Diseño De Bocatoma ir1q
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- Pages: 48
=
=
0
0
DISEÑO DE BOCATOMA CAUDAL MÁXIMO DEL RÍO: Qmax=
55.91
m3/s
Q min =
0.57
m3/s
CAUDAL DE DISEÑO Qd=
55.91 m³/s 4.88 m³/s (Q demanda)
Q del canal=
El canal deberá diseñarse para un caudal de 0.3 m.
Q=CLH3/2
L
=
C=
H=(Q/(CL))2/3
H
L=
H=
0.6 m.
0.82
HT=
Q=
2.21 3 m. (asumido) 4.88 m³/s
1.72
Ángulo de inclinación de la ventana y el rio angulo sera de =
70
Ángulo de inclinación de la ventana y el rio =
70º
ANALIZAREMOS LA PERDIDA DE CARGA POR REJILLA DE DOS MANERAS. PRIMERA FORMULA: Cálculo de la perdida de carga por rejilla (hr): V1 = Velocidad del agua frente a la rejilla en cm / seg.
T espesor platina en pulgadas
1 pul
V velocidad de ingreso a la rejilla ( 1m/s)
3.281 pie/s
Angulo de inclinacion de la rejilla
75
B angulo de aproximacion
70
D separacion entre rejas
4 pulg
H perdida de carga
1.021 pulg Perdida por rejilla
hr = 0.03 m
SEGUNDA FORMULA: Cálculo de la perdida de carga por rejilla (hr):
hr = 2,4 ( e/a) 4/3 (V12/2g)
Donde:
e= espesor de la rejilla en cm. =
2.5
a = Separación entre varillas; ( de 10 a 20 cm) = V1 = Vel. del agua frente a la rejilla en m / seg.
10
V1= hr =
1.00
1
m/seg
2.41 cm
Perdida por rejilla
hr = 0.02 m
PROMEDIANDO LOS DOS VALORE OBTENIDOS POR PERDIDA POR REJILLA OBTENEMOS: hr =
0.02
Perdida por rejilla
hr =
0.02 m
1651.74 m.s.n.m
P=1.74m
1650.00 m.s.n.m
P= 1.74 m
LONGITUD DEL BARRAJE FIJO Y DEL BARRAJE MOVIL: Ancho de rio
L=
20
m.
(topografía)
a. Dimensionamiento: a.1 Por relación de áreas El area hidraulica del canal desarenador tiene una relacione de 1 /10 del area obstruida por el aliviadero, teniendose :
A1 = A2 /10
…………(1)
donde:
N de pilares= 1 A1 = Area del barraje movil
A2 = Area del barraje fijo N de comp.=
1.00
P= 1.74 m
Ld
( 20.00 A1 = P x Ld
* Ld
Ld) A2= P
Remplazando estos valores, tenemos que: 1.74 m
-
=
P x Ld = P(15-Ld)/10 1.74 m * (15 - Ld) /10
Ld = 1.82 m Entonces :
( 20.00
- Ld)
= 18.18 m
a.2 Longitud de compuerta del canal desarenador (Lcd) Lcd = Ld/1= Lcd =
1.82 m 1.82 m
a.3 Predimensionamiento del espesor del Pilar (e) e = Lcd /4 = e=
0.45 m 0.45 m
b. Resumen: Dimensiones reales del canal de limpia y barraje fijo
1.82 m
18.18 m
( 20.00
-Ld)
CÁLCULO DE LA CARGA HIDRAÚLICA: hd hv he
H
d2 h1= V1² / (2g) P=
1.74 m d1
Donde: H: Carga de Diseño
he: Altura de agua antes del remanso de depresión hv: Carga de Velocidad P: Longitud de Paramento Cuando venga la máxima avenida o caudal de diseño por el río 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: 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 H3/2 Qc: C: L: He:
…………….(B)
Dercarga del Cimacio Coeficiente de Descarga Longitud Efectiva de la Cresta Carga sobre la cresta incluyendo hv
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
= = = = = =
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
…………….(C) 0.60 18.18 0.00 0.00 0.10
= =
"H" se calcula asumiendo un valor , 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=
18.06
...(D)
Cálculo del coeficiente de descarga variable para la cresta del cimacio sin control: C = Co x K1 x K2 x K3 x K4 (ver abaco diseño de estructuras de control) Los valores del 2º miembro nos permiten corregir a "C" sin considerar las pérdidas por rozamiento: Los coeficientes se pueden calcular del manual de pressas pequeñas .
a) Por efecto de la profundidad de llegada:
Ho asumido= P=
0.60 m 1.74 m
Grafico extraido del libro: ESTRUCTURAS HIDRAULICAS-BOCATOMAS (Parte I)-UNPRG/ Ing. Msc. José Arbulú Ramos
P / Ho
=
2.90
Co
=
3.95
( el valor Co fue sacado del grafico Fig 3 )
(Abaco K1=C/Co)
b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto:
Grafico extraido del libro: ESTRUCTURAS HIDRAULICAS-BOCATOMAS (Parte I)-UNPRG/ Ing. Msc. José Arbulú Ramos
he = Ho ( el valor K1 fue sacado del grafico Fig 3 )
he / Ho
=
1.00
K1 =
1.00
(Abaco K2=C1/Cv)
c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba:
Grafico extraido del libro: ESTRUCTURAS HIDRAULICAS-BOCATOMAS (Parte I)-UNPRG/ Ing. Msc. José Arbulú Ramos
P / Ho
= no aplicable
K2 =
1.000
K3 =
1.00
d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo: (Abaco K3=C0/C)
Grafico extraido del libro: ESTRUCTURAS HIDRAULICAS-BOCATOMAS (Parte I)-UNPRG/ Ing. Msc. José Arbulú Ramos
(Hd + d) / Ho = (P+Ho)/Ho=
3.90
No aplicable
(Abaco Copias. K4=Co/C)
e) Por efecto de sumergencia:
Grafico extraido del libro: ESTRUCTURAS HIDRAULICAS-BOCATOMAS (Parte I)-UNPRG/ Ing. Msc. José Arbulú Ramos
Hd / he =
0.67
K4 = 1
2/3 Ho/ Ho = Remplazamos en la ecuación:
C = Co x K1 x K2 x K3 x K4
C = 3.95m
Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje fijo) tenemos que: Qc = C x L x H3/2
Qc = 33.16 m³/s
b. Descarga en canal de limpia (Qcl)
Ho asumido= P=
Se considera que cada compuerta funciona como vertedero, cuya altura P = 0.00m Para ello seguiremos iterando, igual que anteriormente asumiendo un valor de h, para ello usaremos las siguientes fórmulas: L = L1 - 2 ( N * Kp Qcl = C * L'' * hi3/2 Donde :
L = Longitud efectiva de la cresta h = Carga sobre la cresta incluyendo hv L1 = Longitud bruta del canal N = Numero de pilares que atraviesa el aliviadero Kp = Coef. de contrac. de pilares (triangular) Ka = Coeficiente de contraccion de estribos
+
0.60 m 0.00 m
Ka) x h
0.60 m 1.82 m 0.00 0.00 0.10
(Estribos redondeados)
L = 1.70m Cálculo del coeficiente de descarga variable para la cresta del cimacio sin control: C= Co x K1 x K2 x K3 x K4 a) Por efecto de la profundidad de llegada: P / Ho = 0.00
…………….(D)
Co
=
3.08
K1 =
1.00
K2 =
1.00
K3 =
0.77
b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto: he = Ho
he / Ho
=
1.00
c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba: P / Ho
=
0.00
Talud verical No aplicable
d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo: (Hd + d) / Ho =
(P+Ho) / Ho=
1.00
e) Por efecto de sumergencia: Hd / he = 2/3 ho/ ho =
Remplazamos en la ecuación:
K4 =
0.67
C = Co x K1 x K2 x K3 x K4
Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje movil) tenemos que: Qcl = C x L x H3/2 c. Descarga Máxima Total (QT): Qt = Q c
+
Q cl
Qt = 35.03 m³/s Este valor no cumple con el caudal de diseño, tendremos que asumir otro valor de "Ho"
1.00
C = 2.37m
Qcl = 1.87 m³/s
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
0.90 18.18 0.00 0.00 0.10
= =
L= Ho asumido= P= Co =
a) Por efecto de la profundidad de llegada: P / Ho = 1.93 ( el valor Co fue sacado del grafico Fig 3 )
18.002 0.90 m 1.74 m 3.94
(Abaco K1=C/Co)
b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto:
Grafico extraido del libro: ESTRUCTURAS HIDRAULICAS-BOCATOMAS (Parte I)-UNPRG/ Ing. Msc. José Arbulú Ramos
he = Ho
he / Ho
K1 =
= 1.00
1.00
( el valor K1 fue sacado del grafico Fig 4 )
(Abaco K2=C1/Cv)
c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba: P / Ho
=
1.93
No aplicable
K2 =
1.000
K3 =
1.00
( el valor K2 fue sacado del grafico Fig 5)
d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo: (Abaco K3=C0/C) (Hd + d) / Ho =
(P+Ho) / Ho= 2.93
( el valor K3 fue sacado del grafico Fig 7)
(Abaco Copias. K4=Co/C)
e) Por efecto de sumergencia: Hd / he =
(2 / 3) Ho / Ho =
K4 =
0.67
1.00
( el valor K4 fue sacado del grafico Fig 8)
C = Co x K1 x K2 x K3 x K4
Remplazamos en la ecuación:
C = 3.94m
Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje fijo) tenemos que: Qc = C x L x H3/2 La longitud efectiva de la cresta (L) es: L = Lr - 2 ( N x Kp + Ka) x H Donde:
L H Lr N Kp Ka
= = = = = =
Qc = 60.56 m³/s
…………….(C)
Longitud efectiva de la cresta Carga sobre la cresta . Asumida Longitud bruta del canal = Numero de pilares que atraviesa el aliviadero Coef. de contrac. de pilares (triangular) Coeficiente de contraccion de estribos
0.90 1.82 0.00 0.00 0.10
=
L= Ho asumido= P= Co =
a) Por efecto de la profundidad de llegada: P / Ho = 0.00 ( el valor Co fue sacado del grafico Fig 3 )
1.64 0.90 m 0.00 m 3.08
b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto: he = Ho
he / Ho
=
1.00
K1 =
1.00
K2 =
1.00
K3 =
0.77
K4 =
1.00
( el valor K1 fue sacado del grafico Fig 4 )
c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba: P / Ho
=
( el valor K2 fue sacado del grafico Fig 5)
0.00 No aplicable
d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo: (Hd + d) / Ho =
(P+Ho) / Ho=
1.00
( el valor K3 fue sacado del grafico Fig 7)
e) Por efecto de sumergencia: Hd / he =
2/3 Ho / Ho =
0.67
( el valor K4 fue sacado del grafico Fig 8)
Remplazamos en la ecuación:
C = Co x K1 x K2 x K3 x K4
Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje movil) tenemos que: Qcl = C x L x H3/2 c. Descarga Máxima Total (QT): Qt = Q c
+
Q cl
Qt = 63.88 m³/s Este valor no cumple con el caudal de diseño, tendremos que asumir otro valor de "Ho"
C = 2.37m
Qcl = 3.32 m³/s
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 18.18 0.00 0.00 0.10
= =
L= 17.9818181818 1.00 m Ho asumido= P= 1.74 m Co = 3.975
a) Por efecto de la profundidad de llegada: P / Ho = 1.74 ( el valor Co fue sacado del grafico Fig 3 )
(Abaco K1=C/Co)
b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto:
Grafico extraido del libro: ESTRUCTURAS HIDRAULICAS-BOCATOMAS (Parte I)-UNPRG/ Ing. Msc. José Arbulú Ramos
he = Ho
he / Ho
K1 =
= 1.00
1.00
( el valor K1 fue sacado del grafico Fig 4 )
(Abaco K2=C1/Cv)
c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba: P / Ho
=
( el valor K2 fue sacado del grafico Fig 5)
1.74 No aplicable
K2 =
1.000
K3 =
1.00
d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo: (Abaco K3=C0/C) (Hd + d) / Ho =
(P+Ho) / Ho= 2.74
( el valor K3 fue sacado del grafico Fig 7)
(Abaco Copias. K4=Co/C)
e) Por efecto de sumergencia: Hd / he =
(2 / 3) Ho / Ho =
K4 =
0.67
1.00
( el valor K4 fue sacado del grafico Fig 8)
C = Co x K1 x K2 x K3 x K4
Remplazamos en la ecuación:
C = 3.98m
Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje fijo) tenemos que: Qc = C x L x H3/2 La longitud efectiva de la cresta (L) es: L = Lr - 2 ( N x Kp + Ka) x H Donde:
L H Lr N Kp Ka
= = = = = =
Qc = 71.48 m³/s
…………….(C)
Longitud efectiva de la cresta Carga sobre la cresta . Asumida Longitud bruta del canal = Numero de pilares que atraviesa el aliviadero Coef. de contrac. de pilares (triangular) Coeficiente de contraccion de estribos
1.000 1.82 0.00 0.00 0.10
=
L= Ho asumido= P= Co =
a) Por efecto de la profundidad de llegada: P / Ho
=
0.00
1.62 1.00 m 0.00 m 3.08
( el valor Co fue sacado del grafico Fig 3 )
b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto: he = Ho
he / Ho
=
1.00
K1 =
1.00
K2 =
1.00
K3 =
0.77
K4 =
1.00
( el valor K1 fue sacado del grafico Fig 4 )
c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba: P / Ho
=
( el valor K2 fue sacado del grafico Fig 5)
0.00 No aplicable
d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo: (Hd + d) / Ho =
(P+Ho) / Ho=
1.00
( el valor K3 fue sacado del grafico Fig 7)
e) Por efecto de sumergencia: Hd / he =
2/3 Ho / Ho =
0.67
( el valor K4 fue sacado del grafico Fig 8)
Remplazamos en la ecuación:
C = Co x K1 x K2 x K3 x K4
Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje fijo) tenemos que: Qcl = C x L x H3/2 c. Descarga Máxima Total (QT): Qt = Q c
+
Q cl
Qt = 75.32 m³/s Este valor no cumple con el caudal de diseño, tendremos que asumir otro valor de "Ho"
C = 2.37m
Qcl = 3.84 m³/s
CUADRO PARA EL PROCESO ITERATIVO Ho (m) L efect. Qc y Qcl 18.18 33.16 0.60 1.82 1.87 18.18 71.48 1.00 1.82 3.84 18.18 60.56 0.90 1.82 3.32 Ho 0.60 0.90 1.00
Qc
Qcl
QT
33.16 60.56 71.48
1.87 3.32 3.84
35.03 63.88 75.32
QT 35.03 75.32 63.88
Qdiseño =
55.91 m3/s
Qt vs Ho
1.10 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60
0.50 35.00 38.00 41.00 44.00 47.00 50.00 53.00 56.00 59.00 62.00 65.00 68.00 71.00 74.00
Ho = (aliviadero) (canal de limpia)
0.82 m Para
Ho = 0.82 m Q cl (compuertas)=
Qc= Qcl = Qdiseño =
52.70m3/s 3.21m3/s
55.91 m3/s
0
CALCULO DE LA CRESTA DEL CIMACIO:
1651.74 m.s.n.m
Ho = 0.82 m
Xc Yc
R P = 1.74 m R
La sección de la cresta de cimacio, cuya forma se aproxima a la superficie inferior de la lámina vertiente que sale por el verted delgada, constituye la forma ideal para obtener óptimas descargas, dependiendo de la carga y de la inclinación del paramento 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 c una tangente o una curva circular compuesta; mientras la porción aguas abajo está definida por la siguiente relación:
X Y Kx Ho Ho
n
En las que "K" y "n" son constantes que se obtienen del abaco de diseño de presas pequeñas Qc=
52.7
Lc=
18.18
Ho=
0.82
P=
1.74
Determinación del caudal unitario: (q) q= Qc / Lc =
2.90
m3/s/m
V= q /(Ho+P)=
1.13
m/s
hv = V2/2g =
0.07
m
0.75
m
Velocidad de llegada (V):
Carga de Velocidad
Altura de agua antes del remanso de depreción (he): he = Ho - hv =
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
Determinación de "K" y "n" haciendo uso de los abacos y la relación hv/Ho:
hv/Ho= Talud:
hv/Ho= Talud:
0.080
K=
0.51
Vertical
0.080 Vertical
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
n=
1.838
Valores para dibujar el perfil aguas abajo: Perfil Creager
Según la figura 2 del manual de diseño de presas pequeñas la Curva del Perfil Creager es hasta una distancia igual a 2.758Ho este límite se mantiene recto hasta la siguiente curva al pie del talud (aguas abajo):
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
X (m)
Y (m)
0.000
0.00
0.100
-0.01
0.300
-0.07
0.500
-0.17
0.700
-0.31
0.900
-0.50
1.100
-0.72
1.300
-0.98
1.500 1.700
-1.27 -1.60
1.900
-1.96
2.100
-2.36
2.300 2.262
-2.78 -2.70
2.758 Ho=
2.26156
PERFIL CREAGER 0.000
0.250
0.500
0.750
1.000
0.00 -0.25 -0.50
VALO RES DE Y
-0.75 -1.00 -1.25 -1.50 -1.75 -2.00 -2.25 -2.50 -2.75 -3.00
VALO RES DE X
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
1.250
1.500
1.750
2.000
2.250
La porción del perfil que queda aguas arriba de la cresta se ha considerado como una curva circular compuesta. Los valores de R1, R2, Xc, Yc se dan en la los abacos fig 1.a:
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
0.080 0.82
ingresamos a los nomogramas, de donde se obtiene:
Xc/Ho=
0.841
X c=
0.69 m
Yc/Ho=
0.093
Yc=
0.08 m
R1/Ho=
0.485
R 1=
0.40 m
R2/Ho=
0.202
R 2=
0.17 m
R1-R2=
0.23 m
Con hv / Ho= Ho=
Ubicación de los elementos para el dibujo de la curvatura aguas arriba:
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
1651.74 m.s.n.m
Ø 1650.00 m.s.n.m
oxima a la superficie inferior de la lámina vertiente que sale por el vertedor en pared as descargas, dependiendo de la carga y de la inclinación del paramento aguas arriba
resta, la porción que queda aguas arriba del origen se define como una curva simple y as la porción aguas abajo está definida por la siguiente relación:
0.60
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
queñas la Curva del Perfil Creager es hasta una distancia igual a 2.758Ho, después de al pie del talud (aguas abajo):
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
50
PERFIL CREAGER 1.000
1.250
1.500
1.750
2.000
2.250
2.500
VALO RES DE X
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
ingresamos a los nomogramas, de donde se obtiene:
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
9.5.
Cálculo de los Tirantes Conjugados: 2
1
Dc = 0.95 m hv1=3.83 P = 1.74 m d1=0.34
Lp Qc= 52.7 Lefectiva cresta= 18.06
Tenemos:
Aplicando la Ecuacion de Bernoulli entre los puntos 1 y 2: z + dc + hvc = d1 + hv1 + Σhp Σhp: pérdidas de energía (por lo general se desprecian, debido a su magnitud) Determinación del tirante Crítico: dc = (Q2/gB2)1/3 Cálculo de la Carga de Velocidad Crítica: vc =√(g*dc)
dc=
0.954
m
Vc= hvc=
3.059
m/s
0.477
m
Reemplazando obtenemos el d 1: z + dc + hvc = d1 + q2/(2*g*d12) 3.17
=
d1 +
q=Q/B 2 0.43 / d1
d13 - 3.17 d 2 + 1
0.43 = = 0
Determinación del Tirante Conjugado 2: d 2
d2
d 1 2
2
d ( 1 4
0
2v12 d 1 ) g
V 1=
7.41
d 2=
1.91
Determinación del Número de Froude:
F
v1 g * d1
F= 3.77
F menor que 1.7: no necesita estanque(Lp=4dz) F(1.7-2.5):No se necesita dados F(2.5-4.5)
Y agua abajo= 0.75 d2= 1.91 > 0.75 Este es un resalto inestable. Cuyo oleaje producido se propaga hacia aguas abajo. Cuando sea posible evitar este tipo de poza. Entonces podemos profundizar la poza en una profundidad = Pr= K=
1.45 1.15
Asumimos: (1.10-1.20)
haciendo una nueva iteración para conseguir un F mayor a 4.5 para tener un flujo estable: z + dc + hvc + e = d1 + q2/(2*g*d12) d13 - 4.17
d1 2 +
0.43
= 0
d2
d 1 2
2
d ( 1 4
d 1=
0.34
V 1=
8.67
m/s
hv1=
3.83
m
d 2=
2.11
m
F=
4.77
= 0
2v12 d1 ) g
v1 F g * d1 Es un resalto bastante estable y como V1: como se muestra en la fig. 12
8.67
0.00
se usara un tipo de poza
ESTANQUE TIPO II
DATOS:
d1= d2= F=
0.34 2.11 4.77
De la figua 12 . Del libro BOCATOMAS-Ing Msc José Arbulu Ramos. Altura de los bloques amortiguadores y del umbral terminal h3 / d1 =
1.40
h3 = 0.47m
h4 /d1 =
1.25
h4 = 0.42m
Longitud del resalto:
dII / d2 =
2.25
dII = 10.74m
o
Cálculo del Radio de Curvatura al pie del Talud: Esta dado por la ecuación: R = 5d1
R=
1.68 m
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 el manual será: F= 4.77 TIPO II V 1= 8.67 Ver la Figura 12 de la Separata para el cálculo de Lp L/d2= 2.25
Lp=
4.745 m
b) Según Lindquist: Lp = 5(d2-d1)
Lp=
8.863 m
c) Según Safranez: Lp = 6xd1xV1
Lp=
9.635 m
√(g*d1) d) Finalmente tomamos el valor promedio de todas las alternativas: Longitud promedio de la poza
Lp= Lp=
Profundidad de la Cuenca: S = 1.25 d1=
0.421 m
Cálculo del Espesor del Enrocado:
e' 0.6 * q 1 / 2 ( H / g )1 / 4 H = ( P + Ho ) =
2.560
q=
2.92
e= e=
. Cálculo de la Longitud del Enrocado: Según W. G. Bligh, la longitud del empedrado está dado por la sgte fórmula:
L c donde:
H * (0.642
q 0.612)
H: carga de agua para máximas avenidas q: caudal unitario c: coeficiente de acuerdo al tipo de suelo Le= Le=
Longitud del Solado Delantero:
Ls =
5Ho
Ls=
4.10 m
hd
d2=2.11
Lp
q=
2.92
d 1=
0.3935 0.00
m/s m
no necesita estanque(Lp=4dz) ecesita dados
1.00
dII=6.1Y2=
12.87
cual según el manual será:
7.748 m 7.70 m
0.733 m 0.70 m
2.56 m 2.92 9 6.979 m 7.00 m
Ho= 4.10 m
0.82
8.6. Espesor de la Poza Amortiguadora: 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 Carga efectiva que produce la filtración mediana calidad 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: 1651.74 0.25 (P+H) Ho = 0.82 m h = 2.06 m 3.83 m (P+H)= 2.56 m
P = 1.74 m
d2=2.11 m 0.34 m
e=0.50 0.7 m
2.50 m
7.70 m
4.10 m
10.20 m
7.00 m
e=0.30
21.30 m
Predimensionado de los dentellados posteriores y delanteros:
0.60 m 0.50 m
1.00 m 6.30 m
0.25 m
0.80 m 0.80 m 3.10 m
Para condiciones de caudal máximo O sea cuando hay agua en el colchón. h = d1 +hv1 -d2 h= L= h' =
2.06 m 7.00 m 3.11 m
x = 3.10 m e = (4/3) h/L Lx Spx
x (Spx / 2400) = 0.294 = 6.73 m = 1753.14 kg
e=
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= 0.82 m h/L = L= 7.00 Lx = h' = 1.00 Spx =
x = 3.10 m 0.117 6.73 m 567.18 kg
Para esta condición el espesor asumido satisface los esfuerzos de Subpresión
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
e=
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
Q = KIA
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 = 2.06 (cota del barraje - cota a la salida de la poza) Cbarraje: 1651.74 m.s.n.m. Csalida: 1648.89 m.s.n.m. C= 9 (criterio de BLIGHT: grava y arena) Ln = C*H Cálculo de la longitud compensada (Lc) longitud vertical Lv longitud horizontal Lh Lc = Lv + Lh Como Lc > Ln, entoces no habra filtracion . H = 2.06 criterio de lane Lc = Lv + Lh/3 Lc = 8.00 m C= 4 Como Lc > Ln, entoces no habra filtracion . las medidas son suficientes
Lv = Lh =
4.60 m 10.20 m
de gráfico de gráfico Lc =
(cota del barraje - cota a la salida de la poza) Cbarraje: 1651.74 m.s.n.m. Csalida: 1648.89 m.s.n.m. (criterio de lane : grava y arena) criterio de lane Ln = C*H Ln =
Verificación del espesor del colchón amortiguador cálculo de la subpresión
h Sp * c ' h h' ( Lx) L
L = (Lh/3)+Lv
L= 8.00 m h= 2.06 m h/L = 0.26 m Cuadro de valores para la construcción del diagrama de presiones
Punto 1 2 3 4 5 6 7 8
Lx (m) 0.00 0.00 3.10 3.10 9.40 9.40 10.20 10.20
h' (m) 0.00 1.8 1.80 1.00 1.00 1.00 1.75 0.00
criterio de BLIGHT Ln =
Sp (kg/m2) Sp (Tn/m2) 1132.70 1.13 2122.70 2.12 1683.78 1.68 1243.78 1.24 351.78 0.35 351.78 0.35 651.01 0.65 -311.49 -0.31
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
Dimensionamiento de los Pilares: a) Punta o Tajamar:
Redondeada
b) Altura Ht= (P+Ho)+ 0.5
3.06
Ht pilares=
c) Longitud: Hasta la terminación de la poza mínimo 10.9
L pilares=
d) Espesor e:
e pilares=
0.35
Dimensionamiento de los Muros de encauzamiento: a) Longitud:
25.2
L muros=
b) Altura Ht= 1.25 (P+Ho):
3.06
Ht muros=
d) Espesor e:
0.60
e muros=
Cálculo de la profundidad mínima de empotramiento en el lecho del río:
ym yo 15.00
n= 0.038 s= 0.0025 La profundidad de socavación (ys, yo) se calculará con el criterio de socavación general: velocidad real (Vr) sea mayor que la velocidad erosionante (Vc) Sabemos que: Vr = ( Yo 5/3/Ys)
También:
Vc = Vc1.Ys
** "Yo" = profundidad antes de la erosión. "Ys"= Tirante cuya profundidad se desea conocer: "Vr"= Velocidad real
0,2
*** "Vc"= Velocidad no erosionante para el tirante "Ye" "Ys"= Tirante, en metros existente en el punto de estudio. "Vc1"= velocidad no erosinante, correspondiente a un
tirante de 1 m. = Qr /( Ym. T. )
( b)
Igualando Vr = Vc Ys1,2 = (Yo5/3 / Vc1)
( c)
Para una sección irregular (sin muros de encauzamiento) Yo = 3.31 metros A = 27.54 metros Para una sección rectángular ( con muros de encauzamiento) Aplicando la ecuación de Mannig, calculamos "Ym" Con Qr = 55.91 Ym = 2.42
22.92 Ah = 36.23 V = 1.54
m2 m/seg
Luego en la tabla, hallamos:
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
Al no hallarse el valor de la longitud del claro, extrapolamos e interpolamos Luego: = 0.945 Remplazando valores en (b), obtenemos = 1.63 Cálculo de "Vc1"
Para esto se debe hacer un estudio granulométrico del lecho del río y determinar el diámetro medio de una fracción de la muestra así mismo el peso como porcentaje de esa misma porción. *** Al no contar con estos datos, para el presente trabajo asumimos: Dm = 8mm Con este valor entramos a la tabla A -3 y calculamos Vc1 Vc1 =
0.80m/seg
Remplazando los valores de ( a , Yo , Vc1 ) en (c) obtenemos Ys = 9.57m
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
h'
h ( Lx ) L
ncreto sobre roca de a calidad ia la filtración.
1.00
1648.89 0.70
1.75 m
0.97 m
0.32 m
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
ración
criterio de BLIGHT 18.54 m
14.80 m
criterio de lane 8.24 m
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
2.95 m 13.50 m 0.35 m
28.00 m 2.95 m 0.60 m
desea conocer:
ra el tirante "Ye" en el punto de estudio. orrespondiente a un
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
medio de una fracción
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
=
0
0
DISEÑO DE BOCATOMA CAUDAL MÁXIMO DEL RÍO: Qmax=
55.91
m3/s
Q min =
0.57
m3/s
CAUDAL DE DISEÑO Qd=
55.91 m³/s 4.88 m³/s (Q demanda)
Q del canal=
El canal deberá diseñarse para un caudal de 0.3 m.
Q=CLH3/2
L
=
C=
H=(Q/(CL))2/3
H
L=
H=
0.6 m.
0.82
HT=
Q=
2.21 3 m. (asumido) 4.88 m³/s
1.72
Ángulo de inclinación de la ventana y el rio angulo sera de =
70
Ángulo de inclinación de la ventana y el rio =
70º
ANALIZAREMOS LA PERDIDA DE CARGA POR REJILLA DE DOS MANERAS. PRIMERA FORMULA: Cálculo de la perdida de carga por rejilla (hr): V1 = Velocidad del agua frente a la rejilla en cm / seg.
T espesor platina en pulgadas
1 pul
V velocidad de ingreso a la rejilla ( 1m/s)
3.281 pie/s
Angulo de inclinacion de la rejilla
75
B angulo de aproximacion
70
D separacion entre rejas
4 pulg
H perdida de carga
1.021 pulg Perdida por rejilla
hr = 0.03 m
SEGUNDA FORMULA: Cálculo de la perdida de carga por rejilla (hr):
hr = 2,4 ( e/a) 4/3 (V12/2g)
Donde:
e= espesor de la rejilla en cm. =
2.5
a = Separación entre varillas; ( de 10 a 20 cm) = V1 = Vel. del agua frente a la rejilla en m / seg.
10
V1= hr =
1.00
1
m/seg
2.41 cm
Perdida por rejilla
hr = 0.02 m
PROMEDIANDO LOS DOS VALORE OBTENIDOS POR PERDIDA POR REJILLA OBTENEMOS: hr =
0.02
Perdida por rejilla
hr =
0.02 m
1651.74 m.s.n.m
P=1.74m
1650.00 m.s.n.m
P= 1.74 m
LONGITUD DEL BARRAJE FIJO Y DEL BARRAJE MOVIL: Ancho de rio
L=
20
m.
(topografía)
a. Dimensionamiento: a.1 Por relación de áreas El area hidraulica del canal desarenador tiene una relacione de 1 /10 del area obstruida por el aliviadero, teniendose :
A1 = A2 /10
…………(1)
donde:
N de pilares= 1 A1 = Area del barraje movil
A2 = Area del barraje fijo N de comp.=
1.00
P= 1.74 m
Ld
( 20.00 A1 = P x Ld
* Ld
Ld) A2= P
Remplazando estos valores, tenemos que: 1.74 m
-
=
P x Ld = P(15-Ld)/10 1.74 m * (15 - Ld) /10
Ld = 1.82 m Entonces :
( 20.00
- Ld)
= 18.18 m
a.2 Longitud de compuerta del canal desarenador (Lcd) Lcd = Ld/1= Lcd =
1.82 m 1.82 m
a.3 Predimensionamiento del espesor del Pilar (e) e = Lcd /4 = e=
0.45 m 0.45 m
b. Resumen: Dimensiones reales del canal de limpia y barraje fijo
1.82 m
18.18 m
( 20.00
-Ld)
CÁLCULO DE LA CARGA HIDRAÚLICA: hd hv he
H
d2 h1= V1² / (2g) P=
1.74 m d1
Donde: H: Carga de Diseño
he: Altura de agua antes del remanso de depresión hv: Carga de Velocidad P: Longitud de Paramento Cuando venga la máxima avenida o caudal de diseño por el río 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: 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 H3/2 Qc: C: L: He:
…………….(B)
Dercarga del Cimacio Coeficiente de Descarga Longitud Efectiva de la Cresta Carga sobre la cresta incluyendo hv
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
= = = = = =
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
…………….(C) 0.60 18.18 0.00 0.00 0.10
= =
"H" se calcula asumiendo un valor , 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=
18.06
...(D)
Cálculo del coeficiente de descarga variable para la cresta del cimacio sin control: C = Co x K1 x K2 x K3 x K4 (ver abaco diseño de estructuras de control) Los valores del 2º miembro nos permiten corregir a "C" sin considerar las pérdidas por rozamiento: Los coeficientes se pueden calcular del manual de pressas pequeñas .
a) Por efecto de la profundidad de llegada:
Ho asumido= P=
0.60 m 1.74 m
Grafico extraido del libro: ESTRUCTURAS HIDRAULICAS-BOCATOMAS (Parte I)-UNPRG/ Ing. Msc. José Arbulú Ramos
P / Ho
=
2.90
Co
=
3.95
( el valor Co fue sacado del grafico Fig 3 )
(Abaco K1=C/Co)
b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto:
Grafico extraido del libro: ESTRUCTURAS HIDRAULICAS-BOCATOMAS (Parte I)-UNPRG/ Ing. Msc. José Arbulú Ramos
he = Ho ( el valor K1 fue sacado del grafico Fig 3 )
he / Ho
=
1.00
K1 =
1.00
(Abaco K2=C1/Cv)
c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba:
Grafico extraido del libro: ESTRUCTURAS HIDRAULICAS-BOCATOMAS (Parte I)-UNPRG/ Ing. Msc. José Arbulú Ramos
P / Ho
= no aplicable
K2 =
1.000
K3 =
1.00
d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo: (Abaco K3=C0/C)
Grafico extraido del libro: ESTRUCTURAS HIDRAULICAS-BOCATOMAS (Parte I)-UNPRG/ Ing. Msc. José Arbulú Ramos
(Hd + d) / Ho = (P+Ho)/Ho=
3.90
No aplicable
(Abaco Copias. K4=Co/C)
e) Por efecto de sumergencia:
Grafico extraido del libro: ESTRUCTURAS HIDRAULICAS-BOCATOMAS (Parte I)-UNPRG/ Ing. Msc. José Arbulú Ramos
Hd / he =
0.67
K4 = 1
2/3 Ho/ Ho = Remplazamos en la ecuación:
C = Co x K1 x K2 x K3 x K4
C = 3.95m
Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje fijo) tenemos que: Qc = C x L x H3/2
Qc = 33.16 m³/s
b. Descarga en canal de limpia (Qcl)
Ho asumido= P=
Se considera que cada compuerta funciona como vertedero, cuya altura P = 0.00m Para ello seguiremos iterando, igual que anteriormente asumiendo un valor de h, para ello usaremos las siguientes fórmulas: L = L1 - 2 ( N * Kp Qcl = C * L'' * hi3/2 Donde :
L = Longitud efectiva de la cresta h = Carga sobre la cresta incluyendo hv L1 = Longitud bruta del canal N = Numero de pilares que atraviesa el aliviadero Kp = Coef. de contrac. de pilares (triangular) Ka = Coeficiente de contraccion de estribos
+
0.60 m 0.00 m
Ka) x h
0.60 m 1.82 m 0.00 0.00 0.10
(Estribos redondeados)
L = 1.70m Cálculo del coeficiente de descarga variable para la cresta del cimacio sin control: C= Co x K1 x K2 x K3 x K4 a) Por efecto de la profundidad de llegada: P / Ho = 0.00
…………….(D)
Co
=
3.08
K1 =
1.00
K2 =
1.00
K3 =
0.77
b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto: he = Ho
he / Ho
=
1.00
c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba: P / Ho
=
0.00
Talud verical No aplicable
d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo: (Hd + d) / Ho =
(P+Ho) / Ho=
1.00
e) Por efecto de sumergencia: Hd / he = 2/3 ho/ ho =
Remplazamos en la ecuación:
K4 =
0.67
C = Co x K1 x K2 x K3 x K4
Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje movil) tenemos que: Qcl = C x L x H3/2 c. Descarga Máxima Total (QT): Qt = Q c
+
Q cl
Qt = 35.03 m³/s Este valor no cumple con el caudal de diseño, tendremos que asumir otro valor de "Ho"
1.00
C = 2.37m
Qcl = 1.87 m³/s
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
0.90 18.18 0.00 0.00 0.10
= =
L= Ho asumido= P= Co =
a) Por efecto de la profundidad de llegada: P / Ho = 1.93 ( el valor Co fue sacado del grafico Fig 3 )
18.002 0.90 m 1.74 m 3.94
(Abaco K1=C/Co)
b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto:
Grafico extraido del libro: ESTRUCTURAS HIDRAULICAS-BOCATOMAS (Parte I)-UNPRG/ Ing. Msc. José Arbulú Ramos
he = Ho
he / Ho
K1 =
= 1.00
1.00
( el valor K1 fue sacado del grafico Fig 4 )
(Abaco K2=C1/Cv)
c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba: P / Ho
=
1.93
No aplicable
K2 =
1.000
K3 =
1.00
( el valor K2 fue sacado del grafico Fig 5)
d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo: (Abaco K3=C0/C) (Hd + d) / Ho =
(P+Ho) / Ho= 2.93
( el valor K3 fue sacado del grafico Fig 7)
(Abaco Copias. K4=Co/C)
e) Por efecto de sumergencia: Hd / he =
(2 / 3) Ho / Ho =
K4 =
0.67
1.00
( el valor K4 fue sacado del grafico Fig 8)
C = Co x K1 x K2 x K3 x K4
Remplazamos en la ecuación:
C = 3.94m
Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje fijo) tenemos que: Qc = C x L x H3/2 La longitud efectiva de la cresta (L) es: L = Lr - 2 ( N x Kp + Ka) x H Donde:
L H Lr N Kp Ka
= = = = = =
Qc = 60.56 m³/s
…………….(C)
Longitud efectiva de la cresta Carga sobre la cresta . Asumida Longitud bruta del canal = Numero de pilares que atraviesa el aliviadero Coef. de contrac. de pilares (triangular) Coeficiente de contraccion de estribos
0.90 1.82 0.00 0.00 0.10
=
L= Ho asumido= P= Co =
a) Por efecto de la profundidad de llegada: P / Ho = 0.00 ( el valor Co fue sacado del grafico Fig 3 )
1.64 0.90 m 0.00 m 3.08
b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto: he = Ho
he / Ho
=
1.00
K1 =
1.00
K2 =
1.00
K3 =
0.77
K4 =
1.00
( el valor K1 fue sacado del grafico Fig 4 )
c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba: P / Ho
=
( el valor K2 fue sacado del grafico Fig 5)
0.00 No aplicable
d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo: (Hd + d) / Ho =
(P+Ho) / Ho=
1.00
( el valor K3 fue sacado del grafico Fig 7)
e) Por efecto de sumergencia: Hd / he =
2/3 Ho / Ho =
0.67
( el valor K4 fue sacado del grafico Fig 8)
Remplazamos en la ecuación:
C = Co x K1 x K2 x K3 x K4
Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje movil) tenemos que: Qcl = C x L x H3/2 c. Descarga Máxima Total (QT): Qt = Q c
+
Q cl
Qt = 63.88 m³/s Este valor no cumple con el caudal de diseño, tendremos que asumir otro valor de "Ho"
C = 2.37m
Qcl = 3.32 m³/s
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 18.18 0.00 0.00 0.10
= =
L= 17.9818181818 1.00 m Ho asumido= P= 1.74 m Co = 3.975
a) Por efecto de la profundidad de llegada: P / Ho = 1.74 ( el valor Co fue sacado del grafico Fig 3 )
(Abaco K1=C/Co)
b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto:
Grafico extraido del libro: ESTRUCTURAS HIDRAULICAS-BOCATOMAS (Parte I)-UNPRG/ Ing. Msc. José Arbulú Ramos
he = Ho
he / Ho
K1 =
= 1.00
1.00
( el valor K1 fue sacado del grafico Fig 4 )
(Abaco K2=C1/Cv)
c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba: P / Ho
=
( el valor K2 fue sacado del grafico Fig 5)
1.74 No aplicable
K2 =
1.000
K3 =
1.00
d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo: (Abaco K3=C0/C) (Hd + d) / Ho =
(P+Ho) / Ho= 2.74
( el valor K3 fue sacado del grafico Fig 7)
(Abaco Copias. K4=Co/C)
e) Por efecto de sumergencia: Hd / he =
(2 / 3) Ho / Ho =
K4 =
0.67
1.00
( el valor K4 fue sacado del grafico Fig 8)
C = Co x K1 x K2 x K3 x K4
Remplazamos en la ecuación:
C = 3.98m
Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje fijo) tenemos que: Qc = C x L x H3/2 La longitud efectiva de la cresta (L) es: L = Lr - 2 ( N x Kp + Ka) x H Donde:
L H Lr N Kp Ka
= = = = = =
Qc = 71.48 m³/s
…………….(C)
Longitud efectiva de la cresta Carga sobre la cresta . Asumida Longitud bruta del canal = Numero de pilares que atraviesa el aliviadero Coef. de contrac. de pilares (triangular) Coeficiente de contraccion de estribos
1.000 1.82 0.00 0.00 0.10
=
L= Ho asumido= P= Co =
a) Por efecto de la profundidad de llegada: P / Ho
=
0.00
1.62 1.00 m 0.00 m 3.08
( el valor Co fue sacado del grafico Fig 3 )
b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto: he = Ho
he / Ho
=
1.00
K1 =
1.00
K2 =
1.00
K3 =
0.77
K4 =
1.00
( el valor K1 fue sacado del grafico Fig 4 )
c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba: P / Ho
=
( el valor K2 fue sacado del grafico Fig 5)
0.00 No aplicable
d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo: (Hd + d) / Ho =
(P+Ho) / Ho=
1.00
( el valor K3 fue sacado del grafico Fig 7)
e) Por efecto de sumergencia: Hd / he =
2/3 Ho / Ho =
0.67
( el valor K4 fue sacado del grafico Fig 8)
Remplazamos en la ecuación:
C = Co x K1 x K2 x K3 x K4
Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje fijo) tenemos que: Qcl = C x L x H3/2 c. Descarga Máxima Total (QT): Qt = Q c
+
Q cl
Qt = 75.32 m³/s Este valor no cumple con el caudal de diseño, tendremos que asumir otro valor de "Ho"
C = 2.37m
Qcl = 3.84 m³/s
CUADRO PARA EL PROCESO ITERATIVO Ho (m) L efect. Qc y Qcl 18.18 33.16 0.60 1.82 1.87 18.18 71.48 1.00 1.82 3.84 18.18 60.56 0.90 1.82 3.32 Ho 0.60 0.90 1.00
Qc
Qcl
QT
33.16 60.56 71.48
1.87 3.32 3.84
35.03 63.88 75.32
QT 35.03 75.32 63.88
Qdiseño =
55.91 m3/s
Qt vs Ho
1.10 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60
0.50 35.00 38.00 41.00 44.00 47.00 50.00 53.00 56.00 59.00 62.00 65.00 68.00 71.00 74.00
Ho = (aliviadero) (canal de limpia)
0.82 m Para
Ho = 0.82 m Q cl (compuertas)=
Qc= Qcl = Qdiseño =
52.70m3/s 3.21m3/s
55.91 m3/s
0
CALCULO DE LA CRESTA DEL CIMACIO:
1651.74 m.s.n.m
Ho = 0.82 m
Xc Yc
R P = 1.74 m R
La sección de la cresta de cimacio, cuya forma se aproxima a la superficie inferior de la lámina vertiente que sale por el verted delgada, constituye la forma ideal para obtener óptimas descargas, dependiendo de la carga y de la inclinación del paramento 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 c una tangente o una curva circular compuesta; mientras la porción aguas abajo está definida por la siguiente relación:
X Y Kx Ho Ho
n
En las que "K" y "n" son constantes que se obtienen del abaco de diseño de presas pequeñas Qc=
52.7
Lc=
18.18
Ho=
0.82
P=
1.74
Determinación del caudal unitario: (q) q= Qc / Lc =
2.90
m3/s/m
V= q /(Ho+P)=
1.13
m/s
hv = V2/2g =
0.07
m
0.75
m
Velocidad de llegada (V):
Carga de Velocidad
Altura de agua antes del remanso de depreción (he): he = Ho - hv =
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
Determinación de "K" y "n" haciendo uso de los abacos y la relación hv/Ho:
hv/Ho= Talud:
hv/Ho= Talud:
0.080
K=
0.51
Vertical
0.080 Vertical
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
n=
1.838
Valores para dibujar el perfil aguas abajo: Perfil Creager
Según la figura 2 del manual de diseño de presas pequeñas la Curva del Perfil Creager es hasta una distancia igual a 2.758Ho este límite se mantiene recto hasta la siguiente curva al pie del talud (aguas abajo):
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
X (m)
Y (m)
0.000
0.00
0.100
-0.01
0.300
-0.07
0.500
-0.17
0.700
-0.31
0.900
-0.50
1.100
-0.72
1.300
-0.98
1.500 1.700
-1.27 -1.60
1.900
-1.96
2.100
-2.36
2.300 2.262
-2.78 -2.70
2.758 Ho=
2.26156
PERFIL CREAGER 0.000
0.250
0.500
0.750
1.000
0.00 -0.25 -0.50
VALO RES DE Y
-0.75 -1.00 -1.25 -1.50 -1.75 -2.00 -2.25 -2.50 -2.75 -3.00
VALO RES DE X
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
1.250
1.500
1.750
2.000
2.250
La porción del perfil que queda aguas arriba de la cresta se ha considerado como una curva circular compuesta. Los valores de R1, R2, Xc, Yc se dan en la los abacos fig 1.a:
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
0.080 0.82
ingresamos a los nomogramas, de donde se obtiene:
Xc/Ho=
0.841
X c=
0.69 m
Yc/Ho=
0.093
Yc=
0.08 m
R1/Ho=
0.485
R 1=
0.40 m
R2/Ho=
0.202
R 2=
0.17 m
R1-R2=
0.23 m
Con hv / Ho= Ho=
Ubicación de los elementos para el dibujo de la curvatura aguas arriba:
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
1651.74 m.s.n.m
Ø 1650.00 m.s.n.m
oxima a la superficie inferior de la lámina vertiente que sale por el vertedor en pared as descargas, dependiendo de la carga y de la inclinación del paramento aguas arriba
resta, la porción que queda aguas arriba del origen se define como una curva simple y as la porción aguas abajo está definida por la siguiente relación:
0.60
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
queñas la Curva del Perfil Creager es hasta una distancia igual a 2.758Ho, después de al pie del talud (aguas abajo):
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
50
PERFIL CREAGER 1.000
1.250
1.500
1.750
2.000
2.250
2.500
VALO RES DE X
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
ingresamos a los nomogramas, de donde se obtiene:
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
9.5.
Cálculo de los Tirantes Conjugados: 2
1
Dc = 0.95 m hv1=3.83 P = 1.74 m d1=0.34
Lp Qc= 52.7 Lefectiva cresta= 18.06
Tenemos:
Aplicando la Ecuacion de Bernoulli entre los puntos 1 y 2: z + dc + hvc = d1 + hv1 + Σhp Σhp: pérdidas de energía (por lo general se desprecian, debido a su magnitud) Determinación del tirante Crítico: dc = (Q2/gB2)1/3 Cálculo de la Carga de Velocidad Crítica: vc =√(g*dc)
dc=
0.954
m
Vc= hvc=
3.059
m/s
0.477
m
Reemplazando obtenemos el d 1: z + dc + hvc = d1 + q2/(2*g*d12) 3.17
=
d1 +
q=Q/B 2 0.43 / d1
d13 - 3.17 d 2 + 1
0.43 = = 0
Determinación del Tirante Conjugado 2: d 2
d2
d 1 2
2
d ( 1 4
0
2v12 d 1 ) g
V 1=
7.41
d 2=
1.91
Determinación del Número de Froude:
F
v1 g * d1
F= 3.77
F menor que 1.7: no necesita estanque(Lp=4dz) F(1.7-2.5):No se necesita dados F(2.5-4.5)
Y agua abajo= 0.75 d2= 1.91 > 0.75 Este es un resalto inestable. Cuyo oleaje producido se propaga hacia aguas abajo. Cuando sea posible evitar este tipo de poza. Entonces podemos profundizar la poza en una profundidad = Pr= K=
1.45 1.15
Asumimos: (1.10-1.20)
haciendo una nueva iteración para conseguir un F mayor a 4.5 para tener un flujo estable: z + dc + hvc + e = d1 + q2/(2*g*d12) d13 - 4.17
d1 2 +
0.43
= 0
d2
d 1 2
2
d ( 1 4
d 1=
0.34
V 1=
8.67
m/s
hv1=
3.83
m
d 2=
2.11
m
F=
4.77
= 0
2v12 d1 ) g
v1 F g * d1 Es un resalto bastante estable y como V1: como se muestra en la fig. 12
8.67
0.00
se usara un tipo de poza
ESTANQUE TIPO II
DATOS:
d1= d2= F=
0.34 2.11 4.77
De la figua 12 . Del libro BOCATOMAS-Ing Msc José Arbulu Ramos. Altura de los bloques amortiguadores y del umbral terminal h3 / d1 =
1.40
h3 = 0.47m
h4 /d1 =
1.25
h4 = 0.42m
Longitud del resalto:
dII / d2 =
2.25
dII = 10.74m
o
Cálculo del Radio de Curvatura al pie del Talud: Esta dado por la ecuación: R = 5d1
R=
1.68 m
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 el manual será: F= 4.77 TIPO II V 1= 8.67 Ver la Figura 12 de la Separata para el cálculo de Lp L/d2= 2.25
Lp=
4.745 m
b) Según Lindquist: Lp = 5(d2-d1)
Lp=
8.863 m
c) Según Safranez: Lp = 6xd1xV1
Lp=
9.635 m
√(g*d1) d) Finalmente tomamos el valor promedio de todas las alternativas: Longitud promedio de la poza
Lp= Lp=
Profundidad de la Cuenca: S = 1.25 d1=
0.421 m
Cálculo del Espesor del Enrocado:
e' 0.6 * q 1 / 2 ( H / g )1 / 4 H = ( P + Ho ) =
2.560
q=
2.92
e= e=
. Cálculo de la Longitud del Enrocado: Según W. G. Bligh, la longitud del empedrado está dado por la sgte fórmula:
L c donde:
H * (0.642
q 0.612)
H: carga de agua para máximas avenidas q: caudal unitario c: coeficiente de acuerdo al tipo de suelo Le= Le=
Longitud del Solado Delantero:
Ls =
5Ho
Ls=
4.10 m
hd
d2=2.11
Lp
q=
2.92
d 1=
0.3935 0.00
m/s m
no necesita estanque(Lp=4dz) ecesita dados
1.00
dII=6.1Y2=
12.87
cual según el manual será:
7.748 m 7.70 m
0.733 m 0.70 m
2.56 m 2.92 9 6.979 m 7.00 m
Ho= 4.10 m
0.82
8.6. Espesor de la Poza Amortiguadora: 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 Carga efectiva que produce la filtración mediana calidad 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: 1651.74 0.25 (P+H) Ho = 0.82 m h = 2.06 m 3.83 m (P+H)= 2.56 m
P = 1.74 m
d2=2.11 m 0.34 m
e=0.50 0.7 m
2.50 m
7.70 m
4.10 m
10.20 m
7.00 m
e=0.30
21.30 m
Predimensionado de los dentellados posteriores y delanteros:
0.60 m 0.50 m
1.00 m 6.30 m
0.25 m
0.80 m 0.80 m 3.10 m
Para condiciones de caudal máximo O sea cuando hay agua en el colchón. h = d1 +hv1 -d2 h= L= h' =
2.06 m 7.00 m 3.11 m
x = 3.10 m e = (4/3) h/L Lx Spx
x (Spx / 2400) = 0.294 = 6.73 m = 1753.14 kg
e=
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= 0.82 m h/L = L= 7.00 Lx = h' = 1.00 Spx =
x = 3.10 m 0.117 6.73 m 567.18 kg
Para esta condición el espesor asumido satisface los esfuerzos de Subpresión
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
e=
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
Q = KIA
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 = 2.06 (cota del barraje - cota a la salida de la poza) Cbarraje: 1651.74 m.s.n.m. Csalida: 1648.89 m.s.n.m. C= 9 (criterio de BLIGHT: grava y arena) Ln = C*H Cálculo de la longitud compensada (Lc) longitud vertical Lv longitud horizontal Lh Lc = Lv + Lh Como Lc > Ln, entoces no habra filtracion . H = 2.06 criterio de lane Lc = Lv + Lh/3 Lc = 8.00 m C= 4 Como Lc > Ln, entoces no habra filtracion . las medidas son suficientes
Lv = Lh =
4.60 m 10.20 m
de gráfico de gráfico Lc =
(cota del barraje - cota a la salida de la poza) Cbarraje: 1651.74 m.s.n.m. Csalida: 1648.89 m.s.n.m. (criterio de lane : grava y arena) criterio de lane Ln = C*H Ln =
Verificación del espesor del colchón amortiguador cálculo de la subpresión
h Sp * c ' h h' ( Lx) L
L = (Lh/3)+Lv
L= 8.00 m h= 2.06 m h/L = 0.26 m Cuadro de valores para la construcción del diagrama de presiones
Punto 1 2 3 4 5 6 7 8
Lx (m) 0.00 0.00 3.10 3.10 9.40 9.40 10.20 10.20
h' (m) 0.00 1.8 1.80 1.00 1.00 1.00 1.75 0.00
criterio de BLIGHT Ln =
Sp (kg/m2) Sp (Tn/m2) 1132.70 1.13 2122.70 2.12 1683.78 1.68 1243.78 1.24 351.78 0.35 351.78 0.35 651.01 0.65 -311.49 -0.31
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
Dimensionamiento de los Pilares: a) Punta o Tajamar:
Redondeada
b) Altura Ht= (P+Ho)+ 0.5
3.06
Ht pilares=
c) Longitud: Hasta la terminación de la poza mínimo 10.9
L pilares=
d) Espesor e:
e pilares=
0.35
Dimensionamiento de los Muros de encauzamiento: a) Longitud:
25.2
L muros=
b) Altura Ht= 1.25 (P+Ho):
3.06
Ht muros=
d) Espesor e:
0.60
e muros=
Cálculo de la profundidad mínima de empotramiento en el lecho del río:
ym yo 15.00
n= 0.038 s= 0.0025 La profundidad de socavación (ys, yo) se calculará con el criterio de socavación general: velocidad real (Vr) sea mayor que la velocidad erosionante (Vc) Sabemos que: Vr = ( Yo 5/3/Ys)
También:
Vc = Vc1.Ys
** "Yo" = profundidad antes de la erosión. "Ys"= Tirante cuya profundidad se desea conocer: "Vr"= Velocidad real
0,2
*** "Vc"= Velocidad no erosionante para el tirante "Ye" "Ys"= Tirante, en metros existente en el punto de estudio. "Vc1"= velocidad no erosinante, correspondiente a un
tirante de 1 m. = Qr /( Ym. T. )
( b)
Igualando Vr = Vc Ys1,2 = (Yo5/3 / Vc1)
( c)
Para una sección irregular (sin muros de encauzamiento) Yo = 3.31 metros A = 27.54 metros Para una sección rectángular ( con muros de encauzamiento) Aplicando la ecuación de Mannig, calculamos "Ym" Con Qr = 55.91 Ym = 2.42
22.92 Ah = 36.23 V = 1.54
m2 m/seg
Luego en la tabla, hallamos:
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
Al no hallarse el valor de la longitud del claro, extrapolamos e interpolamos Luego: = 0.945 Remplazando valores en (b), obtenemos = 1.63 Cálculo de "Vc1"
Para esto se debe hacer un estudio granulométrico del lecho del río y determinar el diámetro medio de una fracción de la muestra así mismo el peso como porcentaje de esa misma porción. *** Al no contar con estos datos, para el presente trabajo asumimos: Dm = 8mm Con este valor entramos a la tabla A -3 y calculamos Vc1 Vc1 =
0.80m/seg
Remplazando los valores de ( a , Yo , Vc1 ) en (c) obtenemos Ys = 9.57m
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
h'
h ( Lx ) L
ncreto sobre roca de a calidad ia la filtración.
1.00
1648.89 0.70
1.75 m
0.97 m
0.32 m
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
ración
criterio de BLIGHT 18.54 m
14.80 m
criterio de lane 8.24 m
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
2.95 m 13.50 m 0.35 m
28.00 m 2.95 m 0.60 m
desea conocer:
ra el tirante "Ye" en el punto de estudio. orrespondiente a un
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
medio de una fracción
00-049Cynthia Fiorela Guerrero Cruz
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