Diseño de Presa de tierra

DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA IRRIGACIÓN 2008-II

“Diseño de Presas de Tierra” INDICE 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

INTRODUCCION OBJETIVOS GENERALIDADES CARACTERISTICAS DE CULTIVOS ANALISIS DE OFERTA Y DEMANDA TRANSITO DE AVENIDAS DIMENSIONAMIENTO DE PRESA DE TIERRA CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ANEXOS

TRABAJO ESCALONADO 2 Grupo Nº 5


1

INTRODUCCION

Para el diseño de Presas de Tierra, cuya finalidad recae en contener o almacenar agua que luego será usada tanto en regadío como para consumo masivo de los habitantes de las comunidades conectadas al sistema, debemos tener en cuenta ciertas leyes físicas y geológicas para el buen desempeño y construcción de estas. Dichas leyes que regirán este diseño se basan en la presión hidrostática, la gravedad, empujes producidos por el agua almacenada así como ciertos riesgos a tomar en cuenta en lo que se refiere a movimientos de tierra debido a sismos (los cuales son de primera importancia en la evaluación del terreno de construcción de cualquier edificación), entre otros. Las disposiciones anteriores deben cumplirse de manera tal que proporcionen a la presa la resistencia sobre las fuerzas que sobre ella serán ejercidas, la confección de esta debe a su vez proveer a la estructura impermeabilización, es decir evitar filtraciones en su haber y prevenir destrucción de la misma. Asimismo para lograr un buen diseño de la presa se debe contar con buena información de la hidrológica así como la utilización de los diversos metodos estadísticos para un adecuado control de la calidad de datos.

2

OBJETIVOS

El objetivo de este trabajo es dar a conocer los requerimientos para el diseño de una presa de tierra y brindar herramientas complementarias para el análisis de una presa como así como los software adecuados para este fin, todo esto coordinado y trabajando en equipo.

3

GENERALIDADES

DEPARTAMENTO DE PASCO Ubicación Está ubicado en la parte central del país, al este de la cordillera Occidental, con zonas andinas y de selva alta y media del río Pachitea. Su capital, la ciudad de Cerro de Pasco, con una altitud de casi 4.000 msnm, es la más alta del país. Limita al norte con Huánuco; al sur con Junín; el este, con Ucayali; y al oeste con Lima. Superficie: 25.319 km². Latitud sur: 9º 34´ 23". Longitud oeste: entre meridianos 74º 36´ 32" y 76º 43´ 18". Densidad demográfica: 10 habitantes/km² aproximadamente. Población:. Total: 246.738 habitantes. (Hombres: 124.718. Mujeres: 122.020) Capital del Departamento: Cerro de Pasco. Altura de la capital: 4.338 msnm Número de provincias: 3.


DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA IRRIGACIÓN 2008-II Número de distritos: 28. Clima: A 4.000 msnm, el clima es frío, con 15ºC de día y menos de 0ºC por la noche. Hay lluvias de noviembre a marzo, y en las punas vientos después del medio día. La ciudad de Cerro de Pasco tiene una media anual de 4ºC, con una temperatura máxima de 10ºC y una mínima de -11ºC. En la provincia de Oxapampa el clima es tropical; en la ciudad del mismo nombre, la media anual es de 18ºC, siendo la máxima de 28ºC y la mínima de 6ºC. Geografía Ríos más importantes: Pozuzo, Pachitea y Mantaro. Abras: Anamaray (a 4.900 msnm) y Jaraopa (a 4.800 msnm) en Daniel A. Carrión; San Antonio (a 4.800 msnm) en Pasco. Lagunas: Acucocha, Pumrum, Alcacocha, Shegue y Huaroncocha. Economía Está sustentada en la minería, principalmente en la extracción del cobre y otros minerales, a tajo abierto, en razón de la abundancia de minerales de baja ley. En los valles de Oxapampa y Pichis-Palcazú se cultiva arroz, maíz amarillo duro, frijol, yuca, plátano, naranja, papaya, cacao. Villa Rica es la capital del café en el Perú. En esta zona se ha desarrollado muy bien la ganadería vacuna y la apicultura. Hay pequeñas empresas productoras de quesos y miel. Cuenta con las centrales hidroeléctricas de Yaupi y Paucartambo, las que aprovechan las aguas del río Paucartambo, y la minicentral de Oxapampa, que usa las aguas del río Chorobamba, todas las cuales atienden la demanda de energía de las ciudades de Oxapampa, Villa Rica y Pasco. En la actualidad prosigue la construcción de la central hidroeléctrica de Yuncán, la que tendrá, más o menos, una capacidad de generación de 125 megawatts, utilizando las aguas del río Paucartambo.


DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA IRRIGACIÓN 2008-II DEPARTAMENTO DE JUNÍN Geografía Se encuentra ubicado en la zona central de los andes peruanos. Por su situación geográfica tiene zonas de pendientes levadizos y punas concentradas. Su clima en la sierra es frío y seco, con marcadas diferencias de temperatura entre el día y la noche, siendo la época de lluvia entre noviembre y abril. Latitud sur: 10º 41´ 55". Longitud oeste: entre meridianos 75º 1´ 8" y 76º 31´ 8". Clima: es el departamento dotado de todos los climas y riquezas, aunque en general, su clima es templado. Su temperatura promedio es de 11 ºC. En Tarma, la época lluviosa va de octubre a abril. La zona de selva, San Ramón y La Merced, tiene clima tropical con lluvias intensas de noviembre a marzo. Laguna más importante: Junin. Ríos más importantes: Mantaro, Ene, Tambo, Chanchamayo y Satipo. Nevados: Tunsho (5.730 msnm), Antachape (5.700 msnm), Sullcón (5.650 msnm) y Huaytapallana (5.557 msnm). Abras: Negro Bueno (a 4.630 msnm) en Concepción; Acopalca (a 4.600 msm) en Huancayo; La Cumbe (a 4.350 msnm) en yauli. Economía Los suelos agrícolas del valle del Mantaro son sumamente productivos (papa, maíz, habas). En ellos se cría ganado vacuno y lana y al mismo tiempo, se desarrolla una serie de industrias locales de tejidos, derivados lácteos y artesanía. En el valle de Chanchamayo se produce café, frutales y maderas de excelente calidad. En La Merced se cultiva uña de gato de importancia médica a nivel mundial. Además, se cosechan muy buenos cítricos, paltas y muchos otros frutales. Por otro lado, en La Oroya está la fundición de minerales más grande del Perú. La región cuenta con las centrales hidroeléctricas de La Oroya y Malpaso, ambas utilizando las aguas del río Mantaro.



4

CARACTERISTICAS DE CULTIVOS

Palta

Haba Seca Frijol de Palo

Canola

Arveja

Papa

Durazno

Resumen de las características de los cultivos Promedios Modulo de Costo/Tn Riego (m3/ha)

Costo de Produccion (Soles/ha)

Rendimiento (Tn/ha)

Haba Grano Seco

3500

4

875.0

5500

Frijol de Palo

1800

1.22

1475.4

5500

Feb-Mar

COSTA

Frijol de Grano Seco

3350

2

1675.0

5000

Todo el Año

hasta 3000

Arveja

2520

1.4

1800.0

7000

Todo el Año

1600- 3000

Canola

1615

3.5

461.4

Set-Nov

4000

Durazno

2230

30

74.3

3500

Papa Procesada

5514

12

459.5

10000

Palta

7800

3

2600.0

6000

Cultivos Principales

Siembra

Altitud donde crece (m.s.n.m)

Ago-Set

2500-3700

Cultivos Alternativos

CULTIVOS SELECCIONADOS


hasta 3000 300-4000 Todo el Año

800-3000

DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA IRRIGACIÓN 2008-II Cultivos Seleccionados Haba Grano Seco Durazno Papa Procesada Arveja

Promedios Modulo de riego (m3/ha) 5500 3500 10000 7000

Siembra

Área (Ha)

Ago-Nov Ago-Dic Ene-Junio Feb.Mar Área Total Eficiencia

30 110 1000 1756 2896 70%

Volumen Frecuencia de Q Volumen Demanda Riego requeridos Requerido Cultivo Promedio(dias) (m3/s) (MMC) (MMC) 20 20 20 20

0.024 0.045 0.965 3.557

0.0 0.1 1.7 6.1

0.06 0.11 2.38 8.78

Área Máxima= 2896 Ha

Al no encontrar mas datos para hacer un análisis de uso consuntivo de los cultivos hemos empleado la formula (a) para hallar el volumen de la demanda en MMC de los cultivos. VolumenDemandaCultivo( MMC ) =

( Moduloderiego(m3 / ha) ) x( Area(ha) ) ( ncampaña ) x( Eficiencia ) x10 6

………(a)

Mes

Dias

Vol Haba Grano Seco (MMC)

Vol Durazno (MMC)

Vol Papa Procesada (MMC)

ENE

31

0

0

7.14

0

7.14

FEB

29

0

0

2.38

8.78

11.16

MAR

31

0

0

2.38

8.78

11.16

ABR

30

0

0

2.38

0

2.38

MAY

31

0

0

2.38

0

2.38

JUN

30

0

0

2.38

0

2.38

JUL

31

0

0

0

0

0.00

AGO

31

0

0

0

0

0.17

Arveja (MMC)

Total

SET

30

0

0

0

0

0.17

OCT

31

0

0

0

0

0.17

NOV

30

0

0

0

0

0.17

DIC

31

0

0

0

0

0.11



5

ANALISIS DE OFERTA Y DEMANDA

AÑO ENE. 1 969 0.5 1 970 5.0 1 971 3.2 1 972 3.8 1 973 5.91 1 974 5.3 1 975 3.7 1 976 4.5 1 977 1.7 1 978 2.8 1 979 0.5 1 980 12.5 1 981 7.2

FEB.

MAR.

ABR. MAY. JUN.

JUL.

AGO.

SET.

OCT.

NOV.

DIC.

X2

3.1

2.59

4.4

0.8

3.3

3.1

4.0

5.4

5.9

3.2

X3

0.4

0.3

0.2

0.2

0.7

0.6

3.0

1.4

1.8

0.6

0.5

0.3

0.8

0.8

0.5

2.3

1.9

1.7

2.9

0.5

0.3

0.2

0.3

0.2

0.6

0.3

2.6

1.9

1.9

9.53

4.6

0.8

0.4

0.3

0.2

0.2

0.3

0.3

1.1

2.1

2.0

7.45

10.03

5.7

1.8

0.6

0.4

0.2

0.5

1.6

1.5

3.4

3.3

2.7

6.85

5.7

3.0

0.9

0.4

0.3

0.3

0.3

0.4

0.3

0.5

2.0

2.6

3.12

8.13

1.4

1.6

0.8

0.3

0.3

0.4

0.5

0.4

0.7

1.8

1.9

6.92

5.22

1.9

0.6

0.4

0.2

0.2

0.2

0.1

0.2

0.2

1.7

1.8

5.95

4.75

1.7

1.2

0.3

0.2

0.1

0.1

0.1

2.4

3.2

1.8

1.8

10.38

5.97

1.3

0.6

0.2

0.2

0.2

0.4

0.2

1.5

1.3

2.1

1.9

2.32

12.63

6.6

1.0

0.1

0.2

0.1

0.3

0.5

0.5

3.2

2.3

2.2

6.35

8.93

6.5

1.1

0.1

1.1

0.8

0.4

0.4

1.8

4.9

3.7

3.0

12.72

11.73

7.3

2.0

0.4

0.3

0.3

0.3

0.6

0.9

2.1

3.8

3.8

Los años críticos corresponden a 1976,1977, 1978

BALANCE DE MASAS HIDRICAS La simulación es continua, lineal y los procesos de cálculo se realizan en forma secuencial y siempre hacia adelante. Supuestos del Proceso: Los supuestos sobre los procesos más importantes que ocurren dentro del sistema, son los siguientes: • El área del espejo de agua correspondiente al volumen almacenado es un promedio para el mes, aunque en realidad el espejo varía día a día durante el mes, valor que influyen en el cálculo de los volúmenes de evaporación, precipitación e infiltración, pero debido a la menor magnitud de ellos, tienen poca importancia en el estudio de operación. • No se ha considerado pérdidas por evaporación e infiltración en ríos, pero como se tiene los aforos en los puntos de interés se supone que estos valores ya capturaron estas pérdidas. • Los volúmenes de escurrimiento mensual utilizados en las simulación de operación para los distintos puntos de interés, corresponden a los valores de la serie futura sintética predecida estocásticamente, asumiendo un nivel de confiabilidad limitado. La ecuación utilizada es la de Balance de Masas Hídricas, que plantea que los volúmenes de entrada al embalse son iguales a los de salida. Para las variables consideradas tenemos, que el volumen de almacenamiento mensual en MMC es :



Se tiene en cuenta el caudal ecológico y los requerimientos de riego Procedimiento: • Determinar los caudales y precipitaciones sintéticas que ofertan el recurso hídrico al embalse, para todo el período de simulación. • Determinar la evaporación e infiltración promedio mensual en el embalse • Establecer la condición inicial de la simulación (volumen de almacenamiento del embalse y su respectiva área del espejo de agua al inicio de la simulación). • Determinar la demanda directa al embalse Condoroma para todo el período de simulación • Luego, se procede a calcular el área del espejo del agua en el embalse para el mes interpolando de la Curva Área – Elevación - Volumen determinada para el embalse • Se procede a calcular el volumen de almacenamiento del embalse, para lo cual se considera el área del espejo de agua del embalse del mes anterior para una primera iteración y un promedio de área mensual para una segunda iteración. • Si el volumen calculado supera al límite superior de operación, se procede iterativamente a establecer un valor de descarga que permita tener el volumen de espera para el control de avenidas en el embalse. Este valor de descarga depende del pronóstico de los caudales de entrada al embalse y de la tendencia de la curva de operación del embalse. Se ha utilizado los datos para el año 1976 OFERTA Mes ENE. FEB. MAR. ABR. MAY. JUN. JUL. AGO. SET. OCT. NOV. DIC.

DEMANDA

Qrio Precipitacion Qe Qreq Dias (m3/s) (mm)* (m3/s) (m3/s) 31 29 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31

4.5 6.92 5.22 1.9 0.6 0.4 0.2 0.2 0.2 0.1 0.2 0.2

128.90 137.40 125.40 65.50 36.20 14.00 9.10 20.60 53.00 78.30 89.10 113.20


0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1

1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1

Evaporacio n (mm)** 79.85 77.33 57.54 73.12 79.29 77.49 90.41 100.21 86.85 89.63 90.22 89.63

A

B

A-B

A-B ac

1.91 3.51 -0.02 -0.29 -3.83 -1.64 0.26 -0.03 0.13 -0.06 0.09 -2.41

1.91 5.42 5.40 5.11 1.27 -0.36 -0.10 -0.13 0.00 -0.06 0.03 -2.38

Vol V. V. Cultiv Oferta Demanda o (MMC) (MMC) (MMC) 7.14 11.16 11.16 2.38 2.38 2.38 0.00 0.17 0.17 0.17 0.17 0.11

12.00 17.54 14.17 5.03 1.55 1.04 0.57 0.43 0.58 0.40 0.54 0.68

10.09 14.03 14.19 5.32 5.39 2.68 0.30 0.46 0.45 0.46 0.45 3.08

DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA IRRIGACIÓN 2008-II INTERPOLANDO

ENE. FEB. MAR. ABR. MAY. JUN. JUL. AGO. SET. OCT. NOV. DIC.

Vol 12.00 17.34 13.98 4.95 1.53 1.04 0.56 0.43 0.57 0.37 0.52 0.64

A Mensual 0 144.0 149.3 117.7 77.3 53.1 38.0 26.9 27.0 25.6 24.7 30.0

Area (Ha) 129.486 158.426 140.216 95.148 59.436 46.813 29.24 24.481 29.606 21.601 27.775 32.169

OFERTA VS DEMANDA 20.00 18.00 16.00

Volumen (MMC)

14.00 Vol Oferta (MMC)

12.00

Vol Demanda (MMC)

10.00 8.00 6.00 4.00 2.00

Meses

Volumen Útil = 5.42 – (-2.38) Volumen Muerto = 7.80/3 Volumen Total = 7.80 + 2.60


= 7.80 MMC = 2.60 MMC = 10.40 MMC

DIC.

NOV.

OCT.

SET.

AGO.

JUL.

JUN.

MAY.

ABR.

MAR.

FEB.

ENE.

0.00


Calculo de Almacenamiento Área para un Embalse

Altura (m) 4463

Area (m2) 7329.039

Volumen (m3) 0

4464 4465 4466 4467 4468 4470 4471 4472 4473 4474 4475 4476 4477 4480

26550.117 59875.308 102864.468 177045.588 269713.974 570969.711 638484.512 719765.986 780262.878 831201.123 967903.400 997297.700 1026692.360 1208223.918 Área Total (m2)= Volumen Total ( m3 )=

Volumen (MMC) 0.000

15942.9 42098.8 80406.4 138286.9 221760.4 822073.4 604412.8 678719.5 749811.0 805597.8 898685.4 982563.9 1011959.5 3348682.1

VA(MMC) 0.000

0.016 0.042 0.080 0.138 0.222 0.822 0.604 0.679 0.750 0.806 0.899 0.983 1.012 3.349

0.016 0.058 0.138 0.277 0.498 1.321 1.925 2.604 3.354 4.159 5.058 6.040 7.052 10.401

8384180.08 10.40

MMC

El volumen se halla con la fórmula:

(

Vol = S i + S i +1 + S i * S i +1

) (H

i +1

− Hi ) 3

Gráfico Altura-Volumen 4485

ALTURA ( M )

4480

y = 0.0014x 4 - 0.0416x3 + 0.4222x2 - 0.4564x + 4463.3

4475 4470 4465 4460 4455

Polinómica (VOLUMEN-ALTURA)

VOLUMEN ( MMC )


10.4

6.0

4.2

2.6

1.3

0.3

0.1

0.0

4450 VOLUMEN-ALTURA

AREA (HA) 0.73 2.66 5.99 10.29 17.70 26.97 57.10 63.85 71.98 78.03 83.12 96.79 99.73 102.67 120.82

DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA IRRIGACIÓN 2008-II Grafico Altura-Área 4485

ALTURA ( M )

4480 4475 4470 4465 4460 4455

120.8

99.7

83.1

72.0

57.1

17.7

Ecuacion

6.0

0.7

4450 ALTURA-AREA

AREA ( HA )

Del Grafico Altura-Volumen se obtiene que para el volumen de 10.40 MMC le corresponde la altura de 4473 msnm NAMO= FONDO=

4473 4463

Hpresa=

10

m

DETERMINACIÓN DE LAS CURVAS I-D-F La confección de estas curvas deben ser realizadas en base a la información extraída desde fajas pluviográficas. Sin embargo esta situación rara vez es posible habida cuenta del escaso equipamiento hidrometeorológico con la que cuentan las cuencas en general en nuestro país. Por este motivo lo más frecuente es contar solo con datos totales de lluvias medidos cada 24 hrs. los cuales deben ser sometidos a un tratamiento que permita conocer su distribución temporal, es decir un algoritmo de desagregación de los datos globales en incrementales. El procedimiento para elaborar la familia de curvas I-D-F es el siguiente: 1. Obtener en los registros históricos de la precipitación máxima registrada en veinticuatro (24) horas en la estación meteorológica representativa de la zona del proyecto. Si la estación no cuenta con dichos registros, se obtendrán los registros históricos de la precipitación diaria medidos en la estación meteorológica representativa de la zona del proyecto procediéndose con los siguientes pasos. 2. Identificar, para cada año de la serie histórica, el valor máximo de precipitación registrado en veinticuatro (24) horas. Es decir, establecer el valor de la precipitación del día más lluvioso de dicho año (P máx 24h) mm. 3. Calcular la intensidad de la lluvia para diferentes duraciones de aguacero y para cada año de la serie histórica. Generalmente se utilizan duraciones de aguacero de 5, 10, 15, 20, 25 y 30 minutos. Se aplica la fórmula propuesta por Grunsky, organizando los datos como se presentan en la Tabla 6.1


DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA IRRIGACIÓN 2008-II correspondiente a la estación meteorológica del aeropuerto Guillermo León Valencia que se ha tomado a manera de ejemplo. La formula de Grunsky es:

4. Ajustar la intensidad de la lluvia calculada en el paso anterior, involucrando el período de retorno. Generalmente se utilizan períodos de retorno de 3, 5, 10, 15 y 20 años. Se utiliza la fórmula propuesta por Gumbel:

Cálculo de la intensidad histórica para diferentes duraciones de la lluvia

Año 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982

P máx 24 hr (mm)

17.8 26.2 33.1 20.2 25.6 22.6 33.8 27.2 40.5 35 27.8 28.8 24.8 45.6

Intensidades Históricas (mm/hr ) Duración de la lluvia, en minutos

i24 (mm/hr) 5

10

15

20

25

30

0.74 1.09 1.38 0.84 1.07 0.94 1.41 1.13 1.69 1.46 1.16 1.20 1.03 1.90 PROMEDIO

12.59 18.53 23.41 14.28 18.1 15.98 23.9 19.23 28.64 24.75 19.66 20.36 17.54 32.24 20.66

8.9 13.1 16.55 10.1 12.8 11.3 16.9 13.6 20.25 17.5 13.9 14.4 12.4 22.8 14.61

7.2668 10.696 13.513 8.2466 10.451 9.2264 13.799 11.104 16.534 14.289 11.349 11.758 10.125 18.616 11.93

6.293 9.263 11.7 7.142 9.051 7.99 11.95 9.617 14.32 12.37 9.829 10.18 8.768 16.12 10.33

5.629 8.285 10.47 6.388 8.095 7.147 10.69 8.601 12.81 11.07 8.791 9.107 7.842 14.42 9.24

5.1384 7.5633 9.5551 5.8312 7.3901 6.5241 9.7572 7.852 11.691 10.104 8.0252 8.3138 7.1591 13.164 8.43

DESVIACION ESTANDAR

5.44

3.84

3.14

2.72

2.43

2.22

c

4.24

3.00

2.45

2.12

1.90

1.73


DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA IRRIGACIÓN 2008-II a -18.21 -12.88 -10.51 -9.11 -8.14 Cálculo de la Intensidad según la duración de la lluvia y el periodo de retorno

-7.43

Duración de la lluvia, en minutos

TR (años )

5

10

15

20

25

30

5 25 50 75 100

24.57 31.78 34.76 36.49 37.72

17.37 22.47 24.58 25.80 26.67

14.19 18.35 20.07 21.07 21.78

12.29 15.89 17.38 18.25 18.86

10.99 14.21 15.54 16.32 16.87

10.03 12.97 14.19 14.90 15.40

Curvas Intensidad-Duración-Frecuencia

CURVAS I-D-F 40.00 Intensidad (mm/hr)

35.00 30.00

TR=5

25.00

TR=25

20.00

TR=50

15.00

TR=75 TR=100

10.00 5.00 0.00 5

10

15

20

25

30

Duracion (min)

6

TRANSITO DE AVENIDAS UTILIZANDO HEC-HMS

Área cuenca=1.40 km2 L=2693 m S=0.011 Tc=48 min N=78 N’=1.15*78=90 Análisis para un TR = 5años Utilizando los datos de las curvas I-D-F para cada tiempo de retorno hallamos el NAME



Sin Considerar Aliviadero Tr 5 10 100

NAME 4475.3 4477.3 4479.0

Considerando Aliviadero Ancho de Cresta=15 C=2.5 Elevación de la cresta= 4475 Tr 5 10 100

NAME 4475.4 4475.4 4476.3

Nota se adjunta los archivos trabajados en el HEC-HMS y las tablas en Excel empleadas para este trabajo



7

DISEÑO DE PRESA DE TIERRA

Son volúmenes de agua retenidos en un vaso topográfico natural o artificial gracias a la realización de obras hidráulicas. Clasificación La clasificación de los embalses se puede hacer según su función y según su tamaño, de la siguiente manera: 1) Según su función 1.1 Embalses de acumulación: retienen excesos de agua en períodos de alto escurrimiento para ser usados en épocas de sequía. 1.2 Embalses de distribución: no producen grandes almacenamientos pero facilitan regularizar el funcionamiento de sistemas de suministro de agua, plantas de tratamiento o estaciones de bombeo. 1.3 Pondajes: pequeños almacenamientos para suplir consumos locales o demandas pico. 2) Según su tamaño La clasificación de los embalses de acuerdo al tamaño se hace más por razones de tipo estadístico que por interés desde el punto de vista técnico. 2.1 Embalses gigantes V> 100,000 Mm3 2.2 Embalses muy grandes 100,000 Mm3 > V > 10,000 Mm3 2.3 Embalses grandes 10,000 Mm3 > V > 1,000 Mm3 2.4 Embalses medianos 1,000 Mm3 > V > 1 Mm3 2.5 Embalses pequeños o pondajes V< 1 Mm3 V : volumen del embalse Mm3 : millones de metros cúbicos Ventajas de los embalses · Mejoramiento en el suministro de agua a núcleos urbanos en épocas de sequía. · Aumento de las posibilidades y superficie de riegos. · Desarrollo de la industria pesquera. · Incremento de las posibilidades de recreación. · Mantenimiento de reservas de agua para diferentes usos. · Incremento de vías navegables y disminución de distancias para navegación. · Control de crecientes de los ríos y daños causados por inundaciones. · Mejoramiento de condiciones ambientales y paisajísticas. Desventajas de los embalses · Pérdidas en la actividad agroindustrial por inundación de zonas con alto índice de desarrollo. · Cambios en la ecología de la zona. · Traslado de asentamientos humanos siempre difíciles y costosos. · Inestabilidad en los taludes. · Posible incremento de la actividad sísmica, especialmente durante el llenado de embalses muy grandes.


DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA IRRIGACIÓN 2008-II Consideraciones para la selección del sitio del embalse •

El vaso natural debe tener una adecuada capacidad, la que es definida por la topografía. Se debe buscar obtener la mayor relación entre agua almacenada a volumen de presa, ojalá mayor que diez para pequeños proyectos. La siguiente tabla incluye ejemplos de embalses muy conocidos a nivel nacional y mundial.

Tabla 1.1. Relaciones agua almacenada a volumen de presa. Recuento Profesional de Ingetec de 1982. Water Power and Dam Construction. 1990.

•

La geología del lugar debe analizarse desde el punto de vista de la filtración del lecho del embalse estudiando fallas, contactos y fisuras. Las filtraciones ocasionan no solamente pérdidas de agua, sino también ascenso del nivel freático dando lugar a cambios en las condiciones de los suelos adyacentes. Las mejores condiciones para un embalse las dan suelos arcillosos o suelos formados por rocas sanas, y las peores los suelos limo-arenosos. Si las filtraciones son muy grandes, casi seguro que el vaso topográfico natural no es factible para el almacenamiento. Si resulta económico, se puede impermeabilizar el vaso, lo que sobre todo es factible en el caso de pondajes.

•

La estabilidad de los taludes del embalse debe ser analizada, puesto que cuando el embalse está lleno no se presentan serios problemas, pero éstos surgen al ocurrir descensos en los niveles del agua y especialmente si son súbitos.


DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA IRRIGACIÓN 2008-II •

Es necesario hacer el avalúo de los terrenos a inundar. El costo de compra de los terrenos no debe ser excesivo. El área del embalse no debe tener en lo posible vías importantes ni edificaciones de relocalización costosa.

•

La calidad del agua embalsada es importante y debe ser satisfactoria para el uso proyectado.

•

Los aportes de agua de la cuenca hidrográfica deben ser suficientes durante los períodos de lluvia para llenar el embalse y poder suplir la demanda durante épocas de sequía; en otro caso, hay que estudiar la posibilidad de trasvases.

•

El impacto ambiental y social tanto aguas arriba como aguas abajo debe considerarse y evaluarse.

•

La limpieza de la zona del embalse puede resultar costosa y debe considerarse a favor o en contra de un proyecto. Materias flotantes, árboles, y otros desechos pueden ser causa de problemas en el funcionamiento de las obras y en la explotación del embalse. La hoya hidrográfica debe presentar pocos síntomas de erosión.

•

Se busca que en la vecindad haya materiales para la construcción de la presa y obras anexas.

Tipos de presas de tierra



Niveles característicos • Nivel de embalse muerto (NME): es el nivel mínimo de agua en el embalse. Delimita superiormente el volumen muerto del embalse el cuál debe exceder en capacidad al volumen de sedimentos calculado durante la vida útil con el fin de que el embalse los pueda contener. Su determinación es muy compleja, sobre todo si el embalse es de propósito múltiple (caso en que debe tenerse en cuenta la carga de agua sobre las turbinas, condiciones de navegación aguas arriba, altura de comando sobre las tierras de riego, etc.). •

Nivel mínimo de operación del embalse (NMOE ): delimita superiormente el volumen generado por la altura mínima del agua necesaria para el correcto funcionamiento de toma de agua la que se sitúa por encima de NME.

•

Nivel normal del agua (NNE): delimita superiormente al volumen útil del embalse, que es el que se aprovecha y gasta en función de diferentes propósitos: energía, irrigación, suministro de agua, etc. Para su ubicación se tienen en cuenta los siguientes aspectos: aportes de la cuenca, demanda de agua, pérdidas por infiltración y evaporación.

•

Nivel forzado de agua (NFE): se presenta temporalmente durante la creciente de los ríos dando lugar al volumen forzado del embalse, el cual puede ser usado en algunos casos, pero por lo general es evacuado rápidamente por medio del vertedor de demasías o rebosadero o aliviadero. En condiciones normales ocurre oscilación del nivel del agua entre el NNE y el NMOE. Volumen total del embalse = volumen muerto + volumen de operación + volumen útil + volumen forzado.



Nivel de la Corona de la Presa. Es el nivel en la cortina al cual queda el coronamiento de la presa, el que nunca debe ser rebasado por el agua. N.Corona = N.A.M.E. + L.B b) Altura máxima de la cortina. c) Hmáx. = HNAN + Hv + L.B. Donde: Hmáx. = altura máxima de la cortina (desnivel entre la corona y la menor cota del cauce en la zona de la cimentación), en m HNAN = altura del N.AS.N. (Desnivel entre la cota del vertedor -descarga libre- y la menor cota del cauce en la zona de la cimentación), en m Hv = carga del vertedor, en m L.B. = libre Bordo, en m = f (marea del viento oleaje del viento, pendiente y características del paramento mojado, factor de seguridad, etc.).



Aporte de sedimentos al embalse El aporte de sedimentos a un embalse tiene gran influencia sobre la factibilidad técnica y económica y sobre la operación de proyectos de recursos hídricos. Los sedimentos ocasionan no solamente reducción de la capacidad de almacenamiento sino que también pueden llegar a ocasionar problemas en el funcionamiento de tomas y descargas de agua. La evaluación precisa de esta influencia se hace difícil porque normalmente existen limitaciones significativas en la información básica disponible. Sedimentos son todas aquellas partículas que una corriente lleva por deslizamiento, rodamiento, o saltación, ya sea en suspensión o sobre el fondo del lecho. Los sedimentos tienen su origen en el lecho, en las laderas del río y en la cuenca hidrográfica. Tres clases de materiales se distinguen en un cauce natural considerando únicamente la resistencia que ofrecen a ser transportados por una corriente: materiales no cohesivos o granulares, materiales cohesivos y rocas.


DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA IRRIGACIÓN 2008-II Pre-Dimensionamiento de las características Geométricas de la Presa De los cálculos obtenidos (sección máxima de la presa) Asumo que la roca se encuentra a 3 metros de la base Línea de excavación máxima :

4460 m.s.n.m

Cota del terreno

:

4463 m.s.n.m

Profundidad de Dentellòn

:

NAMO :

4473 m.s.n.m

NAME

: 4475 m.s.n.m

•

d= 3 m

Altura de ola por viento : Formula empírica de STEVENSON H0 = 0.76 + 0.34(F)1/2 – 0.26(F)1/4 .....(m) Donde : F: fetch en Km F = 1.52 km H0 = 0.76 + 0.34(1.52)1/2 – 0.26(1.52)1/4 H0 = 0.89 mNota: para nuestro pre dimensionamiento no hemos considerado la altura de ola por sismo.

•

Borde libre mínimo, procedimiento combinado de Knapen: Bl (min) = 0.75H0 + (Vg)2/2g Donde: H0 : altura de la ola según stevenson Vg (m/s) : velocidad ola según Gaillard = 1.52 + 2 H0 Vg= 3.3 m/s Bl (min) = 1.22 m

Siendo conservadores para asimilar la ocurrencia de mayors olas debido a sismo tomamos como Bl = 2 m •

Altura de Presa : (H) H= cota de la corona – cota de excavación máxima H= 4477 – 4460 = 17 m

•

Ancho de Dentellòn : ( w ) W=h–d Donde : w : ancho del fondo de la zanja del dentellon. h : carga hidráulica arriba de la superficie del terreno.


DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA IRRIGACIÓN 2008-II d : profundidad de la zanja del dentellòn debajo de la superfice del terreno h = NAME – Cota del Terreno = 12 m w=h-d w = 12 – 3 = 9 m para un estrato por debajo de la superficie de terreno de la presa se recomienda un ancho mayor de 3m por lo tanto •

Ancho de corona z : altura de la presa en pies arriba del punto más bajo en el cause de la corriente Ac = Z

+ 10 ….. (pies)

z= 14 m = 45.93 ft

5 Ac = 19.19 ft = 5.85 m≥13 ft… ok Otra formula usada por la normativa española Ac = 3+ 1.5( H -15) 1/3 Ac = 4.89 m Usamos un ancho de corona Ac = 6m . •

Taludes Recomendados Aguas arriba

2.5 H : 1 V

Núcleo

1H:1V

Aguas Abajo

2H:1V

Dentellòn (zanja)

1 H:1V


DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA IRRIGACIÓN 2008-II Sección de presa

 

  





   

 

  





 



 

 

        















    

VERIFICACION DE LA ESTABILIDAD DEL TALUD Con el software SLIDE se compraba la estabilidad de los taludes asumidos inicialmente. Material

(kn/m3)



c

Material A

14.8

43º

0

Material B

15.7

30º

20

Material C

22.0

31º

150

Material D

18.9

24º

0

Material E

---

35º

0

Material F

---

30º

20





8

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES •

La calidad de la información es vital para realizar los cálculos en el diseño de la presa de tierra, ya que de no ser así se realizará un diseño de presa que no se ajuste a las necesidades y alcance los fines para los que fue destinada su construcción.

•

El área a cultivar y la elección de los cultivos estará en función a la cantidad de agua que podrá almacenar la Presa que en nuestro caso toma 10.40 MMC y como área de cultivo máxima a irrigar es de 2896 Ha.

•

La utilización de los software facilitan los cálculos para el diseño, pero se debe tener especial cuidado en la interpretación de los resultados y el criterio adecuado para discernir si los resultados ofrecidos son correctos, esto estará basado en un dominio de los conceptos y fundamentos en los que se basa el software.Un conocimiento de los algoritmos utilizados seria muy conveniente conocerlo.


Diseño de Presa de tierra

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