Diseño y Construcción de Obras Hidráulicas: Bocatomas, Embalses, Presas y Muelles

Diseño y Construcción de Obras Hidráulicas

Bocatomas

Bocatoma: Estructura de captación de agua desde una fuente superficial. Desarenador: Unidad para remover sedimentos del agua. Canal: Conducto para transportar agua. Cámara de carga: Regula el flujo de agua hacia la tubería de presión. Reboso: Estructura de seguridad para evacuar excesos de agua.

Aforador

Dispositivo para medir el caudal. Bajo condiciones de flujo laminar, la geometría de la sección transversal permite calcular el caudal. Se utiliza un aforador para generar un régimen laminar y así calcular el volumen del caudal.

Embalses según Función del Muro

• Embalse de regulación nocturna: Almacena agua en la noche para usarla durante el día, generalmente para riego.
• Embalse de fin de semana: Similar al anterior, pero para uso de fin de semana.
• Embalse anual: Acumula agua de una cuenca durante el invierno para usarla en época de riego (ej. Embalse Viñilla).
• Embalse interanual: Acumula agua durante años lluviosos para usarla en años secos (ej. Embalse Convento Viejo, La Paloma, Hidroeléctrica Rapel).
• Embalse de relave: Material excedente de extracción mineral, transportado por agua que luego se recupera. Deben ser herméticos.

Embalses según Características del Muro

• Muro homogéneo: Construido con un solo tipo de material.
• Muro mixto: Construido con un núcleo de material poco permeable y el resto con material más permeable.
• Muro en arco: Muro con forma de arco que transmite las cargas a los empotramientos. Requiere roca de fundación de buena calidad.
• Muro CFGD (Concrete Faced Gravel Dam): Muro construido con rellenos permeables de grava.
• Muro CFRD (Concrete Faced Rockfill Dam): Muro con relleno de roca tronada. Para asegurar la impermeabilidad, se construye una pantalla de hormigón armado en la cara aguas arriba, empotrada en la roca (ej. Puclaro).
• Muro RCC (Roller Compacted Concrete): Muro de hormigón rodillado de alta consistencia, compactado con rodillo vibratorio.

Protección

Protección contra la erosión en taludes con material granular (rip-rap) aguas arriba y siembra de pasto en los taludes.

Presas

• Presa CFRD: Presa de enrocado con pantalla de hormigón armado en la cara en contacto con el agua para impermeabilizar la estructura.
• Presas de hormigón: Se construyen sobre roca, con hormigón compactado con rodillo (HCR).
• Presas de gravedad: De hormigón, con sección triangular, base ancha y estrecha en la parte superior. La base es ancha debido a la mayor presión del agua.
• Presa contrafuerte: Pared que soporta el agua y pilares triangulares que la sujetan y transmiten la carga a la base.
• Presa bóveda: Pared curva que transmite la presión del agua hacia las paredes del valle.

Compactación

• Compactación represa CFRD: Se realiza en capas de hasta 1 m de espesor con rodillo vibratorio de 7 toneladas en 4 pasadas.
• Compactación represa HCR: Se coloca el hormigón en capas de 20-40 cm y se compacta con rodillo vibratorio de 10 toneladas de peso estático.

Hormigonado

• Hormigonado CFRD: Se realiza una cortina de hormigón mediante encofrado deslizante sobre rieles, abastecido por cinta.
• Hormigonado HCR: Se transporta el hormigón en camión tolva, se esparce con bulldozer en capas de 20-40 cm y se compacta con rodillo vibratorio de 10 toneladas.

Central Hidroeléctrica

Aprovecha la energía cinética del agua para generar energía eléctrica mediante turbinas.

Componentes

• Rebosadero: Libera agua sin pasar por la sala de máquinas.
• Destructores de energía: Evitan la erosión causada por la caída del agua. Tipos: dientes, prisma de concreto (aumentan la turbulencia), saltos de esquí (frenan la velocidad del agua).
• Turbina: Transforma la energía cinética del agua en energía mecánica.
• Alternador: Transforma la energía mecánica en energía eléctrica.
• Chimenea de equilibrio: Pozo de presión que evita el golpe de ariete por cambios de presión al abrir o cerrar válvulas.

Tipos de Turbinas

• Turbina hidráulica: Transforma la energía cinética del agua en energía mecánica.
• Turbina de acción: La energía de presión se convierte totalmente en energía cinética (ej. Pelton, para grandes saltos de agua). La presión del agua es igual a la entrada y salida del rodillo.
• Turbina de reacción: Solo una parte de la energía de presión se transforma en energía cinética (ej. Kaplan, para pequeños saltos). La presión del agua es menor a la salida que a la entrada del rodillo.

Funcionamiento

Una presa acumula agua, creando energía potencial. El agua pasa por una tubería forzada hacia la sala de máquinas, donde la energía potencial se transforma en cinética. La turbina convierte la energía cinética en mecánica, que el generador transforma en eléctrica. El agua se devuelve al río.

Procesos Constructivos de Muelles

• Muelle de bloques: Dragado, mejora del terreno, cimentación, enrase, fabricación y colocación de bloques, relleno, superestructura, pavimento.
• Muelle de hormigón sumergido: Actividades iniciales, preparación del terreno, encofrados, hormigonado, relleno, superestructura, pavimento.
• Muelle de pilotes desde relleno: Plataforma de trabajo, excavación, hinca de entubación, colocación de armadura, hormigonado, extracción de entubación, descabezado de pilotes, vigas, dragado, protección del talud, prelosas, superestructura, relleno.
• Muelle de pilotes desde flotante: Hinca de camisa, excavación en roca, colocación de camisa perdida, armadura, hormigonado, dragado, perfilado de talud, protección, capiteles, vigas, hormigonado de nudos, prelosas, tablero, pavimento, defensas, bolardos.
• Muelle tablestaca medio terrestre: Mota, relleno, hinca de pantallas, excavación, tirantes o anclajes, relleno, dragado, protección, viga cantil, pavimento.
• Muelle tablestaca medio flotante: Dragado, mejora del terreno, hinca de tablestaca, relleno, anclaje, dragado, protección, superestructura.
• Muelle pantalla de hormigón: Dragado, mejora del terreno, relleno de mota, explanada, anclaje, dragado, protección, superestructura.