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• Jesús Miguel Oliva Mera

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Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

DISEÑO DE LA BOCATOMA LA LECHE - MOTUPE 1. Generalidades: La Bocatoma a diseñar, es una estructura hidráulica destinada a captar las aguas de los ríos La Leche- y Motupe, ubicada en la confluencia de estos y destinadas para irrigar terrenos de cultivo tanto en la margen derecha, como la margen izquierda, a través de canales alimentadores. 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: 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. 4. Caudales de diseño: Qmax = Qmedio = Qminimo =

169.24 m³/s 11.00 m³/s 0.03 m³/s

Qdiseño = 75% Qmáx

Qdiseño =

126.93 m³/s

5. Cálculo del Coeficiente de Rugosidad: 1.2.3.4.5.-

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=

0.028 0.005 0.005 0.000 0.008

0.046

6. 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 del kilometraje :

Km 0+1639.99 0+0.00

-1.90

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.

7. Construcción de la Curva de Aforo: 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.

COTA m.s.n.m 140.00 141.00 142.00 143.00 144.00

Area Acumulada (m²) 45.51 104.79 173.25 246.31

Diseño de Obras Hidraulicas

R(2/3)

(m)

Radio Hidraulico (m)

105.03 132.80 142.47 152.15

0.4333 0.7891 1.2160 1.6188

0.5726 0.8539 1.1393 1.3787

Perímetro

1/n

21.9780 21.9780 21.9780 21.9780

S(1/2)

0.0340 0.0340 0.0340 0.0340

Q (m³/s) 0.00 19.4946 66.9393 147.6519 254.0331

Msc. Ing. José Arbulu Ramos

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo

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Curva de Aforo 144.5 254.03

Cota ( m.s.n.m.)

143.5 147.65

142.80 msm

142.5 66.94 141.5 19.49 140.5 0.00 139.5 0

20

40

60

80

100

120 140 160 Q ( m³ / s )

180

200

220

240

260

280

300

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

Qdiseño

Caudal (m³/s) 126.93

Cota (m.s.n.m) 142.80

8. Cotas y Altura del Barraje: 8.1. Calculo de la cota de Cresta del Aliviadero: 8.1.1. Cálculo de la Altura del Barraje P: Datos : Q= b= n= S=

126.93 m³/s 78.00 m 0.046 0.0012

Por tanteo :

Q

1 2 / 3 1/ 2 .R .S . A n

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

d (m) 1.00 1.30 1.62

2/3

Q.n/S^0.5 169.6726 169.6726 169.6726

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

169.67 = 169.63 P=

1.62 m

CFC : Cota de fondo de la razante CFR =

140.00 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 =

0.30 m

141.62

P = 1.62 m 0.30 m

140.00

8.2. Longitud del barraje fijo y del barraje movil a. Dimensionamiento:

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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= 4 donde: A1 = Area del barraje movil A 1 = A 2 /10 …………(1) A2 = Area del barraje fijo N de comp.= 2.00

P

A1

A2

Ld

78 - Ld A2 = P ( 78 - 2Ld )

A1 = P x Ld

P x Ld = Px (78 - 2Ld)/10

Remplazando estos valores, tenemos que: 1.62 x Ld = 1.62 x ( 78 - Ld )/10

Entonces :

Ld =

6.50 m

78 - Ld =

71.50 m

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

3.25 m

Se usara 2 Compuertas de:

ARMCO MODELO 400 (Ver Anexo de Libro Bocatomas Ingº Arbulú)

120 plg x 84 plg

Lcd =

3.05 m

a.3 Predimensionamiento del espesor del Pilar (e) e = Lcd /4 =

0.76 m

Consideramos : b. Resumen:

e=

0.80 m

Dimensiones reales del canal de limpia y barraje fijo.

71.9 m

8.3. 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 Longitud de Paramento

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:

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Q diseño max. = Qaliviadero + Qcanal.limpia

…………….(A)

a. Descarga en el Cimacio: La fórmula a utilizar para el cálculo de la carga del proyecto es:

Qc = C x L x H Qc: C: L: He:

3/2

…………….(B)

Dercarga del Cimacio Coeficiente de Descarga Longitud Efectiva de la Cresta Carga sobre la cresta incluyendo h v

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

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

L H Lr N Kp Ka

= = = = = =

…………….(C)

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

L = 71.70m

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

C = Co x K1 x K2 x K3 x K4

…………….(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: P/H =

1.62

(Fig. 3 de Copias) Co =

3.94 (Fig. 4 de Copias. K 1 =C/C o )

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

he/H =

1.00

K1 =

1.00 (Fig. 5 de Copias. K 2 =C 1 /C v )

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

1.62

K2 =

1.00 (Fig. 7- Copias. K 3 =C 0 /C)

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

(P+Ho)/Ho=

2.62

K3 =

1.00

(Fig. 8 de Copias. K 4 =C o /C)

e) Por efecto de sumergencia: Hd / he =

2/3 Ho/ Ho =

0.67

* Remplazamos en la ecuación (D):

No aparece en la gráfica

K4 =

1.00

C = 3.94m

* Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje fijo) tenemos que: Qc = 282.51 m³/s

b. Descarga en canal de limpia (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

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P = 0.00

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las siguientes fórmulas:

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

(Estrivos redondeados)

L = 5.57m * Cálculo del coeficiente de descarga variable para la cresta del cimacio sin control: C= Co x K 1 x K 2 x K 3 x K 4

…………….(D)

a) Por efecto de la profundidad de llegada: P/h =

(Fig. 3 de Copias)

0.000

Co =

3.10 (Fig. 4 de Copias. K 1 =C/C o )

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

he/h =

K1 =

1.00

1.00 (Fig. 5 de Copias. K 2 =C 1 /C v )

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

K2 =

0.000

1.00 (Fig. 7- Copias. K 3 =C 0 /C)

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

(P+ho)/ho=

K3 =

1.00

0.77 (Fig. 8 de Copias. K 4 =C o /C)

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

K4 =

0.67

* Remplazamos en la ecuación (D):

1.00

C = 2.39m

* Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje fijo) tenemos que. Qcl = 56.40 m³/s c. Descarga Máxima Total (Q T ): Qt = Q c + 2*Q cl Qt = 338.92 m³/s

Qd = 126.93 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 = 126.93 m³/s CUADRO PARA EL PROCESO ITERATIVO Ho (m) 1.00 0.70 0.40

Co 3.94 3.10 3.93 3.10 3.91 3.10

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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. 71.70 5.57 71.76 5.63 71.82 5.69

Qc - Qcl 282.51 56.40 165.18 36.58 71.05 30.04

QT 338.92 201.76 101.08

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Q M vs Ho

1.2 1.0

338.92

0.8

Ho (m)

201.76 0.6 Ho = 0.52 m 0.4

101.08

0.2 Qt = 126.93 m³/s

0.0 90

110

130

150

170

190

210

230

250

270

290

310

330

350

Q (m3/s)

Ho = 0.52 m

Ho vs Qc 300 282.51

Qc (m3/s)

250 200 165.18

150 100 71.05 50 0 0.0

0.5

(aliviadero) (canal de limpia)

1.0 Ho (m)

Para

Ho = 0.52 m Q cl (2 compuertas)=

1.5

2.0

Qc = 100 m³/s Qc = 27.06 m³/s

8.4. Cálculo de la Cresta del Cimacio:

141.62 m.s.n.m.

Xc

Ho = 0.52 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

 X  Y   Kx Ho  Ho 

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

1.39

m 3 /s/m

V= q /(Ho+P)=

0.65

m/s

hv = V 2 /2g =

0.02

m

0.50

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:

0.041 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 -0.04 -0.28 -0.73 -1.36 -2.16 -3.12 -4.25 -5.53 -6.97 -8.55 -10.29 -12.16 -14.18

2.758 Ho=

1.43416

PERFIL CREAGER 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

0.00 -2.00 -4.00 -6.00 -8.00 -10.00 -12.00 -14.00

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.a de la separata: Con hv/Ho:

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0.041

ingresamos a los nomogramas, de donde se obtiene:

X c /H o =

0.252

Xc=

0.13 m

Y c /H o =

0.100

Yc=

0.05 m

R 1 /H o =

0.500

R1=

0.26 m

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R 2 /H o =

R2=

0.205

0.11 m

0.1534

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

a a a

R2 R2

d

R1

c b

R1-R2

Talud Vertical

8.5. Cálculo de los Tirantes Conjugados:

2

1

Dc = 0.58 m

hd h1

P = 1.62 m d2 d1

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= Cálculo de la Carga de Velocidad Crítica:

0.582

m

vc =√(g*dc) Vc= hv c =

2.388 0.291

m/s m

Reemplazando obtenemos el d 1 : z + dc + h vc = d 1 + q 2 /(2*g*d 1 2 ) d1 + 2.49 = 0.10 d 1 3 - 2.49 d1 2 +

Por uqe considera carga de velocidad en el primer miembro?

q = Q/B q=

1.39

d1=

0.2300

/d12 0.10

= 0

-0.02

= 0

Determinación del Tirante Conjugado 2: d 2 2

d2  

d1 d 2v 2 d  ( 1  1 1) 2 4 g

V1=

6.04

m/s

d2=

1.20

m

Determinación del Número de Froude:

F

v1 g * d1

F= 4.02

Este valor vuela

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

1.80 m

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

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2

+

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d 1 3 - 4.29

d2

d1 2 +

0.10

2

d  1  2

d ( 1 4

=

d1=

0.1650

-0.014

V1=

8.42

m/s

hv 1 =

3.61

m

d2=

1.46

m

F=

6.62

2v12 d 1  ) g

v1 F g * d1 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= 6.62 TIPO II V1= 8.42 * Ver la Figura 12 de la Separata para el cálculo de Lp L/d 2 =

2.56

Lp=

3.747 m

Lp=

6.493 m

Lp=

6.550 m

b) Según Lindquist: Lp = 5(d2-d1) c) Según Safranez: Lp = 6xd 1 xV 1 √(g*d1)

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

5.597 m 6.00 m

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

0.206 m

8.9. Cálculo del Espesor del Enrocado:

e'  0.6 * q 1 / 2 ( H / g )1 / 4

H = ( P + Ho ) = q=

e= e=

2.20 m. 1.39

0.487 m 0.50 m

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

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

2.20 m. 1.39 9 Le= Le=

8.11. Longitud del Solado Delantero:

Ls =

5Ho

Ls=

2.91 m

1.931 m 2.00 m

3.00 m

8.12. Espesor de la Poza Amortiguadora:

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La subpresión se hallará mediante la siguiente formula: donde:



b= c= h= h' = (h/L)Lx =

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

Peso especifico del agua 1000 kg/m3 Ancho de la sección 1.00 m. Coeficiente de subpresión, varia ( 0 - 1 ) 0.55 Para concreto sobre roca de mediana calidad 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

Mediante la subpresión en el punto "x", se hallará el espesor de la poza, asumimos espesor de: 141.62msnm

hv= he=

1.50 m 0.02 m. 0.50 m.

0.25 (P+H) Ho = 0.52 m h = 2.31 m. 3.61 m. 1.25*(P+H)

2.14 m. P = 1.62 m.

d 2 = 1.46 m. 139.04msnm 0.17 m.

e=0.30 0.7 m.

4.00 3.54 m. 3.00 m.

6.00 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' =

2.31 m.

h/L =

0.113

20.44 m. 3.30 m.

Lx = Spx =

12.24 m. 2325.35 kg

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 =

3.28 m. 0.16

Spx = e=

2538.29 kg 1.41 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 : 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 = 2.58

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(cota del barraje - cota a la salida de la poza) m.s.n.m.

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C=

Cbarraje: 141.62 m.s.n.m. Csalida: 139.04 m.s.n.m. (criterio de BLIGHT: grava y arena)

9

Ln = C*H

23.20 m.

Cálculo de la longitud compensada (Lc) longitud vertical Lv

Lv =

8.70 m.

longitud horizontal Lh

Lh =

12.54 m.

Lc =

21.24 m.

Lc = Lv + Lh

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=

12.88 m.

h= h/L =

2.31 m. 0.180

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) 7257.21 613.21 228.21 2428.21 2428.21 1878.21 1878.21 1878.21 1878.21 1878.21 1878.21 1878.21 1878.21 1878.21 1878.21 1878.21 1878.21 1878.21 1878.21 1878.21 1878.21 1878.21 1878.21

(-Sp) -7257.21 -613.21 -228.21 -2428.21 -2428.21 -1878.21 -1878.21 -1878.21 -1878.21 -1878.21 -1878.21 -1878.21 -1878.21 -1878.21 -1878.21 -1878.21 -1878.21 -1878.21 -1878.21 -1878.21 -1878.21 -1878.21 -1878.21

DIAGRAMA DE PRESIONES 0 -500

1

3

5

7

9

11

13

-1000 -1500 -2000 -2500 -3000 -3500

Sp

-4000 -4500

X

-5000

Dimensionamiento de los Pilares: a) Punta o Tajamar: b) Altura Ht= 1.25 (P+Ho):

Diseño de Obras Hidraulicas

Redondeada 2.14

2.40 m.

Msc. Ing. José Arbulu Ramos

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

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

=

0.00

Dimensionamiento de los Muros de encauzamiento: a) Longitud:

24.54

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

26.00 m. 2.14

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=

Caudal

Rugosidad

:n=

Pendiente

:S=

0.0150

Tirante que mas se aproxima

0.0025

y =

0.8300 m

A =

2.4900 m

P =

4.6600 m

Tirante Normal

:Y=

0.8300 m

R =

0.5343 m

Area Hidraulica:

A=

2.4900 m²

v =

2.1949 m

4.6600 m

Q =

5.47 m

Perimetro Mojado:

P=

Radio Hidraulico:

R=

Espejo de Agua:

T=

3.0000 m

v=

2.2570 m/s

Velocidad:

0.5343 m

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. BL =

0.30

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

Tirante que mas se aproxima

0.0025

y =

Caudal

Pendiente

:S=

0.8500 m

A =

2.5500 m

P =

4.7000 m

Tirante Normal

:Y=

0.8500 m

R =

0.5426 m

Area Hidraulica:

A=

1.9975 m²

v =

2.2174 m

3.9042 m

Q =

5.65 m

Perimetro Mojado:

P=

Radio Hidraulico:

R=

Espejo de Agua:

T=

3.2000 m

v=

2.8135 m/s

Velocidad:

Carga de Velocidad: hv =

Diseño de Obras Hidraulicas

0.5116 m

0.4035 m

Msc. Ing. José Arbulu Ramos

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

Energia Especifica:

E=

Numero de Froude:

F=

BL = 0.30m

1.253 m-Kg/Kg 1.1370

Yn = 0.85 m³/s 1.50 m

Calculo de borde Libre . BL = Yn /3 =

0.28

Usaremos :

m. BL =

0.30 m.

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

Qcaptación=

5.620 m³/s t

T

Lt Longitud de transicion. Para α = Lt =

12.50 °.

(T - t) * Ctg 12.5°

Donde :

/ 2 T = t =

3.80 m. 3.00 m.

Remplazando :

Lt

=

1.804

Asumimos :

Lt

=

2.00

m.

d) Diseño de las Ventanas de Captación: Consideraciones: * 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.

142.14msnm 141.6msnm

140.0msnm

El cálculo hidráulico comprende en el dimensionamiento del orificio y conducto de salida y dete ción del gasto máximo de avenida. Ademas se diseñará la transición que une el canal de captación a la salida d la toma con el canal de conducción * 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 " x

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"

Msc. Ing. José Arbulu Ramos

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

54 " x 54 " a= 1.37 m. b= 1.37 m.

Escogemos:

1.88 m2. 5.62 m3/s. 5.62 m2 3.0 3 compuertas v = 1.00 m/s.

Acomp. = Qdiseño = Adiseño = # comp. = para:

O.K.

NMA = nivel operación = CFC = CFR =

142.14 141.45 140.30 140.00

m.s.n.m. m.s.n.m. m.s.n.m. m.s.n.m.

Verificación del funcionamiento

m.s.n.m.

NMA = nivel de operación = h

h1

a

Y1 = Cc*a

Funciona como vertedero: Orificio 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 m.

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 el caudal de diseño. m.

Análisis para máximas avenidas Verificación del funcionamiento. a = 0.30 h1 = 1.84 m. Cv = Cv = Cd = Cd =

(asumido)

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

Cálculo del tirante Y1

Y1 = Y1 = 0.186 m.

Cálculo de h

h= h = 1.65 m.

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

asumimos:

Q = 1.45 m3/s. Q = 1.50 m3/s.

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 = 32.45

Reemplazando: Y2 =

Cálculo del tirante normal en el canal de la ventana m3/s.

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

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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:

0.484 4.171 4.655 Lcc = 4.50 m.

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

4.50 0.001 0.015 1.372 2.135

Yn m.

En épocas de máximas avenidas teniendo las compuertas abiertas a pasa un caudal de: 4.50 m3/s.

Cálculo de la abertura de las compuertas para máximas avenidas. a = Q / ( Cd * b * ( ( 2gh )^0.5 ) donde: Q= Cd = b= h=

0.75 0.62 1.37 1.65

reemplazando en la formula a=

Altura de la ventana de captación m.

tirante en máximas avenidas:

tirante en nivel de operaciones:

Adoptamos una altura de ventana de:

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(Estrivos redondeados)

282.51 165.18 71.05

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uqe considera carga de velocidad en el primer miembro?

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0.50 m

e = (4/3) x (Spx / 2400) e=

1.29 m.

por Subpresión. Aumentar espesor

por Subpresión. Aumentar espesor

ntonces se opta por el espesor asumido:

Q = KIA

ción a través del cual se produce la filtración

a del barraje - cota a la salida de la poza) m.s.n.m.

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m.s.n.m. m.s.n.m.

erio de BLIGHT: grava y arena)

de gráfico de gráfico

nto no haremos uso de lloradores.

h   c' h  h' ( Lx) L  

13

15

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10.24

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12.00 m.

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ende en el dimensionamiento del orificio y conducto de salida y determina s se diseñará la transición que une el canal de captación a la salida de

as para un nivel de operación (cota barraje fijo) soportará conducir el caudal para máximas avenidas.

e compuertas según manual de ARMCO

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m.s.n.m. m.s.n.m. m.s.n.m. m.s.n.m.

Yn Y2

si h 1/a =< 1.4 si h 1/a > 1.4

Q = Cd * a * b * ( (2*g*h)^0.5 ) Cd : coeficiente de descarga a : altura de orificio de toma b : ancho del orificio de toma

a

0.35

Cv

0.99

Cd

0.61

Y1

0.22 m.

h

0.93 m.

Q

1.26

V1^2 V1

18.31 4.28

m3/s.

V1^2 / g )+ ( 0.25 * Y1^2 ) )^0.5

m.s.n.m. m.s.n.m.

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Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo m.s.n.m. m.s.n.m.

Y2

0.80

Q Q*n/(s^0.5) Yn

1.26 0.598 0.555

R^2/3 0.000 0.000 0.000

A*R^2/3 0.000 0.000 0.000

L1 Lr Lcc Lcc

0.56 2.90 3.47 3.30

Q Q*n/(s^0.5) Yn

1.07 0.506 0.4842

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m.s.n.m.

se tiene que dejar pasar por el canal de captación

a

0.28

Cc * a

h1 - Y1

Q

1.87

= (-Y1 / 2) + ( ( 2 * Y1 * V1^2 / g )+ ( 0.25 * Y1^2 ) )^0.5 Reemplazando: 1.02

Q*n/(s^0.5) = 0.712 Q*n/(s^0.5) = A*R^2/3 Yn

0.357

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2.232

enidas teniendo las compuertas abiertas a

0.30 m. de alto

abriendo todas las compuertas de captación:

reemplazando en la formula 0.155

Yn = 0.357 Y2 = 1.02 Yn = 0.484 Y2 = 0.798 0.90 m.

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