MICROCUENCA BATN-QUIVILLA

ESTUDIO HIDROLGICO Y ANLISIS HIDRULICODE LA MICROCUENCA BATN (QUIVILLA)

ESTUDIO HIDROLGICO

1. INTRODUCCIN

1.1. INTRODUCCIN

El estudio tiene un anlisis que nos darn una visin acerca del comportamiento de los procesos hidrolgicos, que son complejos por que se encuentran en funcin de las caractersticas de las micro cuencas y/o subcuenca trazadas dentro del eje de la Micro cuenca de la Quebrada Batn, que constituyen el sistema hdrico que refleja un comportamiento en los recursos agua, suelo y bosques naturales existentes, con los criterios de topografa, altitud y cobertura, es importante para el clculo del coeficiente de Escorrenta dentro del espacio del territorio delimitado de la micro cuenca desde su inicio hasta su trmino., el cual se encuentra conformado por un sistema hdrico que recorre sobre el terreno de profundidades del suelo y entorno a la lnea divisoria de las aguas, existiendo entradas y salidas, dnde el ciclo hidrolgico permite cuantificar el ingreso de la cantidad de agua por medio de sus precipitaciones pluviales y salida , aguas superficiales, aguas del subsuelo y ojos de agua con permanente vegetacin, que es originada por las precipitaciones pluviales que ocurren en ella y se manifiestan en la escorrenta, durante la poca lluviosa, que fluye por las pequeas quebradas que conforma la red de drenaje de la micro cuenca.

1.2. OBJETIVO DEL ESTUDIO

El presente Estudio, persigue alcanzar los siguientes objetivos:

Evaluar las caractersticas hidrolgicas y geomorfolgicas de las quebradas y/o subcuencas que interceptan la micro cuenca. Proponer los caudales mximos con 25, 50 y 100 aos de perodo de retorno para el diseo de diversas obras de drenaje que requieran ser proyectadas de acuerdo a la evaluacin y a la exigencia hidrolgica e hidrodinmica del rea del Proyecto Hidrulico, con la finalidad de garantizar su estabilidad y permanencia. AlcancesLos estudios hidrolgicos comprendern lo siguiente:

Reconocimiento del lugar en la zona del proyecto; identificacin de niveles alcanzados en mximas avenidas. Recoleccin y anlisis de informacin hidromtrica y meteorolgica existente proporcionada por el SENAMHI. Correspondiente a las estaciones pluviomtricas de Jacas Chico. Seleccin y anlisis de los mtodos de estimacin del caudal mximo de diseo; para el clculo mximo a partir de datos de precipitacin.

1.3. UBICACIN DEL PROYECTO

A) UBICACIN GEOGRFICA:

Geogrficamente se encuentra ubicado entre las coordenadas UTM:

Micro cuenca Batn:Este: 311 541Norte: 8 939 097 Altitud :3 390 m.s.n.m. Latitud:0935'42" (sur)Longitud:7643'25" (oeste)

B) UBICACIN POLTICA:

Regin :Hunuco

Provincia :Dos de Mayo

Distrito :Quivilla

Localidad :Quivilla (San Martn)

Ubicacin Poltica del Distrito de Quivilla

MAPA DEL PERDEPARTAMENTO DE HUNUCOPROVINCIA DE DOS DE MAYO

1.4. ACCESOS

La va de acceso es terrestre a la localidad de Quivilla desde Hunuco, con la distancia de 117 Km., siendo el tiempo de viaje de 2.5 a 3 horas por lo accidentado de la zona y carreteras. Al poblado de QUIVILLA, se accede de la siguiente manera:

1.5. DIVISIN HIDROGRFICA

La divisin topogrfica de la cuenca es delimitada por la unin de puntos altos que separan las cuencas de drenaje en salidas diferentes. Puesto que, no se identific trasvase y/o flujo subsuperficial (interflujo y flujo subterrneo) hacia la micro cuenca Batn. La micro cuenca Batn pertenece a la vertiente del Amazonas.

1.6. TIPO DE CUENCA

a) Por su tamao geogrfico:

Las cuencas hidrogrficas pueden ser:

Grandes Medianas o Pequeas

Los conceptos de pequeas cuencas o microcuencas, pueden ser muy relativos cuando se desarrollen acciones, se recomienda entonces utilizar criterios conjuntos de comunidades o unidades territoriales manejables desde el punto de vista hidrogrfico.

b) Por su ecosistema

Segn el medio o el ecosistema en la que se encuentran, establecen una condicin natural as tenemos:

Cuencas ridas Cuencas tropicales Cuencas fras Cuencas hmedas c) Por su objetivo

Por su vocacin, capacidad natural de sus recursos, objetivos y caractersticas, las cuencas pueden denominarse:

Hidroenergticas Para agua poblacional, Agua para riego, Agua para navegacin Ganaderas y De uso mltiple

d) Por su relieve

Considerando el relieve y accidentes del terreno, las cuencas pueden denominarse:

Cuencas planas, Cuencas de alta montaa, Cuencas accidentadas o quebradas

e) Por la direccin de la evacuacin de las aguas

Existen tres tipos de cuencas: Exorreicas o abiertas: drenan sus aguas al mar o al ocano. Un ejemplo es la cuenca del Ro Rmac, en la Vertiente del Pacfico. Endorreicas o cerradas: desembocan en lagos, lagunas o salares que no tienen comunicacin fluvial al mar. Por ejemplo, la cuenca del ro Huancan, en la Vertiente del Titicaca. Arreicas: las aguas se evaporan o se filtran en el terreno antes de encauzarse en una red de drenaje. Los arroyos, aguadas y caadones de la meseta patagnica central pertenecen a este tipo, ya que no desaguan en ningn ro u otro cuerpo hidrogrfico de importancia. Tambin son frecuentes en reas del desierto del Shara y en muchas otras pares.

2. DESCRIPCIN GENERAL DE LA ZONA DE ESTUDIO

2.1. HIDROGRAFA

Hidrogrficamente el rea de estudio se encuentra ubicada en la cuenca afluente del ro Maraon. Estos cursos dan origen al ro Maran. Hidrogrficamente pertenecen a la vertiente del Atlntico, cuenca hidrogrfica del Maran. La fuente de abastecimiento, en el estudio se ha considerado un manantial en el lugar denominado San Martin, por condiciones de cantidad de agua y caudal de 3.088 m3/seg aproximadamente. Se realiz los anlisis correspondientes. El drenaje de la zona en estudio est constituido por numerosas pequeas quebradas que cruzan sus aguas y escurren algunos riachuelos.

2.2. CLIMA Y PRECIPITACIN

Para la caracterizacin climtica y meteorolgica del rea de estudio se ha contado con la informacin de la estacin de Jacas Chico, donde se ha considerado la data de los Aos 2000 al 2013, Debido a su posicin geogrfica y a la diversidad de relieve. Los factores climticos varan considerablemente de un lugar a otro, con caractersticas propias tanto en las precipitaciones anuales, temperatura media anual y coeficiente de evapotranspiracin. Al respecto no existen estudios con datos regionales, pero como aporte estadstico referencial se considera insuficiente, y por tanto las conclusiones tendran un carcter de datos referenciales.

2.3. TEMPERATURA

La temperatura promedio medio anual es de 11.8 C y temperatura mnima media mensual en el rea de estudio el promedio medio anual es de 7.11 C.

2.4. PRECIPITACIN

En el rea de estudio se ha registrado la mayor precipitacin en promedio en el mes de Agosto con 36.40 mm, siendo el mes de Agosto el mes donde se registra la menor precipitacin total mensual con 3.67 mm.

2.5. HUMEDAD RELATIVA

El promedio anual de la humedad relativa es de 74.53%, sin embargo se registr en el mes de marzo una mayor humedad relativa en promedio con 78% y en el mes de Julio se registr la menor humedad relativa con 68%.

2.6. VIENTO PREDOMINANTE Y VELOCIDAD

La direccin del viento predominante proveniente del NNE con un 75% de persistencia y una velocidad promedio anual de 4.0 m/s.

2.7. SUELO

El tipo de suelo corresponden a un suelo de origen coluvial, aluviales y residuales de la meteorizacin en las laderas y los afloramientos rocosos, bsicamente est conformado por reas de pastizales de porte herbceo, que es aprovechado para la ganadera estacionaria.

2.8. VEGETACIN

La vegetacin natural as como los cultivos varan con la altitud y el clima, la flora silvestre es pobre en los valles y flanco de los andes. La flora riberea estuvo caracterizada por algunas especies de arbustos pequeos, sin embargo son predominantes las especies de asterceas como Baccharis, Taraxacum officinale, Bidensandicola, Senecio entre otras; destacan tambin familias como Brasicaceae, Polygalaceae con la especie Monnina cf. amarella, Scrophulaceeae con la especie Calceolaria myriophylla, la familia Liliaceae con varios individuos de la especie Syssyrrinchumsp y la familia Fabaceae con especies como Astragalusgarbancillo, Viciasp y Lupinussp.

2.9. RELIEVE

Est ubicado en la margen derecha del ro Maran Distrito de Quivilla, Provincia de Dos de Mayo, Departamento y Regin Hunuco, emplazado en el valle a 2,938.00 m.s.n.m. en el flanco derecho comprende terrenos a la formacin La Unin, cuya secuencia de conglomerados y arenisca semi consolidado con una edad que corresponde al Pleistoceno, en algunos tramos presenta bancos de arenisca poco slidos los que fueron erosionados a travs del tiempo, topogrficamente forma parte de una zona de huayco rellenado en depresiones existentes.En el flanco izquierdo se presenta en posicin sub horizontal rocas cretcicas ms antiguas con presencia de deformaciones en discordancia angular, en cuyo flanco se presentan paredes empinadas de la formacin La Unin en discordancia con la formacin Jumasha y el Grupo Goyllarisquisga.El Distrito de Quivilla se halla en la parte Occidental del Departamento de Hunuco entre la Cordillera de los Andes, presenta una topografa abrupta en media ladera y forma plana en la zona de Hunuco Pampa, en relacin al levantamiento de los andes, presenta montaas empinadas producto de una rpida profundizacin de los afluentes.Tienen como secuencia litolgica con rumbo N E, con un cauce del ro Vizcarra que drenan sus aguas al ro Maran que forma parte de la Hoya Del Amazonas, los valles tienen una orientacin NO SE, con drenaje tpico dendrtico a sub paralelo y localmente rectangular.

3. ANLISIS HIDROLGICO

El rea de estudio del proyecto no cuenta con estacin de aforos, por lo que las descargas mximas se han estimado con los registros de precipitaciones mximas en 24 horas de la estacin ms cercana a la zona de estudio, como es: la estacin JACAS CHICO y con las caractersticas fsicas de la zona.Donde se han tomado en cuenta y se refiere a datos de promedios mensuales por tener en cuenta la variacin de la precipitacin Altitud Precipitacin, y confirmar su buena consistencia en la utilizacin de stos modelos.Las caractersticas hidrolgicas de los riachuelos, quebradas, otras fuentes de escorrenta superficial y como datos de diseo es necesario tener en cuenta para el diseo de estructuras hidrulicas, ya que el comportamiento o rgimen dela fuente de abastecimiento, principalmente se traduce en una variacin de la cantidad de agua que pasa por una seccin, por lo tanto compromete a la zona donde se ubican las obras hidrulicas.

3.1. INFORMACIN BSICA

La informacin bsica que se ha utilizado para la elaboracin del anlisis hidrolgico es la siguiente:

3.1.1. INFORMACIN CARTOGRFICA

Se utiliz la siguiente informacin:

Carta Nacional proporcionada por el Instituto Geogrfico Nacional (IGN), a escala 1:20 000, habindose empleado las siguientes:

La Unin Hoja 20-j3.1.2. INFORMACIN PLUVIOMTRICA

Se refiere a precipitaciones mximas en 24 horas registradas en las estaciones pluviomtricas cercanas a la zona de estudio, habindose utilizado la siguiente informacin:

Informacin complementaria proporcionada por Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa (SENAMHI).

- Precipitaciones promedio mensuales de la Estacin Pluviomtrica Jacas chicoperodos 2000- 2013.

La ubicacin y caracterstica de las estacin pluviomtrica localizada en la zona de estudio o cercana a ella, se presentan a continuacin en el Cuadro N 01.

CUADRO N 01

En el cuadro N 02 se presenta las series histricas de precipitaciones mximas en 24 horas, proporcionadas por Senamhi.

CUADRO N 02

MICROCUENCA BATN-QUIVILLA56

ESTRUCTURAS HIDRULICASREGISTRO DE PRECIPITACIN PROMEDIO MENSUAL (mm)

Estacin : Jacas ChicoLAT. :0935'42" "S"Dpto. :Huanuco

Parmetro : Precipitacin promedio mensualLONG:7643'25" "W"Prov. :Dos de Mayo

Fuente : SENAMHI.ALT :3390 msnmDistr. :Quivilla

AOENEFEBMARABRIMAYJUNJULAGOSSETOCTNOVDICSUMA

200014.1012.1014.6011.007.305.300.005.6012.2021.309.906.80120.20

200114.006.7018.3010.9014.0011.603.205.509.8022.4012.7016.40145.50

200218.0015.1026.1012.000.000.000.000.0017.1023.6014.8018.70145.40

200320.6019.8021.6016.9012.008.304.5022.408.9017.9014.9013.20181.00

200421.6024.4022.3025.3012.8010.000.0016.809.9028.0023.8026.90221.80

200526.0022.3012.1013.604.103.201.3010.803.4015.4019.7023.30155.20

200625.1023.8022.9017.3023.207.600.000.0014.409.9018.0015.30177.50

200715.3026.9027.0033.0018.506.906.308.5015.0018.3024.0011.20210.90

200823.3017.1028.8010.0012.005.702.5011.2012.5011.2013.0024.50171.80

200923.9035.5026.0012.5011.007.202.003.908.8019.0013.5019.30182.60

201016.4024.0029.0014.6011.007.2012.4036.408.0014.3019.2022.00214.50

201122.0030.1014.4026.0015.005.608.707.6012.0014.0022.4026.50204.30

201221.0022.5022.0017.0011.507.003.6011.0011.5018.0018.3019.40182.80

201315.4015.7012.7010.3024.800.007.005.0015.1022.5030.7012.40171.60

SUMA276.70296.00297.80230.40177.2085.6051.50144.70158.60255.80254.90255.902485.10

MX.26.0035.5029.0033.0024.8011.6012.4036.4017.1028.0030.7026.90221.80

MIN.14.006.7012.1010.000.000.000.000.003.409.909.906.80120.20

PROM.19.7621.1421.2716.4612.666.113.6810.3411.3318.2718.2118.28177.51

3.2. PRECIPITACIN MXIMAS EN 24 HORAS Y TIEMPOS DE DURACIN

3.2.1. INTENSIDAD DE LLUVIAS

Se cuenta con registros de precipitaciones mximas de 24 horas y mensuales en la estacin de Jacas chico, con la finalidad de que en el presente estudio se tenga resultados ms consistentes y confiables la intensidad mxima horaria ha sido estimada a partir de la precipitacin mxima 24 horas para el mismo periodo de retorno, registrada en la estacin que componen las reas de las micro cuencas correspondientes al drenaje superficial del proyecto.Para ello se recurri al principio conceptual, referente a que los valores extremos de lluvias de alta intensidad y corta duracin aparecen, en el mayor de los casos, marginalmente dependientes de la localizacin geogrfica, con base en el hecho de que estos eventos de lluvia estn asociados con celdas atmosfricas las cuales tienen propiedades fsicas similares en la mayor parte del mundo.Las estaciones de lluvia ubicadas en la zona, no cuentan con registros pluviogrficos que permitan obtener las intensidades mximas. Sin embargo estas pueden ser calculadas a partir de las lluvias mximas sobre la base del modelo de Dick y Peschke (Guevara 1991). Este modelo permite calcular la lluvia mxima en funcin de la precipitacin mxima en 24 horas. La expresin es la siguiente:

Donde:Pd = precipitacin total (mm)d = duracin en minutosP24h = precipitacin mxima en 24 horas (mm)

La intensidad se halla dividiendo la precipitacin Pd entre la duracin.Las curvas de intensidad duracin - frecuencia, se han calculado indirectamente, mediante la siguiente relacin:

Donde:I = Intensidad mxima (mm/min)K, m, n = factores caractersticos de la zona de estudioT = perodo de retorno en aost = duracin de la precipitacin equivalente al tiempo de concentracin (min)

Si se toman los logaritmos de la ecuacin anterior se obtiene:

Bien:

Donde:

Los factores de K, m, n, se obtienen a partir de los datos existentes. El procedimiento se muestra en los cuadros adjuntos.En base a estos valores de precipitacin de 24 horas de duracin obtenidos para cada periodo de retorno, puede estimarse la intensidad de lluvia y precipitacin para duraciones menores a 24 horas. En los cuadros adjuntos se muestra la distribucin en el tiempo de la precipitacin y la intensidad de lluvia, respectivamente. Se muestra el grfico I-D-F (Intensidad, Duracin y Frecuencia) para 25, 50 y 100 aos de periodo de retorno.CUADRO N 03

CUADRO N 04

CUADRO N 06Las curvas de intensidad - duracin - frecuencia, se han calculado indirectamente, mediante:

Donde:I = Intensidad mxima (mm/h)K, m, n = Factores caractersticos de la zona de estudioT = Periodo de retorno en aost = Duracin de la precipitacin equivalente al tiempo de concentracin (min)Donde:I = Intensidad mxima (mm/h)K = 0.267m = 0.448n = -0.250

GRFICO N 01

Para los datos generados, la regresin lineal de estos datos dan como resultado los siguientes coeficientes:Por lo tanto la ecuacin final resulta:

Se puede realizar para periodos de retorno de 2, 10 y 50 aos.

Determinamos la Intensidad por el siguiente mtodo:

A1.- Secuencia de aplicacin del Mtodo Racional

Para aplicar el M.R., es necesario determinar cada uno de los factores que intervienen en la frmula, y para lograrlo, se siguen los siguientes pasos:

1 Se determina el coeficiente de escorrenta, C.

2 Se determina el tiempo de concentracin (Tc) de la microcuenca que aporta escurrimiento, desde las nacientes, hasta la captacin.

Segn Kirpich, 1940 (NORMA S..110), la expresin es:

Donde: Tc = Tiempo de Concentracin, en minutos.L = Longitud del canal desde aguas arriba hasta la salida en M.S = Pendiente promedio de la cuenca, m/m.

El tiempo de concentracin, Tc, segn Kirpich california, 1942 (Norma S.110 y Villn), sera:

Donde: Tc = Tiempo de Concentracin, en minutos.L = Mxima longitud de recorrido, en metros.H = Diferencia de elevacin entre Hs y Hi (del punto 2), en metros 3 Se obtiene la intensidad mxima de la lluvia.

La intensidad mxima de la lluvia (de diseo) tiene una duracin igual al tiempo de concentracin, y para un perodo de retorno dado de 50 aos, donde la frecuencia periodo de retorno seleccionado como adecuado para la eleccin de las obras proyectadas.

2 El tiempo de Concentracin, Tc.

Para las microcuenca delimitada, se cuenta con los siguientes parmetros geomorfolgicos donde:

L = longitud son variables en cada rea que escurren el agua.S (%) = pendiente de igual manera variables en (m/m)

Reemplazando en la frmula de Kirpich, en minutos.

Se tienen Tc = variables como se indican en el cuadro adjunto.Pero se asume que Tc = Td

Se considera un Tc de 10 minutos por ser el lmite superior de los Tci, valores determinados para cada zona de escurrimiento.

3 Se tomaron las intensidades de lluvia con Tc=Td = minutos para un Perodo de retorno de Pr de 2, 10 y 25 aos.

T (aos)Duracin (min)Imax (mm/hr)

2.015.00.588

2.030.00.699

2.060.00.831

2.0120.00.989

2.0180.01.094

2.0240.01.176

3.015.00.839

3.030.00.998

3.060.01.187

3.0120.01.411

3.0180.01.562

3.0240.01.678

5.015.01.177

5.030.01.399

Tiempo de concentracin o duracin (tc)

Tc = 1.84min

Intensidad mxima:I = 1.32mm/hr

4. PARMETROS HIDROLGICOS DE LA MICROCUENCA

4.1. ESTIMACIN DEL CAUDAL EN LA MICROCUENCA

EL MTODO UTILIZADO ES EL MTODO DEL FLOTADOR:

El mtodo de flotacin es til cuando existen grandes corrientes, es ideal si se puede encontrar una seccin del rio de unos 10 metros de largo donde la corriente sea bastante consistente en anchura y profundidad.

AFORO DE CAUDALES

Conjunto de operaciones para determinar el caudal en un curso de agua para un nivel observado.

CAUDAL DE AGUA

Volumen de agua que fluye a travs de una seccin transversal de un rio o canal en la unidad de tiempo

METODO DE AFORO POR FLOTADORES

El mtodo de aforo por flotadores, es un mtodo de campo, sencillo y rpido para estimar el caudal de agua que pasa en una seccin transversal del rio. Con este mtodo se calcula las velocidades superficiales de la corriente de un canal o rio, utilizando materiales sencillos (flotadores) que se puedan visualizar y cuya recuperacin no sea necesaria.

METODOLOGA

1. PROCEDIMIENTO

Se busc un lugar adecuado para aforar (de preferencia el lugar debe ser recto y uniforme) Se seleccion las secciones de control por las cuales va a pasar el flotador, levantar y calcular las secciones inicial y final del tramo elegido. Dividimos la seccin de entrada y de salida del flotador en subsecciones para determinar con mayor exactitud la trayectoria. Medimos la distancia longitudinal entre las secciones de control Lanzamos el flotador , el flotador debe ser soltado aguas arriba para su control Determinamos la seccin media del cruce ,para luego determinar el caudal Repetimos el proceso para determinar el caudal.1. RESULTADOS :

SECCION A

CALCULO DEL AREA DE LA SECCIN A . CALCULO DEL AREA DE LA SECCIN A

PROFUNDIDADALTURA( m2 )

A10.4175

A20.3950

A30.400

A40.3950

A50.3825

A60.3575

A70.3175

A80.2975

A90.2750

A100.2500

A110.2300

A120.2150

A13

0.1900

PROFUNDIDADALTURA( m )

H10.86

H20.81

H30.77

H40.83

H50.75

H60.78

H70.65

H80.62

H90.62

H100.57

H110.53

H120.47

H13

0.45

SECCION B

CALCULO DEL AREA DE LA SECCION B . CALCULO DEL AREA DE LA SECCION BPROFUNDIDADALTURA( m )

H10.86

H20.79

H30.77

H40.75

H50.72

H60.64

H70.69

H80.65

H90.63

H100.57

H110.53

H120.47

H13

0.45

PROFUNDIDADALTURA( m )

A10.4025

A20.3900

A30.3800

A40.3675

A50.3400

A60.3325

A70.3200

A80.300

A90.2900

A100.2875

A110.2625

A120.2150

A13

0.1900

CALCULO DEL CAUDALTIEMPO PROMEDIO(sg)DISTANCIA RECORRIDAVELOCIDAD PROMEDIO(m/sg)VELOCIDAD MEDIA(m/sg)AREA(m2)CAUDAL (m3/sg)

TpdVs=d/TpVm=Vs*0.85A=Aa+Ab/2Q=Vm*A

18.98100.5270.4486.89443.088

CALCULO DE LA VELOCIDAD (PARA UN ALONGITUD DE 10 m)

RECORRIDOTIEMPO (sg)DISTANCIA(m)VELOCIDAD

125.82100.387

229.66100.337

321.13100.473

425.39100.394

514.47100.691

614.2100.704

714.05100.712

815.93100.628

911.84100.845

1011.98100.835

1111.56100.865

1213.94100.717

1312.95100.808

1412.38100.605

1516.53100.768

1613.02100.623

1716.05100.550

1818.18100.415

1924.07100.177

2056.46100.165

Tprom=T/2018.98

Por lo tanto el caudal mnimo ser:

Qmin = 3.088m3/s

4.2. ESTIMACIN DE LOS CAUDALES MXIMOS DE DISEO

Para el dimensionamiento hidrulico de las estructuras, del rea de influencia del Proyecto, se estimaron los Caudales Mximos de Diseo, en base a la Precipitacin Mxima en 24 Horas (Pm24hr), y su transformacin en intensidades mximas horarias (Curvas IDF) de la estacin de JACAS CHICO con datos de precipitacin mxima de 24 horas.Al respecto se asume la serie JACAS CHICO "como representativa de las condiciones de pluviosidad tpica de la sierra especialmente en la zona del estudio que corresponde al tramo.Los caudales mximos de diseo para las estructuras de cruce comparativamente, se obtuvieron el mtodo Racional donde se exponen dichos mtodos y a la vez, se hacen los clculos correspondientes: los resultados obtenidos, tienen un carcter preliminar, como primeros valores que definen el orden de magnitud de las estructuras de cruce.En la microcuenca se aplicaron el presente Mtodo Racional y que ste mtodo puede ser utilizado en stos casos donde recomiendan varios autores donde la relacin de caudales mximos y reas aportantes, planteada por Remenieras.

OBTENCIN DE LOS CAUDALES MXIMOS DE DISEO POR EL MTODO MAC MATCH

MTODO DE MAC MATCH

Donde:Q = caudal mximo con un periodo de retorno de T aos en m3/seg.C = factor de escorrenta de Mac Match, representa las caractersticas de la cuenca.I = intensidad mxima de la lluvia para una duracin igual al tiempo de concentracin tc y un periodo de retorno T aos, (mm/hr)A = rea de la cuenca en Has.S = pendiente promedio del cauce principal en %

CALCULANDO EL COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO

Del parmetro que interviene en esta frmula, sobre el que se tiene que incidir, es sobre el factor C, el cual se compone de tres componentes, es decir: C = C1 + C2 + C3Donde: C1 = est en funcin de la cobertura vegetal C2 = est en funcin de la textura del suelo C3 = est en funcin de la topografa del terreno.

Estos valores se muestran en la tabla siguiente:

VegetacinSueloTopografa

Cobertura %C1TexturaC2Pendiente %C3

1000.08Arenoso0.080-0.20.04

80-1000.12Ligera0.120.2-0.50.06

50-800.16Media0.160.5-2.00.06

20-500.22Fina0.222.0-5.00.1

0-200.3Rocosa0.35.0-10.00.15

De donde se obtiene los siguientes datos:

C1 =0.3C2 =0.3C3 =0.06

Por lo tanto el Coeficiente de Escurrimiento es:

C =0.66Los datos para determinar el Caudal mximo:

La pendiente principal del cauce principal %:S =0.0997

Intensidad mxima de lluvia adoptada ( i ) =1.32mm/h

rea de la cuenca adoptada ( A ) =2645.6HaPor lo tanto el Caudal mximo: Qmax = 4.42m3/s

4.3. ANLISIS FSICO DE LA MICROCUENCA DE LA QUEBRADA BATAN QUIVILLA

4.3.1. MAGNITUD O REA DE LA MICRO CUENCA

Es la proyeccin horizontal de la superficie de drenaje de cada microcuenca, (o zona delimitada) que tiene un rea determinada.

Mg Mc = 25.896 km2

4.3.2. LONGITUD DE CAUCE (Lcp)

Es la longitud del cauce principal de la microcuenca desde el punto ms bajo hasta el punto ms alejado.

Lcp = 14.263 km

4.3.3. NDICE DE GRAVELIUS O COEFICIENTE DE COMPACIDAD (Kc)

Es la relacin entre el permetro de la cuenca y la longitud de la circunferencia de un crculo de rea igual a la de la cuenca.

Donde:P: permetro de la cuenca, en kmA: rea de drenaje de la cuenca, en km2

Kc = 1.748 km/km

Cuando Kc es cercano a 1.0 indica que la forma es casi una circunferencia. Kc mayores que 1.0 indica menor circular la cuenca. Cuencas con Kc cercano a 1.0 tienen ms problemas de crecientes (gastos muy grandes, inundaciones).

Concluimos en lo siguiente:

Una vez delimitada la cuenca hallamos el ndice que con ayuda del Autocad Civil CAD nos importara el permetro y el rea de rea de la cuenca.

Cuando:

Valores de " K "Tipos o clases de formas

1.00 a 1.25casi redondeada a oval redonda

1.26 a 1.50oval redonda a oval oblonga

1.51 a 1.75oval oblonga a rectangular oblonga

4.3.4. FACTOR DE FORMA (Kf)

Es la relacin entre el ancho medio y la longitud axial de la cuenca. La longitud axial de la cuenca se mide cuando se sigue el curso de agua ms largo desde la desembocadura hasta la cabecera ms distante en la cuenca. El ancho medio, B, se obtiene cuando se divide el rea por la longitud axial de la hoya.

Donde: B = Ancho medio La = Longitud axial de la cuenca (medido sobre el cauce ms largo desde la cabecera hasta la salida de la cuenca). A= rea de la cuenca Suponga dos cuencas de la misma rea.La que tiene factor de forma ms alto tiene ms problemas de crecientes.Kf = 0.127

4.3.5. ORDEN DE CORRIENTES DE AGUA

El orden de la cuenca est dado por el orden del cauce principal:

Corrientes de primer orden: pequeos canales que no tienen tributario Corrientes de segundo orden: dos corrientes de primer orden se unen Corrientes de tercer orden: dos corrientes de segundo orden de unen Corrientes de orden n+1 : dos corrientes de orden n se unen

Entre ms alto es el orden de la cuenca, indica un drenaje ms eficiente que desalojar rpidamente el agua.

Presenta corrientes de:

1er Orden 1

2

2do Orden ..

1

1 1 1

2 1 1

2 1 1

1

2 2

4.3.6. DENSIDAD DE DRENAJE (Dd)

Es la relacin entre la longitud total de las corrientes de agua de la cuenca y su rea total.

En donde: L: longitud total de las corrientes de agua, en km = 28.808 kmA: rea total de la cuenca, en km Dd usualmente toma valores entre 0.5 km/km para cuencas con drenaje pobre hasta 3.5 km/kmpara cuencas excepcionalmente bien drenadas.

Dd = 1.113 km/km2

4.3.7. EXTENSIN MEDIA DE LA ESCORRENTA SUPERFICIAL

Se define como la distancia media en el que el agua de lluvia tendra que escurrir sobre los terrenos de una cuenca, en caso de que la escorrenta se diese en lnea recta desde donde la lluvia cay hasta el punto ms prximo al lecho de una corriente cualquiera de la cuenca.Considerando que una cuenca de rea A pueda ser representada por un rea de drenaje rectangular, y teniendo un curso de agua de longitud L igual a la longitud total de las corrientes de agua dentro de ella, que pasa por su centro, como se muestra en la figura, la extensin media de la escorrenta superficial ser.

En donde:l : extensin media de la escorrenta superficial, en km L: longitud total de las corrientes de agua en la hoya hidrogrfica, en km. A: rea de drenaje total de la hoya, en km2

l = 0.2247 km

4.3.8. SINUOSIDAD DE LAS CORRIENTES DE AGUA

Es la relacin entre la longitud del ro principal medida a lo largo de su cauce, L, y la longitud del valle del ro principal medida en lnea curva o recta, Lt.

Este parmetro da una medida de la velocidad de la escorrenta del agua a lo largo de la corriente. Un valor de S menor o igual a 1.25 indica una baja sinuosidad. Se define, entonces, como un ro con alineamiento recto.

Donde:L : Longitud del Ro Principal = 14.263 km

Lt : Longitud del valle del Ro Principal = 13.477 km

S = 1.058

4.3.9. PENDIENTE DEL CAUCE

Esta caracterstica controla en buena parte la velocidad con que se da la escorrenta principal, influyendo en el tiempo de concentracin de las aguas en un determinado punto del cauce y su determinacin no es sencilla.

Donde:

H = Desnivel en el cauce principal = 15.664 km L = Longitud total del cauce principal = 14.263 kmS c = Pendiente del cauce

Sc = 1.098

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

De acuerdo al anlisis de la informacin de las estaciones hidrometeoro lgicas y los sucesos ocurridos, se puede concluir lo siguiente:

CONCLUSIONES:

El propsito general de un estudio hidrolgico es describir, evaluar, cuantificar y simular el funcionamiento de la microcuenca como un sistema hidrolgico integral de los sucesos del ciclo hidrolgico, analizando las principales componente hidrometeoro lgicas como precipitacin, temperatura, evapotranspiracin y la escorrenta superficial como parmetro principal e importante. Al encontrar y hallar, el balance y disposicin hdrica en la situacin actual y futura para cada unidad hidrogrfica de la microcuenca, ya se puede medir el nivel de los distintos consumidores de agua, prebendo el uso y demanda total del uso del agua. El tramo vial motivo del presente estudio, desde la progresiva km: 0+000 al km: 7+000, con distintas y/o kilometrajes han sido desarrollados sobre terrenos de configuracin de pendiente fuerte y mediana, tramo con un bosque en un 0.5%. Hidrolgicamente diciembre, enero, febrero y marzo son los meses de transicin donde se presenta las mximas avenidas por efecto de las precipitaciones intensas y mximos caudales. Para la delimitacin de la cuenca se han usado las siguientes cartas 20-J, En la zona de estudio no existe en la actualidad estacin meteorolgica y/o hidromtrica en servicio por lo que para el anlisis de las precipitaciones de mximas avenidas se utilizaron la estacin de Jacas Chico y mejor correlacionadas entre s. A lo largo del tramo de estudio, se han observado micro cuencas hidrogrfica que interceptan el alineamiento del rio, las mismas que han identificadas en la informacin cartogrfica y cuyas superficies de aportacin varan entre 0.018 km2 y 0.128 km2. Asimismo, existen pequeas quebradas con superficie de aportacin de reducida magnitud menores a 0.3 km2. Las precipitaciones para diferentes periodos de retorno se han desarrollado a partir de las precipitaciones de mximas de 24 horas.

RECOMENDACIONES

Es necesario que se mantenga la presencia de vegetacin silvestre en la parte alta de la cuenca, con el objetivo garantizar la permanencia del recurso hdrico en la zona. No se debern proyectar obras civiles en la parte alta de cabecera de cuenca, ya que esto alterara la permanencia del recurso hdrico. La presencia de vegetacin en la parte alta de la cuenca permite retener las aguas de lluvia de las precipitaciones mximas y acta como esponja en pocas de estiaje, por lo tanto se recomienda revegetar las zonas altas. Se recomienda que la actualizacin, recopilacin y disponibilidad de datos hidrolgicos sea permanente por lo que debe implementarse en la cuenca un sistema de monitoreo tanto de variables de entrada como de estado del sistema, y con ello actualizar las series sintticas generadas en el presente estudio en base a informacin nueva. El especialista en el diseo de la estructura del proyecto optar por el caudal de la mnima avenida, esto con la finalidad de que se pueda garantizar la dotacin del servicio durante todo el ao.

PREDIMENSIONAMIENTO DE REPRESA TIPO ARCO

0. PRESAS DE ARCOS

1.1. INTRODUCCIN

Son todas aquellas en las que su propia forma es la encargada de resistir el empuje del agua. Debido a que la presin se transfiere en forma muy concentrada hacia las laderas de la cerrada, se requiere que sta sea de roca muy dura y resistente. Constituyen las represas ms innovadoras en cuanto al diseo y que menor cantidad de hormign se necesita para su construccin. Son estructuras que adems de ser curvilnea tienen alto grado de esbeltez y trabajan como arco o cascara transmitiendo su carga hidrosttica horizontal a los atraques en las paredes del can ideal donde: n = L/ H no exceda de 3 a 3,5, aunque en algunos proyectos con presas todava econmicas lleg a valores de 7 al 10 en caones cuyas laderas y lecho tengan roca de buena calidad con alta resistencia-monoltica y esbeltez a la filtracin. Estructuralmente trabajan como un arco horizontal, transmitiendo la mayor parte de la carga a los estribos o laderas del valle y no al lecho del valle. La mayora de las veces la garganta tiene forma de V, aunque en algunos casos menos frecuentes, sta tiene forma de U. Este tipo de obra afecta a aproximadamente el 5 % de las presas y constituyen unas de las estructuras ms complejas que afronta la Ingeniera. Las condiciones de ubicacin de las presas bveda son bastante determinadas: valle estrecho y profundo y laderas resistentes. El lmite de empleo de la presa bveda es aproximadamente de 3 a 4 la longitud de la cuerda de coronacin a la altura.

Las presas de arco pueden clasificarse;

1- Segn su esbeltez, el valor del coeficiente de esbeltez, que es la relacin entre el ancho de la base b y de la altura H las presas pueden ser:

a) Delgadas, =b/H < 0,2b) Gruesas, = 0,2 0,35c) Arco-Gravedad, = 0,35 0,65

2.- segn la disposicin de la presa en planta (forma planimetrica). El esquema de la presa mas difundido es la de arco circular en la cual la tensin del arco disminuye entre menor sea el radio y mayor el ngulo central, el cual se toma entre 100 y 130 grados. Hay presas con radio al paramento de agua arriba de radio constante y presas de doble curvatura. As que tenemos:

a) con ngulo central constanteb) con radio, referido al paramento aguas arriba, constante.c) De doble curvatura3.- Segn la altura de la presa, se consideran:a) Presas de arco bajas las de H < 25 m.b) medianas 25 < H < 75 m.c) altas cuando H 75 m.d) sper altas hasta 271 m.4.- segn la forma como se permite el paso de las crecientes en el nudo hidrulico que incluye la prese de arco.a) La presa sorda sin ningn orificio en su cuerpo.b) Presas vertedoras, que pueden tener vertedores superficiales, orificios sumergidos o una combinacin de ambos.

1.2. TIPOS DE BOVEDA

Las presas de arco son de dos tipos:

Presas de arco de radio constante.- comnmente tienen una corriente vertical rio arriba con un radio contante de curvatura. Presas de radio variable.- Tienen curvas de corriente arriba y abajo de radios que se disminuyen sistemticamente con la profundidad debajo de la cresta. Cuando una presa es tambin doblemente curva, es decir es curva tanto en planos horizontales como en verticales, a veces le llaman presa de domo. Algunas presas son construidas con dos o varios arcos contiguos o planos y son descritas como de mltiples arcos o presas de domo mltiples. El anlisis asume que dos clases principales de desviaciones o dislocaciones afectan la presa y sus estribos. La presin del agua sobre la corriente arriba de la cara de la presa y presiones de elevacin de la filtracin bajo la presa tiende a hacer girar la presa sobre su base por la accin de voladizo. Adems la presin de agua del depsito tiende a aplanar el arco y empujarlo ro abajo. Cuando la cerrada es en U (fig 10.7 a) podemos hacer que las directrices de los arcos formen una superficie de revolucin y, la presa puede definirse por una seccin transversal nica con un eje de revolucin. Pero encerradas en V (cuasi constantes) (fig 10.7 b) la cuerda vara desde casi cero en el ro hasta un mximo en coronacin. En estas cerradas se va a otro tipo de presas, la presa ya no resulta de revolucin y su seccin transversal (vertical) vara a lo largo de la coronacin.

1.3. CONSIDERACIONES PREVIAS

En presas de arcos la forma cobra toda su importancia. El peso propio existe sin duda, pero es una consecuencia del volumen resultante, pero no una necesidad fundamental, como en las de gravedad. Y en cualquier caso la economa de volumen puede ser notable y muy superior a la de las presas de contrafuerte.Al arquear la presa se consigue que, gracias a su forma, transmita el empuje hidrosttico a los estribos. Es obvio y esencial que estos han de poder resistir este empuje transmitido para que sea factible la presa.

2. DISEO DE CONCEPTOS Y CRITERIOS

Se proyecta en caones V. U estrechos, donde la roca de la pared es capaz de resistir el empuje producido por la accin del arco. Transmiten la mayor parte del empuje horizontal del agua detrs de ellas, a los estribos (apoyos) por la accin del arco.Una presa arco transfiere cargas a los pilares y fundaciones por accin de voladizo y a travs de arcos horizontales, y se desarroll un mtodo de distribucin por Stucky en Suiza y el USBoR.Los supuestos hechos no son estrictamente cierto debe entenderse el efecto de cada uno antes de aceptar el diseo.

El CONCRETO en la presa y los cimientos de roca son homogneo e istropo; Tensiones dentro del lmite elstico de CONCRETO y las formaciones rocosas y esa presin ser proporcionales a la presin; Que las secciones del avin antes del plegado siendo plano despus de flexin; Que destaca directa variar linealmente entre las caras de upstream y downstream, en elementos de arco y voladizo; Que el mdulo de elasticidad del CONCRETO y el mdulo de deformacin de la Fundacin son los mismos en tensin como en compresin; Insiste en que la temperatura y las cepas son proporcionales a los cambios de temperatura; Esa carga de agua en las paredes del depsito no causar movimientos diferenciales en el damsite; Que deformaciones de la Fundacin son independientes de la forma de la Fundacin; Que las tensiones se alivian por grietas para que todas las cargas son transportadas por compresin y cizallamiento en las porciones uncracked;

Que la presa acta como un monlith, es decir, que juntas de contraccin o ranuras han sido fuertemente lechadas y que toda contraccin del CONCRETO ha tenido lugar antes de esto. Los parmetros de control de diseo, que no sea la geometra real incluyen:

Las cargas sobre la presa; Carga y Factor de seguridad El grado de fijeza a la Fundacin y estribos; Las propiedades de los materiales componentes de la presa y los cimientos.Refuerzo de acero puede reducir el espesor de la presa, pero a un costo. Si no se utiliz refuerzo grietas en los rostros de una presa arco pueden resultar de:

Tensin de traccin excesiva debido a la geometra de la presa; Tensin secundaria resultante de alta resistencia a la compresin de las fuerzas en miembros delgados; Secundarias tracciones en el arcos de muslos y paralelo a los estribos; 'Colgar' de CONCRETO junto a un pilar vertical cercano; Efectos de la temperatura - ya sea debido a la hidratacin del cemento o condiciones climticas.

Definicin de arco diferente presas basado en espesor de base (h es la altura de la presa):

Arco de fina < 0,2 h

Medio arco h 0.2-0.3 h

Arco grueso > 0,3 h

Arco gravedad > 0.5 h

Refuerzo no es generalmente necesario en presas de arco gravedad o gruesa presas de arco. Su uso en presas de arcos delgadas se ve favorecido, sin embargo para un 90 m alta presa el costo del refuerzo sern muchos millones de dlares, lo que podran mitigar la adopcin de dicha presa.Uplift - no es de importancia en presas de arcos delgadas, pero en las presas arcos gruesas se prevn para el drenaje interno, en cuanto a presas de gravedad. Si el diseo asume que el concreto se quebrar si superan tensiones digamos 0.4MPa, entonces es coherente asumir que la presin hidrosttica completa puede actuar en esas grietas.Destaca a la traccin - el objetivo del diseador es para eliminar tensiones de traccin, aunque esto no siempre es posible desde una seccin transversal irregular puede generar concentraciones locales de estrs, y es necesaria excavacin de estribos ms all de los lmites de diseo alterar la geometra de la presa y posiblemente afectar el grado de fijeza.Estribos - estabilidad

En el cuerpo de roca estn involucrados los siguientes:

El peso de la roca; Destaca ssmica tectnica y dinmico esttico; Empujes hidrostticos y flotabilidad despus del llenado del embalse; Fuerzas transmitidas desde la presa.

Mnimos de seguridad generalmente se encuentran en la parte superior de las presas de doble curvatura porque:

Las zonas superiores del valle son menos apretadas y aqu las fuerzas terremoto causan reacciones ms fuertes; La sobrecarga de rock es menor - proporcionando carga menos normal sobre posible deslizamiento planos; La direccin de las resultantes fuerzas desde la presa a menudo cumplen con los estribos en ngulos menos favorables.

Percolacin de agua a presin puede afectar la fuerza de un pilar del rock:

Saturacin con frecuencia disminuye la resistencia de rocas, probablemente debido a la infiltracin de microfisuras; Tensiones de roca natural sern modificados por la presin del agua, y Puede disminuir el rozamiento.

Geometra de shell

Arco de radio constante presa

(C) Thomas, Henry H. La ingeniera de grandes presas

La forma ms simple de la presa de arcada con una cara de upstream cilndrica vertical y una cara de aguas abajo uniformemente inclinada. Utilizado en amplios valles con posibilidad de deslizamiento formando mtodos de construccin.

Arco de ngulo constante presa

(C) Thomas, Henry H. La ingeniera de grandes presas

Arco de radio variable Dam

(C) Thomas, Henry H. La ingeniera de grandes presas

Doble curvatura - presa de cpula

(C) Thomas, Henry H. La ingeniera de grandes presas

Curvatura vertical para que el peso de la presa compensar las tensiones verticales debido a la carga de agua. Presas de la cpula son ideales para estrechos valles y son similares a las presas de arcos delgadas con respecto a los requisitos de la Fundacin.

(C) Wahlstrom, Ernest presas, fundaciones de presa y sitios de depsito

Secciones de presas de arcos tpicos

Juntas de contraccin

Ha sido una prctica normal para proporcionar juntas de contraccin radial en presas arcos a aproximadamente 15 metros de distancia. Esta dimensin ha evolucionado desde la experiencia desde grietas aparecieron a menudo en monolitos de 20 metros o ms de longitud, donde completo control de temperatura del CONCRETO era impracticable o antieconmico; agrietamiento ocurri especialmente en partes sujetas a grandes y repentinas cadas en temperatura ambiente. Para presas de arco de radio constante las articulaciones son radiales y plano, mientras que para presas de doble curvatura son frecuentemente deformados; en algunos casos estn formados para dejar la roca casi normal a la superficie de contacto.Ya que se requiere accin monoltica en el arco, se prevn para la inyeccin de lechada de cemento en las juntas despus de que el CONCRETO se haya enfriado a temperatura media, o se haya enfriado artificialmente para temperatura de media un poco ms abajo con el fin de introducir algunas compresin en los arcos.Cada articulacin generalmente se divide por topes de lechada horizontal para que las zonas de diez a quince metros de altura pueden enlechar progresivamente para garantizar la estabilidad de las secciones completadas contra rebase inadvertida por las inundaciones. Presas de arcos suelen ser lo suficientemente flexibles para desertar en forma apreciable bajo las fuerzas ejercidas por lechada conjunta; la eficacia de la aplicacin de la lechada, por tanto, puede evaluarse comparando medido con deformaciones calculadas. Para evitar sobrecargas nocivas observaciones regulares debe realizarse durante la lechada en conjuntos metros incrustadas en el CONCRETO a travs de las juntas, en dial manmetros fijos que aguas arriba y caras de aguas abajo de la articulacin, en clinometers en las caras de la presa y galeras y plumbobs y encuesta objetivos tan conveniente.

(C) Thomas, Henry H. La ingeniera de grandes presas

Pretensado

En la bsqueda de nuevas economas en la construccin de presas de arcos parece ser necesario considerar medios de aplicar cargas externas a la presa para contrarrestar tracciones indeseables que de lo contrario se desarrollaran. Ahora se han construido muchas presas con tensiones de compresin hasta 8,5 MPa, pero aumentar estas tensiones probablemente no sera posible sin pretensado para contrarrestar las tensiones ms altas.

mbito de aplicacin de pretensado presas de arco(C) Thomas, Henry H. La ingeniera de grandes presas

ALGUNOS ALCANCES

En comparacin con las numerosas fallas de otros tipos de presas, relativamente pocas presas del tipo arco han fallado. La presa Malpaso en Francia (200 pies de altura, de arco) fall por la presencia de un bolsn de arcilla en uno de sus apoyos. A pesar de un estudio exhaustivo de investigacin geolgica que no pudo detectar el bolsn de arcilla. Es una buena prctica constructiva el escalonar la fundacin de la presa para incrementar resistencia al deslizamiento. El volteo y el exceso de esfuerzo de compresin se pueden evitar al seleccionar una seccin apropiada en forma y dimensin. Debemos alcanzar factores de seguridad aceptables. Si los factores por calcular son menores la seccin deber dimensionarse de nuevo (modificada).

3. PROYECTO Y CLCULOS

3.1. GEOMETRA Y PERFIL DEL ARCO

El componente horizontal del empuje del arco debe transferirse al estribo con un ngulo seguro, es decir, uno que no promueva la fluencia o inestabilidad del estribo. En cualquier elevacin, el empuje del arco puede considerarse que entra al estribo, corno se muestra en la figura 3.13. El empuje horizontal es entonces adoptado para distribuirlo entre la roca con un ngulo incluido de 60 como se indica. Al distribuir a travs del estribo el empuje, no debe alinearse muy cerca de los contornos de roca s61ida del valle o de cualquier discontinuidad mayor que pueda contribuir a la inestabilidad del estribo.En trminos generales, este hecho sugiere un ngulo de entrada al estribo, (figura 3.13), entre 45 y 70. Es evidente que el radio del arco horizontal y, por tanto, los esfuerzos en el arco y su volumen, sern funciones del ngulo de entrada seleccionado.

Figura 3.13 Geometra del ngulo de entrada al estribo para presas de arco

El valor ptimo de se determina a partir de una evaluacin cuidadosa de la estructura geolgica y los parmetros de diseo asociados.Los perfiles de arco y bveda se basan en varias formas geomtricas; las ms importantes se presentan a continuacin.

a. Perfil de radio constante

El perfil de radio constante tiene la geometra ms simple; combina un paramento vertical aguas arriba de radio constante con una pendiente radial uniforme abajo. El radio del paramento aguas abajo vara entonces con la elevacin. El perfil se muestra a manera de esquema en la figura 3.14(a), es evidente que el ngulo central, 2, alcanza su mximo a nivel de la cresta. El perfil del radio consta es el de volumen ms econmico, pero tiene la ventaja de la simplicidad anal" de la construccin, adems de ser apropiado en valles con forma de U relativa simtricos. En un valle simtrico, el volumen mnimo de una presa tericamente ocurrir para 2 = 133 en todas las elevaciones. Este valor no es posible si se considera el ngulo de entrada del estribo, y en la prctica el ngulo central a nivel de la cresta se limita en general a 270-110.

b. Perfil de ngulo constante

El concepto de perfil de ngulo constante es un desarrollo lgico del perfil de radio constante de volumen mnimo. La geometra de ngulo constante es ms compleja, sin embargo, como se demuestra en la figura 3.14 (b), induce a un voladizo aguas arriba considerable a medida que se llega a los estribos. El voladizo excesivo indeseable, ya que la seccin transversal local resultante puede ser inestable durante la construccin o en condiciones de embalse vaco. Para aliviar esto puede ser necesario introducir un puntal aguas arriba, como se indica en la figura, o modificar el ngulo central 2. Este perfil se ajusta mejor a valles angostos y relativamente simtricos con laderas pendientes y en forma de V.

Figura : Geometras y perfiles de la presa de arco

c. Perfil de bveda

La forma de bveda de doble curvatura tiene una geometra y perfil particularmente complejos, con un radio que vara de manera constante en direccin horizontal y vertical en cada cara. En la figura 3.15 se presenta un ejemplo para demostrar la complejidad de la geometra. Es posible seleccionar una geometra de prueba para propsitos preliminares de diseo utilizando los monogramas que se presentan en Boggs (1975), y refinndolos cuando sea necesario mediante modelos matemticos o fsicos.

Presas de radio variables tienen curvas de corriente arriba y abajo de radios que se disminuyen sistemticamente con la profundidad debajo de la cresta. Cuando una presa es tambin doblemente curva, es decires curva tanto en planos horizontales como en verticales, a veces le llaman presa de domo. Algunas presas son construidas con dos o varios arcos contiguos o planos y son descritas como de mltiples arcos o presas de domo mltiples. El anlisis asume que dos clases principales de desviaciones o dislocaciones afectan la presa y sus estribos. La presin del agua sobre la corriente arriba de la cara de la presa y presiones de elevacin de la filtracin bajo la presa tiende a hacer girar la presa sobre su base por la accin de voladizo. Adems la presin de agua del depsito tiende a aplanar el arco y empujarlo ro abajo. Cuando la cerrada es en U (fig 10.7 a) podemos hacer quelas directrices de los arcos formen una superficie de revolucin y, la presa puede definirse por una seccin transversal nica con un eje de revolucin. Este tipo de presas son bastante aptas para valles en u porque gracias a que en ellos la cuerda de los arcos vara poco desde la coronacin hasta el ro, los ngulos en el centro tambin varan poco.Pero encerradas en V (cuasi constantes) (fig 10.7 b) la cuerda vara desde casi cero en el ro hasta un mximo en coronacin. En estas cerradas se va a otro tipo de presas, la presa ya no resulta de revolucin y su seccin transversal (vertical) vara a lo largo de la coronacin. La presa es en realidad una cpula puesto que tiene dos curvaturas, e incluso suele presentar desplomes en algunas zonas de los paramentos.

ANLISIS ESTRUCTURAL:

El anlisis es complejo y los clculos son laboriosos.El empuje del agua se resiste de forma tridimensional por el conjunto del estructura.El efecto arco predomina claramente sobre el del peso.En principio una presa arco se visualiza como constituida por:1. Una serie de elementos estructurales arco horizontal que transmiten cargas y esfuerzos a los apoyos.2. Una serie elementos verticales volados (cantilever) empotrados en la cimentacin.La componente horizontal de la fuerza hidrosttica es resistida por la accin conjunta de ambos elementos: arco y cantilever.La distribucin de la carga entre los arcos y los cantilever, se determina por el mtodo distribucin de carga asumida (trial Load); mtodo de tanteo.

Empieza:

1. Asumiendo valores de distribucin de la carga en los elementos horizontales y verticales.

2. Al nivel cercano al fondo de la presa, la mayor parte de la carga es tomada por los cantilever. A niveles cercanos a la coronacin los arcos toman el mayor porcentaje de la carga.

3. Luego de asumir una distribucin de la carga se calcula1. La deflexin de los arcos2. La deflexin de los volados

4. En todos los puntos en anlisis de la malla de los elementos finitos la definicin del arco debe ser igual a la deflexin del volado.

5. De no cumplirse la igualdad de valores de los clculos de las deflecciones; se procede a asumir una nueva distribucin de cargas; se continuar nuevos tanteos hasta que se encuentre aquella distribucin que logre igualdad de deflexiones.6. Los esfuerzos en la presa y la cimentacin pueden luego ser calculadas sobre la base de la distribucin final de la cargas.

Los arcos absorben las cargas aplicadas fundamentalmente por compresin con valores mnimos de deflexin y esfuerzos cortantes.

Hay dos tipos de presas de arco:

- Centro constante- Centro variable

La presa en arco de centro constante es usual a que tenga el paramento posterior vertical, alguna inclinacin puede proveerse al paramento posterior cerca de la base de las grandes presas; es preferida para ser utilizada en caones de forma de U, en razn de que la accin del volado tomar un alto porcentaje de la distribucin de la carga en los niveles bajos.El encofrado para una presa de centro constante es ms simple de preparar y trasladar.Las curvas intrados son usualmente pero no siempre concntricas con las curvas extrados.La presa en arco de centro variable, tambin conocida como: "de radio variable o ngulo constante, es una presa con radio decreciente de las curvas extrados desde la coronacin hacia el fondo en la base, de modo que el ngulo es un valor muy cercano a constante para asegurar mxima eficiencia de arco en todas las elevaciones. Este dise con frecuencia resulta que exista una porcin de la presa que sobresale en la parte superior del paramento aguas abajo cerca de la coronacin del arco.La presa de centro variable se adapta o es apropiada para los caones de seccin V, desde que la accin de arco se logra en todas las elevaciones.El incremento de la eficiencia en trabajo del arco por la presa de tipo de centro variable significa menor volumen de concreto.Las mismas fuerzas que actan en las presas de gravedad actan en la presa en arco, pero su importancia relativa es diferente.Debido a lo estrecho de la base de la presa de arco, la fuerza de presin (U) es de poca o menor importancia que en la presa de gravedad.Los esfuerzos internos causados por la presin de la capa de hielo (I) y cambios de temperatura (deltat), son ms importantes en el diseo de la presa de arco.Una aproximacin simple al anlisis del arco es el asumir el que la carga de agua horizontal es tomada solamente por la accin del arco.El diagrama del cuerpo libre de las fuerzas que actan en el plano horizontal de la estructura de arco doblemente empotrado de radio (r), flecha (B), ngulo en el centro, espesor arco (t), presin hidrosttica (p=wh) reaccin (R.) permite establecer: El valor de la reaccin como el producto del peso especfico del agua por la profundidad (h) y por el radio del arco.

4. PREDIMENSIONAMIENTO DE LA PRESA TIPO ARCO GRAVEDAD