DISEÑO DE DIQUE
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Contenido I. INTRODUCCIÓN. ...................................................... .................................................... ... 2 II.
OBJETIVOS. .................................................... ..................................................... ............ 2
III.
FUNDAMENTO TEÓRICO .............................................. ............................................... 3
3.1
DEFINICION: ...................................................... .................................................... ... 3
3.2
PARTES DE UN DIQUE ............................................... ............................................... 3
3.3
TIPOS DE DIQUE: ........................................................ .............................................. 4
3.1.1
DIQUES ARTIFICIALES......................................... ............................................... 4
3.1.2
DIQUES DE CONTENCIÓN .................................................... ............................. 4
3.1.3
DIQUES ROMPEOLAS .................................................. ...................................... 5
3.1.4
DIQUES NATURALES ................................................... ...................................... 6
3.4
TIPOLOGIAS SEGÚN USO AGRICOLA .................................................... .................... 6
3.5
DESCRIPCIÓN DEL CUERPO DEL DIQUE DE TIERRA CON SECCION HOMOGENEA ... 7
IV.
MATERIALES................................................ ..................................................... ............ 9
V.
PROCEDIMIENTO ..................................................... .................................................... ... 9
VI.
CÁLCULOS Y RESULTADOS ..................................................... .................................... 11
VII.
GRAFICA DE VOLUMEN ACUMULADO: ................................................... .................. 14
VIII.
CONCLUCIONES .................................................... ........Error! ........Error! Bookmark not defined.
IX.
PLANOS .............................................. ...........................Error! ...........................Error! Bookmark not defined.
X.
ANEXOS .............................................. ...........................Error! ...........................Error! Bookmark not defined.
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I.
INTRODUCCIÓN.
En la agricultura, principalmente en zonas de costa donde las precipitaciones son escasas en la mayoría de meses del año se presenta una gran problemática por la falta del recurso hídrico necesario principalmente par uno en cultivos es esta necesidad que nos impulsa a solucionar el abastecimiento de agua requerida para nuestros cultivos ya que en muchos lugares se cuenta con terrenos aptos para cultivo que no son aprovechados por falta de agua. El agua es un medio primordial para la vida del hombre y su actividad de agricultura, en muchos lugares por la escasez de recurso hídrico tenemos que proveer de cualquier medio para retener agua como reserva para los meses de escaza precipitación para de este modo nuestros cultivos puedan desarrollarse de la mejor manera y lograr nuestra propia satisfacción. En este trabajo se ha encargado el diseño de un dique en un plano de curvas de nivel dado por el ingeniero encargado del curso.
II.
OBJETIVOS.
Diseñar el cuerpo del dique indicando sus niveles, y sus respectivas partes. Hacer un plano de perfil longitudinal en el cauce principal en el aforo. Hacer el plano en planta del dique con todas las curvas de nivel. Calcular las áreas parciales entre curvas de nivel. Calcular los volúmenes parciales y acumulados de todas las curvas de nivel.
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maco III.
FUNDAMENTO TEÓRICO
3.1
DEFINICION:
Se denomina dique al muro construido para contener el empuje del agua. Por lo general es de tierra y se construye con la finalidad de almacenar agua para aprovecharlo en épocas de sequía.
3.2
PARTES DE UN DIQUE
Las partes de un dique de tierra, con núcleo impermeable, se muestran a continuación. 1. 2. 3. 4.
5. 6. 7. 8. 9.
Coronamiento Borde libre Nivel de agua de proyecto Talud de aguas arriba (en este caso, considerando que el agua tiende a infiltrar a través del dique, el talud de aguas arriba es aquel que se encuentra al interior del cauce del río. Nivel del terreno aguas arriba Corona Cuerpo de apoyo, aguas arriba. El material utilizado en esta parte del dique puede ser granular y poco permeable. Núcleo impermeable Cuerpo de apoyo, aguas abajo. El material debe ser permeable.
Imagen 1: SECCION TRANSVERSAL DE UN DIQUE DE TIERRA CON NUCLEO IMPERMEABLE
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3.3 3.1.1
TIPOS DE DIQUE:
DIQUES ARTIFICIALES
Los diques artificiales pueden ser utilizados para: Prevenir la inundación de los campos aledaños a los ríos o mares; sin embargo también se utilizan para encajonar el flujo de los ríos a fin de darle un flujo más rápido. Son conocidos como diques de contención. Proteger determinadas áreas contra el embate de las olas. Forman caminos integrando un orden vial. 3.1.2
DIQUES DE CONTENCIÓN
Estos diques tradicionalmente son construidos, amontonando tierra a la vera del río. Amplio en la base y afilados en la cumbre, donde se suelen poner bolsas de arena. En el altiplano andino, particularmente en la región peruana, antiguamente se construían con "champas", trozos cuadrados de tierra vegetal, de unos 30 x 30 cm, con un espesor variable de unos 15 cm. Estas champas, sin eliminar la vegetación se colocaban invertidas, con la intención de que la vegetación al crecer, sobre todo en los bordes libres, consolidaría la estructura. Lamentablemente se ha verificado que el procedimiento no se ha demostrado muy eficiente, y se están lentamente sustituyendo estas estructuras de tierra por estructuras construidas técnicamente.
Imagen 2: VISTA ISOMETRICA DE UN DIQUE DE CONTENCION
Modernamente los diques de defensas ribereñas son construidos siguiendo los criterios técnicos modernos para estructuras de tierra, y en muchos casos su
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estructura es compleja, comprendiendo una parte de soporte, un núcleo impermeable y drenes de pie para minimizar el riesgo de rupturas.
3.1.3
DIQUES ROMPEOLAS
Defensa ribereña construida con champas. Son estructuras artificiales creadas mediante superposición de capas de elementos de diferentes granulometrías y materiales encaminada a reducir la cantidad de energía proveniente del oleaje que entra en un lugar que se quiere abrigar, por ejemplo un puerto. Contrariamente a los diques de contención, no tienen una función de impedir la filtración del agua. Existen diferentes tipologías de diques, también llamados espigones:
En talud
Vertical
Flotante
Los diques en talud tradicionalmente se han construido mediante un núcleo de todo uno, encima del cual se superponen capas de elementos de tamaño creciente separados por capas de filtro. Actualmente, los elementos mayores (que conforman los mantos exteriores) son piezas de hormigón en masa de diferentes formas (cubos, dolos, tetrápodos, etc), que sustituyen a la escollera. Los diques en talud resisten el oleaje provocando la rotura del mismo. Los diques verticales están formados por cajones de hormigón armado que se trasladan flotando al lugar de fondeo y se hunden, para después rellenarlos con áridos, de forma que constituyan una estructura rígida. Las ventajas de este tipo de diques son que para una misma profundidad, requieren mucho menos material que los diques rompeolas, y que se pueden prefabricar. Sin embargo, presentan algunas desventajas como son que concentran su peso en una superficie menor, y por lo tanto requieren un suelo más resistente para su colocación; y que reflejan gran parte del oleaje que incide sobre ellos, aumentando
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los esfuerzos sobre la estructura y dificultando la navegación en las inmediaciones del dique vertical. Además, no presentan una rotura gradual como sus homólogos diques en talud cosa que provoca que se hayan de dimensionar para olas de más altura. 3.1.4
DIQUES NATURALES
Un dique natural resulta del depósito de material arrastrado por el río en el borde del mismo, durante las inundaciones. Esto va causando, progresivamente, la elevación de la ribera.
Imagen 3: SE APRECIA UN DIQUE, CUYA SUPERFICIE ESTA CONFORMADA POR VEGETACION QUE HA SIDO FORMADA POR EL MISMO CAUCE
3.4
TIPOLOGIAS SEGÚN USO AGRICOLA
Tratándose de pequeños embalses de uso agrícola, se mencionan solamente dos clases de presas:
Diques de tierra con sección homogénea
Diques de núcleo diferenciado y espaldones.
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De estos dos tipos, el primero es el más frecuente, pues el segundo sólo se adoptará en los casos en que no sea posible disponer de suelo suficiente para construirlo con sección homogénea.
3.5
DESCRIPCIÓN DEL CUERPO DEL DIQUE DE TIERRA CON SECCION HOMOGENEA
Los terrenos considerados aptos para la formación del cuerpo del dique deberán pertenecer en general a cualquiera de los grupos SC, SM, ML, de la Clasificación Unificada de Casagrande, bastante bien graduados y con baja permeabilidad El mayor tamaño recomendable para los suelos utilizados estará comprendido entre 75 y 125 mm con objeto de que la compactación no se vea afectada por tamaños mayores. En cuanto al material fino se recomienda que el pasante por el tamiz 200 ASTM (0.080UNE) sea superior al 25% y el pasante por el número 4 ASTM (5 UNE) sea igual o superior al 50%. En relación con la plasticidad se aconseja que el Límite Líquido (LL) < 50 y el Índice Plástico (IP) > 10 y en lo que se refiere a la densidad a conseguir, una vez compactado el terreno, el Valor Proctor Normal será siempre al 100% PN 17.5 KN/m3 (1.75 kg/l) La permeabilidad es una característica geotécnica de trascendental importancia en este tipo de diques y se recomienda que el coeficiente K en m/s esté comprendido entre los valores 103
K
104 de baja permeabilidad, según la clasificación
siguiente (Head 1985).
K
10-3
10-5
Alta
Media
10-7 Baja
10-9 Muy Baja
10-12
m/s
Prácticamente impermeable
Merece especial atención la compactación de las diversas capas o alongadas de terreno durante la construcción del cuerpo del dique. En efecto, la densidad a alcanzar deberá estar próxima al 100% PN y nunca menos del 98% PN. Además el
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fondo de cada capa deberá alcanzar la misma densidad Proctor que la parte superficial de la capa inmediatamente inferior. Las dimensiones del camino serán, por lo tanto, las siguientes:
Ancho total de la calzada (un solo carril) 4 m.
Arcenes, cada uno > 1 m
Sobre ancho al lado de cada arcén (1) 1 m
Espesor mínimo (suelo tipo) de la base (1) 0.30 m
Espesor de la sub base, el requerido según CBR citado
El firme se completará con una carga asfáltica de rodadura de 3 cm, un espesor mínimo que se continuará hasta 100 m a partir de los extremos de la coronación a ambos lados de la misma. Con las dimensiones establecidas, la coronación tendrá una anchura mínima de:
er 4m (calzada) + 2 m (arcenes) + 2 m (sobre anchos) = 8 m Entre el borde exterior de los arcenes y los sobre anchos, a lo largo de toda la coronación, se establecerá una “protección” simétrica formada por una red metálica resistente de 1.50 m o más de altura sujeta con postes cada 5 m bien anclados. De esta manera, entre los arcenes y las aristas de los taludes existirá en la coronación una banda (sobre ancho) a cada lado de la plataforma con una anchura mínima de 1.00 m con los accesos previstos en proyecto Esta protección también se adoptará en la coronación de todos los diques de materiales sueltos aunque no lleven incorporada ninguna estructura vial, a fin de evitar que las personas que transiten por aquella corran peligro de caer al embalse.
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MATERIALES
Plano de curvas de nivel
Hoja de cálculo (entorno Excel).
Entorno CAD (Autocad).
Apuntes de clase.
Material de ciclos anteriores.
“HIDROLOGÍA”, Máximo Villón Béjar.
V.
PROCEDIMIENTO
En el plano de curvas de nivel se procedió a trazar la escorrentía del rio, y luego el eje del dique perpendicular al mismo. Se tomaron dos secciones paralelas entre sí y perpendiculares al eje del dique, se realizó los respectivos perfiles longitudinales de cada uno. Se determinó la altura de agua y se procedió a calcular el volumen de almacenamiento del embalse, para lo cual se determinó el área superficial de cada curva con el eje del dique y aplicando la fórmula impartida en clase se determinó el volumen de almacenamiento.
Dónde:
(∑ )
Vn= volumen para la sección n Si= área superficial de curvas de nivel y eje de dique e= equidistancia Luego de ello se realizó la gráfica Volumen – Altura Cabe resaltar que se tomaron las siguientes consideraciones, se tomó el margen de la hoja como un cerro en talud vertical y el culmine de las curvas de nivel, Además se completaron algunas curvas de nivel trazando paralelas a las curvas predecesoras con el fin de obtener todas las áreas para el cálculo, se asumió un talud 3:1 para la margen
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izquierda y un talud 2.5:1 para la margen derecha, se consideró un ancho de corona de 10m. y una altura de aliviadero de 2m. Para la parte inferior se consideró taludes de 1.5:1. También se calculó el volumen del presa como se muestra en la figura. Se determinara también el dique aplicando la formula siguiente:
De donde:
⌈ ⌉
.
Imagen 4: VISTA ISOMETRICA DE UN DIQUE DE TIERRA
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Imagen 5: Dique Cuesta del Viento, San Juan, Argentina; se aprecia que una carretera pasa al lado del dique.
VI.
CÁLCULOS Y RESULTADOS Primero determinamos las áreas parciales entre cada curva de nivel . En el siguiente cuadro mostramos una tabla con el cálculo de las áreas parciales, desde el aforo hasta la parte más alta de la cuenca CURVAS 542.000 543.000 544.000 545.000 546.000 547.000 548.000 549.000 550.000 551.000 552.000 553.000 554.000 555.000 560.000
AREA(M2) 1709.844 8367.508 20156.340 36783.899 71212.195 91476.433 115301.426 149222.510 172398.538 196642.629 215733.711 246841.927 276528.120 311363.546 342466.076
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CON EL CUADRO ANTERIOR CALCULAMOS LOS VOLÚMENES PARCIALES FORMULA A UTILIZAR
N°
CURVAS
AREA(M2)
2
542.000
1709.844
VOLUMEN (M3) 5011.073
3
543.000
8367.508 18290.594
4
544.000
20156.340 45375.083
5
545.000
36783.899 96504.106
6
546.000
71212.195 176159.733
7
547.000
91476.433 277563.247
8
548.000
115301.426 406998.458
9
549.000
149222.510 565877.646
10
550.000
172398.538 748377.889
11
551.000
196642.629 952975.135
12
552.000
215733.711 1181670.603
13
553.000
246841.927 1440881.777
14
554.000
276528.120 1731924.658
15
555.000
311363.546 10281237.956
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VII.
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GRAFICA DE VOLUMEN ACUMULADO:
La Grafica mostrada es la relación de la altura de cada curva de nivel, vs el volumen total acumulado de almacenamiento.
CURVAS 542.000 543.000 544.000 545.000 546.000 547.000 548.000 549.000 550.000 551.000 552.000 553.000 554.000 555.000
VOL ACUM 527.202 5538.274 23828.868 69203.952 165708.058 341867.791 619431.038 1026429.495 1592307.142 2340685.030 3293660.165 4475330.768 5916212.545 7648137.203
VOL*1000 0.527 5.538 23.829 69.204 165.708 341.868 619.431 1026.429 1592.307 2340.685 3293.660 4475.331 5916.213 7648.137
20000.000
ALTURA VS VOLUMEN ENVALSE
18000.000 16000.000 ) 3 m14000.000 ( 0 0 0 1 12000.000 * E S L A10000.000 V N E N 8000.000 E M U L 6000.000 O V
CURVA h vs V
4000.000 2000.000 0.000 540.000
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545.000
550.000 555.000 ALTURA (m.s.n.m)
560.000
565.000
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DISEÑO DE ALTURAS. Datos: F= 0.752km g= 9.81m/s2 Hdique=22.00 metros Altura máxima de Holas. La altura máxima de olas lo calcularemos con el método de STEVENSON. Mediante la siguiente expresión:
F= Fecht, km
Reemplazando para F= 0.752km obtenemos:
Velocidad de Holas. La Velocidad de olas lo calcularemos con el método de GAILLARD. Mediante la siguiente expresión: Reemplazando
obtenemos:
Cálculo de . Usamos la expresión de KNAPREN.
Reemplazando
Cálculo de Siendo
Cálculo de
y
obtenemos:
.
, obtenemos:
.
Reemplazando obtenemos:
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Cálculo de RS. Dónde el resguardo será:
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Reemplazando obtenemos un resguardo de:
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maco VIII.
CONCLUSIONES.
Cuando diseñamos un dique es preciso conocer el volumen que queremos encausar y con esto tener el nivel del dique, para no tener así una obra sobredimensionada.
Con el cálculo de volúmenes acumulados podremos usarlo para ver el volumen que hay en cada curva de nivel.
Con los planos de curvas de nivel de un metro ha sido de gran importancia para tener una mayor exactitud en el cálculo de volúmenes.
El ancho de la corona del dique es de 8.000 metros.
El nivel de la corona del dique es de 555 metros, lo cual con esto tenemos una altura del dique de 22.000 metros.
En el diseño de un dique es muy importante los dentellones, que están en la parte inferior del cuerpo que sirve para evitar el desplazamiento de la estructura por efecto de la fuerza hidrostática del cauce.
El talud considerado hacia aguas arrida del dique es de 1 en vertical y 3 en horizontal.
El talud considerado hacia aguas abajo, son 2; el primero que esta desde la base hasta los 11 metros de alto es de 1 metro en vertical y 3 metros de horizontal; y el segundo desde los 11 metros hasta la corona del dique tiene 1 metro en vertical y 3 metros en horizontal.
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IX.
PALNOS
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