Date post: | 20-Feb-2018 |
Category: |
Documents |
Upload: | luis-miguel-garcia |
View: | 248 times |
Download: | 0 times |
of 22
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
1/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
1
Ttulo IVPliego de Documentacin Tcnica del Proyecto
CAPTULO I Hidrologa
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
2/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
2
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO I
HIDROLOGA
NDICE
MODELACIN DEL SISTEMA ANTE EVENTOS EXTREMOS / ESTRUCTURAS DEDESCARGA .......................................................................................................................... 3
CARACTERSTICAS DEL EMBALSE .................................................................................. 3
Curva Cota Volumen .................................................................................................... 3
Curva de Descarga ......................................................................................................... 4
HIDROGRAMAS DE EVENTOS EXTREMOS ....................................................................... 4
MODELACIN HIDROLGICA / HIDRULICA DEL EMBALSE ......................................... 6
CONCLUSIONES .................................................................................................................. 8
ESTRUCTURAS DE DESCARGA: VERTEDERO................................................................. 9
INTRODUCCIN ................................................................................................................... 9
VERTEDERO PRINCIPAL .................................................................................................... 9
Capacidad de descarga con cresta libre ....................................................................... 12
Efecto del paramento aguas arriba ............................................................................... 13
Efecto de la sumergencia aguas abajo. ........................................................................ 14
Efecto de las cargas diferentes a la de proyecto ........................................................... 16
Curva de descarga del vertedero .................................................................................. 16
Diseo de la rpida ....................................................................................................... 17
Determinacin del ndice de cavitacin ......................................................................... 19
Curva de empalme entre la rpida y el cuenco ............................................................. 20
Diseo del cuenco disipador de energa ....................................................................... 20
REFERENCIAS ................................................................................................................... 22
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
3/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
3
MODELACIN DEL SISTEMA ANTE EVENTOS EXTREMOS /ESTRUCTURAS DE DESCARGA
Con el fin de dimensionar las obras de descarga para las distintas funciones del
aprovechamiento multipropsito ante eventos extremos, se efectu la modelacin
hidrolgica/hidrulica del embalse.
En particular, se simul el trnsito de la Crecida Mxima Probable y de la crecida para
10.000 aos de Recurrencia.
Las caractersticas del embalse empleadas en el modelo se presentan a continuacin:
CARACTERSTICAS DEL EMBALSE
Curva Cota Volumen
Se utiliz la curva del Proyecto de Agua y Energa.
Curva Cota - Volumen
-5000.00
0.00
5000.00
10000.00
15000.00
20000.00
25000.00
30000.00
500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700
Cota (msnm)
Volumen(Hm3)
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
4/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
4
Curva de Descarga
En la elaboracin de las curvas de descarga con las que se opera el embalse se
consideraron los siguientes rganos de evacuacin:
rgano de evacuacin Cota (m) Dimensiones / Caractersticas
Vertedero Principal 610,50(labio)
Longitud neta de vano = 14,70 m
Altura compuerta = 19,00 m
Ancho de pilas = 2,50 m
Cantidad de vanos = 6
Descargadores de Fondo 540,00 350,00 m^3/s
Se tom en cuenta la velocidad de apertura de cada compuerta considerando el
funcionamiento inicial como orificio y su transicin a vertedero libre propiamente dicho con la
correspondiente variacin en el coeficiente de descarga. Para hacer esto factible se
emplearon distintas curvas de descarga en cada instante de tiempo en que fue discretizada
la apertura. En correspondencia con este nivel de discretizacin se subdividieron los
caudales de entrada en intervalos de 5 minutos
HIDROGRAMAS DE EVENTOS EXTREMOS
Para considerar los ingresos al embalse, se utilizaron los hidrogramas de eventos extremos
correspondientes a la crecida mxima probable (CMP) y a la crecida de 10000 aos de
recurrencia (Decamilenaria), generados por AIC (CMP) e INA con modelo de AIC (10.000
aos Recurrencia).
El paso de tiempo fue interpolado en intervalos de 5 minutos para permitir la operacin
modulada.
El caudal pico para la CMP es de 25.070 m3/s.
El caudal pico para la crecida Decamilenaria es de 20.217 m3/s.
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
5/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
5
HIDROGRAMA DE CRECIDA DECAMILENARIA
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Tiempo (hs)
Caudal(m3/s)
HIDROGRAMA DE CRECIDA MAXIMA PROBABLE
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Tiempo (hs)
Caudal(m3/s)
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
6/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
6
MODELACIN HIDROLGICA / HIDRULICA DEL EMBALSE
Mediante el empleo de mltiples corridas de HEC-1 se desarroll un modelo de trnsito en
embalse para los hidrogramas de eventos extremos y para las restricciones queseguidamente se detallan.
Con el fin de determinar los niveles que permitan optimizar la respuesta ante crecidas, se
ensayaron criterios de manejo durante la crecida.
El Nivel Inicial Evento Extremopermite cumplir con los siguientes criterios:
Mximo nivel alcanzado en el embalse para cualquier condicin 629,00 MOP
Mximo caudal en Portezuelo Grande generado por la erogacin de la CMP 11.500
m3/s
Mximo caudal erogado para la crecida Decamilenaria 7.800 m3/s
Se consider para toda modelacin, como criterio de operacin en el evento extremo el slo
manejo de las compuertas de vertedero y descargador de fondo, regido por el siguiente
esquema de supervisin:
El manejo se basa en la sola observacin del nivel alcanzado en el embalse (no se
considera la posible existencia de un sistema de alerta). Ante incrementos de nivel que superen en cualquier magnitud el mximo nivel de
operacin fijado, se procede al aumento de la capacidad de evacuacin segn la
discretizacin dispuesta.
Si el nivel no se restituye se procede a aumentar la descarga.
Del mismo modo, los mismos son cerrados en la medida en que el nivel se encuentre por
debajo del valor de operacin.
Para la simulacin del trnsito de la CMP a travs del embalse se considera como criterio
de seguridad que una de las compuertas se encuentra fuera de operacin.
En los grficos siguientes se presentan los resultados para ambos trnsitos (CMP y
Decamilenaria) junto a las caractersticas fsicas (labio de vertedero y borde de compuertas)
y operativas en condicin extrema (Nivel Inicial Evento Extremo) de la propuesta que cumple
con las condiciones postuladas.
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
7/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
7
TRANSITO CMP - CHIHUIDO I
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
250 270 290 310 330 350 370
TIEMPO (h)
CAUDAL(m3/s)
605
610
615
620
625
630
635
NIVELES(msnm)
HIDRO-CMP
EROG
CAUDALPORTEZUELONIVELES
LABIO VERT
BORDE COMP
NIV MAX OPNORMAL
NIV MAX EXTR
NIVEL INICIAL EVENTO EXTREMO:623.50 MOP
BORDE SUP. COMPUERTAS: 629.50 MOPMXIMO NIVEL CMP *: 629.00 MOP
LABIO DE VERTEDERO: 610.50 MOP
MXIMA EROGACIN CMP: 11850 m3/s
CAUDAL EN PORTEZUELO GRANDE: 11500 m3/s
Trnsito de CMP: Grfico de Caudales y Niveles
TRANSITO DECAMILENARIA - CHIHUIDO I
0
5000
10000
15000
20000
25000
250 270 290 310 330 350 370
TIEMPO (h)
CAUDAL(m3/s)
605
610
615
620
625
630
635
NIVELES(msnm)
HIDRO-DECA
EROG
NIVELES
LABIO VERT
BORDE COMP
NIV MAX OPNORMAL
NIV MAX EXTR
NIVEL INICIAL EVENTO EXTREMO:623.50 MOP
BORDE SUP. COMPUERTAS: 629.50 MOPMXIMO NIVEL DECAMILENARIA:628.95 MOP
LABIO DE VERTEDERO: 610.50 MOP
MXIMA EROGACIN DECAMILENARIA: 7800 m3/s
Trnsito de Crecida Decamilenaria: Grfico de Caudales y Niveles
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
8/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
8
Para obtener la atenuacin que ocasiona el tramo del cauce aguas abajo del embalse desde el
punto de descarga hasta alcanzar Portezuelo Grande, se emple el modelo FLDWAV en
secciones obtenidas de imgenes RADAR de NASA tras un muestreo digital de las mismas.
En el grfico del trnsito de la CMP se incluye el traslado del hidrograma de salida en la
seccin de Portezuelo Grande para visualizar el desfase de la onda y la atenuacin de la
misma. El tiempo de desfase es de aproximadamente 9.5 h y la atenuacin alcanza el 3%.
CONCLUSIONES
La capacidad de descarga modulada por rganos de evacuacin ha demostrado ser
suficiente para erogar el incremento de caudal correspondiente a cada situacin extrema.
Los niveles alcanzados en el embalse no comprometen la zona de Bajada del Agrio ms delo que sera afectada por el propio paso de la crecida para las recurrencias consideradas.
Los rganos de descarga propuestos presentan dimensiones acordes a emprendimientos
de estas caractersticas brindando un adecuado grado de operacin (caudal especfico: 160
m3/(m.s))
La apertura en escalones parciales de las compuertas posibilita la modulacin en la
descarga de cualquier situacin que se presente.
La crecida mxima probable es atenuada en forma sustancial, pasando de un pico de
25.070 m3/s a 11.850 m3/s.
Ante la crecida decamilenaria, el sistema puede manejarse para erogar un caudal de 7.800
m3/s.
Se genera una atenuacin adicional en el tramo hasta Portezuelo Grande por el trnsito en
el ro, disminuyendo el caudal pico de 11.850 m3/s a 11.500 m3/s
Mediante un adecuado sistema de alerta y un idneo equipo de manejo las condiciones de
seguridad aumentarn.
El sistema de Control de Crecidas del Neuqun con Chihuido I cambia de un diseo
originario para 5000 aos y 11.500 m3/s a un diseo para la CMP y 25.070 m3/s, sin
esperar ningn dao en las obras de regulacin que componen el mismo ante este evento
extremo.
Para el caso de la crecida decamilenaria (20.217 m3/s), el sistema de control de crecidasdel Neuqun en Chihuido I eroga 7.800 m3/s hacia aguas abajo, los que podrn ser
manejados por la derivacin en Portezuelo Grande hacia el sistema de Los Barreales, con lo
que se genera una sustancial mejora en la proteccin ante las crecidas en el ro Neuqun.
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
9/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
9
ESTRUCTURAS DE DESCARGA: VERTEDERO
INTRODUCCIN
Para el objeto de erogar las crecidas ya laminadas por el embalse se prev la construccin de
vertedero de tipo Creager, con regulacin con compuerta, canal de acceso, descarga con
rpida y amortiguacin con cuenco.
VERTEDERO PRINCIPAL
La Cresta del vertedero principal se ubica en cota 610,50 m; tiene 6 vanos de 14,71 m de
ancho cada uno. La evacuacin de caudales se completa mediante una rpida y la disipacin
de energa con un cuenco amortiguador aguas abajo.
Descripcin del vertedero principal:
El modelo responde a un vertedero regulado con perfil WES - Standard del U.S. Army Corps of
Engineers; su geometra se presenta en este mismo informe.
La estructura est formada por 6 vanos de 14,71 m cada uno separado en dos grupos. Las
pilas son del tipo III USACE.
Los parmetros a considerar se resumen a continuacin:
Cota de cresta del vertedero: 610,50 m Carga mxima (Hmx): 18,96 m
Nivel de la platea de acceso: 605,50 m
Longitud del canal de llegada: 400 m
Altura del paramento vertical, P: 5,00 m
Ancho de vertedero: 100,70 m
La carga de diseo considerada corresponde al caudal de salida para CMP: 11850 m 3/seg.
De esta manera la carga de diseo queda definida (Hd) = 18,96 m.
A continuacin se presenta:
a) Diseo de la geometra del perfil vertedero.
b) Determinacin de la Ley de descarga del vertedero.
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
10/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
10
a) Geometra del Perfil del Vertedero:
El perfil responde a una de las formas estndar propuesta por Waterways Experimental Station
del U.S. Army Corps of Engineers. Las caractersticas del perfil se observan a continuacin:
Figura 1. Elementos de las secciones de las crestas con la forma de la lmina vertiente (Diseo
de Pequeas Presas, U.S. Department of the Interior Bureau of Reclamation, 1966)
El perfil se puede representar por la ecuacin siguiente:
n
dd Hx
.KHy
=
Donde x e y son las coordenadas de la cresta con el origen en el punto ms alto, Hdes la altura
de diseo excluyendo la altura de velocidad del flujo, y K y n son parmetros que dependen de
la pendiente de la cara aguas arriba y de la altura de la carga de velocidad.
El efecto de la velocidad entrante es despreciable cuando la altura P del vertedero es ms
grande que 1,33 veces la carga de diseo, excluyendo la altura o carga de velocidad entrante
(P > 1,33 Hd). Bajo esta condicin la carga total es igual a la carga de diseo (Chow, 1986).
En el caso de la presa de Chihuido la profundidad de aproximacin es:
P = cota de coronamiento nivel de la platea de acceso = 610,50 605,50 = 5,00 metros
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
11/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
11
Entonces P = 5 metros
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
12/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
12
X Y
2,5 -0,29
3 -0,4
3,5 -0,52
4 -0,66
4,5 -0,81
5,5 -1,15
6,5 -1,54
7,5 -1,98
8,5 -2,47
9,5 -3
10,5 -3,57
11,5 -4,19
12,5 -4,84
13,5 -5,54
14,5 -6,28
15,5 -7,06
16,5 -7,87
17,5 -8,73
18,5 -9,62
16,15 -7,58
El perfil se completa con dos curvas en la nariz con las siguientes caractersticas:
Xc/Ho = 0,19 Xc = 3,44
Yc/Ho = 0,04 Yc = 0,685
R1/Ho = 0,46 R1 = 8,41
R2/Ho = inf. R2 = inf.
En los planos se puede ver detalle del vertedero principal.
Capacidad de descarga con cresta libre
El caudal vertido sobre un vertedero tipo Ogee es:
23/.. eHLCQ=
donde Hees el espesor de la lmina vertiente que incluye la altura debida a la velocidad de
aproximacin, ha.
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
13/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
13
Para el diseo del vertedero de Chihuido He= 18,50 m.
El coeficiente de gasto de vertedero (C) depende de distintas variables, tales como el calado
de aproximacin, la relacin entre la forma real de la coronacin y la forma ideal, la inclinacin
del paramento de aguas arriba, la interferencia del zampeado de aguas abajo y el calado de
aguas abajo.
La longitud efectiva de la cresta depender del nmero de pilas y de su forma.
Se comienza el estudio definiendo el valor del coeficiente C y luego se determinar la longitud
efectiva.
b) Determinacin del coeficiente de descarga
Efecto de la profundidad de llegada
Dado P = 5,00 m y Hd= 18,50 m se tiene que P/Hd= 0,27, entonces la figura 189 del Diseo
de Pequeas Presas en la pgina 307 se obtiene el coeficiente de gasto C0= 3,64 pies1/2/seg.
Figura 4. Coeficientes de descarga para las crestas de cimacio en pared vertical (Diseo dePequeas Presas, U.S. Department of the Interior, 1966)
Efecto del paramento aguas arriba
Para pequeas relaciones profundidad de llegada-carga sobre la cresta, la inclinacin del
paramento de aguas arriba antes de la cresta produce un aumento en el coeficiente de
descarga. En las relaciones grandes el efecto es de disminucin del coeficiente. El coeficiente
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
14/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
14
de descarga se reduce con las relaciones grandes de P/H0 solamente con los taludes
relativamente pequeos. En el caso del vertedero de Chiuido, el coeficiente se ver afectado
debido a que se trabaja con relaciones P/H0pequeas.
El valor de C corregido de 3,74 pies 1/2/s.
Efecto de la sumergencia aguas abajo.
Cuando el nivel de aguas abajo de un vertedero es lo suficientemente elevado para afectar la
descarga se dice que ste es ahogado. La distancia vertical entre la cresta del vertedero y el
tirante de la corriente en el canal de aguas abajo est relacionada a la descarga del vaso, lo
que altera el coeficiente de descarga. Para nuestro caso se tiene un valor (h d+d) / h0, igual a
1,54 lo que da una relacin Cs/C0= 0,99, por lo que se obtiene un coeficiente C de 2,045 m1/2/s.
Determinacin de la longitud efectiva:
Cuando las pilas y los estribos de la cresta tienen una forma que produce contracciones
laterales sobre la descarga, la longitud efectiva, L, ser menor que la longitud neta de la cresta.
El efecto puede tomarse en cuenta reduciendo la longitud neta de la cresta como sigue:
eap HKKNLL += donde:
L= longitud efectiva de la crestaL= longitud neta de la cresta
N= nmero de pilas
Kp= coeficiente de contraccin de pilas
Ka= coeficientes de contraccin de los estribos
He= carga total sobre la cresta
El coeficiente de contraccin de las pilas, Kp, es afectado por la forma, ubicacin, espesor,
relacin de cargas, y velocidad de llegada.
Los valores aproximados para Kp dados por Creager y Justin (1950) van desde 0,1 para
narices gruesas, 0,4 para narices delgadas o puntiagudas y es 0,035 para narices redondas.Estos valores se aplican a pilares con un espesor igual a aproximadamente un tercio la altura
sobre la cresta.
Las formas propuestas por el U.S. Army Corps of Engineers Waterways Experiment Station se
presentan a continuacin:
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
15/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
15
Figura 7. Formas de la nariz en presas altas (U.S. Army Engineers Waterways ExperimentStation, Hydraulic Design Chart 111-6 WES 4-1-53).
Los coeficientes de contraccin se determinaron de estudios de modelos (U.S. Army Corps ofEngineers Waterways Experiment Station, Hydraulic Design Chart 111-6 WES 4-1-53). Lascurvas obtenidas para relacin p/Hd > 1 en funcin a cargas distintas a las de proyecto, sepresentan a continuacin:
Figura 8. Coeficientes de contraccin para pilas de varias formas de nariz en presas altas conla nariz ubicada en el mismo plano vertical que las caras aguas arriba del vertedero W.E,S.(U.S. Army Corps of Engineers Waterways Experiment Station, Hydraulic Design Chart 111-6WES 4-1-53).
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
16/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
16
La forma propuesta en el proyecto corresponde a una pila de nariz tipo III, y 2,50 m de ancho.
Segn el Manual de Diseo de Pequeas Presas para carga de proyecto y pilas de tajamar tipo
III corresponde un valor de Kp = 0,010.El valor de K para el vertedero principal de la presa de Chiuido no presenta modificaciones
significativas en funcin de la carga para valores que van de 0,6 a 1 de la relacin H/Hd.
La longitud efectiva de cada vano para la carga de diseo queda entonces igual a L = 14,70 m.
Efecto de las cargas diferentes a la de proyecto
Cuando a la cresta de cimacio se le da una seccin de forma distinta a la ideal o cuando se le
ha dado una forma para una carga mayor o menor que la que se considera, el coeficiente de
descarga diferir del obtenido anteriormente. Las secciones ms anchas darn por resultados
presiones positivas a lo largo de la superficie de contacto de la presa, reduciendo la descarga.
Con una seccin ms angosta se producirn presiones negativas a lo largo de la superficie de
contacto, aumentando la descarga. En la figura 190 de la pgina 307 del libro del Diseo de
Pequeas Presas se muestra la variacin de los coeficientes en relacin con los valores de
(He/Hd), cuado Hees la carga que se est considerando.
Figura 5. Coeficientes de descarga para cargas diferentes de la de proyecto (Diseo dePequeas Presas, U.S. Department of the Interior, 1966)
Curva de descarga del vertedero
De acuerdo a todas las consideraciones planteadas se llega a la siguiente expresin para el
clculo de caudales (sin compuertas).
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
17/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
17
2/3
..05,2 HLQ =
A continuacin se presenta la curva de descarga correspondiente al vertedero de Chiuido (Tipo
WES, 6 vanos de longitud neta 14,70 metros cada uno con pilas tipo 2 y carga de diseo de
18,96 m)
Figura 9: Curva de descarga Vertedero
He/Ho He Q=C*B(neta) He^1.5
0,2 3,7 915,36
0,4 7,4 2725,31
0,6 11,1 5229,23
0,8 14,8 8307,87
0,9 16,65 10036,61
1 18,5 11850
1,1 20,35 13709,06
1,2 22,2 15724,74
Diseo de la Rpida y el Cuenco Disipador
Diseo de la rpida
2,
000
3,
000
4,
000
5,
000
6,
000
7,
000
8,
000
9,
000
10
,000
11
,000
12
,000
13
,000
14
,000
15
,000
16
,000
17
,000
18
,000
19
,000
20
,000
21
,000
22
,000
23
,000
24
,000
0,00
2000,00
4000,00
6000,00
8000,00
10000,00
12000,00
14000,00
16000,00
18000,00
Curva H-Q
Carga H (m)
CaudalQ(m3/s)
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
18/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
18
El objetivo de las rpidas es lograr la aceleracin del flujo aguas abajo de las estructuras
consideradas, estableciendo de dicha manera las condiciones de ingreso al cuenco disipador
de energa.
Como se mencionara previamente, en virtud de las singularidades de la fundacin de las obras
as como por las condiciones de funcionamiento hidrulico del vertedero, se ha diseado una
rpida con las siguientes caractersticas:
Longitud: 297 m
Pendiente: 7%
Rpida aguas abajo del vertedero
El funcionamiento hidrulico sobre la rpida del vertedero ha sido evaluado mediante el anlisis
del flujo gradualmente variado que se desarrolla en la misma, tomando como condicin inicial
en su seccin de arranque el tirante correspondiente a cada uno de los caudales considerados.Dado que la pendiente del canal es mayor que la crtica, el clculo se efecta desde aguas
arriba hacia aguas abajo. Siguiendo esta metodologa de clculo, se procedi a la
determinacin de las caractersticas hidrodinmicas del escurrimiento para caudal erogado de
11850 m3/s. Los resultados obtenidos se muestran a continuacin.
PROGR. ANCHO TIRANTE VELOCIDAD COTA DESOLERA
COTA PELO DEAGUA
m m m/s
0 100 5,25 22,57 596,09 601,34
10 100 5,18 22,88 595,39 600,57
20 100 5,11 23,18 594,69 599,8
30 100 5,05 23,47 593,99 599,04
40 100 4,99 23,76 593,29 598,28
50 100 4,93 24,04 592,59 597,52
60 100 4,87 24,32 591,89 596,76
70 100 4,82 24,6 591,19 596
80 100 4,77 24,87 590,49 595,2590 100 4,71 25,14 589,79 594,5
100 100 4,67 25,4 589,09 593,75
120 100 4,62 25,66 587,69 592,3
130 100 4,57 25,92 586,99 591,56
245,15 100 4,53 26,18 578,93 583,45
297 100 4,48 26,43 575,3 579,78
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
19/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
19
Determinacin del ndice de cavitacin
En las tablas precedentes se incluye el denominado ndice de cavitacin del escurrimiento, el
cual se calcula como:
K = (h + 10.33 pv) / (U2/2g)
donde:
K: ndice de cavitacin del escurrimiento.
h: tirante lquido, expresado en m.
pv: presin de vapor del agua, considerada como 0.24 m.
U: velocidad media del escurrimiento, en m/s.
g: aceleracin de la gravedad, en m2/s.
La condicin de cavitacin en la rpida se alcanzar si el ndice de cavitacin K es menor que
un ndice de cavitacin crtico Kc (K < Kc). A pesar de que existen distintos mtodos para hallar
el valor de Kc, es prctica corriente el uso del criterio del United States Bureau of Reclamation
(U.S.B.R.). Este criterio relaciona, para distintos tipos de irregularidades, los ndices de
cavitacin con el grado de terminacin admisible y marca adems la eventual necesidad de
incorporar dispositivos de aireacin para mitigar los riesgos de erosin por cavitacin.
Para el caso de las irregularidades abruptas y graduales, el criterio especifica determinadas
tolerancias de terminacin de la superficie de hormign, de acuerdo a lo que se indica en la
tabla.
TOLERANCIA Tipo de irregularidadAbrupta Gradual
T1 25 mm 1:4T2 12 mm 1:8T3 6 mm 1:16
Criterio del U.S.B.R. Clasificacin de tolerancias
De acuerdo a este criterio, las tolerancias indicadas se vinculan con el ndice de cavitacin del
escurrimiento, resumindose en la Tabla Ape. 3-11 los valores lmites para cada tolerancia,
considerando la existencia o no de dispositivos de aireacin forzada:
ndice de cavitacin delescurrimiento Tolerancia sin aireacin Tolerancia con aireacin
> 0.6 T1 T10.6 0.4 T2 T10.4 0.2 T3 T10.2 0.1 Uso de aireacin T2
< 0.1 Revisin del proyecto Revisin del proyectoTabla Ape. 3-11
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
20/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
20
En consecuencia, teniendo en cuenta las velocidades y tirantes del escurrimiento para los
cuatro escenarios analizados, se puede afirmar que no existe riesgo de cavitacin en toda la
rpida, ya que el valor mnimo de K alcanza 1.10.
Curva de empalme entre la rpida y el cuenco
Una vez que la rpida ha alcanzado el punto cuya cota es 579,71 m, se debe definir una curva
que permita empalmar esta seccin con la solera del cuenco disipador de energa.
El criterio considerado para definir esta curva ha sido el de asegurar que el escurrimiento no
genere condiciones de separacin de la lmina respecto del borde slido, de manera que no se
presenten presiones negativas. A los efectos de cumplir con esta premisa, se calcul la
trayectoria del borde inferior de la lmina lquida considerando para ello la velocidad terica.
De esta manera se obtiene la curva presentada en tabla y plano.
Diseo del cuenco disipador de energa
El escurrimiento de alta velocidad a la salida de la rpida requiere de una estructura que
permita reintegrar el flujo al cauce aguas abajo de las obras de descarga con la menor energa
posible. Con esta finalidad, se han evaluado distintas posibilidades de cuenco disipador de
energa.
El diseo del cuenco disipador de energa depender no slo del caudal y del ancho de la
estructura, sino tambin de los niveles de restitucin aguas abajo del mismo. Dado que la
descarga no se produce al cauce natural de un ro, sino a un brazo que ser canalizado
mediante trabajos de excavacin, estos niveles dependen directamente de las variantes de
canalizacin. Esto marcara un espectro muy amplio de posibles niveles, que dificultara el
diseo del cuenco.
Ms all de estas consideraciones iniciales, se han tenido en cuenta las siguientes condiciones
de borde para su diseo:
Se evaluaron alternativas tendientes a reducir los volmenes de obra, tanto en relacin
con la excavacin as como con los trabajos de hormign.
Se ha definido como cota del umbral final del cuenco, el valor 530,00 m, de modo que este
resulta el punto de arranque del canal de descarga.
Para la condicin de diseo, dada por el caudal de 11850 m3/s, el nivel de restitucin en la
seccin final del cuenco debe ser 540,83 m.
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
21/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pliego de Documentacin Tcnica del ProyectoCAPTULO I Hidrologa
21
Teniendo en cuenta estos criterios iniciales, se procedi a evaluar distintas variantes de
cuencos disipadores de energa, entre las que se destacan las correspondientes a los diseos
del U.S.B.R. denominados tipo I (cuenco de solera horizontal sin dientes de choque ni bloques
de cada), tipo II (Figura Ape. 3-4) y tipo III (Figura Ape. 3-5). El manual de diseo de esta
institucin permite determinar, a partir de las condiciones de ingreso al cuenco y del nivel de
restitucin cules deben ser sus magnitudes fundamentales para asegurar la estabilidad del
resalto. De este modo, y dependiendo del tipo de cuenco, se determinan su longitud, la cota de
solera y las dimensiones de los dientes de cada o bloques de impacto.
Para llevar a cabo estas evaluaciones se ha seguido la siguiente metodologa general, la cual
ser detallada para el diseo definitivo del cuenco:
Determinacin de las condiciones de ingreso del flujo aguas arriba del cuenco. En este
sentido, dado que no se conoce la cota de solera del mismo, se empieza el proceso de
clculo partiendo de la cota correspondiente a la seccin inicial del canal de descarga. De
esta manera, es posible calcular la velocidad y el tirante de la lmina incidente, as como el
nmero de Froude.
A partir de esta determinacin, se efecta la valoracin del tirante conjugado final
correspondiente a un resalto libre, empleando para ello la expresin de Belanger.
Si la suma de la cota de fondo inicialmente considerada ms el tirante conjugado es mayor
que el nivel de restitucin, entonces se profundiza el cuenco hasta alcanzar, al menos, una
igualdad de estos valores que permita asegurar la estabilidad del resalto. En el diseo delos cuencos disipadores, se ha tomado un margen del 5 al 7% para asegurar la efectiva
estabilidad del resalto, evitando de esta manera su desplazamiento hacia aguas abajo.
Dado que al profundizar el cuenco se modifican la velocidad, el tirante y el nmero de
Froude al ingreso, este proceso es necesariamente iterativo, resultando rpidamente
convergente. Una vez que se ha definido la cota de solera del cuenco, la metodologa de
clculo del U.S.B.R. permite evaluar la longitud y las dimensiones de los bloques y/o
dientes (si los hubiera) para cada tipo de cuenco.
Las dimensiones definidas para el cuenco son:
Cuenco tipo I
Longitud del cuenco: 120,12 m
Cota fondo del cuenco: 514,00 msnm
7/24/2019 Diseo Azud y Rpidas
22/22
LLAMADO A LICITACIN PBLICA NACIONAL E INTERNACIONALMinisterio de Planificacin Federal, Inversin Pblica y ServiciosSecretaria de Obras PblicasSubsecretara de Recursos Hdricos
APROVECHAMIENTO MULTIPROPSITO CHIHUIDO ITTULO IV Pli d D t i T i d l P t
22
REFERENCIAS
Department of Army. US. Army Corps of Engineers. Engineer Manual N 1110-2-1603:Hydraulic Desing of the Spillways. 1990.
Novak, P; Moffat, A.; Nalluri. Estructuras Hidrulicas. Editorial McGraw Hill InteramericanaS.A. Colombia. 2001.U.S. Department of the Interior Bureau of Reclamation. Diseo de Pequeas Presas, 1966.Vallarino, E. Tratado Bsico de Presas. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos.Madrid, 2001.Ven T. Chow . Hidrulica de Canales. Editorial Diana. Mxico 1986.