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diseño de un dique
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DISEO DE DIQUE
INTRODUCCIN.En la agricultura, principalmente en zonas de costa donde las precipitaciones son escasas en la mayora de meses del ao se presenta una gran problemtica por la falta del recurso hdrico necesario principalmente par uno en cultivos es esta necesidad que nos impulsa a solucionar el abastecimiento de agua requerida para nuestros cultivos ya que en muchos lugares se cuenta con terrenos aptos para cultivo que no son aprovechados por falta de agua.El agua es un medio primordial para la vida del hombre y su actividad de agricultura, en muchos lugares por la escasez de recurso hdrico tenemos que proveer de cualquier medio para retener agua como reserva para los meses de escaza precipitacin para de este modo nuestros cultivos puedan desarrollarse de la mejor manera y lograr nuestra propia satisfaccin.En este trabajo se ha encargado el diseo de un dique en un plano de curvas de nivel dado por el ingeniero encargado del curso.
OBJETIVOS. Disear el cuerpo del dique indicando sus niveles, y sus respectivas partes. Hacer un plano de perfil longitudinal en el cauce principal en el aforo. Hacer el plano en planta del dique con todas las curvas de nivel. Calcular las reas parciales entre curvas de nivel. Calcular los volmenes parciales y acumulados de todas las curvas de nivel.
FUNDAMENTO TERICODEFINICION:Se denomina dique al muro construido para contener el empuje del agua. Por lo general es de tierra y se construye con la finalidad de almacenar agua para aprovecharlo en pocas de sequa.PARTES DE UN DIQUELas partes de un dique de tierra, con ncleo impermeable, se muestran a continuacin.1. Coronamiento2. Borde libre3. Nivel de agua de proyecto4. Talud de aguas arriba (en este caso, considerando que el agua tiende a infiltrar a travs del dique, el talud de aguas arriba es aquel que se encuentra al interior del cauce del ro.5. Nivel del terreno aguas arriba6. Corona7. Cuerpo de apoyo, aguas arriba. El material utilizado en esta parte del dique puede ser granular y poco permeable.8. Ncleo impermeable9. Cuerpo de apoyo, aguas abajo. El material debe ser permeable.
Imagen 2: SECCION TRANSVERSAL DE UN DIQUE DE TIERRA CON NUCLEO IMPERMEABLE
TIPOS DE DIQUE:DIQUES ARTIFICIALES Los diques artificiales pueden ser utilizados para: Prevenir la inundacin de los campos aledaos a los ros o mares; sin embargo tambin se utilizan para encajonar el flujo de los ros a fin de darle un flujo ms rpido. Son conocidos como diques de contencin. Proteger determinadas reas contra el embate de las olas. Forman caminos integrando un orden vial.DIQUES DE CONTENCIN Estos diques tradicionalmente son construidos, amontonando tierra a la vera del ro. Amplio en la base y afilados en la cumbre, donde se suelen poner bolsas de arena.En el altiplano andino, particularmente en la regin peruana, antiguamente se construan con "champas", trozos cuadrados de tierra vegetal, de unos 30 x 30 cm, con un espesor variable de unos 15 cm. Estas champas, sin eliminar la vegetacin se colocaban invertidas, con la intencin de que la vegetacin al crecer, sobre todo en los bordes libres, consolidara la estructura. Lamentablemente se ha verificado que el procedimiento no se ha demostrado muy eficiente, y se estn lentamente sustituyendo estas estructuras de tierra por estructuras construidas tcnicamente.
Imagen 3: VISTA ISOMETRICA DE UN DIQUE DE CONTENCIONModernamente los diques de defensas ribereas son construidos siguiendo los criterios tcnicos modernos para estructuras de tierra, y en muchos casos su estructura es compleja, comprendiendo una parte de soporte, un ncleo impermeable y drenes de pie para minimizar el riesgo de rupturas.
DIQUES ROMPEOLAS Defensa riberea construida con champas.Son estructuras artificiales creadas mediante superposicin de capas de elementos de diferentes granulometras y materiales encaminada a reducir la cantidad de energa proveniente del oleaje que entra en un lugar que se quiere abrigar, por ejemplo un puerto. Contrariamente a los diques de contencin, no tienen una funcin de impedir la filtracin del agua.Existen diferentes tipologas de diques, tambin llamados espigones: En talud Vertical FlotanteLos diques en talud tradicionalmente se han construido mediante un ncleo de todo uno, encima del cual se superponen capas de elementos de tamao creciente separados por capas de filtro. Actualmente, los elementos mayores (que conforman los mantos exteriores) son piezas de hormign en masa de diferentes formas (cubos, dolos, tetrpodos, etc), que sustituyen a la escollera. Los diques en talud resisten el oleaje provocando la rotura del mismo.Los diques verticales estn formados por cajones de hormign armado que se trasladan flotando al lugar de fondeo y se hunden, para despus rellenarlos con ridos, de forma que constituyan una estructura rgida. Las ventajas de este tipo de diques son que para una misma profundidad, requieren mucho menos material que los diques rompeolas, y que se pueden prefabricar. Sin embargo, presentan algunas desventajas como son que concentran su peso en una superficie menor, y por lo tanto requieren un suelo ms resistente para su colocacin; y que reflejan gran parte del oleaje que incide sobre ellos, aumentando los esfuerzos sobre la estructura y dificultando la navegacin en las inmediaciones del dique vertical. Adems, no presentan una rotura gradual como sus homlogos diques en talud cosa que provoca que se hayan de dimensionar para olas de ms altura.DIQUES NATURALES Un dique natural resulta del depsito de material arrastrado por el ro en el borde del mismo, durante las inundaciones. Esto va causando, progresivamente, la elevacin de la ribera.
Imagen 4: SE APRECIA UN DIQUE, CUYA SUPERFICIE ESTA CONFORMADA POR VEGETACION QUE HA SIDO FORMADA POR EL MISMO CAUCETIPOLOGIAS SEGN USO AGRICOLA Tratndose de pequeos embalses de uso agrcola, se mencionan solamente dos clases de presas: Diques de tierra con seccin homognea Diques de ncleo diferenciado y espaldones.De estos dos tipos, el primero es el ms frecuente, pues el segundo slo se adoptar en los casos en que no sea posible disponer de suelo suficiente para construirlo con seccin homognea.DESCRIPCIN DEL CUERPO DEL DIQUE DE TIERRA CON SECCION HOMOGENEALos terrenos considerados aptos para la formacin del cuerpo del dique debern pertenecer en general a cualquiera de los grupos SC, SM, ML, de la Clasificacin Unificada de Casagrande, bastante bien graduados y con baja permeabilidadEl mayor tamao recomendable para los suelos utilizados estar comprendido entre 75 y 125 mm con objeto de que la compactacin no se vea afectada por tamaos mayores. En cuanto al material fino se recomienda que el pasante por el tamiz 200 ASTM (0.080UNE) sea superior al 25% y el pasante por el nmero 4 ASTM (5 UNE) sea igual o superior al 50%.En relacin con la plasticidad se aconseja que el Lmite Lquido (LL) < 50 y el ndice Plstico (IP) > 10 y en lo que se refiere a la densidad a conseguir, una vez compactado el terreno, el Valor Proctor Normal ser siempre al 100% PN 17.5 KN/m3 (1.75 kg/l)La permeabilidad es una caracterstica geotcnica de trascendental importancia en este tipo de diques y se recomienda que el coeficiente K en m/s est comprendido entre los valores 103 K 104 de baja permeabilidad, segn la clasificacin siguiente (Head 1985).
K 10-3 10-5 10-7 10-9 10-12 m/s Alta Media Baja Muy Baja Prcticamente impermeable
Merece especial atencin la compactacin de las diversas capas o alongadas de terreno durante la construccin del cuerpo del dique. En efecto, la densidad a alcanzar deber estar prxima al 100% PN y nunca menos del 98% PN. Adems el fondo de cada capa deber alcanzar la misma densidad Proctor que la parte superficial de la capa inmediatamente inferior.Las dimensiones del camino sern, por lo tanto, las siguientes: Ancho total de la calzada (un solo carril) 4 m. Arcenes, cada uno > 1 m Sobre ancho al lado de cada arcn (1) 1 m Espesor mnimo (suelo tipo) de la base (1) 0.30 m Espesor de la sub base, el requerido segn CBR citado El firme se completar con una carga asfltica de rodadura de 3 cm, un espesor mnimo que se continuar hasta 100 m a partir de los extremosde la coronacin a ambos lados de la misma. Con las dimensiones establecidas, la coronacin tendr una anchura mnima de:er 4m (calzada) + 2 m (arcenes) + 2 m (sobre anchos) = 8 mEntre el borde exterior de los arcenes y los sobre anchos, a lo largo de toda la coronacin, se establecer una proteccin simtrica formada por una red metlica resistente de 1.50 m o ms de altura sujeta con postes cada 5 m bien anclados. De esta manera, entre los arcenes y las aristas de los taludes existir en la coronacin una banda (sobre ancho) a cada lado de la plataforma con una anchura mnima de 1.00 m con los accesos previstos en proyectoEsta proteccin tambin se adoptar en la coronacin de todos los diques de materiales sueltos aunque no lleven incorporada ninguna estructura vial, a fin de evitar que las personas que transiten por aquella corran peligro de caer al embalse.
MATERIALES
Plano de curvas de nivel Hoja de clculo (entorno Excel). Entorno CAD (Autocad). Apuntes de clase. Material de ciclos anteriores. HIDROLOGA, Mximo Villn Bjar.
PROCEDIMIENTOEn el plano de curvas de nivel se procedi a trazar la escorrenta del rio, y luego el eje del dique perpendicular al mismo.Se tomaron dos secciones paralelas entre s y perpendiculares al eje del dique, se realiz los respectivos perfiles longitudinales de cada uno.Se determin la altura de agua y se procedi a calcular el volumen de almacenamiento del embalse, para lo cual se determin el rea superficial de cada curva con el eje del dique y aplicando la frmula impartida en clase se determin el volumen de almacenamiento.
Dnde:Vn= volumen para la seccin nSi= rea superficial de curvas de nivel y eje de diquee= equidistanciaLuego de ello se realiz la grfica Volumen AlturaCabe resaltar que se tomaron las siguientes consideraciones, se tom el margen de la hoja como un cerro en talud vertical y el culmine de las curvas de nivel, Adems se completaron algunas curvas de nivel trazando paralelas a las curvas predecesoras con el fin de obtener todas las reas para el clculo, se asumi un talud 3:1 para la margen izquierda y un talud 2.5:1 para la margen derecha, se consider un ancho de corona de 10m. y una altura de aliviadero de 2m.Para la parte inferior se consider taludes de 1.5:1.Tambin se calcul el volumen del presa como se muestra en la figura.Se determinara tambin el dique aplicando la formula siguiente:
De donde: .
Imagen 5: VISTA ISOMETRICA DE UN DIQUE DE TIERRA
Imagen 6: Dique Cuesta del Viento, San Juan, Argentina; se aprecia que una carretera pasa al lado del dique.CLCULOS Y RESULTADOSPrimero determinamos las reas parciales entre cada curva de nivel.En el siguiente cuadro mostramos una tabla con el clculo de las reas parciales, desde el aforo hasta la parte ms alta de la cuencaCURVASAREA(M2)
542.0001709.844
543.0008367.508
544.00020156.340
545.00036783.899
546.00071212.195
547.00091476.433
548.000115301.426
549.000149222.510
550.000172398.538
551.000196642.629
552.000215733.711
553.000246841.927
554.000276528.120
555.000311363.546
560.000342466.076
CON EL CUADRO ANTERIOR CALCULAMOS LOS VOLMENES PARCIALESFORMULA A UTILIZAR
NCURVASAREA(M2)VOLUMEN (M3)
2542.0001709.844
5011.073
3543.0008367.508
18290.594
4544.00020156.340
45375.083
5545.00036783.899
96504.106
6546.00071212.195
176159.733
7547.00091476.433
277563.247
8548.000115301.426
406998.458
9549.000149222.510
565877.646
10550.000172398.538
748377.889
11551.000196642.629
952975.135
12552.000215733.711
1181670.603
13553.000246841.927
1440881.777
14554.000276528.120
1731924.658
15555.000311363.546
10281237.956
HIDROLOGA
UNPRG ESCUELA PREFESIONAL DE INGENIERIA CIVILGRAFICA DE VOLUMEN ACUMULADO: La Grafica mostrada es la relacin de la altura de cada curva de nivel, vs el volumen total acumulado de almacenamiento.
CURVASVOL ACUMVOL*1000
542.000527.2020.527
543.0005538.2745.538
544.00023828.86823.829
545.00069203.95269.204
546.000165708.058165.708
547.000341867.791341.868
548.000619431.038619.431
549.0001026429.4951026.429
550.0001592307.1421592.307
551.0002340685.0302340.685
552.0003293660.1653293.660
553.0004475330.7684475.331
554.0005916212.5455916.213
555.0007648137.2037648.137
DISEO DE ALTURAS.Datos:F= 0.752kmg= 9.81m/s2Hdique=22.00 metros
Altura mxima de Holas. La altura mxima de olas lo calcularemos con el mtodo de STEVENSON. Mediante la siguiente expresin:
F= Fecht, km
Reemplazando para F= 0.752km obtenemos:
Velocidad de Holas. La Velocidad de olas lo calcularemos con el mtodo de GAILLARD. Mediante la siguiente expresin:
Reemplazando obtenemos:
Clculo de .Usamos la expresin de KNAPREN.
Reemplazando y obtenemos:
Clculo de .
Siendo , obtenemos:
Clculo de .
Reemplazando obtenemos:
Clculo de RS.
Dnde el resguardo ser:
Reemplazando obtenemos un resguardo de:
CONCLUSIONES.
Cuando diseamos un dique es preciso conocer el volumen que queremos encausar y con esto tener el nivel del dique, para no tener as una obra sobredimensionada. Con el clculo de volmenes acumulados podremos usarlo para ver el volumen que hay en cada curva de nivel. Con los planos de curvas de nivel de un metro ha sido de gran importancia para tener una mayor exactitud en el clculo de volmenes. El ancho de la corona del dique es de 8.000 metros. El nivel de la corona del dique es de 555 metros, lo cual con esto tenemos una altura del dique de 22.000 metros. En el diseo de un dique es muy importante los dentellones, que estn en la parte inferior del cuerpo que sirve para evitar el desplazamiento de la estructura por efecto de la fuerza hidrosttica del cauce. El talud considerado hacia aguas arrida del dique es de 1 en vertical y 3 en horizontal. El talud considerado hacia aguas abajo, son 2; el primero que esta desde la base hasta los 11 metros de alto es de 1 metro en vertical y 3 metros de horizontal; y el segundo desde los 11 metros hasta la corona del dique tiene 1 metro en vertical y 3 metros en horizontal.