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UNI-FIC Diseo de Bocatomas (solo para uso acadmico)
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA
CIVIL
DEPARTAMENTO ACADEMICO DE HIDRULICA E HIDROLOGIA
CURSO HH-413-IRRIGACIN
DISEO DE BOCATOMAS
APUNTES DE CLASE
por
Ing. Alfredo Mansen Valderrama
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PROLOGO
Es un grato placer volver a escribir unas lneas sobre un tema
que al inicio fue abordado como curiosidad profesional y que en
este momento se ha vuelto un punto importante para mi desarrollo
profesional y ha causado que estemos elaborando un documento que
ser el inventario de las Bocatomas existentes en el Pas, donde
aparecern todo los datos referentes a fecha de estudios, de
construccin, quienes fueron los constructores y cual ha sido su
funcionamiento desde el punto de vista hidrulico y si son
necesarios ejecutar mejoras para garantizar la captacin de los
caudales de diseo. Es por este motivo que debido a la presin a
ansia de conocimiento que vienen ejercitando, los estudiantes de
lngeniera Civil de Ia Universidad Nacional de lngeniera, sobre los
profesores, en especial en el rea de Hidrulica o Hidrologa, me
siento obligado y con mucho gusto, a dictar el curso sobre
Estructuras de Derivacin, con el compromiso de que este pequeo
libro se vea prontamente incrementado con una descripcin terica de
cada tema y un clculo explicativo que permita a los usuarios
disponer de un elemento de consulta y no de un formulario.
Agradeciendo a la Promocin 93-Il Adolfo Fischer R. por e1 apoyo
desinteresado prestado en la elaboracin del texto del Curso, as
mismo, me enorgullece agradecer a dos distinguidos colegas, los
lngenieros German Vivar y Nicols De Pirola, quienes
desinteresadamente han volcado sus conocimientos en la parte de
Geotecnia e Hidrolgia, para que este curso, alcance el xito que sus
auspiciadotes desean en bien de la Ingeniera Hidrulica del Per.
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INDICE
1. DESARROLLO HISTORICO DE LAS BOCATOMAS 5
1.1 Bocatoma 5 1.2 Elementos Fundamentales a ser tomados en
cuenta previo al Diseo de las Bocatomas 7 1.2.1 Ubicacin 7
1 2 2 Topografa 8 1.2.3 Condiciones Ecolgicas y Geotcnicas 8
1.2.4 Informacin Hidrolgica 9 1.2.5 Condiciones Ecolgicas 9
1.2.6 Otros 9
2. ANLISIS Y TRATAMIENTO DE DATOS DE DESCARGA 10 2 1 Metodologa
de Clculo 10 2.1.1 Cuencas con registros 10
2.2 Anlisis de Mximas Avenidas 10 2.2.1 Distnbucin Gumbel 11
2.2.2 Distribucin Log-Pearson III 12 2.2.3 Ejemplos de Aplicacin 13
2.3 Caudal Medio 15 2.3.1 Curva de Duracin 15 2.3.2 Elaboracin de
una Curva de Duracin 15 2.3.3 Ejemplo de Aplicacin: Curva de
Duracin 15 2.4 Caudal Mnimo 16 2.4.1 Curva de Frecuencias Empricas
16 2.4.2 Curva de Distribucin de Probabilidades 17 3. DISEO
HIDRAULICO 3.1 Tipos de Bocatomas 19 3.2 Relacin entre la
Localizacin de la Estructura de Toma y la Presa de Derivacin 20 3.3
Condicin del Lecho de la Presa de Derivacin 20 3.3.1 Perforacin 20
3.3.2 Calicatas 21 3.3.3 Sondeos 21 3.3.4 Ensayos de Bombeo 23
3.3.5 Ensayos Sobre Pilotes 24 3 3.6 Movimiento del Lecho del Ri
Durante Ia poca de Avenidas 24
3.4 Determinacin del tipo de Cimentacin del Barraje Vertedero 24
3.5 Relacin entre el Barraje, Vertedero Fijo y el Mvil 24 3.6
Efecto del Remanso Causado en el Ri por Ia
Construccin del Barraje Vertedero 25 3.6.1 Mtodo del Paso
Directo 26 3.6.2 Mtodo Aproximado 27
3.7 Barraje Vertedero o Azud 27
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3.7.1 Altura del Barraje Vertedero 27 3.7.2 Forma de la Cresta
del Barraje Vertedero. 28
3. 8 Solado o Colchn Disipador 29 3.8.1 Longitud del Solado o
Colchn Disipador. 29 3.8.2 Espesor del solado o Colchn Disipador
32
3.9 Enrocado de Proteccin o Escollera 33 3.10 Control de
Infiltracin 34 3.11 Canal de Limpia 35
3.11.1 Velocidad requerida para el Canal de Limpia 35 3.11.2
Ancho del Canal de Limpia 36 3.11.3 Pendiente del Canal de Limpia
37
3.12 Toma o Captacin 37 3.12.1 Criterios Generales 37 3.12.2
Estructuras Componentes de la toma 38 3.12.2.1 Rejilla (Trash
Racks) 38 3.12.2.2 Ventana de Captacin. 39
3.12.2.3 Cmara de Decantacin o Desripiador 40 3.12.2.4 Compuerta
de Regulacin. 41 3.12.2.5 Transicin. 41 3.12.2.6 Estructuras de
Disipacin 42 3.12.2.7 Aliviaderos 42
3.13 Muros de Encauzamiento 42 3.14 Diques de Encauzamiento 43
3.14.1 Calculo del Tamao de Roca 44 3.15 Diseo de Compuerta de
Limpia Gruesa 46
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1. DESARROLLO HISTORICO DE LAS BOCATOMAS EN EL PERU Es
ampliamente conocida la vocacin hidrulica del poblador peruano a
travs del tiempo; muchas obras de irrigacin a lo largo de todo el
territorio atestiguan la calidad y funcionalidad de dichas obras,
entre ellas tenemos: El Canal de Achirana en lca, El Canal Huaca La
Cruz en Lambayeque, El sistema de regado en Nazca e lca, El
abastecimiento de agua a la ciudad del Cuzco y Machupicchu. As
podramos ampliar la lista anterior citando numerosos ejemplos de
obras hidrulicas; pero conviene hacer notar que en las pocas
pre-inca e inca son donde se construyen estas obras, entrando a un
oscurantismo en la poca colonial y en los inicios de la poca
republicana. Con la llegada del ingeniero Charles Sutton, la
Ingeniera Hidrulica en el Per retoma la senda del progreso; es en
esta poca que el ingeniero Sutton en compaa de jvenes ingenieros
peruanos (Mercado, Gngora, Lama, Gilardi, etc.) logran la concepcin
y en algunos casos la construccin de algunas obras hidrulicas
nuevas o complementarias que permitieron el incremento de la
frontera agrcola. Pero desgraciadamente nunca ha existido una
poltica de continuidad para la construccin de obras hidrulicas
proyectadas, sino que estas han continuado de estudio en estudio
buscando la rentabilidad de los proyectos, situacin no imposible de
lograr, pero si bastante difcil de conseguir en nuestro pas por las
razones ya conocidas (dificultades topogrficas, precios bajos de
los productos agrcolas, etc.) Por estas razones, y debido a la
falta de una poltica agraria de parte de nuestros gobernantes es
que, si se desarrollan proyectos, estos han sido ejecutados muy
espaciadamente. A raz de la presencia de las entidades crediticias
internacionales tales como: BIRF, BID, AID, etc., es cuando se
logra retomar una nueva etapa o repunte de la construccin de
pequeas, medianas y grandes irrigaciones y/o proyectos de
recuperacin de terrenos agrcolas afectados por salinidad o
empantamiento. Dentro de este contexto se han desarrollado los
proyectos de riego o mejoramiento de tierras, y en los cuales una
de las principales partes del proyecto ha sido la captacin del agua
desde la fuente del suministro. En este curso nos ocuparemos de
aquella captacin que se origina en un ri, en estas condiciones se
le conoce como bocatoma o estructura de captacin de cabecera y en
los textos en ingles se les denomina Headworks, Intakes, etc. 1.1
Bocatoma Se define as a la estructura que tiene finalidad de
derivar parte o el total del caudal que discurre en un ri, para
irrigar una rea bajo riego o generar energa mediante su utilizacin
en una central hidroelctrica. En este curso slo trataremos de
aquellas tomas que captan en forma directa las aguas del ri sin
ninguna estructura de almacenamiento; tipo presa. Realizando una
visin a travs del tiempo, desde un punto de vista tcnico, podemos
establecer tres etapas del desarrollo de la construccin de
bocatomas.
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a. Empleo de madera y piedras Ante las limitaciones de las
tcnicas de uso del concreto, manufactura del acero o generacin de
energa, se usaron la madera y piedras (caballos) como elementos
principales para la construccin de las bocatomas. Es conocido que
las bocatomas construidas de este modo son arrastradas y destruidas
durante la poca de avenidas a pesar de que se construyen tratando
de darle la menor resistencia al efecto erosivo del ri. (ver fig.1)
b. Empleo del acero y el concreto Esta etapa se caracteriza con la
aparicin de nuevas tcnicas de fabricacin del concreto y el acero,
as como la introduccin de la energa elctrica para la operacin y
construccin, haciendo posible la edificacin de vertederos rgidos
con mayor resistencia. Sin embargo, esto genera problemas de
roturas en los diques laterales, debido al impacto directo de las
aguas hacia ellos, tal como se indica en la fig.2 . Para prevenir
este problema se recomienda construir el vertedero en el ngulo
recto con respecto a la direccin del flujo, siendo la mayor parte
del cauce del ro cubierto por el vertedero o barraje. (fig.3)
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c. Empleo de maquinaria pesada La etapa ms reciente se
caracteriza con la aparicin de potentes maquinarias para la
construccin civil (retroexcavadoras, bulldozers, etc.) y el empleo
de nuevas tcnicas en ingeniera civil y en la comunicacin, los que
han permitido la construccin de cimentaciones que pueden alojar
compuertas de grandes luces que son accionadas por equipos con
sistemas elctricos o hidrulicos, recomendndose siempre la necesidad
de contar con un equipo auxiliar independiente para casos de
emergencia. Actualmente existen grandes luces de vertederos mviles
que son controlados con censores a control remoto que permiten un
manejo mas apropiado del caudal del ro que discurre a travs de la
bocatoma. (fig. 4) 1.2 Elementos Fundamentales a ser tomados en
cuenta previo al Diseo de Bocatomas Antes de iniciar el diseo de
una bocatoma, se debe examinar los siguientes aspectos: 1.2.1
Ubicacin Es de suma importancia la ubicacin de la bocatoma en el
cauce del ri, para la que se recomienda que el sitio elegido rena
por lo menos las siguientes condiciones: a. La direccin a ruta del
flujo de agua debe ser lo ms estabilizada o definida. b. La
captacin del agua a ser derivada debe ser posible an en tiempo de
estiaje. c. La entrada de sedimentos hacia el caudal de derivacin
debe ser limitado en el mximo posible.
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Un punto recomendable para cumplir las condiciones anteriores,
se encuentra ubicado inmediatamente aguas abajo del centro de la
parte cncava en los tramos curvos del ro (fig. 5) Lgicamente, este
punto estar condicionado a cumplir las condiciones topogrficas
(cota de captacin), condiciones geolgicas y geotcnicas, condiciones
sobre facilidades constructivas (disponibilidad de materiales),
evitar posibles inundaciones a daos a construcciones vecinas, etc.
Existe posibilidad de efectuar con una bocatoma con dos
captaciones, o sea que se va a regar utilizando una misma
estructura las dos mrgenes, en este caso se recomienda la ubicacin
del barraje estar en un tramo recta del ro. 1.2.2 Topografa
Definida la posible ubicacin, se realizarn los siguientes trabajos
topogrficos:
a. Levantamiento en planta del cauce del ro, entre 500m. a
1000m; tanto aguas arriba como aguas abajo del eje del barraje, la
escala recomendada es 1:2000.
b. Levantamiento localizado de la zona de ubicacin de la
bocatoma, se recomienda un rea de 100m. x 100m. como mnimo, la
escala no debe ser menor de 1:500.
c. Perfil longitudinal del ro, por lo menos 1000m, tanto aguas
arriba como aguas abajo del eje del barraje; la escala recomendada
es H = 1:2000 Y V = 1:200.
d. Secciones transversales del cauce del ro a cada 50m. en un
tramo comprendido 1000m. aguas arriba y 500m. aguas abajo del eje
del barraje; la escala variara entre 1:100 y 1:200.
1.2.3 Condiciones Geolgicas y Geotcnicas Es importante conocer
las condiciones geomorfolgicas, geolgicas y geotcnicas, ya que su
conocimiento permitir dimensionar en mayor seguridad la estructura;
por lo que
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se recomienda la obtencin de los siguientes datos como resultado
de los estudios geolgicos geotcnicos:
a. Curva de graduacin del material conformarte del lecho del ro
b. Seccin transversal que muestre la geologa de la zona de ubicacin
de la
bocatoma. c. Coeficiente de permeabilidad. d. Capacidad portante
e. Resultados sobre ensayos de hincado de pilotes tabla, estacas f.
Cantidad de sedimento que transporta el ro.
1.2.4 Informacin Hidrolgica Es de suma importancia conocer el
comportamiento hidrolgico del ro, ya que esto permitir garantizar
el caudal a derivar y as como definir el dimensionamiento de los
elementos conformantes de la bocatoma. Entre los datos a obtener
son:
a. Caudal del diseo para una avenida mxima. b. Caudales medios y
mnimos. c. Curva de caudal versus tirante en la zona del
barraje.
Es lgico suponer que, para el proyecto de riego de la zona que
va a servir la bocatoma, se ha ejecutado un estudio hidrolgico
detallado de las posibles fuentes de agua, por lo que se da por
descontado que existe un estudio hidrolgico sumamente detallado, y
que para nuestro caso, slo se usaran los datos anteriormente
recomendados. 1.2.5. Condiciones Ecolgicas Siempre toda construccin
en un ro causa alteracin del equilibrio ecolgico de la zona, sobre
todo en lo relacionado con la fauna. Es por esta razn que, se debe
tratar de no alterar dicho equilibrio mediante la construccin de
estructuras que compensen este desequilibrio causado por la
bocatoma; aunque debemos reconocer que, en nuestro pas estas
estructuras son de costo elevado y que siempre se tratan de obviar
por limitaciones presupustales; como por ejemplo la escalera de
peces y camarones. 1.2.6 Otros En este grupo se puede incluir las
limitaciones u obligaciones que se deben tener en cuenta para la
construccin de la bocatoma; estas son de orden legal, ya que,
mediante la bocatoma por efecto del remanso que se forma, podran
inundarse terrenos aledaos o construcciones anteriores (puentes,
caminos, etc.). Asimismo en algunos casos ser necesario pedir
autorizacin del Instituto Nacional de Cultura por la existencia de
restos arqueolgicos. Por este motivo, todo diseo se deber ser
previamente coordinado con todos los dems entes estatales y
particulares que estn relacionados de alguna manera con el ro donde
se va a construir la bocatoma, con el fin de evitar duplicidad o
generacin de problemas en proyectos similares por la construccin de
una estructura en el mismo cauce.
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2. ANLISIS Y TRATAMIENTO DE DATOS DE DESCARGA (En revisin por el
Dr. Julio Kuroiwa Zevallos).
El diseo de estructuras hidrulicas esta ntimamente ligado al
conocimiento de las descargas de un ro; en el caso de bocatomas
importa de manera especial la descarga mxima, el valor medio y los
valores mnimos; as como la ley de probabilidad de ocurrencia de los
mismos. Dependiendo de la magnitud de la obra a disear puede ser
tambin necesario conocer algunos elementos complementarios que
permitan adecuar la operacin de las estructuras al comportamiento
del cauce. El problema que comnmente enfrentamos en el pas es la
falta de un registro histrico extenso y consistente que permita
implementar las metodologas comnmente conocidas en el tratamiento
de la informacin, por lo que es importante considerar aquellas
metodologas que permitan inferir valores de diseo bajo estas
circunstancias. Conviene sealar que existen diversas metodologas
para el tratamiento de la informacin, las cuales no podrn ser
tratadas en el desarrollo del curso por la orientacin y naturaleza
del mismo. 2.1 Metodologa de clculo 2.1.1 Cuencas con Registros En
este caso podemos observar la posibilidad de que se disponga de
registros suficientes en la seccin de inters para el diseo, o que
la misma se halle a cierta distancia aguas arriba o abajo de la
seccin de control y por lo tanto muestre diferencias en cuanto a
valores de descargas con relacin a las disponibles. Como
consecuencia de esta diferencia entre secciones existir diferencias
de valores debidos al aporte diferencial, prdidas o usos de
terceros. 2.2 Anlisis de Mximas Avenidas Si disponemos suficiente
informacin, esto es una serie de registros de 15 aos a ms y
disponemos de un valor por cada ao, el procedimiento de clculo es
el convencional, esto es, el uso de una serie anual. Si no contamos
con esta informacin pero si de valores lo suficientemente altos en
ms de uno por ao podemos enfrentar el anlisis mediante una serie
parcial con la condicin bsica de que los valores sean
independientes, esto es, no correspondan a un mismo evento
meteorolgico. Otro aspecto a considerar es el hecho de que en las
cuencas tpicas de los andes, la pendiente, cobertura vegetal,
longitud de cauce y morfologa, hacen posible una diferencia
significativa entre el caudal medio diario y el caudal mximo
instantneo: par lo que muchos casos es conveniente y necesario
realizar una corriente que permita ajustar el diseo a las
condiciones ms severas. La serie anual a parcial se ajusta luego a
cualquiera de las funciones tericas de probabilidad ms conocida
entre ellas: - Gumbel - Log-Pearson Ill
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- Log-Normal II y Ill 2.2.1 Distribucin GUMBEL Se define a
partir de las ecuaciones: -w -e P [Q < Qol =1- (e) (2.1) Donde:
W = (Qi - Qm + O.45 ) / (O.7797 ) (2.2) T =1/F (2.3) Donde: P [Q
Qo] : Probabilidad de ocurrencia de una avenida Q menor 0 igual que
Qo. T : Perodo de retorno del evento F : Frecuencia de ocurrencia
del evento. Qm : Media de la serie de avenidas Qi : Avenida del ao
: Desviacin estndar e : Base de logaritmo neperiano. El
procedimiento de ajuste a la ley de Gumbel de una serie de avenidas
observadas Qi se puede resumir en: a) Seleccionar de cada serie
anual disponible de caudales medios diarios o instantneos un valor
mximo y formar de esta manera la serie Qi de avenidas de extensin
N. b) Calcular las estadsticas correspondientes: Media, Desviacin
estndar, coeficiente de asimetra. Qm = Qi / N (2.4) = [ (Qi - Qm)2
/ (N - 1)]1/2 (2.5) c) Ordenar de mayor a menor asignando las
correspondientes frecuencias segn el criterio Weibull: F = rn/(N+1)
(2.6) Donde m : nmero de orden, siendo m = 1 para la mayor avenida
de la serie Qi y m = N correspondiente a la menor avenida.
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N : nmero total de datos de avenida. F : P[Q Qo] d) Hallar la
funcin terica de Gumbell segn las expresiones tericas dadas por
(2.1)y (2.2), previa correccin por la longitud de registro.
Calcular para valores de T y graficar la lnea terica en el papel de
distribucin. Extrema (GUMBELL). e) En el papel Gumbell y sobre la
recta de la distribucin dibujada hallar los Qmax correspondientes a
distintos periodos de retorno de inters. Esto tambin se puede hacer
directamente con la formula: QT = Qm - o.{O.45 + O.7797 Ln [LnT -
Ln (T-1)]} (2.7) Donde: QT : avenida correspondiente a periodo de
retorno T. 2.2.2 Distribucin LOG-PEARSON Ill Se define a partir de
La ecuacin: Log QT = Log Q + K. LogQ (2.8) En donde: QT : Mxima
avenida correspondiente al periodo de retorno T. Log Q : Promedio
de los logaritmos de la serie Qi, siendo: Log Q = Log Qi /N (2.9)
LogQ : desviacin estndar de los logaritmos de la serie Qi, cuya
frmula es: LogQ = [ (Log Qi - Log Q )2 / (N-1) ]1/2 (2,10) K :
factor de frecuencia correspondiente a un T dato. Este factor se
obtiene de Ia tabla 1 mediante el coeficiente de sesgo (Cs). Tener
en cuenta K = f1 (P,Cs) K = f2 (T,Cs). El coeficiente de sesgo se
calcula mediante la formula: CS logO = {N x ( Log Qi Log Q )3}/ {
(N-1) . (N-2) . 3 LogQ (2.11) El coeficiente de sesgo Cs utilizado
es el corregido de acuerdo a la longitud del registro segn: Csc =
Cs. (1 +(6 /N) ) (2.12) AQUI VA LA TABLA 1
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Se grfica los puntos tericos (mnimo 3); se ajusta la lnea sobre
el conjunto de puntos observados de la relacin caudal mximo (Qmax)
vs ProbabiIidad (1 -(m/N+1)). 2.2.3 Ejemplos de Aplicacin a.
Distribucin GUMBELL Se dispone de la serie de descargas mximas del
ro Fortaleza en la estacin Alpas durante el periodo de 1956 a 1975,
es decir N = 20 aos. En la tabia 2 se muestra la serie. En la
columna (3) se ha ordenado estos valores de mayor a menor. En la
columna (4) se anota m con m = 1 para la mayor descarga. Igualmente
en a columna (5) se anota el perodo de retorno T calculado segn: T
= (N +1)/m (2.13) Los parmetros media y desviacin estndar
calculados son: Qm = 253.683 m3/s, = 90.879 m3/s El clculo por
ejemplo para cada 4 periodos de retorno: T = 10, 50, 100 y 200 se
hace aplicando la ecuacin (2.7) Los caudales calculados para los
periodos de retorno se dan en la tabia 3. La recta de la funcin
terica se trata en papel Gumbel (Log-probabilstica) empleando
parejas de QT vs T, tal como muestra el grafico 1. En Ia columna
(6) de la labia 2 se muestra la frecuencia segn: F=1- 1/T (2.14) El
grfico 2 muestra la funcin ploteada.
1 2 3 4 5 6 Fecha Caudal Orden
Descendente N de Orden
Perodo Retorno
Frecuencia (excd)
1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962
333.0 244.8 287.1 356.6 379.5 406.2 413.3
413.5 406.2 379.5 356.6 333.0 305.4 295.6
1 2 3 4 5 6 7
21.000 10.500 7.000 5.250 4.200 3.500 3.000
95.2 90.5 85.7 81.0 76.2 71.4 66.7
QT = Qm . { 0.45 + 0.7797 Ln [ Ln T Ln (T 1) ]}
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1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974
1975
200.9 142.6 204.7 145.8 305.4 115.0 159.1 295.6 238.7 223.5
214.0 252.8 154.7
287.1 252.9 244.8 238.7 223.5 214.0 204.7 200.9 159.1 154.7
145.8 142.6 115.1
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
2.625 2.330 2.100 1.909 1.750 1.615 1.500 1.400 1.313 1.235
1.167 1.105 1.050
61.9 57.1 52.4 47.6 42.9 38.1 33.3 28.6 23.8 19.0 14.3 9.5
4.8
d) Distribucin LOG-PEARSON III En la misma serie del ro
Fortaleza, estacin Alpas se aplica la funcin Log-Pearson III. De
acuerdo a las ecuaciones (2.8), (2.10) y (2.11) se tiene que los
parmetros son: Log QT = 2.46016 , Log Q = 0.1844 , Cs LogQ =
-1.4694 Los clculos efectuados aparecen tabulados en la tabla 4. De
modo que la ecuacin final es: Log QT = 2.46016 + 0.1844 k
Utilizando la tabla 1 se deducen las parejas Cs (Coeficiente de
sesgo) y K para valores de T dados. Por ejemplo si deseamos
calcular K para T = 10, 50, 100, 200 aos se tienen los resultados
en la tabla 5 utilizando la ecuacin 2.15
T QT (m3/s) 10 50 100 200
372.2 489.2 538.7 588.0
Qi LogQi (LogQi-LogQ)2 (LogQi-LogQ)3 F(exed)
413.5 406.2 379.5 356.6 333.0 305.4 295.6 287.1 252.9 244.8
238.7 223.5
2.616 2.609 2.579 2.552 2.552 2.485 2.471 2.458 2.403 2.389
2.378 2.349
0.0244 0.0221 0.0142 0.0085 0.0039 0.0006 0.0001 0.0000 0.0033
0.0051 0.0068 0.0123
0.0038 0.0033 0.0017 0.0008 0.0002 0.0000 0.0000 0.0000 -0.0002
-0.0004 -0.0006 -0.0014
4.8 9.5 14.3 19.0 23.8 28.6 33.3 38.1 42.9 47.6 52.4 57.1
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214.0 204.7 200.9 159.1 154.7 145.8 142.6 115.1
2.330 2.311 2.303 2.202 2.189 2.164 2.154 2.061
0.0168 0.0222 0.0247 0.0668 0.0733 0.0879 0.0937 0.1593
-0.0022 -0.0033 -0.0039 -0.0173 -0.0198 -0.0260 -0.0287
-0.0636
61.9 66.7 71.4 76.2 81.0 85.7 90.5 95.2
T Cs K QT 10 50 100 200
-1.4694 -1.4694 -1.4694 -1.4694
1.0247 1.2700 1.3180 1.3510
445.774 494.707 404.893 512.017
2.3 Caudal Medio 2.3.1 Curva de Duracin Una forma muy usual de
representar la distribucin de valores de caudales es mediante la
curva duracin. Esta curva muestra el porcentaje de tiempo que un
especificado caudal fue igualado o excedido durante el periodo de
anlisis o registro. Si el periodo es largo la curva se aproxima a
la distribucin de probabilidades de la variable. Estadsticamente la
curva de duracin no es ms que una curva de frecuencia acumulada de
una serie de tiempo continua, mostrando la duracin relativa de
varias magnitudes. Es importante mencionar que la pendiente de esta
curva depende grandemente del periodo de observacin analizado.
2.3.2 Elaboracin de una Curva de Duracin a. Ordenar los caudales
medios (anuales, mensuales o diarios en forma decreciente, tal que
m = 1 corresponde al mximo valor y m = N el valor mnimo. b. Contar
el nmero de veces que una magnitud de caudal dada es igualada o
excedido. c. Calcular el porcentaje de tiempo correspondiente,
mediante: P = (m/n) x 100 (2.16) d. Plotear en papel semi-log
caudal vs P (Q Q0) 2.3.3 Ejemplo de Aplicacin: Curva de Duracin Se
muestran los caudales medios anuales del ro Chicama en la estacin
Salinas para el perodo 55/56 - 74/75, es decir N = 20 aos.
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En la tabla 6 se muestran los clculos para la elaboracin de la
curva de duracin. En el grfico 3 se ha ploteado caudal medio vs
probabilidad.
FECHA Q(m3/s) (*)
Q en orden decreciente
m P(Q=Qo)*100
1955/56 1955/56 1955/56 1955/56 1955/56 1955/56 1955/56 1955/56
1955/56 1955/56 1955/56 1955/56 1955/56 1955/56 1955/56 1955/56
1955/56 1955/56 1955/56 1974/75
32.9 34.3 21.4 22.0 20.0 16.3 32.0 17.8 24.2 23.6 12.5 32.7 4.6
11.7 15.6 30.5 35.0 44.0 21.2 33.4
44.0 35.0 34.3 33.4 32.9 32.7 32.0 30.5 24.2 23.6 22.0 21.4 21.0
20.0 17.8 16.3 15.6 12.5 11.7 4.6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
(*) Caudales medios anuales medidos 2.4 Caudal Mnimo 2.4.1 Curva
de Frecuencias Empricas El procedimiento para elaborar una curva de
probabilidades emprica es el siguiente:
a. Seleccionar los valores de Q tomando el mnimo valor de la
serie caudal mnimo anual.
b. Ordenar los valores Q en forma decreciente. c. Calcular la
probabilidad mediante la formula: Pm = m / (N +1) (2.17) Donde: m:
orden N: nmero total de aos Pm:P[Q Q0] d. Calcular el periodo de
retorno Tm mediante la siguiente frmula: Tm = 1 / (1+Pm) (2.18)
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e. Plotear en papel aritmtico los valores de Qm vs Pm o Tm o
ambos, para el m = 1........... N. Dibujar una curva suave para los
datos ploteados. 2.4.2 Curva de Distribucin de Probabilidades Pare
caudales mnimos se pueden usar funciones tericas como Gumbel, Log
Normal 2, Log Normal 3, Gamma 2, entre otras. Por ser una de las
mas empleadas, seguidamente se describe la distribucin de Gumbel
para mnimos. Sea la ecuacin: Y = E + (O - E).ewL (2.19) En donde: E
: valor de la sequa mnima 0 : valor de la sequa caracterstica
(valor de Q cuando w = 0). Y: probabilidad de que un caudal mnimo
sea igualado o excedido, calculada por la
siguiente formula: Y = P[Q Q0] = m / (N-1) (2.20) Y est
relacionado con el periodo de retorno T mediante la frmula T = 1/(1
- ( m / (N+1) ) ) (2.21) La solucin de la ecuacin (2.19) se logra
estimando valores para los parmetros E, 0 y L. El procedimiento es
el siguiente: a. Calcular promedio Qm y (desviacin estndar) de la
serie de mnimos segn: Qm = Q1 / N (2.22) = ( (Q - Qm)2 / (N -1)
)1/2 (2.23) b. Identificacin de sequa mnima observada Q1 c.
Estimacin de TN segn: TN = (Qm Q1) / (2.24) d. Clculo de parmetro L
en funcin de TN y N. Empleando el grfico 4, entrar con TN y N, y
hallar eI valor de L. e. Calcular el valor de E con la ecuacin: E =
Q1 (Qm Y1) / NL 1) (2.25)
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f. Calcular 0 segn: O = Qm E / (T(1+L) - E) (2.26) Donde, T:
Funcin Gamma que aparece en la tabla 7
g. Resolver la ecuacin (2.19) para diferentes valores W. h.
Plotear en papel Gumbel de mnimas los valores Y vs W
2.4.2.1 Caso cuando E = 0
a. Estimar media y desviacin estndar: Qm ,. b. Calcular valor de
L en el grfico A entrando con valor Qm / c. Calcular 0 con la
ecuacin:
q = Qm / T(l+L) (2.27) d. Resolver Y para diferentes valores de
W segn ecuacin: Y = q x ew.L (2.28) e. Plotear en papel Gumbel de
mnimas los valores de Y vs W. 3. DISENO HIDRAULICO Es conveniente,
antes de comenzar a detallar los criterios ms difundidos sobre
diseo de bocatomas, precisar sobre la necesidad, tipos y partes que
componen la bocatoma. Es comn que los terrenos potencialmente a ser
irrigados en un valle, se encuentran a considerable distancia del
cauce del ro de donde se pretende obtener el agua, o en algunos
casos se trate de terrenos de cota relativamente alta con respecto
al nivel del agua en el ro. En consecuencia es necesario remontar
el ro con la finalidad de encontrar un lugar apropiado
topogrficamente que permita el riego de dichos terrenos, situacin
no siempre fcil de encontrar, ya que podra ser que topogrficamente
sea factible, pero que geolgicamente o de facilidad constructiva no
sea lo apropiado; por lo que a veces es necesario formar la carga
hidrulica mediante la construccin de una presa de derivacin que
permita elevar el nivel de Ia superficie del agua en el ro a fin de
que sea posible captar parte del caudal del ro en forma oportuna y
eficiente. (ver figura 6)
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3.1 Tipos de Bocatomas En lo referente a los tipos de bocatomas,
podemos clasificar en 4, a saber: a. Toma directa Se trata de una
toma que capta directamente mediante un canal lateral, que por lo
general es un brazo fijo del ro que permite discurrir un caudal
mayor que el que se va a captar. Su mayor ventaja es que no se
necesita construir un barraje o azud que por lo general constituye
una de las partes de mayor costo. Sin embargo; tiene desventaja de
ser obstruida fcilmente en poca de crecidas, adems permite el
ingreso de sedimentos hacia el canal de derivacin. b. Toma Mixta o
Convencional Se trata de una toma que realiza la captacin mediante
el cierre del ro con una estructura llamada azud o presa de
derivacin, el cual puede ser fija o mvil dependiendo del tipo del
material usado. Ser fija cuando se utiliza un elemento rgido, por
lo general concreto, y ser mvil cuando se utilizan compuertas de
acero o madera. La captacin en ese tipo de bocatomas se realiza por
medio de una ventana que puede funcionar como orificio o vertedero
dependiendo del tirante en el ro. c. Toma Mvil Se llama as aquella
toma que para crear la carga hidrulica se vale de un barraje mvil.
Son tomas que por la variacin de niveles en forma muy marcada entre
la poca de estiaje y avenida, necesitan disponer de un barraje
relativamente bajo, pero que para poder captar el caudal deseado
necesitan de compuertas que le den la cota a nivel de agua
adecuado. A los barrajes con compuertas que permiten el paso del
caudal de avenida a travs de ellos se les conoce como barraje mvil.
Su principal ventaja es que permite el paso de los materiales de
arrastre por encima de la cresta del barraje vertedero o azud. d.
Toma Tirolesa o Caucasiana Son tomas cuyas estructuras de captacin
se encuentran dentro de la seccin del azud, en un espacio dejado en
l, protegido por una rejilla que impide el ingreso de materiales
gruesos. Estas tomas no son recomendables en ros donde el arrastre
de sedimentos es intenso, ye que podran causar rpida obstruccin de
las rejillas. Conviene comentar que la gran mayora de ros del Per
son muy jvenes y arrastran gran cantidad de sedimentos en pocas de
crecidas, por lo que la construccin de estas tomas debe ser donde
las condiciones lo favorezcan. Para concluir el tipo de bocatoma ms
recomendable para realizar la captacin de un caudal determinado
previamente, depende de la altura del vertedero, de las
condiciones
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de la cimentacin, del flujo en el ro, remanso aguas arriba, de
la disponibilidad de los materiales de construccin y del monto del
dinero asignado pare Ia ejecucin de la obra. 3.2 Relacin entre la
Localizacin de la Estructura de Toma y Ia Presa de
Derivacin Bsicamente la ubicacin de la estructura de toma
(Intake) est orientado en funcin del sedimento de arrastre que trae
el ro, ya que ste puede ingresar al canal o depositarse delante de
la toma. Por esta razn es que Ia captacin debe ubicarse en un lugar
donde los sedimentos puedan ser arrastrados por el flujo del ro y
si hay posibilidad de ingreso de sedimentos hacia el canal sta debe
ser lo mnimo posible. De este modo, en un tramo recto del ro, la
toma debe estar inmediatamente aguas arriba del eje de la presa de
derivacin, formando un ngulo entre 60o y 90o. Asimismo se
recomienda, de ser posible, que el eje de la toma forme un ngulo de
20o a 30o con respecto al ro. Si se tiene que colocar la toma en
tramos curvos, como ya se ha explicado anteriormente, debe estar en
la zona cncava, ya que es la parte donde los sedimentos son en
menor cantidad. 3.3 Condicin del Lecho de la Presa de Derivacin Es
muy importante investigar el sub-suelo donde se apoyar la presa, ya
que el conocimiento de ste permitir fijar el tipo de estructura y
sus condiciones apropiadas en el diseo. La investigacin del
sub-suelo debe estar orientada a satisfacer las necesidades de
determinacin de la capacidad admisible de carga y de evaluacin de
la erodibilidad del lecho. Complementariamente, es importante
mencionar otros aspectos geolgicos- geotcnicos a tener en cuenta al
proyectar obras hidrulicas: su ubicacin en zonas con riesgos de
falla por fenmenos de geodinmica externa y los criterios de
exploracin y explotacin de canteras que proveern los materiales
(agregados, rellenos, afirmados, etc.), necesarios para la ejecucin
de las obras. La investigacin del sub-suelo hecha por mtodos
directos o indirectos. Los siguientes son los mtodos directos
usados con fines de exploracin del sub-suelo: 3.3.1 Perforacin
Permite identificar et tipo de materiales que conforman el lecho,
determinar Ia estructura del subsuelo y obtener muestras para
ensayos de mecnica de suelos. El tipo, longitud y nmero de
perforaciones variar de acuerdo al criterio del especialista, pero
por lo menos deben ejecutarse perforaciones en el eje del
barraje
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vertedero, aguas abajo y aguas arriba del eje de las compuertas
de limpia, en el colchn disipador y en los tramos laterales. El
objetivo de Ia perforacin es la toma de muestras alteradas o
inalteradas dependiendo de los materiales y la ejecucin de ensayos
in situ. 3.3.2 Calicatas Permiten una visualizacin directa de los
estratos y del lecho del ro, asimismo se pueden obtener muestras
para ensayos y determinacin de la Capacidad Portante del terreno.
Se le considera el mtodo ms apropiado, pese a las limitaciones
obvias que presentan la necesidad de entibado y bombeo, as como la
bolonera de gran tamao, normalmente presente en los lechos de los
ros. 3.3.3 Sondeos a. Ensayo de Penetracin Standard (SPT) Debido a
su simplicidad su uso est muy difundido. Normalmente se le usa con
una perforadora rotatoria para atravesar los estratos gravosos en
los que el SPT es inoperante. Consiste de un tubo de 51 mm de
dimetro externo, el cual est unido a una sarta de varillas. El tubo
tiene dos secciones (tipo caa partida) y es usado para tomar
muestras, ya que es golpeado contra el suelo para obligarlo a
penetrar en l mediante una pesa de 63.5 kg. la cual cae desde una
altura de 75 cm. a lo largo de un eje gua. Por el nmero de golpes
requerido para hacer penetrar el tubo a una profundidad de 30 cm.
se puede estimar la densidad del terreno Terzaghi-Peck recomiendan
lo siguiente:
Material Nmero de golpes / pie
Densidad del espcimen
ARENA
0 4 4 - 10
10 30 30 50 + de 50
Extremadamente suelto Suelto Medio Denso Extremadamente
denso
Material Nmero de
golpes / pie Consistencia
0 2 2 - 4 4 6 6 15 15 30 > 50
Extremadamente suelto Suave Normal Duro Extremadamente duro
Pam
El SPT es muy seguro cuando se trata de suelos arenosos, pero
para arcillas se debe usar el criterio de la resistencia a la
comprensin de una muestra no confinada; por lo que se recomienda
seguir el siguiente criterio de Bureau of Reclamation:
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CLASIFICACIN N (golpes / pie) Excelente Bueno Aceptable
Pobre
25 o ms 15 - 25 10 15 < 10
En caso de suelo arenoso muy fino sumergido, la presencia de
agua es considerada y N debe ser corregido por la siguiente
relacin: N = (N + 15) * 0.5 El valor de N permitir precisar valores
tiles para el diseo de la cimentacin, como por ejemplo el ngulo de
friccin, por lo que se recomienda medir el N al mismo tiempo de la
perforacin. A continuacin se dan algunos parmetros obtenidos a
partir de N, segn las especificaciones japonesas para puentes y
carreteras: Cohesin para Suelos Arcillosos C (Kg/cms2)
Angulo de Friccin Interna para suelos Arenosos f
Modulo de Elasticidad E (Kg/cms2)
Velocidad de la Onda S Vs (m/seg)
0.6 1.0N (15N)0.5 + 15 25 N
Suelo arcilloso: 100N1/3 1 N 25 Suelo arenoso: 80N1/3 1 N 50
b. Ensayo con el Penetrmetro Dinmico Ligero (PDL) Se utiliza en
suelos arenosos, limosos a arcillosos. Como en el caso del SPT, no
es aplicable a suelos gravosos ni rocas. Consiste en introducir una
punta cnica a 60o de dimetros diferentes dentro del terreno
mediante la cada de una masa de 10 Kgs. corriendo por una gua hasta
un cabezal desde una altura de 50 cms. El impacto es transmitido al
cono mediante una sarta de varillas. Puede ser operada por dos
hombres y un tercero que anote el nmero de golpes para introducir
el cono 10 cms. dentro del terreno. Esta prueba correlaciona
bastante bien con el SPT hasta una profundidad mxima de 5 mts.,
para suelos arenosos finos. En otros tipos de suelo hay necesidad
de emplear cortes de calibracin para corregir los valores de n
medidos respecto de N del SPT. Esta prueba est avalada por Ia Norma
Alemana DIN 4094 por lo que tambin se le denomina Penetrmetro
Alemn. c. Ensayos de Carga
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No estn considerados dentro de las pruebas rutinarias y slo se
efectan cuando es necesario verificar un valor asumido o establecer
una diferencia. Consisten en aplicar una carga al terreno mediante
un plato de acero de 30, 60 o75 cms. de dimetro, la que se
incrementa gradualmente. La velocidad de la variacin de Ia carga,
el tiempo y el asentamiento del suelo se van registrando para
analizarlos mediante frmulas empricas. Los mtodos indirectos o de
prospeccin geofsica, pueden ser ssmicos o elctricos. En los
primeros se hace explotar una carga que depende de la profundidad a
la que se quiere investigar, unindose la velocidad de las ondas
mediante gefonos conectados a un sismgrafo, el cual puede registrar
y memorizar la seal para luego ser analizada. El segundo mtodo de
prospeccin geofsica generalmente se utiliza para determinarla la
profundidad del nivel fretico. En algunos casos es conveniente
combinar los mtodos directos e indirectos de investigacin del
sub-suelo con el objeto de obtener informacin confiable En Ia tabla
adjunta se consignan algunos valores de la Presin Admisible para
suelos y rocas segn diferentes cdigos y autores, los cuales debern
usarse con criterio geotcnico, o mejor an, con la asistencia tcnica
de un especialista. 3.3.4 Ensayos de Bombeo El mtodo de construir
una cimentacin es a menudo decidido por la posibilidad de drenaje,
ya que este a veces determina si se usar una estructura superficial
o profunda vaciada directamente o pre-fabricada, o si se usar un
caisson o pilotes para alcanzar el estrato resistente. Por eso, el
ensayo de bombeo, se utiliza ye sea para medir la permeabilidad de
campo en una perforacin, o la variacin de la napa fretica.
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Es importante mencionar en este punto, que tambin se puede usar
el sistema Well Point como control de la napa fretica, pare lo cual
ser necesario determinar la capacidad de la bomba, separacin de
tuberas y el dimetro apropiado de ellas. 3.3.5 Ensayos sobre
Pilotes En caso de construccin de una cimentacin mediante el uso de
pilotes, la capacidad portante del suelo deber ser estimada a
partir del SPT y verificada mediante ensayos de carga o de hincado
de pilotes para determinar la profundidad de cimentacin y magnitud
del rechazo del terreno. 3.3.6 Movimiento del Lecho del ro durante
la poca de Avenidas El cauce del ro es del tipo mvil en especial en
poca de avenida, lo que podra causar problemas en la construccin de
las estructuras de cimentacin. 3.4 Determinacin del Tipo de
Cimentacin del Barraje Vertedero Existen bsicamente dos tipos de
cimentacin de barraje vertedero; los del tipo flotante o sean
aquellas que estn apoyadas directamente sobre el material
conformarte del lecho del ro (arena y grava); o aquellas que se
apoyan sobre material rocoso, a los cuales se les conoce como el
tipo fijo. (Ver figuras 7-a y 7-b). La seleccin de cualquiera de
ellas estar regida por: condiciones de seguridad contra Ia erosin,
control del flujo subterrneo y razones de costos durante el proceso
constructivo, siendo este ltimo el ms decisivo para Ia seleccin del
tipo de estructura. 3.5 Relacin entre el Barraje Vertedero Fijo y
el Mvil Si un barraje fijo es construido a lo largo de la longitud
del cauce y no genera problema durante Ia poca de avenida, Ia
longitud del barraje vertedero es limitado por el ancho del canal
de limpia gruesa.
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En cambio si el barraje fijo causa problemas durante la poca de
avenida, aumentando el nivel de las aguas, en especial aguas arriba
del barraje fijo, entonces, ser necesario aumentar un barraje mvil
para controlar el aumento del nivel de agua sin causar problemas de
inundacin. (Ver figura 9) El criterio para determinar la longitud
de barraje vertedero fijo (Lf) y la longitud mvil (Lm) es que sus
longitudes deben permitir pasar caudales Qm (Caudal por Zona Mvil)
y Qf (Caudal por Zona Fija) que, sumados den el caudal de diseo es
decir: Qm + Qf = Qd (3.3) Concluyendo; el costo es el que prima en
la relacin entre un barraje fijo y mvil, ya que habra que comparar
el gasto que ocasiona el efecto del remanso hacia aguas arriba de
la presa versus Ia construccin de un vertedero muy corto; en caso
contrario, ser necesario aumentarla longitud del barraje, lo cual
causara una altura menor en Ia sobre elevacin de nivel de agua que
ocasiona el remanso. 3.6 Efecto del Remanso Causado en el ro por la
Construccin del Barraje Vertedero Tal como se explico
anteriormente, el hecho de construir et barraje en el cauce del ro,
causa la formacin de una sobre elevacin del nivel de agua delante
del vertedero que genera problemas a los terrenos agrcolas,
caminos, puentes, obras de arte hidrulicas (alcantarillas, sistema
de drenaje, etc.), por lo que es necesario determinar la curva de
remanso formada para analizar y solucionar los problemas causados.
En este curso recomendamos el uso de los siguientes mtodos: - Mtodo
del Paso Directo (Direct Step Method) - Mtodo aproximado.
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3.6.1 Mtodo del Paso Directo A continuacin se presentan los
criterios para el clculo del remanso usando el Mtodo del Paso
Directo. De acuerdo a la figura 10, se tiene: E = Z + d + v2 / 2g :
energa total (3.4) e = d + V2 / : energa especifica (3.5) j = - (El
- E2) / DL : gradiente hidrulico (3.6) lo = - (Z1 Z2 ) / DL :
pendiente del fondo (3.7) Pero: El - E2 = DE, Z1 - Z2 = DZ, e1-e2 =
De (3.8) Entonces reemplazando (3.4) y (3.8) en (3.6) resulta:
J = (dl + V12 / 2g - d2 - V22 / 2g) - DZ / DL (3.9) Reemplazando
(3.5) en (3.9), resulta: J = - ( De / DL) - ( DZ / DL) (3.10)
Reemplazando (3.7) en (3.10) se tiene: J = - ( De / DL) + Io (3.11)
De donde: DL = De / (Io-J) = (el-e2) / (Io-J) (3.12)
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En el cual: J = (J1 + J2) /2 (3.13) J1 = ( (n x Q) / (Al x RI
2/3)) 2
(3.14) J2 = ( (n x Q) / (A2 x R2 2/3) )2 (3.15)
3.6.2 Mtodo Aproximado
El Mtodo aproximado da con bastante precisin la longitud total
(1) del remanso y permite tener una idea del efecto del remanso
hacia aguas arriba. La longitud L se calcula mediante Ia siguiente
formula:
L = 2 x h / Io (3.16) Donde: h : sobre elevacin del tirante
normal (dn) (ver figura 11) Io : pendiente del fondo del ro
3.7 Barraje Vertedero o Azud. 3.7.1 Altura del Barraje Vertedero
La altura del barraje vertedero est orientada a elevar o mantener
un nivel de agua en el ro, de modo tal que, se pueda derivar un
caudal hacia el canal principal o canal de derivacin. Tambin debe
permitir el paso de agua excedente por encima de su cresta. Es
lgico que el nivel de la cresta dar Ia carga suficiente para
derivar el caudal diseado para irrigar las tierras servidas por la
bocatoma.
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De acuerdo a la figura 12 se puede definir que la cota Cc de la
cresta del barraje vertedero ser:
Cc = Co + ho + h + 0.20 (en metros) (3.17) Donde Co : cota del
lecho detrs del barraje vertedero (del plano topogrfico) ho :
altura necesaria para evitar el ingreso de material de arrastre
(se
recomienda ho 0.60 m). h : altura que necesita la ventana de
captacin para poder captar el caudal de
derivacin Qd (asumir que funciona como vertedero.) .20m. sumando
de seguridad con el fin de corregir efectos de oleaje y de
coeficientes de la frmula, pudiendo ser mayor de ser posible.
3.7.2 Forma de la Cresta del Barraje Vertedero
Es recomendable dar formas a la cresta de modo tal que eviten la
presencia de presiones negativas que podran generar capitacin que
causen daos al concreto. Es conveniente aplicar la frmula del
W.E.S. (U.S. Army Engineers, Waterways Experiment Station) para el
dimensionamiento preliminar pero, es recomendable dar un poco de
robustez debido a que por lo general las frmulas dan secciones muy
esbeltas y fciles de ser daadas por las erosin del ri (ver fig.
13)
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Tal como se describir mas adelante, la seccin de barraje
vertedero deber ir tomando forma para resistir a las solicitaciones
de las fuerzas debido a la presin del agua, efectos ssmicos, empuje
de tierras y subpresin. 3.8 Solado o Colchn Disipador 3.8.1
Longitud del Solado o Colchn Disipador Debido a la colocacin del
barraje vertedero en el cauce del ro se genera un incremento de
energa potencial que, al momento de verter el agua por encima del
barraje se transforma en energa cintica que causa erosin y por lo
erosivo se construyen estructuras de disipacin, conocidas como:
solados (apron), colchn disipador (stilling basin), etc., que
buscan o tienen por objetivo formar un salto hidrulico que logra
disipar la energa cintica ganada por el barraje vertedero. A
continuacin se describe el clculo de la disipacin de energa basada
en la longitud del colchn disipador y de los tirantes conjugados
(d1 y d2) necesarios para la formacin apropiada del salto
hidrulico. a. Clculo de d1 (tirante al pie del barraje vertedero):
De acuerdo a Ia figura 14: Eo = Co + P + H + VH2/ 2g (3.18) E1 = C1
+ dl +V12 / 2g (3.19) Par Bernoulli : Eo = El + hf 0-1 (3.20)
Reemplazando (3.18) y (3.19) en (3.20) Co + P + H + VH2 / 2g = C1 +
d1 + V12 / 2g + hf 0-1 V12 / 2g = Co C1 + P + H + d1 + VH2 / 2g hf
0-1
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V1 = (2g x (Co-C1 + P + H d1 + VH2 / 2g hf 0-1))1/2 (3.21)
Donde:
Co : cota del terreno en 0 C1 : cota del colchn disipador P :
altura del barraje H : altura de lmina vertiente d1 : tirante del
ro al pie del talud hf 0-1 : prdida por friccin entre 0 y 1 VH :
velocidad en Ia cresta del barraje vertedero V1 : velocidad al pie
del talud
Para resolver (3.21) es necesario asumir ciertos valores tales
como: r = (Co C1), (entre 0.5 y 1.0 m.) (3.22) hfo-1 = (0.1 x VH2 /
2g), (en mts.) (3.23) d1 0.1 m. 3.24) Reemplazando (3.22) y (3.23)
en (3.21) V1 = (2g x ( r + p + H d1 + 0.9 x VH2 / 2g))1/2 (325)
Este valor calculado por la ecuacin (3.25) necesita una
comprobacin, ya que:
V1 = Q1 / A1 = Q1 / (b1.d1) = q1 /d1 (3.26) Donde: q1 = Q1 / b1
(3.27) De (3.26) se tiene: d1 = q1 / V1 (3.28)
Si d1 obtenido en (3.28) es muy cercano al d l supuesto (en
3.24) se prosigue al siguiente paso, o sea clculo de d2, en caso
contrario se volver a tantear con otro d1. b. Calculo del tirante
conjugado d2 De la conservacin de la fuerza especifica o momento
entre la seccin 1 y 2, se tiene: d2 = -d1 / 2 + (d12 / 4 + 2x (V12
/ g) x d1)1/2 (3.29) Comprobando: d2 = dn + r (3.30)
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Donde: dn : tirante normal en el ro r : profundidad del colchn
disipador La condicin (3.30) pocas veces se presenta, por lo que
para buscar un salto sumergido en el colchn disipador, se acepta
que: dn + r = 1.15 x d2 (3.31) c. Clculo de la longitud del colchn
disipador Conocidos los tirantes conjugados (d1 y d2) es posible
calcular la longitud necesaria para que se produzca el salto
hidrulico. Existen varias frmulas empricas y experimentales que se
dan a continuacin, y que por lo general dan valores un poco
conservadores pero que orientan para la toma de decisiones en el
diseo final. L = (5 a 6) x (d2-dl ) (Schoklitsch) (3.32) L = 6 d1.
F1, siendo Fl = V1 / (g x d )1/2 (Safranez) (3.33) L = 4 d2 (U.S.
Bureau of Reclamation) (3.34) Y el mtodo grfico de U.S. Bureau of
Reclamation. (ver grfico de la figura 15). De estos valores se
elige el mayor, pero sin olvidar el factor econmico que podra
afectar el resultado elegido.
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3.8.2 Espesor del Solado o Colchn Disipador Para resistir el
efecto de la subpresin es recomendable que el colchn disipador
tenga un espesor que soporte el empuje que ocasiona la subpresi6n.
(Ver figura 16) La frmula que permite calcular el espesor
conveniente se basa en que el peso del solado debe ser mayor que la
subpresin, es decir: W Sp (3.35) gs . A . e > g . h . A De
donde: e = g. h / gs (3.36) e = (g . h) / (gs - g) (3.37) La
ecuacin (3.37) es la correccin por saturacin del suelo. De donde: e
= h / ((gs / g) -1 ) = h / (SGs-1) (3.38) Donde: SGs : gravedad
especifica del suelo h = Dh hf (3.39) hf = Dh. (Sp / Sr) (3.40) Sp
: camino de percolacin parcial Sr : camino de percolacin total
Recomendaciones: El espesor dado por (3.38) debe ser corregido por
seguridad, se tiene as: e = (4/3). (h/(SGs- 1)) se recomienda
(3.41) e 0.90 m
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3.9 Enrocado de Proteccin o Escollera Al final del colchn
disipador es necesario colocar una escollera o enrocado (rip - rap)
con el fin de reducir el efecto erosivo y contrarrestar el arrastre
del material fino por accin de la filtracin. (Ver figura 17). La
longitud de escollera recomendada por Bligh es: Ls = Lt Lo (3.42)
Donde: Lt = 0.67 C (Db .q)1/2 : longitud total de escollera (3.43)
Lo = 0.60 C D11/2 : longitud del colchn (3.44) Db : altura
comprendida entre la cota del extremo aguas abajo el colchn
disipador y la cota de la cresta del barraje vertedero, en m. (ver
figura 17). D1 : altura comprendida entre el nivel de agua en el
extremo aguas abajo del colchn disipador y la cota de la cresta del
barraje vertedero, en m. (Ver figura l7). q : avenida de diseo por
unidad de longitud del vertedero. C : coeficiente de Bligh. (Ver
tabla 10). Reemplazando (3.43) y (3.44) en (3.42), resulta: Ls =
0.6 C D11/2 (1.12 (q.Db / D1)1/2-1) (3.45)
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Lecho del Cauce (Lane)
Tamao de Grano (mm.)
C (Bligh)
C (Lane)
Arena Fina y Limo
0.005 a 0.01 0.1 a 0.25
18 15
8.5 7.0
Arena Fina 0.5 a 1 12 6.0 Arena Gruesa Gravas Arena
9
4.0
Bolonera. Gravas y Arena
4-6
3.0
Arcilla 6-7 1.6 a 3 3.10 Control de Filtracin El agua que se
desplaza por debajo de la presa vertedero causa arrastre de
material fino creando el fenmeno de tubificacin: este problema se
agrava cuando el terreno es permeable. El ingeniero Bligh estudio
este fenmeno con presas construidas en Ia India, recomendando que
el camino que recorre el agua por debajo del barraje vertedero
(camino de percolacin) debe ser mayor o igual que la carga
disponible entre los extremos aguas arriba y aguas abajo del
barraje vertedero afectado por un coeficiente, es decir: S C. Dh
(3.46) Donde: S : camino de percolacin C : coeficiente de Bligh Dh
: diferencia de nivel entre el nivel aguas arriba y aguas abajo del
barraje vertedero (Ver figura 18). Este criterio fue corregido por
Lane despus de observar casi 200 estructuras entre las que
funcionaban bien y las que fallaron. Lane planteo la siguiente
expresin: S = 1/3 LH + Lv > CL. Dh (3.47)
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Donde: LH, LV : suma de longitudes horizontales y verticales
respectivamente, que tenga la seccin de la presa. CL : coeficiente
de Lane. (Ver tabla 10). Es por este criterio que se busca alargar
el camino de percolacin de un dentelln aguas arriba y aguas abajo,
manteniendo siempre una separacin entre ellos, que debe ser mayor
que el doble de la profundidad del dentelln ms profundo. Asimismo;
se acostumbra a poner zampeado aguas arriba del vertedero, sobre
todo cuando el suelo es permeable, con el fin de alargar el camino
de percolacin as como dar mayor resistencia al deslizamiento y
prevenir efectos de erosin, en especial en pocas de avenidas. La
longitud recomendada por la experiencia es tres veces la carga
sobre la cresta. La figura 19 muestra el perfil del barraje
vertedero con los elementos dimensionados. 3.11 Canal de Limpia
3.11.1 Velocidad Requerida para el Canal de Limpia El canal de
limpia es la estructura que permite reducir la cantidad de
sedimentos que trata de ingresar al canal de derivacin, as como la
eliminacin del material de arrastre que se acumula delante de las
ventanas de captacin. Su ubicacin recomendada es perpendicular al
eje del barraje vertedero y su flujo paralelo al del ro y formando
Un ngulo entre 60 y 90 con el eje de la captacin, a menos que se
realice un modelo hidrulico que determine otras condiciones. En los
referente al material que se acumula en el canal de limpia, el
flujo existente en el canal debe tener una velocidad (Vo) capaz de
arrastrar estos sedimentos depositados. La magnitud de Vo est dada
por la siguiente frmula: Vo = 1.5 c. d1/2 = 1.5V (3.48)
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Donde: Vo : es la velocidad requerida para iniciar el arrastre.
C : coeficiente en funcin del tipo de material; siendo 3.2 pare
arena y grava redondeada y 3.9 para seccin cuadrada; de 4.5 a 3.5
para mezcla de arena y grava. d : dimetro del grano mayor. V :
velocidad de arrastre. La figura 20 presenta una grfica de la
ecuacin (3.48) 3.11.2 Ancho del Canal de Limpia El ancho del canal
de limpia se puede obtener de la relacin: B = Qc / q (3.49) q = Vc3
/ g (3.50) Donde: B : ancho del canal de limpia, en metros Qc :
caudal a discurrir en el canal de limpia para eliminar el material
de arrastre, en m3/s. q : caudal por unidad de ancho, en m3/s/m. Vc
: velocidad en el canal de limpia para eliminar el material de
arrastre, en m/s. g : aceleracin de la gravedad, en m/s2. Este
ancho sirve de referencia para el clculo inicial pero siempre es
recomendable que se disponga de un ancho que no genere
obstrucciones al paso del material de arrastre, sobre todo el
material flotante (troncos, palizada, etc.). Basado en las
experiencias obtenidas en ros del Per, se recomienda que el ancho
mnimo sea de 5 metros o mltiplo de este valor si se trata de varios
tramos; situacin recomendable para normar el ancho del canal de
limpia. (Ver figura 21).
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A continuacin se menciona algunas recomendaciones sobre los
parmetros o caractersticas del canal de limpia: a. Caudal en la
zona de limpia Se debe estimar el caudal en la zona del canal de
limpia en por lo menos 2 veces el caudal a derivar o igual al
caudal medio del ri. b. Velocidad en la zona de Limpia Se
recomienda que est entre 1.50 a 3.00 m/s c. Ancho de la zona de
Limpia Se recomienda que sea un dcimo de la longitud del barraje.
3.11.3 Pendiente del Canal de Limpia Es recomendable que el canal
de limpia tenga una pendiente que genere la velocidad de limpia. La
frmula recomendada para calcular Ia pendiente critica es: Ic = n2
.g10/9 / q2/9 (3.51) Donde: Ic : pendiente critica. g : aceleracin
de la gravedad, en m/s2. n : coeficiente de rugosidad de Manning. q
: descarga por unidad de ancho (caudal unitario), en m2/s. Se debe
recordar que, siempre el fondo del canal de limpia en la zona de Ia
ventana de captacin debe estar por debajo del umbral de sta entre
0.6 a 1.20 m. Asimismo el extremo aguas abajo debe coincidir o
estar muy cerca de la cota del colchn disipador. 3.12 Toma o
Captacin 3.12.1 Criterios Generales Ya se ha definido la funcin del
barraje vertedero y del canal de limpia; a continuacin se tratar de
la estructura de captacin o toma, la cual est ubicada por lo
general aguas arriba del barraje vertedero, siempre tratando de
estar en un lugar donde el ingreso de
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sedimentos sea en mnimo (ya se ha mencionado, que el ideal es el
lado exterior de la parte cncava de una curva). En lo que respecta
a su cimentacin es recomendable que el lugar elegido rena
condiciones favorables de geologa (es preferible buscar roca para
asentar la estructura), de topografa (que disponga de una cota
suficientemente a fin de disminuir las obras complicadas), y de
facilidad constructiva (objetivo bsico para reducir los costos de
construccin). 3.12.2 Estructuras Componentes de Ia Toma Tal como se
muestra en la figura 22, describiremos las partes de una toma de
acuerdo al sentido del flujo del agua derivado: 3.1 2.2.1 Rejillas
(Trash Racks) Su objetivo bsico es impedir que los materiales de
arrastre y suspensin ingresen al canal de derivacin, los cuales
causan obstruccin y desborden aguas abajo de la captacin. Las
rejillas platinas unidas mediante soldadura formando paneles. La
separacin entre rejillas se recomienda tomarla de eje a eje; y
dependiendo del tipo de material que se quiere impedir su ingreso
la separacin variar entre 0.025m y 0.10m (material fino) y de 0.10m
a 0.20m (material grueso), recomendndose que las rejillas de menor
separacin en la parte superior. La colocacin de la rejilla puede
ser vertical o con una pequea inclinacin de 1:1/4 para facilitar su
limpieza. Esta limpieza se recomienda que se haga mediante accin
mecnica ya que cuando es manual en pocas de avenidas es casi
imposible ejecutar con la frecuencia debida. La principal objecin
de colocar rejillas es que causa prdidas, las cuales deben ser
consideradas durante el dimensionamiento de la altura del vertedero
y en el clculo del tirante en el canal de derivacin.
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La prdida de carga que ocasiona una rejilla se puede calcular
por Ia frmula: H = 1.32 (T.V/D)2. (sen A) . (sec15/8 B) (3.52)
Donde: H : prdida de carga, en pulgadas T: : espesor de la platina
(rejilla), en pulgadas V: : velocidad de ingreso a travs de la
rejilla, en pies/s (Se recomienda V = 1 m/s). A : ngulo de rejilla
con la horizontal (ver fig. 23) B : ngulo de aproximacin (Ver
figura 23) D : separacin entre ejes de cada platina, en pulgadas.
3.12.2.2 Ventana de Captacin La captacin de agua se realiza
mediante una abertura llamada ventana de captacin debido a que se
encuentra a una altura de 0.60 m. del piso del canal de limpia como
mnimo (Ver figura 24). Sus dimensiones son calculadas en funcin del
caudal a derivar y de las condiciones econmicas ms aconsejables.
Para dimensionar la ventana de captacin se debe tomar en cuenta las
siguientes recomendaciones: Ho : altura para evitar ingreso de
material de arrastre; se recomienda 0.60 m. como mnimo. Otros
recomiendan ho > H/3, aunque es obvio que cuanto mayor sea ho
menor ser el ingreso de caudal slido. h : altura de la ventana de
captacin; es preferible su determinacin por la formula de
vertedero: Q = c. L . h 3/2 (3.53) Donde: Q : caudal a derivar ms
caudal necesario para operacin del sistema de purga. C :
coeficiente de vertedero, en este caso 1.84 L : longitud de ventana
que por lo general se asume entre 3 a 4 m.
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En conclusin; los parmetros de la ventana de captacin estn
ntimamente relacionados, pero siempre es necesario tener en cuenta
el factor econmico en el diseo. 3.1 2.2.3 Cmara de Decantacin o
Desripiador Despus que el agua rebosa el vertedero de la ventana de
captacin, es necesario atrapar o decantar el material que ha podido
pasar a travs de la rejilla; a esta estructura que realiza la
decantacin y aquietamiento del agua antes que ste ingrese a la zona
de compuertas de regulacin, se le conoce como cmara de carga, cmara
de decantacin a desripiador. (Ver figura 25) En lo referente a su
diseo, algunos autores lo dimensionan asumiendo que el espacio
entre las ventanas de captacin y las compuertas debe ser igual a la
longitud del resalto, considerando que se produce un resalto
sumergido, criterio que asume que siempre se va atener una seccin
trapezoidal o similar. En nuestra opinin, es preferible disear en
funcin de generar una velocidad que permita un arrastre del
material que pudiera ser decantado, para lo cual es necesario dar
una fuerte pendiente paralela al flujo en el ro; pero esto est
limitada por la cota de salida que le permite al ro, sobre todo en
pocas de avenidas. Se recomienda una pendiente mayor de 2%.
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Asimismo es conveniente que la compuerta de limpia tenga una
abertura capaz de descargar el caudal de derivacin en el mejor de
los casos, pero es practica comn darle un ancho de 1.50 m. a la
compuerta. 3.12.2.4 Compuerta de Regulacin Son aquellas compuertas
que regulan el ingreso del caudal de derivacin hacia el canal
principal (ver figura 26). Por lo general se recomienda que el rea
total de las compuertas sea igual al rea del canal conducto aguas
abajo. Asimismo se recomienda que Ia velocidad de diseo sea de 2.0
a 2.5 m/s. El caudal que pasa por cada compuerta se calcula
mediante la siguiente frmula: Q = C. A. (2gh)1/2 = C. A. V (3.54)
Donde: Q : caudal que debe pasar por la compuerta (m3/s) C :
coeficiente de descarga, su valor est entre 0.6 a 0.8 A : rea de
abertura de la compuerta (m2) g : aceleracin de la gravedad (m/s2)
h : diferencia de niveles entre aguas arriba y a. abajo de la
compuerta (m). En (3.54), conociendo V (del valor de diseo
recomendado), se determina h (por lo general se estima entre 0.15 a
0.30 m) y luego se halla el valor de A.. Cuando se tiene una luz
grande es conveniente dividir la luz en varios tramos iguales para
disponer de compuertas ms fciles de operar. 3.1 2.2.5 Transicin De
acuerdo al criterio del diseador, algunas veces se suele unir las
zonas de las compuertas con el canal mediante una transicin. que a
la vez permite reducir las prdidas de carga. Para determinar la
longitud requerida se aplica el siguiente criterio: L = (b1-b2) /
(2tg1230) (3.55)
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Donde: b1 : ancho de la zona de compuertas b2 : ancho del canal
de derivacin 3.12.2.6 Estructuras de Disipacin Coma producto de la
carga de posicin ganada por colocacin de la cresta del vertedero de
derivacin a una altura sobre el lecho del ro, se genera una
diferencia entre el canal antiguo y la zona del bocal, que es
necesario controlar mediante la construccin de una estructura de
disipacin (ver figura 26). Esta estructura por lo general tiene un
colchn o poza disipadora, que permite disipar dentro de la longitud
de la poza de energa cintica adquirida del flujo y as salir hacia
el canal de derivacin un flujo ms tranquilo. 3.12.2.7 Aliviaderos
En algunos casos por mala operacin de las compuertas de regulacin
ingresa mayor cantidad de caudal al canal de derivacin; para
controlar esta situacin no deseada es necesario colocar un
aliviadero. Por lo general los aliviaderos se colocan cerca de las
compuertas de regulacin.( ver figura 27) 3.13 Muros de
Encauzamiento Son estructuras que permiten encauzar el flujo del ro
entre determinados limites con el fin de formar las condiciones de
diseo pre-establecidas (ancho, tirante, remanso, etc.; ver figura
28).
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Estas estructuras pueden ser de concreto simple a de concreto
armado. Su dimensionamiento esta basado en controlar el posible
desborde del mxima nivel del agua y evitar tambin que la socavacin
afecte las estructuras de captacin y derivacin. En lo referente a
la altura de coronacin que estas estructuras deben tener, se
recomienda que su cota superior est por lo menos 0.50 m por encima
del nivel mximo de agua. Con respecto a su cota de cimentacin, se
recomienda que sta debe estar por debajo o igual a la posible
profundidad de socavacin (ver diques de encauzamiento). Con la
altura definida se puede dimensionar los espesores necesarios para
soportar los esfuerzos que transmiten el relleno y altura de agua;
es prctica comn disear al volteo, deslizamiento y asentamiento.
3.14 Diques de Encauzamiento En la mayora de los casos, al colocar
un obstculo (barraje) en un ro, por un remanso hacia aguas arriba
podra causar inundaciones a los terrenos ribereos, situacin no
deseada que se podra agravar si el ro forma un nuevo cauce coma
consecuencia del remanso y que podra dejar aislada a la bocatoma.
Para controlar esta situacin se construyen diques de encauzamiento
por lo general del tipo escollera si existen canteras de rocas en
la zona del proyecto. Su dimensionamiento se realiza en funcin de
la altura que puede alcanzar el tirante del agua en la zona de
remanso: usualmente, la cota del dique se debe colocar con un borde
libre (B.L) de 0.50m por encima del tirante. La figura 29 presenta
la seccin tpica recomendada.
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3.14.1 Clculo del Tamao de Roca A continuacin se presentan dos
mtodos que permiten dimensionar el tamao medio del enrocado. El
primer mtodo emplea la siguiente frmula: Db = (b / W) . (V2 / 2g) .
(1/f) (3.56) Donde: f = (1 - sen2a /sen2f)1/2 (3.57) W = ( gs-ga) /
ga = (SG-1) (3.58) Db : dimetro de roca, en mm. V : velocidad del
ro, en m/s. SG : gravedad especifica de la roca, en kg/m3 gs : peso
especifico de la roca, en kg/m3 ga : peso especifico del agua, en
kg/m3 b : coeficiente (1.4 para nuestros ros) g : aceleracin de la
gravedad, en m/sg2 a : ngulo del talud del dique (1:1.5. ~ 33) f :
ngulo de friccin interna El otro mtodo recomendado es usando los
grficos de las figuras 30 y 31; el primer grfico nos da el dimetro
de la roca para iniciar el movimiento, asumiendo peso especifico de
la roca igual a 2.64 Tn/m3 y en funcin de la frmula: W=13.75 x 10-3
V6 (3.59) Donde: W : peso de la roca, en Kg V : velocidad media en
el cauce, en m/s El segundo grfico nos da la relacin entre la
velocidad media actuante sobre la roca (Vo) y la velocidad media en
el cauce (V) mediante la siguiente frmula: Vo / V = 0.71 / (0.68
Log (d/k) + 0.71) (3.60)
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Este mtodo se basa en que, por lo general, se conoce el tirante
en el cauce (d), la velocidad en el ro (V) y se desea conocer el
dimetro nominal de la roca (k) para resistir una velocidad media
sobre ella. El proceso consiste en asumir un dimetro (k) y
aplicando la ecuacin (3.60) calcular (Vo), luego se comprueba el
valor del dimetro supuesto con la utilizacin del grfico de la
figura 30 que permite ajustar el valor del dimetro supuesto. Es
recomendable que el enrocado descanse sobre un filtro cuya misin es
impedir que el agua al entrar en contacto con el talud se
introduzca por los intersticios y que podra arrastrar el material
conformarte del ncleo del enrocado. Para el filtro en mencin, se
recomienda que cumpla las siguientes especificaciones: D15f / D15b
= a; 5 < a < 40 (3.61) Dl5f / D85b = b; b 5 (3.62) D85f / M =
c; c 2 (3.63) Donde: D15f : dimetro de grano del material de filtro
del cual el 5% de todos los granos son ms pequeos. D15b : dimetro
de grano en el material de base del cual el 15% de todos los granos
son ms pequeos. D85f : dimetro del grano del material del filtro
del cual el 85% de todos los granos son ms pequeos. D85b : dimetro
del grano del material de base del cual el 85% de todos los granos
son ms pequeos. M : mayor dimensin de abertura entre rocas, a travs
del cual el filtro va a defender el arrastre del material
conformarte del dique. La curva del material de filtro debe tener
una graduacin paralela al material de base apoyo. Para calcular la
profundidad de socavacin se recomienda la siguiente frmula: Hs
=1.25 h (0.6 - V1/V2) (3.64) Donde: H : profundidad de socavacin,
en m V1 : velocidad de socavacin, en m/s V2 : velocidad
superficial, en m/s H : tirante en el ro, en m
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3.15 Diseo de Compuertas de Limpia Gruesa Con el desarrollo de
la tecnologa peruana en la construccin de compuertas, el diseo de
las compuertas ha cado en el campo de la ingeniera mecnica: pero es
necesario que el aspecto hidrulico precise las condiciones que guen
el dimensionamiento de las compuertas de limpia gruesa, as se
recomienda: a. Altura
El nivel de la corona de la compuerta debe estar 0.20 m. por
encima de la cresta del vertedero.
b. Tirante mximo de agua de diseo
Es aquel que se genera cuando Ia compuerta funciona tipo rebose
libre (overfliw).
c. Tirante de agua de rebose permisible
0.30 a 0.50 m. d. Altura de izaje
La compuerta debe estar 1.5 a 2.0m ms alto que el mximo nivel de
agua con la avenida de diseo.
e. Velocidad de izaje Se recomienda 30 cm/minuto, es conveniente
tener en cuenta que los costos aumentan cuando aumenta la velocidad
de izaje.
f. Tipo de izaje
El uso de cables es recomendable cuando las luces son
considerables y el de vstagos cuando las luces son pequeas.
g. Coeficiente de seguridad El coeficiente de seguridad del
acero se puede asumir entre 3 y 4. h. Plancha
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EI espesor mnimo debe estar entre 6 y 10 mm. Se debe considerar
siempre el efecto de corrosin.
En 1o referente al dimensionamiento del rea del tablero, se
recomienda usar la siguiente frmula: A = Q / (c. (2 g H )1/2)
(3.65) Donde: Q : caudal que pasa a travs de la compuerta A : rea
del tablero de la compuerta C : coeficiente de descarga; se usa
0.60 para compuertas deslizantes y 0.72 para radiales. g :
aceleracin de la gravedad. H : carga efectiva sobre la
compuerta.
Con el rea (A) obtenida, se puede calcular el tipo de mecanismo
necesario para el izaje de la compuerta mediante la obtencin de la
fuerza de izaje total (F), que permite el levantamiento de la
compuerta de rea (A), de peso (W) y con Ia utilizacin de un vstago
de peso (w). La siguiente formula permite calcular la fuerza
necesaria que debe tener un mecanismo de izaje para levantar la
compuerta: F = A .H .f + W + w (3.66) Donde: A : rea de la
compuerta H : carga efectiva sobre la compuerta f : coeficiente de
friccin; asumir 0.7 como valor conservador. W : peso de la
compuerta. w : peso del vstago.