iii. diseño

III. DISEÑO
De acuerdo con los datos obtenidos
en los estudios antes citados, se procederá
a efectuar el diseño de cada una de las
estructuras integrantes de la obra,
pudiendo servir como guía, las siguientes
normas generales:
Dr. Eduardo Arteaga Tovar
a). Cortina
Para pequeños almacenamientos,
preferentemente:
Cortinas de tierra compactada
por:
„Adaptarse en la mayoría de
los casos a las condiciones
topográficas de la boquilla;
„Por su relativo bajo costo;
„Por
la
abundancia
de
materiales a distancias cortas
de acarreo
„Flexibilidad estructural;
„Empleo de mínimo equipo de
construcción;
„ Fácil conservación, etc.
se
emplean
Como una guía para el ante-proyecto de
una cortina de este tipo:
La experiencia ha demostrado que
pueden emplearse en condiciones
normales
„
De acuerdo con su altura, las siguientes
secciones se encuentran dentro de los
límites seguros, establecidos desde el punto
de vista de estabilidad:
Bordo Tipo
Secciones tipo de los bordos de almacenamiento
Los estudios serán las bases para la construcción de
los bordos, tales como:
„
„
„
„
„
„
Bancos de préstamo elegidos
Peso volumétrico seco mínimo
Grado de humedad óptima
Número de pasadas para una capa de espesor
determinado con el equipo de compactación
recomendado por los análisis que se efectuaron.
Para este tipo de estudios se requiere el envío de
las muestras al laboratorio de mecánica de suelos
correspondiente, quien las procesará
Enviar los resultados al departamento técnico
encargado de su interpretación.
Cuando las condiciones topográficas, geológicas,
hidrológicas, no lo permitan o las limitaciones de
materiales hagan prohibitivo el empleo de una cortina
de tierra, podrá recurrirse a:
„Secciones
de tipo mixto,
formadas por un corazón
impermeable de tierra y
espaldones de enrocamiento
„Secciones
base de
concreto.
de gravedad a
mampostería o
Ambos casos quedarán sujetos a la existencia de los
materiales necesarios y a estudios más severos, bajo
la supervisión de los departamentos técnicos
respectivos.
Para
cortinas
de
mampostería, ( hasta 12.00
m de altura), la sección
puede tener las siguientes
características:
„
„
„
Corona
ancho;
de
2.00
m
de
Paramento vertical aguas
abajo de 2.50 m de altura y
de este punto paramento
inclinado aguas abajo con
talud de 0.75:1;
Paramento vertical aguas
arriba de 5.00 m de altura
y de este punto paramento
inclinado aguas arriba con
talud de 0.15:1.
Toda cortina deberá considerarse desplantada, en
terreno
resistente
e
impermeable,
ligándose
perfectamente tanto en la zona del cauce como en las
laderas, basándose en los sondeos practicados sobre el
eje de la cortina.
En
caso
de
que
la
cimentación sea permeable:
„Se
proyectarán
dentellones o trincheras de
material impermeable
„A
la profundidad suficiente
para llegar al nivel del
estrato impermeable.
b). Obra de excedencias
Las fallas ocurridas mundialmente en presas de tierra
se han debido de manera especial a la insuficiencia del
vertedor de demasías
Se tendrá especial
cuidado en su diseño,
del
vertedor
de
demasías basado en
la avenida máxima
para el período de
retorno de interés.
La estructura queda anclada al terreno natural,
alojándose en cualquiera de las laderas o en un puerto
natural, pero jamás en el cuerpo de la cortina.
„Se
emplearán dentellones
de anclaje, de mampostería,
cuya profundidad en ningún
caso podrá ser menor de
1.00 m y espesor mínimo de
0.40 m.
„En los extremos de la
cresta
vertedora
se
colocarán muros de cabeza,
debidamente anclados al
terraplén por medio de
dentellones laterales, cuya
longitud mínima será de
1.50 m.
„
„
„
La elevación de la cresta vertedora
se fijará considerando la carga de
trabajo a su máxima capacidad,
adicionada de un bordo libre que
nunca será menor a 0.75 m y se
podrá aumentar de acuerdo con la
importancia de la altura fijada a la
cortina y la longitud del "fetch",
cuando haya peligro de oleaje.
La zona de descarga al pie del
vertedor
quedará
protegida
cuando menos con un zampeado.
Se procurará que en el canal de
descarga
se
controle
el
escurrimiento,
encauzándolo
debidamente y regulando la
pendiente, pudiendo hacerse uso
en casos especiales de estructuras
disipadoras.
Aspectos a considerarse en
la selección del tipo de
vertedor de demasías:
„
„
„
„
Condiciones topográficas y
geológicas.
Del carácter del régimen
de
la
corriente
aprovechada.
De la importancia de la
obra, de los cultivos o
construcciones localizadas
aguas abajo.
Materiales y presupuesto
disponible.
„
„
„
„
Cálculo del Vertedor tipo cimacio
con perfil Creager:
Sus coordenadas se calculan con la
carga máxima, que nunca se
considerará inferior a 1.00 metro,
aunque esta dimensión calculada
de acuerdo con la avenida máxima
sea menor.
La longitud de la cresta vertedora
se calcula con la fórmula de
Francis, con un coeficiente de
descarga C=2 m1/2/seg.
La altura mínima del vertedor sobre
el nivel del piso será de 0.80
metros.
Las condiciones restrictivas tan
severas, que se señalan para la
obra de excedencias en bordos de
tierra, podrán modificarse a juicio
del ingeniero, cuando se trate de
estructuras de este tipo en presas
de gravedad o derivadoras.
c). Obra de toma
„
El conducto de la obra se
iniciará en un muro de cabeza.
„
Generalmente de mampostería,
cimentado sobre terreno firme.
„
El paramento aguas arriba será
vertical, los laterales y el de
aguas abajo serán inclinados
que garanticen su estabilidad.
Operación de la toma:
‰ Se hará por medio de una
compuerta deslizante accionada
por un mecanismo elevador.
‰ Delante de la compuerta,
sobre
la
mampostería
se
dejarán muescas especiales
para colocar agujas de madera
en caso de descompostura de la
compuerta.
‰ El acceso al mecanismo
elevador se recomienda se haga
mediante un pedraplén colocado
a mano.
Características del conducto de la obra
de toma:
„
„
„
„
„
De concreto reforzado, precolado o
colado en el lugar de la obra, con
diámetro mínimo de 0.61 metros.
Alojado preferentemente en una
zanja abierta en el terreno natural,
para evitar asentamientos.
Con dentellones de concreto, con
espaciamiento
y
dimensiones
necesarias de acuerdo con la
longitud mínima del recorrido de
filtración dada por la fórmula de
Bligh o por la de Lane.
La descarga se hará en una caja de
mampostería con altura necesaria
para evitar el derramamiento del
agua y de ella saldrá el canal o
canales de riego.
La descarga también se podrá hacer
mediante transición reglada, ligando
directamente el conducto con el
canal de riego.
Consideraciones en la obra de
toma para bordos pequeños de
hasta de 5.50 m de altura:
„
Se puede diseñar la obra de
toma con rejilla de protección
aguas arriba, tubería de asbesto
cemento hasta con diámetro
máximo de 20.32 cm. (8") y
válvula de operación.
Factores esenciales en el diseño
de la obra de toma:
„
„
„
Su elevación en el lado aguas
arriba queda obligada por la
capacidad de azolves.
Lado aguas abajo (descarga)
queda ligada a la zona de riego.
Debe evitarse que la obra de
toma y el vertedor queden
alojados en la misma margen.
d). Canales
„
„
„
„
„
„
„
Se calcularán por medio de la fórmula de
Manning.
Deben proyectarse con un gasto
proporcional al área de riego que vayan a
servir.
Zonas de riego pequeñas requieren un
caudal unitario de 3 l.p.s./ha.
La pendiente dependerá del trazo y el
coeficiente de rugosidad en tierra, se
considerará de 0.030, pero si el canal es
muy pequeño debe cambiarse a 0.035.
Las condiciones geométricas se ajustarán
en lo posible, a secciones tipo, de fácil
construcción.
Se proyectarán de modo que la superficie
libre de agua quede 0.20 metros por
encima del nivel natural del terreno.
Colocar bordos de protección en ambas
márgenes, tratando de obtener una
sección compensada, o la sección tipo que
más se acerque a ella.
„
„
„
Los canales de conducción
pueden
proyectarse
totalmente
enterrados,
ajustándolos a la sección tipo
más conveniente.
La sección que se elija, para
canales de tierra, deberá
adecuarse a una pendiente
tal, que produzca velocidades
entre 0.40 y 0.8 m/seg.
Las estructuras requeridas se
adoptarán a modelos tipo, en
cuanto sea posible, y se
someterán a una revisión
muy cuidadosa por arte del
departamento
técnico
respectivo.
e). Obras de derivación
„
Determinar el caudal a derivar
Métodos de estimación del caudal:
A) Considerar
todos
los
factores
agrológicos que intervienen.
B) Se fija un gasto en proporción a la
capacidad del depósito, teniendo en
cuenta las condiciones hidrológicas
de la región.
„
En función del gasto necesario y de
la pendiente escogida, de acuerdo
con las condiciones geológicas y
topográficas, se determinan las
características
geométricas
e
hidráulicas del canal de conducción o
de riego, procurando siempre que
sea posible, emplear secciones tipo.
Consideraciones del método B:
„
„
„
Se aplica la fórmula de vertedores
ahogados.
La bocatoma (de paso inferior o
superior) necesita una carga para su
funcionamiento.
Para tener carga, la elevación de la
cresta vertedora del dique será:
= elevación del espejo del agua en el
canal de derivación + carga
necesaria
que
proporcione
la
velocidad de paso deseada a través
de la bocatoma.
„
„
La longitud del dique se fijará de
acuerdo con el ancho disponible en el
cauce del arroyo.
La carga sobre la cresta se obtiene
con la longitud seleccionada y con el
gasto probable de la avenida
máxima.
Obra complementaria:
„
„
„
Desarenador: invariablemente tendrá
su eje normal al de la toma y con
una elevación de la plantilla frente a
la bocatoma que será cuando menos
60 cm más baja que la elevación de
la parte inferior del conducto de la
toma.
Área de paso apropiada: se
determina
dividiendo
el
gasto
máximo de extracción por la toma,
entre una velocidad comprendida de
0.3 a 0.6 m/seg.
En la sección que contiene a las
compuertas
desarenadoras,
la
velocidad de arrastre será de 3.0 a
6.0 m/seg y en el canal desarenador
de 2.5 a 3.5 m/seg.
„
Muros de encauce:
* Su longitud depende de
topografía y geología del terreno.
la
* Su altura depende del nivel de
aguas máximas sobre la sección
vertedora, más un bordo libre mínimo
de 0.50 m.
Cuando la finalidad de la obra sea de
derivar aguas de una cuenca hacia
otra:
„
„
Deberán proyectarse orificios libres,
sin compuertas en condiciones tales,
que permitan la entrada del agua al
canal en cualquier momento en que
se produzca una avenida.
En el caso en que los volúmenes de
acarreos sean considerables, será
conveniente preferir una bocatoma de
tipo vertedor.