Informe Acueductos
October 6, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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UNIVERSIDAD “CESAR VALLEJO” - TRUJILLO UNIVERSIDAD
Facultad de Ingeniería Escuela Profesional de Ingeniería Civil NOMBRE DEL CURSO
: OBRAS HIDRÁULICA HIDRÁULICASS
DOCENTE
: HERRERA VILOCHE, Alex Arquímedes
TEMA
:
ACUEDUC ACUEDUCTOS TOS Y SUS TIPOS
FECHA
: 02/12/19
N° INTEGRANTES
CÓDIGO
NOTA
01 02 03 04 05 06 07 08
OBSERVACIONES: 1.- …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 2.-…………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………
NOTA: .........................................
EN NÚMERO
EN LETRA
.......................................
FIRMA DEL PROFESOR PROFESOR
OBRAS HIDRÁULICAS
I.
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 3 2. OBJETIVOS .................................................................................................... 4
3. MARCO TEÓRICO ........................................................................................... 4 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................ 20
ING. ALEX ARQUÍMEDES HERRERA VILOCHE
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II.
INTRODUCCIÓN
El acueducto es un conducto, que fluye como canal encima de un puente diseñado, para carga de aguaoycurso su propio peso una transporte o pararesistir cruzarlauna depresión de agua nopara muyatravesar profundo. Es vía unade construcción para la conducción de agua a fin de salvar un desnivel, además que permite transportar en forma de flujo continuo desde un lugar en el que ésta es accesible en la naturaleza, hasta un punto de consumo distante, generalmente una ciudad o poblado. Su nombre proviene del latín aquae ductus ("conducción de agua"). El contar con un sistema de abastecimiento de agua es el sueño de muchas comunidades rurales y dispersas en donde muchas veces tienen que caminar largas distancias para obtener el agua que necesitan para las labores domésticas y con frecuencia esa agua no cumple con los requisitos para el consumo humano. La construcción de acueductos tiene un alto costo, principalmente cuando las condiciones del terreno son muy irregulares, las viviendas están muy dispersas o las fuentes de agua están muy lejos de la comunidad. Por lo general se usa construcciones de concreto armado para este fin. En el caso de cruce con vías de transporte se usará acueductos cuando la rasante de la vía permita una altura libre para el paso de los vehículos de transporte. En caso de cruce de quebradas el puente debe tener suficiente altura para dejar pasar el acueducto las máximas avenidas en el cauce que cruza. Igualmente, si el puente tiene varios pilares, producirá socavaciones que conviene tenerlas en cuenta. Lamentableme Lamentablemente, nte, esta alta inversión a veces se pierde por falta de recursos, pero también por desconocimiento de la importancia y la necesidad de cuidar y dar mantenimiento a todas y cada una de las piezas que componen el sistema de distribución desde el tanque de captación hasta los tubos o plumas en las viviendas. La finalidad de un acueducto es pasar agua de un canal de riego por encima de otro canal de riego, un dren o una depresión en el terreno.
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III.
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL acueducto. Conocer la importancia y uso de un sistema de acueducto.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS acueducto. Conocer el concepto y los tipos de un acueducto.
Conducción del agua desde un punto hasta otro para permitir que otras
personas o comunidad tengan acceso para unos sistemas de riego. riego. Realizar un cálculo hidráulico. hidráulico.
Tener el conocimiento adecuado sobre su utilización y más que nada su
importancia dentro de las diversas obras civiles c iviles que demandan su construcción. construcción.
IV.
MARCO TEÓRICO
4.1 DEFINICIÓN
Los acueductos son sistemas creados para trasladar el agua proveniente de una fuente natural como ríos, manantiales o aguas subterráneas mediante un conjunto de elementos que forma una conexión de canales o tuberías que permiten al agua llegar satisfactoriamente al punto donde se demanda el vital líquido. 4.2 HISTORIA La palabra acueducto deriva de la palabra latina que significa conducción de agua. Hacia el año 700 a.C., Senaquerib, rey de Asiria de 704 a 681 a.C., mando construir un acueducto que abasteciera de agua su capital, Ninive. Por la misma época, Ezequías, rey de Judá entre 715 y 686 a.C., aproximadamente, edificó a su vez un acueducto que lleva el agua a Jerusalén. Pero el sistema de transporte de agua más extenso de la antigüedad fue quizá el construido por los romanos. El primero que construyeron, Aqua Apia, era un acueducto subterráneo de 16 km de longitud. Fue erigido durante el mandato de Apio
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Claudio (llamado el Ciego), por lo cual se llamó posteriormente Vía Apia, hacia año 310 a.C. El primer acueducto romano que transportaba el agua sobre la superficie del suelo fue el Aqua Marcia, en Roma; tenía una longitud de 90 km y fue construido por el pretor Marcio en el año 144 a.C. La sección de este acueducto, soportada por puentes, medía unos 16 km. Diez acueductos suministraban agua a la antigua ciudad de Roma, unos 140.000 m3 de agua al día. En la actualidad se encuentran porciones de ellos que todavía están en funcionamiento, y proporcionan agua a las fuentes de Roma. Los antiguos romanos también construyeron acueductos en otros lugares de su imperio, muchos de los cuales se mantienen todavía en buen estado: el acueducto sobre el canal de Francia; el de Segovia en España y el de Éfeso en Turquía. A partir del siglo XIX el aumento de la población en las zonas urbanas obligó a realizar grandes obras de conducción y tratamiento de las aguas. Se comenzaron a utilizar las instalaciones de conducción de sifón basadas en el empleo de distintas presiones. Los acueductos modernos han modificado su estructura y están integrados por grandes tuberías de hierro, acero o cemento. Su función es suministrar agua a grandes zonas secas (California) y distribuirla en amplias zonas de regadío (Francia). En tiempos más recientes se han construido extensos acueductos en Europa. El acueducto que transporta agua a Glasgow mide 56 km; el de Marsella, terminado en 1847, 97 km; el de Manchester tiene 154 km de longitud; el de Liverpool mide 109 km; y el segundo acueducto Kaiser Franz Joseph, en Viena mide 232 kilómetros. Sin ir más lejos en Perú también fueron construidas estas obras de ingeniería, que son los “Acueductos de Nazca” que datan desde el año 600 A.C. a 400 D.C.
que son los: a) ACUEDUCTOS DE OCONGALLA Estos acueductos están ubicados en la zona sur de Nazca, pasando el aeródromo, hacia el desvío a la ciudadela de Cahuachi.
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b) ACUEDUCTOS DE ACHACO Este acueducto nos muestra la captación de las aguas subterráneas, aún en funcionamiento, casi 1500 años después de su construcción, lo que demuestra el alto nivel tecnológico que desarrollaron.
4.3 TIPOS Se pueden distinguir dos tipos de acueductos: 4.3.1 POR SU POSICIÓN A) ACUEDUCTO SUBTERRÁNEO Se utilizaba mayormente para usos agrícolas. Como tenía muchas filtraciones, esto hacía que el agua se llenase de impurezas. Además, su mantenimiento era muy difícil ya que sólo se podía acceder por respiraderos, en los que el aire se viciaba muy fácilmente. Los acueductos subterráneos no necesitan tanto tratamiento de agua porque ellos son cerrados y las cosas como hojas, y como excremento animal no les pueden entrar. Por ejemplo, el acueducto Viejo de Crotón tiene 38 millas de longitud y tomó agua del Río de Crotón a la Ciudad de Nueva York. Encima desuelo y acueductos subterráneos, los dos tipos tienen puertas y válvulas para controlar cuánta agua atraviesa.
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B) ACUEDUCTO SEMIENTERRADO Es el más utilizado, es el menos costoso y el más utilizado y el que menor mantenimiento necesitaba.
C) ACUEDUCTO DESCUBIERTO Es el más conocido actualmente, era el que necesitaba más previsión y más cálculos. Se usaba únicamente para salvar obstáculos del terreno con los que se encontraban los otros dos tipos de acueducto. Por ejemplo, el acueducto de Segovia.
4.3.2 POR SU FUNCIONAMIENTO A) ACUEDUCTO POR GRAVEDAD En este sistema la fuente de captación está en un nivel más alto que la comunidad. El agua baja por baja por gravedad o sea por su propio peso, hasta el tanque de almacenamiento. El sistema solo requiere el uso de válvulas para controlar el agua y garantizar que el servicio llegue adecuadamente a todos los puntos de distribución ya sean hogares o fuentes públicas.
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B) ACUEDUCTO POR BOMBEO Cuando la comunidad se ubica en un nivel más alto que la fuente es necesario utilizar bombas para elevar el agua. Estas bombas impulsan el agua hacia los tanques de almacenamiento y distribución. Una vez en los tanques el agua baja por gravedad a la comunidad.
4.4 PARTES DE UN ACUEDUCTO El elemento más importante de un sistema de acueducto es la fuente hídrica de donde se capta el agua para el consumo humano. Un sistema de acueducto rural está conformado por: a) Una bocatoma o presa de captación del agua Estructuras que permiten tomar el agua de la fuente en forma controlada. En fuentes superficiales las captaciones se denominan bocatomas y en aguas subterráneas pozos.
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b) Un desarenador Tanques cuya función es separar las arenas y elementos sólidos que lleva el agua en su recorrido. No todos los acueductos cuentan con este componente. c) Redes de conducción del agua Este componente está constituido por las tuberías o mangueras que conducen nuevamente el agua a la planta de tratamiento o al tanque de almacenamiento y a la red de distribución. d) Una planta potabilizadora Es el componente que realiza la función de purificación y potabilización del agua. e) Sistema de distribución y conexiones domiciliarias Conjunto de tuberías o mangueras encargadas de llevar el agua hasta cada vivienda. f) Tanques de almacenamiento Una vez el agua sea potable, esta se almacena en tanques, esto permite disponer de reservas de agua. Debido a que el consumo de la población no es constante, sino que varía según la hora del día, el tanque regula las variaciones de consumo. g) Microcuenca Fuente de abastecimiento de donde se obtiene el agua que se va a distribuir. La microcuenca es el área geográfica mínima en la cual el agua se desplaza a través de drenajes con una salida principal llamada nacimiento o desagüe. h) Aducción Tuberías que llevan el agua hasta el desarenador.
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4.5 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN ACUEDUCTO A) VENTAJAS La principal ventaja de un acueducto es que, al cruzar el canal o dren, no obstaculiza el flujo libre del agua a través de ellos. Mejora la calidad y puede prestar un mejor servicio a la comunidad, mediante el mejoramiento de los servicios. Llega el servicio de las zonas rurales y urbanas.
Aporta beneficio de saneamiento ambiental Se obtiene un progreso en la asignación de proyectos. Se obtiene un mejor control y se puede regular.
B) DESVENTAJAS Su construcción interrumpe durante un periodo considerable al riego, lo que hace necesario desvío correspondiente. El acueducto es una solución cara ya que se diseña como puente y los apoyos de este deben calcularse teniendo en cuenta todas las cargas y asegurar que soporten todos los esfuerzos de la superestructura. En el caso que se optará por un acueducto con
varios conductos circulares, en los extremos será necesario proyectar tanques o cámaras para mejorar su funcionamiento.
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Deberá verificarse si no hay otra solución más barata como por ejemplo una alcantarilla en el canal o dren por cruzarse, cuando el caudal de este último lo permite. 4.6 DISEÑO HIDRÁULICO El diseño hidráulico de un acueducto se hace antes del diseño estructural. Para el diseño hidráulico de esta estructura es suficiente cambiar la sección de canal por un canal de sección rectangular y para disminuir su sección aumentar la pendiente hidráulica. Con este objeto después de diseñar la sección más conveniente del acueducto se determina las transiciones de entrada y salida para empalmar la sección del canal con la sección del acueducto y respectivamentee a la salida. respectivament En el diseño hidráulico del acueducto se puede distinguir las siguientes componentes:
La transición aguas arriba y abajo del acueducto. El tramo elevado. 4.6.1 LA TRANSICIÓN La transición aguas arriba y abajo del acueducto debe producir en cambio gradual de la velocidad del agua en el canal mismo, hacia el tramo elevado, cambiando también la sección trapezoidal del canal rectangular si está fuera el caso.
ቁ+−ቀቁ] [ቀ = (°′) Donde:
........(1)
= óó () = ℎℎ () = ℎ ℎ (() = = ()
Para un canal de sección rectangular se puede determinar la longitud de la transición con la ecuación:
= (° ( ) ′) ING. ALEX ARQUÍMEDES HERRERA VILOCHE
........(2)
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Donde:
= óó () ) () ==ℎ ℎ ℎℎ (
4.6.1.1 ENTRADA
Por lo general las velocidades del agua son más altas en el acueducto que en el canal, resultando en una aceleración del flujo en la transición de entrada y una disminución del pelo de agua en una altura suficiente para producir el incremento de la velocidad necesario y para superar las pérdidas de cargas por fricción y transición.
= (ΔhΔhyy + CI Δhy Δhy) =(1+CI)Δhy
........(3)
Donde:
Δ=ó () Δhy== Dife Δhy Diferen renciacia en la cacarga rga de vvelo elocid cidadad((m) = é é ( ( 1) Δℎ=( − )⁄2 = (⁄) = (⁄)
La elevación A1 en el inicio de la transición de entrada, coincide con la elevación del fondo del canal en esta progresiva. La elevación B1 la final de la transición de entrada, o el inicio del acueducto, se determina según la expresión:
= ++ − ( +Δ) Donde:
........(4)
= () = () Δ=ó ()
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4.6.1.2 SALIDA Para estructuras de salida, la velocidad se reduce, por lo menos en parte, a los efectos de elevar la superficie del agua.
= Δℎ + Δℎ = (1 + )Δℎ Donde:
........(5)
Δ= () Δhy== Δhy () = é é ( 1) Δℎ=( − )⁄2 = (⁄) ) = (⁄)
La velocidad C, en el inicio de la transición de salida, coincide con la elevación del fondo final del acueducto. La elevación D, al final de la transición de salida, o el inicio del canal aguas abajo del acueducto, se determina según:
= = −− [ − ( + Δ)]
........(6)
Donde:
= ( () Δ = = ()) ( () (
Los coeficientes recomendados recomendados de CI y Co para usar en los cálculos se dan en el siguiente cuadro 1:
CUADRO 1: Coeficiente CI y Co recomendados TIPO DE TRANSICIÓN
CI
CO
Curvado Cuadrante cilíndrico Simplificado en línea recta Línea recta
0.10 0.15 0.20 0.30
0.20 0.25 0.20 0.50
Entremos cuadrados
0.30
0.75
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4.6.1.3 BORDE LIBRE El borde libre para la transición en la parte adyacente al canal, debe ser igual al bordo del revestimient revestimiento o del canal en el caso de un canal en el caso de un canal revestido, en el caso de un canal en tierra el borde libre de la transición será: 0.15 m, para tirantes de agua hasta 0.40 m 0.25 m, para tirantes de agua desde 0.40 m hasta 0.60 m 0.30 m, para tirantes de agua desde 0.60 m hasta a 1.50 m 4.6.2 EL TRAMO ELEVADO Desde el punto de vista constructivo, la sección más apropiada en concreto armado es una sección rectangular. La sección hidráulica más eficiente es aquella cuya relación entre en el ancho (b) y el tirante (y) está entre 1.0 y 3.0. La sección más económica del acueducto tendrá una velocidad de agua más alta que la velocidad de agua en un canal en tierra y consecuentemente la pendiente del acueducto será también mayor que la pendiente del canal. Estudio realizadas muestran que, con una relación b/y igual a 1, 2 o 3, la pendiente del acueducto no debe ser mayor de 0.002 para evitar un flujo supercrítico. Usando un valor para el factor de rugosidad (n), reducido en un 20%, se recomienda verificar si el flujo no se acerca mucho al flujo supercrítico, para evitar un flujo inestable en el acueducto.
( −− ) = (
Donde:
........(7)
.----
= = ó ó (.... ....)) = ó ó (.... ) = ()
La pendiente calculada con la formula (7) debería ser menor de 0.002; caso contrario habrá que modificar el diseño.
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El cálculo hidráulico se hace con la conocida fórmula de MANNING:
⁄ = 1 ∗∗൬ ∗∗൬ ൰ ∗ . Donde: 4.7 EJEMPLO
= (⁄) = Á ( ) = í () = ((⁄) = ()
DATOS: LONGITUD DEL ACUEDUCTO: 30m ACUEDUCTO: 30m COTA DEL FONDO DEL CANAL AL INICIO DE LA TRANSICIÓN AGUAS ARRIBA: 120.50 m.s.n.m SECCIÓN TRAPEZOIDAL TRAPEZOIDAL::
=3⁄ =0.014 =2 =1.20 =0.002
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A. SEGÚN MANNING:
= ∗ ∗ ൬ ൰ ∗ .
Donde:
= (+) ∗ = 2√ 2√ +1+ ) = (2+1.2 2+1.2) ∗ 2 2 +1+1.2 √ = 2√ = 2 +1.2 = 2√ 5+1.2 5 +1.2
Reemplazando en la ecuación:
⁄
3 = 0.0114∗ 14 ∗ 2 +1.2∗ +1.2∗222√ 55+1.2 +1.2 +1.2 ∗0.002. =0.6723
Despejando:
Hallamos el perímetro mojado:
= 2√ 5(0.6723) 723) +1.2 =4.2066
Hallamos el área:
= 2(0. 6723) = 1.7107 +1.2(0. 6723) ⁄ . 1 = ∗ ൬൰ ∗ ⁄ 1 4. 2 066 = 0.014 ∗ ൬1.7107൰ ∗0.002. =1.7534 ⁄
CALCULAMOS LA VELOCIDAD:
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B. ANALIZAMOS EL ACUEDUCTO PARA UNA MÁXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA:
= 3 =0.014 =0.002 =2
2 = →2=
Donde:
== 2 ∗ ==2+ 4
⁄ 1 2 3 = 0.014 ∗ 2 ∗ 4 ∗0.002.
Despejando:
=0.8957 =1.7914
Hallamos el perímetro mojado:
= 4 =3.5828
Hallamos el área:
2 = 1.=6045
CALCULAMOS LA VELOCIDAD
⁄ . 1 = ∗ ൬൰ ∗ ⁄ 1 1. 6 045 = 0.014 ∗ ൬3.5828൰ ∗0.002. =1.7534 ⁄
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Las transiciones:
ቀ.ቁ+2∗0.6723−(.) = = 4.7tan tan(12°30 3 (12°30 ≅ 4.7′5)
En la entrada:
Δ = (1+ 1+)) ∗Δℎ +1.75 1. 8 7 Δ = (1+0.30) ∗ 2(9.81) Δy = 0.03 m
Calculamos la cota:
−Δ) ) = 120.5 + +0.67 − ((0.90+0.03 0.90+0.03)
COTA B= 120.24 m
En la salida:
Δ = (1+ 1+)) ∗Δℎ 7 +1.75 Δy = (1+0.50) ∗ 1.82(9. 81) Δ = 0.01
Calculamos la cota:
= 1200..2148+.+.(.. 30∗0.002 30∗0.002) ( ∗) ) .. = + − ( − Δ) = 120.18 + 0.90 − (0.67+0.01) = 12120.0.4422
La pérdida de la carga hidráulica:
Δ = − Δ=120.5−120.42 Δ = 0.08
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Se verifica el acueducto con el valor de “n” reducido en un 20%
⁄ =3 =0.012 =0.002 =1.80 =0.76 =2.385 = 2.21⁄
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V.
CONCLUSIONES Y RECOMEND RECOMENDACIONES ACIONES
Cualquier asentamiento humano, por pequeño que sea, necesita disponer de un sistema de aprovisionamiento de agua que satisfaga sus necesidades vitales. Un acueducto permite obtener el agua corriente y bastante abundante sin bomba, mientras que el agua de un pozo debe ser bombeada para ser usada. Los antiguos acueductos romanos están entre las obras de ingeniería más extraordinarias de la historia. Los acueductos de Cantalloc tienen pozos de ventilación con formas espiral que bajan hasta el uso subsuelo que permite obtener el agua subterránea. La construcción es cara ya que se diseña como puente y los apoyos de este deben calcularse teniendo en cuenta todas las cargas y asegurar que soporten todos los esfuerzos de la superestructura.
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