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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO - PUNO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y ARQUITECTURA

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

ACUEDUCTOS Ejemplo de diseño de un puente acueducto Diseñar el acueducto ubicado sobre la quebrada Huacracucho, si la cuenca tiene un área de 140.80 Km2, la intensidad de precipitación es de 4.82 mm/h, el coeficiente de escorrentía C=0.45. Además se sabe que las características del canal de riego (ingreso) son: Q=1.10 m 3 /s, n=0.014, s=0.002, z=0.5, b=1.20 m. La longitud del acueducto L=8.60m. Se recomienda una sección rectangular para el canal del acueducto, en concreto armado. La cota de fondo de canal aguas arriba es de 4110 msnm. SOLUCION: 1.

2.

Considerando que el caudal de diseño es Q = 1.10 m3/s, el puente canal puede ser por tubería o sección rectangular abierto y de concreto. Para el presente caso, el proyectista considera el segundo caso para su diseño. Se considerará la misma pendiente del canal, debiéndose diseñar previamente la sección del canal trapezoidal, la transición de entrada y la sección rectangular del puente canal. DISEÑO DEL CANAL DE RIEGO: Los datos de diseño son los siguientes: Qcapt = 1.10 m3/s S = 0.002 z = 0.5 n = 0.014 b = 1.20 m Según el diseño por máxima eficiencia hidráulica, se tiene:

Para un talud Z = 0.5 se tiene que la relación: 1.20/Y = 2*tg(63.435º/2) 1.20/Y = 1.24

o

Y = 1.20/1.24

El área para un canal trapezoidal es: Entonces:

Y = 0.97 m

A = bY + zY2

A = 1.2*0.97 + 0.5*0.972 = 1.164 + 0.4705 = 1.6345 m2 A = 1.64 m2

El perímetro mojado para un talud Z=0.5, es: Entonces:

P = b + 2Y (1 + Z2)0.5

P = 1.20 + 2*0.97 (1 + 0.52)0.5 = 1.20 + 1.94(1.25)0.5

P = 1.20 + 2.17 P = 3.37 m Por tanto, el radio hidráulico será:

R = A/P

R = 1.64 / 3.37 = 0.487 m. R = 0.49 M. Calculando la velocidad en el canal trapezoidal, aplicando Manning:

V 

V 

1 0.67 0.5 R S n

1 (0.487 ) 0.67 * (0.002) 0.5  1.986 0.014 V = 2.00 m/s

Borde libre será: F = Y/3 = 0.97/3 = 0.323 m. F = 0.33 m. Por tanto la altura total del canal será de: Y + F = 0.97+ 0.33 = 1.30 m 3.

Para el cálculo del conducto del puente canal, se fija el ancho del canal rectangular, que se calcula en función del tirante crítico:

yc  3

El tirante crítico es:

Q2 b2 g

El Yc en relación al tirante del canal al ingreso del acueducto se considera: y c 

2 E min 3

Q2 2 E min  3 2 3 b g

De allí se despeja: b 

Entonces b será:

La base crítica será: 4.

b

27Q 2 3 8 E min g

27 * (1.10) 2  0.675m 8 * 0.973 * 9.81 bc= 0.70 m

Se calculan los parámetros críticos en la entrada de la canaleta, siendo éstos, tirante crítico, área crítica y velocidad crítica: tirante crítico:

2

yc  3

Q2 b2 g

=

yc  3

1.102  0.632m. 0.702 * 9.81

El tirante crítico será:

Yc = 0.64 m.

El área crítica será:

Ac = bc * Yc

=

0.70 * 0.64 = 0.45 m2

Ac = 0.45 m2 Velocidad crítica será:

Q = Ac * Vc

Vc = Q / Ac

Vc = 1.10 / 0.45 = 2.44 m/s. Vc = 2.44 m/s Valor que está por debajo del límite máximo de velocidad de 3.00 m/s Se recomienda que, para evitar problemas de curva de remanso al ingreso del canal del acueducto, debe incrementarse el ancho de solera crítica calculada, por tanto el 10% de la bc es = 0.07 m siendo b=0.77m. aproximando a 0.80 m. Considerando que: Q = A * V

si

A= bY

entonces:

A = 0.80 * Y

R = Y/2, aplicando Manning para hallar V, considerando además que Q = A * V.

1 Y 0.67 Q  A * V  (b * Y ) * ( 0.67 ) S 0.5 n 2 1.10  (0.80 * Y ) *

1  Y 0.667  0.014  20.667

  * 0.0020.50 

Despejando Y, o hallando por aproximaciones, se tiene que Y = 0.794 YCANAL = 0.80 m. Por tanto el área hidráulica será:

A = 0.80 * 0.80 = 0.64 m2 A = 0.64 m2

El radio hidráulico será:

R = 0.80 / 2 = 0.40 m. R = 0.40 m

Y la velocidad aplicando Manning será:

V 

1 0.667 0.5 1 R S  0.400.667 * 0.0020.50  1.744 n 0.014

VCANAL = 1.75 m/s 5.

Cálculo de la transición de entrada y la de salida:

3

 Bc  B  2.50  0.80  0.5 *1.30     zh    2 2  2  2  L  0.90 tg (12º30' ) tg (12º30´) La longitud de entrada y salida será:

6.

L = 1.00 m.

Luego se calculan las pérdidas de carga en las transiciones: Tabla Nº 03: Valores de Ke y Ks según el tipo de transición Tipo de transición Curvado Cuadrante cilíndrico Simplificado en línea recta Línea recta Extremos cuadrados

Ke 0.10 0.15 0.20 0.30 0.30

h12  K e hv

hv 

Ks 0.20 0.25 0.30 0.50 0.75

v12 v2  2 2g 2g

Calculando la diferencia de alturas por pérdida:

h v  7.

2 .0 2 1.75 2   0.05 2 * 9.81 2 * 9.81

entonces:

h1 2  0.20 * 0.05  0.01m

Luego se calculan los efectos de la curva de remanso: Previamente se debe calcular la diferencia de altura desde el punto 2 al 3:

Z 3 4  SL Z 3  4  0.002 * 8.60  0.0172m

Z 3  4  0.0172.m 8.

Luego se calcula el tirante hidráulico en el punto de salida:

E 4  Y4 

v 42 v2  Yn  n 2* g 2* g

Ahora bien, con ésta velocidad calculamos aplicando Bernoulli, en el punto 4:

E4  Y4 

E 4  Y4 

v42 v2  Y3  3 2* g 2* g

22 1.75 2  0.80  2 * 9.81 2 * 9.81 Y4 = 0.956 m. 4