Diseno de Una Presa de Embalse

 

 

DI SEÑO HI DRÁULICO DE UN EMBALSE 1.  I ntro ntrod ducc uccii ón Actualmente se construyen embalses con múltiples fines como la generación de energía, regulación de caudales, disponibilidad de agua en tiempos de difícil captación y riegos. Estas actividades se convierten en necesidades a medida que la sociedad progresa y las ciudades crecen. El presente  proyecto abarca etapas básicas del diseño de un embalse y el de sus obras complementarias complementarias  principalmente  principalm ente desde el punto de vista hidráulico sin dejar escapar la importancia que tiene la geotecnia en el proyecto de embalse, no obstante se deja un referente claro en el diseño hidráulico del embalse y el de sus componentes.

 2.  Proyecto diseño del embalse Al empezar un proyecto para el diseño de un embalse se debe determinar las características del lugar en donde se almacenará el agua: las propiedades de los suelos con los que se construirá el embalse así como aquel donde se cimentará la estructura de tierra, el tipo de fuente que proveerá el caudal necesario para llenar el vaso de almacenamiento, la información hidrológica de la cuenca, las formaciones geológicas del área y además, la cantidad y calidad del agua que se debe almacenar en el embalse. Es por esto que se debe contar con información clara y precisa para desarrollar un buen diseño del embalse desde un punto de vista funcional.

 3.  I nf nforma ormaci ción ón top topográfi ogr áfica ca del se secto ctorr Una vez determinado geológica y geográficamente el sector donde se construirá el embalse se debe realizar un levantamiento topográfico del sector ubicando sus curvas de nivel y las respectivas áreas de cada curva. Como entrada disponemos de la siguiente tabla en la que se resume estas características, además mediante la siguiente expresión se ha determinado el volumen comprendido en cada tramo de curva:

 

 Diseño Hidráulico de un Embalse

E le leva vaci ció ón (m.s.n.m)

 Á  Árr ea (m 2 )

1335

0

1336,0

4500

1337,0

13500

1338,0

24000

1339,0 1340,0

37000 66500

1341,0

94000

1342,0

123500

1343,0

168800

1344,0

1911400

1345,0

241800

1345,5

366300

*Para el cálculo del volumen se ha usado  

siguiente ecuación:

Δ =

 Δ   (A  + A  +  +  A  × A )  3 i s    i s

Donde los subíndices i y s indican el área inferior y superior respectivamente

4.   Aná  A nálisis lisis H i drol roló ógi gico co Se ha realizado un análisis hidrológico de la fuente natural en el cual se determina la cantidad de agua que está disponible, este análisis debe ser realizado mediante una serie de caudales medios mensuales en un determinado sitio, no obstante se debe tener en cuenta que en diversos lugares no se cuenta con registros de información hidrológica, lo cual debe ser analizado con especial cuidado ya que la vida de las estructuras hidráulicas dependen en muchos casos del comportamiento hidrológico de la zona. Si no se dispone de una información precisa se debe seguir un procedimiento cuidadoso en la toma de decisiones (con ayuda de los expertos en hidrología) que en muchos casos elevará los costos co stos de la obra debido a la incertidumbre.

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 Diseño Hidráulico de un Embalse

A continuación, un análisis de oferta y demanda del recurso hídrico en el sector:

 ME S

Q (m³/S)

Demanda (m³/S)

 ENE  FEB  MAR  APR  MAY  JUN  JUL  AUG SEP OCT  NOV  DEC

0.35 0.47 0.69 1.01 1.13 0.85 0.59 0.47 0.71 1.03 0.88 0.45

0.38 0.5 0.48 0.58 0.5 0.56 0.62 0.51 0.41 0.34 0.3 0.28

 5.  C álculo de las alturas altur as de del dique di que Se debe levantar un dique que asegure que las aguas del embalse queden disponibles en todo momento para cubrir la demanda de agua, para esto se diseña un dique que detenga el agua de la fuente. La altura del dique depende de muchas variables entre las cuales incluimos en este diseño las alturas por evaporación, infiltración, volumen muerto, volumen útil, oleaje y  borde libre. Para calcular la altura por evaporación fue necesario usar los registros de lámina evaporada en un tanque clase A, con medidas estandarizadas (122 cm de diámetro, 25.4 cm de  profundidad, el material de composición es hierro galvanizado con fondo negro y paredes p aredes  blancas). Para calcular la evaporación se debe multiplicar los registros de cambio de nivel  por un coeficiente que tiene en cuenta las condiciones de exposición del área analizada, este coeficiente varia de 0.65 en zonas frías a 0.85 en áreas calurosas 1, en este proyecto se asume según el enunciado un valor de 0.70.

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 Diseño Hidráulico de un Embalse

Ilustración 1: Tanque Clase A, Tomado del Libro Hidrología Básica,

A continuación, se muestra el registro de agua evaporada en el tanque durante el periodo analizado:

 Mees  M

Lámina tanque (mm)

 ENE

135

 FEB

120

 MAR

156

 ABR

168

 MAY

144

 JUN

135

 JUL

141

 AGO

132

SEP

150

OCT

156

 NOV

152

 DIC

140

Para calcular el volumen que se pierde en el embalse debido a la infiltración de las aguas se debe asumir que los suelos del vaso de almacenamiento han sido previamente seleccionados con criterios de impermeabilidad, baja porosidad y estabilidad aceptables. Por lo tanto al no  presentarse información que demuestre demuestre alta infiltración infiltración se asume que el 1% del volumen útil del embalse se infiltrará y se debe retener en exceso.

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 Diseño Hidráulico de un Embalse

Otras alturas se consideran importantes dentro de la estabilidad y funcionamiento del dique, como lo son la altura de creciente, la altura por el oleaje provocado por el viento, altura por  borde libre, este último último tiene tiene en cuenta los posibles asentamientos asentamientos y desprendimiento de tierra debidos a la mala compactación de los bordes b ordes en la corona, el golpeteo de las aguas por oleaje y el paso de vehículos. Esta altura libre se calcula de acuerdo a la altura máxima del dique, como la cortina de tierra se encuentra de 6 a 8 metros la literatura sugiere un valor de 1.2 m, en este proyecto se escoge una altura por borde libre de 1 m. Para estimar la altura por oleaje se recurre a la siguiente ecuación:

 = 0.005 ×  − 0.068 0.068 × √   Donde: F = Fetch, en km, la mayor distancia medida en el embalse V = Velocidad del viento en km/h Ho = Altura de la ola, en metros. Para el cálculo de la altura de creciente de diseño H d se realiza primero un estudio hidrológico  para determinar la cantidad de agua que circulará circulará por el embalse durante un evento extremo. A continuación, se presenta una gráfica donde se muestra mue stra el hidrograma de creciente para un  periodo de retorno de 30 años, además por el método hidrológico descripto en clase se realiza el análisis de transito de creciente asociado a la evacuación de agua en el embalse:

 

.

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 Diseño Hidráulico de un Embalse

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