Objetivos, conclusiones, recomendaciones, referencias bibliTSA3

RESUMEN
En la presente investigación se determina un correcto diseño hidráulico para una
presa de concreto de gravedad, en donde se cumple con la estabilidad y factores
de seguridad. La ubicación de la presa de concreto estuvo condicionada por la
topografía del terreno, es por eso que se decidió ubicar la presa en la localidad de
Socota, provincia de Cutervo, departamento de Cajamarca. Nuestra cuenca es una
subcuenca del rio Marañón y cuenta con tres estaciones hidrométricas cercanas
para realizar los estudios hidrológicos. Las estaciones hidrométricas son: Estación
Puente Conchan (E1), Estación Conchan Derivación (E2) y Estación Tinyayoc (E3).
La cota de eje de presa se encuentra a 1500 m.s.n.m. y está situada en el lugar
más conveniente para nuestra presa (topografía “tipo V”). Con ayuda de la curva
cota – área – volumen, determinamos el área de inundación, el volumen de embalse
y la altura de presa, quedando definidos como 100 has, 28 MM3 y 70 m.
respectivamente.
La metodología adoptada en el diseño hidráulico de la presa de concreto de
gravedad, son normativas de carácter internacional vigente, y que además es
recomendada. Específicamente se consideró a la U.S. Bureau of Reclamation
(USBR), U.S. Army Corps of Engineers y el Diseño de Obras Hidrotécnicas del
ESPE.
Para el cálculo de volumen muerto, se consideró una ecuación dada por Akimov
(2004) en donde además se tenía que hallar el caudal promedio para nuestra
cuenca de estudio. Esto se determinó operando los datos proporcionados de 2
estaciones hidrométricas (E1 y E2), las que consideramos más influyentes para
nuestra cuenca. Obteniendo un caudal promedio de 3.09 m3/s y con esto un
volumen muerto de 0.95 MM3. El nivel de agua mínimo (NAMIN) es de 1512
m.s.n.m. todo esto para un periodo de retorno de 50 años.
La base de la presa se ve afectada por el cambio de condición de carga (Usual,
Inusual A e Inusual B). Esto se debe al incremento que se le aplica para que cumpla
con la condición de estabilidad y se tenga un buen diseño.
Objetivos:
Objetivo General:
Determinar el correcto diseño hidráulico de una presa de gravedad de concreto,
que sea estable, y que se encuentre ubicada dentro del territorio peruano.
Objetivo Específico:
1. Con relación a los estudios básicos:
-
Ubicar la topografía adecuada para una presa de gravedad de concreto,
utilizando como información las cartas nacionales y Google Earth.
-
Desarrollar estudios hidrológicos para determinar las características de
la cuenca de embalse, tales como: altura de sedimento, volumen muerto
y caudal medio para la cuenca de estudio.
2. Diseño hidráulico de la presa de concreto:
-
Realizar el diseño geométrico de la sección de la presa de concreto de
gravedad según criterios de normas internacionales.
3. Determinar la Estabilidad de la presa para 3 casos según la condición de
carga: Usual, Inusual A e Inusual B.
Cálculo de Caudal medio (Qo)
Para determinar el caudal medio de nuestra cuenca hemos considerado las
estaciones hidrométricas cercanas a la cuenca de estudio que tienen mayor
influencia o que se asemejan en características. Utilizando el criterio anteriormente
descrito, se eligió a la estación hidrométrica de Puente Conchan y la estación de
Conchan derivación, las cuales presentan el siguiente historial de caudales:
Tabla 1: Caudal promedio de estación Puente Conchan (1957 – 1983)
años
meses
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Set
Oct
Nov
Dic
Total general
1957
1958
1959
1980
1981
1982
1983
Total general
1.0087
3.4404
5.7019
6.8017
4.4513
2.4650
1.6000
1.0819
0.8307
2.0755
2.7160
3.3961
2.9576
0.3639
0.6693
1.4876
1.5771
0.4769
0.5424
0.4154
0.2736
2.1471
6.7470
0.7940
2.2387
4.2377
1.8100
2.2661
4.6629
2.9643
6.2935
5.0680
4.7048
2.8293
1.3661
0.8155
0.6000
2.1784
1.7407
0.7294
2.8313
1.7964
4.1252
5.3839
5.8475
3.6734
2.8178
1.4959
0.9477
1.3315
5.5380
6.1920
7.4587
3.6878
6.2435
3.8123
5.6642
6.1910
3.6233
1.8400
1.5960
0.8218
0.7889
3.2586
4.1811
5.9165
5.6867
3.4723
2.0819
1.3505
1.0163
1.1578
5.1083
3.1499
2.9363
3.3090
5.5592
5.7049
1.8370
0.7587
0.3964
1.1554
1.2673
3.2188
2.1780
3.4746
Elaboración Propia
La tabla 1 muestra los caudales promedios por mes que registra la estación Puente
Conchan desde el año 1957 hasta el año 1983 (datos dados por la Autoridad
Nacional del Agua). El caudal promedio tomando estos datos es de Qo = 3.31 m 3/s.
Tabla 2: Caudal promedio de estación Conchan Derivación (1963 – 1986)
años
meses
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Set
Oct
Nov
Dic
Total general
1963
1964
1965
1974
1984
1.2414
1.8043
8.6535
5.8657
3.2006
1.2427
0.9406
0.6284
0.5110
1.0177
2.6027
5.1758
2.8563
5.3697
5.3631
4.1458
6.1783
3.1735
1.6633
1.3784
2.1371
1.7760
3.5497
5.7887
2.0865
3.5377
1.2584
2.5904
6.6929
5.6990
3.4219
1.2933
1.2877
1.0055
1.5307
3.7187
4.8233
2.2855
2.9663
3.7197
5.8679
5.3194
2.1297
1.2548
1.1857
1.2258
0.8419
1.2533
4.4710
3.9667
4.1065
2.9301
1.3322
1.3322
1985
2.3540
2.0843
1.7119
0.9637
0.5868
0.5539
0.6837
2.1435
1.0873
2.0478
1.3888
1986
Total general
3.3265
3.2793
2.1877
4.7520
2.4229
1.3037
0.6400
0.5490
0.5293
1.4819
2.6220
3.1554
3.7495
5.8986
5.1369
2.9603
1.5927
1.0585
0.8706
1.0764
2.7037
3.3555
2.9856
2.8603
2.0865
Elaboración Propia
La tabla 2 muestra los caudales promedios por mes que registra la estación
Conchan Derivación desde el año 1963 hasta el año 1986, cabe recalcar que los
años 1975 hasta 1983 no se registran datos (Datos dados por la Autoridad Nacional
del Agua). El caudal promedio tomando estos datos es de Qo = 2.86 m3/s.
Tabla 3: Caudal medio para Cuenca de estudio
Caudal Promedio
Est. Puente Conchan
3.31 m3/s
Est. Conchan Derivación
2.86 m3/s
Cuenca de estudio
3.09 m3/s
Elaboración Propia
Cálculo de Volumen muerto (Vm)
Para el cálculo de volumen muerto, según Akimov (2004) se determina utilizando
la siguiente expresión:
𝑉𝑚 =
𝜌 × 𝑉𝑜
1
𝛽
× ( + ) × (1 − 𝛿)𝑡
3
10
𝛾1 𝛾2
Donde:
ρ: Concentración media anual de sedimentos (0.25 a 0.35 kg/m3)
t: Tiempo de vida útil del embalse (25 a 100 años)
γ1: Peso volumétrico de los azolves en suspensión (0.6 a 0.9 t/m3)
β: Relación en volumen de los azolves de fondo sobre los en suspensión (0.02 a 0.10 para
ríos de llanura y 0.01 a 0.8 para ríos de montaña)
γ2: Peso volumétrico de los azolves de fondo (1.3 a 2.2 t/m3)
δ: Porcentaje de sedimentos lavados por los desagües de fondo (0.3 a 0.4)
Vo: Volumen medio anual de escorrentía (Vo = 31.5*Qo*106, m3/año).
Reemplazamos:
ρ=
t=
γ1 =
β=
γ2 =
δ=
Qo =
Vo =
0.25
50
0.9
0.405
2.2
0.4
3.09
97335000
Kg/m3
años
t/m3
t/m3
m3/s
m3/año
Vm = 945513.66 m3
Vm =
0.95 MMC
Calculo de altura de sedimentos
Esta altura la determinamos utilizando la curva de Cota – Área – Volumen en donde
vemos valores que encierran al Volumen muerto para después interpolar:
Vm = 0.95
Vol. (MM3)
0.59
2.00
Cota = 1512.52
MM3
Cotas
1510.00
1520.00
m.s.n.m
Nivel de agua Mínimo (NAMIN) – Cota de eje de presa → 1512.52 – 1500.00
Obteniendo una altura de sedimentos de 12.52 m que nosotros redondearemos a
12 m.
7. CONCLUSIONES:
7.1. Con relación a los estudios básicos:

Se determinó que en el rio grande la ubicación adecuada, está ubicado en
una cota superior de 1320 y una cota inferior de 1250.

Se obtuvo las siguientes características de la cuenca de embalse, la altura
de sedimento hallada es de 12.52 m, pero nosotros redondeamos a 12m, el
cálculo del volumen muerto Vm = 0.95 MMC y el caudal medio para la
cuenca de estudio es de Qo = 3.09 m3/s (tabla 3).
7.2. Diseño hidráulico de la presa de concreto:

Se logró realizar el diseño de la presa de gravedad con las siguientes
medidas: 60m de base y una altura de 70 m.
7.3. Determinar la estabilidad de la presa para 3 casos según la condición de
carga: Usual, Inusual A e Inusual B.

Para el caso Usual la presa no cumple con los factores de seguridad por
una pequeña diferencia así que decidimos aumentar 2m la dimensión de la
base ya que la base empleada de 56m no cumple con los estándares del
factor de seguridad.

Para el caso Inusual A no cumple con los factores de seguridad, al
aumentar a 70 m la dimensión de la base cumpliría con dichos factores de
seguridad, pero es una distancia muy amplia, por lo que decidimos cambiar
la geometría de la presa.

Para el caso Inusual B la presa no cumple con los factores de seguridad
contra el deslizamiento, por lo que aumentaremos el talud del ala derecha
de la presa de 0.1 a 0.2H
8. RECOMENDACIONES:

Se deben hacer los estudios previos topográficos, de mecánica de suelos,
geológicos, hídricos, hidráulicos, etc. Para realizar un buen diseño de una
obra hidráulica.

Se debe tener en cuenta los parámetros ya establecidos por el reglamento
nacional de construcciones.

Debemos tener claro la ubicación del Eje de la Presa, se debe ubicar en una
zona estrecha de tal manera que la presa puede desarrollar su función de
almacenamiento, optimizando recursos y tiempo, además de disminuir el
impacto ambiental.

Recomendamos que el rio o quebrada en el cual se colocara la presa sea
caudaloso y de gran área, para permitir almacenar una máxima cantidad de
agua posible para su total aprovechamiento.

Al obtener una altura de presa por el método de cota – are - volumen,
después solo dimensionábamos la base, pero al darle poca longitud no
cumplirá con los factores de seguridad y existía fisuramiento en la base. Al
aumentar la longitud de la base, aumenta el peso propio de presa. De esta
manera las fuerzas verticales son mucho mayor que las horizontales y se
puede cumplir con todos los requisitos para que la presa sea estable.
9. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:

G, Bravo; F, Giron (1998) Tratado Básico de Presas, Colegio de ingenierios
de caminos canales y puertos. Recuperado de:

Bateman, A. (2007). Hidrologia Basica y Aplicada. GITS.

P, Nowak; C, Nalleuri (2006); Hydraulic structures, school of civil engineering
and geosciences recuperado de

Carpio, M. M. (2010). Influencia de la Persistencia de una Familia de la
doscontinuidades en la Estabilidad frente al Deslizamiento de una Presa de
Gravedad. Madrid.

Charria, W. G. (2015). El Sistema Complejo de la Cuenca Hidrografica.
Medellin.