1 DE 27 document.xlsx DISEÑO DE BOCATOMA DE LA CUENCA N° 1 1,- CARACTERÍSTICAS HDRÁULICAS PARA EL DISEÑO Caudal de captación Q cap = 3.09 m3/seg ok Caudal de máximas avenidas Q máx = 13.100 m3/seg ok Pendiente promedio del río S = 0.025 m/m ok Ancho del río b = 9.50 m ok Coeficiente de Manning: n = 0.055 CALCULAR CON LAS CARACTERISTICAS QUE TI periodo de Retorno t = 50.00 años ok CALCULO DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DEL RIO (n de Manning) No= 0.028 N1= 0 N2= 0.005 N3= 0.01 "==> n= 0.053 N4= 0.01 N5= 1 2,- ANÁLISIS HIDRÁULICO PARA MAXIMA AVENIDA Datos: Caudal máxima avenida Q máx = 13.100 m3/seg Pendiente del río S = 0.025 % Ancho del río b = 9.50 m Coeficiente de Manning n = 0.055 CONDICIONES CRITICAS: calculo del caudal por unidad de anc q= 1.379 m3/seg/m calculo del tirante critico Yc= 0.579 m Area critica Ac= 5.498 m2 perimetro critico Pc= 10.657 m radio critico Rc= 0.516 m velocidad critica Vc= 2.383 m/seg pendiente critica Sc= 0.042 m/m energia critica Ec= 0.868 froude F= 1 flujo critico PARA AVENIDA NORMAL: Apartir de la fórmula de Manning: V=1/n*b^(2/3)*S^(1/2) y Q=V*A Para una sección rectangular de máxima eficiencia se encuentra los datos siguientes: PROYECTO: CONSTRUCCION DE LA IRRIGACON ACOBAMBA n S R A Q 2 / 1 3 / 2 . ) ( ) . ( S yn yn B Q
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DISEÑO DE BOCATOMA DE LA CUENCA N° 1
1,- CARACTERÍSTICAS HDRÁULICAS PARA EL DISEÑO
Caudal de captación Q cap = 3.09 m3/seg ok
Caudal de máximas avenidas Q máx = 13.100 m3/seg ok
Pendiente promedio del río S = 0.025 m/m ok
Ancho del río b = 9.50 m ok
Coeficiente de Manning: n = 0.055 CALCULAR CON LAS CARACTERISTICAS QUE TIENES
periodo de Retorno t = 50.00 años ok
CALCULO DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DEL RIO (n de Manning)
No= 0.028
N1= 0
N2= 0.005
N3= 0.01 "==> n= 0.053
N4= 0.01
N5= 1
2,- ANÁLISIS HIDRÁULICO PARA MAXIMA AVENIDA
Datos:
Caudal máxima avenida Q máx = 13.100 m3/seg
Pendiente del río S = 0.025 %
Ancho del río b = 9.50 m
Coeficiente de Manning n = 0.055
CONDICIONES CRITICAS:
calculo del caudal por unidad de ancho q= 1.379 m3/seg/m
calculo del tirante critico Yc= 0.579 m
Area critica Ac= 5.498 m2
perimetro critico Pc= 10.657 m
radio critico Rc= 0.516 m
velocidad critica Vc= 2.383 m/seg
pendiente critica Sc= 0.042 m/m
energia critica Ec= 0.868
froude F= 1 flujo critico
PARA AVENIDA NORMAL:
Apartir de la fórmula de Manning: V=1/n*b^(2/3)*S^(1/2) y Q=V*A
Para una sección rectangular de máxima eficiencia se encuentra los datos siguientes:
A = B . yn
PROYECTO: CONSTRUCCION DE LA IRRIGACON ACOBAMBA
n
SRAQ
2/13/2.
2/13/2)2
().(
SynB
yn
n
ynBQ
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DISEÑO DE BOCATOMA DE LA CUENCA N° 1P = B + 2 ynR = (B . Yn)/(B+2yn)
RESOLVIENDO POR TANTEOS
4.557 4.559 Yn= 0.68 "==>ASUMIR Yn"rellenarr con el HICA
Tirante Yn = 0.68 m
Area A = 6.45 m2
Perímetro mojado Pm = 10.86 m
Radio Hidraúlico R = 0.59 m
Velocidad V = 2.03 m/seg
Número de Froude F = 0.79 flujo subcritico
3.- DISEÑO HIDRÁULICO DE LA ESTRUCTURA DEL BARRAJE FIJO
cuando nuestro caudal de captacion es
3Y 2.5Y 2Y
P= 2.037 1.6975 1.358
con lo cual se deduce que el valor de P= 1.358
3.1.- Altura de Carga en la Cresta del Barraje:
Q=C*L*Ho^(3/2) Donde: Q = Caudal máximo
C = Coeficiente de descarga
L = Longitud del río
Ho = Altura de sobre carga máxima sobre la cresta
Usando la fórmula de REHBOCK, se puede determinar el coeficiente de descarga asumiendo P y H
C´=(3,27+0,4*H/P)*0,55 y realizamos los siguientes aproximaciones:
P(m) Ho(m) "asumido" C Q(m3/s)
1.600 0.805 1.909 13.100 13.100 el 1.23 sale de una pequeña iteracion que se hace ps
1.601 0.810 1.910 13.23
1.602 0.815 1.910 13.35
1.603 0.820 1.911 13.48
1.604 0.825 1.912 13.61
1.605 0.830 1.912 13.73
1.606 0.835 1.913 13.87
1.607 0.840 1.913 13.99 Diseño:
1.608 0.845 1.914 14.12 P = 1.600 m
1.609 0.850 1.915 14.26 C = 1.909
1.610 0.855 1.915 14.38 H = 0.805 m
1.611 0.860 1.916 14.52
De los cálculos anteriores se conoce:
Yn = 0.679 m
P = 1.600 m
q = Q/L 1.379 m3/seg/m
V = 0.573 m/seg
Según el Ing° TSUGUO NOSAKI , una vez establecido un apropiado tirante "y" de agua en el canal de conducción, se ubicará el vertedero del barraje a una elevación sobre el fondo del rio igual a:
3y Cuando el caudal sea muy pequeño Q < 1.0 m3/seg
2.5y Cuando el caudal sea igual a Q = 1.0 m3/seg
2.0y Cuando el caudal sea mayor a Q > 10.0 m3/seg
En nuestro caso el caudal de ingreso o entrada es de 0.48 m3/seg., lo cual nos da un tirante de y =1.12m por ser el Q<1m3/seg. el barraje tendra una elevación de 3h. resultando:
2/13/2)2
().(
SynB
yn
n
ynBQ
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DISEÑO DE BOCATOMA DE LA CUENCA N° 1Para distintos valores de "P" se tiene el siguiente cuadro:
P(m) V(m/s) hv(m) Ho=Ho-hv
1.600 0.573 0.017 0.788
2.100 0.475 0.012 0.794
1.500 0.598 0.018 0.787
2.000 0.492 0.012 0.793
2.100 0.475 0.012 0.794
2.500 0.417 0.009 0.796
3.000 0.362 0.007 0.798
3.500 0.320 0.005 0.800
4.000 0.287 0.004 0.801
4.500 0.260 0.003 0.802
5.000 0.238 0.003 0.802
5.500 0.219 0.002 0.803
6.000 0.203 0.002 0.803
De los resultados podemos concluir que cuando se incrementa el valor de "P", "Ho" también
aumenta y la velocidad disminuye, el cual genera mayor curva de remanso por consiguiente el costo también será mayor.
Para la condición más crítica(compuertas cerradas) se tiene:
Y max = P + Ho Y max = 2.405 m
4,- CALCULO DE LA LONGITUD DEL ALIVIADERO Y DE LA COMPUERTA DE LIMPIA
Lc e Lb = Lf
Lr
Se recomienda que: Ac = Ab/10 Donde : Ac: Area de la compuerta
Lc = Lr/11 Ab: Area del aliviadero
e = Lc/4 Lr: Longitud del río (ancho)
Lc: Longitud de la compuerta móvil
e : Espesor del pilar.
Se tiene: Lr = 9.50 m
Lc = 0.86 m
Lc= 0.90 m colocar ya redondead ps
e = 0.23 m 0.25 (recomendado)
e = Lc/4 0.25 m colocar ya redondead ps
La longitud fija del aliviadero: Lf = Lr-Lc-e => Lf = 8.35 m
Corrección de la longitud efectiva:
Le=Lf-2*(n1*kp+n2*ka)*He
Longitud fija de la cresta Lf= 8.35 m
Número de pilares n1= 1.00
Número de estribos n2= 1.00
Coef. de contracción del pilar (forma del pilar) kp = 0.000
Coef. de contracción lateral por el muro (forma del estribo ka = 0.20
Carga de operación He = 0.805
Corrección de la longitud del aliviadero : Le = 8.028 Lf= 8.00 m
Corrección de la longitud para la limpia : Le = 0.578 Lf= 0.60 m
Espesor del pilar e= 0.25 m
Ac
Ab
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DISEÑO DE BOCATOMA DE LA CUENCA N° 1DISEÑO DEL BARRAJE DE ACUERDO A LAS LONGITUDES RECOMENDABLES
El caso más crítico se presenta cuando ocurre la máxima avenida y la compuerta de limpia
se encuentra cerrada, entonces el análisis se hará para los siguientes casos:
a) CUANDO LA COMPUERTA DE LIMPIA SE ENCUENTRA CERRADA
Se tiene los datos:
Qmax = 13.10 m3/seg
Le = 8.00 m
Fundamento: Ho = ?
Fórmula: Q=C*Le*K1*K2*K3*K4
El coeficiente de descarga "C" se hace por tanteos tomando las tablas de USBR:
1,- Tomando en cuenta la profundidad de llegada: P/Ho.....Co =
2,- Por efecto de cargas diferentes He/Ho=C/Co........K1
3,- Por efecto del paramento del talud aguas arriba K2
4,- Por efecto de interferencia del lavadero de aguas abajo (Hd+d)/Ho=(P+Ho)/Ho.......K3
5,- Efectos de sumergencia: Hd/Ho.........K4
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DISEÑO DE BOCATOMA DE LA CUENCA N° 1Para el problema se hace una serie de tanteos, hasta aproximarnos al Qmax, variando valores de "Ho"
P(m) Ho(m)
1.60 0.805 `==> ASUMIR
a.1) tomando en cuenta la profundidad de llegada
a.2) Por efecto de las cargas diferentes
a.3) Por efecto del talud del Paramento
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DISEÑO DE BOCATOMA DE LA CUENCA N° 1
a.4) Por efecto de interferencia aguas abajo
a.5) Por efecto de sumergencia
De los datos calculados se obtiene el siguiente resumen:
Con el cual se calcula:
1,- Para: P/Ho = 1.9876 Se tiene: Co = 3.880
2,- Para: Ho = He K1 = 1.00
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DISEÑO DE BOCATOMA DE LA CUENCA N° 13,- Para talud vertical aguas arriba: K2 = 1.00
4.- Para: (P+Ho)/Ho = 2.988 Del gráfico: K3 = 1.00
5,- Para: Hd/Ho = 1.00 Del gráfico: K4 = 1.00
Reemplazando valores: C = 3.88
El caudal será: Q=,55*C*Le*Ho^1,5 Q = 12.33 m3/s
b) CUANDO LA COMPUERTA DE LIMPIA SE ENCUENTRA ABIERTA:
Condición: Q max = Q aliviadero+Q limpia
PARA EL ALIVIADERO:
Se asume un Ho menor para cuando está cerrado: Ho= 0.830 asumido par que cumpla con la tabulacion ps
Siguiendo el proceso anterior se calcula:
1,- Para: P/Ho = 1.928 C = 3.930
2.- K1 = 1.00
3,- K2 = 1.00
4,- (Hd+do)/Ho = 1.00 K3 = 1.00
5.- Hd/Ho = 1.00 K4 = 1.00
Q aliviadero = 13.08 m3/seg
PARA LA LIMPIA:
La carga será: Ho´=P+Ho
P= 1.600 Ho= 0.830
Entonces Ho´= 2.430 P= 0
1,- P/Ho = 0 Co = 3.088 (PONER MINIMO SI LA RELACION ES CERO)
2,- K1 = 1.00
3,- K2 = 1.00
4.- (Hd+d)/Ho = K3 = 0.77
5,- Hd/Ho = K4 = 1.00
Q limpia = 2.97 m3/s
Q max = 16.05 m3/s
RESUMEN:
La carga más crítica es cuando la compuerta de limpia esta cerrrada, luego la altura de los muros de encausamiento será:
H muro = P + Ho crítico + h lib
P = 1.60 m
Ho crítico = 0.81 m
h lib = 0.20 m lo minimo que se coloca
H muro = 2.60 m
5.- DISEÑO DEL COLCHÓN DISIPADOR
Datos de diseño:
Q max = 13.10 m3/seg H = 0.79 m
Ho = 0.81 m Yn = 0.6790 m
P = 1.60 m Le = 8.00 m
Se sabe aguas arriba del aliviadero:
q=Q/Le 1.638 m3/seg/m
Vo= 0.573 m/seg
hv= 0.0170 m
H=Ho-hv 0.788 m
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DISEÑO DE BOCATOMA DE LA CUENCA N° 1Aplicando ecuación de energía en los puntos (0) y (1):