PRESAS ejemplos

COLEGIO DE INGENIEROS-CDLIMA-Capitulo de Ingeniería Agrícola II DIPLOMADO EN ELABORACION DE PROYECTOS DE PRESAS PARA REGULACION DE RECURSOS HIDRICOS

DESARROLLADOS EN EL MARCO DEL SNIP- 120 Horas Del 01 al 28 de Diciembre 2012

1 Diciembre 2012

DISEÑO DE PRESAS Ejemplo de dimensionamiento de las Chalhuanca y

Sibinacocha Ing. Alfonso Priale Jaime- UNI- Consultor en Presas.

LIMA, DICIEMBRE 2012

Presa Ticllacocha .Afianzamiento Cuenca Alta

Cañete- 1992. Sistemas, Agua & Energia S.A.



2 Diciembre 2012

EJEMPLOS DE PREDIMENSIIONAMIENTO DE PRESAS DE

MATERIALES SUELTOS

1er. EJEMPLO: PRESA CHALHUANCA DEL SISTEMA CHILI

(AREQUIPA)

Se trata de una presa mediana de materiales sueltos del tipo zonificado: Presa de

Enrocado con Núcleo Impermeable de material arcilloso, cuyas principales características

se dan a continuación. No se proporciona ningún plano por no tenerlos en archivo digital,

el alumno deberá dibujar la sección máxima de la presa a partir de la información que se

adjunta.

CARACTERÍSTICAS DEL EMBALSE Y DE LA PRESA

La extensión superficial del embalse y su volumen de almacenamiento, en función de

cada uno de los niveles que el agua pueda ir alcanzando en el vaso a partir de la cota

4,291.90 msnm (fondo del cauce en la sección de cierre), se dan en las curvas de áreas y

volúmenes del gráfico respectivo mostrado en el Plano CHAL 109 (no disponible).

La cota fijada para el ingreso al conducto de captación es 4,291.90 msnm, que

corresponde también al nivel mínimo del embalse (NAMI), con lo cual se está asumiendo

que no existe Volumen muerto por cota de captación.

El volumen útil dado al reservorio es de 25.6 Hm3, ya que es el factible de almacenar bajo

la cota del NAMO (4,307.70 msnm) por corresponder también, a la cota de la cresta del

vertedero del aliviadero de demasías.

La laminación de la avenida de diseño sobre el espejo de agua para un aliviadero de

demasías con 15.00 m de longitud de vertedero, se producirá cuando llegue a 1.40 m

encima del NAMO (tirante máximo en el vertedero) y en consecuencia, el NAME quedará

ubicado en la cota 4,309.10 msnm.

Además características del represamiento proyectado en Chalhuanca son:

Extensión de la cuenca directa 286 Km2

Aporte medio de la cuenca regulada 25.6 Hm3

Volumen máximo anualmente regulado 25.6 Hm3

Algunas de las características resaltantes de la presa de materiales sueltos Chalhuanca

que como ya se dijo, es del tipo de enrocado con núcleo central impermeable (ECRF), son

las siguientes:



3 Diciembre 2012

Cota actual del lecho del río 4,291.90 msnm

Cota del coronamiento de la presa 4,310.50 msnm

Altura máxima desde el lecho del río (h) 18.60 m

Altura máxima desde la cota de cimentación del núcleo (Z) 19.10 m

Longitud del coronamiento de la presa 202.00m

INFORMACIÓN PARA EL DIMENSIONAMIENTO GEOMÉTRICO DE LA PRESA

1. Borde Libre (Free Board)

Este será calculado por las fórmulas tanto de reglamentos extranjeros, como las

empíricas más usadas en el Perú para ese fin, todas las cuales establecen que el borde

libre de la presa es una función de la altura de ola. Debe diferenciarse sin embargo, el

valor que se obtenga en el cálculo cuando se trata de la altura de ola por viento de

cuando se trata de la altura de ola por sismo. Porque en definitiva, el borde libre mínimo a

escoger (BLmin = sobreelevación de la presa por encima del NAME) será el mayor de

todos los así calculados, conforme se explica a continuación.

En el cuadro siguiente se proporcionan los resultados encontrados como borde libre

mínimo, a partir de la ola por viento.

Fetch

USBR

Procedimto.

Combinado de

Knapen (m)

Reglamento

Mexicano (m)

Reglamento

Español (m)

Observaciones

(Km)

BLmin (m)

H0 BLmin

H0 Hr Mg.seg BLmin

H0 BLmin

Se escoge siempre el BLmin más alto entre todos

2.65

1.33

0.97 1.34

0.97 0.32 0.00 1.29

0.76 1.14

H0 = altura de ola por viento Hr = altura de rodamiento de la ola sobre el talud de la presa Mg.seg = altura adicional por margen de seguridad en caso de no ser confiable el cálculo

de la máxima avenida



4 Diciembre 2012

Se ha procedido de igual manera, a la determinación del borde libre mínimo a partir de la

ola por sismo y cuyo resumen es el siguiente.

h

Reglamento Japonés

Reglamento Español

Observaciones

(m)

H0 (m) ΔH (m) BLmin (m)

Hs (m) BLmin (m)

1.40 m es el valor finalmente escogido como BLmin de la presa, por ser mayor que los calculados a partir de la ola por viento.

15.80

0.98 0.42 1.40

0.40 1.40

h = altura máxima de agua en el embalse hasta la cota del NAMO

H0 = altura de ola por viento

ΔH = sobreelevación de la ola por viento causada por el sismo de diseño

Hs = altura de ola por sismo

En consecuencia, el borde libre normal que es el medido desde el NAMO hasta el coronamiento de la presa será: BL(norm) = BL(min) + ELV = 1.40 + 1.40 = 2.80 m; donde ELV es el espesor de la lámina vertiente en el cimacio del vertedero, correspondiente a la altura de laminación de la avenida de diseño (NAME – NAMO). Cuyos gráficos de tránsito (caudal de ingreso, caudal de salida y altura de la lámina vertiente) se adjuntan a continuación como Figura Nº 2 y Figura Nº 3 respectivamente.

Esto quiere decir que el coronamiento teórico de la presa corresponderá al plano horizontal de cota 4,310.50 msnm (= 4,307.70 + 2.80 m). Como por otra parte, se ha determinado que el asentamiento total del núcleo de la misma es de 0.20 m, según los cálculos efectuados a partir de los ensayos de consolidación unidimensional realizados en el laboratorio de mecánica de suelos sobre especimenes adecuadamente remoldeados con material de la cantera Chaquella. Habrá en consecuencia, que darle al coronamiento de la presa una contraflecha de 0.20 m a todo lo largo del tramo intermedio construido sobre el cauce del río (donde alcanza su sección máxima), con ramas decrecientes hasta llegar a 0.00 m en sus extremos (progresivas 0+000 y 0+202). Es decir, que las cotas reales de dicho coronamiento en esos 4 puntos deberán ser: 4,310.50; 4,310.70; 4,310.70 y 4,310.50 msnm respectivamente, según se muestra en el Plano CHAL 111 (que es imposible adjuntar).



5 Diciembre 2012

2. Alturas de Agua y de la Presa en su Sección Máxima

Se debe en primer término puntualizar, que el coronamiento de toda presa de materiales

sueltos hay que considerarlo siempre horizontal para efectos de su diseño geométrico (en

el caso de la presa Chalhuanca a la elevación 4,310.50 msnm), porque una vez terminado

su proceso de asentamiento (0.20 m pronosticados para Chalhuanca) recuperará su

horizontalidad, al cabo del tiempo que le tome dicho proceso. Como por otro lado, la cota

de fundación del núcleo impermeable de la sección máxima de la presa Chalhuanca, se

encuentra en los 4,291.40 msnm (fondo de la trinchera), la altura máxima de esta presa

medida desde la fundación rocosa del núcleo, será la diferencia entre ambas: Z = 19.10

m. Es decir que para efectos de cálculo, tanto del borde libre como del ancho de su

coronamiento se deberán consecuentemente, considerar las alturas siguientes:

Z = 19.10 m (altura de la presa sobre la cota de cimentación del núcleo impermeable).

h = 16.30 m (carga de agua desde el NAMO hasta la cota de cimentación 4,291.40

msnm).

3. Ancho del Coronamiento de la Presa (AC)

Para su determinación se ha recurrido a algunas fórmulas empíricas y a las

proporcionadas por determinados reglamentos internacionales, que se indican a

continuación:

Fórmulas empíricas del tipo AC = C(Z)1/2 (que se aplica generalmente para el caso de presas de gran altura) o, del tipo AC = C(h)1/2 .

Donde:

C = coeficiente que varía según la fuente

Z = altura máxima de la presa (desde la cota de fundación del núcleo)

h = carga de agua máxima de la presa (desde esa cota de fundación)

Fórmula empírica del USBR: AC (m) = (Z/5) + 3.05 (aplicable a presas bajas)

Reglamentos Japonés y Español (para zonas sísmicas)

Los resultados están resumidos en el siguiente cuadro:



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Z

h

Fórmulas Empíricas

USBR

Reglamentos

(m)

(m)

AC = C(Z)1/2 AC = C (h)1/2

(m) (m)

(m)

Japonés Español

(m) (m)

19.10

16.30

* C = 1.1 C = 1.65

4.80 6.70

6.90

6.60 8.10

Para presas altas (mayores de 30.00 m de altura)

Descartando los valores extremos (4.80 m que no aplica para una presa mediana y 8.10

m que si aplica), se obtendría como promedio de los otros valores intermedios (6.70 m,

6.90 m y 6.60 m) un ancho de coronamiento de 6.75 m. Se adoptará por consiguiente,

AC = 7.00 m, porque siempre hay que redondear valores (al metro entero o al medio

metro)

4. Taludes Exteriores e Interiores de la Presa

En el prediseño de una sección transversal de las presas de materiales sueltos siempre

son asumidos de acuerdo a los materiales a utilizar en el relleno de las mismas y

principalmente, de acuerdo a la experiencia del Ingeniero Diseñador. Es en ese sentido,

que rara vez se modifican los taludes asumidos después de haber sido comprobados con

el análisis de estabilidad (los taludes exteriores de aguas abajo y aguas arriba) o el

análisis de filtraciones (para empinar o tender los taludes interiores correspondientes al

núcleo de la presa). Un ingeniero poco experimentado se apoyará para el caso de los

taludes exteriores de la presa, en el Manual del USBR “Design of Small Dams” (que

tratándose de presas medianas puede su uso hacerse extensivo sin ningún riesgo)



7 Diciembre 2012

En cuanto a los taludes de la presa, se optó a) por núcleo central de taludes internos 0.2

H : 1 V y b) por taludes exteriores simétricos aguas arriba y aguas abajo 1.7H :1V, que

resultaron suficientes porque después de los análisis de estabilidad respectivos, no fue

necesario cambiar.

2º EJEMPLO: PRESA SIBINACOCHA DEL SISTEMA VILCANOTA

(CUSCO)

Se trata de una presa de tierra de pequeña altura del tipo homogéneo y que en su

predimensionamiento se han utilizado varios procedimientos y fórmulas no aplicados en

clase ni en el ejemplo anterior (caso del resguardo o borde libre y del ancho de su

coronamiento) asumiéndose así mismo, un perfil simétrico de 2.5 H : 1 V tanto aguas

arriba como aguas abajo. El alumno deberá también dibujar la sección máxima de esta

pequeña presa sabiéndose que Z = 7.00 m y L = 40.00 m. (No es posible tampoco,

adjuntar planos de esta presa por las mismas razones del Ejemplo anterior)

NOTA: La información que se adjunta a continuación corresponde a las hojas de cálculo

que figuran en el Archivo correspondiente



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9 Diciembre 2012



10

Diciembre 2012

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