Revestimiento en Canales - Informe Final

MECÁNICA DE FLUIDOS INGENIERIA CIVIL – V CICLO

INFORME FINAL MECÁNICA DE FLUIDOS

REVESTIMIENTO DE CANALES



UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO Facultad de Ingeniería Escuela Profesional de Ingeniería Civil

Tema: REVESTIMIENTO DE CANALES INFORME FINAL – MECÁNICA DE FLUIDOS Alumno: Flores Saravia José E. Curso: MECANICA DE FLUIDOS Docente: Sagastegui Plasencia, Fidel German Turno: Viernes 7:00 – 10:35 am (Teoría) Viernes 10:40 – 12:25 pm (Práctica)

2014–10

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INDICE

RESUMEN……………………………………………………………………………………………………………………… Pag. 4

I. INTRODUCCION……………………………………………………………………………………………………………Pag. 5

II. OBJETIVO…………………………………………………………………………………………………………………… Pag. 6

III. MATERIALES Y MÉTODO……………………………………………………………………………………………… Pag. 7

IV. RESULTADOS……………………………………………………………………………………………………………… Pag. 8-9

V. DISCUSIÓN…………………………………………………………………………………………………………………. Pag. 10

VI. CONCLUSIONES………………………………………………………………………………………………………….. Pag. 10

VII. RECOMENDACIONES………………………………………………………………………………………………… Pag. 10

VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………………………………………………… Pag. 11

IX. ANEXOS……………………………………………………………………………………………………………………. Pag. 12

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RESUMEN El presente trabajo es resultado de la revisión bibliográfica desarrollada por los alumnos y de su propia experiencia en la visualización de los campos de diseño de canales, en este caso específico los principales revestimientos usados para el diseño correspondiente. En el informe presentado a continuación veremos los tres principales como son revestimiento de concreto, piedra y geo textiles; también mencionaremos brevemente otras diversas formas de revestimiento usadas en canales. Describiremos el proceso constructivo de dichos revestimientos, de acuerdo al fin del canal y diseño que este posea. Planteados ya las formas de revestimiento, concluiremos la factibilidad de cada uno para fines económicos, durabilidad, resistencia, etc.

ABSTRACT This work is the result of the literature review developed by the students and their own experience in the fields of display channel design, in this specific case the main coatings used for the corresponding design. In the report below we see the main three are concrete lining, stone and geo textiles; also briefly mention other various forms of coating used in channels. We describe the construction process of these coatings, according to purpose and design of the channel they own. Raised and forms coating conclude the feasibility of each for economic purposes, durability, strength, etc..

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INTRODUCCIÓN

La conducción de agua desde el lugar donde se encuentra al lugar donde se necesita puede ser por gravedad o mediante impulsiones (bombeo), a su vez en las conducciones de gravedad, el agua puede circular rodada (en contacto con el aire) o forzada (en conducción con presión superior a la atmosférica). Hecha esta introducción, se denomina canal a aquella conducción de agua en régimen rodado que constituye un cauce artificial. En general la conducción por canal tiene un coste superior a la conducción forzada siendo los principales argumentos a favor de su empleo:  La menor perdida de carga que se produce en ellos, lo cual redunda en una mayor cota de llegada, aspecto importante en un regadío o en una central  La mayor facilidad de transporte para grandes caudales. Según el material de construcción pueden ser: de materiales sueltos (tierras); de fábrica (concreto, mampostería o ladrillos) y prefabricados (de concreto). Esta conducción se tiene que hacer con mucho cuidado, tratando de que no se pierda agua mediante el transporte de esta, si llegara a suceder eso, los cálculos podrían variar, como por ejemplo el caudal, para seguridad de esta se emplean los revestimientos. Los revestimientos tienen por finalidad evitar la pérdida de agua durante el transporte de agua por el canal, el material empleado para estos casos, varía de acuerdo al presupuesto, envergadura del proyecto, etc. Pueden ser de Concreto, Piedra o Geo textil. En general los canales suelen ser abiertos cuando el agua se dedica a regadíos o a producción de energía y deben estar cubiertos cuando el agua sea para abastecimiento, con el fin de evitar pérdidas por evaporación y manipulaciones externas. pág. 5



MARCO TEORICO

I.

¿CUAL ES LA FUNCION DE UN CANAL?

Los canales de riego tienen la función de conducir el agua desde la captación hasta el campo o huerta donde será aplicado a los cultivos. Son obras de ingeniería importantes, que deben ser cuidadosamente pensadas para no provocar daños al ambiente y para que se gaste la menor cantidad de agua posible. Están estrechamente vinculados a las características del terreno, generalmente siguen aproximadamente las curvas de nivel de este, descendiendo suavemente hacia cotas más bajas. La construcción del conjunto de los canales de riego es una de las partes más significativas en el costo de la inversión inicial del sistema de riego, por lo tanto su adecuado mantenimiento es una necesidad imperiosa. Las dimensiones de los canales de riego son muy variadas, y van desde grandes canales para transportar varias decenas de m3/s, los llamados canales principales, hasta pequeños canales con capacidad para unos pocos l/s, son los llamados canales de campo. Para lograr el mayor aprovechamiento de los recursos hidráulicos se recomienda dar una pendiente descendente, para que el agua fluya más rápidamente y para que no existan pérdidas de líquidos por infiltración en los suelos porosos se recomienda revestir estos canales con geo membranas para evitar que la filtración ocasione perdida del vital líquido.

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II.


CONCEPTOS GENERALES:

Como condición de estabilidad de un curso de agua se entiende el equilibrio entre la acción del flujo sobre el cauce del río y la resistencia al movimiento (erosión) de los materiales (sedimentos) que lo constituyen. Este equilibrio es alcanzado por la interacción entre el flujo de agua y los sedimentos provenientes de la cuenca hidrográfica contribuyente, considerando la evolución de las secciones, trazado y pendientes del curso de agua. Este equilibrio puede ser alterado naturalmente en función de la ocurrencia de grandes decrecidas, o en función de la evolución continua del trazado (lo cual provoca rectificaciones naturales en el mismo). De una forma más común, la alteración en el equilibrio puede ocurrir a través de: 

Intervención directa, con obras en el propio curso de agua, como ser: rectificaciones, diques, etc.



Intervención indirecta, por acciones en la cuenca hidrográfica que causen alteración en el uso del suelo, como: urbanización, cambios de cultura, deforestación, etc.

La necesidad de la utilización de la protección para la estabilización de los cursos de agua naturales puede ser necesaria para fijar el trazado del río, limitar las erosiones,

proteger

estructuras

ribereñas

(como:

carreteras,

ferrovías,

instalaciones industriales, etc.), o para la estabilidad de canales artificiales, utilizados en obras de drenaje urbano, vías de navegación, obras para el control de crecidas, irrigación, abastecimiento, toma para hidroeléctricas, etc. La protección de los cursos de agua y en especial de las márgenes puede ser hecha con los más variados materiales y técnicas de revestimiento, que son definidos en función de las características del suelo, de la acción de las corrientes y olas y de los objetivos a ser alcanzados.

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La solución para los cursos de agua canalizados consiste en definir un tipo de protección que más se adapte a las condiciones locales, no solamente en cuanto a la resistencia a la acción del flujo, sino también en cuanto a la resistencia a las deformaciones del suelo de base, atendiendo a las condicionantes ambientales, rugosidad resultante, facilidad de ejecución, además del costo final de la obra. Las obras de protección para los cursos de agua natural o artificial pueden ser de tres tipos: 

Protección continua o directa, revestimiento con materiales más resistentes que los naturales;



protección discontinua o indirecta, a través de espigones que alejan el flujo dela margen, generando entre si áreas de baja velocidad. A pesar de no haber sido eliminada la acción de las olas sobre las márgenes, el material erosionado e inestabilidad por las olas permanece en el lugar, debido a las velocidades menores;



obras de

sustentación,

son

verdaderas estructuras de

contención, prácticamente verticales, que tienen la función de soportar los esfuerzos de los terrenos ribereños y resistir la acción del flujo y de las olas. La protección continua corresponde al revestimiento de la margen y del fondo. Es la técnica más usual en los canales artificiales pudiendo tanto ser utilizada para controlar la acción del flujo, como también la acción de las olas. Entre los revestimientos continuos existen varias alternativas para la protección de las márgenes y del fondo de los canales. Podemos utilizar revestimientos como piedra lanzada, piedra colocada, bloques pre-moldeados o placas de concreto, bolsas de geo textiles llenadas con arena o mortero, colchones Reno, etc.

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Es difícil definir cuáles son las soluciones más adecuadas, siendo que en cada caso

es

necesario

conocer

las exigencias de

permeabilidad o

impermeabilidad, robustez, flexibilidad, rugosidad, durabilidad y economía y, entre ellas, adoptar aquella que proporcione mayor beneficio y seguridad. Los revestimientos flexibles poseen un gran número de ventajas que los vuelven más viables, en la mayoría de los casos, en relación a los rígidos y semi-rígidos. Entre los revestimientos flexibles, los gaviones, los colchones Reno y las geo mantas ocupan una posición destacada.

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REVESTIMIENTO DE CANAL CONCRETO

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III.


TIPOS DE REVESTIMIENTO A. REVESTIMIENTO CON CONCRETO:

REVESTIMIENTO CON MANTAS DE CONCRETO (CC)

La Manta de Concreto se puede desenrollar rápidamente para revestir e impermeabilizar cunetas. Se adaptará a una amplia gama de perfiles y curvas y no requiere equipamiento especializado para su instalación. La Manta tiene una vida de diseño de 25 años y es significativamente más rápido y barato comparado con los métodos tradicionales de revestimiento.

ANTECEDENTES TÉCNICOS

La Manta consiste en una matriz de fibras tridimensional que contiene una mezcla especialmente formulada de mortero de cemento. Una cara trasera de PVC asegura que el material es impermeable. El material puede ser hidratado tanto por rociado como por inmersión. Una vez hidratado, el material permanece flexible y trabajable durante 2 horas (dependiendo de las condiciones ambientales) y obtiene el 80% de su resistencia característica en 24 horas. Está disponible en 3 espesores: 5, 8 y 13 mm. CC8 es el recomendado para la mayoría de las aplicaciones

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La modalidad CC5 se suministra en rollos de 1,0 m de ancho, mientras que tanto CC8 y CC13 se suministran en rollos de 1,1 m. Esto debe tenerse en cuenta cuando se establezca el número de láminas y el mejor método de instalación en un perfil determinado. Se debe considerar un solape mínimo de 100 mm, así como en el borde del perfil. Las figuras 1-4 muestran los detalles típicos utilizando 1, 2 y 3 láminas de Manta de Hormigón. Para canales de más de 3 láminas se recomienda la instalación transversal de la Manta de Hormigón.

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PROCEDIMIENTO DE REVESTIMIENTO (CC)

1. Preparación del Terreno La Manta de Hormigón se adaptará rigurosamente al terreno inferior. El nivel de preparación del terreno, dependerá del diseño de la cuneta y del acabado superficial requerido. Se recomienda que se elimine el terreno suelto, las rocas protuberantes y se minimicen los huecos, ya que estos podrían dañar la Manta de Hormigón. 2. Tendido de la Manta La

Manta

se

puede

suministrar

en

rollos

pequeños,

transportables a mano, o en rollos grandes si se pudiera instalar con camión pluma. El método de aplicación es el mismo en ambos casos. Desenrolle la Manta teniendo en cuenta la dirección del rollo como se indica en el paquete. Asegúrese de que la superficie textil está hacia arriba y la membrana de PVC está en contacto con el terreno. Alinee la Manta con la cuneta y desenrolle toda su longitud. Presione manualmente, y coloque el material en la cuneta, empezando aguas abajo. Contacte con su distribuidor si necesita apoyo técnico.

3. Clavado de la Manta La Manta puede colocarse sobre el terreno o anclarla dependiendo de las condiciones del terreno, las pendientes y otros condicionantes de diseño.

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Clave las picas en el terreno y a través de la Manta antes de hidratarla, a lo largo de su longitud y en cada junta. Se recomienda el uso de picas de Ø12mm y 250mm de longitud.

4. Unión de las Mantas adyacentes Cuando coloque los siguientes rollos, asegúrese de solapar al menos 100mm. Asegúrese también de que las uniones se hacen en la dirección del flujo de agua. Una unión solapada con presión es suficiente en la mayoría de los proyectos de revestimiento

de

cunetas.

Si

se

requiere

una

mayor

impermeabilidad.

5. Hidratación Una vez colocada, la Manta se puede hidratar rociándola con agua (incluida la salada). No utilice agua a presión directamente sobre la Manta, para evitar el lavado de cemento. Se puede emplear un exceso de agua, ya que la Manta no puede ser sobre hidratada. Preferentemente los extremos de la manta se deben bloquear temporalmente de tal manera

que

la

presión

del

agua

adapte

la

Manta

perfectamente al perfil de la cuneta o canal. Si esto no fuera posible, rehidratar transcurridas 1-2 horas. CC8 requiere como mínimo 6 litros de agua por m2.

6. Uniones y terminaciones La Manta de Concreto es muy fácil de moldear antes del fraguado, y puede ser manipulado fácilmente para conformar uniones y terminaciones. Se corta fácilmente con un cúter. La Manta se puede terminar fácilmente con hormigón vertido, ya que adhiere fácilmente a éste material.

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7. Fraguado Una vez hidratada, la Manta permanece trabajable durante 2 horas aproximadamente. En climas áridos se puede reducir la trabajabilidad. La Manta de Hormigón desarrollará el 80% de su resistencia característica en 24 horas, y estará lista para usarse.

IMPACTO AMBIENTAL DE LA MANTA DE CONCRETO

1. Ahorro de emisiones CO2 La Manta de Hormigón es la única forma de tender una fina lámina de hormigón a partir de un rollo de material prefabricado. Esto permite que hasta 150 mm de vertido de hormigón sean reemplazados por sólo 8 mm para la mayoría de aplicaciones superficiales. Como resultado se puede ahorrar hasta un 95% de material en un proyecto típico de construcción. Reduce la huella de carbono de los trabajos de construcción, no solo por los ahorros de material, sino por la reducción de los transportes a la obra y el tiempo en obra.

2. Baja tasa de lavado La Manta de Hormigón atrapa un mortero de cemento pre dosificado en una matriz tridimensional de fibras. Los ensayos llevados a cabo bajo la Norma BS8443, para determinar el efecto del fraguado bajo el agua, determinaron que la Manta sólo perdió un 3% en peso. En comparación los hormigones especiales sumergidos, típicamente pierden entre un 10 y un 15%, por lo que requiere mayores volúmenes de hormigón vertido.

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3. Limitada Reserva Alcalina La Manta de Hormigón, utiliza un mortero de alta resistencia inicial, con una reserva alcalina limitada. Al contrario que otros hormigones, está clasificada como no irritante y menos dañina para el Medio Ambiente.

4. Aprobado por la Agencia Ambiental La Manta de Hormigón ha sido aprobada para su uso por el equipo de Biodiversidad de la Agencia Ambiental (GB) en 2010 para el Proyecto de Circunvalación de Church Village (GB). Los beneficios citados incluyeron la rugosidad superficial para proporcionar diversidad en la morfología de los canales, así como la posibilidad de introducir sinuosidades en el trazado del canal. Desde entonces varios proyectos han conseguido la aprobación, y la propia Agencia realizó una compra directa para uso interno como inhibido de la maleza.

5. Ecología La Manta de Concreto, sin necesidad de ningún tratamiento, se hará “ecológica” con el paso del tiempo, ya que el acabado textil, permite el crecimiento de musgo, mientras que la lámina de hormigón reforzado con fibras, previene del crecimiento de raíces y vegetación, lo cual supondría una restricción al flujo del agua e incrementaría los costes de mantenimiento.

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B. REVESTIMIENTO CON PIEDRA:

Los canales revestidos con Piedra, son muy usados en zonas rurales, donde el presupuesto muchas veces es pequeño, o debido a la dificultad de transporte de la tecnología necesaria, además de los materiales necesarios para tener un canal de calidad, durable y que permita buen transporte de agua.

Para el proceso de revestimiento, se tiene que tener ya el canal diseñado y plasmado en la realidad, con una pendiente necesaria para que sobre esta circule agua, el procedimiento es sencillo. Se necesita piedra de no muy gran tamaño debido a que, mientras mayor tamaño este tenga, existirá más filtración de agua; por lo que se tendrían cálculos inexactos de caudal. Las piedras se colocan lo más juntas posibles para evitar el problema anteriormente argumentado, es un proceso un poco tedioso, que necesita tener a las piedras correctamente ubicadas, evitando que se muevas. En cuanto al presupuesto, es muy bajo pero conlleva a un canal de baja calidad, en la cual se tiene pérdidas de agua. En la antigüedad se aplicaba este método, actualmente no es muy usado, pero todavía se usa como ejemplo práctico para la representación de pérdidas de agua durante el transporte.

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C. REVESTIMIENTO CON GEOTEXTILES:

Los Geo textiles son materiales permeables que poseen una estructura plana, usado como parte integral de los suelos y cimientos, comúnmente en proyectos de ingeniería y construcción.

Existen Geo textiles Tejidos y No Tejidos, de Fibra Corta o Filamentos continuos, de Polipropileno o Poliéster, Punzonados o Termounidos. La gama es bastante grande y sus usos son muy variados. A nivel nacional son ampliamente utilizados en la construcción de carreteras, sistemas de drenaje, estabilización de suelos, refuerzo de suelos, muros de contención, rechapados asfálticos,

protección

de

Geomembranas

en

revestimientos

impermeables, control de erosión, separación de materiales pétreos de

distinta

naturaleza,

etc.

Este es un producto que ha sido fabricado a base de fibras sintéticas no biodegradables. Se caracteriza por su estructura permeable, y su gran resistencia a la tensión, desgarre y deterioro químico, tiene alta capacidad drenante.

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APLICACIÓN DE GEOTEXTILES EN OBRAS HIDRAULICAS Y MEDIO AMBIENTE

Las Obras Hidráulicas y las vinculadas a Medio Ambiente, tales como: 

Vertederos



Depósitos de materiales contaminantes



Depósitos de agua



Balsas, etc.

Requieren del empleo de los Geotextiles para cumplir las siguientes funciones:

1. Separación: Para evitar contaminaciones entre diferentes capas de terreno, o para impedir reacciones químicas por incompatibilidad entre capas, se emplean los geo textiles diseñados para este destino específico.

2. Protección: Punzonamiento: Para evitar el punzonamiento, que ocurre como consecuencia de la presión que ejerce el agua o del material acumulado en balsas, vertedero, canal o deposito se utiliza una membrana impermeabilizante. Abrasión: Para evitar los movimientos de la geo membrana durante su vida útil.

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3. Drenaje: Los geo textiles cumplen la función de drenar: 

Drenaje del agua del terreno presente por filtraciones o por la subida del nivel freático y por perdidas, para permitir la evacuación, de manera que la posible presión del agua no afecte a la geo membrana impermeable.



Drenaje de gases producidos por la descomposición de materia orgánica presente en el terreno bajo la membrana.

4. Refuerzo: Los geo textiles ofrecen refuerzo al terreno para estabilizarlo y aumentar su capacidad portante.

5. Empleo de Geotextiles en Canales y Escolleras: El empleo de geotextiles en obras hidráulicas incluye su utilización en Encauzamientos en cursos de agua tales como: 

Rios



Canales



Escolleras



Acequias

Y se emplea para Filtrado en: 

Lagunas



Costas



Presas

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Cuando el geotextil es usado para filtro entre el terreno de taludes y de fondo para el material de revestimiento, ya sean gaviones, escolleras o en piezas prefabricadas.

6. Función Principal: La función principal de los geo textiles en obras de Canales y Escolleras es la Protección, evitando la erosión del fondo, de los taludes y márgenes, ya que confina los finos y permite, al mismo tiempo, el libre filtrado de agua.

La fuerza dinámica continua de las olas en los litorales erosiona y modifica la geografía ya que destruye la estabilidad de las orillas y además provoca problemas en la navegabilidad por estos desprendimientos, por ello se utilizan satisfactoriamente los geo textiles en las obras de escolleras.

Los geo textiles elegidos deben tener una alta resistencia a la perforación ya que soportan los bloques del revestimiento (por lo general para escolleras).

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DISCUSIÓN

A través del informe realizado, notamos las diferencias existentes entre los diversos métodos de revestimiento aplicados a los diferentes tipos de canales, muchos son de mayor calidad y seguridad, además de su durabilidad y resistencia, pero conllevan a un mayor presupuesto.

A la larga pueden ser de eficiencia muy parecida, pero en la actualidad se debe priorizar empleándose siempre métodos modernos, empleando tecnología que ayude a desarrollar y experimentar procesos nuevos de construcción ayudando a un futuro de gran sostenibilidad social.

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CONCLUSIONES



Los revestimientos anteriormente planteados son usados actualmente unos más que otros, los revestimientos de concreto son eficaces pero de una durabilidad normal comparada con el de geo textil que tiene durabilidad mucho mayor pero que acarrea una mayor inversión.



Los revestimientos con piedra actualmente ya no son muy usados, debido a la poca calidad que esta presenta como producto final, ahora se usan muchas otras como las de concreto, geo textil, mantas, etc.



En el proceso constructivo, el revestimiento de concreto demanda mayor tiempo, por lo que también mayor inversión, mientras que los geo textiles demandan un poco menos de tiempo.

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RECOMENDACIONES



En la actualidad se debe aplicar la tecnología de los geo textiles como revestimiento en canales, debido a que duran mucho tiempo y no se necesita estar perdiendo tiempo en mantenimientos que muchas veces no se realiza.



Siempre se recomienda realizar los procesos constructivos de canales correctamente, para evitar deterioros por mala ejecución de esta.



En casos de canales pequeños de poca envergadura y donde las condiciones ambientales son favorables, es mejor usar revestimientos de concreto, para evitar gastos mayores.

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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Potter M. C.,. Wiggert D.C. Mecánica de Fluidos. Editorial Thomson. 3ra edición. 2003

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MOTT R. Mecánica de fluidos aplicada. Edit. Prentice-Hall. México. 1996. 567 pp.

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KING H. Manual de hidráulica. Edit. Hispanoamericana. México. 1996. 560 pp.

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SHAMES I. Mecánica de fluidos. Edit. McGraw-Hill. Colombia. 1995. 825 pp.

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WHITE F. Mecánica de fluidos. Edit. McGraw-Hill. España. 2004. 821 pp.

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POTTER M. & WIGGERT D. Mecánica de fluidos. Edit. Thomson. México 2002. 771 pp.

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Revestimiento en Canales - Informe Final

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