Diseno de Presas de Materiales Sueltos NoPW

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DISEO DE PRESAS DE MATERIALES SUELTOS

JOS JAVIER MRQUEZ

I. GENERALIDADES Y CLASIFICACIN DE PRESAS I.1. INTRODUCCINUNA PRESA ES UNA ESTRUCTURA HIDRULICA CON LOS SIGUIENTES OBJETIVOS: ALMACENAR AGUA. ELEVAR LA COTA DE LA LMINA DE AGUA. REGULAR LOS CAUDALES QUE CIRCULAN AGUAS ABAJO.

I.2. ELEMENTOS DE UN EMBALSE CUENCA VASO CERRADA CUERPO DE PRESA O DIQUE

CUENCA

VASO

CERRADA

CUERPO DE PRESA

CUERPO DE PRESA

I.3. ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UNA PRESA CUERPO DE PRESA O DIQUE ALIVIADERO VERTEDERO CUENCO DE RECEPCIN CANAL DE DESCARGA ESTRUCTURA DE DISIPACIN DE ENERGA

DEASGE DE FONDO

I.4 CLASIFICACIN DE PRESASI.4.1. CLASIFICACIN DE PRESAS POR SUS DIMENSIONES A. GRANDES PRESAS: PRESAS DE MS DE 15 M DE ALTURA ENTRE CORONACIN Y PUNTO MS BAJO DE CIMIENTOS. PRESAS DE ENTRE 10 Y 15 M DE ALTURA SI LA LONGITUD DE CORONACIN SUPERA 500 m O LA CAPACIDAD DE EMBALSE SUPERA 1.000.000 m3 O LA CAPACIDAD DE DESAGE SUPERA LOS 2.000 m3/s. PRESAS QUE PRESENTEN DIFICULTADES ESPECIALES EN SU CIMENTACIN O SEAN DE CARACTERSTICAS NO HABITUALES.

B. PEQUEAS PRESAS: AQUELLAS QUE NO CUMPLAN LAS CONDICIONES ANTERIORES.

I.4.2. CLASIFICACIN DE PRESAS EN FUNCIN DEL RIESGO POTENCIAL QUE PUEDA DERIVARSE DE SU ROTURA CATEGORA A: PRESAS CUYA ROTURA O FUNCIONAMIENTO INCORRECTO PUEDE AFECTAR GRAVEMENTE A NCLEOS URBANOS O SERVICIOS ESENCIALES, AS COMO PRODUCIR DAOS MATERIALES O MEDIOAMBIENTALES MUY IMPORTANTES. CATEGORA B: PRESAS CUYA ROTURA O FUNCIONAMIENTO INCORRECTO PUEDE OCASIONAR DAOS MATERIALES O MEDIOAMBIENTALES IMPORTANTES O AFECTAR A UN REDUCIDO NMERO DE VIVIENDAS.

CATEGORA C: PRESAS CUYA ROTURA O FUNCIONAMIENTO INCORRECTO PUEDE PRODUCIR DAOS MATERIALES DE MODERADA IMPORTANCIA Y SLO INCIDENTALMENTE PRDIDA DE VIDAS HUMANAS.

I.4.3. NORMATIVA CLASIFICACIN GRANDES PRESAS:

DE

APLICACIN

SEGN

LA

PRESAS CUYA TITULARIDAD SEA DEL MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE U ORGANISMOS AUTNOMOS DEPENDIENTES DEL MISMO REGLAMENTO TCNICO SOBRE SEGURIDAD DE PRESAS Y EMBALSES LAS DEMS PRESAS INSTRUCCIN PARA EL PROYECTO, CONSTRUCCIN Y EXPLOTACIN DE GRANDES PRESAS

PRESAS PEQUEAS: NO ES APLICABLE LA INSTRUCCIN PARA EL PROYECTO, CONSTRUCCIN Y EXPLOTACIN DE GRANDES PRESAS. SER DE APLICACIN EL REGLAMENTO TCNICO SOBRE SEGURIDAD DE PRESAS Y EMBALSES SI PERTENECEN A LAS CATEGORAS A Y B. DECRETO 281/2002 DE 12 DE NOVIEMBRE, POR EL QUE SE REGULA EL RGIMEN DE AUTORIZACIN Y CONTROL DE LOS DEPOSITOS DE EFLUENTES O LODOS EN ACTIVIDADES INDUSTRIALES.

I.4.4. CLASIFICACIN DE LAS PRESAS ATENDIENDO AL MATERIAL

A) PRESAS DE FBRICA MAMPOSTERA HORMIGN

B) PRESAS DE MATERIALES SUELTOS HOMOGNEAS HETEROGNEAS ESCOLLERA ZONADAS PANTALLA

MS DEL 80% DE LAS PRESAS SON DE MATERIALES SUELTOS POR LO QUE NOS CENTRAREMOS EN ESTE TIPO.

PRESA HOMOGNEA

PRESA HETEROGNEA DE NCLEO CENTRAL

PRESA DE PANTALLA CENTRAL

PRESA DE PANTALLA SOBRE EL PARAMENTO AGUAS ARRIBA

REQUISITOS QUE DEBEN CUMPLIR LOS MATERIALES: ESTABILIDAD Y RESISTENCIA. IMPERMEABILIDAD SUFICIENTE. VENTAJAS DE LAS PRESAS DE MATERIALES SUELTOS: UTILIZAN MATERIALES LOCALES. TRANSMITEN MENORES TENSIONES AL TERRENO DE CIMENTACIN. INCONVENIENTES DE LAS PRESAS DE MATERIALES SUELTOS: DAOS SI SE CORONACIN. PRODUCE VERTIDO POR LA

I.5. FASES DEL PROYECTO DE UNA PRESAESTUDIO GEOLGICO 1. ELECCIN DE LA CERRADA ESTUDIO TOPOGRFICO 3. DIMENSIONAMIENTO Y EMPLAZAMIENTO DEL ALIVIADERO ESTUDIO GEOTCNICO DISPONIBILIDAD DE MATERIALES 4. SELECCIN DEL TIPO DE PRESA HIDROGRAMA DE MXIMA AVENIDA

ESTUDIO DE LA CIMENTACIN

5. DISEO DE PRESA

ESTUDIOS HIDROLGICOS

2. DETERMINACIN DE LA CAPACIDAD DEL EMBALSE

PRODUCCIN DE AGUA DE LA CUENCA

CONSUMOS

NECESIDADES DE AGUA

PRDIDAS

II. ELECCIN DE LA CERRADA II.1. ESTUDIO TOPOGRFICO ESTUDIO DE MAPAS TOPOGRFICOS A ESCALA 1:10.000 Y OTRA CARTOGRAFA DE MS DETALLE SI EST DISPONIBLE (EMPLEO DE S.I.G). LA CERRADA DEBE SER ESTRECHA, ENSANCHNDOSE EL CAUCE EN LA ZONA DE ALMACENAMIENTO (VALLE AMPLIO). LA PENDIENTE AGUAS ARRIBA DEBE SER LO MS SUAVE POSIBLE PARA ALMACENAR MAYOR CANTIDAD DE AGUA. INSPECCIN VISUAL PARA CONFIRMAR LA IDONEIDAD DE LA CERRADA ELEGIDA A PARTIR DE LA CARTOGRAFA.

II.2. ESTUDIO GEOLGICO ANLISIS DE MAPAS GEOLGICOS A ESCALA 1:50.000 Y OTROS DE MS DETALLE SI EXISTEN. FOTOINTERPRETACIN DEL TERRENO SI SE DISPONE DE FOTOGRAFA AREA. INSPECCIN DE CAMPO PRESTANDO ATENCIN A AFLORAMIENTOS ROCOSOS Y A LOS CORTES TERRENO NATURALES O ARTIFICIALES. CALICATAS Y SONDEOS. AL MENOS SE REALIZARN CALICATAS EN EL FONDO DEL VALLE, DE LA CERRADA Y EN LAS DOS LADERAS, AS COMO EN AQUELLAS ZONAS DEL VASO QUE SE ESTIME CONVENIENTE. LOS DEL

II.2.1. PRINCIPALES ASPECTOS A CONSIDERAR EN EL ESTUDIO GEOLGICO AUSENCIA DE FALLAS Y FRACTURAS IMPORTANTES TANTO EN LA CERRADA COMO EN EL VASO DEL EMBALSE. PERMEABILIDAD DEL VASO. ESTABILIDAD DE LOS TERRENOS CAMBIAR SU SITUACIN. DEL VASO AL

RESISTENCIA, ESTABILIDAD E IMPERMEABILIDAD DEL MATERIAL SOBRE EL QUE SE APOYAR LA PRESA.

III. DETERMINACIN DE LA CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO BALANCE MENSUAL DE ENTRADAS Y SALIDAS. PERODO DE TIEMPO A CONSIDERAR: SALIDAS: CONSUMO AGRCOLA, INDUSTRIAL, ETC. CAUDAL ECOLGICO. EVAPORACIN DE LA SUPERFICIE LIBRE DE AGUA. FILTRACIONES A TRAVS DEL CUERPO DE PRESA ( 2% SUELE DESPRECIARSE). ENTRADAS: APORTACIONES DEL CAUCE FLUVIAL AL EMBALSE. 30 AOS.

III. 1. ESTIMACIN DE LAS APORTACIONES A UN EMBALSE DATOS DE AFORO. FRMULAS EMPRICAS. MODELOS MATEMTICOS. III.1.1. DATOS DE AFORO EN CAUCES PEQUEOS PUEDE QUE NO ESTN DISPONIBLES

III.1.2. FRMULAS EMPRICAS SON FCILES DE USAR. SE COMETE UN ERROR IMPORTANTE. USO EN ANTEPROYECTOS. III.1.2.1. FRMULA DE BECERRILA= 3 P2

S

103

A = APORTACIN EN Hm3 P = PRECIPITACIN EN mm. S = SUPERFICIE DE LA CUENCA APORTADORA ( Km2 ) = COEFICIENTE DE ESCORRENTA

VALORES DE REGIONES MUY SECAS REGIONES SECAS REGIONES MEDIANAMENTE HMEDAS REGIONES HMEDAS REGIONES MUY LLUVIOSAS 0,007 0,01 0,012-0,014 0,013-0,016 0,018-0,020

III.1.2.2. FRMULA RACIONALA= CIS 10 3

A = APORTACIONES (Hm3). I = PRECIPITACIN EN (mm). C = COEFICIENTE DE ESCORRENTA. S = SUPERFICIE DE LA CUENCA EN (km2).

III.1.2.3. DETERMINACIN DE LA SUPERFICIE DE LA CUENCA APORTADORA X TRAZADO DE LAS DIVISORIAS Y VAGUADAS SOBRE EL PLANO TOPOGRFICO. X CALCULO DE LA SUPERFICIE ENCERRADA POR LAS DIVISORIAS

III.1.3. MODELOS MATEMTICOS III.1.3.1 MODELO DE ALLEY PARA ESTIMACIN DE LAS APORTACIONES HIPTESIS DE PARTIDA: LA CUENCA ES UN SISTEMA CERRADO. PARMETROS QUE HAY QUE FIJAR: CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO O RESERVA DEL SUELO. COEFICIENTE DE ESCORRENTA DIFERIDA.

DATOS NECESARIOS RESERVA INICIAL DEL SUELO. DATOS DE PRECIPITACIN MENSUAL ESTACIONES MAS PRXIMAS ( 30 AOS). DE LAS

DATOS DE EVAPOTRANSPIRACIN MENSUAL DE LAS ESTACIONES MAS PRXIMAS ( 30 AOS). SUPERFICIE DE LA CUENCA.

III.1.3.1.1. PROCESO A SEGUIR EN EL MODELO DE ALLEY A. DETERMINACIN DE LA PRECIPITACIN ESPACIAL EN LA CUENCA: 1) DELIMITACIN DE LA CUENCA APORTADORA. 2) ELECCIN DE EJES COORDENADOS EN BASE A COORDENADAS UTM. 3) SUSTITUCIN DEL PERMETRO DE LA CUENCA POR UNA POLIGONAL EN BASE A LAS COORDENADAS UTM.

4) DIBUJO DE LA RED DE RETCULAS 5) DETERMINACIN DE LA PRECIPITACIN EN CADA RETCULAP P1 P + 22 + 32 d 21 d 2 d 3 Pi = 1 1 1 + 2 + 2 2 d 2 d 3 d1P=

Pinmero total retculas

12 MESES DEL AO. 30 AOS. USO DE PROGRAMAS INFORMTICOS.

B. DETERMINACIN DE LA ESPACIAL DE LA CUENCA.

EVAPOTRANSPIRACIN

C. DETERMINACIN DE LA ESCORRENTA SUPERFICIAL DE CADA MES: MES LA PRECIPITACIN Pi SE UTILIZA EN PRIMER LUGAR PARA SATISFACER LA DEMANDA EVAPOTRANSRATIVA ETPi. SI Pi < ETPi EL DFICIT EXISTENTE EN ESE MES SE TOMA DE LA RESERVA DEL SUELO. SI Pi > ETPi EL EXCESO DE PRECIPITACIN SE USA PARA SATISFACER LA RESERVA DEL SUELO. CUANDO SE HAYAN SATISFECHO AMBAS DEMANDAS HAY EXCEDENTES EXi DE AGUA QUE SE REPARTEN ENTRE ESCORRENTA DIRECTA EDi Y FLUJO SUBSUPERFICIAL ESi.EDi = ( 1- )EXT ESi = EXT 1- : COEFICIENTE DE ESCORRENTA. : COEFICIENTE DE ESCORRENTA DIFERIDA.

EL FLUJO SUBSUPERFICIAL DE UN MES, CUANDO EXISTA, SE ACUMULA A LOS EXCEDENTES DEL MES SIGUIENTE.

D. CLCULO DE LAS APORTACIONES EN m3 EN CADA UNO DE LOS MESES DE LA SERIE ESTUDIADA: AP (m3) = ED (mm) S (Km2) 10-3 106

III.2. DETERMINACIN DE LA CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO BALANCE MENSUAL (ENTRADASSALIDAS) DURANTE UN PERIODO DE AL MENOS 30 AOS. BL(i) = AP(i) CN(i) EV(i)AP: APORTACIONES CN: CONSUMO EV: EVAPORACIN

DATOS NECESARIOS:X APORTACIONES EN m3 DE CADA UNO DE LOS MESES DE LA SERIE ESTUDIADA X CONSUMO EN m3 DE CADA UNO DE LOS MESES X EVAPORACIN DE UNA SUPERFICIE LIBRE DE AGUA EN mm DE CADA UNO DE LOS MESES X CURVAS BATIMTRICAS

III.2.1. DETERMINACIN DE LAS CURVAS BATIMTRICAS DE UN EMBALSE CONJUNTO DE CURVAS QUE RELACIONA LA ALTURA DE LA LMINA DE AGUA CON EL VOLUMEN ALMACENADO Y CON LA SUPERFICIE OCUPADA POR LA LMINA LIBRE DE AGUA (SUPERFICIE INUNDADA). ES NECESARIO UN LEVANTAMIENTO TOPOGRFICO AGUAS ARRIBA Y AGUAS ABAJO DE LA CERRADA PARA ELABORAR UN PLANO TOPOGRFICO CON CURVAS DE NIVEL CADA 1 2 m.

CON LAS CURVAS DE NIVEL Y EL EJE DE LA CERRADA SE OBTIENE:226

224

S226 226 S224 224 S222 222 220 S220

222

220

219

SE DETERMINA LA SUPERFICIE QUE FORMA CADA CURVA CON EL EJE DE LA CERRADA Y EL VOLUMEN ALMACENADO ENTRE CADA DOS CURVAS DE NIVEL.

COTA 219 220 222 224 226

ALTURA 0 1 3 5 7

SUPERFICIE (m2) 0 1000 9400 28600 81900

VOLUMEN (m3) 0 500 10400 38000 110500

VOLUMEN TOTAL ALMACENADO (m3) 0 500 10900 48900 159400

V(220-222) = 2(S220+S222)/2

CON AYUDA DE UNA HOJA DE CLCULO REPRESENTAMOS GRFICAMENTE H-S Y H-V Y OBTENEMOS