL ORIFICIO Y CONDUCTO Generalmente el conducto de la obra de toma atraviesa únicamente el muro donde sealojan las compuertas y por ello, desde el punto de vista hidráulico, este cálculo se reduce aconsiderar, un orificio con tubo corto, sumergido (ver fig. III.47). Para un mejor funcionamiento hidráulico de la bocatoma, conviene que el orificio trabajeahogado y es recomendable que como mínimo se tenga un ahogamiento de 10 cm.; en esascondiciones la fórmula que liga la carga, gasto y área en un orificio es: Q = C A 2 ghSiendo:Q = Gasto de derivación o gasto normal en la toma, en m3/seg.g = Aceleración de la gravedad = 9,81 m/seg2C = Coeficiente de descarga para el orificio correspondienteh = Carga del orificio en mEn la siguiente tabla se muestra algunos valores de C para varios tipos de orificio: 82
  • 90. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Condición de los bordes o aristas en la entrada Contracciones L Contracciones Contracciones Todos los Contracciones suprimidas en el suprimidas en el suprimidas en el P bordes a suprimidas en el fondo, los fondo y en un fondo y en los escuadra fondo solamente costados y la costado dos costados parte superior 0.02 0.61 0.63 0.68 0.77 0.95 0.04 0.62 0.64 0.68 0.77 0.94 0.06 0.63 0.65 0.69 0.76 0.94 0.08 0.65 0.66 0.69 0.74 0.93 0.10 0.66 0.67 0.69 0.73 0.93 0.12 0.67 0.68 0.70 0.72 0.93 0.14 0.69 0.69 0.71 0.72 0.92 0.16 0.71 0.70 0.72 0.72 0.92 0.18 0.72 0.71 0.73 0.72 0.92 0.20 0.74 0.73 0.74 0.73 0.92 0.22 0.75 0.74 0.75 0.75 0.91 0.24 0.77 0.75 0.76 0.78 0.91 0.26 0.78 0.76 0.77 0.81 0.91 0.28 0.78 0.76 0.78 0.82 0.91 0.30 0.79 0.77 0.79 0.83 0.91 0.35 0.79 0.78 0.80 0.84 0.90 0.40 0.80 0.79 0.80 0.84 0.90 0.60 0.80 0.80 0.81 0.84 0.90 0.80 0.80 0.80 0.81 0.85 0.90 1.00 0.80 0.81 0.82 0.85 0.90 Tabla III.4 Coeficiente de derrame o gasto, C, para tubos sumergidos Recopilados de los experimentos efectuados por Stewart, Rogers y Smith L = Longitud del tubo, P = Perímetro de la sección transversal de los tubos En la mayoría de los diseños se tienen orificios ahogados, cuyo coeficiente paraanteproyectos se puede considerar C = 0.80. Dependiendo de la magnitud del gasto, el área necesaria podrá dividirse en uno o másorificios y así también será el número de compuertas que se tengan en la toma (ver fig. III.46) Así pues, una forma de determinar la dimensión de la compuerta o compuertas será;considerar un valor de 0.10 m a la carga h del orificio y calcular el área para tener una idea desu valor, es decir: Q A= C 2 gh Otra manera sería suponer una velocidad en el orificio (0.50 a 1.00 m/seg.) y calcular elárea correspondiente, con la fórmula de la continuidad. 83
  • 91. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Q Q=v A ∴ A= vIII.1.2.2.2 DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DEL MECANISMO ELEVADOR Observando la figura III.51 la capacidad del mecanismo elevador vale: Cap. Mec. Elev. = K E + Peso Compuerta + Peso VástagoSiendo:K E = Fuerza de fricción que se produce en las guías de la compuerta originada por el empujehidrostático (E), que actúa en la hoja de la compuerta. (K) coeficiente para valuara esa friccióncuyo valor puede considerarse igual a 0.35 para las compuertas con asientos de fierro, pulidosa máquina. El peso de la compuerta y el peso del vástago se conocen consultando el plano de lacompuerta elegida o si se diseñó especialmente, calculándolo de acuerdo con los perfilesempleados. Casi siempre lo más práctico y cómodo es escoger un mecanismo elevador, de los queya están diseñados, porque además el diseño de estos artefactos son laboriosos y en muchoscasos, la fabricación resulta más costosa que adoptar uno de mayor capacidad que elrequerido. Esto es debido a que las casas proveedoras de estos aparatos tendrían que hacer unmolde de fabricación especial. Para cerrar la compuerta, también se requiere una capacidad del mecanismo, peromenor que el calculado para abrirla. Sin embargo, se considera de igual magnitud por laposibilidad que se tiene de forzarla, por descuido o por atorarse, debido a una piedra o ramaque impida el cierre hermético y se pretenda cerrar a fuerza la compuerta. Es con la capacidad de cierre, con la que se determina el diámetro del vástago y laseparación de las guías del mismo para evitar que se flexione y se deforme 84
  • 92. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Elev. cresta N.A.M.E. vertedora Eje del vástago H máx Diagrama de presiones h E Compuerta Plantilla del conducto Plantilla del canal desarenador Fig. III.51 Empuje hidrostático sobre la compuerta de la bocatomaIII.1.2.2.3 DISEÑO DE LA TRANSICIÓN QUE UNE AL CONDUCTO DE LA TOMA CON ELCANAL DE CONDUCCIÓN Con la finalidad de disminuir las pérdidas por cambios de sección, evitar turbulencias, yen general tener un funcionamiento tranquilo y más correcto, entre el enlace de la toma y elcanal de conducción, se recomienda diseñar una transición en este sitio, la cual no es más quela disposición de las paredes de esta unión en forma tal, a fin de conseguir un cambio gradual.En general, se pueden tener muchas formas de transición, las cuales dependen de lassecciones que se vayan a unir, sin embargo el caso más común que se presenta los proyectoses el de pasar de una sección rectangular (en la salida de la toma), a otra de sección trapecialque corresponde al canal de derivación. Con frecuencia las dimensiones de la plantilla tambiéncambian. Se hace la observación que en ocasiones, dada la magnitud del gasto, el conducto de latoma descarga directamente a la sección del canal, pues el hacer una transición motiva aintroducirse más a la ladera lo cual origina un aumento considerable en las excavaciones. Estosucede con frecuencia cuando el canal se inicia más o menos normal al eje de la toma; enestos casos la transición puede ubicarse un poco alejada de la salida. Lo más recomendable esque las paredes de la transición sean alabeadas o redondeadas, pero por razones económicaso de facilidad constructiva se acostumbra simplificar esta transición dividiendo a las paredeslaterales en dos planos según una línea recta (ver fig III.52) que va desde el inicio de latransición y por la parte inferior de la sección, hasta el punto donde termina su parte superior; ala parte de la pared del plano abajo de esta línea se le da el talud correspondiente, lográndoseasí, un paso más o menos gradual que es aceptable. 85
  • 93. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN S1 S2 hv1 hf hv2 d1 d2 t Elev. inicio canal Elev. P P E R F I L L Traza de la S.L.A. con las paredes del canal T t P L A N T A Fig. III.52 TransiciónIII.1.3 ESTRUCTURA DE LIMPIA En las obras hidráulicas de captación para el aprovechamiento de corrientes superficialestales como las tomas directas y derivadoras, se tiene siempre el problema de la acumulación deazolves en la obra de toma. Esto es debido a que para el control de la captación en general, sonconvenientes bajas velocidades, las cuales propician la sedimentación de materiales y esto a suvez es consecuencia de los obstáculos que se le anteponen a la corriente. El azolve acumulado en las estructuras de toma de una presa derivadora y el que se llegaa pasar a los canales de riego traen problemas relativos al funcionamiento de la obra, queredundan en una baja eficiencia del sistema de aprovechamiento, aumento en los costos deoperación y conservación de la misma, así como suspensión temporal del servicio de riego, etc. El azolvamiento de las presas derivadoras se origina porque el río conduce materiasólida, como cantos rodados, gravas, arena, limo. Al construir la presa, se eleva el nivel libre delagua, se incrementa la sección transversal de la vena líquida, disminuye la velocidad y el aguava perdiendo capacidad de arrastre por lo que va depositando los materiales en el vaso. Lapresa en sí, es además un obstáculo que detiene los cuerpos grandes, incluso los flotantes,propiciando el azolvamiento. Influye en esto, directamente la geológica de la cuenca y cauce,zona del río en donde se ubica la obra, velocidad de las crecientes, vegetación en la cuenca,etc. Todos son factores que determinan el tipo y cantidad de azolve que se tendrá en elaprovechamiento. 86
  • 94. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN El material en suspensión que lleva la corriente es difícil de controlar y evitar su paso a lazona de riego debido a su finura y en general no perjudica en sí a las estructuras, pues locontrario puede beneficiar a los terrenos contribuyendo con sustancias fertilizantes. En cambiolos azolves formados con materiales que arrastra la corriente, como son: arenas, gravas ycantos rodados son los que ocasionan problemas en el funcionamiento de la derivadora yconsecuentemente son los que se tienen que eliminar. En general el daño de azolves a las estructuras, se prevé tomando medidas ya sea paraquitar la acumulación de material de tiempo en tiempo o evitar que en un período razonable nollegue a sentirse el daño, por ejemplo, en las presas de almacenamiento, el umbral de la tomase localiza arriba del nivel que marca el límite del espacio, que se deja para los azolves durantecierto período, de está manera se evita el taponamiento, u obstrucción de la toma. En las presas de derivación, se construyen estructuras con el objeto de prever unalimpieza periódica a la bocatoma. La estructura consiste fundamentalmente y en general, en uncanal que se localiza frente a la toma; así este canal, llamado desarenador, queda formado pordos paredes verticales y paralelas, una se separa el cause del río y el desarenador, y la otra aldesarenador y la ladera en donde se localiza el canal de riego. (ver fig. III.53, III.54 y III.55) Muro de la ladera en donde A se ubica la toma Eje del canal de derivación Muro B B Bocatoma Eje del canal desarenador A Cortina Fig. III.53 Bocatoma típica PLANTA 87
  • 95. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN H Elev., Cresta h L Compuerta Elev. P d P Conducto Fig. III.54 Bocatoma típica CORTE A-A Compuertas Eje de la cortina de toma Pantalla B Sistema de abertura y cierre B a 2B B a 2B Mín Mín Plantilla del desarenador Cauce S>SC natural Fig. III.55 Perfil Longitudinal de un canal desarenador CORTE B-B El canal desarenador debe quedar de preferencia paralelo al eje del río y la toma se harápor uno de sus lados, en sentido perpendicular al escurrimiento que se tenga en el desarenador,tratando de evitar la entrada de azolves al canal. En ocasiones, cuando los problemas de azolves son más serios y las característicastopográficas del cause del río son propicias, se construyen desarenadores muy amplios paraque el río desarene parcial o totalmente en toda la anchura de su cauce, mediante la aberturadel sistema de control del paso del agua (ver fig. III.56, III.57). 88
  • 96. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Sistema de control (compuertas o agujas) Eje del canal principal Eje de la toma Muros de encauce ( ) Fig. III.56 Desarenador muy amplio Cortina Eje del desarenador Canal de derivación Bocatoma Fig. III.57 Desarenador muy amplio En otros casos además del desarenador se le provee a la bocatoma un sistema de cribaspara impedir el paso de acarreos a la misma y propiciar su decantación ante la toma. Con estose logra facilitar el desalojo de acarreos de tiempo en tiempo. (ver fig. III.58). 89
  • 97. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Eje del desarenador Toma A A Eje de la cortina Cribas P L A N T A Compuerta de toma Cribas Piso del desarena- dor CORTE A-A Fig. III.58 Sistema de Cribas en la bocatoma La Fig. III.59, muestra el esquema de un diseño de estructura de limpia, a cuya toma se leantepuso un vertedor, para evitar el paso de acarreos de tamaño grande y facilitar la limpiezaperiódica. Desarenador Desagüe Cortina Toma Vertedor Fig. III.59 Obra de toma con vertedor en el desarenador El funcionamiento del canal desarenador es el siguiente: considerando la compuerta deldesarenador, (ver fig III.55) se puede impedir el paso del agua hacia abajo, para encausarlahacia el canal de riego, cuando las compuertas de la toma estén abiertas; en esta forma, en90 el
  • 98. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓNtramo del canal arriba del sistema de obstrucción decanten para lo cual, será necesario tener enese sitio una baja velocidad. Para desalojar periódicamente el azolve acumulado, deberáncerrarse las compuertas de toma, abrir la descarga del desarenador y producir el flujo del aguade manera que la velocidad sea suficiente para arrastrar dicho azolve, descargándolanuevamente al río aguas abajo del sitio de la derivación.III.1.3.1 DISEÑO DEL CANAL DESARENADOR En el proyecto de un canal desarenador en el primer lugar se debe propiciar un fácilacceso del agua hacia él y por otra parte su descarga deberá ser libre, es decir sin posibilidadesde ahogamiento. Para facilitar el acceso del agua, lo más práctico es cortar el terreno a fin de tomar unabanqueta desde el inicio del canal desarenador hacia aguas arriba, a una elevación quecorresponda a la de plantilla del desarenador, pero preferentemente un poco menor que estaelevación. Sin embargo, para definir el acceso (banqueta) habrá que considerar la ubicación deldesarenador, así como otras características del sitio, tales como: tipo de materiales en la ladera,elevación de la plantilla del desarenador con relación al fondo del cauce, anchura del canal, etc. En ocasiones debido ala topografía de la ladera y por la conveniencia de localizar el canaldentro de ella, una banqueta horizontal ocasionaría volúmenes de excavación grandes. Para la descarga libre del canal, se debe proyectar a modo de tener un régimen rápido osupercrítico verificando además, que la velocidad de dicho canal sea superior a la velocidad delrío en el sitio de la descarga y que la elevación de la superficie libre del agua en el canal seasuperior a la del agua del río o como mínimo que ambas coincidan a fin de garantizar unadescarga sin posibilidades de ahogamiento. La pendiente que garantice un régimen rápido en el canal deberá adaptarse en lo posibleal perfil del terreno, a fin de disminuir los volúmenes de excavación que se originen. En algunasocasiones debido al desnivel existente entre el inicio del canal y su descarga, será necesarioconstruir caídas o rápidas con colchones amortiguadores para disipar la energía cinética delagua en otras el desarenador puede quedar localizado en tal forma que su descarga siga elmismo perfil del paramento de la cortina y será necesario, por tanto construir un muro divisor oguía para impedir el paso de los acarreos hacia la zona de la cortina. Los lineamientos que se siguen para el diseño de rápidas y amortiguadores en un canaldesarenador son los mismos que los que se consideran para cualquier estructura de este tipo,no obstante si se toma en cuenta que el flujo por el desarenador es periódico se pueden admitirvelocidades un poco más altas que las aceptadas para otro caso, por ejemplo la rápida en uncanal de riego. En otras ocasiones el desnivel entre el inicio del desarenador y su probable descargapuede ser escasa y entonces hay necesidad de darle un desarrollo mayor para que la descargano sea tan inmediata y con peligro de propiciar su ahogamiento. 91
  • 99. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN En lugar de esto último se puede aumentar elevación de la plantilla del desarenador en suinicio, por su puesto aumentara también la elevación de la obra de toma, a fin de contar con undesnivel suficiente. Esta solución origina aumentar la altura de la cortina, muros laterales, etc. Ypor ellos la adopción de una de estas alternativas dependerá del aspecto económico de cadauna de ellas.III.1.3.1.1 GEOMETRÍA E HIDRÁULICA DEL DESARENADOR La determinación de las características geométricas del desarenador , se basa en lascondiciones de su funcionamiento, y así, para determinar dichas características, consideremosfundamentalmente, dos formas de operar el canal desarenador y que a continuación se indican:III.1.3.1.1.1 Primera condición: Canal desarenador cerrado y obra de toma abierta.III.1.3.1.1.2 Segunda condición: Canal desarenador abierto y bocatoma cerrada.III.1.3.1.1.1 PRIMERA CONDICIÓN: CANAL DESARENADOR CERRADO Y OBRA DE TOMA ABIERTA. Para esta primera condición, el tramo desarenador, frente a las compuertas de labocatoma, funciona como un tanque de sedimentación, su geometría deberá permitir,velocidades bajas del agua, para dar oportunidad a que los acarreos se depositen en ese sitio. La sección del canal adquiere la forma rectangular, por que se aprovechan las paredesde los muros laterales y porque dicha sección facilita instalar los controles de apertura y cierre. La elevación de la plantilla del canal, frente a la toma es inferior a la del umbral de lascompuertas de la misma, con el propósito de contar con un espacio para el depósito de lossedimentos, evitando así, su paso al canal de riego. Este espacio es variable y se puede dejar tan alto, como se posible y conveniente, perodesde luego, dependerá del tamaño y cantidad de los acarreos que se tengan en el río encuestión, y en general se recomienda de acuerdo con la experiencia, que como mínimo sea de80 cm. De acuerdo con lo anterior el diseño del canal, se reduce a determinar su ancho, una vezque se haya elegido la velocidad del agua dentro de él y considerando que la superficie libre delagua, corresponde con la elevación de la cresta de la cortina vertedora, así pues, basándose enla ecuación de continuidad, se tendrá: Q =V *Ade donde: 92
  • 100. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Q A= Vpor otro lado A = b*dLuego: A b= dsiendo:Q = Gasto (mínimo) normal considerado en m³ / seg.A = Sección Hidráulica del canal en m².V = Velocidad para propiciar la sedimentación en m / seg.III.1.3.1.1.1.1 GASTO MÍNIMO NORMAL. En un momento dado, el gasto en este canal, será el que deba pasar por la toma y por lotanto, será igual al gasto de derivación normal. No es por demás indicar, que otra condición sería el comportamiento del desarenadorpara gastos menores que el normal de derivación, pero este caso seria favorable, dado que parala misma sección hidráulica, la velocidad sería menor. Esta condición se presenta, estando operando la toma parcialmente.III.1.3.1.1.1.2 ÁREA HIDRÁULICA DEL CANAL. Considerando que el espacio abajo del umbral de la toma, 2-3-4-5 Fig. III.60 estádestinada a la ocupación de acarreos y lodos, el área hidráulica que se considera será la 1-2-5-6. 93
  • 101. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Eje del desarenador Pantalla Elev. Cresta 1 6 Elev. umbral d 2 5 3 4 Elev. plantilla b Fig. III.60 Sección hidráulica del canal desarenador En ocasiones se tiene un gasto de derivación relativamente pequeño, y al considerar unavelocidad máxima recomendada para propiciar la sedimentación, el canal resulta pequeño, detal suerte que constructivamente y desde el punto de vista de la proporción, se antoja hacerlomás amplio; por lo que de acuerdo con la experiencia de obras construidas, se ha adoptado queeste canal tenga como mínimo una anchura de 1.50 m. a 2.00 m. Y lo que va a suceder enestos casos, es que la velocidad será menor que la máxima recomendable, lo cual es ventajoso. La velocidad que se considera en el canal a fin de propiciar la sedimentación de losazolves, dependerá del tipo de los mismos y en general de los materiales que se vayan a tener.Sin embargo para fines prácticos la velocidad que se considera en los proyectos, son los querecomienda diversos investigadores, cuyos resultados se han obtenido de la experiencia, tantoen nuestro país como en otros, en este tipo de obras. En general las velocidades que se recomiendan, no rebasan el valor de 0.6 m/seg. y porlo tanto esta velocidad se podrá considerar como la máxima recomendable. Esta recomendación se puede comprobar partiendo del estudio que algunosinvestigadores han hecho, sobre las velocidades mínimas que se deben tener en un canal, parano propiciar la sedimentación , ni erosión. Es decir que las velocidades para sí propiciar lasedimentación, deberán ser menores que las encontradas para este estudio. Así por ejemplo, R. G. Kennedy, estableció una fórmula empírica para no tener azolvesen canales. Se hace la aclaración que está fórmula no toma en cuenta la contextura de losmateriales de las paredes del canal, la presencia de material coloidal o aglutinante, ni lacantidad del sedimento en suspensión. 94
  • 102. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓNLa fórmula es:V = C * d 0.64Siendo:V = Velocidad en el canal para no producir depósitos de azolves, ni erosión.C = Coeficiente que depende de la finura de las partículas del suelo, considerando que es la misma, tanto para el sedimento en suspensión como para las paredes del canal.d = Tirante en metros. Material C Sedimento arenoso fino de Punjab (India). 0.84 Tierras extremadamente finas de Egipto 0.56 Sedimento grueso en general 1.00 Arena liviana de poco peso 0.535 Suelo arenoso. 0.587 Marga, limo arenoso 0.641 Azolve más pesado. 0.700 Tabla III.5 Valores de “C”En la practica se considera el 80% del valor de la velocidad que se obtiene con la fórmula deKennedy y generalmente se adopta un coeficiente para “C “ de 0.55, teniéndose entonces:V = 0.8 * 0.55 * d 0.64V = 0.44 * d 0.64 En los proyectos de los desarenadores, las velocidades que suelen aceptarse, quedancomprendidas entre 0.25 m/seg. y 0.70 m/seg. y hasta ahora los resultados han sidosatisfactorios. Este rango de valores se debe, al ajuste que se hace del ancho del canal, paraadaptarlo a los tamaños de las compuertas comerciales, cuyos planos tipos, se encuentran enlos archivos, o bien, porque se amplía el canal, cuando resulta ser demasiado angosto como secomentó al tratar el tema del área hidráulica del canal. 95
  • 103. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Otras recomendaciones en el proyecto del desarenador y que también son resultados dela experiencia, son las que consideramos de carácter general. De los estudios que se han hechode las obras construidas, se han obtenido algunas recomendaciones, por ejemplo: Que la velocidad en el canal desarenador, siempre deberá ser menor que la velocidad enel río, para cuando esté operando la toma. También se debe verificar que la velocidad adoptadapara propiciar el depósito de azolves, sea menor que la que tenga el canal de conducción o deriego, e inmediatamente después de las compuertas de la bocatoma. En diversas obras se han operado con éxito en la India, R. B. Buckley observó, que entreel área hidráulica del desarenador y el área obstruida por la cortina vertedora, existía unarelación que variaba entre 1/5 y 1/20, y en una mayoría predominaba la relación de 1/10 (ver figIII.61) Cortina Ad Ac de la cortina Área del desarenador Ad de (1/5)Ac a (1/20)Ac Fig. III.61 Relación de las áreas del desarenador y cortina Esta observación también se puede considerar al diseñar el desarenador, no obstante, suaplicación no debe tan rigurosa, ya que por razones económicas, no siempre es posiblecumplirla, pues en ocasiones la sección de la corriente obstruida, resulta ser bastante grande, ypor otra parte en la eficiencia del desarenador, intervienen otros factores, además del áreahidráulica, tales como, posición con respecto a la corriente, elevación con relación al lecho delrío, etc. Y además no se sabe en detalle, las condiciones y características de esas obras en laIndia.III.1.3.1.1.2 SEGUNDA CONDICIÓN: CANAL DESARENADOR ABIERTO Y BOCATOMA CERRADA Cuando los azolves se hayan acumulado frente a la toma, las compuertas de éstadeberán cerrarse, y abrirse las del desarenador para establecer un escurrimiento, cuyo principalfin es desalojar los materiales acumulados, en ese sitio, es decir, efectuar la operación delimpieza. Para lograr lo anterior es fundamental que el flujo que se establezca sea con régimenrápido y con velocidad suficiente de arrastre. 96
  • 104. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Pero por otro lado, la velocidad no debe ser tan alta, para no ocasionar erosión a lo largodel canal o socavaciones al pie de la descarga del desarenador que pudiera dañar seriamente laestructura. Para fijar la pendiente que garantice la velocidad de arrastre suficiente, se puedenconsiderar dos casos para esta condición de funcionamiento. a) Se cuenta inicialmente con el gasto normal de derivación. Es obvio que el gasto mínimo con el que se cuenta en cualquier momento, será el gasto de derivación y en este caso en cierto modo es el más desfavorable, para el análisis de esta condición de funcionamiento, ya que para gastos mayores el escurrimiento, será más favorable para lograr el desazolve. b) Se tiene un gasto mayor que el normal de derivación o que corresponda a un tirante igual al del orificio del desarenador,. En ambos casos, el análisis se reduce a calcular la pendiente adecuada y en verificar lasvelocidades del escurrimiento, para lo cual se deberán contar ya con los siguientes datos:Q = Gasto normal de derivación.b = Ancho de la plantilla.v = Velocidad adoptada para producir arrastre.Para primer caso (a) se tiene: Q = v* Ay para sección rectangular A = b*dluego: Q = v *b*d Qde donde : d= v *b A b*dy también : r= = P b + 2dAplicando la formula de Manning, para el calculo de la pendiente, se tiene: 1 1/ 2 2 / 3 v= s r nde donde: 2 ⎡v * n⎤s = ⎢ 2/3 ⎥ ⎣r ⎦para el Segundo caso (b) tenemos:A = b*dsiendo d = la altura del orificio en el canal desarenador. 97
  • 105. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN P = b + 2d A b*d r= = P b + 2dY la velocidad valdrá: 1 1/ 2 2 / 3 v= s r n La pendiente calculada en el caso anterior será la correcta, cuando esta velocidad quedeentre los valores límites de las velocidades que se adopten como máximas y mínimas del flujoen el desarenador.III.1.3.1.1.2.1 VELOCIDADES RECOMENDADAS. Basándose en los valores de velocidades que han encontrado algunos investigadores,para no producir erosión en los materiales que forman el canal desarenador, pero que ademásson capaces de arrastrar los materiales depositados: y de acuerdo con la experiencia de lasobras construidas, se han adoptado los valores limites de 2.50 m/seg. a 4.00 m/seg. comovelocidades recomendadas para el diseño del canal desarenador, pudiendo aceptarse enalgunos casos especiales, la velocidad de 1.50 m/seg. Esta recomendación toma en cuenta que la mayoría de los casos, los canalesdesarenadores son revestidos de mampostería o de concreto, no obstante en algunasocasiones, la descarga el desarenador, pudiera resultar muy larga y por economía convengarevestirlo únicamente, en el primer tramo, esto dependerá material que se tenga, en el sitiodonde se ubique y también de la distancia a que se encuentre el tramo con relación a la cortina,y que no se piense revestir. Se ha pensado, que cuando se requiere velocidades muy altas para remover azolvesgruesos, quizá sea necesario revestir la sección hidráulica de la descarga del desarenador, conconcreto bastante resistentes e incluso aumentar la protección del revestimiento, por lo menos elpiso con niveles de fierro o perfiles laminados de fierro estructural. A continuación se presenta una tabla de valores de velocidades medias máximas que noerosionan a los materiales que se indican. 98
  • 106. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Material Velocidad en m/seg. Tierra arenosa muy fina o limo suelto 0.61 Arena 0.30 Tierra arenosa ligera, 15% de arcilla 0.37 Barra arenosa ligera, 40% de arcilla 0.55 a 0.61 Arena gruesa 0.46 a 0.61 Tierra suelta con grava 0.76 Barro 0.76 Tierra o barro compactados, 65% de arcilla 0.92 Barro arcilloso estable 1.22 Arcilla con grava, compactas 0.52 a 2.14 Arcilla compacta , jaboncillo 1.83 Conglomerados, esquistos, pizarras 1.98 Roca estratificadas 2.44 Guijarros, cantos rodados chicos 0.44 a 4.07 Roca dura 4.07 Concreto 4.57 a 6.10 Tabla III.6 Velocidades medias máximas que no erosionan a los materiales que se indican Como podrá observarse, excepto cuando se tenga roca, guijarros y cantos rodadoscompactados, siempre será necesario revestir o proporcionar otra forma de protección, porejemplo, mediante zampeados y esto desde luego, estará sujeto en última instancia, al criteriodel Ingeniero residente, según observe las excavaciones durante la construcción.Cuando los gastos de derivación normales son relativamente pequeños, los tirantes en el canaldesarenador, para esta segunda condición, resultan ser también pequeños y es probable que nose efectúe con eficiencia la limpieza o arrastre de materiales, y por lo tanto la operación dedesarene deberá efectuarse en épocas de lluvias.III.1.3.1.2 CONTROLES EN EL CANAL DESARENADOR Para obturar el canal desarenador se emplean preferentemente las compuertas radiales,(ver fig III.62), por ser estas de mayores dimensiones que las de otro tipo; además de que sefacilita la abertura y el cierre. 99
  • 107. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Corona muro Malacate Oreja superior Pantalla Oreja inferior B a 2B B a 2B R mínimo mínimo Perno B B Fig. III.62 Instalación de la compuerta radial Anteriormente se empleaban con cierre frecuencia y por economía las agujas de madera,pero por su poca efectividad y dificultad de manejo sobre todo en el momento en que sepresentan las crecientes, han quedado en desuso, sin embargo en ocasiones, cuando el canaldesarenador resulta más o menos ancho y por razones económicas puede dividirse su anchuraen dos tramos separados por un muro, (ver fig III.63) instalándose en uno de ellos, unacompuerta radial y en el otro un sistema de agujas de madera. Esta practica permite observar elfuncionamiento del desarenador cuando principia a operarla obra y definir posteriormente lainstalación de la otra compuerta radial o el cierre definitivo de ese tramo. Agujas de madera Compuerta radial o compuerta radial Ranura para agujas de madera Agujas de madera Compuerta radial Eje de canal desarenador Fig. III.63 Desarenador con dos orificios 100
  • 108. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN Lo que sí se recomienda es instalar agujas o mejor dicho, dejar una preparación parapoder instalarlas inmediatamente aguas arriba de la compuerta radial con el objeto de cerrar elpaso del agua eventualmente, cuando por alguna circunstancia sea necesario hacerlereparaciones a la compuerta. Las compuertas radiales que se instalan en un desarenador pueden ser con pantalla o sinesta. Las compuertas con pantalla son preferidas porque ofrecen mejor control en elescurrimiento del desarenador y en el vertedor, menos probabilidades de arrastre de cuerposflotantes hacia el canal que pueden obturar o deteriorar las compuertas por el lado de aguasabajo; estas compuertas con pantalla generalmente están diseñadas para carga de aguamayores que su altura. Las compuertas sin pantalla están diseñadas para que el agua brinque sobre ellas y suanchura puede incluirse en la longitud total de la cresta vertedora. Cuando se usan compuertas sin pantalla el labio superior de la compuerta estandocerrado, deberá coincidir con la elevación de la cresta vertedora y cuando se usen compuertascon pantalla, la elevación de la cresta coincidirá con el labio inferior de la pantalla; en este últimocaso la compuerta deberá ser más alta en unos 15 o 20 cm. Que la altura del orificio con el finde efectuar un buen cierre. Con el objeto de no estar diseñando en cada caso la compuerta radial va a emplear,tomando en cuenta que para ciertas variaciones de carga hidrostática, prácticamente resultaríala misma compuerta, las cuales se fabrican con perfiles de acero estructural, existen en lasecretaria de planos tipo de compuertas o que se han empleado en otros proyectos, los cualespueden elegirse para un proyecto, adaptándolas, de acuerdo con la carga hidráulica a que sevayan a estar sujetas y las dimensiones de anchura y altura que se requieran. En ocasiones si lacompuerta que más se adapta tiene un ancho o altura mayor que la que se necesita, puedeadaptarse indicándose en el plano de la derivadora y al fabricante de la compuerta lo que sedebe de recortar, para que resulte de las dimensiones deseadas. Cuando se adapta unacompuerta radial, generalmente se conserva la capacidad del mecanismo elevador puesto quela diferencia es relativamente pequeña. Si dentro de las compuertas tipo no satisface alguna de ellas para un problema encuestión, será necesario hacer un diseño particular. Para ubicar el mecanismo o malacate elevador de las compuertas radiales, se debepensar que dada la forma de trabajar de estas compuertas en gran parte los esfuerzos que serequieren para elevarla depende de la ubicación del asa donde se jale la compuerta. Losmenores esfuerzos en el cable se presentan, cuando este sea tangente a la hoja de lacompuerta. Prácticamente esto no es posible cuando la oreja está situada en la parte superiorde la hoja; porque la posición cambia a medida que se va elevando. Con la Fig. III.62 se presentan gráficamente dos formas de ubicar el mecanismo elevadorestando el asa en el labio inferior o superior de la compuerta, también se indican lasdimensiones mínimas recomendadas que se deben tener entre la compuerta radial y el orificiode la toma. 101
  • 109. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN El tipo y capacidad del malacate viene indicados en la relación de los planos tipos decompuertas y pueden ser operados en forma manual o eléctricamente. En la mayoría de nuestros proyectos se refiere a los malacates operados manualmente,dado el rango de la capacidad, facilidad de operación para el usuario y porque muchas veces nose cuenta con energía eléctrica cercanas, tomando en cuenta la ubicación recóndita de la obra. Es muy importante estudiar minuciosamente los planos de instalación de las compuertas,y proporcionarlos a las obras para su correcta instalación.III.1.4 OBRAS COMPLEMENTARIAS Las obras complementarias en las presas derivadoras, que podemos mencionar, songeneralmente los muros de encauzamiento y obras de seguridad en el canal principal,zampeados en las descargas y revestimiento en las laderas. En otros países cuando las presas se construyen sobre grandes ríos, se pueden tenerotro tipo de obras complementarias con el objeto de no perturbar otras finalidades de lacorriente, por ejemplo, cuando en el río se explota la cría de peces, se construye lo que sellaman escalas para peces, sobre la cortina vertedora con el objeto de facilitar el paso de losmismos, también en algunas regiones los ríos son empleados para el transporte de madera ypara la navegación. En el primer caso se prevé, el paso de los troncos por la cortina, medianteescotaduras en ella, en el segundo pueden ser necesarias las esclusas. En esta tesis trataremos de manera superficial sólo la obra de seguridad en el canalprincipal.III.1.4.1 OBRA DE SEGURIDAD EN EL CANAL PRINCIPAL: LIMITADOR DEL GASTO Aún cuando se deba tener un control y vigilancia en la operación de las derivadoras, nose descarta la posibilidad de que estando abiertas las compuertas de la obra de toma sepresente una o varias avenidas en el río. Esto ocasiona que por las compuertas entre un gastomayor que el gasto normal de derivación, debido a que la carga hidráulica sobre el orificioaumenta, al aumentar el tirante de agua en el río (ver fig. III.64). 102
  • 110. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓN h N.A.M.E. H máx h dmáx hn K Q0 dn Qc Elevación planti- lla del canal b Fig. III.64 Gasto máximo en la bocatoma Prever este gasto es importante, ya que el canal de riego se diseña para la capacidad dederivación normal en la toma y un caudal mayor ocasionaría su derrame y posible deterioro alrebasar el bordo libre que se le asigna a cada canal principal una capacidad igual a la del gastomáximo porque resultaría de dimensiones relativamente grandes e innecesarias. Por lo anterior, se acostumbra proyectar una estructura que limite el gasto en el canal,evitando con ello las posibilidades de daños y perjuicios, aguas debajo de este limitador. Desdeluego antes de el limitador de gasto, el canal deberá tener la conductividad del gasto máximo ypor esto conviene localizar el limitador lo más cerca que sea posible de la bocatoma, para teneren una corta longitud las dimensiones grandes del canal. Como la construcción de un limitadorpudiera provocar un fenómeno de remanso que afecte a la bocatoma, es recomendable prever oevitar su efecto en el diseño y localización de estas estructuras. El desfogue de un limitador de gasto se efectúa en el mismo río de aprovechamiento y aveces en un arroyo tal vez aledaño y es recomendable en cualquier caso, guiar la descarga concuidado para no ocasionar erosiones o socavaciones, pues de suceder esto, se estarádesvirtuando el objetivo del limitador ya que se tendrían perjuicios en el canal, en la zona de laestructura limitadora 103
  • 111. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO III: JUSTIFICACIÓNIII.1.4.1 ESTRUCTURA LIMITADORA TÍPICA La estructura más empleada en nuestro medio consiste fundamentalmente en unaescotadura o vertedor lateral que se le hace al canal en una de sus paredes, y en casosespeciales en ambas, con el fin de que el agua excedente tenga oportunidad de verter. Parauna mejor eficiencia de vertido, lo que se hace es darle a la pared de derrame, un perfilconveniente para aumentar el coeficiente “C” de descarga del vertedor y en general casisiempre se adopta un perfil tipo Creager (ver fig. III.65). La elevación de la escotadura se fija deacuerdo con el tirante correspondiente al gasto que se admita pasar por el canal con susdimensiones normales y aprovechando el bordo libre. Es usual, considerar un gasto máximo(Qmáx) que conduzca el canal, el gasto normal (Qn) aumentado en un 20% a 30%. Con estaconvención se consigue disminuir el gasto de diseño del vertedor. Por lo tanto: 1.30 Qn > Qmáx Canal > 1.20 Qn A L Elev. cresta H Cresta del vertedor N.A.M.E. Plantilla del canal dmáx dn dn A PERFIL CORTE A-A Fig. III.65 Estructura limitadora típica 104
  • 112. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN
  • 113. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN IV.- ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓNIV.1 CANAL CON PLANTILLA VARIABLE Para el cálculo de este tipo de canales se requieren los siguientes pasos: 1. Teniendo datos de forma y parámetros del canal se construye la curva del comportamiento del flujo en la superficie libre. 2. Teniendo como datos los parámetros hidráulicos del flujo calcular las características hidráulicas del canal. Por consiguiente se considera que bajo las condiciones de un flujo turbulento en el canalse toma en cuenta el comportamiento de la trayectoria de la superficie libre del mismo. Para elcálculo de los parámetros el objetivo es determinar la línea de trazo del flujo a través del canalen condiciones turbulentas para lo cual realizamos el siguiente cálculo. Q2 ⎛ 1 ⎞ Q2 ⎜ 2 − 1 2 ⎟ + 2 2 l1 ∆H 1 = 2 g ⎜ A1 ⎝ A2 ⎟ A C R ⎠ Q2 ⎛ 1 ⎞ Q2 ∆H 1 = ⎜ 2 − 12 ⎟ + 2 l1 2g ⎜A ⎟ K ⎝ 1 A2 ⎠Donde:DH = Diferencia de tirante en un tramoQ = Gasto (m3/seg) ⎛1⎞C = Coeficiente de Chezy = ⎜ ⎟ R 1 / 6 ⎝n⎠l = Longitud del tramo en estudio (m)A = Área (m2) Que nos determina la variación de tirante en un tramo determinado. Por lo tanto elcambio que presenta el flujo en sus secciones a través del canal derivador va a ser máspronunciado, las distancias entre las secciones a analizar la vamos tomando desde el principiodel canal (Ver Fig. IV.1) 103
  • 114. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN Tirante variable Tirante normal h h0 l1 l2 l3 Fig. IV.1 Perfil del flujo variable en un tramo Para el canal derivador con un tirante permanente es conveniente utilizar la fórmulaRrurini: ⎛α C2 ⎞ b1 − b2 ∆s = ⎜ ⎜ gχ ⎟ η − η [ϕ (η 2 ) − ϕ (η1 )] ⎟ ⎝ ⎠ cp 1 2donde:a = Corrector de velocidad y va de 1.00 – 1.10 ⎛1⎞C = Coeficiente de Chezy = ⎜ ⎟ R 1 / 6 ⎝n⎠g = Aceleración de la gravedad = 9.81 m seg 2c = P = Perímetro mojado (m)b = Ancho de plantilla (m)η = K K es el coeficiente de las características para cada una de sus secciones en un tramo 0comprendido.K = Característica del gasto = A C RA = Área (m2)R = Radio hidráulico (m) 104
  • 115. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓNK0 = A0 C 0 R0 0.6 ⎛ Qn ⎞h0 = ⎜ ⎟ ⎜V s ⎟ ⎝ ⎠ϕ (η ) = Coeficiente de Bajmet (ver tabla IV.1) h f(h) h f(h) h f(h) h f(h) h f(h) Característica de la forma del canal (Sección trapecial) x = 2.00 0 0 0.77 1.020 0.980 2.297 1.20 1.199 1.49 0.813 0.05 0.050 0.78 1.045 0.985 2.442 1.21 1.177 1.50 0.805 0.10 0.100 0.79 1.071 0.990 2.646 1.22 1.156 1.55 0.767 0.15 0.151 0.80 1.098 0.995 3.000 1.23 1.136 1.60 0.733 0.20 0.203 0.81 1.127 1.000 ∞ 1.24 1.117 1.65 0.703 0.25 0.309 0.82 1.156 1.005 2.997 1.25 1.098 1.70 0.675 0.30 0.309 0.83 1.178 1.010 2.652 1.26 1.081 1.75 0.650 0.35 0.365 0.84 1.221 1.015 2.415 1.27 1.065 1.80 0.626 0.40 0.424 0.85 1.256 1.020 2.307 1.28 1.049 1.85 0.605 0.45 0.485 0.86 1.293 1.025 2.197 1.29 1.033 1.90 0.585 0.50 0.549 0.87 1.333 1.030 2.117 1.30 1.018 1.95 0.566 0.55 0.619 0.88 1.375 1.035 2.031 1.31 1.004 2.0 0.549 0.60 0.693 0.89 1.421 1.040 1.966 1.32 0.990 2.1 0.518 0.61 0.709 0.90 1.472 1.045 1.908 1.33 0.977 2.2 0.490 0.62 0.727 0.905 1.499 1.05 1.857 1.34 0.964 2.3 0.466 0.63 0.741 0.910 1.527 1.06 1.768 1.35 0.952 2.4 0.444 0.64 0.758 0.915 1.557 1.07 1.693 1.36 0.940 2.5 0.424 0.65 0.775 0.920 1.589 1.08 1.629 1.37 0.928 2.6 0.405 0.66 0.792 0.925 1.622 1.09 1.573 1.38 0.917 2.7 0.389 0.67 0.810 0.930 1.658 1.10 1.522 1.39 0.906 2.8 0.374 0.68 0.829 0.935 1.696 1.11 1.477 1.40 0.896 2.9 0.360 0.69 0.848 0.940 1.738 1.12 1.438 1.41 0.886 3.0 0.346 0.70 0.867 0.945 1.782 1.13 1.398 1.42 0.876 3.5 0.294 0.71 0.887 0.950 1.831 1.14 1.363 1.43 0.866 4.0 0.255 0.72 0.907 0.955 1.885 1.15 1.331 1.44 0.856 4.5 0.226 0.73 0.928 0.960 1.945 1.16 1.301 1.45 0.847 5.0 0.203 0.74 0.950 0.965 2.013 1.17 1.273 1.46 0.838 6.0 0.168 0.75 0.972 0.970 2.092 1.18 1.247 1.47 0.829 8.0 0.126 0.76 0.996 0.975 2.184 1.19 1.222 1.48 0.821 10.0 0.100 Tabla. IV.1 Valores del coeficiente de Bajmet para un canal de s > 0 105
  • 116. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN Para diferentes distancias que se presenten en el canal de derivación tenemos lasiguiente fórmula: h(s ) = as + hcDonde: h − h0a= 1 LL = Longitud de inicio a la sección analizada El área de la sección para una distancia “s” puede ser calculada con la ecuaciónEmsebin: A1e σ s A= 1+ σ v1 2 [ p g 2σ s e −1 ]donde:A = Área (m2)e = 2.718281828 gσ= (coeficiente medio de los parámetros de la distancia que se analiza) αC R 2s = Distancia entre el tramo inicial y un tramo cualquiera (m)p = i − a 1− i2i = pendienteg = Aceleración de la gravedad = 9.81 m seg 2v1 = Velocidad promedio del flujo variable (m/seg) La energía cinemática se calcula con la siguiente fórmula: 106
  • 117. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN v2 =ms+k 2gDonde: v − v1 2 2 2 v m= c ; k= 1 2g 2gvc = Velocidad crítica, se puede considerar = v0v1 = Velocidad de la sección inicialIV.2 EJEMPLOConstruir un canal de derivación de sección trapecial con revestimiento de concreto derugosidad n = 0.017, Q = 5.6 m3/seg, una pendiente (i) s = 0.143, un talud k = 1.0 ,una plantillainicial b = 1.6 m , una plantilla final de 0.40 cm con el mismos valor de k (ver Fig. IV.2), lalongitud entre las secciones es de 9.00 mEl bordo libre en la sección será de 0.75 m; según especificaciones de la CFE, mediante elgráfico (fig. 1.5, pág. 2.9.25 del Manual de Diseño de Obras), para un gasto Q = 5.6 m3/seg,corresponde un bordo libre (B.L) de 0.75 m (ver Fig. IV.3). C L C L Elev. Plantilla = 100.00 Elev. Plantilla = ? 0.15 m 0.15 m 0.15 m 0.15 m Lb = 0.75 m Lb = 0.75 m 1 1 y=? y=? k=1 k=1 b = 1.6 m b = 0.4 m SECCIÓN 0+000.00 SECCIÓN FINAL Fig. IV.2 Secciones del Canal de Derivación 107
  • 118. 2.0 1.8 OBRAS DE DERIVACIÓN 1.6 1.4 1.2 Altura de la banqueta sobre la superficie del aguametros 1.0en Altura del revestimiento 0.8 de superficie dura, o deAltura membrana enterrada so- 0.6 bre la superficie del agua 0.4 Altura del revestimiento de tierra sobre la su- 0.2 perficie del agua 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.7 1 2 3 4 5 7 10 20 30 40 50 70 100 200 300 400 500 700 1000 Gasto en metros cúbicos por segundo Fig. IV.3 Libre bordo para canales con revestimientos de superficie dura, membrana enterrada y tierra según U.S. Bureau of Reclamation CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN 108
  • 119. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN Como primer paso obtendremos el valor del tirante normal (y), el cual se obtendrá con laaplicación de las fórmulas de continuidad y de Manning, para ello, las velocidades calculadaspor continuidad y por Manning deben ser iguales; es decir, al proponer parámetros hidráulicos ygeométricos, se debe cumplir: Ecuación de Continuidad = Ecuación de Manning Vc = V M Q 1 2 / 3 1/ 2 = Rh s A ndonde:Vc = velocidad por continuidad, m/segQ = gasto, m3/segA = área hidráulica, m2 A = (b + ky ) y Donde: A = Área (m2) b = Ancho de Plantilla (m) k = Talud y = Tirante normalVM = Velocidad por Manning, m/segn = coeficiente de rugosidad de Manning, adimensional.P = perímetro mojado P = b + 2 1+ k 2 yRh = radio hidráulico (m) Rh = A = (b + ky ) y P b + 2 1+ k 2 ys = pendiente del canal Para obtener la condición Vc = VM , se proponen tirantes que nos permitirán calcular loselementos geométricos; con la aplicación sucesiva de las fórmulas anotadas, llegaremos a untirante que satisfaga la igualdad (dicho tirante es conocido como tirante normal, “y”). En la siguiente página se muestran los resultados obtenidos de la aplicación de lasecuaciones arriba mostradas. 109
  • 120. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN T Lb 1 y k b Fig. IV.4 Sección del canal DATOS n= 0.017 s= 0.143 Q= 5.60 m3/seg Lb = 0.75 m b= 1.60 m D (Tolerancia) = 0.05 k= 1.00 y A P Rh Velocidad m/s D Observación 2 m m m m Manning Continuidad 0.328 0.6324 2.5277 0.2502 8.8324 8.8552 0.0228 OK 0.329 0.6346 2.5306 0.2508 8.8465 8.8245 0.0220 OK 0.330 0.6369 2.5334 0.2514 8.8606 8.7926 0.0680 Ajustar Por lo tanto y = 0.329 (tirante normal) 110
  • 121. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN Ahora bien, procedemos a calcular la ubicación de las secciones cuyo ancho de plantillaequivale a los siguientes valores: Plantilla del tirante (m) 1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 Como primer operación calculamos el perímetro mojado (P) para cada ancho de plantillamediante la ecuación: P = b + 2 1+ k 2 yObteniendo: Perímetro Mojado P (m) 2.53 2.33 2.13 1.93 1.73 1.53 1.33 Calculando el Radio hidráulico (Rh) para cada ancho de plantilla mediante la ecuación: Rh = A = (b + ky ) y P b + 2 1+ k 2 y Radio Hidráulico Rh (m) 0.251 0.244 0.236 0.226 0.215 0.2 0.18 111
  • 122. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN Calculando el Coeficiente de Chezy (C) para cada ancho de plantilla: Coef. Chezy 1/ 6 R C= h n 46.719 46.5 46.242 45.909 45.529 44.984 44.201 La siguiente operación es el cuadrado del Coeficiente de Chezy (C2) C2 2183 2162 2138 2108 2073 2024 1954 Proseguimos con el cálculo del cociente del producto del coeficiente de Chezy elevado alcuadrado por el corrector de velocidad dividido entre el producto de la aceleración de lagravedad por el perímetro mojado: α C2 gP 96.8 104 112.6 122.5 134.4 148.3 164.7 112
  • 123. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN ⎛α C2 ⎞ ⎛α C2 ⎞ ⎜ ⎜ gP ⎟ +⎜ ⎟ ⎜ gP ⎟ ⎟ ⎝ ⎠i ⎝ ⎠ i +1 Obteniendo promedios mediante la ecuación: 2 ⎡α C 2 ⎤ ⎢ ⎥ ⎣ g P ⎦ cp 100.4 108.3 117.6 128.5 141.4 156.5 Calculando la característica del gasto para cada ancho de plantilla: Característica del gasto ⎛ R 2/3 ⎞ K = A⎜ h ⎟ ⎜ n ⎟ ⎝ ⎠ 14.7 13.1 11.2 9.6 7.8 6.2 4.5 Q Con K 0 = obtenemos el valor de h (“eta”) s K η= K0 0.99 0.89 0.76 0.65 0.53 0.42 0.3 113
  • 124. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN Obteniendo las diferencias entre plantillas analizadas: bi − bi +1 (m) 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 De misma manera para los coeficientes h (“eta”) η i − η i +1 0.100 0.130 0.110 0.120 0.110 0.120 Considerando los coeficientes h (“eta”) mediante la tabla IV.1 e interpolando los valorescorrespondientes obtenemos: ϕ (η i ) 2.646 1.421 0.996 0.775 0.591 0.448 0.309 114
  • 125. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN Concluyendo con las operaciones mostradas en los encabezados abajo mostrados,obtenemos las distancias (Ds) a partir de la primera sección donde se localizan las seccionescuya plantilla se especificó: ⎛α C 2 ⎞ b1 − b2 si = ∆s + si +1 ϕ (η i +1 ) − ϕ (η i ) ∆s = ⎜ ⎜ gχ ⎟ η − η [ϕ (η 2 ) − ϕ (η1 )] ⎟ ⎝ ⎠ cp 1 2 (m) 0.00 1.225 254.8000 254.80 0.425 73.6231 328.42 0.221 49.2227 377.64 0.184 41.2160 418.86 0.143 38.5580 457.42 0.139 38.1555 495.58 Como puede observarse, la longitud del canal es de 495.58 m el cual no cumple con lalongitud especificada de 9.00 m, por lo que realizamos varios cálculos incrementando el tirantehasta un y = 0.88 m que cumple con la longitud mencionada. A continuación, se muestran las operaciones para y = 0.88 m Coef. Chezy Perímetro Radio 1/ 6 α C2 α ⎡α C 2 ⎤ Plantilla R Mojado Hidráulico C= h C2 gP g ⎢ g P ⎥ cp P ⎣ ⎦ del tirante (m) P (m) Rh (m) n 1.60 4.09 0.534 52.984 2807 77 1.40 3.89 0.516 52.682 2775 80 78.5 1.20 3.69 0.496 52.336 2739 83.2 81.6 1.00 3.49 0.474 51.941 2698 86.7 85 0.80 3.29 0.449 51.474 2650 90.3 88.5 0.60 3.09 0.422 50.945 2595 94.2 92.3 0.40 2.89 0.39 50.28 2528 98.1 96.2 Característica del gasto A ⎛ R 2/3 ⎞ Q bi − bi +1 η i − η i +1 ϕ (η i ) K = A⎜ h ⎟ K0 = K ⎜ n ⎟ η= (m2) ⎝ ⎠ s K0 (m) 2.18 84.4 14.8 5.7 0.179 2.01 76.1 14.8 5.14 0.20 0.560 0.198 1.83 67.5 14.8 4.56 0.20 0.580 0.223 1.65 59 14.8 3.99 0.20 0.570 0.256 1.48 51 14.8 3.45 0.20 0.540 0.299 1.3 43 14.8 2.91 0.20 0.540 0.359 115
  • 126. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN 1.13 35.5 14.8 2.4 0.20 0.510 0.444 ⎛α C 2 ⎞ b1 − b2 si = ∆s + si +1 ϕ (η i +1 ) − ϕ (η i ) ∆s = ⎜ ⎜ gχ ⎟ η − η [ϕ (η 2 ) − ϕ (η1 )] ⎟ ⎝ ⎠ cp 1 2 (m) 0.00 0.019 0.5429 0.54 0.025 0.7172 1.26 0.033 1.0039 2.26 0.043 1.4381 3.70 0.060 2.0933 5.79 0.085 3.2700 9.06 Concluyendo que con el tirante y = 0.88 m se tiene una longitud del canal de 9.06 m ≈9.00 m.IV.3 ANÁLISIS HIDRÁULICO Ahora procedemos a realizar un análisis hidráulico utilizando el software HEC-RAS3.1.1, del Centro de Ingeniería Hidrológica (Hydrologic Engineering Center) del cuerpo deingenieros de la armada de los EE.UU. (US Army Corps of Engineers), con el fin de revisarprincipalmente la velocidad. A continuación se muestra cada sección, así como sus coordenadas introducidas en elsoftware HEC-RAS 3.1.1. Plantilla Lb Elevación (z) Cadenamiento del tirante (m) m (m) (m) 1.60 0.750 100.00 0+000.00 1.40 0.750 99.92 0+000.54 1.20 0.750 99.82 0+001.26 1.00 0.750 99.68 0+002.26 0.80 0.750 99.47 0+003.70 0.60 0.750 99.17 0+005.79 0.40 0.750 98.7 0+009.06 116
  • 127. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN C L 103.00 102.50 102.00 SECCIÓN 0+000.00 101.50 Elevaciones X Y 101.00 -2.58 101.63 -2.43 101.63 100.50 -0.8 100 0 100 100.00 0.8 100 Elev. = 100.00 2.43 101.63 99.50 2.58 101.63 99.00 -3.00 -2.50 -2.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 SECCIÓN 0+000.00 Fig. IV.5 Sección 0+000.00 C L 103.00 102.50 102.00 SECCIÓN 0+000.54 101.50 X Y Elevaciones -2.53 101.6 101.00 -2.38 101.6 -0.7 99.92 100.50 0 99.92 0.7 99.92 100.00 2.38 101.6 Elev. = 99.92 2.53 101.6 99.50 99.00 -3.00 -2.50 -2.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 SECCIÓN 0+000.54 Fig. IV.6 Sección 0+000.54 117
  • 128. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN C L 103.00 102.50 102.00 SECCIÓN 0+001.26 X Y 101.50 Elevaciones -2.49 101.56 101.00 -2.34 101.56 -0.6 99.82 100.50 0 99.82 0.6 99.82 100.00 2.34 101.56 2.49 101.56 99.50 Elev. = 99.82 99.00 -3.00 -2.50 -2.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 SECCIÓN 0+001.26 Fig. IV.7 Sección 0+001.26 C L 103.00 102.50 SECCIÓN 0+002.26 102.00 X Y 101.50 -2.45 101.48 Elevaciones -2.3 101.48 101.00 -0.5 99.68 0 99.68 100.50 0.5 99.68 2.3 101.48 100.00 2.45 101.48 99.50 Elev. = 99.68 99.00 -3.00 -2.50 -2.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 SECCIÓN 0+002.26 Fig. IV.8 Sección 0+002.26 118
  • 129. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN C L 103.00 102.50 102.00 SECCIÓN 0+003.70 101.50 X Y Elevaciones -2.41 101.33 101.00 -2.26 101.33 -0.4 99.47 100.50 0 99.47 100.00 0.4 99.47 2.26 101.33 99.50 2.41 101.33 Elev. = 99.47 99.00 -3.00 -2.50 -2.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 SECCIÓN 0+003.70 Fig. IV.9 Sección 0+003.70 C L 102.00 101.50 101.00 SECCIÓN 0+005.79 X Y 100.50 Elevaciones -2.38 101.1 100.00 -2.23 101.1 -0.3 99.17 99.50 0 99.17 0.3 99.17 99.00 2.23 101.1 Elev. = 99.17 2.38 101.1 98.50 98.00 -3.00 -2.50 -2.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 SECCIÓN 0+005.79 Fig. IV.10 Sección 0+005.79 119
  • 130. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN C L 102.00 101.50 101.00 SECCIÓN 0+009.06 X Y 100.50 Elevaciones -2.36 100.71 100.00 -2.21 100.71 -0.2 98.7 99.50 0 98.7 0.2 98.7 99.00 2.21 100.71 2.36 100.71 98.50 Elev. = 98.70 98.00 -3.00 -2.50 -2.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 SECCIÓN 0+009.06 Fig. IV.11 Sección 0+009.06 120
  • 131. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN s = 0.143 0.54 SECCIÓN 0+000.00 0.54 0.54 SECCIÓN 0+000.54 0.72 0.72 0.72 SECCIÓN 0+001.26 1 1 1 SECCIÓN 0+002.26 1.44 1.44 1.44 SECCIÓN 0+003.70 2.09 2.09 2.09 SECCIÓN 0+005.79 3.27 3.27 3.27 SECCIÓN 0+009.06 Fig. IV.12 Planta del canal de derivación 121
  • 132. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN Realizada la modelación en el software obtenemos los siguientes resultados: HEC-RAS Plan: Plan 01 River: Canal de Derivac Reach: Gonz@lo Profile: PF 1 Min Ch W.S. Crit E.G. Vel Flow Top Froude Q Total Km River Sta Profile El Elev W.S. Elev Chnl Area Width # Chl 2 (m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/s) (m ) (m) 0+000.00 7 PF 1 5.6 100 100.88 100.88 101.22 2.57 2.18 3.36 1.02 0+000.54 6 PF 1 5.6 99.92 100.78 100.85 101.2 2.9 1.93 3.11 1.18 0+001.26 5 PF 1 5.6 99.82 100.68 100.8 101.19 3.17 1.77 2.92 1.3 0+002.26 4 PF 1 5.6 99.68 100.54 100.73 101.17 3.51 1.59 2.72 1.46 0+003.70 3 PF 1 5.6 99.47 100.32 100.58 101.13 3.99 1.4 2.5 1.7 0+005.79 2 PF 1 5.6 99.17 100.02 100.36 101.07 4.54 1.23 2.3 1.98 0+009.06 1 PF 1 5.6 98.7 99.55 99.96 100.96 5.25 1.07 2.1 2.35 Gráficamente en cada sección la tabla arriba mostrada, se tiene: 122
  • 133. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN Canal de derivación y=0.88 m Plan: Plan 01 26/11/2004 Inicio Aguas Arriba 0+000.000 .017 Legend 101.6 EG PF 1 101.4 Crit PF 1 101.2 WS PF 1 101.0 Ground 100.8 Bank Sta 100.6 100.4 Elevation (m) 100.2 100.0 99.8 99.6 99.4 99.2 99.0 98.8 98.6 -3 -2 -1 0 1 2 3 Station (m) Fig. IV.13 Sección 0+000.00 Canal de derivación y=0.88 m Plan: Plan 01 26/11/2004 0+000.54 .017 Legend 101.6 EG PF 1 101.4 Crit PF 1 101.2 WS PF 1 101.0 Ground 100.8 Bank Sta 100.6 100.4 Elevation (m) 100.2 100.0 99.8 99.6 99.4 99.2 99.0 98.8 98.6 -3 -2 -1 0 1 2 3 Station (m) Fig. IV.14 Sección 0+000.54 123
  • 134. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN Canal de derivación y=0.88 m Plan: Plan 01 26/11/2004 0+001.26 .017 Legend 101.6 EG PF 1 101.4 Crit PF 1 101.2 WS PF 1 101.0 Ground 100.8 Bank Sta 100.6 100.4 Elevation (m) 100.2 100.0 99.8 99.6 99.4 99.2 99.0 98.8 98.6 -3 -2 -1 0 1 2 3 Station (m) Fig. IV.15 Sección 0+001.26 Canal de derivación y=0.88 m Plan: Plan 01 26/11/2004 0+002.26 .017 Legend 101.6 EG PF 1 101.4 Crit PF 1 101.2 WS PF 1 101.0 Ground 100.8 Bank Sta 100.6 100.4 Elevation (m) 100.2 100.0 99.8 99.6 99.4 99.2 99.0 98.8 98.6 -3 -2 -1 0 1 2 3 Station (m) Fig. IV.16 Sección 0+002.26 124
  • 135. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN Canal de derivación y=0.88 m Plan: Plan 01 26/11/2004 0+003.70 .017 Legend 101.6 EG PF 1 101.4 Crit PF 1 101.2 WS PF 1 101.0 Ground 100.8 Bank Sta 100.6 100.4 Elevation (m) 100.2 100.0 99.8 99.6 99.4 99.2 99.0 98.8 98.6 -3 -2 -1 0 1 2 3 Station (m) Fig. IV.17 Sección 0+003.70 Canal de derivación y=0.88 m Plan: Plan 01 26/11/2004 0+005.79 .017 Legend 101.6 EG PF 1 101.4 Crit PF 1 101.2 WS PF 1 101.0 Ground 100.8 Bank Sta 100.6 100.4 Elevation (m) 100.2 100.0 99.8 99.6 99.4 99.2 99.0 98.8 98.6 -3 -2 -1 0 1 2 3 Station (m) Fig. IV.18 Sección 0+0005.79 125
  • 136. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN Canal de derivación y=0.88 m Plan: Plan 01 26/11/2004 Final Aguas abajo 0+009.06 .017 Legend 101.6 EG PF 1 101.4 Crit PF 1 101.2 WS PF 1 101.0 Ground 100.8 Bank Sta 100.6 100.4 Elevation (m) 100.2 100.0 99.8 99.6 99.4 99.2 99.0 98.8 98.6 -3 -2 -1 0 1 2 3 Station (m) Fig. IV.19 Sección 0+009.06 Canal de derivación y=0.88 m Plan: Plan 01 26/11/2004 7 Legend 6 5 WS PF 1 Ground 4 Bank Sta 3 2 1 Fig. IV.20 Perspectiva del Canal de Derivación 126
  • 137. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN Canal de derivación y=0.88 m Plan: Plan 01 26/11/2004 Canal de Derivac Gonz@lo 101.5 Legend EG PF 1 Crit PF 1 101.0 WS PF 1 Ground 100.5 Elevation (m) 100.0 99.5 99.0 98.5 0 2 4 6 8 10 Main Channel Distance (m) Fig. IV.21 Perfil 127
  • 138. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO IV: ANÁLISIS HIDRÁULICO EN OBRAS DE DERIVACIÓN Canal de derivación y=0.88 m Plan: Plan 01 26/11/2004 Gonz@lo 5.5 Legend Vel Chnl PF 1 5.0 Vel Left (m/s), Vel Chnl (m/s), Vel Right (m/s) 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 0 2 4 6 8 10 Main Channel Distance (m) Fig. IV.22 Gráfica de Distancia v.s. velocidad 128
  • 139. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
  • 140. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES V.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESV.1 CONCLUSIONES En el capítulo uno se concluye que las obras hidráulicas de derivación, son aquellas quese erigen con el objeto de aprovechar las aguas superficiales en forma controlada y sin alterarel régimen de la fuente de abastecimiento, disponiéndolas de tal manera que se puedanconducir hasta el sitio de utilización ya sea por gravedad o bombeo. De acuerdo con lo anterior y considerando las características, tanto de la fuente deaprovechamiento como de la obra, se tienen los siguientes distintos tipos de obras dederivación. En el caso de una presa de derivación, puesto que el gasto del canal es una parterelativamente pequeña de los caudales del río, las presas de derivación deben ser del tipo de: - Vertedero - De Compuerta Las presas proyectadas con compuertas para permitir el paso de las crecidas sedenominan a veces, presas móviles. Generalmente tienen varios vanos separados por pilaresque soportan el puente de maniobra. El caudal entre pilares puede ser regulado por pantallasabatibles, compuertas Stoney, de segmento, cilíndricas o de sector. Las presas-vertedero pueden variar desde las barreras bajas, hasta las costosas presasde arco o gravedad, de hormigón. El tipo más conveniente de presa de derivación, para un emplazamiento dado, dependede la altura del azud, de las condiciones de la cimentación, de las características de la corriente,de la inundación admisible aguas arriba, de los materiales de construcción disponibles y delimporte del gasto justificable. Los tipo de vertedero son convenientes desde el punto de vistadel material flotante, puesto que ofrecen menor obstrucción al paso de troncos, ramaje yresiduos varios. Las instalaciones con compuertas son ventajosas desde el punto de vista delos problemas de sedimentación, puesto que los depósitos formados aguas arriba de la presason arrastrados hacia abajo durante los períodos de crecida. Las instalaciones con compuertasson también ventajosas desde el punto de vista de explotación del canal, pues permiten unacierta regulación del nivel del río en las estructuras de toma. 128
  • 141. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Por otro lado, en el capítulo dos, de acuerdo a lo expuesto, habitualmente se piensa enuna captación por derivación, cuando el gasto normal que se pretende aprovechar es igual omayor que el necesario para satisfacer la demanda de algún problema en cuestión y es claroque se adoptará una obra de almacenamiento cuando el gasto de la corriente sea menor que elgasto requerido. Las fuentes de abastecimiento que se aprovechan para construir este tipo de obras sonprincipalmente: arroyos, ríos, lagunas y manantiales. En algunas ocasiones se combina la captación de los escurrimientos superficiales con lade las aguas subálveas. Una de las primeras y principales actividades de la ingeniería civil es la construcción depresas. Todas las grandes civilizaciones se han caracterizado por la construcción de embalsespara suplir sus necesidades, en las primeras épocas para satisfacer las demandas de irrigaciónsurgidas del desarrollo y expansión de la agricultura organizada. Es por ello que en el capítulo tres se concluye que cada presa es una estructura única.Independientemente de su tamaño y tipo, su respuesta a las cargas y su relación interactiva conla hidrología y geología del sitio son de gran complejidad. Por esto, y como reflejo de lanaturaleza más o menos indeterminada de muchas de las variables de diseño más importantes,la ingeniería de presas no es una ciencia formal y definida. Tal como se practica, es unaactividad de gran especialización que se nutre de muchas disciplinas científicas y las equilibrateniendo en cuenta un elemento bastante importante: el criterio ingenieril. Por tanto, esimportante conocer las bases mínimas para facilitar la labor de las personas relacionadas con elproyecto de una de las obras de derivación más importantes en México: las presas dederivación Los sistemas de riego alimentados con derivación por gravedad de las corrientesnaturales requieren usualmente la construcción de azudes cerca de los límites superiores de losterrenos de regadío, con efecto de elevar lo suficiente el nivel del río para permitir la derivaciónregulada de los caudales requeridos por el canal. Cuando se dispone de dos o más puntos deemplazamiento, la ubicación del azud debe determinarse sobre la base de consideracioneseconómicas. Ordinariamente, la adopción de un emplazamiento superior permite una reducciónde la altura del azud, puesto que el canal puede construirse con rasante menos inclinada que lapendiente del río. Los azudes deben proyectarse como presas. Los azudes de hormigón con cimentaciónsobre roca deben asegurarse contra los peligros de deslizamiento, vuelco, aplastamiento oruptura por tensión. Los cálculos deben comprender márgenes adecuados para la subpresión, elchoque y las fuerzas dinámicas, así como para el empuje horizontal y la carga vertical del aguay el peso propio. Las presas sobre arena, grava y otros tipos de material, deben asegurarsecontra los mismos esfuerzos, debiendo tener suficiente resistencia de apoyo, adecuada longitudde infiltración y conveniente protección contra la erosión. 129
  • 142. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES En el capítulo cuatro se expone una metodología para el cálculo de un canal dederivación de plantilla variable; la cual consiste en lo siguiente: de acuerdo con los intervalos delancho de plantilla que se analicen procedemos a calcular el perímetro mojado (P) para cadaancho de plantilla, teniendo el perímetro de cada sección calculamos el Radio hidráulico (Rh)para cada ancho de plantilla. La siguiente operación es el Cálculo el Coeficiente de Chezy (C)para cada ancho de plantilla correspondiente para proceder con la siguiente operación que es elcuadrado del Coeficiente de Chezy (C2) Proseguimos con el cálculo del cociente del producto del coeficiente de Chezy elevado alcuadrado por el corrector de velocidad dividido entre el producto de la aceleración de lagravedad por el perímetro mojado. Obteniendo el cociente antes mencionado obtenemospromedios de sus valores. Ahora bien, se calcula la característica del gasto para cada ancho de plantilla. Con Q K0 = (característica del gasto para el ancho de plantilla inicial) obtenemos el valor de h s(“eta”) que corresponde al cociente de la característica del gasto para cada ancho de plantilladividido entre característica del gasto para el ancho de plantilla inicial Lo que prosigue es Obtener las diferencias entre plantillas: la analizada y la consiguiente,al igual con los coeficientes h (“eta”) Considerando los coeficientes h (“eta”) mediante la tabla IV.1 se interpola los valorescorrespondientes para obtener f(h) correspondiente para cada plantilla analizada. Finalmente, introduciendo los valores calculados en la fórmula de Rrurini obtenemos lasdistancias (Ds) a partir de la primera sección donde se localizan las secciones cuya plantilla seespecificó: En el cálculo de las distancias (Ds) que existen entre la sección inicial y las seccionesanalizadas utilizando la fórmula Rrurini, se observó a través de varios cálculos que la longituddel canal es inversamente proporcional a la altura del tirante en la sección inicial. Debido al estrechamiento que sufre el canal aunado a grandes pendientes del canal elperfil que adopta la superficie libre, es de tipo supercrítico (ver Fig. IV.21). Debido a que lavelocidad a lo largo de los canales de plantilla variable no es constante, el flujo es del tipovariable caso contrario a lo que ocurre en un flujo uniforme donde existe una igualdad depérdidas por fricción entre dos secciones cualesquiera con el desnivel entre ellas. 130
  • 143. OBRAS DE DERIVACIÓN CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESV.2 RECOMENDACIONES Los canales deben de ir revestidos con concreto, o de materiales térreos escogidos,cuando se excavan a través de terrenos porosos de arena o grava en los cuales puedenpresentarse pérdidas por infiltración relativamente elevadas. Para evitar la infiltración, endiversos canales ha sido empleado con eficacia el revestimiento con tierra, consistiendo dichorevestimiento en una mezcla de arcilla, arena y grava. El revestimiento de concreto puede sernecesario cuando fuertes pendientes longitudinales provocan el transporte de agua avelocidades relativamente altas, o en trincheras profundas en las cuales el costo de excavación,obtenida al llevar el agua a gran velocidad, sobrepasa el costo del revestimiento. Los canalesrevestidos son usualmente preferibles desde los puntos de vista de explotación ymantenimiento. Al emplear la fórmula de Rrurini para el cálculo de la longitud del canal de derivación, sies factible modificar la geometría de las secciones inicial y final, una manera de reducir lalongitud del canal de derivación Calculada con la fórmula de Rrurini, es incrementar el talud Cuanto mayor sea la diferencia en longitud de plantillas entre la sección inicial y final,mayor es la longitud del canal utilizando la fórmula Rrurini; para evitar longitudes excesivas olograr alguna especificada, se recomienda incrementar el tirante en la sección inicial teniendocuidado en implementar una estructura de control que garantice que el tirante en el inicio delcanal sea igual al propuesto en el análisis utilizando la fórmula de Rrurini, para que existacongruencia entre el proyecto y la realidad. Cuando la pendiente es demasiado pronunciada, es lógico deducir que las velocidadesaguas abajo de la sección inicial del canal serán excesivas; cuando esto suceda y no es factiblemodificar la pendiente del canal, se recomienda implementar disipadores de energía quepueden ser dientes, escalones, trampolines, cunetas disipadoras los cuales están en función dela realización de un modelo. Esto se menciona de manera superficial ya que lo extenso del abordo del tema es motivo de otra tesis. 131
  • 144. OBRAS DE DERIVACIÓN BIBLIOGRAFÍA
  • 145. OBRAS DE DERIVACIÓN BIBLIOGRAFÍA 1. Presas derivadoras construidas en México SARH 1977 2. PRESAS, C.E.C Resendiz, Martínez, Ing. Luis, U.N.A.M. México 1967 3. Diseño de Presas Pequeñas United State Departament of the interior of Breads, Washington D.C. 1974 4. Ingeniería Hidráulica en México Aldama Rodríguez, Alvero Roberto I.M.T.A. México D.F. 1998 5. Obras Hidráulicas Torres Herrera Francisco, Ed. LIMUSA 6. Tratado de hidráulica aplicada Calvin Víctor Davis, Ed. LABOR S.A. 7. Presas de Derivación Velasco Sánchez Ing. Octavio, Secretaría de Recursos Hidráulicos 8. Presas de Derivación Modelo México 4 Velasco Sánchez Octavio. Secretaría de Recursos Hidráulicos 9. Hidráulica de Canales Sotelo Ávila Gilberto. Facultad de Ingeniería UNAM 10. Manual de Diseño de Obras Civiles. CFE Gonzalo Lugo Cruz Firmado digitalmente por Gonzalo Lugo Cruz Nombre de reconocimiento (DN): CN = Gonzalo Lugo Cruz, C = MX, O = E.S.I.A. (ZACATENCO), OU = I.P.N. Motivo: Estoy aprobando este documento 132 Fecha: 2004.12.14 09:32:52 -0600

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