diseño de pequeñas presas

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notas de clases del ing Jaime Proaño curso de obras hidraulicas 2 diseño de pequeñas presas, Universidad Agraria del Ecuador

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diseño de pequeñas presas

  1. 1. DISEÑO DE PEQUEÑAS PRESAS CURSO DE OBRAS HIDRAULICAS II Ing. Jaime Proaño S. M.Sc.
  2. 2. • En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera fabricada con piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río o arroyo con la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para su posterior aprovechamiento en abastecimiento o regadío.
  3. 3. • Para elevar su nivel con el objetivo de derivarla a canalizaciones de riego, o para la producción de energía mecánica al transformar la energía potencial del almacenamiento en energía cinética, y ésta nuevamente en mecánica al accionar la fuerza del agua un elemento móvil. • La energía mecánica puede aprovecharse directamente, como en los antiguos molinos, o de forma indirecta para producir energía eléctrica, como se hace en las centrales hidroeléctricas.
  4. 4. • Las presas son estructuras construidas con el objetivo de proporcionar el embalse de agua para diversos fines, entre ellos: abastecimiento de agua de riego, energía hidroeléctrica, navegación, y la regularización del curso de agua. • La construcción de estas represas se remonta hace miles de años A.C
  5. 5. • En la actualidad, la creciente preocupación por la preservación del medio ambiente, hay un mayor rigor para la autorización y supervisión de la construcción de presas de tierra. • Además de obtener la autorización por parte de las organizaciones relacionados con las áreas del recurso agua y los recursos ambientales, todavía existe la necesidad de que el diseño y la preparación de un proyecto técnico, teniendo en cuenta, además de las grandes obras tales como: vertederos, disipadores de energía, controladores de nivel, etc.
  6. 6. PRINCIPALES TIPOS DE PRESAS DE TIERRA • Presa simple • Son de tipo simple con material homogéneo, se las construye preferentemente cuando el suelo del sitio de la presa ofrece buenas condiciones para la impermeabilización de la construcción.
  7. 7. Representación esquemática de una presa sencilla, con material homogéneo (A), y material heterogéneo (B)
  8. 8. • Sin embargo, puede presentar problemas como consecuencia de posibles deslizamientos de la ladera, donde hay un rápido vaciamiento de la presa, y cuando el reservorio está lleno, debido a la presencia en el talud de aguas abajo, del afloramiento del agua e infiltración de la misma.
  9. 9. • El primer problema se puede corregir con el uso de materiales más gruesos en el talud, dando mayor estabilidad y resistencia, el segundo construyendo drenajes al pie de la presa
  10. 10. • En el caso de que haya la suficiente disponibilidad de buena tierra, el relleno se utiliza con material heterogéneo (Figura 2.1 B), siempre que se tenga cuidado en la construcción, con las cosas buenas (a prueba de agua) en la construcción del centro y pendiente de la presa.
  11. 11. Presa con Núcleo o Diafragma • Cuando el material disponible no es bueno, o incluso tiene una capa permeable de arena en el lecho del sitio, que es esencial para la construcción de un núcleo impermeable o diafragma, o todavía la construcción de una lámina externa impermeabilizadora, situada en el talud aguas arriba, o el uso de los dos tipos juntos.
  12. 12. Representación esquemática de una presa de tierra con núcleo de (A) y la capa exterior resistente al agua (B)
  13. 13. DETALLES DE CONSTRUCCIÓN • Principales elementos de una presa de tierra • Para entender mejor el estudio de las presas de tierra, los conceptos básicos se presentan en sus partes constituyentes principales
  14. 14. • TERRAPLÉN - también conocido como dique, construido transversalmente al curso de agua. Es el responsable de retener el agua, es la propia estructura de la presa. • ALTURA - es la distancia vertical entre la superficie del terreno (la parte más profunda) y la parte superior del terraplén (cresta).
  15. 15. • BORDE LIBRE . - distancia vertical entre el nivel del agua cuando la presa está llena, y la cresta del vertedero. • TALUDES - pendientes laterales inclinadas y paralelas al eje del terraplen están en contacto con el agua, aguas arriba y aguas abajo, la parte inferior (lado seco)
  16. 16. • CRESTA DEL TERRAPLÉN - es la parte superior del terraplén, por lo general utilizado como un camino. • ESPEJO DE AGUA - superficie de agua superficial acumulada en el reservorio. • BASE O SALIDA DEL TERRAPLÉN - es la proyección de los taludes aguas arriba y aguas abajo de la superficie del suelo, es la superficie sobre la que colocar el relleno. •
  17. 17. • CUT-OFF - zanja de corte o de cimentación a la base, construida transversalmente en el curso del cauce con el eje de la presa. • Constituye una zanja que se llena con un buen suelo compactado correctamente. • NÚCLEO; a menudo con el propósito de seguridad y con el objetivo de reducir la infiltración, se suele colocar en el centro del terraplén un núcleo de buena tierra (arcilla), como si fuese una pared o un muro, este núcleo disminuye la entrada del agua en el cuerpo del terraplén.
  18. 18. • VERTEDOR - estructura construida para drenar el exceso de flujo o escurrimiento durante y después de la lluvia. • TUBERÍA DE FONDO - también conocido como DESARENADOR, instaladas en el terraplén, tiene como objetivo el control del nivel del depósito, el vaciado de la presa y garantizar el caudal aguas abajo.
  19. 19. • DRENAJE DE PIE construido en la proyección de la pendiente aguas abajo para drenar el agua del terraplen. La superficie del agua - zona de la presa, por lo que las piscinas de agua de la superficie. • DISIPADOR DE ENERGÍA estructura hidráulica construida con el propósito de reducir la energía cinética del agua que se devuelve al cauce natural.
  20. 20. Guía Básica para la presentación del proyecto • - Un croquis indicando el acceso al sitio, y de las ciudades más importantes como referencia; • - Plano de las cuencas hidrográficas, las que contribuyen al sitio de presa, de preferencia que contenga la ubicación de zonas de préstamo, es decir, el material utilizado (tierra, arena, piedra, etc) en la construcción de la presa. • -Plano planialtimétrico del sitio de construcción de la presa, con curvas de nivel cada metro.
  21. 21. • - Perfil del eje longitudinal de la presa; • - Diseño de las secciones transversales de la presa, por lo menos cada 20 metros, destacando la sección principal; • - Perfiles longitudinales y transversales del vertedero; • - Diagrama de cota x volumen x área inundadada del reservorio,
  22. 22. • Evaluación del llenado máximo, para determinar el tamaño del aliviadero del embalse; • - Memoria de descripción que contiene la siguiente información: • - Los detalles de diseño • - Justificación técnica de solución adoptada,
  23. 23. • El análisis de la calidad del agua antes del represamiento; • - La información topográfica; • - La cresta de la presa; • - Taludes del terraplén; • - Cimentaciones; • -Filtro horizontal; • - Terraplén;
  24. 24. • Requisitos para la instalación del dispositivo de fondo; • - Capacidad del reservorio • Vertedor de salida lateral. • Cuantificar el volumen total de la presa y el volumen necesario para cumplir con cada uno de los equipos de riego de acuerdo a la superficie de regadío (ha) y el tiempo de funcionamiento (días);
  25. 25. • - Instalación obligatoria para el fondo, el dispositivo necesario para mantener el caudal mínimo durante los períodos críticos (sequía) • Control del nivel del agua por la regla limnimétrica.
  26. 26. Selección del lugar • Antes de la construcción de una presa, es necesario, conocer el propósito de la obra y las características de las tierras disponibles, elegir la mejor ubicación para la construcción del muro. • La selección del sitio se realiza siguiendo un plan general, teniendo en cuenta las condiciones geológicas, geotécnicas de la región, los factores hidráulicos y los factores relacionados con los fines para los que se destina la presa.
  27. 27. • La implementación de una presa en un determinado curso de agua, debe ser analizado desde diversos aspectos. • Conservando algunos principios importantes, una presa puede ser localizada en cualquier parte de un río, ya que es posible reunir a los tres elementos esenciales (muro, vertedor, y reservorio), un conjunto satisfactorio de seguridad, simplicidad y bajo costo de ejecución.
  28. 28. • En la mayoría de los casos, el factor determinante en la elección final de una presa es el costo de la construcción. • Los factores físicos más importantes en esta elección son: la topografía, condiciones geológicas y geotécnicas de los fundaciones, materiales de construcción, las condiciones ambientales, las condiciones climáticas y el desvío del curso de agua.
  29. 29. • Por medio del levantamiento topográfico será posible analizar las características geográficas y topográficas del lugar, identificando las secciones transversales más favorables para la implantación de la presa, determinando la zona de inundación de las secciones elegidas, con el fin de trazar su perfil longitudinal.
  30. 30. • Las condiciones geológicas-geotécnicas del sitio son muy importantes, y necesarias para resolver los problemas de estabilidad, percolación y de formabilidad de la presa. • Por ejemplo, un sitio que a primera vista parece ser más ventajoso, por corresponder a una presa de menor longitud podría requerir servicios como: costosas excavaciones, evitando la construcción de la presa en ese lugar inicialmente elegido
  31. 31. • Un estudio hidrológico es de gran importancia para cumplir con el régimen hídrico de la región. • Los datos hidrológicos, existentes permiten obtener valores de caudal, por medio de lecturas continuas y diarias, con el objetivo de determinar la tasa del caudal promedio, diario, mensual y anual. • Cuando hay disponibilidad de datos históricos del flujo de la corriente de agua el cual será de fundamental importancia en la producción hídrica de la cuenca, para así poder determinar la demanda de agua.
  32. 32. • La distancia de transporte y la calidad de los materiales de construcción también son factores a considerar. • Las condiciones ambientales juegan un papel clave en la elección de la ubicación final de una presa. • Información sobre protección del medio ambiente en la región elegida para la construcción de la presa debe ser examinada por los organismos responsables del medio ambiente.
  33. 33. • También las condiciones climáticas influyen significativamente en la elección de la ubicación de una presa. • En las zonas de alta precipitación, la arcilla para el relleno de compactación esta muy comprometida debido a un exceso de humedad que se transmite al suelo, tanto en el ámbito de los depósitos como en la construcción de la obra.
  34. 34. • Otro factor importante son las condiciones de la desviación del curso de agua. • En general, la elección de un lugar más adecuado para la construcción de una presa de tierra debe ir precedida de un estudio de las condiciones locales, teniendo en cuenta las siguientes características:
  35. 35. • Ubicación de zonas de préstamo; • - Resistencia del suelo para la construcción del muro (tipo de suelo para fundación); - El acceso al sitio; • Longitud del muro (sección estrecha); • - La vegetación existente;
  36. 36. • - Topografía de aguas arriba (formación de la presa) • - La estabilidad del suelo en la región; • - Ubicación del vertedor; • - Presencia de edificios • - Otros
  37. 37. MUCHAS GRACIAS

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