Dentellones

aguas arribaZampeado aguas abajo

Zampeado

Roca firme

Azud

Esquema general de los Azudes de Hormigón:

A

EMPUJE

CB

D

ESCARPE

ZAMPEADO

ACCIONES SOBRE LOS AZUDES:

- PRESIÓN AGUAS ARRIBA

- CHOQUE DE LAS OLAS

- FUERZAS DE CAVITACIÓN EN EL ESCARPE

- PESO PROPIO

- PESO DEL AGUA SOBRE LA OBRA

- TRÁNSITO SUPERIOR

- FUERZAS DE IZAJE DE COMPUERTAS

- SUBPRESIONES

TRABAJO PRÁCTICO 5 AZUDES – DIMENSIONAMIENTO DE AZUDES FIJOS DE HORMIGÓN

TIPOS DE FALLAS EN LOS AZUDES

1- APLASTAMIENTO POR FALTA DE CAPACIDAD DEL TERRENO DE APOYO. SOLUCIÓN: LIMITAR LA ALTURA, REDUCIR ESPESORES

2- DESLIZAMIENTO HORIZONTAL. SOLUCIÓN: REDUCIR ALTUR A, AUMENTAR PESO, DISMINUIR FILTRACIONES (SUBPRESIONES)

3- VUELCO. SOLUCIÓN: REDUCIR ALTURA, AUMENTAR PESO, DISMINUIR FILTRACIONES (SUBPRESIONES), AUMENTAR BRAZO (MAYOR ZAMPEADO)

4- SIFONAJE: PANTALLAS HORIZONTALES Y VERTICALES, CA MBIO DE SUELO,GEOTEXTIL CON ENROCADO AL PIE

5- ROTURA DEL ZAMPEADO POR SUBPRESIÓN: DRENES, AUMEN TO DE PESO

6- CAVITACIÓN: PERFIL CREAGER U OTRO

7- EROSIÓN DE PIE DE PRESA. SOLUCIÓN: CUENCO AMORTIG UADOR, SALTOS DE SKY O DADOS DISCIPADORES, PROTECCIÓN CON ENROCADOS O COLCHONETAS

8- ROTURAS EN LA OBRA POR ESFUERZOS SUPERADOS EN ACE ROS U HORMIGONES. FALLA DE DIMENSIONAMIENTO ESTRUCTURAL

2- DESLIZAMIENTO

ACCIÓN Eh=γγγγ.h2/2

RESISTENCIA Ff=µµµµ.(W-S)

FACTOR DE SEGURIDAD Ff/Eh > 1.5-2

3- VUELCO

ACCIÓN Mv=Eh.h/3+S.l

RESISTENCIA Me=W.e

FACTOR DE SEGURIDAD Me/Mv > 1.5-2

Subpresión

S

E W

l

e

hh/

3

CÁLCULOS Y VERIFICACIONES

1- APLASTAMIENTO

ACCIÓN Presión=W/A

RESISTENCIA σσσσadm

FACTOR DE SEGURIDAD σσσσadm /Presión > 1.5-2

N

Nflujo

equipotenciales

Ah

h1

h2

bK

N

NQ

e

T ..=

4- SIFONAJE Y 5- SUBPRESIONES

4- SIFONAJE MÉTODO DE LA ROTURA HIDRÁULICA COMPENSADA

C = LT / Hef

MATERIAL RELACIÓN C

Arena Muy Fina o Limo 8.5

Arena Fina 7.0

Arena Media 6.0

Arena Gruesa 5.0

Grava Fina 4.0

Grava Media 3.5

Grava Gruesa, incluyendo Cantos 3.0

Boleo con algo de Cantos y Grava 2.5

Arcilla Blanda 3.0

Arcilla Media 2.0

Arcilla Dura 1.8

Arcilla Muy Dura 1.6

LT = C x Hef.

Criterio de BLIGH

LT = ΣΣΣΣ (LV + LH)

LT = ΣΣΣΣ (LV + LH /3)

Criterio de LANE (mejora a Bligh considerando que la s pantallashorizontales son menos efectivas que las verticales )

LT es la distancia de ruptura compensada

L

HKiKv

∆== ..

H1

Subpresión

P

Sección crítica

H2

E

A B FE

DC

BCBA E D F

H

H2

H1

5- SUBPRESIONES. MÉTODO GRAFICO QUE PERMITE DETERMINA R EL DIAGRAMA DE PRESIONES SOBRE LA ESTRUCTURA

P = e (γHº –1) 1−

=⇒

H

Peγ

( ) 34

1.

−=

H

Peγ

Perfil de CREAGER (tipo parabólico)

X

0.3

Y

Para h = 1 m

Perfil Creager

Y X 0 0,126

0,1 0,036 0,2 0,007 0,3 0 0,4 0,007 0,6 0,06 0,8 0,142 1 0,257

1,2 0,397 1,4 0,565 1,7 0,87 2 1,22

2,5 1,96 3 2,82

3,5 3,82 4 4,93

4,5 6,22

6- CAVITACIÓN

Y

R 0,4h

X

Para h = 1 m

Perfil SCIMENI

Para h = 1 m

x y 0 0

0,1 0,007 0,3 0,054 0,5 0,135 0,7 0,248 0,9 0,39 1,1 0,555 1,7 1,22 2,2 1,95 2,7 2,81 3,2 3,81 3,7 4,96 4,2 6,22

MÉTODO DEL BUREAU OF RECLAMATION

ECUACIÓN DE LA CURVA

ECUACIÓN DE GASTO

LONGITUD EFECTIVA REDUCIDA

Los parámetros que influyen en la curva de descarga son:* Altura de la Barrera P* Carga Hidráulica Ho (incluye la altura de velocidad)* Inclinación del Paramento aguas arriba* Situación de sumergencia aguas abajo* Interferencia de Pilas y Estribos

MÉTODO DEL BUREAU OF RECLAMATION - FORMA DE LA CURVA

MÉTODO DEL BUREAU OF RECLAMATION - DETERMINACIÓN DE K y n

MÉTODO DEL BUREAU OF RECLAMATION - CÁLCULO DE LOS RADIOS DE ENTRADA

MÉTODO DEL BUREAU OF RECLAMATION

- DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE GASTO C EN FUNCIÓ N DE P y Ho

MÉTODO DEL BUREAU OF RECLAMATION

CORRECCIÓN DEL COEFICIENTE Co PARA CARGAS DISTINTAS A LAS DE DISEÑO DEL PERFIL

MÉTODO DEL BUREAU OF RECLAMATION

CORRECCIÓN DEL COEFICIENTE C EN FUNCIÓN DEL TALUD D EL PARAMENTO AGUAS ARRIBA

MÉTODO DEL BUREAU OF RECLAMATION

COMPORTAMIENTO EN LA SALIDA – EFECTOS AGUAS ABAJO - S UMERGENCIA

MÉTODO DEL BUREAU OF RECLAMATION - CORRECCIÓN DEL CO EFICIENTE Co PARA TORRENTES

MÉTODO DEL BUREAU OF RECLAMATION

CORRECCIÓN DEL COEFICIENTE Co PARA VERTIDOS SEMI-SUM ERGIDOS

EJERCICIO PRÁCTICO - DATOSSe desea derivar agua del río Chubut, mediante un azud y una obra de toma para abastecimientos múltiples. Se ha encontrado una posición conveniente para el Azud de acuerdo a su ubicación respecto al aprovechamiento y a las condiciones geológico-geotécnicas y topográficas. La Cota del fondo del Río en la zona del Azud es de 720 msnm. El análisis técnico-económico de la obra de conducción indica que es conveniente tener una energía en el inicio dada en metros de 724.5 msnm. El Río presenta una sección asimilable a rectangular de 15m de ancho con una pendiente de 0.001 y una rugosidad de 0.033. La topografía aguas arriba y la curva de remanso han arrojado como valor de cota de desborde en el azud 727.50, requiriéndose según el riesgo evaluado una revancha de 1m respecto a esta cota para el nivel máximo de agua permitido. El suelo de Fundación se trata de Gravas medias. Se desea construir un paso vehicular sobre el Azud con Pilas espaciadas no más de 6 m por razones de economía de la superestructura vial. El régimen Hidrológico del río según los aforos existentes y las demandas de la toma según los estudios efectuados se presentan en el siguiente cuadro. Diseñar de ser posible, un AZUD FIJO DE HORMIGÓN . Plantear otras alternativas para una sección similar del río que presenta sólo 10m de ancho

Q mín Q máx DemandaMes m3/s m3/s m3/sEnero 8 18 5febrero 7 15 5Marzo 10 21 4Abril 15 34 3Mayo 22 45 2Junio 30 55 1Julio 32 55 1Agosto 32 55 1Septiembre 28 50 2Octubre 20 40 3Noviembre 14 30 4Diciembre 9 20 5

Cota Río 720 m

Cota Energía Inicial de la obra de conducción 724,5 m

Ancho del Río en la Zona del Azud 15 m

Cota de Desborde del Río Según Curva de Remanso 727,5 m

Revancha aceptable para desbordes en la zona 1 m

Pilas para Puente Vehicular Superior 6 m/vano

Pendiente del Cauce Aguas Abajo 0,001

Suelo de Fundación: Grava Media C 3,5

Coeficiente de Manning 0,033

1- Determinación de la Altura del Azud

La altura se adopta en función del la cota de energía de entrada, dejando 50 cm para pérdidas en la toma y embocaduraSi bien habrá una lámina escurriendo sobre el Azud casi siempre, vemos que en el mes de Febrero, ésta será muy pequeña, por lo que directamente damos la altura de barrera necesaria para llegar a la energía solicitada sin escurrimientossobre el azud

Altura de la Barrera 5 mCota de la Barrera 725 m

2- Cálculo de la curva de Descarga - Método del Bur eau of Reclamation

Los parámetros que influyen en la curva de descarga son:* Altura de la Barrera P* Carga Hidráulica Ho (incluye la altura de velocidad)* Inclinación del Paramento aguas arriba* Situación de sumergencia aguas abajo* Interferencia de Pilas y Estribos

Verificaremos si el Qmax pasante se puede dar con el Azud Fijo sin sobrepasar la cota máxima aceptable para inundacionesEl caudal máximo corresponde a los meses de invierno, luego verificaremos si un 20% más de caudal no genera desbordespor más que se reduzca la revancha. La carga máxima deberá llegar entonces 1m por debajo de la cota de inundaciones

Caudal Máximo de diseño 54 m3/s Meses de InviernoCarga Máxima para el Caudal de diseño h 1.5 m Dejando 1m de revancha

Como la curva de descarga depende de la situación aguas abajo, calculamos el nivel de energía aguas abajo suponiendoescurrimiento normal en una sección rectangular de 15m de ancho con rugosidad 0,033. Se puede suponer esta situación yaque el río mantiene la geometría una gran longitud aguas abajo, sin interferencias. Si esto no fuera así deberíamos modelarel funcionamiento del Río aguas abajo para diferentes caudales.

Altura de aguas abajo suponiendo canal con n 0.033 2.48 mB 15 RH 1.86H2 2.48 c 33.62A 37.2 v 1.45PM 19.96 Q 53.99

Con la Simbología del B of R

Carga hidráulica sobre el vertedero Ho 1.5 m debería incluir la altura de velocidad pero es despreciableProfundidad de agua en el vertedero P 5 m En este caso es la Altura del Azud. En presas noTalud del Paramento Aguas Arriba Z vertical

P/H 3.33 mA- Obtenber Coeficiente de gastoFigura 9-23 con P/Ho Co 3.95 2.16 en SI se multiplica por la Raiz de 0,3 m/ft

B- Corregir por paramento aguas arriba inclinadoFigura 9-25 con P/Ho y Talud Cincl/Cvert 1 En este caso es vertical, igual inside poco

Cincl 2.164

C- Verificación de la Altura de Velocidadq=C.H^(3/2) q 3.97 m3/s/m

P+H 6.50 mv=q/(P+H) v 0.611 m/shv=v^2/(2.g) hv 0.019 m Como vemos es despreciable

D- Verificación de variación del coeficiente de gas to según las condiciones aguas abajohd+d 6.5 m d: tirante aguas abajo H2 para nosotros(hd+d)/He 4.33 hd: altura de veloc + pérdida de cargahd 4.02 mhd/He 2.68

Figura 9-26 con (hd+d)/He y hd/He se busca el funcionamiento que puede reducir el coeficiente de descargaSegún Figura 9-27 si es torrente y 9-28 si es resalto semi sumergidoEn este caso vemos que se formará un resalto y no habrá influencia de aguas abajo con en Coef. de gasto

E- Determinación de la longitud efectiva mínima nec esaria mayorada por efectos de pilas y estribosLongitud efectiva mínima necesaria despejada de Q=LxCxH^(3/2) 13.59 mLongitud corregida por pilas y Estribos N máx de Vanos 2.26

Nº de Pilas 2L Total de vanos L´=L+(2x(NxKp+Ka)xHe) 14.25 m Si no entra no puede ser Azud Fijo

Coef. de contracción de Pilas Kp vale 0,1 para pilas redondeadas KaCoef. de contracción de Estribos Ka vale 0,20 para estribos perpendiculares al flujo

Fig 9-24 Fig 9-27He/Ho He C/Co hd+d (hd+d)/He Cs/C Cs CsxHe^(3/2) He+P v aprox hv Cota Agua Caudal

0,1 0,15 0,82 5,15 34,33 1 1,77 0,10 5,15 0,02 2,04E-05 725,15 1,400,2 0,30 0,85 5,30 17,67 1 1,84 0,30 5,30 0,06 0,000166 725,30 4,110,4 0,60 0,9 5,60 9,33 1 1,95 0,90 5,60 0,16 0,001332 725,60 12,290,6 0,90 0,94 5,90 6,56 1 2,03 1,74 5,90 0,29 0,004419 725,90 23,590,8 1,20 0,97 6,20 5,17 1 2,10 2,76 6,20 0,44 0,010101 726,21 37,48

1 1,50 1 6,50 4,33 1 2,16 3,97 6,50 0,61 0,019077 726,52 54,001,2 1,80 1,03 6,80 3,78 1 2,23 5,38 6,80 0,79 0,031955 726,83 73,11

725,00

725,20

725,40

725,60

725,80

726,00

726,20

726,40

726,60

726,80

727,00

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00

Q (m3/s)

Cot

a A

gua

F- Curva de Gasto

Se construye una tabla como la que sigue donde se corrige primero el coeficiente gasto por la relación entre la carga existentey la de cálculo (He/Ho). Se ingresa en la Figura 9-24 para corregirlo. Luego se analiza la influencia desde aguas abajo según las figuras 9-26 9-27 y 9-28, en este caso no hay incidencia. Luego se determina el caudal unitario con la ecuación de gasto para obtener la velocidad y la altura de velocidad que nos dirácuál es la altura en el embalse o mejor aún la Cota de aguaPor último se obtiene el caudal total multiplicando por la longitud efectiva, no por la total

3- Forma del Perfil de la Caída

Deberíamos Adoptar el del Bureau of Reclamation, por simplicidad práctica haremos ahora un perfil Creger

Perfil CreagerPara h 1 Para h 1,5

x y x y0 -0,1 0 -0,19

0,1 -0 0,15 -0,050,2 -0 0,3 -0,010,3 0 0,45 00,4 -0 0,6 -0,010,6 -0,1 0,9 -0,090,8 -0,1 1,2 -0,21

1 -0,3 1,5 -0,391,2 -0,4 1,8 -0,61,4 -0,6 2,1 -0,851,7 -0,9 2,55 -1,31

2 -1,2 3 -1,832,5 -2 3,75 -2,94

-3,5

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

4- Cálculo del Cuenco Amortiguador de Energía

Caudal Q 54 m3/sAncho Rect B 14,25 mSalto H 5,00 mhc 1,14 mBc 1,70 mH2 2,48 m

DISEÑO DE PROFUNDIZACIÓN PARA RESALTO AHOGADO

d1 P V1 d1 d2 P ∆d1 ∆P

0,000 0,000 11,467 0,331 2,818 0,760 0,331 0,7600,331 0,760 11,828 0,320 2,869 0,819 -0,010 0,0590,320 0,819 11,885 0,319 2,877 0,828 -0,002 0,0090,319 0,828 11,894 0,319 2,878 0,900 0,000 0,072

Fr 6,69 Verifica

Longitud del Resalto 19,32 m Woycicky

Propuesto Calculado

Adoptamos una profundización de 0,90y 20m de longitud uniendo el Creager y el tramo recto con un Radio de Gola de 2 mVer gráfico de Rgola en fc de la Carga y la Altura de la Presa sobre la Roca.

LO QUE SE HA OBTENIDO HASTA AHORA ES LO SIGUIENTE

5- Cálculo de las pantallas horizontales y verticales por el Método de la Rotura Compensada

Este método nos da la longitud de pantallas necesarias para que nohaya tubificaciónSe debe verificar para distintos caudales, cuál es el que presenta el gradiente más desfavorable.

CotasPto más Desfavorable Q Ho H2 A Arr A Ab ∆∆∆∆HH2 0,25 m 1,41 0,15 0,25 725,15 720,3 4,9Ho 0,15 m 4,12 0,3 0,48 725,3 720,5 4,82Altura del Azud 5 12,35 0,6 0,96 725,6 721 4,64C (para grava media) 3,5 23,70 0,9 1,45 725,9 721,5 4,45∆H 4,9 37,65 1,2 1,95 726,2 722 4,25L nec = C.∆H 17,15 54,24 1,5 2,5 726,5 722,5 4

73,44 1,8 3,05 726,8 723,1 3,75

Como el espesor de fondo que resulte inside en la longitud del recorrido de la linea de flujo, debenadoptarse los valores y luego ir verificando

Adopto e fdo= 1,5 m

Zampeado Aguas Arriba 0 AdoptadoPantalla A Arr 6 AdoptadoPantalla abajo 3 Adoptadoespesor de las pantallas 1 AdoptadoL subida pantalla A Arr 3,600 L pantalla - espesor - p cuencoL bajada pantalla abajo 0,600 L pantalla - espesor - p cuencoProy Horizontal del Creager+Escarpe 6,31Longitud del Zampeado 26,71

L compensada 22,77 verifica

6- Verificación del espesor por Subpresiones Despre ciando la Colaboración del Agua Superior

Punto hi LongA H1 5.15 0 Las alturas de columna hi son tomandoA´ 5.15 0 como plano de referencia el fondo del RíoB 4.45 6C 4.33 7 Para obtener las presiones en el zampeadoD 3.91 10.600 debe hacerse hi zam = hi + p cuenco + eE p inicial 3.17 16.910F p final 0.79 37.310G 0.72 37.910H 0.60 38.910I H2 0.25 41.910

Presión media hi 1.98 m.c.a / m Con el Cero al Nivel del fondo RíoPresión media hi zam 4.31 En el nivel del Hormigón del Zampeado

0.43 kg/cm2

Peso H Se desprecia el aporte del agua sobre el cuencoe kg/cm2 Coef Seg

1.5 0.36 0.84

No verifica Verifica Peso H > Presión Agua

Soluciones: Aumentar espesorIncrementar pantalla aguas arriba (la de aguas abajo produce el efecto contrario)Agregar o aumentar Blanket o Zampeado Aguas arribaAgregar DrenesCuenco no enterrado, implica discipación necesaria aguas abajo ó fosa controlada.Combinaciones de las Mismas

ITERAR EN CLASE SI HAY TIEMPO…. O EN LA CASA - VER AZUD MÓVIL