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INDICE
1. Introducción……………………………………………………………………...Pág. 2
2. Objetivos…………………………………………………………………………Pág. 3
3. Generalidades…………………………………………………………………...Pág. 3
3.1. Ubicación Geográfica……………………………………………………..Pág. 3
3.2.Situación socio económica………………………………………………..Pág.3
4. Delimitación de la cuenca hidrológica de Paruro…………………………....Pag.4
5. Calculo de área y perímetro…………………………………………………….Pag.5
6. Calculo de caudal máximo………………………………………………….......Pag.5
7. Diseño de presa de tierra……………………………………………………….Pag.8
7.1.Altura de Presa………………………………………………………………Pag.8
7.2.Altura de la ola por viento………………………………………………….Pág. 8
7.3. Borde libre…………………………………………………………………..Pag.9
7.4.Ancho de la coronación……………………………………………….......Pag.9
7.5. Inclinación de las taludes ………………………………………………..Pag10
7.6.Redimensionamiento de las características geométricas de la
presa………………………………………………………………………...Pag.12
7.7.Selección de tipo de presa………………………………………………Pag.12
8. Línea de saturación……………………………………………………………Pag.13
9. Calculo de infiltracion………………………………………………………….Pag.15
10.Conclucion………………………………………………………………………Pag.15
DISEÑO DE PRESA - PARURO Página 1
DISEÑO DE UNA PRESA DE TIERRA
1. INTRODUCCION
Para el diseño de Presas de Tierra, cuya finalidad recae en contener o
almacenar agua que luego será usada tanto en regadío como para consumo
masivo de los habitantes de las comunidades conectadas al sistema, debemos
tener en cuenta ciertas leyes físicas y geológicas para el buen desempeño y
construcción de estas.
Las presas de materiales sueltos son terraplenes artificiales
construidos para permitir la contención de las aguas, su almacenamiento o
su regulación. Este tipo de presa fue la más utilizada en la antigüedad. En los
siglos XIX y XX han tenido uso bastante difundido debido al rápido desarrollo
de la técnica para trabajos con tierra y roca, y por la gran variedad de
esquemas constructivos que permite utilizar prácticamente cualquier suelo que
se encuentre en la zona,
desde materiales de grano fino hasta suelos rocosos previamente fracturados.
Además de esto, las presas de materiales sueltos tienen menos exigencias a la
deformabilidad de la fundación que cualquier otro tipo de presa.
Cualquier tipo de presa debe ofrecer condiciones de seguridad durante la
construcción y en el transcurso de su operación. Para ello, es importante que
exista una buena coordinación entre el diseño y la construcción para asegurar
que se hagan las correcciones necesarias de manera que las obras se ajusten
lo mejor posible a las condiciones reales de campo.
DISEÑO DE PRESA - PARURO Página 2
2. OBJETIVOS
El objetivo de este trabajo es dar a conocer los requerimientos para el diseño
de una presa de tierra y brindar herramientas complementarias para el análisis
de una presa como así como los software adecuados para este fin, todo esto
coordinado y trabajando en equipo
3. GENERALIDADES
3.1.UBICACIÓN GEOGRAFÍA
Paruro está ubicado:
Departamento: Cusco
Provincia :Paruro
Distrito :Paruro
Altitud : 3,043 m.s.n.m.
La provincia se encuentra ubicada a 64 k.m. de la capital del departamento
de Cusco, su territorio abarcando zonas alto andinas y valles inter andinos,
cuenta con una extensión territorial de 1984.42 K.M.2. Que representa el
27.57% de la superficie total del departamento de Cusco
3.2.SITUACIÓN SOCIO ECONÓMICA
La actividad económica más relevante es la agropecuaria, que es de donde
provienen los ingresos mayoritarios de las familias de la provincia, a esto le
sigue el Comercio, la artesanía y otros. A pesar de tener centrada la
actividad económica en la agricultura y ganadería, estas se encuentran
estancadas debido a varios factores de la producción: Disponibilidad y
tenencia de tierras agrícolas, tecnología de producción, infraestructura
agrícola (riego)ineficiente, mercados con precios estancados y que no
cubren los costos, escasa accesibilidad de vías a las comunidades y
lugares de producción, ausencia de créditos agrícolas con intereses de
acuerdo al área rural, a esto se suma el riesgo climático, de heladas
fuertes, granizo, sequía o inundación según el comportamiento del clima
DISEÑO DE PRESA - PARURO Página 3
en el año. Dentro de los cultivos de mayor importancia están: Papa, maíz,
cebada, haba, trigo, frijol, garbanzo, y otros de menores volúmenes que
serían el olluco, tarwi, oca, quinua, arveja, mashua, cebolla de cola y frutas
como tuna y capulí. Cuyes. Dentro de las crianzas más importantes están:
El ganado vacuno, ovinos y porcinos, y en menor proporción las aves de
corral.
4. DELIMITACION DE LA CUENCA HIDROLOGICA DE PARURO
DISEÑO DE PRESA - PARURO Página 4
5. CALCULO DE AREA Y PERIMETRO
ALTITUD(msnm) AREAS PARCIALES(km2)3200 0.54
3400 2.15
3600 2.63
3800 4.34
4000 6.43
4200 6.36
4400 3.42
TOTAL 25.87
Areatotal de lacuenca=25.87 km2
Perimetro=38.95km
6. CALCULO DE CAUDAL MÁXIMO
METODO RACIONAL
Q=C∗I∗A3.6
A=área de la cuenca=25.87Km2=2587HasI=intensidad máxima-Para obtener las intensidades máximas de precipitación optamos por utilizar: las ecuaciones establecidas por la misión técnica alemana – PLAN MERIS:
Tiempo de retorno Logaritmo natural de la intensidad2 Ln(I2)=1.98425 - 0.55465Ln(T)5 Ln(I5)=2.25252 -0.55465Ln(T)
10 Ln(I10)=2.39292 - 0.55465Ln(T)20 Ln(I20)=2.50465 - 0.55465Ln(T)50 Ln(I50)=2.62813 - 0.55465Ln(T)
100 Ln(I100)=2.70817 - 0.55465Ln(T)
Formula del U.S.SCS.
DISEÑO DE PRESA - PARURO Página 5
Tc= 0.02872∗L0.80( 1000
N−9)
1.67
S0.5
S=pendiente de la cuenca =7.87%L=110A0.6 =110(2587)0.6 =25280.44Calculo del número de curva:-uso de la tierra en la cuenca de Paruro= sembríos cerrados o cembrios en rotación-condición hidrológica: pobre-tipo de suelo:C=de moderado a alto potencial de escurrimiento
CONDICION DE HUMEDAD ANTECEDENTE PROPUESTOS POR ‘SCS’.Condición de humedad Precipitación acumulada de los 5 días previos al evento
en consideración (cm)Estación seca Estación de crecimiento
I(Seca) <1.3 <3.5II(media) 1.3 a2.5 3.5 a 5
III(húmeda) >2.5 >5
-condición de humedad: CHA II. Optamos CHA II por que en la zona de Paruro las curvas de nivel describen una topografía en donde existen terrazas en lo que suponemos que existen sembríos por lo que tenemos humedad.
cobertura Numero de curvaUso de tierra
Tratamiento o practica Condición hidrológica
A B C D
Sembríos cerrados, o cembrios en rotación
Surcos rectos Pobre 66 77 85 89Surcos rectos Buena 58 72 81 85Curvas de nivel Pobre 64 75 83 85Curvas de nivel Buena 55 69 78 83Curvas de nivel y en terrazas Pobre 63 73 N=80 83Curvas de nivel y en terrazas buena 51 67 76 80
DE donde obtenemos el valor de N: N=80
DISEÑO DE PRESA - PARURO Página 6
Tc= 0.02872∗25280.440.86( 1000
80−9)
7.840.5
Tc=154.9min=2.58hrsPara un periodo de retorno de 10 años y una duración igual al Tc = 2.58; la intensidad máxima es :
Ln(I10)=2.39292 - 0.55465Ln(T) Imax=6.47mm/h- C=coeficiente de escorrentía en función de la cobertura vegetal, pendiente y textura.
Tipo de vegetación pendiente TexturaFranco arenoso Franco arcillo limoso
Franco limosoarcilloso
Forestal 0 - 5 0.10 0.30 0.405 - 10 0.25 0.35 0.50
10 - 30 0.30 0.50 0.60Praderas 0 - 5 0.10 0.30 0.40
5 - 10 0.15 0.35 0.5510 - 30 0.20 0.40 0.60
Terrenos cultivados 0 - 5 0.30 0.50 0.605 - 10 0.40 C=0.60 0.70
10 - 30 0.50 0.70 0.80Remplazando obtenemos Qmax:
Q=0.6∗6.47∗25.87
3.6
Qmax=27.89 m3/seg
MÉTODO DE MC MATH
Q = 0.0091∗C∗I∗A4 /5∗S1 /5
C=factor de escorrentía de MC MATH:
Vegetación Suelo TopografíaCobertura (%) C1 Textura C2 Pendiente
(%)C3
100 0.08 Arenoso 0.08 0.0-0.2 0.0480-100 0.12 Ligera 0.12 0.2-0.5 0.0650-80 0.16 Media 0.16 0.5-2.0 0.06
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20-50 0.22 Fina 0.22 2.0-5.0 0.100-20 0.30 Rocosa 0.30 5.0-10.0 0.15
De donde obtenemos el valor de C=C1+C 2+C 3=0.22+0.16+0.15=0.53
-Para un periodo de retorno de 10 años y una duración igual al Tc = 4.4; la intensidad máxima es:Ln(I10)=2.39292 - 0.55465Ln(T) Imax=6.47mm/h
- A=área de la cuenca=25.87Km2=2587Has
- S=pendiente de la cuenca =0.78o/ooRemplazando tenemos:
Q = 0.0091∗0.53∗6.47∗25874 /5∗0.781 /5
Qmax=15.95 m3/seg
RESUMEN
METODO CAUDAL MAXIMO(m3/seg)RACIONAL 27.89MC MATH 15.95Promedio 21.92
7. DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA
No hay un método matemático que permita calcular la sección transversal de la
presa todas se han diseñado basándose en experiencias anteriores. En este caso
nos basaremos en los criterios tradicionales.
7.1.ALTURA DE PRESA
Ahora basándonos en la altura para obtener el volumen de regulación
requerido, la topografía nos sugiere una altura de presa de 50 m, hasta la
cota 4300 m.s.n.m.
7.2. ALTURA DE LA OLA POR VIENTO
DISEÑO DE PRESA - PARURO Página 8
Según la formula empírica de Stevenson
H 0=0.76+0.34 √F−0.26 4√FDonde F es el Fetch en Km:
7.3. BORDE LIBRE
Utilizaremos la fórmula de combinación de Knapen:
bl=0.75H H+V G
2
2G
Donde Ho es la altura de la ola según Stevenson y VG (m/s) es la
velocidad de la ola según Gaillard:
V G=1.52+2H 0
7.4.ANCHO DE LA CORONACIÓN
Depende de los siguientes factores
Naturaleza de los materiales de relleno y percolación permisible a
través del cuerpo de la presa, con el embalse a nivel de operación
normal.
Altura e importancia de la estructura.
Posible utilización de la coronación de la presa como vía de
comunicación.
Practibilidad de la construcción
DISEÑO DE PRESA - PARURO Página 9
Por lo general no debe ser menor a 3.6 m para facilitar la
maniobrabilidad de los equipos mecánicos, aunque esta
consideración es relativa.
Existen criterios para obtener un ancho de coronación de la presa de
tierra citaremos alguno
Criterio de T. Knappen b1=1.65√H (07)
Criterio de E.T. Preece b1=1.10√H+1.00 (08)
Criterio del código de
Arizona de 1960
b3=3.653√H .1 .50 (09)
Criterio del Bureau of
Reclamen tiónb4=
H5
+3.05 (10)
Donde H es la altura de la presa en metros y b1, b2, b3, b4 son los
anchos de corona en metros para cada criterio respectivamente.
7.5. INCLINACION DE LAS TALUDES
La inclinación de los taludes según el reglamento de Arizona, para presas
pequeñas de tierra se basa en el siguiente cuadro:
Altura de la Presa(m)
Talud mínimo aguas arriba(V:H)
Talud Mínimo(V:H)
4.5-12 2:1 1.5:112.0-30 2.5:1 2:130.0-45 3:1 2.5:1
Tabla 09: Inclinaciones mínimas sujetas a la estabilidad
7.6.REDIMENSIONAMIENTO DE LAS CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS
DE LA PRESA
De los cálculos antes mencionados obtenemos:
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Altura de almacenamiento 50mFetch (Km) 6.62 km
Altura de la ola (H0) 1.20 mVelocidad de la ola según Gaillard 3.92 m/seg
Bordo libre 1.70 mAltura total de la presa 53 m
Anchos de corona según los criterios tradicionales.
Criterio de T. Knappen B1 = 12 mCriterio de E:T. Preece B2 = 9 m
Criterio del código de Arizona de 1960 B3 = 13.5 mCriterio del Bureau of Reclametion B4 = 13.6 m
Por lo tanto se utilizara ancho de corona igual a 12 m.
MAMO 3200 msnmNAME 3250 msnm
Por qué el ancho de la Corona es de:
Altura de la Presa
(m)
Talud mínimo aguas arriba
(V:H)
Talud mínimo aguas abajo
(V:H)
54 3:1 2.5:1
Para el nucleó impermeable
Altura de la Presa
(m)
Talud mínimo aguas arriba
(V:H)
Talud mínimo aguas abajo
(V:H)
54 1:1 1.5:1
Graficas en planta y perfil longitudinal de los detalles de los niveles de la
presa
DISEÑO DE PRESA - PARURO Página 11
Para esto debemos tener cuidado con otros aspectos como la infiltración y la
presión de poros, para esto debemos tener en claro cuál es el objetivo del diseño,
tener una estructura estable que permita optimizar esfuerzos en su construcción.
Imagen tridimensional del objetivo del diseño.
7.7.SELECCIÓN DE TIPO DE PRESA
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9.- CALCULO DE INFILTRACION
Para el caso de la permeabilidad el grupo asumio que el tipo de suelo en el
estrato es:
K=1.1∗10−5
q i=k∗∆h∗N cN e
q i=1.1∗10−5∗53∗4
9
q i=¿0.026cm3/seg/m
10.- CONCLUCIONES
La calidad de la informacion es vital para realizar los calculos en el diseño
de la presa de tierra, ya que de no ser asi se realizara un diseno de presa
que no se ajuste a las necesidades y alcance los fines para los que fue
destinada su construccion.
Para la altura tomada en la presa se tubo en concideracion el punto del
envalce, el cual esta detallado mediante una seccion transversal.
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