Hoja3DISEO DE ESTRUCTURA DE CAPTACINPROYECTO: "MEJORAMIENTO SISTEMA DE RIEGO HUASMIN - EL BALCON"SOLICITANTE: MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DE CELENDINFECHA: ABRIL 2013DISEO DE LA VENTANA DE CAPTACINLa ventana en una estructura de captacin, tiene la funcin de captar el caudal a utilizar, adems sta trabaja en epocas de estiaje como vertedero y la carga necesaria la produce el remanso generado por el azud, y en epoca de crecidas como orificio, tambin se debe tener en cuenta que las rejillas de entrada ocacionan prdidas en el gasto que se deben tener en consideracin.I. Clculo de la Altura del Umbral del Orificioho =3 m + b.l., altura del umbral del orificiodonde:m =Dimetro medio de los sedimentos mas gruesosb.l. =Borde libre 0.10 mcondicin:0.2 m < ho < 1.0 mm =0.05 mb.l. =0.10 m=>ho =0.15 m. . .Verificar la Altura0.20 mII. Clculo de la Ventana de Captacin como VertederoPor Forcheimer:Caudal de captacin a travs de la ventanaCorona ancha0.490.51Q cap =2 L 2 g h33Corona ancha redondeada0.50.55donde:Canto afilado0.620.64 =Coef. del vertedo segn la forma de la crestaL =Long. de la ventana de captacinCima redondeada0.79h =Altura de la carga sobre el vertedero de la ventanaTipo creager0.75Q cap =0.14 m/seg =0.55L =0.60 m=>h =0.272 m. . .incluiremos 0.025 m de correccin por obstruccin =0.30 mUtilizaremos:L =0.55 mcomo valores para el predimensionamiento de la ventanah =0.30 mIII. Clculo de las prdidas por Rejilla en la Ventana de CaptacinEn condiciones extremas (caudal de avenida) la ventana de captacin se comporta como orificio de descarga sumergidae n =espacio entre barras =0.10 me g =espacio entre barras medias =0.119 mDeterminaremos el num. de barras:N de barras =5.00barrasPrdida por rejilla:=>a n =0.17 ma g =0.34 m=>e n/e g =0.84a n/a g =0.48K t =1.00=>V ing =0.84 m/segV n =0.70 m/segFinalmente:h r =0.025 m. . .prdida de carga por rejillaIV. Dimensionamiento Final de la Ventana de CaptacinQ cap =0.14 m/segCaudal de captacin por la ventanaho =0.20 mAltura del umbral de la ventana de captacinh =0.30 mAltura de la ventana de captacinL =0.60 mLargo de la ventana de captacinB.L. =0.10 mBorde libre sobre la ventana de captacinh r =0.025 mPrdida de carga por la rejilla en la ventanaDISEO DEL BARRAJEExisten diferentes tipos de barrajes, la eleccin entre barraje fijo, movil o mixto, est sujeto al comportamiento del ro durante la poca de avenida. Si el nivel de las aguas, en especial aguas arriba del barraje fijo aumenta y puede causar inundaciones entonces ser necesario aumentar un barraje mvil para controlar el aumento del nivel del agua sin causar problemas de inundacin.I. Clculo de la Altura del Barraje VertederoP =ho + h + 0.10 m. . .Altura del ParamentoP =0.75 mII. Clculo de la Altura de Carga sobre el BarrajeQ b =2Cd 2 g L Ho 3/23donde:Q b =Caudal mximo del ro=>Q b =3.90 m/segCd =Coef. de descarga, varia entre 0.61 - 0.75=>Cd =0.75L =Long. del barrajeL =7.10 mHo =Altura de carga sobre el barraje=>Ho =0.395 m=>Altura de muros =1.30 mIII. Determinacin del Perfil del BarrajeLa forma ideal es la del perfil de la superficie inferior de la napa aireada del escurrimiento sobre un vertedero de cresta afilada, el cual se conoce con el nombre de Perfil Creager.y= - KxnPendiente Aguas ArribaKnHoHoTalud Vertical21.851 H : 3 V1.9361.836donde:2 H : 3 V1.9391.810n, Kdependen del talud del paramento aguas arriba.3 H : 3 V1.8731.776x0.05 m0.10 m0.15 m0.20 m0.25 m0.30 m0.35 m0.40 m0.45 my-0.02 m-0.06 m-0.13 m-0.22 m-0.33 m-0.45 m-0.60 m-0.76 m-0.93 mdeterminamos el punto de tangencia para abandonar el Perfil Creagerx t =0.316 m=>y t =-0.52 mDISEO DEL CANAL DE LIMPIA0.945Es una estructura que permite reducir la cantidad de sedimentos que trata de ingresar al canal de derivacin, arrastrando el material que se acumula delante de la ventana de captacin. Su ubicacin recomendada es perpendicular al eje del barraje vertedero y su flujo paralelo al del ro a menos que se realice un modelo hidrulico que determine otras condiciones.I. Clculo de la Velocidad de arrastre en el Canal de LimpiaV cl =1.5 c dVelocidad requerida para iniciar el arrastredonde:=>Materialcc =Coef. en funcin del tipo de material de arrastreArena y grava redondeada3.2d =Dimetro del grano mayor a ser arrastrado (m)Seccin cuadrada3.9Mezcla de grava y arena4.53.5=>c =3.2d =0.20 m=>V cl =2.15 m/segII. Ancho del Canal de LimpiaSegn A. MansenB =Q cl. . .Ancho del Canal de Limpia (m)qq =V3 cl. . .Caudal unitario (m2/seg.)gdonde:Q cl =Caudal que pasa por el canal de limpia, como minimo = 2 Q cap, o el caudal medio del roV3 cl =Velocidad en el canal de limpia, se recomienda que est entre 1.5 m/seg. a 3 m/seg.=>q =1.01 m/seg=>Q cl =0.35 m/segB =0.35 m, Asumimos: B =0.40 mIII. Pendiente del Canal de LimpiaEs recomendable que el canal de limpia tenga un pendiente que genere la velocidad de limpia.Sc =n 2g 10/9. . .Pendiente crticaq 2/9donde:q =Caudal unitario (m2/seg.)=>q =1.01 m/segn =Coef. de Manningn =0.016=>Sc =0.0032Como es una pendiente muy suave utilizaremos: Sc =0.05DISEO DEL COLCHN DISIPADORDebido a la colocacin del barraje vertedero en el cauce del ro se genera un imcremento de energa potencial que se transforma en energa cintica al momento de verter el agua por encima del barraje. Se construyen estructuras de disipacin aguas abajo del barraje, con el objeto de formar un salto hidrulico, para disipar la energa cintica ganada.I. Clculo del Tirante conjugado menor (d1) y tirante conjugado mayor (d2)Aplicamos balance de energa entre 0 y 1:Eo = E1 + hf o -1Co + P + Ho + Vo2 / 2g =C1 + d1 +V12 / 2g + 0.1 Vo2 / 2gdonde:Co =Cota del terreno al pie del paramento aguas arribaC1 =Cota del colchn disipadorP =Altura del paramentoHo =Altura de carga sobre el barrajed1 =Tirante conjugado menorhf o -1 =Prdida de carga por friccin entre 0 - 1 0.1 Vo2 / 2gVo =Velocidad de llegada o de aproximacinV1 =Velocidad en el pie del barrajeq =Gasto unitario sobre el barrajeQ =Caudal sobre el barrajeL =Long. del barrajeSe tendrn las siguentes consideraciones:Co - C1 =0.20 m, adems:Vo =( Q / L ) / ( P + Ho ) =>Vo =0.48 m/segCon lo que nos quedar la siguiente ecuacin:Co - C1 + P + Ho + 0.9 Vo2 / 2g = (Q2 / (2g L2 d12 )) + d1(Co - C1 + P + Ho + 0.9 Vo2 / 2g) d12 = d13 +(Q2 / (2g L2 ))Para simplicidad de procesamiento tomaremos:A d13 + B d12 + C d1 + D = 0donde:resolviendo tenemos:A =1.00A =1.00B =- (Co - C1 + P + Ho + 0.9 Vo2 / 2g)B =-1.36d1 =0.10 mojo verificard1 =0.106C =0.00C =0.00D =(Q2 / 2g L2 )D =0.020.001341Resolviendo para hallar el tirante conjugado mayor (d2)d2 =d1 1 + 8 Fr21 - 1=>Fr1 =V1=>V1 =5.49 m/seg2 g d1Fr1 =5.55Flujo supercrtico=>d2 =0.29 mII. Clculo de la Longitud del Colchn DisipadorSchoklitsch:L c =6 (d2 - d1)L c =1.12 mPromediamos:L c =1.87 mSafranez:L c =6 d1 Fr1L c =3.33 mUSBR:L c =4 d2L c =1.15 mUtilizaremos:L c =1.20 mDISEO DEL ENROCADO DE PROTECCIN O ESCOLLERAAl final del colchn disipador es necesario colocar una escollera o enrocado con el fin de reducir el efecto erosivo y contrarestar el arrastre por accin de filtracin.I. Clculo de la Longitud de EscolleraL s =0.6 Cb Dl 1.12 q Db / Dl - 1. . .Long. de Escollera recomendad por Blighdonde:Cb =Coef. de BlihgDl =Altura comprendida entre el nivel del agua en el extremo aguas abajo del colchn disipador y la cota de la cresta del barraje.Db =Altura comprendida entre la cota del estremo aguas abajo del colchn disipador y la cota de la cresta del barraje.q =Caudal de diseo por unidad de longitud del barraje=>Lecho del cauceTamao grano (mm)C (Bligh)Arena fina y Limo0.005 a 0.0118Arena fina0.1 a 0.2515Arena Gruesa0.5 a 1.012Gravas y arena9Boloneria, gravas y arena46Arcilla67=>Dl =0.66 m=>L s =-0.04 mDb =0.95 mq =0.55 m/seg=>Asumimos:L s =0.50 mII. Clculo del Dimetro de la EscolleraPor Meyer - Peter:q =0.0592 3/2. . .Caudal unitario=> =q S3/2 3/2S0.0592donde: =Dimetro mximo que arrastra (m)=> =0.10 m=>Asumimos: =0.05 mS =Pendiente del ro =0.08CLCULO DE LA PROFUNDIDAD DE SOCAVACINMtodo de Lischtvan - Lebedievds = do5/31/(x+1), =Q, dm =A0.68 Dm0.28 dm5/3 BeBe =Coef. de contraccin producido por las pilas ( = 1, si no hay contracciones)Dm =Dimetro medio del material del cauce en mm =Coef. que toma en cuenta el periodo de retorno del Qx =Valor que depende del Dmdm =Tirante medio del caucedo =Tirante normal para avenida de diseoQ =Caudal de mxima avenidaA =Area para avenida de diseoBe =Ancho efectivo del cauceCoeficiente Probabilidad anual de que se presente el caudal de diseo (%)Periodo de retorno T (aos)Coeficiente 10010.775020.822050.865200.942500.9711001.000.33001.030.25001.050.110001.07DATOS=>A =4.50 mBe =9.00 mdo =0.60 mDm =1000mm=>dm =0.50 m =1.38 m/seg=>ds =0.18 mDatoLa socavacin es mnima por lo que con fines constructivoos asumiremos un dentelln de:Pd =0.50 m

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Sc y n: son datos