Cubeta de Lanzamiento

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    17-Aug-2015
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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO FACULTAD DE INGENIERIA ASPECTOS GENERALES QUE DEBEN TOMARSE EN CUENTA EN EL DISEO ESTRUCTURAL DE UNA CUBETA DE LANZAMIENTO. TESIS QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERIO CIVIL PRESENTA: MARIA SOLEDAD GARCIA RAMOS ASESOR: ING. VICTOR FRANCO MEXICO, D.F., CIUDAD UNIVERSITARIA 2011 AGRADECIMIENTOS Agradezcoinfinitamenteamipadre(q.e.p.d.)ymadre.Porsusesfuerzos,porsuorientacin, compaa,pacienciaycario.Sinellosestonohubierasidoposible.Papiesperonohaberte defraudado, todos los das te recuerdo. A mis hermanos, Mariana y Francisco, pues sin su compaa, mi vida no tendra el color que ahora tiene. Dios los bendiga. A mi pequeo tesoro, quien ahora, es motivo de mi existir, Paula Sofa, quien me motiva a seguir buscando triunfos y quien es mi apoyo en tiempos difciles. Te amo hija. A mi amado Fidelillo, por los buenos y malos momentos, que nos ha tocado vivir a lo largo de un par de aos. Amisprofesoresycompaerosporlosaosuniversitarios.UstedessonelalmadeestaAmada Universidad. AlIng.VctoryalIng.Roberto, porsuinfinitapaciencia,yatodoslosingenierosconlosquehe convivido a lo largo de estos aos, y de los cuales tengo hermosas experiencias. Y en especial a Dios.. Porque me regal esta vida. I N D I C E INDICE INTRODUCCIN 1.LOCALIZACIN DE LA OBRA DE EXCEDENCIAS 1.1Generalidades 1.2Tipos de roca 1.2.1Suelos 1.2.2Rocas gneas 1.2.3Rocas metamrficas 1.2.4Rocas sedimentarias 1.2.5Densidad relativa de las rocas 1.3Estructura Geolgica 1.4Condiciones geolgicas y tipo de cimentacin 1.4.1Cimentacin sobre roca slida 1.4.2Cimentacin sobre limo o arena fina 1.4.3Cimentacin en arcilla 1.4.4Cimentaciones irregulares 1.4.5Cimentacin sobre caliza 1.5Presa 1.6Seleccin de la obra de excedencias 1.7Tipos de Obra de Excedencias 1.7.1Obras de cada libre 1.7.2Obras con cada en rpida 1.7.3Obras con tiro vertical 1.7.4Obras con descarga directa a un canal 1.7.5Obras con canal lateral I N D I C E 2. SELECCIN DE LA ESTRUCTURA TERMINAL 2.1 Objetivo de la Obra de Excedencias 2.2 Partes que constituyen una Obra de Excedencias 2.2.1 Canal de Acceso 2.2.2 Estructura de Control (Vertedor) 2.2.3 Estructura de Descarga (Rpida) 2.2.4 Estructura Terminal 2.2.5 Canal de Salida 2.3 Seleccin del tipo de estructura terminal disipadora de energa 2.4 Tipos de Estructuras Terminales 2.4.1 Tanque amortiguador 2.4.2 Cubeta de Lanzamiento 2.4.3 Cubetas disipadoras de energa 3. CARACTERSTICAS HIDRULICAS DE UNA CUBETA 3.1 Generalidades 3.2 Diseo Geomtrico de la cubeta 3.2.1 Caractersticas geomtricas de la cubeta 3.3 Funcionamiento hidrulico de la cubeta 3.3.1 Gasto mnimo de despegue 3.3.2 Determinacin de las presiones 3.3.3 Determinacin de la trayectoria 3.3.4 Velocidad de entrada del chorro en la superficie del agua 4. CARACTERSTICAS ESTRUCTURALES DE UNA CUBETA 4.1 Generalidades 4.2 Anlisis de estabilidad 4.2.1 Acciones 4.2.2 Muros 4.2.3 Revestimiento I N D I C E 4.2.4 Losa de Fondo 4.3 Anclas 4.4 Juntas de Construccin 4.4.1 Materiales de relleno para juntas 4.4.2 Aspectos a considerar en el diseo de juntas 4.5 Drenaje 4.5.1 Tipos de drenaje 4.6 Lloraderos 5. EJEMPLO DE DISEO 5.1 Estructura de control 5.2 Perfil de agua sobre el cimacio 5.3 Canal de descarga 5.4 Muros laterales 5.5 Losa de piso 5.6 Refuerzo de estructura terminal 5.6.1 Muros 5.6.1.1 Caras interiores 5.6.1.2 Caras exteriores 5.6.1.3 Acero por cambios volumtricos 5.6.2 Losa de fondo 5.6.2.1 Armado en losa de fondo 5.6.2.2 Armado por cambios volumtricos 5.6.3 Dentelln 6. CONCLUSIONES BIBLIOGRAFA INTRODUCCIN 1 INTRODUCCIN Cada una de las partes que integran una presa, tienen una vital importancia en el funcionamiento de la misma y su diseo est determinado por particularidades de la zona donde ha de construirse, yaque,ancuandosecuentaconundiseo,ste,enocasiones,sevemodificadoporlas condiciones geolgicas, fsicas y ambientales de la zona. Laconstruccindeunapresa,traeconsigounsinfndeenseanzas,quefinalmente,formanla experiencia de los ingenieros que posteriormente han de dirigir obras, de igual o mayor magnitud. Se debe tener conocimiento desde el material sobre el que ha de cimentarse, material que rodea a la zona y el cual ha de servir para la construccin misma, caractersticas del ro, etc. Como primercaptulo de este trabajo, sehace mencin de aspectos importantes de Geologa que son considerados previos a la construccin de una obra de esta magnitud. Se hace referencia a los materialesysuscaractersticas,ydealgunamanera,comostospuedenseraprovechadosenla construccin. Elsegundocaptulodeltrabajo,esunresumendelaspartesquecomponenunapresa,en particularaquellasestructurasquedanformaalaObradeExcedencias.Sehacehincapienla estructuraterminaldelaobradeexcedencias,quesinduda,dependedelasestructurasaguas arriba y de las necesidades aguas abajo de la misma. Derivadodelovistoenelcaptuloanterior,seeligi,amaneradeejemplo,comoestructura terminal una cubeta de lanzamiento, y de la cual se habla en el tercer captulo de este trabajo. Se INTRODUCCIN 2 resaltanlascaractersticashidrulicasyfsicasquecomponenestaestructura,susbeneficiosy aquellos momentos en los cuales stos se convierten en una desventaja para la obra en general. En el captulo 4, se mencionan las caractersticas estructurales que debe tener la cubeta para llevar a cabo su funcin de manera adecuada, y la estrecha relacin que ella guarda con las estructuras que se encuentran aguas arriba. Finalmenteenelltimocaptulodeestetrabajo,serealizaelclculodeldiseoestructuraldela cubetadelanzamiento.Paraellosetomaroncomoparmetrosdediseolascaractersticasdela Obra de Excedencias de la presa La Angostura, ubicada en el estado de Chiapas. Enlaconclusindeestetrabajo,esdondesepresentanloscomentariospertinentessobrelos resultados obtenidos y la comparacin de ambos diseos. CAPTULO 1. LOCALIZACIN DE LA OBRA DE EXCEDENCIAS 3 1. LOCALIZACIN DE LA OBRA DE EXCEDENCIAS 1.1Generalidades Laobradecontrolyexcedenciaesunaparteintrnsecadeunapresa,yaseaqueestaseadealmacenamiento o derivacin, y cuya funcin es la de permitir la salida de los volmenes de agua excedentes en el vaso de la presa, ya sea en forma controlada con compuertas o con descarga libre concebidas como una verdadera vlvula de seguridad de la presa. En general, el ingeniero civil proyectista debe ser sumamente cauteloso al evaluar la seguridad de unaobradeexcedenciasdebidoaqueporunaoperacindefectuosaoporlapresenciadeuna avenida mayor a la de diseo de la obra el nivel del agua puede rebasar la elevacin de la corona delacortinaypuedehabergravesconsecuenciastantoparastacomoparalavidaybienes materialeslocalizadosaguasabajodelamisma;cuandolacortinaestahechadetierraode materialesgraduados,encambioparaunadeconcretolasconsecuenciasdelascondiciones mencionadas pueden ser menores, pero no menos importantes. Por ello es que, precedente a la construccin de la Obra de Excedencias se realiza una minuciosa investigacinparadeterminarelsitiomsdeseable,tcnicamenteyeconmicamente,elladebe incluirreconocimientossuperficiales,mapastopogrficos,estudiosgeolgicosydelsubsuelo. Ademsdecontemplarpruebasquedebenhacersealosmaterialesdelacimentacinysu extensindependedelamagnituddelproyectoydelascondicionesenqueseencuentreel subsuelo. Las investigaciones preliminares usualmente requieren: 1)Un estudio no muy preciso de la superficie del sitio con el mapa topogrfico resultante del sitio CAPTULO 1. LOCALIZACIN DE LA OBRA DE EXCEDENCIAS 4 2)Algunas perforaciones (de 6 a 50 m de profundidad) acorde con la magnitud del proyecto y las caractersticas de la cimentacin. 3)Un reporte de una investigacin geolgica preliminar. 4)Investigacin de los materiales de construccin disponibles, tales como tierra y grava as como los agregados del concreto. 5)Un estudio hidrolgico. 6)Revisin de niveles mximos de agua y su uso en la determinacin de los requerimientos para la capacidad de la obra de excedencias. El objetivo de las investigaciones preliminares es la obtencin nicamente de suficientes datos que permitanestudiosdegabinete,dentrodeloscualesseencuentralaestimacindecostospara determinarelcostototaldelaestructuraqueformalaObradeExcedenciasybuscarelms econmico. Otroaspectoimportantequesedebeconsiderareneldiseodelaobradeexcedenciasesla frecuencia con que funcione, es decir el numero de veces por ao que vaya a trabajar. Engeneral,sepuedeafirmarqueelincrementoencostodeunaobradeestetiponoes directamente proporcional al incremento de su capacidad de descarga, por lo que con frecuencia el costodeunacapacidadgrandesersolomoderadamentemayoraladeotraconunacapacidad reducida, esto puede ser la razn para proyectar obras con descarga amplia. Paraentenderelcomportamientodelterreno,elingenierocivildebeconocerlosprocesos geolgicosbsicos,yestudiarlasrocasylossuelosqueprovienendelasmismas,especialmente analizandolaspropiedadesasociadasasucomportamientobajopresinmecnicayantelas fuerzas qumicas que actan en la superficie terrestre. Lasrocasprincipalmenteestnformadaspordiversasclasesdeminerales.Engeneral, aproximadamenteel95%deunarocaloconstituyentresocuatromineralesyel5%restante puede contener hasta 20. Enespecial,algunosminerales,loquesonricosenhierro,magnesioycarbonatossedesintegran con la mayor rapidez cuando estn expuestos a la atmsfera y al agua, y su desintegracin reduce la resistencia de ella. Los minerales tienen una estructura interna definida y el arreglo tiene un efecto importante sobre la resistencia mecnica de los minerales de las rocas. Tres procesos distintos intervienen en la formacin de rocas y por ello su origen es de tipo gneo, sedimentario y metamrfico. 1.2Tipos de roca 1.2.1Suelos Muchasdelascaractersticasdelossuelossuperficialesestnestrechamenterelacionadasconel tipo de la roca de la que provienen.CAPTULO 1. LOCALIZACIN DE LA OBRA DE EXCEDENCIAS 5 Lamayorpartedelossuelossonacumulacionesheterogneasdegranosmineralesquenoestn cementados.Laspropiedadesfsicasdelossuelos,comoelpesoespecifico,permeabilidad, resistencia al corte, compresibilidad y su comportam