UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL HH413-J
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Trabajo: PRACTICA DOMICILIARIA
Alumnos: MISAICO SAIRITUPAC KEVIN
20081263A
ANCCASI-CANDIOTTI-FREDDY
20071281G
MAMANI BUENO FRANCIS
20102556B
2014-II
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Contenido PREGUNTA 1. UBICAR Y PRECISAR LA IMPORTANCIA DE LA AGRICULTURA DEL PERU ............. 3 PREGUNTA 2 CON LOS RENDIMIENTOS Y LOS PRECIOS DEL ARROZ Y LA CAÑA DE AZÚCAR EN SULLANA .................................................................... ..................................................................................................................................... ................................................................. 11 PREGUNTA 3 ANALIZAR Y APLICAR LOS L OS CRITERIOS DE CASAGRANDE A LA PRESA POECHOS EN CONDICIONES OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO. ACERCA DE LOS BENEFICIOS ECONÓMICOS POR LA VENTA DEL AGUA. CUAL C UAL ES COSTO ANUAL SI DURA 100 AÑOS .................................. 13 PREGUNTA 4. SI LA CORONA C ORONA DE LA PRESA POECHOS HAY QUE VOLVER DIMENSIONARLAS ELEGIR LAS COTAS Y SISTEMAS NECESARIOS PARA SU ESTABILIDAD FISICA DE LA PRESA Y NUEVOS TALUDES DE LA PRESA ALTERNATIVA ......................................................................... ........................................................................ 22 PREGUNTA 5. EMPLEANDO MODELOS FÍSICOS, ANALÓGICOS O ABSTRACTOS DEFINIR LOS ALCANCES DE LA PRESA POECHOS O SIMILARES EN CUALQUIER OTRA C UENCA DEL PERÚ. PRECISAR IGUALMENTE EL NAN PARA SU EXPLOTACIÓN. ....................................................... 41
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Contenido PREGUNTA 1. UBICAR Y PRECISAR LA IMPORTANCIA DE LA AGRICULTURA DEL PERU ............. 3 PREGUNTA 2 CON LOS RENDIMIENTOS Y LOS PRECIOS DEL ARROZ Y LA CAÑA DE AZÚCAR EN SULLANA .................................................................... ..................................................................................................................................... ................................................................. 11 PREGUNTA 3 ANALIZAR Y APLICAR LOS L OS CRITERIOS DE CASAGRANDE A LA PRESA POECHOS EN CONDICIONES OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO. ACERCA DE LOS BENEFICIOS ECONÓMICOS POR LA VENTA DEL AGUA. CUAL C UAL ES COSTO ANUAL SI DURA 100 AÑOS .................................. 13 PREGUNTA 4. SI LA CORONA C ORONA DE LA PRESA POECHOS HAY QUE VOLVER DIMENSIONARLAS ELEGIR LAS COTAS Y SISTEMAS NECESARIOS PARA SU ESTABILIDAD FISICA DE LA PRESA Y NUEVOS TALUDES DE LA PRESA ALTERNATIVA ......................................................................... ........................................................................ 22 PREGUNTA 5. EMPLEANDO MODELOS FÍSICOS, ANALÓGICOS O ABSTRACTOS DEFINIR LOS ALCANCES DE LA PRESA POECHOS O SIMILARES EN CUALQUIER OTRA C UENCA DEL PERÚ. PRECISAR IGUALMENTE EL NAN PARA SU EXPLOTACIÓN. ....................................................... 41
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PREGUNTA PR EGUNTA 1. UBI CAR Y PR PRECISAR ECISAR LA I M PO PORTANCIA RTANCIA DE L A AGRII CULTURA DEL PERU AGR La agricultura en el Perú, ha sufrido importantes cambios en los últimos 50 años, pasando de ser una agricultura concentrada en grandes haciendas en la década de los cincuentas y sesentas, a un proceso de de reforma agraria que se iniciara en 1969 y culminara en 1976, que que luego desembocó en un proceso proceso de parcelación que atomizó a la agricultura nacional (en la década de los ochenta) todavía protegida por el aparato público. A inicios de los noventa se produjo un cambio estructural en la economía, luego del proceso de reformas reformas que se iniciara en esos años, que retiró la protección que tenía la pequeña agricultura y liberalizó los mercados, incluyendo el mercado de tierras. En este nuevo nuevo contexto, la agricultura logró logró desarrollarse, pero principalmente, por el “boom agroexportador” promovido por la explotación de grandes extensiones de tierra en manos de grandes grupos económicos. La agricultura hoy en día es fuente principal de ingresos de 2.3 millones de familias que representan el 34% de los hogares peruanos; genera aproximadamente aproximadamente el 7.6% del Producto Bruto Interno (PBI), teniendo un peso en en la producción regional que oscila entre el 20% y el 50% (excluyendo Lima). Lima). En los últimos últimos años la agricultura ha mostrado gran dinamismo, dinamismo, promovida por el desarrollo de la agro-exportación (la cual creció a un ritmo de 14.5% anual desde el año 2000). Sin embargo, la agricultura ha crecido a un ritmo menor que la producción nacional (3.74% frente a un 4.4% del total de la economía), lo que ha ha devenido en una reducción de su peso relativo en la producción nacional. La producción nacional se desarrolla en 2.5 millones de hectáreas, de las cuales el 84% se dedica a la producción de cultivos transitorios y el restante a frutales. Los principales productos agrícolas peruanos son el arroz (19%), maíz amarillo duro (14%), papa (13%), maíz amiláceo (10%), trigo (7.5%), cebada grano (7.4%), entre otros. Por otro lado, las aves y la producción de ganado vacuno se llevan el 64% del valor bruto de la producción pecuaria (45% y 18% respectivamente). Finalmente, la estructura productiva productiva forestal forestal constituye uno de los recursos naturales naturales renovables más importantes en el país. En la actualidad existen 78.8 millones de hectáreas de bosques naturales (incluyendo los Bosques amazónicos naturales), que ocupan alrededor del 56% del territorio nacional. Casi el 100% de la agricultura de la costa y aproximadamente un 40% de la agricultura de la sierra es de riego (Zegarra y Orihuela, 2005); sin embargo, es todavía todavía muy reducido el porcentaje que adopta técnicas modernas de riego, en un contexto de escasez de agua que se agrava por el proceso proceso de calentamiento global que ha generado cambios cambios climáticos que vienen afectando las fuentes principales de agua de riego (glaciares y lluvias en la sierra). Una de las principales limitaciones para la adopción de riego riego tecnificado es su alto costo relativo a los costos de producción producción agropecuarios promedio nacionales nacionales y el limitado acceso a servicios financieros de los agricultores. El Perú es hoy en día un país cuyo nivel de dependencia alimentaria es muy bajo (es decir, produce lo que sus habitantes consumen) y es, además, además, un exportador neto neto de productos agrícolas. Sus principales importaciones son insumos para la alimentación alimentación de pollos y ganado ganado (maíz amarillo, soya, entre otros) e insumos para la producción de pastas (trigo principalmente). Si bien la dependencia alimentaria no es un problema hoy, las tendencias mundiales por demanda de alimentos, alimentos, el desarrollo desarrollo del sector de biocombustibles y la degradación de la tierra constituyen una amenaza importante para para el nivel de de dependencia alimentaria nacional.
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La Agricultura en las diferentes di ferentes regiones del Perú: 1.- La Agricultura en la Costa Peruana La costa peruana tiene el privilegio de ostentar ostentar las mejores tierras de cultivo del Perú. Están tierras están conformadas por los valles aluviales emplazados en los ríos de la vertiente del Pacífico. Son tierras de origen aluviónico, cuyos materiales han sido acarreados por los ríos desde el interior del país. Convenientemente irrigadas, son tierras de al ta productividad. Por la escasez de agua que hay en la costa se obtiene, en la mayoría de los valles, sólo una cosecha al año; pero, en aquellos en en los cuales se han realizado importantes importantes obras de irrigación. Se obtienen hasta dos cosechas, aumentando al mismo tiempo la producción agrícola. Las tierras de los valles costeños son, asimismo, las mejores explotadas de Perú. En efecto, la agricultura costeña es intensiva, con las siguientes características:
-
Tiene altos rendimientos en la producción y elevada productividad.
-
Tiene adecuada dirección técnica, suministrada por personal especializado que conoce las técnicas agrícolas, es decir, la forma de mejorar la fertilidad de los suelos utilizando abonos, la forma de combatir las plagas utilizando insecticidas y fungicidas.
-
Es mecanizada, es decir, se utilizan maquinarias en los diversos procesos de la agricultura.
-
Predominan los cultivos industriales, como la caña de azúcar, el algodón o los frutales, que son productos de alta rentabilidad.
-
Dispone de recursos financieros o adecuada asistencia crediticia.
2.- La Agricultura en la Región Andina del Perú En la región andina distinguimos dos tipos de tierras laborables: tierras de regadío y tierras de secano. Las tierras de regadío se localizan en los valles interandinos o en las inmediaciones de las fuentes, manantiales o puquiales. Los suelos de los valles interandinos son aluviales y están sometidos a una explotación intensiva, especialmente cuando tiene agua permanente. Las tierras de secano se localizan en en los flancos andinos y producen producen por efecto de las lluvias periódicas (de diciembre a marzo) y regulares (sin interrupción durante ese periodo). Si las
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL lluvias se presentan oportunamente, las cosechas en las tierras de secano son buenas, si es que no son afectadas por las plagas. Si las lluvias son irregulares, las tierras de secano se tornan improductivas, pues la sequía y las heladas destruyen los cultivos.
3.- La Agricultura Agricultura en la Amazonía Peruana La selva alta del Perú, es la zona agrícola de esta vasta región, debido a sus especiales condiciones geográficas. En cambio, la selva baja tiene suelos inundables, en donde el desarrollo agrícola es limitado. La selva alta o región de la rupa, es el área geográfica emplazada por encima de los 500 metros sobre el nivel del mar, en el flanco oriental de los Andes. Su relieve es inclinado y a veces abrupto, cubierto de una densa vegetación. Su clima es cálido, húmedo y lluvioso, es decir, tropical. Sus suelos están conformados por las terrazas fluviales que conforman los valles y los flancos de suave pendiente, cubiertos de una delgada capa de humus o sustancias orgánicas, provenientes de las hojas y ramas de los árboles, que son los elementos que le dan fertilidad.
Los Productos Agrícolas Alimenticios
La agricultura de productos alimenticios está conformada por el cultivo de la papa, el arroz, el maíz, el trigo, la cebada, las hortalizas y los frutales. Dada producto destinado a la alimentación popular, presenta características propias relacionadas con las áreas y condiciones
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL de cultivo, volumen de producción, consumo, importación y exportación, que analizaremos brevemente.
a.- La papa: Es el alimento más importante que el Perú ha legado as la humanidad entera. De tubérculo venenoso que era en el pasado, fue convertido en alimento humano tras paciente cultivo.
b.- El arroz: El arroz es un cereal que conforma la alimentación básica de más de la mitad de la población mundial. En el Perú es el alimento básico de la alimentación del poblador costeño y de la población urbana del recto del país.
c.- El Maíz: El maíz es un cereal conocido en el Perú desde tiempos muy remotos. Se le utiliza en la alimentación popular, en la preparación de alimentos balanceados para animales y en la obtención de algunos productos industriales. En la alimentación de la población andina está presente en forma de cancha, choclo, mote, jora, humitas, tamales, harina, etc. Sus hojas y tallos, conocidos con el nombre de chala o
panca son utilizados como forraje para la ganadería. d.- El Trigo: Es el más importante de los cereales en el mundo. Constituye la alimentación básica de la tercera parte de la humanidad. Su consumo está ampliamente difundido.
e.- La Quinua: La quinua es un cereal oriundo del Perú. Tiene gran valor en la alimentación humana por su alto contenido de proteínas. Es uno de los cereales más nutritivos que existen en la tierra y puede sustituir ventajosamente a la leche, la carne, los huevos y el pescado. Su consumo, desde temprana edad, puede ser considerado como una vacuna contra la desnutrición o una inmunización contra el hambre.
f.- Las Hortalizas y las Legumbres: Las hortalizas son plantas herbáceas, anuales o perennes, de gran valor en la alimentación, por la cantidad de sales minerales y vitaminas que contienen. Algunas como el rábano y la betarraga poseen abundantes hidratos de carbono, pero todas, sólo una pequeña proporción de proteínas. Su cultivo se localiza en regiones de climas templados, con abundante agua y numerosa mano de obra.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL La explotación del suelo destinado a su cultivo es intensiva y en forma rotativa. Por lo general las áreas destinadas a la horticultura se localizan en las proximidades de las grandes ciudades costeñas y andinas. La actividad destinada al cultivo de hortalizas se denomina horticultura.
g.- Los Frutales: El cultivo de los árboles frutales da lugar a la actividad conocida con el nombre de fruticultura. Esta actividad tiene gran importancia por la gran variedad de productos que ofrece, todas ellas ricas en vitaminas y sales minerales.
h.- El Algodón: Es uno de los principales cultivos industriales del Perú. Con la caña de azúcar y el café conforman el grupo de productos agrícolas destinados a la exportación. Su cultivo en el Perú se realiza desde los más remotos tiempos. En las culturas preincaicas como Paracas, se han encontrado preciosos tejidos confeccionados hace más de 2500 años con fibras de algodón.
i.- La Caña de Azúcar: Es una planta industrial de la que se obtienen los siguientes productos derivados: azúcar, alcohol de caña, melaza, chancaca y numerosas bebidas alcohólicas. Del residuo sólido que queda, llamado también bagazo, se fabrica papel y cartón, de diferentes especies y calidades.
j.- El Café: La planta de cefee tiene en la selva alta del Perú las mejores condiciones ecológicas para su desarrollo y producción.
PROBLEMAS DE LA AGRICULTURA PERUANA: a. Conservación del Medio Ambiente Erosión y Salinización El Perú es uno de los doce países considerados como megadiversos y se estima que posee entre 60 y 70% de la diversidad biológica. Esta ventajosa situación se ha visto amenazada con un inadecuado manejo de recursos existentes llevándolo a niveles críticos de deterioro de ciertas zonas del país generando problemas de desertificación, deforestación, salinización, pérdida de tierras agrícolas, toxicidad de la vegetación, agotamiento de las fuentes de agua, degradación de ecosistemas y desaparición de especies silvestres. La situación de pobreza de la mayor parte de campesinos y pequeños productores agropecuarios se explican en parte por la utilización inadecuada y degradación de la base
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL productiva de los recursos naturales debido a la aplicación de sistemas productivos que generan desequilibrios negativos entre el proceso de extracción y regeneración de los recursos naturales. Promover acciones para el manejo y uso productivo de los recursos naturales renovables, agua, suelo y cobertura vegetal mediante obras de conservación de suelos, reforestación, transferencia tecnológica mejorada e infraestructura rural en la perspectiva de lograr una agricultura sostenible
b. Minifundio La agricultura peruana constituye una economía de parceleros en la cual el 85% de los agricultores tiene parcelas con menos de 10 hectáreas predominando las unidades productivas con un área entre 3 y 10 hectáreas (33%) ( . Existen 5.7 millones de predios rurales de los cuales figuran
inscritos
en
registro
públicos
solamente
un
tercio
(1.9
millones).
El fraccionamiento de las parcelas en pequeños minifundios y su gran dispersión representan un límite a la eficiencia productiva al tiempo que eleva los costos del transporte. La tierra es el principal activo que posee el agricultor por lo que sus derechos de propiedad deben estar claramente definidos a fin de que ese reconocimiento legal les proporciones respaldo a la producción.
c. Precios y mercados La actividad agraria se caracteriza por el desorden en la producción y la disminución de su rentabilidad y competitividad. Asimismo, los procesos de post cosecha y de mercadeo están sumamente desordenados por la falta de una infraestructura vial adecuada y la ausencia de un sistema de mercados mayoristas, lo cual incide en los altos costos de comercialización que afectan a los productores agrarios.
d. Asistencia Técnica Las tareas en el campo de la asistencia técnica son múltiples, consolidar el crecimiento agrario exigirá el desarrollo de factores productivos y el impulso de la innovación tecnológica, es por ello que una de las tareas es atender las necesidades urgentes de los productores en materias de Innovación tecnológica y gestión empresarial
e. Crédito Agrario
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL El tema del crédito representa uno de los cuellos de botella del sector, es por ello que el anuncio de la creación de un Banco es esperado con mucha Interés por la mayoría de agentes económicos En 1992 el banco Agrario tenía como clientes a 230 mil empresarios agrario que se vinculaban mediante operaciones directas, de ellos 20 000 productores eran de tipo A1, con 10, 20,30 0 40 años de tradición empresarial. Actualmente se estima en 23 000 los empresarios agrario vinculados con la banca de las cuales la banca comercial es la principal fuente de financiamiento del sector y el 86% de sus colocaciones están en Lima. La mitad de dichas colocaciones son de corto plazo lo que dificulta la capitalización de sectores como la agricultura. El Ministerio de Agricultura así como otras instituciones tales como las CTAR, las Organizaciones No Gubernamentales, entre otros) han destinado recursos para el apoyo a la pequeña agricultura con fondos rotatorios los cuales han enfrentado problemas de baja recuperación. El tema de financiamiento agarrado deberá enfrentar numerosos desafía en la búsqueda por una agricultura en expansión sostenida en el tiempo y sustentable desde el punto de vista ambiental. Entre otros podemos mencionar:
-
Acceso al crédito.
-
El costo del crédito, el cual suele ser superior al resto de la economía debido al mayor riesgo
-
Su uso racional desde el punto de vista económico
-
Incorporación al mercado financiero de millares de agentes productivos sin crédito
-
La recuperabilidad de los créditos tema fundamental pues tiene que ver con la viabilidad de largo plazo del sistema de crédito y con la rentabilidad de la actividad agraria. Un sistema de crédito agrario basado en el subsidio, vía menores tasas de interés y con altos grados de incobrabilidad no es sostenible en el tiempo; tienen elevados costos sociales y por lo general no cumple los objetivos trazados.
f. Organizaciones El fortalecimiento de las organizaciones de productoras y de otras organizaciones que contribuyan al desarrollo del agro representa una tarea impostergable; en un sector tan
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL complejo la capacidad organizativa y de cooperación Inter. E intra sectorial representan importantes instrumentos de competitividad. “Muchas instituciones agrarias son vistas ahora como respuestas coherentes a la falta de desarrollo adecuado de los mecanismos del mercado, tales como el crédito, seguro agrario y mercados a futuro en un contexto caracterizado por altos riesgos, asimetrías de información y riesgo moral”.Apoyar a las organizaciones de los empresarios agrarios permitirá afianzar el planeamiento de las cadenas productivas que representa una parte sustantiva de la actividad agraria del país.
g. Seguridad Alimentaria La agricultura debe proveer los alimentos en la cantidad y la calidad necesarias para una vida sana; no obstante, el tema de la seguridad alimentaria implica no sólo mayor producción y productividad sino también una clara conciencia en los consumidores sobre como alimentarse mejor. La insuficiencia de alimentos en cantidad y calidad asociados con malos hábitos alimenticios repercute sobre la calidad de vida del habitante peruano, es por ello que los trabajos en materia de seguridad alimentaria t ienen aún mucho por delante.
h. El Empleo La agricultura emplea al 26% de la PEA Nacional y al 65.5% de la PEA del área rural. En contraste con su capacidad de generar empleo, es uno de los sectores con menor productividad de mano de obra debido al bajo nivel educativo de la fuerza la boral en el ámbito rural
i. Sanidad Países como Chile muestran lo importante que resulta para el desarrollo del sector agrario el contar con una buen sistema de sanidad animal y vegetal, especialmente si existe la proyección hacia la exportación. Cautelar la seguridad sanitaria y fitosanitaria posibilitando el desarrollo de cosechas y crianzas sanas; controlar y erradicar las plagas y enfermedades representan acciones con una enorme incidencia socieconómica en la actividad agraria. Un sistema sanitario eficaz es al mismo tiempo funcional al desarrollo exportador. Una de las principales limitaciones para el acceso a los mercados externos se relaciona con problemas sanitarios como es el caso de la mosca de la fruta.
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PREGUNT A 2 CON L OS RENDI M I ENT OS Y L OS PRECI OS DEL ARROZ Y LA CAÑA DE AZÚCAR EN SUL LA NA Lops agricultores del bajo chira tiene dominio de 41543 hectáreas: Dispone de una batería de 100 pozos en el bajo chira pozo profundo para regar su terreno con un caudal máximo de 100 lit/seg. Dicho agricultor pretende sembrar Arroz y Caña de azúcar para el cual uede conseguir un préstamo hasta por 49 000 000 dóla res. Precisar el mes en Sullana (en el mes de marzo) se le presenta la máxima demanda de agua para ambos cultivos, la cual es de 1.6 miles de m3 por hectárea de arroz y 2.0 miles de m3/ha para la caña. Considerando el cuadro siguiente la información adiciona necesaria.
Cultivo
rendimiento esperado ton/ha
Arroz Caña de azúcar
precio por ton $/ton
costo de producción $/ha
demanda de riego Marzo m3/ha
5
1300
3000
1.6 dm
6
1200
3500
2.0 dm
Precisar las áreas de riego que debe cultivar el agricultor y los beneficios para el poblador del bajo chira total para maximizar sus ganancias Solución: Se tiene un caudal de:
Ahora lo convertiremos a demanda:
Ahora cálculo del costo + beneficio(C+B)
Cultivo
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Variable (C+B)/ha=
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Arroz Caña de azúcar
X
5 x 1 300
Y
6 x 1 200
Ahora cálculo del Costo (C)
Cultivo
Variable C /ha=
Arroz Caña de azúcar
X
3 000
Y
3 500
Ahora función a optimizar será el benéfico: Restamos (a) – (b):
Ahora las ecuaciones de restricción son: Demanda:
Cultivo
Variable
Arroz Caña de azúcar
Demanda de riego Marzo m3/ha
X
1 600
Y
2 000
Costo:
Hectáreas:
No olvidar:
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Análisis grafico:
Coordenadas que pueden ser soluciones: (5.4 ; 0)
→ B = 18 900
( 0 ; 4.32)
→B = 15 984
MAXIMO BENEFICIO = 18 900
PREGUNT A 3 ANA LI ZAR Y APLI CAR L OS CRITE RI OS DE CASAGRANDE A L A PRESA POECH OS EN CONDI CI ONES OPERACI ÓN Y M ANT ENI M I ENT O. ACERCA DE L OS BENE F I CI OS ECONÓM I COS POR LA VE NTA D EL AGUA. CUA L E S COSTO AN UA L SI DU RA 100 AÑOS
3.1CRITERIOS GENERALES DE PROTECCIÓN Y MANTENIMIENTO. 3.1.1 Criterios generales de protección.- 1Conocida la avenida máxima, se deberá definir, con criterio de actuación coordinada, los medios de evacuación o laminación convenientes, como son los desagües controlados por compuertas: de fondo, intermedios o de superficies; los desagües de sección acotada pero sin compuerta; los aliviaderos de lámina libre y el resguardo del embalse. Se exceptúa el caudal evacuado por la central de pie de presa, si existiera, y por las diversas tomas de agua con fines industriales o de regadío, salvo casos muy especiales que se justificarán debidamente. En todo caso, deberán cumplirse las siguientes condiciones: La suma de los caudales que puedan ser evacuados por todos los dispositivos sujetos a control, con el embalse a su máximo nivel normal, no será nunca superior al caudal de la avenida normal.
La altura de la presa asegurará un resguardo que permita la laminación del caudal de la avenida máxima, y su evacuación con los desagües de que se disponga.
Todos los dispositivos de desagüe se proyectarán con la condición de no dar lugar a erosiones, ni en el cauce ni en las laderas, que pudieran poner en peligro la estabilidad de la presa. HH413-J
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La corona se debe cubrir con algún tipo de protección contra los daños por las salpicaduras, rociones de las olas, los escurrimientos de las lluvias, el viento, desgaste y destrucción por el transito, cuando la cresta se usa como camino. El tratamiento usual consiste en colocar una capa de roca fina seleccionada o de material gravoso con un espesor mínimo de 4 plg. En el caso de que la cresta sea un tramo de camino el ancho de la corona y la clase de pavimento debe ajustarse a la carretera que conecta. El drenaje superficial de la corona se obtiene dándole un bombeo hacia el talud de aguas arriba. Se prefiere este ultimo método a menos de que el talud de aguas abajo este protegido contra la erosión con un revestimiento tan resistente como el se obtiene en el talud de aguas arriba. Si la corona de la presa va a servir de camino se construyen parapetos del tipo de cable o vigas a lo largo de los acontecimientos de la corona. Si no se considera que se vaya a utilizar como camino, señalar la corona con postes a intervalos de 25 pies o con piedras colocadas a intervalos largos de la corona.
3.1.2 Mantenimiento e instrucciones de operación.- 2 Se deben formular instrucciones escritas para el mantenimiento y operación de las estructuras y del equipo como parte del proyecto. En estas instrucciones se deben establecer la frecuencia y describir la extensión y naturaleza de las inspecciones.
Deberá formularse instrucciones para las reparaciones de rutina del equipo mecánico cuando se instala compuertas y válvulas y se deben acompañar las instrucciones que entrega el fabricante En las instrucciones deberán estar incluidas discusiones detalladas sobre la operación correcta de las compuertas y válvulas desde el punto de vista mecánico como de funcionamiento. Si un vertedor de demasías se controla por medio de compuertas de operación manual, se deben dar instrucciones específicas con respecto a la operación de las compuertas durante la entrada de las avenidas en el v aso. En presas de tierra se hará la conservación de rutina de los taludes del terraplén y de las coronas de los terraplenes de tierra, cualquier condición anormal que presentase la presa de tierra deberá notificarse al igual que su mantenimiento. El terraplén, las laderas y las porciones visibles de la cimentación adyacentes a un terraplén de tierra deben inspeccionarse a intervalos regulares para comprobar que no se ha presentado condiciones desfavorables. Durante el llenado rápido del vaso, el talud de aguas abajo del terraplén y la cimentación del terraplén deben inspeccionarse cuidadosamente buscando indicaciones de grietas, deslizamientos, asentamientos, defectos en la protección de taludes, filtraciones, o zonas lodosas producidas por las filtraciones del vaso. El talud mojado del terraplén también debe inspeccionarse, después de los vientos sostenidos de alta velocidad y cuando se hace descender el nivel de agua en el vaso, para descubrir grietas, derrumbes, asentamientos, o daños en la protección del talud.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Durante los periodos en que se mantiene por largo tiempo el nivel de agua elevado en el vaso deben hacerse inspecciones mensuales del terraplén poniendo atención a la corona de la presa, a las porciones visibles de la protección del talud mojado, al talud seco y a las áreas aguas abajo de la presa, para comprobar que no se han producido fenómenos anormales. En presas de almacenamiento su operación rara vez requerirá una atención continua.
El operador deberá tener a su disposición un juego de pequeñas herramientas, sacos de arena y algún otro equipo de mantenimiento y de emergencia.
El nivel del vaso puede ser modificado a intervalos regulares para evitar la propagación de mosquitos palúdicos o contagiosos y para evitar las algas y otras vegetaciones acuáticas. El nivel de embalse en las presas de almacenamiento se hace descender al recibir aviso de tormentas para dejar espacio al agua de las avenidas. El estimulo y protección de la vegetación ayuda a retardar la erosión en los taludes del vaso en los bancos de préstamo usados en construcción y en los taludes de los terraplenes de tierra que no tienen otra protección es uno de los trabajos de mantenimiento.
La cubierta vegetal es un factor esencial de protección contra la erosión, así como para el embellecimiento de la estructura y puede tener una influencia importante en el costo de las reparaciones.
No se deberá usar sustancias químicas para la eliminación de algas en los vasos sin antes consultar a expertos.
3.2 ELEMENTOS Y SECCIONES ESPECIALES. 3.2.1 Elementos principales de una presa de tierra. 3
Elementos principales de una presa de tierra (Fuente: Texto docente)
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Talud de aguas arriba: Desde 4:1 hasta 2,5:1 (H: V) en función del material del muro, su altura y del sismo.
Talud de aguas abajo: Desde 3:1 hasta 1,5:1 (H: V) en función del material del muro y su altura, y del sismo de diseño. Ancho del coronamiento: Mínimo 3 m (a mayor ancho mejor comportamiento sísmico). Material del muro: Idealmente impermeable, poco compresible, con buena resistencia al corte y buena trabajabilidad. En función de la disponibilidad en el lugar y el volumen a construir, las soluciones variarán desde muros homogéneos (un solo material) hasta muros zonificados constituidos por dos o más materiales diferentes. Impermeabilización del lecho: Las soluciones variarán en función del tipo de material constitutivo y la profundidad necesaria de impermeabilización como se muestra en la figura La gran variedad de tipos de suelos y rocas existentes en la naturaleza, la cantidad de material disponible para la construcción, las condiciones de los yacimientos o canteras, las condiciones metereológicas y sismológicas y la diversidad de los contornos, cerrada y valle, del emplazamiento, tienen como consecuencia una amplísima gama de morfologías y dimensiones para la sección tipo de la presa. Las diferentes secciones se pueden clasificar de la siguiente forma:
3.2.2 Presas de tierra homogénea.- Como el material es uniforme, ha de ser de baja permeabilidad: arcillas o limos, o mezcla de arenas o gravas con alta proporción de finos. En consecuencia los taludes son bastante tendidos según el material. Las presas homogéneas, son aquellas que presentan toda o casi toda su sección transversal un mismo material. Para controlar la salida de la filtración de agua a su vez, se han utilizado diferentes tipos de drenes permeables: Un repié aguas abajo ……(a) Un tapiz horizontal ……(b)
Una chimenea vertical o inclinada alcanzando o no a la coronación (figura 6.3 c), conectadas con un tapiz horizontal en la base en este ultimo tipo, solo una parte de la sección hace de núcleo. En la actualidad y siempre que el material sea suficiente poco permeable, existe la tendencia de aproximar el filtro al paramento aguas arriba. ……(c) En el caso de que la presión de agua intersticial durante la construcción exigiese unos taludes más tendidos que los requeridos por la estabilidad final de la obra, es frecuente proyectar unos filtros horizontales cada cierta altura, de material drenante, que limite la magnitud de aquellas presiones, dejando exenta una parte en el centro que hace la función de núcleo. Los drenes de aguas abajo quedan unidos usualmente por un dren chimenea ……(d)
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Morfología esquematizada de presas de tierra homogéneas (Fuente: Geotecnia y cimientos III; José Antonio Jiménez Salas)
3.2.3 Presas zoneadas con núcleo de tierra.- 5Pueden considerarse así aquellas presas construidas con dos o más tipos de suelo, en las que la zona de menor permeabilidad ejerce las funciones de elemento estanqueizador o núcleo. La anchura de esté y su posición dentro de la sección, respecto al resto de los materiales o espaldones, es muy diverso. Pueden ser: De núcleo central vertical o sub-vertical (a)
Intermedio (b) exterior (c) constituyendo el paramento de aguas arriba y sus zonas próximas.
Morfología esquematizada de presas de tierra zonadas (Fuente: Geotecnia y cimientos III; José Antonio Jiménez Salas)
Si el núcleo no es lo suficientemente impermeable, una parte del mismo puede ser tratada, para mejorar aquella propiedad. Mezclas del suelo con bentonita o con arcillas más plásticas son soluciones habituales, aunque costosas. 3.2.4 Presas de pantalla.- 6Comprende aquellas presas en las que el elemento estanqueizador es una pantalla relativamente delgada o lámina no térrea. Puede ser interior vertical, inclinada o quebrada (a) exterior, constituyendo la piel del paramento de aguas arriba (b).
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Morfología esquematizada de presas con pantallas (Fuente: Geotecnia y cimientos III; José Antonio Jiménez Salas)
3.2.5 Otros elementos secciones especiales.- Entre los elementos y secciones especiales se pueden nombrar algunos pequeños elementos que se usan en presas: Drenes de talón, 7se instalan a lo largo de los talones de aguas abajo de las presas en combinación con colchones horizontales de drenaje. Estos drenes tienen el objeto de colectar las filtraciones que descargan del colchón de drenaje horizontal y conducirlas a un tubo de descarga exterior que las lleva al tanque amortiguador del vertedero de demasías. Zanjas de drenaje, la profundidad mínima de las zanjas es normalmente, de aproximadamente 4 pies, la profundidad máxima es la necesaria para mantener una pendiente razonable uniforme, aun si la superficie presenta ondulaciones. La anchura del fondo de zanja es de 2 a 3 pies, según el tamaño del tubo de drenaje. Estas zanjas son medios efectivos para disminuir las subpresiones en los estratos permeables inferiores.
Tubos de drenaje, Los tubos de drenaje se colocan en zanjas a suficiente
profundidad debajo de la superficie del terreno, en la que intercepten las filtraciones. El tubo de drenaje debe estar rodeado de material de filtro para evitar que se tapen los drenes. 3.2.6 Protección de taludes.- Tenemos la protección del talud aguas arriba como la protección del talud aguas abajo. - Talud aguas arriba, la protección del talud aguas arriba contra los efectos erosivos del oleaje es importante en las presas de tierra, en las presas de corrección torrencial este aspecto pierde importancia por las siguientes razones: Las presas están situadas generalmente en zonas montañosas o de cerros y colinas, incidencia indirecta del viento (no produce oleaje). Las alturas de estas presas son modestas y se encuentran sobre ríos de pendientes fuertes (superficies de los embalses pequeñas expuestas al viento). Los embalses están generalmente vacíos (imposible generación de oleaje). En estas presas los periodos son breves para la colmatación de sedimentos (posibles daños en talud aguas arriba serán reparados por la sedimentación). Hace años para la protección del talud aguas arriba se empleaban mamposterías o piedras, pero su trabazón, que aparentemente es una ventaja, hace que al moverse algún elemento arrastre a los de un cierto entorno. Por eso sobre todo, y aún más que por lo antieconómico que hoy resulta una obra manual, prefiere la piedra gruesa echada con volquete, que ha demostrado
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL comportarse bien; las piedras se mueven con el oleaje, pero sin desplazarse y sobre todo sin arrastrar a otras. Bajo la capa protectora de piedra gruesa hay que colocar un filtro, no crítico, que sirve de transición entre la piedra y el material de espaldón. Cuando el oleaje erosiona la protección de piedra, puede quedar al descubierto el filtro, que es fácilmente erosionable. Sin embargo, este riesgo es solo accidental y reparable, pues la zona más batida por las olas es la superior y, por lo tanto, relativamente localizada y accesible con un descenso parcial del embalse. La piedra gruesa, además, es la más apropiada como rompeolas. Otros dispositivos más artificiales suelen ser menos eficaces: Por ejemplo, los escalones con losas de hormigón. - Talud aguas abajo, el talud de aguas abajo de la presa puede ser protegido de los efectos erosivos de la lluvia, la desecación, el agrietamiento superficial y el viento (y eventualmente el hielo), mediante la colocación de un capa de grava. Este talud puede también ser protegido mediante la siembra de hierba, que da una buena protección frente a la lluvia y proporciona una grata apariencia. Hay que proteger especialmente las líneas de contacto de la presa con las laderas, pues son vía natural de concentración de las aguas de lluvia. Se suelen hacer cunetas amplias con piedra u hormigón. Conviene poner una cuneta para recoger el agua y llevarla a una recogida general, pero debe hacerse con hormigón, pues si no, la concentración de agua en ella puede dar efectos contraproducentes a la estabilidad del talud. 3.2.7 Borde libre.- 9Desde el máximo nivel normal del embalse hasta la coronación de la presa hay que dejar un margen o resguardo para prever las sobreelevaciones extraordinarias por crecidas (máximo nivel en crecidas), más el oleaje, y todavía un margen de seguridad. El resguardo es obligado en todas las presas, pero en las de materiales sueltos ha de ser considerablemente más amplio que en las de hormigón, por su vulnerabilidad a la destrucción por vertido sobre ellas. El resguardo a partir del máximo nivel normal (MNN) se determina sumando las siguientes alturas: La sobre elevación producida por la crecida máxima. La altura máxima de ola multiplicada por 1.5. Una altura suplementaria para prever posibles asientos en las presas de materiales sueltos sometidas a sismos. Un margen de seguridad prudencial. 3.2.8 Rip- Rap (Enrocado).- 11 Es una capa o superficie de roca, lanzada o colocada manualmente para prevenir la erosión, socavación o desgaste de una estructura o terraplén. Otros materiales como la roca son descritos como Rip- Rap; por ejemplo, roca fragmentada o escombros de edificios, pedazos de concreto, y formas prefabricadas de concreto. Estos materiales similares a la roca pueden ser lanzados o colocados manualmente en un terraplén para formar un revestimiento flexible. La flexibilidad de la masa del enrocado se debe a partículas individuales que actúan independientemente de dicha masa.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Para propósitos descriptivos el enrocado se subdivide por el método de colocado en: lanzado, manual y en placas. El enrocado lanzado, son piedras gradadas colocadas en un talud preparado de tal manera que no de lugar a la segregación. El colocado de este enrocado debe ser realizado por maquinaria pesada. Las piedras lanzadas de las volquetas hacia los taludes causan segregación de la roca por su tamaño, reduciendo su estabilidad. La efectividad del enrocado lanzado ha sido bien establecida cuando este es propiamente instalado. El enrocado colocado manualmente, son piedras puestas cuidadosamente a mano por grúas que siguen un patrón definido; los espacios entre las piedras grandes son rellenados con piedras pequeñas quedando una superficie relativamente uniforme. La necesidad de trabar piedras manualmente, requiere, que la piedra sea relativamente uniforme en tamaño y forma (cuadrada o rectangular) El enrocado colocado en placas, es similar en apariencia y comportamiento al rip –rap colocado manualmente, pero diferente en el método del colocado. Este tipo de revestimiento es colocado en la margen con un salto y luego es comprimido en el lugar usando una placa de acero, formando de esta manera una superficie regular bien organizada. La experiencia indica que durante la operación de compresión, las piedras grandes son fracturadas, produciendo rocas de menor tamaño para rellenar los espacios en la c apa del revestimiento.
3.3 PLANIFICACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN. Las investigaciones y los estudios de planificación de la construcción que se efectúan para presas deben considerarse en relación a la función que desempeñan, para obtener los fines que se persiguen en el proyecto en conjunto. Los objetivos del proyecto, los propósitos y su magnitud, determinan lo que debe planificarse para la construcción. En muchos casos, el proyecto tendrá un objeto doble o múltiple. Por esta razón, la planificación puede abarcar un gran número de materias. Las presas requieren ciertas estructuras e instalaciones complementarias para realizar sus funciones operacionales en forma segura y efectiva los cuales deben tenerse en cuenta durante la planificación de la construcción. Debe tenerse en cuenta el paso seguro de las crecientes extremas, el vaciado controlado y la descarga de agua en cumplimiento de los propósitos del embalse. Los vertederos y las obras complementarias son obras esenciales, otras instalaciones complementarias se incorporan cuando sean necesarios para el propósito de la presa y de acuerdo con su tipo. 3.3.1 Vertederos.- 12 El propósito de un vertedero es pasar el agua de las inundaciones de una manera segura aguas abajo cuando el embalse esta lleno. Tiene dos componentes principales: el vertedero de control y el canal del vertedero, cuyo propósito es conducir los caudales de inundación de una manera segura aguas abajo de la presa. Puede incorporar un cuenco amortiguador o cualquier otra estructura de disipación de energía. La capacidad del vertedero debe acomodar la inundación máxima de diseño, el nivel del vertedero estará determinado por el máximo nivel de retención de la presa. Los vertederos son libres, funcionan automáticamente cuando el agua se eleva por encima del nivel normal de agua, puede controlarse mediante compuertas.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL En algunos casos se proporciona una capacidad adicional del vertedero de emergencia mediante un tapón fusible es decir, una orilla erosionable subsidiaria diseñada para ser arrastrada por el agua cuando se alcance un nivel de inundación extremo predeterminado. Se puede prever alternativas de emergencia, consistente en compuertas giratorias diseñadas para ser volteadas por la presión hidrostática en condiciones de crecientes extremas. 3.3.2 Obras de desagüe.- Las estructuras de desagüe controlado se requieren para permitir la evacuación del agua cuando operacionalmente sea necesario. Se debe tener en cuenta la necesidad de acomodar todas las obras de tubería y la tubería forzada con sus válvulas y con sus compuertas de regulación asociadas.
3.4 MANTENIMIENTO POSTERIOR. Deben hacerse inspecciones periódicas y pruebas de operación del equipo de la presa por un ingeniero o mecánico familiarizado con la finalidad del equipo instalado. Las compuertas de entrada y de salida y las válvulas deben probarse con regularidad para darse cuenta si trabajan normalmente. Todas las compuertas y válvulas deben operarse cuando menos anualmente, par determinar si están en buenas condiciones de operación. El equipo mecánico debe lubricarse y repararse de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Deben limpiarse las basuras de las rejillas y los sedimentos acumulados, las partes metálicas deben pintarse para evitar que se oxiden.
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PREGUNT A 4. SI LA CORONA DE LA PRESA POECHOS H AY QUE VOLVE R DI M ENSIONA RLAS ELE GI R LA S COTAS Y SI STEM AS NECESARI OS PARA SU ESTABI LI DAD F I SI CA DE LA PRESA Y NUEVOS TAL UDES DE LA PRESA ALTERNATIVA
I.EL PROBLEMA DE LA COLMATACION DEL EMBALSE El fenómeno de colmatación es un problema permanente en los embalse de retención. El pronóstico correcto del volumen de sedimentos, depende del conocimiento de las particularidades tanto de la actividad natural (eventos naturales), como de la actividad artificial (actividades humanas) que ocurre en la cuenca, y no solamente de la aplicación ciega de los múltiples modelos matemáticos existentes para caracterizar los sedimentos.
Fig. 1. Esquema de la presa y sus elementos principales El Volumen útil (Fig. N°01) significa el agua que da los beneficios al proyecto (energía hidroeléctricas, tierras de cultivo por irrigar, etc.,). El Volumen muerto es el espacio necesario para el depósito de la cantidad de sedimentos esperado para un determinado período de tiempo o vida útil de la presa. El Volumen muerto prácticamente no tiene un efecto económico, por lo tanto no se considera dentro de los beneficios del proyecto. Durante la planificación del proyecto el NAMI (Nivel Muerto), es una línea horizontal, debajo de la cual se depositaran los sedimentos (es prácticamente una línea teórica), sin embargo la deposición se da en la forma que se muestra en el esquema de la Fig. N° 2., es decir el sedimento no llena todo el espacio de Volumen muerto, sino que ocupa t ambién el espacio del
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Volumen útil, lo cual significa pérdida de beneficios, por volumen de agua que no será utilizada en el proceso económico.
Fig. 2. Esquema de la presa y sus elementos principales En el caso de la Presa de Poechos es evidente que el Ingeniero Hidrólogo especialista en Sedimentología erró sus pronósticos, las razones o motivos deben ser investigados, no con la finalidad de buscar responsables, sino para corregir los cálculos en un nuevo cálculo que se desea realizar.
Fig. 3. Sección de la deposición de los Sedimentos en Poechos (Arturo Rocha F.)
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II .RECRECIMIENTO DE LA PRESA POECHOS. El recrecimiento de la presa Poechos puede tener 02 efectos positivos: • •
Tener un volumen de agua para recuperar lo perdido por efecto de la colmatación del embalse. Incrementar la caída en la Central Hidroeléctrica de Poechos, es decir, que la central puede incrementar su potencia de generación.
Sin embargo estos dos efectos económicos deben estar sustentados con los cálculos y soluciones de seguridad que deben establecerse para: • Seguridad del Aliviadero de Demasías
Fig. 4. Esquema de la presa y sus elementos principales
Fig. 6. Fotografía que muestra la erosión generada en planta por el chorro lanzado. • Seguridad de la propia presa. El objetivo también de esta publicación como ya lo hemos indicado es comentar los diferentes conceptos que se pueden leer en el diario el tiempo, de tal manera que el lector tenga una opinión adicional y sobre todo que puede resultar útil a los profesionales Piuranos.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL De este artículo se puede hacer el siguiente resumen: • •
El NAMO corresponde a la cota 103 msnm y la cota de la cresta se encuentra en el nivel 108 msnm, el Borde Libre es de 5.0 m. No conocemos las soluciones que estaría planteando Energoprojekt Hidroinzenjering S A, para opinar si las soluciones planteadas en lecho amortiguador son correctas.
En el artículo anterior el ingeniero Carlos Cruz comenta “que por seguridad de la presa principal y el dique de tierra no se debe permitir una operación en niveles superiores a la cota máxima del Núcleo Impermeable”. En el siguiente esquema explicaremos que ha querido resaltar el Ing. Cruz.
Fig. 8. Se muestra un perfil aproximado de la sección transversal de presa Poechos
Fig. 9. Se muestra la parte superior de la presa ampliada Como se puede observar la diferencia entre la cota de la cresta del núcleo impermeable es: 105-103= 2 m. La magnitud anterior es un respaldo. Porque si el nivel del embalse sube por ejemplo hasta la cota 104 msnm, el peligro que el agua REBOSE POR LA PARTE SUPERIOR DEL
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL NUCLEO, pude originar el inicio de erosión del núcleo debilitándolo lentamente y generar su colapso. Por esta razón en las condiciones actuales no debe elevarse el nivel del embalse.
CONCLUSIONES: •
• •
De las figuras de la sección transversal de la represa Poechos observamos que el núcleo impermeable se encuentra a una cota de 105 m, por lo que si queremos elevar la cortina también tendríamos que elevar el núcleo impermeable. Si elevaríamos la cortina tendríamos que analizar el poder erosivo del agua al aliviadero de demasías. Los diques de emergencia de la represa Poechos se encuentran a una cota máxima de 105 m, ósea si elevaríamos la cortina tendríamos que elevar el nivel de los diques de emergencia.
Factores a considerar en el Estudio de recrecimiento de la presa Poechos Todo recrecimiento de una presa lleva a diagnosticar y conocer: a) Condiciones Geotécnicas de material del cuerpo y cimentación de la Presa existente, realizando las investigaciones respectivas. b) Análisis de los datos de la instrumentación existente. c) Información geotécnica de canteras de Préstamo o del material para el recrecimiento. La presa recrecida debe recibir los siguientes análisis. a) Análisis de filtración. b) Análisis de Estabilidad de taludes c) Análisis sísmico de la Presa d) Análisis de las nuevas condiciones Hidráulicas.
2. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD Y ESFUERZOS EN PRESAS 2.1 CARGAS QUE ACTÚAN SOBRE PRESAS.1 2.1.1 Generalidades.La integridad estructural de una presa debe mantenerse en las diversas circunstancias o eventos que probablemente surgirán durante su servicio. El diseño es, por tanto, determinado por la consideración de un espectro de condiciones de cargas actuantes correspondientes. En todas las circunstancias previsibles debe asegurarse la estabilidad de una presa y su cimentación, manteniendo los esfuerzos en niveles aceptables y sus cualidades impermeables esencialmente inalteradas. Las presas presentan una complejidad en su respuesta estructural que marca un fuerte contraste con la evidente simplicidad de su concepto estructural y su forma. Son estructuras tridimensionales asimétricas, construidas con materiales de propiedades mecánicas muy complejas y cimentadas sobre formaciones no uniformes y anisotrópicas2, lo cual se refleja en la interacción de la presa con su cimentación y con la respuesta estructural compleja de ambas
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL cuando se someten a fluctuaciones en las cargas primordiales y a los efectos de una saturación progresiva. La distribución, magnitud y modo de acción de ciertas cargas pueden predeterminarse con mucha precisión. Ejemplos obvios son las cargas externas del agua y el peso propio de la estructura. Otras cargas mayores, algunas igualmente importantes, son menos confiables En su predeterminación y pueden depender del tiempo, por ejemplo, las presiones internas de infiltración, debidas a la redistribución de cargas por las deformaciones de la cimentación, etcétera.
Es conveniente clasificar las cargas actuantes individuales como primarias, secundarias o excepcionales. Dicha clasificación ayuda a apreciar apropiadamente combinaciones de cargas que se deben considerar en su análisis. La clasificación se hace en función de su aplicabilidad y de la importancia relativa de la carga.
1. Cargas primarias. Se identifican como aquellas de mayor importancia para todas las presas, sin tener en cuenta su tipo, por ejemplo las del agua y las fuerzas relacionadas con la infiltración y el peso propio.
2. Cargas secundarias. Se aplican universalmente aunque en menor magnitud (por ejemplo, la carga de sedimentación) o, alternativamente, son de mayor importancia só lo para ciertos tipos de presas (por ejemplo, efectos térmicos dentro de presas de concreto).
3. Cargas excepcionales. Se designan así sobre la base de su aplicación general limitada o por su poca probabilidad de ocurrencia (por ejemplo, los efectos tectónicos o las cargas de inercia asociadas con la actividad sísmica).
2.1.2 Secuencia de cargas actuantes.Las cargas primarias y las secundarias más importantes y sus fuentes excepcionales se identifican esquemáticamente en la figura 5.1; se utiliza una sección de una presa de gravedad para este propósito por conveniencia de ilustración. No todas las cargas identificadas serán aplicables para una presa dada. Se deja un elemento de discreción en la formulación de las combinaciones para el análisis de cargas.
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a. Cargas primarias: 1. Carga del agua. Es debida a la distribución hidrostática de presión y tiene una resultante horizontal, la fuerza P1. (Nótese que la componente vertical de esta carga, también existirá en caso que el espaldón aguas arriba tenga un talud y las cargas equivalentes aguas abajo operasen en el espaldón respectivo).
2. Carga del peso propio. Se determina con respecto a un peso unitario apropiado del material. Para un análisis elástico simple, se considera que la fuerza resultante P2, actúa a través del centroide de la sección.
3. Carga de infiltración. Los patrones de infiltración de equilibrio se desarrollarán dentro y por debajo de la presa, por ejemplo, en los poros y las discontinuidades, con una carga resultante vertical identificada como un empuje interno y externo P3 y P4, respectivamente. [Nótese que el proceso de infiltración generará presión de agua en los poros en materiales permeables, y con este enfoque, se considera como un derivado de la carga del agua para una presa de relleno
b. Cargas secundarias: 1. Carga de sedimentación. Los sedimentos acumulados generan un empuje horizontal, considerado como una carga hidrostática adicional equivalente con resultante P5. 2. Carga hidrodinámica de ondas. Es una carga transitoria, P6, generada por la acción de las ondas contra la presa (normalmente no es importante). 3. Carga del hielo. El empuje del hielo, P7, se puede desarrollar en condiciones climáticas extremas (normalmente no es importante). 4. Carga térmica (presas de concreto). Es una carga interna generada por las diferencias de temperatura asociadas con los cambios en las condiciones ambientales y con la hidratación y el enfriamiento del cemento (no se muestra). 5. Efectos interactivos. Son internos, surgen de las rigideces relativas y las deformaciones diferenciales de una presa y su cimentación (no se muestra). 6. Carga hidrostática sobre los estribos. Es una carga interna de infiltración en los
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL estribos en una roca maciza, no se ilustra (es de particular importancia en las presas de arco o de bóveda).
c. Cargas excepcionales: 1. Carga sísmica. Las cargas inerciales horizontales y verticales se generan con respecto a la presa y al agua retenida debido a perturbaciones sísmicas. Para la presa se muestran simbólicamente en el centroide de la sección. Para las fuerzas inerciales del agua se muestra un empuje estático equivalente simplificado, P8 (el análisis dinámico no es competencia del presente texto). 2. Efectos tectónicos.3 La saturación o las perturbaciones producidas por excavaciones profundas en rocas, pueden generar cargas como resultado de movimientos tectónicos lentos.
2.1.3 Conceptos de carga.La presencia persistente y concurrente de todas las cargas primarias que actúan sobre una presa en operación es evidente. Algunas cargas secundarias, por ejemplo, la de sedimentación, se desarrollarán gradualmente y persistirán junto con las primarias. Otras cargas secundarias proporcionarán una carga temporal adicional y poco frecuente, por ejemplo, el empuje del hielo. En las cargas excepcionales, la acción tectónica puede generar una adición permanente a la carga total sobre la presa. La actividad sísmica, que es en esencia al azar y poco frecuente, genera una carga dinámica extrema pero transitoria. El estudio de la naturaleza de las diferentes cargas individuales y patrones de carga conduce a una combinación lógica de cargas expresamente definida para ser consideradas en el análisis. Cada combinación de cargas está relacionada con una condición de servicio particular y define aquellas cargas que se considera que operan con simultaneidad en la presa. Esta lógica puede extenderse para reducir de manera considerable los márgenes de seguridad de diseño y, al mismo tiempo, disminuir la probabilidad de ocurrencia de unas combinaciones de cargas más rigurosas. En el análisis de una presa de relleno se considera, correctamente, que el agua, la infiltración y el peso propio actúan como cargas internas distribuidas o presiones en el cuerpo, como se muestra en el esquema de la figura 5.2. Sin embargo, el análisis de estabilidad clásico de presas de concreto, supone que el agua y las cargas de infiltración actúan como presiones en la superficie, con sus fuerzas resultantes consideradas junto con una carga resultante del peso propio, como se muestra en la figura anterior.
2.2 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TERRAPLENES.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL 2.2.1 Generalidades.El proyecto de los taludes de los terraplenes puede variar mucho según el carácter de los materiales disponibles para su construcción, las condiciones de la cimentación y la altura de la presa. Los taludes de los terraplenes son los necesarios para dar la estabilidad a la presa sobre una cimentación resistente a los esfuerzos que en ella actúan, por lo tanto las pendientes de los taludes, previamente están condicionadas a la disponibilidad de una fundación estable (natural o mejorada). De especial importancia es la naturaleza del suelo que se va a usar en la construcción de las presas homogéneas modificadas o en el núcleo de una presa de sección compuesta. En este caso, la relación del tamaño del núcleo al tamaño de la cubierta es también importante. La estabilidad de un terraplén se determina por su capacidad para resistir esfuerzos cortantes, porque la falla se produce por deslizamiento a lo largo de una superficie de corte. Los esfuerzos cortantes provienen de las cargas externas aplicadas, como son las del vaso y las producidas por los terremotos, y de las fuerzas internas producidas por el peso del suelo y de los taludes del terraplén. Las fuerzas internas y externas también producen esfuerzos de compresión normales a cualquier superficie de deslizamiento potencial. Estos esfuerzos de compresión contribuyen tanto a la resistencia al corte del suelo, como al desarrollo de presiones intersticiales que destruyen la estabilidad.
2.2.2 Taludes de referencia.Los taludes de referencia de aguas arriba de las presas de tierra puede variar de 2:1 a uno tan tendido como de 4:1 por estabilidad, generalmente son de 2 ½:1 o 3:1. Se usan a veces taludes de aguas arriba tendidos para eliminar protecciones costosas en los taludes. Los taludes ordinarios aguas abajo de las presas de tierra pequeñas sin talud saturado son de 2:1 cuando la presa lleva una zona impermeable y el talud es permeable, y de 2 ½:1 cuando todo el terraplén es impermeable. Estos taludes son estables para los tipos de suelos comúnmente usados y cuando se proyecta el drenaje adecuado de manera que el talud aguas abajo nunca se satura con las filtraciones. Los taludes de una presa de tierra dependen del tipo de presa (es decir, terraplén con diafragma, homogéneo modificado, o compuesto), y de la naturaleza de los materiales de construcción.
2.2.3 Recomendaciones en presas pequeñas.Los Taludes recomendados por la US. BUREAU OF RECLAMATION para presas de tierra pequeñas vienen tabulados tomando en cuenta ciertas características de cada presa. Los taludes del terraplén están relacionados a la clasificación del suelo que se va a usar en la construcción, especialmente los suelos impermeables. Los taludes elegidos son necesariamente conservadores y solo se recomiendan para las presas pequeñas de tierra.
Taludes recomendados: Para presas de tierra homogénea en fundaciones estables los taludes recomendados se indican en la siguiente tabla, para el caso de presa de regulación y almacenamiento, y con o sin ◘
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL la posibilidad de un vaciado rápido. Donde se da más de una clasificación de suelos para un grupo de taludes, es una indicación que la presa se puede construir con estos taludes usando cualquiera de estos suelos o una combinación de los mismos.
Para presas compuestas o zoneadas con fundaciones estables los taludes recomendados se indican en la siguiente tabla, para el caso de presas pequeñas de regulación y almacenamiento, con núcleos mínimos y máximos, y con o sin la posibilidad de un vaciado rápido. Donde se da más de una clasificación de suelos para un grupo de taludes. Los taludes que se requieren para la estabilidad de un terraplén compuesto son función de los tamaños relativos del núcleo impermeable y los faldones permeables. El tamaño del núcleo de 10 pies se toma como el mínimo que permite la colocación y compactación económica de los materiales impermeables del terraplén con el equipo de construcción. Además si el núcleo fuera más delgado existiría infiltración y habría el peligro de que se rompiera por los asentamientos diferenciales de la cimentación.
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2.2.4 Análisis de estabilidad de taludes. El análisis de la estabilidad de taludes implica determinar y comparar el esfuerzo cortante desarrollado a lo largo de la superficie más probable de falla con la resistencia al corte del suelo.5 Este análisis no es una tarea fácil, la estratificación del suelo y sus parámetros de resistencia cortante, la infiltración, y la selección de una superficie potencial de falla en su Conjunto, logran crear un problema sumamente complejo, el cual puede ser solucionado mediante la ayuda de programas o manualmente. Cuando un ingeniero realiza el análisis de la estabilidad de taludes busca el factor de seguridad “FS” o “F” más alto posible, el factor de seguridad es la relación que existe entre la resistencia cortante promedio del suelo y el esfuerzo cortante promedio desarrollado en la superficie potencial de falla. Cuando Fs es igual a 1, el talud está en estado de falla, lo que quiere decir que el talud puede fallar en cualquier momento, generalmente un factor de seguridad de 1.5 es aceptable para tener un talud estable. Para determinar el factor de seguridad es necesario conocer las condiciones del sitio y algunos parámetros de resistencia como: la cohesión, el ángulo de fricción interna del suelo, la magnitud de las presiones intersticiales para la construcción en régimen estable, y las condiciones después del desembalse.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Se debe determinar las propiedades de resistencia de la cimentación donde el material que cubre la roca es limo o arcilla, porque la experiencia ha demostrado que el círculo crítico se prolongará dentro de la cimentación. La estabilidad de una presa de relleno debe evaluarse teniendo en cuenta las condiciones cambiantes de las cargas y el régimen de infiltración que se desarrollan desde la construcción hasta el primer llenado para ponerla en servicio, y debe incluir el descenso del nivel del agua en el embalse. El análisis de la estabilidad de taludes que casi siempre se utiliza se detalla en los textos de mecánica de suelos. En esta sección se presupone un conocimiento básico de los métodos de análisis de estabilidad de equilibrio y los límites establecidos, y sólo se da a continuación una relación breve de ciertos puntos fundamentales.
2.2.4.1 Métodos para el análisis de estabilidad de taludes.Se han propuesto varios métodos para calcular la estabilidad de las presas de tierra. Estos métodos se basan en la resistencia de corte del suelo y en algunas suposiciones con respecto al carácter de una falla del terraplén. El análisis de equilibrio límite se basa en la consideración del equilibrio estático de las masas de suelo con inestabilidad potencial y ‘activas’ que están sobre una superficie hipotética de falla. El factor de seguridad, F, se define por:
Donde ζf y ζ son, respectivamente, la resistencia unitaria al corte que se puede movilizar y el esfuerzo unitario de corte generado sobre la superficie de falla. El análisis se aplica a todas las superficies de falla concebibles y se busca el factor de seguridad mínimo. La estabilidad tiene gran sensibilidad a la presión de poros uw, el cual debe estimarse a partir de una red de flujo o de los coeficientes de presión de poros en ausencia de datos de campo. Por tanto, a veces es más conveniente considerar en el análisis las presiones de agua en los poros utilizando la razón de presión de poros adimensional, ru:
Donde z es la profundidad a partir de la superficie del terreno y vertical local.
z es el esfuerzo geo estático
A menudo, el valor de ru puede tomarse, razonablemente, como uniforme en un espaldón cohesivo aguas abajo, y los valores de equilibrio se ubican por lo común en el intervalo 0.10 0.30. La presión inicial de agua en los poros generada en un relleno cohesivo se desarrolla
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL como resultado del proceso de construcción mismo, es decir, la sobrecarga y las cargas de equipos. Las presiones de agua en los poros en la construcción se disipan de manera parcial antes del primer llenado, después del cual en forma progresiva se Estabilizan para responder al avance del frente de infiltración y, por último, la condición de estado permanente de embalse lleno u otra, dependiendo de las condiciones de operación (ilustrado en la figura 5.3).
La forma de la superficie de falla crítica para Fmín está controlada por muchos factores que incluyen el tipo de suelo y la presencia de discontinuidades o interfaces, por ejemplo, entre suelo blando y roca. Un número representativo de superficies de falta de diversas presas de relleno y/o situaciones de cimentación se ilustran esquemáticamente en la figura 5.4.
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