UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
TEXTO PARA LA ASIGNATURA:
DISEÑO HIDRAULICO ING. FRANCISCO VERA DOMINGUEZ Mg.Sc. CATEDRATICO DE LA UNIDAD ACADEMICA DE INGENIERIA CIVIL
ECUADOR-EL ORO-MACHALA 2015-2016
TEXTO GUIA PARA LA ASIGNATURA DE DISEÑO HIDRAULICO GUIA APLICABLE PARA EL DISEÑO DE ALGUNAS OBRAS HIDRAULICAS.
COMPILADOR Y COLABORADORES
ING. FRANCISCO JAVIER VERA DOMINGUEZ COMPILADOR.
EST. JENNER DARIO BARROS ASANZA EST. ADRIAN ARTURO CALDERON GOMEZ COLABORADORES.
PRÓLOGO O PRESENTACIÓN El ingeniero civil de nuestro país que es rico en recursos hídricos, siempre será requerido para diseñar y construir obras hidrotecnicas y de manera particular captaciones de aguas superficiales, para diferentes fines, tales como abastecimientos de agua potable, sistemas de riego, generación de energía eléctrica, etc. La compilación de teorías, conceptos, diseños en estas áreas, de diferentes textos y autores, así como algunos ejemplos y otros aportes personales, fue preparado para servir de texto guía en la materia de Diseño Hidráulico del programa de formación en la carrera de ingeniería civil de la unidad académica de ingeniería civil de la Universidad Técnica de Machala, aportando con ejercicios de diseños tipo y otros conocimientos sobre algunas obras hidráulicas. La extensión y cantidad de temas expuestos, se encuentran limitados de acuerdo al número de horas disponibles para el dictado de clases en un año académico. Debo agradecer a la Ing. Ginger Carrión docente de la UAIC, así como los egresados Jenner Barros y Adrián Calderón por su colaboración en la elaboración de gráficos y edición del texto.
DEDICATORIA ESTE TRABAJAO ESTA DEDICADO PARA TODA MI FAMILIA QUE SON MI FUERZA Y FORTALEZA PARA SEGUIR ADELANTE Y SER UNA PERSONA DE BIEN
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN Nuestro país Ecuador es muy rico en recursos hídricos con fuentes de agua tanto superficiales como subterráneas. El crecimiento poblacional en zonas rurales y urbanas trae consigo la necesidad de abastecimiento de agua para su utilización en diferentes fines, por lo que se busca el aprovechamiento de este recurso natural procurando causar el menor impacto al medio ambiente. La finalidad de este texto es tener una guía de Diseño de algunas obras hidrotecnias, para el estudiante de ingeniería civil al cual lo ayudara a formar su conocimiento, mediante conceptos y cálculos fundamentales de la hidráulica. El texto comprende en analizar y diseñar las obras de captación, contención, conducción y protección, las cuales deberán cumplir requisitos como la funcionalidad, seguridad, economía y estética de las obras hidráulicas.
CAPITULO I
DISEÑO HIDRÁULICO 1.1.
GENERALIDADES
La hidráulica es una de las ciencias aplicadas y fundamentales de la ingeniería que trata sobre las leyes que gobiernan el flujo de líquidos y en particular el agua.
Básicamente se estudia la forma y dimensión que debe darse a las obras para conseguir determinadas condiciones, así como las velocidades y presiones que se producen en una corriente de agua dentro de un conducto o cause cualquiera.
El Diseño Hidráulico va un paso más allá al aplicar estas leyes teóricas para proyectar diferentes obras de:
Contención
Regulación
Captación
Conducción, y
Entrega de agua para la utilización en diferentes fines.
El diseño hidráulico debe satisfacer ciertos requisitos que en orden de prioridad son: 1. Funcionalidad 2. Seguridad
3. Economía 4. Estética. FUNCIONALIDAD.- Significa que las obras deben tener las dimensiones necesarias para que regulen, capten conduzcan y entreguen los caudales en las condiciones previstas en el diseño. En esta condición hay que también considerar la facilidad de operación y mantenimiento de la obra una vez que ésta entre en funcionamiento.
SEGURIDAD.- Significa que las obras deben poder resistir el efecto de cargas, velocidades y presiones del agua y de las reacciones del suelo sobre el que se apoyan sin que se afecte su estabilidad.
ECONOMÍA.- Significa que una vez satisfecho los requisitos de funcionalidad y seguridad, la obra debe ser proyectada de tal forma que su costo de construcción sea el mínimo posible.
ESTÉTICA.- Significa que la obra debe ser en lo posible agradable a la vista. Frecuentemente se da el caso de que las obras funcionales son también estéticas.
1.2.
IMPORTANCIA DEL COSTO
Por lo general las obras hidráulicas tales como: Centrales Hidroeléctricas Abastecimiento de Agua Potable Regadíos, y otras
Representan grandes inversiones que solamente pueden ser emprendidas por el Gobierno Central o por los Consejos Provinciales y Municipios, por lo cual el costo de la obra es un aspecto muy importante a considerar en el diseño.
Hay que tener en cuenta que cuando una obra es demasiado costosa probablemente no se realice. Por tal razón ocasionalmente se sacrifican algunos aspectos para tratar de abaratar su costo.
Por lo expuesto es fundamental un buen diseño a fin de que su costo (C), su operación y mantenimiento sean mínimos, así también los rendimientos y beneficios (B) sean máximos.
Esto se expresa mediante diferentes indicadores económicos tales como:
La relación beneficio costo (B/C)
La tasa interna de retorno (TIR), y
El beneficio neto (B - C).
Por lo general cualquier proyecto admite diferentes soluciones o variantes que satisfacen los objetivos que se tratan de conseguir pero que cada una de estas variantes tienen diferentes costos, se trata entonces de comparar las diferentes opciones, escoger la mejor en condiciones Tecno-Económicas con las cuales estaremos optimizando el proyecto.
1.3.
NIVELES DE ESTUDIO La necesidad de optimizar se presenta a diferentes niveles de estudio, tales como:
Inventario
Factibilidad, y
Diseño Definitivo
1.3.1. Estudios a nivel de INVENTARIO Se hacen para disponer de una lista de soluciones a un problema, eliminando los sitios inadecuados y descartando los proyectos antieconómicos como resultado se identifican los mejores proyectos y se defina el alcance de los estudios especialmente respecto a información básica como topografía hidrología y geología. Se realiza un pre-dimensionamiento y se obtienen cantidades de obra mediante diseños generales de estructuras típicas.
1.3.2. Estudios a nivel de FACTIBILIDAD Analizan las diferentes variantes de un mismo proyecto para definir el mejor tipo de obra que lo componen. Este nivel indica si se debe continuar con los estudios aún más alto nivel, determina los costos más confiables, los rendimientos y rentabilidad del proyecto.
1.3.3. Estudios de DISEÑO DEFINITIVO Deben contener toda la información necesaria, como son: planos, especificaciones técnicas, cantidad de obra, que permitan presentar una propuesta de construcción.
CAPITULO II
CLASIFICACIÓN DE LAS OBRAS HIDRÁULICAS 2.1. GENERALIDADES Las obras hidráulicas o hidrotecnicas a diferencia de otras obras de ingeniería están en permanente contacto con el agua, por lo cual están bajo su acción mecánica, física química e inclusive biología. Sirven para muchos objetivos tales como riego, abastecimiento de agua, producción de energía eléctrica, navegación, evacuación de aguas servidas, control de crecientes, protección de orillas, drenaje de zonas de cultivo, etc.
Podríamos clasificar en Cuatro grupos según su función: 1. Obra de contención 2. Obra de captación 3. Obra de conducción 4. Obra de protección.
2.1.1. OBRAS DE CONTENCIÓN Su función es retener caudales líquidos y sólidos y permitir crear cargas hidráulicas por diferencia de niveles de agua. Absorben sobre sí las presiones hidrostáticas y mantienen embalsados grandes volúmenes de agua. Como ejemplo de estas obras tenemos: Presas, Azudes, Diques, Exclusas, Vertederos
La generación de energía está en función directa de la carga hidráulica y el caudal.
2.1.2. OBRAS DE CAPTACIÓN Su función es la toma de agua de una fuente cualquiera para utilizarla en los diferentes objetivos, pueden clasificarse en dos grupos:
A gravedad: De derivación directa y de embalse o almacenamiento
Por Bombeo: De Río, Canales (hay que evitar este sistema ya que su mantenimiento es costoso)
2.1.3. OBRAS DE CONDUCCIÓN Permite llevar el líquido de un punto a otro, como por ejemplo tenemos: Canales, Tuberías, Conectores, Acueductos, Sifones, etc.
2.1.4. OBRAS DE PROTECCIÓN Su función es proteger obras realizadas, zonas habitacionales o de cultivo, cauces, y orillas de río, como por ejemplo tenemos: Aliviaderos o Vertederos de Exceso, Disipadores de Energía, Muros, Enrocados, Canales, Desarenadores, Cunetas de Coronación (obra pequeña), etc. Siendo estas verdaderas válvulas de seguridad de los proyectos.
2.2. IMPORTANCIA Y CATEGORÍA DE LAS OBRAS
HIDROENERGÍA
RIEGO
AGUA POTABLE
PERIODO DE
(KW)
(Ha)
(Lts/Seg)
RETORNO (AÑOS)
150.000
25.000
1.000
1000
100 a 1.000
100
CATEGORÍA
I II
50.000 a 150.000 5.000 a 25.000
III
10.000 a 50.000
500 a 5.000
10 a 100
50
IV
10.000
500
10
20
2.3. GENERALIDADES SOBRE PRESAS
Las presas son obras hidrotecnicas que permiten retener caudales líquidos, y sólidos, mantiene grandes volúmenes de agua embalsadas. Podemos clasificarlas según:
1. Función 2. Características hidráulicas 3. Materiales utilizados en su construcción
2.3.1. POR SU FUNCIÓN TENEMOS:
Presas de Embalse
Presas de Retención
Presas mixtas
LAS PRESAS DE EMBALSE._ se construyen para almacenar agua en períodos de abundancia y utilizarla en períodos de escasez. Estas presas se construyen para crear cargas hidráulicas que permiten llevar el agua a través de tuberías, canales o túneles, hasta el sitio de utilización. Son utilizadas en regadíos trasvase de agua, usos industriales, etc.
LAS
PRESAS DE RETENCIÓN.-
se Construyen para regular las crecidas y
disminuir el efecto de las avenidas repentinas. En este tipo de presas pueden embalsarse temporalmente el agua para luego evacuarlas a través de un desagüe en forma controlada. Existen presas de retención en donde se almacena el agua tanto tiempo como sea posible mientras se filtra a través de bancos permeables; a este tipo de presas se las conoce también como presas de riego por inmersión. Las presas de retención atrapan o retienen los sedimentos o acarreo sólido.
LAS PRESAS MIXTAS.- cumplen ambas funciones indicadas anteriormente.
2.3.2. POR LAS CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS TENEMOS:
Presas Vertederos
Presas No Vertederos
LAS
PRESAS VERTEDEROS.-
son las que vierten el agua por su corona y
corresponden a presas de hormigón y mampostería.
LAS PRESAS
NO VERTEDEROS.-
son aquellas que no vierten el agua por su
coronación y corresponden a presas de tierra y escolleras.
Se pueden combinar estos tipos, así por ejemplo se puede tener un presa de hormigón a gravedad completada con diques de tierra.
2.3.3. SEGÚN LOS MATERIALES USADOS EN SU CONSTRUCCIÓN:
Presas de Hormigón:
- A gravedad - En arco - Aligeradas
Presas de Material Suelto
- Tierra - Escollera
Fig. 1 Presa de Hormigón Manduriacu Pichincha e Imbabura - Ecuador
Fig. 2 Presa de material suelto Salve Faccha Napo - Ecuador
2.4. ELECCIÓN DEL SITIO DONDE SE LEVANTARA LA PRESA
El sitio donde se levantara una presa así como su tipo y materiales de construcción se definirá en base a estudios comparativos Tecno–Económicos de algunas alternativas las mismas que estarán en función de las condiciones geológicas, topográficas y finalidad de la obra.
Las condiciones geológicas deben ser muy bien estudiadas, particularmente a lo que se refiere al sitio de embalse y el sitio mismo donde se levantará la presa.
También es importante el factor Hidro–Geológico, considerando, permeabilidad, infiltraciones, y nivel freático. Otro factor importante y decisivo es la ubicación de bancos para materiales de construcción, los mismos que deben garantizar, calidad, cantidad y cercanía al sitio de la obra.
Con respecto al vaso de embalse los requerimientos son los siguientes:
Mínima permeabilidad.
Máxima estabilidad de los taludes.
Mínima área de inundación en sitios cultivados y habitados.
Casi se puede decir que en la mayoría de los casos la elección de los sitios de ubicación de la presa es simultánea con el tipo de presas como por ejemplo tomando en cuenta los factores más importantes como son: Geológico, Topográfico y materiales de construcción (están íntimamente ligados a dos lecciones; la cantidad y
calidad de materiales de construcción cerca al sitio donde se levantara la presa) y podría ser decisivo para elegir el tipo de presa y el cambio de ubicación de estos bancos que inciden en el sitio de levantamiento de la presa.
La característica topográfica aparte de definir el sitio de ubicación de la presa define también el volumen de la misma y con ello los costos comparativos para elegir entre uno y otro tipo de presa.
Como es lógico se busca un sitio de cause lo más angosto posible procurando que el eje longitudinal de la presa sea perpendicular a la dirección del río y a las curvas de nivel.
2.5. ELECCIÓN DE TIPO DE PRESA
La topografía en muchos casos determina el tipo de presa. Un valle estrecho serpenteado entre laderas rocosas, es el indicado para una presa de hormigón en arco, una zona de terreno ondulado requiere una presa de tierra, en general hay que hacer los análisis comparativos tecno–económicos que determinen la mejor opción.
2.6. GEOLOGÍA Y CONDICIONES DE CIMENTACIÓN
Las condiciones de cimentación dependen de las características geológicas y espesor de los estratos que han de soportar el peso de la presa. En lo que se refiere a cimentación interesa principalmente tres características:
Cantidad y calidad del material alterado y los depósitos de materiales aluviales Resistencia de la roca o suelo y su uniformidad Permeabilidad de la formación
2.7. NIVELES Y VOLÚMENES DE AGUA EN EL EMBALSE
En el embalse la carga hidráulica H no es constante varía según el nivel superior del embalse y a su vez estos niveles son el resultado del régimen natural del río y de las condiciones de explotación del sistema; con estas condiciones podemos identificar los siguientes niveles y volúmenes de agua en un embalse.
1
Esquema de volúmenes y niveles de agua de un embalse
NMC = Superficie libre del agua durante el paso de la avenida máxima probable NMA = Cota máxima bajo la cual se puede aprovechar la carga hidráulica en condiciones normales Nme = Cota mínima en la cual ya no se puede aprovechar la carga en condiciones normales Nvm = Cota máxima permisible para el depósito de los sedimentos de arrastre.
1
http://introducciongestionambientalembalses.blogspot.com/
2.7.1. VOLÚMENES DE AGUA EN EL EMBALSE
VOLUMEN DE DEMASÍA O DE ALIVIO.- Es el volumen comprendido entre el nivel máximo de crecida y el nivel máximo aprovechable.
VOLUMEN ÚTIL.- Es el volumen comprendido entre el nivel máximo aprovechable y el nivel mínimo de explotación
VOLUMEN DE RESERVA.- Es el volumen comprendido entre el nivel mínimo de explotación y el nivel de volumen muerto.
VOLUMEN MUERTO.- Es el comprendido entre el fono del cauce y el nivel superior aceptable de sedimentos.
CAPITULO III
CAPTACIÓN DE AGUAS SUPERFICIALES 3.1.
GENERALIDADES
La obra de toma es una estructura hidráulica capaz de captar total o parcialmente las aguas de un río, lago, vertiente, canal, embalse, etc., con el objeto de satisfacer una necesidad o fin determinado.
Figura 3. Toma de Fondo Casacay El oro- Ecuador
Figura 4. Localización de Rejilla El oro- Ecuador
Su diseño es diferente en un curso hídrico que tenga gran arrastre de materiales de fondo, pues esto implica crear dispositivos especiales que separen el caudal sólido del líquido y disponer la evacuación de estos en forma eficiente. En su diseño hay que considerar la influencia del material sólido pues este causa problemas tales como disminución de secciones útiles, depósitos de material y obstrucciones en general, en su diseño y construcción debemos tener en cuenta lo siguiente:
1. La variación del régimen de flujo hídrico, asegurando la derivación permanente del caudal de diseño.
2. Ubicarla en un lugar que presente condiciones favorables para su construcción, operación y mantenimiento. 3. Protegerla del paso de crecidas que arrastran gran cantidad de material sólido y material flotante.
Para seleccionar el tipo de obra de toma y su ubicación se debe considerar los siguientes criterios.
La topografía de la Zona
Uso o finalidad del agua a captar
Cantidad de agua disponible
Costo de la obra
Figura 5. Ubicación de Toma de Fondo Casacay El Oro- Ecuador
Podemos considerar entonces los siguientes tipos de obra de toma: 1. Tomas de Derivación directa: -
Toma de fondo caucasiana o tirolesa
-
Toma Convencional
-
2. Tomas de Embalse: -
Tomas Torre: vertical o inclinada
-
Tomas Obhidra
-
Tomas Telescópicas
-
Tomas para dentro del cuerpo de la presa con diferente forma
3.2. TOMAS DE FONDO: CAUCASIANA O TIROLESA Son instaladas en torrentes o ríos de montaña que tienen las siguientes características: 1º Fuertes pendientes longitudinales que pueden llegar al 10% o más. 2º Crecientes súbitas causadas por aguaceros de corta duración y fuerte intensidad que arrastran gran cantidad de piedras. 3º Agua relativamente limpia en época de estiaje y con poco contenido de sedimentos.
3.2.1. IMPLANTACIÓN GENERAL DE LA OBRA
Para este tipo de Obra de Toma requerimos las siguientes obras:
Muro de Ala
Cajón Repartidor o desrripiador
Compuertas
Vertederos
Desarenador
El agua que pasa a través de la Rejilla circula por la galería hacia el cajón repartidor y de éste va hacia el desarenador, desde donde a través de la conducción, llegará hasta el sitio de utilización u objetivo.
Como alternativa de diseño y construcción la galería y rejilla, pueden estar construidos en el cuerpo de un pequeño azud en mismo que estaría a una altura sobre el fondo de 20 – 50cm.
Fig6. Corte Longitudinal de un azud en el cual muestra sus rejillas
La principal desventaja de este tipo de obra de toma es la facilidad con que se tapa la reja, con materiales como: hierbas, ramas, hojas, etc. Las piedras pasan sobre la rejilla, las mismas que tienen una inclinación para facilitar este paso. Esta rejilla está construida de pletinas rectangulares o trapezoidales, separadas entre sí entre 2- 6cm. Se debe evitar colocar barras circulares.
Fig 7. Rejillas construidas con pletinas rectangulares
El agua ingresa a la galería a través de la rejilla junto con pequeñas piedras arena por lo cual hay que disponer de un desrripiador y un desarenador a continuación de la boca toma
3.3.
DISEÑO DE UNA TOMA DE FONDO
DATOS:
Q cap. = 2.0 m3 / seg. Caudal captado. Q crec.= 8.0 m3 / seg. Caudal de crecida m 2,5 Ton. / m3
Peso específico del material.
r = 0,60 m.
Diámetro representativo.
i = 25 %
Pendiente, o inclinación será expresada en decimales
= 1400 Kg. / cm2
Esfuerzo de la pletina
b = 5cm
Separación entre pletinas
S = 1cm
Ancho de pletinas, (Valor Asumido)
3.3.1. DISEÑO DE REJILLA. CONSIDERACIONES TÉCNICAS.
La separación entre las pletinas (b) debe estar comprendida entre 2 a 6 cm. El ancho (s) y el alto (a) de la platina deberá estar en función de las existentes en el mercado que generalmente varían en intervalos de 1/8 de pulgadas. Tienen una inclinación con la horizontal de 0º y 20º para facilitar el paso de las piedras, pero según Bouvard se podría llegar a 30º o hasta 40º. La longitud (L) de la rejilla varía de 0.30 a 1.5 mts
3.3.2. DIMENSIONAMIENTO DE LOS BARROTES O PLETINAS
Peso específico del material sumergido (s.) H2O 1Ton. / m3 m 2,5 Ton. / m3 s m - H2O s 2,5 - 1 = 1,5 Ton. / m3
El volumen del material sobre la rejilla será: Vol. = 1/6. . r3 Vol. = 1/6 (3.1416)(0.60 m)3 Vol. = 0,113 m3. L
El peso del material está dado por:
L´
G= Vol. x s G = 0,113 m3 x 1,5 Ton. / m3 G = 0,17 Ton.
Para calcular el ancho y el alto de la platina asumimos tres longitudes distintas. L’ =
L 2 ( i 2 + 1)
Longitud de la rejilla
M = G/8 (L’ + 0,05)
Momento máximo
W = (M/)x105
Momento resistente
a = (6W/s)
Altura necesaria de la pletina
i
L
L’
M
W
a
Sección
(Ton)
(cm.)
(cm)
(pulg.)
0,25
0.5
0.52
0.01
0.71
2.06
½x1
0,25
1.0
1.03
0.02
1.43
2.93
½ x 11/4
0,25
1.5
1.55
0.03
2.14
3.58
½x1½
3.3.3. DISEÑO DE LA REJILLA EN FUNCION DE OBSTRUCCION
Para determinar la longitud (L), el ancho (B) y la energía específica (H) en función de la obstrucción de la rejilla, nos valemos de la fórmula expuesta inicialmente por E. Zamarín. Según E. Zamarín:
Q = C.k.B.L. (2.g.hm)
(1)
Donde: Q = Caudal captado C = Coeficiente de contracción de la vena líquida. K = Coeficiente de reducción de área efectiva. B = Ancho de la rejilla L = Longitud de la rejilla. hm= Carga hidráulica sobre la rejilla. El coeficiente de contracción de la rejilla está dado por: C = Co - 0.325 i Co = Coeficiente de forma de los barrotes; esta en función de la relación: a/b 4
Co = 0.60
a/b 4
Co = 0.50
i = inclinación de los barrotes
El coeficiente de reducción del área efectiva viene dada por: K = (1 - f) (b / b + s);
F: % de obstrucción de la rejilla
B: separación entre pletinas
Según Backmeteff - Boussineq:
-se recomienda un 30%
Q = 2.55 C K B L Ho
Donde: Ho = Carga hidráulica Total
De la ecuación anterior despejo Ho y obtenemos. Ho = (Q / 2,55. C.K.B.L)2
El ancho de la rejilla “B” está dado por: B = Q / 3,20 (C.K.L)1.5
El valor de Co será de Co = 0.50 por la relación a/b 4 Luego: C = Co - 0.325.i k = (1 - 0.30). {5/(5+1)} C = 0.50 - 0.325 (0.25) k = 0.58 C = 0.42
(2)
Utilizando las fórmulas anteriores determinamos “L”, “B” y “Ho”:
L
B
Ho
(m)
(m)
(m)
0.5
14.70
0.192
1.0
5.198
0.384
1.5
2.83
0.575
Como resultado se tiene:
- La longitud de la rejilla:
L = 1.0m
- El ancho de la rejilla:
B = 5.20m
- Separación de barrote a barrote:
b = 0,05 m
- Sección de los barrotes: s x a =
½ x 1¼
. La energía específica
Ho = 0.38 m
Comprobación Q = 2.55 C K B L Ho Q = 2.55 0.42 0.58 5.20 1 Q = 1.99 = 2 m3/s
0.38
3.4.
MUROS DE ALA
FIG. 8. CORTE LONGITUDINAL DE UN MURO DE ALA
CONSIDERACIONES TECNICAS
- Para el cálculo de los muros de alas se diseña con el caudal en épocas de crecida. - Asumimos un Borde Libre igual a 0.30 m.
CALCULOS Y DISEÑO
Para diseñar los muros de ala debemos tomar en cuenta el caudal de crecida determinado en un período representativo. Con lo cual obtendremos una altura de ala H suficiente con la cual el nivel de crecida no lo rebasará y por consiguiente protegerá la obra. Las fórmulas a utilizarse serán: H = H’ + BL H’ = 3/2 (Yc) 3
Yc = [(QC/B)2 / g]
De donde: H = Altura de muro de ala. BL = Borde libre (asumimos BL = 0.30 m). H’ = Altura crítica Yc = Calado crítico Qc = Caudal de crecida (Qc = 8 m3 / seg.) B = Separación entre muros (B = 5.20 m) g = Gravedad (g = 9, 81 m / s2)
Luego aplicando fórmulas obtenemos: Yc =
3
(8 / 5,2)2 /9.81
Yc = 0,62 m. H’ = 3/2 (0,62) H’ = 0,93 m.
H = 0,93 + 0,37 H = 1.30 m.
La altura de los muros de ala será: H = 1.30 m.
La cota del muro de ala será igual a la cota de la rejilla más la altura “H” Cota del muro = 1668 + 1.30 = 1669.30 m.
3.5.
DISEÑO DE LA GALERÍA
Para el Efecto Utilizaremos el método de Zamarín que consiste en:
Dividir la longitud total de la rejilla en varias partes iguales; para nuestro ejemplo lo dividimos en 5 partes.
Siendo X la distancia del punto de origen hasta el punto del incremento en X (x), considerado:
La velocidad en el origen debe ser de 1m/seg. La velocidad final en la galería debe estar entre los 2 a 3 m/seg. La velocidad en cualquier punto de la galería para que no exista sedimentación debe ser mayor de 3 g.b
Fig. 9. Vista lateral de una galería
3.5.1. CALCULOS Y DISEÑO.
1. Definimos el ancho “B” de la rejilla en partes iguales, de modo que para cada espacio x circule un caudal Qx. Zamarín que nos dice: x Qx = (Q/B). X .
De donde: Q = caudal de diseño. B = ancho de rejilla. X = distancia desde el origen.
1. Esto nos indica que al dividir en ancho de la rejilla “B” en “n” partes iguales, el caudal que pasa por cada una de estos espacios x será igual a Qx.
2.- Debemos tener en cuenta que la velocidad inicial (Va) debe ser de por lo menos 1 m/s.
3.- La velocidad final (Vf) debe ser comprendida entre 2 y 3 m/s, con lo cual se garantiza que los sedimentos sean arrastrados convenientemente. 4.- Debemos considerar la velocidad en cualquier punto de la galería y viene expresado por: Vx = [(Vf - Vo) / B].X + Vo
5.-El gradiente hidráulico es determinado por: J = (Vx2 . n2) / R4/3 Donde: n =coeficiente de rugosidad de Manning comprendido entre 0,025 y 0,030. R = radio hidráulico. 6.- La pérdida de carga “hf” viene dada por: hf = J . X 7.- Determinamos las pérdidas locales por fricción. 8.- Así mismo determinamos la carga por velocidad. 9.- Finalmente obtenemos la longitud de los perfiles verticales, medidos a partir de la rejilla, sumándole el calado (d), las pérdidas por fricción y las cargas por velocidad.
Cálculo del Perfil de Fondo Perfil = d + Suma ( hf ) + Vx2 / 2g x
Qx
Vx
A
d
P
R
Suma R
4/3
J
Vx2/2g
Perfil
hf
(m)
m3/s
( m/s )
( m2 )
(m)
(m)
(m)
(1)
(2)
(3)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
0.000
0.000
1.00
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.05
0.05
1.04
0.40
1.30
0.31
0.31
1.62
0.19
0.11
0.009
0.001
0.001
0.09
0.40
2.08
0.79
1.60
0.49
0.49
1.98
0.25
0.16
0.01
0.02
0.021
0.13
0.64
3.12
1.19
1.90
0.63
0.63
2.26
0.28
0.18
0.012
0.04
0.061
0.18
0.87
4.16
1.58
2.21
0.71
0.71
2.42
0.29
0.19
0.016
0.07
0.131
0.25
1.09
5.20
1.98
2.51
0.79
0.79
2.58
0.31
0.21
0.019
0.098
0.23
0.32
1.34
hf
3.5.2. CALCULO DEL ORIFICIO DE PASO. El orificio de paso debe ser calculado en función del caudal necesario que pasa a través de él. Para el cálculo del orificio de paso utilizaremos las siguientes fórmulas.
Q = Cd . A (2.g.hi) hi = Q2 / (Cd 2 . A2 . 2g)
L x ao
A ( cm2 )
Q( m3/s )
hi = Q2 /(7,06 . A2 )
1 x
0.20
0.20
2
De donde:
1 x
0.70
0.70
2
Cd = Coeficiente de descarga = 0.60
1 x
0.80
0.80
2
hi = Carga al centro del orificio
Cota M
hi ( m )
Cota Z
14.16 1667.26
1.16 0.89
1.666.56
3.6.
CALCULO DEL DESRIPIADOR- CAJON DISTRIBUIDOR
Para el cálculo del desrripiador nos valemos de las condiciones económicamente factibles, además de la facilidad en el momento de la limpieza. Por lo tanto nuestro cajón desrripiador quedará de 1.50 x 1.50 m.
3.6.1. CALCULO DE LA TUBERIA DE PASO DEL DESRIPIADOR AL DESARENADOR.
La tubería transporta el caudal de diseño desde el desrripiador hasta el desarenador, por lo tanto su diseño debe ser exacto y debe están enmarcado en los requerimientos de la obra como son cota, diámetro y longitud. Para este efecto se considera un orificio sumergido, que permita el paso del caudal y se determina con la siguiente expresión:
Diseño del cajón distribuidor Q
V t
Tiempo que el agua permanece en el cajón: t
V 1.0x1.5x1.57 Q 2.00
t 1.77seg
Diseño de la tubería de paso del cajón distribuidor al desarenador:
Q Cd x A 2ghi
A
Q Cd 2gh i
Se diseña con la carga h1= 1.50 m
D
4Q Cd 2gh 2
42.00 3.14160.5 29.811.5
A
D2 4
D 0.969m
El diámetro de la tubería es de: D 1000mm ( comercial)
Con estas condiciones calculo Q:
3.1416 D 2 Q Cd x A 2gh i 0.5 4
D = 1000 mm y h2 = 1.40 m
19.621.40
3
Q 1 2.06 m s
3.7.
DESARENADOR
Generalidades.- En la mayoría de la obras de toma, la velocidad a la entrada es tal que es capaz de arrastrar partículas sólidas ingresándolas junto con el agua. Las arenas arrastradas por los ríos o corrientes de agua, captadas a través de una boca toma pueden irse depositando disminuyendo la sección de conducción, a la vez la capacidad de los reservorios, también produciendo desgastes y daños en accesorios y equipos. Por tal razón es necesario construir obras hidráulicas que permitan separar y luego remover este material sólido, a estas obras se las conoce como DESARENADORES.
Figura. 10. Desarenador Proyecto Regional AP El Oro
Estos desarenadores deben construirse lo más cerca posible de la boca toma y su diseño puede variar dependiendo de la forma de evacuar el material sedimentado; por esta razón tenemos:
Desarenadores de Lavado continuo, y
Desarenadores de lavado intermitente
ESQUEMA DE UN DESARENADOR DE LAVADO PERIODICO
VERTEDERO DE PASO
CANAL DIRECTO
C D
B
B TRANSICION
12.5º
D
C
COMPUERTA DE LAVADO
PLANTA
COMPUERTA DE ENTRADA
COMPUERTA DE LAVADO VERTEDERO DE PASO
TRANSICION
CORTE A - A
COMPUERTA DE ENTRADA
CANAL DIRECTO
CORTE B - B
CORTE C - C
VERTEDERO DE PASO
COMPUERTA DE LAVADO
CORTE D - D
“Diseño Hidráulico”.- Sviastoslav Krochin.- Escuela Politécnica Nacional 1978
3.7.1.
DESARENADORES DE LAVADO INTERMITENTE Se lavan periódicamente siendo el periodo de lavado en función de la cantidad de sedimentos que trae el agua y procurando realizar la operación de limpieza en el menor tiempo posible, se componen de las siguientes partes:
TRANSICIÓN
VERTEDERO
1. Una Transición de Entrada.- que une el canal de llegada con la cámara de desarenación, el objeto de esta transición es disminuir la velocidad de ingreso a la cámara en forma uniforme lo que redundara en la eficiencia de la desarenación esto se consigue con un ángulo de divergencia de las paredes no mayor a 12,5º. 2. La Cámara de Desarenación.- o sedimentación en la cual las partículas sólidas caen al fondo debido a la disminución de la velocidad producida por el aumento de la sección transversal se ha probado que con velocidades mayores a 0,5m/seg. Las arenas no pueden sedimentarse en una superficie lisa, como es el fondo del desarenador, por tal razón la sección transversal de la cámara se la diseña par velocidades que van de 0,1 a 0,4 m/seg. Y la profundidad media del desarenador puede variar entre 1,5 y 4 metros.
La forma del desarenador puede ser rectangular, trapezoidal o mixta.
Es recomendable la sección trapezoidal pues sus paredes pueden diseñarse como muros de revestimiento.
Para caudales mayores de 2 m3/seg. Es recomendable diseñar los desarenadores con doble cámara con lo que obviaría el canal lateral.
3. Al final de la cámara se construye un vertedero.- sobre el cual pasara el agua limpia hacia la conducción, mientras más pequeña sea la velocidad de paso por el vertedero menos turbulencia causará en el desarenador y menos material de suspensión arrastrará, la velocidad admisible de paso podrá llegar a 1m/seg. con una carga hidráulica sobre el vertedero no mayor a 25,0 cm. La gradiente del fondo debe ser tal que produzca velocidades de limpieza de 3 a 5 m/seg. , con lo que se consigue rapidez y eficiencia en la operación de lavado la misma que debe tener una pendiente del 2 al 6 %.
4. La compuerta de lavado.- es por donde se desalojan los materiales depositados en el fondo, la compuerta de evacuación se la diseña para un caudal de evacuación igual a dos veces el caudal de captación.
Qevac. = 2 Qcap
5. Canal Directo.- Por el cual se da servicio mientras se está lavando el desarenador, cuando el desarenador es de doble cámara ya no se necesitaría este canal, pues la limpieza se la realiza alternando las cámaras.
3.7.2. CRITERIOS PARA EL DISEÑO
Los desarenadores se diseñan para retener un determinado diámetro de partículas, por lo cual los diámetros mayores a este escogido se depositarán en el desarenador. Las partículas a sedimentar están sometidas a dos movimientos:
1. Una traslación horizontal con una velocidad uniforme Va
2. Una traslación vertical con una velocidad Vs
que corresponde a la
velocidad de sedimentación de las partículas con diámetro ds.
Para encontrar la velocidad de descenso o sedimentación podemos recurrir a tablas de valores que están en función del diámetro de las partículas a sedimentar. Puede utilizarse el grafico CF4 para obtener las velocidades de descenso de las partículas mismo que considera el diámetro y peso específico del material. S = s / H2O
La longitud de transición podemos determinarla por: FORMULA DE HIND
Lt
B 2 - B1 2.tg12,5º
; no 12.5º
DONDE: B1= espejo de agua en el canal B2=espejo de agua en el desarenador
α VERTEDERO
α
La longitud de la cámara de desarenación se la cálcula por:
Ld k hm
Va Vs
K = Coeficiente de mayoración que está entre 1.20 y 1.50. Hm= Profundidad media en el deserenador. Va = Velocidad de avance horizontal entre 0.1 - 0.4 m/seg. Vs = Velocidad de sedimentación vertical.
La velocidad de paso en el vertedero vertical no debe ser mayor a 1 m/s y el caudal de paso a través del vertedero se la determina por: 3/2
Q = k.b.H
K = 2 /3 C d
2g
Cd = coeficiente de descarga, usualmente 0,62 b = Ancho necesario del vertedero para evacuar el caudal Q H = Carga sobre el vertedero. 0.25
La compuerta de lavado y su orificio sumergido se la diseña por:
Q = Cd. A.
2g.hi
Qevac = Cd.A .
2g.hi
Cd = 0,60 hi = Altura desde el centro del orificio al espejo de agua
VELOCIDAD DE INGRESO DE PARTICULAS ESFERICAS EN AGUA TRANQUILA PARA 10º
GRAFICO CF4; (Universidad de Stuttgart)
3.7.3. CALCULO DEL DESARENADOR Datos: Q = 2 m3 / seg. m 2,5 Ton. / m3 d = 0,3 mm Va = 0,20 m / s2 i = 5% B1 = 1.5 m. B2 = 4.8 m.
CALCULO DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL. Con el caudal de diseño y la velocidad de traslación horizontal calculo el área de la sección transversal.
Q=A.V A = Q / Va AT = 2 / 0,20 AT= 10 m2
A2 = AT - A1 A1 = [(4.8+0.8)/2]x1.00 A1 = 2.80 m2
A2 = 10 – 2.80 A2 = 7.20 m2
El área 2 está dada por: A2 =4.80 x h De donde: h = A2 / 4.80= 7.20 / 4.80 h = 1.50 La altura hi al inicio de la cámara será: hi = 1.50+1.0 hi = 2.5 m.
CÁLCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICIÓN (LT) La fórmula está dada por: LT = (B2 - B1) / 2. Tan LT = (4.80-1.5) / 2. Tan 12,5º LT = 7.44 m.
CÁLCULO DE LA LONGITUD DEL DESARENADOR (LD) LD = k . hm . Va / Vs
Longitud del desarenador.
De donde: hi =
Altura al inicio de la cámara
hf = hi + LD .i
Altura al final de la cámara
hm = (hf + hi) / 2
Altura media de la cámara
s = m / H2O = 2,5 / 1 = 2,5
El valor de Vs que es igual a 4 cm / seg.= 0,04 m / seg.
Primera iteración: Asumo hm = hi = 2.5 m LD = k. hm. Va / Vs LD = 1,20 x 2.5 x 0,2 / 0,04 LD = 15 m. hf = 2.5 + (15 x 0,05) hf = 3.25 m. hm = (2.50 + 3.25) / 2 hm= 2.88 m.
Segunda iteración:
hm = 2.8 m.
LD = 1,20 x 2.8 x 0,2 / 0,04 LD = 16.8 m. hf = 2.6 + (16.8 x 0,05) hf =3.34 m. hm = (2.50+ 3.34) / 2 hm= 2.94 m.
Tercera iteración: hm = 2.94 m. LD = 1,20 x 2.94 x 0,2 / 0,04 LD = 17.64 m. hf = 2.50 + (17.64 x 0,05) hf = 3.38 m.
hm = (2.50 +3.38) / 2 hm= 2.92 m.
Entonces el diseño de la cámara tendrá las siguientes dimensiones: LD = 17.64 m.
LT = 7.44 m hf = 3.38 m. hm= 2.92 m.
3.7.4. DISEÑO DEL VERTEDERO DE PASO
El criterio básico para el vertedero de paso que debemos tomar en cuenta es su altura de carga (H) no superior a 25 cm. Para el cálculo nos valemos de la expresión:
Q = k. b. H3/2
h
b
b = Q / k. H3/2
0.25
8.89
b = 2.0 / 1.8 x H3/2
0,20
12.42
0.23
10.0
3.7.5. DISEÑO DE LA COMPUERTA DE LAVADO.
Para el diseño de la compuerta de lavado la consideramos como un orificio sumergido, teniendo en cuenta que por allí descarga los sedimentos al momento del lavado.
Para su cálculo necesitamos la expresión:
Q = Cd . A . (2.g.ho)
A
2*Q 0.60 * 2 * g * Ho
Cd =0.60
(1)
A = Y*0.80 (2)
0.80 * Y
Y
(1) = (2)
2*Q 0.60 * 2 * g * Ho
2*Q 0.6 * 0.8 * 2 * g * ho
Primera iteración:
Asumo ho = hf = 3.38m.
Y
2*2 1.02m. 0.6 * 0.8 * 2 * 9.81 * 3.38
Segunda iteración:
Y
4 1m 0.6 * 0.8 * 2 * 9.81 * (3.38 0.5)
3.7.6. CANAL DIRECTO.
Por el cual se da servicio mientras se está lavando el desarenador. El lavado se efectúa generalmente en un tiempo corto, pero por si cualquier motivo, reparación o inspección, es necesario secar la cámara del desarenador, el canal directo que va por su contorno, permite que el servicio no se suspenda. Con este fin a la entrada se colocan dos compuertas, una de entrada al desarenador y otra al canal directo.
La sección transversal del canal puede ser rectangular; diseñamos esta sección asumiendo un ancho “b”, y calculando el calado “y”
3.8.
TOMAS CONVENCIONALES
3.8.1. FORMA DE LA TOMA
Tal como se observa en la figura, las tomas convencionales se forman de las siguientes partes:
“Diseño Hidráulico”.- Sviastoslav Krochin.- Escuela Politécnica Nacional 1978
1.
Un muro o dique.- que cierra el cauce del río generando un embalse y que obliga al agua a elevar su nivel de fondo. Cuando por efecto de una crecida el agua pasa por sobre el dique y éste funciona como un vertedero, este dique vertedero toma el nombre de Azud.
2.
Una reja de entrada.- por donde se capta el agua que se encuentra a determinada altura del fondo del río, evitando de esta manera el ingreso del material sólido de arrastre.
3.
A pesar de que la reja evita la entrada del material de arrastre, de todas maneras ingresa material sólido a través de ella y es recogido en una cámara posterior llamada DESRIPIADOR desde donde se evacua este material que ingresa nuevamente al cauce.
4.
Una transición de entrada al canal que está conectada al destripador a través del vertedero de paso. Este vertedero es ancho para evitar pérdidas de energía, lo que condiciona el ancho mayor de la transición.
5.
Una compuerta de purga ubicada a un lado del azud con el propósito de evacuar el material que se retiene frente al azud y que podría en determinado momento tapar la reja de entrada.
6.
Para evitar que se produzca erosión al pie del azud por efecto de la gran energía cinética que adquiere el agua al pasar por el azud, se construye un zampeado o colchón amortiguador el cual puede o no tener unos bloques de choque con el objeto de disipar la energía y entregar el agua de exceso al cauce en condiciones normales con la energía ya disipada.
Figura 11. Azud de la Captación de agua de La Avanzada Santa Rosa
3.8.2. UBICACIÓN DE LA TOMA
Uno de los factores para ubicar el lugar o sitio donde se implantará la obra de toma, es el uso que va a dársele a esa agua captada, determinando entonces la cota hasta donde llegara la línea de conducción, debe también considerarse el arrastre del material sólido que provoca ese flujo hídrico, así como características geológicas, geotécnicas, y topográficas de la zona. En fin deben considerarse las siguientes recomendaciones:
a) Cuando la obra de toma se ubicara en un tramo curvo del río.
Curva del río esta derivación se hará con un ángulo que fluctué entre 30 y 45º.
b) Cuando la toma se ubica en un tramo recto del río se debe reformar artificialmente su cauce con muros de espigones para originar un flujo en curvatura.
3.8.3. CONSIDERACIONES PARA EL ASPECTO CONSTRUCTIVO
Las obras deben ser construidas en épocas de estiaje y las aguas que vienen por el río deben desviarse utilizando ataguías provisionales. El agua se desvía hacia un lado del cauce construyendo las obras en el lado seco. Normalmente se construye primero en la orilla protegida por la ataguía. Se construye la compuerta de purga, en el desripiador la transición la compuerta de entrada, luego se construye el azud, el zampeado y el muro de la otra orilla.
3.8.4. CAUDALES A CONSIDERARSE EN EL DISEÑO
Es importante considerar la variabilidad del régimen hídrico, por lo que se tendrá en cuenta los diferentes caudales, que este trae en diferentes épocas del año. Así tendremos:
a) Caudal Máximo.- Se diseñará las obras de excedencia para caudales mayores al normal para período de retorno de 5, 10, 100, 1000 años dependiendo de la importancia de la obra
b) Caudal medio.- es el caudal que generalmente trae el río la mayor parte del año.
c) Caudal Mínimo.- es el mínimo caudal que nos da la seguridad del caudal a captar. Todos los demás caudales serán mayores a este, podemos observar entonces la curva de duración general del Gasto o Caudal.
El caudal a considerar como caudal del río es de promedio entre el medio y el mínimo. Observando la curva de duración general del gasto vemos que la frecuencia con que se dan los caudales en una fuente.
3.8.5. DISEÑO DEL AZUD
Cuando hay caudales sobrantes que trae el río que no se requieren captar y que tampoco van a almacenarse en un embalse estas deben pasar por sobre el azud y continuar por el cauce.
Este azud es un aliviadero de las aguas de crecida y de excedentes y el caudal que pasa por esta adquiere gran energía cinética si no se la controla al integrarse al cauce aguas abajo provocando erosiones que en muchos de los casos pondrían en peligro la estabilidad de las obras, hay que disipar entonces esta energía cinética lo cual puede lograrse con un zampeado o cuenco amortiguador.
3.8.6. AZUD SIN CONTROL
El azud está constituido por las siguientes partes:
1) La parte de aguas arriba del origen de coordenadas que se define como paramento (P) y una curva simple con una tangente o también puede ser una curva de varios radios.
2) La porción aguas abajo inmediatamente del origen de coordenadas se definen con la ecuación de CREAGER. y K Ho
x Ho
n
Donde: K y n: Son constantes cuyos valores dependen da la inclinación del paramento y de la velocidad de llegada. Ho: Es la carga hidráulica igual a: Ho = ha + ho. ha: carga de velocidad en (m):
ha = V2 / 2g.
ho: carga hidráulica neta desde la cresta del vertedero hasta el espejo de agua. X y Y: son las coordenadas.
3) El perfil de Creager termina en el punto elegido aguas abajo del origen de coordenadas y a partir de ese punto se diseña una transición mediante una curva circular de radio R = 0,5 H. 4) Finalmente empatamos con el cuenco amortiguador que nos sirve para disipar la energía cinética. Este cuenco puede o no ser horizontal, teniendo entonces un cuenco cóncavo o deflector.
3.8.7. DESCARGAR SOBRE EL AZUD SIN CONTROL
El caudal que pasa por sobre un azud sin control puede definirse por la ecuación: Q = C x L x Ho3/2 Donde: Q = Caudal de descarga expresado en m3/seg. C = Coeficiente de descarga variable que depende de la profundidad de llegada de la inclinación del paramento (P) de la velocidad de llegada y de la interferencia del zampeado y del calado aguas abajo. L = longitud efectiva de la cresta, expresada en metros. Ho = Carga hidráulica.
3.8.8. EFECTOS DE LA INTERFERENCIA DEL ZAMPEADO Y DE LA SUGERENCIA AGUAS ABAJO
Cuando al nivel del agua aguas abajo de un vertedero es lo suficientemente elevado como para afectar a la descarga se dice que el vertedero es ahogado. El flujo por un vertedero tipo azud puede tener varias formas diferentes
según la posición relativa del zampeado y del calado aguas abajo, así tenemos: El chorro de alta velocidad puede continuar hacia aguas abajo con régimen supercrítico. Puede ocurrir un resalto hidráulico parcial o incompleto. Puede ocurrir un verdadero resalto hidráulico. Puede ocurrir un resalto hidráulico ahogado en la que el chorro de alta velocidad continua hacia aguas abajo Puede no formarse el resalto hidráulico.
3.8.9. DISIPACIÓN DE LA ENERGÍA
La disipación de la energía cinética adquirida por el agua al pasar por el azud se lo consigue de dos formas:
1) Mediante un cuenco cóncavo o deflector que lanza el chorro al aire.
2)
Mediante un cuenco horizontal o zampeado.
En el cuenco amortiguador se produce un resalto hidráulico y se calcula el calado contraído aplicando Bernoulli.
El cálculo de la disipación de la energía al pie del azud se realiza calculando el calado dcont al pie del azud.
d cont
q 1/ 2 K 2 g To d cont To T
V2 2g
Donde: q = caudal unitario. T = va desde el espejo de agua hasta la solera del cuenco. K = coeficiente de pérdidas, está entre 0,9 y 1,0.
1.
Sí es que el calado conjugado y1 es mayor al calado contraído d, este resalto es rechazado y 1 d con
2. Sí y1 es igual al calado contraído, el resalto se forma inmediatamente a partir del calado contraído, esto es lo ideal y 1 d con
3. Sí y1 es menor al calado contraído el resalto es ahogado, el flujo se sumerge y el espejo de agua llega a tocar el azud y 1 d con
Se puede aceptar una variación de ± 80cm entre y2 y do (do es el calado normal)
3.8.10. CÁLCULOS PARA EL DISEÑO DEL AZUD
El diseño del azud lo realizamos para el caudal de máxima crecida
Datos: Qcap = 2m3/s
Caudal de diseño
Qmc = 200m3/s
Caudal máximo de crecida
L = 11 m
Ancho del río
P= 2m
Paramento
m 2,5 Ton. / m3
Peso específico del material.
i = 5%
Inclinación del Terreno
PR = 100 años
Período de retorno
Datos obtenidos en una estación hidrológica: do
Q
(m)
(m³/s)
1.05
24.64
1.50
47.60
2.0
73.45
2.40
102.70
2.7
124.12
3.0
152.67
3.25
177.73
3.50
200.0
Cálculo del caudal unitario
Q = c*L*Ho^ (3/2) Despejo:
Q/L = c* Ho 3/2 = q = Caudal unitario
q = Q/L = [(200m3/s)/11m]
q = 18.18 (m3/s)/m Luego: 18.18 = c* Ho 3/2
Ho = (18.18/c)2/3
c = varía de 3 – 4
observamos en la Fig. 189 con P/Ho
Asumo inicialmente: c = 3.5
Ho = (18.18/3.5)2/3 Ho = 2.99 3m
P/Ho = 2/3 = 0.18…. Comprobamos en. 189, hacemos iteraciones
“Diseño de Presas Pequeñas”.- Buerau of Reclamation of USA
Asumo
Ho = ho ho = 3 m
Va = [q / (P+ho)]
Según el libro del Buró
Reemplazo:
Va = [18.18/(2+3)] Va = 3.64 m/s
ha = Va2/2g ha = 3.642/(2*9.81) ha = 0.67 m
Ho = ho + ha Ho = 3 + 0.67 Ho = 3.67 m P/Ho = 2/3.67 P/Ho =0.54
Leyendo en el ábaco ( Fig. 189) se obtiene:
c = 3.82
Por tanto: Ho = (18.18/3.82)2/3 Ho = 2.83 m
Asumo
Ho = ho
ho = 2.83
Va = [18.18/(2+2.83)] Va = 3.76 m/s ha = 3.762/(2*9.81) ha = 0.72 m Ho = ho + ha Ho = 2.83 + 0.72 Ho = 3.55 m
Ho = 3.55 m ho = 2.83 m ha = 0.72 m
Recalculando: P/Ho = 2/3.55 P/Ho = 0.56 Leyendo en el ábaco ( Fig. 189) se obtiene: Cálculo de los radios R1 , R2 , Yc y Xc: ha/Ho = 0.72/3.55
c = 3.85
ha/Ho = 0.20 Leemos en el ábaco Fig. 187:
“Diseño de Presas Pequeñas”.- Buerau of Reclamation of USA
R2 vertical: R2/Ho = 0.196
R2 = 0.196 * 3.55 = 0.70 m
R1 vertical: R1/Ho = 0.373
R1 = 0.373 * 3.55 = 1.32 m
Xc/Ho = 0.165
Xc = 0.165 * 3.55 = 0.59 m
Yc/Ho = 0.048
Yc = 0.048 * 3.55 = 0.17 m
3.8.11. CÁLCULO DEL PERFIL DE CREAGER: Y/Ho = -K(X/Ho)
n
Leo en el ábaco ha/Ho Fig. 187 para hallar el valor de n y K:
n = 1.837
X
Y
0.50
-0.05
1.00
-0.16
1.50
-0.34
2.00
-0.58
3.00
-1.22
4.00
-2.07
4.50
- 2.57
K = 0.467 Y/3.55 = - (0.467X/3.55) Y = -( 0.467* 3.55 * X Y = - 0.162 * X
1.837
1.837
1.8437
) / 3.55
1.837
Radio de empate:
“Diseño de Presas Pequeñas”.- Buerau of Reclamation of USA
R = 0.5 * H
H = 27-24.9 H = 2.10 m
R = 0.5 * 2.10 R = 1.05m Cálculo de los calados: 1er Tanteo: dcont = q / [K * (2g (To-dcont))1/2]
To = H + Ho To = 2.10 + 3.55 To = 5.65 m
dcont = 18.18 / [2 * 9.81 (5.65 - dcont)]1/2 dcont* (19.62(5.65 dcont )) = 18.18
Calculamos dcont. Por tanteo:
dcont = 2.22m
Y2 = (dcont/2)*[-1+ 1 (8 * q2 / g * dcont 3)
Y2 = 4.52 m
Cota del espejo aguas abajo
28
Cota del cuenco + Y2 =
29.42
Diferencia de cotas 1.42 m.
Grafico del 1er Tanteo
OBSERVACIÓN Observando el gráfico con sus cotas vemos que el resalto en su parte más alta o sea en el calado Y2 alcanzaría una cota 29.42 que contrasta con la cota 28 en condiciones del cauce para el caudal máximo de crecida. Esto implica que el resalto hidráulico sería ser arrastrado hacia aguas abajo lo cual no es conveniente.
RECOMENDACIÓN Consecuentemente se procura nivelar los niveles el cual procederíamos bajar la cota del cuenco en un valor acuerdo a la siguiente ecuación:
Se puede bajar o subir un valor:
e =( K1 * Y2 ) – do
………….
K = 1.00 - 1.20
e = (1.15 * 4.52) – 3.50 = 1.70 m. Balaremos 1.5m mas, por el efecto reubicaremos el zampeado en la cota 23.40, esto implica que el perfil de creager baja hasta la cota 24.43 X
Y
4.50
- 2.57
R = 0.5 * H
H = 27-23.4 H = 3.6 m
R = 0.5 * 3 R = 1.8m
2do Tanteo: dcont = q / [K * ( 2g ( To-dcont ))1/2]
To = H + Ho To = 3.6 + 3.55 To = 7.15 m
dcont = 18.18 / [2 * 9.81 (7.15 - dcont)]1/2 dcont* (19.62(7.15 dcont )) = 18.18
Calculamos dcont. Por tanteo:
dcont = 1.77 m
Y2 = (dcont/2)*[-1+ 1 (8 * q2 / g * dcont 3) 1.77 8 *18.182 1 1 3 Y2 = 2 9,81* 1.77
5.35m
Y2 = 5.35 m
Cota del espejo aguas abajo
28 Diferencia de cotas 0.75 m.
Cota del cuenco + Y2 =
28.75
En este caso podemos observar que la diferencia de cotas entre la cota del espejo del rió aguas abajo y la cota a la que llega el resalto en su calado máximo es de 0.75 m.
3er Tanteo:
e = (K1 * Y2 ) – do
………….
e = (1.15 * 5.35) – 3.50 = 2.65 m.
K = 1.00 - 1.20
Bajamos la cota del Cuenco 2.4m al valor inicial quedando 22.50, esto implica que el perfil bajara también. X
Y
5.00
- 3.12
H = 27-22.50 H = 4.5 m
R = 0.5 * 4.5 R = 2.25m
dcont = q / [K * (2g (To-dcont))1/2]
To = H + Ho To = 4.5 + 3.55 To = 8.05 m
dcont = 18.18 / [2 * 9.81 (8.05 - dcont)]1/2 dcont* (19.62(8.05 dcont )) = 18.18
Calculamos dcont. Por tanteo:
dcont = 1.62 m
Y2 = (dcont/2)*[-1+ 1 (8 * q2 / g * dcont 3)
8 *18.182 1.62 / 2. 1 1 3 Y2 = 9,81* 1.62
5.69m
Y2 = 5.69 m
Cota del espejo aguas abajo
28
Cota del cuenco + Y2 =
28.19
Diferencia de cotas 0.19 m.
En este caso podemos observar que la diferencia de cotas entre la cota del espejo del rió aguas abajo y la cota a la que llega el resalto en su calado máximo es de 0.19 m. Siendo este un valor aceptable, Siendo el Grafico asi:
Calculo de la Longitud del resalto hidráulico
Utilizaremos que dcont= Y1
LR = 6,9 (Y2-Y1)
Cálculo del Resalto Hidráulico:
LR = 6.9 * ( Y2- Y1 )
;
LR = 6.9 * ( 5.69 – 1.62 )
LR = 28.03 m.
Cálculo de la longitud del cuenco: (Lc)
Lc = ( 1.1 a 1.2 ) * LR
Lc = 1.2 * 28.03
Lc = 33.64 33.50m m
Con estas condiciones se acepta el diseño.
Y1= dcont.
El Libro del Buereau Recomienda: Si es que fuese necesario hacer una protección en el cauce aguas abajo, a continuación del zampeado, siempre y cuando las condiciones geológicas lo pidan. El espesor del enrocado depende de las condiciones del estrato del terreno, se recomienda la siguiente profundidad de enrocado:
Longitud del enrocado: (Le) = (1.50 a 2.0) ds
ds = (1.75 a 2.00 ) x h
Fb = 1.76
D50
D50: Diámetro representativo de la roca a colocar en el cual el 50% del material es de iguales características. D50 = 60 cm. Fb = 1.76
60
Fb = 13.63
h = 1.34 (q2 / Fb )1/3 h = 1.34 ( 18.182 / 13.63)1/3 h = 3.88 m
ds = ( 1.75 - 2.00 ) h ds = 1.80 * 3.88 ds = 6.98 m con recubrimiento = 7m
Le = (1.50 a 2.00) xds Le = 1.50 * 6.98 Le = 11.17 11.20m
3.9.
ESTABILIDAD DEL AZUD
Los azudes pueden ser fundidos sobre roca, materiales impermeables finos o sobre una fundación estratificada de distintos tipos de materiales. Esta diferencia de materiales lleva a considerar diferentes maneras de enfocar la estabilidad de los azudes o de las presas. Debemos considerar tres factores que son:
Infiltración Supresión Erosión
3.9.1. INFILTRACIÓN
A través de toda fundación permeable se establecen líneas de flujo que permiten un gasto a través de ellas y que junto con las líneas equipotenciales forman la red o malla de flujo a lo largo de la línea de flujo se originan la formación de pequeñas tubos que permiten erosión.
Líneas de Flujo Líneas Equipotenciales Estrato Permeable
Existen varias maneras de contrarrestar o evitar la infiltración:
1. Aumentando la longitud de recorrido del flujo filtratorio. 2. Construyendo tabla estacado 3. Construyendo filtros o drenes.
3.9.2. SUBPRESIÓN
Al asentar una estructura sobre una fundación permeable y establecer la carga de agua se forma una fuerza por debajo de la estructura y en sentido contrario del peso de la misma que tiende a levantarla; este fenómeno es la subpresión.
La subpresión se contrarresta de igual forma que la infiltración pues es consecuencia de esta.
3.9.3. EROSIÓN
La infiltración y subpresión generan levantamiento del material, arrastre del mismo, tubificación en estratos, lo que sumado constituye la erosión; fenómeno que pone en peligro la estabilidad del azud. Se contrarresta por los métodos explicados anteriormente. Hay que asegurarse entonces que este fenómeno más las fuerzas actuantes sobre la estructura no produzcan hundimiento, deslizamiento o volcamiento, es decir hay que asegurar la estabilidad de las obras. Generalmente se considera para efectos de cálculo como separados el azud del cuenco amortiguador. Para garantizar una mayor estabilidad generalmente los azudes se diseñan y construyen con un dentellón que los ancla al piso lo que garantiza su estabilidad al deslizamiento.
Tipo de dentellones de un Azud
3.9.4. ESQUEMAS DE CARGAS ACTUANTES SOBRE LA OBRA
Nmc = Nivel máximo de crecida G = es el peso propio del azud. W = es el peso del agua sobre el azud S = es el valor de la subpresión. Fl = presión hidrostática del agua, aguas arriba. F2 = presión hidrostática del agua, aguas abajo. PGsis = fuerza sísmica por efecto del peso propio.
Pwsis = fuerza sísmica por efecto del agua embalsada. D = Dentellones hcg = Altura desde el espejo de agua hasta la mitad del paramento
PRESIÓN HIDROSTÁTICA (F1)
F1 = γ x hcg x A
= peso específico del agua. hcg = altura desde el espejo de agua hasta el centro de la pared. A = área de aplicación. Y1 = Punto de aplicación de la fuerza (F1) desde el espejo de agua.
Punto de aplicación: Yl = (Icg / (hcg x A)) + hcg
PRESIÓN DE SEDIMENTOS (PSED)
Psed = 1/2 x γsed x (h2)x tg2(45º - Θ/2)x L
Punto de Aplicación = 1/3 h
L = ancho de la pared del azud. Θ = ángulo de fricción interno
γs = peso sumergido.
PRESIÓN SÍSMICA POR EFECTOS DEL AGUA EMBALSADA
Pwsis = 0.726 x Pe x Y1 x L
Pe = C x λ x γ x HW
C = coeficiente que esta en función de la relación yl /Hw
Y1 = Hw - dsis
λ= la intensidad del sismo (Aceleración del sismo / Aceleración de la gravedad) Hw = la altura hasta el espejo de agua.
Punto de aplicación de:
dsis = 0.425 Hw
FUERZA PRODUCIDA POR LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA AGUAS ABAJO (F2)
F2 = 1/2 * γ * dcont2 * L Punto de Aplicación = dcont/3
PESO PROPIO DEL AZUD (G)
G= V x m V: Volumen del azud
m: Peso específico del material
EFECTO POR PESO PROPIO DEL AZUD (GSIS) G sis = G x Aplicada en el centro de gravedad = aceleración horizontal por terremoto.
3.10.
RECOMENDACIONES PARA VALORES DE DENTELLONES
DENTELLONES.- Los dentellones se pueden construir de concreto, de cortinas de cemento, ataguías de tablestacas de acero.
Cada tipo puede ser efectivo en circunstancias adecuadas. Las ataguías de madera se pueden usar como dentellones debajo de los zampeados de aguas arriba o aguas abajo. No se recomienda las tablestacas formadas con tablones cuando es necesario hincarlas.
Los muros de concreto forman los mejores dentellones para evitar las filtraciones subterráneas y se usan con frecuencia. Además de actuar como dentellones, pueden
proyectarse para que contribuyan bastante a la estabilidad (resistencia al deslizamiento) de la presa, cuando se colocan en la sección vertedora.
LONGITUD DEL DELANTAL Ld = 6 H
LONGITUD DE DENTELLONES DI = (0,75 a 0,80)H D2 = ( 1 a 1.5)H D3 = (0.3)*H
3.10.1. DETERMINACIÓN DE LA SUBPRESION
Debe cumplirse t + H2 t + H2 + s t = s / -1
…..
s = subpresion = peso especifico del material t = espesor del cuenco
pero no 0.30m
DETERMINACIÓN DE LA SUBPRESIÓN
Siguiendo el criterio experimental de Bligh la subpresión se reparte proporcionalmente a la longitud de recorrido del agua siguiendo la línea de contacto entre la estructura y el material de fundación. Este contacto se la hace recorriendo los dentellones, delantales, macizo del azud y cuenco amortiguador. Para la determinación de la subpresion en cualquier punto se la puede obtener mediante la siguiente expresión: SA = H - (L1 / L)* H Donde: H= Diferencia de nivel entre espejo de aguas arriba y aguas abajo. L1= Distancias de recorrido desde el origen del escurrimiento hasta el punto considerando. L= recorrido total del escurrimiento.
El profesor LANE después de haber estudiado el criterio BLIGH en más de 200 presas encontró que la longitud de recorrido obtenida es excesiva y le da más énfasis al camino vertical seguido por el agua.
L=V+1/3H' Donde: L = Longitud del recorrido V = valores de recorrido vertical (si la inclinación es mayor a 45° se considera como un valor de V).
H' = Valores de recorrido horizontal (si es menor a 45° se considera como un valor de H').
3.11.
ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO
El factor de deslizamiento permisible es el coeficiente de fricción estática entre dos superficies de deslizamiento reducido por un factor de seguridad conveniente, si f, representa el factor de deslizamiento permitido, una presa se considera segura contra el deslizamiento cuando V(w – U) es igual o menor que f. los valores exactos del coeficiente de fricción estática no se pueden determinar sin el auxilio de las pruebas de laboratorio, pero los valores de los factores de deslizamiento que se dan enseguida, que tienen amplios factores de seguridad para el concreto contra el deslizamiento sobre varios materiales de sedimentación, pueden usarse con guía general. El factor de seguridad de deslizamiento es: fsd = ( FV / FH )* f 1.20
fsd = factor de seguridad al deslizamiento. f= Coeficiente de rozamiento Estático
FV = G - S FH = F1 + Psed. + Pwsis. + Gsis - F2 Fv = sumatoria de fuerzas verticales. Fh = sumatoria de fuerzas horizontales. Según POPOV f esta en función de los materiales de fundación siendo estos:
MATERIAL
f
Roca...........................................
0.6 - 0.7
Grava.........................................
0.5 - 0.6
Arena.......................................... 0.4 - 0.5 Limo...........................................
0.3 - 0.4
Arcilla......................................... 0.2 - 0.3
3.12.
ESTABILIDAD DEL VOLCAMIENTO (KV)
Existe una tendencia en las presas de gravedad a volcarse girando alrededor del talón de aguas abajo en la cimentación, o alrededor de la aristas de aguas abajo de cada sección horizontal, si el esfuerzo vertical en la arista de aguas arriba que se calcule en cualquier sección horizontal, excede a la Subpresión en ese punto, se considera que la presa es segura contra el vuelco con un amplio factor de seguridad. Si la subpresion en el paramento de agua arriba excede al esfuerzo vertical en cualquier sección horizontal, calculado sin subpresion, las fuerzas de subpresion a lo largo de la grieta horizontal supuesta aumenta mucho la tendencia en el azud a volcarse. La estabilidad al volcamiento está dada por:
Kv = Me / Mv > 1.5 Kv = Factor de seguridad al volcamiento respecto a un punto cualquiera Me = Sumatoria de Momentos estabilizantes Mv = Sumatoria de Momentos volcantes
Si es menor a 1,5 la estructura va a volcarse entonces hay que darle mayor volumen a la estructura consecuentemente mayores cargas estabilizantes.
ESFUERZOS EN LA CIMENTACIÓN
Mm = RNx – RHY
Mm = Momentos con respecto al punto medio de la fundación. RN = Resultante de las fuerzas verticales X = Es la distancia horizontal de aplicación de Rv con
respecto al
punto medio de la
fundación. RH = Resultante de las fuerzas horizontales.
Y = Distancia desde la fundación hasta el punto donde pasan las fuerzas horizontales. an = distancia desde el paramento hasta el centro de gravedad.
El esfuerzo de tensión está dada por:
(1 6 e/b)
La excentricidad “e” esta dada por:
RN = resultante normal. b = base del azud. L = ancho del azud. e = excentricidad.
3.13.
CALCULO DE LA ESTABILIDAD DEL AZUD
Determinación Del Peso Propio
Para realizar el cálculo del peso propio del azud hemos dividido a este en tres figuras conocidas para luego encontrar el centro de gravedad de cada figura. Ai = Area de la figura en el sentido general Xi = Distancia al centro de gravedad de la figura en el sentido x Yi = Distancia al centro de gravedad de la figura en el sentido y
FIG 1 2 3
Xi
Yi
Ai
XiAi
YiAi
0.75 3.5 4.5
2.5 2 0.25
7.5 13.5 3.00
5.63 47.25 13.50
18.75 27.00 0.75
24
66.38
46.50
Centro De Gravedad
CGX
X A A i
i
i
66.38 2.77m. 24
Peso De La Obra
CGY
D1 0.75H
D1 0.75 1.82 1.37 1.40m.
Diferencia de niveles H A.A a.a 29.83 28 H 1.83m.
Longitud Del Delantal.
Ld 6 H 6 1.83 Ld 10.98 11m.
i
i
G Vol G ALl 2.22411 G 580.8Ton.
Determinación de la Subpresion Dentellón
Y A A
i
46.5 1.94m. 24
En el caso de que necesitemos D2 de acuerdo a:
D 2 25 22 0.50 D 2 2.5m
D 3 0.3H 0.31.83 D 3 0.55 0.60m
Luego t = espesor de la losa del Dentellón t
s 0.30 …………………………….0.50m 1
Supresión En Cualquier Punto Según LANE
L S H H L
S = Supresión en cualquier punto de la cimentación del azud L = Longitud del recorrido del agua en el punto donde se termina la supresión. 1 L V H 3
L´=Longitud en el punto específico donde se desea encontrar la supresión 1 L V H 3
V= Recorridos verticales con inclinación mayor de 45° H´= Distancias horizontales de recorridos con inclinaciones menores de 45° C = Coeficiente de LANE que depende del terreno.
1 L V H 3 donde V 1.40 0.90 2.5 0.60 3.10 V 8.50m. H 11 7.50 33 0.50 H 52m. 1 52 L t V H 8.5 3 3 L t 25.83m.
Supresión En El Punto A
1 L A V H hasta el puntoA 3 VA 4.80m H A 11m L A 4.80 L A 8.47
1 11 3
Re emplazando en la Formula : L 8.47 1.83 S A H H 1.83 L 25.83 S A 1.23tn
Supresión En El Punto B
1 L B V H hasta el punto B 3 VB 4.8m H B 18.50m L B 4.80 L B 10.97
1 18.50 3
Re emplazando en la Formula : L 10.97 1.83 S B H H 1.83 L 25.83 S B 1.05tn
Supresión Total
S A SB 1.23 1.05 BL 7.50 11 2 2 S T 94.05Ton ST
Punto De Aplicación
x 0.45 b x 0.457.50 x 3.38 m
GRAFICO DEL DISEÑO DEL AZUD ESCALA 1:100
PARA CONDICIONES DE NIVEL MÁXIMA DE CRECIDA (N.m.c)
Fuerza Hidrostática Area de contencion A L P 11 2
F1 hcg A
F1 13.8322 F1 84.26Ton
A 22m 2 Dis tancia desde el espejo de agua hasta la mitad del paramento P h cg CotaN.M.C CotaDELANTAL 2 2 h cg 29.83 25 2 h cg 3.83m
Punto De Aplicación Y
Icg hcg hcg A
bh3 LP3 12 12 Icg 7.33cm4 Icg
reemplazando 7.33 Y 3.83 3.8322 Y 3.92m
Presión De Sedimentos Punto de Aplicación h P 2 Papli 3 3 3 Papli 0.67m
1 Psed sh2 tg2 450 L 2 2 angulo de fricción Interna
12
0
160 Para materiales finos
nuestro caso 300 s m H2 O s 1.65 hP 2 reemplazando Psed
1 300 11 1.6522 tg2 450 2 2
Psed 12.1Ton
Presión Sísmica Debido Al Agua Embalsada PW SIS 0.726Pe yL Endonde HW CotaN.M.C Cotadelantal Hw 29.83 25 Hw 4.83 dSIS 0.425Hw dSIS 0.4254.83 dSIS 2.05m Y1 Hw dSIS Y1 4.83 2.05 Y1 2.78
c
y h
y 2.78 / 4.83 0.58 h Buscamosen lafig165 0º c 0.64
Pe c H w 030(Depende de la intensidadsismica)
Pe 0.640.3014.83 Pe 0.93 PWSIS 0.726Pe y L
PWSIS 0.7260.932.7811 PWSIS 20.65Tn
“Diseño de Presas Pequeñas”.- Buerau of Reclamation of USA.
Presión Por Efecto Sísmico Debido Al Peso Propio De La Obra
PGSIS G* para 0.20 PGSIS 580.8 0.20 PGSIS 116.16Ton
Presión Hidrostática aguas abajo 1 d cont2 .L 2 d cont 1.62
F2
1 11.622 (11) 2 F2 8.91Ton F2
PuntodeAplicacion Papli 0.54m
d con t 3
1.62 3
3.13.1. FACTORES DE SEGURIDAD Estabilidad Del Azud Al Deslizamiento FV G S T FV 580.8 94.05 FV 486.75Ton FH PWSIS PSed F1 PGSIS F2 FH 20.65 12.1 84.26 116.16 8.91 FH 224.26Ton
f = 0.6 asentado sobre grava FS
F F
V
f 1.20
H
Segun Popov f 0.65 486.75 0.6 224.26 FS 1.30 1.20 FS
Estabilidad al Volcamiento Se calculaen el punto B que es donde se produce el volcamiento d ME F2 Cont 0.5 GB CGX 3 ME 8.911.04 5.80.8 (4.33) ME 2524.13Tn m M V PWSIS 5.05 PSed 3.67 F1 4.08 PGSIS 1.94 S T 4.30 M V 20.655.05 12.13.67 84.264.08 116.161.94 94.054.3 M V 1122.24tn m
Formula ME 1.5 MV 2524.13 KV 1122.24 K V 2.25 1.5 KV
Esfuerzo En La Cimentación
ME MV 2524.13 1122.24 FV 486.75 x 2.88m..................b / 2 7.5 / 3 2.5..........Comprobadola ubicaciondentrodel terciomeddio Mm RNX RNY El momentose calculadel centro de fundcionhaciala izquierda..(Centro de la base) Mm PWSIS 5.05 Psed 3.67 F1 4.08 PGSIS 1.94 G0.98 S0.55 F21.04 Mm 20.65(5.05) 12.13.67 84.264.08 116.161.94 580.8 0.98 94.050.55 8.911.04 Mm 191.10tn m x
Mm B 7.5 1.25 FV R N 6 6 191.10 e 0.39 1.25 486.75 e
2 = 3.57 1= 7.74
1 2 1 2
3.14.
R N 6e 1 B.L B
486.75 6(0.39) 1 7.74 7.5011 7.50
224.26 60.39 1 3.57 7.5011 7.50
DISEÑO DE LA BOCATOMA Y REJA DE ENTRADA
Diseñamos primero como si tuviéramos la rejilla justo debajo del Nivel de Operación normal es decir a la altura del paramento.
Según Konavalov H 0.045H MO 0.407 1 0.28 H Y1 H Y1
2
2g
Nos imponemos.......H 0.5m Y1 P 2m 2 0.0450.5 0.5 MO 0.407 1 0 . 285 29.81 0.5 1.50 0.5 1.50 MO 1.89
El Caudal que necesitamos captar es Q = 2 m3/S 3
Q M O bH 2 Despejamosb b
Q MOH
b
3
2
2
1.890.5
3
2
b 2.99 3m
b = Ancho real necesario para que una sección de 3x0.5, pero hay que poner barrotes entonces se introduce el coeficiente k = 0.85 para efectos de reducción de caudal por la vena liquida.
3 3 k 0.85 b 3.53m Cantidad de barrotes Los barrotes deben ir a una separacion de 10cm el ancho es de 1.27cm y pueden ser de hornigon armado o por perfiles I pletinas 3.0 30 0.10 30 0.0127 Ancho de barrotes 0.38m Ancho total de la reja 3.0 0.38 3.38m,...que garartiza el caudal a captar . b
El cálculo de la bocatoma que cumple con los requisitos es la calculada en el Nivel de Operación normal (N.O.N) ya que nos asegura caudales durante la época de estiaje, en cambio con la misma bocatoma en época de crecida (N.M.C) tendremos mayores caudales a los solicitados lo que se puede solucionar haciendo vertederos o aliviaderos de exceso.
TOMA CONVENCIONAL DETALLES
ESQUEMAS DE CARGAS ACTUANTES
CAPITULO IV
OBRAS DE EXCEDENCIA 4.1.
GENERALIDADES
La variabilidad de los regímenes hídricos nos permite captar directamente el agua para uso cualquiera, pues no garantiza un caudal permanente y constante. Por tal razón es necesario construir un conjunto de obras hidráulicas que nos permitan almacenar el agua en épocas de lluvia para utilizarla en forma racional y permanente durante todo el tiempo.
Cuando se cierra el cauce de un río utilizando una cortina o presa se genera hacia aguas arriba de esta un vaso de almacenamiento o embalse, el cual tendrá cierta capacidad de retención y almacenamiento de agua, capacidad que está en función de las características topográficas y geológicas de la zona.
Una vez que el vaso de almacenamiento ha alcanzado la máxima capacidad, se hace necesario evacuar las aguas excedentes que sigue ingresando a este embalse debido al caudal que trae el río o por una eventual crecida o avenida.
Las estructuras hidráulicas que permiten la salida de estos volúmenes de agua excedentes que no va a ser aprovechadas y que no caben en el espacio destinados para almacenamiento son las obras de excedencia. Estas obras forman parte intrínseca de
una presa y se establece que previo a que se inicie la evacuación de agua excedente, el vaso debe estar lleno hasta su nivel máximo aprovechable.
Las obras de excedencia son de tal importancia que se convierten en válvulas de seguridad de todo el proyecto, pues muchas de las fallas de las presas se han debido a que estas obras (las de excedencia) han estado mal proyectadas o han sido de insuficiente capacidad de evacuación. Además de tener suficiente capacidad las obras de excedencia deben ser hidráulica y estructuralmente adecuadas, u ubicadas de tal forma que las descargas del vertedero no socaven ni erosionen el talud de aguas debajo de la presa.
La capacidad de una obra de excedencia la determinan:
La avenida de diseño
Las características del vaso, y
El programa de operación de la obra.
Dicha relación queda expresada por:
VE = VS +Va
Donde: VE = Volumen de entrada al vaso en cierta unidad de tiempo VS= Volúmenes de salidas del vaso en la misma unidad de tiempo Va= Variación de volumen almacenado en el vaso en la misma unidad de tiempo.
La frecuencia del paso del agua a través de la obra de excedencia la determinan las características de escurrimiento de la cuenca y la naturaleza del aprovechamiento. Las descargas por estas obras de excedencia se pueden producir durante avenidas y periodos de escurrimiento elevados y sostenidos.
En general el ingeniero proyectista debe ser muy cauteloso al valorar la seguridad de una obra de excedencia debido a que por si la presencia de una gran avenida mayor a la supuesta, el nivel del agua sobrepasa la elevación de la corona de la presa puede haber graves consecuencias, tanto para la presa como para las vidas y bienes materiales localizados aguas debajo de la obra.
Podemos hacer la siguiente clasificación de las obras de excedencia:
4.2.
CLASIFICACIÓN DE LAS OBRAS DE EXCEDENCIA
Descarga libre, Azudes
Caída libre 1. VERTEDEROS
Cortina vertical Descarga controlada Canal
Lateral Tiro vertical Descarga Directa
2. SIFONES
Caída en rápida
4.3.
TIPOS DE VERTEDEROS
4.3.1.
DESCARGA LIBRE
a) Vertederos con descargas Libres.- Esta es la forma más fácil de proyectar una obra de excedencia, pues se supone como un vertedor de cresta fija que coincide con el nivel máximo aprovechado. Cuando ingresa una crecida al vaso, el agua de excedencia se derrama pasando por la cresta del cimacio y puede llegar al nivel más alto (Nmc, Nivel máxima de crecida), entonces se produce la máxima descarga del vertedero. La forma de la sección del vertedero depende de:
De la carga Ho
De la inclinación del paramento aguas arriba
Del canal de llegada que influye sobre la velocidad de aproximación a la cresta.
Se ha determinado que con un perfil tipo Creager la lámina de agua toma la forma de este perfil y esta vena liquida se adhiere al perfil evitando turbulencia e introducción de aire que tenderían a erosionar el talón del vertedero. El diseño del vertedero tipo Creager ya es conocido.
4.3.2.
DESCARGA CONTROLADA
b) Vertedero de Caída Libre.- Están asociados a presas de arco o contrafuertes, donde el espesor de la presa y su geometría no son favorables para guiar la vena liquida desde la cresta hasta la parte inferior. Si la roca de cimentación es resistente a la erosión, el agua puede dejarse caer libremente, caso contrario se debe proveer una estructura para disipar la energía cinética y amortiguar el impacto.
c) Vertederos de Caída en Rápida.- Este tipo de vertederos se localiza en una pequeña sección
de las presas a gravedad, fuera del cuerpo de
cualquier tipo de presa sobre la cual se permite el paso de flujo de agua Si la roca de cimentación es compacta y de buena calidad, la parte inferior de la descarga se puede diseñar como un deflector o salto en ski, se formara un colchón amortiguador que alcanzara cierta profundidad hasta que llega estabilizarse, si la cimentación es erosionable se requerirá de la construcción de una estructura disipadora.
d) Vertedero con Tiro Vertical (Vertedor de Pozo).- Tienen una entrada de pozo o embudo que conecta a un túnel en cuyo extremo inferior puede existir un deflector o una estructura disipadora de energía. Este tipo de vertederos se adapta a presas con vasos encañonados con gastos relativamente pequeños y libre de objetos que pueda obstruirlos.
e) Vertedor con canal Lateral.- Tiene la particularidad de que el eje del canal de descarga es paralelo o casi paralelo al eje de la sección vertedora de la corriente. El análisis hidráulico se basa en la suposición de que toda la energía del agua que pasa por el vertedero se disipa en turbulencias y la pendiente del canal lateral debe ser suficiente para acelerar el flujo hacia el canal de descarga.
Los elementos que lo conforman son:
Acceso
Sección de control
Canal colector, y
Deflector o estructura disipadora.
Generalmente están asociados a presas de tierra o materiales sueltos, en donde se dan grandes avenidas y se requiere gran longitud de cresta.
Fig 12. Vertedero Lateral del Canal de Riego Machala-Pasaje.
4.4.
CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE VERTEDEROS DE EXCESOS.
4.4.1.
SELECCIÓN DEL PROYECTO DE VERTEDOR
Las condiciones del emplazamiento influyen en forma importante en la selección, tipo y componentes del vertedor. Hay que considerar entonces la topografía, condiciones de la cimentación, la variación de los niveles producido por las avenidas del proyecto, factibilidades de materiales para su construcción, tipo de presa del proyecto y análisis económicos de las variantes.
La adopción de un tamaño especial puede influir en la selección de los demás componentes, así por ejemplo una estructura de control ancha con la cresta en posición normal a la línea central del vertedero requerirá una transición larga convergente para unirla a un canal de descarga angosto.
Un vertedor puede ser parte integrante de una presa de concreto o puede ser una estructura aislada de cualquier tipo de presa. En todo caso el vertedero seleccionado dependerá de la eficacia hidráulica, estructural y del análisis económico del proyecto.
4.4.2.
SELECCIÓN DE LA AVENIDA DEL PROYECTO
Siendo el vertedero de exceso una obra de seguridad del proyecto, hay que considerar cierto grado de riesgo calculado, pero en todo caso hay que asumir una posición conservadora pues la influencia del costo de una obra de exceso sobredimensionada es pequeña al costo total del proyecto.
Las características que definen a una avenida son:
Caudal máximo
Tiempo de duración
La forma del hidrograma es una característica típica de una cuenca en un punto de ella.
Fig 13. Hidrograma de Balsacon en San Andrés del Anuario Hidrológico de 1996 proporcionado por el INAMHI
Se requiere una curva de frecuencia con el objeto de poder valorar los riesgos
Caudal m3/s
que representan ciertos caudales escogidos.
5 años 10 años 25 años 50 años 100 años
0
20
40
60
80
Tiempo
Con estas aclaraciones se entiende que la avenida de diseño es el régimen de escurrimiento que entra al vaso en cierto tiempo y cuyo tránsito por el mismo produce condiciones de descarga que sirven para determinar la capacidad de la obra de excedencia.
En resumen el problema de seleccionar el vertedor y la avenida de diseño considera dos aspectos.
1. El riesgo que se desee aceptar 2. La magnitud de la avenida que sea congruente con dicho riesgo.
Para el primer caso hay que decidir en cuanto al riesgo aceptable, considerando presencia de poblaciones, vías, sembrío, aguas abajo de la obra, etc. En el segundo caso se trata de determinar la magnitud de la avenida con una seguridad adecuada enfocando el problema desde el punto de vista ingenieril, económico y social.
Realizando entonces los estudios hidrológicos necesarios se puede tener una gama de valores. Si las estadísticas o datos que se tienen son cortos pueden utilizarse métodos para generar datos en función de los existentes.
Para esto debemos tener presente la importancia de la obra en su conjunto que nos permita seguir un lineamiento para un periodo de retorno determinado
CAPITULO V
DISEÑO PARA DESVIOS DE CAUCES 5.1.
GENERALIDADES
Las obras de desvío, sirven para desviar las aguas de un rio que en un momento dado, escurren por un determinado sitio para dejar en seco la zona destinada para la construcción de cortinas para presas de almacenamiento o derivación, estructuras de control de niveles de navegación o repartición de gastos, esclusas, etc. En resumen, estas estructuras sirven para modificar la dirección del flujo de agua de la zona de construcción y seleccionando el tipo adecuado conjuntamente con un programa completo de construcción se logra optimizar el costo de la obra2
2Fig 14. Construcción de una ataguía
2
Citado del manual de la dirección de estudios de proyectos hidráulicos multisectoriales
5.2.
DESVÍO DEL RIO DURANTE LA CONSTRUCCIÓN DE LA PRESA
En los proyectos de represa que se van a construir sobre cursos de aguas es necesario mantener “en seco” el área de los trabajos, desviando la corriente durante el período necesario para realizar la obra.
3
Fig 15. Construcción del Túnel de desvió
La magnitud del problema será directamente proporcional a los caudales del río que sea necesario manejar. Debido a que las obras de desviación son de carácter provisional, se plantea un problema de tipo económico, que consiste en diseñar el esquema de desvío con mínimo costo, tomando en consideración un cierto “riesgo calculado” que permita prever los posibles daños.
Como los caudales de los ríos son variables, el problema es de tipo probabilístico. En el diseño de las obras de desviación influirán los siguientes factores: 3
Citado del manual de la dirección de estudios de proyectos hidráulicos multisectoriales
a. Hidrología del río (magnitud y frecuencia de las crecientes) b. Tipo de presa c. Características topográficas y geológicas del sitio. d. Ubicación del sitio e. Duración del desvío f. Ubicación de la central y vertederos g. Existencia o no de un embalse importante aguas arriba h. Medios disponibles para el manejo del río.
El diseño más adecuado será el que combine en forma óptima los costos más bajos de las obras necesarias para el desvío con las menores probabilidades de daños ocasionados por alguna creciente que exceda la capacidad de las mismas. Debe tenerse en cuenta que la desviación del río de la primera actividad que se realiza en toda construcción de presa. Según el criterio del proyectista, se diseña las obras de desvío para un periodo de retorno que normalmente suele estar comprendido entre 6 y 10 años, o en algunos casos la creciente máxima registrada dependiendo de la importancia de cada proyecto.
Agua viva, perspectiva de túneles
Fig 16. Esquema de un Túnel de Desvío
5.3. CARACTERISTICAS ENTRE PRESAS RÍGIDAS Y DE TERRAPLÉN CARACTERÍSTICA
1. Fundación.
2. Materiales.
3. Diseño.
4. Construcción.
5. Costo.
6. Desvío del río.
7. Vertedero.
8. Salidas y compuertas. 9. Casa de máquinas
10. Fallas
11. Mantenimiento
TERRAPLÉN
RÍGIDAS
Rigurosa y esta en función del tipo de fundacion. Generalmente se requiere roca competente de cimentación, que sea accesible y a una profundidad adecuada ( K= 1.979 0.62.67x 0.00010.5
Este valor de K permite encontrar por tablas el valor de la relación d/b; si no da una correspondencia exacta del valor de K calculado con el tabulado, entonces se hará una interpolación de valores. Obtenido la relación d/b,
d/b
m= 0
m=0.25
Y conocido d, hacemos
0.44
1.49
1.76
2.01
2.23
2.44
Luego el cálculo de b.
……
……
……
1.979
……
……
O sea: d/b = 0.446 (tabla)
0.45
1.45
1.72
1.96
2.18
2.39
=> b= d
= 0.60
0.446
m=0.5
m=0.75
m=1
= 1.35 m.
0.446
Luego b = 1.35 m. ancho del fondo del canal que permite el paso de un Q = 0.8 m3/s.
Pero si pensamos que el ancho del fondo del canal es muy ancho, entonces podemos subir el valor del calado y así por ejemplo, asumimos ahora que el calado sea de 0.70m. Luego para este nuevo calado tendremos: 0.66 → 1.332 K= Q.n D2.67 J0.5
=> K=
0.8 x 0.02 0.72.67x 0.00010.5
=> K = 1.31 => d/b TAB 0.68 → 1.294
Por interpolación d/b = 0.67
=> b = d = 0.7 = 1.045 => b= 1.05 m 0.67
0.67
Sin embargo al constructor del canal no se le va a dar una medida de 1.05 m, sino una medida más práctica y real como sería la de 1.00 m.
Esto determina que para este nuevo ancho del canal b= 1 m, necesitemos ahora conocer el calado que se obtendría.
Cálculo del Calado de un canal.- En forma similar al cálculo del ancho de la base del canal, para este otro cálculo necesitamos primero determinar un valor de una nueva constante K’ que está en función de los mismos parámetros de K, pero en vez de “d” tendremos ahora “b”.
O sea: K’=
Q.n
K’ = constante para obtención de d
B2.67 J0.5 => K’ =
0.8 x 0.02
=> K’ = 0.51 →
1.02.67 x 0.00010.5 Por tablas K’ = 0.51 →d/b = 0.72
=> d = 0.72 b = 0.72 x 10 => d = 0.72 m.
Buscamos que d/b corresponde en tablas propias que son diferentes a las anteriores en las que se obtiene d/b pero cuando se conocía b.
En la actualidad existen muchos programas que nos permiten fácilmente diseñar canales de cualquier sección transversal una de estas es Ing. Máximo Villón Béjar quien realizó el software de HCANALES.
Ejemplo
En un canal trapezoidal de ancho de solera 0.7 m y talud z= 1 , circula un caudal de 1.5 m3/s con una velocidad de 0.8 m/s. considerando un coeficiente de rugosidad de n= 0.025, calcular la pendiente del canal.
Se pide: S=? a) Para el calculo de S se puee usar la formula (2.9) de manning:
De donde:
( ) ….. (2.14) Donde v y n son datos, para el cálculo se requiere conocer R, que está en función de A y p, estos a su vez del tirante y, dado que b es dato.
b) Calculo de a: Aplicando la ecuación de continuidad, se tiene:
Luego, reemplazo valores, resulta;
….. (2.15) c) Calculo del tirante y De las relaciones geométricas para un canal trapezoidal (tabla 1,3)
Dónde:
Luego: ……(2.16)
Igualando (2.15) y (2.16), resulta:
Pasando todo al primer miembro y ordenando, se tiene:
Aplicando la fórmula para el cálculo de las raíces de una ecuación de 2° grado resulta:
√
Tomando solo la solución positiva (físicamente el tirante no puede ser negativo) se tiene:
d) Calculo del radio hidráulico R
Dónde:
√
Sustituyendo valores, se tiene √
Luego:
e) Calculo de S Sustituyendo valores en (2.14), se tiene:
(
)
Programa HCANALES.
CAPITULO X
TÚNELES 10.1.
GENERALIDADES
Entendemos por túnel a aquella construcción que tiene por objetivo principal comunicar dos extremos que, de otra manera, se mantendrían separados. En obras públicas se plantea frecuentemente el problema de la construcción de túneles.
La necesidad de los túneles se impone en la construcción de carreteras, ferrocarriles y canales cuando es imposible la ejecución de una trinchera (para pasar una montaña) o cuando es demasiado costosa (si la profundidad de la trinchera es tal que la excavación al aire libre resulta más costosa que la de un volumen más reducido excavado un túnel) o demasiado molesta (por ejemplo, en las ciudades), el túnel permite de tal modo el paso por espacios cerrados que por lo general son subterráneos.
Se utilizan para pasar por debajo de canales o ríos (carreteras, ferrocarriles), problema particularmente delicado. En el mismo orden de ideas puede estudiarse el paso de estrechos o brazos de mar.
Las obras hidroeléctricas exigen la ejecución en túnel de galerías de derivación y tuberías de carga o descarga de la central
Las obras urbanas ofrecen numerosos ejemplos de túneles: alcantarillas, galerías para cables o tuberías, ferrocarriles metropolitanos, pasos subterráneos.
20
Fig 43. Construcción de un túnel.
La construcción de túneles plantea una serie de problemas relacionados ya con las disposiciones a adoptar en las obras, ya con el método de ejecución de éstas y el equipo de los atajos.
Las soluciones dependen especialmente de la naturaleza del terreno, de su resistencia y de la posible presencia de agua.
Las obras subterráneas son semejantes, pues, a las obras de cimentación y exigen, como ellas, serios estudios preliminares y una constante prudencia.
20
YEPES, Técnicas de voladuras y excavación en túneles, Universitat Politècnica de València.
Fuera del terreno de las obras públicas propiamente dichas, las obras subterráneas son normales en las explotaciones mineras, que exigen la perforación de galerías. Los métodos generales y los procedimientos de ejecución apenas se diferencian en ambos casos y pueden lograrse preciosas enseñanzas del estudio del material y los métodos de trabajo en uso en las minas.
Desde el punto de vista histórico, indiquemos que los túneles reservados a la circulación de viajeros y mercancías son relativamente recientes, ya que las primeras realizaciones se sitúan hacia 1750. Por el contrario, los primeros túneles destinados a la explotación de los minerales se remontan a principios de los descubrimientos metalúrgicos a final de la Edad de Piedra. Se construyeron acueductos subterráneos mucho antes de la Era Cristiana, y algunos túneles romanos sirven aún hoy para alimentar de agua a varias ciudades modernas.
10.2.TÚNELES BAJO PRESIÓN DE AGUA Los túneles excavados pertenecen a las construcciones más costosas y complejas de la ingeniería civil. Por lo tanto el interés para que sigan funcionando durante muchas décadas es una cuestión crucial. La impermeabilización de los túneles ha permitido aumentar su tiempo de uso de una manera importante. Diferentes materiales han sido probados y utilizados para la impermeabilización; las geomembranas de PVC para túneles han demostrado ser el material más fiable y técnicamente adecuado de todos. Dependiendo de las condiciones locales la geomembrana de PVC puede ser formulada para satisfacer exactamente las exigencias del proyecto.
21
Fig 44. Túnel bajo presión de agua.
En lo que sigue veremos que actualmente se dispone de medios mucho más desarrollados.
10.3.
ESTUDIOS PRELIMINARES
Todas las construcciones subterráneas necesitan de una detallada y extensa investigación antes de su proyecto, para que se pueda hacer la mejor elección de su trazado y diseño. Esta necesidad es, sin duda, mayor que para otro tipo de construcciones e implicará el estudio geológico del terreno, de sondeos y de túneles de reconocimiento. No obstante, no hay que olvidar que la investigación continuará realizándose también durante la construcción.
Es esencial que cualquier proyecto de túnel comience con una investigación sobre las condiciones del terreno.
21
Tomada de la página web http://www.renolit.com/waterproofing-civil-engineering/es/aplicaciones/obrasenterradas/tunel-bajo-presion-de-agua/
10.3.1.
Estudios Geológicos
La primera labor a realizar consiste en el estudio geológico del terreno mediante el mapa Geológico y con la asistencia de especialista. Este estudio debe afectar a la totalidad del trazado proyectado y sus posibles variantes para decidir con pleno conocimiento de causa la maquinaria y los métodos de excavación y sostenimiento a realizar,
Según la situación de las capas subterráneas que permite prever este estudio se determinará con cierta aproximación la naturaleza de los terrenos encontrados, su dureza, su repartición a lo largo del trazado, etc.
Se presentará la máxima atención a las zonas en que se presenten accidentes geológicos, como fallas y regiones de dislocación que corresponden a rocas aplanadas o fisuradas. Se intentará prever las zonas, en que se puedan producirse afloramientos de aguas subterráneas o bolsas de agua, así como las que corresponden terrenos muy malos (arenas fluidas, terrenos yesosos) que exigen siempre el empleo de métodos de ejecución onerosos.
Existen muchos métodos útiles para poder clasificar un macizo rocoso, entre ellos se puede escoger algunos métodos elaborados por autores conocidos mundialmente en el campo de la mecánica de rocas que realiza análisis específicos para el diseño de túneles entre estos podemos mencionar a Barton y Bieniawski.
Donde: RQD, índice de calidad de la roca. Jn, índice del número de familias de fracturas Jr, índice de rugosidades en las fracturas Ja, índice de alteración de las paredes de las fracturas Jw, índice del caudal afluente 6. – SRF, índice del estado de tensión del macizo.
El primer cociente (RQD/Jn), que representa la estructura del macizo es una medida rudimentaria del tamaño de los bloques o de las partículas con dos valores extremos (100/0.5 y 10/20) con un factor de diferencia de 400. Si se interpreta el cociente en unidades de centímetros, los tamaños de “partículas” de 200 a 0.5 cm. se puede apreciar como aproximaciones gruesas pero bastante realistas. Probablemente los bloques más grandes tendrían varias veces este tamaño y los fragmentos chicos menos de la mitad. El segundo cociente (Jr / Ja), representa la rugosidad y las características de la fricción de las paredes de las fisuras o de los materiales de relleno. Este cociente se inclina a favor de juntas rugosas e inalteradas que se encuentran en contacto directo se puede pensar que estas superficies están cerca de la resistencia optima, que tenderán a dilatarse fuertemente cuando estén sometidas a esfuerzos cortantes y por lo tanto serán muy favorables a la estabilidad de un túnel.
Cuando las fisuras tienen recubrimientos y rellenos arcillosos delgados se reduce notablemente su resistencia, sin embargo, el contacto de las paredes después de un ligero desplazamiento por el esfuerzo cortante puede ser muy importante y salvar la excavación de un colapso. Donde no haya contacto de paredes, la situación para la estabilidad de un túnel se representa de manera muy desfavorable. El tercer cociente (Jw / SRF), consiste en dos parámetros de fuerzas, SRF es un valor de: 1) la carga que se disipa en el caso de una excavación dentro de una zona de fallas. Y de roca empacada en arcillas; 2) los esfuerzos en una roca competente, y 3) las cargas compresivas en rocas plásticas incompetentes. Se puede considerar como un parámetro total de esfuerzos. En cuanto al parámetro Jw se trata de una medición de la presión del agua que tiene un efecto negativo en la resistencia al esfuerzo cortante de las fisuras debido a la reducción en el esfuerzo efectivo normal. El agua puede causar además, un ablandamiento de las arcillas e incluso posiblemente su lavado.
22
Valorización de los parámetros Q (según barton, lien y lunden)
A veces, basta un estudio geológico serio para rechazar o modificar un trazado.
22
Barton,Lien y Lunden
10.3.2. Sondeos
El estudio de un túnel debe comprender siempre sondeos para precisar la naturaleza de las capas subterráneas, su estado físico, consistencia y su grado de humedad. Los sondeos se ejecutan por pozos o por perforación. Los sondeos por pozos son los más instructivos, pero son difíciles cuando la altura del terreno por encima del túnel es grande (túneles de montaña). Generalmente, se ejecuta al menos un pozo en cada acceso y, si es posible, uno o varios pozos intermedios.
Los sondeos por pozos presentan un interés particular cuando pueden utilizarse posteriormente para la ejecución de las obras o su ventilación.
Entre los pozos se completa el reconocimiento del subsuelo mediante perforaciones verticales, para las que ofrecen una excelente solución las sondas rotativas que permiten retirar testigos intactos.
10.3.3.
Túneles de reconocimiento
Se construyen túneles de reconocimiento partiendo de las bocas del túnel del fondo de los pozos de sondeo y moviéndose a lo largo del eje del túnel. Este trabajo da informes exactos sobre la naturaleza del terreno, su dureza, comportamiento, etc., y facilita mucho el estudio de los precios.
Fig. 45. TBM usada en el Canal de la Mancha
En los terrenos poco consistentes y permeables, estas galerías, como los pozos tienen el inconveniente de producir drenaje. El terreno vecino se satura y pronto difiere del que se encontró al perforar la galería de reconocimiento. Los apuntillamientos se deterioran y la continuación posterior del trabajo puede complicarse notablemente por ello. Por lo tanto, no es conveniente construir galerías de reconocimiento cuando se trabaja en terreno suelto y permeable y cuando la ejecución del túnel no debe seguir inmediatamente a la de la galería.
Por el contrario, en terrenos rocosos la ejecución de galerías de reconocimiento es muy útil para prever la velocidad de avance y el comportamiento de la roca y determinar los precios.
10.3.4.
Importancia de los estudios preliminares.
23
Fig. 46. Verificaciones topográficas “obra del metro de Sevilla”
Los estudios preliminares tienen en túneles una gran importancia. Algunos ejemplos clásicos lo demostrarán claramente. En el túnel de Nontron, en la línea de Nontron a Sarlat, un estudio preliminar bien realizado permitió evitar arenas terciarias y mantenerse en la caliza oolítica haciendo bajar la cota de la obra algunos metros. En el túnel de Saix, en la línea de Moutiers a Bourg-Saint-Maurice, una desviación del trazado en la orilla izquierda del Isere permitió evitar terrenos yesosos que si no, se hubieran encontrado en la orilla derecha. Por el contrario, en la construcción del túnel de Meudon, en 1900, en la línea de París-Inválidos a Versalles, una interpretación optimista hizo suponer la existencia de buenos terrenos a mitad del túnel, ejecutándose solamente dos pozos de sondeo en los extremos que sólo indicaron que en una pequeña longitud el túnel transcurría a 2m
23
Tomada de la página web http://www.juntadeandalucia.es/html/especiales/especialmetrosevilla/tuneles.html
bajo una capa de agua de 20m. de espesor. En la ejecución, 40m de la longitud de la obra debieron transcurrir en arenas fluidas, siendo necesario para pasarlas, 15 meses. En el túnel de Marot, en la línea de Montauban a Brive, fueron necesarios siete años para atravesar 100m de arenas fluidas. Por último, no hay que olvidar que los estudios geológicos no dan más que probabilidades y no certezas y que no permiten prescindir de la mayor prudencia en el curso de las obras.
10.4.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS TÚNELES
Las características técnicas de los túneles dependen del papel de la obra del terreno en el que deben ejecutarse. Al fijarlos, no debe perderse de vista que las obras subterráneas son caras y que deben reducirse al mínimo. También hay que hacer observar que, una vez en servicio la obra, es difícil y a menudo imposible modificarla o ampliarla. Por lo tanto, a pesar de todo, preferible no reducir su gálibo en exceso por conseguir economía.
10.4.1. Túneles para carreteras y vías férreas.
El trazado y el perfil longitudinal son función esencialmente de la topografía del terreno, pero dependen también de las condiciones de ejecución de las obras. 1. Los túneles rectilíneos son más fáciles de construir que los curvos en cuanto se refiere a la precisión del replanteo del eje, pero esto tiene poca importancia para los túneles de pequeña longitud.
El trazado de los túneles cortos puede ser recto o curvo, a ser posible de radio constante. En cambio, para los túneles largos que se atacan siempre por ambos extremos a la vez, se adopta preferentemente el trazado en línea recta, que es el más económico y exacto en cuanto se refiere a la coincidencia entre ambos ataques. Sin embargo, hay una excepción a esta regla en los túneles de ferrocarril terrenos montañosos.
A
Si el trazado general exige la construcción de un túnel entre los puntos A (cota hA) B
y B (cota hB), el túnel tendría una pendiente. hB – hA AB Si se trata en línea recta.
Si está pendiente es inferior a la admisible, se adopta el trazado rectilíneo, pero si es superior, hay que reducirla aumentando la longitud del túnel mediante un trazado en curva llegando hasta el trazado helicoidal formando un bucle completo.
2. En cuanto se refiere al perfil longitudinal, la solución no depende enteramente del proyectista, sino que depende de la configuración del terreno y del papel que ha de desempeñar el túnel.
La construcción de túneles en pendiente no presenta dificultades particulares si se exceptúa la de la evacuación de las aguas subterráneas si existen.
ATAQUE ASCENDENTE
BOCA
ATAQUE DESCENDENTE (contrapendiente)
BOCA BOMBA
Ataques de pendiente
Desde este punto de vista es preferible construir los túneles subiendo desde aguas abajo hacia aguas arriba, con una pendiente que permita la libre eliminación de las aguas hacia la boca del túnel por cunetas dispuestas a este fin.
Sin embargo, esta pendiente puede ser tal que haga difícil el empleo de las palas cargadoras o que haga anormalmente costoso el transporte de los escombros.
Cuando son previsibles bombeos en contrapendiente, se utilizan: Bombas alternativas de pistón de aire comprimido o eléctrico. Bombas centrífugas de simple o doble efecto, de aire comprimido o eléctrica, generalmente sumergidas y funcionando bajo el agua (bombas Ingersoll, Atlas Polar, Flynt, entre otras).
A menudo, cuando el túnel es largo hay que prever estaciones intermedias de bombeo. En la proximidad del frente de ataque, las bombas son generalmente de aire comprimido. El terreno seco puede atacarse indiferentemente subiendo o bajando. En los túneles de contrafuertes para carreteras y vías férreas debe conservarse una pendiente general ascendente en el sentido del valle. Se adopta generalmente una pendiente única, que es la de la carretera, para los túneles de carretera, y la de la vía férrea reducida en un 10 a 20% para los túneles de ferrocarril, compensando está pendiente la reducción de adherencia que produce la atmósfera húmeda del túnel.
Túnel de contrafuertes para
Túnel de Cumbre Vías férreas.
En los túneles largos, especialmente en los de cumbre, es conveniente tener pendiente a ambos lados para poder trabajar por ambos ataques, evacuando las aguas por gravedad. Si ambas cabezas están sensiblemente al mismo nivel se adopta una pendiente y una contrapendiente de 2.5 a 3 mm, que permite una buena evacuación de las aguas.
Si las dos bocas están a niveles diferentes, se prevén dos pendientes también diferentes. En la boca más alta se toma la pendiente mínima de 2 mm correspondiente a la fluencia crítica de las aguas. Por el contrario, en la más baja se adopta una pendiente fuerte para equilibrar, si es posible, la longitud de ambos tramos.
El esquema de la figura da el perfil longitudinal adoptado en el túnel del Simplon.
C
B Boca Suiza (533.60)
A
D
91.84 m
500
Boca Italiana (533.60)
10.086 m
Túnel del Simplon
En la zona más elevada de los túneles para vías férreas se prevé generalmente un tramo horizontal de 400 a 500m. En los túneles subfluviales (por ejemplo, las travesías del Sena por el Metropolitano e París), el problema se plantea de forma muy distinta ya que es forzoso ejecutar los túneles bajando.
Las aguas de las filtraciones se evacuan durante la obra mediante bombeo, siendo necesario también prever la evacuación del agua cuando el túnel está en servicio. Las aguas se reúnen en pozos de achique donde se evacuan generalmente por bombeo.
10.4.2. Galerías hidráulicas
El problema de las galerías hidráulicas es netamente diferente ya que en estos túneles no existen las limitaciones de curvas y pendientes existentes en los túneles para carreteras y vías férreas. El trazado de las galerías hidráulicas se compone de alineaciones rectas que conviene sean lo más largas posible y curvas de acuerdo; se utilizan trazados quebrados o curvos de forma que se aproximen a gargantas convenientemente elegidas en las que es posible establecer ventanas de ataque intermedias. En cuanto al perfil longitudinal, está constituido también por secciones de inclinaciones variables, que pueden llegar hasta la vertical (pozos), existiendo frecuentemente entre ambos extremos de una galería hidráulica diferencias de nivel de varios centenares de metros. Obsérvese que, siempre que sea posible, debe evitarse en estas galerías la existencia de un punto alto por las dificultades que pueden presentar la evacuación del aire de este lugar.
10.4.3. Acueductos y galerías hidráulicas
Para los acueductos y galerías hidráulicas, se adopta a menudo la forma circular que, a igualdad de sección recta, da el máximo caudal de agua. Es también la forma que da una resistencia óptima a los empujes del terreno con el revestimiento más delgado (forma económica). A menudo se adopta la forma en herradura por cuestiones de comodidad ejecución (circulación, fases de hormigonado…).
104.2.1.
Abertura de una primera galería Se observa el terreno que se va a atravesar
24
104.2.2.
Fig. 47 Perforación de la primera parte de la Galería
Abertura de una segunda galería De avance o reconocimiento en la clave. Se completa la observación del terreno que se va a atravesar.
25
24
Fig. 47. Perforación de la segunda parte de la Galería “Tunel Ubian-Ourense”
Tomada de la página web http://zamoranews.com/provincia-zamora/item/16974-adif-finaliza-laperforacion-del-tunel-de-a-canda-entre-la-galeria-de-ataque-intermedio-y-la-boca-este 25 Tomada de la página web http://www.adifaltavelocidad.es/eu_ES/comunicacion_y_prensa/fichas_de_actualidad/ficha_actualidad_0006 8.shtml
104.2.3.
Bóveda: Una vez concluida la excavación de la galería central de avance en toda su longitud.
Se colocan las longarinas que son los perfiles metálicos (rollizos de madera de álamo negro inicialmente) que servirán de apoyo a las tablas.
104.2.4.
Solera Cuando el terreno es arenoso y con abundancia de agua se suele producir un barrizal y las maquinas se atascan con frecuencia. En estos casos se recurre a zanjas drenantes.
26
26
Esquema de la solera de un túnel
Tomada de la página web http://enelsubte.com/noticias/construccion-de-tuneles-de-subte/
10.4.4.
PERFIL TRANSVERSAL El perfil transversal depende de la función de la obra, que condiciona las dimensiones del gálibo libre interior que constituye su hueco, y de la naturaleza del terreno que determina el revestimiento necesario para proteger el vacío interior.
En principios y salvo en terrenos rocosos compactos de excelente comportamiento, los túneles deben revestirse siempre. Incluso en estos terrenos, puede convenir revestir las galerías hidráulicas para disminuir la pérdida de carga debida a la rugosidad de la pared rocosa. El revestimiento debe ser de mampostería y hormigón y, excepcionalmente, en los túneles subfluviales, de metal.
En los terrenos malos con fuertes empujes, el revestimiento debe ser completo, aproximándose a la forma circular, que es la de máxima resistencia.
En terrenos normales, se aplica el revestimiento sobre el hueco a proteger (bóveda) y en los muros laterales (laterales). Eventualmente, estos muros laterales se apoyan en una solera. En los terrenos muy buenos puede suprimirse la solera y los muros laterales si se encuentra roca franca que se mantenga naturalmente, limitándose entonces a revestir la bóveda. Por último, en las rocas excepcionalmente compactas y no heladizas, puede suprimirse también el revestimiento de la bóveda. A veces, basta con un simple revestimiento de gunita.
La naturaleza de los terrenos condiciona también el espesor del revestimiento, que debe ser tanto mayor cuanto más empuja el terreno y mayor es la sección del túnel. Esto plantea un problema técnico de cálculo de difícil resolución, para
el que conviene estudiar las disposiciones
adoptadas con éxito en obras análogas.
La determinación de las dimensiones del revestimiento de un túnel es importante no solamente por la seguridad de la obra, sino también por su precio de costo. Es necesario limitarse al mínimo, pero sin poner en peligro la seguridad de la obra. Se debe siempre estudiar los diversos perfiles correspondientes a los terrenos de diferente naturaleza que pueden encontrarse durante la obra para adaptarse continuamente al terreno encontrado, realizando de esta forma el mínimo gasto compatible con la máxima seguridad.
10.4.5. ALCANTARILLAS
En las alcantarillas, que tienen casi siempre pequeña pendiente y deben ser visitables, se adopta un perfil ovoidal con cuneta circular en la parte inferior para aumentar la velocidad del agua.
Alcantarilla
A
Galería hidráulica
La altura debe ser como mínimo de 1.80 m con una anchura de 1.30 m a la altura de los hombros. En general, es suficiente un revestimiento de hormigón de 20 cm.
10.4.6. Vías Férreas
Para las vías férreas pueden utilizarse numerosos perfiles, según el tipo de vía y el terreno. Los gálibos libres interiores son los siguientes para la vía normal de Francia.
Entre el intradós de la bóveda y la parte superior de los carriles exteriores debe haber una altura libre mínima de 4.80 m. En curvas debe haber una distancia mínima de 20 cm. entre la envolvente del gálibo y el revestimiento. Los perfiles transversales difieren según el terreno. En buen terreno (roca) se utilizan generalmente muros verticales y bóvedas en medio punto. En terrenos menos resistentes se utilizan secciones más aproximadas a la forma ovoidal, ensanchándolas, inclinado los muros y añadiendo una solera interior. En otros casos, se realiza la bóveda dándole una forma ojival.
En cambio, en las ciudades es frecuentemente forzoso, a causa de la falta de altura, rebajar las bóvedas aumentando su espesor, como ocurre en los túneles del metropolitano.
Las estaciones presentan, respecto a su anchura, una sección aún más rebajada.
El espesor del revestimiento depende de la naturaleza del terreno. Para las bóvedas en roca compacta pero heladiza, basta con un revestimiento delgado de mampostería u hormigón trasdosado paralelamente: Túnel de una vía: 35 – 50 cm Túnel de dos vías: 50 – 70 cm
Si son de temer caídas de bloques, o si se trabaja en terreno poco consistentes se aumenta el espesor: Túnel de una vía: 70 cm Túnel de dos vías: 90 cm Si son de temer fuertes empujes se lleva el espesor en clave a 1m. o incluso 1.50m., aumentando el espesor en arranques; la bóveda no se trasdosa paralelamente. Los muros laterales tienen un espesor que varía de 0.70 a 1.50 m, según terreno. En cuanto a la solera, puede bastar un espesor menor (50 a 70 cm).
10.4.7.
Túneles de carretera
Los túneles de carretera normales son un poco mayores que los túneles de vía férrea para vía doble, pero cuando deben dar paso a más de dos vías de circulación es necesario ensancharlos dándoles un perfil transversal aplanado.
Entre los túneles de carretera de anchura excepcional, pueden citarse el SaintCloud en la autopista del Oeste a la salida de París, que da paso a cinco y de circulación. Su anchura es de 17m. La bóveda tiene enclave un espesor 1.10m. y los muros laterales miden 2.80 m.
10.4.8.
Túneles de navegación interior
Los túneles de navegación interior que permiten el paso de canales son generalmente de grandes dimensiones. Entre los túneles excepcionales puede citarse el de Rove, que da paso entre Marsella y el Lago de Berre, en una longitud de 7 Km., a la sección marítima del canal de Marsella al Ródano, y admite buques para navegación marítima de 4m de calado.
Banqueta de circulación 2m
9.0 11.4 4.0
22.0 0 18.0 0
Túnel de Rove
Este túnel, construido en caliza, tiene una anchura total de 22m, dos paseos de 2m y una altura sobre el nivel del agua de 11.40 m.
Espesor del revestimiento
Los espesores de revestimiento que hemos mencionado en las líneas o croquis de las páginas anteriores se dan solamente a título indicativo. En terreno blando, especialmente en terrenos sin cohesión y arcillas plásticas, es posible realizar un cálculo aproximado del espesor partiendo de ciertas hipótesis basadas en presiones de trazado hidrostático. Por el contrario, en la roca no parece que se pueda determinar válidamente el espesor por cálculo. En el caso de revestimiento hormigonados no parece recomendable utilizar un espesor en clave inferior a 25 cm. Para permitir el paso de la tubería para hormigón entre la cimbra y la pared (bomba de hormigón o transportador neumático) y la ejecución de un cierre en clave correcto.
Tendremos que volver sobre esta cuestión de los revestimientos al tratar de su ejecución (capítulo L y LI).
Cuadro de gálibos interiores
En resumen, la sección recta del gálibo interior (sin revestimiento) de los túneles, es muy variable con los órdenes de magnitud siguientes:
Tipos de obras
10.5.
Sección (m2)
Alcantarillas…………………………………………...……. ..
2–3
Colectores, emisarios, galerías hidráulicas…............................
5 – 20
Túneles para una vía férrea……………………...…………….
27 – 30
Túneles para vías férreas dobles……………………..………..
46 – 62
Grandes túneles de carreteras…………………………...……..
50 – 100
Túneles para canales de navegación interior..................………
150 – 270
VENTILACIÓN DE LOS TÚNELES DE GRAN LONGITUD DE EXPLOTACIÓN
En los túneles largos utilizados por viajeros (túneles de ferrocarril o de carretera), se plantea el problema de la ventilación, que debe limitar a un valor admisible el contenido en óxido de carbono.
Esta cuestión es particularmente importante en los túneles de carretera como consecuencia del contenido en óxido de carbono de los gases de escape de los
vehículos automóviles. Observemos que en el túnel de carretera de Saint-Cloud han llegado a pasar hasta 6000 vehículos por hora.
El estudio de este problema se sale de los límites de este curso y sólo nos referimos a él ligeramente.
Generalmente, se admite que por debajo de un contenido en CO de 2/10 000 no hay que temer ningún efecto nocivo, pudiendo admitirse temporalmente en puntas de tráfico como máximo un contenido de 4/10 000.
Los diferentes procedimientos de ventilación empleados son los siguientes:
10.6. 10.6.1.
VENTILACIÓN LONGITUDINAL: VENTILACION NATURAL
Obtenida por diferencia de nivel entre las dos bocas y calentamiento interior. Este procedimiento solamente es admisible para túneles cortos y de pequeños tráficos.
10.6.2.
VENTILACION ACELERADA. SISTEMA SACCARDO
La ventilación longitudinal se acelera mediante un ventilador que impulsa aire en una de las bocas y un aspirador situado en la otra. Este sistema se ha utilizado en el túnel de Mornay (Ain).
Presenta el grave inconveniente de activar el posible incendio de los vehículos dando lugar a una velocidad excesiva del aire.
VENTILADOR
ASPIRADOR
VENTILACION SISTEMA SACCARDO
Sistema del túnel de Saint-Cloud, autopista del Oeste. En el túnel de Saintcloud se ha instalado un aspirador en un pozo situado en el punto medio del túnel, el cual aspira 720 m3/seg.
TUBERÍA DE VUELTA GRIFOS CERRADOS
GRIFOS ABIERTOS
GRIFOS DE VUELTA ABIERTOS
VENTILACIÓN NORMAL
HÉLICE PADADA HÉLICE GIRANDO
GRIFOS CERRADOS
TURBOVENTILADOR VENTILACIÓN DE SOCORRO
TUNEL
tunel de carretera de saint-cloud. esquema de dos sistemas de ventilación: normal y de socorro
10.7.
VENTILACIÓN TRANSVERSAL
Este sistema es clásico para túneles de carretera de gran tráfico. En el caso del esquema el aire fresco insuflado en un comportamiento situado bajo la calzada alimenta el túnel a través de aberturas laterales. El aire viciado se evacua por un comportamiento situado en la parte superior. Este sistema se ha aplicado, por ejemplo, en el Holland-Tunnel. En el esquema de la figura 332 los dos circuitos de aire fresco y aire viciado están situados bajo la calzada. En este caso, el aire viciado es aspirado por bocas situadas en el techo. Este es el sistema utilizado en el túnel del Mont-Blanc.
AIRE VICIADO AIRE VICIADO AIRE FRESCO AIRE VICIADO
AIRE FRESCO
VENTILACIÓN DE HOLLAND-TUNEL
10.8.
VENTILACIÓN DEL TUNEL DEL MONT-BLANC
VENTILACIÓN SEMITRANSVERSAL
En la ventilación semitransversal se suprime uno de los dos circuitos “aire fresco” o “aire viciado”, sustituyéndolo por la sección del túnel en sí. En el esquema de la figura 333 se representa el caso en que la sección del túnel sustituye a un circuito de aire viciado.
Este sistema se ha aplicado en el túnel del Mersey el Liverpool, de una longitud de 4200m. LLEGADA DE AIRE
Cuanto antecede se refiere a la ventilación de los túneles en explotación, siendo el problema en la fase de construcción muy distinto, especialmente en el caso de túneles en terreno rocoso en cuya construcción hay que utilizar explosivos. Hablamos de este problema en el capítulo XLIX. Ventilación del túnel de Mersey
10.9.
EVACUACIÓN DE LAS AGUAS
En explotación, la eliminación de las aguas se asegura mediante cuneras acueductos establecidos contra los muros laterales.
SOLERA ACUEDUCTO AXIAL
En los túneles a contrapendiente, especialmente en los subfluviales, debe preverse un dispositivo de bombeo.
Si el túnel tiene solera, para no debilitar su unión con los muros laterales, se construye a veces el acueducto longitudinalmente en el eje del túnel, debiendo dejar de trecho en trecho bocas de acceso al acueducto para su limpieza.
10.10.
DISPOSICIONES DIVERSAS
En los túneles para vías férreas se prevén nichos para permitir al personal refugiarse durante el paso de los trenes. Los nichos que miden en general 2m de altura, 1m de profundidad y 2m de anchura, se sitúan cada 100m alternativamente a un lado y a otro de la vida. Los túneles de carretera en montaña están provistos generalmente de puertas metálicas para cerrarlos durante el invierno cuando la nieve los bloquea. También puede ser necesario instalar en los túneles: -
Estaciones de bombeo para la evacuación de las aguas.
-
Instalaciones de depuración y acondicionamiento del aire en túneles especiales (refugios contra bombardeos, fortificación, etc.)
-
La iluminación, en el caso de los túneles de carreteras, es problema que exige una atención particular.
-
Efectivamente, hay que prever en cada acceso la transición entre la iluminación artificial en el interior del túnel y la luz solar exterior.
Naturalmente, se utiliza la iluminación eléctrica.
10.11.
CALCULO DE LA SECCIÓN DE UN TÚNEL
También se cuentan con tablas especiales que permiten calcular el valor el una constante especial de donde luego se deriva para hallar el valor del radio de la sección del túnel. Para nuestro estudio consideraremos el caso de aquellos túneles formados por una sección cuadrada unida a secciones circulares.
Los túneles pueden ser con o sin revestimiento dependiendo las ventajas entre ellos por el costo de su construcción. Sin embargo en iguales consideraciones técnicas, un túnel con revestimiento resulta más económico, de mejores cualidades hidráulicas y de fácil mantenimiento. Estos tipos de túneles, cualquiera que sea su forma de sección transversal, deben tener un espacio por encima del nivel superior del agua, llamada Zona de seguridad, y cuya altura se denomina ALTURA DE SEGURIDAD, cuyo valor no puede bajar de 40 cm., altura que permite trabajar al túnel con seguridad y libremente.
Consideramos el siguiente problema sobre túneles.- Calcular las dimensiones de un túnel, cuyo material es Roca, que puede conducir un caudal de 2m3/s, son una gradiente hidráulica de i J = 0.0005, con un coeficiente de rugosidad para la roca de n = 0.04. Calcular también el costo de construcción del túnel sabiendo que el metro cúbico de excavación de la roca cuesta $ 1.000,00.
SOLUCIÓN:
Fórmulas para túneles:
Q = Kq ( J)0.5 h = 1.6 → VALOR ADOPTADO r
2.- Cálculo de K.q: Kq = Q = 2 √J √0.0005
= 89.44
3.- Por tablas, cálculo de K.q.n ; Con h = 1.6 => K.q.n. r8/3 r r8/3
4.- Obtención del factor h/r: Es un valor que adoptamos y que nos servirá para el cálculo Anterior.
Conocido K.q.n. entonces podemos encontrar: r8/3 K.q.n. = 2.236 r8/3
TABLA DE VALORES h/r : : : 1.80 1.70 1.60 1.50 : : :
K.q.n r 8/3
r = Kqn 2.236
3/8
r=
89.44(0.04) 2.236
3/8
= 1.19 m
Con este valor del radio podemos obtener el valor de la altura de seguridad: Entonces para el factor h/r = 1.6 Tenemos que hs = 0.4 r
2.2405 2.236 2.100
Entonces: hs =0 .4 x 1.19 hs = 0.476 m Esto nos indica que estamos por encima del límite y en consecuencia el túnel es seguro. Pero veamos el caso de que hayamos asumido otro valor del factor h/r Entonces: Si h/r = 1.8
Kqn = 2.2405 r = 1.16 m R8/3
RELACIONES
La altura de seguridad será: hs = 0.2 r = 0.2 x 1.16 hs = 0.232 m
h/r
Por tanto para este factor nuevo hemos
hs
perdido altura de seguridad y esto nos 1.8
0.2r
1.6
0.4r
1.5
0.5r
apoya a utilizar los cálculos anteriores; esto es: r = 1.19 ≈ 1.2 m.
(Para r = 2m) Si h = 1.8 r
h = 3.6 m hs = 0.40 m
GLOSARIO Acopio: Acumulación planificada de materiales destinados a la construcción de una obra. Aducción: En los sistemas de agua potable es la tubería que conduce al agua desde la bocatoma hasta la planta de tratamiento y de bombeo. Agregados Pétreos: Método para tamizar y determinar la granulometría. Agua potable: Agua destinada al consumo humano que ha tenido previamente un tratamiento de Sedimentación y desinfección. Agua servida: Agua usada en los hogares que es descargada en los alcantarillados y conducida a las Plantas de tratamiento de aguas servidas. Aluvión: Por efecto de lluvias intensas y de larga duración, generalmente acompañadas de bruscos derretimientos de nieves, se producen crecidas de grandes caudales que arrastran rocas y remoción en masa de terrenos. Crecidas que tienen gran energía y poder destructivo Arcilla: Suelo de granos finos (compuesto por partículas menores a 5 micrones), que posee alta plasticidad dentro de ciertos límites de contenido de humedad y que, secado al aire, adquiere una resistencia importante Arena: Material resultante de la desintegración, molienda o trituración de la roca, cuyas Partículas pasan por el tamiz de 5 mm y son retenidas por el de 0,08 mm. Árido: Material pétreo compuesto de partículas duras, de forma y tamaño estables. Armaduras: Refuerzos de acero en el hormigón armado que absorbe las tensiones a que está Sometida la estructura.
Arranque: En los Servicios de agua potable rural es la conexión a una llave de agua en el exterior de una vivienda, desde la tubería matriz. Badén: Cruce empedrado que se hace en un camino para dar pasó a un corto caudal de agua Base Granular o Base no Ligada: Base conformada exclusivamente por una mezcla de suelos, que habitualmente cumplen con ciertos requisitos en cuanto granulometría, límites de Atterberg, capacidad de soporte y otros. Bocatoma: Estructura premunida de compuertas y sistemas desripiadores en la ribera de un río, Estero o quebrada mediante la cual se capta agua para conducirla por un canal a la zona de riego. Calicata: Exploración que se hace en cimentaciones de edificios, muros, caminos, etc., para determinar, identificar y clasificar los materiales constituyentes de los suelos defundación, a través de estratigrafía y ensayes. Canal derivado: Canal que nace de un canal matriz y conduce una parte del caudal de éste. Canal matriz: Tramo de un canal que nace en una bocatoma hasta un punto donde se deriva en dos o más canales, generalmente el canal matriz no tiene ningún o muy poco gasto a entregar en su recorrido Canal secundario: Canal que nace de un canal matriz o de un canal derivado y que permite regar directamente y/o entregar el agua a canales terciarios Canal terciario: Canal que permite regar directamente entregando el agua en cada predio. Canales interceptores: Son aquellos que reciben por una sola de sus orillas o márgenes, el agua que escurre de la lluvia.
Canales recolectores: Estos reciben agua por sus dos orillas, pueden ser cauces naturales o canales artificiales Captación: Obra mediante la cual posible extraer agua, puede ser una bocatoma en la ribera de un río, o una noria o un pozo profundo cuando se trata de agua subterránea. Caudal: Unidad de volumen por unidad de tiempo del agua que circula por un conducto abierto (río, estero, quebrada, canal, vertedero de un embalse, etc.) o por un conducto cerrado (tubería, válvula, bomba, alcantarilla, etc.). Generalmente se expresa el Litros/seg., metros cúbicos /seg., metros cúbicos/año, etc. Caudal afluente al embalse: Es el caudal de agua que está entrando al embalse Caudal de diseño del vertedero: Equivale al caudal máximo de la crecida de la cuenca de la zona de la presa, correspondiente a un período de retorno de 10.000 años para los embalses grandes,1.000 años para los medianos y 500 años para los pequeños. Caudal efluente del embalse: Es el caudal de agua que está saliendo desde el embalse Caudal máximo diario: Caudal correspondiente al del día de máximo consumo de agua potable del año de un determinado número de viviendas. Caudal máximo horario: Caudal correspondiente a la hora de máximo consumo del día, generalmente Corresponde al caudal máximo diario multiplicado por un factor (2.5 o 3.0) Caudal medio anual: Caudal promedio, calculado de una estadística de varios años Caudal medio diario: Caudal promedio anual dividido por 365 (días del año) Caudal medio mensual: Caudal promedio calculado de una estadística de varios meses o un año
Clima: Conjunto de atributos de un valle, que favorecen o no la producción agrícola, por Ejemplo: viento, horas de sol, heladas, humedad, temperatura máxima y mínima, etc. Clorador: Aparato que permite inyectar gas cloro o hipoclorito de sodio, a una red de agua potable para desinfectarla y evitar que el agua se contamine en su recorrido. Cohesión (suelo): Fuerza de unión entre las partículas de un suelo, cuya magnitud depende de la naturaleza y estructura del mismo. En los suelos cohesivos la estructura depende del contenido de minerales arcillosos presentes y de las fuerzas que actúan entre ellos. Colector: Tubería enterrada o túnel, canal o cauce natural que va recogiendo las aguas lluvia Desde sumideros o desde otros colectores en una zona urbana Compacidad de un suelo: Grado de compactación o densidad natural de un suelo no cohesivo, que depende del Acomodo alcanzado por las partículas de éste. Compactación (suelo): Operación mecanizada para reducir el índice de huecos de un suelo y alcanzar con ello la densidad deseada. Compresibilidad de un Suelo: Deformación que experimenta un suelo producto de la relación variable que experimentan las fases de que está compuesto. Esta deformación no siempre es proporcional al esfuerzo aplicado, cambiando con el tiempo y con el medio. Compresión: Esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la acción de dos fuerzas opuestas que tienden a disminuir su volumen. Compuerta: Lámina de metal en una estructura que permite abrir o cerrar el paso del agua, y que mediante un vástago se mueve verticalmente
Consistencia de un suelo: Grado de adherencia entre las partículas del suelo y su resistencia a fuerzas que tienden a deformarlo o romperlo. Se describe por medio de términos como: blanda, media, firme, muy firme y dura. Consolidación: Reducción de los índices de vacíos de un suelo, a consecuencia de la expulsión del agua y aire intersticiales, mediante la aplicación de cargas durante un lapso determinado. Coordenadas geográficas: Es todo punto de la superficie de la tierra donde se cruzan un meridiano y un paralelo, las coordenadas son el valor del ángulo correspondiente a ellos. Coordenadas UTM : La proyección Universal Transversal Mercator (UTM) no se emplea solo para representaciones cartográficas, sino también para el sistema de coordenadas UTM, un sistema de coordenadas geográficas (x,y) alternativo al empleo de Latitud y Longitud. Una de sus ventajas es que sus magnitudes se expresan en metros, en vez de medidas angulares cuya dimensión lineal puede variar. Costo marginal: Costo en que se incurre para producir una unidad adicional del producto del proyecto. Cota: Altura de un punto de la superficie terrestre, o de una estructura medida con respecto al nivel del mar, o con respecto a un punto arbitrario de cota conocida. Crecida: Aumento brusco del caudal de un río, estero o quebrada debido a fuertes e intensas lluvias, o a un acelerado proceso de deshielo en la cordillera Cuenca: Territorio delimitado por la línea de las cumbres de cerros, en que sus aguas afluyen a un mismo punto en un río, lago o mar.
Cuneta: Canal pequeño formado por la depresión de la calzada y el borde de la acera usados en combinación con los sumideros Curvas de nivel: Línea en un plano que une los puntos del terreno los cuales tienen igual cota. Defensa fluvial longitudinal: Protección de la ribera de un río, estero o quebrada, hecha en base a roca o gaviones y fundada bajo el nivel de la rasante del fondo del cauce Densidad (hormigones): Cuociente entre la masa del hormigón y su volumen, a una temperatura determinada. Se expresa normalmente en Kg/m3. Densidad (pétreos): Cuociente entre la masa y el volumen de un material pétreo a una temperatura determinada. Se expresa normalmente en Kg/m3. Densidad (suelos): Cuociente entre la masa de un suelo y su volumen a una temperatura determinada. Se expresa normalmente en Kg/m3. Descarga: Obra que permite extraer agua de un embalse o descargar el agua de un colector o río en un cuerpo de agua (río, lago, o mar) Descimbre: Desencofrado o desmolde. Operación destinada a retirar los moldes y demás piezas de un encofrado o de una cimbra (Encofrado: Molde formado con tableros de madera o chapas de metal, en el que se vacía el hormigón hasta que fragua, y que se desmonta después). Diseño de Ingeniería: Especificaciones, cálculos, dimensionamiento y planos que permiten construir en terreno una determinada obra Disipador: Estructura de hormigón que permite bajar la energía de una corriente de agua que fluye con una alta velocidad, puede ser un pozo-estanque, dientes en el trayecto del agua, gradas, escalones, salto en ski, etc.
Dotación: Volumen de agua potable consumida por persona en un día, que permite hacer los cálculos de un sistema de abastecimiento de agua. Dren: Excavación en forma de zanja, rellena con material filtrante, que recoge y evacua las aguas cualquiera sea su procedencia. Drenaje: Extracción del agua en exceso en un área, debido a las lluvias o al agua de riego. Embalse: Conjunto de obras que permiten almacenar agua, consta de presa, vertedero, rápido, disipador, obra de toma, zona de válvulas de descarga, pared moldeada, vaso de inundación, túnel de desvío, etc. Empréstito o yacimiento: Área generalmente dentro del vaso de inundación donde se han prospectado los materiales aptos para construir el terraplén de la presa o zonas de relleno. Escorrentía: Porcentaje del agua caída que no se evapora ni se infiltra, sino que escurre por la superficie. Espigón defensa fluvial: Terraplén apoyado firmemente en la orilla y fundado bajo el nivel del fondo del cauce, que penetra en un río para alejar el eje de su corriente de la ribera, construido de conglomerado de roca, protegido en sus costados por rocas de mayor dimensión y cuya punta o nariz está constituida por rocas grandes de 700 o más Kg. Estabilización de Suelos: Mejoramiento de las propiedades físicas y/o mecánicas de un suelo mediante procedimientos mecánicos y/o físico – químicos. Estación meteorológica: Instalación equipada donde se realizan mediciones pluviométricas, presión atmosférica, evaporación, temperatura, caudales, volúmenes y otros con fines estadísticos útiles para la operación de los sistemas hidráulicos.
Estadística hidrológica: Listado ordenado de series de precipitaciones o caudales de un río, con datos provenientes de un horizonte de tiempo de 15 o más años. Estanque: Estructura de metal u hormigón para el almacenamiento de agua (en especial para el Consumo humano) que pueden estar enterrados, apoyados en la superficie o elevados sobre una torre (en este caso son metálicos) Estratos: Masas de suelo formada de capas horizontales de espesor más o menos uniforme. Estribo: Cerros laterales en una angostura de un valle en los cuales se apoya la presa de un embalse. Estructuras de caída: Cuando las condiciones topográficas del trazado de un canal presenta una pendiente fuerte se proyectan caídas que pueden ser rampas, escalones sencillos o gradas. Evaluación económica: Estudio económico que permite medir los beneficios de una determinada obra, una vez descontados los costos de inversión, conservación y operación. Evaporación efectiva: Volumen de agua que efectivamente se evapora de un embalse. Es calculado usando la evaporación potencial y considerando las condiciones de viento, temperatura y humedad del aire existentes en dicho embalse. Se mide en mm/hora, mm/día o mm/año. Evaporación potencial : Volumen de agua que pasa del estado líquido al estado de vapor, medido en una superficie distinta a la del agua, utilizando un aparato de medición denominado bandeja, evaporímetro o tanque evaporador. Evapotranspiración: Cantidad de agua que requiere cada cultivo agrícola para que la planta se desarrolle normalmente, depende de la latitud del lugar
Expropiación: Procedimiento legal, de común acuerdo o por decisión de un tribunal, mediante el cual la superficie que se requiere para la construcción de una obra pública, la inscribe el Estado bajo su dominio previo pago de indemnizaciones y su justo valor comercial a su propietario. Exudación (hormigón): Fenómeno que se produce durante la colocación del hormigón por sedimentación de las partículas sólidas debido a la acción de la fuerza de gravedad y de la vibración, Desplazando el agua hacia la superficie. Factibilidad: Estudio posterior y más completo que la pre factibilidad con mayor investigación y rigurosidad que permite medir si un determinado proyecto es realizable tanto desde el punto de vista técnico como económico. Filtro: Volumen de material pétreo gradado que permite extraer agua de un terraplén bajando así la presión hidrostática interna del mismo. Fluviometría: Medición de los caudales de agua que escurren por un cauce Fraguado (Hormigón): Proceso exotérmico en el cual la pasta acuosa de un conglomerante adquiere trabazón, consistencia y endurecimiento, merced a las modificaciones físico-químicas que tienen lugar entre el conglomerado y el agua. Geotextil: Tela de fibras de poliéster, polipropileno o de una combinación de ambos, que cumple con una serie de requisitos y que se utiliza principalmente, según sus propiedades, para reforzar suelos de baja capacidad de soporte, como filtro para drenaje y en la construcción de muros de sostenimiento de tierras. Gobierno electrónico: Uso de Tecnologías de Información y Comunicación (TICs) para aumentar la eficiencia y transparencia de la gestión pública, fortalecer la provisión de sus productos, mejorar la atención a usuarios-beneficiarios, así como garantizar una relación más directa con la ciudadanía en general.
Granulometría de un Árido: Distribución porcentual en masa de los distintos tamaños de partículas que constituyen un árido, determinada de acuerdo con Método normalizado Hectárea: Unidad de superficie que corresponde a 10.000 m2 Hectárea de riego básico: Unidad de superficie que es función de la productividad de la tierra en una determinado zona geográfica, corresponde al área del valle de Maipo, aumentando hacia el sur en la medida que baja de productividad, y disminuyendo hacia el norte en la medida que aumenta ésta. Hidrograma: Es un gráfico que muestra la variación en el tiempo de alguna información hidrológica tal como: nivel de agua, caudal, carga de sedimentos, etc. para un río, estero, quebrada o canal, si bien típicamente representa el caudal frente al tiempo; esto es equivalente a decir que es el gráfico de la descarga (L3/T) de un flujo en función del tiempo. Éstos pueden ser hidrogramas de tormenta e hidrogramas anuales, los que a su vez se dividen en perennes y en intermitentes Hidrograma unitario: Es un modelo matemático que representa la respuesta de la cuenca a la acción de una lluvia de exceso unitaria. La lluvia de exceso es la parte del aguacero que genera escorrentía superficial. Esta lluvia es unitaria cuando representa un volumen unitario de precipitación, por ejemplo 1 mm de lluvia repartida uniformemente sobre el área. El hidrograma unitario de una cuenca se determina por medio de análisis de lluvias e hidrogramas, o a partir de sus características morfométricas. Hidrología: Ciencia de la hidráulica que estudia y mide la disponibilidad de los recursos hídricos tanto superficial como subterráneos en una determinada cuenca Hietograma de una lluvia: Es una curva que representa la intensidad de la lluvia en función de las horas que duró ésta.
Hm3: Hectómetro cúbico, volumen que equivale a una hectárea cúbica, igual a un millón de Metros cúbicos. Hormigón: Mezcla de cemento, áridos (arena o grava) y agua que al fraguar presenta un material de gran dureza resistente a la compresión y abrasión, que al ser vaciado fresco en moldes permite construir diferentes estructuras Hormigón armado: Hormigón que incluye armaduras de acero para absorber las tensiones de la estructura Hormigón endurecido: Para los efectos de muestreo debe considerarse como endurecido el hormigón que no Cumple con la definición de hormigón fresco. Hormigón fresco : Aquel que ha terminado su proceso de mezclado y aún no ha sido colocado, sin sobrepasar un tiempo de dos horas para los cementos de grado corriente y una hora para los cementos de alta resistencia. El tiempo señalado se mide desde el comienzo del amasado. Huecos: Espacios vacíos entre las partículas de un suelo. Humedad: Porcentaje de agua que hay en los poros de un suelo, o porcentaje de vapor de agua en el aire en un volumen determinado Humedad de un suelo: Cociente entre la masa de agua presente en un suelo y su masa seca. Se expresa en porcentaje. Humedad óptima: Es la humedad de un suelo que ante un proceso de compactación logra su densidad máxima Huso: Área del globo terráqueo ubicado entre dos meridianos horarios Impulsión: Tubería que conduce el agua impulsada por una bomba hacia un estanque a mayor altura.
Infiltración: En un cauce natural o canal, es la porción del agua que se infiltra en el subsuelo Intensidad de lluvia: Volumen de precipitación por unidad de tiempo, se expresa en mm/hora Isoterma: Línea en un plano que representa todos los puntos de la atmósfera que tienen igual temperatura Isoterma cero (altura): Isoterma cuya temperatura es cero grado, representa durante una precipitación la altura desde la cual hacia arriba de ella la precipitación es en forma de nieve, y hacia abajo de ella en forma de lluvia. Cuando la isoterma cero tiene una altura sobre los 3.500 metros (clima cálido) y se produce una lluvia, hay una alta probabilidad de aluvión. Isoyetas: Línea en un plano que representa en un área todos los puntos que tienen igual nivel de Precipitación. Junta de Construcción: Juntas en estructuras de hormigón de tipo transversal o vertical, cuando la faena de hormigonado es interrumpida. Junta de Contracción: Corte realizado en una losa o muro para controlar la retracción del hormigón hidráulico por cambios de temperatura u otras causas. Levantamiento geodésico: Son levantamientos en grandes extensiones y se considera la curvatura terrestre Levantamiento topográfico: Es el conjunto de operaciones necesarias para determinar las posiciones de puntos y posteriormente su representación en un plano. La mayor parte de los levantamientos, tienen por objeto el cálculo de superficies y volúmenes, y la representación del relieve y de las medidas tomadas en el campo mediante perfiles y
planos, incluyendo además caminos, ríos, canales, lagunas, cercos, construcciones, árboles, etc. Limo: Suelo de grano fino con poca o ninguna plasticidad que en estado seco tiene apenas la cohesión necesaria para formar terrones fácilmente friables. El tamaño de sus partículas está comprendido entre 0,005 mm y 0,08 mm. Marco partidor: Estructura de hormigón o albañilería y metal que en la derivación de un canal permite dividir en los porcentajes que correspondan el caudal del canal Margen por hectárea: Es el beneficio económico que cada cultivo deja por hectárea al agricultor una vez descontados sus costos operacionales Material Inadecuado: Suelo no apto para servir los propósitos del terraplén. En general, este término se utiliza para designar los suelos de fundación de terraplenes que no cumplen con los requisitos especificados. Matriz: En los sistemas de agua potable es la tubería que conduce al agua desde el estanque hasta las viviendas. Membrana de Curado (Hormigón): Compuesto líquido formador de membrana o lámina impermeable que se aplica sobre la superficie de un hormigón luego de su colocación, con el objetivo de evitar la pérdida de humedad. Meridiano: Línea imaginaria que pasando por los polos cincunscribe todo el globo terráqueo, se mide en grados Este u Oeste medidos desde el meridiano que pasa por Greenwich, Inglaterra Método racional: Fórmula que permite calcular en cuencas medianas el caudal máximo que escurre, relacionando la intensidad de lluvia, el área de la cuenca y el coeficiente de escorrentía. Q = C i A /3,6 donde Q (m3/s), A (km2), i (mm/h)
Mortero: Mezcla de cemento, arena y agua en proporciones definidas Puede llevar incorporado un determinado aditivo. Napa Freática: Capa de agua libre subterránea presente en un determinado suelo. Nido de Piedra: Acumulación o concentración de agregado pétreo grueso (piedras) no rodeado por suelos finos, en zonas localizadas de extensión variable. Nival: Régimen hidrológico de una cuenca en que predominantemente sus recursos hídricos provienen del deshielo de la cordillera. Obra de toma: Estructura en un embalse que permite captar el agua dentro de éste y conducirla Aguas debajo de la presa Ortofoto: es una presentación fotográfica de una zona de la superficie terrestre, en el que todos los elementos presentan la misma escala, libre de errores y deformaciones, con la misma validez de un plano cartográfico. Pantalla en presa : Para mantener la estanqueidad en los embalses cuyas presas son del tipo CFRD o CFGD (es decir presas con terraplén filtrante), éstas se cubren en su talud aguas arriba con una pantalla de hormigón armado, la cual va adosada a la presa y apoyada en los plintos y en la pared moldeada. Paralelo: Línea imaginaria del contorno del globo terráqueo correspondiente a los distintos planos que son perpendiculares al eje de la tierra que pasa por los polos. Pared moldeada: Pared de hormigón armado de un espesor de aproximadamente 80 cms. que se construye bajo la intersección del talud aguas arriba de la presa con la superficie del valle, con la finalidad de retener lo más posible las aguas de su acuífero. Para lograr una estanqueidad total, la profundidad de la pared moldeada debe llegar hasta la roca.
Pedraplén: Relleno conformado por suelos gruesos con alto contenido de bolones y escaso contenido de finos y que se construye en forma similar a un terraplén. Peralte del nivel de agua: Subir el nivel del agua de un embalse mediante una estructura de tierra u hormigón. Pérdida de carga: Disminución de la presión del agua en una tubería, o pérdida de la velocidad de la corriente en un cauce o canal, debido a la rugosidad de las paredes de la tubería o del material que forma el cauce o canal Perfil topográfico: Línea dibujada en un plano que representa la cota de todos los puntos del relieve de un terreno, de la rasante de un canal, del terreno en una sección transversal Período de previsión: En un proyecto de abastecimiento de agua potable rural, es el horizonte de tiempo para el cual se estima que la oferta de agua potable para la cual se diseña el sistema, es igualada por la demanda Período de retorno: Es una medida de la probabilidad de ocurrencia de eventos mayores o iguales del que se analiza; por ejemplo si una lluvia o una crecida, tienen un período de retorno de 100 años, significa que esa lluvia o esa crecida tienen una probabilidad de ser igualada o excedida una vez cada cien años. Permeabilidad de un Suelo: Propiedad de los suelos o capas granulares de un pavimento de permitir el paso del agua a través de ellas. Se mide mediante ensayo y se expresa como coeficiente de permeabilidad. Es un indicador de la capacidad de drenaje del suelo o capa granular. Peso específico de un suelo: Cociente entre el peso de un suelo y su volumen a una temperatura determinada. Se expresa normalmente en Kg/m3.
Plan maestro: Estudio orientado a la planificación de inversiones en construcción, reparación y mantenimiento de infraestructura para diversos fines, así como la definición de acciones para estos mismos fines. En el caso de las ciudades chilenas con más de 50.000 habitantes se desarrollaron planes maestros para la evacuación y drenaje de las aguas lluvias. Plancheta: Representación topográfica de una porción de la superficie terrestre que además puede incluir elementos del medio humano, artificial o construido, como el caso de caminos, líneas férreas y edificaciones. Plinto: Estructura continúa de hormigón que va anclada en los estribos de una presa, y donde se apoya la pantalla de hormigón en los casos de presas de tipo CFRD o CFGD Pluvial: Régimen hidrológico de una cuenca en que predominantemente sus recursos hídricos provienen de las precipitaciones en ella Pluviometría: Medición de las precipitaciones que ocurren en una cuenca. Poligonal: Línea o sistemas de líneas abiertas o cerradas (formando polígonos), que unen puntos de terminación. El objetivo de la poligonal es el que sirva de base para situar y representar gráficamente los datos geológicos o topográficos; pueden ser abiertas o cerradas; los puntos extremos de los segmentos de recta se trazan tan próximos como sea posible, o bien, bastante cercanos entre sí. Poros: Espacios vacíos interiores de un suelo Porosidad: Cuociente entre el volumen de vacíos y el volumen total de suelo. Se expresa en Porcentaje. Pozo drenante: Excavación realizada para recibir y absorber agua drenada. Pozo profundo: Es una excavación de poco diámetro (máx. 50 cms.) que se hace con máquinas especiales de percusión o retropropulsión, con la finalidad de sacar aguas
subterráneas, Para que no se desmorone el pozo se instala una tubería de acero o PVC, ranuradas en los estratos de presencia de napas de agua, en vez de ranuras se instalan cribas o mallas de bronce o acero. Entre la tubería y el terreno se coloca arena y gravilla. La extracción del agua se hace preferentemente mediante bombas eléctricas sumergibles de varias etapas. Pre factibilidad: Estudio que en forma aproximada indique si un determinado proyecto es realizable tanto desde el punto de vista técnico como económico, y si conviene o no pasar a un estudio más profundo (Factibilidad) Presa: Terraplén de tierra o del tipo CFRD o CFGD que cierra un valle en una angostura con la finalidad de acumular agua Probabilidad de excedencia Hidrológica: Medida probabilística basada en datos de una serie histórica, que permite distinguir las características hidrológicas de una cuenca. Es decir, es el valor que indica en el porcentaje en el que los datos históricos registrados son iguales o mayores al que corresponde a dicho valor. Probeta de Hormigón: Muestra de hormigón endurecido de dimensiones predeterminadas y conservada en condiciones preestablecidas, para posteriormente ser sometida a ensayes. Proctor normal o modificado: Procedimiento de laboratorio mediante el cual una muestra obtenida in situ en un terraplén es medida y compactada con diferentes porcentajes de humedad, para obtener la humedad óptima. Rasante: Plano que define la superficie del fondo de un canal Recursos hídricos : Son las diferentes formas que se obtiene el agua, para el abastecimiento del riego de la agricultura, abastecimiento de agua potable, industria,
0minería, etc lluvia, nieve, agua superficial (lago, río, estero, quebrada), agua subterránea. Red primaria: Redes de colectores de drenaje de aguas lluvia, de un área urbana, definidos así en el Plan Maestro respectivo Resistencia Mecánica (hormigón): Resistencia a la ruptura de probetas de hormigón endurecido. Restitución aerofotogramétrica: Técnica que consiste en llevar a un plano georeferenciado, los elementos identificados en un juego de fotografías aéreas Revestimiento: Recubrimiento que se hace a la superficie de un canal para evitar la infiltración del agua, y también facilitar los trabajos de mantenimiento. El revestimiento puede ser en albañilería de piedra, membranas asfálticas y hormigón. Riles: Residuos industriales líquidos Rugosidad: La aspereza en el perímetro mojado de la superficie interna de una tubería que conduce agua, o de la superficie de un cauce, ofrece una resistencia a la corriente del agua, la rugosidad depende del material y mientras mayor sea la rugosidad del material menor será la velocidad de escurrimiento, y en un sistema a presión hará que ésta disminuya. Sedimentación: Formación de sedimentos a partir de partículas suspendidas en el agua. Seguridad 85%: Es la superficie que dispone de un caudal suficiente para satisfacer su demanda de riego durante el 85% del tiempo. El caudal disponible se obtendrá de un análisis de frecuencia del promedio de los caudales medios correspondientes a los tres meses de máxima demanda durante la temporada de riego, considerando un período hidrológico mínimo de 15 años.
Sondaje: Es una perforación en la superficie para obtener información de la calidad del suelo o de la roca, para estudios de fundación de infraestructura. Se ejecutan con máquinas de rotación provistas de taladro en su extremo que permite extraer testigos de 5 cm de diámetro para sus posteriores ensayes. Subcuenca: Cuenca que forma parte de una cuenca mayor, por ejemplo la cuenca correspondiente a un afluente de un río. Suelo: En mecánica de suelos, suelo es todo el material de la superficie de la tierra que no se reblandece en agua. Sumideros: Estructura de drenaje que consta de un depósito sedimentador, una rejilla que puede estar horizontal en la calzada sobre la cuneta, o vertical ubicada en el borde de la acera, y una tubería que conecta con el colector. Talud: Tangente del ángulo que forma el paramento de un corte o un terraplén de una presa con respecto a la vertical. Terraplén: Obra construida empleando suelos apropiados, debidamente compactados, para una presa o para establecer la fundación de una estructura Testigo: Muestra cilíndrica aserrada, extraída de elementos de hormigón estructural, cuyo Propósito es verificar que los diferentes parámetros de diseño (densidad, resistencia, etc.) Cumplan con las especificaciones de la obra. Topografía: Es la ciencia que estudia el conjunto de procedimientos para determinar las posiciones de puntos sobre la superficie de la tierra, por medio de medidas según los tres elementos del espacio, por ej. dos distancias y una elevación, o una distancia, una dirección y una elevación. Tranque: Embalse pequeño, generalmente para acumular las aguas de riego nocturnas.
Túnel de desvío: Para la construcción de un embalse, es necesario desviar el agua del río, lo que se hace mediante un túnel hecho por uno de los estribos, descargando el agua más abajo del sitio de la presa Válvulas: Elemento metálico con implemento mecánico, instalada en la descarga de una tubería a presión o en un tramo intermedio, dotada de un mecanismo que permite que una hoja de metal cierre o abra el paso de un flujo de agua (válvula de mariposa, de corta o de compuerta); o también en que el mecanismo consiste en un cono que moviéndose en la dirección del eje de la tubería abre u obtura el paso del flujo (válvula de chorro hueco) Vaso de inundación: Área de un valle limitada por la presa, y los cerros de los estribos, permitiendo la acumulación de agua hasta una altura máxima (por seguridad) unos dos metros menos que la cota de coronación de la presa.
Vertedero: Estructura que permite evacuar los volúmenes del agua embalsada que superen un nivel generalmente unos tres o cuatro metros por debajo del coronamiento de la presa, de forma de proteger la presa y demás estructuras. Los hay de cresta libre seguido de un rápido y una estructura disipadora, o también de borde libre pero sobre este unas compuertas de sector, o también del tipo que pueden trabajar ahogadas dentro del vaso de inundación (Morning Glory). Ver Caudal de vertimiento Vertimiento: Evacuación de los volúmenes de agua de un embalse que exceden la capacidad máxima de acumulación de éste, derivados de crecidas de los caudales afluentes. Volumen muerto: Volumen remanente no utilizable que queda después de producida la descarga total del embalse.
BIBLIOGRAFIA
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http://zamoranews.com/provincia-zamora/item/16974-adif-finaliza-la-perforaciondel-tunel-de-a-canda-entre-la-galeria-de-ataque-intermedio-y-la-boca-este
http://www.adifaltavelocidad.es/eu_ES/comunicacion_y_prensa/fichas_de_actualid ad/ficha_actualidad_00068.shtml
http://enelsubte.com/noticias/construccion-de-tuneles-de-subte/
ANEXOS ANEXO A
VELOCIDAD DE DESCENSO DE PARTÍCULAS ESFÉRICAS EN AGUA TRANQUILA A 10 ° C. PARA OTRA TEMPERATURA DE AGUA, SE DEBEN MULTIPLICAR LOS VALORES SEGÚN LA LEY DE STOKE POR EL FACTOR
ANEXO B
COEFICIENTES DE DESCARGA PARA LAS CRESTAS DE CIMACIO EN PARED VERTICAL.
ANEXO C
TABLA DE R1 Y R2 PARA EL DISEÑO DEL AZUD.
ANEXO D
COEFICIENTES PARA LA DISTRIBUCION PARAMENTOS DE TALUD CONSTANTE.
DE
PRESION
PARA
LOS
ANEXO E
TABLA DE CONVERSION DE UNIDADES AL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI).
ANEXO F
TABLA DE FIGURAS GEOMETRICAS APLICADAS PARA EL DISEÑO HIDRAULICO.
CURRICULUM VITAE
Señor
Datos Personales 1.1 Apellidos:
1.2. Nombres:
Vera Domínguez
1 . 3 Cé du l a d e Ci u da da n í a N º :
Francisco Javier
1.4 Nacionalidad:
1302324809
1 . 5 F e c h a de N a c i m i e n t o :
Ecuatoriano
1 . 6 Cé du l a M i l i t a r N º :
16 Marzo 1957
1.7 Lugar de Nacimiento:
13023248089
1 . 8 E s t a do C i v i l :
Manta - Manabí
1.9 Dirección Domiciliaria:
Casado
Urb. El Portal –Vía Pajonal Km 1.5
1.10. Apellidos y Nombres del Padre:
1 . 1 1 A p e l l i d o s y N o m b r e s de l a M a dr e :
1 . 1 2 A p e l l i d o s y N o m b r e s de l Cónyuge:
Vera Cedeño José Ulpiano
Domínguez Delgado Carmen Leonor
Triviño Santana Dolores Narcisa
1 . 1 4 N o m b r e de l o s h i j o s :
1 . 1 5 T e l é f o n o Co n v e n c i o n a l del Domicilio:
1.13 Número de hijos:
4
Yara Ivette – Andrea Verónica – Esteban Javier – Francisco Javier
1.16 Lugar de Trabajo:
1 . 1 7 D i r e c c i ó n de o t r o s trabajos:
Utmach : UAIC - Construcciones Corpvera S.A.
2982267 1.18 Teléfono convencional del trabajo:
Calle Guayaquil s/n y Avda Loja
1.19 Teléfono Celular:
1 . 2 0 Co r r e o e l e c t r ó n i c o :
0992831614
[email protected]
2982267 1.21 Tipo de sangre:
A+
1 . 2 2 E n fe r m e d a d e s q u e a d o l e c e :
Ninguna
Datos como funcionario de la Universidad Técnica de Machala 2 . 1 . U n i da d A d m i n i s t r a t i v a :
Ingeniería Civil 2.4. Tipo de personal:
2.2 Provincia:
El Oro 2 . 5 F e c h a de i n g r e s o a laborar: 1987
2 . 3 Ca n t ó n :
Machala 2 . 6 Ca r g o q u e d e s e m p e ñ a
actualmente: Docente
Docente 2.7 Cargos que ha desempeñado anteriormente:
Docente
2 . 8 Ca r g o s d e r e p r e s e n t a c i ó n e s t u di a n t i l obtenidos:
2 . 9 Ca r g o s d e r e p r e s e n t a c i ó n de e m p l e a do s o b t e n i do s :
3.2 Primaria (Escuela):
3 . 3 S e c u n da r i a ( Co l e g i o ) :
Julio Pierregrosse - Manta
Salesiano San José - Manta
Formación académica 3.1 Pre – Escolar (Jardín):
3 . 4 S u p e r i o r P R E - G R A D O ( U n i v e r s i d a d) :
Universidad Central del Ecuador – Quito 3.5 Superior POST-GRADO:
Universidad Técnica de Machala
Experiencia Laboral (Excepción de la Universidad): Director Provincial del Instituto Ecuatoriano de Obras Sanitarias. IEOS Gerente general de Construcciones Corpvera S.A.
Menciones, Certificados, Cursos, Seminarios, Congresos y Otros que haya asistido (en los últimos cinco años: Ponerlos en orden cronológico. 1. Certificado Primera Jornada Académica, Septiembre 17 de 2010 2. Certificado de Global Management Center (Project Formulation) Febrero 24 de 2011 3. Certificado de Global Management Center (Balanced Scorecard) Marzo 04 de 2011 4. Certificado de II Jornadas de Ingeniería Civil y Ambiental , Junio 24 de 2011
5. Certificado de Taller de Tutorías Docentes Universitarias de la Utmach, Octubre 17 de 2011 6. Certificado de Uso Educativo de las Tecnologías de Información y Comunicación (TIC´s), Diciembre 16 de 2011 7. Certificado de Manejo de TIC`s, Razonamiento Lógico Especial, Didáctica de Nivel Superior, Diseño de Investigación y Elaboración de Tesis, Abril 30 de 2013 8. Certificado “Ciclo de conferencias, por conmemorarse el XL Aniversario de creación de la FIC”. Septiembre 20 de 2013. 9. Seminario Taller de “Didáctica de la Clase”, Octubre del 2013. 10. Seminario Taller de “Acercamiento a la Investigación y Trabajos de Titulación”, Abril de 2014. 11. Congreso IV Internacional de la Construcción, Noviembre 12 de 2012 12. Congreso Internacional de Ingeniería Civil, Junio de 2013. 13. Congreso Nacional de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Aeisa “Retos del País en la Construcción del Nuevo Marco Regulatorio para la Gestión Integral del Agua y del Ambiente”. Junio de 2010 14. Diplomado superior en formulación y evaluación de Proyectos . Univ. Agraria del Ecuador Menciones,
PUBLICACIONES Metodología para desarrollar proyectos de vivienda para clase media Texto para la materia de diseño hidráulico
