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1 universidad DE BUENOS AIRES. FACULTAD DE INGENIER A. DEPARTAMENTO DE HIDR ULICA. C TEDRA DE "CONSTRUCCIONES HIDR ULICAS". ACUEDUCTOS A PRESI N. Nociones B sicas de Dise o VERSI N AL 16/08/2005. Ing. Luis E. P REZ FARR S. Ing. Adolfo GUITELMAN. Ing. Sandra M. P REZ. Construcciones Hidr ulicas ACUEDUCTOS A PRESI N. INDICE. OBJETIVOS Y DEFINICIONES 3. COMPONENTES DE UN ACUEDUCTO A PRESI N 4. OBRA DE TOMA 6. TUBER AS 7. EL CASO PARTICULAR DEL PRFV, PRESENTA UNA FLEXIBILIDAD TAL DE PRODUCCI N, QUE PERMITE LA. ADOPCI N DEL DI METRO EXACTO QUE EL C LCULO HIDR ULICO REQUIERE. 7. ESTACIONES DE BOMBEO 8. BOMBAS CENTR FUGAS AXIALES 11. BOMBAS CENTR FUGAS HORIZONTALES 11. BOMBAS CENTR FUGAS MIXTAS 11. C MARA PARA V LVULAS DE AIRE 11. C MARA PARA V LVULAS DE DESAG E 12. V LVULAS SECCIONADORAS 12. V LVULAS DE CONTROL (DE ALTA TECNOLOG A) 13. C MARAS COMPENSADORAS 14. DEP SITOS DE DESCARGA 14. CISTERNAS 15. PASOS B SICOS A SEGUIR EN EL DISE O DE UN ACUEDUCTO A PRESI N 15.

2 1 - ESTUDIOS PRELIMINARES 15. 2 - DETERMINACI N DE LOS CAUDALES A ABASTECER POR LA OBRA 16. 3 - PLANTEO DE TRAZAS ALTERNATIVAS 18. 4 - ELABORACI N DE VARIANTES PARA CADA TRAZA 18. 5 - ESTUDIO ECON MICO DE CADA ALTERNATIVA (M TODO DEL MENOR ) 19. 7 - SELECCI N DE BOMBAS PARA LA ALTERNATIVA SELECCIONADA 19. 8 - ESTUDIO DE LOS ASPECTOS HIDR ULICOS DE LA ALTERNATIVA 20. REGULACI N DEL ACUEDUCTO 20. C LCULOS EN R GIMEN PERMANENTE 20. C LCULOS EN R GIMEN IMPERMANENTE 20. 9 - C LCULO Y/O VERIFICACI N ESTRUCTURAL DE TUBER AS 21. 10 - DISE O Y VERIFICACI N ESTRUCTURAL DE LAS OBRAS CIVILES 21. 2. Construcciones Hidr ulicas ACUEDUCTOS A PRESI N. ACUEDUCTOS A PRESI N. Pautas Generales para su Dise o O. OBBJJEETTIIV. VOOSS Y. YDDEEFFIIN. NIIC. CIIO. ONNEESS. Es el objetivo central del presente cap tulo, la descripci n de los distintos componentes de un acueducto, como as tambi n la enumeraci n y comentarios sobre las pautas de c lculo y dise o necesarias.

3 En realidad, el presente constiyuye un texto introductorio, que posibilitar la visi n integral del conjunto del proyecto y sobre todo, la gu a de referencia para el tratamiento de los tems constitutivos del mismo, con la profundidad necesaria prevista para la asignatura que nos ocupa. Un ACUEDUCTO es toda aquella obra destinada al transporte de agua entre dos o m s puntos. Esta obra incluye tanto al medio f sico a trav s del cual el fluido ser transportado (tuber as, canales, etc.) como a todas las obras adicionales necesarias para lograr un funcionamiento adecuado de la instalaci n (Estaciones de Bombeo, V lvulas de todo tipo, Compuertas, Reservas, Transmisi n de energ a, etc.). Por lo general, la idea de construir un Acueducto surge ante la necesidad de proveer de agua a sitios o poblaciones que no disponen en abundancia de la misma, o en caso de disponer, que su calidad sea deficiente, con todas las consecuencias ingenieriles que esto implica.

4 Por estar transportando un recurso de primera necesidad para el desarrollo humano y por estar involucrada en general una cantidad importante de personas, de recursos de la Ingenier a e importantes recursos econ micos, es que el dise o correcto de esta obra se hace especialmente importante, sobre todo teniendo en cuenta la trascendencia social de la obra en consideraci n. Los Acueductos pueden funcionar A PRESI N (en tuber as cerradas) o bien A. SUPERFICIE LIBRE (a trav s de canales o tuber as parcialmente llenas). Los primeros tienen la limitaci n impuesta por la tecnolog a actual de tuber as, por lo que se usan por lo general para caudales menores a los 4 m3/s. Cuando los caudales son muy grandes, resulta mucho m s c modo y econ mico el transporte a superficie libre. En el rango de caudales medios, habr que analizar la situaci n de la zona, sobretodo la topograf a, para decidir cu l ser a la alternativa m s conveniente. ACUEDUCTOS.

5 A PRESI N A SUPERFICIE LIBRE. 3. Construcciones Hidr ulicas ACUEDUCTOS A PRESI N. En algunas ocasiones, los acueductos tienen como misi n la conducci n tanto de l quidos cloacales como pluviales, formando en ese caso parte de lo que podr amos denominar un proyecto de drenaje. No obstante, todo lo que aqu mencionaremos es absolutamente aplicable en tanto y en cuanto se conduzca el mismo fluido, o sea Agua. En todos los casos, la determinaci n del caudal a conducir forma parte de un cap tulo fundamental al que nos referiremos m s adelante. En lo que sigue, y debido a que el prop sito principal de nuestra materia son las tuber as, nos referiremos exclusivamente a los Acueductos a Presi n. C. COOM. MPPO. ONNEEN. NTTEESS D. DEE U. UNNA. ACCU. UEED. DUUC. CTTO. OAA PPR. REESSII . NN. En la Figura 1 podemos ver un dibujo esquem tico del corte longitudinal de un Acueducto a Presi n, con las correspondientes l neas de energ a din mica y est tica.

6 4. Construcciones Hidr ulicas ACUEDUCTOS A PRESI N. C MARA. COMPENSADORA. C MARA PARA. V LVULA DE. DISPOSITIVO AIRE. ANTIARIETE. C MARA PARA. V LVULA DE. B DESAGUE. TOMA Y. ESTACI N ESTACI N CISTERNA. DE DE. C MARA. BOMBEO DEP SITO BOMBEO. B REGULADORA. DE DE. DISPOSITIVO DESCARGA C MARA. PRESI N. ANTIARIETE SECCIONADORA. RED DE. DISTRIBUCI N. Figura 1. Componentes Principales de un Acueducto a Presi n 5. Construcciones Hidr ulicas ACUEDUCTOS A PRESI N. OBRA DE TOMA. La Obra de Toma forma un conjunto de estructuras y sus auxiliares que permiten extraer agua del curso de un r o o de alg n tipo de embalse (natural o artificial) en condiciones satisfactorias de flujo y con un control adecuado. El dise o de la misma var a mucho de acuerdo con las condiciones geol gicas y topogr ficas, el lugar de donde se realiza la extracci n y las variaciones del caudal a extraer. En grandes r os o en grandes presas, incluso, se puede requerir de varias tomas, o bien una toma con varios pasajes o conductos.

7 En general, una obra de toma consiste en una estructura de entrada, conductos, mecanismos de regulaci n y emergencia con su equipo de operaci n y dispositivos para disipaci n de energ a. En la Figura 2 se pueden apreciar algunos dise os comunes para este tipo de obra. Embalse Mecanismos de mandos y caseta de operaci n Presa Tuber a V lvula Orificios de acceso Compuerta de cilindro Toma de Agua en Presas Conducto de extracci n Rejilla Junta flexible Torre de Toma Bloque de hormig n Toma de Agua Sumergida Figura 2. Obras de Toma 6. Construcciones Hidr ulicas ACUEDUCTOS A PRESI N. TUBER AS. Constituyen la componente indispensable en las obras de Acueductos a Presi n ya que ser n las encargadas de conducir el agua entre la obra de toma y la reserva final. Por lo general, constituyen no menos del 60% del costo total de la obra, por lo que es muy importante su estudio profundo si se quiere hacer un buen proyecto. Es indispensable una adecuada selecci n de las mismas (ver Selecci n de Tuber as en base al concepto de Prestaciones Equivalentes ) y el correspondiente dimensionamiento de acuerdo a los caudales a transportar, la topograf a de la traza elegida y a las solicitaciones (internas y externas).

8 Que deber n soportar (presi n de trabajo, sobrepresi n por transitorios, cargas por el relleno de la zanja y por el tr nsito, etc.). Los materiales m s frecuentes de tuber as en la oferta local son: - Poliester Reforzado con Fibra de Vidrio (PRFV). - Policloruro de Vinilo (PVC). - Hormigones Armados y Pretensados o Postesados, con alma de acero o sin ella. - Fundici n D ctil - Acero - Poliester de Alta Densidad (PEAD). En la selecci n del material de las tuber as, deben tenerse en cuenta todos los conceptos descriptos en el tema Prestaciones Equivalente de Tuber as deDistintos Materiales . En apretada s ntesis, se recuerda que aquellas tuber as que se comportan como flexibles una vez instalada en la zanja, est n caracterizadas por una elevad sima resistencia a la tracci n, lo que las hace sumamente resistentes a las solicitaciones debidas a la presi n interna, requiriendo para ello peque os espesores. Pero justamente esta propiedad es la que implica una baja resistencia a las cargas externas o de aplastamiento , puesto que frente a las mismas la tuber a tiende a ovalizarse con facilidad, dando lugar a reacciones laterales que deben ser resistidas por los prismas laterales de la zanja con el correspondiente compactado.

9 Por otra parte, dos caracter sticas distintivas y destacables de las tuber as pl sticas en general son, su inercia qu mica al ataque corrosivo de los suelos y que posibilitan un gran atenuamiento para las ondas positivas por Golpe de Ariete, debida a la baja celeridad de transmisi n de las ondas de sobrepresi n y depresi n, que presentan como consecuencia de su elasticidad. El caso particular del PRFV, presenta una flexibilidad tal de producci n, que permite la adopci n del di metro exacto que el c lculo hidr ulico requiere. Dentro de las tuber as pl sticas, las tuber as de PVC por lo general constituyen una alternativa de muy buena resistencia muy econ mica, siempre y cuando se trabaje en el rango de di metros entre 63 y 500 mm. Una caracter stica importante a tener en cuenta es que, para un di metro nominal dado, el di metro real de c lculo hidr ulico de estas tuber as (PVC) es menor cuanto mayor es la resistencia de las mismas.

10 Esto se debe a que, debido al proceso de fabricaci n, el incremento de espesor de las paredes de la tuber a, que se hace para aumentar su resistencia, se realiza hacia adentro y no hacia 7. Construcciones Hidr ulicas ACUEDUCTOS A PRESI N. afuera como en el resto de los materiales del mercado. Por lo tanto, para las tuber as de PVC, el di metro real depender de la clase . Adem s, su bajo peso, y consecuente facilidad de transporte y manipuleo en obra, constituyen una importante propiedad a ser evaluada en los an lisis de costos. Las tuber as con comportamiento r gido frente al suelo de apoyo, permiten un dise o de zanjas menos exigente, puesto que no deben evitar la ovalizaci n en base a un compactado muy especial de los prismas laterales, Si bien la celeridad de la onda de sobrepresiones es del orden de los 1000 m por segundo y, por lo tanto, sus magnitudes son mayores y m s expuestas a las sobrepresiones, no presentan peligro de aplastamiento por depresiones sumadas a la acci n de las cargas externas.