Capítulo II Embalse de Regulación Interanual

Capítulo II

EMBALSE DE REGULACION INTERANUAL

A. Definición de la Obra

El embalse de regulación interanual o de temporada es una obra hidráulica que permite almacenar aguas en el

período del año en que dicho recurso es abundante para utilizarlas en el período en que escasez. En Chile,

estas obras se utilizan generalmente para acumular aguas provenientes de las lluvias de otoño e invierno para

utilizarlas en los meses siguiente, de primavera y verano (meses de la temporada agrícola).

Además, se define como embalse, todo depósito formado artificialmente mediante la construcción de un dique

o presa, destinado a almacenar agua, relaves o líquidos de cualquier especie (Ref. Bibliográfica N°10).

B. Características Técnicas de la Obra Física

El embalse de regulación interanual es una obra hidráulica que se compone generalmente de las siguientes

partes principales:

1. Muro o Presa

2. Depósito o Vaso de Almacenamiento

3. Obra de Toma

4. Vertedero

Muro o Presa

El muro o presa es una estructura que se construye sobre el cauce natural que se desea regular, impidiendo de

esta manera el escurrimiento superficial de las aguas, lo cual produce una acumulación de dicho recurso en el

depósito o vaso que se forma.

En general, los embalses de regulación se diseñan con presas no vertedoras; o sea, las aguas acumuladas en el

depósito no deben rebasar el coronamiento del muro. Lo anterior permite utilizar muros de tierra y de

enrocamiento. En Chile, este tipo de embalses de regulación de temporada, que corresponden a una obra

menor de riego, se diseñan con presas de tierra o muros en terraplén de tierra compactada.

De esta manera, los muros del embalse se construyen de tierra seleccionada, de sección trapecial, con un

coronamiento de ancho adecuado y con taludes de pendiente definida, de acuerdo a las características

geotécnicas del material de relleno a utilizar para formar el muro; generalmente debe provenir de una zona de

empréstito cercana, debidamente estudiada. Estos muros pueden ser de sección homogénea o de sección

compuesta (Ver Figura II-0l).

Los muros de tierra homogéneos o muros simples se construyen únicamente con suelos o materiales de

relleno, que sean a la vez estables y relativamente impermeables. En cambio, los muros de sección

compuesta o zonificados tienen un núcleo central impermeable, zonas de transición a ambos lados del núcleo

y espaldones o delantales bajo los talones de aguas arriba y aguas abajo.

Generalmente, las presas pequeñas de tierra se diseñan de modo que se pueda controlar la filtración de agua a

través del muro y/o de su cimentación, ya sea por medio de un núcleo impermeable y/o de un delantal

impermeable bajo el talón de aguas arriba.

Depósito o Vaso de Almacenamiento

El depósito o vaso de almacenamiento del embalse es la cavidad que se forma aguas arriba del muro y en la

cual se acumula el agua y los sedimentos provenientes de la cuenca aportante a dicho embalse. Las

características físicas más importantes del depósito son su capacidad de almacenamiento y la superficie

inundada.

En un embalse, una altura de agua determina un volumen a embalsar y una superficie inundada. Si la altura

de agua es igual al nivel de la cresta del vertedero del embalse, se denomina altura de aguas máximas

normales. Esta altura limita tanto el volumen posible de acumular aguas en el embalse (capacidad), como la

superficie inundada máxima que ocupará en condiciones normales de operación del embalse. Lógicamente,

dicha superficie inundada aumentará cuando el embalse está recibiendo y evacuando una crecida en el cauce

natural.

El nivel de aguas mínimas es la mínima altura a la cual operará el embalse en condiciones normales. Dicho

nivel mínimo corresponde al nivel de ubicación de la obra de toma. Bajo el nivel mínimo se almacenará el

volumen de aguas y sedimentos denominado volumen de aguas muertas, en el cual se acumularán los

sedimentos durante la vida útil del embalse. Al respecto, cabe señalar que en los cauces naturales, en los días

de tormenta, se produce arrastre de partículas de tierra, agregados pétreos, fragmentos de roca y otros

materiales.

El volumen de almacenamiento, ubicado entre el nivel mínimo y el nivel de aguas normales, se llama

volumen de almacenamiento útil.

Obra de Toma

La obra de toma es el conjunto de estructuras del embalse, que permite extraer el agua en forma controlada

para poder utilizarla, con el fin que ha sido proyectado su aprovechamiento.

Las obras de toma pueden clasificarse de acuerdo a lo siguiente:

Objeto de la obra (salida a cauce natural, salida a canal, etcétera).

Forma física o estructural (cauce abierto, túnel, conducto cerrado, etcétera).

Operación hidráulica (tubería a presión, cauce gravitacional, obra con o sin compuertas, etcétera).

Para el presente manual se describirá la obra de toma con salida a canal, de estructura consistente en un

conducto cerrado, con válvula a la salida de la tubería y de operación hidráulica como tubería a presión.

De acuerdo a lo anterior, los componentes de la obra de toma son los siguientes:

Estructura de toma

Tubería de conducción

Dispositivos de control

Estructura terminal y disipadora

La “estructura de toma” consiste en una cámara de entrada, con rejilla removible en la boca de acceso de las

aguas, y con unión flexible en el cabezal de la tubería en la salida de las aguas. Esta cámara se construye de

hormigón armado y sus dimensiones son mínimas, pero debe tener capacidad para que pueda trabajar un

hombre en su interior. Además, debe tener una ranura que permita instalar eventualmente una hoja de

compuerta en la entrada de la tubería. La estructura de toma se ubica en el fondo del embalse, en la cota o

nivel mínimo útil del embalse.

La “tubería de conducción” consiste en un conducto cerrado a presión, que se coloca enterrado a través de la

presa. La ubicación de este conducto más conveniente, a lo largo de la presa, es en sus extremos, donde la

presión de la presa sobre el terreno natural es mínima, o menor que en el centro donde la presa tiene mayor

altura.

Para disminuir las filtraciones a lo largo de la superficie de contacto del conducto y del terraplén, se debe

utilizar dentellones de collar. Los dentellones de collar son estructuras anulares que rodean totalmente el

conducto, se construyen de hormigón armado y se colocan sobre un relleno asfáltico, premoldeado en las

junturas entre tubos, para evitar esfuerzos secundarios sobre la tubería.

Los “dispositivos de control” que se instalan en las presas pequeñas son generalmente válvulas de regulación

y de cierre. Las compuertas pueden ser de acero Protegido o de fierro fundido. Las válvulas de mariposa y

válvulas de compuertas son adecuadas cuando el punto de control está ubicado en el extremo de aguas abajo

de la tubería a presión y si la tubería está diseñada para operar con descarga libre. La válvula de regulación

permite descargar gastos especificados de agua desde el embalse. Si la válvula de regulación está ubicada a la

salida de la tubería a presión, es conveniente colocar antes de ella una válvula de cierre o abertura total, que se

usa solamente en el caso de falla de la válvula de regulación. Las válvulas se instalan en una cámara de

válvulas a la salida de la tubería de conducción y antes de la estructura terminal.

La “estructura terminal y disipadora” consiste en una cámara de salida, en la cual descarga la tubería de

conducción. El chorro de agua se disipa en un pozo vertical amortiguador de la cámara, en la cual se forma

un colchón de agua. La salida de la cámara consiste en una sección de canal rectangular, con aletas y

guardaradier, que empalma con el canal derivado del embalse. Si es necesario se coloca un pedraplén, de tres

metros de longitud, a la salida de la cámara, para evitar la socavación del fondo del canal.

Vertedero

El vertedero de un embalse es una obra hidráulica, cuya función es evacuar el agua excedente, para mantener

el nivel máximo de aguas normales en el depósito y descargar los caudales de avenidas o crecidas sin dañar la

presa.

El vertedero debe tener la capacidad necesaria y suficiente para permitir las descargas, desde el embalse hacia

el cauce natural. Además, el vertedero debe ser hidráulico y estructuralmente adecuado, y debe estar

localizado de manera que las descargas no erosionen ni socaven el talón de aguas debajo de la presa.

Los vertederos pueden diseñarse con compuertas o sin ellas. Para presas pequeñas es conveniente adoptar

vertederos sin compuertas, debido a su facilidad de construcción, operación automática y sin operadores, y

menor costo de mantención.

Las partes componentes de un vertedero son las siguientes:

Estructura de control

Canal de descarga

Estructura terminal

“Estructura de control”. La estructura de control regula y controla las descargas del depósito. Estas

estructuras pueden consistir en una cresta, vertedero, orificio, pozo o tubo, sifón, etcétera. En este manual se

consideran preferentemente las estructuras cresta libre o de escurrimiento libre, con perfil de cimacio. Estas

estructuras se aproximan al tipo ideal de vertedero; en el cual, el agua debe pasar guiada suavemente sobre la

cresta con el mínimo de turbulencia. La lámina de agua se adhiere al paramento del perfil y es guiada sobre la

superficie de talud del canal de descarga.

“Canal de descarga”. El canal de descarga conduce las aguas descargadas por la estructura de control hacia el

cauce natural, aguas abajo de la presa. La estructura de conducción puede ser un canal excavado en una de

las laderas, en los extremos de la presa; un canal excavado a través de la presa; un canal apoyado sobre el

paramento de aguas debajo de la presa, etcétera. El perfil longitudinal del canal puede tener poca pendiente o

pendiente fuerte. La sección del canal puede ser rectangular o trapecial y se construye de hormigón armado,

para soportar las solicitaciones producidas sobre la estructura.

“Estructura terminal”. La energía hidráulica producida por el agua, al caer desde el nivel de aguas máximas

de crecida del depósito hasta el lecho del cauce natural, se convierte en energía cinética que se manifiesta en

altas velocidades; las cuales, si se trata de disminuirlas, producen grandes presiones sobre las estructuras. Por

este motivo, debe diseñarse una estructura terminal que permita descargar el agua en el cauce natural, sin

erosiones o socavaciones peligrosas en el talón de la presa, y que no produzcan daños en las estructuras

vecinas. Existen muchos tipos de estructuras terminales que se pueden adoptar, tales como estanques, dados

amortiguadores, deflectores, trampolines, etcétera.

Los tipos de vertederos son los siguientes:

Vertederos de descarga libre

Vertederos con canal de descarga frontal

Vertederos con canal lateral

Vertederos de conducto cerrado

“Los vertederos de descarga libre” no deben utilizarse para caídas hidráulicas mayores a 6 m, debido a las

vibraciones y otros problemas que origina.

“Los vertederos de conducto cerrado” consisten en pozos o embudos, alcantarillas, entubamiento o de túnel, y

sifones. Estos vertederos presentan desventajas tales como: costo elevado, dificultades de operación y

mantención, bajo coeficiente de seguridad para evacuar crecidas mayores a las consideradas.

En este manual se han considerado los siguientes tipos de vertederos de crecidas:

“Vertedero con canal de descarga frontal”

“Vertedero con canal lateral”

“Vertedero con canal de descarga frontal”. Este vertedero tiene una estructura de control normal al eje de¡

canal de descarga, de modo que las líneas de corriente o de escurrimiento de aguas desde el embalse se

mueven en dirección paralela a un eje. Este tipo de vertedero es muy usado en el diseño de presas pequeñas,

debido a su sencillez, adaptabilidad a cualquiera condición de cimentación, y por razones económicas. Sin

embargo, debido a que la estructura de control es frontal al escurrrimiento, este tipo de vertedero se utiliza

para caudales de crecida o avenidas pequeñas y moderadas.

Los componentes de este tipo de vertedero son:

a. La estructura de control, de cresta libre o de cimacio.

b. El canal de descarga o rápido de descarga, con pendiente fuerte, que puede construirse apoyado sobre el

paramento de aguas abajo de la presa. La sección del canal puede ser rectangular o trapecial. El canal debe

ser revestido, con junturas de expansión impermeables y junturas de losas de diseño adecuado.

c. La estructura termina¡ puede consistir en un disipador de bloques alternados, o en un estanque con dados

amortiguadores ubicado al final del rápido de descarga, si se estiman necesarios.

“Vertederos con canal lateral”. El vertedero con canal lateral es una estructura en la cual el escurrimiento

después de pasar por una cresta lateral (vertedero lateral), cae a un canal de eje paralelo a dicha cresta. Este

tipo de vertedero se adopta con el objeto de limitar la carga hidráulica de la sobrecarga producida por el

caudal de la crecida, lo cual se produce haciendo una cresta vertedora larga.

Las partes componentes de este tipo de vertedero son las siguientes:

a. Estructura de control, que consiste en un vertedero lateral con perfil de cimacio.

b. Canal lateral que consiste en un canal revestido, de sección rectangular o trapecial, con una estructura de

control (grada o estrechamiento de la sección) aguas abajo, para crear un escurrimiento tranquilizado o

amortiguado abajo de la cresta del vertedero lateral, con lo cual se disipa la energía. Debido a las turbulencias

y vibraciones inherentes al funcionamiento de los canales laterales, su sección debe ser revestida en hormigón

y colocada sobre una ladera rocosa, o de un adecuado material de cimentación.

c. Canal de descarga, o rápido de descarga, es una estructura similar a la indicada para el vertedero con canal

de descarga.

d. Estructura terminal, similar a la descrita para el vertedero con canal de descarga. Debido a que este tipo de

vertedero se utiliza para descargar caudales de crecidas relativamente grandes, la estructura terminal debe ser

diseñadas con sus partes componentes (dados amortiguadores, trampolín sumergido, etcétera), de acuerdo a la

capacidad de descarga del vertedero.

C. Normas y Criterios Constructivos y de Diseño Los embalses de regulación interanual corresponden, en general, a las obras hidráulicas de regulación

denominadas -presas pequeñas" (small dams), las cuales tienen muros de baja altura (inferior a 15,24 m o 50

pies de altura) y volumen de almacenamiento pequeños o medianos, y están asociados a corrientes naturales

pequeñas Testeros o quebradas) y a cuencas hidrográficas de extensión limitada. Además, el volumen de

tierra del muro debe ser inferior a 764.000 m3 (un millón de yardas cúbicas).

Por otra parte, los embalses de regulación interanual se pueden clasificar en las categorías A y B del

Reglamento que fija Normas Técnicas para el Proyecto, Construcción y Operación de Obras Hidráulicas que

Requieren la Aprobación de la Dirección General de Aguas (Art. 294, libro tercero, del Código de Aguas de

Chile). En dicho Reglamento, las categorías de embalses son las siguientes:

Categoría A : De capacidad de almacenamiento entre 50 mil y 1,5 millones de metros cúbicos, o cuya presa

tenga una altura de más de 5 metros y hasta 12 metros.

Categroía B : De capacidad de almacenamiento mayor de 1,5 millones de metros cúbicos y hasta 50 millones

de metros cúbicos, o cuya presa tenga una altura mayor de 12 metros y hasta 30 metros.

Categoría C : De capacidad de almacenamiento sobre 50 millones de metros cúbicos o cuya presa tenga una

altura mayor de 30 metros.

La altura de la presa se establece como la diferencia de alturas entre el punto más bajo del talud de aguas

abajo de la presa y el nivel máximo de almacenamiento.

Finalmente, también el diseño de este tipo de embalses debe regirse por lo establecido en las Bases Técnicas

de las “Bases de Concursos Públicos de la Comisión Nacional de Riego de Chile”', para optar a la

bonificación a la inversión privada en Obras de Riego y Drenaje (Ley N°18.450).

Ingeniería Básica

La Ingeniería Básica se refiere a los trabajos y estudios necesarios para realizar un proyecto que cumpla, a lo

menos, con los criterios y normas norteamericanas de diseño de Presas Pequeñas, contenidas en el texto

“DESIGN OF SMALL DAMS” del U.S. Department of the Interior, Bureau of Reclamation, y las exigencias

estipuladas en el Código deaguas de Chile y bases técnicas para la ejecución de proyectos de riego de la

Comisión Nacional de Riego.

La Ingeniería Básica se compone de los siguientes estudios:

Geomensura

En Chile, la Geomensura se refiere a la recopilación de antecedentes de planchetas del Instituto Geográfico

Militar (IGM), fotografías aéreas de la Fuerza Aérea de Chile (FACH), levantamientos topográficos a

escalas 1:1 000 ó 1:500 y 1: 1 00 del lugar de ubicaciones de las obras como muro, vertedero, zonas de

empréstito, etcétera.

Se considera conveniente correfacionar las coordenadas y cota de los puntos de referencias (PR) con los

correspondientes a los puntos de nivelación del IGM. En el caso que no existan estos antecedentes, se deben

realizar los levantamientos y nivelaciones topográficas necesarias para el diseño de las obras.

Geotecnía

Conocido el lugar aproximado de la ubicación del muro, vertedero, obra de tomas, y zona de empréstito en el

cual se construirá el muro, y la ubicación de los agregados pétreos con los cuales se confeccionan los

hormigones, drenes, enrocados, etcétera, se realizan las siguientes actividades mínimas:

Consideraciones de proyecto, construcción, operación y mantenimiento; confirmación del lugar seleccionado

para la construcción del muro y de los posibles empréstitos; del suelo de fundación se debe considerar la

permeabilidad, compresibilidad y resistencia al corte; del material con el que se construirá el muro se deben

tener presente, a lo menos, la impermeabilidad, la compresibilidad, la resistencia al corte, la trabajabilidad, la

disponibilidad en cantidad del material de relleno que se compactará, considerando las protecciones de

enrocados y material para drenes, y la magnitud del muro y el volumen embalsado.

Características del subsuelo: se excavarán en la zona de emplazamiento del muro los pozos de exploración de

profundidad, comprendida entre 2,0 m y 5,0 m. Se recomienda como mínimo cinco pozos, considerando a lo

menos uno para el vertedero y otro para la obra de toma. Se deben obtener los perfiles estratigráficos de los

pozos de exploración excavados en la zona de fundación de la presa; en estos perfiles, para cada estrato, se

indican la clasificación del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (U.S.C.S), el porcentaje de finos

bajo malla N' 200 ASTM, la presencia de cantos rodados, el límite líquido (L.L.) y el índice de plasticidad.

Conocidas las cantidades aproximadas de los enrocados, drenes y hormigones, se extraen las muestras de los

pozos de exploración de empréstito de profundidad, comprendida entre 1,0 y 2,0 m. Se consideran como

mínimo tres pozos.

Tanto para el suelo de fundación como para el suelo del muro de la presa es necesario obtener, como mínimo,

los parámetros de ángulo de fricción interno y cohesión.

Hidrología

Los estudios hidrológicos a realizar de la cuenca aportante del cauce natural, aguas arriba del punto de

ubicación del futuro embalse, son los siguientes: estudio para determinar los volúmenes de agua a embalsar y

el estudio para determinar el caudal de diseño del vertedero.

En general, para el caso de Chile, si se trata de embalses de regulación interanual ubicados de la Región V a la

VII, se supone que se localizan en cuencas netamente pluviales, en las cuales existen solamente estadísticas

de precipitaciones.

Determinación de los volúmenes de agua a embalsar.

En este primer estudio hidrológico a realizar, para el embalse de regulación interanual, se debe determinar el

volumen anual de agua que se puede embalsar en un año de seguridad hidrológica igual a 85%.

En primer término, se debe obtener una estadística de volúmenes anuales afluentes al embalse, para un

período mínimo de 15 años consecutivos.

La generación de esta estadística se realiza haciendo un estudio de las precipitaciones que ocurren sobre la

cuenca aportante del embalse. Mediante el método de las isoyetas u otro método hidrológico conocido, se

obtiene la precipitación media anual sobre la cuenca aportante. Para se disipación de los volúmenes anuales

afluentes al embalse, se pueden utilizar relaciones de captación - escorrentía, tales como Grunsky, Peñuelas,

Turc, etcétera.

Una vez obtenidas las escorrentías medias anuales, que llegarán al embalse, se puede calcular el

volumen anual de agua a embalsar en un año de seguridad hidrológica igual a utilizando un método

gráfico para el análisis de frecuencia. vertecill

El método gráfico permite obtener la relación probabilidad de excedencia versus valor de la; en este caso

volúmenes anuales de agua, a partir de una representación gráfica. Con este objeto, los datos de la serie se

ordenan de manera decreciente y a cada valor se asigna una probabilidad de excedencia, empleando una

fórmula empírica (Hazen, Weibull, etcétera).

La fórmula de uso más frecuente es la de Weibull que tiene la siguiente expresión:

P= m

N + 1

Siendo:

P = Probabilidad de excedencia

N = N° total de años

m = N° de orden del año

De esta manera, los valores de los volúmenes anuales, con su respectiva probabilidad de excedencia asignada,

se representan gráficamente en un papel de probabilidades. Para el caso de funciones de densidad logarítmica

normal o log-normal, se utiliza un papel de probabilidades que lleva una escala logarítmica en ordenadas y

una escala de probabilidades normal en abscisas.

También se pueden utilizar métodos analíticos para hacer estos análisis de frecuencia.

Este volumen anual disponible en el embalse se podrá distribuir mensualmente durante el período de riego,

haciendo entregas que dependerán de las demandas mensuales de agua del área a regar. Lo anterior se puede

estudiar haciendo una simulación de la operación anual del embalse, para lo cual es necesario disponer de la

siguiente información: volúmenes mensuales afluentes al embalse en un ano de seguridad hidrológica 85%,

demandas hídricas mensuales, capacidad útil del embalse, curva de la superficie inundada versus las

capacidades parciales del embalse, y tasas de evaporación mensual en mm/mes.

Los volúmenes mensuales afluentes al embalse se pueden determinar utilizando los datos de precipitaciones

mensuales de una estación pluviométrica, ubicada dentro del área de la cuenca aportante, o en la vecindad de

ella.

La simulación de la operación anual del embalse se puede realizar utilizando modelos matemáticos de

simulación hidrológica.

Determinación del caudal de diseño del vertedero.

La determinación del caudal de diseño del vertedero se realiza mediante estudios hidrológicos, para

determinar el caudal máximo de crecida en la cuenca aportante al embalse, y para la determinación de la

regulación que puede producir el embalse, como cuerpo de agua integrado a la cuenca aportante.

El escurrimiento de aguas en una cuenca, en magnitud y frecuencia, producido por tormentas de lluvias,

depende de factores climáticos y fisiográficos de la cuenca. Los factores cismáticos que influyen en las

crecidas son generalmente las precipitaciones y las temperaturas. Los factores fislográficos de la cuenca que

más influyen son generalmente la capacidad de conducción y la capacidad de almacenamiento.

Por otra parte, la selección del período de retorno para el diseño, se puede realizar según las recomendaciones

de la Dirección General de Aguas del Ministerio de Obras Públicas de Chile, apoyada por normas

internacionales en esta materia. Para los vertederos de crecidas de embalses que no signifiquen ningún riesgo

a personas o poblados ubicados aguas abajo de la presa, se dimensionarán para evacuar la crecida máxima,

correspondientes a los períodos de retorno que se indican en el Cuadro 11 C - 01 del Anexo.

Si existiesen lugares poblados o susceptibles de poblarse en el futuro, o instalaciones e infraestructura

importantes aguas abajo de la presa, que pudieran verse comprometidos en el caso de fallar los evacuadores,

deberá doblarse el período de retorno señalado en el Cuadro II C-01 para las categorías A y B.

Para la determinación de los caudales máximos de crecida, se presentarán los dos métodos de uso más

frecuente para cuencas de extensión limitada, los cuales son los siguientes:

Método Racional o de la Fórmula Racional

Método de Verni - King

Método Racional

La fórmula empírica del Método Racional se utiliza generalmente para el diseño de drenajes urbanos y para

calcular crecidas en cuencas de superficie pequeña. Algunos autores señalan que las superficies, en lo

posible, no deben ser mayores a 1 5 km2 y otros, indican que deben ser menores de 10 km

2.

El caudal máximo (Q), para un determinado período de retorno, se calcula mediante la expresión siguiente:

Q = c . i . A (m3/s)

3,6

Siendo

C = Coeficiente de escurrimiento de la cuenca

A = Area de la cuenca aportante (km2)

i = Intensidad media máxima de la lluvia de diseño (mm/h)

El coeficiente c de escorrentía o escurrimiento de la cuenca representa el porcentaje de lluvia que puede

escurrir. Este coeficiente se puede estimar a través de los valores que se indican en el Cuadro II C-02 del

Anexo.

El caudal máximo de crecida se produce por la intensidad de lluvia, que se mantiene por lo menos durante

un período igual al tiempo de concentración de la cuenca.

El tiempo de concentración (tc,) de la cuenca aportante se define como el tiempo necesario para que la

partícula de agua, hidráulicamente más alejada, alcance el punto de salida de la cuenca. El tiempo t, puede

estimarse mediante las siguientes fórmulas empíricas:

Fórmula del U.S. Soil Conservation Service

tc = 0,95 ( L3/H )

0,385 (horas)

Siendo:

L= Distancia medida, siguiendo el curso principal del agua, desde la salida al punto hidráulicamente más

alejado del área, (km)

H= Desnivel entre el punto de salida de la cuenca y el punto más alejado, (m)

Fórmula de Giandotti

Siendo:

S = Superficie de la cuenca (km2)

)(8,0

5,14horas

H

Lstc

L = Longitud del cauce principal (km)

H Altura media de la cuenca sobre el punto de salida de ella (m)

Se debe verificar lo siguiente:

Además, para ambas fórmulas, el tiempo de concentración no debe ser inferior a 10 minutos.

Para determinar la intensidad de la lluvia de diseño se utilizan normalmente curva intensidad-duración-

frecuencia de las lluvias (curvas IDF), que precipitan en el área en que está ubicada la cuenca aportante del

embalse que se estudia.

Estas curvas son el resultado de un análisis probabilístico de las intensidades máximas de las lluvias obtenido

mediante registros proporcionados por pluviógrafos. Cuando sólo se dispone de un pluviómetro en una

estación, se podrá conocer solamente la intensidad media e horas, y no la intensidad media máxima que es,

por lo general, mayor que la anterior.

La intensidad media máxima se obtiene de la curva IDF, haciendo la duración (en abscisas) igual a tc,

interceptando la curva parámetrica de la frecuencia, o período de retorno establecido para el embalse en

estudio, y leyendo el valor que corresponde en el eje de las ordenadas o intensidades máximas.

Si no se dispone de las curvas IDF, se puede obtener la intensidad máxima de la lluvia mediante la relación de

Grunsky siguiente:

Siendo

Itc = Intensidad media máxima para el período

PT

24 = Precipitación máxima en 24 horas para el período de retorno (T) considerado

En Chile, los Ingenieros Civiles Francisco Verni y Harry King dedujeron la siguiente expre para determinar el

caudal de crecida máxima en cuencas no controladas fluviome ricam para cualquier período de retorno.

Q = 0,00615 * p1,24

* s0,88

(m3/seg)

Donde:

p : precipitación máxima en 24 horas (mm)

S : superficie de la cuenca (km2)

Q : caudal en m3/s

El error promedio que se obtiene al aplicar esta fórmula es del 18%, lo que podría considerarse aceptable para

este tipo de estimaciones.

Esta fórmula es válida solamente para cuencas pluvíales cordilleranas de 30 a 5.000 kM2. Para cuencas muy

planas, sobrestima el valor de los caudales de crecida casi al doble.

También se puede utilizar esta fórmula combinándola con datos y resultados obtenidos para otra cuenca

vecina.

Geología e Hidrología

Se entregará un breve resumen de los métodos de exploraciones, tanto en superficie como subterráneas,

necesarias en obras como la que se está estudiando.

4,56,3

Lt

Lc

)(24

*24

24mm

t

PI

c

T

tc

Exploraciones en la superficie. Las características de los suelos se pueden diagnosticar, analizando la

topografía y fotografías aéreas, con los correspondientes reconocimientos del terreno. Así, se determinan

zonas de empréstito para los diferentes materiales del muro y agregados pétreos para confeccionar los

hormigones.

Exploración subterránea.Se realiza haciendo pozos de prueba, zanjas y túneles. Estos métodos de exploración

proporcionan la más completa información del terreno estudiado, y también permiten el examen de la

superficie de la roca de cimentación.

La sección mínima recomendada, para un pozo de prueba excavado a mano, es de 1,0 x 1,5 m y debe

emplearse dispositivos adecuados para evitar derrumbes.

Las zanjas se emplean en la investigación de los estribos del muro y pueden efectuarse a mano o mediante

bulidozers.

Los túneles sirven para explorar áreas bajo los taludes inclinados. Las dimensiones de la sección transversal

es 1,5 m de ancho y 2,1 m de alto, con la estíbación correspondiente.

Finalmente como resultado se debe obtener, como mínimo, un perfil transversal con las características

geológicas de la fundación del muro, señalando el nivel de las aguas subterráneas, y cota de la roca de

empréstito, y material para la confección de los hormigones.

Cabe destacar que uno de los aspectos de seguridad básica, que debe tomarse en cuenta, es evitar la

destrucción de la presa por efecto de la tubificación (o piping). Este fenómeno consiste en el escurrimiento

del agua a través del muro, o de su fundación, que puede destruir la obra.

La conclusión fundamental de este apoyo de ingeniería básica es llegar a definir el tipo de cimentación, sobre

el cual se construirá el relleno del muro y que podría ser alguno de los siguientes:

Roca

Materiales de grano grueso (grava y arena)

Materiales de grano fino (limo y arcilla)

Para cada uno de estos tipos de materiales existen tratamientos específicos que habría que considerar dándole

el alcance que corresponda.

Sisimicidad

En Chile son frecuentes los sismos, que producen destrucciones en la mayoría de las estructuras que no se han

proyectado respetando las normas mínimas que exigidas por las leyes, códigos y reglamentos

correspondientes. Después de analizar las estadísticas de sismos ocurridos en Chile y, teniendo en cuenta el

alcance del presente manual, se concluye que si se respetan las

exigencias establecidas en el Manual de Diseño de Presas Pequeñas del Bureau of Reciamation (USA),

para rellenos con altura inferior a 1 5,0 m de altura, no será necesario hacer estudios de mayor alcance.

Por último, se establece, analizando proyectos recientes de las regiones V, Metropolitana, VI y VII, que las

aceleraciones basales de diseño resultantes para tranques costeros, fluctúan entre 0,30 y 0,40; y para la zona

cordifierana, varía entre 0, 1 5 y 0,30.

Volúmenes de acumulación y superficie de inundación

Después de hacer las exploraciones de terreno, combinadas con la confección de planos topográficos,

conocida la geotecnia, geología y necesidades de aguas, se elige el o los lugares más adecuados para

localizar el muro del embalse. Se selecciona el lugar de emplazamiento del muro y se establece una

topografía preliminar de él, la cual se proyecta sobre el plano que abarca toda la cuenca de inundación, y así

se puede obtener para cada curva de nivel topográfico la superficie correspondiente, generalmente

empleando el planímetro y también se obtiene la relación de altura versus superficie de inundación. A

continuación, conocida la función anterior y empleando el concepto de integración, se puede graficar altura

de agua versus volumen acumulado. Para este efecto, se puede utilizar la siguiente fórmula para determinar

el volumen parcial de agua entre dos niveles: 1 y 2.

(m3*

)

Siendo Al y A2 las superficies inundadas en los niveles 1 y 2 en m2, y k la diferencia de nivel entre ambas

superficies en metros.

Cota de nivel de aguas muertas

Se define como cota de nivel de aguas muertas, aquella cota que permite extraer las aguas de la cubeta sin

que las válvulas sufran problemas de operación, debido al material acumulado que viene incorporado en

cada temporal de lluvias. Esta cota permite prever un volumen de aguas muertas, el cual debe considerarse

en cada embalse, y se recomienda que sea un volumen superior al 10% del volumen útil del depósito a nivel

de anteproyecto.

Cota de nivel normal máximo de aguas

Para un embalse con vertedero convencional, que opera gravitacionalmente, la cota de nivel máximo de

dicho vertedero es la que genera el volumen útil acumulado. Este volumen útil se determina después de

conocer la demanda anual, que se necesita para regar la superficie del proyecto que se estudia, con una

seguridad de riego del 85%.

Cota de coronamiento

La cota de coronamiento del muro se determina a través de la siguiente expresión:

Cota de coronamiento = cota de vertedero + altura de crecida + altura de ola + revancha.

La cota de vertedero corresponde a la cota del nivel normal máximo de aguas definida anteriormente.

La altura de crecida se determina utilizando la curva de crecida, para el período de retorno que se debe

considerar para el embalse en estudio. Además, se calcula la regulación que se produce para cada longitud

evacuadora del vertedero, siguiendo la curva de crecida cada 0, 5 ó 1, 0 hora, e integrando los incrementos

de altura de agua (h), que se acumulan en la cubeta, considerando la evacuación a través del vertedero.

Donde:

QE = caudal de avenida en el tiempo t, (m3/s)

S = superficie del espejo de agua (m2)

h = incremento de altura de agua en la cubeta (m)

t = incremento de tiempo considerado de la curva de crecida (seg)

m = coeficiente de vertedero

b = largo del vertedero (m)

2 g = 19,6 (m/s2)

Se recomienda hacer una tabla que contenga las siguientes columnas:

1. Tiempo cada 1 hora o media hora, (seg)

kAAAA

Vparcial *3

2*121

t

hShghbmQE

**2**

S

thghbmQh E

*2***

2. Caudal medio de avenida en el t, (m3/s)

3. Volumen de avenida, (m3 )

4. Cota del espejo de agua, (m)

5. Diferencias del volumen de avenida y el evacuado por el vertedero, (m3)

6. Incremento h, (m)

7. Sumatoria de h, (m)

8. Caudal evacuado por el vertedero, (m3

/s)

9. Volumen evacuado por el vertedero, (m3)

Altura de la ola

Esta altura de ola corresponde a la que se obtiene del supuesto que ocurra un temporal d viento, que produzca

olas que podrían sobrepasar el muro de tierra. La fórmula de Stevenso cuantifica este fenómeno.

Donde:

v : velocidad del viento; km/hora

F : Fetch (km)

hola: altura de ola, (m)

Fetch es la distancia en la cual el viento puede actuar sobre la masa de agua en un embalse, e general se toma

la mayor distancia que hay entre la playa y el muro que se proyecta.

La altura de ola se multiplica por un factor de seguridad cuando ejerce presión:

sobre una superficie vertical : 1,33 * hola (m)

sobre una superficie inclinada : 1,50 * hola (m)

Revancha

Corresponde a la diferencia entre la cota de coronamiento del muro y la altura máxima de agua considerando

los temporales de lluvias y viento asociados. Esta revancha debe ser superior a 0,9 m.

En este caso, se considera que no existe asentamiento en el terraplén.

Algunos autores consideran esta altura como altura de seguridad para los eventuales asentamientos en el

muro, y la consideran igual a 0,2% de la altura máxima del muro, con un mínimo de 0,60 m.

Proyecto de la Fundación de la Presa

De acuerdo con el tipo de material, el suelo de fundación puede clasificarse como: roca, material de grano

grueso (arena y grava), y de grano fino (limo y arcilla).

La fundación en roca puede tener el inconveniente de rocas agrietadas, lo cual hace necesario la inyección de

mezcla de cemento con agua, y a veces agregando arcilla y/o arena, para sellar la fundación.

La fundación en arena y grava tiene el inconveniente de producir filtraciones excesivas, lo cual hace necesario

determinar el coeficiente de permeabilidad de la fórmula de Darcy.

Q = K * i * A

Donde:

K = coeficiente de permeabilidad para la fundación

i = pendiente hidráulica; i = h/L

h = diferencia de carga

L = longitud del recorrido

25,0*27,0**032,076,0 Ffvhola

A = área bruta de la fundación, a través de la cual se produce el flujo

Las principales alternativas de soluciones son:

1. Dentellones de tierra

2. Dentellones parciales

3. Dentellones de tablastacas de acero

4. Dentellones hechos en el lugar con mezclas de cemento

5. Inyecciones

6. Colchones del lado de aguas arriba

7. Filtros y colchones horizontales de drenaje

8. Drenes de talón y zanjas de drenaje

9. Pozos de drenaje

Las fundaciones en limo y arcilla tienen la ventaja que, por ser suelos de grano fino, son suficientemente

impermeables, lo cual evita tener que disponer dispositivos especiales para las filtraciones y tubificaciones

subterráneas. El principal problema en estas fundaciones es la estabilidad. Además puede existir el riesgo de

falla por resistencia del terreno, al saturarse los limos y arcillas.

No se recomiendan los suelos de fundaciones saturados que tengan, como promedio, menos de cuatro golpes

por pie en la prueba estándar de penetración.

En las fundaciones relativamente secas, existe la posibilidad de asentamientos, al saturarse con el agua

embalsada. Se deben hacer pruebas de humedad natural y de densidad del material en terreno, del suelo del

depósito que está arriba del nivel freático, para compararlos fuego con los resultados del Proctor del mismo

suelo.

Proyecto del muro de tierra

En el proyecto del terraplén se debe considerar la utilización de los materiales provenientes de las

excavaciones. Por ejemplo, la eventual roca excavada del vertedero podría servir para la confección de

protecciones del talud superior del muro.

Los taludes de los terraplenes dependen de los materiales disponibles para la construcción, si la operación

exige desembolses rápidos, y del tipo de sección transversal (homogénea o compuesta).

En las Tablas 15 y 16 del Manual de Diseño de Presas Pequeñas (Edición en Español 1966), se entregan los

taludes recomendados para presas de tierra de sección homogénea y compuesta respectivamente.

Ancho de coronamiento y protecciones

El ancho de coronamiento del muro está dado por la siguiente expresión:

b = 3,0 + h

5

Donde:

b: ancho de coronamiento, (m)

h: altura máxima del terraplén, (m)

La contraflecha del muro se considera de un 1% de la altura del muro, con pendiente hacia el interior de la

cubeta o depósito.

Los taludes de aguas arriba necesitan protecciones con bolón o roca, contra los efectos destructivos de las

olas. El tamaño máximo de la roca o bolón depende del Fetch del embalse.

Si se quiere usar el coronamiento como camino, este debe contar con protecciones mínimas, tal como una

capa de material estabilizado.

Los taludes de aguas abajo necesitan protecciones contra los efectos destructivos de las lluvias. Se

recomienda, como mínimo, el cultivo de pasto rústico del lugar.

Estructura de toma

La obra de toma sirve para controlar y regular las entregas de aguas que se emplearán usualmente entre los

meses de Septiembre y Mayo, durante la temporada de regadío. La acumulación de aguas en el embalse

corresponde a la época invernal anterior.

Después de analizar manuales de diseño, tanto norteamericanos como mejicanos, y visitar embalses que

operan de la V a la VI región, se considera que el dispositivo más adecuado será el que cumple con las

siguientes condiciones y exigencias:

Cota de captación : esta cota queda determinada por el estudio del eventual volumen de sedimentos, al

cual corresponde una altura sobre el fondo de la cubeta.

Estructura de entrada : consiste en una cámara de hormigón armado con un sistema de reja que impide la

entrada de elementos flotantes, los cuales podrían obstruir las válvulas que se encuentran a continuación.

Conducto de acceso : para embalses menores de 15 m de altura, generalmente resultan conductos o

tuberías de diámetros menores de 1,0 m. Es necesario señalar que se deben tomar las precauciones para

evitar problemas tales como fugas de agua desde la tubería al exterior, filtraciones por el terraplén que

rodea la tubería y corrosiones prematuras de la tubería de acero. Es recomendable rodear la tubería con

un dado de hormigón armado, para evitar posibles daños, como ser su aplastamiento.

Válvulas: para cargas bajas de agua, las válvulas tipo Meplat y las válvulas mariposa son adecuadas,

cuando el control está en el extremo de aguas abajo de los tubos a presión, y si están proyectados para

operar con descarga libre. Se debe verificar como mínimo la carga de presión, o altura de aguas máximas.

Considerando que se trata de aguas lluvias con tratamiento primario rústico, son las válvulas de agua

potablev las que mejor se adaptan a estos requerimientos. La válvula tipo Meplat es la más utilizada.

Las obras de toma de embalses interanuales de mayor capacidad emplean dos válvulas: una de

emergencia que permanece abierta o cerrada, y otra que regula la entrega de aguas.

Estructuras terminales: son obras terminales adecuadas para los conductos de circulación libre, los

trampolines, los estanques amortiguadores para resalto hidráulico, y los estanques del tipo impacto. Si el

tipo de suelo de fundación del terraplén es roca sana, y no hay restricciones de cotas de captación o

empalme a la infraestructura de riego, se suele descargar el caudal al fondo de la quebrada rocosa.

Canal de salida : si es necesario empalmar las aguas disipadas con la infraestructura de riego, es necesario

diseñar un canal de salida que debe cumplir con las exigencias de estabilidad de taludes.

Cálculos hidráulicos: se considera que la obra de toma consistirá básicamente en una tubería de acero

controlada por una válvula, con dispositivos de reja en la entrada y disipadores a la salida. Para la

circulación del agua en un sistema de tubos cerrado, la ecuación de Bernoulli se puede escribir:

HT = h1 +h2+h3+h4+h5+h6+h7+h8

Donde:

hl = pérdidas en las rejillas, (m)

h2 = pérdidas a la entrada, (m)

h3 = pérdidas por cambio de dirección, (m)

h4 = pérdidas por contracción, (m)

h5 = pérdidas por ampliación, (m)

h6 = pérdidas en las válvulas, (m)

h7 = pérdidas por rozamiento, (m)

h8 = pérdidas a la salida, (m)

El detalle de estas pérdidas está en el Manual de Diseño de Presas Pequeñas, Hidráulica Teórica, de Francisco

Domínquez y otros textos de hidráulica.

Derivación del Caudal durante la Construcción de la Presa

El proyecto de construcción de una presa debe considerar eventualmente la derivación del caudal a un lado, o

a través del emplazamiento de la presa durante el período de la construcción. Los principales factores que se

consideran, para diseñar una desviación económica y que no presenten riesgos a la seguridad, son:

Características de los caudales : la recopilación de una estadística de caudales y un estudio probabilístico

de ocurrencia de crecidas son antecedentes técnicos básicos.

Selección del caudal derivable : para la elección del caudal derivable se deben considerar el tiempo que

durará la construcción del embalse, el costo de los posibles daños a la obra en construcción si se inunda,

y la seguridad de los trabajadores y habitantes de aguas abajo.

Un criterio bastante usual es calcular las capacidades de las desviaciones, para dar paso a la mayor avenida

que pueda ocurrir en un periodo de retorno de entre 5 y 10 años, de acuerdo a las condiciones imperantes para

el proyecto de embalse.

Vertedero

La función del vertedero en las presas de almacenamiento y reguladores es dejar escapar el agua excedente o

de avenidas que no cabe en el espacio destinado para almacenamiento. La mayoría de los embalses de tierra y

enrocados sufren asentamientos que, asociados a vertederos con capacidades al margen de las normas,

producen la destrucción de las presas.

El vertedero debe ubicarse debidamente retirado del muro para evitar su destrucción, tanto por el embudo de

entrada como por erosión después del disipador de energía.

El caudal de diseño para embalses de poco almacenamiento de sobrecarga es generalmente del orden de un

90% de la crecida de avenida. Para avenidas considerables se debe hacer un estudio económico, haciendo

variar la longitud del vertedero versus costo, y cota de coronamiento del muro versus costo.

Si se obtiene una relación de costos de vertedero versus cota de coronamiento del muro y costos de muros

versus cota de coronamiento del muro, y se suman, se obtiene una curva que pasa por un mínimo,

solucionando el problema del diseño óptimo del vertedero yjustificando la cota de coronamento del muro.

Las partes que constituyen un vertedero son las siguientes:

Canal de entrada

Estructura de control

Canal de descarga en torrente

Estructura terminal

Canal de descarga

Los vertederos más usados para muros de pequeña altura son:

De descarga libre o frontales

Con canales laterales

De pozo o embudo

De bloques alternados

En el presente manual se ha seleccionado este último, de bloques alternados, que consiste en disponer bloques

alternados de modo tal, que el caudal después de cruzar el umbral del vertedero, se enfrente con hileras

alternadas de bloques, que dividen los caudales y disipan la energía sistemáticamente, hasta encauzar el

caudal con un Bernoulli en régimen de torrente, pero muy cerca del Bernoulli crítico.

Los criterios de diseño del vertedero de bloques alternados son los siguientes:

El talud del perfil longitudinal debe ser 2/1

La sección transversal es rectangular con ancho L (m)

Se determina el caudal de diseño, de acuerdo a lo señalado anteriormente, Q(m3/s)

Se determina el caudal unitario, q = Q/L (m3/s/m)

La descarga sobre una cresta de cimacio se obtiene por medio de la fórmula siguiente:

q = Co (Ho)3/2

Siendo:

Ho = Carga de vertedero

Co = Coeficiente de descarga para crestas de cimacio en pared vertical (Ver Figura 189, Manual de Diseño de

Presas Pequeñas)

Se considera una velocidad de llegada despreciable y la forma de la cresta indicada en la Figura 188 del

Manual de Diseño de Presas Pequeñas.

La velocidad del canal de acceso al umbral debe aproximarse, en condiciones ideales, a la velocidad

crítica menos 1,5 (m/s).

La grada de subida que resulta, entre radier de canal de acceso y umbral del vertedero, debe ser tal que la

velocidad de acceso cumpla con las condiciones geotécnicas del suelo y lo señalado en el párrafo

anterior. Se debe redondear la entrada. La primera fila de bloques debe ubicarse a una cota inferior a

0,30m del umbral. Las filas de bloques deben disponerse de modo que mirando hacia aguas abajo frente

a cada bloque, exista un espacio.

La altura de los bloques debe ser alrededor de H = 0,8 hc ó 0,9 hc, siendo hc = 0,468 q2/3

donde q es

caudal por unidad de ancho, hc la altura crítica, y H altura del bloque.

Los anchos de bloques y espacios fluctúan entre 1,0 y 1,5 de H (m).

La distancia de filas de bloques es 2H.

Los bloques se construyen con la cara normal al caudal.

Para establecer el control del caudal se necesitan a lo menos cuatro filas de bloques alternados. A lo

menos, una fila de bloques debe quedar totalmente enterrada, para evitar deterioros.

La altura de los muros debe ser tres veces la altura H (m) de los bloques, medida normal al radier.

Para evitar erosiones del cauce de aguas abajo, se deben diseñar enrocados adecuados.

Zona de Empréstitos

Se refiere al lugar donde existan materiales recomendados para construir las obras como: suelos de diferentes

características geotécnicas para construir los drenes, núcleos, espaídones, empedrados, enrocados y agregados

pétreos, para preparar los diferentes tipos de hormigones que se requieren.

D. Disposiciones Típicas de la Obra

Con el objeto de poder determinar costos de inversión de los embalses de regulación interanual, en su rango

de diseño, es necesario establecer algunas disposiciones típicas de estas obras.

Para establecer las disposiciones típicas de las obras se han hecho las siguientes consideraciones:

l. En primer término, se ha establecido un rango de diseño para los embalses de regulación interanual,

quecomprenderá volúmenes de acumulación desde 100.000 m3 hasta 3.300.000 m

3. Si se consideran demandas

anuales por hectárea, entre 10.000 m3/ha/año y 14.000 m

3/ha/año, se observa que con estos embalses se puede

regar entre 10 ha y 235 ha en la Zona Central de Chile.

2. Definido el rango de diseño de los embalses, se establece que dichos embalses estarán compuestos de las

siguientes obras: un muro de tierra seleccionada, ubicado transversalmente sobre un cauce natural, que para

esta disposición típica tiene una cuenca tributaría de 31 km2; una obra de toma consistente en una tubería a

presión, colocada bajo el muro; y un vertedero frontal, ubicado al costado de uno de los extremos del muro.

Por tratarse de obras de regulación, localizadas en cuencas de extensión limitada, no se considerarán las obras

de desviación necesarias en obras mayores.

3. Todos los muros tendrán alturas no superiores a 15 m y los taludes siguientes:

Talud de aguas arriba (interior) = 2,5:1

Talud de aguas abajo (exterior) = 2 : 1

4. El ancho de coronamiento (b) del muro se calculará mediante la expresión siguiente:

b = 0,2 - H + 3 (m)

Siendo H igual a la altura máxima del muro en metros.

5. La revancha de los embalses se considerará como la suma de las alturas de crecida, altura de ola y altura de

seguridad ante posibles asentamientos del muro.

Planes de las Obras Típo

En base a las consideraciones anteriores, se han establecido las disposiciones típicas de embalses que se

detallan en los planos tipos de las Figuras II - 02 a II - 07, las cuales incluyen las obras principales que los

componen.

En la Figura II - 02 se muestra la disposición típica del muro de tierra en planta y en un perfil longitudinal.

En la Figura II - 03 se muestra la disposición típica del muro de tierra, en un perfil transversal.

En la Figura II - 04 se muestra la disposición típica del vertedero, en planta y perfil longitudinal.

En la Figura 11- 05 se muestra la disposición típica del disipador y un detalle del bloque tipo.

En la Figura 11 - 06 se muestra la disposición típica de la obra de toma, en un perfil longitudinal y un corte

transversal.

En la Figura 11- 07 se muestran los detalles de las cámaras de la obra de toma.

Especificaciones de las Obras Tipo

Para la construcción de las obras tipo detalladas en el punto anterior, se indican a continuación algunas

especificaciones técnicas especiales, consideradas necesarias de señalar.

Especificaciones Técnicas Especiales

Movimiento de Tierra

Se especifican escarpes, excavaciones, materiales para relleno, colocación y compactación de rellenos,

controles de materiales y de compactación, y protección de taludes y coronamiento.

Deberá existir una inspección técnica que conozca los resultados de los ensayos de control de materiales, para

la aprobación y/o rechazo, y que resuelva los problemas que pudieran presentarse durante los controles.

La presa estará formada por rellenos compactados de tierras seleccionadas, que se colocarán según las

ubicaciones y cotas que se indiquen en los planos de proyecto. Los materiales para la construcción de la presa

serán todos de procedencia local y se tratará de usarlos con el mínimo de manipulación.

Los taludes de la presa tendrán inclinaciones de H:V = 2,5:1 aguas arriba y de H:V = 2:1 aguas abajo.

Previo a los movimientos de tierra, deberán replantearse topográficamente el eje de la presa y la traza de los

pies de los taludes.

Deberá contarse además con uno o más puntos de referencia (PR), cercanos al emplazamiento de la presa para

mediciones de cota.

Estos puntos de referencia deberán, en lo posible, materializarse sobre roca (monolito de hormigón apoyado

en roca).

Roce y Escarpe

En toda la zona de fundación del muro, antes de la colocación de los rellenos, deberá retirarse la capa vegetal

(suelo muy contaminado con raíces y restos orgánicos) . Para tales efectos, se realizará un escarpe de 0,30 m

de espesor.

El material retirado deberá ser depositado en lugares que no perturben la construcción de las etapas

posteriores, ni el escurrimíento de las aguas del cauce natural, aguas abajo de la presa.

A continuación se procederá a excavar el dentellón del muro que se construirá siguiendo las líneas y cotas

mostradas en los planos de proyecto. Los taludes de la excavación tendrán una inclinación de H : V = 1: 1.

Finalmente se compactará el suelo de fundación con un mínimo de seis pasadas por cada punto, con un rodillo

vibrador de peso estático no inferior a 5 ton.

Materiales

El material para el cuerpo de la presa estará constituido por grava y material arcilloso de tamaño máximo 3",

con un contenido de finos bajo malla N°200 ASTM no inferior a 20%.

El índice de plasticidad estará comprendido entre 10 y 25; y el límite liquido deberá ser menor que 50.

Este material se obtendrá de la zona de empréstito, ubicada cerca del eje de la presa.

En la zona de empréstito deberá realizarse un escarpe, para retirar la capa de suelo vegetal antes de iniciar su

explotación.

Las excavaciones en la zona de empréstito se harán por frentes verticales, lo más alto posible, con el objeto de

obtener una buena mezcla de los materiales.

El suelo, proveniente del empréstito, deberá ser controlado periódicamente.

Colocación de Materiales

El material proveniente de la zona de empréstito se esparcirá en la zona de la presa, en capas de espesor suelto

uniforme, no superior a 0,30 m. Este espesor podrá aumentarse o disminuirse, de acuerdo con los resultados

de compactación que se obtengan.

El nivel de relleno, en cualquier momento, deberá ser similar en todos los puntos de la presa, no debiendo

existir desniveles superiores a 0,60 m.

El material, una vez colocado, deberá regarse o dejarse secar, según corresponda, hasta obtener una humedad

cercana a la óptima, antes de iniciar la faena de compactación.

En el caso de efectuar riego, se deberá tener cuidado de no formar charcos de agua y de no provocar arrastre

de finos. En lo posible, deberá utilizarse riego desde estanque móvil (aljibe con equipo de riego por lluvia).

Compactación

Cada capa de material de relleno deberá compactarse con rodillo vibrador de peso estático no inferior a 5 ton.

Se podrá usar otro equipo compactador, diferente al especificado, siempre y cuando se cumplan las

especificaciones de compactación mínima.

Las capas de suelo deberán compactarse hasta obtener una densidad seca equivalente, a por lo menos el 95%

de la densidad máxima seca, dada por el ensayo Proctor Modificado.

El espesor de las capas deberá disminuirse, si el porcentaje de compactación especificado no se alcanza, con

un máximo de 8 pasadas del equipo compactador.

Cada capa compactada deberá ser recibida conforme por la inspección, realizando los ensayos que se

especifican en el punto Controles siguiente. No se podrá colocar una nueva capa hasta no haber compactado

satisfactoriamente la anterior. Este procedimiento se continuará hasta terminar la presa.

En los alrededores de la tubería de entrega, la compactación de¡ relleno deberá realizarse con equipo

compactador liviano (placa vibradora, rodillo vibrador manual).

Controles

El material proveniente de empréstito deberá controlarse cada 5.000 M3 . El control consistirá en lo siguiente para cada

tipo de material: efectuar una granulometría, determinación de límites de Atterberg y realizar un ensayo

Proctor Modificado.

Los materiales deberán cumplir con lo especificado en el acápite Materiales antes señalado. Las muestras de

suelo que se controlarán, deberán ser elegidas de manera que sean representativas del sector, o acopio que se

esté utilizando.

La compactación de los rellenos se controlará efectuando una determinación de la densidad por cada 1.000

m3, o un mínimo de dos densidades por cada capa compactada.

Las densidades deberán ser determinadas en lugares representativos de la condición promedio de cada capa.

Protección de Coronamiento y de Taludes

El coronamiento de la presa deberá quedar con una contraflecha de un 1% de la altura de la presa y una

inclinación (bombeo), hacia el talud de aguas arriba de 1,5%, con el fin de permitir que las aguas de lluvia

escurran hacia el talud protegido.

La superficie del coronamiento deberá ser protegida con una capa de 10 cm de espesor de estabilizado

compactado, de tamaño máximo 1 1/2".

El talud de aguas arriba se protegerá contra el oleaje con una capa de botones o enrocado de 0,30 m de

espesor. Los botones tendrán un tamaño comprendido entre 6" y 10". Esta protección deberá alcanzar hasta

la cota correspondiente al nivel de aguas máximo de crecida en el embalse.

El talud de aguas abajo deberá protegerse de la erosión superficial que causan las lluvias, mediante vegetación

tipo arbustivo, apta para el clima de la zona en que se construirá el embalse.

Hormigones

Se empleará hormigón H30 y H25 con resistencia mínima a los 28 días de 300 y 250 kg/cm2 respectivamente.

Se exige que el grado de confiabilidad sea, como mínimo, 90%.

Moldajes

Se empleará madera de pino o álamo debidamente cepillado por las caras internas que estarán en contacto con

el agua.

Armadura

Se empleará barras de acero para reforzar los hormigones, tipo A44-28H, respetando las indicaciones

señaladas en los planos.

Acero en Tubería

Se empleará acero tipo A37-24 con las dimensiones señaladas en los planos.

Pintura

Todas las estructuras de acero se pintarán, como mínimo, con dos manos de anticorrosivo y una mano de

esmalte, además de los tratamientos que recomiendan los fabricantes y normas correspondientes.

E. Cubicaciones de las Obras Tipo y Precios Unitarios

Las cubicaciones de los embalses para alturas de: 5,0;7,5; 10; 12,5 y 15,0 m; que corresponde a los

volúmenes 100.000 m3, 300.000 m

3, 1.000.000 m

3, 2.000.000 m

3 y 3.300.000 m

3 respectivamente, se entregan

en el Cuadro II E - 01 del Anexo.

Los precios unitarios empleados corresponden a los mismos aplicados en el Capítulo I para embalses de

regulación corta, a excepción del ítem “Suministro y Transporte de Roca”.

F. Costos de Inversión de las Obras Tipo

En base a las cubicaciones de las obras y precios unitarios señalados en el punto E, se obtienen los costos de

inversión de los embalses de regulación interanual.

Estos precios unitarios son válidos para las Regiones V, VI, Vil y Metropolitana.

Presupuestos Detallados

En el Anexo se incluyen los presupuestos detallados de construcción de los embalses. Estos presupuestos

incluyen los costos directos, más un 35% por concepto de gastos generales y utilidad. No se incluye el

impuesto al valor agregado, IVA.

Los presupuestos II F - 0 1 hasta II F - 05 del Anexo corresponden a los embalses de regulación interanual.

Curvas de Costos

En base a los presupuestos indicados en el párrafo anterior, en la Figura II - 08 se muestra la curva de costos,

obtenida con los costos totales de los embalses de regulación interanual en todo el rango de diseño

considerado en este manual.

G. Costos anuales

Los costos anuales de operación, mantención y reposición para el funcionamiento de embalses de regulación

interanual, en un sistema de riego, son los que se indican a continuación:

Costos anuales de operación

Los costos de operación anual corresponden a las remuneraciones de los operadores, que hacen funcionar las

obras de entrega y descarga de los embalses, más todos los gastos de insumos necesarios para la operación.

De acuerdo a lo anterior, los costos de operación anual estimados se incluyen en el Cuadro II G - 0 1 del

Anexo.

Costos Anuales de Mantenimiento

Los costos anuales de mantenimiento, para el caso de embalses de regulación interanual, corresponden en

general a gastos de mano de obra, piezas de repuestos y de pintura antióxido.

En base a lo anterior, los costos anuales de mantenimiento estimados se incluyen en el Cuadro II G - 02 del

Anexo.

Costos Anuales de Reposición

Con el objeto que el inversionista pueda determinar los costos anuales de reposición, con la tasa de interés que

corresponda, para completar su evaluación económica, en el Cuadro 11 G - 03 del

Anexo se entrega la vida útil de los elementos, u obras que se deben reponer del embalse de regulación

interanual durante el horizonte de evaluación.

Las obras o elementos presentados en el cuadro d'eberán reemplazarse al término de su vida útil.

Anexo Cuadros

Cuadro II C-01

Selección del Periódo de Retorno

Categoría de

Embalse

Capacidad de almacenamiento Altura de la Presa Período de Retorno

Mínimo

A 50.000 – 1.500.000 m3

>5 m y <12 m 250 años

B 1.500.000 – 50.000.000 m3

>12 t >30 m 500 años

C >50.000 m3

>30 m 1.000 años Fuente: Reglamento para Obras Hidráulicas, Dirección General de Aguas, Ministerio de Obras Públicas

Cuadro II C-02

Coeficiente de Escurrimiento, C.

Factor a seleccionar Kij Kij del Factor seleccionado

1. Relieve del Terreno

Muy accidentado

Pendiente >30%

Accidentado

Pendiente >10% y <30%

Ondulados

Pendiente >5% y <10%

Llanos

Pendiente <5%

40

30

20

10

K1j

2. Permeabilidad del suelo

Muy permeable (arena)

Bastante permeable (normal)

Bastante impermeable (arcilla)

Muy impermeable (roca)

5

10

15

20

K2j

3. Vegetación

Ninguna

Poca, menos de 10% de la superficie

Bastante, hasta 50% de la superficie

Mucha, hasta 90% de la superficie

20

15

10

5

K3j

4. Capacidad de almacenaje de agua

Ninguna

Poca

Bastante

Mucha

20

15

10

5

K4j

Suma Kij

Valor estimado de C Suma Kij

0.20-0.35

0.35-0.50

0.50-0.65

0.65-0.80

25-30

30-50

50-75

75-100 Fuente: Manual de Carreteras, Dirección de Vialidad, Min. Obras Públicas

Cuadro II E-01

Cubicación

Embalses de regulación de aguas pluviales

Item Designación Unidad Altura del muro (m)

5 7,5 10 12,5 15

I Instalación de Faenas Gl 1 1 1 1 1

II

II.1

II.2

II.3

II.4

II.5

Muro

Fundación

Terraplén

Enrocado

Filtro drenaje

Estabilizado

m3

m3

m3

m3

m3

569

4625

303

80

27

1776

12088

627

319

55

3815

22589

975

791

89

6690

35696

1334

1689

131

9832

50552

1615

3000

180

III

III.1

III.2

III.3

III.4

III.5

III.6

III.6.1

III.6.2

III.7

III.7.1

III.7.2

Vertedero

Excavación

Relleno

Hormigón H30 N.C. 90%

Enfierradura A44-28H

Moldaje recto

Dados dispersor


Moldaje recto

Pedraplén

Material pétreo

Hormigón 255 kg cm/m3

m3

m3

m3

kg

m2

m3

m2

m3

m3

6395

85

60

3000

160

31

160

410

136

7867

159

112

5600

296

46

239

459

153

10829

244

172

8600

456

69

359

600

200

13112

329

232

11600

616

92

479

679

226

16071

427

301

15050

798

116

599

798

266

IV

IV.1

IV.2

IV.2.1

IV.2.2

IV.3

IV.3.1

IV.3.2

IV.3.3

IV.4

IV.4.1

IV.4.2

IV.4.3

Obra Toma

Tubo de acero Yoder

Dado de refuerzo H30

Armadura Dado A44-28H

Moldaje Dado

Cámara de entrada


Moldaje recto


Cámara de salida


Moldaje recto

Enfierradura A44-28H.

ml

m3

kg

m2

m3

m2

kg

m3

m2

kg

30

12

301

39

1.9

17

135

7.2

67

512

40

21

495

64

2

19

142

7.2

6.7

512

55

31

722

94

2

20

142

7.3

68

519

65

47

1005

130

2.2

22

156

8.3

79

590

75

62

1275

165

2.3

23

164

8.3

79

590

Presupuesto II F-01

Embalse de Regulación Interanual V = 100.000 m3

Item Designación Unidad Cantidad P.U. Costo US$

I Instalación de Faenas Gl 1 758,67 758,67

II

II.1

II.2

II.3

II.4

II.5

Muro

Fundación

Terraplén

Enrocado

Filtro drenaje

Estabilizado

m3

m3

m3

m3

m3

569

4625

303

80

27

9,41

9,41

69,18

12,64

15,80

5.354,29

43.521,25

20.961,54

1.011,20

426,60

III

III.1

III.2

III.3

III.4

III.5

III.6

III.6.1

III.6.2

III.7

III.7.1

III.7.2

Vertedero

Excavación

Relleno



Moldaje recto

Dados dispersor


Moldaje recto

Pedraplén

Material pétreo


m3

m3

m3

kg

m2

m3

m2

m3

m3

6395

85

60

3000

160

31

160

410

136

9,41

3,46

107,27

1,14

6,18

97,50

6,18

9,35

67,36

60.176,95

294,10

6.436,20

3.420,00

988,80

3.022,50

988,80

3.833,50

9.160,96

IV

IV.1

IV.2

IV.2.1

IV.2.2

IV.3

IV.3.1

IV.3.2

IV.3.3

IV.4

IV.4.1

IV.4.2

IV.4.3

IV.4.4.

IV.4.5

IV.4.6

IV.4.7

Obra Toma

Tubo de acero Yoder D = 10”



Moldaje Dado

Cámara de entrada


Moldaje recto


Cámara de salida


Moldaje recto


Válvula regulación D=10”

Válvula de corta D=10”

Piezas especiales D=10”

Rejilla

ml

m3

kg

m2

m3

m2

kg

m3

m2

kg

N°

N°

Gl

Gl

30

12

301

39

1,9

17

135

7,2

67

512

1

1

1

1

671,16

3,46

1,14

6,18

97,50

6,18

1,14

97,50

6,18

1,14

948,31

400,92

988,31

253,41

20.134,80

41,52

343,14

241,02

185,25

105,06

153,90

702,00

414,06

583,68

948,31

400,92

988,31

253,41

Costo Directo US$ 185.850,74

Gastos Generales y utilidades (35%) US$ 65.047,76

Costo total US$ 280.898,50

Presupuesto II F-02

Embalse de Regulación Interanual V = 300.000 m3


I Instalación de Faenas Gl 1 2.276,01 2.276,01

II

II.1

II.2

II.3

II.4

II.5

Muro

Fundación

Terraplén

Enrocado

Filtro drenaje

Estabilizado

m3

m3

m3

m3

m3

1776

12088

627

319

55

9,41

9,41

69,18

12,64

15,80

16.712,16

113.748,08

43.375,86

4.032,16

869,00

III

III.1

III.2

III.3

III.4

III.5

III.6

III.6.1

III.6.2

III.7

III.7.1

III.7.2

Vertedero

Excavación

Relleno



Moldaje recto

Dados dispersor


Moldaje recto

Pedraplén

Material pétreo


m3

m3

m3

kg

m2

m3

m2

m3

m3

7867

159

112

5600

296

46

239

459

153

9,41

3,46

107,27

1,14

6,18

97,50

6,18

9,35

67,36

74.028,47

550,14

12.014,24

6.384,00

1.829,28

4.485,00

1.477,02

4.291,65

10.306,08

IV

IV.1

IV.2

IV.2.1

IV.2.2

IV.3

IV.3.1

IV.3.2

IV.3.3

IV.4

IV.4.1

IV.4.2

IV.4.3

IV.4.4.

IV.4.5

IV.4.6

IV.4.7

Obra Toma




Moldaje Dado

Cámara de entrada


Moldaje recto


Cámara de salida


Moldaje recto





Rejilla

ml

m3

kg

m2

m3

m2

kg

m3

m2

kg

N°

N°

Gl

Gl

40

21

495

64

2

19

142

7,2

6,7

512

1

1

1

1

671,16

3,46

1,14

6,18

97,50

6,18

1,14

97,50

6,18

1,14

2.258,98

1.238,12

2.092,74

253,41

26.846,40

72,66

564,30

395,52

195,00

117,42

161,88

702,00

41,41

583,68

2.258,98

1.238,12

2.092,74

253,41




Presupuesto II F-03

Embalse de Regulación Interanual V = 1.000.000 m3



II

II.1

II.2

II.3

II.4

II.5

Muro

Fundación

Terraplén

Enrocado

Filtro drenaje

Estabilizado

m3

m3

m3

m3

m3

3815

22589

975

791

89

9,41

9,41

69,18

12,64

15,80

35.899,15

212.562,49

67.450,50

9.998,24

1.406,20

III

III.1

III.2

III.3

III.4

III.5

III.6

III.6.1

III.6.2

III.7

III.7.1

III.7.2

Vertedero

Excavación

Relleno



Moldaje recto

Dados dispersor


Moldaje recto

Pedraplén

Material pétreo


m3

m3

m3

kg

m2

m3

m2

m3

m3

10829

244

172

8600

456

69

359

600

200

9,41

3,46

107,27

1,14

6,18

97,50

6,18

9,35

67,36

101.900,89

844,24

18.450,44

9.804,00

2.818,08

6.727,50

2.218,62

5.610,00

13.472,00

IV

IV.1

IV.2

IV.2.1

IV.2.2

IV.3

IV.3.1

IV.3.2

IV.3.3

IV.4

IV.4.1

IV.4.2

IV.4.3

IV.4.4.

IV.4.5

IV.4.6

IV.4.7

Obra Toma




Moldaje Dado

Cámara de entrada


Moldaje recto


Cámara de salida


Moldaje recto





Rejilla

ml

m3

kg

m2

m3

m2

kg

m3

m2

kg

N°

N°

Gl

Gl

55

31

722

94

2

20

142

7,3

68

519

1

1

1

1

671,16

3,46

1,14

6,18

97,50

6,18

1,14

97,50

6,18

1,14

2.689,25

2.267,95

2.366,49

272,91

36.913,80

107,26

823,08

580,92

195,00

123,60

161,88

711,75

420,24

591,66

2.689,25

2.267,95

2.366,49

272,91




Presupuesto II F-04




II

II.1

II.2

II.3

II.4

II.5

Muro

Fundación

Terraplén

Enrocado

Filtro drenaje

Estabilizado

m3

m3

m3

m3

m3

6690

35696

1334

1689

131

9,41

9,41

69,18

12,64

15,80

62.952,90

335.899,36

92.286,12

21.348,96

2.069,80

III

III.1

III.2

III.3

III.4

III.5

III.6

III.6.1

III.6.2

III.7

III.7.1

III.7.2

Vertedero

Excavación

Relleno



Moldaje recto

Dados dispersor


Moldaje recto

Pedraplén

Material pétreo


m3

m3

m3

kg

m2

m3

m2

m3

m3

13112

329

232

11600

616

92

479

679

226

9,41

3,46

107,27

1,14

6,18

97,50

6,18

9,35

67,36

123.383,92

1.138,34

24.886,64

13.224,00

3.806,88

8.970,00

2.960,22

6.348,65

15.223,36

IV

IV.1

IV.2

IV.2.1

IV.2.2

IV.3

IV.3.1

IV.3.2

IV.3.3

IV.4

IV.4.1

IV.4.2

IV.4.3

IV.4.4.

IV.4.5

IV.4.6

IV.4.7

Obra Toma




Moldaje Dado

Cámara de entrada


Moldaje recto


Cámara de salida


Moldaje recto





Rejilla

Ml

M3

kg

m2

m3

m2

kg

m3

m2

kg

N°

N°

Gl

Gl

65

47

1005

130

2,2

22

156

8,3

79

590

1

1

1

1

671,16

3,46

1,14

6,18

97,50

6,18

1,14

97,50

6,18

1,14

4.116,60

4.305,33

3.391,18

321,64

43.625,40

162,62

1.145,70

803,40

214,50

135,96

177,84

809,25

488,22

672,60

4.116,60

4.305,33

3.391,18

321,64



Costo total US$ 1.066.557,77

Presupuesto II F-05




II

II.1

II.2

II.3

II.4

II.5

Muro

Fundación

Terraplén

Enrocado

Filtro drenaje

Estabilizado

m3

m3

m3

m3

m3

9832

50552

1615

3000

180

9,41

9,41

69,18

12,64

15,80

92.519,12

475.694,32

111.725,70

37.920,00

2.844,00

III

III.1

III.2

III.3

III.4

III.5

III.6

III.6.1

III.6.2

III.7

III.7.1

III.7.2

Vertedero

Excavación

Relleno



Moldaje recto

Dados dispersor


Moldaje recto

Pedraplén

Material pétreo


m3

m3

m3

kg

m2

m3

m2

m3

m3

16071

427

301

15050

798

116

599

798

266

9,41

3,46

107,27

1,14

6,18

97,50

6,18

9,35

67,36

151.228,11

1.477,42

32.288,27

17.157,00

4.931,64

11.310,00

3.701,82

7.461,30

17.917,76

IV

IV.1

IV.2

IV.2.1

IV.2.2

IV.3

IV.3.1

IV.3.2

IV.3.3

IV.4

IV.4.1

IV.4.2

IV.4.3

IV.4.4.

IV.4.5

IV.4.6

IV.4.7

Obra Toma




Moldaje Dado

Cámara de entrada


Moldaje recto


Cámara de salida


Moldaje recto





Rejilla

Ml

m3

kg

m2

m3

m2

kg

m3

m2

kg

N°

N°

Gl

Gl

75

62

1275

165

2,3

23

164

8,3

79

590

1

1

1

1

671,16

3,46

1,14

6,18

97,50

6,18

1,14

97,50

6,18

1,14

5.696,78

4.694,94

4.053,92

321,64

50.337,00

214,52

1.453,50

1.019,70

224,25

142,14

186,96

809,25

488,22

672,60

5.696,78

4.694,94

4.053,92

321,64

Costo Directo US$ 1.063.527,99


Costo total US$ 1.435.762,79

Cuadro II G-01

Costos anuales de operación (US$)

Tipos de Embalses

Altura máxima de Muro

(m)

Remuneraciones

Operadores

US$

Gastos en Insumos

US$

Costos Anuales de

Operación

US$

5,0-10,0

10,1-15,0

2.000

3.000

150

200

2.150

3.200

Cuadro II G-02

Costos anuales de mantenimiento (US$)

Tipos de Embalses

Altura máxima de Muro

(m)

Costos Anual de

Mantenimiento

US$

5,0-10,0

10,1-15,0

400

500

Cuadro II G-03

Vida útil de obras o elementos

Obra o elemento Vida útil

(años)

Obra de Hormigón

Tuberías Metálicas

Válvulas

Rejillas

40

30

20

10

Capítulo II Embalse de Regulación Interanual

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