UNIVERSIDAD TECNICA DE MACHALA

UNIDAD ACADEMICA DE INGENIERA CIVIL

CARRERA: INGENIERA CIVILDISEO HIDRAULICO

INFORME TCNICO DE DISEO HIDRAULICO

AUTOR:JHON LEISER RAMON ARMIJOS

DOCENTE:

ING. FRANCISCO VERA.

AO LECTIVO:2015-2016MACHALA EL ORO ECUADOR

UNIVERSIDAD TECNICA DE MACHALA

UNIDAD ACADEMICA DE INGENIERA CIVIL

CARRERA: INGENIERA CIVILDISEO HIDRAULICO

INFORME TCNICO TITULO

DISEO CAPTACION DE TOMA DE FONDO

AUTOR: JHON LEISER RAMON ARMIJOS DOCENTE ACADMICO: ING. FRANSISCO VERA

Machala, 16 de julio del 2015

AUTORIA DEL INFORME

Todo criterio, idea, detalle y concepto expresado en el presente informe, son de absoluta responsabilidad de mi autora.

Machala, 16 de julio del 2015

JHON LEISER RAMON ARMIJOS C.I. 0706393535 AUTORINDICE GENERALContenidoTITULO2CAPTACION DE TOMAS DE AGUAS SUPERFICIALES2AUTORIA DEL INFORME3INTRODUCCION5ANTECEDENTES6OBJETIVO7OBJETIVOS ESPECIFICOS8UBICACIN GEOGRAFICA DEL PROYECTO81.- FUNDAMENTO TEORICO101.1 CAPTACION DE AGUAS SUPERFICIALES101.2. TIPOS DE OBRA DE TOMA111.3. TOMAS DE FONDO: CAUCACIANA O TIROLESA.111.3.1 .CRITERIOS DE DISEO131.3.2. CONSIDERACIONES IMPORTANTES.141.3.3. IMPLEMENTACION DE LA OBRA DE TOMA DE FONDO152. DISEO Y CALCULOS.172.1.-DATOS172.1. DISEO DE REJILLAS172.2. DIMENCIONAMIENTO DE LAS PLATINAS.182.3. DISEO DE LA REJILLA EN FUNCION DE LA OBSTRUCCION.182.4. MUROS DE ALA192.4.1 CONSIDERACIONES TECNICAS192.4.2CALCULOS Y DISEO192.5 DISEO DE LA GALERIA202.5.1 CALCULOS Y DISEO2025.2. CALCULO DEL ORIFICIO DE PASO.212.6. CALCULO DEL DESRIPIADOR CAJON DISTRIBUIDOR212.6.1. CALCULO DE LA TUBERIA DE PASO DEL DESRIPIADOR AL DESERANADOR213. DESARENADOR.233.1. DESARENADOR DE LAVADO INTERMITENTE.233.1.1UNA TRANSICION DE ENTRADA.-233.1.2. LA CAMARA DE DESARENACIN O SEDIMENTACIN.-243.1.3VERTEDERO.243.1.4 COMPUERTA DE LAVADO.243.1.5. CANAL DIRECTO.243.1.6 ASPECTOS GENERALES243.2 .CRITERIOS PARA EL DISEO264.CALCULOS Y DISEOS.284,1.- CALCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICION (LT)284.2.- CALCULO DE LA LONGITUD DE LA CAMARA (LD)294.3 DISEO DEL VERTEDERO294.4 DISEO DEL ORIFICIO DESARENADOR295.ANEXOS30ANEXO # 155ANEXO # 256

INTRODUCCION

Las tomas fluviales y en ellas la seleccin del punto de extraccin, son sin duda, las ms delicadas de todas las obras de captacin, puesto que el agua de los ros presenta problemas de calidad, variaciones estacionales de la temperatura, contaminacin aguas arriba por efluentes urbanos e industriales, fuertes puntas de turbiedad (riadas) adems de factores hidrolgicos que condicionan la obra de captacin como: la inestabilidad del fondo, las variaciones del nivel del agua, la navegacin y la flora acutica entre otros.As mismo las variaciones estacionales de caudal pueden ocasionar serios problemas a la hora de conseguir el caudal durante el verano, sin perjudicar a terceros, (pesca, riegos, navegacin, etc.), en alguno de estos casos puede ser necesario regular el ro por medio de un embalse. Sin embargo en el momento analizaremos las captaciones fluviales sin regulacin, en las que debe bastar con el caudal de estiaje para abastecimiento, sin que el curso del agua resulte perjudicado por esta toma. En el diseo de obras de toma debemos tomar en consideracin ciertas normas tericas que satisfacen nuestras necesidades para obras de contencin, regulacin, captacin, conduccin y entrega del agua para su utilizacin en diferentes fines.El diseo hidrulico debe satisfacer ciertos requisitos que en orden de prioridad son: Funcionalidad. Seguridad. Economa Esttica: En cualquier caso, el diseo adecuado de la obra de toma implica una operacin eficiente del resto de la infraestructura de cualquier sistema de abastecimiento de agua.ANTECEDENTES

Desde la antigedad, el hombre aprovecha el agua superficial como primera fuente de abastecimiento, consumo e incluso va de transporte, establecindose en los valles de los ros las primeras civilizaciones.

Sim embargo, el establecimiento en zonas ridas o semiridas del planeta oblig al desarrollo de formas de captacin de agua lluvia, como alternativa para el riego de cultivos y el consumo domstico.

En el desierto de Negev, en Israel y Jordania, han sido descubiertos sistemas de captacin de aguas lluvia, como alternativa para el desmonte de zonas para aumentar la escorrenta superficial, que era entonces dirigida a previos agrcolas en zonas ms bajas.

En la civilizacin maya (1000 a. C. 1600 d. C) se desarrollaron los chultunes, que es un sistema de captacin y almacenamiento pluvial compuesto de una cmara subterrnea en forma de una botella, con sus entradas rodeadas por delantales enyesados que dirigan el agua de lluvia hacia su interior durante las estaciones lluviosas. Estas construcciones se daban en las zonas donde no existan cenotes (lagunas karsticas tpicas de la pennsula del Yucatn).

OBJETIVO

Determinar el diseo de un sistema de captacin por gravedad de aguas superficiales.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Captar el caudal de diseo ya sea en estacin seca como en estacin de lluvias.

Disear unaestructuraadaptada al choque de la corriente lquida, al impacto de los afluentes.

Derivar la cantidad de agua necesaria a travs de una estructura, para cubrir una demanda estipulada.

UBICACIN GEOGRAFICA DEL PROYECTO

La obra se encuentra localizada en la Provincia de El Oro, entre el cantn Pasaje y Chilla, el rio sobre el que se va a ejecutar la toma es el Rio Dumari, el lugar de la captacin se encuentra a una cota de 1000 msnm. Dicha obra transporta el agua a la poblacin de la parroquia casacay, que se ubica a una cota de 200 msnm. El caudal requerido es de 0.70 metros cbicos por segundo, segn podemos observar se trata de un rio de fuerte pendiente de 25% .

1.- FUNDAMENTO TEORICO1.1 CAPTACION DE AGUAS SUPERFICIALES La obra de toma es una estructura hidrulica capaz de captar total o parcialmente las aguas de un ro, lago, vertiente, canal, embalse, con el objeto de satisfacer una necesidad o fin determinado.Su diseo es diferente en un cauce hdrico que tenga gran cantidad de arrastre de material de fondo, pues esto indica crear dispositivos especiales que separen el caudal slido del lquido y disponer de la separacin de estos de manera eficiente. En su diseo hay que considerar la influencia del material slido pues este causa problemas, tales como disminucin de erosiones, depsitos de material y obstrucciones en general. En su diseo y construccin de las obras de toma, debemos tomar en cuenta:1. La variabilidad del rgimen de flujo hdrico asegurando la derivacin permanente del caudal del diseo.2. Ubicarla en un lugar que permita condiciones favorables para su construccin, operacin y mantenimiento.3. Proteger el paso de crecidas que arrastran gran cantidad de materiales slidos y material flotante.Para seleccionar el tipo de Obra de Toma y su ubicacin, debe considerarse los siguientes criterios: La topografa de la zona Uso o finalidad del agua a captar Cantidad de agua disponible Costo de la Obra1.2. TIPOS DE OBRA DE TOMA

Podemos clasificar los siguientes tipos de obra de Toma:

- Tomas de FondoTomas de Derivacin Directa - Tomas Convencionales

- Tomas de rejilla con planta semicircular o poligonal

Tomas de Embalse - Tomas Torre - Vertical - Inclinada

- Tomas Telescpicas Tipo OBHIDRA - Dentro y Fuera del Cuerpo de la Presa

1.3. TOMAS DE FONDO: CAUCACIANA O TIROLESA.

Son instaladas en torrentes o ros de montaa que tienen las siguientes caractersticas:

Fuertes pendientes longitudinales que pueden llegar al 10% o ms. Creciente sbita causadas por aguaceros de corta duracin y gran intensidad y que arrastran gran cantidad de piedra. Agua relativamente limpia en poca de estiaje y con poco contenido de sedimentos finos.Este es un tipo de toma comnmente empleada en nuestro medio, la toma en si se construye en el lecho del ro y est protegida por una rejilla, de modo que los sedimentos gruesos no tengan pasada haca.La estructura de toma. La rejilla se ubica en forma transversal al cauce y los barrotes en direccin al flujo, esta puede tener una pequea inclinacin y por debajo de ella est la galera, que es parte del cuerpo del azud y se conecta con el canal. Las partculas menores que ingresan, son evacuadas despus por medio de desarenadores y canales de lavado. Vistalateralyvistafrontaldeunatomatirolesa

El propsito de la toma, es el de derivar la cantidad de agua necesaria a travs de una estructura, para cubrir una demanda estipulada. Una toma debe cumplir los siguientes requisitos: Debe poder evacuar los caudales de crecida determinados por la hidrologa, de modo que no cause ningn dao a la estructura. Debe ser capaz de captar el caudal de diseo ya sea en estacin seca como en estacin de lluvias. Debe captar agua de manera tal que no se contamine y en lo posible se produzca una mejora de la calidad fsico-qumica de las aguas. La carga sedimentada debe poder lavarse hidrulicamente para ello, sern necesarias estructuras adicionales. La seleccin del punto de toma debe ser por tanto, adecuado a los requerimientos que debe cumplir la toma. A veces se requiere la construccin de un pequeo dique en el ro, que ayude a captar agua en la cantidad requerida pero ello depender de la topografa del sitio, de las condiciones geotcnicas, de la altura de las riberas de los ros en el lugar del dique, de la cantidad de agua que se desea captar y de los costos que ello implique.1.3.1 .CRITERIOS DE DISEO

En el diseo de una toma tipo tirolesa es necesario considerar los siguientes criterios: Esta obra principalmente se adecua a ros de montaa, donde las pendientes longitudinales son pronunciadas que pueden llegar al 10% o a veces a ms. Funcionan para cauces que traen avenidas de corta duracin y que llevan gran cantidad de piedras. Cauces que tienen grandes variaciones de caudales, que provienen de nevados. En cauces que tienen pequeos contenidos de sedimentos finos y agua relativamente limpia en poca de estiaje. La rejilla es la parte ms baja del coronamiento de la presa que cierra el ro, cualquiera que sea el caudal, el agua debe pasar forzosamente sobre ella. Debido a esto, la rejilla puede ubicarse a cualquier altura sobre el fondo de manera que la altura del azud puede llegar a hacerse cero, aunque normalmente oscila entre 20 o 50 cm. Esto permite que las piedras pasen fcilmente por encima del azud con lo cual se suprime la costosa compuerta de purga o esclusa de limpieza. La baja altura del azud permite a su vez disminuir la longitud del zampeado. Estas dos ventajas hacen que se economice en los costos de una toma Tirolesa y que sea ms econmico que una convencional. Sin embargo la desventaja de este sistema es la facilidad con que se tapa la rejilla especialmente si el ro trae material flotante como hojas y hierbas. La crecida de diseo se recomienda a un periodo de retorno de 50 aos, dependiendo de la importancia aguas abajo.1.3.2. CONSIDERACIONES IMPORTANTES.

El caudal adoptado corresponder a una avenida mxima entre 50 y 100 aos, para condiciones de operacin extrema. Determinacin del caudal de captacin de acuerdo a los requerimientos, pudiendo ser una o ms ventanas. Para atenuar el ingreso de slidos de fondo, se puede incluir un canal de limpia gruesa o desripiador, ubicado frente a las ventanas de captacin. Completando la limpia un conducto de purga ubicado antes de las compuertas de regulacin, el caudal descargar a la poza del barraje mvil. La operacin de captacin del caudal de diseo, tendr en cuenta que lo podr efectuar en poca de estiaje, manteniendo cerradas las compuertas del barraje mvil y durante el periodo de avenidas con la compuerta parcial o completamente abiertas. El diseo de la estructura vertedora a proyectarse en el cauce del ro, deber permitir el paso de la avenida mxima de diseo, mediante la accin combinada entre el barraje fijo y el mvil, cuyo salto hidrulico deber estar contenido dentro de los muros de encauzamiento y poza disipadora. Aguas abajo se deber contemplar una proteccin de enrocado.

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1.3.3. IMPLEMENTACION DE LA OBRA DE TOMA DE FONDO

Para las tomas de fondo requerimos las siguientes obras: Muro de Ala. Cajn Repartidor o desripiador. Compuertas. Vertederos. Desarenador.El agua pasa a travs de la rejilla y circula por la galera hacia el cajn repartidor desde donde se la lleva al desarenador y de este por la conduccin hasta el sitio de aprovechamiento.Como alternativa de construccin y diseo la rejilla y galera pueden estar construidas sobre un pequeo azud el cual estar dimensionado de 20 y 50 cm.

La principal desventaja de este tipo de obra de toma es la facilidad con que se tapa la rejilla con materiales como hierbas, piedras, ramas hojas. Las piedras pasan sobre la rejilla la misma que tiene una inclinacin para facilitar este paso. Esta rejilla est construida de pretinas separadas entre si de 2 a 6 cm. Se debe evitar colocar barras circulares.

El agua ingresa a la galera a travs de la rejilla junto con pequeas piedras y arena por lo cual hay que disponer de un desrripiador y desarenador a continuacin de la bocatoma

3. DESARENADOR.

En la mayora de obras de toma la velocidad en la entrada es tal que es capaz de arrastrar partculas slidas ingresndolas junto con el agua. Las arenas arrastradas por ros y crecidas de agua captadas a travs de una Bocatoma pueden irse depositando en una estructura, disminuyendo la seccin de la conduccin, la capacidad de reservorios y produciendo desgaste y daos en accesorios y equipos. Por tal razn es necesario construir obras hidrulicas que permitan separar y luego remover este material slido; a esta obra se la conoce como DESARENADOR.Estos desarenadores deben construirse lo ms cerca posible de la Bocatoma, y su diseo puede variar dependiendo de la forma de evacuar el material sedimentado. As tenemos: Desarenador de Lavado Continuo Desarenador de Lavabo intermitente3.1. DESARENADOR DE LAVADO INTERMITENTE.

Se lava peridicamente siendo el periodo de lavado funcin de la cantidad de sedimentos que trae el agua y procurando realizar la operacin de limpieza el menor tiempo posible.Se compone de las siguientes partes:3.1.1UNA TRANSICION DE ENTRADA.- Que une el canal de llegada con la cmara de desarenacin. El objeto de esta transicin es disminuir la velocidad de ingreso a la cmara en forma uniforme lo que redundar en la eficiencia de la desarenacin. Esto se consigue con un ngulo de divergencia de las paredes no menor de 12.5.

3.1.2. LA CAMARA DE DESARENACIN O SEDIMENTACIN.- En la cual las partculas slidas van al fondo debido a la disminucin de velocidad producida por el aumento de seccin transversal. Se ha probado que las velocidades menores a 0.5m/sg las arenas no pueden detenerse en una superficie lisa como en el fondo del desarenador; por tal razn la seccin transversal de la cmara se la disea para velocidades que van de 0.1 a 0.4m/sg y la velocidad media para la profundidad del desarenador puede variar entre 1.5 a 4 m/sg. La forma del desarenador puede ser rectangular, trapezoidal o mixta.Para caudales menores a 1m3/sg es recomendable disear los desarenadores con doble cmara con lo que se evita el canal lateral, la gradiente del fondo debe ser tal que produzca velocidades de limpieza de 3 a 5m/sg con lo que se consigue rapidez y eficiencia en la operacin del lavado.3.1.3 VERTEDERO.Al final de la cmara se construye un vertedero sobre el cual pasar el agua limpia hacia la conduccin. Mientras ms pequea sea la velocidad de paso por el vertedero, menos turbulencia causar el desarenador y menos materiales en suspensin arrastrar. La velocidad admisible de paso podr llegar a 1m/sg con una carga hidrulica sobre el vertedero no mayor a 25cm.3.1.4 COMPUERTA DE LAVADO. Por esta se desalojan los materiales depositados en el fondo. Esta compuerta se la disea como un orificio sumergido para un caudal igual a dos veces el caudal de captacin.3.1.5. CANAL DIRECTO.Por el cual se da servicio mientras se esta lavando el desarenador. Cuando el desarenador es de doble cmara, ya no es necesario este canal, pues el lavado se realiza alternando las cmaras.3.1.6 ASPECTOS GENERALESDesarenadores siempre son necesarios, cuando el contenido de materias en suspensin en el agua del ro es alto y cuando los elementos de la obra, tales como tubera de presin, ruedas de la turbina, compuertas, etc. deben ser protegidos contra la abrasin por materias duras en suspensin, como arena cuarctica. El efecto de desgaste por abrasin dentro del corto tiempo puede causar graves daos y reducir considerablemente el rendimiento de turbinas. El riesgo de deterioro para los componentes de la estructura es tanto mayor, cuanto mayor es la cada til y, debido a eso, la velocidad del flujo del agua. El propsito del desarenador consiste en eliminar las materias finas de suspensin del agua, protegiendo as los elementos de la estructura. Esto ocurre lo ms simplemente por medio de la sedimentacin de las materias en suspensin en la cmara de sedimentacin, o sea en el desarenador (tipo largo). El principio consiste en reducir la corriente de agua a una velocidad pequea y distribuida lo ms uniformemente posible a lo largo de la seccin de la cmara. Al efecto, el tiempo de transcurso del agua por la cmara no debe ser menor que el tiempo que la materia en suspensin necesite para depositarse. Con estas condiciones marginales se llega a obras largas y de forma hidrulicamente favorable. La velocidad del agua en el canal de entrada al desarenador no debe ser baja, a fin de que la materia en suspensin no se deposite con anticipacin en el canal de entrada. De ah resulta que el agua entra en el desarenador con turbulencia..La forma del desarenador puede ser rectangular, trapezoidal o mixta.Es recomendable la seccin trapezoidal pues sus paredes pueden disearse como muros de revestimiento.Para caudales mayores de 2 m3/seg. Es recomendable disear los desarenadores con doble cmara con lo que obviara el canal lateral.Al final de la cmara se construye un vertedero.- sobre el cual pasara el agua limpia hacia la conduccin, mientras ms pequea sea la velocidad de paso por el vertedero menos turbulencia causara en el desarenador y menos material de suspensin arrastrara, la velocidad admisible de paso podr llegar a 1m/seg. con una carga hidrulica sobre el vertedero no mayor a 25 cm.La gradiente del fondo debe ser tal que produzca velocidades de limpieza de 3 a 5 m/seg. , con lo que se consigue rapidez y eficiencia en la operacin de lavado la misma que debe tener una pendiente del 2 al 6 %.La compuerta de lavado.- es por donde se desalojan los materiales depositados en el fondo, la compuerta de evacuacin de la disea para un caudal de evacuacin igual a dos veces el caudal de captacin. Qevac. = 2 QcapCanal Directo.- Por el cual se da servicio mientras se esta lavando el desarenador, cuando el desarenador es de doble cmara ya no se necesitara este canal, pues la limpieza se la realiza alternando las cmaras.3.2 .CRITERIOS PARA EL DISEOLos desarenadores se disean para retener un determinado dimetro de partculas, por lo cual los dimetros mayores a este escogido se depositaran en el desarenador.Las partculas a sedimentar estn sometidas a dos movimientos: Una traslacin horizontal con una velocidad uniforme Va Una traslacin vertical con una velocidad Vs que corresponde a la velocidad de sedimentacin de las partculas con dimetro ds.Para encontrar la velocidad de descenso o sedimentacin podemos recurrir a tablas de valores que estn en funcin del dimetro de las partculas a sedimentar. Puede utilizarse el grafico CF4 para obtener las velocidades de descenso de las partculas mismo que considera el dimetro y peso especfico del material. S = s / H2O

La longitud de transicin podemos determinarla por: ; no 12.5 La longitud de cmara de desarenacin se la calcula por:

K = Coeficiente de mayoracion que esta entre 1.20 y 1.50 Hm= Profundidad media en el deserenador Va = Velocidad de avance horisontal entre 0.1 - 0.4 m/seg Vs = Velocidad de cedimentacion vertical.La velocidad de paso en el vertedero vertical no debe ser mayor a 1 m/s y el caudal de paso atraves del vertedero se la determina por 3/2 Q = k.b.H K = 2 /3 C d 2g

Cd = coeficiente de descarga, usualmente 0,62 b = Ancho necesario del vertedero para evacuar el caudal Q H = Carga sobre el vertedero. 0.25La conpuerta de lavado y su orificio sumergido se la disea en borde .

Q = Cd. A. 2g.hi Qevac = Cd.A . 2g.hi Cd = 0,60 hi = Altura desde el centro del orificio al espejo de agua

ANEXOS

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