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SUB-COMPETENCIA 1. ASPECTOS GENERALES
Propósitos constituyen un aprovechamiento superficial, atendiendo a su finalidad, condiciones del sitio, de la Unidad de Competencia: El alumno diseñará las obras auxiliares que materiales y procedimientos constructivos. Criterios conocerá la problemática del agua en México e identificará los elementos y características de de desempeño (aprendizajes esperados de esta sub-competencia): El alumno las obras hidráulicas que constituyen un aprovechamiento de aguas superficiales.
1. Aspectos Generales
de aguas.^ 1.1 Recursos hidráulicos de México. Política hidráulica y legislación federal en materia Lo almsa (^) creenacurmsioens (^) tohisdr subáultierráncos del mundoeos y las m (^) ainscalsu yoecneá: (^) nriícoass., arEl agua juega un papel excepcionalmenteroyos, lagos y lagunas, así como los significativo en la economía y en la vida de todos los países; es de crucial importancia su existencia para todo ser vivo. Los asentamientos humanos en diferentes tiempos y regiones de la tierra han estado siempre l nivel mundial, con ubicaciones en las zonas urbanas y en consecuencia con el deseo de tener unigados a la cercanía del agua. Con el incremento de la población a mejor nivel de vida, ha hecho que la presión sobre este recurso sea mucho más intensa. E panr (^) tMiré xdiec oe, (^) llloas dsiset rriebualcizióann dnoe gulosa (^) rdarecnu runsoas rheidlarcáióunli clógicaos y (^) .l aAsí, ls actiavsida zdonaess productivasdel país dond quee sea c inonfrcaeensttrrau (^) ctelu (^) rcare producimienctotiv (^) ade y smográociafl,i cocorresponden a y económico yl (^) ase de l omcenoalizra duinsap (^) opnairbte silidaudst dane caigaual d. eAhí la hab y sitaólo etienenl 77 % edl e 28 la (^) %pob dlealc itóont (^) atlo tdael (^) ey (^) scseur generrimiena (^) teols (^8) superficiales 4 % del produ. cto interno bruto del país, Además, del 50 % M déex icoesta co n (^) superuna efixctiene sc o m p r e n d eión superfici al (^) tedrereno aprso ximmonadtaañomensotes 2 y meil llone 50 %s dree (^) stkman^2 ,te c erlcaes c enorrecuensptondrane a (^) sae (^) ntteradroenos lso (^) s dgre (^) atndeopogrs naúfcílaeo ms ápso (^) bol (^) amcienoonasle (^) s yplana se. deY (^) searrs eonll (^) aenst laas máareayos,r pardondtee dsee l haísd (^) raicosctiv. iSdadin eesm (^) bargoeconó,m liac ads.is (^) tPraibrau (^) cidóinc hdeasl (^) agulaborea es,n ehal tn serriidtoor dioe navitcaiol (^) niaml, como ya se apuntóportancia los recurs oess irregular, debido a la enorme diversidad tanto fisiográfica como climática. Así, l objetivoas obras hidráulicas fundamental el , queaprovechamiento son estructuras de construidas por la ingeniería civil tienen comolos recursos hidráulicos o la defensa a las acciones negativas del agua sobre el medio circundante, como control de erosiones, reducción de efectos de sequías, retención de azolves, protección contra etc. inundaciones,
Aunque construirse las, pareciera obras hidráulicas que por sí mismos fueran argumentos suficient tienen objetivos bien definidos y (^) es para que sin problemaestratégicos antes de algu los noproblemas se pudiesen construir; sin técnicos y económicos embargo, cuya causan solución afecta rebasaciones normalmente a las comunidad a laes ,preparación además de recibida debe conocer en la universidad y apoyarse en otras profesiones por el futuro ingeniero. Se civil pueden agrupar que se dedicará a la en atención a diversos hidráulica y que criterios, van algunos: a) a.1) cantidad de agua necesaria para un Hidrológicos satisfacer un proyecto a futuro (demanda) a.2) cantidad de agua • escurrimiento superficial (oferta) disponible a.3) calidad del agua (análisis)^ •^ agua subterránea (oferta)
- • químicafísica
- bacteriológica b) b.1) prioridades en el uso del agua Legales b.2) zonas federales en ríos y playas de lagunas y océanos b.3) permisos de paso de propiedades particulares c) c.1) geología Estructurales (tipo de presa) c.2) componentes de las • cortina y ataguías incorporadas presas,
- • obra de desvíoobra de toma (definitiva) (temporal) c.3) conducciones^ •^ obra de control y excedencias^ (definitiva)
- • canales y sus estructurastúneles (parcialmente llenos y a presión) (a superficie libre)
- • puentessifones (a presión)– canal (a superficie libre)
- • tuberías y sus accesorioscauces naturales (a presión) c.4) plantas hidroeléctricas y de c.5) plantas de tratamiento bombeo c.6) exclusas c.7) distribución y drenaje Ya fundamentalmente con las siguientes condiciones: en cada caso particular, el proyecto de cualquier obra hidráulica debe cumplir,
L 19 a 9 ley 2 , con variasde Aguas Nacionales modificaciones, la última rige el manej oe (^) ld e 14 l osd (^) ere enero decursos h ídr 20 ic 17 os. Senegú Mné xeistaco dataLey, (^) ldaes f multicitadaunciones p rCoincmipisailóens deNal (^) csioenctalo r (^) dseol n (^) Aregusa.pon sLaab LANilidad (Ley de Aguas Nacionales) del gobierno federal a t raposibilitóvés de llaa i permplcaneptcaicóinó nm (^) ádse preunc (^) imsaar dcoel (^) vregualorl adsoocria (^) l,qu eec (^) onóintmeinctao y inmcedenitoiavamrb (^) ienunat (^) alm daey oerste ef ireciceunrciaso (^). Py (^) orun lao t qanuet eost, loásn (^) culsarauarmioens (^) tede deagfuainsid naosc ieonn atreless operainstrunm denenttorso bá des (^) icuon (^) s:marco de derechos y obligaciones ▪ T utilítuizloasr (^) od eu (^) scuonfrucectsiuóanr (^) uon avosilgnaumecnió ne,s (^) pequcíe (^) feicsot abdel eaguacen (^) .los derechos para extraer, ▪ P ceronmceissiónos parbajao llaa (^) cdeuascl laorgs aua dtoe (^) riaguazadoss speruedevidans. d (^) iEsstponeos (^) ri ndste rlausm enaguatoss s eestrvabidalecs.en la ▪ I tíntsculosrip cdióen ceonn (^) ceel (^) sReióng isto raos (^) iPgúnablciicoón dceo (^) mDoe redceh oloss d eper Amguisao (^) s(R EparDPAa )d (^) etscanarto (^) gdare lloass agua una ms (^) asyeorrv icdaers,te quzae y p aropsisotenrciconiaa de a (^) slodse derun punechotos doet ovrgadoista les aga (^) ll.os usuarios del agua E quel P rogoblrigaam aa Nbuacscionara la (^) lHítedrrnaicoti (^) v(20as 1 qu (^8) e- (^20) se (^24) a)j (^) um a n t i e n esten a los c eal (^) mrbeitoos dquel (^) eu simo (^) ponesustnen ltaa belseca deselz ag dueal re norcmurastoi.v (^) oUnas qu (^) ed ep (^) eremstitaasn ainclterrnaementivtaasr elas eefli (^) cideenscaiarr eon lallo daesi (^) gnanuecvióons ym reaecansiignasmocsió (^) ne cdonóel rmecicuross (^) oy. De a f (^) iingu dael ffoorrtmaale, (^) cseer requla pariertiecnip adeaciócnu adre loslos mgoarbiecors lenosg dalee loss y Eadstmadoinisst eran teivl oSse ectno mr ayt erfoimaen hítdarri claa creación y consolidación de la Comisiones Estatales de Agua. L lograra aut osurid usoad dsustentableel agua enfr, enconta lael corresponsabilidadreto de administrar dey plosres ertresvar órdenelas agusa ds (^) enal cgioboniaernleso para y la s foundaciedmaden (^) teanl (^) pargenea raaslegur. Sina (^) r dudael de, (^) searl (^) rcoluloida edcoo (^) nyóm preico syer svoacciónial de dl epa lís.as cuencas y acuíferos es
1.2 Clasificación de las obras hidráulicas Como fundamental es el aprovechamiento de los recursos ha quedado explicado, las obras hidráulicas hidráulicos o son aquellas la prevención de las acciones estructuras cuyo objetivo negativas del agua sobre el medio circundante. En funciones la práctica y que se pueden encuentran clasificarse muchos atendiendo tipos de obrasa puntos hidrául de icasvista que heterogéneos cumplen diferentes como se muestra a continuación:
- Por la función principal que desempeña cada estructura en la obra total : a) Obras de toma: Su finalidad es tomar o desde la fuente de abastecimiento (ríos, embalse extraer el agua en los volúmenes requeridos,s, lagos, etc.) b) Obras aprovechamiento. Estas obras son generalmente: de conducción: Son aquellas que conducen tuberías, canales, túneles, el agua hasta el etc. sitio de c) Obras adecuada ya sea controlada o no de excedencias: Su función. es desalojar los gastos excedentes en forma d) Obras de regulación: Se construyen para la corrección del curso de alguna corriente, para la protección de los márgenes del cauce contra la acción de la propia corriente o e) del oleaje, etc. Estas obras por lo general son: espigones, gaviones, etc.Obras internas en sistemas de riego y drenaje: de conducción (canales, túneles, etc.), de regulación (Tomas, bifurcaciones, compuertas, etc.), estru (sifones, puentes-canales, alcantarillas, pasos superiorescturas de cruce y defensa e inferiores, etc.), estructuras disipadoras de energía (rápidos, tanques amortiguadores, escalones, etc.). a)^ •^ Permanentes: Son aquell Por su periodo de funcionamiento as estructuras cuya operación se considera: durante toda la b) vida útil de la obra.Temporales: Son las estructuras auxiliares que se emplean únicamente para la construcción de las obras permanentes. a)^ •^ Régimen hidrológico: variación del gasto a través del tiempo Por^ su relación con el régimen de la corriente: Se modifica al almacenar agua para usarla después (presas de almacenamiento) o al regularizar avenidas para reducir el gasto de descarga (presas de control) ESTA ES LA JUSTIFICACIÓN A QUE EN CURS RÉGIMEN PERMANENTE. OS ANTERIORES SE UTILICE EL b) Régimen hidráulico: definido por el tirante y la velocidad Se modifica al elevar el nivel del agua para facilitar su extracción (presas derivadoras o de derivación) o para crear una carga de presión que facil del agua (presas de carga) ite aprovechar la energía
a)^ •^ Obras de Por su uso derivación : : Son aquellas que se emplean para incrementar el nivel en el sitio b) de la toma y dejan pasar el volumen que no requieren por el cauce.Obras de almacenamiento: Son las que se emplean el volumen almacenado para realizar • Obras para riego y drenaje: canales y sus estructuras, plantas de bombeo,algún aprovechamiento particular y pueden ser:
- etc.Obras para generación de energía eléctrica: plantas hidroeléctricas, pozos de
- oscilación, derivaciones, etc.Obras para abastecimiento de agua potable: Plantas de bombeo, tanques
- Obras para transportes fluvial: esclusas, muelles, rompeolas, canales, etc.^ elevados, cárcamos, etc.
- Obras de acuacultura: pozos de peces, cultivo de peces, etc.
4) Puede estar formado por conductos abiertos o cerrados y sus estructuras, a través del Sistemas de conducción. cual se conduce desde el punto de derivación hasta la zona de aprovechamiento. * En agua potable son las tuberías de conducción.
- En distritosEn las hidroeléctricas son las tuberías de presión o canales de fuerza. de riego son la red principal de canales. El cual se constituye de acuerdo con el fin^ 5)^ Sistemas de distribución. específico del aprovechamiento. Por ejemplo: * En los distritos de riego son la red de canales secundarios *^ *^ En agua potable es la red de agua potable de distribuciónEn las hidroeléctricas son las tuberías a presión La cual se efectúa también a través de elementos específicos del fin de que se trate.^ 6)^ Utilización directa del agua. Así, se tiene: * En centrales hidroeléctricas las turbinas. *^ *^ En agua potable las tomas domiciliarias.En los distritos de riego la toma granja. *^ 7) En el caso de agua potable, a través de sistemas de alcantarillado.^ Eliminación de volúmenes sobrantes.
- En las hidroeléctricas, a través de las estructuras de desfogue.En los distritos de riego, a través del drenaje agrícola. Por lo general para realizar a obras hidráulicas. Al conjunto de obras hidráulicas que se construyen con un mismo objetivo,lgún aprovechamiento hidráulico es necesario construir varias que deben operar en forma coordinada y que se localizan una cerca de otra, se denomina complejo hidráulico (Vera, 1994). Los complejos hidráulicos pueden ser especializados como los que se dedican al riego o con fines de generación de energía hidroeléctrica, entre otros; o bien los complejos hidráulicos pueden ser de propósitos múltiples. Son este tipo de complejos hidráulic en forma más racional los escasos recursos hidráulicos existentes en nuestro país.os los que aprovechan Finalmente, encontrarse separados a distancias relativamente Sistema Hidráulico se le llama al conjunto de complejos hidráulicos que pueden grandes pero que funcionan en conjunto. Por ejemplo, hidráulicos formando sobre una mismauna cascada corriente de plantas hidroeléctricas unidas en un mismopueden construirse toda una serie de complejos sistema eléctrico, sistema hidroeléctrico Grijalva, la figura 1.2 es un ejemplo. Hace tiempo, las obras hidráulicas se construían para una finalidad aislada; actualmente, se considera necesario, desde un punto de vista económico (Thuesen, 2001) y ambiental SEMARNAT (Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales), el tomar en cuenta en
cada caso, la posibilidad que las obras sean orientadas para satisfacer dos o más objetivos simultáneamente, estudiando el funcionamiento adecuado de las mismas, promediando los costos que deban cargarse a cada finalidad y analizando el impacto ambiental que pueda causar.
Figura 1.2 Sistema hidroeléctrico sobre el río Grijalva, C. F. E. 1.4 Obras de defensa La prost (^) egeobran sl (^) odse m (^) árgenedefensas dseo nl (^) osu nr (^) íoms,ed p e r oio par taa (^) mrebsiéistn isro (^) nla c (^) aapcacciónes (^) deero tsraniva (^) sfdoerl (^) maagrua la, (^) aecsc (^) ideón cider,l agua, modificando su velocidad, desviando la corriente, etc., para evitar inundaciones. E dependxistene (^) rdái fderele cnatsoes qtiuepo ses dpree (^) soenbrates yade s (^) eade:fensa y la elección de cada una de ellas a b)) CuCuandandoo eell ccaauucece ddeell rriioo tetennggaa ununaa ccapaapacciiddaadd redureducciiddaa yy nsoe sepu (^) epdueda aam apmliarpliar c) Cuando sea necesario proteger las márgenes contra erosiones Obras de Defensa en los márgenes de los ríos Para evitar totalmente o reducir la erosión lateral que se presenta en las márgenes de los ríos, y con mayor frecuencia en las orillas exteriores de las curvas, se utilizan espigones, muros y diques longitudinales. Algunas diferencias entre estos tipos de obras consisten en que los muros longitudinales evitan por completo los corrimientos laterales de las márgenes, tanto en tramos rectos como en las curvas más forzadas, o sea fijan completamente las márgenes, mientras que los espigones
Cuando el recubrimiento no se puede apoyar directamente sobre la orilla por presentarse la necesidad de llevar la protección alejada de la orilla actual o por ser la orilla muy irregular y desear constru con el corriente debidamente protegidoir una defensa continua y regular, se construyen diques, con el talud en contacto. Obras de Defensa contra Erosión Local Se diseñarán específicamente para el tipo de obra que se desea proteger. Así habrá algunas destinadas a proteger pilas o estribos de puente, espigones, tuberías, etc. A continuación, se explicarán las más importantes y frecuentes. Protección contra socavación al pie de pilas Las protecciones que aquí se mencionan sirven para cualquier obra que de un río y sea rodeada totalmente por la corriente. quede dentro del cauce Protección contra la erosión bajo tuberías Se ha probado una protección que consiste en un pedraplén cuya dimensión mínima, se indica. Si la tubería ya se ha descubierto parcialmente, conviene colocar sobre ella y el fondo el volumen tal de material que permita rellenar la posible socavación, ya que de todos modos esta se ha de producir. El tamaño de los elementos del pedraplén se obtiene de la tabla. Obras de Protección contra Inundaciones Cuando se desea evitar que las zonas adyacentes a los ríos sean inundadas año con año durante la época de lluvias, se construyen obras que interfieren directamente con los escurrimientos permitiendo su almacenamiento o desvío o encauzamiento. Las principales de protección que se pueden construir son:
- Bordos perimetrales a poblaciones o construcciones de importancia.Bordos longitudinales a lo largo de una o ambas márgenes de un río. A medida que se desarrolla y puebla una región, los daños ocasionados por las mayores que los beneficios; por tanto, se tiende a reducirlas o evitarlas. Para ello, se pueden inundaciones son tomar acciones de dos clases: indirectas o directas.
- Acciones Indirectas para el control de inundaciones: con los escurrimientos de un río ni lo modifican, permiten avisar con el tiempo a los Son aquellas que no interfieren moradores de las áreas afectadas a fin de animales y daños materiales. evitar la pérdida de vidas humanas, Las principales acciones indirectas consisten en: ▪ Instalación de un sistema de alarma mediante pluviógrafos y estaciones de radio.
▪ Cálculo del tránsito de las avenidas a lo largo del río. acción. Complementa la primera ▪ Delimitación de las zonas adyacentes a los ríos en función de la frecuencia que se presentan las inundaciones. Presas rompe - picos Están formadas por almacenar volúmenes unamomentáneamente cortina, una obra y reducirde excedencias y una así el gasto máximode desagüe de una. Sirve avenida. para Dependiendo del gasto, s para abatir el gasto máximo de la avenida, hasta lograr que el gasto máximo aguas abaje acostumbra la colocación de varias presas rompe – picos en cascada,o del conjunto pase por el cauce sin desbordar. Las figuras 1.4 y 1.5, ofrecen esquemas explicativos.
Figura 1.4 Ejemplos de presas rompe picos. (Manual de Ingeniería de Ríos. Capítulo 15).
1. 5 Galería de presas Finalmente, obras hidráulicas no sólo de México, también de otros países. y aunque fuera de lo marcado en el programa, se exhiben a continuación diversas Las figuras 1. 6 a 1. 9 , dan constancia de ello.
Figura 1. (Cortesía del U.S. Bureau 6 Presa Roosevelt de arco sobre el río Salado en Ari of Reclamation, fotografía de J. Madrigal, Jr.zona, vertedores operando en enero (1993). (Mays, 2005) 1993.
Figura 1. 7 Presa Ataturk sobre el río Éufrates en Turquía. Al fondo, el vertedor de excedencias (Mays, 2005).
Figura 1. 8 Cortina de la central hidroeléctrica Ángel Albino Corzo (Peñitas, Chis.). Cortesía de C. F. E.
Figura 1. 9 Cortina de la central hidroeléctrica Ing. Carlos Ramírez Ulloa (El Caracol, Gro.) Cortesía de C. F. E.
