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Canales Y Presas
- BELENI LINARES TICONA- ADITA JANET CASANI ALFARO- BRAYAN AMEZQUITA DE LA RIVA- RODRIGO ALFIERI FLORES RAMOS- BRAJAN BALDARRAGO CHIPANA
UNIVERSIDAD JOSÉ CARLOS MARÍATEGUI FACULTAD DE INGENIERIAS CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
MOQUEGUA- JUNIO 2015
CANALES
CONCEPTO
Los canales son conductos abiertos o cerrados en los cuales el agua circula debido a la acción de la gravedad y sin ninguna presión.
Tienen la finalidad de conducir los caudales de captación desde la obra de toma hasta el lugar de carga o distribución, de acuerdo a la naturaleza del proyecto y en condiciones que permitan transportar los volúmenes necesarios para cubrir la demanda.
ELEMENTOS DE LAS SECCIÓN DE UN CANAL
T = Ancho superior del canal. b = Plantilla z = Valor horizontal de la inclinación del talud C = Berma del camino, puede ser: 0,5; 0,75; 1,00 m., según el canal sea de tercer, segundo o primer orden respectivamente. V = Ancho del camino de vigilancia puede ser: 3; 4 y 6 m., H = Altura de caja o profundidad de rasante del canal.
CANALES ARTIFICIALES
Son todos aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo de la mano del hombre.Los canales artificiales usualmente se diseñan con forma geométricas regulares, un canal construido con una sección transversal invariable y una pendiente de fondo constante.
CANALES NATURALES
Incluyen todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra.La sección transversal de un canal natural es generalmente de forma muy irregular y variable durante su recorrido.
TIPOS DE CANALES
SECCION TRAPEZOIDAL
Se usan porque proveen las pendientes
necesarias para estabilidad, y en
canales revestidos.
SECCION RECTANGULAR
Por lo general se utiliza para canales
construidos con materiales estables.
SECCION TRIANGULAR
Se usa para cunetas revestidas en las
carreteras, también en canales de la tierra
pequeños.
SECCION PARABOLICA
Se emplea en algunas ocasiones para canales revestidos y es la forma
que toman aproximadamente muchos canales
naturales.
SECCION CIRCULAR
El círculo es la sección más común para alcantarillados y alcantarillas de
tamaños pequeño y mediano.
.
TIPOS DE CANALES ARTIFICIALES
RELACIONES GEOMÉTRICAS DE LAS SECCIONES TRANSVERSALES MAS FRECUENTES
TIPOS DE CANALES DE RIEGO POR SU
FUNCIÓN
1. CANAL DE DERIVACIÓN
Llamado también canal madre o de derivación y se le traza siempre con pendiente mínima, normalmente es usado por un solo lado ya que por el otro lado da con terrenos altos.
2. CANAL DE PRIMER ORDEN
Llamados también laterales, son aquellos que salen del canal madre y el caudal que ingresa a ellos, es repartido hacia los sub – laterales, el área de riego que sirve un lateral se conoce como unidad de riego.
3. CANAL DE SEGUNDO ORDEN
Llamados también sub – laterales y nacen de los canales laterales, el
caudal que ingresa a ellos es repartido hacia las propiedades
individuales, el área de riego que sirve un sub – lateral se conoce
como unidad de rotación.
Esquema Hidráulico de un Sector de Riego
DISEÑO DE CANALES
1. ESTUDIO TOPOGRÁFICO
Consiste en determinar el mejor recorrido del canal de acuerdo a criterios técnicos y económicos
ESTUDIOS DE RECONOCIMIENTO
El objetivo Efectuar el reconocimiento del
área con condiciones adecuadas para riego
Recursos a emplearse- Instrumental mínimo- Personal Técnico –
Administrativo
ESTUDIOS PRELIMINARES
ESTUDIOS DEFINITIVOS
- levantamiento local del lugar
- ubicación de las estructuras principales de la franja de
recorrido del canal de conducción.
CRITERIOS GENERALES PARA ASUMIR EL RADIO DEL CANAL
En el diseño de canales, el cambio brusco de dirección se sustituye por una curva
cuyo radio no debe ser muy grande, y debe escogerse
un radio mínimo
Radio mínimo en canales abiertos en función del espejo de agua:
Radio mínimo en canales abiertos para Q < 20 m3/s
2. DISEÑO HIDRAULICO
DISEÑO DE SECCIONES HIDRÁULICAS
Zonas Montañosas
Canales Trapezoidales
En suelos con menor estabilidad.
Canales Rectangulares
En suelos con mayor estabilidad o en
suelos rocosos. Donde:Q = caudal en, m3 / sV = velocidad media del agua, en m / sS = pendiente, en m / m n = coeficiente de rugosidad, sin unidadesZ = taludb = ancho de solera, en m.y = tirante, en m.A = área hidráulica, en m2B.L = H – y borde libre, en m.H = profundidad total desde la corona al fondo del canal, en m.C = ancho de corona, en m.c
El diseño implica en darle valor numérico a las siguientes especificaciones técnica.
CAUDAL
En el caso de que el canal sirva para evacuar las aguas pluviales, el caudal de diseño se calcula tomando en
cuenta las consideraciones
hidrológicas.
• En el caso de que el canal sirva como fines hidroeléctricos, el caudal de diseño se encuentra en función de la potencia a generar y la caída topográfica.
• En el caso en el canal sirva como uso poblacional, el caudal de diseño se calcula en función de la población a servir.
Medición de caudales con Correntómetro
Se fundamenta en el método área velocidad, donde el caudal se determina multiplicando la velocidad media del flujo por el área hidráulica de la sección.
RUGOSIDAD (n)
Depende del cauce y el talud, dado a las paredes laterales del mismo, vegetación, irregularidad y trazado del canal, radio hidráulico y obstrucciones en el canal
PENDIENTE
La pendiente o desnivel depende del tipo de suelo, puede ser mayor
en suelos gravosos que en suelos arenosos.
Excesiva pendiente, aumenta la
velocidad del agua y erosiona el fondo
del canal.
Poca pendiente, disminuye la velocidad del agua y se acumulan piedras y tierra en el fondo.
Si el terreno tiene mucha pendiente, se debe construir
caídas verticales o inclinadas,
gradas con sus respectivas pozas
de disipación.
BORDE LIBRE (BL)
La determinación de la sección transversal de los canales, resulta necesario, dejar cierto desnivel entre la superficie libre del agua y la corona de los bordes como margen de seguridad
VELOCIDAD PERMISIBLE
S
La velocidad en los canales revestidos no deberá ser menor de 0.6 m/s con el fin de evitar el desarrollo de vegetación y el depósito de sedimentos en el canal. La velocidad máxima no deberá ser mayor del 80% de la velocidad crítica de la sección
Máxima velocidad permitida en canales no recubiertos de vegetación
TALUDES ( z )
ANCHO DE SOLERAS ( b )
Para canales en media ladera tirante sea el máximo posible, a fin que el ancho del canal disminuya y el movimiento de tierras sea menor.
Suelos rocosos pequeños y utilizar la plataforma de excavación para el camino de mantenimiento.
TIRANTE
REVESTIMIENTO
Los materiales de mayor empleo para el revestimiento de canales son: revestimiento con mampostería. revestimiento con Concreto. revestimiento con Mortero. revestimiento con Concreto asfaltico. revestimiento con Con colchones reno revestimiento con Mantos permanentes. revestimiento con Con Gaviones.
VENTAJAS QUE OFRECE EL REVESTIMIENTO EN CANALES
- Prevención de la erosión.- Imposibilidad de roturas.- Eliminación de vegetación.- Aumento de la capacidad del canal.- Disminución de los costos de mantenimiento.- Reducción de los costos de riego.- Protección de la salud pública.- Acortamiento del trazado por las mayores pendientes admisibles.- Eliminación del efecto de la salinización de las tierras.- Condiciones que deben cumplir los revestimientos de canales.
REVESTIMIENTO CON MAMPOSTERIA
constituye un excelente revestimiento de los canales.
Los recubrimientos de mampostería (piedra, ladrillo, bloques, etc.) se pueden utilizar cuando estos materiales abundan y la mano de obra es económica y recomendable.Los de piedra pueden construirse juntando con mortero o simplemente acomodándola (zampeado).
REVESTIMIENTO CON MORTERO
se utilizan cuando el canal se construye en sitios cuyos cambios de temperatura son extremos y hay fluctuaciones frecuentes del gastoEl acero de refuerzo sirve para evitar el agrietamiento del concreto como resultado de dichos cambios de temperatura y para controlar las grietas y con ello las filtraciones.
REVESTIMIENTO CON COLCHONES RENO
Los colchones Reno pueden actuar como protección de márgenes y como revestimiento parcial o total del fondo, cuando es necesario estos colchones pueden ser utilizados para favorecer la rápida recuperación de a vegetación, integrando la canalización al medio ambiente.
REVESTIMIENTO CON GAVIONES
El recubrimiento de gavión es de forma de colchón de 20 ò 30 centímetros de espesor.
Sus aplicaciones principales son :- el revestimiento de márgenes de canales y ríos - protección en de estribos de puentes, plataformas de formas de cimentación- consolidación de taludes en carreteras y vías de comunicación.
REVESTIMIENTO CON MORTERO
Los revestimientos de mortero a base de pistola de cemento se usan en canales
pequeños, pero el procedimiento deja la superficie rugosa que debe ser terminada a
mano si se desea una de primera clase.
Además son más propensos a fallas de presión hidrostática.
El espesor no es mayor de 5cm en taludes firmes. El cemento se mezcla con arena previamente cernida a través de la malla N°4 de 4.76 mm de abertura, en proporción 1:3 a 1.4.Para revestir acequias, canales se emplea el mortero de cemento portland aplicado por medios neumáticos.
REVESTIMIENTO CON CONCRETO ASFALTICO
El concreto asfaltico es una mezcla de arena, grava, cemento y asfalto, realizada a temperaturas de 160°C o más, según el tipo de asfalto.
Los recubrimientos a base de concreto asfaltico tienen algunas ventajas por su flexibilidad y resistencia a la erosión, si bien falla por imtemperismo.
Los espesores varían de 6.5 a 10cm dependiendo del tamaño del canal.
El asfalto se mezcla con arena o con arena y grava en proporción de 6 a 11% en peso y se le agrega después el material fino (70% menor que la abertura de la malla N°200).
MANTOS PERMANENTES
Los canales abiertos en tierra son susceptibles a erosionarse debido a la fuerza de arrastre del flujo de agua que genera esfuerzos cortantes en su superficie, ocasionando desprendimiento de material, lo que conlleva a la pérdida de la sección y a la reducción de su desempeño hidráulico.
El manto permanente brinda protección inmediata contra la erosión en la superficie de canales en tierra en ausencia de vegetación gracias a su alta resistencia contra las fuerzas hidrodinámicas presentes en el flujo de agua, además sirve de soporte en el crecimiento y establecimiento de la vegetación y refuerza la vegetación madura, con lo cual se logra mantener la sección de diseño del canal y su buen funcionamiento a largo plazo.
JUNTAS DE CONSTRUCCIÓN No son juntas de movimiento, se usan para facilitar la construcción, se originan por diferentes bloques de vaciado de concreto, por lo general deben coincidir con los otros tipos de juntas, se recomienda ubicarlas en la zona del cortante mínimo.
JUNTAS DE CONTRACCIÓN
Son juntas planas que sirven para prevenir las fisuras (agrietamientos) por disminución del volumen de concreto ó esfuerzos de contracción. Normalmente se proyecta cada 3.0 a 3.5 m.
RELLENO Permite la compresión, se puede usar corchos, neopreno, jebe, caucho en espuma, asfalto, etc.
JUNTAS DE DILATACIÓN
Son juntas de expansión, se colocan en canales de concreto y en estructuras de concreto armado tales como obras de arte que separan
la estructura del canal.
El espaciamiento entre juntas para canales está entre los 14 m a 30 m.
JUNTAS DE JEBE
Permiten mayor movimiento de juntas, es para
medios húmedos.
JUNTAS DE PVC Permite un
movimiento menor a las de Jebe, son
sensibles a la luz y al secado por lo que usan en lugares oscuros como
sótanos.
PROCESO CONSTRUCTIVO DE CANALES DE RIEGO
Comprende el desarrollo de todas las actividades y trabajos necesarios que
hay que realiza para pasar del diseño a la
construcción del canal de riego.
OBRAS PROVISIONALES
TRABAJOS PRELIMINARES
MOVIMIENTO DE TIERRAS Y EXPLANACIONES
EXCAVACIONES
REVESTIMIENTO
Son aquellas obras que se construyen inicialmente para facilitar el desarrollo de los trabajos de construcción del canal de riego y obras conexas.
Son retiradas luego de concluidas los trabajos, por lo que generalmente son estructuras pre fabricados para facilitar su desmontaje.
OBRAS PROVISIONALES
CAMPAMENTO: Se construye cuando el sistema de riego se ubica fuera de los centros poblados y deben estar conformados por viviendas, instalaciones de servicios básicos.
CARTEL DE OBRA: es un dispositivo que debe instalarse en toda obra pública.Las dimensiones son: 3.60m de ancho por 2.40m de alto.
DENTRO DE LAS OBRAS PRELIMINARES CONSIDERAR:
TRABAJOS PRELIMINARES
Son los trabajos iniciales que se tienen que realizar antes de la ejecución de los trabajos principales entre ellos tenemos:
Movilización de maquinaria y equipo Construcción y/o mejoramiento de vías de
acceso. Topografía y georreferencia del eje del
canal. Desbroce y limpieza de la franja del canal.
MOVIMIENTO DE TIERRAS Y EXPLANACIONES
Se refiere a todas las alteraciones del suelo que modificaran el relieve del terreno siendo estos costos muy importantes en un trabajo de irrigación ya que para la ejecución del mismo se necesita de maquinaria especializada para realizar los trabajos pesados de corte o relleno a fin de dejar a nivel de plataforma el eje del trazo del canal.
EXCAVACIONES
Consiste en las excavaciones que hay que realizar en el terreno para la construcción de obras a lo largo del canal de riego.
Pueden ser excavadas manualmente o con maquinaria.
REVESTIMIENTOS DE LA CAJA DEL CANAL
Revestimiento de piedra emboquillada y canteada.
Revestimiento de concreto
Revestimiento de gunita
En las perdidas por infiltración de agua que pueden darse a través de suelos no cohesivos generalmente se utilizan revestimientos con concreto simple f’c= 100kg/cm2 o f’c=140 kg/m2 dependiendo del espesor del revestimiento, el mismo que esta en funcion de las dimensiones geometricas de ala caja del canal.
ESTRUCTURAS QUE SE CONSTRUYEN EN LOS CANALES
CAPTACIONES
Son las obras que permiten derivar el agua desde la fuente que alimenta el sistema. Esta fuente puede ser una corriente natural, un embalse o el agua subterránea de un acuífero. A continuación se hace un análisis de las captaciones en corrientes naturales.
La captación consta de la bocatoma, el canal de aducción y el tanque sedimentador.
Las magnitudes de los caudales que se captan en las bocatomas son función de los niveles de agua que se presentan inmediatamente arriba de la estructura de control. Como los niveles dependen del caudal Q de la corriente natural, y siendo el caudal variable, entonces las bocatomas no captan un caudal constante. Durante los estiajes captan caudales pequeños y durante las crecientes captan excesos que deben ser devueltos a la corriente lo más pronto posible, ya sea desde el canal de aducción o desde el desarenador..
El canal de aducción conecta la bocatoma con el desarenador; tiene una transición de entrada, una curva horizontal y un tramo recto, paralelo a la corriente natural, hasta el desarenador. Es un canal de baja pendiente y régimen tranquilo que se diseña para recibir los caudales de aguas altas que pueden entrar por la toma. En la práctica es preferible que sea de corta longitud y en algunos casos, cuando las condiciones topográficas de la zona de captación lo permiten, se elimina el canal de aducción y el desarenador se incluye dentro de la estructura de la bocatoma.
COMPUERTAS Y VERTEDORES
Son estructuras de control hidráulico. Su función es la de presentar un obstáculo al libre flujo del agua, con el consiguiente represamiento aguas arriba de la estructura, y el aumento de la velocidad aguas abajo.
Las compuertas de emergencia se instalan en la parte superior de la pantalla frontal y tienen por objeto un cierre violento de las ventanas u orificios de captación.
Las compuertas de regulación están ubicadas detrás de las compuertas de emergencias y tienen por objeto regular y controlar el caudal de ingreso.
TRANSICIONES
Son estructuras que empalman tramos de canales que tienen secciones transversales diferentes en forma o en dimensión. Por ejemplo un tramo de sección rectangular con uno de sección trapezoidal, o un tramo de sección rectangular de ancho b1 con otro rectangular de ancho b2, etc. Las transiciones funcionan mejor cuando los tramos que se van a empalmar son de baja pendiente, con régimen subcrítico; en este caso las pérdidas hidráulicas por cambio de sección son relativamente pequeñas. Cuando la transición se coloca en tramos de alta pendiente, en régimen supercrítico, las pérdidas hidráulicas son altas y no son cuantificables con buena precisión, lo cual hace que los cálculos hidráulicos no resulten aceptables. En esta circunstancia es recomendable diseñar la transición con ayuda de un modelo hidráulico.
SIFONES Y ACUEDUCTOSCuando en la trayectoria de un canal se presenta una depresión en el terreno natural se hace necesario superar esa depresión con un sifón o con un puente que se denomina acueducto.
Los disipadores de energía son estructuras que se diseñan para generar pérdidas hidráulicas importantes en los flujos de alta velocidad. El objetivo es reducir la velocidad y pasar el flujo de régimen supercrítico a subcrítico.
TUNELES
Cuando en el trazado de un canal se encuentra una protuberancia en el terreno, por ejemplo una colina, se presenta la posibilidad de dar un rodeo para evitarla, o atravesarla con un túnel. Antes de construir el túnel es necesario realizar los diseños geotécnicos, estructurales, hidráulicos y ambientales necesarios para garantizar su estabilidad y su funcionalidad. Un túnel que se emplea como canal funciona como un conducto cerrado, parcialmente lleno. La sección del canal puede ser revestida o excavada y puede conservar la forma geométrica del canal original, o adaptarse a la sección transversal del túnel.
RAMPAS, ESCALONESY DISIPADORES DE ENERGIA
Los canales que se diseñan en tramos de pendiente fuerte resultan con velocidades de flujo muy altas que superan muchas veces las máximas admisibles para los materiales que se utilizan frecuentemente en su construcción.
Para controlar las velocidades en tramos de alta pendiente se pueden utilizar combinaciones de rampas y escalones, siguiendo las variaciones del terreno. Las rampas son canales cortos de pendiente fuerte, con velocidades altas y régimen supercrítico; los escalones se forman cuando se colocan caídas al final de tramos de baja pendiente, en régimen subcrítico
OBRAS DE ARTE
Las caídas son estructuras utilizadas en aquellos puntos donde es necesario efectuar cambios bruscos en la rasante del canal, permite unir dos tramos (uno superior y otro inferior) de un canal, por medio de un plano vertical, permitiendo que el agua salte libremente y caiga en el tramo de abajo. El plano vertical es un muro de sostenimiento de tierra capaz de soportar el empuje que estas ocasionan. La finalidad de una caída es conducir agua desde una elevación alta hasta una elevación baja y disipar la energía generada por esta diferencia de niveles. La diferencia de nivel en forma de una caída se introduce cuando sea necesario de reducir la pendiente de un canal. Una caída vertical consta de las siguientes partes:
TRANSICIÓN A LA ENTRADA: Que une por medio de un estrechamiento progresivo la sección del canal superior con la sección de control.
SECCIÓN DE CONTROL: Es la sección correspondiente al punto donde se inicia la caída, cercano a este punto se presentan las condiciones críticas. MURO VERTICAL: La cual es de sección rectangular y puede ser vertical o inclinada.
POZA O COLCHÓN AMORTIGUADOR: Es de sección rectangular, siendo su función la de absorber la energía cinética del agua al pie de la caída.
TRANSICIÓN DE SALIDA: Une la poza de disipación con el canal aguas abajo.
AFORADOR PARSHALL
En general, la ubicación de la estructura debe ser sólo en tramos rectos donde el flujo sea estable y uniforme, la pendiente del fondo del canal suave, sin curvas ni oleaje.
El establecimiento de una red de Riego trae consigo la planificación paralela de caminos para el tránsito peatonal. Los caminos para que tengan continuidad en su recorrido deben cruzar canales de riego.
PASARELA PEATONAL
TOMAS LATERALES
Son estructuras que sirven para captar y derivar el agua de una fuente superficial el canal principal, y es conducido a través de otro canal secundario.
TOMAS LATERALES
Es un conducto cerrado a presión, que sirve para superar obstáculos como, quebradas, ríos, canalizaciones de aguas pluviales, aductoras, cruce de túneles subterráneos (metros), etc. Siempre que sea posible se debe evitar el uso de Sifones Invertidos por los grandes inconvenientes que representa su conservación y mantenimiento, sin embargo muchas veces no es posible resolver de otra manera el problema de paso de depresiones.Consideraciones económicas determinan la factibilidad de hacer un sifón, sin embargo que para caudales mayores a 2 m3/s es más económico usar sifón en vez de acueducto.
Tipo a) Se emplea para cruces de obstáculos para lo que se cuenta con suficiente desarrollo, y en terrenos que no presentan grandes dificultades de ejecución. Tipos b y c) con una o dos ramas verticales son preferidos para emplazamientos de poco desarrollo o en caso de grandes dificultades constructivas. Sus características de fácil limpieza y reducido espacio, los hacen muy aconsejables. Tipo d) Con cámaras de limpieza, tiene su aplicación en obras de cruce de vías subterráneas (metros).El sifón invertido es una obra de costo relativamente elevado y presenta dificultades de limpieza y desobstrucción, razón por la cual debe ser utilizado solamente después de un estudio comparativo con otras alternativas.
PRESAS O REPRESAS
INAUGURACIÓN. REPRESA DE CHIRIMAYUNI SE UBICA A 4800 MSNM EN EL DISTRITO DE LLOQUE. SU
CONSTRUCCIÓN EMPEZÓ EN 2012
UBICADA EN EL DEPARTAMENTO DE MOQUEGUA, EN LA PROVINCIA DE MARISCAL NIETO, CERCA DE LA FRONTERA CON PUNO, A 4,800 METROS SOBRE EL NIVEL DEL MAR.
1. CONCEPTO En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera fabricada con piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río o arroyo. Es una construcción que tiene por objeto contener el agua de un cauce natural con dos fines, alternativos o simultáneos, según los casos:
Elevar el nivel para que pueda derivarse por una conducción (creación de altura).
Formar un deposito que al retener los excedentes, permita suministrar el líquido en los momentos de escasez (creación de embalse) o para amortiguar (laminar) las puntas de las crecidas.
2. ¿CUÁL ES LA FINALIDAD DE UNA REPRESA? Tiene la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para su posterior aprovechamiento en abastecimiento o regadío, para elevar su nivel con el objetivo de derivarla a canalizaciones de riego, para laminación de avenidas (evitar inundaciones aguas abajo de la presa) o para la producción de energía mecánica al transformar la energía potencial del almacenamiento en energía cinética y ésta nuevamente en mecánica al accionar la fuerza del agua un elemento móvil. La energía mecánica puede aprovecharse directamente, como en los antiguos molinos, o de forma indirecta para producir energía eléctrica, como se hace en las centrales hidroeléctricas.
3. IMPACTO AMBIENTAL DE UNA PRESA O REPRESA. Los proyectos de agua potable incluyen los siguientes elementos: la
construcción, expansión o rehabilitación de represas y reservorios, pozos y estructuras receptoras, tuberías principales de transmisión y estaciones de bombeo, obras de tratamiento y sistemas de distribución; las provisiones para la operación y mantenimiento de cualquiera de las instalaciones arriba mencionadas; el establecimiento o fortalecimiento de las funciones de colocación de medidores, facturación y colección de pagos; y el fortalecimiento administrativo global de la empresa de agua potable.
Si bien un sistema de abastecimiento de agua potable tiene sin lugar a dudas un impacto sumamente positivo en la salud y el bienestar de muchas personas, la construcción de sus diversos componentes acarrea, potencialmente, algunos problemas que son los mismos que se describen en los siguientes artículos:
Manejo de recursos terrestres e hidráulicos Represas y reservorios
4. COMO SELECCIONAR EL TIPO DE REPRESA O PRESAS Los factores determinantes para elegir el tipo de presa adecuado para una cerrada determinada son los siguientes:
Gradiente hidráulico. Esfuerzo en la cimentación. Deformación en la cimentación Excavación de la cimentación Altura de la presa: Menores a 30 metros, el 80% son de presas de tierra. Mayores de 150 metros, el 60% son presas de concreto armado. Geomorfología de la cerrada, valles amplios (presas de tierra), valles
estrechos (presas de concreto armado).
Condiciones geológicas geotécnicas de la cimentación, es decir, cuando el macizo de cimentación es muy deformable (rocas blandas o suelos) o de baja resistencia se construyen presas de tierra.
Disponibilidad de los materiales de construcción. Áridos para las presas de concreto armado. Materiales sueltos para las presas de tierra. Debe ser lo más impermeable posible, geológicamente óptima. Debe poseer un sitio adecuado para colocar la presa, es decir, una
garganta y un suelo resistente. Disponibilidad de materiales de construcción próxima a la presa. Geológicamente estable para fundar estribos. Buena capacidad de almacenamiento, es decir, que se almacenen
grandes volúmenes de agua, con costos relativamente bajos. Agua de buena calidad. UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI CARRERA
PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL “INGENIERIA DE LA CONSTRUCCION II” Página 49
Sitio apropiado para la colocación de aliviaderos u obras de toma.
5. CONSIDERACIONES GENERALES PARA LA UBICACIÓN DE LA PRESA 5.1. CONSIDERACIONES TOPOGRÁFICAS La presa debe tener la menor longitud posible, lo cual se logra ubicándola en
cañones estrechos. En este caso la presa resultante suele ser de mayor altura para lograr el embalsamiento necesario que si se ubica en valles amplios. Cañones estrechos también dificultan la desviación del cauce para la construcción de las obras resultando que las ataguías y conducciones son más costosas y difíciles de construir. Es conveniente ubicar la toma de agua en la parte externa de la curva del cauce en caso de que la presa se sitúe en un tramo curvilíneo. Un valle amplio permite la construcción de las obras en etapas. Si existe un rápido en el cauce, resulta mejor localizar la presa aguas arriba de él, en zonas de más bajas pendientes. En cauces navegables, la presa debe tener la longitud suficiente para ubicar el vertedero, las esclusas de navegación, y las escalas para peces.
5.2. CONSIDERACIONES GEOLÓGICAS La ubicación de la presa se fija por la necesidad de aprovechar una buena cimentación o estribación. Asimismo, se requiere estabilidad de las laderas del embalse creado.
5.3. CONSIDERACIONES HIDROLÓGICAS La disposición rectilínea de la presa se usa cuando con ella se logra suficiente longitud del vertedero pues da menor longitud y menores costos. En caso contrario se puede pensar en alineamientos curvos, tipo abanico, que permiten tener longitudes del frente vertedero mayores y así poder disminuir la carga de agua sobre la estructura y disminuir altura total de presa.
5.4. CONSIDERACIONES HIDRÁULICAS El sitio escogido debe facilitar la desviación del cauce durante la construcción de las obras y la derivación del río durante la operación del proyecto. Si el cauce es navegable, la presa debe tener la longitud suficiente de forma que se pueda ubicar el vertedero y las esclusas.
5.5. CONSIDERACIONES ESTRUCTURALES La disposición curva de la presa aumenta la distribución de los esfuerzos
hacia los estribos pero resulta más difícil constructivamente
5.6. CONSIDERACIONES GENERALES Se busca ubicar la presa próxima al sitio de suministro. Esto no siempre es
conveniente. Por ejemplo: la altura de carga sobre las turbinas puede mermar a medida que se acerca la presa a la casa de máquinas. Para compensar esto, tocaría aumentar la altura de la presa. Cuando la solución no es obvia, se requiere hacer la comparación técnica y económica considerando aspectos tales como la altura de la presa, la longitud, tipo y dimensiones de la conducción, pérdidas de carga y altura de presión disponible.
Estudios económicos Estudios de impacto ambiental (EIA) Estudios geotécnicos
6. TERMINOS USADOS EN REPRESA O PRESAS
El embalse: es el volumen de tierra que queda retenido por la presa. El vaso: es la parte del valle que, inundándose, contiene el agua
embalsada. La cerrada o boquilla: es el punto concreto del terreno donde se construye la presa.
La presa o cortina: propiamente dicha, cuyas funciones básicas son, por un lado garantizar la estabilidad de toda la construcción, soportando un empuje hidrostático del agua, y por otro no permitir la filtración del agua. A SU VEZ, EN LA PRESA SE DISTINGUE:
Los paramentos, caras o taludes: son las dos superficies más o menos verticales principales que limitan el cuerpo de la presa, el interior o de aguas arriba, que está en contacto con el agua, y el exterior o de aguas abajo.
La coronación: es la superficie que delimita la presa superiormente. Los estribos o empotramientos: son los laterales del muro que están en
contacto con la cerrada contra la que se apoya.
La cimentación: es la parte de la estructura de la presa, a través de la cual se transmiten las cargas al terreno, tanto las producidas por la presión hidrostática como las del peso propio de la estructura.
El aliviadero o Vertedero hidráulico: es la estructura hidráulica por la que rebosa el agua excedentaria cuando la presa ya está llena.
Las compuertas: son los dispositivos mecánicos destinados a regular el caudal de agua a través de la presa.
El desagüe de fondo: permite mantener el denominado caudal ecológico aguas abajo de la presa y vaciar la presa en caso de ser necesario.
Las tomas: son también estructuras hidráulicas, pero de menor entidad, y son utilizadas para extraer agua de la presa para un cierto uso, como puede ser abastecimiento a una central hidroeléctrica o a una ciudad.
Las esclusas: que permiten la navegación "a través" de la presa.
La escala o escalera de peces: que permite la migración de los peces en sentido ascendente de la corriente, o en los casos más extremos, se llegan a instalar ascensores para peces.
TIPOS DE REPRESAS
TIPOS DE REPRESAS
SIENDO LA PRESA UNA ESTRUCTURA HIDRÁULICA, LOS DISTINTOS TIPOS
POSIBLES RESPONDEN A LAS VARIADAS FORMAS DE LOGRAR LAS
DOS EXIGENCIAS FUNCIONALES:
- RESISTIR EL EMPUJE DEL AGUA.- EVACUAR LOS CAUDALES
SOBRANTES.
I. EN CUANTO A SUS DIMENSIONES:
a) GRANDES PRESAS Cuando cumplan al menos una de las siguientes condiciones: Altura superior a 15m, medida desde la parte más baja de la cimentación hasta la coronación.
PEQUEÑAS PRESAS: El resto.
II. EN CUANTO A LA SITUACION DEL ALIVIADERO
SOBRE LA MISMA PRESA ( PRESAS VERTEDERO)
INDEPENDENCIA DE ELLA.
III. EN CUANTO A LA FORMA DE RESISTIR EL EMPUJE HIDROSTATICO a) DE GRAVEDAD
Cuando el peso de la presa es notable y sirve para al componerse con el empuje, dar una resultante adecuada y francamente interior a la base de la presa. Son las de mayor volumen de hormigón adecuada y requieren terrenos resistentes para su cimentación (terrenos rocosos a poca profundidad).
Macizas: suelen consistir en un perfil triangular con sum aguas abajo y algo más en terrenos o de alta sismicidad de taludes del orden de 0.75 a 0.80 ( horizontal/altura) Aligeradas: tienen reducciones de hormigón, pretendiendo emplear mejor el material. Para equilibrar el peso que se quita con el aligeramiento, se le da u un talud aguas arriba para disponer del peso adicional del prisma que gravita sobre él.
b) DE ARCO Utilizan una forma curva para la presa, al objeto de transmitir el empuje al terreno en dirección e intensidad adecuadas, por su forma geométrica resisten y transmiten las cargas tanto a los cimientos como a los estribos.
PRESAS ALIGERADAS (CONTRAFUERTES)
LAS PRESAS DE CONTRAFUERTES TIENEN UNA PARED QUE SOPORTA
EL AGUA Y UNA SERIE DE CONTRAFUERTES O PILARES, DE
FORMA TRIANGULAR, QUE SUJETAN LA PARED Y TRANSMITEN LA
CARGA DEL AGUA A LA BASE.
BÓVEDAS O ARCOS DE DOBLE CURVATURA
Este tipo de presa utiliza los fundamentos teóricos de la bóveda.
IV. EN CUANTO AL MATERIAL EMPLEADO PRESAS DE HORMIGON
Normalmente, todas las presas de tipo gravedad, arco y contrafuerte están hechas de este material.
PRESAS DE MATERIAL SUELTO PRESAS DE ENROCAMIENTO Este tipo de presas en ocasiones es clasificado entre las de materiales sueltos; pero su forma de ejecución y su trabajo estructural son diferentes.
DE MATERIALES SUELTOS (DE ESCOLLERA, DE NÚCLEO DE ARCILLA, CON PANTALLA ASFÁLTICA, CON PANTALLA DE HORMIGÓN, HOMOGÉNEA) Son las más utilizadas en los países subdesarrollados ya que son menos costosas y suponen el 77% de las que podemos encontrar en todo el planeta.
PRESAS DE TERRAPLÉN
Las presas de terraplén son presas masivas hechas de tierra o roca. Al igual que las presas de gravedad, dependen de su peso para resistir el empuje del agua.
PRESAS DE TIERRA
UNA PRESA DE RELLENO DE TIERRA SE CONSTRUYE
PRINCIPALMENTE CON SUELOS SELECCIONADOS
CUIDADOSAMENTE PARA LA INGENIERÍA, DE COMPACTACIÓN
UNIFORME E INTENSIVA EN CAPAS MÁS O MENOS DELGADAS
Y CON UN CONTENIDO DE HUMEDAD CONTROLADO.
FACTORES CLAVES EN LA ESTABILIDAD DEL MURO
MaterialTipo (fino/grueso).Densidad.Humedad / napa.Sistema de drenaje. AguaUbicación de laguna.Control de filtraciones. Método de construcciónAguas abajoLínea central Geometría (taludes)Sismicidad
MATERIALARENA DE RELAVEEMPRÉSTITOESTÉRIL
DENSIDADHUMEDAD Y NIVEL DE NAPASISTEMA DE DRENAJE AGUAUBICACIÓN DE LAGUNA
CONTROL DE FILTRACIONES (IMPERMEABILIZACIÓN)
PARTES DE UNA PRESA
v. SEGÚN SU APLICACIÓN
PRESAS O DIQUES DE RETENCIONSon aquellas que tienen la función de retener sólidos, desde material fino, hasta rocas de gran tamaño, transportadas por torrentes en áreas montañosas, permitiendo sin embargo el paso del agua.
PROCESO CONTRUCTIVO
DISEÑO DEL BORDE LIBRE • Es la distancia vertical entre la cresta de la presa y la altura máxima del agua en el vertedero para la inundación de diseño
FACTORES A TENER EN CUENTA PARA EL DISEÑO DEL BORDE LIBRE • - Efectos Del Viento• - Acción De Las Olas• - Efectos De Los Sismos• - Asentamientos De La Presa• - Factor De Seguridad (3% De Altura De La Presa)
ZONIFICACION DE LA PRESA
• El terraplén debe zonificarse para utilizar la mayor cantidad de materiales posibles de las excavaciones en la obra y de las zonas de cantera cercanas al sitio.
• Es común el diseño de un núcleo el cual está rodeado de filtros y de materiales más gruesos y resistentes.
• El espaldón aguas abajo sirve de drenaje y da estabilidad a los taludes.
• Igualmente el espaldón aguas arriba da estabilidad a los taludes respectivos.
DISEÑO DE UN DIQUE • Un dique es un terraplén para evitar el paso del agua, puede ser natural o
artificial, por lo general de tierra y paralelo al curso de un río represa o al borde del mar.
DISEÑO DE LA CIMENTACION
• Capacidad de soporte. • Estabilidad general. • Asentamientos. • Filtraciones.
• Definir el material que se va a remover para garantizar capacidad de soporte suficiente. • Estabilidad general y asentamientos aceptables o mejorar la calidad del suelo de
cimentación si se requiere.
FUNDACION • La mejor fundación sobre la que podría asentar una presa de tierra es la rocosa, muy
común en río de montaña, ya que este material presenta resistencias al corte mucho mayores que los del terraplén, por lo que no se dan problemas de inestabilidad.
• En este tipo de fundaciones simplemente se hace una excavación del material aluvional superficial para descubrir la roca.
• Otro tipo de materiales que se presentan en los ríos son los suelos de material granular como grava, arena, cantos rodados.
• Estos son adecuados para fundar una presa de tierra, ya que presentan parámetros de resistencia al corte, permeabilidad y compresibilidad similares a los del terraplén en la presa.
• Para fundar la presa sobre este tipo de material solo basta remover la capa superficial menos densa y todo tipo de material compresible y orgánico.
CONTROL DE MANEJO DE FILTRACIONES POR LA FUNDACION • Colchones de drenaje. • Manejan la filtración tanto a través del terraplén como de la fundación. • Previenen las subpresiones excesivas en el pie de la presa. • Los colchones de drenaje aumentan los caudales de filtración por debajo del
terraplén.
• Deben analizarse los diversos métodos utilizando redes de flujo o por métodos aproximados.
• Deben analizarse los factores de seguridad contra subpresiones control.
ZANJA O PLANTILLA IMPERMEABLE
• Pantalla total (atravesando todo el manto permeable) • Pantalla parcial su efectividad depende de la profundidad. Para que sea efectiva
bajar a un manto de menor permeabilidad • Pantalla compactada:• • Permite ver el suelo de fundación• • Permite el tratamiento del fondo de la pantalla• • Para mayor eficiencia penetrar dentro del manto impermeable• • Su ancho debe ser mayor al 20% de la altura de agua de la presa y no menos de
6.0 metros• • Debe incluir filtros para evitar erosión interna• • Puede requerir desagüe durante la construcción.
CONTROL DE FILTRACIONES A LO LARGO DE LOS DUCTOS
• Colocación de collares para bloquear el paso de agua alrededor del ducto compactar muy bien alrededor del ducto o utilizar concreto o relleno fluido.
ANCHO DE LA CRESTA • Depende principalmente del uso que va a tener la cresta (via, mantenimiento,
etc.) • El u.s. Army corps ofengineers recomienda un ancho de mínimo 7.5 metros
para permitir una compactacion adecuada de la presa.
ALINEAMIENTO DEL EJE DE LA PRESA: • Para presas largas se recomienda que sea recto. • Deben evitarse los cambios fuertes de alineamiento para evitar
concentraciones de esfuerzos y agrietamientos. • Las presas cortas y altas deben ser convexas hacia aguas arriba para que el
agua comprima los nucleos contra los estribos. El radio de curvatura varia de 300 a 1.000 metros.
DISEÑO DE UN NUCLEO• El espesor del nucleo debe establecerse teniendo en cuenta. • • Consideraciones de filtracion de agua y erosion interna. • • En general el espesor del nucleo debe ser igual o mayor al 25% de la Altura
de agua en el sitio. • • El espesor mínimo en la corona del nucleo debe ser de 3.0 metros para
Permitir su compactacion.
TALUDS PARA PRESAS HOMOGENEAS TIPICAS:
TALUDES EN ENRROCADOS:
ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS Y ESTRUCTURAS AUXILIARES
DESVIO DEL RIO • Para construir la parte de presa que está en el cauce, es preciso desviar el rio para trabajar
en seco. Hay dos formas de dejar en seco la zona de obra: • Desviando el rio totalmente por un cauce artificial. • Dejando en seco solo una parte del cauce y concentrando el paso de la corriente por el resto,
ejecutando así de forma sucesiva la obra.
• En el caso de desvió total del rio consiste en la ejecución de un cauce artificial, para lo cual hay que hacer una presa provisional que produzca el remanso suficiente para que el agua entre por el nuevo cauce, que es una conducción que transporta el agua desviada hasta un punto agua debajo de la obra. La presa provisional de desvió se llama ataguía. A veces es necesario hacer otra aguas debajo de la obra a proteger, para evitar que las aguas desviadas pueden inundar aquellas por retroceso, esta segunda presa se llama contraataguia.
DRENAJE EN PRESAS DE FRABRICA
• El hormigón es un material poroso. Los poros no están aislados, sino unidos con otros., formando conductos por los que penetrar el agua si se le deja el tiempo necesario.
• Cuando el agua se filtra a través de u dique permeable se forma en su interior una red ortogonal de líneas de corriente que marcan las trayectorias de las partículas de agua. Con el fin de minimizar esa presión. El diámetro de los drenes no suelen pasar de 20 cm, con un mínimo que suele ser de 7.5 cm. Los drenes deben prolongarse bastante en la roca, llegando en algunos casos hasta una profundidad igual a la altura de la pared y como mínimo un 25% de ella. Así se drena todo el apoyo de la presa y se asegura su estabilidad.
FALLAS EN LAS PRESAS O REPRESAS
• Definición de Falla o rotura Según el Comité Internacional de Grandes presas – ICOLD “Colapso o movimiento de una parte de la presa que no puede retener el agua”.
• La seguridad de presas depende principalmente de tres factores: • • Diseño • • Calidad de construcción • • Mantenimiento y operación.
DISEÑO
• Los criterios usuales de factores de seguridad, empleados a la fecha, están empezando a ser cuestionados, usándose cada vez más los criterios probabilísticos
CONSTRUCCIÓN • Es probablemente el aspecto más difícil de todos, ya que mayormente existen
variaciones en su ejecución.
MANTENIMIENTO Y OPERACIÓN • Paralelamente a la ejecución de la obra se debe capacitar al personal que
operará y efectuará.
Análisis de Fallas de Presas
• De las 15,800 presas que se tienen para fines estadísticos: • • Presas (0.67%) • • Por desbordamiento fallaron 61 • • En la ejecución Fallaron 11 presas de tierra y enrocamiento y 2 presas de
concreto y gravedad
• De los otros 48, 7 ocurrieron por un mal funcionamiento de compuertas y 5 por la falla de una presa aguas arriba.
Causas de falla en presas • • El desbordamiento. • • La erosión interna. • • El debilitamiento de la cimentación
PRINCIPALES REPRESAS DEL PERÚ
CONSTRUCCION DE PRESAS EN EL PERU.
• En el Perú existen 58 grandes presas, mayores de 15 m de altura: • • 56 se encuentran en operación • • 2 están en etapa constructiva • La altura promedio de las presas en el Perú es 26 m. • • 128 presas (55%) son presas menores de 15 m de altura • • El 25% tiene una altura media de entre 15 y 30 m
• • Al 11% le corresponde una altura media de entre 30 y 60 m • • El 6%, esto es 8 presas tienen una altura entre 60 y 100 m; • • El 3%, esto es 4 presas tienen una altura entre 100 y 150 m.
ALTURA DE LAS PRESAS EN EL PERU • Las presas más altas del Perú mayores a 100 m de alto, son las presas de
enrocado y de tierra • • Con pantalla de impermeabilización de concreto, las presas de Antamina de
135 m y Torata de 130 m
• La presa Condoroma es de enrocado con una altura de 101 m. • • Entre las presas de tierra, la más alta es la presa de Gallito Ciego de 114 m. • • La presa de gravedad, la más alta es la presa de arco de Tabla chaca de 77 m.