Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil Departamento de Hidráulica y Sanitaria
Tema II. EMBALSES
Por: Prof. Ing. MSc. Miguel E. Medina P.
Mérida, Venezuela, Junio, 2016
INTRODUCCION ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 2 DEFINICIONES BASICAS ................................................................................................................. ................................................................................................................. 2 Presa .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... 2 Partes fundamentales en una presa de embalse .................................................................. 2 CLASIFICACION DE LAS PRESAS ..................................................................................................... ..................................................................................................... 4 Tamaño................................................................................................................ ...................................................................................................................................... ...................... 4 Grandes presas ..................................................................................... ...................................................................................................................... ................................. 4 Material ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 5 Concreto ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 5 Presas de Enrocado ........................................................................................................... ................................................................................................................... ........ 7 Presas de tierra ................................................................................................................. ......................................................................................................................... ........ 7 Taludes .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 7 Cresta .................................................................. .................................................................................................................................. ................................................................ 11 Borde Libre .......................................................................................................................... .......................................................................................................................... 11 ESTUDIOS PRELIMINARES. INFORMACION BASICA B ASICA ............................................................ ..................................................................... ......... 12 Topografía .............................................................. ............................................................................................................................... ................................................................. 12 Plano de conjunto ............................................................................................................... ............................................................................................................... 12 Plano de detalle............................................................. ................................................................................................................... ...................................................... 12 Geotecnia ....................................................................................................................... ................................................................................................................................ ......... 12 Hidrología e información Oferta/Demanda ............................................................................ ............................................................................ 12 OBRAS ESPECIALES EN EMBALSES................................................................ ............................................................................................... ............................... 12 Tomas y descargas .................................................................................................................. .................................................................................................................. 12 Tomas selectivas ........................................................... ................................................................................................................. ...................................................... 14 Conductos........................................................................................................ ............................................................................................................................ .................... 14 Hidráulica de las tomas, descargas y obras de derivación .................................................. 17 Determinación del Nivel Muerto. Ubicación Ubicación de la obra de toma o de descarga de fondo 24 Aliviaderos ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... 28 Componentes del aliviadero ............................................................................................... ............................................................................................... 28 Caudal de diseño ........................................................................................................... ................................................................................................................. ...... 29 Tipos de aliviadero comúnmente utilizados .............................................................. ....................................................................... ......... 33 Diseño hidráulico del aliviadero tipo Creager ..................................................................... ..................................................................... 33 Canal de conducción y Disipadores de Energía .............................................................. ....................................................................... ......... 43 Pozos amortiguadores.............................................................. ......................................................................................................... ........................................... 44
DESVIO DEL RIO DURANTE LA CONSTRUCCION DE LA PRESA..................................................... PRESA ..................................................... 52 Aspectos hidrológicos ................................................................... ............................................................................................................. .......................................... 53 Esquema de desvío en presas de materiales sueltos .............................................................. 53 REFERENCIAS ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... 54
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Estas notas han sido elaboradas con la única intención de contribuir con el excelente material disponible para el estudio de las Obras Hidráulicas, el cual se encuentra, en su mayoría, tanto en la biblioteca de la Universidad, como disponible on line para consulta de los estudiantes de Ingeniería Civil, y otras carreras c arreras interesadas. No se trata, bajo ningún concepto, de un texto que deba ser seguido con rigurosidad para el estudio de la materia, por el contrario, simplemente se trata de unos “apuntes de clase” como guía tanto para el profesor como para el estudiante, por lo que se recomienda profundizar en textos mucho más especializados los temas que tan ligeramente en estas notas se tratan. Se incluyen algunos ejercicios propuestos que el estudiante, como parte del proceso evaluativo de la materia, deberá resolver.
Presa Una presa, según apunta Isava en el texto de Bolinaga, 1999, es una estructura hidráulica que se construye con la finalidad de crear un embalse. Normalmente las presas son construidas en los valles de los ríos, y el área ocupada por esta estructura recibe el nombre de sitio de presa. Aquí bien vale la pena hacer, entonces, la siguiente distinción. Aquellas estructuras transversales al cauce, cuya finalidad principal es la de crear un lago (embalse) son denominadas, entonces, presas de embalse, por otra parte, si la intención de la estructura es la de elevar el nivel del agua, sin generar lago, se denominan presas de derivación, o azudes. Estas últimas son utilizadas, normalmente para captación directa de las aguas superficiales. En estas notas, trataremos, en la medida de lo posible, tanto una como otra estructura, teniendo como objetivo el transmitir al estudiante las destrezas mínimas para el dimensionamiento de éstas.
Partes fundamentales en una presa de embalse Con la finalidad de uniformizar términos, se adoptan, en términos generales, las siguientes definiciones, algunas de ellas ilustradas en la Figura 1.
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Cresta de la Presa
Nivel Máximo Nivel Normal
BL Seco
Cresta del Aliviadero
BL Mojado
Presa
Descarga de Medio Fondo Volumen Activo
Toma más Baja Nivel Minimo de Operación
Descarga de Fondo
Volumen Inactivo Nivel Muerto
Volumen Muerto
Figura 1. Definición de términos
Fuente: Suárez, L, 1982 Aliviadero Vertedero, conducto, túnel, canal u otra estructura que permite la descarga segura de los excesos de agua del embalse cuando está lleno BordeLibre Distancia vertical entre el Nivel Normal y la cresta de la presa Borde Libre Mojado Distancia vertical entre el Nivel Normal y el Nivel Máximo del embalse Borde Libre Seco Distancia vertical entre el Nivel Máximo y la cresta de la presa
CrestadelaPresa Cima o parte más alta de la presa CrestadelAliviadero La parte más alta de la sección de derrame DescargadeFondo Abertura o conducto más bajo que permite desaguar el embalse DescargadeMedioFondo Igual al anterior, pero ubicada por encima de una toma o descarga más baja Estribo Material natural no perturbado por debajo de la superficie de excavación, comprendido entre el borde de la presa y su cresta, contra el cual son colocados los extremos de la presa
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NivelNormal Nivel del agua cuando el embalse está lleno NivelMáximo Nivel Máximo del agua previsto en el diseño NivelMínimodeoperación Nivel más bajo hasta el cual puede descender el embalse y seguir prestando servicio NivelMuerto Nivel mínimo hasta donde puede vaciarse el embalse por gravedad Sobrecarga Volumen ocupado temporalmente por el agua en un embalse, producto de crecidas, por sobre el nivel normal Superficiedelembalse Area superficial del embalse medida en plano horizontal a cota del nivel normal Toma Estructura utilizada para dirigir el agua a un conducto confinado, túnel, canal o tubería Volumenactivo Volumen del embalse por encima del almacenamiento inactivo, es el utilizado para el propósito del embalse. No incluye la sobrecarga Volumeninactivo Volumen por encima del almacenamiento muerto que no es utilizado en la explotación normal de la presa Volumenmuerto Volumen de agua y/o sedimento almacenado por debajo de la toma o descarga más baja, y que no puede ser extraído del embalse por gravedad. No debe confundirse con el Volumen de Sedimentos Volumentotal Suma de los volúmenes activo, inactivo y muerto en un embalse
Pueden clasificarse según diversidad de criterios, entre otros, de acuerdo a su tamaño, al uso, de acuerdo a la característica de la obra de excedencia, etc. Normalmente, además de clasificarse según el tamaño, se clasifican de acuerdo al material de construcción.
Tamaño De acuerdo a la envergadura, pueden clasificarse en pequeñas o grandes presas.
Grandes presas Así denominadas si cumplen con alguno de los siguientes requisitos:
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Tener una altura superior a los 15 metros, desde el punto más bajo de la fundación a la cresta
Longitud de cresta superior a 500 metros
Poseer aliviaderos con capacidad superior a los 2000 m 3/s
Generar un lago de más de 1 hectómetro cúbico de capacidad
Ser una estructura de fundación particularmente complicada
Poseer diseño no convencional
Obviamente, los cuatro primeros “requisitos” son absolutamente objetivos y fácilmente identificables, por lo que puede, entonces, catalogar una presa como grande o no.
Adicionalmente, según expone Isava, en función de la altura, pueden catalogarse como:
Baja: si la altura sobre la fundación es inferior a los 30 metros
Medianas: cuya altura está entre los 30 y 100 metros
Altas: si la altura supera los 100 m
Material Existen tres clases de presa que derivan su nombre de acuerdo al material predominante en su sección:
Concreto Presasconvencionales Hechas de concreto vibrado De gravedad Aquellas sólidas en las que las cargas son soportadas por el peso que poseen. La sección es
generalmente triangular y se construyen en eje recto.
Figura 2. Presa de gravedad
Fuente: on line
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De Arco Muestran en planta o perfil, un alineamiento curvo, cóncavo en su lado seco.
Figura 3. Presa de Arco. Presa Hoover, USA
Fuente: on line
De Contrafuerte Normalmente ya en desuso, son aquellas que resisten las fuerzas mediante dos elementos
estructurales: el tablero inclinado y los contrafuertes
Figura 4. Presa de contrafuerte. Presa Araya de Arriba, España
Fuente: on line Presascompactadasconrodillo Hechas con un concreto que corresponde a un nuevo material, ya que su composición difiere sensiblemente de los concretos convencionales, resultando en un concreto seco y sin asentamiento
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PresasdeEnrocado Constituidas, fundamentalmente, por fragmentos de roca. Las fuerzas actuantes son soportadas por gravedad. Se construyen en ejes rectos, aunque pueden introducirse curvaturas con la finalidad de adaptarse a la topografía del sitio
Figura 5. Presa de enrocado. Presa Yacambú, Venezuela
Fuente: on line
Presasdetierra Son aquellas en que en su sección predominan materiales como: arcilla, limo, arena, gravas, colocados y compactados. Estas presas se adaptan bien a cualquier tipo de alineamiento. Se incluyen, en este tipo de presas, aquellas en cuya sección predominan zonas de enrocado compactado pero cuyo elemento impermeabilizante está conformado por un núcleo en base a suelos impermeables.
Figura 6. Presa de Tierra. Configuración general y Presa La Honda, Venezuela
Fuente: on line
Taludes A manera de recomendación general, para presas de materiales sueltos, se pueden utilizar las pendientes de taludes referidos en la Figura 7. Estos taludes garantizan, de por si, entre otros aspectos, la estabilidad de la estructura de acuerdo al material, lo que no significa que deban realizarse estudios particulares en este aspecto, tanto en la estabilidad al deslizamiento, como el flujo de agua por el cuerpo de la presa y sus co rrespondientes implicaciones, entre otros.
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EMBALSE LLENO: Talud Aguas Abajo (2.0:1 , 2.5:1)
20.00
5,00 DESEMBALSE RAPIDO: Talud Aguas Arriba (2.5:1 , 3.0:1)
17.50 1
1
2.5
3,00
2.0
10.00
3.0
10.00
1
1 0.00
EMBALSE LLENO: Talud Aguas Abajo (2.0:1 , 2.0:1)
20.00
5,00 DESEMBALSE RAPIDO: Talud Aguas Arriba (2.5:1)
17.50 1
1 2.5
3,00 10.00
2.0
10.00
1
2.5
FUNDACION
1 2.5
1
3.0 0.00
2.0
FUNDACION
Figura 7. Taludes recomendados para pequeñas presas
Fuente: USBR, 1987
Adicionalmente, de acuerdo a la altura, se tienen las siguientes recomendaciones generales. Tabla 1. Taludes de las presas según su altura. Presas homegéneas
Altura (m) <5 5 – 10 12 – 15 20 – 30
Talud mojado (H:V) 2.0:1.0 2.5:1.0 2.75:1.0 3.0:1.0
Talud seco (H:V) 1.5:1.0 2.0:1.0 2.5:1.0 2.5:1.0 Fuente: Suárez, J (s/f)
Tabla 2. Taludes de las presas según su altura. Presas de enrocado
Altura (m) < 15 15 – 30 30 – 45 > 45
Talud (H:V) 0.5:1.0 0.75:1.0 1.0:1.0 1.3:1.0 Fuente: Suárez, J (s/f)
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Así mismo, el USBR, recomienda, para presas zonificadas, lo siguiente: C L
3,00
1 : 1
PERMEABLE
1 ) : 1 ( 1 2
1 ) :1 x - 2 (
Z
1 : 1
y :
1 ( y - 1 2 ) : 1
PERMEABLE
Z
Núcleo Máximo Núcleo Mínimo B. Diques en fundaciones profundas impermeables, sin zanja de corte positivo Núcleo Mínimo A. Diques en fundaciones profundas permeables o fundaciones superficiales permeables, con zanja de corte positivo
Figura 8. Rangos de tamaños de núcleos impermeables en diques zonificados
Fuente: USBR, 1987 Tabla 3. Clasificación reducida de los suelos
CRITERIO Limpias
Gravas Con finos
Limpias
Arenas Con finos
Inorgánicas Orgánicas
Limos y arcillas Inorgánicas
Suelos orgánicos
GW
NOMBRE DEL GRUPO Bien gradadas
GP
Mal gradadas
GM
SW
Gravas limosas Gravas arcillosas Bien gradadas
SP
Mal gradadas
SM
CL
Arenas limosas Arenas arcillosas Arcillas finas
ML
Limos
SIMBOLO
GC
SP
OL
Arcilla orgánica Limo orgánico
CH
Arcillas gruesas
MH
Limos elásticos
Orgánicas
OH
Materia orgánica
PT
Arcilla orgánica Limo orgánico Humus Fuente: USBR, 1987
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Tabla 4. Pendientes recomendadas en pequeñas presas zonificadas en fundaciones estables
CASO
TIPO
A
HOMOGENEA U HOMOGENEA MODIFICADA
SUJETA A DESEMBALSE RAPIDO
PROPOSITO
CLASIFICACION DEL SUELO GW, GP, SW, SP
DETENCION O ALMACENAMIENTO
NO
GC, GM, SC, SM
HOMOGENEA MODIFICADA
ALMACENAMIENTO
SI
TALUD SECO
PERMEABLE, INDESEABLE 2.5:1 2:1
CL, ML
3:1
2.5:1
CH, MH
3.5:1
2.5:1
GW, GP, SW, SP B
TALUD MOJADO
GC, GM, SC, SM
PERMEABLE, INDESEABLE 3:1 2:1
CL, ML
3.5:1
2.5:1
CH, MH
4:1
2.5:1
Fuente: USBR, 1987
Tabla 5. Pendientes recomendadas en pequeñas presas zonificadas en fundaciones estables
TIPO
ZONIFICADA. NUCLEO MINIMO A
ZONIFICADA. NUCLEO MAXIMO
ZONIFICADA. NUCLEO MAXIMO
PROPOSITO
CUALQUIERA
DETENCION O ALMACENAMIENTO
SUJETA A DESEMBALSE RAPIDO
NO CRITICO
MATERIAL DE REVESTIMIENTO
TALUD MOJADO
TALUD SECO
2:1
2:1
ROCA, GW, GP
GC, GM, SC
SW (con grava)
SM, CL, ML
SP (con grava)
CH, MH
ROCA, GW, GP
GC, GM
2:1
2:1
SW (con grava)
SC, SM
2.25:1
2.25:1
CL, ML
2.5:1
2.5:1
CH, MH
3:1
3:1
ROCA, GW, GP
GC, GM
2.5:1
2.5:1
SW (con grava)
SC, SM
2.5:1
2.5:1
CL, ML
3:1
3:1
CH, MH
3.5:1
3.5:1
NO SP (con grava)
ALMACENAMIENTO
MATERIAL DEL NUCLEO
SI SP (con grava)
Fuente: USBR, 1987 Ejemplo Determine las pendientes de los taludes para una presa zonificada para almacenamiento de 15 m de altura, de fundación estable, sometida a desembalse rápido. La fundación es permeable, expuesta y superficial. El material de la protección es SW y SP, ambos con grava, y el núcleo, CL. Puede utilizarse un núcleo mínimo A, luego, de la Tabla 5, se establecen las pendientes de los taludes como 2:1 en ambas caras. (Primera condición de la Tabla 5)
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Los taludes, normalmente, deben protegerse contra la erosión, para lo cual existen varios métodos, los cuales se enunciarán a continuación: Enrocado Tanto en la cara mojada como seca, se puede colocar una capa de roca (enrocado) que puede ser o bien colocado a mano, o mediante volteo a máquina Protecciónconsuelo– cemento Del lado del talud mojado, se construyen capas de suelo – cemento compactado, con la finalidad de evitar el flujo no deseado de agua por el cuerpo de la presa Protecciónconvegetación Algunas plantas son utilizadas para dar estabilidad al talud seco, impidiendo la erosión en esta cara del dique Pantallasdeconcretoarmado Se puede proteger mediante la colocación de unas pantallas de concreto armado el talud mojado del dique, impermeabilizando, de esta manera, la estructura Geosintéticos Material ampliamente utilizado en los últimos años para lograr la impermeabilización del talud aguas arriba. Coadyuda en la reducción de los volúmenes de material de tierra. Se limita su uso a presas no mayores a 15 metros
Cresta De acuerdo a las recomendaciones de US Army Corps of Engenieers, el ancho mínimo de la cresta se establece en 7.5 metros, con la finalidad de garantizar una compactación adecuada de la presa. El ancho se define, en todo caso, en función del uso que tendrá este.
Borde Libre Se debe garantizar un borde libre suficiente tomando en cuenta los siguientes factores:
Sismicidad
Viento
Oleaje
Asentamientos de la presa
Factor de seguridad (3% de la altura de la presa)
En función de lo anterior, el borde libre se compondrá, entonces, de:
Sobreelevación por viento, H1
Altura de cresta de olas, H2
Rodamiento de las olas, H3
Asentamiento, DH
Altura de seguridad, Hs
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Ya en el primer documento se mencionaba, de acuerdo a la etapa de planificación, la información básica necesaria, así como su alcance. Se complementa, entonces, sin que esto signifique en modo alguno contradicciones, con la siguiente información. En términos muy generales, y sin limitarse a, se requiere, al momento de planificar y seleccionar el tipo de presa adecuado para un determinado lugar, recopilar información general en los siguientes tópicos:
Topografía Plano de conjunto A escalas 1:5000 o 1:25000, de acuerdo a los requerimientos particulares del proyecto. En estos planos debe poder ubicarse el sitio de presa y las estructuras conexas, áreas de préstamo y canteras, campamentos, etc.
Plano de detalle Normalmente a escala 1:500 o 1:1000, con curvas de nivel cada m etro, lo que permite ubicar en planta la presa, y cubicar el material para su construcción.
Geotecnia Debe contener estudios de geología del sitio de la presa y estructuras conexas, geología del vaso y estudio de los materiales de construcción. Este estudio permite determinar las características de la fundación.
HidrologíaeinformaciónOferta/Demanda Antes de cualquier estudio, se debe conocer los niveles de agua durante la operación del embalse (balance), esto con la finalidad de determinar la cota de la cresta de la presa. Adicionalmente, es imperativo conocer el nivel máximo de las aguas durante el desvío del río en la etapa de construcción de la presa. Los datos a procesar son aquellos provenientes de los registros pluviométricos de la zona, a nivel diario, así como la curva de frecuencia de caudales del río.
Tomasydescargas La función principal de estas estructuras no es otra que la de permitir la extracción del agua embalsada de acuerdo a las funciones del embalse. Las tomas pueden ser, entonces, de acuerdo a su función, las siguientes:
Generación de energía. Conduce el agua hacia las turbinas. Conductos a presión
Abastecimiento urbano. Conduce el agua a una planta de tratamiento. Conducto a presión
Riego. Puede ser de diferentes tipos: o Descarga a un canal principal o Descarga al río, para ser tomada aguas abajo o Mediante tubería a presión, con o sin bombeo
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Control de inundaciones. Se hace descarga controlada a través de la obra destinada para tal fin
Mantenimiento de una corriente permanente en el río. Se utiliza la descarga para mantener un cierto caudal en el cauce aguas abajo para: Mantener la flora y fauna o Control de contaminación o Control de intrusión salina (Si la presa está ubicada cerca de la desembocadura o al mar) Mantenimiento de profundidad mínima para navegación o
Vaciado del embalse. Mantenimiento cuando sea requerido, emergencias
Extracción de sedimentos. La extracción de sedimentos puede prolongar la vida útil del embalse
Trataremos, por ser las más comunes, las tomas para el abastecimiento urbano, así como las obras de descarga de fondo, utilizadas tanto para el vaciado del embalse, como para la extracción de sedimentos. Los proyectistas coinciden en que lo ideal es disponer del mayor número posible de niveles de captación, garantizando, de esta manera, la calidad del agua. Sin embargo, a mayor número de tomas a distintos niveles, mayor será el costo de las obras, por lo que debe siempre establecerse el óptimo económico que balancea los costos de tratamiento y los de las tomas, siendo esto particularmente complicado, dado que depende de las características particulares de cada proyecto. De diversos estudios, se ha logrado construir una curva que relaciona los niveles de captación con la profundidad del embalse, para tomas selectivas. Se recomienda no distribuir uniformemente las tomas, colocando un mayor número de tomas a intervalos menores en la zona de mayor probabilidad de oscilación de la superficie del agua embalsada, y una o dos tomas cerca del nivel mínimo de operación. (Figura 9)
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PLATAFORMA DE OPERACION
NIVEL NORMAL 0 0, 4
TOMA Nº 1 0 ,0 0 1
TOMA Nº 2 0 ,0 0 1 0
TOMA Nº 3 ,0 0 5 0 ,0 0 1
0 ,5
TOMA Nº 4 6 6
0 ,0 0 2
0 0, 4
TOMA Nº 5 NIVEL MUERTO
Figura 9. Posible distribución de niveles de captación en una torre toma
Fuente: Suárez, L, 1982
Tomas selectivas Permiten, tal y como se refirió anteriormente, captar el agua a distintas profundidades. Existen cuatro tipos básicos, a saber:
Torre toma (Figura 9)
Toma inclinada
Toma Obhidra
Toma telescópica
Estos cuatro tipo de tomas selectivas han sido los medios más prácticos y económicos para la captación, siendo, entonces, los más utilizados en la actualidad. Conviene, para mayores referencias de este tipo de estructuras, referirse a la literatura especializada en el tema ya que en estas notas solo se hace mención de estas estructuras, con la finalidad de dar a conocer, en términos generales, los distintos tipos de tomas existentes.
Conductos En términos generales, estos pueden ser de tres tipos:
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Túneles En valles estrechos con ríos caudalosos, se hace complicado desviar el río durante la construcción de la presa, fundamentalmente por razones de espacio. Es por eso que resulta práctico la construcción de un túnel a través de alguno de los estribos. Este túnel, una vez terminada la construcción, puede transformarse en una obra permanente, mediante el acondicionamiento con equipamientos especiales que permitan la regulación del caudal. Esta es una solución comúnmente adoptada por los proyectistas en presas altas de tierra, dado que resulta económicamente factible, comparada, por ejemplo, con conductos a través del cuerpo de la presa. En presas de tierra y roca de cierta altura tampoco es posible tomar el agua a través de un canal. Así mismo, bombear el agua por sobre la cresta, resulta, la mayoría de las veces, antieconómico. La Figura 10 muestra, esquemáticamente, la relación de costos unitarios, por metro, entre conductos y túneles, en función de la altura de la presa. 80 70 TUNEL MAS ECONOMICO )
60 m( A S E
50 R P E
40 D A R U
TUNEL MAS ECONOMICO
30 T L A
20 10
0
1
2
3
4
5
6
7
DIAMETRO INTERNO (m) Figura 10. Comparación entre túnel y conducto en presas de materiales sueltos. Condiciones geológicas normales
Fuente: Suárez, L, 1982 En cuanto al emplazamiento del túnel, este se debe, fundamentalmente, a la geología de los estribos. Los portales de entrada y salida, como regla empírica general, deben garantizar un techo de, por lo menos 3 diámetros, de manera de garantizar que la excavación se comporta como un túnel y no como conducto enterrado, este techo mínimo debe respetarse a lo l argo de todo el túnel. En cuanto a la construcción, puede realizarse mediante perforación y voladura (Método convencional), perforación a sección completa, excavación con rozadoras, y otros métodos más modernos como el térmico, rayos laser, descargas eléctricas o voladura continua, incluso,
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mediante el uso de artillería, que consiste, básicamente, en disparar proyectiles de concreto de 4 Kg de peso, a velocidades de 1700 m/s. Conductosatravésdelterrapléndelapresa Se construyen por alguna de las siguientes razones: 1. La geología de los estribos no permite la construcción de un túnel 2. El diámetro necesario es muy pequeño y resulta antieconómico aumentarlo para la construcción de un túnel 3. El conducto, aún con diámetro razonable, es más económico que el túnel 4. El tiempo de ejecución no permite la construcción de un túnel La construcción de un conducto puede generar fallas sobre la estructura, siendo las posibles causas, las enumeradas a continuación.
Agrietamiento o colapso de la estructura debido a cargas externas o asentamientos excesivos, cuando el conducto trabaja como canal, arrastrando el material del terraplén hacia el interior del conducto
Agrietamiento o fractura de la estructura debido a presiones internas o asentamientos excesivos y escape de agua a presión del ducto al terraplén, lo que produce la falla del talud aguas debajo de la presa
Tubificación entre el terraplén y el exterior del conducto, bien sea por mala compactación o por la formación de grietas en el terraplén, formándose una vía preferencial de para el escape del agua del embalse, pudiendo generarse socavación regresiva, lo cual puede traer como consecuencia el colapso de la presa
El efecto de esto último, se ilustra en la Figura 11 INICIO TUBIFICACION, T = T 0
T = T1
CAVERNA
CONDUCTOENTERRADO
FILTRACION
T = T2
DESTRUCCION TOTAL DE LA PRESA T = T 3
Figura 11. Proceso de tubificación
Fuente: Suárez, L, 1982 Para evitar la tubificación, pueden seguirse las siguientes recomendaciones generales: 1. Se debe permitir buen contacto entre el terraplén y la estructura, lo que se resumen en no diseñar conductos circulares exteriores 2. Evitar ángulos bruscos en el exterior del conducto, ya que pueden producirse grietas en zonas de cambios bruscos de altura
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3. Compactar de manera cuidadosa los alrededores de los conductos, sin la utilización de los equipos convencionales, debe hacerse manualmente, y bajo un estricto control de humedad y densidad 4. Pueden diseñarse collares alrededor del conducto, alargando de esta manera el recorrido de las filtraciones, lo que disminuye su energía Canalesatravésdelapresa Este medio de captación puede utilizarse en presas de pequeña altura, normalmente en obras de derivación. Consiste en dejar un canal a través del cuerpo de la presa, regulando el caudal mediante compuertas. Es apropiado su uso en pequeñas presas en cauces anchos, ya que la estructura de toma puede construirse antes de la presa y ser utilizada como obra de desvío durante la construcción, además, puede eventualmente utilizarse una misma estructura como toma y aliviadero, lo que disminuye significativamente los costos de la obra en presas de tierra.
Hidráulica de las tomas, descargas y obras de derivación Flujoasuperficielibre Se trata del estudio del flujo en canales, suficientemente estudiado en la materia Mecánica de los Fluidos, por lo que se hará mención a las ecuaciones fundamentales que lo gobiernan, así como a algunos casos particulares de aplicación. El flujo libre puede presentarse durante el desvío del río, para bajos caudales que no ocupan la sección total del túnel o del conducto, así mismo, cuando la derivación se hace mediante un canal lateral propiamente dicho. En l as obras de toma y descarga de fondo, la condición de flujo a superficie libre no es frecuente, sin embargo puede ocurrir cuando ocurre la descarga a un canal o conducto que funciona parcialmente lleno. La curva de descarga del conducto se conforma, entonces de dos zonas, la correspondiente a conductos como canal, aquella del conducto a presión. Normalmente, se trabaja, dependiendo del proyecto, con la curva a presión. Si el canal es suficientemente largo, puede despreciarse el efecto de Flujo Variado en la entrada y salida, por lo que aplica, sin restricciones, la ecuación de Manning para Régimen Uniforme. Ejemplo Calcular la curva de descarga de un conducto circular trabajando como canal en régimen
uniforme. El conducto es de concreto (n = 0.014 ), de 2 metros de diámetro, y con pendiente de 0.001 m/m, a descarga libre. Aun cuando trabaje a sección llena, puede considerarse como flujo libre, ocupando toda la sección, por lo que:
= 4 = 3.14 = 4 = 0.5 De manera tabulada, aplicando la ecuación de Manning, y utilizando el ábaco de la Figura 12 , se calculan los caudales para diferentes profundidades, lo cual se ilustra en la Tabla 6, para poder así, graficar la curva de descarga del conducto (Figura 13)
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0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9 1.0
1.1
1.2
1.3 1.0 0.9 0.8
A 0 / A 0
d
0.6 0.5
d 0 / D
y/d0 y
0.7
R 0 R /
0.4 0.3
0 P / P
0.2 0.1 0
Figura 12. Relaciones para d iferentes elementos. Conductos circulares
Fuente: Suárez, L, 1982 Tabla 6. Calculo de la Curva de Descarga
y (m) 0.0
y/Do
R/Ro
A/Ao 0.000
A (m2) 0.00
0.000
V (m/s) 0.00
Q (m3/s) 0.00
0.000
0.000
0.5
0.250
0.650
0.200
0.63
0.325
1.07
0.67
1.0
0.500
1.000
0.500
1.57
0.500
1.42
2.23
1.5
0.750
1.200
0.800
2.51
0.600
1.61
4.04
1.6
0.800
1.210
0.850
2.67
0.605
1.62
4.33
1.8
0.900
1.190
0.950
2.98
0.595
1.60
4.77
2.0
1.000
1.000
1.000
3.14
0.500
1.42
4.46
R
CURVA DE DESCARGA 2 1.5 ) m 1 ( y
0.5 0 0
1
2
3
4 3
Q (m /s)
Figura 13. Curva de descarga del conducto
5
6
19
Se ha establecido que el caudal máximo en canales circulares responde a la siguiente expresión:
⁄⁄ = 0.33528
En este caso, el caudal máximo será 4.81 m 3/s
Por otra parte, la altura máxima en el conducto será:
= 0.93818 Altura que, en este ejercicio, es de 1.876 m En el ejemplo, la curva de descarga obtenida representa la relación altura – caudal en el conducto, pero no se conoce la relación entre el caudal y la altura H del agua en la presa. La determinación de esta relación Q = f(H), es más complicada según el grada de precisión deseado. Si se requiere mucha precisión, se debe, entonces, recurrir a un modelo hidráulico. Es importante tomar en cuenta que un conducto se dice trabajará a superficie libre si no se encuentra sumergido. De investigaciones de laboratorio se ha determinado que para considerar un conducto como sumergido, la profundidad del agua en la entrada debe estar entre 1.2 y 1.5 veces la altura del conducto (dependiendo de la geometría de la entrada, sección del conducto y condiciones de aproximación), para conductos a descarga libre. Al valor de la profundidad en la entrada para la cual el conducto comienza a sumergirse, la denominaremos H*, tomando, como valor referencial inicial, H* 1.5 D, siendo D, la altura del conducto. Consideremos lo siguiente: si el borde superior de la entrada es recto y a 90º, el conducto, aún bajo condiciones de sumergencia, no fluirá lleno, ya que el borde superior actúa como una compuerta, contrayendo el flujo a una altura menor que la del conducto. Este flujo a alta velocidad disminuye su energía en el desarrollo del conducto, debido a la fricción, lo que implica un aumento de la profundidad según el movimiento del flujo. Si el conducto no es lo suficientemente largo, el flujo será libre, como canal. De lo contrario, el flujo ocupará toda la sección del conducto, pudiendo considerarse flujo a presión, el primer caso, se conoce como conducto hidráulicamente corto, y el segundo, conducto hidráulicamente largo. La Figura 14 esquematiza los principales perfiles de flujo en un conducto.
20
L
H d
c
y y
0 t
y y
CASO 1: DESCARGA LIBRE, ENTRADA L IBRE, REGIMEN SUBCRITICO, CONTROL A LA ENTRADA H < H* y < yc
yc PROFUNDIDA D CRITICA y0 PROFUNDIDA D UNIFORME y PROFUNDIDAD DEL AGUA yt PROFUNDIDAD A LA SALIDA
L
H d
0
y c
y y
t
y
CASO 2: DESCARGA LIBRE, ENTRADA L IBRE, REGIMEN SUBCRITICO, CONTROL A LA SALIDA H < H* y > yc
L
H d
t
y
CASO 3: DESCARGA LIBRE, ENTRADA SUMERGIDA. CONDUTO HIDRAULICAMENTE CORTO H > H* yt < d
L
H d
t
y
CASO 4: DESCARGA LIBRE, ENTRADA SUMERGIDA. CONDUTO HIDRAULICAMENTE CORTO. FLUJO A PRESION H > H*
Figura 14. Perfiles principales de flujo en conductos
Fuente: Suárez, L, 1982
En aquellos conductos en los que puede despreciarse su funcionamiento como canal, o para estudios preliminares, se sugiere se proceda a evaluar según la siguiente metodología. 1. Se determina la relación altura – caudal uniforme (Tabla 6) 2. Se determina el régimen de flujo (Sub, super, o crítico) para el rango de caudales 3. Si el flujo es supercrítico, el control estará aguas arriba, por lo que la profundidad más cercana a la uniforme se alcanzará cercano a la sali da. Se cumple, aproximadamente,
= + + 2 + 2
4. Si el flujo es subcrítico, el control está aguas abajo, por lo que la profundidad más cercana a la uniforme se alcanzará cerca de la entrada. Se tiene, en forma aproximada,
= + 2 + 2
21
5. El flujo crítico es inestable, por lo que no se hace permanente. En este caso, no se estudiará.
DESCRIPCION
K
ENTRADA ABOCINADA
0.05
CON ALETAS EN ANGULO REDONDEADO
0.20
CON ALETAS EN ANGULO BRUSCO
0.50
ARISTAS SIN REDONDEAR
0.60
ESPIGA SALIENTE
0.65
Figura 15. Coeficientes de pérdida en entrada. Conductos en superficie libre
Fuente: Suárez, L, 1982 Ejemplo Utilizando los datos y resultados del ejemplo anterior, determinar la curva de descarga que
relaciona la altura de agua, H, en el embalse, con el caudal de descarga, en el rango de funcionamiento como canal. Suponga descarga libre aguas abajo. Siguiendo los pasos previamente recomendados, se tabulan los cálculos. Se verifica el régimen del flujo, seleccionando, entonces, la ecuación para determinar H. supondremos entrada abocinada, por lo que el valor de K será 0.05.
22
Tabla 7. Cálculos de la curva de descarga
y (m) 0.000
A (m2) 0.00
Q (m3/s) 0.00
V (m/s) 0.00
D/DO
0.500
0.63
1.000
D (m)
F
H (m)
0.00
0.00
-
0.000
0.67
1.06
0.18
0.36
0.56
0.540
1.57
2.23
1.42
0.40
0.80
0.51
1.070
1.500
2.51
4.04
1.61
0.74
1.48
0.42
1.590
1.600
2.67
4.33
1.62
0.85
1.70
0.4
1.690
1.876
3.06
4.81
1.57
1.88
0.37
1.960
2.000
3.14
4.46
1.42
2.00
0.32
2.070
2.500
2.000
1.500
) m ( H
1.000
0.500
0.000 0.00
1.00
2.00
3. 0 0
4. 0 0
5. 00
3
Q (m /s)
Figura 16. Curva de Descarga
La última parte de la curva de descarga es dudosa, dado que en la transición entre el funcionamiento como canal y conducto a presión, el flujo es inestable, lo que produce vibraciones, golpes y succión en el techo. Esta situación debe evitarse que ocurra de manera prolongada. Flujoapresión Predominante en el funcionamiento de las tomas y descargas de fondo. Para el cálculo de la curva de descarga, se utiliza la ecuación de Bernouilli. El “Punto 1” se toma sobre la superficie del embalse en un lugar suficientemente alejado de la entrada del conducto, y el “Punto 2” en la superficie del chorro a la salida, lo que simplifica
ampliamente la ecuación general de conservación de energía, pudiendo reducirla, entonces, a la siguiente expresión general:
23
= 2 ∑ℎ− Donde: Q es el caudal, m 3/s A2 es el área del conducto aguas abajo, m 2 Z1 es la cota del Punto 1 (altura potencial) en la superficie del embalse, m Z2 es la cota del Punto 2 (salida del chorro), m h1-2 son las pérdidas entre ambos puntos considerados, m Las pérdidas de energía las podemos clasificar en:
Pérdidas mayores: ocasionadas, fundamentalmente, por efecto de la fricción del flujo con las paredes del conducto, representan, generalmente, la parte más importante de las pérdidas totales
Pérdidas menores: ocasionadas por los accesorios que existen en un conducto determinado. En algunos casos, pueden llegar a ser iguales o incluso superiores a las denominadas pérdidas mayores, de allí la importancia de una buena estimación de estas.
Las pérdidas por fricción pueden evaluarse según la ecuación de Darcy – Weisbach, utilizando como apoyo para determinar el factor de fricción, f , el Diagrama de Moody . La ecuación de Darcy – Weisbach tiene la siguiente forma general:
ℎ = 2 Para conductos no circulares, se ha podido comprobar que las pérdidas, cuando la relación altura/anchura no está muy alejada de la unidad, puede utilizarse el diagrama de Moody sin que conlleve errores significativos. Para esto, se utiliza el radio hidráulico en la determinación de los parámetros necesarios para leer el diagrama. En estos casos, la rugosidad relativa, , se define como:
= 4
el número de Reynolds, R, como:
= 4 Pudiendo, entonces, expresar la ecuación de pérdidas c omo:
ℎ = 4 2 En la práctica, las secciones más utilizadas son las herraduras, cuadradas y rectangulares, con una relación altura/anchura cercanas a la unidad.
24
En cuanto a las pérdidas por accesorios (rejillas, curvas, entradas, expansiones, etc) los valores de K se encuentran tabulados en la bibliog rafía, y pueden ser fácilmente estimados.
Determinación del Nivel Muerto. Ubicación de la obra de toma o de descarga de fondo Consiste en estimar el volumen medio anual de sedimentos que aporta el río. Una vez estimado éste, se fija la vida útil del embalse. Multiplicando los años de la vida útil por el volumen anual de sedimentos, se obtiene, entonces, el volumen que ocuparán los sedimentos a pie de presa al final de la vida útil del embalse, colocando, entonces, la toma por sobre el nivel estimado. El método más utilizado para estimar la distribución de sedimentos, es el desarrollado por Borland y Miller, del USBR, denominado Método modificado de la reducción empírica de las áreas. Este método se basa en mediciones de distribución de sedimentos medidos en numerosos embalses a lo largo de los Estados Unidos, identificando 4 tipos definidos de embalses. Al plotear la relación altura – capacidad en un embalse determinado en papel logarítmico, se obtiene una recta con la siguiente ecuación general:
= ℎ Donde: V es el volumen almacenado por debajo de la elevación h, m 3 h es la distancia vertical del fondo a la altura considerada, m h es una constante m es el inverso de la pendiente de la recta
] g lo[ ) h(
a A R
b U
m =b/a T L A
CAPACIDAD (V) [log]
Figura 17. Relación altura - capacidad
Se clasifican, así, los embalses en cuatro tipos, en función del inverso de la pendiente, m, de acuerdo a lo mostrado en la Tabla 8
25
Tabla 8. Tipos de Embalse
Tipo de embalse Garganta o desfiladero Colinas – cerro Llanura – pie de monte Lago
Clasificación IV III II I
M 1.00 – 1.50 1.50 – 2.50 2.50 – 3.50 3.50 – 4.50 Fuente: Suárez, L, 1982
Con la finalidad, entonces, de evaluar la altura de sedimentos, se hace uso de la Figura 18, que no es otra cosa que la expresión gráfica de las ecuaciones de almacenamiento derivadas de los múltiples estudios realizados, según la clasificación de la Tabla 8. La resolución del problema, puede hacerse, gráficamente, dibujando sobre la gráfica de la Figura 18, las funciones que definiremos a continuación, definiendo el punto de intersección de éstas, lo que resulta en el valor de profundidad relativa, P 0, correspondiente al nivel muerto. Esto permite c alcular la altura de sedimentos, Y 0, a pie de presa. La ecuación de la curva a trazar será la siguiente:
ℎ′ = 1000
100
10 p H
I
II 1.0
III IV 0.1
0.01
0.1
0.2
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 PROFUNDIDAD RELATIVA (P)
0.9
1.0
Figura 18. Curvas para determinar la profundidad de los sedimentos a pie de presa
Fuente: Suárez, L, 1982
26
Ejemplo Calcular la altura de sedimentos a pie de presa, según los datos presentados: A 20 años, se estima un volumen de sedimentos de 6.52 x 10 6 m 3. Se cuenta con la siguiente información de altura – capacidad.
Altura (m)
Area (m2)
Vol (m3)
0 1
150822
75411
2
348743
325193
3
469208
734168
4
629916
1283729
5
812503
2004939
6
1001754
2912068
7
1215308
4020599
8
1437500
5347003
9
1684949
6908227
10
1976486
8740444
11
2310067
10885220
12
2705678
13393092
13
3145939
16318901
14
3554660
19669200
15
3936220
23414640
Al definir la curva de capacidad inicial del embalse, se obtiene:
Curva de Capacidad Inicial del Embalse 10000000 y = 23.959x0.7087 ) m ( a r 1000000 u t l A
100000 10000
y = 413.39x0.5248
100000
1000000
Volumen
10000000
100000000
(m3)
Como puede apreciarse, existe un quiebre en la recta de ajuste, por lo que, entonces, se hace preciso calcular dos pendientes, resultando la primera en 1.9, y la segunda, 1.4, aproximadamente. Esto clasifica, así, el embalse, como Tipo III, tipo Colina – cerro, de acuerdo a la Tabla 8
27
Luego, y con la finalidad de acelerar el proceso iterativo, se estima el rango de profundidades en las que estará ubicado el nivel muerto. Se estima que la profundidad de sedimentos no sobrepasará los 10 m, y se elabora, entonces, la siguiente tabla.
1
2
3
4
5
6
7
Altura (m)
p
V (m3)
A (m2)
S-V
HA
h'p
1
0.07
150822
75411
6389178
1131165
5.65
2
0.13
348743
325193
6191257
4877895
1.27
3
0.2
469208
734168
6070792
11012520
0.55
4
0.27
629916
1283729
5910084
19255935
0.31
5
0.33
812503
2004939
5727497
30074085
0.19
6
0.4
1001754
2912068
5538246
43681020
0.13
La columna 2 corresponde a la profundidad relativa, es decir, la profundidad considerada sobre la altura total del embalse (15 m) La columna 3 corresponde a los volúmenes para cada altura La columna 4 corresponde a las áreas para cada altura La columna 5 corresponde a la resta del volumen total estimado de sedimentos, menos el volumen para cada altura (columna 3) La columna 6 corresponde al producto de la profundidad total del embalse (15 m) y el área para cada profundidad La columna 7 corresponde a la función buscada, resulta de dividir la columna 5 entre la columna 6 Una vez obtenida la función h’p, se plotea sobre el gráfico de la Figura 18, esta función. En el punto de intersección de la función con la curva correspondiente al tipo de embalse, para este ejercicio, Tipo III, se lee, entonces, el valor de la profundidad relativa (0.22)
Nivel de sedimentos a pie de embalse será, entonces, el resultado de multiplicar este valor por la altura total de presa, lo que, para este ejemplo, resulta en 3.3 m Sobre esta altura, entonces, se ubicará la obra de toma o de descarga de fondo. Por debajo de este nivel se encuentra la zona conocida como volumen muerto .
28
1000
100
' p h
10
p
H
I
II 1.0
III IV 0.1
0.22 0.01
0.1
0.2
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 PROFUNDIDAD RELATIVA (P)
0.8
0.9
1.0
Aliviaderos El aliviadero, previamente definido, es la estructura encargada de descargar los excesos de agua no previstos en almacenamiento de manera segura. Deben ser estructuralmente resistentes ante la erosión, además de ser capaces de soportar los esfuerzos a los que estarán sometidos.
Componentes del aliviadero Se constituyen, generalmente, de las siguientes partes, pudiendo o no existir alguna de ellas, según el diseño particular de la estructura:
Canal de aproximación
Sección de control (vertedero)
Descarga o rápida
Estructura terminal
Transición de salida
Canal de descarga
Trataremos, fundamentalmente, lo que se refiere al predimensionamiento de la sección de control, haciendo énfasis en un tipo particular de sección, por ser la más utilizada. De manera muy general, se definen l os componentes enunciados. El canal de aproximación conduce el agua hacia el control. En estas estructuras se controla la velocidad y profundidad de llegada al vertedero. Su longitud debe ser relativamente corta, con la finalidad de no encarecer la obra La descarga o rápida, es la estructura que conduce el agua hacia el cauce del río aguas abajo de la presa. Generalmente, se trata de canales abiertos, conductos a través de la presa o túneles a través de los estribos.
29
La estructura terminal es aquella utilizada para controlar la erosión a pie de presa, por lo que en ellas se genera una importante disipación de energía, mediante, por ejemplo, un pozo disipador en el que ocurre un resalto hidráulico, un salto SKI, o mediante descarga al río, siempre que exista un buen lecho rocoso. La transición de salida garantiza que pueda conducirse el agua sin cambios bruscos en la geometría de la estructura, constituye la parte terminal del conjunto. El canal de descarga capta el agua desde la transición de salida y la conduce hasta donde pueda entregarse naturalmente, sin que ocurran alteraciones importantes en el régimen del río. Puede o no ser construida.
Figura 19. Esquema básico de un aliviadero frontal recto sin control
Fuente: USBR, 1987
Caudal de diseño Debe prestarse particular atención a este parámetro, pues de esto depende, en gran medida, la estabilidad estructural de la presa. En otras palabras, si se subestima el valor del caudal de diseño de la estructura de alivio, es altamente probable que ocurra una falla estructural de la presa, además de los consecuentes y graves daños aguas abajo de esta, lo que incluye la pérdida de vidas humanas. Se recomienda utilizar para diseño, la Crecida Máxima Probable esperada, la cual responde a la Precipitación Máxima Probable . Para embalses de alto riesgo, algunos proyectistas consideran suficiente para el diseño, el 70% de la avenida calculada con la PMP, otros, estiman conveniente utilizar la creciente para un período de retorno de 1000 años. Si las estructuras son poco importantes, se han tomado períodos de retorno de 100 años.
30
Métododirecto Aun sabiendo que no se cuenta co n el registro de caudales máximos anuales en el sitio de presa, esta situación podría presentarse, por lo que, entonces, puede realizarse, directamente, el análisis de frecuencia de caudales máximos, tal y como ha sido ya suficientemente estudiado en Hidrología, utilizando para ello, la probabilidad empírica de Weibull , y la probabilidad teórica de Gumbel . La ventaja fundamental de este método sobre cualquier otro, es que la estimación se efectúa con datos registrados. Sin embargo, se debe considerar que extrapolar la recta de frecuencia de manera excesiva (generalmente hasta el doble de su longitud es aceptable), puede llevar a resultados de dudosa confiabilidad, por lo que debe procurarse, entonces, contar con un registro de datos lo más extenso posible. Sin embargo, no siempre se cuenta con datos en el sitio de presa, pero si, en sus cercanías, puede, mediante manejo de datos, en función de las características de la cuenca, entre otros aspectos, utilizarse los datos encontrados. Ejercicio Dados los registros de caudales en un río en sitio de presa, determinar los caudales máximos
para 10, 25, 50 y 100 años de período de retorno.
Año
prom
Qmax (m3/s)
1973
15
1974
8
1975
9
1976
29
1977
14
1978
8
1979
6
1980
22
1981
16
1982
10
1983
15
1984
4
1985
21
1986
14
1987
8
1988
20
1989
6
1990
14 13.2777778 6.63152503 0.19316824 10.2935915
max
0.1397253 0.31
31
MétodoRacional Probablemente el modelo hidrológico más antiguo, y el de mayor sencillez en su aplicación, de allí su amplio uso. Este método puede considerarse conservador, ya que normalmente los valores son exagerados cuando se sobrepasa el límite máximo de la cuenca en cuanto a extensión en referencia al desarrollo del método (500 Ha) A pesar de que se desarrolló para un máximo de 500 Ha, se recomienda su uso hasta 200 Ha, dada la sobreestimación en los valores. Otro aspecto fundamental en la aplicación de este método, es la determinación del tiempo de viaje, o de concentración, el cual se utiliza como patrón para establecer la duración de la lluvia y leer, entonces, la intensidad máxima para el período de retorno deseado, así mismo, el coeficiente de escorrentía, debe ser estimado de la mejor manera posible. MétododeChow Es un método aplicable a cuencas con áreas menores a 2500 Ha, la ecuación fundamental para estimar el caudal pico, es la siguiente:
= 0.278 Donde: Q p es el caudal pico, m 3/s LLe es la lluvia efectiva, mm A es el área de la cuenca, Km 2 D es la duración de la lluvia, h Z es el factor de reducción del pico Z, se calcula como una función del tiempo de retardo – tiempo que transcurre desde el centro de masa de la precipitación, al pico del hidrograma – y de la duración D de la lluvia. De acuerdo a Chow, el tiempo de retardo se calcula según:
. = 0.005[√ ] Donde: tl es el tiempo de retardo, h L es la longitud del cauce principal, m S es la pendiente del cauce principal (%) Luego, Z, puede en función de la relación D/tl, ubicarse en el gráfico de la Figura 20.
32
1
Z
0.1
0.01 0.01
0.1
1
10
D/tl
Figura 20. Relación de Chow entre el tiempo de retardo y el factor de reducción del pico
Fuente: Suárez, L, 1993 Este método aventaja al Racional en que puede ser utilizado para una duración de la lluvia distinta al tiempo de concentración. MétododelHidrogramaTriangular Permite determinar, además del caudal pico, el hidrograma simplificado en forma triangular, lo que, desde un punto práctico, difiere relativamente poco de la forma curvilínea real de un hidrograma. El hidrograma triangular conserva el mismo volumen de escurrimiento que el curvilíneo, el valor del caudal pico, y el tiempo al pico. D t Pe P
D/2 tl Qp
Q
tp
B Tb
Figura 21. Hidrograma Triangular
t
33
La Figura 21, define las relaciones básicas en este hidrograma, y sus ecuaciones generales, de acuerdo al USSCS, serán las siguientes:
= 2.08110− = 2.67 = 0.6 . = 0.9545 Donde: Q p es el caudal pico, m3/s Tb es el tiempo base, h A es el área de la cuenca, m2 Tp es el tiempo al pico, h tl es el tiempo de retardo, h D es la duración efectiva de la lluvia, h tc es el tiempo de concentración, h L es la longitud del cauce principal, Km H es el desnivel en el cauce, m La duración de la lluvia, de toma, al igual que para el método racional, igual al tiempo de concentración de la cuenca.
Tipos de aliviadero comúnmente utilizados Existe una gran variedad de aliviaderos, su selección depende de factores topográficos, geológicos, de espacio disponible, caudal, entre otros, y cada uno de ellos amerita un estudio especial, puesto que no existe criterio único de diseño. Los más comunes son:
Frontal recto
De canal lateral
De caída libre
De embudo
Tipo sifón
En estas notas, se tratará el diseño hidráulico de un aliviadero frontal recto sin control, de perfil conocido como Creager .
Diseño hidráulico del aliviadero tipo Creager Cuando no se da la forma adecuada al perfil de la coronación del vertedero, pueden producirse depresiones en determinadas zonas, que no solo deben tenerse en cuenta por lo que afectan la estabilidad del vertedero, sino que pueden producir fenómenos de cavitación con sus
34
respectivas consecuencias. Dado esto, es conveniente que el vertedero tenga un perfil análogo al de la cara inferior de una lámina perfectamente aireada vertiendo sobre un vertedero de pared delgada, consiguiendo, así, que la presión en todos los puntos del paramento sea la atmosférica. Para determinar la forma de la lámina vertiente, y por tanto, la del escarpe, W.P. Creager, de acuerdo a las experiencias de Bazin para fijar tres puntos del filete líquido de velocidad media de la lámina vertiente, determina el prámetro de la parábola que forma tal filete líquido y la posición de su vértice, fijando la posición de los filetes superior e inferior de la lámina, de acuerdo a las siguientes consideraciones:
El filete de velocidad media se ubica, aproximadamente, a 1/3 del filete líquido inferior
La trayectoria del flujo es parabólico, y la velocidad media responde a la siguiente expresión:
= + 2
La sección de la lámina vertiente a la distancia x de la corona, para un metro de longitud de vertedero, es igual al espesor de la lámina
Dado lo anterior, puede, entonces, dibujarse el f ilete líquido inferior y superior, y trazar la curva para el escarpe, el cual parte tangencialmente al filete líquido en la corona y se interna de modo continuo en la lámina vertiente, lo que asegura la no formació n de una cámara de vacío relativo entre la lámina y la estructura. Luego de años de experiencias, se ha comprobado que es posible lar al escarpe el mismo perfil de la cara inferior del chorro teórico, en lugar de la curva ligeramente superior originalmente desarrollada por Creager, ya que no existe, dada la repartición regular de las depresiones sobre el paramento, eliminan las posibilidades de cavitació n. Este perfil suele dar mayores anchuras que las necesarias en las zonas superiores de las presas para asegurar su estabilidad, por lo que en presas altas, suele dejarse o bien un labio saliente aguas arriba de la pesa, normalmente vertical en una longitud de por lo menos 1/3 de la lámina vertiente, o se deja vertical el paramento aguas arriba, prolongando el perfil en el de aguas abajo, hasta que por razones de seguridad sea conveniente da mayor anchura a la presa, lo que genera mayores volúmenes de concreto y mayor al tura de los muros de resguardo. La forma de este elemento depende, fundamentalmente, de:
La Carga total sobre el aliviadero, Ho
La inclinación del talud – paramento – aguas arriba, P
La velocidad de aproximación del flujo, V
La Figura 22 muestra el perfil del cimacio desarrollado por el USBR, en el que se indican los elementos que lo conforman.
35
Figura 22. Elementos de la sección de una cresta vertedora
Fuente: USBR, 1987 Aguas abajo de la cresta, se define una parábola que tiene la siguiente ecuación:
= Donde: n, K, son variables que dependen de la inclinación del paramento aguas arriba y de la relación entre la altura de la velocidad de aproximación, h a, y la carga de diseño, H 0 (Figura 23) x, y, son coordenadas de un punto sobre el perfil
36
Figura 23. Coeficientes k, n para diferentes taludes del paramento
Fuente: USBR, 1987
La zona situada entre el origen y la intersección con el paramento aguas arriba, se define mediante dos círculos de radios R1 y R2, o bien mediante un arco de círculo y una tangente. Los parámetros que definen esta zona, pueden determinarse mediante la utilización de la Figura 24, en función de la relación h a/H0, para diferentes taludes, y el trazado se realiza gráficamente, según indica la misma Figura.
37
Figura 24. Factores de forma para determinar la geometría
Fuente: USBR, 1987
El caudal de descarga de esta estructura depende de sus relaciones geométricas, y está gobernada por la ecuación general de vertederos:
38
= ⁄ Donde: Q es el caudal descargado, m 3/s C es el coeficiente de descarga del vertedero, m 1/2/s L es la longitud efectiva de la cresta H es la carga total sobre la cresta, incluyendo la carga de velocidad, h a, m En este punto, bien vale la pena mencionar que la carga de velocidad, generalmente corresponde a un 20 % de la carga total de diseño, H 0 El coeficiente de descarga, C, no es constante, para la co ndición de diseño se denomina C 0, y se encuentra representado gráficamente en la Figura 25, para paramentos verticales, en función de la relación /H0. (C0 expresado en ft 1/2/s) En caso de aliviaderos de poca altura, o si se presenta ahogo en la salida, deben hacerse algunas correcciones.
Figura 25. Coeficiente C 0 para cimacio de paramento vertical
Fuente: USBR, 1987
Luego, si el talud no es vertical, el coeficiente de la Figura 25, debe ser corregido de acuerdo al factor encontrado en la Figura 26.
39
Figura 26. Factor de corrección para diferentes taludes aguas arriba
Fuente: USBR, 1987 De lo anterior, se determina el caudal de diseño, Q 0, mediante la aplicación de la ecuación general de vertederos ya enunciada. En caso de existir una altura efectiva o instantánea cualquiera, se debe realizar el ajuste correspondiente al coeficiente de descarga y longitud. Para una condición de diseño distinta a la de diseño, el coeficiente de descarga se corrige de acuerdo a lo señalado en la Figura 27.
Figura 27. Factor de corrección para diferentes cargas
Fuente: USBR, 1987 En cuanto a la longitud hidráulica de la pila, debe tomarse en cuenta la existencia o no de pilas intermedias, y el efecto de los estribos, lo que causa contracciones al flujo, por lo que debe calcularse, entonces, la longitud efectiva de la cresta, de acuerdo a la siguiente expresión:
40
= 2( + ) Donde: L0 es la longitud hidráulica, m L es la longitud neta de la cresta (Longitud total menos espesor de pilas), m H0 es la carga total sobre la cresta, m Ke es el coeficiente de contracción de los estribos Kp es el coeficiente de contracción de las pilas n es el número de pilas Los valores de los coeficientes que intervienen en esta expresión, se encuentran en la Tabla Tabla 9. Coeficientes de contracción. Pilas y estribos
DESCRIPCION
Kp, Ke
Pilas cuadradas, esquinas redondeadas con radio igual a 0.1 del espesor de la pila
0.02
Pila con superficie de ataque redondeada
0.01
Pila con superficie de ataque triangular
0.00
Estribo cuadrado con muro perpendicular a la corriente
0.20
Estribo redondeado con muro perpendicular a la corriente y 0.5 H0 ≥ r ≥ H0
0.10
Estribo redondeado con r ≥ H0 y muro colocado a menor de 45º con la corriente
0.00
En la condición de diseño, la longitud se denomina L 0, y en otro caso cualquiera, instantáneo, se denomina longitud efectiva, Le. Ejemplo(TomadodeFernández,1997) Diseñar un cimacio sin control para descargar 57 m 3/s, con una carga H0 de 1.50 m y determinar los caudales para diferentes alturas efectivas (curva de descarga). El paramento aguas arriba es 1:1. Sobre la cresta se coloca un puente con pilas de 45 cm de anchura y cara anterior redondeada. Los clavos del puente no deben sobrepasar los 5 metros. Los estribos son redondeados con radio 1.50 m y formarán un ángulo de 30º con la dirección de la corriente. No considere pérdidas de energía en el canal de aproximación. Como arranque, puede suponerse o bien la altura P del paramento, y determinar el coeficiente de descarga, o suponer el valor del coeficiente de descarga y determinar P. Se supone P = 0.60 m Se calcula, entonces, el caudal unitario, q, para lo cual, de la Figura 25, co n la relación P/H0 = 0.4, se obtiene C0 = 3.75 ft1/2/s (2.07 m1/2/s)
41
Se corrige el coeficiente para el talud de diseño, de acuerdo a la Figura 26, encontrando, entonces, que la relación C/C 0 es 1.018, por lo que el valor de C será 2.11 (Talud 3:3, a 45º) Luego, el caudal unitario, q, se calcula como:
⁄ = 2.111.5. = 3.88 La altura de velocidad, ha, para la condición de diseño, será, de acuerdo a la ecuación de la Figura 22:
ℎ = 2 +ℎ Para una primera aproximación, h 0, se tomará como H 0 = 1.50 m, iterando hasta igualar los valores de ha.
H0 1.5
Luego, ha = 0.21 Para la geometría del cimacio: ha/H0 = 0.14 De las Figuras 23 y 24, se tiene: Xc/H0 = 0.185 Yc/H0 = 0.0375 R1/H0 = 0.445 R2/H0 = infinito K = 0.52 n = 1.75 Por tanto: Xc = 0.278 Yc = 0.056 R1 = 0.668 K = 0.52 n = 1.75
h0
ha
h0
1.5
0.17
1.33
1.33
0.21
1.29
1.29
0.21
1.29
42
Y la ecuación del perfil del cimacio:
= 0.52 . 1.50 1.50 = ⁄ = 14.70
La longitud total, determinada según la ecuación general del vertedero, será:
En la longitud, para que no excedan los claros los 5 metros, se deben colocar 2 pilas. En la Tabla 9, para las condiciones existentes, se determina: K p = 0.01, y K e = 0 Entonces:
= + 2( + ) L = 14.70 m, y la longitud total, de estribo a estribo: 15.60 m La longitud efectiva será dada por la ecuación:
= 14.70220.011.50 = 14.64 Tabla 10. Cálculo de la Curva de Descarga
He
He/H0
C/C0
C
L
Q
0.3
0.20
0.850
1.794
14.728
4.340
0.6
0.40
0.900
1.899
14.716
12.988
0.9
0.60
0.940
1.983
14.704
24.901
1.2
0.80
0.970
2.047
14.692
39.528
1.5
1.00
1.000
2.110
14.680
56.904
1.8
1.20
1.025
2.163
14.668
76.610
CURVA DE DESCARGA DEL ALIVIADERO 90 80 70 60
) s / 50 3 m ( 40 Q
30 20 10 0 0
0.5
1 He (m)
Figura 28. Curva de Descarga
1.5
2
43
0,28 Yc 6 0, 0
y = -0.384x1.75
Xc R 0 , 6 R 7 1
Figura 29. Geometría del vertedero calculado
Ejercicio Un vertedero tiene 3 m de alto e inclinación de su paramento aguas arriba 3:3. El nivel del piso aguas abajo está situado a 5 m por debajo de la cresta y el caudal de diseño es de 800 m 3/s. la longitud total de la cresta es de 40 m pero existe una pila intermedia de 1 m de ancho y de nariz circular, y dos muros laterales con ángulo recto, sin aristas redondeadas. Determinar la geometría del cimacio y la curva de gasto correspondiente. Iniciar los cálculos suponiendo un valor inicial de C. Al volumen de agua comprendido entre el nivel correspondiente al Nivel de Aguas Muertas , y el nivel del Aliviadero, se lo denomina como Volumen Util del embalse. Así mismo, al nivel del aliviadero, se le conoce como Nivel de Aguas Normales (NAN)
CanaldeconducciónyDisipadoresdeEnergía El caudal vertido mediante la estructura de control, debe ser conducido al curso de agua en forma controlada mediante una adecuada estructura para tal fin. Se recomienda, en términos generales, que sea una estructura a superficie libre, de alineamientos rectos tanto en vertical como en horizontal, procurando la menor variación en cambios de su sección. Además, debe procurarse flujo estable, con mínimas vibraciones y control de presiones negativas. Normalmente, el régimen es supercrítico, y se debe mantener en valores de número de Froude por encima de 1.70. En todo caso, si en un primer tramo se presentase régimen subcrítico, el número de Froude debe ser inferior a 0.70. El borde libre del canal de conducción debe ser suficiente como para transportar el flujo, y prever sobreelevaciones de este producto de irregularidades que puedan presentarse (ondas, aire incluido, etc). El USBR recomienda, para estimar el borde libre mínimo, la siguiente relación, en metros:
= 0.61+0.37√ Donde: V es la velocidad máxima en la sección, m/s d es la profundidad medida perpendicularmente al fondo, m
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La energía a pie de aliviadero debe disiparse de manera tal que no genere socavación y erosión, poniendo en peligro la estabilidad de la obra de embalse, por lo que, tanto la socavación como la erosión, deben ser controladas o eliminadas. El disipador debe diseñarse de manera de evitar los fenómenos de cavitación, vibración y abrasión, fenómeno este último que se genera por la presencia de arenas o gravas en el agua. Los disipadores, en términos generales, pueden clasificarse en:
Trampolines
Pozos amortiguadores
Disipadores de impacto
Vórtices sumergidos
Disipación mediante válvulas
En estas notas trataremos el segundo tipo.
Pozos amortiguadores Se diseñan de manera tal que produzcan un resalto hidráulico, por lo que, entonces, el principio fundamental de diseño no es otro que el crear una altura de agua, aguas abajo del rápido, de manera tal que corresponda a la altura conjugada al pie del rápido. Es este tipo de disipador es el más ampliamente utilizado probablemente a nivel mundial, por lo que los estudios han versado sobre la posibilidad de generar resaltos más efectivos y cortos. Los tipos más usuales son los propuestos por el USBR, que, en algunos casos, proponen el uso de tacos en el fondo para favorecer la ruptura de la energía del fluido por impacto, lo cual deviene en la restricción de la longitud del resalto generado. Debe tenerse especial cuidado, en los pozos, con la altura de los muros. El USBR propone, para el borde libre mínimo, en metros, la siguiente expresión empírica:
= 0.1 + Donde: V1 es la velocidad antes del resalto, m/s d2 es la profundidad conjugada subcrítica, m La Figura 30 muestra un pozo disipador, llamado Tipo IV , propuesto por el USBR, para números de Froude comprendidos entre 2.5 y 4.5, utilizado para estructuras pequeñas.
45
Figura 30. Pozo disipador USBR Tipo IV
Fuente: USBR, 1987 El cálculo hidráulico de estas estructuras se fundamenta en la ecuación de cantidad de movimiento para pendientes pequeñas, aplicada entre las secciones correspondientes a la longitud del resalto. (Figura 31)
Figura 31. Esquema general de un Resalto Hidráulico por caída
La ecuación de cantidad de movimiento, entonces, se expresa de la siguiente manera:
+ = + Donde: Q es el gasto, m 3/s A es el área, m 2 yg es la profundidad del centro de gravedad de la sección del canal respecto a la superficie libre, m En cuanto a la pérdida de energía en un resalto, suponiendo pendiente pequeña y expresa:
∆ = = + 2 2
=
1, se
46
Pudiendo transformarse, para secciones rectangulares y de fondo horizontal, en:
∆ = ∆ = 4 La Figura 32, de acuerdo a las investigaciones realizadas por el USBR, muestra la longitud del resalto. Utilizando las ecuaciones y la Figura 32, puede, entonces, diseñarse un pozo amortiguador simple, cuya longitud será, al menos, la del resalto.
Figura 32. Características principales del r esalto en lechos horizontales
Fuente: Bolinaga, 1999 El USBR plantea cuatro tipos de pozos: TipoI El resalto ocurre en un piso horizontal, sin tacos. La longitud se estima de acuerdo a la Figura 32, y el resto de las magnitudes, con la ecuación de energía y la ecuación que caracteriza un resalto hidráulico:
47
= 1 1 +8 1 2 Este pozo puede utilizarse para cualquier valor de número de Froude, a la entrada, pero normalmente produce longitudes muy grandes, por tanto, se recomienda para valores comprendidos entre 1.7 y 2.5. No es necesario pozo para valores de Froude inferiores a 1.7 TipoII Utilizados para números de Froude superiores a 4.5. En relación al anterior, la longitud, por efecto de los tacos y dinteles, se reduce en un 33%. Las características de diseño se muestran en la Figura 33. Se adopta un factor de seguridad para los niveles de agua a la salida, NAS, de 5%
Figura 33. Pozo Tipo II
Fuente: Bolinaga, 1999 TipoIII Utilizado para F > 4.5, sólo si la velocidad de entrada es menor a 16 m/s. No requiere factor de seguridad, y la reducción de la longitud es de aproximadamente 60%. (Figura 34)
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Figura 34. Pozo Tipo III
Fuente: Bolinaga, 1999 TipoIV Utilizado para valores de F entre 2.5 y 4.5. Se utiliza un factor de seguridad del 10% en la estimación del NAS. Dado que se generan resaltos poco estables, puede requerirse aguas abajo estructuras para el amortigüe de oleaje. Para diseño, utilícese la Figura 35.
49
Figura 35. Pozo Tipo IV
Fuente: Bolinaga, 1999 Es fundamental, al momento del diseño de los pozos, garantizar el NAS necesario para su correcto funcionamiento. Lo ideal es colocar el fondo del pozo, de acuerdo al fondo del río, en forma tal que el nivel de aguas en el pozo, coincida con el niel de aguas en el río. En general, se presentan cuatro casos: (Figura 36)
Caso A: la curva de elevaciones de agua a la salida ofrecida por el río está siempre por debajo de las alturas conjugadas del resalto, por tanto no existe suficiente nivel, por lo que el resalto se saldrá del pozo. Se debe crear suficiente profundidad hundiendo el pozo respecto al nivel del río. Por ejemplo, si la curva de alturas conjugadas es la cd, el
50
pozo debe hundirse una profundidad, h p, igual a bd, si la curva de alturas conjugadas fuese ef , el valor de h p será ae.
Caso B: existe suficiente valor de NAS, sin embargo, se generan resaltos sumergidos, sobre todo en el caso cd. Se modifica, entonces, el ancho del pozo, cambiando la altura conjugada
Caso C: las dos curvas se cruzan, resultando que no haya buena cobertura para bajos caudales. Se debe hundir el pozo una distancia h p igual a ca. Esto puede conllevar grandes sumergencias para altos caudales, por lo que la distancia h p puede disminuirse.
Caso D: similar al anterior pero invertido, por lo que hp será db. Puede darse el caso de la curva ef , lo que amerita un valor de h p indicado en la Figura 36
Figura 36. Relación de NAS y profundidad del pozo
Fuente: Bolinaga, 1999
Ejemplo Un rápido de un aliviadero tiene 30 m de ancho, la altura de agua en su pie se estima según la expresión siguiente, la cual es válida para este ejemplo, y debe calcularse de acuerdo a la
geometría y condiciones de la estructura.
= 1.510− Dimensionar el pozo amortiguador, sabiendo que el gasto es 650 m 3/s. La curva de gastos del canal de descarga es la siguiente:
51
CURVA DE DESCARGA (CA NAL DE DESCARGA) 130 ) 128 m n s m126 ( n ó i c 124 a v e l E
122 120 0
10 0
200
30 0
400
500
600
700
Q (m3/s)
Para el gasto de diseño, d 1 es 0.98 m, y V 1 es 22.11 m/s, por lo que F = 7.13 De acuerdo a esto, el pozo será Tipo II. Las alturas de los tacos y dinteles, se obtiene, entonces, de la Figura 33. El Valor NAS, de acuerdo a esta misma Figura, será: 9.95x0.98 = 9.75 m, y la longitud del pozo: 4.16x9.75 = 40.56 m Para el caso de h p, se requiere saber en cual caso se encuentra el pozo. Para ello, se elabora la tabla siguiente, calculando los NAS requeridos para distintos caudales. Se compara con la Curva de Descarga (dato de este ejemplo), tomando como datum la cota del fondo del canal de descarga (120 msnm). Se observa, entonces, que se encuentra en el Caso D, por lo que el valor de hp será 1.9 m
Q (m3/s)
d1 (m)
V1 (m/s)
F
NAS/d1
NAS (m)
650
0.98
22.11
7.13
9.95
9.8
550
0.83
22.11
7.75
10.81
9
450
0.68
22.11
8.56
11.93
8.1
350
0.53
22.11
9.7
13.51
7.2
250
0.38
22.11
11.45
15.93
6.1
150
0.23
22.11
14.72
20.46
4.7
50
0.08
22.11
24.96
34.61
2.8
0
-
-
-
-
0
Se considera, para el cálculo de este ejemplo, constante el valor de la Velocidad de entrada
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COMPARACION NAS OFRECIDOS Y REQUERIDOS 132 ) 130 m n s 128 m ( n 126 ó i c a 124 v e l E
122 120 0
100
200
300
Q NAS ofrecidos
400
500
600
700
(m3/s) NAS requeridos
El Borde Libre se calcula de acuerdo a la expresión dada:
= 0.1 +
= 3.2 m
El muro de protección tendrá como cota máxima: 118.10 + 9.9 + 3.2 = 131.2 msnm (altura máxima 13.1 m) La cota del fondo del pozo se calcula restando a la cota del río (120 msnm) la profundidad h p estimada (1.90 m)
DIBUJAR LA SECCION DEL POZO A ESCALA (EJERCICIO)
Se debe mantener en seco el lugar de trabajo mientras se lleva a cabo la construcción de la obra transversal de cierre, para lo cual debe desviarse la corriente. Dado que las obras de desvío son temporales, se plantea un problema de tipo económico, que consiste en diseñar las obras de desvío al menor costo, tomando en consideración el riesgo calculado asociado. Dado que el caudal en los ríos es variable, el problema es probabilístico. En ocasiones, las obras de desvío pueden representar una fracción muy importante del costo del proyecto, además de introducir un factor de incertidumbre en el proceso de construcción. Influyen, en el diseño de estas obras, los siguientes factores:
Hidrología del río (magnitud y frecuencia de crecidas)
Topografía y geología del sitio
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Ubicación del sitio
Duración del desvío
Ubicación de la central y vertederos
Existencia o no de un embalse importante aguas arriba
Medios disponibles para el manejo del río
El diseño más adecuado será aquel que optimice los costos, garantizando la menor probabilidad de falla de la estructura. Es el desvío la primera actividad a realizar en cualquier construcción de presas, y en muchos casos, debe hacerse incluso sin contar con toda la capacidad operativa del constructor. No se puede, en general, establecer normas precisas que rijan el proceso de desvío del río, dado lo aleatorio del problema en si, por lo que cada caso es único y debe ser analizado a fondo. Los casos en los que no es necesario hacer desvío son los siguientes:
Cuando se desea elevar el nivel de un lago natural utilizado como embalse. La galería de toma construida al principio de los trabajos permite bajar el nivel de agua para realizar los trabajos necesarios Cuando los caudales son muy bajos, lo que puede ocurrir si aguas arriba existe un gran embalse que almacene los aportes durante el per íodo de construcción aguas abajo
Aspectoshidrológicos Un método común para obtener el caudal de diseño de las obras de desvío es el fijar una creciente con un período de retorno de entre 5 y 10 años, o, en algunos casos, la creciente máxima registrada, según la importancia del proyecto. En cuencas con pocos registros, se debe ser particularmente conservador en cuanto a la estimación de estos caudales. En estos casos, no es posible realizar los estudios hidrológicos de manera confiable, en cuanto a la predicción de las crecientes máximas en un período determinado, y dado que no se cuenta con el tiempo suficiente como para generar estos datos, solo queda el ser conservador respecto al diseño de las obras de desvío, sobre todo, si estas pudiesen ocasionar daños considerables, pérdida importante de tiempo, o pérdida de vidas humanas.
Esquemadedesvíoenpresasdematerialessueltos En corrientes de bajos caudales, y en aquellos ríos que permanecen secos algunos períodos, pueden utilizarse métodos de desvío económicos. Si el valle es suficientemente amplio puede derivarse la corriente hacia un estribo mediante la construcción de un canal, protegiendo el resto del área mediante ataguías. En la zona protegida se construye la parte correspondiente de la presa, y la abertura que queda, puede ser cerrada en la última estación seca. Esta solución se recomienda en valles anchos cuando los caudales son muy grandes como para ser desviados económicamente mediante t úneles. Cuando está prevista una toma o aliviadero en forma de conducto enterrado, puede ser utilizado como obra de desvío, derivando la corriente hacia el estribo opuesto, y construyendo la estructura, además del terraplén hasta cierta altura, para luego desviar el cauce mediante el dispositivo ya construido.
