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UNIVERSIDAD SAN PEDRO

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

DISEÑO DE UNA CAPTACION CON BARRAJE MIXTO

CARACTERISTICAS DEL RIO PARA EL CALCULO DEL COEFICIEN

CONDICIONES DEL CANAL

Material considerado (no)

Grado de irregularidad (n1)

Variaciones de la sección transversal del canal (n2)

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 Caudales de diseño:

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

obstrucciones (n3)

Cantidad de meandros (n5)

Qmax = Qmedio = Qminimo =

169.24 m³/s 11.00 m³/s 0.03 m³/s

Qdiseño =

169.24 m³/s

Cálculo del Coeficiente de Rugosidad: 1.2.3.4.5.-

Efectivo relativo de

Valor basico de rugosidad por cantos rodados y arena gruesa Incremento por el grado de Irregularidad (poco irregular) Incremento por el cambio de dimenciones ocasionales Aumento por Obstrucciones por arrastre de raices Aumento por Vegetacion

n rio =

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n=

0.038

Determinación de la Pendiente en el lugar de estudio: El calculo de la pendiente se ha obtenido en el perfil longitudinal, esta pendiente está comprendida entre los tramos de un kilometraje.

Km 0+1639.99 0+0.00

-1.9

Cota 140.08 141.98

-1639.99 Ancho de Plantilla (b) = Pendiente (S) =

78.00 m 0.0012

En función a la topografía dada y procurando que la longitud del barraje conserve las mismas condiciones naturales del cauce, con el objeto de no causar modificaciones en su régimen.

Cotas y Altura del Barraje: 1. Calculo de la cota de Cresta del Aliviadero:

1.1. Cálculo de la Altura del Barraje P:

Datos : Q= b= n= S=

169.24 m³/s 78.00 m 0.038 0.0012

Por tanteo :

1 Q  .R 2 / 3 .S 1 / 2 . A n

Q.n  b.d   (b.d)  S1/2  b  2d 

2/3

188.94 = 169.63 P= CFC :

1.62 m

Cota de fondo de la razante CFR =

140.00 msnm

h sedimento: También llamado Altura del Umbral del vertedero de captación.

hsed =

0.60 m

141.62

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

d (m) 1.00 1.30 1.62

Q.n/S^0.5 188.9395 188.9395 188.9395

bd(bd/(b+2d))^2/3 76.6945 118.1698 169.6300

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P = 1.62 m 140.00

0.60 m

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 : A 1 = A 2 /10

…………(1)

N de pilares = A1 = Area del barraje movil

donde:

A2 = Area del barraje fijo N de compuertas =

P

A1

A2

78 - Lbm b = 78 m

Lbm A1 = P x Lbm

A2 = P ( 78 - 2Lbm )

Remplazando estos valores, tenemos que:

P x Lbm =

Px (78 - 2Lbm)/10

1.62 x Lbm = 1.62 x ( 78 - Lbm )/10

Entonces :

Lbf =

Lbm =

6.17 m

78 - Lbm =

71.83 m

Lbm: Longitud de barraje movil. Lbf: Longitud de barraje fijo.

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

3.08 m

Se usara 2 Compuertas de:

120 plg x 84 plg

Lcd = a.3 Predimensionamiento del espesor del Pilar (e)

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

3.05 m

4.00

2.00

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e = Lcd /4 =

e=

Consideramos : b. Resumen:

0.76 m 0.80 m

Dimensiones reales del canal de limpia y barraje fijo.

Ltbf =

68.70 m

•

3. Cálculo de la Carga Hidráulica: hv H he

hd h1= V1² / (2g)

P=

1.62 m d2 d1

Donde:

H: he: hv: P:

Carga de Diseño Altura de agua antes del remanso de depresión Carga de Velocidad Altura de barraje

…………….(A)

Q diseño = Qc + Qcl

a. Descarga en el Cimacio oen elbarraje fijo (Qc) La fórmula a utilizar para el cálculo de la carga del proyecto es:

Qc = C x L x H3/2 Qc: C: L: He:

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

…………….(B) Dercarga del Cimacio Coeficiente de Descarga Longitud Efectiva de la Cresta Carga sobre la cresta incluyendo h v

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La longitud efectiva de la cresta (L) es: …………….(C)

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

L H Lr N Kp Ka

= = = = = =

Longitud efectiva de la cresta Carga sobre la cresta . Asumida Longitud bruta de la cresta = Numero de pilares que atraviesa el aliviadero = Coef. de contrac. de pilares (triangular) Coeficiente de contraccion de estribos

1.00 68.7 1.00 0.00 0.10

(Que es este valor) (Estribos redondeados)

"H" se calcula asumiendo un valo r , calcular el coeficiente de descarga "C" y calcular el caudal para el barraje fijo y movil. El caudal calculado debe ser igual al caudal de diseño. L = 68.50m

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

Cálculo del coeficiente de descarga variable para la cresta del cimacio sin control: …………….(D)

C = Co x K1 x K2 x K3 x K4 Los valores del 2º miembro nos permiten corregir a "C" sin considerar las pérdidas por rozamiento: En los gráficos, encontramos las definiciones y la forma de encontrar estos valores.

a) Por efecto de la profundidad de llegada:

P/H

=

1.62

Co =

3.94

K1 =

1.00

K2 =

1.00

2.62

K3 =

1.00

0.67

K4 =

1.00

b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto: he = H

he/H =

1.00

c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba: P/H

=

1.62

d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo: (Hd + d) / Ho =

(P+Ho)/Ho=

e) Por efecto de sumergencia: Hd / he =

2/3 Ho/ Ho =

* Remplazamos en la ecuación (D):

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

C = 3.94m

No aparece en la gráfica

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* Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje fijo) tenemos que: Qc = 269.91 m³/s

b. Descarga en canal de limpia o barraje movil (Qcl) Se considera que cada compuerta funciona como vertedero, cuya altura P= Para ello seguiremos iterando, igual que anteriormente asumiendo un valor de h, para ello usaremos las siguientes fórmulas:

P = 0.00

Qd = C * L'' * hi 3/2

L = L 1 - 2 ( N * Kp + Ka) x h

Donde : L = h = L1 = N = Kp = Ka =

Longitud efectiva de la cresta Carga sobre la cresta incluyendo hv Longitud bruta del canal Numero de pilares que atraviesa el aliviadero Coef. de contrac. de pilares (triangular) Coeficiente de contraccion de estribos

2.62 m. 6.10 m. 0.00 0.00 0.10

L = 5.57m * Cálculo del coeficiente de descarga variable para la cresta del cimacio sin control: …………….(D)

C= Co x K 1 x K 2 x K 3 x K 4 a) Por efecto de la profundidad de llegada: P/h =

0.000

Co =

3.10

K1 =

1.00

K2 =

1.00

1.00

K3 =

0.77

0.67

K4 =

1.00

b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto: he = H

he/h =

1.00

c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba: P/h

=

0.000

d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo: (Hd + d) / Ho =

(P+ho)/ho=

e) Por efecto de sumergencia: Hd / he = 2/3 ho/ ho =

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

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

C = 2.39m

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Qcl = 56.40 m³/s c. Descarga Máxima Total (Q T ): Qt = Q c + Q cl Qt = 326.31 m³/s

Qd = 169.24 m³/s

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 = 169.24 m³/s CUADRO PARA EL PROCESO ITERATIVO Ho (m) 1.00

Co 3.94 3.10 3.93 3.10 3.91 3.10

0.70 0.40

K1 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

K2 1.00 0.77 1.00 0.77 1.00 0.77

K3 1.00 0.77 1.00 0.77 1.00 0.77

K4 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

L efect. 68.50 5.57 68.56 5.63 68.62 5.69

Qc - Qcl 269.91 56.40 157.81 36.58 67.88 30.04

QT 326.31 194.39 97.92

Entonces mediante este gráfico interativo determinamos la carga de diseño

Q M vs Ho

1.2 1.0

326.31

Ho (m)

0.8 194.39

Ho = 0.60 m 0.6 0.4

97.92 Qt = 169.24 m³/s

0.2 0.0 90

110

130

150

170

190

210

230

Q (m3/s)

Ho = 0.60 m

Ho vs Qc 300

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

250

270

290

310

330

350

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Ho vs Qc 300 269.91

Qc (m3/s)

250 200 157.81

150 100 67.88

50 0 0.0

0.5

(aliviadero) (canal de limpia)

1.0 Ho (m)

Para

1.5

Ho = 0.60 m Q cl (2 compuertas)=

2.0

Qc = 130 m³/s Qcl = 39.24 m³/s

8.4. Cálculo de la Cresta del Cimacio:

141.62 m.s.n.m.

Xc

Ho = 0.60 m

Yc

R P = 1.62 m Ø

R 140.00 m.s.n.m.

La sección de la cresta de cimacio, cuya forma se aproxima a la superficie inferior de la lámina vertiente que sale por el vertedor en pared delgada, constituye la forma ideal para obtener óptimas descargas, dependiendo 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 origen se define como una curva simple y una tangente o una curva circular compuesta; mientras la porción aguas abajo está definida por la siguiente relación: n

Y Ho

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

 X  Kx   H o 

   

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En las que "K" y "n" son constantes que se obtienen de la Figura 1. Determinación del caudal unitario: (q) q= Qc / Lc =

1.89

m 3 /s/m

V= q /(Ho+P)=

0.85

m/s

hv = V 2 /2g =

0.04

m

0.56

m

Velocidad de llegada (V):

Carga de Velocidad

Altura de agua antes del remanso de depreción (he): he = Ho - hv = Determinación de "K" y "n" haciendo uso de la Fig. 1 y la relación hv/Ho: hv/Ho= Talud:

0.062 Vertical

K= n=

1.51 1.843

Valores para dibujar el perfil aguas abajo: Perfil Creager Según la f igura 2 de la Separata la Curva del Perfil Creager es hasta una distancia igual a 2.758Ho, después de este límite se mantiene recto hasta la siguiente curva al pie del talud (aguas abajo):

X (m) 0.000 0.100 0.300 0.500 0.700 0.900 1.100 1.300 1.500 1.700 1.900 2.100 2.300 2.500

Y (m) 0.00 -0.03 -0.25 -0.65 -1.20 -1.91 -2.77 -3.77 -4.90 -6.18 -7.58 -9.12 -10.78 -12.57

2.758 Ho=

1.6548

PERFIL CREAGER 1 0.00

-2.00

-4.00

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

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-4.00

-6.00

-8.00

-10.00

-12.00

La porción del perfil que queda aguas arriba de la cresta se ha considerado como una curva circular compuesta. Los valores de R 1 , R 2 , X c , Y c se dan en la fig. 1.c de la separata: Con hv/Ho:

0.062

ingresamos a los nomogramas, de donde se obtiene:

X c /H o =

0.252

Xc=

0.15 m

Y c /H o =

0.100

Yc=

0.06 m

R 1 /H o =

0.500

R1=

0.30 m

R 2 /H o =

0.205

R2=

0.12 m

0.1770

Ubicación de los elementos para el dibujo de la curvatura aguas arriba: a a R2

a

R2 R1

c

d

b Talud Vertical

R1-R2

8.5. Cálculo de los Tirantes Conjugados:

1

Dc = 0.71 m

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

2

hd

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h1 P = 1.62 m d2 d1 Poza disipadora Lp

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

z + dc + hvc = d1 + hv1 + Σhp Σhp: pérdidas de energía (por lo general se desprecian, debido a su magnitud) dc = (Q 2 /gB 2 ) 1/3

Determinación del tirante Crítico: dc=

0.715

m

vc =√(g*dc)

Cálculo de la Carga de Velocidad Crítica: Vc= hv c =

2.648 0.357

m/s m

Reemplazando obtenemos el tirante conjugado d 1 : z + dc + h vc = d 1 + q 2 /(2*g*d 1 2 ) 2.69

q = Q/B

0.18

2

d1 +

Determinación del Tirante Conjugado 2: d 2

d2  

d1  2

2

(

d1 4



1.89

d1=

0.23 m

/ d12

d1 + 0.18

d 1 3 - 2.69

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

2v12 d 1 ) g

= 0 V1=

8.23m/s

d2=

1.67 m

Determinación del Número de Froude:

v1 g * d1

F 

F = 5.48

Este valor vuela

Este es un resalto inestable. Cuyo oleaje producido se propaga hacia aguas abajo. Entonces podemos profundizar la poza en una profundidad = 2

1.80 m

2

z + dc + h vc + e = d 1 + q /(2*g*d 1 ) d 1 3 - 4.49

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

d1 2 +

0.18

=

d1=

0.17 m

V1=

11.47m/s

0.065

0.05

= 0

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d2  

2

d1  2

(

F 

d1 4



hv 1 =

6.70 m

d2=

2.02 m

2v12 d 1 ) g

v1 g * d1

F=

9.01

8.6. Cálculo del Radio de Curvatura al pie del Talud: Esta dado por la ecuación: R = 5d 1

R= 0.83 m

8.7. 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 la separata será: F= V1=

9.01 11.47

TIPO II

* Ver la Figura 12 de la Separata para el cálculo de Lp L/d 2 =

2.56

Lp=

5.177 m

Lp = 5(d2-d1)

Lp=

9.287 m

Lp = 6xd 1 xV 1 √(g*d1)

Lp=

8.924 m

b) Según Lindquist:

c) Según Safranez:

d) Finalmente tomamos el valor promedio de todas las alternativas: Longitud promedio de la poza

Lp= Lp=

7.796 m 6.00 m

e= e=

0.576 m 0.50 m

8.8. Profundidad de la Cuenca: S = 1.25 d 1 =

8.9. Cálculo del Espesor del Enrocado:

0.206 m

e'  0.6 * q 1 / 2 ( H / g )1 / 4 H = ( P + Ho ) = q=

2.33 m. 1.89

8.10. Cálculo de la Longitud del Enrocado: Según W. G. Bligh, la longitud del empedrado está dado por la sgte fórmula:

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

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L  c

H * (0.642

q  0.612)

donde: H: carga de agua para máximas avenidas q: caudal unitario c: coeficiente de acuerdo al tipo de suelo

2.33 m. 1.89 9 3.728 m 2.00 m

Le= Le=

8.11. Longitud del Solado Delantero:

Ls =

5Ho

Ls=

3.57 m

3.00 m

8.12. Espesor de la Poza Amortiguadora:

La subpresión se hallará mediante la siguiente formula: donde:

 b= c= h= h' = (h/L)Lx =

Sp 

bc '  h

Peso especifico del agua Ancho de la sección Coeficiente de subpresión, varia ( 0 - 1 ) Carga efectiva que produce la filtración Profundidad de un punto cualquiera con respecto a A, donde se inicia la filtración. Carga perdida en un recorrido Lx



 h '

h  ( Lx )  L 

1000 1.00 0.55

kg/m3 m. Para concreto sobre roca de mediana calidad

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

141.62msnm 0.25 (P+H) Ho = 0.60 m

1.50 m

hv= he=

0.04 m. 0.56 m.

0.0 m. h = 4.85 m. 6.70 m.

1.25*(P+H)

2.22 m. P = 1.62 m.

d 2 = 2.02 m. 136.02msnm 0.17 m.

e=0.30 0.7 m.

0.50 m

4.00 3.54 m.

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

6.00 m

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3.00 m.

9.54 m.

2.00 m.

e=0.30

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

0.80 m. 0.70 m. 1.70 m. 1.00 m.

1.00 m.

8.15 m.

1.00 m. 0.39 m. Para condiciones de caudal máximo O sea cuando hay agua en el colchón. h = d 1 +hv 1 -d 2 h= L= h' =

4.85 m. 20.44 m. 3.30 m.

h/L = Lx = Spx =

0.237 12.24 m. 2884.11 kg

e = (4/3) x (Spx / 2400) e = 1.60 m.

No satisface la exigencia por Subpresión. Aumentar espesor Para condiciones de agua a nivel de cimacio O sea cuando no hay agua en el colchón h= h /L =

6.30 m. 0.31

Spx = e=

3206.13 kg 1.78 m.

No satisface la exigencia por Subpresión. Aumentar espesor 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 = KIA

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 = 5.60

C= Ln = C*H

9

(cota del barraje - cota a la salida de la poza) Cbarraje: 141.62msnm Csalida: 136.02msnm (criterio de BLIGHT: grava y arena) 50.44 m.

Cálculo de la longitud compensada (Lc) longitud vertical Lv

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

Lv =

8.70 m.

de gráfico

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longitud horizontal Lh

Lh =

12.54 m.

de gráfico

Lc = Lv + Lh Lc = 21.24 m. Como Ln > Lc, entoces se está posibilitando la tubificación, por lo tanto no haremos uso de lloradores. Verificación del espesor del colchón amortiguador

h   Sp   * c' h  h' ( Lx) L  

cálculo de la subpresión

L = (L h /3)+L v

L= h= h/L =

12.88 m. 4.85 m. 0.376

Cuadro de valores para la construcción del diagrama de presiones Punto 1 2 3 4 5 6 7 Po 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Lx (m) 0.00 0.30 1.50 3.00 3.39 3.79 4.19 4.59 4.99 5.39 5.79 6.19 6.59 6.99 7.39 7.79 8.19 8.59 8.99 9.39 9.79 13.33 14.33

h' (m) 13.08 1.00 0.30 4.30 4.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30

Sp (kg/m2) 7326.42 682.42 297.42 2497.42 2497.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42

(-Sp) -7326.42 -682.42 -297.42 -2497.42 -2497.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42

DIAGRAMA DE PRESIONES 0 -500 -1000 -1500 -2000 -2500 -3000 -3500

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

1

3

5

7

9

11

13

15

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-3500 -4000

Sp

-4500

X

-5000

Dimensionamiento de los Pilares: a) Punta o Tajamar:

Redondeada

b) Altura Ht= 1.25 (P+Ho):

2.22

c) Longitud: Hasta la terminación de la poza mínimo d) Espesor e:

2.40 m. =

10.24

12.00 m.

0.00

Dimensionamiento de los Muros de encauzamiento: a) Longitud:

24.54

26.00 m.

b) Altura Ht= 1.25 (P+Ho):

2.22

2.40 m.

8.13. Diseño de las Ventanas de Captación:

a) Cálculo de la Captación Margen Derecha: Por tanteos usando la fórmula de Manning

−−−−− DATOS −−−−−

se calcula el tirante y se busca el valor mas aproximado :Q=

5.620 m³/s

Ancho de Solera

:b=

3.00 m

Talud

:Z=

Rugosidad

:n=

Caudal

Pendiente

Tirante Normal

:S=

:Y=

0.0150 0.0025

0.8300 m

y =

0.8300 m

A =

2.4900 m

2.4900 m²

P =

4.6600 m

4.6600 m

R =

0.5343 m

Tirante que mas se aproxima

Area Hidraulica: Perimetro Mojado:

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

A= P=

Radio Hidraulico:

R=

0.5343 m

v =

2.1949 m

Espejo de Agua:

T=

3.0000 m

Q =

5.47 m

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Velocidad:

v=

2.2570 m/s

Carga de Velocidad: hv = Energia Especifica:

E=

Numero de Froude:

F=

0.2596 m 1.090 m-Kg/Kg 0.7910

Calculo de borde Libre . BL = Yn /3 =

0.28

Usaremos :

m. 0.30

BL =

Resultados: B.L. 0.30 m. Yn 0.83 m. 3.00 m

b) Díseño del Canal de Conducción: Por tanteos usando la fórmula de Manning

−−−−− DATOS −−−−−

se calcula el tirante y se busca el valor mas aproximado :Q=

5.620 m³/s

Ancho de Solera

:b=

1.50 m

Talud

:Z=

1.00

Rugosidad

:n=

0.0150

Caudal

Pendiente

:S=

Tirante Normal

Area Hidraulica: Perimetro Mojado:

:Y=

0.0025 0.8500 m

A= P=

1.9975 m² 3.9042 m

Radio Hidraulico:

R=

0.5116 m

Espejo de Agua:

T=

3.2000 m

v=

2.8135 m/s

Velocidad:

Carga de Velocidad: hv = Energia Especifica:

E=

Numero de Froude:

F=

Tirante que mas se aproxima y =

2.5500 m

P =

4.7000 m

R =

0.5426 m

v =

2.2174 m

Q =

5.65 m

BL = 0.30m Yn = 0.85 m³/s

0.4035 m 1.253 m-Kg/Kg 1.50 m

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

1.1370

0.8500 m

A =

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BL = Yn /3 =

0.28

m.

Usaremos :

BL =

0.30 m.

c) Transicion que unira el canal de captacion y el canal de conduccion: &

Qcaptación=

T

5.620 m³/s t

Lt Longitud de transicion. Para α = Lt =

12.50 °.

(T - t) * Ctg 12.5°

/ 2

Donde :

T = t =

3.80 m. 0.00=m. NMA Lt de =operación8.570 nivel =

Remplazando : Asumimos :

Lt

=

d) Diseño de las Ventanas de Captación: Consideraciones:

2.00

m.

h

h1

Yn Y2

a

Y1 = Cc*a

* Las Dimensiones de las ventanas de capatación se calcularán para el caudal máximo a captar (derivar) y para la época de estiaje (carga hidráulica a la altura del barraje). * La elevación del fondo del canal respecto a la razante en el río no debe ser menor que 0.30m, dependien do de la clase de material en arrastre. * Para evitar que rocas de gran tamaño y cantidad de árboles que acarrea en épocas de crecidas ingresen a la captación, se propone la protección mediante un sistema de perfiles que irán fijos en un muro de concreto. * El eje de captación será perpendicular con el eje del río.

142.22msnm 141.6msnm

140.0msnm El cálculo hidráulico comprende en el dimensionamiento del orificio y conducto de salida y determina ción del gasto máximo de avenida. Ademas se diseñará la transición que une el canal de captación a la salida de la toma con el canal de conducción

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

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* Diseñaremos las compuertas para un nivel de operación (cota barraje fijo) * Se comprobará si el canal soportará conducir el caudal para máximas avenidas. Determinación de las dimensiones y el número de compuertas. Datos: Velocidad de predimensionado: 0.7 - 1.0 m/s asumiendo V= v= 1.00m/s escogiendo dimensiones de compuertas según manual de ARMCO Escogemos: 54 " x 54" a= 1.37 m. b= 1.37 Acomp. = 1.88 m2. m3/s. Qdiseño = 5.62 Adiseño = 5.62 m2 # comp. = 3.0 para: 3 compuertas v = 1.00 m/s. O.K. NMA = nivel operación = CFC = CFR =

142.22 141.75 140.60 140.00

Verificación del funcionamiento

Funciona como vertedero:

si h 1/a =< 1.4

Orificio

si h 1/a > 1.4 sumergido (Y2>Yn) libre (Y2 Yn, entonces funciona como orificio sumergido Cálculo de longitud de contracción (Lcc) L1 = a / Cc = Lr = 5*(Y2-Y1) = Lcc = L1 + Lr = asumimos:

0.323 2.650 2.973 Lcc = 3.00

Cálculo del tirante normal Q= s= n= b= Q*n/(s^0.5) =

2.25 0.001 0.015 4.115 1.067

para el nivel de operación se tiene que dejar pasar por el canal de captación m. el caudal de diseño.

Análisis para máximas avenidas Verificación del funcionamiento. a = 0.30 h1 = 1.62 m. Cv = Cv = Cd = Cd =

(asumido)

a

0.28

0.96 + (0.0979*a/h1) 0.98 m. Cv*Cc = Cv *0.62 0.62

Cálculo del tirante Y1

Y1 = Cc * a Y1 = 0.186 m.

Cálculo de h

h = h1 - Y1 h = 1.43 m. 1.35 m3/s. 1.50 m3/s.

Cálculo del gasto que pasa por el orificio( 1 comp. )

Cálculo del tirante Y2: Y2 = (-Y1 / 2) + ( ( 2 * Y1 * V1^2 / g )+ ( 0.25 * Y1^2 ) )^0.5 V1^2 = 2 * g * h V1^2 = 28.14 Cálculo del tirante normal en el canal de la ventana m3/s. m3/s.

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

Reemplazando: Y2 = 0.94

Q

1.87

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m3/s.

Q = 1.50 m3/s. s = 0.001 n = 0.015

Q*n/(s^0.5) = Q*n/(s^0.5) =

0.712 A*R^2/3

Yn

0.357

como Y2 > Yn, entonces funciona como orificio sumergido Cálculo de longitud de contracción (Lcc) L1 = a / Cc = Lr = 5*(Y2-Y1) = Lcc = L1 + Lr = asumimos: Cálculo del tirante normal Q= s= n= b= Q*n/(s^0.5) =

0.484 3.790 4.274 Lcc = 4.50

4.50 0.001 0.015 1.372 2.135

Yn

2.232

m.

En épocas de máximas avenidas teniendo las compuertas abiertas a pasa un caudal de:

0.30 m. de alto

4.50 m3/s.

Cálculo de la abertura de las compuertas para máximas avenidas. a = Q / ( Cd * b * ( ( 2gh )^0.5 ) donde: Q = 0.75 Cd = 0.62 b = 1.37 h = 1.43 Altura de la ventana de captación tirante en máximas avenidas:

abriendo todas las compuertas de captación:

reemplazando en la formula a = 0.166

Yn = Y2 = Yn = Y2 =

tirante en nivel de operaciones:

Adoptamos una altura de ventana de:

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

0.90 m.

0.357 0.94 0.484 0.798

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ALCULO DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD

S DEL CANAL

Tierra

0.020

Roca cortada

0.025

Grava fina

0.024

Grava gruesa

0.028

Liso

0.000

Menor

0.005

Moderado

0.010

Severo

0.020

Gradual

0.000

0.028

0.010

0.000

Ocasionalmente Alternamente

0.005

Frecuentemente 0.010 - 0.015 Despreciable

0.000

Menor

0.010 - 0.015

Apreciable

0.020 - 0.030

Severo

0.040 - 0.060

Baja

0.005 - 0.010

Menor

1.000

Apreciable

1.150

Severa

1.300

n0+n1+n2+n3+n4+n5

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

0.000

0.038

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269.91 157.81 67.88

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Para la mayor parte de las condiciones los datos se pueden resumir de acuerdo con la forma mostrada en la figura relacionada a los ejes que pasen por la cima de la cresta.la porción q quede aguas arriba del origen se define como una curva simple y una tangente o como una curva circular compuesta. La porción de aguas abajo está definida por la ecuación:

 X  Y   Kx Ho H  o

n

En la que K y n son constantes cuyos valores dependen de la inclinación de aguas arriba y de la velocidad de llegada .En la figura da valores de estas constantes para diferentes condiciones.

FIGURA 1-C

FIGURA 2

BAZALAR SAAVEDRA STEFANY ESPINOZA PAREDES WIELKA RODRIGUEZ ROSADO DANITZA CESIAS ROSADO RONALD