DISEO HIDRAULICODISEO DE LA BOCATOMA1. Generalidades:La Bocatoma a disear, es una estructura hidrulica destinada a captar las aguas de los ros 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 travs 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 ciclpeo)(b)Un frente de regulacin y limpia, perpendicular al sentido de la corriente(c)Un frente de captacin3. Ubicacin:La captacin se encuentra ubicada en el en la seccin transversal 0+560, tal como lo muestra el plano topogrfico, considerando que esta es la mejor alternativa para evitar la una gran sedimentacin. Adems el barraje se ubica perpendicular a la direccin de las aguas del ro.4. Caudales de diseo:Qmax =169.24 m/sQmedio =11.00 m/sQminimo =0.03 m/sQdiseo = 75% QmxQdiseo =126.93 m/s5. Clculo del Coeficiente de Rugosidad:1.-Valor basico de rugosidad por cantos rodados y arena gruesa0.0282.-Incremento por el grado de Irregularidad (poco irregular)0.0053.-Incremento por el cambio de dimenciones ocasionales0.0054.-Aumento por Obstrucciones por arrastre de raices0.0005.-Aumento por Vegetacion0.008n =0.0466. Determinacin de la Pendiente en el lugar de estudio:El calculo de la pendiente se ha obtenido en el perfil longitudinal, esta pendiente est comprendida entre los tramos del kilometraje :KmCota-1.91639.99+140.0800.00+141.98-1639.99Ancho de Plantilla (b) =78.00 mEn funcin a la topografa dada y procurando que la longitud delPendiente (S) =0.0012barraje conserve las mismas condiciones naturales del cauce, conel objeto de no causar modificaciones en su rgimen.7. Construccin de la Curva de Aforo:Para la construccin de la Curva de Aforo tenemos en cuenta la seccion traversal del ro en el lugar de emplazamiento de la obra, para ello calculamos las reas y permetros mojados a diferentes elevaciones.Para diferentes niveles de agua en el ro calculamos el caudal con la frmula de Manning: Haciendo uso del Autocad determinamos las reas y permtros y por ende los Caudales.COTAAreaPermetroRadioR(2/3)1/nS(1/2)QAcumuladaHidraulicom.s.n.m(m)(m)(m)(m/s)140.000.00141.0045.51105.030.43330.572621.97800.034019.4946142.00104.79132.800.78910.853921.97800.034066.9393143.00173.25142.471.21601.139321.97800.0340147.6519144.00246.31152.151.61881.378721.97800.0340254.0331Con el grfico de Curva de Aforo obtenemos las cotas necesarias para el Diseo:CaudalCota(m/s)(m.s.n.m)Qdiseo126.93142.808. Cotas y Altura del Barraje:8.1. Calculo de la cota de Cresta del Aliviadero:8.1.1. Clculo de la Altura del Barraje P:Datos :Q =126.93 m/sb =78.00 mn =0.046S =0.0012Por tanteo :d (m)Q.n/S^0.5bd(bd/(b+2d))^2/31.00169.672676.69451.30169.6726118.16981.62169.6726169.6300169.67 =169.63P =1.62 mCFC :Cota de fondo de la razanteCFR =140.00 msnmh sed:Tambin llamado Altura del Umbral del vertedero de captacin. Segn el Ing Csar Arturo Rosell C.este no debe ser menor de 0.60., pero por consideraciones especiales,tomaremos 0.3mhsed =0.30 m141.62P =1.62 m0.30 m140.008.2. Longitud del barraje fijo y del barraje movila. Dimensionamiento:a.1 Por relacion de areasEl area hidraulica del canal desarenador tiene una relacione de 1/10 del areaobstruida por el aliviadero, teniendose :N de pilares=4A1 = A2 /10(1)donde:A1 = Area del barraje movilA2 = Area del barraje fijoN de comp.=2.00P78 - LdA1 = P x LdA2 = P ( 78 - 2Ld )Remplazando estos valores, tenemos que:P x Ld =Px (78 - 2Ld)/11.62 x Ld = 1.62 x ( 78 - Ld )/10Ld =6.17 mEntonces :78 - Ld =67.83 ma.2 Longitud de compuerta del canal desarenador (Lcd)Lcd = Ld/2=3.08 mARMCO MODELO 400Se usara 2 Compuertas de:120 plg x84 plg(Ver Anexo de Libro Bocatomas Ing Arbul)Lcd =3.05 ma.3 Predimensionamiento del espesor del Pilar (e)e = Lcd /4 =0.76 mConsideramos :e =0.80 mb. Resumen:Dimensiones reales del canal de limpia y barraje fijo.68.7 m8.3. Clculo de la Carga Hidrulica:hvHhehdh1= V1 / (2g)P =1.62 md2d1Donde:H:Carga de Diseohe:Altura de agua antes del remanso de depresinhv:Carga de VelocidadP:Longitud de ParamentoCuando venga la mxima avenida o caudal de diseo por el ra se abrir totalmente las compuertas de limpia dividindose el caudal en dos partes: lo que pasa por encima del aliviadero y lo que va por las compuertas de limpia, obtenindose la siguiente igualdad:Q diseo max. = Qaliviadero + Qcanal.limpia.(A)a. Descarga en el Cimacio:La frmula a utilizar para el clculo de la carga del proyecto es:Qc = C x L x H3/2.(B)Qc:Dercarga del CimacioC:Coeficiente de DescargaL:Longitud Efectiva de la CrestaHe:Carga sobre la cresta incluyendo hvSi se hace uso de esta ecuacin se debe tener en cuenta que la longitud del barraje disminuye debido apara la cresta de cimacio sin control.La longitud efectiva de la cresta (L) es:L = Lr - 2 ( N x Kp + Ka) x H.(C)Donde:L =Longitud efectiva de la crestaH =Carga sobre la cresta . Asumida1.00Lr =Longitud bruta de la cresta =68.7N =Numero de pilares que atraviesa el aliviadero =1.00(Que es este valor)Kp =Coef. de contrac. de pilares (triangular)0.00Ka =Coeficiente de contraccion de estribos0.10(Estribos redondeados)"H" se calcula asumiendo un valor , calcular el coeficiente de descarga "C" y calcular el caudal parael barraje fijo y movil. El caudal calculado debe ser igual al caudal de diseo.Reemplazando en la ecuacin la Longitud efectiva para H asumido es:L = 68.50m Clculo 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 2 miembro nos permiten corregir a "C" sin considerar las prdidas por rozamiento:En las Copias entregadas por el Profesor del curso, encontramos las definiciones y la forma deencontrar estos valores.a)Por efecto de la profundidad de llegada:(Fig. 3 de Copias)P/H =1.62Co =3.94b)Por efecto de las cargas diferentes del proyecto:(Fig. 4 de Copias. K1=C/Co)he = Hhe/H =1.00K1 =1.00c)Por efecto del talud del paramento aguas arriba:(Fig. 5 de Copias. K2=C1/Cv)P/H =1.62K2 =1.00d)Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo:(Fig. 7- Copias. K3=C0/C)(Hd + d) / Ho =(P+Ho)/Ho=2.62K3 =1.00No aparece en la grficae)Por efecto de sumergencia:(Fig. 8 de Copias. K4=Co/C)Hd / he =2/3 Ho/ Ho =0.67K4 =1.00*Remplazamos en la ecuacin (D):C = 3.94m*Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje fijo) tenemos que:Qc = 269.91 m/sb. Descarga en canal de limpia (Qcl)Se considera que cada compuerta funciona como vertedero, cuya altura P =P =0.00Para ello seguiremos iterando, igual que anteriormente asumiendo un valor de h, para ello usaremoslas siguientes frmulas:Qd = C * L'' * hi3/2L = L1 - 2 ( N * Kp + Ka) x hDonde :L =Longitud efectiva de la crestah =Carga sobre la cresta incluyendo hv2.62L1 =Longitud bruta del canal6.096N =Numero de pilares que atraviesa el aliviadero0.00Kp =Coef. de contrac. de pilares (triangular)0.00Ka =Coeficiente de contraccion de estribos0.10(Estrivos redondeados)L = 5.57m*Clculo del coeficiente de descarga variable para la cresta del cimacio sin control:C=Co x K1 x K2 x K3 x K4.(D)a)Por efecto de la profundidad de llegada:(Fig. 3 de Copias)P/h =0.000Co =3.10b)Por efecto de las cargas diferentes del proyecto:(Fig. 4 de Copias. K1=C/Co)he = Hhe/h =1.00K1 =1.00c)Por efecto del talud del paramento aguas arriba:(Fig. 5 de Copias. K2=C1/Cv)P/h =0.000K2 =1.00d)Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo:(Fig. 7- Copias. K3=C0/C)(Hd + d) / Ho =(P+ho)/ho=1.00K3 =0.77e)Por efecto de sumergencia:(Fig. 8 de Copias. K4=Co/C)Hd / he =2/3 ho/ ho =0.67K4 =1.00*Remplazamos en la ecuacin (D):C = 2.39m*Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje fijo) tenemos que.Qcl = 56.40 m/sm/sc. Descarga Mxima Total (QT):Qt = Q c + 2*Q clQt = 326.31 m/sQd = 126.93 m/sEste valor no cumple con el caudal de diseo, tendremos que asumir otro valor de "H"Siguiendo este proceso de iteracion con el tanteo de "H" resultan los valores que aparecen en elcuadro de la siguiente. En este cuadro iterar hasta queQt = 126.93 m/sCUADRO PARA EL PROCESO ITERATIVOHo (m)CoK1K2K3K4L efect.Qc - QclQT1.003.941.001.001.001.0068.50269.91326.31269.913.101.000.770.771.005.5756.400.703.931.001.001.001.0068.56157.81194.39157.813.101.000.770.771.005.6336.580.403.911.001.001.001.0068.6267.8897.9267.883.101.000.770.771.005.6930.04Ho = 0.52 m(aliviadero)ParaHo = 0.52 mQc = 100 m/s(canal de limpia)Q cl (2 compuertas)=Qc = 27.06 m/s8.4. Clculo de la Cresta del Cimacio:141.62Ho = 0.52 mP = 1.62 mR140La seccin de la cresta de cimacio, cuya forma se aproxima a la superficie inferior de la lmina vertienteque sale por el vertedor en pared delgada, constituye la forma ideal para obtener ptimas descargas, dependien-do de la carga y de la inclinacin del paramento aguas arriba de la seccin.Considerando a los ejes que pasan por encima de la cresta, la porcin que queda aguas arriba del origense define como una curva simple y una tangente o una curva circular compuesta; mientras la porcin aguas abajoest definida por la siguiente relacin:En las que "K" y "n" son constantes que se obtienen de la Figura 1 de la Separata dada en Clase.Determinacin del caudal unitario: (q)q= Qc / Lc =1.45m3/s/mVelocidad de llegada (V):V= q /(Ho+P)=0.68m/sCarga de Velocidadhv = V2/2g =0.02mAltura de agua antes del remanso de deprecin (he):he = Ho - hv =0.50mDeterminacin de "K" y "n" haciendo uso de la Fig. 1 y la relacin hv/Ho:hv/Ho=0.045K=1.51Talud:Verticaln=1.843Valores para dibujar el perfil aguas abajo: Perfil CreagerSegn la figura 2 de la Separata la Curva del Perfil Creager es hasta una distancia igual a 2.758Ho, des-pus de este lmite se mantiene recto hasta la siguiente curva al pie del talud (aguas abajo):X (m)Y (m)2.758 Ho=1.434160.0000.000.100-0.040.300-0.280.500-0.730.700-1.360.900-2.161.100-3.121.300-4.251.500-5.531.700-6.971.900-8.552.100-10.292.300-12.162.500-14.18La porcin del perfil que queda aguas arriba de la cresta se ha considerado como una curva circularcompuesta. Los valores de R1, R2, Xc, Yc se dan en la fig. 1.a de la separata:Con hv/Ho:0.045ingresamos a los nomogramas, de donde se obtiene:Xc/Ho=0.252Xc=0.13 mYc/Ho=0.100Yc=0.05 mR1/Ho=0.500R1=0.26 mR2/Ho=0.205R2=0.11 m0.1534Ubicacin de los elementos para el dibujo de la curvatura aguas arriba:8.5. Clculo de los Tirantes Conjugados:Dc = 0.60 mhdh1P = 1.62 md2d1LpAplicando la Ecuacion de Bernoulli entre los puntos 1 y 2:Tenemos:z + dc + hvc = d1 + hv1 + hphp: prdidas de energa (por lo general se desprecian, debido a su magnitud)Determinacin del tirante Crtico:dc = (Q2/gB2)1/3dc=0.599mClculo de la Carga de Velocidad Crtica:vc =(g*dc)Vc=2.425m/shvc=0.300mReemplazando obtenemos el d1:z + dc + hvc = d1 + q2/(2*g*d12)q = Q/BPor uqe considera carga de velocidad en el primer miembro?q =1.452.520.11/ d12d13 -2.520.11d1=0.2300-0.01= 0Determinacin del Tirante Conjugado 2: d2V1=6.32m/sd2=1.26mDeterminacin del Nmero de Froude:F=4.21Este valor vuelaEste es un resalto inestable. Cuyo oleaje producido se propaga hacia aguas abajo. Cuando se posible evitareste tipo de poza.Entonces podemos profundizar la poza en una profundidad =1.80 mz + dc + hvc + e = d1 + q2/(2*g*d12)d13 -4.320.11d1=0.1650-0.005V1=8.81m/shv1=3.96md2=1.54mF=6.928.6. Clculo del Radio de Curvatura al pie del Talud:Esta dado por la ecuacin: R = 5d1R=0.83 m8.7. Longitud del estanque amortiguador o poza de disipacin:a)Nmero de Froude:*Con el valor de F, se puede determinar el tipo de Estanque que tendr la Bocatoma, el cual segn la se-parata ser:F=6.92TIPO IIV1=8.81*Ver la Figura 12 de la Separata para el clculo de LpL/d2=2.56Lp=3.931 mb)Segn Lindquist:Lp =5(d2-d1)Lp=6.852 mc)Segn Safranez:Lp =6xd1xV1Lp=6.855 m(g*d1)d)Finalmente tomamos el valor promedio de todas las alternativas:Lp=5.879 mLongitud promedio de la pozaLp=6.00 m8.8. Profundidad de la Cuenca:S = 1.25 d1=0.206 m8.9. Clculo del Espesor del Enrocado:H = ( P + Ho ) =2.2194399485e=0.499 mq =1.45e=0.50 m8.10. Clculo de la Longitud del Enrocado:Segn W. G. Bligh, la longitud del empedrado est dado por la sgte frmula:donde:H: carga de agua para mximas avenidas2.2194399485q: caudal unitario1.45c: coeficiente de acuerdo al tipo de suelo9L e =2.173 mL e =2.00 m8.11. Longitud del Solado Delantero:Ls =5HoLs=3.00 m3.00 m8.12. Espesor de la Poza Amortiguadora:La subpresin se hallar mediante la siguiente formula:donde:Peso especifico del agua1000kg/m3b =Ancho de la seccin1.00m.c =Coeficiente de subpresin, varia ( 0 - 1 )0.55Para concreto sobre roca de mediana calidadh =Carga efectiva que produce la filtracinh' =Profundidad de un punto cualquiera con respecto a A, donde se inicia la filtracin.(h/L)Lx =Carga perdida en un recorrido LxMediante la subpresin en el punto "x", se hallar el espesor de la poza, asumimos espesor de:1.50 m141.62msnmhv=0.0235168692he=0.49648313080.25 (P+H)Ho = 0.52 m02.58542461143.95584405511.25*(P+H)2.14P =1.62d2 =1.5354194437138.70msnme=0.300.16514.000.50 m3.546.00 m39.542e=0.3014.54*Predimensionado de los dentellados posteriores y delanteros:0.80.71.7118.146110.394Para condiciones de caudal mximoO sea cuando hay agua en el colchn.h = d1 +hv1 -d2h=2.5854246114h/L =0.126e = (4/3) x (Spx / 2400)L =20.44Lx =12.24h' =3.3Spx =2385.46 kge =1.3252572569No satisface la exigencia por Subpresin. Aumentar espesorPara condiciones de agua a nivel de cimacioO sea cuando no hay agua en el colchnh =3.6243609244Spx =2614.70 kgh /L =0.18e =1.4526111048No satisface la exigencia por Subpresin. Aumentar espesorSe observa que los valores calculados son menores que el asumido entonces se opta por el espesor asumido:Volumen de filtracinSe calcula empleando la frmula que expresa la ley de DarcyQ = KIAdonde:Q : gasto de filtracin.K : coeficiente de permeabilidad para la cimentacin.I : pendiente hidrulicaA : rea bruta de la cimentacin a travs del cual se produce la filtracinClculo y chequeo del espesor del colchn amortiguadorClculo de la longitud necesaria de filtracin (Ln)H =2.92(cota del barraje - cota a la salida de la poza)Cbarraje:141.62Csalida:138.70C =9(criterio de BLIGHT: grava y arena)Ln =C*H26.3192483192Clculo de la longitud compensada (Lc)longitud vertical LvLv =8.7de grficolongitud horizontal LhLh =12.54de grficoLc =Lv + LhLc =21.24Como Ln > Lc, entoces se est posibilitando la tubificacin, por lo tanto no haremos uso de lloradores.Verificacin del espesor del colchn amortiguadorclculo de la subpresinL =(Lh/3)+LvL =12.88h =2.5854246114h/L =0.201Cuadro de valores para la construccin del diagrama de presionesPuntoLx (m)h' (m)Sp (kg/m2)(-Sp)10.0013.087264.66-7264.6620.301.00620.66-620.6631.500.30235.66-235.6643.004.302435.66-2435.6653.394.302435.66-2435.6663.793.301885.66-1885.6674.193.301885.66-1885.66Po4.593.301885.66-1885.6684.993.301885.66-1885.6695.393.301885.66-1885.66105.793.301885.66-1885.66116.193.301885.66-1885.66126.593.301885.66-1885.66136.993.301885.66-1885.66147.393.301885.66-1885.66157.793.301885.66-1885.66168.193.301885.66-1885.66178.593.301885.66-1885.66188.993.301885.66-1885.66199.393.301885.66-1885.66209.793.301885.66-1885.662113.333.301885.66-1885.662214.333.301885.66-1885.66Dimensionamiento de los Pilares:a)Punta o Tajamar:Redondeadab)Altura Ht= 1.25 (P+Ho):2.142.4c)Longitud: Hasta la terminacin de la poza mnimo =10.2412d)Espesor e:0.00Dimensionamiento de los Muros de encauzamiento:a)Longitud:24.5426b)Altura Ht= 1.25 (P+Ho):2.142.48.13. Diseo de las Ventanas de Captacin:a)Clculo de la Captacin Margen Derecha:Por tanteos usando la frmula de Manning DATOS se calcula el tirante y se busca el valor mas aproximadoCaudal : Q =5.620 m/sAncho de Solera : b =3.00 mTalud : Z =Rugosidad : n =0.0150Tirante que mas se aproximaPendiente : S =0.0025y =0.8300 mA =2.4900 mTirante Normal : Y =0.8300 mP =4.6600 mR =0.5343 mArea Hidraulica: A =2.4900 mv =2.1949 mPerimetro Mojado: P =4.6600 mQ =5.47 mRadio Hidraulico: R =0.5343 mEspejo de Agua: T =3.0000 mVelocidad: v =2.2570 m/sCarga de Velocidad: hv =0.2596 mEnergia Especifica: E =1.090 m-Kg/KgNumero de Froude: F =0.7910Calculo de borde Libre .BL = Yn /3 =0.28m.Usaremos :BL =0.30Resultados:B.L.0.3Yn0.833b)Dseo del Canal de Conduccin:Por tanteos usando la frmula de Manning DATOS se calcula el tirante y se busca el valor mas aproximadoCaudal : Q =5.620 m/sAncho de Solera : b =1.50 mTalud : Z =1.00Rugosidad : n =0.0150Tirante que mas se aproximaPendiente : S =0.0025y =0.8500 mA =2.5500 mTirante Normal : Y =0.8500 mP =4.7000 mR =0.5426 mArea Hidraulica: A =1.9975 mv =2.2174 mPerimetro Mojado: P =3.9042 mQ =5.65 mRadio Hidraulico: R =0.5116 mEspejo de Agua: T =3.2000 mVelocidad: v =2.8135 m/sCarga de Velocidad: hv =0.4035 mEnergia Especifica: E =1.253 m-Kg/KgBL = 0.30mNumero de Froude: F =1.1370Yn = 0.85 m/s1.50 mCalculo de borde Libre .BL = Yn /3 =0.28m.Usaremos :BL =0.3c)Transicion que unira el canal de captacion y el canal de conduccion:&Qcaptacin=5.620 m/stTLtLongitud de transicion.Para =12.5Lt = (T - t) * Ctg 12.5 / 2Donde :T =3.8t =3Remplazando :Lt =1.804Asumimos :Lt =2.00m.d)Diseo de las Ventanas de Captacin:Consideraciones:*Las Dimensiones de las ventanas de capatacin se calcularn para el caudal mximo a captar (derivar)y para la poca de estiaje (carga hidrulica a la altura del barraje).*La elevacin del fondo del canal respecto a la razante en el ro no debe ser menor que 0.30m, dependiendo de la clase de material en arrastre.*Para evitar que rocas de gran tamao y cantidad de rboles que acarrea en pocas de crecidas ingresena la captacin, se propone la proteccin mediante un sistema de perfiles que irn fijos en un muro de concreto.*El eje de captacin ser perpendicular con el eje del ro.142.14msnm141.6msnm140.0msnmEl clculo hidrulico comprende en el dimensionamiento del orificio y conducto de salida y determinacin del gasto mximo de avenida. Ademas se disear la transicin que une el canal de captacin a la salida dela toma con el canal de conduccin*Disearemos las compuertas para un nivel de operacin (cota barraje fijo)*Se comprobar si el canal soportar conducir el caudal para mximas avenidas.Determinacin de las dimensiones y el nmero de compuertas.Datos:Velocidad de predimensionado: 0.7 - 1.0 m/sasumiendo V =v=1.00m/sescogiendo dimensiones de compuertas segn manual de ARMCOEscogemos:5454a=1.37b=1.37Acomp. =1.88Qdiseo =5.62Adiseo =5.62# comp. =3.03compuertasv =1.00O.K.NMA =142.14nivel operacin =141.45CFC =140.30CFR =140.00Verificacin del funcionamientoFunciona como vertedero:si h1/a =< 1.4Orificiosi h1/a > 1.4sumergido (Y2>Yn)libre (Y2 Yn, entonces funciona como orificio sumergidoClculo de longitud de contraccin (Lcc)L1 = a / Cc =0.323L10.56Lr = 5*(Y2-Y1) =2.650Lr2.90Lcc = L1 + Lr =2.973Lcc3.47asumimos:Lcc =3.00Lcc3.30Clculo del tirante normalQ =2.25Q1.07s =0.001Q*n/(s^0.5)0.506n =0.015Yn0.4842b =4.115Q*n/(s^0.5) =1.067para el nivel de operacin se tiene que dejar pasar por el canal de captacinel caudal de diseo.Anlisis para mximas avenidasVerificacin del funcionamiento.a =0.30(asumido)a0.28h1 =1.84Cv =0.96 + (0.0979*a/h1)Cv =0.98Cd =Cv*Cc = Cv *0.62Cd =0.62Clculo del tirante Y1Y1 =Cc * aY1 =0.186Clculo de hh =h1 - Y1h =1.65Clculo del gasto que pasa por el orificio( 1 comp. )Q =1.45Q1.87asumimos:Q =1.50Clculo del tirante Y2:Y2 = (-Y1 / 2) + ( ( 2 * Y1 * V1^2 / g )+ ( 0.25 * Y1^2 ) )^0.5V1^2 = 2 * g * hReemplazando:V1^2 =32.45Y2 =1.02Clculo del tirante normal en el canal de la ventanaQ =1.50Q*n/(s^0.5) =0.712s =0.001Q*n/(s^0.5) =A*R^2/3n =0.015Yn0.357como Y2 > Yn, entonces funciona como orificio sumergidoClculo de longitud de contraccin (Lcc)L1 = a / Cc =0.484Lr = 5*(Y2-Y1) =4.171Lcc = L1 + Lr =4.655asumimos:Lcc =4.50Clculo del tirante normalQ =4.50s =0.001n =0.015Yn2.232b =1.372Q*n/(s^0.5) =2.135En pocas de mximas avenidas teniendo las compuertas abiertas a0.30pasa un caudal de:4.50Clculo de la abertura de las compuertas para mximas avenidas.a = Q / ( Cd * b * ( ( 2gh )^0.5 )abriendo todas las compuertas de captacin:donde:Q =0.75Cd =0.62reemplazando en la formulab =1.37a =0.155h =1.65Altura de la ventana de captacintirante en mximas avenidas:Yn =0.357Y2 =1.02tirante en nivel de operaciones:Yn =0.484Y2 =0.798Adoptamos una altura de ventana de:0.9

&L&"-,Negrita"Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo&R&"-,Negrita"Escuela Profesional de Ingeniera Civil&L&"-,Negrita"Diseo de Obras Hidraulicas&R&"-,Negrita"Msc. Ing. Jos Arbulu Ramosrolo:F menor que 1.7: no necesita estanque(Lp=4dz)F(1.7-2.5):No se necesita dadosF(2.5-4.5):Usar poza fig.11USER:Utilizar buscar objetivo para hallar valor de d1, de tal manera que remplazo sea igual a ceroUSER:Calcular este tirante con el H-CanalesUSER:Calcularlo con el H-CanalesUSER:Calcular con el H-Canales para el ancho de una compuertaUSER:Calcular con el H-Canales para el ancho de una compuertarolo:Use esta celda para que le valor de la derecha sea cerorolo:Asumir cualquier valor(por defecto 1)rolo:Este valor debe hacer que M364 pase el valor de Qtrolo:Este valor debe swer alrededor de 1rolo:Tirante en el resaltorolo:Usar figura 11,12 o 13 dependiendo del tipo de Estanque(La que dice "Long. De Resalto")rolo:Redondeado a la unidad o medio unidad o etcrolo:Redondeo de celda superiorrolo:Redondeo a la unidadrolo:Redondeo a la unidadrolo:Ver libro "Construcciones Hidrulicas" de Schoklitschrolo:ajustar segn topografaA1A2Ld

DISEO HIDRAULICO

QM vs HoQ (m3/s)Ho (m)Q M vs Ho

DISEO ESTRUCTURALANLISIS ESTRUCTURAL DEL ALIVIADERO DE DEMASASANALISIS ESTRUCTURAL DE LA BOCATOMA1. Datos generales:*Barraje a base de concreto ciclopeo, cuyo peso especifico es de (Pc) :2.3Tn/m*Coeficiente de friccion entre suelo y el concreto segn recomendacioneseste valor esta entre 0.5 y 1, tomaremos :0.80usaremos canto rodado*Mximos esfuerzo unitario de corte V =6.00Kg/cm*Capacidad de la carga de la arena =2.65Kg/cmen nuestro caso predominan las arenas limo-arcillosas*Peso especifico del agua con sedimentos y elementos flotantes1.90Tn/m*Peso especifico del agua filtrada (Pf) =1.00Tn/m*Peso especifico del agua igual (Pa) =1.45Tn/m1. Anlisis cuando el nivel de agua es igual al nivel del cimacio:0.73.542.80.30.71.5Fuerzas que intervienenFh =Fuerza hidrostticaEa =Empuje activo del suelo en suelo friccionanteW =Peso de la estructuraW =Peso del aguaSp =Sub - PresionSh =Componente horizontal de la fuerza sismicaSv =Componente vertical de la fuerza sismicaVe =Empuje del agua sobre la estructura ocacionado por aceleracion sismica y Momento Me.Me =Es el momento que produce la fuerza Ve.a. Fuerza hidrosttica (Fh).=5.68 TnPunto de aplicacin=0.93 mb.- Clculo de la Subpresin (Sp):5.94 TnC:Coeficiente que depende del tipo de sueloPara mayor seguridad su valor es 1.Punto de aplicacin=1.41 mc.- Empuje Activo del Suelo (Ea):Datos Asumidos para fines de Diseo:11.19 Tn2.00 Tn/m3h =hs+Hhs=Altura equiv de SueloPunto de aplicacin=1.14 mhs=2.72 mh=3.42 m =37.5d.- Peso del Agua (W):2.84 TnPunto de aplicacin=0.35 md.- Peso de la Estructura (W):Se calcular integrando las reas paralelas a las franjas verticales trapezoidales en que se ha divididola estructura diferenciandola a los ejes x - y.Lt =4.24NreashabX (m)Y (m)A*XA*Y10.55280.3851.3501.3504.0480.6752.2380.37320.67570.3851.6501.6503.6630.8252.4750.55730.87620.2503.3503.4303.3451.6952.9311.48540.79970.2503.3963.4303.0951.7072.4751.36550.78720.2503.3203.3962.8451.6792.2401.32260.76440.2503.2053.3202.5961.6311.9841.24770.73360.2503.0553.2052.3461.5651.7211.14880.69380.2502.6653.0552.0981.4321.4560.99490.66680.2502.6402.6651.8451.3261.2300.884100.58850.2502.3852.6401.5971.2570.9400.740110.52530.2502.0952.3851.3481.1220.7080.589120.45380.2501.7782.0951.0980.9700.4990.440130.37780.2501.4651.7780.8490.8130.3210.307140.31580.2501.2431.4650.5980.6790.1890.214150.27120.2501.0811.2430.3480.5820.0940.158160.27380.2500.9591.0810.0970.5110.0270.140170.21340.2500.8690.959-0.1530.457-0.0330.098180.19540.2500.8060.869-0.4030.419-0.0790.082190.18360.2500.7670.806-0.6540.393-0.1200.072200.21840.2460.7500.767-0.9030.379-0.1970.083Total10.167221.098112.298823.38 TnPunto de aplicacin=Xco=2.075 mYco=1.210 me.- Componente Horizontal de Sismo (Sh):Sh = 0.10 W =2.34 Tnf.- Componente Vertical de Sismo (Sv):Sv = 0.03 W =0.70 Tng.- Empuje del agua debido al Sismo (Ve):Pe: Aumento de presin del agua en lb/pie2 a cualquier elevacin debido a oscilaciones ssmicas ysu valor se calcula por:Donde C es un coeficiente adimensional que da la distribucin y magnitud de presiones : Intensidad del Sismo: Aceleracin del Sismo/Aceleracin de la gravedad : Peso especfico del agua (lb/pie2)h : Profundidad del agua (pies)Cm : Valor mximo de c para un talud constante dado.El Momento de vuelco es:Me = 0.299 Pe * y2En la superficie de agua:Me = 0En el fondo del aliviadero:y =2.8 mh =2.8 my / h =1Para el Paramento Vertical:C=0.73(Ver figura 14 y 15)l =0.32(Escala Mercalli Modificado)g =90.48lb/pie3h =9.184piesReemplazando estos valores en la ecuaciones anteriores:Pe =194.11lb/pie2Ve =1294.27lb/pieMe =4895.45lbsTransformando unidades en un ancho de 1 m:Ve =1.93TnMe =2.22Tn -mAnlisis de la Estructura:a)Ubicacin de la Resultante:Tomando Momentos respecto a C.M (Ver Figura)FuerzaBrazoMomentoFh5.68 Tn1.93 m-10.99Ea11.19 Tn1.14 m-12.76Sp5.94 Tn2.83 m-16.78Sh2.34 Tn1.21 m-2.83Sv0.70 Tn2.08 m-1.46Ve1.93 Tn--2.22W27.05 Tn3.527 m95.41W3.69 Tn5.89 m21.73S Fza H21.14 TnS Mts (-)-47.03S Fza V24.10 TnS Mts (+)117.14XR=2.91 m2Excentricidad "e":e=-0.79 m< 0.71 m3.-Esfuerzos de Compresin en la base (s)Estos deben ser los permisibles para que la estructura no falle por aplastamiento.s 1 =-0.066s 2 =1.203(no considerar)Estos resultados son menores que la resistencia ofrecida por el terreno.4.-Factor de Seguridad al Volteo:FS=S Mts (+)> 1.50S Mts (-)FS=2.49> 1.55.-Factor de Seguridad al Deslizamiento:Fr = S Fx TgfDonde Tg f =0.4(Segn Tablas en Separatas)Fr =9.64 Tn< 21.14 TnEntonces se considera el Dentelln (elemento de concreto), como parte integrante del ali-viadero formando una sola mole, con la finalidad de evitar el deslizamiento de la estructura, as comodisminuir en cierto grado la magnitud de las filtraciones a travs de la cimentacin.

Ho = 0.52 mQt = 126.93 m/sHo vs QcHo (m)Qc (m3/s)Ho vs QcYcXcRPERFIL CREAGER12=d1 +d1 2 += 0= 0d1 2 += 0m.s.n.m.m.s.n.m.Lx (m)h' (m)Sp (kg/m2)(-Sp)XSpDIAGRAMA DE PRESIONES00.3366.8875861797.2875861797.6875861798.0875861798.4875861798.8875861799.2875861799.68758617910.08758617910.48758617910.88758617911.28758617911.68758617912.08758617912.48758617912.88758617913.28758617913.3314.33-752.524784298500519.1670548816-519.1670548816-752.5247842985011019.1670548816-1019.1670548816-367.52478429850.511011.0381041756-1011.0381041756-2677.52478429850.50.5761.0381041756-761.0381041756-2677.524784298550.5687.8775478208-687.8775478208-2127.5247842985531937.8775478208-1937.8775478208-2127.5247842985631921.6196464086-1921.6196464086-2127.52478429855.8244221271.57206302691210.5056876007-1210.5056876007-2127.52478429857.45106268620.4866928093641.3748169633-641.3748169633-2127.524784298514.72438422940.4866928093523.1258723749-523.1258723749-2127.524784298514.72438422943.08669280931823.1258723749-1823.1258723749-2127.524784298515.72438422943.08669280931806.8679709627-1806.8679709627-2127.524784298515.7243842294-0.3133071907106.8679709627-106.8679709627-2127.5247842985-2127.5247842985-2127.5247842985-2127.5247842985-2127.5247842985-2127.5247842985-2127.5247842985-2127.5247842985-2127.5247842985-3997.5247842985" x"m.m2.m3/s.m2para:m/s.m.s.n.m.m.s.n.m.m.s.n.m.m.m.m3/s.m.m.m." x"m.m2.m3/s.m2para:m/s.m.s.n.m.m.s.n.m.m.s.n.m.m.m.m3/s.m.m.m.m.m3/s.m3/s.m3/s.m.m. de altom3/s.m.m.s.n.m.NMA =nivel de operacin =aY1 = Cc*aY2Ynhh1m.s.n.m.= 0Curva de aforoQ ( m / s )Cota ( m.s.n.m.)Curva de Aforo142.80 msmusuario:Ingresar altura del barraje del diseo Hidrulico: "P"usuario:Ingresar espesor del Solado delantero del barrajeusuario:Diferencia de la longitud exterior del dentellnusuario:Espesor del Colchn Amortiguador del diseo hidrulicoFhEaCgShYcgSvHYhYaWVeMeSpXspXcgWPto C.M

Calculo de "n"TABLA B. METODO PARA CALCULAR EL VALOR MEDIO DE n PARA UN CAUCEDatos que ayudan a elegir los diferentes valores de n1.-Valores basicos de n recomendadosCauces en tierra.0.010Cauces en grava fina..0.014Cauces en roca0.015Cauces en grava gruesa0.028escogido2.- Aumento del coeficiente n que se recomienda para tomar en cuenta el grado de irregularidadCauces parejos..0.00Poco irregulares..0.005escogidoModerados..0.010Muy irregulares0.0203.- Aumento del coeficiente n que se recomienda para tomar en cuenta el cambio de diemnsiones y de forma de seccion transversalGraduales.0.00Ocasionales0.005escogidoFrecuentes..0.010 a0.0154.- Aumento del coeficiente n que se recomienda para tomar en cuenta obstrucciones formadas por arrastres, raices, etc.De efecto inapreciable.0.00escogidoDe muy poco efecto0.01De efecto apreciable.0.03De mucho efecto..0.065.- Aumento del coeficiente n que se recomienda para toamr en cuenta la vegetacin.De poco efecto0.005 a0.01escogidoDe efecto medio0.010 a0.025De mucho efecto0.025 a0.05De muchisimo efecto0.050 a0.16.- Aumento del coeficiente n que se recomienda para tomar segn la tortuosidad del cauceLs= Longitud del tramo rectoLm= Longitud del tramo con meandrosLm/Lsn1.0-1.20.001.2-1.50.15veces n6>1.50.30veces n6n6 =Suma de conceptos 1+2+3+4+5

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