01 presentacion uni - presas de tierra - evaluacion hidrolo

8/11/2019 01 Presentacion UNI - Presas de Tierra - Evaluacion Hidrolo

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NACIONALD

E INGENIERIA

EVALUACION HIDROLOGICA EHIDRAULICA DE PRESAS

NILTON ERNESTO RIVAS OYOLA

[email protected]

LIMA, PER

CURSO: DISEO DE PRESAS DE TIERRA


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E INGENIERIAINTRODUCCIN

CONTENIDO

INTRODUCCIN

CRITERIOS GENERALESDESARROLLO DEL PROYECTO

FIN (AL MUNDIAL)

2

3

4

1


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Energa: Almacenar agua en cantidad y energa suficientepara la generacin de energa.

Minera: Zonas de almacenamiento de materialesresiduales del proceso de explotacin minera.

Irrigacin: Regar reas nuevas, mejorar reas existentescon el fin de desarrollar cultivos rentables.

ALCANCES Y OBJETIVOS DE PROYECTO

Abastecimiento de Agua: Abastecer el requerimiento de

saneamiento de poblaciones en desarrollo.


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Irrigacin: Las presas garantizan el recurso hdrico parauna irrigacin, con el fin de desarrollar una agriculturarentable y eficiente.


Terrenos eriazos

Presa

Reservorio

CanalPrincipal

q1

Terrenos ribereosbajo produccionagrcola

Bocatoma

q2

q3


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Irrigacin: El recurso hdrico es variable en el tiempo, y dela misma forma la demanda.


Oferta Demanda

S O N D E F M A M J J A

Q m3/s

t (meses)

Superavit

Deficit


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Irrigacin: Regar reas nuevas, mejorar reas existentescon el fin de desarrollar cultivos rentables.


Almacenar agua en lugares estratgicos para

diferentes usos, consuntivos y no consuntivos

Medio: Construccin de una presa (de tierra u otro material)Elemento almacenado: Agua de escorrenta superficial


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DE INGENIERIAINTRODUCCIN

Ejemplo de presa de concreto

ALCANCES Y OBJETIVOS DEL PROYECTO

Presa Lagunillas - PELT


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Ejemplo de presa de tierra 1


Presa Pasto Grande


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Presa CaracochaProyecto especial Tambo Caracocha


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Presa CondoromaPE Majes Siguas


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Ejemplo de aliviadero de presa de tierra 4


Presa Poechos


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Presa Poechos


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Presa PaucaraniProyecto especial Tacna


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Ejemplo de aliviadero chimenea - sumidero


Presa Aguada Blanca


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Ejemplo de aliviadero chimenea - sumidero


Presa Aguada Blanca


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RelaveFiltrado

Espaciamiento deRelave

Planta de Relleno

en Pasta

A Mina

Disposicin en Canchas

Despacho deConcentrado

Espesamientoy Filtrado deConcentradoFlotacin

Molienda

Stock pileDe Finos

ChancadoSecundario

Stock pileDe Gruesos

Explotacin deSulfurosSublevel

ChancadoraPrimaria

RampaFaja


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Medio: Construccin de una presa de tierra o relavesMaterial a Almacenar: Relaves (pulpa, espesados, filtrados o en pasta)

Almacenar materiales residuales del proceso minero en lugaresestratgicos que tengan un MENOR impacto al medio ambiente


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DE INGENIERIACRITERIOS GENERALES

Reservorio:Reservoir, vaso,embalse.

Presa: Dam, estructura decontencin, dique.

Vertedero: Spillway,aliviadero de emergencia.

Obra de Toma:Outlet work,descarga de fondo.

PROYECTO DE ALMACENAMIENTO DE AGUA


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Reservorio:Reservoir, vaso o embalse es el lugar de almacenamiento deagua, el cual debe garantizar un grado de impermeabilidad y estabilidad. Elvolumen almacena agua y sedimentos, variables a considerarse en el diseo.



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Reservorio: El volumen total a almacenar es la suma de lo requerido(volumen util), mas el volumen solido (volumen muerto) y las perdidas(evaporacion y filtracion). Estos volumenes definen los niveles de operacin.



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Reservorio: Es necesario calcular la capacidad mxima dealmacenamiento con la curva Altura Volumen - rea.


El volumen muerto es aquel queesta destinado para elalmacenamiento de sedimentos.Este nivel define el Mnimo nivelde operacin NAMIO. Para

estudios de pre inversin seconsidera:

Vm= 1/3 Vutil

El volumen til (Vu) se define por los requerimientos de oferta y demanda


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El nivel de aguas mximas ordinarias (NAMO) se define con la curva altura-

volumen, estimando la suma del volumen muerto, volumen til y el volumen deperdidas (infiltracin y evaporacin)


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Las perdidas por filtracin en el fondo de la presa se desprecian, siempre quelas condiciones hidrogeologicas sean favorables. Las filtraciones por el cuerpo

de la presa disminuyen de acuerdo con la estructura de la presa. Las perdidas por evaporacin se calcula

con el rea del espejo de agua del NAMO.

RESERVORIO (Reservoir)

Precipitacion

P

QEscorrentia

Infiltracion

Filtracion

I

F

Evaporacion

E

Q - I - E - F = dS / dt

S


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Presa:Estructura construida que forma el embalse o reservorio.



QEscorrentia

Infiltracion

Filtracion

I

F

Evaporacion

E

Q - I - E - F = dS / dt

S


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Evitar excesivas perdidas por filtraciones que afecten el volumen de almacenamiento depresas de agua.

Evitar filtraciones de aguas contaminadas de depsitos de relaves (puede aceptarse,

pero necesita obras de subdrenaje.

Aliviadero de

Emergencia

Geomembrana

cubierta con

enrocado de

proteccin

Estructura de

Regulacin

Canal de

Descarga Losa deConcreto

Corona + Muro de

Concreto Enrocado deProteccin

Reservorio y Presa:Perdidas por filtracin.


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Presa:El diseo geomtrico de la estructura de la presa depende de variosfactores como: disponibilidad de material, condiciones de cimentacin, usode la presa, etc.


ENROCADO (RIP RAP)

FILTROS

SHELLSHELL

CORE

CUTOFF

SUELO DE CIMENTACION

(FOUNDATION)

ESTRATO IMPERMEBLE

CORONA (CREST)

BLANKET

Borde Libre (freeboard)

Nivel de Aguas Maximas Ordinarias (NAMO)


Hmax

CF


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DE INGENIERIA

ENROCADO (RIP RAP)

FILTROS

SHELLSHELL

CORE

CUTOFF

SUELO DE CIMENTACION

(FOUNDATION)

CORONA (CREST)

BLANKET

Borde Libre (freeboard)

Nivel de Aguas Maximas Ordinarias (NAMO)


Hmax

CF

CRITERIOS GENERALES

Presa - Dimensionamiento Geomtrico

Ancho de la cresta, borde libre, capas de materiales, taludes.



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Presa - Dimensionamiento Geomtrico: Ancho de la Cresta.


De acuerdo con las recomendaciones del Bureau of Reclamation (1982), ladeterminacin del ancho de la cresta B esta basada en la siguienteexpresin de carcter emprico, donde H representa a altura de la presa en

metros:3

5

HB

Bureau ofReclamation

Las normas japonesas (Japanese Code 1957 ) recomiendan laformulacin alternativa:

B: ancho de la corona (m)H: altura de la presa (m)3

3*6.3 HB

Si el trnsito vehicular no es permitido, el largo de la

corona mnimo puede ser 3m a 6 m dependiendo de la altura dela presa.


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Presa - Dimensionamiento Geomtrico: Borde Libre.


El desborde de agua sobre una presa de tierra no debe serpermitido, en ninguna hiptesis. Para su prevencin, se considera una

sobre elevacin conocida como borde libre y que representa ladiferencia de alturas entre la cresta de la presa y el nivel mximo deagua en el reservorio, considerndose que el vertedero trabaja en lacapacidad mxima de diseo. El borde libre depende de la sobreelevacin producida por una mxima avenida, altura que alcanzan lasolas producidas por el viento, eventos ssmicos, flujo de materiales

(debris flow) para el reservorio.

En consecuencia, el borde libre Hbl incluye la amplitud de la olagenerada por el viento Hv, la altura de la ondulacin sobre el taludaguas arriba (Hr), el asentamiento mximo de la cresta y una alturade seguridad Hs.


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Presa - Dimensionamiento Geomtrico: Borde Libre por viento.


sHHrHvHblH

sH

H

rH

vH

blH

: Borde libre

: Amplitud de la onda generado por el viento

: Altura de rodadura de las ondas

: Asentamiento Mximo da corona

: Margen de seguridad49.260.76*22.3 FFV

VH

(USBR para F>32Km, en m)

V : Velocidad del vientoF : Distancia de la cortina de agua

Borde Libre

4271.0763.0*032.0 FFVV

H

(Stevenson modificado, en cm)


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(USBR para F>32Km, en m)

V : Velocidad del vientoF : Distancia de la cortina de agua

4271.0763.0*032.0 FFVV

H

FVV

H *032.0

(USBR para F


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Altura de la ola HV en funcin de la mximavelocidad del viento V (kmh)y dimensin del

espejo de agua (km) segn la American Societyof Civil Engineers.

F V Hv

km km/h m

1,61 80,47 0,76

1,61 120,70 0,91

4,02 80,47 0,98

4,02 120,70 1,10

4,02 160,93 1,19

8,05 80,47 1,13

8,05 120,70 1,31

8,05 160,93 1,46

16,09 80,47 1,37

16,09 120,70 1,65

16,09 160,93 1,86

sHH

rH

vH

blH

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Deben ser consideradas todas as condiciones que afectan la exposicin de lapresa al viento al acercarse la mxima velocidad V. Salvo en lugarestopogrficamente protegidos de vientos, se puede considerar la ocurrencia de

vientos con velocidad mxima de 80 a 120 km/h.

Olas producidas por efectos ssmicos con altura Ht pueden presentaramplitudes mayores de la que se genera por viento Hv. La probabilidad deque ocurran ambos efectos es baja, utilizndose el mayor de los valores Hv eHt.

La altura de rodadura las olas sobre el talud aguas arriba Hr es funcin deloleaje y de la inclinacin y rugosidad de la superficie del talud. La altura deondulacin Hr para taludes usuales de presas de tierra y de enrocados (coninclinacin de 1.5:1 a 4:1) varia entre 0.33Hv a Hv, dependiendoprincipalmente de la rugosidad de la superficie.

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Presa - Dimensionamiento Geomtrico: Borde Libre porasentamiento.


Si en la cimentacin existen arcillas o material sedimentario compresible, es

necesario estimar los asentamientos totales debido a la sobrecarga de la presa,

incluyendo los ocurridos por la compresibilidad de la cimentacin y del propiocuerpo de la presa.

2KHH

K: Compresibilidad de la masa delcuerpo y cimentacin de la presa.

sHHrHvHblH

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Presa - Dimensionamiento Geomtrico: Borde libre pormximas avenidas



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Presa - Dimensionamiento Geomtrico: Presa - Borde libre pormximas avenidas


dt

dSOI

Se utilizan programas como el HMS paradeterminar el transito de avenidas en unreservorio, requirindose los siguientesdatos:

I: Hidrograma de entrada, el cual puedetomarse de un modelo precipitacinescorrenta.

O: Caractersticas de descarga, en estecaso ser la longitud del vertedero y elcoeficiente de descarga.

S: La funcin de almacenamientodefinida por la curva altura-volumen.

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Presa - Dimensionamiento Geomtrico: Borde Libre


Recomendacin USBR: Presas con vertedero libre de cualquier altura, el BL mnimo es de

2m a 3m por encima del NAMO. Para presas con vertedero y compuerta, el BL recomendado es de

2.5m por encima del nivel superior de la compuerta en el caso de

presas de altura mxima 60m y de 3m para las dems.

sHHrHvHblH

Finalmente para la altura de la margen de seguridad Hsse recomienda

que sea considerado el mayor de los siguientes valores: La tercera parte de la diferencia entre el nivel de operacin normal y el

nivel de la mxima inundacin o crecida. Altura de la ola Hv 60 cm.

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Presa - Dimensionamiento Geomtrico: Capas de materiales


El espesor mnimo de ncleos, filtros o zonas de transicin debe ser de 3.0mEn todas las transiciones de materiales finos y gruesos debe proyectarse unfiltro.

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Presa - Dimensionamiento Geomtrico: Capas de materiales


El espesor del ncleo debe establecerse teniendo en cuenta las condicionesde filtracin de agua y erosin interna.Se recomienda un espesor de ncleo igual o mayor al 25% de la altura del

agua.El espesor mnimo de la corona debe ser 3m por requerimiento constructivo.

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Presa - Dimensionamiento Geomtrico: Taludes


TABLAS: CONSULTAR MANUAL DE PRESAS PEQUEASU.S. Bureau of reclamation.

TALUDES PARA PRESASHOMOGENEAS TIPICAS

ALTURA

(m)

TALUD AGUAS

ARRIBA

TALUD AGUAS

ABAJO

5 2.0H:1V 1.5H:1V

5 A 10 2.5H:1V 2.0H:1V

12 A 15 2.75H:1V 2.5H:1V

20 A 30 3.0H:1V 2.5H:1V

ALTURA

(m)TALUD

5 0.5H:1V

5 A 30 0.75H:1V

30 A 45 1H:1V

45 1.3H:1V

TALUDES PARA ENROCADOS

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Presa - Dimensionamiento de cimentacinGradiente Hidrulico.

El flujo ejerce una presin hidrosttica sobre una masa del suelo.


RESERVORIO (Reservoir) Filtracion

F

Filtracion

F

H2

H1

L

L

HHi 21

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Presa - Dimensionamiento de cimentacinConsecuencia: Perdida de capacidad portante del suelo


Falla en presa por Tubificacin de loess a travs de roca porosade fundacin.

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Presa - Dimensionamiento del cuerpoFiltracin descontrolada

Consecuencia: perdida de capacidad portante


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Presa Controlar filtracionesBrusca irrupcin del agua a travs de las grietas. Sub presiones en todoslos sentidos.

Contracciones de secado, diferente compactacin de rodillos.

Presin hidrosttica durante el llenado (Llenado rpido).


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Presa DimensionamientoCondiciones geolgicas, condiciones de cimentacin, recomendacionespara dimensionamiento geomtrico, etc.


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Presa DimensionamientoEl modelamiento es interactivo, el esquema depende de las necesidadesdel proyecto.


Ancho Corona : 10metrosAltura total de Presa: 45metrosTalud izquierdo : z=2.5Talud derecho : z=3.0Borde Libre: 3metros

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Presa Control de filtracionesSe debe tener en cuenta una longitud mnima en el camino de percolacin.Para el caso de cimentacin flotante se puede utilizar el criterio de Bligh,Lane o Terzaghi.


Lecho del

Cauce (Lane)

Tamao de

Grano (mm.)

C

(Bligh)

C

(Lane)

ArenaFina y Limo 0.005 a 0.010.1 a 0.25 1815 8.57.0

Arena Fina 0.5 a 1 12 6.0

Arena Gruesa

Gravas Arena 9 4.0

Bolonera.

Gravas y Arena 4-6 3.0

Arcilla 6-7 1.6 a 3

v

Lh

LHHCL

3

1)( 21

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Presa Control de filtracionesEl criterio de Terzaghi considera la fuerza necesaria a la salida.


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C OS G S


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NACIONALDE INGENIERIA

CRITERIOS GENERALES

Vertedero de Emergencia - Spillway


Decisin tcnica econmica que se define conjuntamente con el transito deavenidas del embalse, estableciendo la longitud y tipo de vertedero.

NOTA:Avenida de Diseo: 500 a1000 aos de periodo deretorno o funcin deAMP/CMP/PMF

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CRITERIOS GENERALES


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CRITERIOS GENERALES

Obra de Toma Outlet Work


Diseo de la tubera de servicio en funcinde la demanda de riego, generacinenergtica y/o abastecimiento de agua.

Esta estructura puede brindar servicio parael proceso constructivo

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CRITERIOS GENERALES


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CRITERIOS GENERALES

PROYECTO DE ALMACENAMIENTO DE MATERIALES

RESIDUALES

Deposito: rea dealmacenamiento, relavera,botadero, desmontera.

Presa: estructura decontencin, dique.

Obras de derivacin:Obras de derivacin deescorrenta superficial quedrenen naturalmente aldeposito.

Drenaje / Subdrenaje:Interior y exterior deldeposito.

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CRITERIOS GENERALES


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CRITERIOS GENERALES


RESIDUALES Deposito: El deposito debe evaluarse hidrogeologicamente para no

comprometer el medio ambiente. El caso que se muestra es de un acuferocolgado. El volumen es una variable de vida til del deposito.

Precipitacion

P

QEscorrentia

Infiltracion

Filtracion

I

F

Evaporacion

E

DEPOSITO DE RELAVES

SUBDRENAJE

PRESA

OBRA DE

DERIVACION

DECANTACION

N.F.

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CRITERIOS GENERALES


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CRITERIOS GENERALES


RESIDUALES Deposito: El segundo caso es el general, donde se debe garantizar la

impermeabilizacin del deposito que anule la infiltracin al acufero.

Precipitacion

P

QEscorrentia

Infiltracion

Filtracion

I

F

Evaporacion

E

DEPOSITO DE RELAVES

SUBDRENAJE

PRESA

OBRA DEDERIVACION

DECANTACION

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CRITERIOS GENERALES


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CRITERIOS GENERALES


RESIDUALES Presa: Se programa por etapas, de acuerdo al tipo de disposicin. Puede

construirse con relave o material de prstamo. En ambos casos es necesario

proyectar obras de drenaje a pie de la presa.LINEA DE DESCARGA

DE RELAVES

DREN

INTERNO

PONDAJE DE

DECANTACION

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CRITERIOS GENERALES


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CRITERIOS GENERALES


RESIDUALES Presa: Las etapas se definen considerando las necesidades de produccin

de la mina, condiciones topogrficas, geotcnicas y necesidades

constructivas.

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CRITERIOS GENERALES


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CRITERIOS GENERALES


RESIDUALES Obras de Derivacin: Las obras de derivacin son necesarias para

adecuar el deposito a las disposiciones ambientales.


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CRITERIOS GENERALES


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CRITERIOS GENERALES


RESIDUALES Drenaje / Subdrenaje:

Se debe evaluar la necesidad de drenaje y subdrenaje en el proyecto deacuerdo a las condiciones hidrogeolgicas del deposito, condiciones de

operacin del deposito.En la figura se ve la necesidad de construir un canal de coronacion.


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DESARROLLO DEL PROYECTO

Reconocimiento de sitio: Se debe evaluar el vaso delreservorio o deposito, de la misma manera que el eje depresa.

Perfil de proyecto:Identificar el funcionamiento de la presao deposito desde el punto de vista hidrolgico hidrulico,definiendo estudios necesarios a desarrollar.

Recopilacin de informacin: Estudios anteriores,informacin meteorolgica, pluviomtrica e hidromtrica,hidrogeolgica.

PLANEAMIENTO

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C O



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Diseo de ObrasDrenaje y SubDrenaje

Niveles de Operacin

ACTIVIDADES Y ESTUDIOS

Estudio de Mximas Avenidas

Estudio de Oferta y Demanda

Evaluacin de condiciones hidrolgicas e hidrulicas delvaso y eje de la presa

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Estudio de Mximas Avenidas: Define los caudalesmximos que discurren hacia la zona del embalse y quedeben ser drenados por el vertedero de emergencia(spillway).

Estudio de Oferta y Demanda: Estudio necesario paradefinir el volumen util de la presa y los caudales aderivarse en la obra de toma (outlet work).


Evaluacin de condiciones hidrolgicas e hidrulicas delvaso y eje de la presa:Se identifican posibles filtraciones omateriales que puedan tener influencia en la vida til de lapresa.

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Diseo de Obras: Determina las dimensiones de lasestructuras de derivacion y componentes de la presa.

Drenaje y SubDrenaje:Se disean las obras de drenaje ysubdrenaje del deposito.

Niveles de Operacin:Para el caso de almacenamiento deagua se definen los niveles de funcionamiento de la presa,previa revisin y procesamiento de la informacin

topogrfica.


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Revisin de Informacin existente:Se busca informacin deestudios hidrolgicos anteriores, con el fin de compararresultados con los nuevos estudios.

Fuente de Informacion:La primera institucin que disponede informacin hidrolgica es SENAMHI, sin embargoempresas minera y de generacin manejan su propiainformacin, muchas veces con mejor calidad que la

registrada por el servicio nacional.

Objetivo:Determinar caudales maximos de una cuenca, yasea para el transito de avenidas del embalse o para eldiseo de obras de derivacion.

ESTUDIO DE MAXIMAS AVENIDAS

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Seleccin de metodos: En caso no se tiene registros decaudales, se recurre a frmulas empricas ohidrometeorologicos: Racional, Hidrogramas unitariossintticos, basados en registros de lluvias.


rea deCuenca

TcMtodo de clculo

(Km2) (Hrs)

< = 0.30 Resultado de Anlis is. No menor a 10 min. Mtodo Racional

< 0.30 10>Resultado de la formulacin de SCS,

KIRPICH. Temez, B&W.

Racional y SCS

(Hoja de clculo)

10.0 1 72 81 88 91

Surcos rectos 1 70 79 84 88

Contorneo 1 66 74 80 82

Terrazas 1 65 76 84 88Surcos rectos 1 63 74 82 85

Contorneo 1 61 72 79 82

Terrazas 1 66 77 85 89

praderas con Surcos rectos 1 64 75 83 85

Contorneo 1 63 73 80 83

Terrazas 1 68 79 86 891 47 67 81 88

Contorneo


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Mtodo SCS.Para determinar el numero de curva se debecaracterizar el tipo de suelo de la cuenca, segn:

Tipo de suelo Textura del suelo

A Arenas con poco limo y arcilla;

Suelos muy permeables

B Arenas finas y limos

C Arenas nuy finas, limos, suelos con

alto contenido de arcillaArcillas en grandes cantidades;

D suelos poco profundos con

subhorizonres de roca sana; suelos

muy impermeables.

Fuente: Aparicio Francisco.-Fundamentos de Hidrologa de Superficie

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Mtodo SCS.Correccin al numero de curva por condicinantecedente.

Para tomar en cuenta las condiciones inciales dehumedad, se hace una correccin al nmero deescurrimiento, segn la altura de lluvia acumulada cincodas antes (Ll5), de acuerdo a:

Si Ll5


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Mtodo SCS.Correccin de condicin antecedente.

N N con correccin A N con correccin B

0 0 0

10 4 22

20 9 37

30 15 50

40 22 60

50 31 70

60 40 7870 51 85

80 63 91

90 78 96

100 100 100

Fuente: Aparicio Francisco.-Fundamentos de Hidrologa de Superficie


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FIN

MUCHAS GRACIAS


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CASO PRACTICO


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CASO PRACTICO

DEPOSITOS DE RELAVES

Fotos de Sistemas de drenaje

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