DISEÑO DE PEQUEÑAS PRESASDISEÑO DE PEQUEÑAS PRESAS

CURSO DE CURSO DE

OBRAS HIDRAULICAS IIOBRAS HIDRAULICAS II

Ing. Jaime Ing. Jaime ProañoProaño S. S. M.Sc.M.Sc.

EJEMPLO DE DIMENSIONAMIENTODIMENSIONAMIENTO

• Dimensionar una presa para el abastecimiento de un sistema de riego por aspersión de un área de 160 hectáreas con una lámina bruta de 6,5 mm día-1 y 20 horas día-1 de riego.

• El sitio para la construcción de la presa esta • El sitio para la construcción de la presa esta definido en una cuenca de Aportación de 1561 hectáreas (figura 11.1). Los datos referentes de la cuenca de Aportación se presentan a continuación:

• -

• Ubicación: Hacienda de Mato Grosso, en San João Del Rei, MG, perteneciente a la gran cuenca del Río de Mortes (latitud 21 °05 '10 "y longitud 44 ° 19'15").

• El río "corriente de Fundão" está dentro de la • El río "corriente de Fundão" está dentro de la cuenca de Aportación con una extensión de 4.100 m pendiente media del 2,01% (diferencia de nivel entre el punto más alto y salida de la cuenca: 86 m).

• Suelo y topografía: arcillo arenoso con una pendiente de 4,5%;-Datos fluviométrico del Rio de Las Mortes: disponibilidad de la estación pluviométrica de Barroso - MG;

• Vegetación: pastizales 33%; cultivos permanentes 1%; granos y bosque17%; cultivos diversos 31% y granos y bosque17%; cultivos diversos 31% y reforestación (eucalipto) 18% (toda la superficie recibe las prácticas de conservación tales como la siembra a nivel y construcción de terrazas,

• El suelo de la cuenca se compone básicamente de un suelo arcillo-arenoso, bien estructurado, que ofrece buenas condiciones para la infiltración.

• -El rendimiento específico medio mensual= 5 Ls-1 km-2

• El rendimiento específico (Tabla 11.1).• El rendimiento específico (Tabla 11.1).

Tabla 11.1.- Rendimiento especifico (L.s-1.km-2) medio mensual del río Mortes

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

35,3 29,7 25,4 19,8 13,2 11,1 10,5 9,8 10,7 13,4 21,4 31,6

CAUDAL NECESARIO

• Déficit a ser asegurado con la construcción de la presa= 144,4 L.s-1 –23,42 L.s-1 =121 L.s-1

• El balance hídrico se obtendrá teniendo en cuenta los caudales medios mensuales que llegan al sitio de la presa y el caudal que debe garantizarse. Se entiende como caudal a ser asegurado, como aquel compuesto por el mínimo del 70% de las Q añadido al caudal por el mínimo del 70% de las Q7-10 añadido al caudal para el riego.

• En nuestro caso, el caudal mínimo que deberán facilitarse los siguientes:

• Caudal para riego:

• Caudal asegurado:

• Se utilizó, para el cálculo del caudal demandado, todo el caudal para riego (sin descontar el 30% de Q7-10) juntamente con el 70% de Q7-10.70% de Q7-10.

• Con esto, habrá un mayor margen de seguridad en la estimación para el reservorio de acumulación

• En la tabla 11.2 se presenta el balance hídrico, para determinar el volumen mínimo del reservorio, capaz de suministrar el sistema de irrigación en todo el tiempo de sistema de irrigación en todo el tiempo de funcionamiento y para garantizar el caudal mínimo de la posterior caudal mínimo aguas abajo (70% Q7-10).

Tabla 11.2. Balance hídrico

Q

específico

Q média 70% Q7-10 Irrigación Volumen Demanda Balance Reservorio

Ls-1

km-2

m3h

-1 m

3h

-1 m

3h

-1 m

3 m

3 m

3 m

3

Ene 35,3 1984 197 520 1.475.887 468.739 1.007.147 0

Feb 29,7 1669 197 520 1.121.382 423.378 698.205 0

Mar 25,4 1427 197 520 1.061.970 468.739 593.230 0 Mar 25,4 1427 197 520 1.061.970 468.739 593.230 0

Abr 19,8 1113 197 520 801.130 453.619 347.511 0

May 13,2 742 197 520 551.890 468.739 83.150 0

Jun 11.1 624 197 520 449.118 453.619 -4.500 -4.500

Jul 10,5 590 197 520 439.003 468.739 -29.736 -34.237

Ago 9,8 551 197 520 409.736 468.739 -59.003 -93.240

Sep 10,7 601 197 520 432.934 453.619 -20.685 -113.925

Oct 13,4 753 197 520 560.252 468.739 91.512 0

Nov 21.4 1203 197 520 865.868 453.619 412.249 0

• Q medio= caudal medio mensual del curso de agua

• Disponibilidad = volumen total suministrada por el curso de agua durante el mes

• Demanda = volumen total necesario durante un mes

• Balance = diferencia entre los volúmenes que llega (disponible) y salida (demanda)

• Volumen mínino del reservorio deberá ser de 113.925 m3

ALTURA DE LA PRESA

• La altura de la presa será dada de acuerdo al volumen de agua a ser almacenado (mínino de 113.925 m3).

• El levantamiento plani-altimétrico permite la • El levantamiento plani-altimétrico permite la obtención de las curvas de nivel de la cuenca de acumulación (Figura 11.2), y el perfil longitudinal (figura 11.3).

•

Curvas de nivel de la cuenca de acumulación

Perfil longitudinal de la cuenca de acumulación

• De acuerdo con el volumen de agua a ser almacenado (113.925 m3), la cota mínima del nivel del agua en el reservorio deberá ser 891 (volumen acumulado de 115,792 m3), que (volumen acumulado de 115,792 m3), que corresponde a una altura de 10 m, teniendo en cuenta la base de presa en la cota 881 (Tabla 11.3)

Curvas de nivel, área, volumen entre curvas y volumen acumulado

• Se considera, para el cálculo del volumen total, la toma de agua en la cota 883, o sea, 2 m por encima del fondo.

• Para obtener la altura total de la presa (cota de la cresta) serán considerados, la altura del nivel la cresta) serán considerados, la altura del nivel del agua (10 m), la altura del agua en el extravasor (1,5 m) y la holgura (1,5 m):

• H=10+1,5+1,5=13

• La cresta de la presa estará situada en la cota 894

• El ancho de la cresta será obtenida por la ecuación:

• Sustituyendo los valores se tiene:

• Teniendo en cuenta un suelo arcillo-arenoso, se adoptará para la inclinación de la pendiente, z = 3 para aguas arriba y z = 2,25 para aguas abajo.

• La sección transversal de la presase tendrá las siguientes dimensiones, en la cota más siguientes dimensiones, en la cota más baja (Figura 11.4).

Figura 11.4.- Perfil transversal del muro

VOLUMEN DE AMORTIGUAMIENTO

• La Figura 11,5 representa la relación cota x volumen acumulado en el reservorio.

• Considerando una altura máxima de agua en el extravasor de 1,5 m por encima del nivel normal, es decir, la altura en que el nivel de agua llegará a 11,5 m (cota 892,5), el volumen acumulado, de a 11,5 m (cota 892,5), el volumen acumulado, de acuerdo con la curva cota x volumen será, de 206.897 m3.

• En esta situación, el volumen almacenado en el reservorio por encima del nivel normal (altura de 10 m) será el volumen total de amortiguación, y llenado igual a:

Figura 11.5.- Relación Cota x Volumen acumulado

• Volumen de amortiguación = Volumen (11,5 m) - Volumen (10 m)

• Volumen de amortiguación = 20 6.897 -115.972 = 90.925 m3

CAUDAL MÁXIMO

• El sitio para la construcción de la presa define una cuenca de Aportación de 1561 hectáreas (15,61 km2), cuyas características (cobertura vegetal, pendiente, longitud del cauce) se han definido.

• El tiempo de concentración se calcula mediante la ecuación " SCS Lag" y, teniendo en cuenta CN = 74 ecuación " SCS Lag" y, teniendo en cuenta CN = 74 ( de acuerdo a las descripciones presentadas las características de la cuenca):

• Sustituyendo los valores

• Considerando el IDF para São João Del-Rei, se tiene:

• Sustituyendo los valores se tiene:

• El caudal máximo esperado, estimado por la ecuación de Mc Math es :

• Teniendo en cuenta una textura media (arcilla arenosa) y la topografía ondulada de colinas, el coeficiente de ponderación CMM está dada por:

• Pastizales (gramíneas) 0,08 + 0,16 + 0,08 = 0,32 33%

• C. permanente (intensivo) 0,12 + 0,16 + 0,08 = 0,36 19%

• C. anual (intensivo) 0,12 + 0,16 + 0,08 = 0,36 31 %

• Granos (intensa) 0,12 + 0,16 + 0,08 = 0,36 17%

• El valor ponderado de CMM es de 0.35

• Sustituyendo los valores (CMM =0,35; i=23,3 mm/h; A= 1561 ha; d= 0,045m/m se tiene:

CAUDAL DRENADO POR EL EXTRAVASOR

• El Volumen total que entra en el reservorio:

• El volumen a ser almacenado por el reservorio es dado por la diferencia entre los volúmenes correspondientes al nivel normal (cota 891) y el nivel máximo (891 + 1,5 = 892,5).

• Por las características topográficas del reservorio, el volumen acumulado entre las cotas 891 y 892,5 m es:acumulado entre las cotas 891 y 892,5 m es:

• El volumen escurrido es dado por la diferencia

• El caudal máximo a ser escurrido por el vertedor será:

VERTEDERO

El sistema del vertedor estáá constituido por un canal trapezoidal, revestido de PASTO, teniendo en su parte final una transición para una sección rectangular donde será instalada un vertedero con solera la cual desagua en una vertedero con solera la cual desagua en una escalera de disipación de energía de la misma anchura, construida en mampostería.

•

• Considerando que el revestimiento del canal por pasto (n = 0,025) y que para este tipo de revestimiento la velocidad no debe de pasar de 1,5 m s-1 asumiendo entonces una velocidad media igual a 1 m s-1 y adoptando la inclinación de los taludes debe m s-1 y adoptando la inclinación de los taludes debe ser Z= 1,5, se tiene:

O sea

En que:

Sustituyendo

Representación de hidrogramas de entrada y salida

Sección transversal del canal extravasor

• Atribuyendo a y un valor de 1,5 m (valor asumido como altura de agua en el canal extravasor) se obtiene b= 4,13 m, redondeando un valor redondeando un valor para b= 4,5 m, se calcula, entonces el valor del talud “i” necesaria, encontrándose 0,0054 m m-1

CALCULO DEL VOLUMEN DEL MURO

• Dividiéndose la longitud de la presa en “n” partes de un margen a otro, considerando la cote de la cresta, de 10 en 10 metros, se tiene:

División del eje de la

presa en “n” partes.

• Un estudio de cada sección transversal permite una obtención de áreas parciales, o sea, el área de cada sección transversal (Figura 11.9), y a partir de estas son calculados los volúmenes parciales y totales

Secciones transversales del muro

Corte transversal del muro y detalle del drenaje del pié y filtro.

MEMORIAL DESCRIPTIVOINFORMACION GENERAL (RESUMEN)

• Ubicación: "Hacienda Mato Grosso"

• Propietario: Juan Pérez

• Ubicación: São João DelRei – MG

• Latitud 21 ° 05 '10 "y Longitud 44 ° 19' 15"

• Área de la cuenca de aportación: 1.561hectáreas • Área de la cuenca de aportación: 1.561hectáreas

• Área inundada: 4.66 hectáreas

• Volumen de agua almacenada (nivel normal): 115.792 m3

• Volumen de agua útil almacenada (nivel normal): 115.064 m3

• Cota del nivel del agua (normal): 891,0 m

• Profundidad media del reservorio: 2,48 m

• Volumen del relleno compactado : 15.155 m3

• Longitud del eje de la presa: 100,0 m

• Altura de la presa: 13 m

• Ancho de la cresta: 6 m

• Inclinación de los taludes: 3:1 (aguas arriba) y 2,25:1 (aguas • Inclinación de los taludes: 3:1 (aguas arriba) y 2,25:1 (aguas abajo)

• Caudal máximo sin amortiguación (pico de llenado): 14,3 s m3s-

1

• Carga de agua en la extravasor (máximo llenadol): 1, 5 m

• Folgura (por encima del nivel del llenado): 1,5 m

• Caudal máximo con amortiguación (máximo llenado): 9,57 m3s-1

MUCHAS GRACIASGRACIAS