Proyectos de Ingenieria Hidraulica Bolinaga PDF

Preview

Summary

• Juan J"osé Bolinaga l. V colaboradores 1 Volume n DE Dadas enonnes dificultades en dínariamente extendido proceso de de este además por la gran cantidad de sionaJes (;~ instituciones involucradas en el por alto una cantidad cuajes deseamos advertirles a continuación: Contenido v Colunma 1, lí...

Description

• Juan J"osé Bolinaga l. V colaboradores

1

Volume n

DE Dadas enonnes dificultades en dínariamente extendido proceso de de este además por la gran cantidad de sionaJes (;~ instituciones involucradas en el por alto una cantidad cuajes deseamos advertirles a continuación:

Contenido

v

Colunma 1, línea 4 Columna 1 línea 21 Columna 2, línea;) Co!urnna 1/ Hnea3 Columna 1, línea 50 Colurrrna linea 21 Columna 1, línea Culumna 1, lírlea Cubmna linea 55 línea:) línea4 lineE,3 1

vi vij

viii IX

370

(::;onzalez

línea 3

16

18 19

8.5J B87

Hnea3 Columna 1, línea ,1 Columna 2, línea 31 Colurnna 1, linea] ')

-,

3

('akuloBIdraulico

Cálculu Hidráulico

lntroduccion

Introducción Cuando un cambio de base de Ir1

fue

CAPITULO

1

RECURSOS HIDRAULICOS JUAN

JosÉ

La ingeniería hidráulica es la rama de la ingeniería civil que se ocupa de planificar, proyectar, construir y operar las obras hidráulicas, entendiendo por estas últimas las obras civiles cuya función es captar, regular, controlar, transportar, distribuir, recolectar y disponer de las aguas o bien protegerse de ellas. En un sentido más específico se acepta que una obra civil tenga el carácter antes dicho, si sus dimensiones han sido establecidas tomando mayormente en consideración criterios y normas hidráulicas e hidrológicas. En concordancia con la definición anterior, el objetivo de la ingeniería hidráulica es fijar las citadas dimensiones; sin embargo, como se irá viendo al avanzar en la lectura de este libro, para alcanzar ese objetivo se requiere frecuentemente de un proceso largo y complejo que consiste no únicamente en la aplicación de técnicas, criterios, normas y cálculos lúdráulicos, o de las otras ramas de la ingeniería civil, sino que conlleva consideraciones de diversa índole, dentro de un marco conceptual de referencia más amplio. El proceso a que se ha hecho referencia se denomina planificación de proyectos hidráulicos, el cual forma, a su vez, parte de uno más amplio que engrana al anterior con la planificación del desarrollo y que se denomina planificación del uso de los recursos hidráulicos (1c4). Esto ha conducido a la elaboración de planes generales en diversos países, entre ellos Venezuela (2). Las ramificaciones del primer proceso señalado, cuyo estudio conforma la parte esencial de este libro, se empiezan a conocer al analizar el concepto de proyecto hidráulico.

BOUNAGA

I.

entiende por usar el agua modificar su acontecer natural, es decir, su ciclo hidrológico. Este término abarcaría los denominados usos y destinos del agua que se indican en la Referencia ( 2 ) . Dentro del primer tipo de usos del agua -aprovechamiento- esta~ían los siguientes:

•

Abastecimiento urbano: que se refiere al empleo del agua en poblaciones, y comprende el uso propi.amente doméstico (alimentación, sanitario y, en generat del hogar); el uso público (lavado de calles, fuentes, suministro a edificaciones públicas, riego de parques y similares); el uso comercial (oficinas, comercios, depósitos y sitios similares); y el uso industrial, bien sea como materia prima o como medio secundario (refrigeración, lavado y transporte). Cuando el uso industrial es de un valor relativo muy importante con respecto al total urbano, se considera aparte de este último (2p83).

•

Riego con fines agrícolas: que comprende el uso del agua por medios artificiales, para garantizar el grado de humedad del suelo apropiado para el creci.miento de las plantas.

•

H idroelectricidad: que es la utilización del agua con

fines de generación de energía eléctrica. Quizás una definición más genérica sería utilizar el término hidroenergía.

• Navegación: donde el agua es el medio que facilita el transporte en embarcaciones de personas y de mercancías.

• Recreación: es decir, el uso del agua con fines de es1.1 Usos

DEL AGUA Y PROYECTOS HIDRAULlCOS.

parcimiento del hombre.

• Conservación y desarrollo de la fauna y la flora: tanto a. Usos del agua.

El concepto de proyecto hidráulico está íntimamente ligado, en su sentido más amplio, a los usos que el hombre haga del agua. En su concepción más general, esos usos son de dos tipos: aquellos que utilizan el agua con fines de aprovechamiento y aquellos que suministran protección contra los efectos dañinos de ella. En otras palabras, se

r ---

en el sentido de preservar las especies existentes, como en el de modificar o fomentar el desarrollo de algunas de ellas. Este uso está íntimamente ligado al llamado uso ecológico, que tendría un ámbito más amplio, pues implica la ayuda del agua al mantenimiento de un medio que proporcione las condiciones más favorables a los factores biólogicos y, por lo tanto, mayor bienestar a la humanidad.

2

Los usos dirigidos a protegerse de la acción destructiva del agua, pueden clasificarse así:

•

Disposición de aguas servidas: que comprende la recolección y descarga de las aguas contaminadas por el uso que el hombre ha hecho de ellas directa o indirectamente. Nótese que en este caso la acción destructiva está más relacionada con la calidad que con la cantidad. • Drenaje urbano: que consiste en la recolección y descarga de los excesos de aguas pluviales en áreas urbanizadas. •

Drmaje agrícola: cuyo objetivo es similar al anterior pero se refiere a zonas agrícolas, donde los excesos no sólo provienen de las aguas pluviales, sino también del riego artificial o del subsuelo.

• Control de crecidas: que contempla las acciones encaminadas a impedir los daños que ocasionan los desbordamientos de las aguas de los ríos, quebradas u otros cuerpos superficiales. • Control de erosión: que consiste en impedir la acción erosiva del agua, tanto en cauces como en el suelo y en el subsuelo. • Control estructural de los suelos: que consiste en el drenaje de los excesos de agua sub-superficiales que pueden poner en peligro la estabilidad geológica de los suelos. ~

• Proyectos de protección: de disposición de aguas servidas, de drenaje urbano, de drenaje agrícola y de control de crecidas. En la actualidad, la importancia de la calidad de las aguas va tomando tal trascendencia que se ha venido utilizando un tercer tipo de proyecto, denominados proyectos de manejo de la calidad de las aguas (3pl). En realidad, es prácticamente imposible encontrar un proyecto que tenga un sólo propósito u objetivo; aún en el caso en que todas sus acciones hayan sido concebidas en ese exclusivo sentido. Por ejemplo, un proyecto de abastecimiento de agua al sustraerla de un río, afecta al régimen hidráulico de éste y a la vida animal y vegetal en él, o bien, el drenaje de un área bajo explotación agrícola puede tener acciones secundarias similares al anterior u ocasionar erosión del suelo, si no es apropiadamente proyectado. Estos ejemplos muestran que realmente todos los proyectos hidráulicos son de propósito múltiple; sin embargo, a los efectos de este libro se aceptan las siguientes definiciones:

• Proyectos de propósito único: Son aquellos donde existe un uso dominante, es decir, que es concebido con ese fin primordial donde los usos colaterales SE aceptan como productos secundarios. • Proyectos de propósito múltiple: Son aquellos dondE existe más que un uso, pues su destino es cumpliI con más de un propósito simultáneamente.

Por otra parte, utilizando un criterio de clasificación diferente, los usos del agua pueden dividirse, además, en consuntivos y no consuntivos. Los primeros se refieren a aquellos que consumen agua y los segundos son los que usan el agua como medio, sin consumirla. Los usos consuntivos serían el abastecimiento urbano y el riego, quedando como no consuntivos todos los demás, aunque en realidad, dentro del medio urbano existen algunos usos no consuntivos. El agua consumida pasa a formar parte de otras materias y en buena parte retoma al ciclo hidrológico, como por ejemplo, la transpiración de las plantas (2p81).

Al definirse anteriormente los proyectos hidráuli· cos, se hizo referencia a un conjunto de acciones que le conforman. Estas acciones podrían clasificarse en dos ti pos generales:

b. Definición y clasificación de los proyectos hidráulicos.

c. Obras hidráulicas.

Se define como proyecto hidráulico al conjunto de acciones acometidas por el hombre con el propósito de usar el agua con un fin o fines determinados. Al unir la descripción de los diferentes usos del agua con la definición anterior, se concluye que los proyectos hidráulicos pueden clasificarse así:

• Proyectos de aprovechamiento: de abastecimiento al medio urbano, de riego, hidroeléctricos, de navegación, de recreación, y de conservación y desarrollo de la fauna y la flora.

• Físicas: Son las obras propiamente dichas, tanto hi dráulicas como de otra índole. • Complementarias: Son acciones de diversa naturale za, que son necesarias de acometer para poder lo grar los objetivos del proyecto. No son acciones fí sic as. Generalmente son medidas de carácter insti tucional y legal.

Las obras hidráulicas pueden dividirse en los si guientes tipos:

• Obras de captación: Tienen como objetivo extraer la aguas de su medio natural. Las tomas directas se bre los ríos; las presas de derivación; las tomas e embalses, lagos y mares; los pozos, las galerías fi trantes y las cisternas, son ejemplos de este tipo d obras.

3

• Obras de regulación: Son las destinadas a modificar el régimen cronológico natural de las aguas, con el fin de hacerlo compatible con las necesidades. Las presas de embalse, los aliviaderos, los estanques y, en general, cualquier obra que almacene agua o la controle, son obras de regulación. Las obras de captación tienen, por lo general, alguna capacidad de regular pero no es éste su fin primario. • Obras de conducción: Como su nombre lo indica se emplean para transportar agua desde los lugares de captación a los sitios de consumo, o de éstos a los de descarga. Las tuberías o conductos cerrados, los canales y los cauces de ríos o quebradas, son representativos de este tipo de obra y, con un criterio más amplio, también lo son los buques y los camiones cisternas. • Obras de distribución: Son las obras cuya función es repartir el agua entre los usuarios. Los ejemplos más representativos son las tuberías y canales y, también nuevamente/los camiones cisternas. \

• Obras de recolección: Son aquellas que recogen los excesos de agua y los llevan hasta la conducción de descarga respectiva. Los ejemplos más representativos, además de las tuberías y los canales, son los sumideros y los empotramientos de aguas servidas. e

Obras de protección y mejoras de callces: Son aquellas destinadas a mejorar la capacidad de conducción de los cauces fluviales y a impedir su desbordamiento. En este sentido, los diques marginales, las rectificaciones de ríos y quebradas, las canalizaciones y las esclusas son exponentes típicos.

• Obras de transformación de mergía hidráulica: Son aquellas donde la energía hidráulica, sea potencial, cinética, o ambas, se convierte en otra clase de energía o viceversa. Las es taciones de bombeo y las casas de máquinas de las plantas hidroeléctricas son buenos ejemplos al respecto. • Obras misceláneas: Son las obras hidráulicas que no encajan en ninguno de los conceptos anteriores. En este caso se encontrarían los muelles destinados a recreación o navegación fluvial, las estructuras para cría de peces, y otros similares; y, cada vez con más importancia, las obras de control de erosión. Por sus características especiales, los puertos oceánicos son considerados dentro de la ingeniería vial o de costas. Existe otro tipo de obra que merece la pena destacar: las obras de disipación de energía, es decir, aquellas cuya función es eliminar los excesos de energía hidráulica que puedan causar inconvenientes a la supervivencia o al

buen funcionamiento de cualquiera de las obras anteriores. Sin embargo, por no tener por lo general, una justificación por sí solas, sin la existencia de alguna de las obras anteriores, conviene considerarlas como parte integrante de ellas. Usualmente, las obras hidráulicas están constituidas por dos partes: las estructuras y los equipos. Las primeras definen la forma hidráulica y estructural de la obra, y las segundas proveen los accesorios complementarios para poder cumplir con los objetivos. Las presas, diques, tuberías y canales son ejemplos de estructuras, y las turbinas, bombas, llaves, compuertas y equipos de medición, lo son de equipos. d. Obras relacionadas.

Existe un conjunto de obras de otras ramas de la ingeniería que es necesario acometer para poner en operación un proyecto hidráulico. Entre ellas merecen destacarse las siguientes: • Obras sanitarias: Como su nombre lo indica, tienen por función restaurar, mejorar y conservar la calidad de las aguas. Las obras de tratamiento, tanto de aguas naturales como servidas, son las más importantes. Desde el punto de vista sanitario, los acueductos y las cloacas son considerados íntegramente como obras sanitarias.

•

Obras viales: Las carreteras y caminos de acceso, así como los puentes son los más frecuentes. También es usual que una obra hidráulica cumpla con una función vial, por ejemplo, el uso de una presa como paso de una carretera.

~

Obras de urbanismo: La ejecución de muchos proyectos hidráulicos está íntimamente ligada al desarrollo urbano y, por lo general, requiere de modificaciones en éste o por el contrario él impone condiciones en aquellos. Por otra parte, la construcción y la operación de proyectos hidráulicos de gran envergadura requiere de la construcción de desarrollos urbanos importantes que, en algunos casos, perduran después de la ejecución de las obras. Los poblados en los sistemas de riego y los grandes campamentos son un buen ejemplo de ello.

• Obras electromecánicas: Las obras de este tipo son indispensables para el funcionamiento de un proyecto hidroeléctrico (generadores, alternadores, transformadores, líneas de transmisión, etc.) o de una estación de bombeo (motores y equipos similares a los anteriores). Al mismo tiempo, aún en otros proyectos, es casi siempre indispensable el servicio de energía eléctrica para su funcionamiento, o de alguna otra obra electromecánica.

4

• Obras de desarrollo agrícola: Los proyectos de riego o de drenaje y protección agrícola, requieren de un número considerable de obras de tipo agronómicas. La nivelación de tierras, las acequias, los pequeños drenajes y similares, pertenecen a este tipo de obras. Adicionalmente, existe un conjunto de obras diversas, como son obras de seguridad (cuarteles para el personal militar o policial de protección) y educacionales y de asistencia social (escuelas y centros de atención médica para personal de operación o usuario). Debe recalcarse el hecho de que un buen número de proyectos hidráulicos se construyen alejados de los centros poblados y, en consecuencia, hay que proveerlos de servicios de este tipo. e. Acciones complementarias. Para cumplir con los objetivos para los cuales fue concebido, todo proyecto hidráulico requiere integrar dentro de él un conjunto de acciones complementarias que le son inherentes e indispensables. Es importante recordar que la ingeniería en general, y la hidráulica en particular, son un medio para alcanzar el bienestar de la colectividad, y que la obra física es sólo un eslabón necesario, pero no único, para alcanzar ese fin. Estas acciones se podrían agrupar así: • Legales: Todo lo conducente al uso del agua debe estar enmarcado en una política hidráulica cuyo _ instrumento de definición más importante es una ley de aguas (1 p381)¡ pero aún así, es usual que un proyecto cualquiera requiera de acciones legales específicas,lógicamente apoyadas en la ley referida y, en general, en la legislación vigente. Dentro de. este tipo de acciones se pueden contar, entre otras, las siguientes: las ;:;ervidumbres, las tendientes a lograr las expropiaciones de derechos de paso y de bienhechurías; los instrumentos legales de fijación de precios de agua; la reglamentación del uso de la tierra en áreas inundables y el establecimiento de las reglas y normas del uso del agua, tanto en lo que se refiere a cantidad como a calidad. En este tipo de acción, se encontraría también la legislación de carácter financiero y administrativo que fuese requerida para construir y operar el proyecto, o bien el otorgamiento de concesiones.

• Institucionales: El proyecto, construcción y operación de un proyecto hidráulico debe estar enmarcado dentro del contexto institucional público y privado que prevalece en el país. Sin embargo, nuevamente con marcada frecuencia, es corriente que el proceso de desarrollo de un proyecto hidráulico requiera del concurso de más de una institución pública o privada. Por ejemplo, un desarrollo de riego del Estado Venezolano amerita del concurso de los

Ministerios del Ambiente y de los Recursos Naturales Renovables (MARNR), de Agricultura y Cría (MAC), y de Sanidad y Asistencia Social (MSAS), así como del Instituto Agrario Nacional (lAN), de la Compañía Anónima de Administración y Fomento Eléctrico (CADAFE) y del Instituto de Capacitación Agrícola y Pecuario (ICAP); y en el sector privado de la Federación Campesina y de los usuarios del sistema de riego. En estos casos, se hace necesario poner en vigencia mediante un acto legal, unas acciones institucionales y administrativas que garanticen el éxito del proyecto. El caso de la Autoridad del Valle de Tennessee en EE. uu. es representativo, y en Venezuela, la empresa Electrificación del Caroní (EDELCA) para el aprovechamiento hidroeléctrico del río Caroní, encaja en esta concepción.

• Sociales: En algunos tipos de proyectos hidráulicos, especialmente en aquellos cuyos beneficiarios tienen un bajo nivel de educación, los aspectos de Índole social son de una importancia capital para alcanzar los objetivos propuestos. Poco se lograría si se construye una red de cloacas en un sector donde el usuario no se empotre a ella, o si se pone en funcionamiento un complejo sistema de riego para unos campesinos de pobre cultura de regadío. Los aspectos educativos y de asistencia técnica y social son, en consecuencia, transcendentales. Esto es especialmente significativo en países en vías de desarrollo o los llamados del Tercer Mundo. • Económicas: Aunque en toda construcción de ingeniería los aspectos económicos son importantes, en los proyectos hidráulicos, especialmente los de gran magnitud, esa importancia se acrecienta. Efectivamente, el desarrollo de un gran proyecto hidráulico significa no solamente un elevado costo, sino también un lento proceso de maduración, lo cual implica que deben tomarse muy en cuenta los aspectos financieros que garanticen un cabal progreso de la obra. Aún más, en muchos casos, para alcanzar el éxito es indispensable una asistencia crediticia al usuario del proyecto, como lo serían, por ejemplo, créditos para empotramientos cIoacales o asistencia financiera para la siembra y cosecha de cultivos. La Figura 1.1 contiene una relación general entre el tipo de acción y el tipo de proyecto. Puede verse allí, por ejemplo, que un proyecto de abastecimiento urbano tiene como componentes esenciales las obras de captación, conducción y distribución entre las hidráulicas, y las sanitarias entre las de otra clase. Las obras de regulación son indispensables, aunque en algunos casos, podrían aparentemente ser innecesarias. Por ejemplo, cuando la cantidad de agua sustraída de un río o un acuífero iguala

5 Proyedo hidráulico de: Protección Aprovechamiento

'Él

I

§

ACCIONES