• Author / Uploaded
• Gonzalo Checa Lima

• Categories
• Presa
• Permeabilidad (Ciencias de la tierra)
• Agua
• Tierra
• Suelo

Citation preview

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

1. ASPECTOS GENERALES 1.1.

ANTECEDENTES.

Las sequías, los racionamientos y la falta del líquido elemento, en el área rural para la dotación de agua potable, son algunos de los problemas que presenta el municipio. Las presas de tierra o escollera se han utilizado desde los primeros días de la civilización con fines de abastecimiento de agua, aun en nuestros días las presas de tierra son las más utilizadas debido a que para su construcción se utilizan materiales en su estado natural con un mínimo tratamiento (cribado, mezcla, humedecimiento, etc) pueden construirse con equipo primitivo bajo condiciones donde cualquier otro material de construcción sería impracticable. El diseño de una presa de tierra debe considerar siempre las condiciones características del lugar, y no debe copiarse simplemente el modelo de otra presa que haya sido construida en otro lugar bajo otras condiciones. Debido a la variación con que se presentan las precipitaciones pluviales y en busca de aprovechamiento efectivo del agua en muchos casos es necesario retener los escurrimientos de las quebradas. 1.2.

JUSTIFICACION DEL PROYECTO.

Debido a la escases del agua se plantea satisfacer la demanda y crecimiento que tiene la población y así se pueda tener agua en los próximos años, se hace necesaria y primordial la elaboración de una presa que permita el almacenamiento de agua para su utilización en los meses de estiaje. Y con la presa de tierra se traerá en general beneficios para la población a la cual se esté dotando, debido a esto se pretenderá con este proyecto elevar la calidad de vida de las personas de esta comunidad. El propósito de este proyecto es el de: “Proyectar un Sistema de Abastecimiento de Agua potable mediante la construcción de una presa de tierra en la zona” 1.3.

OBJETIVOS.

1.3.1. OBJETIVO GENERAL. Mejorar las condiciones de vida en las familias aledañas de la zona de proyecto, a través del incremento de dotación de agua para abastecimiento de agua potable para los pobladores.

OBRAS HIDRAULICAS II

1

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

1.3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS.  Realizar el diseño de la presa.  Aplicar los conocimientos adquiridos en clases.  Conocer los distintos parámetros y criterios de diseño.  Garantizar el abastecimiento de agua potable para el consumo de las familias beneficiadas. 1.4.

UBICACIÓN.

La zona de influencia de la presa se encuentra en: - Departamento: Cochabamba - Provincia: Quillacollo - Municipio: Quillacollo Coordenadas geográficas: SUR: 17º 20’ a 17º 21’ OESTE: 66º 21’ a 66º 23’ Se encuentra a una altura entre 3670 a 3755 msnm.

OBRAS HIDRAULICAS II

2

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

1.5.

CLIMA.

El clima del lugar de estudio es templado con una temperatura aproximada en el verano de 27 cº y en el invierno con una temperatura de 8 cº

2. ANALISIS DEL ESTUDIO DE FACTIBILIDAD 2.1.

ESTUDIOS BASICOS DEL ESTUDIO DE FACTIBILIDAD. 2.1.1. ESTUDIOS GEOTECNICOS.

Depresión tectónica ubicada sobre roca impermeable en la base y los costados Roca alterada y fragmentada, con fracturas y diaclasas medibles

OBRAS HIDRAULICAS II

3

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

2.1.2. ESTUDIOS HIDROLOGICOS. Los ríos del área del proyecto, forman parte del sistema Altamachi – Beni – Mamoré – Amazona. En el sitio de la presa la cuenca del Misicuini es aproximadamente 250 km2 Dentro de esta cuenca se tiene 6 estaciones pluviométricas: Escalerani, Sivingani, Templo Sunjani, La Cumbre y Cuatro esquinas. La estación Sivingani es la más próxima a la presa. DETERMINACION AREAS DE CUENCAS GLOBAL MAPER

CALCULO CON PROGRAMA HC-HMS

OBRAS HIDRAULICAS II

4

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

DETERMINACION DE NUMERO DE CURVAS PROGRAMA ILWIS

TIEMPO DE CONCENTRACION

RESULTADOS PROGRAMA HEC-HMS

VOLUMEN TOTAL ANUAL = 3’467.586,52 m3

OBRAS HIDRAULICAS II

5

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

2.2.

CALCULO DE LA DEMANDA DE AGUA. 2.2.1. CALCULO DE AGUA POTABLE.

Para el cálculo de agua potable respetaremos los parámetros que marca la norma 689. La condición de este proyecto nos indica que debemos utilizar una población mínima de 10000 habitantes.

Para 10000 habitantes el periodo de diseño según norma:

El índice de crecimiento poblacional es extraído de la página web del INE.

Con estos parámetros podemos realizar los siguientes cálculos

OBRAS HIDRAULICAS II

6

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

CALCULO DE LA POBLACION FUTURA Donde: Pf, Población futura Po, Población inicial i, Índice de crecimiento t, Periodo de diseño 10% Población Flotante

𝑃𝑓 = 11000 ∗ (1 +

2.15 20 ) 100

𝑃𝑓 = 141213 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠.

Datos: Po= 92279 habitantes con 10% de población flotante i= 2.15 % t= 20 años

CALCULO DE LA DOTACION FUTURA Donde: Df, Dotación futura Do, Dotación inicial d, Var. anual de la Do t, periodo de diseño

1.5

𝐷𝑓 = 140 ∗ (1 + 100)20 𝐷𝑓 = 188,56 𝑙𝑡𝑠/ℎ𝑎𝑏/𝑑𝑖𝑎.

Datos: Do= 140 lts/hab/dia d= 1.5 % t= 20 años

CALCULO DE CAUDALES  CAUDAL MEDIO DIARIO

𝑄𝑚𝑑 =

𝑃𝑓 ∗ 𝐷𝑓 141213 ∗ 188.56 𝑙𝑡𝑠 = = 308.18 . 86400 86400 𝑠𝑒𝑔

 CAUDAL MAXIMO DIARIO K1= 1.20-1.50

OBRAS HIDRAULICAS II

7

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

𝑄𝑚𝑎𝑥.𝑑 = 𝑘1 ∗ 𝑄𝑚𝑑 = 1.35 ∗ 36.74 = 416.04

𝑙𝑡𝑠 . 𝑠𝑒𝑔

CALCULO DE VOLUMENES  VOLUMEN ANUAL Vol.anual = (Qmax-d*60*60*24*365) /1000 = 13’120.515 m3/año  VOLUMEN MENSUAL Vol.mensual = Vol.anual /12 = 1’093.376,25 m3/mes

VOLUMEN TOTAL ANUAL 13’120.515 m3 3. BALANCE HIDRICO

DEMANDA TOTAL ANUAL = 13’120.515 m3 OFERTA TOTAL ANUAL = 3’467.586,52 m3

VOLUMEN DE ALAMACENAMIENTO 1’053.200,4 m3

OBRAS HIDRAULICAS II

8

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

4. DISEÑO DE LA PRESA DETERMINACION DE EJES DE LA PRESA Para escoger la ubicación de la presa se escogió 3 ejes, estos ejes se escogieron; primero por motivo económico, los más angostos. Segundo el eje q almacenara mayor cantidad de volumen. Con la ayuda del programa CIVIL 3D se midio la longitud de ejes y el volumen almacenado a diferentes alturas. Para seleccionar el mejor eje de presa se realizó curvas hipsométricas

OBRAS HIDRAULICAS II

9

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

OBRAS HIDRAULICAS II

10

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

LA OPCION TRES ES LA MÁS ADECUADA A SER ELEGIDA AL TENER EL MAYOR VOLUMEN CON LA MENOR AREA DE INUNDACION

OBRAS HIDRAULICAS II

11

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

VOLUMEN DE LA REPRESA

OBRAS HIDRAULICAS II

12

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

OBRAS HIDRAULICAS II

13

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

DIMENSION DE PRESA CALCULO DEL ANCHO DE CORONAMIENTO (a) •

El U.S Burean of reclamatión recomienda la fórmula:

Ancho de Cresta

𝒂=

𝑯𝒕 𝟓

+𝟑

a= 8.30 m≈ 9m

DETERMINACION DE LOS TALUDES Según las caracteristicas de los materiales a emplearse y su proposito la U.S.B.R. recomienda:

OBRAS HIDRAULICAS II

14

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

Se escogió para el núcleo y para el cuerpo de la presa los siguientes materiales

Para los taludes agua arriba y aguas abajo serán 3:1 y 2 ½:1

DIMENSIONES DE LA PRESA •

Altura de la Presa:

27 m

•

Ancho de la cresta:

9m

•

Pendientes de los Taludes: 

Aguas Arriba:



Aguas Abajo:

OBRAS HIDRAULICAS II

3:1 2½:1

15

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

•

•

Pendientes del núcleo: 

Aguas Arriba:

1:1



Aguas Abajo:

1:1

Ancho de la base:

OBRAS HIDRAULICAS II

157.5 m

16

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

5. ANALISIS DE INFILTRACION Y ESTABILIDAD DE TALUDES. 5.1.

ANALISIS DE INFILTRACION

La filtración es el proceso por el cual el agua penetra por la superficie del suelo y llega hasta sus capas inferiores, producto de la acción de las fuerzas gravitacionales y capilares. Las fuerzas que se oponen al arrastre del flujo es la trabazón entre las partículas y su cohesión, pero al emerger aguas abajo de la presa, es el peso sumergido del suelo la principal fuerza en sentido opuesto, al menos en suelos sin cohesión. La energía debe disiparse lo suficiente por fricción y otras pérdidas a través de esa trayectoria, de forma de que salga el agua sin provocar erosión, caso contrario se pondría en peligro la estructura. El flujo de agua a través de un suelo es importante para estructuras de retención de agua. La infiltración en las presas de material suelto se da principalmente:  

En el propio cuerpo de la presa En la fundación

5.2.

FENOMENOS DE FILTRACION

Existen una serie de conceptos para diferenciar los diferentes tipos de ruptura Hidráulica, sin embargo no existe una frontera claramente divisoria entre uno y otro fenómeno. La Erosión interna ocurre cuando las fracciones del cuerpo de la presa o cimentación, son arrastradas hacia aguas abajo por flujo de la filtración

OBRAS HIDRAULICAS II

17

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

Tubificación es la forma de erosión interna que se inicia con la Erosión Regresiva, en una grieta o zona de alta permeabilidad, y el resultado es la formación de un “micro. 5.3.

DISEÑO DE ELEMENTOS DE CONTROL DE INFILTRACION

Diseño de filtros de Transición Es lo que evita la migración de partículas, el principio esencial del diseño plantea que en cualquier cambio de material fino y grueso debe efectuarse de manera gradual con un filtro en zonas de transición. Debe satisfacer los siguientes criterios:  

Canalización Permeabilidad Para definir las envolventes de granulometría o relaciones límites del material apropiado, se toma paralelas a la curva granulométrica del material protegido está dado por las expresiones:

•

Terzaghi (limite superior)

•

U.S.B.R. (límite inferior)

OBRAS HIDRAULICAS II

18

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

El criterio asegura una permeabilidad del filtro de 25 veces que la del suelo protegido, es decir:

Definiendo la razón de permeabilidad:

Espesores mínimos recomendados:

Diseño de drenajes. El control de infiltración se efectuara mediante la incorporación de sistema de drenaje protegidos por filtros y capas apropiadas de infiltración DRENAJE HORIZONTAL Espesor de la capa del dren horizontal td, puede estimarse a partir de:

OBRAS HIDRAULICAS II

19

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

Lo recomendable para espesores de dren y filtros de transición y drenes horizontales son los siguientes:

Los drenes siempre deben estar protegidos en todas sus caras por filtros para los espesores del dren y los filtros son los siguientes:

OBRAS HIDRAULICAS II

20

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

5.4.

ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES

Para el análisis de los taludes se utilizó el software Slide el cual nos da el factor de seguridad para distintos métodos. Se usaron los siguientes parámetros: Parámetros Geomecanicos Cuerpo de la presa SW

Coef de sismo :0.12 Núcleo CL

ϒ=

25

KN/m3

ϒ=

19

KN/m3

Ø=

38

º

Ø=

30

º

c=

15

Kpa

c=

25

Kpa

k= 1.00E-04 m/sec

k= 1.00E-06 m/sec

De la norma de sismo de Bolivia se utilizó el siguiente grafico para definir la carga sísmica

OBRAS HIDRAULICAS II

21

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

Para la carga sísmica utilizaremos un valor de 0.12 FACTOR DE SEGURIDAD EN AGUAS ARRIBA  Vaciado Rapido y coeficiente sísmico 0.12

FS: 1.842

 Sin vaciado rapido y coeficiente sísmico 0.12

FS: 1.846

OBRAS HIDRAULICAS II

22

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

FACTOR DE SEGURIDAD EN AGUAS ABAJO  Vaciado Rapido y coeficiente sísmico 0.12

FS: 1.691

 Sin vaciado rapido y coeficiente sísmico 0.12

FS: 1.715

OBRAS HIDRAULICAS II

23

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

Tabla resumen de los factores de seguridad:

Factor de seguridad Aguas Arriba

Factor de seguridad Aguas Abajo

Slidev6.0

Slidev6.0

Sin vaciado Rápido +Carga de sismo

1.846

1.715

Con vaciado rápido + carga de sismo

1.842

1.691

Situación

En el periodo de vida de la presa la situacion que hemos considerado mas posible y crítica a la vez sera cuando no exista vaciamiento rapido y se produzca sismo; para ello la estabilidad de la presa se mantendra resistente al corte como se muestra en los anteriores factores de seguridad. 5.5.

ELEMENTOS DE PROTECCION

El objetivo de la protección de la superficie del talud es prevenir la infiltración debido a la lluvia y mantener el suelo parcialmente seco. Las medidas de protección incluyen el concreto lanzado, los bloques de mampostería, la protección con piedras, el recubrimiento con productos sintéticos.  Se proveera de un refuerzo en la cara del talud aguas arriba mediante un enrocado (Riprap) para proteger de la erosion producida por el arrastre de material.

OBRAS HIDRAULICAS II

24

DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA [TÍTULO DEL DOCUMENTO]

 Los dispositivos de desague(Aliviaderos) se proyectaran con la condicion de no dar lugar a erosiones, ni en el cauce ni en las laderas, que pudieran poner en peligro la estabilidad de la presa.

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Con los resultados del balace hídrico logramos resolver el problema del defisit de agua potable para la población. Los cálculos del diseño de volúmenes de infiltración mostraron estar dentro del rango del 3% del volumen útil.

OBRAS HIDRAULICAS II

25