INSTALACIÓN DE BOCATOMA Y MEJORAMIENTO CANAL COYORCO DISTRITO ASUNCIÓN - C DISEÑO DE BOCATOMA CON BARRAJE FIJO 1.0 CAUDALES Caudal máximo delrio para un periodo de retorno Qmax = 111.32 2.0 DISENO DE LA BOCATOMA 2.1 Características Hidráulicas en el río Longitud de barraje (B) 13.00 Cota en el cauce del río en 0+000 1696.00 Cota en el cauce del río en 0+022.50 (Co) 1695.00 Longitud del tramo del río 29.00 Pendiente en el río (S) 0.03448 Factor de rugosidad en el río 0.04500 2.1 Altura de Barraje (P) Según Mansen y Rosell la altura de barraje se determina con la siguiente Cc = Co + P = Co + (ho + h + 0.2 = 1696.20 = 0.20 ho = 0.70 h = 0.30 Longitud de barraje (B) 13.00 Cota canal en 0+000 1695.43 Cc = 1696.20 h 1695.70 P ho Co = 1695.00 2.2 Carga Sobre la Cresta del Vertedero (He) Qmax = He = siendo C = 0.81 Cd = 2.3919 He = 2.34 Hv He Hd Y P m³/seg ΔH ΔH Cd x L x He¹˙⁵ (Qmax / (Cd x L))¹⁄¹˙⁵ (2/3) (2g)¹⁄² C
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INSTALACIÓN DE BOCATOMA Y MEJORAMIENTO CANAL COYORCO DISTRITO ASUNCIÓN - CAJAMARCADISEÑO DE BOCATOMA CON BARRAJE FIJO
1.0 CAUDALESCaudal máximo delrio para un periodo de retorno de 20 años: Qmax = 111.32
2.0 DISENO DE LA BOCATOMA2.1 Características Hidráulicas en el río
Longitud de barraje (B) 13.00Cota en el cauce del río en 0+000 1696.00Cota en el cauce del río en 0+022.50 (Co) 1695.00Longitud del tramo del río 29.00Pendiente en el río (S) 0.03448Factor de rugosidad en el río 0.04500
2.1 Altura de Barraje (P)Según Mansen y Rosell la altura de barraje se determina con la siguiente fórmula:Cc = Co + P = Co + (ho + h + 0.20) = 1696.20
= 0.20ho = 0.70h = 0.30Longitud de barraje (B) 13.00Cota canal en 0+000 1695.43
Cc = 1696.20
h 1695.70P
ho Co = 1695.00
2.2 Carga Sobre la Cresta del Vertedero (He)Qmax =He = siendo C = 0.81Cd = 2.3919He = 2.34 m
HvHe
Hd
YP
m³/seg
ΔH
ΔH
Cd x L x He¹˙⁵(Qmax / (Cd x L))¹⁄¹˙⁵(2/3) (2g)¹⁄² C
2.3 Velocidad de Llegada (V)P + He = Y + HvHv = Q² / (2g x B² x Y²)P = = 1.20
1.20 + 2.34 = 3.54 = Y + Q² / (2g x B² x Y²) = Y + 3.737 /Y²Por tanteo Y = 3.17 → f(Y) = 3.542 OKHd = He - Hv 1.96831V = Q / (B x Y) 2.70
2.4 Forma del Perfil de la Cresta de Barraje VertederoComo el paramento del barraje es vertical, entonces:Xⁿ = k (Hd)ⁿˉ¹ Y donde: n = 1.85
Longitud de colchon discipador promedio 14.15 43.8356
Longitud de colchon discipador minimo 13.127 14.6119
Longitud de colchon discipador elegido 14.00
2.8 Cálculo del Tirante Aguas AbajoLa condición óptima:Y₂ = Yn + r Pocas veces se presenta, por lo que González y Mansen recomeindan:Yn+r =Yn = 3.41
2.9 Longitud de Cimentación y Control de FiltraciónH = N.A. Arriba - N.A. Abajo
= 1694.60N.A. Arriba = 1698.17N.A. Abajo = 1698.41H = (Aguas máximas) -0.24Según Krochin, considera la siguiente fórmula:LC = (1/3) + ≥ CL x H
= 6.50= 3.60
(1/3) + = 5.77CL = (Según tabla para gravas y arenas ) 3.50LC = 5.76667CL x H = -0.84→ 5.7667 ≥ -0.84 O.K.
2.10 Espesor del Solado o Colchón Disipador (t)Peso de la estructura (W) ≥ Supresión (Sp)
=Sp =c' = factor de subpresión para material permeable 1.00Sp = 0.50t = 0.28t = Redondeando 0.30
2.11 SifonamientoC = LC / H > Al valor de 3.5C = -24.09
-24.09 > 3.50 → La estructura desde el punto de vista hidráulicosí cumple con todas las condiciones.
Entonces se toma el valor de Lc de acuerdo al criterio del diseñador
1.15 Y₂
C₁C₀ + P + HdCn + Yn
∑ LH ∑ LV∑ LH∑ LV
∑ LH ∑ LV
δc x A x t δH₂O x A x Spω b c' (h + h' - (h/L)x
+
3.0 ESTRUCTURA PRINCIPAL DE LA TOMA3.1 Ventana de Captación
Cc = 1696.20
h 1695.70P
ho Co
FIGRA Nº 1Cota en el cauce del río (Co) 1695.00
= 0.70h = 0.30Q = 0.21En época de estiaje la ventana funciona como vertedero de cresta ancha; según Kractz y Mansen:L = longitud de la ventanaC = sin contracciones 1.84Q =h = altura de la ventana 0.30L = 0.688L = Redondeado 1.80Se toma una separación de barrotes igual a 0.2m y un ancho de barrotes de 0.10mn = 9Número de barrotes (N) es: 8El ancho total de la reja es:B = L + N*0.10 2.60
4.0 Profundidad de Socavación (Hs)Qr = 111.32Y = 3.54B = 13.00D = 8.00x = 0.351/(x+1) = 0.74µ = 0.98Por el método de LL. List. Van LevedievYs = 4.4045a = 0.047Hs = Y - Ys -0.863Hs = Redondeo 1.00
ΔH
h₀
C x L x h³⁄²
Q / (C x h³⁄²)
((aY / (0.68 D⁰˙² ß))^(1/(x+1))Q / (Y ⁄³ * B µ)
5.0 Enrocado de Protección o EscolleraAguas arriba del barraje y al final del colchón disipador, se colocará un enrocado (rip - rap), con el fin de reducir el efecto erosivo y contrarestar el arrastyre del material fino por acción de la fil-tración.Según Massen:Lt = C = 3.50 7.5171Lc = 0.9391Db = Cc - Cn 1.20Le = Lt - Lc 6.5779Le = Por seguridad 2.00
6.0 Muros de Protección y EncauzamientoSe recomienda que la cota de cimentación debe estar por debajo o igual a la profundidad desocavación.Pcimiento = 1.00
7.0 Desrripiador o Poza tranquilizadoraCálculo del ancho del desrripiadorQ = = 0.21
=S =En la figura Nº 2, se puede obtener los datos siguientes:H = 0.30 = 0.03Z = 0.29 h = 0.60
= 0.30 hn = 0.28Reemplazando datos:
= 2.99= -0.9
b = -0.471Tomamos: 2.60
Condiciones del vertedero sumergido< 0.70 → 9.6667 < 0.70 OK
h > → 0.60 > 0.03 OKLa gradiente necesaria para el canal de purga es:S = = 0.025
S x M₀ x b x H¹˙⁵M₀ (0.407 + 0.045xH/(H+Y₁)(1+0.285(H / (H + Y₁)²)(2g)⁰˙⁵
1.05 (1 - 0.2hn/Y₂)(Z/H)¹⁄³
Y₂
Y₁
M₀S₀
Q / (S M₀ H¹˙⁵
Z / Y₂Y₂
V² n² / R²⁄³
Y₂ Y₁
Q * n / S⁰˙⁵A⁵⁄³ / P²⁄³ (bY+ZY²)⁵⁄³ /(b+2Y(1+Z²)⁰˙⁵)²⁄³
DISEÑO ESTRUCTURAL DE BARRAJE - ALIVIADERO DE DEMASIAS
Datos necesarios para el cálculo :* Peso volumetrico del concreto = 2400 kg/m³
1.100
1400 kg/m³* Peso específico de agua infiltrada = 1000 kg/m³
Analisis de la estabilidad del aliviadero (agua a nivel de cresta.)
IDEALIZACION DE LASFUERZAS ACTUANTES
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*bZ = P = 1.20 mgwcs = 1400 kg/m³b = 1.00 m. Ew= 1008.00Ew = 1008.00 Kg
Punto de aplicación:Yh = Z/3 = 0.400 m.
Calculo de la Fuerza de subpresión.
Sx = (Hx - H*Lx/Lfn)*gw Donde: H = 2.340 mlfn = 2.164 mH/lfn = 1.081 m.
Analizando en los puntos indicados
* Resistencia del terreno st = kg/cm2
* Peso específico de agua con sedimentos (gwcs)=
W1 = Peso de la estructura.
O4
32
1
p
B
Fsp2
Fsp1
Yh
P=Z
Ew
Sv
Sh1
W1
Sv
Sh2
W2
Sv
Sh3
W3
ld d
O
Fsp2
Fsp1
Para el punto 02 se tiene: Para el punto 03 se tiene:Hx= H + P+ epd+add = 3.79 m. Hx = H + P + epd + add = 3.79 m.lh = 0.00 m. lh = (2-3) = 0.40 m.lv = (1-2) = 1.45 m. lv = (1-2) = 1.45 m.lx = 1.45 m. lx = 1.58 m.
3110.92 2909.04
Para el punto 04 se tiene: Para el punto p se tiene:Hx = H + P + epd = 2.79 m. Hx = H + P + epd = 2.79 m.lh = (2-3) = 0.40 m. lh = (2-3) + (4-p) = 2.00 m.lv = (1-2) + (3-4) = 2.45 m. lv = (1-2) + (3-4) = 2.45 m.lx = 2.58 m. lx = 3.12 m.
-4.19 -677.11
Momentos por subpresion: brazo 1 = ldd*0.5 + d
brazo 2 = d*0.5
Los momentos son con repsecto al punto "p".Elem. Sp Brazo (m) Momento (kg*m)
1 3009.98 1.80 5417.962 -136.26 0.80 -109.01
Calculo del peso de la estructura.
Donde. b = base mayora = base menorP/10 = 0.3540225583
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
Estabilidad a los esfuerzos excesivos, esfuerzos de compresion en la base.
La falla por esfuerzos excesivos deben ser menores que los admisibles.Resistencia del terreno (según lo indicado anteriormente) = 1.100 kg/cm2
Reemplazando: Esfuerzo 1 = 1.865 No Cumple Replantear
Esfuerzo 2 = 0.513 Cumple Ok
Sh3 =
Sv1 =
Sv2 =
Sv3 =
Ø = Dato asumido : Tabla I - Libro Diseño de Cimentaciones de Concreto Armado - ACI - Ing. Roberto Morales Morales
u =
Esfuerzo = [ ΣFv / b*(d+ld) ] * [ 1 ± 6e/(l+ld) ]
Kg/cm2.
Kg/cm2.
p
B
DISEÑO ESTRUCTURAL DE SISTEMA DE LA POSA DISIPADORA
Analisis de Subpresion de la bocatoma..
Calculo de la posicion de los lloradores.
Valores del coeficiente de Filtracion "C"Materiales Bligh Lane Komoy
Arena fina y limosas 15--18 7--8.50 8--10Arena muy fina Arenas comunes 9--12 5--6 6--7Arena de grano grueso Canto rodado, grava y arena 4--9 2.5--4 3--6Suelos arcillosos 6--7 1.6--3 3--6Cascajo con grava y arena 6--4 1.6--3 3--6
Calculo de la Longitud de filtracion necesaria "L"Lfn = C*HC = Valor del coeficiente de filtracion = 6.00 Según komoy
Datos:
Carga neta sobre el barraje Hd (m) 1.97
Altura de barraje P (m) 1.20
Tirante Yn (tirante del rio) Yn (m) 1.90
A = 13.00 Yn
RH = 13.00 Yn13.00
Q = 111.32S = 0.034n = 0.053
H = 0.361 m. -0.24Lfn = C*H = 2.164 m. -1.4360839
Calculo de la longitud compensada o de penetracion (Lp)
Según Lfn < Lcomp, significa que la longitud de filtracion necesaria < la longitud de filtracion compensada en posicion "d" de los lloradores o filtros:
add
epd
d
Q = 1/𝑛∗𝐴∗𝑅^(2⁄3)∗𝑆^(1⁄2) ∗∗( 〖 +2 𝑌〗 _𝑛 ) ̅�
Lcomp = lv + lh/3Donde: lh = ld + d
Por lo tanto: Lcomp = lv + (ldd + d)/3 Igualando: Lcomp = Lnec, se procede a calcular d:
d = 3*(Lnec - lv) - ldd
Despejando se obtiene:ldd = 2.000 m.lv = 0.000 m.d = 4.492 m.Se asume un d = 1.200 m.
Verificacion de la longitud de percolacion
Verificacion de la Longitud de filtracion necesaria según Lane:Se calcula una longitud de filtracion compensada la cual debera ser mayor que la longitud de filtracion necesaria.
Verificacion de la Longitud de filtracion necesaria considerando los lloraderos:
epd
8
7654
32
1
ldd
add
d ldp
lpd
Yn
adp
Lfc = 0.333*lh' + lv'
lh' = ldd + d = 3.60 m. lv' = (1-2) + (3-4) = 2.30 m. Mayor informacion (MPG-T)Lfc = 3.50 m.
Cumple Lfc > LfnCalculo del diagrama de la supresion.
Según el ing E. W. Lane: Sx = (Hx - H*Lx/Lfn)* gwDonde:
Hx = Profundidad de un punto cualquiera con respecto al punto 1H/Lfn = Carga perdida por unidad de longitud de filtracion necesaria.Lx = Longitud de filtracion compensada.
1000
Considerando constantes en la formula H y Lfn:H = 0.361 m.Lfn = 3.900 m.H / lfn = 0.092 m.
Para el punto 01 se tiene: Hx = H + P = 3.540 m.lh = 0.000 m.lv = 0.000 m.lx = 0.000 m.
Reemplazando se tiene: 3540.23
Para el punto 02 se tiene: Hx = H + P + add + epd = 4.84 m.lh = 0.00 m.lv = (1-2) = 1.30 m.lx = 1.30 m.
Reemplazando se tiene: 4720.00802
Para el punto 03 se tiene: Hx = H + P + (1-2) = 4.840 m.lh = (2-3) = 2.000 m.lv = (1-2) = 1.300 m.
Sx = Subpresio (kg/m2)
gw = Pesos especifico del agua = kg/m3
Sx = S1 = kg/m2
Sx = S2 = kg/m2
lhlv
8
76
54
32
1
ldd
add
epd
d ld
lpd
Yn
adp
Hx
H
H + P
lx = 1.967 m.
Reemplazando se tiene: 4658.35805
Para el punto 04 se tiene: Hx = H + P + epd = 3.840 m.lh = (2-3) = 2.000 m.lv = (1-2) + (3-4) = 2.300 m.lx = 2.967 m.
Reemplazando se tiene: 3565.883
Para el punto 05 se tiene: Hx = h+ P + epd = 3.840 m.lh = (2-3) + (4-5) = 3.2 m.lv = (1-2) + (3-4) = 2.300 m.lx = 3.367 m.
Reemplazando se tiene: 3528.893
Para el punto 06 se tiene: Hx = H + P + epd + adp = 4.840 m.lh = (2-3) + (4-5) = 3.200 m.lv = (1-2) + (3-4) +(5-6) = 3.300 m.lx = 4.367 m.
Reemplazando se tiene: 4436.418
Para el punto 07 se tiene: Hx = H + P + epd + adp = 4.840 m.lh = (2-3) + (4-5) + (6-7) = 3.200 m.lv = (1-2) + (3-4) + (5-6) = 4.300 m.lx = 5.367 m.
Reemplazando se tiene: 4343.94
Para el punto 08 se tiene: Hx = H + P = 3.540 m.lh = (2-3) + (4-5) + (6-7) = 3.200 m.
M= 13.036 Ton-mM(Tn-m) b (cm) d(cm) a (cm) As (cm²) As min p=As/bd n° Varilla Total Disposición13.04 100.00 25.00 3.489 14.83 5.00 0.0059 6 17.101 Ø 3/4 @ 0.17
En acero Horizontal se usará acero mínimo =
DIMENSIONAMIENTO DE LA ZAPATAHz = t2 + 5cm = 0.55 m h = hp + Hz = 2.60 m
*** B1 / h » FSD * (Ka * δs ) / (2* δc * f ) ======> B1 » 0.554 m
Usaremos B1 = 75.00 m
*** B2 / h » [ f *FSV / ( 3*FSD ) ] - (B1/2h) ======> B2 » -36.915 B2 min = Hz======> B2 = 0.55 m
Usaremos B2 = 0.55 m
VERIFICACION DE ESTABILIDADPi Pesos "P" Brazo "X" P * XP1 99.73 37.78 3767.15 0.50
P2 2.46 0.80 1.97
P3 171.052 38.30 6551.29
TOTAL= 273.238 10320.41
2.05 m*** FSD = Fh r / Fh a = 2.60 m
163.94Tn
Fh a = P = 1.04Tn P 1.04TnFSD = 158.133
OK! Es mayor al asumido 0.87 m0.55 m
*** FSV = M r / M a = 11486.182
OK! Es mayor al asumido 0.55 m 75.00 m0.50 m
PRESIONES SOBRE EL TERRENO
Xo = (Mr - Ma ) / suma P = 37.77 m B = 75.55 m
e = (B/2) - Xo = 0.00751984 B/6 = 12.59167
´e´ cae dentro del tercio central OK!
LUEGO :
q1 = (P/B) * (1 + 6e/B) = 0.36Kg/cm²
q2 = (P/B) * (1 - 6e/B) = 0.36Kg/cm²
q1 < qt Cumple OK! q1 q2
DISEÑO DE LA ZAPATA Ø 5/8 @ 0.20 m
0.55 m
ZAPATA 1 Ws
Ws = 2.3Tn/m²
Wpp = 1.3Tn/m²
W = 3.6Tn/m² Ø 5/8 @ 0.20 m
Recubrimiento = 0.075 m
Sin Carga
W max = 1.7*q1 - 0.9*Wpp = 4.96 Tn/m 3.6Tn/m²
Conservadoramente: 3.6Tn/m²
Mu = Wmax * L² / 2 = 0.75Tn-m qb= 3.61Tn/m²
Fh r = Σ P * f =
1
2 3
1 2
0.25 m
M (Tn-m) b (cm) d(cm) a (cm) As (cm²) p = As / bd n° Varilla Total Disposición
M= 13.036 Ton-mM(Tn-m) b (cm) d(cm) a (cm) As (cm²) As min p=As/bd n° Varilla Total Disposición13.04 100.00 25.00 3.489 14.83 5.00 0.0059 6 17.101 Ø 3/4 @ 0.17
En acero Horizontal se usará acero mínimo = Ø 1/2 @ 0.2
DIMENSIONAMIENTO DE LA ZAPATAHz = t2 + 5cm = 0.55 m h = hp + Hz = 2.45 m
*** B1 / h » FSD * (Ka * δs ) / (2* δc * f ) ======> B1 » 0.522 m
Usaremos B1 = 75.00 m
*** B2 / h » [ f *FSV / ( 3*FSD ) ] - (B1/2h) ======> B2 » -36.9488 B2 min = Hz======> B2 = 0.55 m
Usaremos B2 = 0.55 m
VERIFICACION DE ESTABILIDADPi Pesos "P" Brazo "X" P * XP1 99.73 37.78 3767.15 0.50
P2 2.28 0.80 1.82
P3 158.536 38.30 6071.93
TOTAL= 260.542 9840.90
1.90 m*** FSD = Fh r / Fh a = 2.45 m
156.33Tn
Fh a = P = 0.92Tn P 0.92TnFSD = 169.814
OK! Es mayor al asumido 0.82 m0.55 m
*** FSV = M r / M a = 13089.875
OK! Es mayor al asumido 0.55 m 75.00 m0.50 m
PRESIONES SOBRE EL TERRENO
Xo = (Mr - Ma ) / suma P = 37.77 m B = 75.55 m
e = (B/2) - Xo = 0.00699847 B/6 = 12.59167
´e´ cae dentro del tercio central OK!
LUEGO :
q1 = (P/B) * (1 + 6e/B) = 0.35Kg/cm²
q2 = (P/B) * (1 - 6e/B) = 0.34Kg/cm²
q1 < qt Cumple OK! q1 q2
DISEÑO DE LA ZAPATA Ø 5/8 @ 0.20 m
0.55 m
ZAPATA 1 Ws
Ws = 2.1Tn/m²
Wpp = 1.3Tn/m²
W = 3.4Tn/m² Ø 5/8 @ 0.20 m
Recubrimiento = 0.075 m
Sin Carga
W max = 1.7*q1 - 0.9*Wpp = 4.68 Tn/m 3.5Tn/m²
Conservadoramente: 3.4Tn/m²
Mu = Wmax * L² / 2 = 0.71Tn-m qb= 3.45Tn/m²
Fh r = Σ P * f =
1
2 3
1 2
0.25 m
M (Tn-m) b (cm) d(cm) a (cm) As (cm²) p = As / bd n° Varilla Total Disposición