Dimensionamiento canales de contorno

DIMENSIONAMIENTO CANALES DE CONTORNO

140003-200-DOC-01

0 09/07/2013 Para Construcción M. Norambuena F. Fernández A.Edwards

C 15/05/2013 Revisión interna M. Norambuena F. Fernández A.Edwards

B 10/05/2013 Revisión interna M. Norambuena F. Fernández A.Edwards

A 25/03/2013 Revisión interna M. Norambuena F. Fernández A.Edwards

REV FECHA EMITIDO PARA POR REV. APR. APR.

EIC Ingenieros

N° DE PROYECTO EMPRESA DE INGENIERÍA

140003

Pág. 1 de 33

PORTOFINO #4358 – LAS CONDES – SANTIAGO

TELEFONOS: 208 5667 – 206 9873 – 228 4404

FAX: 207 4807

[email protected]

http://www.eicingenieros.cl

140003-200-DOC-01 REV

0

DEPÓSITO DE RELAVES LAS LUCES II

INGENIERÍA DE DETALLES CANAL DE CONTORNO

CONTRATO N° 003

mailto:[email protected]

http://www.eicingenieros.cl/

Canales de contorno Las Luces II 140003-200-DOC-01

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Dimensionamiento canales de contorno 2




140003-200-DOC-01

ÍNDICE

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1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 3

2. OBJETIVOS ................................................................................................................................ 4

3. ANTECEDENTES ....................................................................................................................... 4

4. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO .............................................................................................. 5

5. DISEÑO HIDRÁULICO ............................................................................................................... 6

5.1 CANALES DE CONTORNO ........................................................................................................ 6

5.2 DISIPADORES DE ENERGÍA .................................................................................................... 17 5.3 CRUCE DE CAMINO EXISTENTE .............................................................................................. 20

6. DISEÑO ESTRUCTURAL ......................................................................................................... 21


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1. INTRODUCCIÓN

Minera Las Cenizas, para los proyectos que tiene en la zona norte cercanos a

Taltal, requiere desarrollar la Ingeniería de Detalle de los canales de contorno

proyectados para captar las aguas lluvia de las cuencas aportantes al Tranque Las

Luces II, durante su operación. Corresponde a dos canales de sección trapecial

excavados en roca, denominados Norte y Sur, con longitudes de 2.275 m y 1.904

m respectivamente, los cuales finalmente descargarán en la quebrada Cifuncho.

La ubicación de este proyecto se muestra en la Figura N°1.1.

Figura N° 1.1: Ubicación del Proyecto


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2. OBJETIVOS

El presente documento entrega el diseño de los canales de contorno, obras de

toma en quebradas y disipadores de energía, proyectados para la captación y

desvío de aguas lluvia durante la operación del Tranque Las Luces II.

3. ANTECEDENTES

Para el desarrollo de este documento se utilizó la siguiente información:

Compañía Minera Las Cenizas, VST Ingenieros (2003). Disposición de Relaves

Las Luces. Tranque Las Luces II. Ingeniería Básica.

Compañía Minera Las Cenizas, VST Ingenieros (2003). Disposición de Relaves

Futuro. Tranque Las Luces II; Respuesta a Observaciones Dirección General de

Aguas.

Compañía Minera Las Cenizas, EIC Ingenieros (2013). Depósito de relaves Las

Luces II, Ingeniería de Detalles Canal de Contorno, N° 140003-200-BD-01,

Bases de Diseño.

Ministerio de Obras Públicas, Manual de Carreteras (2002). Capítulo N°3.700

“Hidrología y Drenaje”.

U. S. Departament of Transportation (2006). Hydraulic Design of Energy

Dissipators for Culverts and Channels.

NCh 170 Of. 85, Hormigones-Requisitos Generales.

NCh 211 Of. 69 , Barras con resaltes en obras de hormigón armado.

NCh 2369 Of 2003, Diseño Sísmico de Estructuras e Instalaciones Industriales.

ACI 318-08, Código de Diseño de Hormigón Armado.


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4. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

El Tranque Las Luces II se ubica en la localidad de Cifuncho, caleta de pescadores

ubicada a 50 Km al sur de Taltal, la que a su vez se distancia 255 km de la ciudad

de Antofagasta (medida por la Ruta costera B-1). En este tranque se depositan

relaves de minerales de cobre producidos en la Planta de Beneficio de la

Compañía Minera Las Cenizas ubicada 600m al sur.

El proyecto considera materializar dos canales de contorno emplazados en la

vecindad inmediata del tranque. La función de estos canales es recolectar y

evacuar eventuales aguas lluvia de hasta 25 años de periodo de retorno, sin que

éstas se incorporen al tranque.

La disposición del tranque de relaves y la Planta de Beneficio se muestra en la

Figura N°4.1. Los canales de contorno proyectados se indican con trazado color

verde.

Figura N° 4.1: Trazado de canales de contorno

Los canales de contorno se proyectan en roca, de sección trapecial con taludes

H:V=1:3 hacia el lado del cerro y H:V=1:1 hacia el lado del valle. El canal norte y

sur recorren 2.275 m y 1.904 m respectivamente, hasta entregar las aguas lluvias

a la quebrada Cifuncho.


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Para captar las aguas lluvia aportantes desde las quebradas intersectadas, se

proyectan obras de toma. Consisten en una profundización del canal sólo frente a

la quebrada.

En su recorrido, ambos canales presentan sectores con alta pendiente y para eso

se proyectan disipadores de energía aguas abajo de éstos, mediante la generación

de resalto hidráulico, considerando sección rectangular estructurado en hormigón

armado.

Existe una interferencia generada por el cruce de un camino de acceso, para lo

cual es necesario que el canal atraviese manteniendo su perfil, mediante tubo

corrugado limitado por muros de boca.

El detalle de estas obras se entrega en los planos del proyecto.

5. DISEÑO HIDRÁULICO

A continuación se entrega el dimensionamiento de los canales de contorno norte y

sur, necesarios para captar y evacuar las aguas lluvia de las cuencas aportantes al

depósito de relaves, durante su operación. Además, se proyectan los disipadores

de energía necesarios en algunos puntos del trazado de canales.

El desarrollo de este dimensionamiento considera los procedimientos de cálculo

hidráulico indicados en el documento N° 140003-200-BD-01, Bases de Diseño,

perteneciente a este proyecto.

5.1 Canales de contorno

Para el diseño de las obras asociadas a los canales de retorno, se consideró

caudales correspondientes a crecidas para un periodo de retorno de 25 años y se

verificó para 50 años, de acuerdo a criterios definidos en el artículo 34° letra b) del

Reglamento que fija las condiciones técnicas que deben cumplirse en los

proyectos, construcción y operación de obras hidráulicas, identificadas en el

artículo 224 del Código de Aguas. En nuestro caso, éstos canales se proyectan

para el periodo de operación del Tranque.


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La división en subcuencas del area aportante al depósito, se realizó de acuerdo a

la morfología del terreno, según muestra la Figura N° 5.1. A partir de esto, se

obtuvieron los parámetros morfométricos para cada subcuenca, según muestran

las Tablas N° 5.1 y 5.2.

Figura N° 5.1: Definición de subcuencas aportantes


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Tabla N° 5.1: Parámetros morfométricos de subcuencas canal norte

N° cuenca Área cuenca

(m2) Long. Cauce

(m) Cota superior

(msnm) Cota salida

(msnm)

1 16.168 167 326 253,0

2 52.298 300 350 252,5

3 10.620 148 324 252,3

4 16.375 130 324 252,2

5 11.880 131 326 251,9

6 7.132 97 318 251,6

7 12.804 131 326 251,4

8 23.900 98 326 251,1

9 21.790 206 372 250,7

10 11.996 58 288 250,4

11 4.972 47 272 250,0

12 41.592 273 250 202,0

13 14.950 243 264 201,1

14 4.129 90 232 200,9

15 2.395 57 230 200,7

16 21.765 130 264 200,3

Tabla N° 5.2: Parámetros morfométricos de subcuencas canal sur

N° cuenca Área cuenca

(m2) Long. Cauce

(m) Cota superior

(msnm) Cota salida

(msnm)

1 34.149 298 356 253,7

2 6.832 155 322 253,2

3 30.932 218 356 252,5

4 9.529 124 306 252,3

5 11.629 136 312 252,1

6 9.466 153 320 251,7

7 24.114 165 326 251,2

8 23.096 152 326 250,6

9 14.743 101 284 250,0

10 10.011 82 286 249,0

El caudal aportante de cada subcuenca se determina con la fórmula racional, de

acuerdo a lo siguiente:

donde:

Q: caudal aportante en [m3/s].

C: coeficiente de escurrimiento de la cuenca.


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I: intensidad de lluvia de diseño en [mm].

A: área aportante en [km2].

De acuerdo a visita a terreno registrada en la Figura N° 5.2 y considerando la Tabla

3.702.503-B del Manual de Carreteras, se obtiene los coeficientes de escurrimiento

indicados en la Tabla N° 5.3.

Figura N° 5.2: Terreno donde se proyecta canal de contorno

Tabla N° 5.3: Coeficientes de escurrimiento

FACTOR VALOR

Relieve 0,32

Infiltración 0,12

Cobertura vegetal 0,12

Almacenamiento Sup. 0,10

0,66

C (T=25 años) 0,73

C (T=50 años) 0,79


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La intensidad de lluvia de diseño corresponde a aquella de duración igual al tiempo

de concentración del área y de la frecuencia o periodo de retorno seleccionado para

el diseño.

El tiempo de concentración se determina según la fórmula de Giandotti.

donde:

tc: tiempo de concentración [min]

A: área de la cuenca [km2]

L: longitud del cauce [km]

Hm: diferencia de nivel entre la cota media de la cuenca y la salida [m]

Los tiempos de concentración calculados para cada subcuenca se muestran en las

Tablas N° 5.4 y 5.5. Como norma general, el tiempo de concentración no debe ser

inferior a 10 minutos.

Tabla N° 5.4: Tiempos de concentración en canal norte

N° cuenca Giandotti (min) t adop. (min)

1 9,4 10,0

2 14,7 14,7

3 7,9 10,0

4 8,8 10,0

5 7,8 10,0

6 6,3 10,0

7 8,0 10,0

8 9,4 10,0

9 8,7 10,0

10 9,1 10,0

11 8,0 10,0

12 18,8 18,8

13 11,4 11,4

14 7,5 10,0

15 5,5 10,0

16 10,4 10,4


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Tabla N° 5.5: Tiempos de concentración en canal sur

N° cuenca Giandotti (min) t adop. (min)

1 12,4 12,4

2 7,2 10,0

3 10,7 10,7

4 8,3 10,0

5 8,7 10,0

6 7,9 10,0

7 10,7 10,7

8 10,2 10,2

9 11,6 11,6

10 9,1 10,0

Una vez adoptado el tiempo de concentración, se determina la intensidad de lluvia

en base a la fórmula para precipitaciones desarrollada para la localidad de Taltal

por Skorin Ingenieros, según anexo del documento: “Disposición de Relaves Las

Luces. Tranque Las Luces II. Ingeniería Básica”.

(13,26*ln(T) - 27,69)*(t0.25 – 1)

donde:

P: precipitación (mm) con periodo de retorno T años y duración t minutos.

Ln(T): logaritmo en base e del periodo de retorno.

Las intensidades de lluvia calculadas se determinaron en la salida de cada subcuenca, considerando el área aportante acumulada hasta ese punto y el tiempo de concentración correspondiente a ésta. Al determinar ese tiempo, una de las alternativas de trayectoria considera el flujo por el canal de contorno y para esto se ocupa una velocidad de 1,5 m/s. De esta forma, se obtienen los caudales aportantes en cada salida de subcuenca, según muestran las Tablas N° 5.6, 5.7, 5.8 y 5.9. En estas tablas se indica el tramo en el cual rige cada caudal aportante, correspondiendo a los límites de cada subcuenca con el canal.


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Tabla N° 5.6: Caudales aportantes para diseño de canal norte (T= 25 años)

Tabla N° 5.7: Caudales aportantes para verificación de canal norte (T= 50 años)

Tabla N° 5.8: Caudales aportantes para diseño de canal sur (T= 25 años)

0,000 - 0,050 0,0162 10,0 - 10,0 11,67 70,01 0,230

0,050 - 0,080 0,0685 14,7 10,3 14,7 14,36 58,63 0,814

0,080 - 0,210 0,0791 10,0 16,1 16,1 15,05 56,01 0,898

0,210 - 0,310 0,0955 10,0 17,1 17,1 15,48 54,44 1,054

0,310 - 0,435 0,1073 10,0 18,4 18,4 16,04 52,41 1,141

0,435 - 0,590 0,1145 10,0 20,1 20,1 16,76 49,98 1,160

0,590 - 0,700 0,1273 10,0 21,4 21,4 17,27 48,32 1,247

0,700 - 0,930 0,1512 10,0 23,2 23,2 17,92 46,30 1,419

0,930 - 1,015 0,1730 10,0 25,2 25,2 18,58 44,32 1,555

1,015 - 1,250 0,1850 10,0 26,7 26,7 19,08 42,92 1,610

1,250 - 1,360 0,1899 10,0 29,1 29,1 19,84 40,85 1,573

1,360 - 1,615 0,2315 18,8 32,2 32,2 20,71 38,64 1,814

1,615 - 1,630 0,2465 11,4 32,4 32,4 20,79 38,44 1,921

1,630 - 1,740 0,2506 10,0 33,6 33,6 21,09 37,71 1,916

1,740 - 1,825 0,2530 10,0 34,4 34,4 21,32 37,16 1,906

1,825 - 2,130 0,2748 10,4 36,8 36,8 21,93 35,76 1,992

Caudal aportante

(m3/s)

Intensidad

(mm/h)

Área aportante

(km2)Tramo (km - km) tc cuenca (min)

tc cuenca + t viaje

(min)

tc adoptado

(min)

Precipitación

(mm)

0,000 - 0,050 0,0162 10,0 - 10,0 18,82 112,93 0,401

0,050 - 0,080 0,0685 14,7 10,3 14,7 23,17 94,57 1,421

0,080 - 0,210 0,0791 10,0 16,1 16,1 24,28 90,34 1,568

0,210 - 0,310 0,0955 10,0 17,1 17,1 24,96 87,81 1,840

0,310 - 0,435 0,1073 10,0 18,4 18,4 25,88 84,55 1,992

0,435 - 0,590 0,1145 10,0 20,1 20,1 27,04 80,62 2,025

0,590 - 0,700 0,1273 10,0 21,4 21,4 27,86 77,94 2,177

0,700 - 0,930 0,1512 10,0 23,2 23,2 28,90 74,68 2,478

0,930 - 1,015 0,1730 10,0 25,2 25,2 29,98 71,50 2,714

1,015 - 1,250 0,1850 10,0 26,7 26,7 30,77 69,24 2,810

1,250 - 1,360 0,1899 10,0 29,1 29,1 32,01 65,89 2,746

1,360 - 1,615 0,2315 18,8 32,2 32,2 33,40 62,33 3,167

1,615 - 1,630 0,2465 11,4 32,4 32,4 33,53 62,01 3,354

1,630 - 1,740 0,2506 10,0 33,6 33,6 34,02 60,83 3,345

1,740 - 1,825 0,2530 10,0 34,4 34,4 34,40 59,94 3,328

1,825 - 2,130 0,2748 10,4 36,8 36,8 35,38 57,68 3,478

Intensidad

(mm/h)

Caudal aportante

(m3/s)Tramo (km - km)

Área aportante

(km2)tc cuenca (min)

tc cuenca + t viaje

(min)

tc adoptado

(min)

Precipitación

(mm)

0,000 - 0,120 0,0341 12,4 - 12,4 13,14 63,59 0,440

0,120 - 0,200 0,0410 10,0 14,2 14,2 14,11 59,65 0,496

0,200 - 0,445 0,0719 10,7 16,6 16,6 15,27 55,19 0,805

0,445 - 0,555 0,0814 10,0 17,6 17,6 15,70 53,64 0,886

0,555 - 0,640 0,0931 10,0 18,3 18,3 16,03 52,48 0,990

0,640 - 0,725 0,1025 10,0 19,7 19,7 16,58 50,57 1,051

0,725 - 0,910 0,1267 10,7 21,6 21,6 17,33 48,13 1,236

0,910 - 1,180 0,1497 10,2 23,6 23,6 18,06 45,86 1,393

1,180 - 1,370 0,1645 11,6 25,9 25,9 18,84 43,60 1,454

1,370 - 1,600 0,1745 10,0 29,8 29,8 20,02 40,38 1,429

Intensidad

(mm/h)

Caudal aportante


Área aportante


tc cuenca + t viaje

(min)

tc adoptado

(min)

Precipitación

(mm)


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Tabla N° 5.9: Caudales aportantes para verifiación de canal sur (T= 50 años)

Para el diseño de canales de contorno se consideró los parámetros de la Tabla N° 5.10, complementada con la Figura N° 5.3. Mediante la fórmula de Manning se obtuvo los resultados que muestran las Tablas N° 5.11, 5.12, 5.13 y 5.14. Los canales se proyectaron con una rugosidad n=0,050 para canal excavado en roca, irregular y dentado (valor máximo), según Manual de Carreteras. Se incorporan tres tramos con alta pendiente donde se proyectan rápidos de

descarga en sección rectangular.

Tabla N° 5.10: Carácterísticas del canal

Parámetro Valor

Base canal (m) 0,80

Taludes (H:V) 1:1 y 1:3

Rugosidad (roca) 0,050

Figura N° 5.3: Sección típica del canal

0,000 - 0,120 0,0341 12,4 - 12,4 21,20 102,57 0,769

0,120 - 0,200 0,0410 10,0 14,2 14,2 22,75 96,21 0,865

0,200 - 0,445 0,0719 10,7 16,6 16,6 24,63 89,03 1,405

0,445 - 0,555 0,0814 10,0 17,6 17,6 25,32 86,53 1,546

0,555 - 0,640 0,0931 10,0 18,3 18,3 25,85 84,65 1,729

0,640 - 0,725 0,1025 10,0 19,7 19,7 26,75 81,57 1,835

0,725 - 0,910 0,1267 10,7 21,6 21,6 27,95 77,64 2,158

0,910 - 1,180 0,1497 10,2 23,6 23,6 29,14 73,97 2,431

1,180 - 1,370 0,1645 11,6 25,9 25,9 30,38 70,33 2,539

1,370 - 1,600 0,1745 10,0 29,8 29,8 32,30 65,13 2,494

Intensidad

(mm/h)

Caudal aportante


Área aportante


tc cuenca + t viaje

(min)

tc adoptado

(min)

Precipitación

(mm)


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Tabla N° 5.11: Diseño del canal norte (T= 25 años)

Tabla N° 5.12: Verificación del canal norte (T= 50 años)

Tabla N° 5.13: Diseño del canal sur (T= 25 años)

Tramo (km - km) Caudal (m3/s) Pendiente Altura (m) Velocidad (m/s) Bernoulli (m) N° Froude Altura (m) Velocidad (m/s) Bernoulli (m) Bn / Bc

0,000 - 0,050 0.230 0.0100 0.32 0.70 0.35 0.43 0.19 1.27 0.28 1.26

0,050 - 0,080 0.814 0.0100 0.67 0.97 0.72 0.44 0.42 1.80 0.58 1.23

0,080 - 0,200 0.898 0.0100 0.71 1.00 0.76 0.44 0.44 1.85 0.62 1.23

0,200 - 0,300 1.054 0.0100 0.77 1.04 0.83 0.45 0.49 1.92 0.68 1.22

0,300 - 0,430 1.141 0.0100 0.80 1.06 0.86 0.45 0.51 1.96 0.71 1.22

0,430 - 0,590 1.160 0.0100 0.81 1.06 0.87 0.45 0.52 1.97 0.71 1.22

0,590 - 0,700 1.247 0.0100 0.84 1.08 0.90 0.45 0.54 2.00 0.74 1.22

0,700 - 0,930 1.419 0.0100 0.90 1.12 0.97 0.45 0.58 2.07 0.80 1.22

0,930 - 1,010 1.555 0.0100 0.95 1.14 1.02 0.45 0.61 2.11 0.84 1.21

1,010 - 1,240 1.610 0.0100 0.97 1.15 1.03 0.45 0.62 2.13 0.85 1.21

1,240 - 1,350 1.573 0.0100 0.95 1.15 1.02 0.45 0.61 2.12 0.84 1.21

1,350 - 1,550 1.814 0.1580 0.33 3.70 1.03 2.07 0.53 2.28 0.80 1.29

1,560 - 1,590 1.814 0.0020 0.77 1.57 0.90 0.57 0.53 2.28 0.80 1.13

1,590 - 1,630 1.921 0.0112 1.03 1.26 1.11 0.48 0.69 2.22 0.94 1.18

1,630 - 1,740 1.916 0.0112 1.03 1.26 1.11 0.48 0.69 2.22 0.94 1.18

1,740 - 1,820 1.906 0.0112 1.02 1.25 1.10 0.48 0.68 2.22 0.93 1.18

1,820 - 2,190 1.992 0.0112 1.05 1.27 1.13 0.48 0.70 2.24 0.96 1.18

2,190 - 2,275 1.992 0.1777 0.17 7.63 3.14 5.83 0.56 2.35 0.85 3.71

Resultados esc. críticoDatos Resultados esc. normal


0,000 - 0,050 0.401 0.0100 0.45 0.81 0.48 0.44 0.28 1.47 0.39 1.25

0,050 - 0,080 1.421 0.0100 0.90 1.12 0.97 0.45 0.58 2.07 0.80 1.22

0,080 - 0,200 1.568 0.0100 0.95 1.15 1.02 0.45 0.61 2.12 0.84 1.21

0,200 - 0,300 1.840 0.0100 1.04 1.19 1.11 0.45 0.67 2.20 0.92 1.21

0,300 - 0,430 1.992 0.0100 1.08 1.21 1.15 0.45 0.70 2.24 0.96 1.21

0,430 - 0,590 2.025 0.0100 1.09 1.22 1.16 0.45 0.71 2.25 0.97 1.21

0,590 - 0,700 2.177 0.0100 1.13 1.24 1.21 0.45 0.74 2.29 1.00 1.20

0,700 - 0,930 2.478 0.0100 1.21 1.28 1.29 0.46 0.79 2.36 1.07 1.20

0,930 - 1,010 2.714 0.0100 1.26 1.31 1.35 0.46 0.83 2.41 1.13 1.20

1,010 - 1,240 2.810 0.0100 1.29 1.32 1.37 0.46 0.85 2.43 1.15 1.20

1,240 - 1,350 2.746 0.0100 1.27 1.31 1.36 0.46 0.84 2.41 1.13 1.20

1,350 - 1,550 3.167 0.1580 0.48 4.39 1.46 2.02 0.77 2.75 1.15 1.27

1,560 - 1,590 3.167 0.0020 1.19 1.78 1.35 0.52 0.77 2.75 1.15 1.17

1,590 - 1,630 3.354 0.0112 1.36 1.44 1.47 0.49 0.93 2.52 1.26 1.17

1,630 - 1,740 3.345 0.0112 1.36 1.44 1.47 0.49 0.93 2.52 1.26 1.17

1,740 - 1,820 3.328 0.0112 1.36 1.43 1.46 0.49 0.93 2.52 1.25 1.17

1,820 - 2,190 3.478 0.0112 1.39 1.45 1.50 0.49 0.95 2.55 1.28 1.17

2,190 - 2,275 3.478 0.1777 0.25 9.23 4.59 5.88 0.82 2.83 1.23 3.74

Resultados esc. críticoDatos Resultados esc. normal


0,000 - 0,120 0.440 0.0146 0.43 0.96 0.47 0.53 0.29 1.54 0.41 1.15

0,120 - 0,190 0.496 0.0146 0.46 0.99 0.50 0.53 0.31 1.60 0.44 1.15

0,190 - 0,440 0.805 0.0146 0.60 1.12 0.66 0.53 0.41 1.80 0.58 1.14

0,440 - 0,550 0.886 0.0146 0.63 1.15 0.70 0.53 0.44 1.85 0.61 1.14

0,550 - 0,630 0.990 0.0146 0.67 1.18 0.74 0.54 0.47 1.90 0.65 1.14

0,630 - 0,720 1.051 0.0146 0.70 1.20 0.77 0.54 0.49 1.92 0.67 1.14

0,720 - 0,910 1.236 0.0146 0.76 1.25 0.84 0.54 0.53 2.00 0.74 1.14

0,910 - 1,170 1.393 0.0146 0.81 1.28 0.89 0.54 0.57 2.06 0.79 1.13

1,170 - 1,370 1.454 0.0146 0.83 1.30 0.91 0.54 0.59 2.08 0.81 1.13

1,370 - 1,590 1.429 0.0146 0.82 1.29 0.91 0.54 0.58 2.07 0.80 1.13

1,590 - 1,640 1.429 0.1000 0.32 2.94 0.76 1.65 0.45 2.11 0.68 1.13

1,640 - 1,790 1.429 0.0146 0.82 1.29 0.91 0.54 0.58 2.07 0.80 1.13

1,790 - 1,904 1.429 0.2068 0.13 7.11 2.71 6.21 0.45 2.11 0.68 4.00

Datos Resultados esc. normal Resultados esc. crítico


Pag


Tabla N° 5.14: Verificación del canal sur (T= 50 años)

Para escurrimientos subcríticos, en el diseño con T= 25 años, se consideró una revancha mínima equivalente al 15% de la altura normal, cumpliendo además con no ser menor a 0,20 m. Al verificar con T= 50 años, la profundidad definida para el canal debe ser mayor o igual a la altura normal de escurrimiento. Para escurrimientos supercríticos, en el diseño con T= 25 años, se consideró la revancha recomendada por el USBR de acuerdo a la siguiente expresión:

donde, Rrev: resguardo o revancha en [m] v: velocidad [m/s] h: altura normal [m] Al verificar con T= 50 años, la profundidad definida para el canal con escurrimiento supercrítico debe ser mayor o igual a la altura normal. De esta forma, el dimensionamiento de canales de contorno se establece según la Tabla N° 5.15, incorporando la revancha mínima disponible en el tramo.


0,000 - 0,120 0.769 0.0146 0.58 1.11 0.65 0.53 0.40 1.78 0.57 1.14

0,120 - 0,190 0.865 0.0146 0.62 1.14 0.69 0.53 0.43 1.84 0.60 1.14

0,190 - 0,440 1.405 0.0146 0.81 1.29 0.90 0.54 0.58 2.06 0.79 1.13

0,440 - 0,550 1.546 0.0146 0.86 1.32 0.94 0.54 0.61 2.11 0.83 1.13

0,550 - 0,630 1.729 0.0146 0.91 1.35 1.00 0.54 0.65 2.17 0.89 1.13

0,630 - 0,720 1.835 0.0146 0.94 1.37 1.03 0.54 0.67 2.20 0.92 1.13

0,720 - 0,910 2.158 0.0146 1.02 1.43 1.12 0.55 0.73 2.28 1.00 1.13

0,910 - 1,170 2.431 0.0146 1.08 1.47 1.20 0.55 0.78 2.35 1.06 1.12

1,170 - 1,370 2.539 0.0146 1.11 1.49 1.22 0.55 0.80 2.37 1.09 1.12

1,370 - 1,590 2.494 0.0146 1.10 1.48 1.21 0.55 0.79 2.36 1.08 1.12

1,590 - 1,640 2.494 0.1000 0.48 3.48 1.09 1.61 0.66 2.54 0.98 1.11

1,640 - 1,790 2.494 0.0146 1.10 1.48 1.21 0.55 0.79 2.36 1.08 1.12

1,790 - 1,904 2.494 0.2068 0.19 8.66 4.02 6.32 0.66 2.54 0.98 4.09



Pag


Tabla N° 5.15: Dimensionamiento de canales de contorno

T=25 años T=50 años

0,000 - 0,200 trapecial 0.80 1.00 0.29 0.05

0,200 - 0,700 trapecial 0.80 1.15 0.31 0.02

0,700 - 1,348 trapecial 0.80 1.30 0.33 0.01

1,350 - 1,550 rectangular 1.50 1.10 0.77 0.62

1,560 - 1,590 rectangular 1.50 1.40 0.63 0.21

1,592 - 2,190 trapecial 0.80 1.40 0.35 0.01

2,190 - 2,275 rectangular 1.50 1.00 0.82 0.75

T=25 años T=50 años

0,000 - 0,190 trapecial 0.80 0.80 0.34 0.18

0,190 - 0,550 trapecial 0.80 0.90 0.27 0.04

0,550 - 0,720 trapecial 0.80 1.00 0.3 0.06

0,720 - 1,598 trapecial 0.80 1.15 0.32 0.04

1,600 - 1,612 rectangular 1.50 1.00 0.67 0.52

1,614 - 1,790 trapecial 0.80 1.15 0.32 0.05

1,790 - 1,904 rectangular 1.50 0.90 0.76 0.70

CANAL NORTE

CANAL SUR

Tramo (km - km) Sección Base (m) Altura H (m)Revancha mínima (m)

Tramo (km - km) Sección Base (m) Altura H (m)Revancha mínima (m)


Pag


5.2 Disipadores de energía

Para los canales de contornos se proyectan disipadores de energía en tres

sectores. Uno de ellos se ubica en el km 1,550 del canal norte y los otros dos se

ubican en cada una de las descargas de éstos a la quebrada Cifuncho.

En el trazado del canal norte, en el Km 1,550 concluye un tramo con fuerte

pendiente (15,8%), por lo que es necesario incorporar una obra disipadora de

energía. Para conseguir ese objetivo, se proyecta un tramo con sección

rectangular que permitirá la formación de un resalto hidráulico controlado por una

grada vertical, según muestra la Figura N° 5.4.

Figura N° 5.4: Disipador de energía con grada vertical

A partir del principio de Momentum, se considera la siguiente expresión para

dimensionar este disipador.

donde:

F: número de Froude aguas arriba.

Y: cuociente h2/h1.

A: cuociente a/h1.

h1: altura normal de torrente aguas arriba.

h2: altura normal de río aguas abajo.

Si el F cálculado es mayor que el N° de Froude del torrente, significa que la grada

junto con la altura h2 es capaz de controlar el resalto. Al considerar F equivalente


Pag


al N° de Froude aguas arriba, la expresión nos entrega el valor mínimo de la

grada.

La longitud del resalto se obtiene con la siguiente relación experimental:

Para el tramo donde se desarrolla este disipador, se considera el diseño para T =

25 años según muestra la Tabla N° 5.16. A la salida del disipador es necesario

proyectar con pendiente de fondo i= 0,2% para cumplir con la condición Bn/Bc >

1,10.

Tabla N° 5.16: Diseño disipador de energía

Con estos datos, el disipador se proyecta con una grada vertical de 0,50 m y una longitud del resalto de 11,0 m. En las descargas de ambos canales a la quebrada Cifuncho, también será

necesario incorporar disipadores, con el fin de entregar de forma correcta sus

caudales. Estos disipadores se diseñan de acuerdo al documento Hydraulic

Design of Energy Dissipators for Culverts and Channels, ocupando el disipador

USBR Tipo III según muestra la Figura N° 5.5 y considerando el dimensionamiento

indicado en la Tabla N° 5.17.

Sección Base (m) Caudal (m3/s) Rugosidad Pendiente Altura (m) Velocidad (m/s) Bernoulli (m) Froude (m) Altura (m) Velocidad (m/s) Bernoulli (m) Bn / Bc

1 1,50 3,167 0,015 0,158 0,25 8,60 4,02 5,54 0,77 2,75 1,15 3,48

2 1,50 3,167 0,015 0,002 1,19 1,78 1,35 0,52 0,77 2,75 1,15 1,17



Pag


Figura N° 5.5: Disipador de energía para descarga final

Tabla N° 5.17: Dimensionamiento del disipador

Parámetro Disipador norte Disipador sur

LB (m) 4,8 4,0

NC 3 4

h1 (m) 0,25 0,20

W1 (m) 0,25 0,19

W2 (m) 0,25 0,19

h3 (m) 0,40 0,31

NB 3 4

W3 (m) 0,25 0,19

W4 (m) 0,25 0,19

0,8·y2 1,57 1,28

h4 (m) 0,34 0,26

grada (m) 0,80 0,70


Pag


5.3 Cruce de camino existente

Existe una interferencia generada por el cruce del canal de contorno sur (km

0,445) bajo un camino de acceso al tranque, sin afectar la cota de rasante del

camino y así permitir que el canal atraviese manteniendo su pendiente longitudinal,

mediante un tubo de HDPE corrugado limitado por muros de boca. Para éstos

muros se considera la lámina tipo 4.101.001 del Manual de Carreteras.

Las Tablas N° 5.18 y 5.19 muestran el diseño y verificación de la alcantarilla

proyectada con control de entrada, de acuerdo a la Sección 3.703 del Manual de

Carreteras.

Tabla N° 5.18: Diseño de alcantarilla (T= 25 años)

Tabla N° 5.19: Verificación de alcantarilla (T= 50 años)

(m³/s) He L i Ke n Hc H1 A R H Hs

(m) (m) (%) (m) (m) (m²) (m) (m) (m) (m)

0,445 HDPE D=900mm 0,805 1 1,048 0,88 0,80 8 1,46 0,5 0,011 0,617 0,759 0,636 0,225 0,134 0,78 1,20

Km TIPO DE O.A.

CaudalH ADM

FCódigo He/D

CONTROL DE ENTRADA CONTROL DE SALIDA

(m³/s) He L i Ke n Hc H1 A R H Hs

(m) (m) (%) (m) (m) (m²) (m) (m) (m) (m)

0,445 HDPE D=900mm 1,405 1 1,828 1,37 1,23 8 1,46 0,5 0,011 0,683 0,791 0,636 0,225 0,408 1,08 1,50

Km TIPO DE O.A.

Caudal CONTROL DE ENTRADA CONTROL DE SALIDAH ADM

FCódigo He/D


Pag


6. DISEÑO ESTRUCTURAL

A continuación se entrega el cálculo estructural de los tres disipadores de energía,

proyectados en hormigón armado.

Materiales

Hormigón tipo H-30, resistencia cilíndrica característica de 250 Kgf/cm2

Armadura de refuerzo calidad A63-42H, tensión de fluencia del acero de 4200

Kgf/cm2

Recubrimientos

Los recubrimientos interiores y exteriores se miden al borde de las barras.

Los recubrimientos considerados en la obra son de 5 cm para todos los elementos

estructurales que la componen.

Solicitaciones

Se considera un peso específico del hormigón armado igual a 2.5 T/m3 (γho).

Para las estructuras que contienen o conducen agua se evaluarán empujes

hidrostáticos correspondientes a un triángulo de presiones mediante la expresión:

Pagua = γa ·H

donde:

γa : Peso específico del agua

H : Profundidad a la que se evalúa la presión hidrostática

Las estructuras sometidas a empuje del suelo, estarán afectas a un diagrama de

presión triangular definido por la siguiente expresión:

Eest = Ka· γs·h [T/m2]

Epas = Kp· γs·h [T/m2]


Pag


donde

Eest : Empuje Estático del Suelo (Ton/m)

γs : Peso específico del suelo (2.1 T/m3)

h : Profundidad del suelo (m)

Ka : Coeficiente activo del suelo (0.27)

Kp : Coeficiente activo del suelo (3.69)

Los coeficientes fueron calculados para un coeficiente de fricción φ = 35°.

Para efecto de una ingeniería conceptual, se considerará como caso más

desfavorable una napa a la misma altura del nivel del suelo de relleno. Las

estructuras estarán afectas a un diagrama de presión triangular definido por la

siguiente expresión:

Pnapa = γagua·h [T/m2]

Según las visitas de terreno realizadas por los ingenieros de ésta empresa, el

suelo corresponde a uno del tipo II. De acuerdo a la Norma NCh2369 los

parámetros de diseño son los siguientes:

Zona Sísmica: Zona 2, Ao = 0.3g

Suelo Tipo II: T’ = 0.35 s; n = 1.33

Razón de amortiguamiento ( ): 0.05

Coeficiente de reducción de respuesta(R): 3

Coeficiente de Importancia (I): 1.2

El empuje sísmico actuante sobre los muros se puede calcular como una

distribución uniforme de carga cuya expresión es la siguiente:

Es = I·Cmáx·e·γho

El coeficiente sísmico máximo (Cmáx), para las características de las estructuras y

el suelo de fundación, de acuerdo a la norma NCh 2369 es igual a 0.21.


Pag


Combinaciones de carga

Para efectos del diseño de los elementos estructurales de los disipadores de

energía, se considera la combinación de carga que genere mayores esfuerzos

internos en el elemento, sin embargo, se considera que éstas combinaciones se

dividen en dos grupos, el primero para el diseño en servicio (control de

agrietamiento) y el segundo para el diseño a estado límite último.

Tabla N° 6.1: Combinaciones de carga estado de servicio

Combo PP AI S SS

C1 1 1 1

C2 1 1

C3 1 1

Tabla N° 6.2: Combinaciones de carga de Diseño Último

Combo PP AI S SS

C1 0,9 1,6 1,4

C2 1,4 1,4

C3 1,4 1,4

donde:

PP : Peso Propio

AI : Agua Interior

S : Suelo y Napa en Suelo

SS : Sismo en Suelo


Pag


Criterios de diseño

El diseño de los elementos de hormigón armado es realizado en base a las

disposiciones del ACI-318 y ACI 350.

En los puntos de la estructura con una mayor solicitación se asegura:

VuVn

MuMn

donde:

Mn : Momento nominal

Mu : Momento mayorado

Vn : Corte nominal

Vu : Corte mayorado

φ : de reducción de resistencia, 0.9 para flexión; 0.75 para corte.

γ : Factor de durabilidad de estructuras hidráulicas. 1.3 para flexión; 1.3

para corte

De acuerdo las visitas a terreno, el disipador se fundará sobre roca de buena

calidad con siguientes capacidades:

σn : Tensión Admisible de Contacto Normal = 2,00 kg/cm2

σe : Tensión Admisible de Contacto Eventual = 3,00 kg/cm2

Para garantizar la estabilidad general de las estructuras, se verifica que las

tensiones del suelo no sobrepase la capacidad establecida en los parámetros

anteriores.

Para el caso de estructuras hidráulicas se adopta una cuantía mínima total de 0,38

% hasta un espesor de 0,6 m. Para espesores mayores a 0,6 m, se considera una

cuantía mínima de 11,4 cm2/m por cara.

Para verificar el ancho de grieta de los elementos asociados a los esfuerzos en el

estado de servicio, se verifica que el ancho de grieta sea inferior a 0.25 mm

El cálculo del ancho de grieta es realizado a través de la fórmula propuesta por

Gergely y Lutz:


Pag


233 100109.0 kg/cmunidadesparamm en A d f = w cs

donde:

w: Ancho probable de grieta [mm].

: Cuociente entre la distancia entre el eje neutro y la cara traccionada y la

distancia entre el eje neutro y el centroide del refuerzo traccionado.

fs: Tensión en refuerzo longitudinal [kg/cm2].

dc: Distancia entre fibra más traccionada hormigón y centroide refuerzo

longitudinal más cercano a la cara [cm].

A: Área efectiva de hormigón que rodea el refuerzo longitudinal, cuyo

centroide coincide con el del refuerzo, dividida por el número de barras de

refuerzo [cm2].

Resultados

Los resultados fueron calculados en base a la combinación C1 que es la más

desfavorable.

Se analizarán dos casos:

- Para el plano de formas 140003-200-1-14 Disipador N°1, se considerará como

caso estándar un disipador con una altura de 1,9 m, espesor base 20 cm y

espesor coronamiento 15 cm. De esta forma, para los tramos del disipador en

que la altura sea menor, se considerará la misma disposición de la armadura,

espesores de base y coronamiento que el estándar.

- Para el plano de formas 140003-200-1-16 Disipadores N°2 se considerará como

caso estándar una dimensión de muros con altura 2,0 m y espesor 25 cm. De

esta forma, para los tramos del disipador en que la altura sea menor, se

considerará la misma disposición de la armadura, espesores de base y

coronamiento que el estándar.

- Para el plano de formas 140003-200-1-18 Disipadores N°3 se considerará como

caso estándar una dimensión de muros con altura 1,7 m y espesor 20 cm. De

esta forma, para los tramos del disipador en que la altura sea menor, se

considerará la misma disposición de la armadura, espesores de base y

coronamiento que el estándar.


Pag


i. Cálculo disipador de energía N°1

1. Datos de Entrada

a. Geometría

e = 0,2 m Espesor Base Canal

h = 1,9 m Altura Muro

b = 1,5 m Ancho Canal

b. Parámetros de Diseño

γa = 1 T/m3 Densidad del agua

γb = 1,1 T/m3 Densidad del Suelo Boyante

1,7 m Altura Napa y Relleno Exterior

ka = 0,27 Coef. Activo suelo

Ks = 0,36 Coef. Sísmico Suelo

fy = 420 MPa Tensión de fluencia de acero de refuerzo

f'c = 25 MPa Resistencia cilíndrica del hormigón a compresión

φc = 0,75 Coeficiente reducción corte

φf = 0,9 Coeficiente reducción flexion

kp = 3,70 Coeficiente pasivo

cmáx = 0,21 Coeficiente Sísmco Máximo

I = 1,2 Coeficiente de Importancia Sïsmico

φ 16 @ 200 Refuerzo Principal Exterior

φ 12 @ 200 Refuerzo Principal Interior

φ 12 @ 200 Refuerzo Longitudinal Exterior OK

φ 12 @ 200 Refuerzo Longitudinal Interior OK

2. Compresión en Suelo

a. Solicitaciones Cargas en Servicio. Caso Estático.

N = 6,65 T/m Fuerza Normal

Fh = 1,81 T/m Fuerza Hidrostática

Fsb = 0,54 T/m Fuerza Suelo Boyante

Fep = 1,67 T/m Fuerza Empuje Pasivo

Mv = 1,48 T·m/m Momento Volcante

Mr = 7,38 T·m/m Momento Resistente

B*N/2+Mv = 7,80 T·m/m

e = 0,06 m Excentricidad

B/6 = 0,32

6e/B = 0,20

B' = 1,90 m

% comp = 100% % de superficie en compresión

b. Solicitaciones Cargas en Servicio. Caso Dinámico

Fss = 0,18 Empuje Suelo Sísmico

2,23 Empuje Pasivo



Pag




B*N/2+Mv = 8,03 m


B/6 = 0,32 m

6e/B = 0,14

B' = 1,90 m


c. Verificación Capacidad del Suelo. Caso Estático.

q max = 4,21 T/m2 Presión Máxima Suelo

q min = 4,21 T/m2 Presión Mínima Suelo

q adm = 20,00 T/m2 Capacidad Admisible OK

d. Verificación Capacidad del Suelo. Caso Dinámico




3. Verificación de Elementos

a. Diseño Cargas Exteriores

Solicitaciones

Fsb = 0,43 T/m Resultante Fuerza Suelo boyante

Fh = 1,45 T/m Resultante Fuerza Hidrostática

Fss = 0,14 T/m Empuje Sísmico Suelo

Fspp = 0,21 T/m Empuje Sísmico Peso Propio

γ·Mu = 2,78 T·m/m Momento Solicitante Muro

γ·Vu = 4,34 T/m Corte Ultimo Solicitante Muro

Diseño al Corte

d = e-rec = 0,15 m Espesor Útil

Vc = (1/6)*bw*d*√f'c = 12,8 T/m Resistencia al corte hormigón (ACI 318-08 Eq.11-3)

φ Vc = 9,57 T/m Resistencia de diseño al corte hormigón OK

FU = 0,45


Pag


Diseño a la Flexión

As min = 3,8‰*bw*h = 380,00 mm²/m Area mínima (ACI 318-08, 7.12.2.1(b))

As = 1005,31 mm²/m Area provista OK

a = As*fy/(0.85*f'c*1000) = 19,87 mm Cálculo de a

Mn = As*fy*(d-a/2) = 6,03 T·m/m Momento nominal en la base del muro

øMn = 5,43 T·m/m Momento de diseño en la base del muro OK

FU = 0,51

b. Diseño Carga Interior

Solicitaciones

Fsb = 1,81 T/m Resultante Fuerza Agua interior

Fspp = 0,21 T/m Empuje Sismo Peso Propio



Diseño al Corte




FU = 0,41







FU = 0,08


Pag


4. Verificación Ancho de Grietas.

a. Propiedades de los materiales:

fsy 4200 Kgf/cm2 fs adm 2800 Kgf/cm2

f'c 250 Kgf/cm2 fc adm 110 Kgf/cm2

Ec 235000 Kgf/cm2

Es 2,1E+06 Kgf/cm2

n 8,94

b. Diseño a Flexión Muros (Estado Límite Último)

b h r d Mu Mu As

cm cm cm cm T m/m T m/m cm2/m

Exterior 100,0 20,0 5,0 15,0 2,1 2,8 5,06

Interior 100,0 20,0 5,0 15,0 1,4 1,8 3,20

c. Verificación Diseño a Flexión Muros (Tensiones Admisibles)

b h r d M As c T ec es fc fs Eval. As Cal s As prov dc A Z w

cm cm cm cm T m/m cm2 cm Kgf Kgf/cm2 Kgf/cm2 Diseño cm2/m mm cm cm2/m cm cm2 Ton/cm mm

Exterior 100,0 20,0 5,0 15,0 1,4 10,05 4,37 10508,2 0,00020 0,00050 48,1 1045,3 OK 5,06 16 20 10,05 5,00 200 10,45 1,47 0,17

Interior 100,0 20,0 5,0 15,0 0,9 5,65 3,42 6571,7 0,00016 0,00055 38,4 1162,1 OK 3,20 12 20 5,65 5,00 200 11,62 1,43 0,18

d. Glosario

Mu: Momento mayorado

As: Área de acero requerida

c: Profundidad del eje nuetro

ec: Deformación unitaria de la fibra más comprimida

es: Deformación unitaria del refuerzo de acero

fc: Esfuerzo de compresión en la fibra más comprimida

fs: Esfuerzo de tracción del refuerzo de acero

Diámetro de la barra

s: Separación de las barras

As prov: Cuantía de acero provista

dc: Recubrimiento estructural de la armadura más traccionada

A: Área promedio que recubre a la armadura que se encuentra más cercana a la fibra más traccionada

Razón entre la distancia de la fibra más traccioanada al eje neutro y la distancia entre el baricentro de la armadura más traccionada y el eje neutro

w: Ancho de grieta

Dirección

Vertical

Dirección

Vertical


Pag


ii. Cálculo disipador de energía N°2

B' = 2,00 m












Solicitaciones







Diseño al Corte




FU = 0,38







FU = 0,45


Solicitaciones






Pag


1. Datos de Entrada

a. Geometría





























B*N/2+Mv = 9,36 T·m/m


B/6 = 0,33

6e/B = 0,21

B' = 2,00 m




2,59 Empuje Pasivo




B*N/2+Mv = 9,65 m


B/6 = 0,33 m

6e/B = 0,15


Pag


Diseño al Corte




FU = 0,34







FU = 0,03


Pag






Ec 235000 Kgf/cm2

Es 2,1E+06 Kgf/cm2

n 8,94


b h r d Mu Mu As


Exterior 100,0 25,0 5,0 20,0 2,6 3,3 4,50

Interior 100,0 25,0 5,0 20,0 1,6 2,1 2,86




Exterior 100,0 25,0 5,0 20,0 1,7 10,05 5,16 9328,4 0,00015 0,00044 36,1 927,9 OK 4,50 16 20 10,05 5,00 200 9,28 1,34 0,14

Interior 100,0 25,0 5,0 20,0 1,1 10,05 5,16 5970,2 0,00010 0,00028 23,1 593,9 OK 2,86 16 20 10,05 5,00 200 5,94 1,34 0,09

d. Glosario














w: Ancho de grieta

Dirección

Vertical

Dirección

Vertical


Pag


iii. Cálculo disipador de energía N°3

1. Datos de Entrada

a. Geometría





























B*N/2+Mv = 8,28 T·m/m


B/6 = 0,33

6e/B = 0,14

B' = 2,00 m




1,89 Empuje Pasivo


Pag





B*N/2+Mv = 8,46 m


B/6 = 0,33 m

6e/B = 0,10

B' = 2,00 m












Solicitaciones








Pag


Diseño al Corte




FU = 0,27







FU = 0,36


Solicitaciones





Diseño al Corte




FU = 0,25







FU = 0,02


Pag






Ec 235000 Kgf/cm2

Es 2,1E+06 Kgf/cm2

n 8,94


b h r d Mu Mu As


Exterior 100,0 25,0 5,0 20,0 1,5 2,0 2,67

Interior 100,0 25,0 5,0 20,0 1,0 1,3 1,70




Exterior 100,0 25,0 5,0 20,0 1,0 7,54 4,56 5535,9 0,00010 0,00035 24,3 734,2 OK 2,67 12 15 7,54 5,00 150 6,67 1,32 0,10

Interior 100,0 25,0 5,0 20,0 0,7 7,54 4,56 3543,0 0,00007 0,00022 15,5 469,9 OK 1,70 12 15 7,54 5,00 150 4,27 1,32 0,06

d. Glosario














w: Ancho de grieta

Dirección

Vertical

Dirección

Vertical

Dimensionamiento canales de contorno

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