exan obras1

OBRA DE TOMA: PRESA DERIVADORADatos:

Qmax = 380 m3/s T = 50 añosQmin = 0.15 m3/s T = 30 añosCaudal de diseño 120 l/sCaudal de diseño 0.12 m3/s

CURVA DE DESCARGA:Y la topografia de la seccion del rio:

Determinamos la curva de descarga, de donde obtenemos el caudal en funcion de la altura:

ALTURA AREA PERIMETRO

0.5 1 2.24 1 2.24 0.4464286 5.05861881 3 6.12 4 8.36 0.4784689 21.1914062.5 17 6.71 21 15.07 1.393497 226.892754.5 30 4.47 51 19.54 2.6100307 837.26811

Graficando Altura vs. Caudal Acumulado obtenemos la curva de descarga:

AREA ACUM

PERIMETRO ACUM

RADIO HIDRAULIC

O

CAUDAL ACUM

ESC. 1:100

i = 2%LECHOALUVIAL

0 1 2 3 4 5 6 7 812345678

0

1

2

3

4

5TOMA PRESA DERIVADORA

2

1

3

2

***1

SRAn

Q

TIRANTES MINIMO Y MAXIMO:Reeemplazando en ecuacion calibradada de descarga de seccion :

Qmax = 380 m3/s ymax = 3.1889083 mQmin = 0.15 m3/s ymin = 0.1167573 m

Qd = 0.12 m3/s yd = 0.1062644 m

DISEÑO ESTRUCTURALCALCULO DE LA SOCAVACION:

Ancho de rio (de grafico de seccion): B 35 mDonde:Ds = profundidad de socavación del nivel máximo del agua.Dsa = socavación afectada por un factor de correciónf = factor que depende de la granulometría.dsa = longitud entre el nivel actual del lecho y el lecho socavado.K = factor que depende de el tipo de tramo que se tiene.

y = 0,260x0,422

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

5

f(x) = 0.260393781748754 x^0.422445217839297R² = 0.998214628751781

Curva de Descarga

Curva de Descarga

Power (Curva de Descarga)

3

12

*35.1

f

qDs

DsKDsa *

MAXyDsadsa

Calculo de caudal unitario:= 10.85714 m3/s/m

Factor de lacey de una muestra representativa del material del lecho:

MATERIAL VALOR DE fRocas Masivas (diámetro 70 cm) 40

Rocas 38Pedrones y lajas 20Piedras y lajas 6

Piedras pequeñas y gravas gruesas 4.7Arenas Gruesas 1.52

Arenas Medianas 1.3Limos estándar 1

Limos Finos 0.85

Para el Factor de Lacey se asume: f = 20

Profundidad de socavacion por debajo de la superficie de agua durante la maxima crecida:

= 2.4385639 m

Profundidad de socavacion ajustada:k = 1.5 para tramos rectos y curvas moderadas

= 3.6578458 m

Profundidad de socavacion por debajo del lecho del rio:= 0.4689376 m

Ymax

dsa

CARGA HIDRAULICA SOBRE EL AZUD

MAXyDsadsa

B

Qq max

3

12

*35.1

f

qDs

DsKDsa *

Calculo de tirante critico:= 2.2904494 m

Segun investigaciones:

Asumimos : Ho = 2.97758 m

Carga sobre vertedero considerando energia de velocidad:

Sabemos que:

Reemplazando tenemos:

Donde:Ho = 2.97758 m

Qmax = 380 m3/sb = B = 35 m Hallo Hd mediante iteracion

g = 9.81 m/s2P = 2 m

Iterando obtenemos: Hd = 2.706 m

Coeficiente de descarga:Hallamos la relacion: = 0.671685

P

3/12

g

qyc

CC yHy 5.13.1 0

g

VHH d

2

2

0

dHPb

Q

A

QV

*

g

Hpb

Q

HHo dd 2

*

2

22

Ho

P

Con esa relación entramos al ábaco y encontramos un coeficiente C

C

Del abaco sacamos: C = 2.12

Determinacion del caudal que se vierte por el vertedero:

≥ Qmax

Qv = 381 ≥ Qmax = 380 ok

CALCULO DE PERFIL DE VERTEDERO:Se usara un perfil de vertedero TIPO CREAGER que responde a la formula:

Donde:n = 1.85 para pared verticalk = 2Hd = 2.706 m

Caracteristicas del vertedero tipo Creager:-0.7658 m-0.341 m

1.43418 m0.6332 m

X

Y

R2

R1 R2-R1

Yc

Xc

PERFIL TIPO CREAGER

Ho

P

Ho

P

5.1** HoBCQv

YHdkX nn ** 1

Despejando X:

Donde Y varia de 0 a P

Y 0.00 -0.05 -0.15 -0.25 -0.50 -0.75 -2.00

X 0.00 0.48 0.86 1.14 1.65 2.06 3.49Xperfil = 3.49 mLongitud total del Azud: 4.26 m

3.49mDISEÑO DEL CUENCO DISIPADORVelocidad y tirante al pie del cimacio:

9.60894 m/s Y = P + Hd = 4.706 m

X

Y

R2

R1 R2-R1

Yc

Xc

PERFIL TIPO CREAGER

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00

-2.50

-2.00

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

Perfil tipo Creager

85.1/185.0 **2 YHdX 85.0

85.1

*2 Hd

XY

= Xperfil+Xc

Primer tirante conjugado:

1.1299 m

Calculo del numero de Froude:

2.886163 Flujo supercritico

Por tirantes conjugados:

Y2 = 4.08138 m

Longitud del salto Hidraulico:

14.75741 mLongitud del cuenco disipador

Profundidad del cuenco de disipacion:

1.026346 m

CALCULO DE LA ESTABILIDAD

Xc = 0.765798 Xperfil= 3.49

E1

W1

P1

S2

S1

O P3

P2

W2

Y1

Y2

1*81*

2

1 21

1

2 FrY

Y

Hd= 2.706

P= 2 Y1= 1.1299002

e =0.2

Xc+P+e 2.9658 1.3299002 =y1+e

2.965798

Cargas verticales:Peso propio:

ϒHº= 2500 Pp1 = 3828.99 kg/mPp2 = 14404.3 kg/mPp3 = 2129.24 kg/mPpTotal = 20362.5 kg/m

Peso del agua:ϒagua= 1000 Pw1 = 2072.25 kg/m

Pw2 = 8167.55 kg/mPpTotal = 8167.55 kg/m

Cargas Horizontales:Empuje del agua:

Ea1 = 12034.4 kg/m Aguas arriba

Supresion:γ suelo 1800 Kg/m^3C = 0.25 [Factor de Subpresion]

Pp = A*ϒHº

Pw = A*ϒagua

E1

W1

P1

S2

S1

O P3

P2

W2

2

* 2hwEa

Sp1 = 1567.45 kg/mSp2 = 2548.51 kg/mSp = 4115.96 kg/m

VERIFICACION A DESLIZAMIENTO:

2.370708 > 1,5 OK

VERIFICACION AL VUELCO:

Momentos Positivos:Mpp1 = 14839.6 kg*mMpp2 = 33539.8 kg*mMpp3 = 4533.66 kg*m

Mpw1 = 8031.17 kg*mMpw2 = 14263.3 kg*m

M+total = 75207.5 kg*m

Momentos Negativos:MEa = 19680.3 kg*mMSp1 = 4449.97 kg*mMSp2 = 5426.39 kg*mM-total = 24130.3 kg*m

3.11673 > 1,5 OK

DISEÑO HIDRAULICODISEÑO DE LA TOMA LATERALComo Orificio:

5.1Fh

Fv

5.1

VOLCADORES

NTESESTABILIZA

M

M

5.1

VOLCADORES

NTESESTABILIZA

M

M

entradaV

QdAo

= 0.141176 m2

Ao: Área neta del canal de entradaQd: Caudal de diseño = 0.12 m3/s

0.85 m/s

Debido al taponamiento y contraccion en la entrada se calcula un area bruta,afectando el area neta del orificio con dos coeficientes:

kl : coeficiente de contracción = 1.35Kt1: coeficiente de taponamiento = 1.3

Age = 0.24776 m2

Para una seccion de mayor eficiencia:

h = 0.351969 mSe asume: h = 0.4 m

b = 0.8 m

Diseño como vertedero:Considerando un vertedero de cresta alta y pared delgada:

K: coeficiente de correccion del caudal de descarga sumergido = 0.9K':coeficiente de mayoracion por obstruccion = 0.85C: coeficiente de descarga = 1.85L: longitud efectiva de orificioH: altura de orificio (asumido) = 0.3 m

= 0.51602 m

Ve: Velocidad de entrada segun PRONAR (0.5<Ve<1 m/s) =

entradaV

QdAo

AoktKltradaAbrutadeen *1*

2

2*2*

22

orificioAh

hhhhbA

hb

'**** 2/3 KKHLCQd

'*** 2/3 KKHC

QdL

Se construira una bocatoma de area efectiva: b = 0.5 mh = 0.3 m

Se calcula la longitud total de la bocatoma en funcion del espesor y espaciamiento de las barras. Para evitar el ingreso de solidos que dañen el sistema se colocaran barras c/ 0,1m:ϕ: espesor de barras = 3/4" = 0.01905 ms:espaciamiento entre barras = 0.1 m

Nº de aberturas = b/0,1 = 5 Nº de barrotes = 4

Ancho corregido de la bocatoma :breal = Nºaberturas* s + Nºbarrotes *ϕbreal = 0.5762 m

adoptamos breal = 0.6 mh = 0.3 m

Area de orificio = 0.18 m2

DISEÑO DEL VERTEDERO DE EXCEDENCIAS.-Antes de rejilla:

NAME = P+HdNAME = 4.71 m

Despues de rejilla:NAME" = P-he-hr

Se debe calcular perdidas de carga

Perdida de carga por entrada: Cd = 0.8

= 0.0283158 m

Perdida por rejilla:

= 0.8689171 m

= 0.0319976 m

A*Cd*g*2

Qh

2o

2d

e

2

oo

A

A

A

A0.451.45k

g*2

V*khr

2e

NAME" = P-he-hrNAME" = 1.93969 m

NAME-NAME"2.77 m

Caudal en exceso que ingresa por el orificio en crecida:

= 0.312431 m3/s

Caudal de diseño de vertedero en crecida:

0.192431 m3/s

Aplicando la ecuacion de un vertedero:

Hv = 0.35 mC = 1.8 L = 0.5162972 m

Dimensiones del vertedero : L = 0.52 mHv = 0.35 m

COMPUERTA DE LIMPIEZA:Asumiendo h = 0.2 m

C = 0.61A = L*h

H=P-h/2= 1.9 m L = 0.1611 m

Dimensiones de compuerta de purga: L = 0.2 mh = 0.2 m

Compuerta de limpieza:

∆H =∆H =

P=2mH=P-h/2

h

L

H*g*2A*CQ o

DISEÑODAMAXENCRECI QQVERTEDEROQ

2

3

H*L*CQ

HgACQd **2**

HghC

QL

**2**

H*C

QL

2

3

P=2mH=P-h/2

h

L

Profundidad de socavacion por debajo de la superficie de agua durante la

DESARENADORDATOS :

Qd = 0.12 m^3/sB = 0.50 mts. base del canalb = 1.5 mts. ancho de la camara de sedimentacion

DIAMETRO DE LA PARTICULA, VELOCIDAD DE SEDIMENTACION :

Si : D = 0.7 mm Vs = 7.32 cm/sDe la tabla15,3 -Pag 200 del Pronar

CALCULO DE LA VELOCIDAD DE ESCURRIMIENTO :

D = 0.7 mm [Diametro de la Particula Asumida]a = 44 [Coef. de Decantacion] De la tabla-15,2 -Pag 199 -Del Pronar

Vd = 0.37 m/s

CALCULO DE LA ALTURA DE LA CAMARA DE SEDIMENTACION :

H = 0.22 mts.

CALCULO DEL TIEMPO DE RETENCION :

ts = 2.97 seg.

CALCULO DE LA LONGITUD MINIMA DE LA CAMARA :

K = 1.675 [Coef. de Seguridad] De la tabla-15,4-de la Pag 201-Del Pronar

L = 2 mts.

DaVd

bVd

QdH

VsH

ts

tsVdKL

CALCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICION :α = 22.5 º [Angulo de Transicion] Tang 22.5 0.41421

B=T2 0.50 mts. base del canal b=T1 1.5 mts.

LT = 1.21 mts.

DIMENSIONAMIENTO FINAL : Compuerta de purga1.21

0.50 1.5

Ancho del Canal

2 mts ancho de la camara de sedimentacion

T1 T2

L t

β

1

αg

BbLT tan2

DESARENADOR

De la tabla-15,2 -Pag 199 -Del Pronar

PUENTE CANAL

S = 0.002

DATOS :

Qd = 120 l/sn = 0.018 H°C°

Sc = 0.002 m/m [Pendiente del Puente Canal]So = 0.0025 m/m [Pendiente del Can. de Entrada ]L = 26 m [Longitud del Puente Canal]

B1 = 0.50 mts. B4 = 0.50 mts.Seccion 1 Seccion 4

Y1 = 0.32 mts. Y4 = 0.32 mts.Distancia minima para

B2 = 0.6 mts. que una persona B3 = 0.6 mts.Seccion 2 camine Seccion 3

Y2 = ? mts. Y3 = ? mts.

CALCULO DE LA VELOCIDAD :

V4 = 0.75 m/s

CALCULO DEL NUMERO DE FROUDE :

F4 = 0.42 < 1 Flujo Subcritico OK !!!!

CALCULO DE LA TRANSICION DE ENTRADA :b = 0.50 mts. [Espejo de agua en el canal]T = 0.6 mts. [Ancho en el Puente]β = 22.5 [Angulo de Transicion]

Esta sera la Longitud de trancision LT = 0.12 mts. a la entrada y salida debido a que

tanto a la entrada y salida se tienen los mismos datos

LT = 0.20 mts. [Asumo por fines Contructivos]

1 2 3 4

T1 T2

L t

β

1

AQ

V 4

4

44

Yg

VF

βTangbT

LT

2

CALCULO DEL TIRANTE EN LA SECCION 3 :Sc = 0.002 m/m

LT = 0.2 mts.Ks = 0.5 [Coeficiente de perdida por Salida en Linea Recta]V4 = 0.75 m/s

b = 0.6 [Ancho en el Puente]Y4 = 0.32 m

Por Bernoulli:

Donde ademas V3 es funcion de Y3

Iterando el tirante: Y3 = 0.324 mts.Por lo tanto V3 = 0.617 m/s

CALCULO DEL NUMERO DE FROUD EN LA SECCION 3 :

F3 = 0.346 < 1 Flujo Subcritico OK !!!!

CALCULO DEL TIRANTE EN LA SECCION 2 :Sc = 0.002L = 26 mY3 = 0.324 mV3 = 0.617 m/sn = 0.018b = 0.6 m

Donde n= 0.018 L= 26 mts Longitud del puente canalrugosidad del acueducto

Iterando se tiene: Y2 = 0.311 mts. V2 = 0.643 m/s

CALCULO DEL TIRANTE EN LA SECCION 1 :Sc = 0.002 m/m

LT = 0.2 mts.Ke = 0.3 [Ceficiente de perdida por Entrada en Linea Recta]

g

VVKs

g

VY

g

VYLS T 222

24

23

24

4

23

343

3

33

Yg

VF

LRR

VVn

g

VY

g

VYLSc

2

3

2

32

322

33

22

2

7937,0

22

g

VVKe

g

VY

g

VYLS T 222

21

22

22

2

21

121

33 *Yb

QV

Iterando se tiene: Y1 = 0.311 mts.

La altura de Remanso en la Seccion 1 sera: 0.009 m No justifica un aumento de borde libre en elcanal de entrada.

11.-DIMENSIONAMIENTO FINAL :

Y1 = 0.3106Y2 = 0.311

Y3 = 0.324 Y4 = 0.32

1 2 3 4

41 YYhremanso

SIFON INVERTIDO

A B

E F36,76 m

20,95mC

27,23m D

DATOS :Qd = 0.2 m^3/sB = 0.5 mts. Canal entradaY = 0.242 mts. Tirante en canal entrada

Cota A = 7 m.s.n.m.Cota B = 5 m.s.n.m.

L = 20.32 mts. [Longitud de la Tuberia ]ΔZ = 2 mts. [Desnivel entre los Puntos de Entrada y salida]

CALCULO DEL AREA DE LA SECCION TRANSVERSAL DEL DUCTO :

Vd = 2 m/s Velocidad en el Ducto [1,5 - 3 m/s]

Ad = 0.100 m^2

CALCULO DEL DIAMETRO DE LA TUBERIA :

d = 0.357 mts.

d = 14.04820496 plg [Asumo]d = 7 plg Comercial d = 0.1778 mts

Vd = 8.0552051 m/s

β1 β2

2

d

dd V

QA

4

2dπAd

AdQ

Vd

PERDIDA DE CARGA POR LA REJILLA DE ENTRADA :

eb = 0.009525 mts. [Espesor de las Barras]Sb = 0.06 mts. [Espaciamiento de las Barras]φ = 60 º [Angulo de inclinacion de la Regilla]

F = 1.79 [Factor de forma] CIRCULAR

hre = 0.44068 mts.

CALCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICION :

LT = 0.3889 mts.Adoptamos

α = 22.5 º LT = 0.4000 mts.

PERDIDA POR TRANSICION EN LA ENTRADA :

Vd = 8.0600 m/s [Velocidad en la Tuberia]Vc = 1.40 m/s [Velocidad en el Canal de Ingreso]

hte = 1.28448 mts.

NIVEL DE AGUA SOBRE EL PUNTO B :Nivel en A:

NAa : 7.242 m.s.n.m. Yn = 0.242 m

Nivel en B: NAB = 5.517 m.s.n.m.

PROYECCION HORIZONTAL DEL DIAMETRO :

d = 0.1778 mts [Diametro del Conducto]β1 = 36.87 º [Angulo de Inclinacion de la Tuberia de Ingreso]

DPE = 0.222 mts.

φseng

V

s

eFh c

b

bre

2

234

αTanDT

LT

2

g

VcVdh te

24,0 22

tereaB hhNANA

1cos βD

DPE

CALCULO DEL PORCENTAJE DE AHOGAMIENTO :

a% = 45 % [Porcentaje de Ahogamiento (10% - 50%)]NAB = 3.791 m.s.n.m.DPE = 0.222 mts.

Cota B = 3.669 m.s.n.m.

y el ahogamiento a es :

a = 0.100 mts.

PERDIDA POR ENTRADA EN EL DUCTO :

Vd = 8.06 m/s [Velocidad en la Tuberia]Ke = 0.5 [Coef. de Perdida por Entrada]

he = 1.654 mts.

PERDIDAS LOCALIZADAS :

Vd = 8.06 m/sCoeficientes de Perdidas de Carga por Accesorios

K1 = 0.9 [Codos de Radio Corto] n = 2K2 = 2.5 [Valvula de Retencion] n = 1K3 = 0.6 [Codos de Radio Largo] n = 3

∑Km = 6.1 mts

∑hm = 20.174 mts.

100%

1a

DNABCota PEB

PEB DBCotaNAa

gVd

Kehe

2

2

g

Vdkh mm 2

2

PERDIDAS POR FRICCION :

Vd = 8.06 m/sε = 0.0015 m [Rugosidad Absluta PVC]d = 0.1778 mts [Diametro]ν = 1.01E-06 m^2/s [Viscosidad Cinematica]

Ld = 20.32 mts. [Longitud del la Tuberia]

Re = 1,418,035.1096

f = 0.025530

hf = 9.649 mts.

PERDIDA POR SALIDA :Vd = 8.06 m/s [Velocidad en el Conducto]

Ve = Vsalida = 1.65 m/s [Velocidad de Salida al Canal]

hs = 3.1679 mts.

PERDIDA DE CARGA POR REJILLA :

eb = 0.009525 mts. [Espesor de las Barras]Sb = 0.06 mts. [Espaciamiento de las Barras]φ = 60 º [Angulo de inclinacion de la Regilla]

F = 1.79 [Factor de forma]Vs = 1.65 m/s [Velocidad de Salida al Canal]

hre = 0.01855 mts.

fdε

Logf Re

51,271,3

21

gD

VdLdfhf

2

2

νVdd

Re

g

VsVdhs

2

22

φseng

V

s

eFh S

b

bre

2

234

PERDIDA DE CARGA TOTAL :

∑hT = 36.39 mts.

∑hT = 36.39 mts. > ΔZ = 2 m No Cumple ???

CALCULO DE LA COTA DE SOLERA :hT = 36.39 mts. [Perdida total de Carga]

Cota A = 7 m.s.n.m.

Cota F = -33.03 mts.

CALCULO DE LA COTA DE SALIDA :

0.24 mts.

Cota NA F = -32.77 m.s.n.m.

CALCULO DEL NIVEL DE AGUA EN EL PUNTO E :

Cota NA E = -29.60 m.s.n.m.

CALCULO DEL AHOGAMIENTO DE SALIDA :d = 0.1778 m

as = 0.029633 mts.as = 0.09 mts.

CALCULO DE LA COTA DEL PUNTO E :d = 0.1778 mtsβ = 64 º [Angulo de Deflexion de Salida del Sifon]

Dps = 0.4055924 mts.

Cota E = -30.09 m.s.n.m.

YF =

resmfetere hhhhhhhhT

hTACotaFCota 1,1

hrsYFCotaNACota FF

SFE hNACotaNACota

6d

as

βd

Dpscos

asDpsNACotaECota E