Ingeniería Hidráulica

procesos y aplicacion de la ingenieria hidraulica a obras civiles

viernes, 19 de octubre de 2012

Ingeniería Hidráulica: Comentarios:

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Hingenieria Hidraulica

La ingeniería hidráulica es una de las ramas tradicionales de la ingeniería civil y se ocupa de la proyección y ejecución de obras relacionadas con el agua, sea para su uso, como en la obtención de energía hidráulica, la irrigación, potabilización, canalización, u otras, sea para la construcción de estructuras en mares, ríos, lagos, o entornos similares, incluyendo, por ejemplo, diques, represas, canales, puertos, muelles, rompeolas, entre otras construcciones.

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Acueductos Urbanos a Presión

Euri. J Ardila .Z

Estudiante de Ingeniería Civil

Universidad Nacional Experimental del Táchira

UNET

Ingeniería Hidráulica

CRITERIOS BÁSICOS PARA EL DESARROLLO, PLANIFICACIÓN Y PROCESOS DE CONSTRUCCIÓN DE ACUEDUCTOS URBANOS A PRESIÓN

En los pueblos antiguos cuando se empezó a desarrollar la vida en las comunidades y las aldeas agrícolas se transformaron en centros urbanos, el agua se convirtió en un problema para las ciudades y para el riego de los campos. De igual manera surge la civilización romana que fue el primer pueblo en tener un suministro directo de agua a sus ciudades, este suministro constaba de una red de acueductos que dirigían el agua que era captada de las fuentes hídricas naturales y así traer agua limpia a las ciudades, el agua transcurría intercalando estanques y filtros a lo largo de su recorrido. La construcción de estos sistemas decayó con la desintegración del imperio romano, pero nos demostró el potencial del ingenio humano el cual fue llevado a su máxima expresión.

Sin embargo, para el inicio del siglo XIX se incrementa la población en las zonas urbanas, y esto obligo a las poblaciones a que realizaran la construcción de grandes obras de agua, lo cual conocemos como los acueductos modernos los cuales son realizados con materiales como lo pueden ser el concreto, acero o hierro.

En este sentido se puede decir que su principal utilidad o la esencia por la cual se construyeron estos acueductos es simplemente el transporte de este vital líquido como es el agua, estas estructuras que transportan el agua pueden ser en una superficie libre, las cuales van a través de canales que están descubiertos y son mas económicos al momento de su construcción; de igual manera, tenemos los acueductos a presión los cuales transportan el agua por unas tuberías que van sumergidas dentro del terreno.

“Pero estos se componen de una serie de elementos imprescindibles como lo son las obras de toma o captación del agua las cueles pasan por las investigaciones correspondientes para ubicar las posibles fuentes de donde se pueda obtener dicho caudal…” (Palacios, 2011, p28), continuando por una serie de tuberías de aducción y transporte, las cuales llegan a las estaciones donde se encuentran los equipos de bombeo del agua; además, se encuentran seccionadas por una serie de válvulas que controlan la presión en todo el trayecto del acueducto y todo esto se intercomunica para encontrarse finalmente en las cisternas las cuales se encargan del almacenamiento y reserva del agua, las cuales proveen y suministran este liquido en momentos de escases .

Más aun, “los procesos de construcción de un acueducto derivan de los estudios preliminares que son realizados por especialistas en el área de la ingeniería, específicamente realizando investigaciones hidrológicas, geológicas, misceláneas y de estructuras existentes en el sitio de la obra a construir” (Pino, J. 2009); además requiere, de la elaboración de un perfecto sistema de abastecimiento del agua, un suministro directo, o un conjunto de procesos como la distribución por gravedad, por combinación, con equipos hidroneumáticos o también a presión constante. Por lo tanto, esto nos llevaría a una amplia serie de componentes que funcionan en una perfecta armonía para un adecuado abastecimiento del agua y los procesos constructivos que obras de esta envergadura ameritan.

En el mismo orden de ideas, tenemos en primer lugar la construcción de unas estructuras especializadas para la captación de la fuente hídrica, lo cual va seguido por las obras que conducen el agua o también llamadas tuberías de aducción, continuando con la elaboración de una planta de tratamiento la cual se encarga de la erradicación de agentes patógenos que puedan existir en el agua y además de la purificación de la misma, de tal manera que el agua que ha sido tratada se almacene en unos estanque para su próxima distribución a las zonas urbanas donde se habita. Y para que todo lo anteriormente mencionado tenga un adecuado funcionamiento se necesita realizar estudios que nos indique exactamente la demanda de agua por cada zona a la cual el acueducto suministra, “la cual va prescindida de un calculo especifico de la demanda y las variaciones del consumo las cuales pueden alterar significativamente las ideas para el diseño y la construcción del acueducto”. (Pino. J 2009).

Finalmente, tenemos que los acueductos son un conjunto de elementos que funcionan en una perfecta y ordenada armonía, y además se ha demostrado en el transcurrir de la historia de los pueblos y civilizaciones que los canales de distribución del agua o también llamados en la actualidad como acueductos son un medio indispensable para la evolución y permanencia de la humanidad en cualquier ambiente en que se amerite; de tal manera, que para su construcción se ha llevado el ingenio humano a su máxima expresión, demostrando que la esencia de la pasión humana es sencillamente la confrontación con el eterno desafío que la naturaleza nos impone y como hemos aprendido a adaptar cualquier ambiente para nuestra subsistencia y comodidad.

Referencias

Palacios Ruiz, A. (2011). Acueductos, Cloacas y Drenajes: Criterios para el diseño hidráulico de instalaciones sanitarias en desarrollos urbanos. (2da Ed.). Venezuela, Caracas: Universidad Católica Andrés Bello.

Pino. J (2009). Diseño de los sistemas de acueductos y cloacas en obras de urbanismo. Tesis de grado no publicada, Universidad de Oriente, Barcelona, Anzoátegui, Venezuela.

Universidad de Buenos Aires. (2005). Manual de Nociones Básicas de Diseño de Acueductos a Presión (2ª. ed.)Buenos Aires, Argentina.: Ing. Pérez. Luis E.

Terminología Técnica

Abatimiento Diferencia entre el nivel estático y el nivel dinámico o de bombeo en el pozo de explotación de un acuífero.

Accesorios Elementos componentes de un sistema de tuberías, diferentes de las tuberías en sí, tales como uniones, codos, tees etc.

Acometida Derivación de la red local de acueducto que llega hasta el registro de rueda en el punto de empate con la instalación interna del inmueble. En edificios de propiedad horizontal o condominios, la acometida llega hasta el registro de corte general.

Acuífero confinado Acuífero comprendido entre dos capas impermeables en donde el agua está sometida a una presión mayor que la atmosférica.

Acuífero libre Acuífero donde al agua se encuentra sometida a la presión atmosférica.

Acuífero semiconfinado Acuífero comprendido entre dos capas de baja permeabilidad.

Acuífero Formación geológica o grupo de formaciones que contiene agua y que permite su

Movimiento a través de sus poros bajo la acción de la aceleración de la gravedad o de diferencias de presión.

Aducción Componente a través del cual se transporta agua cruda, ya sea a flujo libre o a presión.

Agua cruda Agua superficial o subterránea en estado natural; es decir, que no ha sido sometida a ningún proceso de tratamiento.

Agua potable Agua que por reunir los requisitos organolépticos, físicos, químicos y microbiológicos es apta y aceptable para el consumo humano y cumple con las normas de calidad de agua.

Almacenamiento Acción destinada a almacenar un determinado volumen de agua para cubrir los picos horarios y la demanda contra incendios.

Altura dinámica total Energía suministrada por una bomba a un flujo en tuberías, expresada en términos de cabeza, obtenida como la suma de la altura estática en la succión, de las pérdidas de energía por fricción y pérdidas menores en la succión y en la impulsión, y de la presión requerida al final de la línea de impulsión.

Anclaje Apoyo que soporta los empujes ocasionados por el cambio de dirección en una tubería sometida a presión interna.

Boca de acceso Abertura que se localiza sobre una tubería con el objeto de permitir el acceso a su interior.

Bocatoma Estructura hidráulica que capta el agua desde una fuente superficial y la conduce al sistema de acueducto.

Borde libre Espacio comprendido entre el nivel máximo esperado del agua fijado por el sistema de rebose y la altura total de la estructura de almacenamiento.

Cabeza dinámica total Véase Altura dinámica total.

Cabeza de presión. Presión manométrica en un punto, expresada en metros de columna de agua, obtenida como la razón entre la magnitud de la presión y el peso específico del agua.

Cámara de succión Depósito de almacenamiento de agua en el cual se encuentra la tubería de succión.

Canal Conducto descubierto que transporta agua a flujo libre.

Capacidad de acuífero Volumen de agua que puede producir un acuífero.

Capacidad específica (agua subterránea o pozos profundos) Caudal extraída de un pozo por unidad de abatimiento, para un tiempo determinado, expresado en L/s/m.

Capacidad hidráulica Caudal máximo que puede manejar un componente o una estructura hidráulica conservando sus condiciones normales de operación.

Captación Conjunto de estructuras necesarias para obtener el agua de una fuente de abastecimiento.

Caudal de diseño Caudal estimado con el cual se diseñan los equipos, dispositivos y estructuras de un sistema determinado.

Caudal de incendio Parte del caudal en una red de distribución destinado a combatir los incendios.

Caudal específico de distribución Caudal de distribución medio que se presenta o se estima en un área específica y definido en términos de caudal por unidad de área o caudal por unidad de longitud de tubería de distribución instalada o proyectada en el área de diseño.

Caudal máximo diario Consumo máximo durante veinticuatro horas, observado en un período de un año, sin tener en cuenta las demandas contra incendio que se hayan presentado.

Caudal máximo horario Consumo máximo durante una hora, observado en un período de un año, sin tener en cuenta las demandas contra incendio que se hayan presentado.

Caudal medio diario Consumo medio durante veinticuatro horas, obtenido como el promedio de los consumos diarios en un período de un año.

Cloro residual Concentración de cloro existente en cualquier punto del sistema de abastecimiento de agua, después de un tiempo de contacto determinado

Coeficiente de almacenamiento Medida del volumen de agua drenado por unidad de área cuando la presión estática desciende un metro en un acuífero.

Coeficiente de consumo máximo diario Relación entre el consumo máximo diario y el consumo medio diario.

Coeficiente de consumo máximo horario con relación al máximo diario Relación entre el consumo máximo horario y el consumo máximo diario.

Coeficiente de consumo máximo horario Relación entre el consumo máximo horario y el consumo medio diario.

Coeficiente de pérdida menor Medida de las pérdidas de energía que se producen por el paso del flujo en un accesorio o estructura, y que es factor de la cabeza de velocidad.

Coeficiente de rugosidad Medida de la rugosidad de una superficie, que depende del material y del estado de la superficie interna de una tubería.

Conducción Componente a través del cual se transporta agua potable, ya sea a flujo libre o a presión.

Conductividad hidráulica Caudal que pasa por un área unitaria bajo un gradiente unitario y que mide la capacidad de un acuífero para transportar agua.

Conducto Estructura hidráulica destinada al transporte de agua.

Cuenca hidrográfica Superficie geográfica que drena hacia un punto determinado.

Curvas características Curvas que definen el comportamiento de una bomba mostrando el rango de caudales de operación contra la altura dinámica total, la potencia consumida, la eficiencia y la cabeza neta de succión positiva.

Desarenador Componente destinado a la remoción de las arenas y sólidos que están en suspensión en el agua, mediante un proceso de sedimentación mecánica.

Desinfección Proceso físico o químico que permite la eliminación o destrucción de los organismos patógenos presentes en el agua.

Diámetro nominal Es el número con el cual se conoce comúnmente el diámetro de una tubería, aunque su valor no coincida con el diámetro real interno.

Diámetro real Diámetro interno de una tubería determinado con elementos apropiados.

Dotación Cantidad de agua asignada a una población o a un habitante para su consumo en cierto tiempo, expresada en términos de litro por habitante por día o dimensiones equivalentes.

Dragado Proceso realizado en un río, canal o embalse que tiene por objeto la remoción de sedimentos del fondo.

Drenaje Estructura destinada a la evacuación de aguas subterráneas o superficiales para evitar daños a las estructuras, los terrenos o las excavaciones.

Elasticidad económica Relación entre la variación en el consumo y la variación en el precio de un bien, obtenida como la razón entre el incremento proporcional en el consumo sobre el incremento proporcional en el precio.

Empaque de grava (aguas subterráneas) Manto de grava de un pozo de extracción colocado entre las paredes del pozo y la tubería de revestimiento que contiene los filtros para evitar la entrada del material fino proveniente de un acuífero.

Estación de bombeo Componente destinado a aumentar la presión del agua con el objeto de transportarla a estructuras más elevadas.

Filtro (aguas subterráneas) Dispositivo utilizado para evitar la entrada de material fino de un acuífero a la tubería de extracción de un pozo de agua subterránea.

Flujo a presión Aquel transporte en el cual el agua ocupa todo el interior del conducto, quedando sometida a una presión superior a la atmosférica.

Flujo libre Aquel transporte en el cual el agua presenta una superficie libre donde la presión es igual a la presión atmosférica.

Fuente de abastecimiento de agua Depósito o curso de agua superficial o subterráneo, natural o artificial, utilizado en un sistema de suministro de agua.

Fugas Cantidad de agua que se pierde en un sistema de acueducto por accidentes en la operación, tales como rotura o fisura de tubos, rebose de tanques, o fallas en las uniones entre las tuberías y los accesorios.

Golpe de ariete Fenómeno hidráulico de tipo dinámico oscilatorio, causado por la interrupción violenta del flujo en una tubería, bien por el cierre rápido de una válvula o apagado del sistema de bombeo, que da lugar a la transformación de la energía cinética en energía elástica, tanto en el flujo como en la tubería, produciendo sobreelevación de la presión, subpresiones y cambios en el sentido de la velocidad del flujo.

Hidrante Elemento conectado a la red de distribución que permite la conexión de mangueras especiales utilizadas en la extinción de incendios.

Línea de energía Línea o elevación obtenida como la suma de la cabeza de presión, la cabeza de velocidad y la diferencia de altura topográfica respecto a un datum o nivel de referencia.

Línea piezométrica Línea o elevación obtenida de la suma de la cabeza de presión y la diferencia de altura topográfica respecto a un datum o nivel de referencia.

Macromedición Sistema de medición de grandes caudales, destinados a totalizar la cantidad de agua que ha sido tratada en una planta de tratamiento y la que está siendo transportada por la red de distribución en diferentes sectores.

Medición Sistema destinado a registrar o totalizar la cantidad de agua transportada por un conducto.

Micromedición Sistema de medición de volumen de agua, destinado a conocer la cantidad de agua consumida en un determinado período de tiempo por cada suscriptor de un sistema de acueducto.

Nivel dinámico (Aguas subterráneas) Nivel freático en el pozo de un acuífero, cuando a través de éste se extrae el agua.

Nivel estático (Aguas subterráneas) Nivel freático en un acuífero cuando no hay extracción de agua.

Nivel freático Nivel del agua subterránea en un acuífero.

NPSH (Del inglés Net Positive Suction Head). Presión necesaria para mover un fluido desde la cámara de succión hasta el impulsor de la bomba.

Optimización Proceso de diseño y/o construcción para lograr la mejor armonía y compatibilidad entre los componentes de un sistema o incrementar su capacidad o la de sus componentes, aprovechando al máximo todos los recursos disponibles.

Pérdidas menores Pérdida de energía causada por accesorios o válvulas en una conducción de agua.

Pérdidas por fricción Pérdida de energía causada por los esfuerzos cortantes del flujo en las paredes de un conducto.

Período de diseño Tiempo para el cual se diseña un sistema o los componentes de éste, en el cual su(s) capacidad(es) permite(n) atender la demanda proyectada para este tiempo.

Planta de potabilización Instalaciones necesarias de tratamientos unitarios para purificar el agua de abastecimiento para una población.

Población de diseño Población que se espera atender por el proyecto, considerando el índice de cubrimiento, crecimiento y proyección de la demanda para el período de diseño.

Población flotante Población de alguna localidad que no reside permanentemente en ella y que la habita por un espacio de tiempo corto por razones de trabajo, turismo o alguna otra actividad temporal.

Porosidad Relación entre el volumen de vacíos y el volumen total de una muestra de suelo.

Pozo piezométrico (aguas subterráneas) Pozo a través del cual es posible conocer el nivel freático en un acuífero.

Presión dinámica Presión que se presenta en un conducto con el paso de agua a través de él.

Presión estática Presión en un conducto cuando no hay flujo a través de él.

Presión nominal Presión interna máxima a la cual puede estar sometida una tubería, considerando un factor de seguridad, y que es dada por el fabricante según las normas técnicas correspondientes.

Prueba de bombeo (aguas subterráneas) Procedimiento de campo por medio del cual se busca encontrar las características hidrogeológicas de producción de un pozo perforado para la explotación de un acuífero.

Prueba escalonada Prueba de bombeo realizada con diferentes caudales en un período de tiempo determinado.

Rápida. Caída inclinada de agua con una pendiente alta.

Rebosadero Estructura hidráulica destinada a evitar que el nivel del agua sobrepase una cota determinada; permite la evacuación del agua de exceso en un embalse, tanque o cualquier estructura que almacene agua hacia un lugar conveniente.

Recarga artificial (aguas subterráneas) Método para alimentar artificialmente un acuífero por medio de infiltraciones.

Red de distribución Conjunto de tuberías, accesorios y estructuras que conducen el agua desde el tanque de almacenamiento o planta de tratamiento hasta los puntos de consumo.

Red matriz Parte de la red de distribución que conforma la malla principal de servicio de una población y que distribuye el agua procedente de la conducción, planta de tratamiento o tanques de compensación a las redes secundarias. La red primaria mantiene las presiones básicas de servicio para el funcionamiento correcto de todo el sistema, y generalmente no reparte agua en ruta.

Red menor de distribución Red de distribución que se deriva de la red secundaria y llega a los puntos de consumo.

Red primaria Véase Red matriz

Red secundaria Parte de la red de distribución que se deriva de la red primaria y que distribuye el agua a los barrios y urbanizaciones de la ciudad y que puede repartir agua en ruta.

Registro de corte o llave de corte Dispositivo situado en la cámara de registro del medidor (o cajilla del medidor) que permite la suspensión del servicio de acueducto de un inmueble. Solamente lo opera la entidad prestadora del servicio.

Registro de rueda o de bola. Es un dispositivo de suspensión del servicio para efectuar las reparaciones y el mantenimiento interno en la vivienda. Está situado después del medidor, generalmente en el empate con la instalación interna. Puede operarlo el usuario.

Rejilla Dispositivo instalado en una captación para impedir el paso de elementos flotantes o sólidos grandes.

Salidas para medición Salida practicada en una conducción, obturable con registro y válvula de incorporación, con el objeto de permitir la instalación de un aparato de medición o muestreo como pitómetro, medidores de la velocidad de flujo, etc.

Sedimentación Proceso en el cual los sólidos suspendidos en el agua se decantan por gravedad.

Tanque de compensación Depósito de agua en un sistema de acueducto, cuya función es compensar las variaciones en el consumo a lo largo del día mediante almacenamiento en horas de bajo consumo y descarga en horas de consumo elevado.

Tiempo de recuperación (aguas subterráneas) Tiempo que tarda un acuífero en volver a tener el nivel freático anterior a una extracción de agua.

Tipo de usuario Diferentes clases de usuarios que pueden existir a saber: residenciales, industriales, comerciales, institucionales y otros.

Transmisividad hidráulica Producto de la conductividad hidráulica por el espesor total de un acuífero. Representa el caudal que pasa a través de todo el espesor de un acuífero, en un ancho unitario, bajo un gradiente unitario.

Tubería de impulsión Tubería de salida de un equipo de bombeo.

Tubería de succión Tubería de entrada a un equipo de bombeo.

Tubería Ducto de sección circular para el transporte de agua.

Usuario Persona natural o jurídica que se beneficia con la prestación de un servicio público, bien como propietario del inmueble en donde éste se presta, o como receptor directo del servicio. A este último usuario se le conoce también como consumidor. (Ley 142 de 1994)

Válvulas de sectorización Son dispositivos que cierran el paso del agua en las tuberías de distribución, con el fin de sectorizar la red. Usualmente son válvulas de compuerta con vástago fijo o válvulas mariposa con mecanismo de reducción de velocidad de cierre para evitar golpe de ariete.

Vida útil Tiempo estimado para la duración de un equipo o componente de un sistema sin que sea necesaria la sustitución del mismo; en este tiempo solo se requieren labores de mantenimiento para su adecuado funcionamiento.

Zona de presión de la red de distribución Es una de las partes en que se divide la red de acueducto para evitar que las presiones mínimas, dinámica y máxima estática sobrepasen los límites prefijados.

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