Chriii Ems p Gcz Conduccion Sifon

CAR. PANAMERICANA SUR KM 19.50 VILLA EL SALVADOR – LIMA

CONSTRUCCION SAC TELEF. 7175572

EMS CANAL DE CONDUCCION – CH RUNATULLO II

INDICE 1.00 GENERALIDADES

1.10 Objeto del Estudio

1.20 Ubicación del área en Estudio

1.30 Características del Proyecto

2.0 GEOLOGIA Y SISMICIDAD

2.1 Geología

2.2 Sismicidad

3.0 INVESTIGACIÓN DE CAMPO

3.10 Calicatas de exploración

3.20 Toma de muestras

3.30 Pruebas de penetración dinámica ligera

4.0 ENSAYOS DE LABORATORIO

4.10 Clasificación de Suelos

5.0 DESCRIPCIÓN DEL PERFIL ESTRATIGRÁFICO 6.0 DESCRIPCIÓN DE LAS SINGULARIDADES ENCONTRADAS 7.0 ALTERNATIVA DE SOLUCION 8.0 ESTIMACION DE LA CAPACIDAD PORTANTE DE LOS ANCLAJES DEL

SIFON

8.10 Profundidad de Cimentación

8.20 Tipo de Cimentación

8.30 Capacidad Portante

9.0 ANALISIS HIDRAULICO, PERDIDAS DE CARGA




9.1.- Consideraciones iniciales

9.2.- Cálculo de la perdida de carga 9.2.1 Pérdidas singulares

9.2.2 Cálculo de las Pérdidas de cargas

10.0 CONCLUSIONES




INFORME TECNICO 1.00 GENERALIDADES

1.10 Objeto del Estudio

El objetivo del presente Informe Técnico, es evaluar y plantear una

alternativa de solución para el pase de la conducción de la CH

Runatullo II entre las prograsivas 0+940 y 1+680 del proyecto original,

dadas las condiciones del suelo encontradas en el entorno de la

Quebrada Vadopampa.

1.20 Ubicación del área en Estudio

El terreno en estudio se encuentra ubicado en el distrito de Mariscal

Castilla, provincia de Concepción, departamento de Junín.

1.30 Características del Proyecto

El Proyecto consistirá en la construcción del canal de conducción

entre las progresivas 0+940 y 1+680, su sección es rectangular de

sección 2.00 x1.80 m2.

El canal ha sido resuelto inicialmente en concreto armado, a

continuación se muestra la sección típica de diseño




Figura Nº 001. Sección típica del canal C.H. Runatullo II

A continuación se muestra el trazo y progresivas originales:




Figura Nº 002. Trazo original del canal de aducción de la C.H. Runatullo II

2.0 GEOLOGIA Y SISMICIDAD

2.2 Geología

La plataforma del canal se conformará en los primeros 100 m

(progresiva 0+610 a 0+710) del canal en rocas graníticas

moderadamente fracturadas y moderadamente alteradas. A partir de

la progresiva 0+710 hasta la progresiva 2+285 se conformará en un

80% en suelos coluvio-residuales consistentes en bolones y gravas

angulosas a muy angulosas envueltos en una matriz areno-limosa




procedentes del intemperismo y erosión de las rocas graníticas y en un

20% en rocas graníticas moderadamente fracturadas y muy alteradas.

2.2 Sismicidad

Parámetros para estructuras convencionales

En la zona de estudio es posible la ocurrencia de sismos de

intensidad de VIII grados en la escala de Mercalli Modificada. Se

presenta el Mapa de Distribución de Máximas Intensidades Sísmicas

Observadas en el Perú realizado por Alva Hurtado (1984), el cual se

basó en mapas de isosistas de sismos peruanos y datos de

intensidades puntuales de sismos históricos y recientes.

Junín se encuentra en la Zona 2 en la Zonificación Sísmica del Perú,

los parámetros geotécnicos corresponden a un suelo de perfil tipo S2,

con período predominante de Tp = 0.6 seg. y factor de suelo S=1.2

para ser usado en las Normas de Diseño Sismo-Resistente.

Parámetros para estructuras de tierra (taludes)

En lo que respecta a los cálculos de estabilidad de taludes, Según este

estudio se deberá tomar en cuenta como la aceleración sísmica de

diseño para las obras proyectadas, los valores de 0.23 g, si las

cimentaciones corresponden a roca Tipo B y 0.31 g si las

cimentaciones corresponden a suelo firme (Tipo D). Para el calculo de

estabilidad pseudoestática en excavaciones en roca el valor de 0.12 g

y en suelo firme de 0.16 g.




3.0 INVESTIGACIÓN DE CAMPO

La base de la investigación geotecnia se sustenta en los trabajos de

campo, los mismos que deben ser ejecutados sin ninguna restricción y de

acuerdo a los requerimientos de la estructura a proyectar, en este caso

para determinar las características del sub suelo se hicieron trece

exploraciones con ocho calicatas y cinco ensayos de penetración DPL

Ademas se hicieron dos piques de verificación.

3.10 Calicatas de exploración

Como se ha indicado, se excavaron ocho calicatas, ubicadas en el terreno

de tal manera que nos permitieron inferir características de la formación

del sub suelo. La profundidad máxima explorada estuvo en relación a la

magnitud de las cargas transmitidas por la superestructura. Las

profundidades de excavación fueron las siguientes:

Calicata Profundidad (m.)

C-1 2.00

C-2 2.50

C-3 2.10

C-4A 1.80

C-4B 2.30

C-5 1.30

C-6 2.00

C-7 2.20

3.20 Toma de Muestras.

Se obtuvo muestras para el respectivo análisis de laboratorio, con el

que se ha obtenido las características físico-mecánicas del suelo




determinándose la clasificación de acuerdo al Sistema Unificado de

Clasificación de Suelos. Estas aun están en elaboración.

3.30 Pruebas de Penetración Dinámica Ligera

Como se ha indicado, se realizaron también cinco pruebas de

resistencia in situ, con ensayos de Penetración Dinámica Ligera

(D.P.L.). Este ensayo consiste en hincar un tubo de medidas

estándares (diámetro 1”) y una punta cónica de penetración con un

ángulo de 90º, por medio de una masa de fierro de 20 kilos de peso,

dejada caer desde una altura de 0.56 metros, contabilizándose el

número de golpes necesarios para hacer penetrar el tubo una

profundidad de 0.10 metros. Para mayor referencia se puede ver el

artículo “Penetración Dinámica Ligera (DPL)”, presentado como

ponencia en el XIII Congreso Nacional de Ingeniería Civil realizado en

la ciudad de Puno, por los Ingenieros Alberto Martínez Vargas y José

Martínez Del Rosario. Estos ensayos alcanzaron las siguientes

profundidades:

ENSAYO Nº PROFUNDIDAD

DP – 1 2.20

DP – 2 3.80

DP – 3 2.80

DP – 4 2.70

DP – 5 2.10




4.0 ENSAYOS DE LABORATORIO

Los ensayos de Mecánica de Suelos se realizaron de acuerdo a las

normas ASTM y la siguiente relación:

- Contenido de Humedad ASTM D-2216.

- Análisis Granulométrico por Tamizado ASTM D-422.

- Limite Líquido ASTM D-4318.

- Limite Plástico ASTM D-4318

- Corte Directo en Laboratorio ASTM D-3280

4.10 Clasificación de Suelos

Los suelos se clasificarhan sido clasificados de acuerdo al Sistema

Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), según se muestra en los

resultados de los ensayos de laboratorio.




5.0 DESCRIPCIÓN DEL PERFIL ESTRATIGRÁFICO

El terreno en estudio es de una superficie semiplana. La investigación del

subsuelo se realizó con la excavación de ocho calicatas en las que se

encontró material arenso, y gravoso en algunos casos. Cada exploración

presenta la configuración de estratos como sigue:

Calicata C - 1

De 0.00 a 2.00 m. hemos encontrado una arena media húmeda de

consistencia semi suelta y con rocas aisladas de color gris rojizo.

Calicata C - 2

De 0.00 a 1.90 hemos encontrado un material limoso con presencia de arena

húmeda y presencia de pequeñas raíces, de consistencia semi suelta y de

color negro. A continuación se encontró arena gruesa de consistencia semi

suelta, húmeda y de color gris oscuro.

Calicata C - 3

De 0.00 a 2.10 m. Arena media húmeda y con algunas raíces alteradas de

consistencia semi suelta y de color marrón claro.

Calicata C – 4A

De 0.00 a 1.80 se encontró una arena media con presencia de raíces

alteradas, húmeda y de consistencia semi compacta de color gris rojizo.




Calicata C - 4B

De 0.00 a 1.70 se encontró Arena media con presencia de restos orgánicos,

húmedo y de resistencia semi-suelta de color negro. A continuación de 1.70

hasta 2.50 m se encontró arena con presencia de rocas alteradas, húmeda y

de consistencia semi-compacta de color gris amarillo.

Calicata C - 5

De 0.00 a 1.30 m. se encontró un suelo gravoso con presencia de arena

media, semi compacta y de color gris.

Calicata C – 6

De 0.00 a 1.20 m. encontramos una Limo arenoso con presencia de gravas

aisladas, húmeda y de consistencia semi suelta y de color beige. Luego de

1.20 m a 2.00 encontramos una arena media húmeda y de consistenciaa

semi compacta y de color gris.

Calicata C – 7

De 0.00 a 1.10 m se encontró arena media con presencia de rocas alterada,

húmeda y de consistencia semi suelta y de color gris. Grava cuyo origen se

asocia a rocas alteradas, con presencia de arena media, húmeda y con

algunos lentes de limo, de consistencia semi compacta y color gris.




6.0 DESCRIPCIÓN DE LAS SINGULARIDADES ENCONTRADAS

Como se mencionó El terreno en estudio es de una superficie semiplana,

luego de los cortes masivos de terreno realizados. La investigación del

subsuelo se realizó con la excavación de ocho calicatas en las que se

encontró material arenoso, gravoso en algunos casos, y en otros material de

naturaleza orgánica de baja capacidad. A continuación indicaré los puntos,

en los cuales se densificó la investigación del suelo por la presencia de suelos

de naturaleza orgánica.

Progresiva 1+310 a 1+325

En este tramo se pudo observar un suelo de naturaleza orgánica. Para

evaluar su potencia y posible solución a la cimentación del canal, se dispuso

la ejecución de dos calicatas C-4A y C-4B , seguidamente se presentan

vistas y explicaciones de cada una.

Vista general del tramo en estudio




Ubicación de Calicata C-4ª,

a la derecha se observa un agujero, que corresponde a la calicata C-4B

Vista interior de la calicata C-4ª, se observa un material arenoso, tipo SP color

beige.




Vista interior de la calicata C-4B, se observa un material arenoso, en principio se observa un suelo negro hata la profundidad de -1.70 m, luego se observa un suelo

similar al encontrado en la calicata C-4A

Como se observa en las vistas el material orgánico hasta -1.70 m. de

profundidad.

Progresiva 1+270 a 1+295

Para la investigación de este tramo se hizo un pique al centro de lo que se

observa como suelo orgánico.




Vista general del tramo en estudio

En el pique P-2, se observa que el material orgánico

Como se observa en las vistas el material orgánico se pierde al inicio de la

excavación del pique P-2 superficialmente, se observan filtraciones.

Progresiva 1+310 a 1+325 Sequia pequeña.

En este tramo se pudo observar un suelo de naturaleza orgánica. Para

evaluar su potencia y posible solución a la cimentación del canal, se dispuso

la ejecución de un pique (excavación pequeña), seguidamente se presentan

vistas y explicaciones de cada una.




Vista general en zona de Zona de sequía en progresiva 1+355

Se observa que el material orgánico se extiende en toda la profundidad.

Como se observa en las vistas el material orgánico se mantiene a través de la

excavación del pique, pero el tramo es pequeño. Se podría resolver con un

puente canal de 10.00 m.




Progresiva 1+160 a 1+220 Quebrada Vadopampa, presencia masiva de material

orgánico

En este caso es inevitable retirarse del material orgánico, tanto por su

calidad, como por su condición de material masivo

En este caso se requeriría un puente canal de aprox 25.00 m. entre la

progresiva 1+190 y 1+170.

Ademas se detectaron algunos puntos más de condiciones desfavorables del

terreno. En seguida se muestra una zonificación de las zonas en las que se

encontró material indeseable como suelo de fundación del canal.




Figura Nº 003. Zonas de suelo desfavorable para la construcción de canal de

aducción de la C.H. Runatullo II




7.0 ALTERNATIVA DE SOLUCION

Como hemos discutido, las obras requeridas para la conducción de las

aguas a emplear en la Central Hidroeléctrica Runatullo II debe cruzarse la

llamada quebrada Valopampa, en la cual se ha encontrado zonas de terreno

de baja competencia para desarrollar el canal originalmente previsto. Frente

a esto se han considerado varias alternativas de cruce, siendo la más

prometedora, en términos de costo y seguridad, el empleo de un sifón

invertido de acero de 205 metros de longitud.

Como parte de la evaluación se elaboró un anteproyecto y un cálculo de la

pérdida de carga total. A continuación se presentan los esquemas generales

del proyecto.

Figura Nº 004.Planta del Sifón




Figura Nº 005.Corte en el SIfón De la misma manera se ha evaluado suelo en el nuevo trazo propuesto, en el

cual se han ejecutado 04 calicatas, cuyas características se indican a

continuación.

Figura Nº 006.Ubicacion de exploraciones




Calicata SC-1

De 0.00 m. a 0.40 m, encontramos suelo de cultivo color marrón oscuro a

negro con olor orgánico, raíces alteradas de matriz arcillosa húmeda. Luego

de 0.40 a 1.60 m. encontramos una arena de coloración grisácea claro de

compacidad firme con presencia de sedimentos de roca alterada oxidada de

origen graníticos, húmeda. De 1.60 m. a 1.80 m. encontramos un suelo

compuesto por bloques de roca alterada con arena medianamente compacta,

color marrón claro.

Calicata SC-2

De 0.00m. a 0.90 m. , encontramos una tierra de cultivo del color marrón

oscuro humada ,con olor, gravas finas (3") con manchas amarillentas

húmeda, compacto de matriz arena arcillosa ,raicillas intercaladas. Luego de

0.90 m. a 1.30 m., encontramos arena limosa de húmeda a mojada color

amarillento a marrón claro con tintes de óxidos , de compacidad firme.

Finalmente de 1.30 m. a 2.50 m. es un suelo homogeneo areno-limoso

saturado de coloracion amarillento blanquesino ,no plastico de compacidad

dura con manchas de oxidacion y verduscas con gravas angulosas finas en

10% del estrato. A partir de 2.00m. presenta una filtracion de agua.

Calicata SC-3

De 0.00 a 0.40 m, hemos encontrado una suelo arcilloso plástico con

presencia de abono ,raíces .de color marrón a negro con olor compacto, de

0.40 a 0.70 se observa arena gruesa bien graduada con raicillas y matriz

limosa de color marrón amarillento, semi suelto poco húmedo, luego de 0.70

m. a 1.50 m. encontramos una arena fina color amarillento a marrón poco

limosa de compacidad firme con pigmentos grisáceos húmeda. A

continuación 1.50m. a 2.20 m. encontramos una arena de media a fina color

amarillento claro grisáceo , húmeda de compacidad firme con residuos de




roca alterada degradable, aislados presencia de limos bien alternados, luego

de 2.20 m. a 2.60 m., encontramos una arcilla de mediana con presencia de

arena fina con micas de consistencia firme ,de color marrón claro

amarillento de estructura en bloques húmeda, finalmente de 2.60 a 3.00 m.

hemos encontrado arena gruesa bien graduada con presencia de micas

,lavada de compacidad semisuelta color blanquecino lechoso.

Calicata SC-4

De 0.00 m a 2.00 m encontramos relleno de suelo deslizado contaminado

arenoso con raices de compacidad suelto a semisuelto de cooracion

amarillento a plomiso de poca o baja humedad ,fracmentos de rocas

angulosas tamaño max. 5". Luego de 2.00 a 3.00 m., encontramos un suelo

algo contaminado color amarillento con micas con raicillas gravas finas

humedo de compacidad firme a semi suelto presencia de bolsones de tierra

arcillosa negra en un 2% de la estratigrafía.

Como se observa, se trata de suelo natural al final de la excavación con un

suelo areno limoso, competente para cimentar el sifón.

8.0 ESTIMACION DE LA CAPACIDAD PORTANTE DE LOS ANCLAJES DEL

SIFON

8.10 Profundidad de Cimentación

De acuerdo con las características del subsuelo y los sondeos

realizados, se ha considerado que la profundidad mínima de

cimentación será de 3.50 m., considerando los niveles presntados por

el anteproyecto del sifón.




8.20 Tipo de Cimentación

Conforme a las condiciones de suelo encontradas y el proyecto de los

anclajes, estimaremos la capacidad a los niveles de la estructura

predimensionada. Como minimo consideraremos una profundidad de

cimentación de 3.50 m.

8.30 Capacidad Portante

En este caso las características de resistencia se han obtenido

mediante el criterio de Terzaghi y Peck (1948), el cual se basa en la

presión para producir un asentamiento de 1”. Al respecto se han

realizado ensayos de penetración ligera (DPL), para los que

consideramos una correlación unitaria con el SPT. Para el Análisis de

asentamientos se han utilizado los criterios de Peck-Hanson –

Thornburn y de Braja Das. Se ha adoptado el criterio de limitar el

asentamiento total de la cimentación en función al tipo de

Estructura. Las formulaciones empleadas son las siguientes:

qadm=11.98Ncorr((3.28B+1)/(3.28B))2 (1+0.33Df/B)(Se/25.40)

Además debe cumplirse que

(1+0.33Df/B)<=1.33

Donde

Ncorr= NSPT (dpl) corregido por presión de tapada

Se=Asentamiento (mm.) (25.40 mm.)

Df=Profundidad de Cimentación (3.50.)

B=Ancho de la cimentación (4.00 m.)

Dada las características de la estratigrafía encontrada tenemos un

material granular al cual le corresponde un N’corr=8 en promedio,por

lo que la consideramos como el mas recurrente (Ver columnas




estratigráficas) incluyendo la posibilidad de ascensión del Nivel

freático. Luego tendremos:

qadm=129 Kn/mm2

qadm= 1.30 Kg/cm2

9.00 ANALISIS HIDRAULICO, PERDIDAS DE CARGA 9.1.- Consideraciones iniciales

Caudal de diseño: Q= 7.00 m3/s

Diametro de la tubería: D=1.85 m.

n (Manning): n=0.012

Area, A=πD2 /4: A=2.69 m2

Velocidad, V=Q/A V=2.60 m/s

r=radio medio hidráulico: D/4=0.46

A continuacion evaluaremos la perdidad de carga.

9.2.- Cálculo de la perdida de carga Los cálculos de GCZ están basados en la fórmula de Manning, los cuales

fueron chequeados con la fórmula de Scobey, preferidas por el respaldo de

numerosa información (Welded Steel Penstocks, US Bureau of Reclamation).

9.2.1 Pérdidas singulares

Las pérdidas en los codos están evaluadas con un coeficiente experimental

que afecta la carga de velocidad en la tubería. Asi mismo se consideró el

desarrollo segmentado con un radio de 4 veces el diámetro, para efectos de la

elección del coeficiente referido.

En cuanto a las pérdidas por transiciones, nuestro entendimiento es que

éstas, sean abiertas o cerradas, deben ser calculadas aplicando el




coeficiente seleccionado a la diferencia de las cargas de velocidad en los

extremos de la transición.

9.2.2 Cálculo de las Pérdidas de cargas

El sifón será construido empleando una tubería de acero de 1.85 m. de

diámetro interior, con codos desarrollados en base a segmentos y radio de

7.40 m en todos los casos.

Perdida por fricción (hf) Aplicando la fórmula de Manning

Luego, para la longitud total (L) de 205 m. da una perdida de carga (hf)

hf = sL=0.558 m.

Pérdidas localizadas

Las condiciones Hidráulicas en el canal de aproximación (entrada y

salida) son:




Q=7.0 m3/seg S=0.0015 n=0.014 Tirante: 1.72 m

Área: 3.44 m2 V1=2.04 m/seg hv=0.21m F=0.50

y en la sección cuadrada de la transición cerrada (cuadrado a circular)

A=3.42 m2 V=Q/A = 2.04 m/seg hv=0.21 m

r= 0.4625 m n = 0.012 s = 1.675485 x 10-3

Calculo de Pérdidas de Carga Localizadas

Fricción en transición de entrada = =0.008 Perdida en la transición (convergencia) = 0.20 (0.21 – 0.21) =0.000 Perdida en la transición cerrada (convergencia)=0.10 (0.344 – 0.21) =0.013 Fricción en transición cerrada = =0.016 Codo 30° PI-1 = 0.06 (0.344) =0.021 Codo 30° PI-2 = 0.06 (0.344) =0.021 Codo 30° (Fondo) PI-3 = 0.06 (0.344) =0.021 Codo 38° (Fondo) PI-4 = 0.075 (0.344) =0.026 Codo 38° PI-5 = 0.075(0.344) =0.026 Codo 90° (Horizontal) = 0.10 (0.344) =0.034 Transición cerrada (divergencia) = 0.20 (0.344-0.21) =0.027 Transición abierta – divergencia = 0.20 (0.21-0.21) =0.000




Transición abierta – fricción = = 0.003 Total pérdidas localizadas 0.216 RESUMEN: Pérdida por fricción 0.558 Total pérdidas localizadas 0.216 Total pérdidas 0.774 10 % extra 0.077

Carga requerida 0.851 m Perdida de Carga disponible: 0.945m

Como se observa la pérdida de carga disponible es mayor que la Carga requerida,

por lo que consideramos conforme la propuesta.




10.- Conclusiones

El trazo original del canal de la CH Runatullo II, atraviesa zonas en las que

el suelo es de mala calidad, tales como suelo orgánico blando. La misma

quebrada de Vadopampa presenta masivamente este tipo de suelo

Frente a esta problemática se propone un sifón tal como se ha descrito en el

presente informe, en mejores condiciones de cimentación.

Asi mismo luego de realizar el balance hidráulico, resulta que su

funcionamiento es conforme. Sobre el particular es de mencionar lo

siguiente:

o La pérdida principal (fricción) ha sido evaluada por GCZ de manera conservadora, empleando fórmulas que incluso ya incorporan algún deterioro por uso.

o Los cálculos incluyen una perdida adicional del de 10% normalmente

adoptado por acumulación de material fino en el sifón. o Se ha demostrado mediante este informe el funcionamiento favorable

del sifón proyectado.

Alternativamente a la solución planteada, es decir el sifón invertido, es de

mencionar que se podría también hacer un mejoramiento de suelos en los

sectores desfavorables del trazo original del canal, pero existe una mayor

vulnerabilidad en dicho tramo por los bajos factores de seguridad de los

taludes resultantes, ya que se ha evidenciado algunos deslizamientos en las

vecindades de las Quebrada Vadopampa, que aumentan el riesgo de daño en

nuestro canal.




Considerando que las condiciones geotécnicas son mejoradas, y el

funcionamiento hidráulico es conforme, recomendamos proceder con la

alternativa presentada, que consiste en la construcción de un sifón invertido.

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