Almacenamineto-Dique modifikado..docx

Lambayeque, Marzo de 2015

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLOFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL,

SISTEMAS Y ARQUITECTURAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

TEMA: ALMACENAMIENTO- DISEÑO DE DIQUE

CURSO: Hidrología. DOCENTE: Dr.Ing. Walter Morales Uchofen.

ALUMNO: Chavez Valdez Ketty

CÓDIGO: 100175 H

GRUPO HORARIO: A

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLOESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

CURSO: HIDROLOGÍA

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TRABAJO: ALMACENAMIENTO- DISEÑO DE DIQUE

CICLO: 2014-II

1. DIQUES DE TIERRA

CONCEPTOS BASICOS:

Un dique es muro construido para evitar el paso del agua, existen diferentes tipos de diques tales como artificiales, naturales, de contención, los rompe olas, etc. por lo general se emplea el de tierra y está paralelo al curso de un río o al borde del mar.

UTILIZACIÓN:

Los diques artificiales pueden ser utilizados para:

Prevenir la inundación de los campos aledaños a los ríos o mares; sin embargo también se utilizan para encajonar el flujo de los ríos a fin de darle un flujo más rápido. Son conocidos como diques de contención.

Proteger determinadas áreas contra el embate de las olas.

Forman caminos integrando un orden vial.

En nuestro caso el dique será utilizado como almacenamiento, pero paralelamente tendrá la función de formar parte de un camino integrado de 8 metros de ancho.

PARTES DE UN DIQUE:

La imagen expuesta se trata de la sección transversal de un dique de contención de tierra, con núcleo impermeable.


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Sus partes son las siguientes:

1. Coronamiento

2. Borde libre (resguardo)

3. Nivel de agua de proyecto

4. Talud de aguas arriba (en este caso, considerando que el agua tiende a infiltrar a través del dique, el talud de aguas arriba es aquel que se encuentra al interior del cauce del río.

5. Nivel del terreno aguas arriba

6. Corona

7. Cuerpo de apoyo, aguas arriba. El material utilizado en esta parte del dique puede ser granular y poco permeable.

8. Núcleo impermeable

9. Cuerpo de apoyo, aguas abajo. El material debe ser permeable.

10. Talud del lado de aguas abajo

11. Uña

12. Nivel del terreno del lado protegido

13. Nivel de terreno original

14. Nivel de fundación

15. Altura de dique

16. Ancho de la base


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2. CRITERIO DE DISEÑO

Las fallas graves o catastróficas en presas de materiales locales según el orden de ocurrencia son:

1.- Rebase De La Cortina.

2.- Sifonamiento Mecánico.

3.- Agrietamiento Transversal.

4.- Deslizamiento Del Talud Aguas Abajo.

5.- Sismos.

6.- Licuación.

7.- Perdidas Por Filtración.

Fallas por rebase de la cortina.

En presas de tierra es siempre catastrófico que el agua rebase la cortina y escurra por el talud aguas abajo, debido precisamente a la naturaleza erosionable de los materiales que intervienen en su composición. Por esta razón, la presa debe estar provista de una estructura auxiliar denominada vertedor (aliviadero), que permita el alivio del vaso cuando este se llena a su máxima capacidad. Dada la naturaleza de sus funciones, el vertedor de excedencias debe estar construido con materiales no erosionables, como hormigón o, en obras más chicas, mampostería. Es por ello que el rebase de la cortina debido a insuficiencia del vertedor ocurre generalmente por una mala estimación del gasto correspondiente a la avenida máxima que deba desalojar éste. La consecuencia es que al presentarse una avenida mayor que la prevista, el vertedor no la desahoga y el agua se vierte sobre la cortina, erosionándola y dañando el talud aguas abajo, con las consecuencias ya indicadas anteriormente.

Falla por sifonamiento mecánico.

Cuando el agua fluye a través del suelo, su carga hidráulica se disipa venciendo las fuerzas viscosas inducidas y que se oponen al flujo en los canalículos formados entre las partículas; recíprocamente, el agua que fluye genera fuerzas erosivas que tienden a empujar las partículas, arrastrándolas en la dirección del flujo. En el momento en que este


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arrastre se produce, ha comenzado el sifonamiento mecánico del suelo. Inevitablemente existen en la masa del suelo lugares en que se concentra el flujo de agua y en los que la velocidad de filtración es mayor (gradiente hidráulico alto); los lugares en que estas concentraciones emergen al talud aguas abajo, donde el suelo no está confinado, son particularmente críticos en lo referente a posibilidades de arrastre de partículas sólidas; una vez que las partículas empiezan a ser removidas van quedando en el suelo pequeños canales por los que el agua circula a mayor velocidad, con lo que el arrastre se acentúa, de manera que el fenómeno del sifonamiento mecánico tiende a crecer continuamente una vez que comienza, aumentando siempre el diámetro de los canales formados. El límite final del fenómeno es el colapso del bordo, al quedar éste surcado por conductos huecos de gran diámetro que afectan la estabilidad de la sección resistente hasta la falla.Un factor que contribuye mucho al sifonamiento mecánico es la insuficiencia en la compactación del terraplén, que deja alguna capa del mismo suelta y floja; esto es particularmente probable cerca de muros o superficies de hormigón, tales como ductos o tubos.

Falla por agrietamiento.

El agrietamiento se origina cuando la deformación dela cortina produce zonas de tracción, que aparecen por asentamiento diferencial de la masa del suelo, sea por deformación del propio cuerpo del terraplén o del terreno de cimentación. Como quiera que por estas causas la presa pueda deformarse de muchos modos, los sistemas de agrietamiento, que el ingeniero puede encontrar en sus inspecciones a presas son de una inmensa variedad. Las grietas pueden aparecer paralelas o transversales al eje de la cortina y la orientación del plano de agrietamiento puede ser prácticamente cualquiera. El agrietamiento puede ocurrir con anchos abiertos hasta de 15 ó 20 cm. si bien son más comunes anchos de grietas de 1 ó 2cm. Las presas de pequeña altura son las que más comúnmente sufren el fenómeno, pero también se presenta con frecuencia en las partes superiores delas presas altas. El que las presas menores sean las más susceptibles al fenómeno, quizás se deba a que las presiones grandes que hay en el interior de las presas mayores protegen al suelo.Las grietas más peligrosas son las que ocurren transversalmente al eje de la cortina, pues crean una zona de concentración de flujo; son producidas generalmente por asentamiento diferencial, de la zona de la


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cortina próxima a las laderas de la boquilla, respecto a la zona central del cauce.

Falla por deslizamiento de taludes.

La falla por deslizamiento de taludes es quizá la más estudiada de todas las que frecuentemente ocurren en las presas de tierra. La razón es que, además de su importancia intrínseca, es el tipo de falla más susceptible de análisis y cuantificación con los métodos existentes para el estudio de estabilidad de taludes.Existe un buen volumen de información estadística respecto a este tipo de falla, de la que se desprende que las fallas por deslizamiento ocurren preponderantemente en los primeros tiempos de la vida de la presa y también, y ésta es sin duda una conclusión alentadora, acontecen cada vez más raramente en presas de creciente y cuidadosa construcción; de hecho parece haber evidencia suficiente para poder decir que si el diseño y la construcción de una presa, por alta que sea, se cuidan lo necesario, las técnicas de que se dispone permiten adoptar una actitud de tranquilidad ante la posibilidad de ocurrencia de estas fallas.Las fallas por deslizamiento suelen considerarse divididas en tres tipos principales:

1. Falla durante la construcción2. Falla durante la operación3. Falla después de un vaciado rápido

Falla durante la construcción.

Estas fallas han sido menos frecuentes que las ocurridas durante la operación; nunca han sido catastróficas. Las fallas se han presentado sobre todo en presas cimentadas en arcillas blandas, con gran porción de la superficie de falla a través de ese material, y pueden ser rápidas o lentas, según que el material de cimentación sea homogéneo o presente estratificaciones que favorezcan el movimiento.

Falla durante la operación.

Las fallas por deslizamiento de taludes que han ocurrido durante el período de operación de las presas de tierra, han sido sobre todo de dos tipos: profundas, con superficie de falla invadiendo generalmente terreno de cimentación arcilloso, y superficiales, afectando sólo pequeños volúmenes del talud.


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Falla después de un vaciado rápido

Todas las fallas de importancia reportadas por deslizamiento del talud aguas arriba han ocurrido como consecuencia de un vaciado rápido. Las fallas del talud aguas arriba no han causado el colapso dela presa o pérdida de agua en el almacenamiento, pero frecuentemente han causado situaciones de peligro al tapar conductos, galerías, etc. Prácticamente todas las fallas profundas por deslizamiento en presas de tierra han ocurrido en aquellas construidas sobre terrenos arcillosos plásticos y con importante contenido de agua.

Falla por sismo.

Podría decirse que las fallas producidas por los sismos en las presas de tierra han presentado las siguientes características:

1. Las fallas más frecuentes son grietas longitudinales en la corona de la presa y asentamiento en la misma.

2. Solo existe un caso en que se ha reportado la destrucción total de una presa de tierra por sismo, probablemente debido a licuación.

3. Los daños en las presas parecen haber sido causados principalmente por la componente horizontal del movimiento sísmico en dirección transversal al eje de la cortina.

4. Existen muy pocas fallas por deslizamiento tienen mayores períodos (menores frecuencias) atribuibles a estos temblores de tierra, aún en cortinas deficientemente compactadas.

5. Hay ciertos indicios que permiten pensar que los sismos que causan más daños a presas que los que causan la máxima destrucción en edificios. Por esto, presas muy próximas al epicentro de un temblor pueden salir mucho mejor libradas que otras colocadas a distancias mucho mayores.

6. Los espaldones granulares mal compactados (bajo peso específico seco,) o formados por fragmentos de roca muy contaminada por finos, puede sufrir fuertes asentamientos por sismo, que provocarían dificultades al elemento impermeable. Así, la compacidad adecuada y el lavado de las rocas que lo ameriten constituyen una precaución indispensable

7. Del sismo puede emanar el riesgo de la falla por licuación que se


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describirá a continuación. En Cuba no se ha reportado, hasta donde el autor conoce, fallas por temblores, si bien es cierto que los sismos ocurridos son de pequeña intensidad.

Falla por licuación.

Este fenómeno de la licuación está asociado a limos y arenas no plásticas.En el caso de una presa de tierra, la licuación de materiales en la cortina conduce a un derrame de los mismos en grandes áreas, hasta adoptar taludes irregulares y muy tendidos, que en algunos casos pueden sobrepasar el valor 10:1.Como ya se dijo, los suelos más susceptibles a la licuación son los finos, no cohesivos, de estructura suelta y saturados. Estas características describen a las arenas finas y uniformes y a los finos no plásticos, o sus mezclas. Las arenas sueltas con D10< 0,1mm y coeficiente de uniformidad, C < 5 y los limos con I < 6up % son los materiales más peligrosos, tanto en la cortina como en el terreno de cimentación de una presa de tierra.

Pérdidas por filtración.

Para los casos de presas de tierra, cuyo objetivo principal sea el almacenamiento, constituiría una falla grave, aunque no catastrófica, la infiltración del agua del embalse, ya sea a través de la cimentación o la cortina, que impida que la misma alcance su objetivo de almacenar agua.

3. CALCULO SOBRE EL VOLUMEN DE DISEÑO

TÉRMINOS UTILIZADOS.

a) NAN: Nivel de aguas mínimas, por debajo del NAM el agua almacenada se le conoce como volumen muerto y no se puede utilizar debido al proceso de sedimentación.

b) NAMO: Nivel de agua máximo ordinario, aquí se debe colocar los aliviaderos.

c) NAME: Nivel de agua máximo extraordinario, cuando hay máximas lluvias como el fenómeno del niño.


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d) CAPACIDAD ÚTIL: Volumen de agua que se encuentra almacenada entre el nivel de volumen mínimo y máximo.

e) SUPER ALMACENAMIENTO: Volumen de agua ubicada entre el NAMO y el NAME.

f) RESGUARDO: El espacio entre el NAME y la máxima altura del dique.

g) TALUD DE AGUAS ARRIBA: Es aquel que se encuentra al interior del cauce del río.

h) CORONA: Es la parte más elevada de un dique.

CÁLCULOS.

3.1. PARÁMETROS DE DISEÑO DEL DIQUE.

3.1.1. ANCHO DE CORONA (W). Cuando no existe interrupción de camino rural.

W=3+H5

Donde: W: ancho de corona de dique.H: altura del dique.

Cuando existe interrupción de camino rural.W=C+2 B+2SA

Donde:C: ancho total de calzada.B: ancho de berma.SA: sobre ancho.

3.1.2. ALTURA DE RESGUARDO.RESGUARDO=Ru+Rs

Ru≤1.5m : Resguardo de seguridad.Rs: Resguardo normal.

Ru=Ru1+Ru2

4.1.2.1 CALCULO DE Ru1.

a)FORMULA DE KNAPPEN


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Ru1=0.75∗h0+v2

2 g

Donde:

h0:altura deolas ,m.

v : velocidad deolas ,ms

g=9.81ms2

Según STEVENSON da una expresión para la altura máxima de olas.

h0=0.75+0.34 F12−0.26 F

14 ,m

Donde:

F: FECHT: Longitud máxima en km de la lámina libre de agua prevista en el proyecto para el embalse lleno.

Según GAILLARD, la velocidad de las olas (m/s) puede determinarse por.

v=1.52+2h0

b)EXPRESIÓN SIMPLIFICADA:

CALCULO DE Ru1

Ru1=0.9 F1/4

4.1.2.2 CALCULO DE Ru2Ru2=3%h

h :altura dedique(hmin=0.40)

3.1.3. ANCHO DE BANQUETA:

W BANQUETA≥1.00m


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3.1.4. DOBLE TALUD AGUAS ABAJO

Si l ≥15.00m;deberá asumirse2taludes aguasabajo .

l : longitudinclinada del dique aguasabajo .

3.1.5. VOLUMEN AGUA.

El volumen entre dos curvas de nivel está comprendido entre dos valores: uno por defecto y otro por exceso.V h+1 y V h.

Por lo que es útil considerar el siguiente intervalo.

Sh+1+2Sh3

∗e<V h+ 1−V h<Sh+1+Sh2

∗e

Es habitual considerar como volumen la semisuma de ambos.

V h+1−V h=5∗Sh+1+7∗Sh

12∗e

V h+1=V h+5∗Sh+1+7∗Sh

12∗e

Y este representa el volumen acumulado.

V 0=0

V 1=V 0+5∗S1+7∗S0

12∗e=[S1− 7

12∗S1]∗e

V 2=V 1+5∗S2+7∗S1

12∗e=[S1+S2− 7

12∗S2]∗e

.

.

.

V h+1=V h+5∗Sh+1+7∗Sh

12∗e=[∑

i= j

h

Si−712

∗Sh]∗e


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4. EJEMPLO APLICATIVO

4.1. CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO.

4.1.1. PARÁMETROS CONSIDERADOS PARA EL DISEÑO:

a. Corona de dique interrumpida por camino rural.

a.1. Ancho de calzada: 4.00 m

a.2. Ancho de berma (ambos lados): 1.00 m

a.3. Sobre ancho: cd uno ≥ 1.00 m

b. Talud mojado = 3.0 – 3.5

c. Talud seco:

c.1. Z1 = 2.5

c.2. Z2 = 3.0

d. Ancho de banqueta = 1.00 m

e. Longitud máxima de la lámina libre de agua: L=765.251m

(entonces F=0.765251 Km)

f. Longitud del Eje del Dique = 333.654 m

CÁLCULO DE ANCHO DE CORONA.

EXISTE INTERRUPCIÓN DE CAMINO RURAL

W=C+2∗B+2∗SA

C: ancho total de calzada= 4.00 m

B: ancho de berma= 1.00 m

SA: sobre ancho= 1.00 m

W corona=4+2∗1+2∗1

W corona=8.00m

CALCULO DE ALTURA DE RESGUARDO:


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RESGUARDO=Ru+Rs

Rs≤1.5m : Resguardo de seguridad, consideramos un Ru=1.5m

Ru: Resguardo normal

Ru=Ru1+Ru2

Aplicando la fórmula de STEVENSON (altura máxima

de olas)

h0=0.75+0.34 F12−0.26 F

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Donde: F=0.765251 Km, entonces:

h0=0.75+0.34 (0.765)12−0.26 (0.765)

14

h0=0.804m

Expresión de GAILLARD (velocidad de olas m/s)

v=1.52+2h0

v=1.52+2(0.804)

v=3.128m /s

Expresión de KNAPPEN

Ru1=0.75∗h0+v2

2 g

Ru1=0.75 (0.804 )+ 3.1282

2∗9.81

Ru1=1.10m

CALCULO DE Ru2

Ru2=3% h


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Considerando h=15m

Ru2=0.03∗15

Ru2=0.45m

Entonces se obtiene que:

Ru=Ru1+Ru2Ru=1.10+0.450Ru=1.55m

Luego el valor del Resguardo estaría dado por:

RESGUARDO=Ru+Rs

RESGUARDO=1.55+1.5=3.05m

consideramos R=3.00m

COMPROBACIÓN DEL DOBLE TALUD

El talud mojado es de z=3.5, y la altura del dique es, aproximadamente, h=15m.

l=√152+(3.0∗15 )2=47.43m>15.00m,

Razón por la cual debe llevar una banqueta en el talud aguas abajo.

CÁLCULO DE ÁREAS

Estas fueron calculadas a través del software AutoCAD.

AREA (Ai)

ALTITUD (m.s.n.m)

AREA TOTAL (m2)

VOLUMEN (m3)

A1 542 1676.317 698.465A2 543 8298.270 5133.930A3 544 20039.420 18324.345A4 545 36644.490 45282.545A5 546 71011.838 96246.763A6 547 91210.323 175674.636A7 548 114971.520 276785.458A8 549 148805.941 405854.653A9 550 171919.870 564291.398A10 551 196096.229 746284.751


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CÁLCULO DE VOLÚMENES

Para ello utilizamos la siguiente expresión:

V h+1=V h+5∗Sh+1+7∗Sh

12∗e=[∑

i= j

h

Si−712

∗Sh]∗eDonde equidistancia: e=1

V 0=0

V 1=[S1− 712

∗S1]∗e=[1676.317− 712

∗1676.317]∗1V 1=698.465m

3

V 2=[S1+S2− 712

∗S2]∗e=[1676.317+8298.270− 712

∗8298.270]∗1V 1=5133.930m

3

.V 10=[∑i=1

11

S i−712

∗S11]∗e=[1676.317+8298.270+…+196096.229− 712

∗196096.229 ]∗1V 10=746284.751m

3

Entonces, el volumen 10 representa el volumen total que debe acumularse en el dique. A continuación está el cuadro resumen de áreas y volúmenes.

volumen (Vi)

ALTUTUD VOLUMEN

ACUM(m3).x10^3

V1 542 0.70V2 543 5.13V3 544 18.32V4 545 45.28V5 546 96.25V6 547 175.67V7 548 276.79V8 549 405.85V9 550 564.29

V10 551 746.28


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GRAFICA ALTITUD – VOLUMEN ACUMULADO


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CICLO: 2014-ITRABAJO: ALMACENAMIENTO- DISEÑO DE DIQUE

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CICLO: 2014-ITRABAJO: ALMACENAMIENTO- DISEÑO DE DIQUE

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5. CONCLUSIONES.

Se concluye que el dique tendrá los siguientes parámetros:

volumen a almacenar máximo será de 746284.751 m3.

Resguardo de 3.00 m por debajo de la corona del dique.

Ancho de corona= 4.00 m

Máximo ancho de = 83.5642m

Altura promedio de 12.96 m

Banqueta de 1.00 m.

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