diseo de presas

CONTENIDO

1.INTRODUCCIN32.OBJETIVOS32.1.Objetivo General32.2.Objetivo Especfico33.MARCO TERICO43.1PRESAS Y OBRAS COMPLENTARIAS43.2DATOS GENERALES DEL RO Y LA ESTACIN HIDROLGICA43.2.1ALTURA TOTAL DE LA PRESA53.3VERTEDERO DE EXCESOS53.4DESAGUE DE FONDO83.4.1Perdidas locales83.5CAPTACIN104.MANUAL DE OPERACIONES Y MANTENIMIENTO125.CONCLUSIONES156.RECOMENDACIONES167.BIBLIOGRAFA168.ANEXOS16

INTRODUCCINEl presente trabajo consiste disear una presa hidrulica en el Rio Chanchan, la misma que va ser utilizada para abastecer de agua potable a cierta poblacin con el rendimiento establecido entre el 90% a 95% para que el servicio sea optimo, esto con la ayuda de la informacin proporcionada por el Instituto Nacional de meteorologa e Hidrologa (INAMHI). Para llevar a cabo el proyecto de una obra de forma satisfactoria, es necesario considerar los aspectos hidrulicos de manera cuidadosa, requirindose definir para la ubicacin seleccionada, los siguientes aspectos: Los caudales promedio, mximo y mnimo del escurrimiento en el cauce. Los niveles asociados a los caudales mximos, medios y mnimos de operacin. Figura N.- 01: Morfologa del Ro Chanchan

Fuente: Fotos inditas

OBJETIVOS2.1. Objetivo General Realizar el diseo y clculo de una presa hidrulica con sus respectivas obras complementarias aplicando todos los conocimientos adquiridos en clases.2.2. Objetivo Especfico Disear el vertedero de excesos de acuerdo a la necesidad del proyecto. Disear el desage de fondo de acuerdo a los das que se crea conveniente. Disear la captacin.MARCO TERICO

3.1 PRESAS Y OBRAS COMPLENTARIAS

En ingeniera se denomina presa a un muro grueso de piedra u otro material, como hormign; material suelto o granular, que se construye a travs de un ro, arroyo o canal para almacenar el agua y elevar su nivel, con el fin de regular el caudal, para su aprovechamiento en el riego de terrenos, en el abastecimiento de poblaciones o en la produccin de energa mecnica. La energa mecnica puede aprovecharse directamente como en los molinos (actualmente en desuso) o de forma indirecta para producir energa elctrica como en las centrales hidroelctricas Los elementos que componen el sistema presa son los siguientes:Embalse: nombre del volumen de agua retenido por la presa. Vaso: donde es contenida el agua cuando se inunda el valle. Cerrada: punto concreto en que se construye la presa. Presa: cumple la funcin de garantizar que la construccin este estable, pues soporta un empuje hidrosttico de agua fuerte, y no permite que el agua se filtre hacia abajo.Otros elementos que son caractersticos de las presas, son:Los paramentos: dos superficies casi verticales que se encargan de limitar el cuerpo de la presa que tiene contacto con el agua. La coronacin: superficie con que es delimitada la presa superiormente. Los estribos: son los laterales del muro que tienen contacto con la cerrada en la que son apoyados. La cimentacin: es la superficie inferior de la presa, por medio de la cual es descargado el peso al terreno.Las obras complementarias de la presa principalmente son: Vertedero de Excesos Desage de fondo Captacin3.2 DATOS GENERALES DEL RO Y LA ESTACIN HIDROLGICA

Ro: Chanchan Cuenca: Guayas Identificacin De La Estacin: H375 CHANCHAN DJ HUATAXI (Hidrolgica) Tipo: Limnigrfica Altitud: 1481 m.s.n.m Coordenadas: Latitud: S 02 15 35 Longitud: W 78 55 49 Caudal de crecida para T=50 aos = 38.46 m3/s Longitud del ro: 18 mFigura N.- 03: Estacin Hidrolgica del Ro Chanchan

Fuente: INAMHI-CNRH3.2.1 ALTURA TOTAL DE LA PRESA

Con los clculos y estudios realizados en la primera parte del diseo de la presa adquirimos la altura de la presa la cual nos ayudar a realizar el respectivo clculo de las obras complementarias.H total presa = hs + hb + hu + hc + h ola + hsegH total presa = 2 m + 3 m + 20 m + 3 m + 1 m + 1 mH total presa = 30 metros

3.3 VERTEDERO DE EXCESOSLos vertederos son estructuras que tienen aplicacin muy extendida en todo tipo de sistemas hidrulicos y expresan una condicin especial de movimiento no uniforme en un tramo con notoria diferencia de nivel. Un vertedero puede tener las siguientes funciones: Evaluar el volumen de agua de crecidas ( Control de inundaciones ) Controlar el nivel mximo de operacin.

El diseo del vertedero Creager consta de tres partes, la primera que conforma la parte superior en cuanto altura, radio y caudal de entrada, la segunda trata de la recta antes de llegar a la cubeta inferior y la tercera; parte inferior del Creager cuyo radio y velocidad son distintos a los de entrada.

Cresta del Creager

He: Es la altura de carga incluyendo la cabeza de velocidad y la despejamos de la ecuacin

Obteniendo un valor He = 0.9807 mVa: Es la velocidad de aproximacin y se la obtendr de la siguiente ecuacin:

Obteniendo un valor Va = 0.102 m/sHa: Es la cabeza de velocidad y con un coeficiente de Coriolis igual a 1. Con la siguiente ecuacin podemos calcular:

Obteniendo un valor Ha = 0.00052861 mPor lo tanto la altura de diseo ser Hd = He + Ha = 0.980 m

Como muestra la figura de la cresta del Creager, los radios y distancias de entrada a la estructura sern:RADIOS CRESTA DEL VERTEDERO

R1 = 0.5Hd0.4900931( m )

R2 = 0.2Hd0.19603724( m )

DISTANCIAS HORZ. DESDE EL EJE DE REF.

D1 = 0.282Hd0.27641251( m )

D2 = 0.175 Hd0.17153258( m )

En la tabla Perfiles de la cresta segn Chow V. T. 1982, para un Creager de pendientes aguas arriba vertical las constante k = 2.00 y n = 1.85, con estos valores determino el punto donde empieza y termina la segunda parte que corresponde al tramo recto del vertedero.PUNTOXY

11.3968623630.943825921

216.6418016320

LONGITUD DE LA RECTA HASTA LA INTERSECCIN CON LA HORIZONTAL

D =24.40381002( m )

Finalmente la tercera parte del vertedero ser la cubierta en la parte inferior y se determina de la siguiente manera:

V =65.77151297( ft/s )

H =3.217038759( ft)

R =22.61048934( ft)

R =6.892811431( m)

TANGENTE

T=R*tan(/2)

=51.34019175( )

T =3.312856443( m)

3.4 DESAGUE DE FONDOEs una estructura que est ubicada en la parte baja de la presa que sirve para controlar el agua por debajo del nivel mximo aprovechable (NMA) trabajando como un tubo a presin, ayudndonos a realizar el mantenimiento y conservacin de la presa.El vaciado de este embalse estar provisto para 25 das ya que de acuerdo a sus dimensiones estructurales no es una mega-estructura siendo una obra menor.3.4.1 Perdidas locales

Con los datos calculados podemos encontrar el dimetro del desage de fondo que necesitaremos para vaciar el embalse en 25 das.

DIMETRO DE LA TUBERIA PARA EL DESAGUE DE FONDO1.51m

COTAALTURAVOLUMENCAUDAL TIEMPO

msnmmhm3m3/sdas

151025.49341810.922.8100635.5307786

150621.4934181.2220.9442680.6741878

150520.4934181.2320.451240.6961001

150419.4934181.2219.9460290.7079289

150318.4934181.2319.4276840.7327745

150217.4934181.2218.8951260.7473023

150116.4934181.2318.3471150.7759319

150015.4934181.2217.7822230.7940723

149914.4934181.2317.1987880.8277392

149813.4934181.2216.5948540.8508885

149712.4934181.2215.9680940.8842865

149611.4934181.2315.3157070.9295106

149510.4934181.2214.6342650.9648841

14949.49341771.2313.9195031.0227456

14938.49341771.2213.1659951.0724879

1485.506613.044.51764867.7883846

25.00

3.5 CAPTACIN

No es lo mismo una captacin de un embalse que la de un ro. Tenemos captaciones a presin (para uso de electricidad) y a gravedad. Por lo que pueden ser tambin con la utilizacin de torre de captacin, captacin flotante y captacin a presin.Las obras de captacin sonlas obrasciviles y equipos electromecnicos que se utilizan para reunir y disponer adecuadamente del agua superficial o subterrnea. Dichas obras varan de acuerdo con la naturaleza de la fuente de abastecimiento su localizaciny magnitud.En este caso utilizaremos una torre de captacin.Torre de captacin: Se utiliza normalmente para hacer captaciones a gravedad mas no significa que no pueda ser a presin.Siendo una torre que tiene ventanas de captacin, cada ventana tiene su rgano de cerramiento pues siendo que se refiere a que son compuestas que direccionan el agua a la conduccin.

Para el embalse en estudio se disea una torre de captacin como muestra la figura a continuacin.

Ancho de la corona ser:

Cdigo Japons ; a = 8.19 m

U.S.B.R; a = 9.00 mMANUAL DE OPERACIONES Y MANTENIMIENTO

El objetivo del presente manual es proporcionar los lineamientos principales requeridos por las Normas de Seguridad de Presas.La funcin primordial de la presa es almacenar grandes cantidades de agua, para ser utilizadas para irrigacin, abastecimiento de aguas, generacin de energa hidroelctrica u otros usos.La presa del Ro Chancha tiene prioridad en las siguientes funciones:a) Almacenar agua para regar por lo menos 30,000 ha en la llanura baja del ro.b) Mantener el caudal mnimo necesario para control de salinidad y contaminacin del ro.c) Retener el volumen correspondiente a crecientes de agua hasta de 50 aos de recurrencia.Vulnerabilidad del embalseLa construccin de una presa introduce importantes modificaciones en el medio ambiente, por cuanto se obstruye el cauce de un ro para formar un embalse, el cual cubre una gran extensin de terreno hacia el rea aguas arriba, con la consecuente saturacin de los terrenos que sirven de vaso de almacenamiento.Es por lo tanto necesario tener un conocimiento de todos los factores que intervienen en el diseo y construccin de una presa, a fin de lograr una estructura estable, segura y duradera, que permita cumplir sus funciones sin que se produzcan daos aguas abajo.Riesgos durante la operacin Reduccin de la capacidad de almacenamiento de la presa por azolvamiento del vaso. Modificacin y obstruccin de las obras de alivio y tomas por parte de los usuarios Desarrollo de asentamientos humanos y zonas productivas aguas abajo de las presas. Necesidad de almacenar agua por arriba de los niveles establecidos. Falta de tcnicos capacitados e inobservancia de la normativa. Falla de las presas debido a obstrucciones de los vertederos. Falta de informacin hidrolgica durante la etapa de diseo: En presas que tienen ms de 30 aos en operacin, no es raro que se presenten crecidas mayores a la de diseo, ya que stas se estimaron con poca informacin y por mtodos que en la actualidad han sido mejoradosFactores de RiesgoFactores externos Crecidas generadas por altas precipitaciones Crecidas generadas por la ruptura o desbordamiento de la presa Deslizamientos de tierra Sedimentacin Precipitaciones. Tormentas SismosFactores internos Envejecimiento de las obras Asentamientos excesivos Comportamiento de los materiales Crecimiento excesivo de vegetacin Erosin interna del terrapln o de la fundacin Filtraciones excesivas Azolvamiento del vaso Fallas de operacin Intervencin humanaConcepto de seguridad en embalsesLa seguridad de las presas es un concepto integral que se resume en el cuadro que a continuacin se presenta:

Gestin del EmbalseLas reglas con las que se coordina el uso del embalse se reflejan en la prctica y se manifiestan con una planificacin para Riego: Mnimo uso del recurso entre los meses de Junio a Septiembre; por lo general se mantendr una descarga ligeramente superior al caudal Ecolgico del ro, estimado en aproximadamente 9,2 a 9,4 m/s, satisfaciendo el uso de riego. Uso extenso del recurso de Febrero a Mayo; de acuerdo cmo evoluciona el incremento de la cota del embalse, se ir incrementando la generacin manteniendo una cota segura hasta llegar a la cota mxima de operacin (1515 m.s.n.m.). Control de Avenidas, entre Marzo a principios de Mayo, es posible que la generacin no sea suficiente para lograr el control de la cota mxima de operacin, lo cual involucra la operacin de los vertederos y desages de fondo (cabe anotar que este perodo es tambin apropiado para la evacuacin controlada de sedimento del embalse), las descargas de agua sern coordinadas por la Senagua e informadas a la Secretaria de Riesgos y las Alcaldas afectadas. Sequa extrema, se considera cuando en situaciones no previstas, la cota mnima de operacin sea alcanzada; descartando la generacin a un segundo plano para descargar solo el mnimo caudal ecolgico con el uso del desage de fondo.Operacin Normal y de EmergenciaEn el plano ms formal, se tiene las indicaciones del manual de operacin y mantenimiento de la presa respecto de operacin normal y de emergencia, del cual se muestra los siguientes extractos: VERTEDERO PRINCIPAL: estructura servida por 1 compuerta radial que controla el nivel del embalse entre la cresta 30 m y la cota 34 m. La capacidad total del vertedero principal es 3,600 m/s. PARA RIEGO: se satisface la demanda de riego. SEDIMENTACIN: a la cota 6.7 m se limita el volumen inactivo del embalse con 50.12 hm de sedimentos, designado para almacenar los sedimentos en la vida del proyecto, estimndose que en los 25 primeros aos, solo se ocupara un tercio de esta capacidad. Se descargarn los sedimentos entre 15 de marzo y 15 de mayo o en ocurrencia de crecidas para asegurar su transporte. AVENIDA DE DISEO: la cota mxima normal de operacin se fij en 30 m; la cota mxima para control de avenidas es 35 m; el volumen de almacenamiento entre las 2 cotas ms la capacidad de la obra de descarga permiten el trnsito de la avenida de diseo 13,350 m/s, estimndose descargas mximas de 2,480 m/s con sobrecarga inducida, o de 2,248 m/s si se abre totalmente. Vital es que la cota del embalse no exceda la 30 m en condiciones normales antes de la ocurrencia de cualquier avenida, de lo contrario se reduce la capacidad del embalse para este control y con ello reduce tambin la seguridad del proyecto. VOLUMEN PARA ALMACENAR CRECIENTES: Con la generacin es suficiente para bajar a la cota 24 m, dejando 50,0 hm para el almacenamiento de avenidas pequeas como las de enero a febrero, subiendo hasta la 28.5 m para esperar las grandes avenidas de marzo y abril. Finalizando mayo, deben haberse regulado los rganos de descarga para llenar a la cota 30 m e iniciar los usos consuntivos del agua. Si con generacin y usos no se logra un descenso a la cota 28.5 m se usarn los vertederos para alcanzar antes del 15 de diciembre. De la cota 28.5 m a 30 m hay 66,0 hm capaces de almacenar una creciente de 1,890 m/s por 5 das. Llenando a la cota 30 m, se est en posicin de controlar crecientes mayores con el volumen de sobrecarga inducida. EVENTUALIDADES: An en un caso inusual como el atascamiento de la compuerta, funcionara el desage de fondo al alcanzar la cota mxima no presentar problemas de seguridad en las obras. ATENUACIN DE CRECIENTES: El rea de captacin de la presa en comparacin con toda la cuenca de drenaje guardan relacin de 1 a 3; por ello el control de crecientes para el rea es pequeo. Este anlisis debe ser extendido para incluir los caudales originados por la inter-cuenca. POLTICA DE ABERTURA DE COMPUERTAS: Si el nivel es menor a 30 m al inicio de la creciente, se descargar lo mnimo posible hasta que el caudal no afecte la berma 20 del talud aguas abajo.Si el nivel es mayor a 30 m y menor al mximo extraordinario, se descarga de forma controlada, paso a paso, evitando superar 1,100 m/s, cauce lleno para poblacin.Cuando sea inevitable superar 1,100 m/s y se use el trnsito con sobrecarga, el criterio prioritario es la seguridad de la obra de represamiento.

CONCLUSIONES

Las obras complementarias son muy importantes ya que ayuda a la presa a regular el caudal que se va a embalsar con sus estructuras como el vertedero de excesos, desage de fondo y las captaciones. Determinamos el dficit y el exceso del rio Chanchan con lo que nos basamos para el diseo de la presa y de esta manera dotar de agua potable que es nuestro objetivo con un rendimiento ptimo y pudimos comprobar que est trabajando al 100% de su capacidad para que para abastecer con agua potable debe tener una eficiencia del 90 al 95 %. Lograr un mayor aprovechamiento de los recursos hdricos mediante obras de infraestructura hidrulica adecuadas a las diversas demandas de la regin, particularmente en lo referente a consumo humano. En el hidrograma de crecida se puede observar el comportamiento de los caudales en los diferentes meses del ao y tambin se puede apreciar que el tiempo de concentracin es semejante al tiempo de duracin. RECOMENDACIONES

Antes de realizar cualquier tipo de obra se debe realizar primero estudios preliminares de gran importancia como son: Estudios de suelos, geotcnicos, hidrolgicos entre otros. Los clculos se debe realizar con mucho cuidado porque son fciles de confundir, debido a que se tiene una gran cantidad de datos tanto de precipitaciones como hidrolgicos. Es muy importante determinar las caractersticas fsicas de la cuenca ya que el tiempo de concentracin est en funcin del tipo de suelo del uso etc.BIBLIOGRAFA

http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/2125/1/T-ESPE- 014961.pdf Fuente:http://www.arqhys.com/construccion/presas-hidraulicas-construccion.html http://jorgepaguay.files.wordpress.com/2012/03/plan-nacional-de-competitividad-turistica_ecuador-2000.pdf http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/2125/1/T-ESPE-014961.pdf http://www.presas.galeon.com/mascotas1825392.html http://www.academia.edu/8942794/Obras_De_Captacion http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/nbelandria/materias/geotecnia/14FERRER.pdfANEXOS

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