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Universidad Nacional de Cajamarca “Norte de la Universidad Peruana” Fundada por Ley 14015 del 13 de Febrero de 1962

FACULTAD DE INGENIERIA

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil

I.

INTRODUCCIÓN

En la carrera de Ingeniería, el barraje es una represa construida a través del río con el objeto de levantar el nivel de agua del mismo, su altura debe ser tal que permita una carga de agua suficiente en la toma, para el ingreso seguro del agua en esta, considerando las pérdidas de carga que se producen en los muros, rejillas y compuertas de sección en la toma. El barraje fijo fusible fue construido tomando en cuenta todos los criterios de diseño con la finalidad de que esta estructura funcione sin tener ninguna falla durante el tiempo de vida útil; como sabemos un barraje es una estructura hidráulica que el ingeniero utiliza para conducir un fluido por donde la topografía es llana. Para este trabajo se tomó medidas in situ para su posterior elaboración de planos en planta y en perfil así como su diseño hidráulico. Además uno de los aspectos que generalmente merece especial atención en el diseño de obras hidráulicas es la disipación de la energía cinética que adquiere un flujo en su descenso. Esta situación se presenta en vertederos de excedencias, estructuras de caída, desfogues de fondo, bocatomas, salidas de alcantarillas, etc.

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II.

OBJETIVOS

GENERAL 

Observar diferentes estructuras hidráulicas construidas en el cauce del río Chonta, la función de cada obra hidráulica, así como reconocer sus respectivas partes.

ESPECIFICOS 

Medir cada una de las partes de los barrajes tales como: corona, poza disipadora, longitud del barraje fijo, longitud del barraje fusible, altura y dimensiones de muro de protección, bocal, talud,

  

III.

Identificar los principales problemas que afectan a las estructuras hidráulicas visitadas. Realizar los planos vista en planta de los barrajes visitados, así como del puente viaducto. Aforar el rio Chonta por el método del flotador y por el tubo pitot.

JUSTIFICACION En la práctica que se desarrolló, se hizo una visita a la estructura Hidráulica “Barraje Fijo Fusible del Río Chonta”, “Barraje Remonta 2” y al puente Viaducto que se encuentra ubicado en el distrito de Baños del Inca – Cajamarca, para su posterior diseño hidráulico y elaboración de planos.

IV.

ALCANCES  

Estudio de Balance hídrico de la subcuenca del Río Chonta. Acceso directo a las bocatomas para la toma de medidas.

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V.

MATERIALES A. Wincha de 100 m

Figura 1. Wincha B. Flotador de tecno por

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Figura 2. Flotador de tecno por C. Cronómetro

Figura 3. Cronometro D. Cámara fotográfica E. GPS

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Figura 4. GPS F. Útiles de escritorio o apuntes

Figura 5. Apuntes

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G. Tubo de pitot

Figura 6. Tubo de pitot H. Cordel

Figura 7. Cordel

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VI.

REVISION LITERARIA BARRAJE O AZUD DEFINICION

Palabra de origen árabe que significa 'barrera', siendo este habitual para elevar el nivel de un caudal o río con el fin de derivar parte de este caudal a las acequias. Llamado también bocatoma, azud, toma o presa derivadora es la estructura que se construye sobre el lecho del río con la finalidad de atajar cierto caudal de agua, para verter dicho caudal en el canal de derivación. Utilizada para una finalidad especifica ya sea por ejemplo como: El abastecimiento de agua potable, para el riego, para generar energía eléctrica, en la acuicultura, para el enfriamiento de las instalaciones industriales, etc. Realmente es una presa, pero suele conservar la denominación de origen árabe cuando se corresponden a presas de pequeño tamaño. Por lo general son estructuras de hormigón y su sección transversal es de forma curvilínea para adaptarse a los principios de la mecánica de fluidos, de esta manera se minimiza el rozamiento del agua con la superficie del azud para evitar la erosión. El barraje puede presentar los casos extremos siguientes: 



Una presa muy larga y poco elevada en tramos anchos del curso del río. La solución es sencilla ya que la presión del agua no es elevada y permite diseños estables. Una presa corta pero elevada en tramos profundos del curso del rio. En este caso la presión es menor por lo cual la presa será más cara, ya que demandará estribos y cimentaciones más reforzadas.

TIPOS DE BARRAJES  Según la función del barraje a) Barraje fijo Las bocatomas de barraje fijo son aquellas que tienen una presa sólida, para levantar el tirante frente a las compuertas de captación. Esta solución es posible cuando el régimen del rio es uniforme y la capacidad de captación de la toma es menor que la descarga promedio del rio, por lo que no es necesario ninguna regulación, ya que el exceso de agua pasara encima de la presa. Igualmente es aconsejable este tipo de bocatomas cuando el rio tiene un transporte de solidos o una capacidad de transporte apreciable.

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Con el objeto de proteger las riveras aguas arriba y aguas debajo de la presa se diseñan muros de encausamiento y protección. b) Barraje móvil (fusible) En este tipo de barraje se consigue la retención del caudal y elevación del tirante mediante el cierre del curso del rio por un sistema de compuertas sostenidas en un conjunto de pilares y adosadas en sus extremos a los muros de contención. Es conveniente esta solución cuando el caudal de la captación es igual o mayor de la descarga promedio del rio o cuando la velocidad de flujo no es alta debido a la pequeña pendiente del curso del rio. Como consecuencia el transporte de solidos es pequeño y no afecta mayormente al sistema de compuertas. En la época de avenidas la toma trabaja con las compuertas abiertas o parcialmente cerradas, de ninguna manera el barraje móvil debe ser un obstáculo para el paso del agua; ya que la obstrucción podría causar relanzamientos desfavorables y en otros casos desbordamientos, por lo que la altura de los pilares y la abertura de compuertas debe calcularse para las máximas descargas. c) Barraje mixto (fijo-fusible) Tienen una parte de la presa integrada por una estructura sólida (Barraje fijo) y una parte integrada por compuertas sustentadas en pilares (Barraje móvil). La parte móvil tiene en ciertos casos muros guías o separadores del barraje fijo que forma un canal denominado de limpia y un segundo canal separado por un vertedero de rebose lateral que sirve para eliminar las gravas llamado también desempedradores. El desempedrador tiene una fuerte pendiente y al extremo del mismo se instalan compuertas para la eliminación de los materiales gruesos. Este tipo de bocatoma se adapta mejor al régimen variable de los ríos de la costa peruana, ya que en la época de estiaje trabajan únicamente con la regulación que se efectúa con el barraje móvil, mediante el cierre o la apertura de las compuertas mientras que en la época de crecidas trabajan con las compuertas de limpia abiertas y el paso libre del flujo encima del barraje fijo.

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c.1) componentes del barraje fijo fusible  Muros de encauzamiento o muros de protección: Es una estructura de concreto que se construye a los márgenes del río para controlar excedente de agua en las máximas avenidas, es recomendable que su cota superior este por lo menos a 0.50 m por encima del nivel máxima de agua.  Bocal de toma: Es la estructura que está ubicada en una de los márgenes del río, hacia aguas arriba de la presa derivadora y tiene por objeto captar las aguas.  Reja de entrada: Impide que pase hacia la conducción material sólido flotante demasiado grueso. Para esto el umbral de la reja se pone a cierta altura sobre el fondo del río y la separación entre barrotes normalmente no pasa de 20 cm. El objetivo básico es impedir que los materiales de arrastre y suspensión ingresen en el canal de derivación los cuales causan obstrucción desbordes de agua debajo de la captación.  Compuerta de regulación La finalidad es regular y controlar el caudal de ingreso, se recomienda que la velocidad de ingreso frente a la compuerta varíe de 1.0 a 2.5 m/s.  Colchón disipador o zampeado al pie del azud (disipador de energía) Sirven para disipar la energía de manera que el agua pase al cauce no revestido con velocidades lo suficiente bajas.  Enrocado de protección ( escollera) Se construye al final del colchón con el fin de reducir el efecto erosivo y contrarrestar el arrastre del material fino por acción de la filtración.  Compuerta de purga o canal de limpia Es la estructura que permite reducir la cantidad de sedimentos, que trata de ingresar al canal de derivación, así como la eliminación del material de arrastre que se acumula delante delas ventanas de captación, este se ubica en un extremo del azud, al lado de la reja de entrada.  Vertedero, aliviadero o limitador de gasto Son estructuras para eliminar los excesos de agua o elevación del tirante normal, por fallas en las compuertas o consumos menores a los estimados, pueden ser de sección rectangular y se instalan con el nivel máximo del canal.

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Figura 8. Partes de un barraje fijo fusible

DISIPADORES DE ENERGIA DEFINICION Desde un punto de vista práctico, el resalto hidráulico es un medio útil para disipar el exceso de energía en un flujo supercrítico. Su mérito está en prevenir la posible erosión aguas abajo de vertederos de rebose, rápidas y compuertas deslizantes, debido a que reduce rápidamente la velocidad del flujo sobre un piso protegido hasta un punto donde el flujo pierde su capacidad de socavar el lecho del canal natural aguas abajo. TANQUES DE AMORTIGUACION Cuando el agua corre por el vertedor y los canales o túneles de descarga, contiene gran cantidad de energía y mucho poder destructivo debido a las altas presiones y velocidades. Estas pueden causar erosión en el lecho del rio, en el pie de la presa, o en las estructuras mismas de conducción, poniendo en peligro la estabilidad de las estructuras hidráulicas. Por lo tanto, se deben colocar disipadores de energía. Disipa la energía cinética del flujo supercrítico al pie de la rápida de descarga, antes de que el agua retorne al cauce del río. Todos los diseños de tanques

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amortiguadores se basan en el principio del salto hidráulico, el cual es la conversión de altas velocidades del flujo a velocidades que no pueden dañar el conducto de aguas abajo. Es muy importante tener en cuenta el número de Froude para saber la forma y características del salto hidráulico y del flujo y así definir el tipo de tanque. 𝐹𝑟 =

𝑉 √𝑔. 𝑑

Donde: Fr= Número de Froude. V = Velocidad en m/seg. g = Aceleración de la gravedad en m/seg/seg. d = Tirante del agua en el flujo en m. CLASIFICACIÓN: De acuerdo con el número de Froude, los tanques empleados son: a) Cuando Fr