7 Diseno Canal

Obras de Regadío Embalse Convento Viejo SMI LTDA – AQUATERRA ING.

Galvarino Gallardo 1576 – Providencia – Fono: 2359094 – Fax: 2357582 – email: [email protected]

OBRAS DE REGADÍO

EMBALSE CONVENTO VIEJO

CANAL MATRIZ NILAHUE, CANALES PRINCIPALES Y OBRAS COMPLEMENTARIAS

Proyecto Nº 1.2.2 “Canal Matriz Tramo 2

Las Toscas – La Lajuela” (Rev C)


Galvarino Gallardo 1576 – Providencia – Fono: 2359094 – Fax: 2357582 – email: [email protected]

CONTENIDO

1 INTRODUCCIÓN...................................................................................................................1 2 DESCRIPCION GENERAL DE LA SOLUCIÓN ...............................................................2 3 INGENIERIA BASICA ...........................................................................................................3

3.1 Topografía ........................................................................................................................3 3.2 Mecánica de Suelos..........................................................................................................3 3.3 Hidrología.........................................................................................................................5

4 DESCRIPCION Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS OBRAS ..........................................6 4.1 Descripción del Canal ......................................................................................................6 4.2 Dimensionamiento del Canal ...........................................................................................7

5 RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS GENERALES..........................................13

ANEXOS:

A. CUBICACIONES

B. MEMORIAS DE CÁLCULO:

B.1 HIDRAULICO

B.2 ESTRUCTURAL

C. ESPECIFICACIONES TECNICAS ESPECIALES

PLANOS


Galvarino Gallardo 1576 – Providencia – Fono: 2359094 – Fax: 2357582 – email: [email protected] Página 1 de 23

1 INTRODUCCIÓN El presente informe se refiere al diseño y dimensionamiento del Canal Matriz correspondiente a la red de regadío del Embalse Convento Viejo y más específicamente el tramo 2 del canal. El Canal Matriz capta sus recursos en el estero Chimbarongo y los debe descargar en los valles de Lolol Nilahue, sector al cual están destinados dichos recursos. En su curso debe atravesar importantes accidentes geográficos, tales como el estero Las Toscas y la cadena de cerros La Lajuela. De acuerdo al análisis de alternativas desarrollado en forma previa, se ha decidido por una alternativa que consiste en lo siguiente: Se captan los recursos hídricos en el Estero Chimbarongo, en el sector de Uva Blanca, se conducen mediante un canal en tierra de 6,5 km y descargan en el estero Las Toscas, son conducidos por este estero en una extensión de aproximadamente 6 km y vuelven a ser captados en dicho estero mediante una obra de captación, luego son conducidos por un canal en tierra de extensión 5 km, hasta el Túnel La Lajuela, y finalmente son descargados en la red primaria de canales. En la figura nº1 se nuestra una imagen general de los tramos comprenden el canal Matriz. El presente informe se refiere al Tramo 2 del canal Matriz, es decir al tramo que comprende desde la Bocatoma Las Toscas hasta al Túnel La Lajuela. Los proyectos de Bocatoma Las Toscas y Túnel La Lajuela se presentan en informes separados e independientes del presente.



2 DESCRIPCION GENERAL DE LA SOLUCIÓN El Canal Matriz Tramo 2, se inicia luego de la obra de captación en el Estero Las Toscas y finaliza en el portal de acceso al Túnel La Lajuela. El canal Matriz es un canal en tierra, en general sin revestimiento, de sección trapecial y con capacidad para conducir el caudal de diseño, que en este sector alcanza a los 26 m3/s. Se emplaza en una zona bastante uniforme y con pocos accidentes geográficos. Los suelos en general corresponden a suelos finos, bastante presencia de limos y arcillas, en algunos sectores, especialmente al inicio del canal, el suelo se compone de arenas con presencia de finos. El trazado cruza dos caminos, uno público interior no pavimentado y un camino interior que conduce a predios particulares. Se ha definido una sección transversal que incluye Camino de Borde de ancho 4 m y un sector de depósito de materiales. Debido a las características topográficas y a las velocidades máximas de diseño, se deben proyectar 5 obras de caída, para mantener la pendiente máxima recomendable. Como obras de caída, se utilizan caídas verticales con cubeta disipadora. En el inicio del trazado se cruzan dos canales de riego Canal La Pataguilla y Canal Los Perales, estos se cruzan superiormente, mediante una canoa unificada de hormigón. El canal cruza en el kilómetro 3,72 una quebrada de importantes dimensiones, la obra de cruce igualmente consiste en una canoa de hormigón. Finalmente el canal cruza una serie de regueros menores, los que se cruzan mediante canoas entubadas. En la figura nº2 se presenta un esquema general en planta de la disposición del canal y de las principales obras.



3 INGENIERIA BASICA Se han desarrollado una serie de labores de apoyo al proyecto, denominadas Ingeniería Básica, específicamente se ha incluido lo siguiente:

• Topografía • Mecánica de suelos • Hidrología

3.1 Topografía Se efectuó el levantamiento topográfico de una faja de 200 m de ancho, en toda la extensión del trazado, es decir 5 km. Esta faja incluyó toda la definición altimétrica, junto con la toponimia detallada del sector. Especial importancia se ha otorgado a la definición y ubicación de límites prediales, existencia de viviendas, cursos de agua, etc. El detalle de los levantamientos se incluye en informe de topografía entregados con anterioridad.

3.2 Mecánica de Suelos Se efectuó un estudio geotécnico, encargado a la empresa TECNOLAB. Este estudio incluyó los siguientes aspectos:

• Ejecución de 11 calicatas • Ejecución de ensayes de laboratorio • Inspección en terreno especialista • Confección informe y recomendaciones de diseño.

En el cuadro Nº3.1 se presenta cada calicata, su ubicación según kilometraje, profundidad y descripción general de suelos, en la figura Nº3.1, se muestra la clasificación estratigráfica general. En anexo se presenta el informe geotécnico, donde se incluyen detalles de resultados y recomendaciones de diseño y construcción generales.



Cuadro Nº3.1

Ubicación Calicatas

CALICATA UBICACIÓN (km)

PROFUNDIDAD (m)

CCM2005-1 0,200 3,50 CCM2005-2 0,600 4,50 CCM2005-3 1,000 4,50 CCM2005-4 1,450 4,00 CCM2005-5 1,800 4,00 CCM2005-6 2,200 4,00 CCM2005-7 2,600 3,50 CCM2005-8 3,000 4,00 CCM2005-9 3,380 3,50 CCM2005-10 3,800 3,50 CCM2005-11 4,280 4,50

Figura Nº3.1 Estratigrafía de Calicatas

-5

-4,5

-4

-3,5

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

Prof

undi

dad

(m)

CCM2005-1 CCM2005-2 CCM2005-3 CCM2005-4 CCM2005-5 CCM2005-6 CCM2005-7 CCM2005-8 CCM2005-9 CCM2005-10 CCM2005-11

Calicatas

Perfiles Estratigráficos Canal Matriz Convento Viejo

Arcilla (CL) / Limo(ML)

Arena

Arenalimosa/arcillosa

Suelos de AltaPlasticidad (MH y CH)

Capa vegetal



3.3 Hidrología El objetivo del presente estudio es determinar caudales máximos instantáneos para períodos de retorno de 5, 10, 20, 50 y 100 años, en los siguientes puntos: a) Estero Las Toscas en Bocatoma Canal Matriz b) 2 Quebradas que cruzan el canal matriz en su segundo tramo En Anexo se incluye el detalle del estudio, en los cuadros siguientes se presentan los resultados finales obtenidos.

Cuadro Nº3.2 Caudales Máximos Estero Las Toscas en Bocatoma

T

(años) Q

(m3/s)

5 85 10 125 20 162 50 222

100 265

Cuadro Nº3.3 Caudales Máximos Quebrada km 3,800

T

(años) Q

(m3/s)

5 4,5 10 6,6 20 8,6 50 11,7

100 14,0



4 DESCRIPCION Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS OBRAS

4.1 Descripción del Canal El canal ha sido diseñado en planta y corte, tomando en consideración las características del terreno superficial (interferencias, propiedades, topografía, etc), como las condiciones de los suelos de existentes. El procedimiento de diseño fue el siguiente:

a) Utilizando la restitución aerofotogramétrica existente, así como las fotografías aéreas y especialmente las visitas a terreno realizadas, se definió la faja de levantamiento topográfico, que abarcó un ancho total de 200 m en promedio.

b) Utilizando los antecedentes de roles así como el levantamiento topográfico

realizado se procedió a definir el trazado del canal en planta y corte y las principales obras de arte.

c) Utilizando los antecedentes geotécnicos y las recomendaciones de diseño, se

procedió a definir las pendientes de fondo y secciones hidráulicas del canal.

d) Finalmente se detectó aquellas interferencias o situaciones de terreno que obligan a obras especiales.

En los cuadros siguientes se presenta las características del canal diseñado y las principales obras de arte.

Cuadro Nº 4.1 Trazado en corte Canal Matriz Tramo 2 (*)

PENDIENTE SECCION REVESTIMIENTO OBSERVACIONESInicio Final Ubicación Dh HORMIGON(m) (m) (m) (m)

0,00 1800,00 0,0002401265 1,21500 1,01800 1,0

1800,00 3000,00 0,0004002100 1,22380 1,2

3000,00 4975,00 0,000400 Trapecial No Canal Matriz Tramo II4975,00 5092,93 0,000366 Trapecial Si Acceso Túnel5092,93 6357,95 0,001500 Túnel Túnel6357,95 6620,00 0,000366 Trapecial Si Salida Túnel

Canal Matriz Tramo II

Canal Matriz Tramo II

Trapecial No

Trapecial No

TRAMO CAIDA VERT.

* Las cubicaciones del canal Matriz Tramo II están consideradas hasta el km 4+975.



Cuadro Nº 4.2 Ubicación Obras de Arte

Ubicación(m)

Cruce Canales Patahuilla-Perales 135Alcantarilla Camino Publico 303Caída Nº1 1265Caída Nº2 1500Caída Nº3 1800Caída Nº4 2100Caída Nº5 2380Alcantarilla Camino Interior 2924Cruce Quebrada 3720

Obra

4.2 Dimensionamiento del Canal El canal Matriz tramo 2, presenta una condición de régimen subcrítico, debido fundamentalmente a las pendientes de diseño y a las características de canal no revestido. Por lo tanto, el diseño y dimensionamiento se realiza desde aguas abajo, hacia aguas arriba. Las secciones son de tipo trapeciales, con taludes variables dependiendo del tipo de suelo. Las transiciones diseñadas son del tipo “broken back”, con características particulares en cada caso. Se ha debido utilizar caídas verticales para absorber desniveles de terreno, en este sentido se diseñaron caídas rectas con cubeta disipadora. Se han definido 5 caídas, con alturas de bajada de 1 y 1,2 m. La cubeta tiene una profundidad de 0,50 m y una longitud de 10 m. Como obras de cruce de canales, quebradas y regueros se utilizan cruces superiores, no involucrándolos con el canal. Para los canales y quebradas se utilizan canoas de hormigón de sección rectangular, mientras que para los cruces de regueros, se utilizan canoas entubadas Para los cruces de caminos, se utilizan alcantarillas de hormigón, de sección rectangular, con transiciones de entrada y salida. Esta obra se adecua de mejor forma a las características del suelo y resulta más económica que los puentes. En lo que sigue se presenta el dimensionamiento de las secciones y sus principales características.



Tramo 6: Canal en tierra no revestido Ubicación: Km 0,00 a km 1800,00 Obra: Canal sección trapecial no revestida Caudal: 26 m3/s Pendiente: 0,00024 K (h/v) 1.5 Este tramo se desarrolla en suelo arenoso, cuyos parámetros de diseño son diferentes a los correspondientes a los tramos anteriores, por lo que acepta velocidades de hasta 0,80 m/s y un talud natural h/v=1.5/1. Lo anterior, ha obligado a definir una pendiente de fondo inferior, que se ha fijado en 0,00024.

5,0 m

1.5

1 3,8 m

16,4

Las condiciones de operación hidráulica son las siguientes:

• Q = 26 m3/s • B = 5,0 m • n = 0,030

o hN = 3,275 m o VN = 0,800 m/s o EN = 3,308 m o Rev:

15% hN = 0,496 m > 0,20 m H = 3,771 m. Se adopta H = 3,8 m.

o hC = 1,231 m o VC = 3,084 m/s o EC = 1,716 m

• EN / EC = 1,928 Ok. Tramo 5: Canal en tierra no revestido Ubicación: Km 1.800,00 a km 3.000,00 Obra: Canal sección trapecial no revestida Caudal: 26 m3/s Pendiente: 0,0004 (h/v) 1



Este tramo queda delimitado aguas arriba, por cambio en la calidad del suelo, aguas arriba del kilómetro 1,8 (calicata CM CCM2005- 5), el suelo se describe como de arenas, mientras que aguas abajo de este punto el suelo se describe como de Arena arcillosa y limosa, por lo que acepta velocidades de hasta 1,20 m/s y un talud natural h/v=1.

5,0 m

1

1 3,8 m


• Q = 26 m3/s • B = 5,0 m • n = 0,030



o hC = 1,281 m o VC = 3,231 m/s o EC = 1,813 m o EN / EC = 1,775 Ok.

Tramo 4: Canal en tierra no revestido Ubicación: Km 3.000,00 a km 4.975,00 Obra: Canal sección trapecial no revestida Caudal: 26 m3/s Pendiente: 0,0004 Este tramo queda delimitado aguas arriba, por cambio en la calidad del suelo, aguas arriba del kilómetro 3,0 (calicata CM CCM2005- 8), el suelo se describe como de arenas limosas y arcillosas, mientras que aguas debajo de este punto el suelo se describe como de alta plasticidad, por lo que acepta velocidades de hasta 1,20 m/s y un talud natural h/v=0,5.



6,5 m

1

2 3,8 m


• Q = 26 m3/s • B = 6,5 m • n = 0,030




Tramo 3: Acceso Túnel La Lajuela Ubicación: Km 4.975,00 a km 5.093,063 Obra: Canal sección trapecial revestida Caudal: 26 m3/s Pendiente: 0,000366 Este tramo de canal presenta dos transiciones, en el extremo de aguas abajo se define la transición para acceder a la sección medio punto del túnel y en el extremo de aguas arriba, para enlazar con el canal en tierra. Se define una sección revestida en hormigón de forma trapecial, con las siguientes características:



4,5 m

1

2 3,3 m


• Q = 26 m3/s • B = 4,5 m • n = 0,016




Tramo 2: Túnel La Lajuela Ubicación: km 5.093,063 a km 6.358,086 Obra: Túnel sección medio punto revestida en hormigón. Caudal: 26 m3/s Pendiente: 0,001500 Se ha definido una sección de medio punto con diámetro equivalente de 3,90 m. El revestimiento cubre básicamente la parte rectangular de la sección, continuando parcialmente en la zona abovedada. Se pretende cubrir con hormigón todo el sector correspondiente al perímetro mojado.




• Q = 26 m3/s • B = 3,9 m • n = 0,016

o hN = 2,600 m o VN = 2,580 m/s o EN = 2,939 m


Tramo 1: Descarga Túnel - Fin Canal Ubicación: Km 6.358,086 a km 6.604,220 Obra: Canal sección trapecial revestida Caudal: 26 m3/s Pendiente: 0,000366 Se define una sección revestida en hormigón de forma trapecial, con las siguientes características:

4,5 m

1

2 3,3 m




• Q = 26 m3/s • B = 4,5 m • n = 0,016




El diseño y dimensionamiento del acceso, túnel y descarga, se ha efectuado, de manera de mantener prácticamente uniformes las energías relativas en cada caso, de esta manera se definieron pendientes y secciones. 5 RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS GENERALES El canal Matriz tramo 2, resulta ser una obra de construcción sencilla, en cuanto a que no presenta obras de gran envergadura, se emplaza en un terreno carente de interferencias importantes y los terrenos que debe atravesar y por lo tanto ser expropiados, en general presentan cultivos de temporada. Sin embargo, se debe poner cuidado en algunos aspectos importantes:

• Los suelos explorados en general presentaron napas freáticas que quedarán dentro de las profundidades de excavación, cabe destacar que la campaña de exploraciones se efectuó entre los meses de noviembre y diciembre (2005), por lo tanto se esperaría que si el canal se construye en meses posteriores, pero antes del invierno, las napas se encuentren aún más bajas. Sin embargo el canal debiera construirse desde aguas abajo hacia aguas arriba, comenzando por la descarga del túnel a la quebrada Los Cardos, Túnel y luego el canal.

• Según los estudios geotécnicos realizados, se encontraron en algunos

sectores suelos plásticos, especialmente desde el kilómetro 3 hacia aguas abajo, estos suelos representan un riesgo para emplazar sobre ellos obras rígidas, sin embargo para el canal excavado representan muy buenas condiciones. Lo anterior debe llevar a tener mucho cuidado con los suelos exactos que se encuentren en los sectores de las obras de hormigón, pues los suelos plásticos, en estos casos, deben ser retirados y reemplazados por suelos no plásticos.



• Debido a que el canal es en un alto porcentaje no revestido, la napa freática no representa un serio peligro para este, sin embargo, para las obras de hormigón deben adoptarse ciertas precauciones, como no existe posibilidad de drenar las aguas subterráneas, se ha definido colocar clavetas con capa drenante y geotextil, ello para aliviar la presión hidrostática sobre los muros de las obras.



ANEXO A

CUBICACIONES



ANEXO B

MEMORIAS DE CALCULO



CONTENIDO ANEXO B

ANEXO B1: MEMORIAS DE CALCULO HIDRAULICO ANEXO B2: MEMORIAS DE CALCULO ESTRUCTURAL



ANEXO B.1

MEMORIAS DE CALCULO HIDRAULICO

Canal Matriz

Cruce Perales-Patagua-Patagüilla

Cruce de Regueros



ANEXO B.2

MEMORIAS DE CALCULO ESTRUCTURAL

Cruce Unificado Perales-Patagüilla

Cruce de Camino 0+303 y 2+924

Caídas

Cruce de Quebrada (Canal Derrames)



ANEXO C

ESPECIFICACIONES TECNICAS ESPECIALES



PLANOS

7 Diseno Canal

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