trabajo de irrigacion fin

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo Escuela Profesional de Ingeniería Civil

Diseño de Obras Hidraulicas Msc. Ing. José Arbulu Ramos

DISEÑO DE LA BOCATOMA LA LECHE - MOTUPE

1. Generalidades:

2. Tipo de Bocatoma:

El tipo de bocatoma que hemos considerado en muestro proyecto es de Barraje Mixto, el cual consta de:(a) Una presa derivadora impermeable (concreto ciclópeo)(b) Un frente de regulación y limpia, perpendicular al sentido de la corriente(c) Un frente de captación

3. Ubicación:

4. Caudales de diseño:

Qmax = 19.76 m³/sQminimo = 6.90 m³/s

Qdiseño = 75% Qmáx

Qdiseño = 14.82 m³/s

5. Cálculo del Coeficiente de Rugosidad:

1.- Valor basico de rugosidad por cantos rodados y arena gruesa 0.0282.- Incremento por el grado de Irregularidad (poco irregular) 0.0053.- Incremento por el cambio de dimenciones ocasionales 0.0054.- Aumento por Obstrucciones por arrastre de raices 0.0105.- Aumento por Vegetacion 0.008

n = 0.056

6. Determinación de la Pendiente en el lugar de estudio:

Km Cota-0.51 0+400.00 3718.23

0+0.00 3718.74-400.00

Ancho de Plantilla (b) = 27.30 m En función a la topografía dada y procurando que la longitud del

Pendiente (S) = 0.0013 barraje conserve las mismas condiciones naturales del cauce, conel objeto de no causar modificaciones en su régimen.

7. Construcción de la Curva de Aforo:

COTAArea

PerímetroRadio

1/nQ

Acumulada Hidraulicom.s.n.m (m²) (m) (m)3616.72 0.003617.10 2.78 13.79 0.2015 0.3437 18.0180 0.0357 0.61463617.47 9.48 19.53 0.4855 0.6177 18.0180 0.0357 3.76843617.85 17.44 20.88 0.8352 0.8868 18.0180 0.0357 9.94953618.22 26.00 22.54 1.1534 1.0998 18.0180 0.0357 18.3974

La Bocatoma a diseñar, es una estructura hidráulica destinada a captar las aguas del rio ichu, destinadas para irrigar terrenos de cultivo tanto en la margen derecha, como la margen izquierda, a través de canales alimentadores.

La captación se encuentra ubicada en el en la sección transversal 0+560, tal como lo muestra el plano topográfico, considerando que esta es la mejor alternativa para evitar la una gran sedimentación. Además el barraje se ubica perpendicular a la dirección de las aguas del río.

El calculo de la pendiente se ha obtenido en el perfil longitudinal, esta pendiente está comprendida entre los tramos del kilometraje :

Para la construcción de la Curva de Aforo tenemos en cuenta la seccion traversal del río en el lugar de emplazamiento de la obra, para ello calculamos las áreas y perímetros mojados a diferentes elevaciones.

Para diferentes niveles de agua en el río calculamos el caudal con la fórmula de Manning: Haciendo uso del Autocad determinamos las áreas y perímtros y por ende los Caudales.

R(2/3) S(1/2)

(m³/s)



Con el gráfico de Curva de Aforo obtenemos las cotas necesarias para el Diseño:

Caudal Cota(m³/s) (m.s.n.m)

Qdiseño 14.82 3716.72

8. Cálculo de la ventana de Captación:

Por tanteos usando la fórmula de Manning

se calcula el tirante y se busca el valor mas aproximado

Caudal : Q = 1.650 m³/s

Ancho de Solera : b = 3.00 m

Talud : Z = 1.00Rugosidad : n = 0.0150 Tirante que mas se aproxima

Pendiente : S = 0.0010 y = 0.5000 m0.6000 m

1.5000 m

Tirante Normal : Y = 0.5000 m P = 4.0000 m

R = 0.3750 m

Area Hidraulica: A = 1.5000 m² v = 1.1314 m

Perimetro Mojado: P = 4.0000 m 1.70 m

Radio Hidraulico: R = 0.3750 m

Espejo de Agua: T = 3.0000 m

Velocidad: v = 1.1000 m/s 0.5m

Carga de Velocidad: hv = 0.0617 m

Energia Especifica: E = 0.562 m-Kg/Kg 3 m

Numero de Froude: F = 0.4967

9. Cotas y Altura del Barraje:

9.1. Calculo de la cota de Cresta del Aliviadero:

9.1.1. Cálculo de la Altura del Barraje P:

Datos :Zmin = 0.60 m

Hv = 0.50 mHf = 0.10 mFb = 0.10 m

P = 1.30 mAsuminos el siguente valor de P:

P = 1.30 m

−−−−− DATOS −−−−−

A =

Q =

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 203616.72

3616.92

3617.12

3617.32

3617.52

3617.72

3617.92

3618.12

3618.32

1

2

3

4

5

Curva de Aforo

Q ( m³ / s )

Cota

( m

.s.n.

m.)

3617.8msm

P=Z min+ Hv+Hf +Fb

F111

rolo: ajustar según topografía



CFC : Cota de fondo de la razante

CFR = 3616.72 msnm

h sed: También llamado Altura del Umbral del vertedero de captación. Según el Ingº César Arturo Rosell C.este no debe ser menor de 0.60., pero por consideraciones especiales,tomaremos 0.3m

hsed = 0.60 m

3618.02

P = 1.30 m

0.60 m3616.72

9.2. Longitud del barraje fijo y del barraje movil

a. Dimensionamiento:

a.1 Por relacion de areas

El area hidraulica del canal desarenador tiene una relacione de 1/10 del area obstruida por el aliviadero, teniendose :

N de pilares= 3…………(1) donde:

N de comp.= 1.00

P

27.3 - Ld

A1 = P x Ld A2 = P ( 27.3 - 2Ld )

Remplazando estos valores, tenemos que: P x Ld = Px (27 - 2Ld)/10

1.3 x Ld = 1.3 x ( 27.3 - Ld )/10

Ld = 2.21 m

Entonces : 27.3 - Ld = 22.09 m

a.2 Longitud de compuerta del canal desarenador (Lcd)

Lcd = Lr/11 2.48 mLcd = 2.48 m

a.3 Predimensionamiento del espesor del Pilar (e)

e = Lcd /4 = 0.62 m

Consideramos : e = 0.70 m

b. Resumen: Dimensiones reales del canal de limpia y barraje fijo.

22.7 m

9.3. Cálculo de la Carga Hidráulica:

A1 = A2 /10 A1 = Area del barraje movil

A2 = Area del barraje fijo

A1 A2

Ld

Lr=27.3 m



hv H

he hdh1= V1² / (2g)

P = 1.30 m d2

d1

Donde: H: Carga de Diseñohe: Altura de agua antes del remanso de depresiónhv: Carga de Velocidad

P: Longitud de Paramento

Q diseño max. = Qaliviadero + Qcanal.limpia …………….(A)

a. Descarga en el Cimacio (sobre el barraje):

…………….(B)

Qc: Dercarga del CimacioC: Coeficiente de DescargaL: Longitud Efectiva de la Cresta

Si se hace uso de esta ecuación se debe tener en cuenta que la longitud del barraje disminuye debido a

para la cresta de cimacio sin control.

…………….(C)

Donde: L = Longitud efectiva de la crestaH = 0.16Lr = Longitud bruta de la cresta = 22.7N = Numero de pilares que atraviesa el aliviadero = 0.00 (Que es este valor)Kp = Coef. de contrac. de pilares (triangular) 0.00Ka = Coeficiente de contraccion de estribos 0.10 (Estribos redondeados)

el barraje fijo y movil. El caudal calculado debe ser igual al caudal de diseño.

L = 22.69m

…………….(D)

Los valores del 2º miembro nos permiten corregir a "C" sin considerar las pérdidas por rozamiento:En las Copias entregadas por el Profesor del curso, encontramos las definiciones y la forma de encontrar estos valores.

a) Por efecto de la profundidad de llegada: (Copias de clase.)

P/H = 8.13 Co = 4

b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto:

he = H he/H = 1.00 1.00

c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba:

P/H = 8.13 1.00 Considerando talud 1:3

Cuando venga la máxima avenida o caudal de diseño por el ría se abrirá totalmente las compuertas de limpia dividiéndose el caudal en dos partes: lo que pasa por encima del aliviadero y lo que va por las compuertas de limpia, obteniéndose la siguiente igualdad:

La fórmula a utilizar para el cálculo de la carga del proyecto es:

Qc = C x L x H3/2

He: Carga sobre la cresta incluyendo hv

La longitud efectiva de la cresta (L) es:

L = Lr - 2 ( N x Kp + Ka) x H

Carga sobre la cresta . Asumida

"H" se calcula asumiendo un valor , calcular el coeficiente de descarga "C" y calcular el caudal para

Reemplazando en la ecuación la Longitud efectiva para H asumido es:

− Cálculo del coeficiente de descarga variable para la cresta del cimacio sin control:

C = Co x K1 x K2 x K3 x K4

(Copias de clase. K1=C/Co)

K1 =

(Copias de clase. K2=C1/Cv)

K2 =

J270

rolo: Asumir cualquier valor(por defecto 1)



d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo:

(Hd + d) / Ho = (P+Ho)/Ho= 9.13 1.00 No aparece en la gráfica

e) Por efecto de sumergencia:

Hd / he = 2/3 Ho/ Ho = 0.67 1.00

* Remplazamos en la ecuación (D): C = 4.00m

* Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje fijo) tenemos que:

Qc = 5.81 m³/s

b. Descarga en canal de limpia (Qcl)

Se considera que cada compuerta funciona como vertedero, cuya altura P = 0.00Para ello seguiremos iterando, igual que anteriormente asumiendo un valor de h, para ello usaremos las siguientes fórmulas:

Donde :

L = Longitud efectiva de la crestah = Carga sobre la cresta incluyendo hv 1.46 m.

Longitud bruta del canal 2.48 m.N = Numero de pilares que atraviesa el aliviadero 0.00Kp = Coef. de contrac. de pilares (triangular) 0.00Ka = Coeficiente de contraccion de estribos 0.10 (Estribos redondeados)

L = 2.19m

* Cálculo del coeficiente de descarga variable para la cresta del cimacio sin control:

C= …………….(D)

a) Por efecto de la profundidad de llegada: (Copias de clase.)

P/h = 0.000 Co = 3.09

b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto:

he = H he/h = 1.00 1.00

c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba:

P/h = 0.000 1.00 Considerando talud 1:3

d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo:

(Hd + d) / Ho = (P+ho)/ho= 1.00 0.77

e) Por efecto de sumergencia:

Hd / he = 2/3 ho/ ho = 0.67 1.00

* Remplazamos en la ecuación (D): C = 2.38m

* Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje fijo) tenemos que.

Qcl = 9.18 m³/s

Qt = Q c + Q cl

Qt = 14.99 m³/s Qd = 14.82 m³/s

(Copias de clase. K3=C0/C)

K3 =

(Copias de clase. K4=Co/C)

K4 =

Qd = C * L'' * hi3/2 L = L1 - 2 ( N * Kp + Ka) x h

L1 =

Co x K1 x K2 x K3 x K4

(Copias de clase. K1=C/Co)

K1 =

(Copias de clase. K2=C1/Cv)

K2 =

(Copias de clase. K3=C0/C)

K3 =

(Fig. 8 de Copias. K4=Co/C)

K4 =

c. Descarga Máxima Total (Q T):



Este valor no cumple con el caudal de diseño, tendremos que asumir otro valor de "H"

Siguiendo este proceso de iteracion con el tanteo de "H" resultan los valores que aparecen en el cuadro de la siguiente. En este cuadro iterar hasta que Qt = 14.82 m³/s

CUADRO PARA EL PROCESO ITERATIVO

Ho (m) Co K1 K2 K3 K4 L efect. Qc - Qcl QT0..16 4.00 1.00 1.00 1.00 1.00 22.69 5.81 14.99

3.09 1.00 0.77 0.77 1.00 2.19 9.18

Ho = 0.16 m(aliviadero) Para Ho = 0.16 m Qc = 5.81 m³/s(canal de limpia) Q cl (compuerta)= Qc = 9.18 m³/s

9.4. Cálculo de la Cresta del Cimacio:

3618.02 m.s.n.m.

Ho = 0.16 m

P = 1.30 mØ

R 3616.72 m.s.n.m.

La sección de la cresta de cimacio, cuya forma se aproxima a la superficie inferior de la lámina vertienteque sale por el vertedor en pared delgada, constituye la forma ideal para obtener óptimas descargas, dependien-do de la carga y de la inclinación del paramento aguas arriba de la sección.

Considerando a los ejes que pasan por encima de la cresta, la porción que queda aguas arriba del origense define como una curva simple y una tangente o una curva circular compuesta; mientras la porción aguas abajoestá definida por la siguiente relación:

En las que "K" y "n" son constantes que se obtienen de los cuadros de las copias dada en Clase.

Determinación del caudal unitario: (q)

q= Qc / Lc = 0.256

Velocidad de llegada (V):V= q /(Ho+P)= 0.175 m/s

Carga de Velocidad0.002 m

Altura de agua antes del remanso de depreción (he):

he = Ho - hv = 0.158 m

Determinación de "K" y "n" haciendo uso de los abacos, con la relación hv/Ho:

hv/Ho= 0.010 K= 0.5Talud: Vertical n= 1.847

Valores para dibujar el perfil aguas abajo: Perfil Creager

La Curva del Perfil Creager es hasta una distancia igual a 2.758Ho, des-pués de este límite se mantiene recto hasta la siguiente curva al pie del talud (aguas abajo):

X (m) Y (m) 2.758 Ho= 0.44128

m3/s/m

hv = V2/2g =

Yc

Xc

R

YHo

=Kx( XHo

)n



0.000 0.000.100 -0.030.300 -0.260.500 -0.660.700 -1.220.900 -1.94 X,Y = Son las coordenadas del perfil de creager1.100 -2.82 Ho = Carga neta sobre la cresta1.300 -3.83 k, n = Parametros1.500 -4.991.700 -6.291.900 -7.732.100 -9.292.300 -10.992.500 -12.83

La porción del perfil que queda aguas arriba de la cresta se ha considerado como una curva circular

Con hv/Ho: 0.010 ingresamos a los nomogramas, de donde se obtiene:

pendiente de la cara aguas arriba k N1 en 1 2.000 1.85

Xc = 0.282*Ho 0.05 m

Yc = 0.127*Ho 0.02 m

R1 = 0.5*Ho 0.08 mR1-R2 = 0.0480

R2 = 0.2*Ho 0.03 m

Ubicación de los elementos para el dibujo de la curvatura aguas arriba:

9.5. Cálculo de los Tirantes Conjugados:

Dc = 0.19 m hd

compuesta. Los valores de R1, R2, Xc, Yc se dan en la fig. de la separata:

Xc=

Yc=

R1=

R2=

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

-12.00

-10.00

-8.00

-6.00

-4.00

-2.00

0.00

PERFIL CREAGER

1 2

a

bc

d

R1-R2

R1

a

a

R2

R2

Talud Vertical



hd

h1P = 1.30 m

d2d1

Lp

Aplicando la Ecuacion de Bernoulli entre los puntos 1 y 2:

Tenemos: z + dc + hvc = d1 + hv1 + ΣhpΣhp: pérdidas de energía (por lo general se desprecian, debido a su magnitud)

Determinación del tirante Crítico:

dc= 0.188 m

Cálculo de la Carga de Velocidad Crítica: vc =√(g*dc)

Vc= 1.359 m/s

0.094 m

q = Q/B Por uqe considera carga de velocidad en el primer miembro?

q = 0.26

1.58 0.00

1.58 0.00 0.1000 -0.01 = 0

2.56 m/s

0.32 m

Determinación del Número de Froude:

F= 2.58 Este valor vuela

Este es un resalto inestable. Cuyo oleaje producido es propaga hacia aguas abajo. Cuando se posible evitareste tipo de poza. Entonces podemos profundizar la poza en una profundidad = 0.80 m

2.38 0.00 0.0500 -0.002

5.11 m/s

1.33 m

0.49 m

F= 7.30

8.6. Cálculo del Radio de Curvatura al pie del Talud:

R= 0.25 m

9.7. Longitud del estanque amortiguador o poza de disipación:

a) Número de Froude:

* Con el valor de F, se puede determinar el tipo de Estanque que tendrá la Bocatoma, el cual según libros sera:

F= 7.30TIPO II

5.11

* Ver la Figura 12 de la Separata para el cálculo de Lp

dc = (Q2/gB2)1/3

hvc=

Reemplazando obtenemos el d1:

z + dc + hvc = d1 + q2/(2*g*d12)

/ d12

d13 - d1=

Determinación del Tirante Conjugado 2: d2

V1=

d2=

z + dc + hvc + e = d1 + q2/(2*g*d12)

d13 - d1=

V1=

hv1=

d2=

Esta dado por la ecuación: R = 5d1

V1=

= d1 +

d1 2 += 0

= 0d1 2 += 0

= 0

d2=−d1

2+√(

d1

2

4+

2 v12 d1

g)

F=v1

√g∗d1

d2=−d1

2+√(

d1

2

4+

2v12 d1

g)

F=v1

√g∗d1

rolo:F menor que 1.7: no necesita estanque(Lp=4dz)F(1.7-2.5):No se necesita dadosF(2.5-4.5):Usar poza fig.11

H553

rolo: Este valor debe swer alrededor de 1

J553

rolo: Use esta celda para que le valor de la derecha sea cero

I563

rolo: F menor que 1.7: no necesita estanque(Lp=4dz) F(1.7-2.5):No se necesita dados F(2.5-4.5):Usar poza fig.11

I571

USER: Utilizar buscar objetivo para hallar valor de d1, de tal manera que remplazo sea igual a cero

I576

rolo: Tirante en el resalto



2.70 Lp= 1.328 m

b) Según Lindquist:

Lp = 5(d2-d1) Lp= 2.209 m

c) Según Safranez:

Lp = Lp= 2.190 m√(g*d1)

d) Finalmente tomamos el valor promedio de todas las alternativas:Lp= 1.909 m

Longitud promedio de la poza Lp= 2.00 m

9.8. Profundidad de la Cuenca:

0.063 m

9.9. Cálculo del Espesor del Enrocado:

H = ( P + Dc ) = 1.49 m. e= 0.189 m

q = 0.26 e= 0.35 m

9.10. Cálculo de la Longitud del Enrocado:

Según W. G. Bligh, la longitud del empedrado está dado por la sgte fórmula:

donde:Lc : Longitud del colchon o poza 2.00 m.

q: caudal unitario 0.26

c: coeficiente de acuerdo al tipo de suelo 9 (Arena Gruesa Gravas Arena)Db : Diferencia entre cresta y salida 1.30 m

L e = 1.476 m

L e = 1.50 m

9.11. Longitud del Solado Delantero: Ls = 5Ho

Ho = DcLs= 0.94 m 1.00 m

9.12. Espesor de la Poza Amortiguadora:

La subpresión se hallará mediante la siguiente formula:

donde:Peso especifico del agua 1000 kg/m3

b = Ancho de la sección 1.00 m.c = Coeficiente de subpresión, varia ( 0 - 1 ) 0.55 Para concreto sobre roca de mediana calidadh = Carga efectiva que produce la filtración

h' = Profundidad de un punto cualquiera con respecto a A, donde se inicia la filtración.(h/L)Lx = Carga perdida en un recorrido Lx

Mediante la subpresión en el punto "x", se hallará el espesor de la poza, asumimos espesor de: 0.60 m

3618.02msnm hv= 0.002 m.

he= 0.158 m.

0.25 (P+H)

Ho = 0.16 m 0.0 m.

h = 0.89 m.

1.33 m.

1.25*(P+H) 1.46 m.

P = 1.30 m. 0.49 m.

3617.10msnm

e=0.30 0.05 m.

0.7 m. 1.50

1.00 m. 2.00 m

1.00 m. 3.00 m. 1.50 m.

L/d2=

6xd1xV1

S = 1.25 d1=

d2 =

e '=0. 6∗q1/2( H / g )1/4

L=0. 67∗C∗√( Db∗q )−Lc

γ=

Sp=γ bc ' [h+h '−hL( Lx )]

E596

rolo: Usar figura 11,12 o 13 dependiendo del tipo de Estanque(La que dice "Long. De Resalto")

I609

rolo: Redondeado a la unidad o medio unidad o etc

I619

rolo: Redondeo de celda superior

I631

rolo: Ver libro "Construcciones Hidráulicas" de Schoklitsch

I634

rolo: Redondeo a la unidad

I639

rolo: Redondeo a la unidad



e=0.30

5.50 m.

* Predimensionado de los dentellados posteriores y delanteros: 0.30 m.

0.30 m.

0.70 m.

1.00 m. 0.40 m. 2.17 m. 0.40 m.

0.50 m.

0.33 m.

Para condiciones de caudal máximo

O sea cuando hay agua en el colchón.

h= 0.89 m. h/L = 0.110

L = 8.10 m. Lx = 5.20 m.

h' = 1.40 m. Spx = 945.36 kg

Para esta condición el espesor asumido satisface los esfuerzos de Subpresión

Para condiciones de agua a nivel de cimacio

O sea cuando no hay agua en el colchón

h = 1.22 m. Spx = 1011.00 kg

h /L = 0.15 e = 0.56 m.

Para esta condición el espesor asumido satisface los esfuerzos de Subpresión

Se observa que los valores calculados son menores que el asumido entonces se opta por el espesor asumido:

Volumen de filtración

Se calcula empleando la fórmula que expresa la ley de Darcy

donde: Q : gasto de filtración.

K : coeficiente de permeabilidad para la cimentación.

I : pendiente hidráulica

A : área bruta de la cimentación a través del cual se produce la filtración

Cálculo y chequeo del espesor del colchón amortiguador

Cálculo de la longitud necesaria de filtración (Ln)

H = 0.92 (cota del barraje - cota a la salida de la poza)

Cbarraje: 3618.02

Csalida: 3617.10

C = 9 (criterio de BLIGHT: grava y arena)

Ln = C*H 8.32 m.

Cálculo de la longitud compensada (Lc)

longitud vertical Lv Lv = 4.00 m.

longitud horizontal Lh Lh = 4.00 m.

Lc = Lv + Lh Lc = 5.33 m.

Verificación del espesor del colchón amortiguador

cálculo de la subpresión

L = L = 5.33 m.

h = 0.89 m.

h/L = 0.167

Cuadro de valores para la construcción del diagrama de presiones

h = d1 +hv1 -d2

(Lh/3)+Lv

m.s.n.m.

m.s.n.m.

Sp=γ∗[h+h'−hL( Lx )]



Punto Lx (m) h' (m) Sp (kg/m2) (-Sp)

1 0.00 4.00 2212.24 -2212.24

2 0.30 1.00 562.24 -562.24

3 0.50 0.30 177.24 -177.24

4 1.00 1.80 1002.24 -1002.24

5 1.33 1.80 1002.24 -1002.24

6 1.73 1.40 782.24 -782.24

7 2.13 1.40 782.24 -782.24

Po 2.53 1.40 782.24 -782.24

8 2.93 1.40 782.24 -782.24

9 3.33 1.40 782.24 -782.24

10 3.73 1.40 782.24 -782.24

11 4.13 1.40 782.24 -782.24

12 4.53 1.40 782.24 -782.24

13 4.93 1.40 782.24 -782.24

14 5.33 1.40 782.24 -782.24

15 5.73 1.40 782.24 -782.24

16 6.13 1.40 782.24 -782.24

17 6.53 1.40 782.24 -782.24

18 6.93 1.40 782.24 -782.24

19 7.33 1.40 782.24 -782.24

20 7.73 1.40 782.24 -782.24

21 13.33 1.40 782.24 -782.24

22 14.33 1.40 782.24 -782.24

Dimensionamiento de los Pilares:

a) Punta o Tajamar: Redondeada

b) Altura Ht= 1.25 (P+Ho): 1.46 1.20 m.

c) Longitud: Hasta la terminación de la poza mínimo =

d) Espesor e: 0.70

Dimensionamiento de los Muros de encauzamiento:

a) Longitud: 18.00 20.00 m.

b) Altura Ht= 1.25 (P+Ho): 1.46 1.60 m.

9.13. Diseño de las Ventanas de Captación:

a) Cálculo de la ventana de Captación :



Caudal : Q = 1.650 m³/s


Talud : Z = 1.00Rugosidad : n = 0.0130 Tirante que mas se aproxima

Pendiente : S = 0.0008 y = 0.5000 m0.2300 m1.5000 m


R = 0.3750 m

−−−−− DATOS −−−−−

A =

1 3 5 7 9 11 13 15

-5000

-4500

-4000

-3500

-3000

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

0DIAGRAMA DE PRESIONES

X

Sp

F821

rolo: ajustar según topografía




Perimetro Mojado: P = 4.0000 m 1.70 m



Velocidad: v = 1.1000 m/s

Carga de Velocidad: hv = 0.0617 m

Energia Especifica: E = 0.562 m-Kg/Kg 0.50 m


3.00

b) Díseño del Canal de Conducción:



Caudal : Q = 1.650 m³/s


Talud : Z = 0.00

Rugosidad : n = 0.0130 Tirante que mas se aproxima

Pendiente : S = 0.0200 y = 0.9000 m

0.4500 m


R = 0.1957 m


Perimetro Mojado: P = 2.3000 m 1.65 m3/s



Velocidad: v = 3.6667 m/s

Energia Especifica: E = 0.839 m-Kg/Kg


Calculo de borde Libre .

BL = Yn /3 = 0.30 m.

Usaremos : BL = 0.30 m.

BL = 0.30mc) Transicion que unira el canal de captacion y el canal de conduccion:

Yn = 0.90 m&

0.50 m

Qcaptación= 1.650 m³/s t

T

Lt

Longitud de transicion.

Para & = 12.50 °.

Lt = (T - t) * Ctg 12.5° / 2

Donde : T = 3.00 m.

t = 0.50 m.

Remplazando : Lt = 5.638

Asumimos : Lt = 5.60 m.

d) Diseño del canal de limpiaDe los calculos anteriores:

Q =

−−−−− DATOS −−−−−

A =

Q =



1.30 m.

2.48 m. ###

d.1) Area de la seccion transversal d ela compuerta de limpia:

sabemos que el ancho del canal de limpia es: 2.21 mLa altura del canal de limpia es: 1.30 m

Entonces area d ela compuerta de limpa sera: OK!

d.2) Caudal del canal de limpia:Se considerara que cada compuerta funciona como vertedero cuya altuya P= 0.

Donde:Ql = Caudal del canal d elimpiaQcap = Caudal de captacion = 1.65m3/seg

Entonces:

d.3) Velocidad de arrastre del canal de limpia:

Donde: Asumiendo:c = Coeficiente en funcion del tipo de material c = 3.2 (Arena y grava redondeada)d = Diametro de grano mayor d = 0.1 m (3 pulg)Vs = Velocidad de arrastre

Por lo tanto:

d.4) Pendiente del canal de limpia:Es recomendable que el canal d elimpia tenga una pendiente que genere la velocidad de limpia La formula recomendada es:

Donde :Ic = pendiente criticag = Aceleracion de la gravedad , en m/seg2 g = 9.81m/seg2n = Coeficiente de rugosidad de Maning n = 0.013q = descargar por unidad de ancho (Caudal unitario), en m3/seg q = 0.2355

Por lo tanto:Ic = 0.0029

e) Rejillas:

Donde :C1 = Correccion por efecto de barrotesC2 = Correccion por eficiancia de funcionamientoEf = Eficiencia de funcionamiento 85%

Longitud total de la ventana de captacion (Ltv): N = Numero de barrotese = espesor de barrotesS = espaciamiento de barrote a barroteb = ancho de la ventana de captacionhv = altura de la ventana de captacion

Aplicación de formulas mencionadas y de acuerdo a las condiciones de diseño tenemos:Datos:

b = 3.00hv = 0.5

Qcaptacion = 1.650 m³/s

Acl=(1−2)∗AvcAcl=Aal /10

Acl=2 .87 m2

Ql=2∗Qcap

Ql=3 . 3m3/ seg

Vc=1 .5∗c∗d1/2=1 .5∗Vs

Vc=1 .52m /seg Vs=1.013m / seg

q=Vc2 / g q=0 .2355m /seg

Ag=bxhv



* Asumimos el diametro de la barrilla el cual sera e = 3/4". 0.000285 m2 e = 0.01905El espaciamiento entre barrotes varian generlamente entre 4" a 8"* Asumimos un espaciamiento de S = 4" por ser el tamaño promedio del material granular, existente en el rio.

S = 0.1016 m

Reemplazando en:N = 29 Numero de barrotes

Ag = 1.5 m2

0.008265 m2

1.491735 m2

Verificamos para la condicion:

= 1.11 Cumple!!

C1 = 0.55245Por lo tanto usaremos:

C2 = 0.4529 Ø 3/4"@ 10 cm

Ltv = 4.00 m.

f) Carga hidraulica minima de funcionamiento

Donde:C = Coeficiente de descarga (Asumimos 0.70) = 0.7L = longitud de la ventana de captacion = 4.00 m.g = aceleracion de la gravedad = 9.8

h1 Q0.10 0.8880.12 0.9780.14 1.0720.16 1.1710.18 1.2750.20 1.3840.22 1.4980.24 1.6170.26 1.7410.28 1.8700.30 2.004

Calculo del perfil de la crestaSea la Ecuacion que define la trayectoria de entrada del caudal de captacion:

donde h = 0.41 m

La ecuacion queda:Ademas y esta en el rango de 0 - 0.85 m

y x0.00 0.000-0.10 0.405-0.20 0.573-0.30 0.701-0.40 0.810-0.50 0.906-0.60 0.992-0.70 1.071-0.80 1.145

Perdidas de carga en las ventanas de captacion

dondeho = Es la carga perdidaCv = Coefiente que depende del tipo de reja en la ventana (0.954)

m.

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.350.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500CURVA DE CAPTACION

Altura aguas arriba sobre la cresta (m)

Cau

dal

de

en

trad

a m

3/s

-0.90

-0.80

-0.70

-0.60

-0.50

-0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00PERFIL DE LA CRESTA DE CAPTACION

X (m)

Y (m

)

Ag=bxhv



Resolviendoh = 0.41

ho = 0.037 Es la perdida de carga maxima nominal

g) Calculos de los orificios de cOmpuerta de derivacion.

hY1

W Y3Y2=uW

donde:h= carga de agua al centro del orificioW= Altura de compuertaL= Ancho de compuertas o (ancho de canal)

Qd= Caudal d derivacion-diseño

Ademas:Qd1= caudal para Carga minima admitidaQd2= Caudal para Carga maxima normalQd3= Caudal para carga maxima extraordinaria

Datos:W= 0.450 m. Iteramos este valor hasta obtener un Qd2=QdL= 0.50 m.g= 9.81

Qd2= 1.65 m/s2Y1= 0.90 m.

Aplicando la formula tenemos: Usamos:W= 0.450 m.

= 0.55 = Qd2 Caudal para carga maxima normal

CURVA: Caudal de descarga vs Tirante en toma

H Qt0.00 0.0000.10 0.2100.20 0.2970.30 0.3640.40 0.4200.50 0.4700.60 0.5150.70 0.5560.80 0.5940.90 0.6301.00 0.664

h) Diseño del vertedero lateral

Caracteristicas hidraulicas en el canal lateral Se analiza y diseña la seccion del canal aguas arriba y abajo del vertedero

Dato inicial

Dato inicial

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700CURVA DE DESCARGA

Tirante

Cau

dal

de

en

trad

a (m

3/s

)

ANÁLISIS ESTRUCTURAL DEL ALIVIADERO DE DEMASÍAS

ANALISIS ESTRUCTURAL DE LA BOCATOMA

1. Datos generales:

* Barraje a base de concreto ciclopeo, cuyo peso especifico es de (Pc) : 2.3 Tn/m³

* Coeficiente de friccion entre suelo y el concreto según recomendacioneseste valor esta entre 0.5 y 1, tomaremos : 0.80 usaremos canto rodado

* Máximos esfuerzo unitario de corte V = 6.00 Kg/cm

* Capacidad de la carga de la arena = 2.65 Kg/cm²en nuestro caso predominan las arenas limo-arcillosas

* Peso especifico del agua con sedimentos y elementos flotantes 1.90 Tn/m³

* Peso especifico del agua filtrada (Pf) = 1.00 Tn/m³

* Peso especifico del agua igual (Pa) = 1.45 Tn/m³

1. Análisis cuando el nivel de agua es igual al nivel del cimacio:0.70 m. 3.54 m.

2.80 m.

0.30 m.

0.70 m. 0.60 m.

Fuerzas que intervienen

Fh = Fuerza hidrostáticaEa = Empuje activo del suelo en suelo friccionanteW = Peso de la estructuraW´ = Peso del agua

Sp = Sub - PresionSh = Componente horizontal de la fuerza sismicaSv = Componente vertical de la fuerza sismicaVe = Empuje del agua sobre la estructura ocacionado por aceleracion sismica y Momento Me.

Me = Es el momento que produce la fuerza Ve.

Fh

Ea

CgSh

Ycg

Sv

H

Yh

Ya

W´Ve

Me

Sp

Xsp

Xcg

W

B34

usuario: Ingresar altura del barraje del diseño Hidráulico: "P"

B37

usuario: Ingresar espesor del Solado delantero del barraje

B39

usuario: Diferencia de la longitud exterior del dentellón

I39

usuario: Espesor del Colchón Amortiguador del diseño hidráulico

a. Fuerza hidrostática (Fh).

= 5.68 Tn

Punto de aplicación= 0.93 m

b.- Cálculo de la Subpresión (Sp):

5.94 Tn C: Coeficiente que depende del tipo de sueloPara mayor seguridad su valor es 1.


c.- Empuje Activo del Suelo (Ea):Datos Asumidos para fines de Diseño:

11.19 Tn 2.00 Tn/m3h = hs+Hhs= Altura equiv de Suelo

Punto de aplicación= 1.14 m hs= 2.72 mh= 3.42 m

θ = 37.5d.- Peso del Agua (W´):

2.84 Tn


d.- Peso de la Estructura (W):

Se calculará integrando las áreas paralelas a las franjas verticales trapezoidales en que se ha divididola estructura diferenciandola a los ejes x - y.

Lt = 4.24

Nº Áreas h a b X (m) Y (m) A*X A*Y1 0.5528 0.385 1.350 1.350 4.048 0.675 2.238 0.3732 0.6757 0.385 1.650 1.650 3.663 0.825 2.475 0.5573 0.8762 0.250 3.350 3.430 3.345 1.695 2.931 1.4854 0.7997 0.250 3.396 3.430 3.095 1.707 2.475 1.3655 0.7872 0.250 3.320 3.396 2.845 1.679 2.240 1.3226 0.7644 0.250 3.205 3.320 2.596 1.631 1.984 1.2477 0.7336 0.250 3.055 3.205 2.346 1.565 1.721 1.1488 0.6938 0.250 2.665 3.055 2.098 1.432 1.456 0.9949 0.6668 0.250 2.640 2.665 1.845 1.326 1.230 0.884

10 0.5885 0.250 2.385 2.640 1.597 1.257 0.940 0.74011 0.5253 0.250 2.095 2.385 1.348 1.122 0.708 0.58912 0.4538 0.250 1.778 2.095 1.098 0.970 0.499 0.44013 0.3778 0.250 1.465 1.778 0.849 0.813 0.321 0.30714 0.3158 0.250 1.243 1.465 0.598 0.679 0.189 0.21415 0.2712 0.250 1.081 1.243 0.348 0.582 0.094 0.15816 0.2738 0.250 0.959 1.081 0.097 0.511 0.027 0.14017 0.2134 0.250 0.869 0.959 -0.153 0.457 -0.033 0.09818 0.1954 0.250 0.806 0.869 -0.403 0.419 -0.079 0.08219 0.1836 0.250 0.767 0.806 -0.654 0.393 -0.120 0.07220 0.2184 0.246 0.750 0.767 -0.903 0.379 -0.197 0.083

Total 10.1672 21.0981 12.2988

Pto C.M

Fh=12

γ1∗H2

Sp=12∗H∗L∗γ 2∗C=

Ea=12∗γa∗h2∗tg2 (45o−

φ2

)= γ a=

W ´=Área∗1 .0 m∗γ 1=

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

23.38 Tn

Punto de aplicación= Xco= 2.075 mYco= 1.210 m

e.- Componente Horizontal de Sismo (Sh):

Sh = 0.10 W = 2.34 Tn

f.- Componente Vertical de Sismo (Sv):

Sv = 0.03 W = 0.70 Tn

g.- Empuje del agua debido al Sismo (Ve):

su valor se calcula por:

Donde C es un coeficiente adimensional que da la distribución y magnitud de presiones

λ : Intensidad del Sismo: Aceleración del Sismo/Aceleración de la gravedad

h : Profundidad del agua (pies)

Cm : Valor máximo de c para un talud constante dado.

El Momento de vuelco es:

En la superficie de agua: Me = 0En el fondo del aliviadero: y = 2.8 m

h = 2.8 my / h = 1

Para el Paramento Vertical: C= 0.73 (Ver figura 14 y 15)l = 0.32 (Escala Mercalli Modificado)

g = 90.48h = 9.18 m. pies

Reemplazando estos valores en la ecuaciones anteriores:

Pe = 194.11Ve = 1294.27 lb/pie

Me = 4895.45 lbs

Transformando unidades en un ancho de 1 m:

Ve = 1.93 TnMe = 2.22 Tn -m

Análisis de la Estructura:

a) Ubicación de la Resultante:

Tomando Momentos respecto a C.M (Ver Figura)

Fuerza Brazo MomentoFh 5.68 Tn 1.93 m -10.99Ea 11.19 Tn 1.14 m -12.76Sp 5.94 Tn 2.83 m -16.78Sh 2.34 Tn 1.21 m -2.83Sv 0.70 Tn 2.08 m -1.46Ve 1.93 Tn - -2.22W 27.05 Tn 3.527 m 95.41W´ 3.69 Tn 5.89 m 21.73

S Fza H 21.14 Tn S Mts (-) -47.03S Fza V 24.10 Tn S Mts (+) 117.14

Pe: Aumento de presión del agua en lb/pie2 a cualquier elevación debido a oscilaciones sísmicas y

γ : Peso específico del agua (lb/pie2)

Me = 0.299 Pe * y2

lb/pie3

lb/pie2

W ´=Área∗1 . 0 m∗γ cto=

Ve=0 . 726 Pe∗y=

Pe=C∗λ∗γ∗h

C=Cm

2∗[ y

h∗(2− y

h )+√ yh∗(2−

yh )]

2.91 mXR=

2 Excentricidad "e":

e= -0.79 m < 0.71 m

3.- Esfuerzos de Compresión en la base (s)

Estos deben ser los permisibles para que la estructura no falle por aplastamiento.

-0.066

1.203 (no considerar)

Estos resultados son menores que la resistencia ofrecida por el terreno.

4.- Factor de Seguridad al Volteo:

FS= S Mts (+) > 1.50S Mts (-)

FS= 2.49 > 1.5

5.- Factor de Seguridad al Deslizamiento:

Fr = S Fx Tgf

Donde Tg f = 0.4 (Según Tablas en Separatas)

Fr = 9.64 Tn < 21.14 Tn

Entonces se considera el Dentellón (elemento de concreto), como parte integrante del ali-viadero formando una sola mole, con la finalidad de evitar el deslizamiento de la estructura, así comodisminuir en cierto grado la magnitud de las filtraciones a través de la cimentación.

s 1 =

s 2 =

e=L2−X R≤

L6

σ=Rv

b∗L(1±

6∗eL

)

TABLA B. METODO PARA CALCULAR EL VALOR MEDIO DE n PARA UN CAUCE

Datos que ayudan a elegir los diferentes valores de n

1.-Valores basicos de n recomendados Cauces en tierra……………. 0.010Cauces en grava fina…….. 0.014Cauces en roca……………… 0.015Cauces en grava gruesa… 0.028 escogido

2.- Aumento del coeficiente n que se recomienda para tomar en cuenta el grado de irregularidad Cauces parejos…………….. 0.00Poco irregulares………….. 0.005 escogidoModerados………………….. 0.010Muy irregulares…………… 0.020

3.- Aumento del coeficiente n que se recomienda para tomar en cuenta el cambio de diemensiones y de forma de seccion transversalGraduales……………………. 0.00Ocasionales………………… 0.005 escogidoFrecuentes………………….. 0.010 a 0.015

4.- Aumento del coeficiente n que se recomienda para tomar en cuenta obstrucciones formadas por arrastres, raices, etc.De efecto inapreciable…. 0.00De muy poco efecto……… 0.01 escogidoDe efecto apreciable……. 0.03De mucho efecto………….. 0.06

5.- Aumento del coeficiente n que se recomienda para tomar en cuenta la vegetación.De poco efecto 0.005 a 0.01 escogidoDe efecto medio 0.010 a 0.025De mucho efecto 0.025 a 0.05De muchisimo efecto 0.050 a 0.1

6.- Aumento del coeficiente n que se recomienda para tomar según la tortuosidad del cauce Ls= Longitud del tramo rectoLm= Longitud del tramo con meandros

Lm/Ls n1.0-1.2 0.001.2-1.5 0.15

>1.5 0.30

Suma de conceptos 1+2+3+4+5

veces n6

veces n6

n6 =

Informe de compatibilidad para trabajo de irrigacion.xlsEjecutar el 05/07/2011 16:20

Pérdida significativa de funcionalidad Nº de apariciones

1

Pérdida menor de fidelidad

3

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'DISEÑO HIDRAULICO'!A1:S1012

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'DISEÑO ESTRUCTURAL'!F27

'DISEÑO ESTRUCTURAL'!B34

'DISEÑO ESTRUCTURAL'!B37

trabajo de irrigacion fin

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