DISEÑO TUNEL DE PRESION

DATOS:LONGITUD: 5000.00 m

GEOLOGÍA:ROCA EXCELENTE 70.00 %ROCA REGULAR 30.00 %

PARÁMETROSTIEMPO DE CONSTRUCCIÓN 4.00 añosCAUDAL MÁXIMO: (Qmáx) 130.00 m^3/seg

117.00 m^3/seg

GENERACIÓN MEDIA ANUAL DE LA CENTRALPRIMARIA: 75.00 % ESECUNDARIA: 25.00 % E

COSTOS MARGINALESTASA DE ACTUALIZACIÓN (r) 10 %

VIDA UTIL (n) 50.00 añosPOTENCIA 100.00 $/Kw.aENERGÍA PRIMARIA (EP) 0.060 $/KwhENERGÍA SECUNDARIA (ES) 0.030 $/Kwh

COSTOS INDIRECTOSC. POR IMPREVISTOS (Y) 15 % CD

11 % CD

AÑO(1)= 30 % AÑO(2)= 25 % AÑO(3)= 25 % AÑO(4)= 20 %

SECCIÓN I

CARACTERISTICAS HIDRAÚLICAS

ROCA EXPUESTA 0.035HORMIGÓN SOLERA 0.016

PRECIOS UNITARIOS PARA CONSTRUCCIÓNEXCAVACIÓN SUBTERRANEA 90 $/m^3HORMIGÓN SOLERA 150 $/m^3

SECCIÓN IICARACTERISTICAS HIDRAÚLICAS

0.013

PRECIOS UNITARIOS PARA CONSTRUCCIÓN EXCAVACIÓN SUBTERRANEA 90 $/m^3

400 $/m^3

98 $/m^3

CAUDAL EQUIVALENTE ANUAL: (Qe=90%Qmáx)

C.DE INGENIERÍA Y ADMINISTRACIÓN (X)

C. FINANCIEROS (%INVERSIÓN TOTAL)(Z)

HORMIGÓN REVESTIMIENTO CON ENCOFRADO METÁLICO

HORMIGÓN REVESTIMIENTO CON ENCOFRADO METÁLICO, INYECCIONES DE CONTACTO

OTROS (SOSTENIMIENTO TEMPORAL, PROTECCIONES; 20%(1+2)

COSTOS MARGINALESCOSTO PONDERADO (ce)

= 0.053 $/Kw.h

FACTOR DE ANUALIDAD (b)

0.10086

COSTOS INDIRECTOSCI (ingenieria y adminis) 11.00 % AÑO 1 AÑO 2

CI (imprevistos) 15.00 %CI (financieros) AÑO(1)= 11.88 % 30 %

AÑO(2)= 6.73 % 25 %AÑO(3)= 3.84 % AÑO(4)= 0.98 %

TOTAL CI (financieros) 23.42 % TOTAL COSTO INDIRECTO 49.42 %

CD1 CD2

(𝑐_𝑒 ) ̅�=(𝐸𝑃∗𝑐_𝐸𝑃+𝐸𝑆 _∗𝑐 𝐸𝑆)/(𝐸𝑃+𝐸𝑆)𝛽=(𝑟〖 (1+ )𝑟 〗^𝑛)/(〖 (1+ )𝑟 〗^𝑛−1)

〖𝐶𝐼〗 _(𝑓𝑖𝑛𝑎𝑛𝑐𝑖𝑒𝑟𝑜𝑠 𝑖)=𝐶𝐷𝑖(1+𝑟)^𝑛−𝐶𝐷𝑖𝐶𝐼(%𝐶𝐷)= 〖𝐶𝐼〗 _(𝑖𝑚𝑝𝑟.)+ 〖𝐶𝐼〗 _𝐼𝐴+ 〖𝐶𝐼〗 _(𝑓𝑖𝑛𝑎.)

AÑO 3 AÑO 4

n1 = 3.50n2 = 2.50

25 % n3 = 1.5020 % n4 = 0.50

CD3 CD4

TRAMO I (Roca Excelente)Calculo de la rugosidad equivalente (neq)

Diámetro Perímetro n n²(m) (m)

Roca 1 D 2.67 D 0.035 0.001225Hormigón 1 D 0.58 D 0.016 0.000256

3.25 Dneq =

Análisis del diámetro para realizar la excavaciónPARÁMETROS HIDRÁULICOS

VELOCIDAD MÁXIMA (Vmáx) 6.00 m/sÁREA MOJADA A=Qmax/Vmax 21.67 m^2

GEOMETRÍA DEL TÚNELArea de excavación del túnel = 0.81227 Dexc^2Area interior del túnel= 0.81227 Dexc^2Perimetro interior del túnel = 3.25 DexcDiámetro base= 5.25 m

Cálculo de las curvas de capital y de pérdidas en función del diámetro (TRAMO I)

RUBRODIAMETRO EXCAVACIÓN (m)

51. Curva de Capital

1.1.- Volúmen de obra / m1.1.1.- Excavación m^3/m (0.81227 *Dexc^2) 20.311.1.2- Hormigón solera m^3/m (tg 30° *Dexc*0,3) 0.701.2.- Costos Directos CD ($/m)

1.2.1.- Excavación ($/m) 1827.611.2.2.- Hormigón Solera ($/m) 104.921.2.3.- TOTAL CD (1.2.1 + 1.2.2) 1932.531.3.-COSTOS INDIRECTOS CI=0.494CD($/m) 955.131.4.- Costo de Inversión C1 = CD + CI 2887.66

= 0.10086𝛽291.25

1.6- Costo anual de operación y mantenimiento (C2 =0,007C1) ($/ma) 20.21311.462. Curva de Pérdidas

DATOS NECESARIOS

A(m^2)= 20.31

A^(10/3)= 22845.54P^(4/3)= 41.16

L(m)= 1.00neq= 0.0324

TIPO DE MATERIALES

∑ =

1.5.- Costo anual de inversión (ß C1) ($/ma)

1.7.- Costo de capital (ß C1 + C2) ($/ma)

𝑛_(𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣.)=[(∑▒(𝑃𝑖∗ 〖𝑛𝑖〗 ^2 ) )/(∑▒𝑃)]^(1/2)

c=( 〖𝑛𝑒𝑞〗 ^2∗𝐿)/(𝐴^(10/3)/𝑃^(4/3) )

2.1.- Coeficiente "c" (túnel de presión) 1.90E-06

2.1.1. Area= 0.81227 Dexc^2 20.312.1.2. Perímetro= 3.25000 Dexc 16.25

DATOS NECESARIOS

CP ($/Kw.a) 100

CEP($/Kw.h) 0.060CES($/Kw.h) 0.030

CE 0.053Qmáx(m^3/seg) 130.00

Qea(m^3/seg) 117.002.2.- Pérdidas por potencia ($/ma) Pp=(8,5*c*Qmáx^3)*CP =(8.5*c*70^3)Cp=437325000 c 3539.682.3.- Pérdidas por energía ($/ma) Pe=(74907*c*Qea^3)*CE=(74907*c*63^3)*0.043=805401637 c 11,938.62 2.4.- Curva de Pérdidas P = Pp + Pe ($/ma) 15478.293.- Curva de Optimización (ß C1 + C2) + P ($/ma) 15789.75

TRAMO IIn = 0.0130

Análisis del diámetro para realizar la excavaciónPARÁMETROS HIDRÁULICOS

VELOCIDAD MÁXIMA (Vmáx) 6.00 m/sÁREA MOJADA A=Qmax/Vmax 21.67 m^2

GEOMETRÍA DEL TÚNELArea de excavación del túnel = 0.81227 Dexc^2Area interior del túnel= 0.81227 Dexc^2Perimetro interior del túnel = 3.25 DexcDiámetro base= 5.25 m

Diámetro exterior=Dinterior + 0.60(rec.) 5.85 m

Cálculo de las curvas de capital y de pérdidas en función del diámetro (TRAMO II)

RUBRODIAMETRO EXCAVACIÓN (m)

51.- Curva de Capital

1.1.- Volúmen de obra / m1.1.1.- Excavación m^3/m (0.81227 *Dexc^2) 20.311.1.2- Hormigón revestimiento m^3/m (0.81227(Dexc^2-(Dexc-0.60)^2) 4.581.2.- Costos Directos CD ($/m)

1.2.1.- Excavación ($/m) 1827.611.2.2.- Hormigón Revestimiento($/m) 687.181.2.3.- TOTAL CD (1.2.1 + 1.2.2) 2514.791.2.4.-Otros 20%(1.2.3.) 502.961.2.5.-COSTOS DIRECTOS (1.2.3+1.2.4) 3017.751.3.-COSTOS INDIRECTOS CI=0.494CD($/m) 1491.491.4.- Costo de Inversión C1 = CD + CI 4509.23

= 0.10086𝛽454.801.5.- Costo anual de inversión (ß C1) ($/ma)

c=( 〖𝑛𝑒𝑞〗 ^2∗𝐿)/(𝐴^(10/3)/𝑃^(4/3) )

1.6- Costo anual de operación y mantenimiento (C2 =0,007C1) ($/ma) 31.56486.36

2.- Curva de Pérdidas

DATOS NECESARIOS

A(m^2)= 20.31

A^(10/3)= 22845.54P^(4/3)= 41.16

L(m)= 1.00n= 0.0130

2.1.- Coeficiente "c" (túnel de presión) 3.04E-07

2.1.1. Area= 0.81227 Di^2 20.312.1.2. Perímetro= 3.25000 Di 16.25

DATOS NECESARIOS

CP ($/Kw.a) 100

CEP($/Kw.h) 0.060CES($/Kw.h) 0.030

CE 0.053Qmáx(m^3/seg) 130.00

Qea(m^3/seg) 117.002.2.- Pérdidas por potencia ($/ma) Pp=(8,5*c*Qmáx^3)*CP =(8.5*c*70^3)Cp=437325000 c 568.602.3.- Pérdidas por energía ($/ma) Pe=(74907*c*Qea^3)*CE=(74907*c*63^3)*0.043=805401637 c 1,917.77 2.4.- Curva de Pérdidas P = Pp + Pe ($/ma) 2486.363.- Curva de Optimización (ß C1 + C2) + P ($/ma) 2972.73

CUADRO FINAL (DOS TRAMOS)

RUBRODIAMETRO EXCAVACIÓN (m)

51.- Curva de capital (ß C1 + C2) ($/ma) TRAMO I 311.46

70 % TRAMO I 218.022.- Curva de capital (ß C1 + C2) ($/ma) TRAMO II 486.36

30 % TRAMO II 145.913.- Curva de capital Total (ß C1 + C2) ($/ma) TRAMO (I + II) 363.934.- Curva de Pérdidas P = Pp + Pe ($/ma) TRAMO I 15478.29

70 % TRAMO I 10834.815.- Curva de Pérdidas P = Pp + Pe ($/ma) TRAMO II 2486.36

30 % TRAMO II 745.916.- Curva de Pérdida Total P=Pp+Pe($/ma) TRAMO(I+II) 11580.71

Curva de Optimización Total 11944.65

1.7.- Costo de capital (ß C1 + C2) ($/ma)

c=(𝑛^2∗𝐿)/(𝐴^(10/3)/𝑃^(4/3) )

3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

200400600800

100012001400160018002000220024002600280030003200340036003800400042004400460048005000

Curva de capitalcurva de pérdidasCurva de optimización

Diámetro (m)

$/m

a

3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

200400600800

100012001400160018002000220024002600280030003200340036003800400042004400460048005000

Curva de capitalcurva de pérdidasCurva de optimización

Diámetro (m)

$/m

a

TRAMO I (Roca Excelente)Calculo de la rugosidad equivalente (neq)

Pi * ni²

0.003271 D0.000148 D0.003419 D

0.0324

DIAMETRO EXCAVACIÓN (m)6 7 8 9 10 11

1. Curva de Capital

29.24 39.80 51.99 65.79 81.23 98.280.84 0.98 1.12 1.26 1.40 1.54

2631.75 3582.11 4678.68 5921.45 7310.43 8845.62125.90 146.89 167.87 188.85 209.84 230.82

2757.66 3729.00 4846.55 6110.30 7520.27 9076.441362.94 1843.01 2395.35 3019.95 3716.80 4485.934120.60 5572.01 7241.89 9130.25 11237.07 13562.37

r= 10 %415.60 561.99 730.41 920.87 1133.36 1367.8928.84 39.00 50.69 63.91 78.66 94.94

444.44 600.99 781.10 984.78 1212.02 1462.832. Curva de Pérdidas

29.24 39.80 51.99 65.79 81.23 98.28

77032.92 215272.38 524325.88 1149788.89 2320962.08 4381464.3252.49 64.46 77.02 90.12 103.72 117.77

1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.000.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324 0.0324

7.17E-07 3.15E-07 1.55E-07 8.25E-08 4.70E-08 2.83E-08

29.24 39.80 51.99 65.79 81.23 98.2819.5 22.75 26 29.25 32.5 35.75

100 100 100 100 100 100

0.060 0.060 0.060 0.060 0.060 0.0600.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.0300.053 0.053 0.053 0.053 0.053 0.053

130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00117.00 117.00 117.00 117.00 117.00 117.00

1338.64 588.32 288.62 154.00 87.80 52.81 4,514.96 1,984.29 973.45 519.40 296.12 178.11

5853.60 2572.61 1262.07 673.39 383.91 230.926298.05 3173.60 2043.17 1658.18 1595.93 1693.75

DIAMETRO EXCAVACIÓN (m)6 7 8 9 10 11

1.- Curva de Capital

29.24 39.80 51.99 65.79 81.23 98.285.56 6.53 7.51 8.48 9.45 10.43

2631.75 3582.11 4678.68 5921.45 7310.43 8845.62833.39 979.60 1125.81 1272.01 1418.22 1564.43

3465.14 4561.71 5804.48 7193.46 8728.65 10410.05693.03 912.34 1160.90 1438.69 1745.73 2082.01

4158.17 5474.05 6965.38 8632.16 10474.38 12492.062055.13 2705.48 3442.56 4266.34 5176.84 6174.066213.30 8179.53 10407.93 12898.50 15651.23 18666.12

r= 10 %626.67 824.98 1049.74 1300.93 1578.57 1882.65

43.49 57.26 72.86 90.29 109.56 130.66670.16 882.24 1122.59 1391.22 1688.13 2013.31

2.- Curva de Pérdidas

29.24 39.80 51.99 65.79 81.23 98.28

77032.92 215272.38 524325.88 1149788.89 2320962.08 4381464.3252.49 64.46 77.02 90.12 103.72 117.77

1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.000.0130 0.0130 0.0130 0.0130 0.0130 0.0130

1.15E-07 5.06E-08 2.48E-08 1.32E-08 7.55E-09 4.54E-09

29.24 39.80 51.99 65.79 81.23 98.2819.5 22.75 26 29.25 32.5 35.75

100 100 100 100 100 100

0.060 0.060 0.060 0.060 0.060 0.0600.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.0300.053 0.053 0.053 0.053 0.053 0.053

130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00117.00 117.00 117.00 117.00 117.00 117.00

215.03 94.51 46.36 24.74 14.10 8.48 725.26 318.75 156.37 83.43 47.57 28.61

940.30 413.25 202.73 108.17 61.67 37.091610.46 1295.49 1325.32 1499.39 1749.80 2050.41

CUADRO FINAL (DOS TRAMOS)DIAMETRO EXCAVACIÓN (m)

6 7 8 9 10 11444.44 600.99 781.10 984.78 1212.02 1462.83311.11 420.69 546.77 689.35 848.41 1023.98670.16 882.24 1122.59 1391.22 1688.13 2013.31201.05 264.67 336.78 417.37 506.44 603.99512.16 685.37 883.55 1106.71 1354.85 1627.97

5853.60 2572.61 1262.07 673.39 383.91 230.924097.52 1800.83 883.45 471.38 268.74 161.65940.30 413.25 202.73 108.17 61.67 37.09282.09 123.98 60.82 32.45 18.50 11.13

4379.61 1924.80 944.27 503.83 287.24 172.784891.77 2610.17 1827.82 1610.54 1642.09 1800.75

3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

200400600800

100012001400160018002000220024002600280030003200340036003800400042004400460048005000

Curva de capitalcurva de pérdidasCurva de optimización

Diámetro (m)

$/m

a

3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

200400600800

100012001400160018002000220024002600280030003200340036003800400042004400460048005000

Curva de capitalcurva de pérdidasCurva de optimización

Diámetro (m)

$/m

a Diámetro Óptimo = 9.25 m