07 Capitulo 4 Obras Civiles Sifon Invertido (1)

Construcción de Sifón Invertido Sambor OBRAS CIVILES

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CAPITULO IV OBRAS CIVILES

4.1. MEMORIA DESCRIPTIVA 4.1.1. GENERALIDADES

Las obras civiles en el presente proyecto se desarrollaron para brindar al sifón las obras que garanticen la adecuada captación desde el canal Sambor, conducción y entrega del recurso hídrico al canal de conducción denominado Chaquepay Pitucocha en condiciones optimas para su manejo y uso en el riego de las áreas proyectadas dentro del proyecto denominado Irrigación Sambor.

4.1.2. DESCRIPCIÓN DE LAS OBRAS

Todas las obras proyectadas en la presente consultoría corresponden al proyecto del SIFON SAMBOR, el mismo qu se dimensiono para conducir un caudal de 350 l/s. Las características principales que tiene el Sifón Invertido en su alternativa elegida son las siguientes:

• Recurso hídrico Río Cheche y Turpay • Caudal de diseño (Q) 0.350 m3/s • Altura bruta (Hb) 429.58 m • Longitud de tubería 1,709.98 m • Distancia Horizontal 1,449.07 m • Diámetro de tubería 500 mm • Bloques de anclaje 20 Und. • Bloques de apoyo 257 Und. • Estructura de entrada 01 Und. • Estructura de salida 01 Und. • Pase aéreo 01 Und.

La estructura del Sifón se inicia en el desarenador/cámara de carga de la estructura de entrada, en la progresiva km 9+560 de la línea de conducción principal del canal Sambor con una cota de inicio de 3,701.71 msnm, a nivel de piso terminado, a partir de la cual se realiza el trazo con una línea de rasante directa hasta la progresiva 0+654.41 punto donde se efectúa un giro de 21.32 grados en el sentido contrario al movimiento de las agujas del reloj, luego el trazo sigue en esta dirección hasta la progresiva 1+025.5 donde se presenta otro cambio de dirección con un ángulo de 30.30 grados en el sentido contrario al movimiento de las agujas del reloj, el trazo continua hasta llegar a la progresiva 1+449.07 donde finaliza el sifón y se inicia el canal Chaquepay Pitucocha, km0+000 (Cámara de Salida) con una cota de 3677.90 msnm. .

4.1.2.1. Accesos

El área del Proyecto está comunicada con el resto del departamento del Cusco a través de la carretera Cusco-Huarocondo-Pachar con una distancia de 89 km de la ciudad de Cusco.

4.1.2.2. Campamentos

El campamento se ubicará en la zona baja de la quebrada Sambor esto posibilitará la ejecución de las obras civiles y el montaje de la tubería a presión. Se deben preparar plataformas para la construcción de los campamentos, las mismas que permitan su mayor funcionalidad.

4.2. ESTRUCTURAS QUE FORMAN PARTE DEL SISTEMA DE APROVECHAMIENTO Las estructuras que forman parte del esquema de obras civiles que constituyen el presente proyecto son las siguientes:

Estructura de entrada al sifón. Obras de caída (bloques de anclaje y apoyos) Pase aéreo (sobre el río Huarocondo) Pase ferroviario Estructura de disipación de energía, desfogue y limpia Pase vehicular Estructura de salida

4.2.1. ESTRUCTURA DE ENTRADA AL SIFÓN

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Se inicia en la progresiva km 9+560 del canal Sambor y se encuentra emplazada en una ladera natural de la zona denominada Sambor. Es una estructura de concreto armado y esta constituido por un desarenador de 5.75m de longitud ancho de 1.35m en la base menor y de 2.0m en la base mayor y una profundidad de 0.37 m para luego ingresar mediante un orificio de 0.37 x 1.20m a una cámara de carga de 1.20 x 1.20 m, donde se inicia la tubería de presión, con el objeto de que no se formen turbulencias y burbujas de aire al ingreso del agua a la tubería se prevé una altura de carga mínima de 0.60 m. La tubería a presión se inicia en un compartimiento lateral ubicado al final de la cámara de carga. Para evitar el ingreso de material flotante se ha previsto una rejilla situada en el orificio de ingreso. Este compartimiento estará techado por una losa de concreto armado y se tiene una tapa de inspección que facilitara el ingreso de personal en el momento del mantenimiento, para lo que se construirá una escalera tipo gato empotrada a una de las paredes del compartimiento. Para el paso de las aguas en exceso o cuando el sifón deje de operar se ha considerado una compuerta al final del desarenador el mismo que funcionara como vertedero y también como canal cuando el sifón no funcione o se pueda regular de acuerdo a las demandas existentes en ambas direcciones.

4.2.2. OBRAS DE CAÍDA.

Se comprenden como obras de caída a aquellas que permiten dar el peso necesario para contrarrestar las fuerzas de los fluidos que podrían hacer que la tubería a presión se movilicen y de esta manera hacer que la tubería se mantenga en tierra e evitar los movimientos laterales. Las obras de caída normalmente están conformadas por las siguientes estructuras:

• Bloques de Anclaje • Bloque de Apoyo

Los bloques de anclaje diseñados para absorber los esfuerzos que se originan debido al cambio de dirección en el flujo de agua se realizaron para que estos trabajen por gravedad, es decir por peso propio de la estructura, por tanto son los que absorben los esfuerzos; habiéndose verificado estos contra el volteo, deslizamiento y aplastamiento. Los bloques de apoyo tienen la finalidad de mantener la alineación de la tubería, por lo que se coloca cada tramo de tubo. La longitud real de la tubería forzada es de 1709.98 m y su diámetro interior es de 500 mm a lo largo de la tubería existen 20 anclajes y 257 apoyos. A la salida de la estructura de entrada al sifón se encuentra la embocadura de la tubería. Para el cálculo estático de las estructuras de anclaje se consideró un peso específico del concreto de 2,200 kg/m3.

4.2.2.1. Bloques de Anclaje. Los bloques de anclaje de concreto envuelven la tubería de presión con el propósito de fijarla al terreno. Por lo tanto, deberán resistir cualquier fuerza que la tubería ejerza sobre ellos. Para el caso del Sifón Invertido Sambor estos se ubican en aquellos lugares donde existan cambios de dirección o de pendiente, o donde existan cambios de sección. Para su cálculo se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:

• Dependiendo del cambio de pendiente los anclajes pueden ser hacia afuera o hacia adentro. • Los bloques de anclaje hacia afuera tratan de sacar al tubo hacia el aire. • Los bloques de anclaje hacia adentro son favorables y tratan de meter el tubo hacia el terreno.

Para el cálculo se deben tener en cuenta también los accesorios, juntas de dilatación y reducciones. Para el cálculo de los bloques de anclaje se han considerado las siguientes fuerzas:

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1. Componente del peso de la tubería con agua perpendicular a ella. 2. Fuerza de fricción entre la tubería y los apoyos. 3. Fuerzas en los cambios de dirección debido a la presión hidrostática. 4. Componente del peso de la tubería paralela a ella. 5. Fuerza debida a cambio de temperatura en la tubería. 6. Fuerza de fricción en la junta de dilatación. 7. Fuerza debida a la Presión hidrostática dentro de las juntas de expansión. 8. Fuerza debida al cambio de dirección de la cantidad de movimiento. 9. Fuerza debida al cambio de diámetro cuando hay reducción

Verificación de la Estabilidad del Bloque de Anclaje

a. En el tramo superior 1. Peso propio del tramo del tubo lleno de agua. 2. Presión del agua dentro del tubo. 3. Esfuerzo de impulso debido a la desviación de escorrentía. 4. Sumatoria de fuerzas en el tramo superior.

b. En el tramo inferior

1. Peso propio del tramo del tubo lleno de agua. 2. Presión del agua dentro del tubo. 3. Esfuerzo de impulso debido a la desviación de escorrentía. 4. Sumatoria de fuerzas en el tramo inferior:

c. Diagrama de fuerzas resultantes

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La geometría final de bloque de anclaje sugerido, se encuentra en los planos adjuntos, en los cuales se han obtenido 20 anclajes, que serán los que trabajen de acuerdo a la solicitud de esfuerzos que se requiera en cada punto de quiebre. En todo caso el volumen de concreto determinado en los planos no será menor que el volumen hallado con las metodologías descritas en este capítulo.

4.2.2.2. Bloques de Apoyo

Los bloques de apoyo o llamados también soportes deben construirse de tal manera que permitan el movimiento longitudinal de la tubería a presión, al contraerse o dilatarse debido a los cambios de temperatura y deben cumplir los siguientes requerimientos:

• Los apoyos deben estar construidos sobre suelo firme y no sobre relleno. La superficie de contacto del apoyo con el suelo de cimentación debe estar calculada para soportar el peso el peso sin exceder el límite de capacidad de resistencia del suelo. • Es necesario hacer canaletas de drenaje a lo largo del eje de la tubería a presión, para evitar la erosión de los cimientos de los soportes.

•Se debe calcular el máximo espaciamiento entre soportes de la tubería a presión a fin de esta no falle por flexión.

Para el cálculo de los apoyos simples se ha seguido la siguiente secuencia de cálculo, considerando las siguientes fuerzas que intervienen en los apoyos:

1. Componente del peso del tubo con agua por unidad de longitud. 2. Fuerza de fricción entre apoyo y tubo

La longitud entre apoyos (La) no debe causar deflexiones excesivas, ni esfuerzos de flexión mayores a los admisibles en la tubería de presión. Se establece que La < 8 m, para hallar una flecha máxima “y” en el tubo tratado como una viga simplemente apoyada donde intervienen los pesos del tubo y del agua, no mayores a lo permisible. Para el cálculo de los apoyos se ha considerado los efectos de las fuerzas actuantes cuando la tubería se dilata o se contrae. El esfuerzo mínimo (S) en la base debe cumplir las siguientes condiciones:

1. S base < S admisible del terreno. 2. La S base mínima debe ser positivo; caso contrario significará que se produce volteo.

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Los bloques de apoyo diseñados para el sifón invertido se encuentran tabulados en el Anexo correspondiente para las condiciones tanto de dilatación como de contracción a lo largo de todo el recorrido de la tubería a presión. La forma y los volúmenes obtenidos en la hoja de cálculo serán referenciales, debiendo el Contratista ceñirse a la geometría recomendada en los planos de bloques de apoyo respectivo. En todo caso el volumen de concreto no será menor al recomendado en la hoja de cálculo. Para el cálculo se ha utilizado el valor de capacidad portante del suelo que indica el estudio geotécnico.

4.2.3. PASE AEREO SOBRE EL RIO HUAROCONDO

En el tramo inferior entre las progresivas km 0+660 al km 0+680 (dentro del tramo de pendiente cero) se ha previsto una viga con 02 columnas de concreto armado y 02 estribos de apoyo de concreto armado, sobre lo que descansará una viga prismática tipo “T” de sección constante, que será soporte y apoyo del tramo de tubería presurizada.

4.2.4. PASE FERROVIARIO

Entre las progresivas km 0+638 a la progresiva km 0+644, se encuentra la vía férrea del tren Cusco – Machupicchu, por lo que para poder cruzar esta vía es necesario coordinar con los funcionarios del Ferrocarril TransAndino S.A. para poder tener permiso. Por ello se plantea un pase ferroviario que presenta un ancho de vía de 6m tal y como exige la empresa ante mencionada y permite a su ves contar con posibilidad de acceso libre a la tubería para cualquier trabajo de mantenimiento que resulte necesario realizar durante la operación del sifón.

4.2.5. ESTRUCTURA DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA, DESFOGUE Y LIMPIA

Para la purga de sedimentos acumulados en la parte inferior de la tubería a presión se ha previsto la construcción de una estructura de soporte de concreto armado, en la progresiva km 0+687, la misma que alberga una tee de bifurcación, una válvula, un codo y un tramo de tubería de ø 8” y reducciones cuyo chorro será dirigido a una caja de disipación de energía, cuya estructura especial será cubierto con planchas metálicas para evitar la erosión del concreto. Así mismo, se prevé la instalación de un manómetro para un mejor control de purga.

4.2.6. PASE VEHICULAR

Dado que el sifón planteado tendrá que pasar por la carretera Huarocondo Pachar, es necesario construir una estructura que permita el paso de la tubería forzada a través de la carretera, esta estructura es un pase vehicular que permite el paso de los vehículos y permite una operación segura del sifón, cuenta con una longitud aproximada de 15m y se ubica entre las progresivas km 0+688 al km 0+703.

4.2.7. ESTRUCTURA DE SALIDA

Para poder decepcionar el agua proveniente del sifón invertido es necesario plantear una estructura que disipe la presión hidrodinámica del chorro de agua, esta estructura se denomina disipador de impacto la que cuenta con una pantalla frontal al chorro de modo de disipar su energía y conducir el agua de manera controlada hacia el canal, el ancho de esta estructura es de 1.50m, y tiene una longitud de 2.35 m, esta cuenta con el refuerzo tanto en la cara de la pantalla como en el piso de la estructura de planchas de acero para reducir el efecto de la erosión.

4.2.8. CALCULOS ESTRUCTURALES TRAMO INFERIOR DEL SIFON. 4.2.8.1. Diseño de Viga.

La viga puente ha sido diseñada como una viga simplemente apoyada en sus extremos y empotrado en sus puntos de apoyo interno, la sección de la viga es tipo “T” de sección prismática constante, siendo de sección constante. Las cargas a las que será sometida la viga son el peso del agua dentro

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del tubo y el tubo, fuerza de impacto, una sobrecarga viva debido al posible paso de los peatones por este acueducto y el efecto sísmico. Los detalles y armado de la viga se muestran en los planos respectivos, indicando que en el tramo central es necesario hacer una contraflecha de 2 cm. y en los tramos extremos de 1 cm. en el encofrado para evitar el pandeo de las vigas.

4.2.8.2. Diseño de Columna

El diseño de las columnas contempla la utilización de 02 columnas que están alejados del lecho del río y soportarán el peso de la viga puente, del agua, del tubo y otras cargas que se presenten al momento de la operación.

4.2.8.3. Diseño de la zapata

El diseño de la zapata será de concreto armado con un concreto de f´c= 210 kg/cm2, estará colocada sobre una falsa cimentación de concreto simple de 0.10 m de espesor con una mezcla de 1:10, sobre una capa de enrocado con piedra grande.