Criterios de Diseño OBRAS DE RIEGO

8/8/2019 Criterios de Diseo OBRAS DE RIEGO

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CRITERIOS DE DISEOS

OBRAS DE RIEGO


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ING. JUAN ALBERTO GONZLEZ ORTEGA

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NDICE

CRITERIOS DE DISEOS...............................................................................................................................1

OBRAS DE RIEGO............................................................................................................................................1

ING. JUAN ALBERTO GONZLEZ ORTEGA...........................................................................................2

NDICE................................................................................................................................................................3

DISEO PRELIMINAR....................................................................................................................................5

EJE HIDRULICODELCAUCENATURAL.....................................................................................................................5ANLISISDE SOCAVACIONES...................................................................................................................................5

INGENIERIA DE DETALLE DE LAS OBRAS.............................................................................................7

DISEO DE CANALES..................................................................................................................................7Diseo Hidrulico de Obras........................................................................................................................7

Alturas y Condiciones de Escurrimiento......................................................................................................7

Consideraciones Especiales.........................................................................................................................7

DISEO DE CANALES REVESTIDOS.........................................................................................................8

DISEO DE CANALES REVESTIDOS.........................................................................................................9

PENDIENTELONGITUDINAL......................................................................................................................................9SECCIN TRANSVERSAL ........................................................................................................................................9CURVATURAYVELOCIDADESPERMISIBLES...............................................................................................................10REVANCHAS.......................................................................................................................................................11CONDICIONESDELESCURRIMIENTO.........................................................................................................................12

Acero corrugado........................................................................................................................................12

Grado de Efecto.........................................................................................................................................14

DISEO DE CANALES SIN REVESTIR.....................................................................................................16

DISEO DE CANALES SIN REVESTIR.....................................................................................................17

PENDIENTELONGITUDINAL....................................................................................................................................17CURVATURA.......................................................................................................................................................19REVANCHA.........................................................................................................................................................19CONDICIONESDEESCURRIMIENTO...........................................................................................................................20

Caractersticas...........................................................................................................................................21

Rugosidad...................................................................................................................................................21

PERDIDASPORFILTRACIN....................................................................................................................................22

CONSIDERACIONES GLOBALES PARA DISEO DE CANALES.......................................................23

TRANSICIONESEN PLANTA....................................................................................................................................23

Escurrimiento Subcrtico............................................................................................................................23Escurrimiento Supercrtico........................................................................................................................23

CURVASHORIZONTALES........................................................................................................................................23

DISEO DE EMBALSES................................................................................................................................24

DISEO DE EMBALSES................................................................................................................................25

ESTUDIOSBSICOSREQUERIDOSPARAELDISEODEUNEMBALSE...............................................................................25CRITERIOSDEDISEO...........................................................................................................................................27

Revanchas...................................................................................................................................................27

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Prdidas por filtracin..............................................................................................................................27

Definicin de taludes para la presa...........................................................................................................27

Cota de coronamiento................................................................................................................................27

SOCAVACIN GENERAL DEL LECHO...................................................................................................29

SOCAVACIN GENERAL DEL LECHO...................................................................................................30

CRITERIODEL USBR..........................................................................................................................................30Y = Sg + Yc................................................................................................................................................30

CRITERIODELAFUERZATRACTRIZLIMITE...............................................................................................................31Suelo Granulares........................................................................................................................................31

Suelos Cohesivos........................................................................................................................................32

OBRAS DE ARTE............................................................................................................................................33

OBRAS DE ARTE............................................................................................................................................34

REGULARIZACIONES Y REVESTIMIENTOS..................................................................................................................34ALCANTARILLAS.................................................................................................................................................34COMPUERTAS......................................................................................................................................................35OBRAS DISIPADORAS...........................................................................................................................................35OBRASDE ADMISIN...........................................................................................................................................36OBRASDE DEVOLUCINY EVACUACIN................................................................................................................36AFORADORES......................................................................................................................................................37CANOAS.............................................................................................................................................................37

APENDICE I : MANUAL DE MANTENCION Y DE OPERACIONES DE LAS OBRAS.....................38

APENDICE I : MANUAL DE MANTENCION Y DE OPERACIONES DE LAS OBRAS.....................39

ASPECTOS GENERALES.........................................................................................................................................39PROGRAMA DE MANTENCIN...............................................................................................................39PROGRAMADE INSPECCIONES................................................................................................................................40

a) Inspecciones Rutinarias.........................................................................................................................40

b) Inspecciones Extraordinarias................................................................................................................42

PROGRAMADE MANTENCINYDE REPARACIONES..................................................................................................43a) Canales .................................................................................................................................................43

b) Obras de Hormign...............................................................................................................................43

c) Albaileras............................................................................................................................................46

d) Elementos Metlicos..............................................................................................................................46e) Mantencin y Reparacin de Compuertas.............................................................................................47

f) Mantencin de Sistemas Elctricos........................................................................................................50

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DISEO PRELIMINAR

EJE HIDRULICO DEL CAUCE NATURAL

Con base en los antecedentes bsicos de topografas e hidrologa se desarrollar elanlisis hidrulico fluvial de cada cauce en los tramos de inters a fin de caracterizar sucomportamiento durante crecidas.

El anlisis que se desarrolla contempla el clculo de los ejes hidrulicos a lo largodel tramo en estudio, evaluando las velocidades de escurrimiento, pendientes, niveleslocales de agua, niveles normales y crticos, y solicitaciones hidrulicas sobre las riberas ysobre estructuras en el caso de obras existentes.

El anlisis se puede realizar mediante el uso de un software, para evaluar ejes

hidrulicos en cauces naturales, el cual nos permite obtener antecedentes relativos a nivelesde escurrimiento normales, crticos y el eje hidrulico. Adems para cada perfil transversalse evala parmetros asociados al escurrimiento como rea, permetro mojado, velocidadmedia, ancho superficial, profundidad media y mxima y N de Froude.

Las rugosidades en los diferentes tramos individualizados, se obtienen por mediode la relacin de Limerinos, que permite ligar el coeficiente de rugosidad de Manning conun dimetro representativo del sedimento del lecho del cauce.

Dichos valores se compararn con aquellos recomendas por U.S. Bureau(Roughness of Natural Channels-Barnes) y el mtodo de Cowan.

ANLISIS DE SOCAVACIONES

Estimaciones se realizarn basados en el concepto de arrastre critico y equilibriosedimentolgico. Para ello se utilizan, a modo de complemento, las investigacionesrealizadas los ltimos aos por el Centro de Recursos Hidrulicos de la Facultad deCiencias Fsicas y Matemticas de la Universidad de Chile.

La metodologa que generalmente que se utiliza para el clculo de la socavacingeneralizada que se origina en un determinado perfil del cauce, se basa en la subdivisin decada perfil transversal, obtenido del levantamiento topogrfico, en subsecciones,determinando la socavacin en cada una de ellas.

Las condiciones de escurrimiento de las subsecciones en que se subdividir cadaperfil correspondern a las determinadas en el estudio hidrulico, segn lo descrito en elPunto precedente. El caudal que escurre por cada una de las subsecciones se establecer

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sobre la base de la frmula de Manning y el mtodo de los factores de conduccinhidrulica. , con lo cual presenta la relacin:

conAj : es el caudal que escurre por la subseccin "J"Rj : es el radio hidrulico de la subseccin "j"N : es el coeficiente de Manningi : es la pendiente en el perfil

La velocidad crtica de arrastre ser determinada aplicando el Neil o de Schields,considerando que la primera relacin es aplicable a lechos de granulometra gruesa yextendida, en tanto el segundo es aplicable a cauces de lechos arenosos. En base a losresultados obtenidos en el muestreo de los sedimentos, se establecer que tipo degranulometra corresponde a cada cauce y en base a ello, definir la metodologa ms

recomendable.

En lo que respecta a la socavacin incorporacin de una pila de un puente en ellecho utilizar la metodologa propuesta por Ayala, Nio y Kerrigan (VIII Congreso Nacional de Ingeniera Hidrulica, 1987). Dichos autores recomiendan determinar lasocavacin local al pie de una pila circular utilizando la relacin de Laursen y Toch, queviene dada por la ecuacin:

3.0

35.1

=b

h

b

SC

Con;

Sc = Socavacin local debida a la presencia de la pilah = altura del escurrimientob = Dimetro de la pila

6

n

iRAQ jjj

3/2=


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INGENIERIA DE DETALLE DE LAS OBRAS

DISEO DE CANALES

DISEO HIDRULICO DE OBRAS

El anlisis hidrulico para el diseo de obras se basar en general en el clculo deleje hidrulico en cada uno de los cauces de inters, evaluando velocidad, pendientes,niveles locales de agua, niveles normales y crticos, solicitaciones hidrulicas sobre riberasy estructuras. Para ello se utilizar un software para evaluar ejes hidrulicos en caucesnaturales y canales no revestidos, que toma en cuenta el grado de variacin que es posibleesperar tanto en la rugosidad, pendiente y forma de la seccin a lo largo de su recorrido.

As tambin se evaluarn los niveles de socavacin y sedimentacin en los cauces,

como producto de la incorporacin de las obras.

ALTURAS Y CONDICIONES DE ESCURRIMIENTO

Se determinarn suponiendo rgimen normal, salvo en singularidades donde serequiere hacer clculos con rgimen gradualmente variado o bruscamente variado. En estosclculos se adoptar una rugosidad de Manning acorde con las caractersticas que tiene laseccin del canal, distinguiendo entre secciones revestidas y no revestidas.

CONSIDERACIONES ESPECIALES

En singularidades hidrulicas tales como estructuras de aforo, obras de descarga,obras de distribucin, obras de compuertas, rpidos, sifones, etc. se emplearn los criteriosy procedimientos habituales descritos en la Hidrulica de F.J. Domnguez y Manuales deTablas y Grficos del curso de Hidrulica de Canales de la Universidad de Chile.

En casos especiales donde se requieran clculos de socavaciones al pie o entorno deestructuras y dimensionamiento de obras de proteccin en base a enrocados, se utilizar laexperiencia documentada en informes y publicaciones de la Universidad de Chile, en laSociedad Chilena de Ingeniera Hidrulica y en otras fuentes.

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DISEO DE CANALES REVESTIDOS

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DISEO DE CANALES REVESTIDOS

Para la creacin de canales revestidos se deben considerar los siguientes factores: Pendiente longitudinal

Seccin Transversal Curvatura y velocidades permisibles Revancha Condiciones del escurrimientoA continuacin se revisar cada uno de estos.

PENDIENTE LONGITUDINAL

La pendiente de fondo est generalmente ligada a la topografa del terreno ay a lapendiente de la lnea de energa (prdida de carga unitaria); en muchos casos depende

tambin del propsito para el que se disea el canal. Para canales de regado o de proyectoshidroelctricos se usan generalmente pendientes pequeas (menores que 0.001) con elobjeto de mantener las prdidas de carga en un valor mnimo.

SECCIN TRANSVERSAL

La seccin transversal del canal se determinar de acuerdo a un criterio econmico,sujeto a las restricciones de escurrimiento y disponibilidad de carga que se definan en eltrazado del canal.

La seccin ms econmica de un canal corresponde a la de menor permetromojado, por cuanto es la que requiere la menor cantidad de material de revestimiento.

En definitiva, en la eleccin de la seccin ms conveniente deben cumplirse ciertascondiciones de tipo constructivo e hidrulica, procurando a la vez el mximo deuniformidad en el empalme de los distintos tramos. Esto ltimo podra implicar alejarsealgo del ptimo terico en algunos casos, pero la simplificacin del diseo de conjuntolleva implcito una reduccin de costos que compensa en gran parte lo anterior.

Desde el punto de vista constructivo, se deben analizar al menos dos soluciones: laprimera, que considera una seccin con el talud ms empinado que permite la estabilidad

del terreno y que conduce a menores excavaciones y la segundo, que adopta un taludrelativamente tendido que permite el uso de hormign colocado como pavimento sinnecesidad de moldaje, y que lleva a espesores mnimos. Para este ltimo caso, el U.S.Bureau of Reclamation ha normalizado el valor 1.5(H):1(V).

Desde el punto de vista hidrulico, se deben estudiar las condiciones deescurrimiento en cada seccin. De modo de asegurar un escurrimiento suficientementealejado de la crisis (al menos 10%).

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La ubicacin del fondo del canal con respecto a la napa fretica es particularmenteimportante. Si la napa est sobre el fondo, la presin hidrosttica externa puede hacercolapsar el revestimiento cuando el canal se vaca o cuando se deprime el eje hidrulico. Encasos de alta napa se deben disear drenes que reduzcan la probabilidad de dao delrevestimiento.

CURVATURA Y VELOCIDADES PERMISIBLES.

El valor de la velocidad en canalizaciones revestidas, est limitado por la velocidadque produzca erosin en el revestimiento. La erosin depende del material en suspensin enel agua. De acuerdo a Davis Sorensen en revestimientos de hormign que conduzcanaguas con materiales en suspensin que no sean particularmente abrasivos, se puede llegara valores entre 3 y 4 m/s, sin que se observen daos importantes. Segn la mismareferencia, con aguas limpias se pueden alcanzar valores de la velocidad de hasta 12 m/s sinque se produzcan daos.

Cuando la velocidad del escurrimiento se acerca a los 12 m/s empiezan a requerirseestrictas terminaciones en el hormign para evitar daos por cavitacin. Para velocidadesmenores que 10 m/s, no se producira cavitacin aunque las superficies presentenirregularidades de 1 cm.

En el caso de revestimiento de hormign, ms restrictivo que el criterio anterior esel de velocidad lmite por razones estructurales. De acuerdo al Bureau of Reclamation , enel caso de revestimiento de hormign no armado, las velocidades deben ser menores que2.5 m/s para evitar la posibilidad que la altura de velocidad se convierta localmente, debidoa una trizadura, en la altura de presin bajo el revestimiento, que tienda a levantarlo.

Sobre la base de unificar los criterios anteriormente expuestos, se aceptar larecomendacin del Bureau of Reclamation de limitar las velocidades a valores menores que1.5 m/s y 2.5 m/s para revestimientos asflticos y revestimientos de hormign no armadorespectivamente.

Otros Criterios de velocidad mxima admisible admiten:

Velocidades mximas admisible [m/s]

Tipo de Obras Tipo de Construccin Velocidad

Definitivas con flujo permanente

Acero 8.0

Revestidas con hormign 4.0Parcialmente revestida 3.0

Definitivas con flujo ocasional Revestidas en hormign 4.0

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En cuanto al lmite inferior, la velocidad mnima permisible ser aquella que noproduzca sedimentacin ni induzca al crecimiento de plantas acuticas. Se adoptar, deacuerdo al criterio de Ven Te Chow, una velocidad mnima de 0.75 m/s.

Es conveniente en algunos casos calcular la velocidad mnima asumiendo el 50%

del caudal de diseo del conducto.En cuanto a la curvatura del canal, se recomienda que el radio mnimo del eje del

canal sea de 3 a 5 veces el ancho superficial.

REVANCHAS

Nos hay una norma universalmente aceptada para la determinacin de la revancha,ya que las ondulaciones o sobreelevaciones del nivel de agua pueden producirse pormuchas causas, a veces incontrolables.

Revanchas que varan entre un 5% y un 30% de la profundidad del agua, soncomnmente usadas en diseo.

Para canales revestidos, la altura del revestimiento con respecto a la superficie delagua depende de numerosos factores tales como:

Tamao del canal Velocidad del agua Curvas Posibilidad de aportes durante las lluvias. Fluctuaciones de nivel debidas a movimientos de compuertas (transientes), aportes

puntuales de canal, etc.

Como criterio de seguridad, algunos autores plantean que la revancha se apliquesobre la cota de eje hidrulico determinada con un valor de coeficiente de rugosidadincrementado en un 20% respecto del valor terico del material de revestimiento adoptado.

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CONDICIONES DEL ESCURRIMIENTO

En un canal, su capacidad de porteo es inversamente proporcional a la rugosidad delrevestimiento.

Es costumbre en nuestro pas usar como valor representativo de la rugosidad elllamado coeficiente de rugosidad de Manning.

n

JRv

2/13/2

=

Donde:V: Velocidad del escurrimiento en m/sN: Coeficiente de rugosidadJ: Pendiente del plano de carga

R: Radio hidrulico en m.Se ha demostrado tericamente, a travs de la frmula de Colebrook White y

empricamente, a travs de mediciones en terreno, que el valor de n no es constante sinoque depende del radio hidrulico.

En efecto, el valor del coeficiente de rugosidad tiende a incrementarse para valoresmayores del radio hidrulico. En este sentidom de gran valor son las mediciones efectuadaspor ENDESA en canales revestidos con hormign.

En este estndar se recomienda utilizar los siguientes valores del coeficiente de rugosidad.

Material n

Acero corrugado 0.024 - 0.026Acero liso 0.011 - 0.012Albailera de piedra 0.018 0.025Hormign 0.015 - 0.017Hormign proyectado (Shotcrete) 0.022 0.025Revestimiento asfltico 0.015Roca sin revestir (muy variable) 0.033 0.045Suelo (seccin bien perfilada) 0.033 0.045

Otro factor de gran importancia que influye en el anlisis del coeficiente derugosidad es la mantencin del canal, ya que el coeficiente tiende a aumentar con la edaddel canal ya sea por deterioro de las juntas o por el crecimiento de plantas acuticas que seadhieren a los revestimientos.

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En una publicacin del II Coloquio Nacional de Ingeniera Hidrulica se entreganalgunos antecedentes que permiten cuantificar el problema. Se seala que, por efecto deplantas acuticas, el coeficiente de rugosidad puede incrementarse hasta en un 30%. Lalimpieza del canal puede significar, dependiendo de su prolijidad, que los coeficientes derugosidad vuelvan a sus valores originales. En este sentido, es importante destacar que elproblema de las plantas acuticas pueden ser ms o menos agudo, dependiendo del tipo derevestimiento. Mientras el revestimiento de hormign es el ms favorable, losrevestimientos asflticos tienden a promover el crecimiento de plantas acuticas debido a lopropiedad de absorcin de calor de las superfies negras

El problema aparece ms grave en canales de tierra de pequeas dimensiones, dadoque normalmente estos canales se someten a una limpieza antes de la temporada de riego,pero no existen oportunidades de realizarla durante los meses de riego una vez que crecenlas plantas. Si el problema es muy grave se recomienda el uso de agentes qumicos, los que

se prefieren a los sistemas mecnicos que favorecen la dispersin de semillas y elcrecimiento ms abundante de la vegetacin (Stephens, J.C., Blackburn, R.D., Seaman,D.E. y L.W. Weldon).

Para estimar el valor de "n" en estas condiciones, se recomienda utilizar el criteriode Stephens et al. (1963) segn el cual el valor de "n" aumenta en proporcin inversa alproducto del radio hidrulico por la velocidad media, segn un retardo vegetal, de acuerdoal grfico de la Fig. 2.

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Donde el retardo vegetal se estima segn la especie fundamentalmente el largo de susramas y la flexibilidad que presentan.

A Ramas y troncos de arbustos con ramas de hasta 90 cmB Ramas medianamente firmes con largos entre 30 y 50 cm

C Ramas y pequeos troncos de arbustos de 15 a 20 m de largoD Pasto y plantas pequeas entre 10 y 15 cm de largoE Pasto corto flexible con menos de 4 cm de largo

Segn esto, en canales pequeos con valores del producto VR entre 0,3 y 0,8 (pie2/seg)infestados de vegetacin, el coeficiente de rugosidad podra alcanzar valores de hasta 0,2,es decir del orden de 10 veces el de un canal de tierra limpio y dimensiones moderadas.

Tradicionalmente; desde el punto de vista del diseo, se ha considerado afectar elcoeficiente de rugosidad de Manning, incrementando su valor de acuerdo al tipo de

vegetacin y su efecto sobre el escurrimiento, aplicndolos especialmente para canalesmedianos y grandes. En la tabla adjunta, propuesta por el SCS de USA, se presentandiversas situaciones que permiten resumir categoras tpicas:

Incremento de la rugosidad segn la vegetacin

Grado de

EfectoVegetacin Incrementar n en

BajoPastos flexibles, con alturas de agua de ms de 3 a 4veces la vegetacin.

0.005 0.010

Medio Pastos de tallo corto, con alturas de agua de 2 a 3veces la vegetacin. 0.010 0.025

AltoPequeos arbustos y matorrales, con alturas de aguadel doble de la vegetacin.

0.025 0.050

Medio AltoPastos, matorrales y rboles pequeos, con alturasdel orden de la profundidad del agua.

0.050 0.100

En general, los valores de los coeficientes de rugosidad mencionados anteriormente atramos rectos de canales. Para canales con curvas, dicho coeficiente debe aumentarse,segn Scobey, de acuerdo con la siguiente frmula ( vlida para canales con r/l >5, en que r

es el radio de la curva horizontal y l el ancho superficial):

Ln

100

50.65001.0

0

=

En que: : Suma de los ngulos del centro ( en grados sexagesimales)L : Longitud del canal en metros

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En caso de tramos de canal cuya seccin est compuesta por materiales con rugosidadesdiferentes, se calcular un coeficiente de rugosidad equivalente mediante la frmulapropuesta en el libro de Ven Te Chow.

( )P

PiNin =3/25.1

P : Permetro mojadoN : Coeficiente de rugosidad

Si un escurrimiento en rgimen de ro se acerca al escurrimiento crtico, puede tornarseinestable, producindose ondulaciones excesivas del nivel de agua. Para evitar elescurrimiento inestable y las ondulaciones superficiales, se verificar que el Bernoulli delescurrimiento, con el coeficiente de rugosidad terico del revestimiento, sea al menos un10% mayor que el Bernoulli crtico.

Se determinar la sensibilidad del Bernoulli frente a las variaciones de altura en elescurrimiento, para las distintas secciones del canal, de manera de confirmar este margende seguridad.

Es importante consignar finalmente que algunas agencias norteamericanas como el Corpsof Engineers propician el uso de ecuaciones racionales para el diseo de canales.

La ecuacin de Darcy Weisbach para la prdida de carga unitaria es la siguiente:

g

v

RJ

24

12

=

En que v y R tienen el mismo significado que en la ecuacin de Manning, f s el factor defriccin y g es la aceleracin de gravedad.

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DISEO DE CANALES SIN REVESTIR

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DISEO DE CANALES SIN REVESTIR

Existen varios puntos a considerar en el diseo de un canal sin revestimiento entre ellosestn:

Pendiente longitudinal Estabilidad de la seccin transversal Curvatura Revancha Condiciones del escurrimiento Prdidas por filtracinA continuacin se revisar cada uno de ellos.

PENDIENTE LONGITUDINAL

La pendiente longitudinal debe mantenerse entre un valor mnimo tal que no produzcadepositacin de los materiales en suspensin y un valor mximo definido por la velocidadsobre la cual existe el peligro de erosin

Estabilidad de la seccin transversalLa seccin transversal seleccionada para un canal debe ser tal que permita conducir elcaudal de diseo, satisfaciendo relaciones apropiadas entre ancho basal, taludes, altura deagua y revanchas.

Se adoptarn secciones de forma trapecial cuyos taludes sern funcin del material donde

ir excavada la cuneta del canal y que sern recomendados por el Ingeniero de Suelo. En sudefecto, se aceptarn los taludes propuestos por la Direccin de Obras Hidrulica.

MaterialCubeta

H/V

Mesa

H/V

Roca vertical VerticalConglomerados finos

Toscas (1) Arcillas 1/1 Trumaos 1.5/1 1/1Arenas 2/1 1.5/1

(1) En Chile se denomina tosca a una roca sedimentaria compuesta de mezcla de arenacementada con fango o con toba volcnica ( en ingls, hardpans)

La seccin mojada del canal debe ir, en lo posible, en corte. Si la seccin est parcial oenteramente en relleno, debe darse especial consideracin al uso de rellenos compactados uotro medio adecuado para prevenir filtraciones excesivas.

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Para el diseo de una seccin estable a la erosin, se puede aplicar dos mtodos prefiriendoaqul que se coloca por el lado de la seguridad. Ellos son el mtodo de la mxima velocidadpermisible y el mtodo de la fuerza tractriz.

Para el primer mtodo, se adoptarn las velocidades recomendadas por la Direccin de

Obras Hidrulicas , completadas con los valores entregados por G. J. Dominguez:Material Velocidad mxima [m/s]

Roca en buen estado 4.5Conglomerados firmes 2.5

Roca descompuesta y toscas 2.5Ripio bien conglomerado 2.0

Ripio suelto 1.2Tierra vegetal o arcillosa 1.0

Trumaos 0.7Arenas 0.5

Otro criterio para la velocidad mxima admisible es el siguiente:

Velocidades mximas admisible [m/s]

Tipo de Obras Tipo de Construccin VelocidadDefinitivas con flujo

permanente

(Solera), en roca 1.0Sin revestir, en suelo 1.0

Definitivas con flujo

ocasionalSin revestir, en roca 5.0

El segundo mtodo se basa en la fuerza que acta sobre el lecho en la direccin del flujo, la

que se denomina fuerza tractriz.

La fuerza tractriz unitaria (por unidad de superficie mojada) se calcula a partir de lasiguiente expresin:

RJ=

T: Fuerza tractriz por unidad de superficie en kg-p/m2

: Peso especfico del agua en kg-p/m3

R: Radio hidrulico en m.J : Pendiente del plano de carga.

Se hace notar que la fuerza tractriz unitaria no se distribuye uniformemente a lo largo delpermetro mojado. Muchas investigaciones se han realizado para determinar su distribucinen un canal. En terminos prcticos, en canales trapeciales de las formas generalmenteusadas, se puede suponer que la mxima fuerza tractriz sobre el fondo es RJ y sobre loslados es cercana a 0.76 RJ.

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La fuerza tractriz permisible es la mxima fuerza tractriz unitaria que no causa seria erosindel material que forma el lecho del canal. En consecuencia, el mtodo de la fuerza tractrizindica que para que el canal sea estable, la fuerza tractriz efectiva debe mantenerse bajo lamxima permisible.

Las fuerzas tractrices permisibles mencionadas arriba se refieren a tramos rectos. Encanales sinuosos, los valores deben reducirse para evitar socavacin. Porcentajesaproximados de reduccin sugeridos por Lane son 10% para canales levementes sinuosos,25% para moderadamente y 40% para aquellos muy sinuosos.

CURVATURA

La curvatura permitida en canales sin revestir depende de la capacidad, velocidad,caractersticas del suelo y seccin del canal. Un canal de capacidad menor que 1 m3/s, convelocidad del orden 0.7 m/s, requiere de un radio de curvatura muy pequeo. Un grancanal, de capacidad 70 m3/s o mayor, requiere de un radio mucho mayor, independiente dela velocidad.

En todo caso, la velocidad es un variable de apreciable influencia en el radio de curvaturarequerido; en efecto, el agua escurriendo a una velocidad del orden del 1m/s causa mayorerosin y desarrolla ondas de mayor magnitud que el agua a 0.3 m/s, para un mismo radiode curvatura.

Como regla general se puede establecer que el radio del eje del canal puede variar de 3 a 7veces el ancho superficial, dependiendo de la capacidad del canal, de las caractersticas delsuelo y de la velocidad.

REVANCHA

La revancha de un canal se rige por consideraciones de tamao y ubicacin del canal,velocidad del escurrimiento, entrada de aguas lluvias, fluctuaciones del eje hidrulico,caractersticas del suelo, gradientes de percolacin, requerimientos del camino de borde ydisponibilidad del material excavado.

De acuerdo a la Direccin de Obras Hidrulicas, se proyectarn revanchas equivalentes aun 15% de la altura normal, con un mnimo de 0.2m y un mximo de 0.5 m Este criterio esvlido para canales pequeos.

En trminos generales, el U.S. Bureau of reclamation seala que el rango aproximado derevanchas frecuentemente usadas se extiende entre 0.3m para canales pequeos de pocoaltura hasta 1.2 m en canales de 85 m3/s o ms.

Como criterio general, se recomienda usar como gua para determinar la revancha, la alturade la berma sobre la superficie del agua.

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CONDICIONES DE ESCURRIMIENTO

Para el clculo de las prdidas de carga por frotamientos en flujos gravitacionales se usarla frmula de Manning.

n

JRv

2/13/2

=

Donde:V : Velocidad del escurrimiento en m/sN: Coeficiente de rugosidadJ: Pendiente del plano de carga

R: Radio hidrulico en m.

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Algunos valores tpicos del coeficiente de rugosidad, tomados de F. J. Dominguez son lossiguientes:

Caractersticas Rugosidad

Canales en tierra sin revestir y en las mejores condiciones 0.020

Canales En tierra sin revestir, bien conservador, tierra y ripio en buenascondiciones, con algunas curvas 0.0225

Canales sin revestir de tierra y ripio, con curvas, en condiciones

regulares

0.025

Canales con rugoso lecho de piedras, con vegetacin en los bordes 0.030Acequias hechas con dragas, limpias y derechas 0.030Canal de roca 0.033 - 0.040

Se recomienda utilizar un valor un 10% ms alto de la rugosidad `para determinar la alturanormal, la revancha y para verificar la capacidad de diseo y un valor 10% menor que elvalor normal para el clculo de velocidades mximas.

Una lista ms completa de posibles valores del coeficiente de Manning es la que aparece enel libro de Ven Te Chow.

Para evitar el escurrimiento inestable y las ondulaciones superficiales, se verificar que elBernoulli del escurrimiento sea al menos un 10% mayor que el Bernoulli crtico.

Como se ha dicho anteriormente, la velocidad del escurrimiento debe ser tal que prevengatanto la erosin de la seccin como la depositacin de los sedimentos. Respecto a lavelocidad mnima para prevenir el depsito de los materiales slidos en suspensin, stadepende de las caractersticas del suelo, de la cantidad y tipo de sedimentos en el agua y de

la forma del canal, de modo que la experiencia del proyectista juega un rol importante en lafijacin de un cierto valor lmite.

Como una primera aproximacin para determinar la velocidad mnima en un canal se puederecurrir a la frmula de Kennedy:

64.0hv =

v : Velocidad media lmite que no produce depositacin, en m/s : Un coeficiente que depende de la naturaleza del material en suspensinh: Altura del agua, en m

El coeficiente tiene, en medidas mtricas, los siguientes valores:

Suelo arenosos (arena fina y liviana) 0.53Suelos arenosos (arena ms gruesa) 0.58Lgamo arenoso arcilloso 0.64Lgamo grueso 0.70

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PERDIDAS POR FILTRACIN

Las prdidas por filtracin se estiman generalmente a partir del descenso en la altura deagua en un tramo de canal que tiene pendiente y seccin uniformes y depende de lascaractersticas del suelo y de la ubicacin de la napa.

Las filtraciones pueden constituir, a veces, ms bien una ganancia para el canal que una prdida si es que la napa est suficientemente alta o existen otros factores naturalesventajosos (Ej: percolacin de agua de riego desde terrenos altos).

Por estas razones, es extremadamente difcil hacer una estimacin de prdidas por filtraciny los resultados que se obtienen son muy inciertos. Por lo tanto, la prediccin defiltraciones debe basarse en el juicio del ingeniero que deber interpretar adecuadamentelos datos existentes y los factores naturales.

Una aproximacin a las prdidas por filtracin se obtiene a partir de la frmula de Moritz.

V

QCS 0116.0=

S: Prdida en m3/s por Km de canalQ: Caudal del canal en m3/sV: Velocidad media del flujo en m/sC: Constante dependiendo del tipo de suelo.

Constantes de Moritz para distintos tipo de suelo

Tipo de Suelo Valor de C(pie3/pie2/24h)Grava cementada y capa dura con franco arenoso 0.34Arcillo y franco arcilloso 0.41Franco arenoso 0.66Cenizas volcnicas 0.68Arenas, cenizas volcnicas o arcilla 1.20Arenoso con roca 1.68Arenoso con grava 2.20

Los valores promedio de C que entrega el U.S. Bureau of Reclamation estn basados en 8diferentes proyectos de canales de tierra. Estos factores son adecuados slo paraestimaciones preliminares, ya que las mediciones han demostrado que las prdidas realesvaran dentro de un amplio rango para cada tipo general de suelo. Para propsitos dediseo, por lo tanto generalmente es necesario recurrir a ensayos de terreno para tenerestimacin ms precisa de las prdidas por filtracin.

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CONSIDERACIONES GLOBALES PARA DISEO DE CANALES

TRANSICIONES EN PLANTA

Escurrimiento Subcrtico

Es adecuado un valor no inferior a 12.50 para el ngulo formado entre el eje del canal y laprolongacin de la lnea lateral al canal que une el inicio y fin de la transicin.

Escurrimiento SupercrticoEn este caso, las variaciones angulares en planta de los conductos no podrn ser inferioresal valor definido por la siguiente expresin

3

Ftan =

Donde F es el valor medio del nmero de Froude en la zona de transicin.

CURVAS HORIZONTALES

Tratndose de escurrimiento subcrtico, se adopta un radio mnimo igual a tres veces elancho de la superficie del agua en el conducto para el caudal de diseo.En el caso de escurrimiento supercrtico, el radio mnimo de curvatura del canal esta dadapor la relacin:

gH

bvRmin

24

=

Donde:V : Velocidad media del flujo (m/s)B : Ancho del caudal al nivel de superficie del agua para el caudal de diseo (m)G : Aceleracin de gravedad (m/s2)H : Altura del escurrimiento (m)

Para la red de subderivados, se aceptan curvas en ngulo recto en las esquinas de lospredios, si las velocidades medias son inferiores a 1,0 mis.

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DISEO DE EMBALSES

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DISEO DE EMBALSES

ESTUDIOS BSICOS REQUERIDOS PARA EL DISEO DE UN EMBALSE

Para el diseo de un embalse se requiere hacer una serie de estudios preliminares, loscuales se detallan a continuacin:

- Cartografa y Topografa: Se consulta cartografa existente(IGM), curvas denivel de la zona en estudio, uso de fotos areas, etc.

- Hidrologa: Se verifica la existencia en la zona de estaciones fluviomtricas y pluviomtricas, y los datos que estas puedan aportar (serie de caudales mediosmensuales, etc.). Se debe determinar los hidrogramas de crecidas afluentes alembalse adoptado, y adems estimar la evaporacin en las zonas de embalses.

- Sedimentologa: Se debe estimar adecuadamente el volumen muerto de lasalternativas de embalse y, en consecuencia, definir su vida til. El aporte desedimentos al embalse, provendr del arrastre de sedimentos por el fondo del cauce,o gasto slido de fondo, y de los sedimentos acarreados en suspensin, o gastoslido en suspensin.

Para estimar el gasto slido de fondo se pueden utilizar distintos criterios, entre loscuales estn:

a. Frmula de Du Bois: Gs = C 0 ( 0 - c )

donde:

C = Constante de proporcionalidad. 0 = h i c = esfuerzo de corte crtico, umbral

b. Frmula de Meyer Peter y Mller:0.4Gs2/3 = q2/3 im - 17

Ds Ds

donde:

Ds =dimetro material uniforme [m].im = pendiente media.

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- Hidrulica fluvial: Este estudio debe realizarse para determinar las caractersticasdel escurrimiento en el cauce del ro que llegar al embalse, introduciendo lasrestricciones al escurrimiento que impondrn las alternativas de embalses, para loscaudales mximos de crecidas determinados en el estudio hidrolgico.

- Mecnica fluvial: En este tem se debe estudiar los fenmenos mecnicofluviales que se producen en el cauce del ro, en los sectores donde se emplazarnlos muros de las alternativas de embalses. Se deber analizar la socavacingeneralizada, debido al estrechamiento del cauce y la socavacin localizada debidaal emplazamiento de muros y enrocados de proteccin.

Para el clculo de la socavacin generalizada pueden usarse los siguientes criterios:

a. Ivanissevich: Smax = 1.04h0 Cv2/3 (H/h)3/4 (h0/D90)donde:

h0 = altura del escurrimiento a la salida del umbralCv = coeficiente que vara entre 0 y 1H = Diferencia entre Bernoulli de aguas arriba y el nivel de aguas abajoD90 = tamao 90% del material del lecho.

Otras frmulas para el clculo de la socavacin generalizada estn dadas en el puntodedicado a la socavacin.

Para el clculo de socavacin local (al pie de muros y enrocados), pueden usarse elsiguiente criterio:

a. Metodologa de Lin, Chang y Skinner:

S/H = 4 Fr1/3 para p/H > 25S/H = 2.15(p/H)0.4 Fr1/3 para p/H 25

donde:

P = penetracin del estribo en el cauce, en m.Fr = nmero de Froude.

- Geologa: Un equipo de profesionales debe seleccionar los sitios aptos paraembalse. Dichos sitios deben caracterizarse de acuerdo a su calidad de suelo,roca, espesores de dichas unidades, estructuras mayores (fallas), hidrogeologa,etc. Los estudios geolgicos deben abarcar las zonas de muro, zona de embalse,vertedero, bocatoma, etc.

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CRITERIOS DE DISEO.

REVANCHAS.

Para definir los criterios que deben ser adoptados para dimensionar las revanchas de

las diferentes conducciones, stas se han separado de acuerdo a su tipo de rgimen:

- Escurrimiento subcrtico: revanchas equivalentes a un 15% de la alturanormal del escurrimiento con un mnimo de 0.20 m.

- Escurrimiento supercrtico: la revancha a adoptar ser definida por laexpresin:

r = 0.60 + 0.03vh1/ 3

donde:

r = revancha [m]v = velocidad media del flujo [m/s]h = altura de agua [m]

PRDIDAS POR FILTRACIN.

Para estimar la prdida por filtracin puede usarse la expresin de Moritz:

P = 0.0116(Q/V)1/2C

Donde:P = prdidas por infiltracin.Q = caudal [m3/s]V = velocidad media [m/s]C = constante que depende del tipo de suelo.

DEFINICIN DE TALUDES PARA LA PRESA.

Los taludes dependen de manera directa de los anlisis de estabilidad esttica y

ssmica de la presa, as como tambin del material del suelo. En el caso de utilizarmateriales gravosos los taludes pueden ser: 1 : 1,5 (V:H) para el paramento deaguas arriba y 1 : 1,6 (V:H) para el de aguas abajo.

COTA DE CORONAMIENTO.

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A la cota asociada a la altura normal del embalse, se debe agregar la altura derevancha del embalse para obtener la cota del umbral del vertedero. Luego, la cotade coronamiento viene dada por:

CC = CA + r1 + r2 + r3 + FS [m]

Donde:CC = Cota de coronamiento.CA = cota del umbral del vertedero.r1 = carga del vertedero [m]r2 = altura de la ola [m]r3 = asentamiento del muro y de la fundacin. [m]FS = factor de seguridad.

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SOCAVACIN GENERAL DEL LECHO

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SOCAVACIN GENERAL DEL LECHO

A continuacin estudiaremos dos criterios para determinar la socavacin general; ambossuponen que no hay aporte de slidos desde aguas arriba, en otras palabras son criterios

extremos que pueden aplicarse para obras especialmente afectadas por la socavacingeneral.

CRITERIO DEL USBR

Este criterio considera que el cauce degradado tendr la misma condicin hidrulica que elcauce original y que la pendiente general del lecho se conserva. Se emplea slo en el casoque exista abundancia de materiales gruesos que permiten el acorazamiento del lecho (elmaterial de mayor tamao que el exigido por la coraza debe ser por lo menos un 10% deltotal)

Para su aplicacin se requiere disponer de la curva granulomtrica integral del material dellecho (curva granulomtrica que considera todos lo materiales existentes, incluso grandesbloques). Debe obtenerse del muestreo de un pozo de por lo menos 1[m] de profundidad yde un superficie de unos 3 [m2].

En primer lugar debe determinarse el tamao de los materiales que formarn la capa de lacoraza. Sea Dc el tamao mnimo de los granos que no son arrastrados por la corriente.El espesor de esta capa puede variar entre el espesor de un grano hasta 3 veces Dc. Comoregla prctica el USBR recomienda:

Dc >= 50 [mm] Yc = 3Dc (espesor coraza)

Dc < 50 [mm] Yc = 0.15 [m]

Sea Pc el porcentaje (en peso) del sedimento que tiene un tamao igual o menor que Dc ( seobtiene directamente de la curva granulomtrica). El porcentaje del material de mayortamao que Dc es (1-Pc). Supngase que se tiene una profundidad y del material dellecho que corresponde a la suma de la degradacin Sg y el espesor de la capa protectoraYc. Es decir:

Y = Sg + Yc

En un pozo imaginario de 1[m2] de rea y de profundidad Y, la crecida se lleva todo el

material sobre la capa de acorazamiento. El peso total del suelo del pozo y de la capadegradada, son:

YcP

YP

sYc

sTot

*1*

*1*

==

El peso del material que no se mueve es igual al peso de la capa de la coraza. Luego debe verificarse:

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( )

Pc

YcSgYc

YcYPc ss

=+

=

1

***1

Despejando el valor de Sg se obtiene

Pc

PcYcSg

+=1

CRITERIO DE LA FUERZA TRACTRIZ LIMITE

Se describe a continuacin un procedimiento desarrollado por los cientficos rusosLischtvan y Lebediev (manual de diseo de Obras Civiles). El procedimiento consiste endeterminar la condicin de equilibrio entre la velocidad media real del escurrimiento y lavelocidad media del inicio de la erosin del lecho. Corresponde indudablemente a unacondicin extrema en cuanto a la socavacin en la seccin y entrega un lmite superior de la

erosin general.

El mtodo es aplicable a ros de pendientes medias a bajas y con lechos de granulometraque no pueden producir una capa de acorazamiento de los materiales finos. Paraprocedimientos se debe contar con los antecedentes que intervienen, como son la curvagranulomtrica del material constitutivo del lecho, el peso especfico del fluvial,caracteristicas de la crecida en estudio, pendiente media del curso natural y el anlisis deleje hidrulico calculado con secciones supuestas fijos.

sjmh

hj

psVlh

h

K

KQH

*

1***

3/5

=

Los investigadores rusos establecieron expresiones para la velocidad del inicio de la erosin. Se distingueentre los suelos granulares no cohesivos y los suelos finos cohesivos.

SUELO GRANULARES

La velocidad lmite erosiva se determina con la relacin

X

smsHDV **68.0

28.0=

El coeficiente depende del perodo de retorno de la crecida. A continuacin se indican los valorescorrespondientes a

Tr [aos] 1 0.772 0.825 0.86

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10 0.9020 0.9450 0.97100 1.00500 1.05

1000 1.07

El exponente x varia con el dimetro medio Dm del suelo y los valores se indican a continuacin:

Dm [mm] X Dm [mm] X Dm [mm] X0.05 0.43 8 0.35 140 0.270.15 0.42 10 0.34 190 0.260.50 0.41 15 0.33 250 0.251.00 0.40 20 0.32 310 0.241.50 0.39 25 0.31 370 0.232.50 0.38 40 0.30 450 0.224.00 0.37 60 0.29 570 0.216.00 0.36 90 0.28 750 0.20

SUELOS COHESIVOS

La relacin general entre la velocidad del inicio de la erosin con el peso especfico delsuelo y la altura Hs es:

X

sss HV **60.018.1

=En los suelos cohesivos, el exponente x depende del peso especfico del suelo, Y estos se observaran en latabla siguiente:

s [t/m3] X s [t/m3] X s [t/m3] X0.80 0.52 1.04 0.43 1.46 0.34

0.83 0.51 1.08 0.42 1.52 0.330.86 0.50 1.12 0.41 1.58 0.320.88 0.49 1.16 0.40 1.64 0.310.90 0.48 1.20 0.39 1.71 0.300.93 0.47 1.24 0.38 1.80 0.290.96 0.46 1.28 0.37 1.89 0.280.98 0.45 1.34 0.36 2.00 0.271.00 0.44 1.40 0.35

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OBRAS DE ARTE

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OBRAS DE ARTE

REGULARIZACIONES Y REVESTIMIENTOS

Una vez definidas las soluciones seleccionadas a nivel de factibilidad, se procede a realizarel diseo hidrulico de detalle de estas obras. Para ello se efectua un anlisis de mayorgrado de precisin y resolucin para cada una de las obras especficas propuestas, tanto delos canales matrices como de los canales derivados y subderivados. En cada uno de estoscasos se analiza la posibilidad de revestir o regularizar completo el tramo, o bien revestiralgunas de las riberas que presenten problemas ya sean de desbordes o filtraciones. Enotros casos donde se tenga especificado revestimientos o regularizaciones se estudia lasolucin segn el problema que se trate, para lo cual se realiza un recorrido al terrenocorrespondiente.

Este diseo se basar fundamentalmente en el clculo del eje hidrulico para el caudal dediseo seleccionado. Se analizan en detalle las variaciones de rugosidad que se presentarna lo largo del canal, los cambios en la pendiente longitudinal de fondo y de seccintransversal, efecto de las singularidades existentes o nuevas, y en general, cualquier otroaspecto que pudiera tener incidencia en el anlisis hidrulico.

Se analiza la estabilidad hidrulica y mecnica fluvial de las secciones no revestidas, atravs del clculo de la velocidad crtica de arrastre de sedimentos asociada al sedimentoconstitutivo del lecho y de riberas.

ALCANTARILLAS

El procedimiento de clculo de alcantarillas se realizar utilizando las relaciones yrecomendaciones presentadas en el "Manual de Carreteras, Volumen 3" y en el texto"Hidrologa e Hidrulica de Estructuras Viales curso de capacitacin para la Direccin deVialidad del MOP" (UCh.- 1989).

Se analiza la obra de entrada respecto del posible embancamiento con sedimentos. La obrade salida se analizar atendiendo a obtener un buen diseo de llegada del agua al tramo delcanal aguas abajo. Se considerar en forma especial el eventual acarreo de material fino queingresa a los duetos.

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De dicho anlisis se estima las solicitaciones hidrulicas sobre la alcantarilla, as como losprobables niveles de socavacin a que se pudieran ver sometidos los puntos de apoyo.

COMPUERTAS

Se verificar que su operacin no signifique alteraciones al escurrimiento de los canales.

Se analizan las necesidades de mejoras en el cauce u obras a fin de asegurar la estabilidadhidrulica del tramo durante los perodos de operacin de las obras.

En cada una de las compuertas existentes se analiza el estado de los mecanismos deizamiento, hojas metlicas o madera, vstago, marcos, volantes proponiendo lasreparaciones y mejoramientos que corresponda. Por otro lado tambin se recomiendan lassoluciones a las posibles filtraciones que se tengan, especialmente cuando se trate decompuertas de descarga y en las cuales se pierden importantes volmenes de agua por esteconcepto.

El diseo hidrulico de compuertas se realizar utilizando relaciones clsicas de hidrulica,utilizando como referencia general el texto de "Hidrulica" de F. J. Domnguez. Lascompuertas consideran la construccin de embudos de aduccin con el fin de disminuir lasprdidas de entrada.

Se realizarn las verificaciones de los supuestos que se hacen, como por ejemplo, lageneracin de un resalto rechazado bajo la compuerta, verificando las condiciones de aguasabajo que eventualmente pudieran ahogar el resalto, lo que hara variar el comportamientosupuesto de la compuerta a disear.

OBRAS DISIPADORAS

Se analizan las necesidades de proteccin en las zonas en que se ubican las descargas o

conexiones entre canales de manera de evitar que su operacin genere inestabilidades en eltramo. Para ello se evalan los niveles de socavacin general y local esperados para eltramo, considerando el aporte de caudal que se produce en este punto.

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Para el clculo de la socavacin al pie de un radier, se utilizarn relaciones, segn lorecomendado en el articulo "Socavacin Aguas Abajo de Obras de Evacuacin", (Lpez A.et al., VI Congreso Nacional de Ingeniera Hidrulica). Se utiliza un nmero mnimo de tresfrmulas con el objeto de realizar un anlisis comparativo y ms concluyente. Entre lasfrmulas que se pueden mencionar estn aquellas dadas por son Ivanissevich, Jaeger,

Veronesse, Schoklitsch y Valentn, entre otras.En base a ello se establecen los requerimientos de proteccin de fondo o riberas necesariasy los tipos de seccin ms estables para la disipacin de la energa de acuerdo a la magnituddel caudal que ingresa en cada punto

Entre las protecciones a utilizar se recomiendan enrocados o losetas de hormign entreotras.

OBRAS DE ADMISIN

Se determinarn las solicitaciones sobre las obras que comprende la captacin de las aguashacia el canal.

Se calculan los diseos hidrulicos tomando en cuenta capacidad mxima de los canales,necesidades de proteccin en la zona de captacin y devolucin y todo otro aspectorelevante para esta etapa de diseo.

OBRAS DE DEVOLUCIN Y EVACUACIN

Se analiza aspectos como revanchas del coronamiento de los muros, capacidad y diseo delos vertederos evacuadores de crecidas, obras de desvo, necesidades de proteccin al pie delas obras.

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AFORADORES

Las obras propuestas para la medicin de los caudales corresponden en general a aforadores

de barrera. El diseo se basar en el procedimiento descrito en el texto de "Hidrulica" deFrancisco Javier Domnguez, en donde se indica la metodologa para el clculo de la alturade la barrera y dimensiones del aforadora adoptar, as como del remanso que se generaaguas arriba de esta obra.

Con el objeto de medir la altura de aguas en los aforadores de escurrimiento crtico debarrera triangular, se propone materializar reglillas limnimtricas en la cspide de cada barrera adosada a una de las paredes del aforador. Para ello se entregarn lascorrespondientes tablas y curvas que relacionan la altura medida con el caudal que escurre.

Para generar la curva de aforos, se considerar que la altura de aguas sobre la cspide de labarrera corresponde a la altura crtica.

Por otro lado, para el clculo de ejes hidrulicos se adoptarn coeficientes de rugosidad "n",basndose en los antecedentes obtenidos durante el reconocimiento de terreno.

CANOAS

Se analizan las diferentes alternativas de solucin dentro de las cuales se podran considerarla impermeabilizacin, o reemplazo por estructuras nuevas de madera o de hormign, ysegn sea el caso de reparacin o construccin de nuevo atravieso.

Se determina la capacidad hidrulica de las canoas calculando el eje hidrulico que segenera en el sector, dadas las condiciones del flujo aguas abajo de las estas. Para ello seadopta un coeficiente de rugosidad "n" de acuerdo a las condiciones de rugosidad del canal,antecedente obtenido del reconocimiento.

La determinacin del eje hidrulico en las canoas tiene la finalidad de calcular elperaltamento requeridos para los muros, y as obtener su capacidad.

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APENDICE I : MANUAL DE MANTENCION Y DE OPERACIONES DELAS OBRAS

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APENDICE I : MANUAL DE MANTENCION Y DE OPERACIONES DELAS OBRAS

ASPECTOS GENERALES

El presente manual tiene por finalidad describir los procedimientos a seguir y lasactividades a realizar una vez construidas y puestas en servicio las obras.

En primer lugar dado que las obras en general se encuentran a la intemperie, sometidas alas diversas acciones naturales del ambiente, que puede llegar a ser muy agresivo segn eltipo de material y obra de que se trate, es necesario establecer un programa de mantencinde las mismas, destinado a evitar su deterioro acelerado. Mediante acciones preventivas yoportunas este programa permitir salvaguardar las inversiones realizadas, en trminos demaximizar la vida til de las obras as como tambin minimizar los costos de conservacin

del canal.

En segundo lugar, es conveniente dejar en un manual de operaciones del sistema, loscuidados y manejos de las obras, a tener presente para asegurar las condiciones defuncionamiento conforme al uso y destino previsto de ellas.

PROGRAMA DE MANTENCIN

El programa de mantencin que se detalla a continuacin incluye los siguientes aspectos

generales que se recomienda tenga presente la Asociacin:

Los procedimientos sugeridos para detectar, caracterizar y priorizar los sectores u obrasque requieren de trabajos de mantencin. Este aspecto es abordado en un Programa deInspecciones.

Las labores de mantencin necesarias en el canal y sus obras anexas y tambin el tipode mantencin requerida en algunos casos especficos. Este segundo aspecto formaparte de un Programa de Mantencin y Reparacin.

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PROGRAMA DE INSPECCIONES

A) INSPECCIONES RUTINARIAS

Se entender como inspeccin rutinaria, al recorrido general del sistema de canales, regulary peridico que deber realizar personal de la Asociacin, con el objeto de mantener enforma actualizada la informacin tanto del estado de conservacin del canal como de susobras de arte, todo lo cual deber quedar consignado por escrito en una bitcora.

En dicha bitcora deber hacerse una descripcin general del estado de los tramos ysectores visitados con indicacin de la fecha de la visita, as como la identificacin yclasificacin de los problemas detectados. La informacin debe ser ingresada a archivos obases de datos simples que contengan los antecedentes recopilados durante las inspeccionese informacin adicional de respaldo, tales como croquis y otros detalles que permitanayudar y fundamentar la formulacin de diagnsticos.

Respecto de la frecuencia de los inspecciones debe, considerarse lapsos de a los ms 30das entre visitas, incluyendo inspecciones especficas durante el perodo en que no seriega. Con los canales en seco, debe aprovecharse de inspeccionar interiormente todas lasobras.

Para llevar a cabo estas inspecciones de rutina, es fundamental cumplir con al menos lossiguientes requisitos.

Debe existir acceso expedito a todas las obras, para lo cual deben mantenerse en formaadecuada los caminos de acceso y bermas del canal.

El recorrido debe ser apoyado con la informacin proporcionada por los celadores ypersonas ribereas del canal, la que debe ser verificada durante la inspeccin.

Se debe utilizar como referencia el Catastro de Obras entregado en el presente estudio,debiendo complementarse tras cada recorrido con antecedentes tales como estado demantencin y estado estructural de los elementos que la constituyen, fecha de la ltimamantencin, etc.

Todas las obras deben ser visitadas, para lo cual es necesario realizar una programacinadecuada de las visitas, en trminos de coordinacin con los celadores, regantes, etc.

Los antecedentes recopilados deben ser enfocados a identificar y caracterizar los siguientesaspectos segn el tipo de obra:

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a.1) Canales: Estado general de las secciones caracterizadas por tramos, crecimiento devegetacin en el cauce, derrumbes de bermas o cada de tierra al interior del canal,obstrucciones al escurrimiento, perforacin de bermas por roedores o crecimiento de races,aparicin de grietas en sectores de cortes o filtraciones de agua por el lado externo de laberma, afloramiento de agua en sitios prximos al canal, etc.

a.2) Obras de Hormign: Aspecto general del hormign, afloramiento de sales,desprendimientos, aparicin de grietas o fisuras, descascaramientos, prdidas del agregadogrueso o fino, afloramiento de fundaciones, etc. Para las obras de hormign tales comosifones, cajones u otros con recintos cerrados debe considerarse la revisin anual por elinterior de stos.

a.3) Obras de Enrocado: Prdida de geometra de la estructura, prdida de bloques deroca, asentamiento del terrapln, crecimiento de vegetacin entre bloques de rocas o en eltalud de apoyo, generacin de socavaciones en el entorno de la obra (lecho o ribera),embanques, etc.

a.4) Obras de Gaviones: Prdida de geometra, rotura de mallas, vaciamiento del relleno,asentamiento de la estructura, oxidacin de mallas, generacin de socavaciones en elentorno de la obra (lecho o ribera), embanques, etc.

a.5) Cuneta de los Canales: Se debe efectuar una revisin, con especial nfasis en lossectores en que el canal corre en laderas de cerros. Durante la corta debe llevarse a cabouna revisin detallada y extensiva del grado de erosin del suelo donde se encuentraexcavada la cuneta. Con el canal en funcionamiento, se deben revisar con especial atencinlas laderas abruptas y suelos permeables procurando detectar la presencia de filtracionesque puedan ser causa de inestabilidad del talud del canal en el lado del valle.

a.6) Laderas de Cerros: Durante las revisiones se debe prestar atencin a las situacionescomo inestabilidad o agrietamiento de laderas y sectores erosionables bajo la accin de lalluvia. Debe llevarse un registro de formacin de grietas y su estado de avance, progresinde deslizamientos, etc.

a.7) Caminos de Borde: Los caminos de borde es necesario que sean recorridos conespecial atencin despus de lluvias de gran intensidad o mucha duracin, con el objeto dedetectar situaciones de peligro que puedan afectarlos. El resto del perodo debe revisarse lalimpieza anual de vegetacin y detectar los sectores que requieren rellenos o nivelaciones.

a.8) Sifones: Debe revisarse la limpieza de la reja, cuando disponen de ella, con unafrecuencia de al menos una semana durante el perodo de operacin del canal. Deberevisarse la presencia de embanque en el interior del ducto todos los aos en el perodo decorte. Debe inspeccionarse permanentemente el exterior de los tubos durante el perodo deriego, especialmente despus de das de heladas, con el objeto de detectar la presencia defiltraciones por grietas en los hormigones.

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a.9) Tneles: Los tneles deben recorrerse interiormente en cada perodo de corte anual. Larevisin debe concentrarse en la erosin de los hormigones de la seccin mojada del tnel yen la estabilidad de la bveda. Tambin es importante detectar la presencia de cualquierelemento atascado en el interior.

a.10) Compuertas: La inspeccin debe tener una frecuencia diaria o no mayor que el lapsoque medie entre perodos de riego, especialmente para constatar que no hayan elementosflotantes que puedan causar daos a los mecanismos, hojas o guas. Debe revisarsedetenidamente la carrera de las compuertas por la eventual presencia de piedras antes deaccionar los mecanismos.

a.11) Elementos y Accesorios Metlicos: Estado de conservacin de la pintura, aparicinde manchas de xido, orificios o picaduras, filtraciones, facilidad de accionamiento("agripamiento"), endurecimiento o prdida de lubricantes.

B) INSPECCIONES EXTRAORDINARIAS

La Asociacin deber programar inspecciones extraordinarias de toda las obras y el canalcon posterioridad a la ocurrencia de eventos meteorolgicos extremos que generen aporteslaterales importantes al interior de los canales o caudales de importancia en los cursosdonde se ubican sus bocatomas.

Las inspecciones extraordinarias tambin deben programarse, en caso de ocurrir algunasituacin anormal o crtica, particularmente en el entorno del o de los sectores afectados.

Se debe atender a caracterizar el canal y sus obras de acuerdo a lo indicado para lasinspecciones rutinarias.

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PROGRAMA DE MANTENCIN Y DE REPARACIONES

La Asociacin deber programar actividades de mantencin peridicas segn el tipo deobras, caractersticas de las mismas y estado de conservacin, as como las reparaciones

que sean necesarias para asegurar la integridad de las obras y su adecuado funcionamiento.A) CANALESLos trabajos que deben realizarse una vez al ao en los canales son los siguientes:

a.1) Desembanque del fondo. Para ello deber contarse con puntos de control en lostramos no revestidos en el canal con el fin de verificar la cota de fondo en todo su largo.Debe mantenerse la seccin tipo por tramos, eliminando embanques u otros elementos quereduzcan la seccin o aumenten su rugosidad. Para ello se cuenta con un balizado generalde la red de canales, establecida como parte del presente estudio, lo cual facilita estecontrol.

a.2) Limpieza de los Canales y Bermas. Debe eliminarse toda la vegetacin que crezca alinterior de los canales as como de los caminos de borde.

a.3) Eliminacin de madrigueras en las bermas. Todas las madrigueras deben serabiertas y rellenas con material apropiado, eliminando la posibilidad de debilitamiento delas bermas y posibles filtraciones. Los materiales utilizados para los rellenos deben permitirsu compactacin mediante apisonado, no permitindose el uso de arenas o de materiasorgnicas o de materiales que las contengan.

a.4) Ampliacin y reconstruccin de bermas. Destruidas por erosin provocada por

lluvias intensas u otras causas, para facilitar el acceso a todas las obras.B) OBRAS DE HORMIGN

En las obras de hormign deben realizarse mantenciones slo cuando existanevidencias de aparicin de algn problema. Estos ltimos en general se pueden clasificar deacuerdo al siguiente detalle:

b.1) Erosin por abrasin: Este tipo de desgaste suele producirse por la accin de arcilla,arena, grava y otros slidos arrastrados por el agua que circula a cierta velocidad por loscanales y obras de arte. La existencia de este tipo de dao se manifiesta como una prdidade espesor del revestimiento y su magnitud depende de la calidad del hormign. En general,los hormigones de buena calidad sufren un ligero desgaste de aspecto uniforme; en cambio,los hormigones de mala calidad sufren la prdida del mortero en una primera etapa, dejandoexpuesta la grava, que posteriormente se desprende, aumentando el dao y perdiendoespesor. Esto ltimo debe ser motivo de especial preocupacin debiendo realizarse laboresde mantencin, recubriendo las reas erosionadas con mortero de cemento.

b.2) Erosin por Cavitacin: Se origina cuando el agua circula a alta velocidad sobreobstrucciones que se proyectan por sobre el plano de la superficie de hormign (de fondo o

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paredes), tales como los resaltes que quedan cuando el moldaje pierde continuidad en susuniones o cuando existen cambios bruscos en las pendientes y en zonas de curvaturas. Lacavitacin produce el picado del hormign el cual progresa rpidamente, rompindose elmortero y continuando con el desprendimiento de la grava.

Corresponde en este caso reparar los tramos afectados mediante recubrimiento de morterode cemento, precaviendo la posibilidad de dejar nuevas irregularidades que pudieranreproducir el fenmeno.

b.3) Grietas: La aparicin de grietas puede producirse por efectos trmicos, reaccionesqumicas, corrosin de armaduras o por esfuerzos no controlados tales como sismos,asentamientos, sobrecargas debidas a derrumbes, impactos, etc.

Para el tratamiento de este tipo de fallas, debe tenerse presente que existen grietas quepueden cerrarse mediante inyeccin de productos adhesivos de muy buenas caractersticasmecnicas con lo cual se puede restituir, en muchos casos, el carcter monoltico delhormign, mientras que otras grietas o fisuras no son inyectables porque el origen de las

mismas sigue vivo y es progresivo como ocurre en el caso de las que son consecuencia deuna accin de tipo qumico o electroqumico.

Conforme a ello debe tenerse presente que las fisuras pueden considerarse divididas en dostipos: unas formadas por las grietas con movimiento o vivas y otras formadas por las grietasfijas o muertas. Ambos tipos son inyectables, aunque con materiales diferentes; en elprimer caso hay que utilizar productos flexibles dado que si se empleasen elementos rgidosel hormign terminara rompindose, bien por el mismo lugar o por otro ms o menosprximo (caso tpico de las fisuras de origen trmico). En el segundo tipo de fisuras seemplean productos rgidos dado que al estar las fisuras estabilizadas, el producto deinyeccin no va a estar sometido a tensiones alternadas de traccin y compresin o de corte.

En la inyeccin con sistemas rgidos se pretende restituir el carcter monoltico al hormignaparte de lograr un sellado total de las fisuras o grietas, mientras que con los sistemasflexibles se busca dar impermeabilidad a la grieta, no slo frente al agua sino tambinfrente a los agentes agresivos que pudieran entrar a travs de las fisuras.

b.4) Abertura de Juntas: Este tipo de daos puede producirse en las juntas dehormigonado o en juntas de construccin. En las primeras se manifiesta en forma de unaligera separacin que puede deberse a acciones ssmicas o asentamientos; en las juntas decontraccin, puede originarse por la prdida del material de sello que se ha rigidizado,fracturndose y desprendindose posteriormente. En ambos casos el dao puede dar origen

a filtraciones.Las soluciones que es posible plantear en este caso se enmarcan dentro de lo expuesto parael tratamiento de grietas.

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b.5) Eflorescencias: Consiste en el depsito de sales, normalmente de color blanco sobrela superficie del hormign. Generalmente constituyen un claro indicio de la existencia defiltraciones de agua a travs del hormign, canalizndose por nidos, grietas o aberturas dejuntas.

Al detectarse la presencia de estos depsitos salinos, deber inspeccionarse la obra paraubicar la va de filtracin y proceder a su tratamiento.

b.6) Tratamiento General: En cada uno de los casos expuestos el procedimiento generalde reparacin consistir en lo descrito a continuacin:

Limpiar, mediante picado la zona a reparar, eliminando el material suelto y dando unaforma regular a la cavidad, considerando siempre una profundidad de al menos 5 cm.

Colocar un moldaje adecuado y rellenar la cavidad con hormign con ridos de buenacalidad, de tamao mximo 1/4" (6 mm), debiendo considerarse el uso de un aditivoexpansor. Se recomienda utilizar la siguiente dosificacin:

Cemento : 340 kg/m3

Gravilla 1/4" : 745 lt/m3

Arena : 475 lt/m3

El hormign debe ser de aspecto plstico, de un asentamiento mximo de 6 centmetros,medido en el cono de Abrams. La compactacin del hormign debe ser muy bienrealizada, pudiendo hacerse en forma manual, mediante el apisonado con barra metlicao con estacas de madera dura.

El moldaje se puede retirar a las 48 horas, con precaucin para no daar el hormign. Elexceso de hormign, se puede eliminar mediante picado. La superficie de la reparacindebe quedar lisa y sin resaltes respecto de las superficies contiguas.

Debe darse un tratamiento de curado adecuado por al menos 7 das o utilizar uncompuesto formador de membrana de curado.

En el caso de grietas menores o iguales de 2 mm de espesor, podr utilizarse Sikadur 31o similar, siempre y cuando no respondan en su origen al xido de las armaduras. Eneste ltimo caso deber consultarse a un especialista para establecer la causa del xido.

Como recomendacin general puede considerarse que los sistemas epoxi permiten lainyeccin con facilidad en fisuras de hasta 0.1 mm. Con fisuras de hasta 2 mm debenemplearse formulaciones puras y sin disolventes formadas exclusivamente por unaresina y un endurecedor; sin embargo, en fisuras de mayor amplitud no hayinconveniente en cargarlas con un rido de tipo silceo en los tamaos antes indicados.

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En el caso de abertura de juntas, podr utilizarse, una vez limpia y seca la superficie delhormign, Colmaflex de Sika o similar, rellenando la junta y extendiendo el producto 5cm a cada lado de ella.

C) ALBAILERASEl defecto que aparece con mayor frecuencia en los revestimiento de canales de este tipo esla prdida del mortero de pega y en casos agudos, incluso, el desprendimiento de bolones ofracturamiento de bloques de ladrillos. El procedimiento de reparacin es el siguiente:

Limpiar las canteras daadas, eliminando el material suelto, sedimentos, posiblesvegetales y cualquier tipo de impurezas. Debe retirarse, mediante picado, a lo menos 3centmetros de mortero.

Lavar las canteras preparadas con chorro de agua limpia o escobillado eliminando todo

el material suelto.

Estando las canteras limpias y superficialmente secas, esto es, hmedas pero sin queexista agua libre, rellenarlas con un mortero de proporcin volumtrica 1:4 (cemento:arena) con un aditivo expansor. El mortero debe ser de consistencia seca plstica y secolocar cuidadosamente, compactndolo con una estaca dura.

Una vez llena la cantera, debe alisarse con malla metlica, formando una superficiecontinua con la cara expuesta de los bolones. No debe quedar en relieve sobresaliendode la superficie.

Una vez terminada la reparacin debe curarse el mortero por al menos 7 das.

D) ELEMENTOS METLICOS

Los elementos metlicos requieren de una mantencin peridica, una o dos veces al ao,adems de la requerida por aparicin de desperfectos especficos, detectados durante elseguimiento del estado de conservacin de las obras.

Dada la naturaleza de los mecanismos involucrados, y su insercin en el medio ambiente,generalmente de perodos hmedos de larga duracin, el principal problema en mantencinser atacar el desgaste por corrosin y enmohecimiento de uniones articuladas o tornillos

sin fin.

Como regla general, en el caso de que aparezcan signos de xido, se deber limpiar lasuperficie mediante escobilla de aceros o lija, para luego aplicar alguna pinturaanticorrosiva.

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Cuando las manchas de xido en su conjunto no cubran ms de un 20% de la superficietotal, se podr retocar en forma localizada cada punto. Valores superiores implican repintarcompletamente el elemento.

Cada elemento metlico debe encontrarse cubierto mediante 2 manos de pintura

anticorrosiva ms el esmalte de recubrimiento.Especial cuidado deber tenerse con las partes mviles de los mecanismos, como porejemplo vstagos y guas de vstagos durante las faenas de pintura, debiendo preferirseparar los componentes y luego de que la pintura se seque se vuelva a armar el conjunto.Si al armar se saltara la pintura original, sta debe ser retocada.

Al menos 4 veces al ao todos los elementos articulados o de izamiento deben sermaniobrados hasta sus lmites mximos a fin de precaver atascamiento debido a laacumulacin de suciedad o aparicin de xido.

Todas las uniones mviles y de izamiento deben ser engrasadas cada 6 meses (2 veces alao) embetunando los elementos con lubricantes tipo Rocol Anti-Seize Compound J 166 Loctile Nickel Antiseize o similar, especialmente indicados para trabajar en ambienteshmedos o lquidos que arrastren sedimentos, evitando la adherencia de partculas en lagrasa.

E) MANTENCIN Y REPARACIN DE COMPUERTAS

e.1) Mantencin de Compuertas

Si entre mantenciones peridicas se observara que el izamiento de la hoja se dificulta, yasea porque hay que hacer un esfuerzo mayor que el normal o la hoja se atasca, revisar si

hay piedras u otro elemento extrao entre la hoja y las partes fijas. Adems, revisar losengranajes y piones, verificar que los ejes no tengan juego excesivo y que no hayancuerpos extraos entre el hilo del vstago y tuerca del mecanismo.

Mantencin peridica (cada 6 meses)

- Limpiar el hilo el vstago y engranajes.- Engrasarlos- Verificar si existe desgaste excesivo en alguna pieza, en caso necesario se deber

reemplazar.- En las compuertas de madera verificar el estado de los tablones, en caso de ser

necesario cambiarlos.

Mantencin espordica (cada 2 aos)

- La mantencin especificada para 6 meses.- Limpieza manual de las zonas de la hoja y partes fijas que tengan daada la pintura,

despus pintar con aplicacin de antixido epxico en 4 mils y de terminacinepxica en 4 mils.

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- Revisar radier y reparar si fuere necesario.- Verificar si existe desgaste excesivo en alguna pieza, en caso necesario se deber

reemplazar.

e.2) Reparacin de Compuertas Mayores

Para la reparacin de compuertas mayores pueden usarse, en lo que corresponda, lassiguientes especificaciones.

Desmontar el mecanismo y hoja de la compuerta por medio de un portal con tecleadecuado.

Limpiar de xido, la hoja y partes fijas, incluyendo las protecciones laterales del canalde la zona de las compuertas, hasta dejar el metal limpio, empleando un "pica sal" uotra herramienta manual.

Reparar la hoja y partes fijas que se encuentren daadas, ya sea por desgaste oabolladuras excesivas, debido a la oxidacin o golpes. Si es necesario, soldar planchas

adicionales si el desgaste ha sido excesivo. La superficie superior del radier debe quedar en un plano, horizontal, con unadesnivelacin mxima de 1:1.000, por lo cual hay que verificar si la madera existentecumple con esta tolerancia, en caso de que no cumpla es necesario reemplazarla por unaque tengan la misma escuadra de la existencia.

Reparar la parte inferior de la hoja de tal forma que quede plana, para que pueda asentaren buena forma en el radier.

Despus de efectuar, nuevamente una buena limpieza mediante chorro de arena, aplicarpintura de buena calidad a todos los elementos metlicos, antes de montar la hoja.

Aplicar pintura anticorrosiva epxica, con espesor de 4 mils seco. Despus aplicarpintura de terminacin del tipo esmalte epxico con espesor de 4 mils seco. La

preparacin de la superficie y la aplicacin de la pintura debe efectuarse de acuerdo alas instrucciones del fabricante de la pintura.

Montar la hoja en las partes fijas y moverla con el tecle, observando que no hayimpedimento en la bajada o subida.

Limpiar y sacar el xido al vstago del mecanismo observando que el hilo est sano y elvstago derecho. Si no estuviera as, ser necesario reparar el hilo y enderezar elvstago.

Recorrer el hilo con la tuerca propia del mecanismo hasta que funciones suavemente,sin atascarse.

Si se observase que la tuerca estuviere daada o desgastada deber cambiarse. Para estoes necesario enviar el vstago a la maestranza que fabrique la tuerca de bronce, para su

ajuste. Limpiar los engranajes, descansos y ejes del mecanismo, para lo cual es necesario

desarmarlo. Si los descansos o eje estuviesen gastados, se deber cambiarlos. Limpiar y pintar la base del mecanismo. Armar el mecanismo de tal forma que el engrane entre engranajes sea el adecuado (el

contacto debe ser entre los dimetros pich), y los ejes alineados. Montar y ajustar el mecanismo, probando que se pueda mover fcilmente la hoja, sin

obstculos.

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F) MANTENCIN DE SISTEMAS ELCTRICOS

f.1) Lneas de Media Tensin y Subestaciones

Se recomienda una revisin visual dos veces al mes en el perodo de Otoo-Invierno y en

los perodos restantes una vez al mes, para detectar ramas u otras cosas colgantes en laslneas que pudieran producir cortocircuitos o otros daos.

f.2) Tableros de Distribucin

Se debe realizar una inspeccin visual una vez al mes y cada seis meses se debe realizarlimpieza interior, especialmente extraccin de polvos si los hubiese.

f.3) Interruptores de Carrera y Medidor de Nivel

Se recomienda una revisin visual al mes al medidor de nivel y los interruptores lmite decarrera, estos equipos y el PLC no necesitan de ningn tipo de mantencin.

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Criterios de Diseño OBRAS DE RIEGO