INTRODUCCION

Los embalses son estructuras de construcción de mucha utilidad, ya que son usados en campos como el riego, el aprovechamiento y generación de energía, el control de inundaciones, la navegación, la pesca, control de sedimentos, y la recreación.

Un embalse o represa es una acumulación artificial de agua que tiene como particularidad poder ser parcial y/o totalmente vaciado por gravedad o por aspiración.

El diseño de una obra de toma puede ser un problema muy difícil, en el que debe preverse la interacción estructura-naturaleza. La obra de toma, que sea su tipo, es un elemento extraño en contacto con el agua. Es decir, que, la estructura va a producir inevitablemente alteraciones en el medio natural circundante y, a la vez, la naturaleza va a reaccionar contra la obra. Esta interacción que se presenta al construir la obra, y en el futuro al operarla, debe ser prevista y contrarrestada oportuna y debidamente.

En ingeniería se han desarrollado diferentes tipos de presas, y en cada caso particular se selecciona el tipo de presa que mejor se acomode a las condiciones locales, tales como altura de la presa, acondicionamiento y facilidades de acceso de la zona, cimentación que se requiere, costo y transporte de materiales y seguridad.

A través del siguiente trabajo hará un diseño de un embalse teniendo en cuenta los caudales anuales y con la ayuda de de programas tecnológicos realizaremos un modelado de área de inundación, curvas de nivel y se realizaran los cálculos hidrológicos correspondientes

OBJETIVO GENRAL

Diseñar un embalse y calcular los requerimientos hidrológicos en un sitio determinado del cauce de una corriente natural con el objeto de almacenar parte del caudal que transporta la corriente y así mantener un volumen de agua que supla las necesidades exigidas en época de sequía, regulando un caudal constante.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Diseñar el cuerpo de la Presa con sus características geométricas y los elementos constitutivos, tales como: corona, altura, inclinación de taludes, de acuerdo al tipo de suelo escogido, la topografía y el caudal demandado.

Determinar las dimensiones características de la presa de tal forma satisfagan las necesidades normales y críticas del embalse, además calcular el nivel normal de embalse, el nivel forzado y el nivel muerto optimo del embalse.

Desarrollar modelos gráficos del embalse y verificar resultados teóricos con la ayuda de programas como topo 3 y auto cad.

Construir la curva de volúmenes vs elevación teniendo en cuenta las perdidas por evaporación y por filtración durante la vida útil del embalse.

PROCEDIMIENTO

1. Delimitación del embalse

2. Determinación de la curva característica del embalse

3. Determinación del volumen útil

4. Determinación del volumen muerto

5. Determinación de NNE, NFE y NMO, asumiendo que la carga necesaria de

operación para la toma de agua es de 0.5m – 0.8m

6. Determinación de la altura de la presa

7. Diseño de la presa

ANALISIS Y DISEÑO

DATOS

Finalidad del nudo hidráulico

Almacenar agua para suplir una demanda de irrigación alrededor de 40L/S

Topografía

Plano de la zona del embalse y presa (archivo en Excel “varios ejemplos”

MEG)

Eje numero 7

Hidrología

Temperatura media 22

Evaporación 1300mm/año

Vida útil del embalse: 40 años

Aporte del cauce correspondiente al 90% Q 90%(L/s)

Tabla 1. Aportes del cauce

Mes E F M A M J J A S O N DAño 1 22.5 22 36 39.8 42.5 32 22.5 21 20.5 43.5 45 39

CALCULOS HIDROLOGICOS

Calculo de aportaciones y demandas

Se realizo el cálculo de aportaciones y demandas para cada mes del año empezando con el mes de marzo utilizando los datos de la tabla 1. Teniendo en cuenta que vamos a regular un caudal medio, los datos obtenidos se encuentran en la tabla 2.

cantidad de segundos correspondientes a cada mes así:

MES (DIAS) TIEMPO (s)28 2,419x106

30 2,59x106

31 2,678x106

  APORTACIONES DEMANDAS

VOLUMEN UTIL PERIODO CAUDALES

VOLUMEN APORTACIONES CAUDAL VOLUMENES 

MESAPORTE

S  PERDIDAS  CAUDAL DISIPADO  PERIODO   ∑∆V  QMEDIO  PERIODO  ∑∆V (m3)

  (m3/s) (m3/s) (m3/s) ∑∆=Q∆VT (m3) (m3) (m3/s) ∑∆=Q∆VT (m3)   (m3)

Abril 0.0398 0 0.0398 103082 103282 0,0322579 83548,0128 83548,0128 19733,9872Mayo 0.0425 0 0.0425 113815 217097 0,0322579 86386,7098 169934,7226 47162,2774Junio 0.0320 0 0.0320 82880 299977 0,0322579 83548,0128 253482,7354 46494,2646Julio 0.0225 0 0.0225 60255 360232 0,0322579 86386,7098 339869,4452 20362,5548

Agosto 0.0210 0 0.0210 56238 416470 0,0322579 86386,7098 426256,155 -9786,15496Septiembre 0.0205 0 0.0205 53095 469565 0,0322579 83548,0128 509804,1678 -40239,1678

Octubre 0.0435 0 0.0435 116493 586058 0,0322579 86386,7098 596190,8776 -10132,8776Noviembre 0.0450 0 0.0450 116550 702608 0,0322579 83548,0128 679738,8904 22869,1096Diciembre 0.0390 0 0.0390 104442 807050 0,0322579 86386,7098 766125,6002 40924,3998

Enero 0.0225 0 0.0225 60255 867305 0,0322579 86386,7098 852512,31 14792,69Febrero 0.0220 0 0.0220 53218 920523 0,0322579 78031,9085 930544,2184 -10021,2184Marzo 0.0360 0 0.0360 96408 1016931 0,0322579 86386,7098 1016931 0

CALCULO DEL VOLUMEN UTIL Y EL VOLUMEN MUERTO

El volumen útil se calculó a partir del método de regulación gráfica, para ello se realizó una gráfica de Volumen de Demanda Vs Tiempo y otra de Volumen de aportaciones Vs Tiempo

REGULACIÓN GRÁFICA DE CAUDALES (Q medio = 32.2 L/s)

Grafico 1. Calculo del Volumen util

Para la realizacion de la grafica anterior se traza una paralela a la curva de volumen de demanda, por ultimo de traza una línea perpendicular entre el punto de tangencia entre la línea de curva de aportaciones y y la paralela, hasta la línea de curva de demanda.Se lee el valor del volumen correspondiente a este punto, en este caso es 260000 m³, al bajar la line tangente corta en un segundo punto: 200000 m³. Se debe tener en cuenta que se debe escoger el punto que tenga mayor diferencia entre las dos curvas para obtener el mayor volumen útil.

El volumen útil lo calculamos a partir de la diferencia de los dos volúmenes.

Volumen útil = 260000 m³ - 200000 m³ = 60000 m³

Para el volumen muerto se utiliza de 8%-12% del volumen útil, en este caso se utilizo un 10%

Volumen muerto = 50680 * 0.1 = 6000 m³

DETERMINACION DE LAS CURVAS CARACTERISTICAS DEL EMBALSE

Con la ayuda del programa Topo 3 se obtuvieron las curvas de nivel y se utilizó como cota máxima 1174, de este modo se obtuvieron los siguientes datos:

COTA INUNDACIO

NAREAM2

VOLUMENM3

1162 0 01163 976,27 532,291164 1.905,65 1.930,211165 3.233,71 4.238,021166 5.271,49 8.534,491167 8.750,44 14.891,241168 12.459,94 24.983,501169 18.516,06 39.492,021170 24.318,69 59.554,631171 28.919,98 85.304,271172 32.693,84 116.608,911173 35.665,84 148.993,851174 38.089,47 185.759,531175 39.384,32 225.619,801176 40.094,15 270.636,351177 40.203,69 310.917,15

-100000 0 100000 200000 300000 4000001150

1155

1160

1165

1170

1175

1180

VOLUMENAREA

CALCULO DE PERDIDAS POR EVAPORACION Y FILTRACION

Perdidas por evaporación

1300 mmaño

*año

12meses10 m

3

Ha =1083,33 m3

Ha∗mes

De acuerdo al grafico 1 el tiempo de mayor volumen son 2 meses:

1083,33 m3

Ha∗mes* 2 meses= 2166,66 m

3

Ha

Teniendo la cota del volumen (1169) se lee el área inundada que corresponde a esta cota, entonces:

2166,66 m3

Ha* 19000 m² *

1Ha10000m ²

= 4116.7 m3

Volumen por evaporación= 4116.7 m3

Perdidas por filtración:

Este valor es un porcentaje del volumen útil y depende además del tipo de suelo, en la siguiente tabla se muestran los porcentajes asociados:

Porcentaje de volumen útil de acuerdo al tipo de suelo

SUELO % DE VOLUMEN UTILImpermeables 1.0

Medianamente permeable 1.5Permeable 5.0

Para el presente trabajo se tiene en cuenta que el suelo es medianamente permeable, por lo tanto:

Volumen por filtración: 60000* 0.015 = 900

Volumen total adicional = volumen por evaporación + volumen por filtración

Volumen total adicional= 4333.32 +900= 5233.32

NIVELES DEL EMBALSE

Cota de Volumen Total (NNE)

Para el cálculo del nivel normal del embalse (NNE) se procede a ubicar el volumen total adicional :

NNE: 1170.02

Cota de Volumen Muerto

Considerando:VolumenMuerto=6000m3

Se obtiene una cota de volumen muerto en relación al volumen mediante interpolación:

CotadeVolumenMuerto=1165.4m

Cota de nivel forzado de agua:

Para el cálculo del nivel forzado del embalse (NFE) se le suma 0.5 a la cota del nivel normal del embalse

Cotade nivel forzadode agua=1170.52m m

Niveles de embalse

NivelCotas

(m.s.n.m.)

NNENivel Normal del

Embalse 1170.02

NEMNivel del Embalse

Muerto 1165.4

NFANivel Forzado de

Agua1170.52

DISEÑO DE LA PRESA

Cota de Corona de la Presa:

Para el cálculo de la corona de la presa se asume un borde libre de 1.8m

CotaCorona=1170.52+1.8=1172.32m

Se asumió un descapote de 0.5m y se tiene que la cota inferior de la presa es:

Cota Inferior=1161,5m

Altura de la Presa

Alturade Presa=1172.32−1161,5=11m

Longitud De la presa

Longitud de Presa=56m

Área inundada = 38.089,47m²Volumen del embalse = 185.759,53 m3

VOLUMEN DE CORTE Y TERRAPLEN

Altura de la presa = 11 mLongitud de la presa = 56 m

Tabla 5. Taludes típicos

ALTURA PRESA (m) TALUD AGUAS ARRIBA (m1)

TALUD AGUAS ABAJO (m2)

< 5.0 2-2.5 1.5-1.755-10 2.25-2.75 1.8-2.25

10-15 2.5-3.0 2.0-2.515-50 3.0-4.0 2.5-3.0

Con respecto a la altura calculada: 10.2 m tenemos;Talud aguas arriba = 2.5Talud aguas abajo = 2.25

Por lo tanto, talud presa = 1: 2.25

Del programa topo3 obtuvimos los siguientes datos:

Total área de relleno= 27050m²Total volumen de relleno= 7893m2

ELEMENTOS DE LA PRESA

h: altura de la presa 11 mb: base de la presa m1: Talud aguas arriba 2.5m2: Talud aguas abajo 2.25ε: ancho de la corona 4.0mtθ1: 21.8θ2: 26.57L:56mt

. VOLUMEN DE MATERIAL NECESARIO PARA CONSTRUIR LA PRESAPERFIL TRIANGULAR

H=11m L=56 mm= 4mE= 2.25

V=H∗L( 2∗E3

+ 8∗m∗H15 )

V=11∗56 ( 2∗43

+8∗2.25∗1115 )

V= 9773.9 m3

CONCLUSIONES

De las curvas características del embalse se puede concluir que a mayor elevación aumenta la superficie y a su vez pero en mayor escala el Volumen de agua de embalse.