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RIO: BLANCO
AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC
En el gráfico podemos observar que la distribución que más se acerca a la distribusión registrada, es la distribución Log-Pearson III, por lo cual asumiremos a esta distribución para calcular el Qd:
Log-Pearson IIIT (años) Qd (m3/s) T = 50
5 103.113
1 10 100 10000
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
T vs Q
Registro Log-Pearson III
Nash Gamma
Gumbel I
Tiempo de Retorno (años)
Cau
dal
(m3/
s)
10 168.068 Qd' = 477.65225 307.71350 477.652
100 734.379200 1121.689
1000 2952.939
1 10 100 10000
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
T vs Q
Registro Log-Pearson III
Nash Gamma
Gumbel I
Tiempo de Retorno (años)
Cau
dal
(m3/
s)
En el gráfico podemos observar que la distribución que más se acerca a la distribusión registrada, es la distribución Log-Pearson III, por lo cual asumiremos a esta distribución para calcular el Qd:
años
1 10 100 10000
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
T vs Q
Registro Log-Pearson III
Nash Gamma
Gumbel I
Tiempo de Retorno (años)
Cau
dal
(m3/
s)
m3/s
1.-Valores basicos de n recomendados (n1)Cauces en grava fina 0.014 escogidoCauces en grava gruesa 0.028Cauces en roca 0.015Cauces en tierra 0.010
2.- Aumento del coeficiente n que se recomienda para tomar en cuenta el grado de irregularidad (n2)Cauces parejos 0.000Moderados 0.010Muy irregulares 0.020Poco irregulares 0.005 escogido
3.- Aumento del coeficiente n que se recomienda para tomar en cuenta el cambio de diemnsiones y de forma de seccion transversal (n3)Graduales 0.000Ocasionales 0.005 escogidoFrecuentes 0.010 0.015
4.- Aumento del coeficiente n que se recomienda para tomar en cuenta obstrucciones formadas por arrastres, raices, etc. (n4)efecto inapreciable 0.000poco efecto 0.010 escogidoefecto apreciable 0.030mucho efecto 0.060
5.- Aumento del coeficiente n que se recomienda para toamr en cuenta la vegetación. (n5)poco efecto 0.005 0.010efecto medio 0.010 0.025mucho efecto 0.025 0.050muchisimo efecto 0.050 0.100
6.- Aumento del coeficiente n que se recomienda para tomar según la tortuosidad del cauce (n6)Ls= Longitud del tramo recto 1Lm= Longitud del tramo con meandros 1
Con este dato remplazamos en las formulas y tenemos:Area = 6.253 m²
Perimetro = 7.142 mRadio H. = 0.876 mEspejo = 6.125 m
bt = 7.375 mV = 1.993 m/shv = 0.202 m
E = Yn+hv = 1.652 mBL = Yn /3 = 0.483 m.
b+[2*Yn*(1+Z²)0.5]
Q*n/(s0.5) = A*(R2/3)
= (A5/3) / (P2/3)
5/3
D198
elegir el valor de tabla
Estructuras Hidraúlicas
Maco Carlos JuanRegalado La Torre Martín
Zegarra González Rosa
Asumiremos: BL = 0.50 m.
DISEÑO DE LA VENTANA DE CAPTACION.
Qvc = Qder = 12.462
Donde:C = 0.600
Avc = Ancho de la ventana de captacion = 3.500Hvc = Altura de la vantana de captacion = 1.800Arvc = Area de la ventana de captacion = Avc*Hvc = 6.299
Qvc = Qder Qvc = 16.740*h^0.5Qder = 6.925*(K-h)
4.00 m.Ecuación: 16.74*h^0.5 + 6.925*h - 27.700 =
h Y = 0Solucion : 1.2728 0.000
Qvc = 18.886
Qder = 18.886
Reemplazando haho = 1.273Vvc = La velocidad en la ventana de captacion será = Q/Arvc = 2.998
Se Recomienda Derivar el caudal excedente o controlar el ingreso mediante compuerta.
Qvc = Qder= hvc = 0.29 Qvc =
Q = C*A*raiz(2*g*haho)
m3/seg.
h
Hsed
YNCR
Qvc
HvcH = P
Fondo de rio
canal rectangular. b = 2.80 m.
K
Estructuras Hidraúlicas
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Arvc = 1.015 Qder =
Ecuacion: 2.698*h^0.5 + 6.925*h - 27.700 =h Y = 0
Solucion : 3.687 3.012
Qvc = 5.180
Qder = 2.168
Reemplazando haho = 3.687Vvc = La velocidad en la ventana de captacion será = Q/Arvc = 5.103
RESUMEN : Avc = 3.500Hvc = 1.800
DISEÑO DE BOCATOMA - DISEÑO HIDRAULICO
Calculo de la rugosidad del rio :n
a) Valor Basico de n: Cauce en Grava Fina (Arenoso) = 0.0140b) Grado de irregularidad: Poco Irregular = 0.0050c) Cambio de dimensiones y de forma de las secciones transversales: Ocasionales = 0.0050d) Obstrucciones formadas por arrastre,raices, etc.: de poco Efecto = 0.0100e) Tomar en cuenta la vegetación: De poco efecto= 0.0050f) Aumento tuortosidad del cauce Longitud de Meandros similar a la de tramos Rectos
Lm / Lr de 1,00---1,2 Usar: 1,00 n = 0,000 Lr= Longitud del tramo recto (m) 0.0000
Lm= Longitud del tramo con meandros(m) 0.0000ns =a+b+c+d+e n = 0.0390
Diseño del Barraje fijo.
Calculo de la cota en B Tomando en cuenta la toma .
Cota B = CFC + Yn + hv + 0.20
Cota B
BLcr
Yncr
CFC
Estructuras Hidraúlicas
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Donde:CFC: Cota de fondo del canalCFR: Cota de fondo del rio =
Hsed: Altura de sedimentos = Yncr: Tirante Normal del canal de captacion =
hvcr: Carga de Velocidad en Canal de captacion =Pt: Perdidas por transicion, cambio de direccion, etc. =
Calculando CFC: CFC = CFR + Hsed = 88.570 msnmCalculando la cota en B:Cota en B = CFC + hvcr + Yncr + Pt = 91.028
91.028
89.028
88.570
87.5700
CASO 01: criterio de la ventana de captacion.
P = altura de sedimentos + Ycanal de captacion + desnivel de la ventana de captacion (h)
Hsed = altura de sedimentos = 1.000Yncr = 1.800
desnivel de la ventana de capatacion = 1.273
P = 4.072
CASO 02 Criterio de la cota en B.
P = cota en B - CFR
Remplazando :
P = 3.458 m
Hsed
CFR
CFC
CFR =
CFC =
Cota en B =
haho
Hsed
YNCR
Qvc
HvcH = P
Fondo de rio
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Resumen de PCaso 01 4.072 m.Caso 02 3.458 m.
Se asume un P = 4.000 m.
Calculo del nivel de estiaje y maxima avenida por curva de aforo.
Cota Area Perime. Radio h. Pendi.(m2) (m) (m) S
87.5700
88.0000 21.50 50.8600 0.42273 0.00149
88.5000 46.50 51.8600 0.89664 0.00149
89.0000 71.50 52.8600 1.35263 0.00149
89.5000 96.50 53.8600 1.79168 0.00149
90.0000 121.50 54.8600 2.21473 0.00149
90.5000 146.50 55.8600 2.62263 0.00149
90.5000 146.50 55.8600 2.62263 0.00149
91.0000 171.50 56.8600 3.01618 0.00149
91.5000 196.50 57.8600 3.39613 0.00149
91.7100 207.00 58.2800 3.55182 0.00149
Datos de bocatoma.Tirantes P =
Medio Max. Ave. Lbo =Por Curva: 2.4510 4.140 Sbo =
nrio =
Calculo de la Longitud del barraje fijo y del barraje movil
Predimensionamiento:
El area hidraulica del canal de limpia tiene una relacion de 1/10 del area obstruida por el aliviadero, teniendose:
A1 = A2 /10 ecuacion 01
0.0 100.0 200.0 300.0 400.0 500.0 600.0 700.0
86.0000
87.0000
88.0000
89.0000
90.0000
91.0000
92.0000
CURVA DE AFORO (cota - caudales)
Caudales
Cotas (m.s.n.m)
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lbf = lbo - #P*ep - 2*ee - lbm
Ademas se tiene que:
Predimensionamiento del espesor del Pilar (ep)
ep = espesor del pilar = 0.5 m.#p = numero de pilares = 2.00 unidad.Longitud de bocatoma = 50.00 m.
Predimensionamiento del espesor del estribo (ee)
ee = espesor del estribo = 0.40
Reemplazando la ecuacion 04, 03 y 02 en 01 se despeja lbm:
lbm = 5 m.# de compuertas = 2.000 m.
longitud de cada compuerta = 2.400 m.
Entonces: lbm = 5.00 m.Lbf = 45.00 m.
Longitud de la bocatoma = 50.00 m.
Verificando el espesor del Pilar (ep)Longitud entre compuertas del Barrage Movil: Lcd
Lcd = 1.60 m.ep' = Lcd /4 = 0.40 m.
ep = 0.50 m. Cumple ep' < ep
Calculo la Carga Hidraulica "H":
Descarga sobre la cresta del cimacio (barraje fijo).
Qmax = Qcanal de limpia + Qaliviadero demasias
Qbf : Descarga del aliviaderoE : Coeficiente de reduccionC : coeficiente de descargaL : Longitud efectiva de la crestaH : Carga sobre la cresta incluyendo hvL1 : Longitud bruta de la cresta = 45.00N : # de pilares que atraviesa el aliviadero =Kp : Coeficiente de contraccion de pilares =Ka : Coeficiente de contraccion de estribos =
Se seguirá un proceso Iterativo:Para un H= 2.360 m Asumido hasta que el Qmax sea igual a:
Calculo de Longitud efectiva de la cresta (L):
A1 = Area del barraje movil A1 = P*Lbm
A2 = Area del barraje fijo A2 = P*lbf
Qbf = 0.55*C*L*H3/2
L = L1 - 2(N*Kp + Ka)*H
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L = 44.434 m.
Calculo del Coeficiente de descarga variable (C) :
C = Co * K1 * K2 * K3 * K4
* Por efecto de la profundidad de llegada (Co):P/H = 1.695
En la fig.3 (DBI), pag307 (MPG-T) tenemos que :Co = 3.95
* Por efecto de las cargas diferentes a la del proyecto (K1):
he = Hhe/H = 1.00
En la fig. 4 (DBI), pag307,(MPG-T) tenemos que.
C/Co = K1 = 3.95
* Por efecto del talud paramento aguas arriba (K2):
K2 = 1.00
*
P = hd = 4.00
(hd + H)/H = 2.69
En la fig 7 (DBI), pag 310 (MPG-T) tenemos que:K3 = 1.00
* Por efecto de la interferencia del agua de descarga:
hd = 2*H/3 = 1.573
hd/he = 0.667En la fig.8 (DBI), pag 311 (MPG-T) tenemos:
K4 = 1.00
Remplazando tenemos que.
C = 3.95
Calculando Qbf:Qbf = 349.98
Descarga en la compuerta de limpia (barraje movil).
Se considera que cada compuerta funciona como vertedero cuya altura P = 0.Para ello seguieremos iterando, igual que anteriormente asumiendo un valor de h, para ello usaremos la siguiente formula:
Qbm : Descarga del aliviaderoE : Coeficiente de reduccion
Por efecto de la interferencia del lavadero aguas abajo y de la sumergencia (K3):
m3/seg.
Qbm = 0.55*C*Lbm*H'3/2
Lbm = L2 - 2(N*Kp + Ka)*H
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C . coeficiente de descargaLbm : Longitud efectiva de la compuerta (barraje movil).H' : Altura total del agua.
Longitud bruta de la cresta = 5.00N : # de pilares que atraviesa el aliviadero =Kp : Coeficiente de contraccion de pilares =Ka : Coeficiente de contraccion de estribos =
H' = Altura total del agua = P + H =
Calculo de Longitud efectiva de la cresta (L):
L = 4.75 m.
Calculo del Coeficiente de descarga variable (C) :
C = Co * K1 * K2 * K3 * K4
* Por efecto de la profundidad de llegada (Co):P/H = 1.695
En la fig.3 (DBI), pag307 (MPG-T) tenemos que :Co = 3.95
* Por efecto de las cargas diferentes a la del proyecto (K1):
he = Hhe/H = 1.00
En la fig. 4 (DBI), pag307,(MPG-T) tenemos que.
C/Co = K1 = 1.00
* Por efecto del talud paramento aguas arriba (K2):
K2 = 1.00
*
H' = Hd = 4.00d = 0.00
(Hd + d)/H' = 1.00
En la fig 7 (DBI), pag 310 (MPG-T) tenemos que:K3 = 0.77
* Por efecto de la interferencia del agua de descarga:
hd = 2*H/3 = 1.573
hd/he = 0.667En la fig.8 (DBI), pag 311 (MPG-T) tenemos:
K4 = 1.00
Remplazando tenemos que.
C = 3.0415
Calculando Qbm:Qbm = 127.329
Calculando Qmax:
L2 :
Por efecto de la interferencia del lavadero aguas abajo y de la sumergencia (K3):
De la figura Observamos, de acuerdo a la posiciónde los ejes que pasan por encima de la cresta la porción quequeda aguas arriba del origen se define como una curva circular compuesta y una tangente.
Con el valor de hv/H = 0.0323Se va a los monogramas pag 305 (MPG-T) y se calcula Zc, Yc, R1 y R2.
H = 2.360 m. Carga hidraulica del barraje fijoQ bf = 349.977 m³/s Caudal del barraje fijoLbf = 45.000 m. Longitud del barraje fijoP+H = 6.360 m.
q = Qbf/Lbf = 7.777 m²/s Caudal unitario o especificoV = q/(P+H) = 1.223 m/shv = V²/2g = 0.076 m.
Xc/H = 0.265Yc/H = 0.114
0.515
m3/seg.m3/seg.m3/seg.
m3/seg.
m3/seg.m3/seg.m3/seg.
Calculo de los valores Xc, Yc, R1 y R2.
Datos De Monogramas
R1/H =
P
hv
hoH
Xc
R1R2
X
Y
Yc
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0.215Xc = 0.625 m.Yc = 39.897 m.
23.175 m.
1.367 m.
24.542 m.
Con la relacion de hv/H = 0.0323 se calcula k y n.
Del Abaco N° 01 (DBI), pag 304 (MPG-T) obtenemos los valores de :
k = 0.507n = 1.855
Remplazando en la ecuacion general tenemos:
Y/Ho = -0.5070 *( X/Ho)
1.855Y = -0.2433 * X
X = 2.1424
Calculo del punto de tangencia (Pt)
Derivando la ecuacion de Creager en :-0.855
tg a = dy/dx = tg45 = 1 = -0.451 * X
Despejando este valor tenemos que:X = 0.394 mY = -0.043 m
Remplazando estos valores en la ecuacion tenemos que:
7.40
Conjugando estas dos ultimas ecuaciones tenemos la ecuacion:
3.08291Y1^3 - 7Y1^2 + 3.0829=
Iterando tenemos que:
a =
Resumen
0.329 m
0.315 m
0.329 m
RESUMEN:
0.329
6.226
24.658
1.305
Calculo del Numero de Froude.
S perdidas =
hv1 = V12/(2*g) = q2/(2*g*Y1
2) : perdidas de carga por velocidad.
Y1 =
V1 =
Calculando Y1 (forma 02):
Yc = [Qbf²/(Lbf²*g)]1/3 =m2
S perdidas =
Y1 + (V1²/2g) = Z + Yc + hv - Sperdidas.
Y1 + (V1²/2g) =
V1 = Qbf/(Lbf*Y1)
Y1 + / Y1² =
Y1 =
V1 = Qbf/(lbf*Y1) =
Caso 01: Y1 = Caso 01: V1 =
Caso 02: Y1 = Caso 02: V1 =
Y1 = V1 =
Calculo de Y2:
Y2 = -Y1/2+[(2Y1*V1²/g) + (Y1²/4)]0.5
Y2 = Tirante conjugado en 2 =
V2 = Velocidad en 2 =
Y1 =
Y2 =
V1 =
V2 =
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13.721 Caso = 4.00
Profundidad de la cuenca o de la poza de disipacion.
0.412 m.Se asume S = 0.900 m.
Radio de la curva al pie del Azud
1.646 m.
Longitud del estanque amortiguador o poza de disipacion
Según Lind Quist:
Lpd = 29.483 m.
Según Safranez:
Lpd = 27.103 m.
Según Pavloski:
Lpd = 28.749 m.
Según Torres Herrera:
Lpd = 41.276 m.
Longitud promedio de la poza de disipacion =
Se asume una Lpd =
Calculo del espesor del enrrocado:
Donde:e = espesor de enrocado.
q = Caudal unitario o especifico = 7.777Ht = Carga hidraulica total = H + P = 6.360
Reemplazando valores tenemos:e = 1.865 m.
e = 1.300 m.
Calculo de la longitud del enrocado:
Donde:
q = Caudal unitario o especifico =
F1 = V1/raiz(g*Y1)
F1 =
S = 1.25*Y1 =
R = 5*Y1 =
Lpd = 5*(Y2-Y1)
Lpd = 6*Y1*V1/(g*Y1)1/2 = 6*Y1*F1
Lpd = 2.50*(1.90*Y2-Y1)
Lpd = 7.00*(Y2-Y1)
e = 0.6*q1/2/(Ht/g)1/4
Le = C*raiz(H)*(0.642*q1/2-0.612)
H = Carga de agua para maxima avenida o carga hiraulica total = H + P =
C = Coeficiente de filtracion de Blight que depende de la clase de material del lecho del rio =
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Material del cauce CLimo o arena muy fino 18
Arena fina 15Arena de grano grueso 12
Grava y arena 4--9Cascajo con grava y arena 4--6
Reemplazando valores tenemos:
Le = 44.577 m.
Usar Le = 25.000 m.
Calculo de la longitud del solado delantero (Lsd):
Lsd = 5*H Lsd = 11.80 m.
SE asume = 10.00 m.
Calculo de los muros de encauzamiento.
Calculo de la longitud del muro de encuzamiento.
Aguas arriba = 10.000 m. Depende de la topografia.Cimacio : ld + d = 4.175 m.
Aguas abajo = 30.00 m. Depende de la topografia.Estanques = 45.000 m.
Longitud de muro total = 89.175 m.Se asume un valor de lme = 84.200 m.
Calculo de la altura del muro de encauzamiento:
Hm = 1.25*(H+P)
Hm = 7.950 m.
Hm = 8.300 m.
0.25*(H+P) = 1.59
Verificacion de espesor de poza de disipacion. epd
Determinacion del espesor del colchon o poza según Krochin:
emin = 0.30Factor de Seguridad (1.10-1.35) = 1.35
epd = 0.41
0.65Se asume un valor de epd = 0.60
Verificando el valor de "e"
Para el calculo de Y1 (forma 02) se considero por predimensionado un valor de epd =
e1 = 0.20*q1/2*z1/4
t2
t1
hz
s/c
hp
b1
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Donde:q = Caudal unitario o espesifico = 7.777
6.031
0.874epd > e1, Cumple
Usar epd= 0.65
Predimensionado de los dentellones delanteros y posteriores.
Dentellon delantero.
add = 2.000 m.Determinacion de la longitud del dentellon.
Se asume un valor de ldd =
Dentellon posterior.adp = 2.000 m.ldp = 2.000 m.
Umbral terminal.aut = 0.600 m.lut = 0.700 m.
Calculo de la posicion de los lloradores.
Valores del coeficiente de Filtracio "C"Materiales Bligh
Arena fina y limosas 15--18Arena muy fina Arenas comunes 9--12Arena de grano grueso Canto rodado, grava y arena 4--9Suelos arcillosos 6--7
z = P + H - Y1 =
e1 =
Determinacion de la altura del dentellon delantero: (mayor informacion en MPG-T))
Carga total de agua = P + H + V12/(2*g) =
El espesor minimo: ldd = 0.20*(H + P + V12/(2*g)) =
Según Lfn < Lcomp, significa que la longitud de filtracion necesaria < la longitud de filtracion compensada en posicion "d" de los lloradores o filtros:
aut
ldd
add
epd
d
epd
add
ldd
poza de disipacion
dentellon delantero dentellon Posterior
umbral terminal
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Cascajo con grava y arena 6--4
Calculo de la Longitud de filtracion necesaria "L"Lfn = C*H
C = Valor del coeficiente de filtracion = 5.00 Según komoyH = 2.360 m.
Lfn = C*H = 11.800 m.Lcomp = lv + lh/3
Donde:lh = ldd + d
Por lo tanto: Lcomp = lv + (ldd + d)/3 Igualando: Lcomp = Lnec, se pocede a calcular d:
d = 3*(Lnec - lv) - lddDespejando se obtiene:
ldd = 2.75 m.lv = 2.65 m.d = 24.70 m.
Se asume un valor de d = 11.10 m.
Calculo de los pilares
Calculo del espesor pilar (ep)
ep = 0.282*H = 0.666 m.Se asume un valor de ep = 0.500 m.
Calculo del radio de tajamar ( rp ).
rp = epd/2 =se asume un radio de tajamar = 0.325
Calculo de la longitud del pilar (lp)
La longitud del pilar debe abarcar el cimnacio, estanque amortiguador y el tajamar por lo tanto:
Tajamar = 0.325 m.Cimancio = 4.175 m.Estanque = 20.000 m.
24.500 m.Se asume un valor de lp = 20.00 m.
Calculo de la altura inicial del pilar.
Aguas Arriba:Tirante maximo = H + P = 6.360Altura de la compuerta = 2.000
api = 8.360
Aguas Abajo:Borde libre = 0.500
Tirante maximo = 6.226api = 6.726
Se puede replantear dichos valores dependiendo de la topografia y de la correcta ubicación de la bocatoma
La altura inicial del pilar se proyectara teniendo en cuenta que el borde inferior de la compuerta a de llegar a mayor altura que el maximo nivel aguas arriba del tirante en funcion del tirante aguas abajo
Estructuras Hidraúlicas
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Zegarra González Rosa
Diseño estructural del Aliviadero demasias.
Informacion general:* Peso volumetrico del concreto =
* Resistencia a la compresión del concreto F´c =
* Peso específico de agua infiltrada =
Analisis de la estabilidad del aliviadero para agua a nivel de cresta.
Fuerzas Actuantes:Ew = Fuerza hidrostatica o empuje del agua.Sp = Resultante del diagrama de subpresiones.
Sh = Componente horizontal de la fuerza sísmica.Sv = Componete vertical de la fuerza sísmica.
Calculo de la Fuerza Hidrostatica.
Ew = 0.5*gw*Z²*b
Z = 1.80 mgwcs = 1200.00 kg/m³
b = 1.00 m.
Ew = 1944.000 Kg
Punto de aplicación:Yh = Z/3 = 0.600 m.
Calculo de la Fuerza de subpresión.
Sx = (Hx - H*Lx/Lfn)*gw
Donde:
* Resistencia del terreno st =* Peso específico de agua con sedimentos (gwcs)=
W1 = Peso de la estructura.
O
2
1
Fsp1
Yh
P=Z
Ew
Sv
Sh1
W1
Sv
W2
Sv
Sh3
W3
ld d
O
+-Fsp2
Fsp1
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H = 1.800 mlfn = 5.103 m
H/lfn = 0.35 m.
Analizando en los puntos indicados
Para el punto 02 se tiene:
Hx = H + P + epd + add = 4.600 m.lh = 0.000 m.
lv = (1-2) = 2.800 m.lx = 2.800 m.
Reemplazando se tiene:
4334.185
Para el punto 03 se tiene:
Hx = H + P + epd + add = 4.600 m.lh = (2-3) = 1.500 m.lv = (1-2) = 2.800 m.
lx = 3.300 m.
Reemplazando se tiene:
3500.000
Para el punto 04 se tiene:
Hx = H + P + epd = 2.200 m.lh = (2-3) = 1.500 m.
lv = (1-2) + (3-4) = 4.800 m.lx = 5.300 m.
Reemplazando se tiene:
433.334
Para el punto p se tiene:
Hx = H + P + epd = 2.200 m.lh = (2-3) + (4-p) = 5.500 m.lv = (1-2) + (3-4) = 4.800 m.
lx = 6.633 m.
Reemplazando se tiene:
-11.110
Donde los momentos de subpresion son los siguientes:
Formulas: brazo 1 = ldd*0.5 + d
brazo 2 = d*0.5Los momentos son con repsecto al punto "p".
Sp Brazo (m)1 5876.11 4.752 844.45 2.00
Calculo del peso de la estructura.
Sx = S2 =
Sx = S3 =
Sx = S4 =
Sx = Sp =
Fsp1 = (Sp2 + Sp3)*add*0.5*1
Fsp2 = (Sp4 + Sp)*d*0.5*1
El valor de W1 puede calcularse integrando las areas parciales de las franjas verticales trapezoidales, en que se puede dividir la estructura, refirinedole a ejes coordenados
El valor de W1 puede calcularse integrando las areas parciales de las franjas verticales trapezoidales, en que se puede dividir la estructura, refirinedole a ejes coordenados
Y
X
h
Lc
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10560.00 kg.
Donde:
2.750 m.
7200.00 kg.
Donde:
4.750 m.
Calculo de la fuerza de sismo.
1750.300 Kg.
Donde:
1.274 m.
1056.000 Kg.
Donde:
0.400 m.
720.000 Kg.
Donde:
1.800 m.
Componente Vertical: Sv = 0.03*Wi:
525.090 Kg.
Donde:
3.393 m.
316.800 Kg.
Donde:
2.750 m.
216.000 Kg.
Donde:
4.750 m.
Calculo del peso W2, tenemos (espesor del azud)
W2 =
Xc2 =
Calculo del peso W3, tenemos (espesor del azud)
W3 =
Xc3 =
Componente horizontal: Sh = 0.10*Wi:
Para W1:
Sh1 =
Yc1 =
Para W2:
Sh2 =
Yc2 =
Para W3:
Sh3 =
Yc3 =
Para W1:
Sv1 =
Xc1 =
Para W2:
Sv2 =
Xc2 =
Para W3:
Sv3 =
Xc3 =
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Analisis de estabilidad de agua.Ubicación de la Resultante (Xr)
Tomando momento respecto al punto "p" (ubicación de los lloradores)
P = altura de sedimentos + Ycanal de captacion + desnivel de la ventana de captacion (h)
m.m.m.
m.
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Analisis Criterio de la ventana de captacionAnalisis Criterio de la cota B
Rugosi. CaudalTiranten (m3/seg)
0.039 11.9953 0.430
0.039 42.8283 0.930
0.039 86.6210 1.430
0.039 141.0044 1.930
0.039 204.4817 2.430
0.039 275.9688 2.930
0.039 275.9688 2.930
0.039 354.6230 3.430
0.039 439.7608 3.930
0.039 477.3118 4.140
Datos de bocatoma.4.000 m.50.000 m.0.00149 %0.03900
longitud barraje movil: 5.000 m
El area hidraulica del canal de limpia tiene una relacion de 1/10 del area obstruida por el aliviadero,
0.0 100.0 200.0 300.0 400.0 500.0 600.0 700.0
86.0000
87.0000
88.0000
89.0000
90.0000
91.0000
92.0000
CURVA DE AFORO (cota - caudales)
Caudales
Cotas (m.s.n.m)
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longitud barraje Fijo: 45.000 m
usar: 45.000 m
m.
m.2.000.010 Tajamar redondo0.10 Estribos redondeados muros a 90°
477.65 m3/seg.
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Por efecto de la interferencia del lavadero aguas abajo y de la sumergencia
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m.2.00 uni.0.01 Tajamar redondo.0.00 No hay estribo.6.36 m.
350.323
Por efecto de la interferencia del lavadero aguas abajo y de la sumergencia
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Carga hidraulica del barraje fijoCaudal del barraje fijoLongitud del barraje fijo
Caudal unitario o especifico
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Del Abaco N° 01 (DBI), pag 304 (MPG-T) obtenemos los valores de :
0.5020323946
1.855
Puntos de Tangencia.
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0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00
-5.00
-4.50
-4.00
-3.50
-3.00
-2.50
-2.00
-1.50
-1.00
-0.50
0.00
Geometria del Aliviadero.
Horizontal (m).
Vertical (m).
aut
epd
Y2 Yn
2 3
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349.98 m³/s
45.00 m.
0
Tanteo debe cumplir = 0
d1 y=
0.15 57.68
0.20 55.50
0.25 52.70
0.30 49.28
0.329 46.998
0.35 45.24
0.40 40.58
0.45 35.31
V1 = 23.624 m/s
hV1 = 28.45 m.
5.96 m.
m.m.m.m3/seg.
Tomando Bernaulli entre la seccion de control que se localiza sobre la cresta y al pie de la cortina, tal como se muestra
²/2g) + S perdidas
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Perdidas de descarga dentro del tramo.
m.
Perdidas de descarga dentro del tramo.
m.
Conjugando estas dos ultimas ecuaciones tenemos la ecuacion:
7.400
0.3152.378 m.
24.658 m/s.
Resumen
23.624 m/seg
24.658 m/seg
24.658 m/seg
6.226 m.
1.249 m/seg.
RESUMEN:
m.
m.
m/seg
m/seg.
) : perdidas de carga por velocidad.
²/g) + (Y1²/4)]0.5
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41.28 m.
20.00 m.
m³/s/m m.
6.360 m.7.777 m³/s/m
15.00C = Coeficiente de filtracion de Blight que depende de la clase de material
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m. Depende de la topografia.
m. Depende de la topografia.
m.
m.
m.m.
Df
Hes
hm
b2
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m³/s
m.
m.
m.
37.351 m.
7.470 m.
2.750 m.
Valores del coeficiente de Filtracio "C"Lane Komoy
7--8.50 8--10
5--6 6--7
2.5--4 3--61.6--3 3--6
Determinacion de la altura del dentellon delantero: (mayor informacion en
Según Lfn < Lcomp, significa que la longitud de filtracion necesaria < la longitud de filtracion compensada
aut
lut
ldp
adp
aut
dentellon Posterior
umbral terminal
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1.6--3 3--6
m.
La longitud del pilar debe abarcar el cimnacio, estanque amortiguador y el tajamar por lo tanto:
m.m.m.
m.m.m.
Se puede replantear dichos valores dependiendo de la topografia y de la correcta ubicación de la bocatoma
La altura inicial del pilar se proyectara teniendo en cuenta que el borde inferior de la compuerta a de llegar a mayor altura que el maximo nivel aguas arriba del tirante en funcion del tirante aguas abajo
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2400.00 kg/m³210.001.40
1200.00 kg/m³1000.00 kg/m³
kg/cm2
kg/cm2
O4
3
p
B
Fsp2
Fsp1
Sh2
Fsp2
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brazo 1 = ldd*0.5 + d
Momento (kg*m)27911.5231688.890
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
El valor de W1 puede calcularse integrando las areas parciales de las franjas verticales trapezoidales, en
El valor de W1 puede calcularse integrando las areas parciales de las franjas verticales trapezoidales, en
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SFh = 5470.30
SFv = 43041.44
SM(+) = 124345.64
SM(-) = -36675.33
35.00°
Como la fuerza resultante Fr > fuerza actuante horizontal entonces no es necesario el diseño
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Cumple OkCumple Ok
m. El minimo es 0.30 m. Considerar que ya al inicio se predimensiono el estribo.
Donde:Ka = 0.361
1700.00 kg/m³hp = 5.400 m.h' = 0.059 m.
E =0.5*Ka*gs*hp*(hp+2*h')
gs =
Df
Hes
h
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Calculando E = 9143.586 kg/m.
cms
Vd = 0.5*Ka*gs*(hp-d)*((hp-d)+2*h'))
hp = 5.400 m.d = 0.719 m.h' = 0.059 m.
Ka = 0.361
Calculcando Vd = 6894.305 kg.Vud = 1.65*Vd = 11375.603 kg.
kg.
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0.500 m.
0.800 m.
lze = 0.400 m.2400.000 kg/m³
hp = 5.200 m.
t1 =
t2 =
gca =
h'
O
Df
Hes
h
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2.375
0.650
1.000
1.775
kg*m.
kg*m.
kg*m.
kg*m.kg.
1.099 m.
Cumple esfuerzo 01 < esfuerzo neto
Cumple esfuerzo 02 < esfuerzo neto
Ø mininmo: 1/2
A = 1.27
12.94
3440799.05 kg*cmtn*m.
0.0120
Y1 = lzi*0.50 + t2 + lze =
Y2 = lze + t1*0.50 =
Y3 = lze + t1 +(t2-t1)/3 =
Y4 = (b1 + b2)/2 =
tn/m2
tn/m2
cm2
cm2
r=As/(b*d)
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Donde:Ka = 0.361
1700.000 kg*m.hp - d = 4.681 m.
h' = 0.059 m.
Calculando E = 6894.305 kg/m.
Ø mininmo: 1/2
A = 1.27
kg*cm
50.54 0.0070
Ø mininmo: 1/2 A = 1.27
Ø mininmo: 3/8 A = 0.71
Ø mininmo: 1/2 A = 1.27
E =0.5*Ka*gs*hp*(hp+2*h')
gs =
As (cm2) r=As/(b*d)
> 25 cm.: Usar doble refuerzo horizontal en dos capas, colocar 2/3 As en la cara expuesta y 1/3 As en cara protegida.
cm2
cm2
cm2
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Ø mininmo: 3/8 A = 0.71 cm2
"DISEÑO DE BOCATOMAS"
CALCULO HIDRAULICO
I. CONSTRUCCION DE CURVA DE AFORO PARA CANAL DE CONDUCCIÓN AGUAS ABAJO
Q max = 389.687 m³/s
Q medio = 3.000 m³/s
Q min = 1.000 m³/s
Qmax = 389.687 m³/s
DATOS HIDROLOGICOS
Q max = 389.687 m³/sQ medio = 3.000 m³/s
Q minimo = 1.000 m³/s
CAUDAL DE DERIVACION
Este caudal depende de las áreas a irrigar, el proyectoque asimismo será descrito de la informacion basica:
N° de ordenAreas a Irrigar (Ha) Cultivo a Irrigar
I. CONSTRUCCION DE CURVA DE AFORO
1 800 Y 1000 ARROZ Y ALFALFA
2 900 Y 1200 ALFALFA Y MENESTRAS
3 1000 Y 1400 MENESTRAS Y ALGODÓN
4 1400 Y 1650 ALGODÓN Y ARROZ
5 1660 Y 1800 ALFALFA Y MENESTRAS
6 1800 Y 2000 MENESTRAS Y ALGODÓN
7 2000 Y 2200 ALGODÓN Y ARROZ
8 2200 Y 2400 ARROZ Y ALFALFA
9 2400 Y 600 ALFALFA Y ALGODÓN
10 800 Y 2500 MENESTRAS Y ALGODÓN
11 900 Y 2700 ARROZ Y ALFALFA
12 1000 Y 2650 ALGODÓN Y MENESTRAS
13 1100 Y 2800 ALFALFA Y ALGODÓN
14 1200 Y 3000 MENESTRAS Y ALGODÓN
15 1600 Y 3200 ALFAFA Y ARROZ
16 1600 Y 3300 ALGODÓN Y MENESTRAS
17 1700 Y 3500 ARROZ Y ALFALFA
18 1800 Y 3650 MENESTRAS Y ALGODÓN
19 2000 Y 3500 ALFALFA Y ARROZ
20 2200 Y 3600 ALGODÓN Y ALFALFAFrejol 1580 0.94 l/s/ha
CANAL ZAÑA
Producto Ha a irri. M.Riego Q necesario
ARROZ 90 1.71 l/s/ha 153.90 l/s
ALFALFA 2700 1.30 l/s/ha 3510.00 l/s
TOTAL 3663.90 l/s
Q derivado 3.664 m³/s
CALCULO DE "n"
1.- Valor basico de arena para cauce arenoso 0.0142.- Incremento por el grado de Irregularidad (poco irregular) 0.0053.- Incremento por el cambio de dimensiones ocacionales 0.0054.- esencia de raices 05.- Poca Vegetacion 0.005
6.- Aumento tuortosidad del cauce 00.029
n = 0.029
CALCULO DE "s"
El calculo de la pendiente se ha obtenido en el perfil longitudinal, esta pendiente está
comprendida entre los tramos del kilometraje .
midad del tirante del agua
0.2
110.00
Ancho de plantila (B) : 31.98 Nota:
Talud (Z) : 6.18 Se tiene un material a los castados
Pendiente (S) : 0.00181818182 del rio de tierra compacta
comprendiendo una distancia de 2900.10 metros que son suficientes para mantener la unifor-
CONSTRUCCIÓN DE LA CURVA DE AFORO
DATOS HIDROLOGICOS
s = 0.18 %
b = 31.98
s = 0.001818181818182
Q derivado = 3.6639
Talud (Z) = 6.18
COTA Area (m²) P (m) R.H.^ 2/3 1/n s^ 1/2 Q (m³/s)
Q t 423.02448013504 423.294901914607 423.56538167147 423.83591939315 424.10651506718
H
Iterando obtenemos que Q max = 649.813 m³/s 3.461 m.
Q aliviadero = 91.350 m³/s
Q barraje movil = 10.310 m³/s
Carga Hidraulica sobre el barraje Ho = 3.461 m.
Ho = 3.461 m.
5.461 m.
P = 2.00 m.
4. Geometria del Perfil del barraje fijo (aliviadero de demasias)
Para definir el perfil del barraje se debe considerar:
A. La parte que queda aguas arriba del eje de la cresta vertedora que se define como una curva circular compuesta.
B. La parte aguas abajo definida por la ecuación:
Donde:
K y n, son constantes cuyos valores dependen de la inclinacion aguas arriba y la velocidad de llegada.
Ho , es la carga hidraulica total.
Con la finalidad de permitir el paso del agua con mayor facilidad y minima turbulencia aguas abajo, se determina su punto
de tangencia correspondiente a un angulo de 45º.
Y
Xc = 0.283 Ho X
Y / Ho = - K (x / Ho)n
A. Calculo de la Geometria del perfil aguas arriba.
EJ E DE LA CRESTA VERTEDORA
Yc = 0.128 Ho
Geometria del perfil aguas arriba
Datos :
H = 3.461 m.
Xc = 0.283 H 0.979 m. 0.809757
Yc = 0.128 H 0.443 m.
R1 = 0.530 H 1.834 m.
R2 = 0.235 H 0.813 m.
R1 - R2 = 0.296 H 1.021 m.
Datos :
P = 2.00 m.
Qbf = 402.801 m³/s
b = 29.08 m.
P + H = 5.461 m.
q = Qbf / b = 13.851 m³/s
V = q / (P+H) = 2.536 m/s
0.33 m.
a (asumido) = 0.90 m.
R1 = 0.53 Ho
R2 = 0.234 Ho
R2 - R1 = 0.298 Ho Y / Ho = -K (x / Ho)n
B. Calculo de la Geometria del perfil aguas abajo.
hv = V2 / 2g
EJ E DE LA CRESTA VERTEDORA
y
Eje de la cresta vertedora
X
Xc = 0.979 m.
Yc = 0.443 m.
0.813 m. 1.834 m.
1.021 m.
P = 2.00 m. X = 3.723 m. Pt (3.723 ; 2.0122879943578
- 0.012 m.
1
45.00 º 1 q45.00 º
Pt = Pto de tangencia. P1
a = 0.90 m. a P2
n n = 0.72 m.
0.888 m.
5.590 m.
0.09 m.
a =q =
• Con la relacion hv / H =
• Usaremos los nomogramas para valores N y K (Fig. 1, de Diseño de Bocatomas Parte I)
K = -0.508
n = 1.85
Reemplazando en la ecuacion general tenemos:
Y / H = -0.508 1.85
Y = -0.177 X 1.85
Derivando la ecuacion de Creager en: dy / dx
45
dy / dx 1 = 0.327 X 0.85
Despejando este valor tenemos los siguientes resultados:
X = 3.723 m.
Y = - 2.012 m.
Luego el punto Pt tiene como coordenadas: Pt (3.723 ; -2.0122879943578
Resumen de coordenadas que se utilizan para graficar la curva desde el punto 1 hasta el pto. "Pt".
Nº X (m) Y (m)
1 0.00 0
2 0.20 -0.009005362068996
3 0.40 -0.032464346922644
4 0.60 -0.068734614293475
5 0.80 -0.117034030729566
6 1.00 -0.176846181446893
C. Calculo del punto de tangencia (Pt)
Se sabe que a =
Tg a =
7 1.20 -0.247788411717486
8 1.40 -0.329558526763158
9 1.60 -0.421907897344928
10 1.80 -0.524626013465695
11 2.00 -0.637530811359884
12 2.20 -0.760462225646986
13 2.40 -0.893277682759947
14 2.60 -1.03584883154376
15 2.80 -1.18805909881056
16 3.00 -1.34980181561769
17 3.20 -1.52097875064512
18 3.40 -1.70149894155439
19 3.60 -1.89127774933454
Pt 3.72 -2.01255521294727
Para proporcionar una caida suave del agua sobre el colchon amortiguador, se recomienda que el empalme tenga una curva
de 0.5 Ho (Pag. Estrct. De Derivacion, Alfredo Monson).
Po
q
R = 1.730 m.
1
1
P1
bb
D. Empalme del cimacio con el Colchon Amortiguador
q/2
a = 45
P2
n = 0.72 m.
n = 0.72 m.
Del grafico:
R = 0.5 Ho R = 1.730 m.
b = 67.50
= 22.50 º
\ q = 45.00 º
n = 0.717 m.
n = 0.72 m.
5. Colchon Amortiguador.
El objetivo de diseñar el colchon amortiguador aguas debajo de barraje es con el fin de contar con las condiciones
adesuadas para que el cambio brusco del tirante se verifique dentro de una longitud minima del cauce, que es la
que debe protegerse.
Salto Hidraulico en colchon amortiguador.
Al presentarse un escurrimiento con regimen rapido sobre el barraje y teniendo el rio una pendiente fuerte, se tendra
cinetica se transformara; una parte en energia de presion y la otra se pierde por el cambio de regimen.
Datos:
L = 29.08 m.
P = 2.00 m.
b = ((180º - a)/2 )
q / 2 = (90 - b)
Tg q/2 = n / R
al pie del barraje un tirante Y1, cuyo conjugado Y2 tratara de formarse rapidamente. Al producirse Y2 la energia
a). Calculo de los tirantes conjugados (Y1, Y2)
Ho=3.46m
Q= 402.801 m³/s
a = 1.00 m. (asumido)
Tomando Bernulli entre los puntos 1 y 2.
3.4605 Yc = 2.694 m.
Z = 3.000 m. P = 2.00 m. Q
Y2 = 4.86 m. Yn = 2.69 m.
a Y1 = 1.31 m.
Lp = 10.800 m.
3
= 2.694 m.
1. Calculo de tirante Y 1:
• Perdidas de energia despreciable por la forma del cimacio.
• Z =P + a =
• Tirante Critico para seccion rectangular: Yc
• Velocidad Critica: Vc
2 1
Z+Yc+Vc2
2 g=Y 1+
V 12
2 g+∑ hp
Yc=3√ (Q2 /L2 g )
Vc = Q / A = 5.141 m/s.
1.347 m.
7.0412
Donde :
7.04 - Y1 = 9.78 / Y1²
1.00 Y1³ - 7.04 Y1² + 9.78 = 0
Iterando:
Y1 y=
1.30527 0.0051266264204
1.305325 0.004396756047
1.30538 0.0036668667659 Y1 = 1.306 m.
1.305435 0.0029369585781 V1 = 10.608 m/s
1.30549 0.0022070314845
1.305545 0.0014770854861
1.3056 0.0007471205841
1.305655 1.713677926E-05
2. Calculo del tirante Y2:
Y2 = 4.859 m.
3. Verificacion de la profundidad del colchon amortiguador (a).
El nivel de la superficie libre del agua en el colchon amortiguador y el nivel en el cauce del rio inmediatamente
despues del colchon deben ser iguales.
La profundidad del colchon (a) sera:
Vc2 / 2 g =
• Reemplazando :
[ Y1 + ( Vc2 / 2 g ) ] =
V1 = Q / L Y1
Y 2=−Y 1
2+√(Y 1
2
4 )+( 2 V 12 Y 1
g )
√ Es usual considerar un 15% mas el valor del tirante Y2 para asegurar el emortiguamiento.
a = 1.15 Y2 - Yn a = 2.89 m
Entonces el "a" asumido es el valor correcto
4. Calculo de la longitud del colchon amortiguador (Lo)
L = 5 (Y2 - Y1 ) L = 17.767 m.
L = 23.220 m.
# Froude:
2.964
F = 3.0
V1 = 10.608 m/s < 15.00 m/s (Poza Tipo I)
Para este caso usamos la fig. 12 USBR de Bocatomas Parte I
Luego:
2.2 L = 10.690 m.
Conclusion: L = 10.800 m.
¨ a =(Y2, Yn) ; podemos hacer Yc = Yn.
¨ Según Linquist:
¨ Según Safranez:
¨ Según la Bureau of Reclamation:
L / Y2 =
L=6 Y 1 V 1
√ g Y 1
F=V 1
√g Y 1
ESTANQUE TIPO I
6. Diseño Hidraulicos Complementarios.
Longitud minima (Lo) = 5 Ho Lo = 17.303 m.
Tomamos: Lo = 17.300 m.
Asumiremos una protecion de un espesor de : 0.7
a. Espesor del enrocado ( e' )
Donde: H = P + Ho = 5.4605
q = Qal / b = 13.851 m/s
Reemplazando : e' = 0.655 m.
Por criterio:
e' = 0.8
b. Calculo de la longuitud del enrrocado (Le)
Le = L' - Lp
Donde:
L' = Longitud de poza mas el enrocado.
Lp = Longitu de poza.
C = 4 (arena segun Bligh)
1. Calculo de la estructura de proteccion delantera a base de material rocoso
2. Calculo de la estructura de proteccion al final del colchon amortiguador (enrocado).
e '=0. 2 √q (H−Y 2 )0. 25
Le = 0 .642 C √H q−Lp
Le = 11.533 m.
Asumimos :
Le = 11.500 m.
3.4605
H = 5.461 m.
P = 2.00 m.
Lo = 17.300 m. 5.590 m. L = 10.800 m. Le = 11.5 m.
22.3
a. Altura del muro de encauzamiento.
Hme = 1.25 ( Ho + P ) Hme = 6.826 m.
b. Altura del pilar (Hp)
Hp = 1.25 ( Ho + P ) Hp = 6.826 m.
3. Muros de encauzamiento (Hme)
7. Canal Desarenador.
La determinación de las caracteristicas hidraulicas y geometricas del canal desarenador se basa en las condiciones de
su funcionamiento:
A.
Para esta condicion, el tramo del desarenador frente a las compuertas de toma, funciona como un tanque de
sedimentacion, su geometria debera permitir velocidades bajas del agua, para dar oportunidad a que los acarreos se
depositen esn este sitio.
B.
Cuando los sedimentos se hayan acumulado frente a las tomas, sus compuertas deberan cerrarse y abrirse las del
desarenador para desalojar los materiales acumulados.
Para lograrlo, es necesario que se establezca un regimen rapido con una velocidad de arrastre suficiente que no
ocasione erosion a lo largo del canal de descarga del desarenador.
C. Calculo del desarenador.
C.1. Velocidad de arrastre ( Vc )
Utilizando la ecuacionde Rubey:
Donde: d = 0.8 mm. (arenas)
d = 2.00 mm. (Suelo tipo SM)
= 1000.000 Kg/m³ ( Peso especifico de la suelo tipo SM)
= 2600.000 Kg/m³ ( Peso especifico de la suelo tipo SM)
= 2400.000 Kg/m³ ( Peso especifico de la suelo tipo SM)
= 0.00 m²/s ( Viscocidada dinamica )
Primera Condicion: canal desarenador cerrado y obra de toma abierta.
Segunda condicion: Canal desarenador y obra de toma cerrado.
ver tabla
Vc=√ 23 ( ρ s−ρ
ρ )g d+36μ2
ρ2 d2− 6 μ
ρ d
ρ s
ρ
ρ sμ
Reemplazando: \ Vc = 0.091 m/sVc = 0.135 m/s
Vc = 0.135 m/s
C.2. Altura del orificio del desarenador (ad )
Ld = 29.08 m. ( ancho del canal desarenador)
Vc = 0.135 m/s
Q = 3.664 m³/s ( caudal de diseño para toma de captacion)
Se tiene: A = Q / Vc A = 27.08 m²
Luego: ad = A / Ld ad = 0.931 m.
ad = 0.930 m.
………………………………….C.3. Calculo de la pendiente del desarenador (Sd).
Donde: n = 0.015 (coef. de rugosidad del canal revestido)
= 0.00025
Se tiene: Sd = 0.018
Sd = 1.793 %
Se asume: Sd = 2.000 %
C.4. Calculo de la longitud del canal desarenador.
Lcd = Longitud perfil cimacio + longitud colchon amortiguador.
Lcd = 15.41 m.
q = Vc3 / g
Sd=n2 g10 /9
q2 /9
C.5. Calculo de la elevacion de la plantilla del canal desarenad
C F D = Sd x Lcd + C F R.
C F D = 90.808 m.s.n.m
Muro de Contencion
92.000 m.s.n.m Toma
Cauce
Natural Sd = 2.00% 90.808 m.s.n.m
Lcd = 15.41 m. 0.98 Lo = 17.300 m.
Perfil Longitudinal del canal desarenador
8. Tomas.
El calculo hidraulico comprende el dimensionamiento del orificio y conducto de salida y determinacion del gasto
maximo que puede pasar por las compuertas en epocas de maximas avenidas. Ademas se diseñara la transicion
que une el canal de captacion a la salida dde la toma con el canal de aduccion.
1. Toma.
A) Compuerta de toma.
B. Determinacion de las dimensiones y el numero de compuertas.
Datos:
Q = 3.664 m³/s
V = 0.5 - 1.00 m/s
Asumiendo: V = 1.00 m/s
Escogemos dimensiones de compuertas según manual de ARMCO ( dimension para modelo 5 - 00)
Se escoge:
72'' x 72''
a = 72'' a = 1.8 m.
b = 72'' b = 1.8 m.
Acomp = 3.34 m²
Luego:
Ec. De continuidad:
Adiseño = 3.66 m²
# Compuertas:
# Compuertas = 1.095 # Compuertas = 1.000
Verificamos con la velocidad: V = 1.10 m/s aumentar # de compuertas
¨ El diseño de las compuertas se realizara para el nivel nivel de operación.
¨ Se comprueba si el caudal puede conducir el caudal que ingresa en epoca de maxima avenida.
¨ El frente de captacion esta formado po 4 ventanas de 1.80 m. de ancho por 1.80m.
A=QV
V =QA
Ho=3.46m 4.951115
Nivel de operación.
P = 2.00 m. h1 = 1.02 m. Yn = 0.51 m.
Y2 = 0.608 m.
a = 0.20 m. Y1 = 0.124 m.
0.98 m.
L1 = 0.32 m. L2 = 2.419 m.
Caracteristicas hidraulicas de la toma. (fig a.)
C. Verificacion de Funcionamiento.
Funciona:
Vertedero:
Orificio: Si h1 / a es mayor a 1.4
D. Formula a emplear.
Donde: Cd = Coef. De descarga.
a = altura del orificio de toma.
b = ancho del orificio de toma.
h = Carga hidraulica del orificio de toma.
Si h1 / a es menor o igual a 1.4
- Sumergido (Y2 mayor que Yn)
- Libre (Y2 menor que Yn)
Q=Cd a b √(2 g h)
a. Verificacion de Funcionamiento.
a = 0.20 m. (asumido)
h1 = 1.02 m.
h1 / a = 5.10 > 1.4 Funciona como Orificio
b. Calculo del coeficiente de descarga (Cd).
Cd = Cv Cc
donde: Cc = 0.62 (coef. de contraccion)
Cv = 0.97918
Cd = 0.61
Cd = 0.61
Y1 = 0.124 m.
d. Calculo de h'
h' = 0.897 m.
e. Calculo del gasto que pasa por el orificio.
Q = 0.93 m³/s
¨ Analisis para el Nivel de Operación (según fig 1)
c. Calculo del tirante Y 1.
Y1 = Cc a
h' = h1 - Y1
f. Calculo del tirante Y 2
Q=Cd a b √(2 g h)
= 17.60 m²/seg²
Reemplazando:
Y2 = 0.608 m.
g. Calculo del tirante normalen canal de la ventana de captacion (Yn)
Q = 0.93 m³/s
0.001
0.015
b = 1.8 m.
0.442 = ( 1.83 Yn ) / ( 1.829 + 2 Yn)
Iterando:
Yn y = 0.442
0.5090 0.4418
0.5091 0.4419
0.5091 0.4419 Yn = 0.51 m.
0.5092 0.4420
0.5092 0.4421
0.5093 0.4422
0.5093 0.4422
0.5094 0.4423
(orificio ahogado)
V12 = 2 g h
Como Y2 > Yn.
Y 2=−Y 1
2+√(Y 1
2
4 )+( 2 V 12 Y 1
g )
Q n
s0. 5=AR2 /3
5/3 2/3
h. Calculo de Longitud de Contraccion (LCc)
0.3225806451613
2.4194626434698
2.7420432886311
i. Calculo del tirante Normal en canal de captacion.
Q = 3.73 m³/s
0.001
0.015
0.4
b = 8.4 m.
1.767 = ( 8.40 Yn ) / ( 8.400 + 2 Yn)
Iterando:
Yn y = 1.767
0.4070 1.7653
0.4071 1.7657
0.4071 1.7661 Yn = 0.41 m.
0.4072 1.7665
0.4072 1.7669
0.4073 1.7672
0.4073 1.7676
0.4074 1.7680
L1 = a / Cc
L2 = 5 (Y2 - Y1 )
LCc = L1 + L2
Q n
s0. 5=AR2 /3
5/3 2/3
Como conclusion de todos estos calculos podemos decir que:
Abiertas las cuatro compuertas hasta : 0.20 m.
Conducen un caudal de : 3.73 m³/s
Abiertas una sola compuerta hasta : 0.41 m.
Conducen un caudal de : 3.73 m³/s
a. Calculo del gasto que pasa por el orificio.
Datos: a = 0.20 m. (asumido)
b = 1.8 m.
Cd = 0.61
h = H - Y1 = 4.35750
Q = 2.05 m³/s
= 85.49 m²/seg²
Reemplazando:
¨ Analisis para maximas avenidas.
b. Calculo del tirante Y 2
V12 = 2 g h
Q=Cd a b √(2 g h)
Y 2=−Y 1
2+√(Y 1
2
4 )+( 2 V 12 Y 1
g )
Y2 = 1.409 m.
c. Calculo del tirante normalen canal de la ventana de captacion (Yn)
Q = 2.05 m³/s
0.001
0.015
b = 1.8 m.
0.974 = ( 1.83 Yn ) / ( 1.829 + 2 Yn)
Iterando:
Yn y = 0.974
0.9012 0.9734
0.9013 0.9735
0.9013 0.9735 Yn = 0.90 m.
0.9014 0.9736
0.9014 0.9737
0.9015 0.9738
0.9015 0.9738
0.9016 0.9739
(orificio sumergido)
d. Calculo de Longitud de Contraccion (LCc)
0.3225806451613
6.4272481268474
LCc = 6.75 m.
Como Y2 > Yn.
L1 = a / Cc
L2 = 5 (Y2 - Y1 )
LCc = L1 + L2
Q n
s0. 5=AR2 /3
5/3 2/3
e. Calculo del tirante Normal en canal de captacion.
Q = 8.21 m³/s
0.001
0.015
0.4
b = 8.4 m.
3.89554902872018 8.4 8.4
Iterando:
Yn y = 3.896
0.6600 3.8130
0.6601 3.8135
0.6601 3.8140 Yn = 0.66 m.
0.6602 3.8145
0.6602 3.8150
0.6603 3.8155
0.6603 3.8160
0.6604 3.8165
Conclusion:En epocas de maximas avenidas teniendo las cuatro compuertas abiertas a 0.33 m pasa un caudal de
Q = 8.21 m³/s que puede ser conducido por el canal de aduccion y conduccion.
f. Calculo de la abertura de las compuertas para conducir el caudal de diseño en epocas de maximas avenidas.
Q n
s0. 5=AR2 /3
5/3 2/3
a =Q
Cd b √2 g h
Q = 0.93 m³/s a = 0.09 m.4.3575
Q = 3.73 m³/s a = 0.36 m.
Q = 1.86 m³/s a = 0.18 m.
g. Altura de ventana de captacion.
Tirante maximas avenidas:
Yn = 0.90 m.Y2 = 1.41 m.
Tirante en nivel de operaciones:
Yn = 0.51 m.Y2 = 0.61 m.
Nivel de max. Avenida
Nivel de Operaciones.
2.00 m1.83 m 0.902 m.
0.509 m.
¨ Abriendo las cuatro compuertas:
¨ Abriendo una sola compuertas:
¨ Abriendo dos compuertas:
1.83 m
2
Transicion de salida:
a
t
T
Lt
Longitud de transicion.
Donde:
t : ancho canal rectangular
12.50 °
T = 8.400 m.
t = 2.500 m.
Remplazando :
Lt = 13.307 m.
a : angulo de inclinacion.
T : ancho de la toma.
Para a =
LT=(T−t )(2 tg α )
Asumimos :
Lt = 13.500 m.
IV. ANALISIS ESTRUCTURAL.
1. ANALISIS ESTRUCTURAL DE LA BOCATOMA.
A. Datos Generales:
2. Peso especifico del concreto (Pg) 24003. Coeficiente de friccion entre el suelo y el concreto. 0.64. Capacidad de carga de la arena. 2.155. Capacidad de la carga de la grava 4.36. Peso especifico del agua con sedimentos y elementos flotantes 19007. Peso especifico del agua filtrada (Pf) 10008. Peso especifico del agua (PA) 1450
B. Calculo y chequeo del espesor del colchon amortiguador. Para empezar asumiremos un e = 0.70 m.
1. Calculo de la longitud de filtracion necesaria (Ln).
2.7
9
24.3
4.55
39.189
43.739
1. Barraje sera de concreto ciclopeo con f 'c = 140 Kg/cm2 + 30% PM.
Si Ln < Lt, entonces se esta imposibilitando la tubificacion, por lo tanto haremos uso de los lloraderos.
2. Calculo de la Sub presion (Sp)
Sp = Pf c' ( h + h' - h Lx / L)
Donde: 0.40268410343172
1000
Reemplazando y tabulando:
pto. h' Lx Sp
1 0.00 0.00 1350
2 1.00 1.00 1648.65794828414
3 1.00 2.00 1447.31589656828
4 0.70 3.57 981.20887537438
5 0.70 13.77 -1072.48005212739
6 2.10 15.57 -734.89574521594
7 2.10 16.97 -1016.77461761814
8 1.80 17.64 -1301.67379226777
9 1.80 22.12 -2203.68618395482
10 1.80 28.89 -3566.7718740712
11 2.80 30.98 -3487.57676215734
12 2.80 31.50 -3592.27462904959
13 0.00 34.28 -5552.00553281968
0 5 10 15 20 25 30 35
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
Diagrama de subpresiones
L (x) m.
Sp
3. Verificacion del espesor del colchon amortiguador.
Sp = 2203.68618395482
2400
e = 1.22 m.
Se asumio e = 0.90 (aceptable)
4. Volumen de filtracion ( maxima Avenida).
Datos: K = 1
43.739
2.7
g c =
0 5 10 15 20 25 30 35
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
Diagrama de subpresiones
L (x) m.
Sp
emin=43
Spγ c
¿10−5 m / s
I = H / L 0.0617298063513
Ancho cimentacion = 29.082
Para una altura de = 2
0.0035904524566
Para el ancho total sera:
0.1044175383434
2 Analisis del barraje para agua al nivel de la cresta
P1
Sv2 Sh
WFh
P20 Ea O
Sp
Fuerzas que intervienen
Fh = Fuerza hidrostáticaEa = Empuje activo del suelo en suelo friccionanteWa = Peso de la estructuraSp = Sub - PresionSh = Componente horizontal de la fuerza sismicaSv = Componente vertical de la fuerza sismicaVe = Empuje del agua sobre la estructuraocacionado por aceleracion sismicaMe = Es el momento producido por esta fuerza.
a. Fuerza hidrostática (Fh).
Fh = 0.5 Pa H²
H = P= 2.00 Tn/mPa = 1.45 Tn/m³Fh = 2.9 Tn
Vh = P /3 = 0.667
b. Empuje activo del suelo (Ea).
Ea = 0.5 (P1 + P2) H2
P1 = ( Pc H1) + (Pa H)
P2 = (Pf H2 ) + (P' Ka H2 ) + P1
Donde :
Pf = 1000.00 Kg/m³
P' = Peso especifico del suelo sumergido =
P' = (Ps - 1) = 1.00 Tn/m³
H2 = Espesor del suelo = 1.00 m
& = Angulo de friccion interna según tabla para SM = 37
Ps = Según tabla N° SM = 2.00 Tn/m³
Pa = 1.45 Tn/m³
Ka = [ Tag (45 - &/2) ]² = 0.248583619889146
Pc = Peso especifico del concreto= 2400
H 1 = Espesor solado delantero = 0.70
Remplazando tenemos:
P1 = 4.58 Tn/m²
P2 = 1.25 Tn/m²
Ea = 2.04 Tn/m
Ya = H2 (2P1 + P2) / [ 3 (P1 + P2) ] = 0.595 m.
Ya = 0.595 m.
c. Empuje del solado delantero (Ec).
Ec = 0.5 (P + P1) H1
Donde, P = Pa H = 2.9 Tn/m².
Entonces :
Ec = 2.618
Yc = ( 2 H2 + H1 ) / 2 = 1.350 m.
d. Peralte del peso de la estructura (W).
El peso de la estructura , biene hacer el peso del barraje, para ello dividiremos en las partes como el numero de cordenadas que se calcularon para el diseñodel perfil y dicho barraje se ha dividido en 9 porciones y se ha calculado su centro de gravedad :
Con respecto a "O" X 2.36559884684473 = 3.20 m.Y 2.00069698349069 = 2.71 m.
0.160.32
A1
A2A3
A4A7
A6A5A8
A9 A10 A11A12
A13
5.92
1.140.27
0.32
0.39
0.71 1.19
3.42 2.50
2.50
1.90
0.30
0.40
0.40
0.42
Peso de la estructura para un metro de ancho de barraje :
W = 36.24696
e. Sub presion (Sp).
Sp = c Pa H L / 2
Donde : c = 0.2 (fines de diseño)H = 2L = 5.92
Sp = 1.184
Xsp = 2L/3 = Xsp = 3.95 m.
f. F. Sismo.
Componente horizontal del sismo.
Sh = 0.1 W = 3.624696
Componente Vertical del sismo.
Sv = 0.03 W = 1.0874088
Estas fuerzas actuan en el centro de gravedad de la estructura.
g. Empuje del agua debido a la aceleracion sismica.
La fuerza sismica en el agua y que se reparte en la estructura esta dada porla siguiente formula:
Ve =0.726 Pe y
Donde:Aumento de presion de agua en Lb/ pie² a cualquier elevacion debido alas oscilacionessismicas y se calcula por la siguiente formula:
Pe = C i Pa h
C = Coeficiente de distribucion de presiones.
y = Distancia vertical de la superficie del vaso a la elevacion en pies.Cm = Valor maximo de C para un talud constante.
En la superficie del agua:
y = 0 c = 0 Pe = 0 Me = 0
En el fondo del barraje
y = 2.00h = 2.00y/h = 1
C = Cm [ y (2 - y/h) + ( v (2 - y/h) / h )0.5 ] / 2
Para paramento vertical:
c = 0.73 Para un sismo de Intensidad VIII en laescala de Mercally (Zona 1, R.N.C.)La aceleracion sismica es el 32% de laaceleracion de la gravedad
i = 0.32Pa = 90.48 lb/pie³h = 6.56 pie
Remplazando :
Pe = 138.653 lb/ pie
Ve = 660.34323168 lb / pie
El momento de volteo será de:
Me = 0.29 Pe y²
Me = 1,730.35 lb - pie
En unidades metricas seria :
Ve = 0.982 Tn/mMe = 0.785 Tn - m
2. Analisis de estabilidad de agua.
La falla en la estructura puede ser por Volteo, deslizamiento y esfuerzos excesivos.
Debera preveerse que en el plano de desplante de la estructura solo tengan esfuerzos a compresion y que el suelo admita tracciones esto se logra cuando la resultante de las fuerzas actuantes corta al plano de la base en el tercio central
a. Ubicación de la Resultante (Xr)
Tomando momento respecto al punto "0"
Fh Ea Ec Sh Ve TOTALF horz (m) -2.9 -2.04 -2.618 -3.624696 -0.982 -12.166303267Brazo (m) 0.667 0.595 m. 1.350 m. 3.2001346416913Mot (m) -1.9343 -1.21486908899 -3.5343 -11.5995152352 -0.785 -19.0679843242
Xr = [ M(-) + M(+) ] / Fvert = 2.73 m. OK!Cae en el tercio central de toda la longitud
c. Excentrecidad (e)
e = L/2 - Xr = 0.07 m.
d. Estabilidad al volteo
F.S. = suma M (+) / suma M (-) > 1.5
F.S. = 10.627 OK!
e. Estabilidad al deslizamiento.
Fuerza resistente: Fr = u Fv u = Coeficiente de friccionentre el concreto y el terreno, según el
Fr = 19.2591844 proyecto u= 0.5 para grava.
Debe cumplir que Fr > Fh , caso contrario necesita undentellon, el cual con dimensiones antesoptadas
f. Calculo para hundimiento
þ = resistencia del terreno , según estudios de suelos del proyecto
þ = 1.2
Estos esfuerzos están dados por:
þ = [ Suma Fv ( 1 ± (6e / b) ) ] / (a b) a = 1b = 5.590 m.
þ1 = 0.73852413096381þ2 = 0.63965043898369
þ1 , se encuentra en el rango < 1.2 OK!
2 Diseño Estructural de los Pilares.
Tomaremos para efecto de análisi un pilar intermedio
L pilar = L barraje fijo + L poza amortiguadoraL pilar = 16.390 m. ,asumimos L= 16 m.E pilar = 0.70 m.Bordo Libre = f = 0.1 (v1 + d2 ) = 1.55asumimos bordo libre f = 2 m.Altura del pilar despues del resalto hidráulico = f + d2 , asumimos h = 6 m.
Losa de Operación (e= 0.65 m)
espesor del pilarPilar en sección más crítica
cambio de sección
altura del pilar despues del resalto
5.4605
2 m.
6.4057781443
4.8590610608116
16 m.
ANALISIS ESTRUCTURAL
Consideramos la sección más crítica del pilar es decir la parte que está expuesta al embalse del río.Hacemos el análisis de la sección por ancho unitario.
1.- Fuerza Hidrostática.
Fh = Pa * Vol
Fh = 5543.32
Yh = h/3 = 0.667
2.- Peso propio de la Estructura.
Aquí hay que resaltar que los pesos actuantes son el pilar ,la losa de operaciones y la sobrecarga debido al equipo que se instalará para efectos de control y mantenimiento.
Area h e Area W (Kg) xi yiLosa 0.65 1.449 0.94185 2260.44 0.65 5.7855Pilar 5.4605 0.35 1.911175 4586.82 0.65 2.73025
2.853025 6847.26
Axi AyiXc = 0.65 0.6122025 5.449073175
1.24226375 5.2179855437Yc = 3.74 Total 1.85446625 10.667058719
3. Fuerza de Sismo.
Sh = 0.10 W = 684.726
Sv = 0.03 W = 205.4178
4. Empuje de agua sobre la estructura
La fuerza sísmica en el agua y que se reparte en la estructura está dada porla siguiente fórmula:
Ve = 0.726 Pe y
Donde:Aumento de presión de agua en Lb/ pie² a cualquierelevación debido alas oscilaciones sísmicas y se calculapor la siguiente fórmula:
Pe = c T Pa h
C = Coeficiente de distribución de presiones.
C = Cm * [ y (2 - y/h) + ( v * (2 - y/h) / h )^0.5 ] / 2
y = Distancia vertical de la superficie del vaso a la elevación en pies.
Cm = Valor máximo de C para un talud constante.
En la superficie del agua:
y=0 c=0 Pe = 0 Me = 0
En el fondo del barraje
y = 2.00 mh = 2.00 m
y/h = 1.00
Para paramento vertical:
c = 0.73 Para un sismo de Intensidad VIII en laescala de Mercally (Zona 1, R.N.C.)La aceleración sísmica es el 32% de laaceleración de la gravedad
T = 0.32Kg/m³
Pa = 90.48 lb/pie³ = 1450.24h = 6.56 pie
Reemplazando :
Pe = 138.65 lb/ pieVe = 660.34 lb / pie
El momento de volteo será de:
Me = 0.29 * Pe * y²Me = 160.84 lb - pie
En unidades métricas seria :
Ve = 0.97853851238094 Tn/mMe = 0.02216561868883 Tn - m