PROYECTO DE UNA PRESA DERIVADORA 2012.pdf

PRESAS DERIVADORAS IN G. CUAHUTMOC ZAMORANO GARCA 1

PROYECTO DE UNA PRESA DERIVADORA

En el sitio denominado El Opochi del Ro Sinaloa, se construir una presa derivadora con el objetivo de elevar lo suficiente el nivel del ri, para dar salida a las aguas de riego, del que se alimentarn los canales principales de la margen izquierda y margen derecha respectivamente. El canal principal de la margen izquierda regar una superficie de 16,000 ha y se revestir de concreto (n=0.015) con un talud de 1:1, hay necesidad de proyectar este canal a mxima eficiencia y de acuerdo con la topografa se tiene planeado que la rasante de salida ser la cota 37.60. El canal principal margen derecha ser un canal en tierra, en suelos arcillo-arenosos por lo que se podr construir con taludes de 1.5:1 y por lo que consideramos un coeficiente de rugosidad n = 0.025. Tambin como dato importante este canal regara 8000 ha y saldr de la rasante 37.80. Con respecto a las pendientes que deber darse a los canales, sern las suficientes que no rebasen las velocidades mximas permisibles del agua: En canales de concreto V mx. = 2.5

.

En canales en tierra V mx. = 1.2

.

Las velocidades buenas de proyect estn entre 1.6 y 1.8 en concreto y 0.70 a 1.0

en canales

de tierra. Los gelogos que hicieron los estudios en El Opochi, encontraron que era satisfactoria la cimentacin donde se desplantara la cortina, ya que pudiera aguantar una fatiga permisible de 8

.

Con respecto a la seccin topogrfica que se levanto en ese lugar, es la siguiente:

Con relacin a las avenidas que se han presentado en los ltimos 12 aos, arrojaron los siguientes

resultados de gastos mximos instantneos durante el ao que se anota en el registro.

Km ELEV. 0+000 43.20 0+050 42.00 0+100 40.80 0+150 39.20 0+200 38.10 0+250 37.00 0+300 36.10 0+350 38.20 0+400 36.50 0+450 39.60 0+500 40.65 0+550 42.30 0+600 43.50 0+650 42.00


Estos datos debern servir al proyectista, para que disee la avenida mxima probable con el mtodo de Gumbel, ya que pasar a travs de la cortina vertedora dejando adems un bordo libre por lo menos de 1.50 m para que en este nivel se construya las losas de maniobras de las compuertas que van a operarse.

Con respecto a los desarenadores, estos se proyectarn como canales rectangulares de concreto sujetos a rgimen crtico, su capacidad de desalojo de aguas ser de por lo menos 5 veces la capacidad del canal principal del que limpiarn los azolves que se alojan a la entrada de los conductos. Con relacin a la cortina vertedora, esta se construir de concreto ciclpeo cuya fc = 120

,

respecto al volteamiento se dejar un Fsv>1.5, los mismos que al deslizamiento aceptando un =0.95 entre piedra y concreto. La cortina tambin se revisar a las fatigas de tensin en la cimentacin, ya que por ser un concreto muy pobre no deber haber esfuerzos a tensin y el valor de 8

solo ser aceptable a los

esfuerzos a compresin. Las compuertas sern del tipo radial con malacates de accin con energa elctrica, debern estar diseadas para los niveles de operacin normal en los canales principales, con el nivel de aguas mximas extraordinarias (N.A.M.E) en los desarenadores.

AO Qmax (m3/s) 1999 1550 2000 1450 2001 1200 2002 1250 2003 1800 2004 1650 2005 2550 2006 2800 2007 1900 2008 2250 2009 1300 2010 2600 2011 1950


C O R TIN A

C O R TE C - C

1 m

co ncre to c ic lo pe o

RAMPA

cortina

A

A

B

B

CC

canal principal

canal principalmargen izquierda

margen derecha

(revestido)

b

RAMPAb

50 m

desarenador

desarenador

50 m

(en tierra)

RO

obra de toma

obra de toma

G ra va en gre a

km 0 +3 0 13 6 .1 0

roca s

ana

km 0 +0 0 0 k m 0 +6 5 0

SE C C IO N T R A N SV ER SA L D E L R O

C O R T E A - A

Ras salida

L= + 40

Desarenador

nan ?.

37.60

-

RO

OBRA DE TOMA

CORTE B - B


SOLUCIN:

Se empezar resolviendo la capacidad de los canales, para lo cual debemos tomar en cuenta la tabla de capacidades de canales que establece la CONAGUA, dando coeficientes de riego:

DISEO DE LOS CANALES

A) CANAL MARGEN DERECHA

Datos: Superficie de riego = 8000 ha Talud t = 1.5:1 Canal de tierra n = 0.025 Pendiente s = 0.00043 Disear a mxima eficiencia Rasante de salida = 37.80 V max. Perm. = 1.2

Velocidad Buena = 0.7 1 CAPACIDAD DE RIEGO = Superficie de riego x Coeficiente de riego. = 8,000 ha x 1.5 lt/s/ha = 12,000 / = 12 m3/s DISEAR A MAXIMA EFICIENCIA.

= 2

Donde: = ngulo del talud

= arc cot 1.5/1

= 11.5

= 2 33.692 = 0.605

= 33.69 2 tg /2 = Max. Eficiencia. 3 tg /2 = Medio 4 tg /2 = Min. Filtracin. = 0.605

SUPERFICIE COEF. DE RIEGO 0 50 ha 3 lt/s/ha

50 100 ha 2.75 lt/s/ha 100 500 ha 2.50 lt/s/ha 500 1000 ha 2.00 lt/s/ha

1000 10,000 ha 1.5 lt/s/ha 10,000 en adelante. 1.0 lt/s/ha


Por tanteos: Si d = 3 m b = 3 x 0.605 m = 1.815 m. = + = 1.8153 + 1.5(3) = 18.945 = 2 = 32 = 1.5 Rh = 1.5 m

=

Suponiendo V = 0.9 m/s

=

= 0.0250.91.5

S = 0.000295=0.0003 Esta pendiente es muy buena, veremos resultado.

= 1.5 0.0003 0.025

V = 0.908 m/s Q = A * V = (18.945) (0.908)

Q = 17.20

Este gasto es demasiado grande. Otro tanteo: Si d = 2.5 m s = 0.0004


= 0.605

b = 0.605d b =2.5 (0.605) b = 1.51 m = 1.51 2.5 + 1.5 (2.5) A = 13.15 m = 2.5

2= 1.25 m

= 1.25 (0.0004) 0.025

V = 0.928

Q = A*V = (13.15) (0.928)

Q = 12.20

ok est bien

v = Q

A=

12.20

13.15= 0.93

m

s

V = 0.928

ok

SECCIN HIDRULICA Canal margen derecha


B) CANAL MARGEN IZQUIERDA: Datos: Superficie de riego = 16,000 ha Talud t = 1:1 Canal revestido de concreto n = 0.015 Pendiente s = 0.0005 Disear a mxima eficiencia Rasante de salida = 37.60 V max. Perm. = 2.5

Velocidad Buena = 1.6 1.8 Coeficiente de Riego = 1 lt/s/ha Capacidad del canal = 16,000 ha x 1 lt/s/ha = 16,000 / Capacidad del canal = 16 m3/ Max. Eficiencia b/d = 2 tg /2 t = 1:1 = arc tg 1 = 45 b/d = 2tg 45/2 = 0.828 Resolveremos por tanteo: Si d = 2.31 m y s = 0.0005

= 0.828

b = (2.31) (0.828) =1.913 m = 1.913 2.31 + 1 (2.31) A = 9.755 Rh = 2.31/2 = 1.155 m

= . (.) .

V = 1.641

Q = 9.755 x 1.641

Q = 16.008

Ok


SECCIN HIDRULICA Canal margen izquierda

LA OBRA DE TOMA a).- Los conductos o el conducto b).- Las transiciones de entrada y salida c).- Las compuertas

LOS CONDUCTOS Material: concreto armado Velocidad Mxima: 2.5 m/s Velocidad Buena: 1.6 a 2.20 m/s Que los conductos guarden la relacin: = 1.25

A) MARGEN DERECHA. Q = 12.20 m3/s

km 0+000

RELLENORELLENO

d = 2.31

1.913

N.A.N = 39.91T.N.

RAS 37.60


Seccin propuesta para revisar:

= 2.21.75 1.257 An = 2 x 1.75 x 2.20 8 x 0.2 x 0.2

2

An = 7.54 = = .. = 1.62 < 2.5 ok Pm=4(1.35+1.8) + 8x(0.22+0.22) Pm=14.863m = = 7.5414.863 = . B)MARGEN IZQUIERDA

Q = 16.01

Seccin propuesta para revisar:

2.20 m

1.75 m1.75 m

0.25 m

0.20

0.20

3.75 m

1.90 m

1.50 m1.50 m

0.25 m

0.20

0.20

1.50 m

0.25 m

5.00 m


= 1.91.5 1.25 = 3 1.90 1.50 12 0.2 0.2

2

An = 8.31

Vc = Q

An=

16.01

8.31= 1.93

m

seg

Pm=6(1.10+1.5) + 12x(0.22+0.22) Pm=18.994 m = = 8.3118.994 = .

LONGITUD DE TRANSICIN:

A) MARGEN DERECHA.

d = 2.50

1.51

1 .5 :1

ESPEJO DEL AGUA = 9.01

1.51 m 3.75 m3.75 m

2.20 m

1.75 m1.75 m

0.25 m

0.20

0.20

3.75 m


PLANTA. max = 22 30 = 22.5

Tg = 2.63/LT LT = 2.63 / tg 22.5 LT = 6.34 m 7 m < 22.5

9.01 m

ESP

EJO

DE

L A

GU

A

longitud de transicinLT

5.26/2 = 2.63

2.63

3.75

O


B) MARGEN IZQUIERDA.

= 2230 = 22.5

1.90 m

1.50 m1.50 m

0.25 m

0.20

0.20

1.50 m

0.25 m

5.00 m

d = 2.31

1.917

1 :1

espejo de agua 6.537

1.917 m 2.31 m2.31 m

1:1

0.30


Tg = 0.768/LT LT = 0.768/ Tg 22.5 LT = 1.85 m LT = 3m

ESTUDIO HIDRAULICO DE LA OBRA DE TOMA

A) MARGEN DERECHA

ES

PE

JO D

EL A

GU

A

longitud de transicinLT

5.00

O

1.537/2 = 0.768

0.768

6.537 m

Ras salida

2 cond.

Desarenador

37.80

NAMO=?

Rasante

=45

37.80

d3 = ?d2=? d1 d1 = 2.50 m

V1 = 0.928

Q = 12.2 m/seg

3 2 1

+ 40 m 7 m-

N.A.N. 40.30


Aplicando el teorema de Bernoulli de 2 a 1, usando el plano de referencia p.r = 37.80. + + 2 = + + 2 + = = = +

2 = + 2 + 0.252 2 +

19.62= 2.5 +

0.928

19.62+ 0.25

19.62

0.928

19.62

+ 19.62

= 2.544 + 0.25 19.62

0.044

Por tanteos: Si d2 = 2.20m A2 = 3.75 x 2.20 =8.25 V2 = Q/A2 = 12.20/8.25 = 1.47

.

2.20 +1.47

19.62= 2.544 + 0.251.47

19.62 0.044

2.31 2.561 no Otro tanteo: Si d2 = 2.48 m A2 = 2.48 x 3.75 = 9.30 V2 = 12.20 / 9.3= 1.31

2.48 +1.31

19.62= 2.544 + 0.251.31

19.62 0.044

2.567 2.555 no


Otro tanteo: Si d2 = 2.47m A2 = 2.47m x 3.75 = 9.26 V2 = 12.20/9.26=1.317

2.47 +1.317

19.62= 2.544 + 0.25 1.317

19.62 0.044

2.558 2.555 ok Aplicando teorema de 3 a 2 + + 2 = + + 2 + + + +

+ 2 = + 2 + 2 + 2 + 90 2 +

n = 0.015 concreto Vc = 1.62

Rh=0.5073m

+ 19.62

= 2.47 +1.317

19.62+ 0.5

1.62

19.62+ 0.25

1.62

19.62+ 0.2545

90

1.62

19.62

+ 1.620.0150.5073/

40 2 + = 2.7407 Por tanteos: Si = 2.69 m A3 = 3.75 x 2.69 = 10.0875 V3 = 1.209

1.209

19.62+ 2.69 = 2.7407


2.7644 2.7407 Si d3 = 2.66 m. A3 = 3.75 x 2.66 = 9.975 V3 = 1.22

1.22

19.62+ 2.66 = 2.7407

2.736 2.7407 ok N.A.M.O.= 37.80 + 2.66 N.A.M.O. = 40.46 m

B) MARGEN IZQUIERDA.

Aplicando el teorema de Bernoulli de 2 a 1 + + 2 = + + 2 + = = =

Ras salida

2 cond.

Desarenador

37.80

NAMO 40.46

Rasante

=45

37.80

d3 = 2.66d2=2.47 d1 d1 = 2.50 m

v1 = 0.928

Q = 12.2 m/seg

3 2 1

+ 40 m 7 m-

N.A.N. 40.30

Ras 37.60

Desarenador

NAMO=?

3 conductos

d3 = ?d1 = 2.31

V1 = 1.64 m/seg

s = 0.0005

3 2 1

Ras 37.60

N.A.N. 39.91

+ 40 m 3 m-

=45

d2 = ?

Q = 16 m/seg


+ 2 = + 2 +

+ 2 = + 2 + 0.25 2 2

+ 2 = 2.31 + 1.6419.62 + 0.25 19.62 1.6419.62

+ 19.62

= 2.447 + 0.25 19.62

1.64

19.62

Por tanteos: Si d2= 2.34m A2 = 2.34 x 5 =11.70m

V2 = Q/A1 = 16.01 / 11.70 = 1.368

2.34 +1.368

19.62= 2.447 + 0.25 1.368

19.62

1.64

19.62

2.435 2.437 ok Aplicando Bernoulli de 3 a 2 +

2 = + 2 + + ! + " + #

+ 2 = + 2 + 0.25 2 + 0.52 + 0.254590 2 + $ %

+

19.62= 2.34 +

1.368

19.62+ 0.25

1.93

19.62+ 0.5

1.93

19.62+ 0.250.5 1.93

19.62

+ $0.015 1.930.4375

% 40 +

2 = 2.712 Si d3 = 2.64 m A3 = 5 x 2.64 = 13.2


V3 = Q/A = 16.01/ 13.2= 1.213

Sustituyendo:

2.64 +1.213

19.62= 2.712

2.715= 2.712 ok N.A.M.O. =37.60 + 2.64 = 40.24

Comparando el NAMO de las dos mrgenes: Margen derecha = 40.46 Margen Izquierda =40.24 Se toma el ms alto para dar la elevacin de la corona de la cortina.

ESTUDIO DE LA CORTINA

LA CORTINA TENDR UNA ELEVACIN MXIMA DE 40.26 m

Corte A A

Ras 37.60

Desarenador

NAMO 40.24

3 conductosd3 = 2.64

3 2 1

Ras 37.60

N.A.N. 39.91

+ 40 m 3 m-

=45

d1 = 2.31V1 = 1.64 m/seg

s = 0.0005

d2 = 2.34

Q = 16.01 m/seg

36.10 ro

ca s

ana

km 0+650km 0+000

35.00

CORTINA

NAMO=40.46

ELEV. = ?ELEV. = ?A

A

+500-

1 m

concreto ciclopeo

5.46 m


A) REVISIN AL VOLTEAMIENTO.

'! = ). *+ ! ,- -. ,.). *+ ./ ,- -.. '1 = 1.37 5.46

2 1 2200 = 8,228

'2 = 1 5.46 1 2200 = 12, 012 '3 = 1.63 5.46

2 1 2200 = 9,789

'4 = 1.37 5.462

1 1000 = 3,740 Fsv >1.5 0 = ! = 1000 5.46

2 1 5.46 = 14, 906

= 8228 1.37

3+ 1 + 1.63 + 12,0120.5 + 1.63 + 97892

31.63 + 3,740(2

31.37 + 1 + 1.63)

14,906 5.463

Fsv = 2.76 > 1.5 ok

B) REVISION AL DESLIZAMIENTO.

' = 1

' = ( '1 + '2 + '3 + '4)0.95 '! = 28,228 + 12,012 + 9,789 + 3,74030.9514,906

'! = 2.15 > 1.5

1.37 1.00 1.63

4.00

5.46


C) REVISION DE FATIGAS

Primer caso, a presa llena. Estudi de las fuerzas:

Rt = Reaccin del terreno = La resultante de sentido contrario a las fuerzas F1, F2, F3 y F4.

Rt =F1 + F2 + F3 + F4 = 33,769 kg

Tomando momentos respecto a 0: 3,740 4 1

3(1.37) + 8,2281.63 + 1 + 1.37

3

+ 12,0121.63 + 0.5 + 9,78923

1.63 14,9065.46

3 33,769 = 0

, = ,,

= 1.41

# = )4 5

Tomando 1m sobre la base: P = RT A = rea M = Pe 4 =

12

B=1.00

H=4.00


# = 33, 7694 1 33,7690.591 4

12

(2)

# = 8442 7471 6 # = 15,913 = 1.5913 "#, = 971 " = 0.0971 7

Segundo caso, a presa vaca. ( no hay E ni F4) RT = F1 + F2 + F3 = 30,029 kg

Tomando momentos:

8,228 81.63 + 1 + 1.373

9 + 12,01221.63 + 0.53+ 9789 82

31.639 30029 , = 0

, = .

= 2.05

# = 3002941 300290.0514

12

2 # = 7507 563

', = 8,070

= 0.81

' = 6,944

= 0.69

B=1.00

H=4.00


DISEO DE LOS DESARENADORES:

1.- Deben sacar un gasto de 2 a 5 veces el gasto Q de la obra de toma. 2.- Disearlo a rgimen crtico.

=

( ,:, "+,-*+/ :)

; = (,:, ",,- : ".. )


Calculo de b y Sc ; = = ; = 619.8 Recomendado: ET = Ec + Ep. Ec = 80% H = 80% x 3.66 = 2.93 m dc = 2/3 Ec = 2/3 x 2.93 = 1.95 m = >

..= 7.16

Se colocarn dos compuertas radiales de 3.455m de ancho por 3.66m de alto con un muro al centro de 25cm de espesor. Calculo Sc: =" =

= 2.5

: = = 7.16 1.957.16 + 2 1.95 = 1.26


B) MARGEN IZQUIERDA

Capacidad del gasto = 5 veces el Q de la obra de la toma

Capacidad del desarenador = 5 Qt = 5 x 16 = 80

Ras salida=36.65

namo 40.46

36.80

H = 3.66

Sc = 0.003

37.80

Ras salida=?

NAMO 40.46

36.60

H = 3.86

S c Ra mpa

37.60

RAMPAb

50 m

desarenador


Rgimen Crtico:

=

Tratndose de un canal rectangular: ; = ? = (") = " = " = ;

= ;(") Ec = 80% " =

0"

H = 40.46 36.60 = 3.86 m. Ec = 0.80 x 3.86 = 3.088 m. " = 2

3 3.088 = 2.06 .

= (80)29.813(2.06) = 8.64 . Se colocarn dos compuertas radiales de 4.195m de ancho por 3.86m de alto con un muro al centro de 25cm de espesor.

muro de frente que evite entrada en la

avenida maxima.

4.195 4.195

compuerta radial

3.86

de 4.195 de anchoy 3.86 de altura.

dc


Calculo del Sc = =

! =

A = 2 x 4.32 x 2.06 = 17.80 P = 4.32 + 4.32 + 2(2.06) = 16.88 m Rh = A/P = 17.80 / 16.88 = 1.05 m Vc = Q/A = 80/17.80 = 4.49

> 2.5

OK Es permisible ya que funciona muy a lo largo.

@A = $.BC.DD.!" %!

= .

Sc = 0.0043 en 50 mts. Baja 21.5 cm.

Ras salida=36.385

NAMO 40.46

36.60

H = 3.86

Sc R a m p a

37.60


DISEO DE LA AVENIDA MAXIMA QUE PASAR POR EL VERTEDOR

MTODO DE GUMBEL (mtodo estadstico).

Qd = Qtr + Qic donde: Qd = gasto mximo de diseo en

Qtr = Gasto mximo para un periodo de retorno dado y se

calcula en

Qic = Gasto por intervalo de confianza.

Gumbel obtiene: ;.: = ; E F (# G:) Donde: Qm = Valor medio, de los gastos mximos anuales. F# # = Constantes de Gumbel, dado en tablas. Tr = Tiempo probable de retorno en aos.

Tr = #

$ =

# % &' % (%& )(* % *& +& ( & )

+',&,(*(%&% % ')(& ( &* %)

De = desviacin estndar

De = >-(./()

Donde: n = N de observaciones habidas del Q max. Qic = 1.14

0

1

; = ;/ 12

= 21,590

12= 1,799.16

!

N AO Qi

1 1974 1220 2 1975 1800 3 1976 900 4 1977 2800 5 1978 2400 6 1979 1720 7 1980 2100 8 1981 3000 9 1982 2400

10 1983 2500 11 1984 600 12 1985 150


E = 47899300 12(1797.16)12

De = 868.68

.

TABLA DE GUMBEL.

CALCULO Tr. Si N = 60 aos P = 50 % Tr =

.= 120 ,!

;.: = ; EF# H# G:I ; = 1799.16 868.68

0.983320.5053 1203

Qtr = 5582.19 Qic = 1.14

0

1

n N On 8 0.4843 0.9043 9 0.4902 0.9288

10 0.4952 0.9497 11 0.4996 0.9676 12 0.5053 0.9833 13 0.5070 0.9972 14 0.5100 1.0095 15 0.5128 1.0206 16 0.5157 1.0316 17 0.5181 1.0411 18 0.5202 1.0493 19 0.5220 1.0566 20 0.5236 1.0628 21 0.5252 1.0696 22 0.5268 1.0754 23 0.5283 1.0811 24 0.5296 1.0864 25 0.5309 1.0915


Qic = 1.14 x .

.

Qic = 1007.114 Qd = Qtr + Qic = 5582.19 + 1007.114

Qd = 6589.304

.

Nota: se tomara un Qd = 6589

que es la resultante de tomar en cuenta todos los dgitos ya

que es el ms correcto.

CALCULO DE LA CARGA DE AGUA QUE PASARA POR EL VERTEDOR.

; = J L = Longitud de la cortina = 500 m

Q = Gasto que pasar por el vertedor =6,589

H = Carga K = Coeficiente para vertedor de pared con bordes curvos = 2.21

= ;J

= 6,5892.21 K 500

= 3.29 La losa de maniobras se construir 1.5 metros o ms, arriba del nivel de aguas mximas extraordinarias. N.A.M.E. = 40.46 + 3.29 N.A.M.E. = 43.75 m Nivel de la losa de maniobras = 43.75 + 1.5 = 45.25m

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