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• Erick Santiago Resabala Macías

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UNIVERSIDAD TECNICA DE MANABI FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS FISICAS Y QUIMICAS CARRERA DE INGENIERIA CIVIL PROYECTO DE PRESAS Y EMBALSES TEMA: EVALUACIÓN DE PRESA LA ESPERANZA PROFESORA: ING. GLORIA SANTANA CURSO: 9NO “H” CIVIL

INTEGRANTES:  Navarrete Jaramillo Henry  Palma Montesdeoca Andrés  Resabala Macías Erick

Objetivos.-

Objetivo general.

Realizar una evaluación general de la Presa la Esperanza.

Objetivos específicos.Conocer los principales motivos de la construcción de la presa. Especificar todas las características generales de la presa. Investigar sobre cada componente que conforma la presa. Consultar datos precisos sobre todas las funciones para la cual fue construida la presa.

TEMA: EVALUACIÓN DE PRESA LA ESPERANZA

INTRODUCCIÓN El objetivo principal de la presa “La Esperanza” es el control de los aportes hídricos del río Carrizal para evitar parcialmente las inundaciones de la zona baja de la cuenca y satisfacer las demandas hídricas de las poblaciones y áreas de regadío del valle inferior. El sitio de construcción de la presa se encuentra aproximadamente a 13 Km. al sureste de la ciudad de Calceta, en el curso medio superior del río Carrizal, inmediatamente aguas abajo de la confluencia de los ríos Barro y Cañas. El embalse de “La Esperanza” constituye la pieza esencial para lograr el desarrollo agropecuario integral de una extensa zona, situada en un valle formado por la confluencia de los ríos Carrizal y Chone. De acuerdo con los estudios desarrollados por el CRM, estas demandas pueden cifrarse en 260 x 106m³ anuales, repartidas de la siguiente forma: a) Demanda de agua potable

:

20 x 106m³

b) Demanda de agua para riego

:

240 x 106m³

Adicionalmente, el embalse de la presa La Esperanza es también la pieza básica para la recepción de caudales sobrantes del embalse Daule-Peripa, mediante un primer trasvase y para su uso en el embalse de Poza Honda mediante un segundo trasvase. El volumen promedio previsto de 240 Hm³ para riego, permitirá satisfacer las necesidades de regadío de 25.000 has.

DISEÑO

INICIAL

El diseño inicial de la presa desarrollado por la Asociación

AGRAR-INTEGRAL-

SALZGITTER en Septiembre de 1976 estaba constituido por las siguientes obras principales: a) Presa zonificada de tierra formada por:  cuerpo de apoyo  núcleo impermeable vertical  colchón impermeable horizontal desde el núcleo hacia aguas arriba  carreteras de acceso y servicio. b)

c)

Vertedero de crecidas para una descarga máxima de 780 m³/s: 

azud del vertedero de 36 m, sin compuertas



puentes sobre el vertedero



canal de desfogue



disipador de energías

Túnel  El túnel de 4 m. de diámetro revestido en hormigón armado y con blindaje de acero, funcionaba durante la construcción de la presa como túnel de desvío con una capacidad Q máx. = 99,5 m³/s y luego como túnel de toma para un caudal máximo de operación Qo=22,5 m³/s.

d)

Entrada al túnel de operación con una compuerta de emergencia deslizable sobre guías en el talud aguas arriba de la presa.

e)

Salida del túnel con dos compuertas independientes de alta presión.

f)



disipador de energías



obra de repartición



canal de descarga al río

Carreteras 

carretera permanente entre Quiroga y la presa



carreteras de servicio sobre la corona de la presa y para el túnel.

Las cotas y dimensiones principales de las obras eran: A.

Presa  Pie de la presa 28 m.s.n.m.n  Corona de la presa 65 m.s.n.m.  Altura máxima de la presa

37 m.

 Longitud de la corona 600 m.  Ancho de la corona 10 m. Pendiente principal del talud:  Aguas abajo

1:2,5 - 1:3

 Aguas arriba

1:3

Volúmenes:  Núcleo y colchón impermeable 540,000 m³  Cuerpo de apoyo

1,740,000 m³

 Filtros

178,000 m³

 Enrocado

136,000 m³

B.

Vertedor  Cota del azud del vertedero

58 m.s.n.m.

 Cota solera disipador energías 19 m.s.n.m. Puente sobre el azud:  Cota65 m.s.n.m.  Luz 36 m. Puente sobre el canal de desfogue:  Cota 35 m.s.n.m.  Luz 20 m.  Canal de desfogue, long. 195,67 m.  Disipador de energías, long.

53,00 m.

 Canal de transición al río 100,00 m. C.

Túnel  Longitud total

310,00 m.

 Diámetro interior 4,00 m.  Cota mínima de la entrada de la galería 33,00 m.s.n.m.  Salida de la galería 23,7 m.s.n.m. D.

Carreteras  Quiroga - La Esperanza, long. 2.511 m.  Clase III (MOP)

Puente Río Trueno:  Clase H20-S-16-44 (AASHO)  Luz 2 x 20 m. Carretera de servicio al túnel:  Longitud

640 m.

Carretera de servicio en la corona de la presa:  Longitud total aproximada

507 m.

En Agosto de 1978 se inició la construcción de las obras que habían sido adjudicadas a la Empresa Coreana DAEWOO DEVELOPMENT luego de un concurso internacional promovido por el Centro de Rehabilitación de Manabí. Al efectuar las excavaciones en el área de la terraza se descubrió la existencia de condiciones no favorables de los sedimentos aluviales que impedían la continuación de las obras con el diseño existente.

Como consecuencia de ello, los trabajos de

construcción se paralizaron a fines del año 1979. Para resolver este problema, el Centro de Rehabilitación de Manabí convocó en Septiembre de 1981 a un concurso internacional de firmas consultoras y adjudicó en Diciembre de 1981 a la Asociación INTECSA-GEOSISA la realización de la campaña de reconocimientos geotécnicos complementarios y el rediseño completo de la presa. REDISEÑO

El Rediseño elaborado por INTECSA-GEOSISA, incluyendo los últimos ajustes dados por el modelo hidráulico de las obras de desagüe de fondo y toma de riego se entregó en el mes de Enero de 1984. Las variaciones o cambios más importantes que se hicieron en relación al diseño inicial son las siguientes: 1)

Cuerpo de Presa. Siendo la cota del fondo de rio 24 m.s.n.m., se elevó la corona de la presa de la cota 65 m.s.n.m. a la cota 69 m.s.n.m. para poder embalsar 450’000.000 m³ que es el volumen requerido para garantizar el riego a la zona baja del proyecto. Se suavizó la pendiente del talud de aguas arriba y se ensanchó el núcleo para darle mayor solidez. Para el desvió del rio y protección de las obras durante la construcción se diseñó una ataguía cuya corona se fijó en la cota 42 m.s.n.m. y que luego quedaba incorporada como parte del cuerpo de la presa.

2)

Vertedero.En el diseño inicial estaba ubicado sobre el estribo izquierdo de la presa. Disponía de una sección de control con el umbral a la cota 56,00 m.s.n.m. y de 36 m. de longitud. La explanación del canal de aproximación se efectuaba a la cota 53,00 m.s.n.m. y la altura de la lámina de diseño era de 5 m. La campaña de reconocimiento geotécnico demostró que en la ladera derecha de la presa existían mejores condiciones para cimentar esta importante obra, por lo que se decidió encajarlo en este estribo, aprovechando para la cimentación del cuenco el nivel sano de las rocas lutíticas.

La estructura de control se la diseñó de 4 vanos provistos de perfil vertiente tipo Bradley con sus compuertas de sector. El canal de aproximación está a la cota 60.00 m.s.n.m. y el umbral a la cota 62.00 m.s.n.m.

3)

Salida de Fondo. En el diseño inicial, el cuenco amortiguador de la salida de fondo estaba previsto para disipar hasta 25 m³/seg. Como máximo, por lo que siendo la capacidad del túnel mucho mayor, se optó por aumentar la capacidad de la rejilla de captación y del cuenco amortiguador a 110 m³/seg. A fin de aprovechar al máximo la capacidad hidráulica del túnel ya construido.

4)

Cimentación en el llano aluvial. En el rediseño de INTECSA-GEOSISA se suprimió el colchón impermeable indicado en el diseño inicial y se optó por la eliminación de los sedimentos limoarcillosos blandos; este trabajo requería la excavación de 10 a 12 mts. Bajo el nivel freático de importantes volúmenes (400.000 m³) Además se decidió por la impermeabilización de los sedimentos fluviales permeables (arenas y gravas) mediante la construcción de una pantalla (N°1) de mortero plástico contínua, ubicada al pie de aguas abajo de la ataguía, que atravesando todo el aluvial llegue y se empotre en el fondo rocoso constituido por rocas lutiticas y areniscas. Para efectuar la excavación de los sedimentos limo arcillosos blandos, se contemplaba construcción de una segunda pantalla (N°2) de mortero plástico al pie aguas abajo de la presa con el fin de formar un recinto estanco delimitado por las pantallas. La pantalla N° 1 tenía una profundidad máxima prevista de 60 m. y una extensión de 5.400 m² con una longitud en cabeza de 217 m.; su espesor era de 0,80 mts.

La pantalla N° 2 tenía una profundidad máxima prevista de 70 m. y una extensión de 6.100 m² con una longitud en cabeza de 210 m.; su espesor era de 0,60 mts. Para las dos pantallas se eligió mortero plástico por ser un material más deformable y de comportamiento y estructura similar al aluvial que lo confinaría. ANTESCEDENTES HIDROLOGICO El resumen de las características de las obras rediseñadas por INTECSA-GEOSISA es el siguiente: a)

b)

Antecedentes hidrológicos:  Superficie total de la cuenca del embalse

445 Km²

 Aportación media anual (histórica)

376 Hm³

 Aportación media anual (serie generada 1)

306 Hm³

 Caudal máximo crecida milenaria

3030 m³/seg.

 Caudal máximo crecida centenaria

2120 m³/seg.

 Tasa sedimento anual

640.000 m³

Finalidad embalse:  Demanda agua potable  Demanda riego

c)

20 Hm³/año 240 Hm³/año

Embalse La Esperanza:  Volúmen total  Volúmen útil  Volumen muerto

450 Hm³ 390 Hm³ 60 Hm³

d)

 Nivel máximo normal

66 ,00 m.s.n.m.

 Nivel mínimo normal

37,00 m.s.n.m.

Presa:  Nivel coronación

69,00 m.s.n.m.

 Nivel máximo crecidas

67,67 m.s.n.m.

 Nivel cauce del río

22,00 m.s.n.m.

 Altura máxima presa (sobre cauce) 47,00 m.s.n.m.  Altura máxima presa (sobre cimiento)

e)

57,00 m.s.n.m.

 Longitud de coronación

696 m.

 Volúmen rellenos

3.700.000 m³

Ataguía:  Nivel coronación

42,00 m.s.n.m.

 Altura máxima (sobre cimiento)  Longitud de coronación

22,00 m.s.n.m. 400 m.

 Volúmen rellenos (incluida ladera derecha) 530.000 m³ f)

Desvío:  Caudal de diseño

110 m³/seg

 Sección del túnel

Ø 3.80 m.

 Longitud del túnel g)

280 m.

Obras de entrada del conducto de descarga del embalse: Equipos en torre: Ataguía de 3,60 x 3,50 accionada por cabrestante y compuerta vagón de 3,60 x 3,50 accionada por servomotor.

h)

Obras de Salida del conducto de descarga del embalse:  Desagüe de fondo:  Caudal de diseño:

110 m³/seg.

 Equipos en caseta: 2 compuertas rectangulares de 2,30 x 2,30 accionadas por servomotor. Toma de riego:  Caudal de diseño:

38 m³/seg.

 Equipos en caseta: 2 válvulas de mariposa Ø 1,20 y 2 válvulas cónicas Ø 1,20 accionadas por servomotor.  Restitución ecológica:  Caudal de diseño:

5 m³/seg.

 Equipos en caseta: 1 válvula de mariposa Ø 0,60 y 1 válvula cónica Ø 0,60 accionadas por servomotor. i)

Vertedero:  Caudal de diseño:

900 m³/seg.

 Equipos: 4 compuertas Taintor de 7,50 x 4, accionadas por servomotor, con sus correspondientes ataguías. Con este rediseño elaborado por INTECSA, el Centro de Rehabilitación de Manabí, contrató con DRAGADOS Y CONSTRUCCIONES S.A., la construcción de la presa La Esperanza que se inicio en el mes de Junio de 1992. REDISEÑO MEJORADO

Ya comenzada la ejecución de las obras el Sr. Jefe del Proyecto Carrizal-Chone, Supervisor por parte del C.R.M., del proyecto de la presa de La Esperanza, manifestó su preocupación por el correcto funcionamiento del proyecto, una vez construido, ante la existencia de una segunda pantalla aguas abajo. Esta duda fue basada en los informes emitidos en su día por el Dr. Sherard. Ante esta petición DRAGADOS puso a su departamento técnico en el análisis del problema y se contactó con el Dr. M.Duncan; profesor de la Universidad de Virginia Tech; colaborador con el Dr. Sherard hasta su fallecimiento en este tipo de análisis. Además el Dr. Duncan ha desarrollado un fiable y completo programa de cálculo para presas de tierra. Como resultado de los primeros análisis efectuados se llegó a la conclusión de que era posible, introduciendo una serie de modificaciones, eliminar la construcción de la pantalla N° 2 modernizando el rediseño y asegurando un mejor funcionamiento futuro del proyecto. Así fue comunicado al C.R.M. por lo cual el Supervisor del proyecto solicitó a Dragados la presentación detallada de su propuesta, para desarrollar un rediseño mejorado que permita actualizar el rediseño de INTECSA-GEOSISA y ejecutar la obra, de acuerdo a las técnicas más avanzadas en presas de tierra. En el rediseño mejorado presentado por DRAGADOS Y CONSTRUCCIONES, se considera el problema de la cimentación y adicionalmente se ha dado solución a una serie de modificaciones y mejoras de diseño motivadas por otras causas distintas a la señalada, las cuales son las siguientes: (Figura N° 3). 1.-

El diseño del vertedero de crecidas que se realizó en el año 82 no pudo corroborar su idoneidad mediante un ensayo en modelo hidráulico, por falta de presupuesto, hasta el año 1986. Los resultados de dicho ensayo fueron remitidos al contratista y, como resultado de los mismos, se constató la necesidad de modificar la zona de embocadura

de la rápida; el cuenco de amortiguación y, lo que es más importante, las dimensiones de las compuertas. 2.-

El rediseño que se efectuó en el año 1982 procuraba mantener la mayor cantidad posible de las obras realizadas por la empresa DAEWOO. Entre las cosas que fue factible respetar se encontraba el túnel de desvío y toma. No obstante cuando se comenzaron las obras nuevamente, en el año 1992, se constató que dicho túnel estaba desplazado de la posición que debía haber tenido. Esta variación de posición implicó una modificación en la pasarela a la torre de compuertas, y en todas las obras de salida.

3.-

El rediseño redactado en el año 1982 preveía que, por discontinuidad en la financiación, primero se realizaría una presa de dimensiones muchos menores, la cual incluía su vertedero propio, y al cabo de 5 ó 6 años se realizaría la presa definitiva que englobaría a la anterior. Actualmente tal supuesto ya no se da y se procedió a la construcción total en una sola etapa. Por ello desaparece dicha pequeña presa de primera etapa y su vertedero provisorio; pero fue necesario construir una barrera de protección, mas alta y con diferente composición que la mencionada presa pequeña, para ejecutar los trabajos en el cauce durante la cimentación; ello implicó también la modificación del predesvío que, originalmente, solo era válido para el caudal de verano; lo cual no es suficiente en esta nueva concepción.

4.-

En el mes de Junio de 1993, DRAGADOS Y CONSTRUCCIONES S.A., realizó una campaña de exploración de la zona de cimentación de la presa, con el fin de determinar si era necesario efectuar algún tratamiento antes de la construcción de la misma.

Los sondeos y ensayos revelaron la presencia de suelos arenosos y limo arenosos sueltos (NSPT30 m.) a 1,00 m. en lugar de 0,80 metros. 3. Cambio del sistema de construcción de juntas entre paneles. Se ha decidido sustituir el mortero plástico por hormigón plástico, porque en la práctica se ha demostrado que es posible fabricar un hormigón lo suficientemente plástico como para tolerar las deformaciones del terreno, y con la consistencia suficiente que garantice un producto final de mejor calidad que con el mortero plástico. Los análisis del comportamiento tenso-deformacional del cuerpo de presa y su cimentación, realizados por el método de elementos finitos (Duncan y Filz, 1993), indican que una pantalla de hormigón plástico con un módulo de deformación de 150 Mpa y una resistencia a la compresión de 0,5 Mpa, presentaron un comportamiento satisfactorio. Se ha decidido cambiar el espesor de la pantalla en su parte más profunda, para garantizar la continuidad de los paneles. Para profundidades de más de 30 metros, con un espesor de 1,00 metro, se puede garantizar la continuidad de la pantalla con mejores márgenes de confianza que con 0,80 m. de espesor. El sistema de unión entre paneles de la pantalla que se describe en el rediseño, consiste de juntas realizadas mediante la colocación de tuberías de junta. Este

sistema presenta problemas de ejecución debido al rozamiento producido en el contacto de la tubería con el hormigón plástico ya consistente, lo que haría muy problemática la extracción de la tubería. Además, el hormigón plástico tardaría algunos días en adquirir la consistencia necesaria para efectuar el desencofrado, por lo que existe un gran riesgo de que el hormigón plástico fluya en profundidad debido a su baja resistencia y al efecto de succión producido al retirar la tubería de junta. En consecuencia, se propuso realizar la junta de los paneles mediante el procedimiento siguiente: -

Excavación de paneles primarios.

-

Limpieza de la excavación y cambio del lodo bentonítico por un lodo sin arena, al final de la excavación.

-

Vaciado de hormigón plástico, según la metodología de vaciado para muro colado.

-

Excavación y vaciado de otro panel primario separado 2,80 metros del primero.

-

Excavación y vaciado de un panel secundario intermedio. Este panel “morderá” unos 40 cm. de cada panel primario adyacente para asegurar una continuidad perfecta y, en este caso, no fluirá el hormigón debido a la presencia de una contrapresión de lodo bentonítico. Este tipo de junta garantiza un mejor funcionamiento de la pantalla de hormigón plástico como barrera de control de filtraciones, en la cimentación de la presa, y además es el tipo de junta que se ha venido utilizando en pantallas semejantes a la pantalla N° 1 del rediseño.

En la construcción de la pantalla se utilizaron 10.035 m³ de hormigón plástico y se consumieron 863 Ton. de Bentonita. La longitud total de la pantalla es de 240 m., el largo del panel más profundo es de 49 mts. y la superficie total es de 9.925 m².

4.

Inyecciones Se realizaron inyecciones de impermeabilización de las cortinas en las laderas derecha e izquierda de la presa, inyecciones de consolidación bajo la cimentación de la estructura de control del aliviadero e inyecciones de relleno, en galerías y túneles entre el revestimiento de hormigón y la excavación. CORTINA TRILINEAL DE IMPERMEABILIZACION. La cortina trilineal se inyectó con el método descendente en tramos de 5 m.l. sin llegar a obtener los valores de cierre establecidos, por lo que se decidió ejecutar un tratamiento secundario con tubo Manguito, de modo de asegurar la inyección de los tramos de profundidad superior a 20 metros. La tubería de inyección se fabricó con tubería de PVC de 63mm. de diámetro con dos orificios por metro lineal. Los primeros 44 taladros inyectados dieron una admisión promedio de 143 Kg/m.l. de perforación, luego se realizaron los sondeos de comprobación con pruebas de permeabilidad que dieron valores LUGEON 1 y 2, resultados que están dentro de lo admisible. PANTALLA BILINEAL DE JET-GROUTING EN MARGEN DERECHA En la zona comprendida ente el origen de la pantalla plástica y la margen derecha, de 72 metros de longitud, estaba prevista la ejecución de una cortina monolineal de inyección convencional; las pruebas de permeabilidad realizadas en algunos sondeos de comprobación evidenciaron la baja eficiencia de este tratamiento, sobre todo en los niveles de areniscas deleznables entre la cota +20 y +5, por lo cual se decidió ejecutar una columna de Jet-Grouting compuesta de dos hileras de columnas situadas a Tresbolillo con un espaciamiento entre columnas de 0.60 m. y de 0,52 m. entre hileras. Los parámetros de tratamiento aplicados fueron los siguientes:

-

Presión de inyección:

400 Kg/cm²

-

Velocidad ascencial:6.7 - 8 mm/seg.

-

Velocidad de rotación:

16 - 35 R.P.M.

-

Diámetro de Toberas:

2.2 mm.

-

Dosificación de lechada:

Relación A/C en peso 1:1

PANTALLA BILINEAL DE JET-GROUTING EN MARGEN IZQUIERDA En la ladera izquierda estaba previsto el tratamiento mediante una cortina trilineal de inyección con origen en la pantalla de hormigón plástico. Durante la ejecución de este tratamiento no se pudo impermeabilizar a satisfacción por la presencia de una zona brechoza que son los materiales constituyentes de la ladera (TV, TZ y TB), tal como lo confirmaron sondeos de reconocimiento ejecutados posteriormente. En función de estos resultados se optó por iniciar el tratamiento con Jet-Grouting, con las mismas características a la ejecutada

en la margen derecha, llegándose a obtener valores de

permeabilidad excelentes. 5.

Dique de Protección Se concibe como un relleno de sección trapezoidal cuya corona de 6 mts. de ancho está a la cota 48 y sus taludes son 3H:1V aguas arriba y 2H:1V aguas abajo. La cota más profunda de cimentación es la 20,00 m.s.n.m., por lo que su altura es de 28 m. En el espaldón de aguas arriba dispone de una berma de estabilización de 35 m. de ancho a la cota 35 m.s.n.m. y talud de vertido 4 H:1V. La sección propiamente dicha de la ataguía es homogenea con material de núcleo en toda ella. El espaldón de aguas arriba está protegido por arenisca calcárea, salvo en las zonas próximas a las estructuras de captación, que se ha previsto de enrocado de basalto.

6.-

Vertedero La solución base del vertedero es la estudiada en el rediseño de la presa, a la cual se le ha añadido una serie de modificaciones que optimizan su diseño y que son consecuencia del resultado de los ensayos en modelo hidráulico realizados en el Laboratorio de Investigaciones Hidráulicas de la Escuela Politécnica Nacional en Quito (Ecuador). El informe técnico final definitivo de Julio de 1986 recoge las resoluciones alcanzadas, que a continuación se reflejarán en la descripción. 6.1.

Efecto Regulador del Embalse.

El importante efecto regulador del embalse de La Esperanza frente a las crecidas máximas probables fue cuantificado con los estudios de laminación realizados. El caudal de diseño del vertedero fue obtenido analizando la descarga del hidrograma de la crecida, con período de retorno de 1.000 años, operando normalmente las cuatro compuertas del vertedero. Los resultados del estudio son:  Máximo caudal afluente

3.062 m³/seg.

 Máximo caudal efluente

885 m³/seg.

 Máximo nivel embalse

67,75 m.s.n.m.

En consecuencia, se diseñó el vertedero para un caudal de 900 m³/seg. y el perfil Bradley de la sección de control se definío para una lámina vertiente de 5,75 m. sobre la cota 62,00. Adicionalmente se realizaron las siguientes verificaciones: a)

Descarga de la crecida de 500 años.

 Máximo caudal afluente

2.706 m³/seg.

 Máximo caudal efluente

789 m³/seg.

 Máximo nivel de embalse b)

67,35 m.s.n.m.

Descarga de la crecida de 150 años.  Máximo caudal afluente 2.148 m³/seg.  Máximo caudal efluente 700 m³/seg.  Máximo nivel embalse 66,97 m.s.n.m.

c)

Descarga de la crecida de 50 años.  Máximo caudal afluente 1.948 m³/seg.  Máximo caudal efluente 673 m³/seg.  Máximo nivel embalse 66,85 m.s.n.m.

d)

Descarga de la crecida de 10 años (primera onda) con las cuatro compuertas cerradas:  Máximo caudal afluente 1.022 m³/seg.  Máximo caudal efluente 46 m³/seg.  Máximo nivel embalse66 ,92 m.s.n.m.

e)

Descarga máxima partiendo del nivel de operación y levantando simultáneamente las cuatro compuertas:

En este supuesto el máximo caudal entregado por el vertedero es de 490 m³/seg. Resultado de todos estos estudios fue diseñar compuertas con su borde superior a la cota 66,00 y previstas para una lámina vertiente sobre coronación de 1 m.

6.2.

Canal de acceso.

Se excavó en su totalidad en suelos residuales o en rocas de baja calidad geotécnica. Estas excavaciones (con taludes 2H:1V) permitieron configurar, junto con los rellenos del cuerpo de presa definidos en los planos, una explanada de aproximación a la cota 60,00.

6.3.

Embudo de alimentación

Con el objeto de permitir el enlace entre el canal de acceso y la sección rectangular de la estructura de control, ha sido necesario construir una transición en forma elíptica que permita efectuar dicho enlace minimizando las pérdidas de carga en su funcionamiento. Esta transición varía el ancho del embudo entre 57,50 m. y 37,50 m. en una longitud de 33 m. Para garantizar la alimentación frontal y evitar filtraciones laterales se han diseñado muros de hormigón armado coronados a la cota 69,00 y fundados en zapatas en el terreno natural. Para lograr la impermeabilización con las juntas de expansión de los muros se han colocado bandas de caucho de 25 cm. Se colocó una protección de escollera en el extremo de aguas arriba del pie del muro de encauzamiento en razón de los vórtices que se generan en esta zona. 6.4.

Sección de Control.

Esta estructura está formada por cuatro vanos de 8.00 m. de ancho, provistos de compuertas de sector accionados por servomecanismos, los que son comandados por dos grupos hidráulicos, ubicados en dos de las pilas intermedias.

El ancho de estas pilas es 2.00 m.

Aguas arriba de cada

compuerta de sector se ha dispuesto de un marco-guía para colocar compuertas planas de emergencia del tipo tableros desmontables, los que

permitirán aislar una de las compuertas de sector en el caso de requerirse para una inspección, mantenimiento o reparación. Estas compuertas de tablero serán accionadas mediante un tecle eléctrico, colgado de un monorriel dispuesto sobre la estructura. La obra civil de esta estructura estará formada por un perfil Bradley (para 5,75 m. de lámina vertiente), que se enlaza con el rápido de descarga mediante una curva circular de 6 m. de radio. Está separada en cuatro vanos de 8.00 m. de ancho cada uno, por intermedio de pilas de 2.00 m. de espesor. La cota de fundación es la 57,00 y la altura máxima de esta estructura es de 12 m. Sobre las pilas se apoya un puente de maniobras y de acceso constituído por un tablero de hormigón armado, fabricado “in situ” de 5 m. de ancho, que aloja la calzada central de 3,50 m., una acera lateral y las correspondientes barandas y barandillas de defensa y seguridad. La acera lleva incorporada una canaleta de distribución de los tubos de presión de los servomecanismos. Además del puente, sobre las pilas se construyeron cinco pilares de hormigón armado, con una ménsula superior, para apoyar en estas la viga metálica de soporte del monorriel. 6.5.

Rápida de descarga.-

Esta obra está formada por un primer tramo de 71,50 m. de longitud y 5,88% de pendiente longitudinal, que se desarrolla desde el pie del azud del vertedero hasta el principio de la curva vertical que lo enlaza con el tramo siguiente. En este primer tramo, la rápida tiene sección rectangular (con transición recta) entre 38,00 m. y 20,00 m. Los muros laterales de hormigón armado, tienen altura uniforme de 6 m., con junta longitudinal a 4,50 m. de la cara mojada, que lo une a la losa de la rápida. La losa es de 40 cm. de espesor con juntas transversales a 15 m. El segundo tramo, de ancho uniforme de 20 m., permite el enlace entre el tramo anterior y el último sector que tiene una pendiente longitudinal de un 20%. La

primera sección de este segundo tramo dispone de muros cajeros de altura variable entre 6 y 4 m. El segundo sector, con una longitud de 121,74 m. tiene muros de 4 m. de altura uniforme. En la progresiva 365,22 se introdujo un aireador con entrada de aire por los laterales mediante dos pozos de 1 metro de diámetro y entrega del aire a la lámina mediante 5 tomas de 30 cm. de diámetro uniformemente distribuidos. Se construyeron 3 dientes deflectores de 2,50 m. de ancho uniformemente distribuidos a lo largo del canal y con una aireación incorporada en cada uno de ellos, con salida frontal y lateral. A lo largo de todo el canal se contemplan bermas a ambos costados del canal, construídas con los productos de excavación, ubicadas 1,0 m. bajo el nivel de coronamiento de los muros laterales, a fin que estos impidan la caida de material hacia la rápida. El sistema de drenaje de esta rápida está formado por drenes longitudinales Ø 15 cm. (rodeados de material filtrante) y colectores Ø 30 cm. que descargan a una galería recolectora, ubicada en el eje de la rápida bajo el relleno seleccionado. Esta galería descarga el vertedero, mediante una tubería Ø 50 cm. Se han construido pozos de acceso a la galería en tres secciones. 6.6.

Cuenco amortiguador.

El cuenco amortiguador es una estructura de hormigón armado de sección rectangular de 20 m. de ancho. Dispone de un primer tramo de 75 m. de longitud con pendientes del 20% (prolongación de la rápida), el segundo tramo, que constituye el cuenco propiamente dicho, arranca desde la progresiva 494,45 y dispone de una cubeta horizontal a la cota 12,00 m.s.n.m. Dato imprescindible en el cuenco, fue el conocimiento de los niveles impuestos por el río para lo cual se efectuó un detallado estudio de remanso, partiendo de los niveles controlados en la estación de Calceta.

Para enlazar con el canal de entrega, el cuenco tiene en su extremo final y en ambos costados, muros aleta a 30° de hormigón armado, que se extienden desde la progresiva 564,50 a la 592,50. Los muros laterales y los muros aleta se han proyectado de hormigón armado con secciones semi gravitacionales, para dotar de la debida robustez a estas estructuras sometidas a efectos hidrodinámicos importantes. En el trasdós de los muros se disponen bermas de mantenimiento construidas con productos de excavación, que van terraplenadas a la cota 30,00 (un metro bajo la cota de coronación de los muros). En la progresiva 463, el canal de riego cruza sobre el vertedero.

En la

progresiva 478,50 se construyó la descarga del rebosadero del canal de riego. 6.7.

Canal de entrega

Este canal permite restituir los caudales al río Carrizal, enlazando el cuenco amortiguador con el cauce principal de dicho río. El canal dispone de un primer tramo, de 40 m. de longitud, en contrapendiente hasta alcanzar la cota 22,00. El segundo tramo es horizontal. En los 10 metros iniciales, de mayores velocidades y de más agitación, se ha previsto un enrocado basáltico de 2,00 m. y de 1,50 m. de espesor en el resto.

6.8.

Equipos Mecánicos del Vertedero Las compuertas de control del vertedero y demás elementos de operación y revisión de las mismas son: 

Cuatro compuertas de segmento de 8,00 m. de ancho y 4,60m. de alto, con vertedero superior capaz de verter una altura de sobre su coronamiento. Van accionadas por

agua de 1,00 m.

servomotores.



Un juego de tableros de emergencia para cerrar un vano de 8,05

m.

de ancho y 4,50 m. de alto. 

Un extractor de los tableros de emergencia y un polipasto

monorriel de

7,5 Tm. para maniobras con el extracto 7.

TUNEL DE FONDO El túnel de fondo está construido sobre la ladera derecha con su rasante a la cota 22,20 m.s.n.m. es de sección circular con 3,60 mts. de diámetro y 310 mts. de longitud. Su capacidad de descarga es de 110 m³/seg.

8.

OBRAS DE ENTRADA DEL TUNEL DE FONDO Estas obras son:

8.1.

8.1.

Estructura de captación

8.2.

Torre de compuertas

Estructura de Captación:

La torre de rejas de la captación de agua tiene una sección octogonal de 6,50 m. de altura y 2,40 m. de lado, coronada por una cubierta piramidal. Tanto la superficie perimetral como la cubierta piramidal, están revestidas de rejas para la entrada de agua. La estructura principal consiste en una serie de pilares metálicos en cajón de 160 mm. x 160 mm., formados por dos perfiles UPN160 soldados longitudinalmente.

Cada 1,085 mm. están arriostrados exteriormente por

octógonos construídos por vigas en cajón de 120 mm. x 120 mm., formados por dos perfiles UPN120 soldados longitudinalmente. La cubierta está formada por 8 vigas inclinadas en cajón de 160 mm. x 160 mm., formadas por dos perfiles soldados UPN160. 8.2.

Torre de Compuertas:

La estructura consta de los siguientes elementos: a)

Bloque de cimentación, fundado en la cota 20,00 de 20 m x 20 m en planta y 7,50 m de altura.

Este bloque se ve atravesado

longitudinalmente por un conducto que se inicia en redondo Ø 4,00 y termina en redondo Ø 3,60 m., incluyendo un tramo central rectangular de 3,60 x 3,50 m y de 8 m de longitud, en donde se alojan las ranuras de la compuerta vagón y de la ataguía. La transición de aguas arriba de la ataguía es de 7,00 m. de longitud y la transición de aguas abajo de la compuerta vagón, es de 5 m. de longitud. b)

Torre propiamente dicha, entre las cotas 27,50 y 61,50, de 7,50 m. de diámetro exterior y 0,80 m. de espesor que incluye un tabique diametral de 0,75 m. de espesor para crear dos recintos estancos.

c)

Cámara de revisión, entre las cotas 61,50 y 69,50 de 7,50 m de diámetro exterior y 0,40 m. de espesor de pared exterior. El tabique central es de 0,30 m de espesor.

Dispone de escalera a base de

trepadores para el acceso a ambos recintos desde la cámara de mecanismos. d)

Cámara de mecanismos, entre las cotas 69,00 y 78,00 resulta con 12 pilares que soportan la losa de cubierta coronada a la cota 78,00. La losa se ha diseñado nervada con disposición hexagonal y con un nervio principal (de 0,60 m. de ancho y 1,00 m. de canto), en la cual se fijará la vía por la que se moverá el polipasto monorriel. Dentro de la cámara se han previsto los espacios necesarios para; -

Ranura compuertas

-

bastidores de mecanismos

-

registros para accesos a cámara de revisión

-

pupitres de mando de mecanismos

La torre lleva embebido en hormigón tubería Ø 800 para aducción de aire a la sección de cierre de la compuerta vagón. Asimismo dispone de ménsula de apoyo, en donde descansa la pasarela de acceso a la torre desde el camino de coronación de presa. Los equipos mecánicos situados en el interior de la torre circular de compuertas son: a)

Una compuerta vagón para cerrar una sección de 3,60 m. de ancho y 3,50 m. de alto, accionado por servomotor.

b)

Una compuerta de ataguía para cerrar una sección de 3,60 m. de ancho y 3,50 m. de alto, accionada por cabrestante.

c) 9.

Un polipasto monorriel de 15 ton.

OBRAS DE SALIDA DEL TUNEL DE FONDO.Fundamentalmente son: 9.1. El Desagüe de Fondo.

9.1.

9.2.

La Toma de Riego.

9.3.

El Canal de Riego.

El Desagüe de Fondo:

El conducto de desagüe de fondo está controlado por dos compuertas rectangulares deslizantes de 2,30 m. x 2,30 m. y descarga en el cuenco amortiguador con su solera a la cota 22,40 m.s.n.m. Su accionamiento es electro-hidráulico y están diseñadas para poder abrir y cerrar sin presiones equilibradas y contra flujo, con el embalse a la cota 68 m.s.n.m.

El cuenco construido, tiene sección transversal rectangular de 10 m. de ancho y de 13,50 m. de altura, con la solera a la cota 18,70. Dispone de un primer tramo de 59 m. de longitud, en donde se sitúan, en ambos cajeros, a la cota 23,70 dos ménsulas longitudinales de 3 m. de luz y 38,50 m. de longitud. Al final de este primer tramo, se sitúa un azud con el umbral a la cota 27,70. La longitud total del cuenco (incluído el azud) es de 69,50 m. Todo el cuenco va cimentado a la cota 16,70, sobre una excavación a esa cota, en donde se encuentra roca lutítica de buenas calidades geotécnicas. Entre la cota final de excavación y el nivel inferior de la obra de hormigón del cuenco, se colocará de relleno. Para hacer frente a los efectos hidrodinámicos en el cuenco, así como para absorber subpresiones hidráulicas no compensadas, se disponen barras de anclaje Ø 20 mm. Que llegan hasta la roca lutítica, dispuestas al tresbolillo, con espaciamiento de 2x2 m. La descarga ecológica se produce también en este cuenco amortiguador y es controlada por una válvula mariposa y otra Howell Bunger de 0,60 mts. de diámetro. 9.2.

Toma de Riego:

El conducto de 1,80 mts de diámetro de la Toma de Riego se divide mediante una pieza pantalón en dos conductos de 1,20 m. de diámetro que descargan al cuenco amortiguador del sistema de riego. Cada una de las tuberías Ø 1,20 mts de las tomas de riego disponen de un doble dispositivo de control, constituído por una válvula de mariposa como elemento de seguridad y una válvula Howell-Bunger como elemento de regulación. Ambas tienen diámetro de 1,20 mts.

El cuenco construido, tiene sección transversal rectangular de 9 m. de ancho y 8 m. de altura, con su solera a la cota 27,00. Tiene 12 m. de longitud, disponiendo en sus 4,50 m. iniciales de una pila central entre las dos válvulas. El cuenco, al final, da origen al canal de riego, con su solera a la cota 32,00.

9.3. Canal de Riego, Vertedero y cruce sobre el Aliviadero: El canal de riego se inicia con una sección rectangular de 7,50 m. de ancho y 4 m. de altura, que inmediatamente antes de cruzar el aliviadero de la presa, se reduce a una sección rectangular de 5 m. de ancho y 3 m. de alto, disponiendo en la zona de transición de un vertedero lateral de 20 m. de longitud, cuya misión es aliviar los excedentes, sobre los 25 m³/seg. Que constituyen el caudal de diseño del canal de riego. Para mejorar la efectividad del vertedero temporal, se ha diseñado un portal de hormigón (de 2 m. de alto, 3 m. de ancho y 2 m. de longitud), en el inicio de la sección de 5 x 3, que eleva la lámina de agua en todo el tramo de aguas arriba, permitiendo disminuir la longitud del vertedero temporal. El cruce del canal, sobre el aliviadero, se ha resuelto con una viga cajón de 5 x 3 de dimensiones interiores, y de 21 m. de luz total. La viga es de hormigón armado, con losas de 30,0 cm. de espesor.

RESUMEN DE LAS CARACTERISTICAS GENERALES DE LA OBRA.a)

Antecedentes hidrológicos:

b)

 Superficie total de la cuenca del embalse

445 km²

 Aportación media anual (histórica)

376 Hm³

 Aportación media anual (serie generada 1)

306 Hm³

 Caudal máximo crecida milenaria

3.030 m³/seg.

 Caudal máximo crecida centenaria

2.120 m³/seg.

 Tasa sedimento anual

640.000 m³

Finalidad embalse:

c)

 Demanda agua potable

20 Hm³/año

 Demanda riego

240 Hm³/año

Embalse La Esperanza: Volumen total

d)



Volumen útil



Volumen muerto

64 Hm³



Nivel máximo normal

66 m.s.n.m.



Nivel mínimo normal

37 m.s.n.m.

391 Hm³

Presa: 

Nivel coronación

69 m.s.n.m.



Nivel máximo crecidas

67,67 m.s.n.m.



Nivel cauce del río

22 m.



Altura máxima presa (sobre cauce)



Altura máxima presa (sobre cimiento) 49 m.

47 m.

e)

f)

g)



Longitud de coronación



Volumen rellenos

696 m. 3.700.000 m³

Dique de Protección: 

Nivel coronación

48 m.s.n.m.



Altura máxima (sobre cimiento)

22 m.



Longitud de coronación

400 m.



Volumen rellenos (incluida ladera derecha) 1.000.000 m³

Desvío: 

Caudal de diseño

110 m³/seg.



Sección del túnel

Ø 3,60 m.



Longitud del túnel

280 m.

Obras de entrada del conducto de descarga del embalse: 

Equipos en Torre: Ataguía de 3,60 x 3,50 accionada por cabrestante y compuerta vagón de 3,60 x 3,50, accionada por servomotor.

h)

Obras de salida del conducto de descarga del embalse: Desagüe de fondo 

Caudal de diseño: 110 m³/seg.



Equipos en caseta: 2 compuertas rectangulares de 2,30 x 2,30, accionadas por servomotor.

Toma de riego: 

Caudal de diseño: 38 m³/seg.



Equipos en caseta: 2 válvulas de mariposa Ø 1,20 y 2 válvulas cónicas Ø 1,20 accionadas por servomotor.



Restitución ecológica:



Caudal de diseño: 5 m³/seg.



Equipos en caseta: 1 válvula de mariposa Ø 0,60 y 1 válvula cónica Ø 0,60, accionadas por servomotor.

i)

Vertedero: 

Caudal de diseño: 900 m³/seg.



Equipos: 4 compuertas Taintor de 8 x 4, accionadas por servomotor, con sus correspondientes ataguías.

ANEXOS

CONCLUSIONES Luego de haber realizado la respectiva investigación sobre la presa la esperanza concluimos que esta fue construida para el control de los aportes hídricos del río Carrizal para evitar parcialmente las inundaciones de la zona baja de la cuenca y satisfacer las demandas hídricas de las poblaciones y áreas de regadío del valle inferior. También podemos decir que el diseño de la presa no fue uno solo, pasó por varias etapas como son el diseño inicial, el rediseño, y el rediseño mejorado. En cada uno de estos diseños se mejoraban ciertos aspectos del embalse. Otro aspecto importante es que el volumen promedio previsto de 240 Hm³ para riego, permitirá satisfacer las necesidades de regadío de 25.000 has. De terreno esto es fundamental para la agricultura.

RECOMENDACIONES Durante la construcción de esta presa fue necesario realizar algunas mejoras al diseño original por lo que se recomienda que durante la construcción de cualquier obra en especial de este tipo de envergadura se realicen de una manera precisa los estudios sean estos de suelo o de algún otro tipo, si se llegasen a presentar problemas durante la ejecución de alguna obra es necesario aplicar la ingeniería como se hizo en esta presa para poder solucionar los diversos problemas. La construcción del embalse “La Esperanza” constituye la pieza esencial para lograr el desarrollo agropecuario integral de una extensa zona, situada en un valle formado por la confluencia de los ríos Carrizal y Chone. La mayoría de las obras son correctamente construidas sin embargo estas pueden fallar, lo esencial para que una obra perdure lo más importante es el mantenimiento, por eso se recomienda que se cuiden las zonas aledañas a la presa evitando la deforestación ya que esta puede producir el arrastre de sedimento hacia el embalse y provocar que se azolve.