Bocatoma Barraje Mixto

UNIVERSIDAD SAN PEDRO

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

DISEÑO DE UNA CAPTACION CON BARRAJE MIXTO CARACTERI CARACTERISTIC STICAS AS DEL RIO PARA PARA EL CALCUL CALCUL

CONDICIONES DEL CA

Material considerado (no)

Grado de irregularidad (n1)

Variaciones de la sección transversal del canal (n2)

 Tipo de Bocatoma: El tipo de bocatoma que hemos considerado en muestro proyecto es de Barraje Mixto, el cual consta de: (a) (a) Una pres presa a der deriivado vadorra imp imper erme meab able le (conc concre reto to cicl ciclóp ópeo eo)) (b) (b) Un fren frente te de de reg regul ulac ació ión n y lim limpi pia, a, per perpe pend ndic icul ular ar al sent sentid ido o de la corr corriiente ente (c) Un frente de captación

Caudales de diseño:

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

obstrucciones (n3)

Cantidad de meandros (n5)

Qmax = Qmedio = Qminimo =

169.24 m³/s 11.00 m³/s 0.03 m³/s

Qdiseño =

169.24 m³/s

 Cálculo del Coeficiente de Rugosidad: 1.1.2.2.3.3.4 ..5.-

Efectivo relativo de

Valor alor basi basico co de rugos ugosiidad dad por por cant cantos os rodad odados os y ar arena ena gr gruesa uesa Incr Increm emen ento to por por el el gr grado ado de de Ir Irregu regula larridad dad (po (poco co irregu regula larr) Incr Increm emen ento to por por el camb cambiio de dime dimenc nciiones ones ocas ocasiional onales es Aum e en nto po po r Obstrucciones po por ar arrastre de de ra raices Aumento por Vegetacion

n rio =

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n=

0.038

 Determinación de la Pendiente en el lugar de estudio: El calculo de la pendiente se ha ob tenido en el perfil longitu dinal, esta pendiente estácom prend ida entre los tramos d e un kilom etraje.

-1.9

Km

Cota

0+1639.99 0+0.00

140.08 141.98

-1639.99  Ancho de Plantilla (b) = Pendiente (S) =

78.00 m 0.0012

En función a la topo grafía dada y proc urando que la long itud d el  barraje conserve las mismas cond iciones naturales del cauce, con  el objeto de n o c ausar m odificaciones en su ré gimen.

Cotas y Altura del Barraje: 1. Calculo de la cota de Cresta del Aliviadero: Aliviadero: 1.1. Cálculo de la Altura del Barraje P: Datos : Q= b= n= S=

169.24 m³/s 78.00 m 0.038 0.0012

Por tanteo :

Q

1 

n

. R

2/3

1/ 2

.S 

. A

Q.n S1/2

   b.d    (b.d)    b  2d 

2/3

188.94 188.94 = 169.63 169.63

P= CFC :

1.62 m

 Cota de fondo de la razante

CFR =

140.00 msnm

h sedimento: También llamado Altura Altura del Umbral del vertedero de captación.

hsed =

0.60 m

141.62

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

d (m)

Q.n/S^0.5

bd(bd/(b+2d))^2/3

1.00 1.30 1.62

188.9395 188.9395 188.9395

76.6945 118.1698 169.6300

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P = 1.62 1.62 m

140.00

0.60 m

2. Longitud L ongitud del barraje fijo y del barraje movil a. Dimensionamiento: Dimensionamiento: a.1 Por relacion relacion de areas El area hidraulica del canal desarenador tiene una relacione relacione de 1/10 1/10 del area obs truida por el aliviadero, teniendos e :  A

1  =

A

2  /10 

N de pilares =  A1 = Area del barraje movil

donde:

…………(1)

4.00

 A2 = Area del barraje fijo N de compuertas =

P

A1

A2

78 - Lbm

Lbm

b = 78 m

A1 = P x Lbm

A2 = P ( 78 - 2Lbm ) P x Lbm =

Remplazando estos valores, tenemos que:

Px (78 - 2Lbm)/10

1.62 x Lbm = 1.62 x ( 78 - Lbm )/10

Entonces :

Lbf =

Lbm =

6.17 m

78 - Lbm =

71.83 m

Lbm: Longitud de barraje movil. Lbf: Longitud de barraje fijo.

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

3.08 m

Se usara 2 Compuertas de:

1 20 20 p lg lg x 8 4 p l g  

Lcd =

a.3 Predimensionamiento Predimensionamiento del espesor del Pilar (e)

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

3.05 m

2.00

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e = Lcd /4 =

e=

Consideramos :

b. Resumen:

0.76 m 0.80 m

Dimensiones reales del canal de limpia y barraje fijo.

Ltbf =

68.70 m

3. Cálculo de la Carga Hidráulica: hv H he

hd h1= V1² / (2g)

P=

1.62 m

d2 d1

H : Carga   de Diseño h e:  Altura de agua antes del remanso de depresión h v :  Carga de Velocidad  P:  Altura de barraje

Do n d e :

Q d is eñ o =

…………….(A)

Qc + Qc l 

a. Descarga en el Cimacio oen elbarraje fijo (Qc) La fórmula a utilizar para el cálculo de la carg a del pro yecto  es:

Qc = C x L x H3/2 Qc :  Dercarga del Cimacio C:  Coeficiente de Descarga L :  Longitud Efectiva de la Cresta H e :  Carga sobre la cresta incluyendo h

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

…………….(B)

v 

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La longitud efectiva  de la cresta (L) es:

L = Lr  - 2 ( N x Kp + Ka) x H Do n d e:

L H Lr N Kp Ka

…………….(C)

efectiva de la cresta = Longitud   =  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  68.7   1.00  0.00  0.10 

(Que es este valor) (Estribos redondeados)

"H" se calcula asumiendo un valo r , calcular el coeficiente de descarga "C" y calcular el caudal para el barraje fijo y movil. El caudal calculado debe ser igual al caudal de diseño.

L = 68.50m

Reemplazando en la ecuación la L o n g i t u d e f ec ec t i v a   para H asumido es:

Cálculo del coeficiente de descarga variable para la cresta del cimacio sin con trol: 

C = Co x K1 x K2 x K3 x K4

…………….(D)

Los valores del 2º miemb ro no s perm iten corregir a " C" s in co nsiderar las p é rdidas p or rozam iento:  En los gráficos, encon tramos las definic iones y la forma de enco ntrar estos valores.

a) Por efecto efecto de la profu ndidad de llegada: 

P/H

=

1.62

Co =

3.94 

K 1 =

1.00 

K 2  =

1.00 

2.62  

K 3 =

1.00 

0.67  

K 4 =

1.00 

b) Por efecto efecto de las cargas diferentes del proy ecto: 

he = H

he/H =

1.00

 

c) Por efecto efecto del talud del paramento aguas arriba: 

P/H

=

1.62  

d) Por efecto de la interferencia interferencia del lavadero de aguas abajo: 

(Hd + d) / Ho =

(P+Ho)/Ho=

e) Por efecto de sum ergencia: 

Hd / he =

2/3 Ho/ Ho =

* Remplazamos Remplazamos en la ecuación ecuación (D):

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

C = 3.94m

No aparece en la gráfica

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* Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje fijo) tenemos que:

Qc = 269.91 m³/s b. Descarga en canal de limpia o barraje movil (Qcl) P = 0.00

Se considera que cada compuerta funciona como vertedero, cuya altura P= Para ello seguiremos iterando, igual que anteriormente asumiendo un valor de h, para ello usaremos  las siguientes fórmulas: 3/2 

Qd = C * L '' * hi 

L =L

1  -

2 ( N * Kp

+ Ka) x h 

Donde :  L =  h =  L 1  =  N =  K p =  K a = 

Longitud efectiva de la cresta Carga sobre la cresta incluyendo hv Longitud bruta del canal Numero de pilares que atraviesa el aliviadero Coef. de contrac. de pilares (triangular) Coeficiente de contraccion de estribos

2.62 m. 6.10 m. 0.00  0.00  0.10 

L = 5.57m *  Cálculo d el coeficiente de d escarga variable para la cresta del cim acio sin con trol: 

…………….(D)

C=  C o x K  1  x K 2 x K 3  x K 4  a) Por efecto de la profu ndidad de llegada: 

P/h = b)

0.000

Co =

3.10 

K 1 =

1.00 

K 2  =

1.00 

1.00  

K 3 =

0.77 

0.67  

K 4 =

1.00 

Por efecto de las cargas diferentes del proy ecto: 

he = H

he/h =

1.00

 

c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba: 

P/h d)

=

0.000  

Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo: 

(Hd + d) / Ho =

(P+ho)/ho=

e) Por efecto de sum ergencia: 

Hd / he = 2/3 ho/ ho =

* Remplazamos en la ecuación (D): * Remplazando en la formula de "Q" (caudal sobre la cresta de barraje fijo) tenemos que.

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

C = 2.39m

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Qcl = 56.40 m³/s T 

c. Desc arga M áxim a Total (Q  ):  Qt = Q c + Q cl 

Qt = 326.31 m³/s

Qd = 16 9.24 m ³/s 

Este valor no cumple con el caudal de diseño, tendremos que asumir otro valor de "H"  Siguiendo este proceso de iteracion con el tanteo de "H" resultan los valores que aparecen en el  Qt = 169.24 m³/s  cuadro de la siguiente. En este cuadro iterar hasta que CUADRO PARA EL PROCESO ITERATIVO Ho (m ) 1.00 

Co 3.94 3.10 3.93 3.10 3.91 3.10

0.70  0.40 

K1 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

K2 1.00 0.77 1.00 0.77 1.00 0.77

K3 1.00 0.77 1.00 0.77 1.00 0.77

K4 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

L efec t. 68.50 5.57 68.56 5.63 68.62 5.69

           

Qc - Qc l 269.91 56.40   157.81 36.58   67.88   30.04

QT 326.31

194.39 97.92 

Entonces mediante este gráfico interativo determinamos la carga de diseño

Q M vs Ho

1.2

1.0

326.31

0.8     )    m     (    o    H

194.39

Ho = 0.60 m 0.6

0.4

97.92 Qt = 169.24 m³/s

0.2

0.0 90

110

130

150

170

190

210

230

Q (m3/s)

Ho = 0.60 m

Ho vs Qc

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

250

270

290

310

330

350

 

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300 269.91 250

    )    s     /    3    m     (    c    Q

200 157.81

150 100 67.88 50 0 0.0

0.5

(aliviadero) (canal de limpia)

1.0 Ho (m)

1.5

Ho = 0.60 m Q cl (2 compuertas)=

  Para

2.0

Qc = 130 m³/s Qcl = 39.24 m³/s

8.4. Cálculo de la Cresta del Cimacio:

141.62 m.s.n.m.

Ho = 0.60 m

Xc Yc

R P = 1.62 m Ø

R 140.00 m.s.n.m.

La sección de la cresta de cimacio, cuya forma se aproxima a la superficie inferior de la lámina vertiente que sale por el vertedor en pared delgada, constituye la forma ideal para obtener óptimas descargas, dependiendo de la carga y de la inclinación del paramento aguas arriba de la sección. Considerando a los ejes que pasan por encima de la cresta, la porción que queda aguas arriba del origen se define como una curva simple y una tangente o una curva circular compuesta; mientras la porción aguas abajo está definida por la siguiente relación: n

Y  

 H  o

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

   X       Kx  H     o    

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

1.89

m 3 /s/m

V= q /(Ho+P)=

0.85

m/s

 /2g =  hv = V 2 

0.04

m

0.56

m

Velocidad de llegada (V):

Carga de Velocidad 

 Altura de agua antes del remanso de depreción (he): he = Ho - hv = Determinación de "K" y "n" haciendo uso de la Fig. 1 y la relación hv/Ho: hv/Ho= Talud:

0.062 Vertical  

K= n=

1.51 1.843

Valores para dibujar el perfil aguas abajo: Perfil Creager 

Según la f igura 2  de la Separata la Curva del Perfil Creager es hasta una distancia igual a 2.758Ho, des pués de este límite se mantiene recto hasta la siguiente curva al pie del talud (aguas abajo):

X (m) 0.000 0.100 0.300 0.500 0.700 0.900 1.100 1.300 1.500 1.700 1.900 2.100 2.300 2.500

Y (m)

2.758 Ho=

1.6548 

0.00 -0.03 -0.25 -0.65 -1.20 -1.91 -2.77 -3.77 -4.90 -6.18 -7.58 -9.12 -10.78 -12.57

PERFIL CREAGER 1 0.00

-2.00

-4.00

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

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.

-6.00

-8.00

-10.00

-12.00

La porción del perfil que queda aguas arriba de la cresta se ha considerado como una curva circular compuesta. Los valores de R 1 , R 2 , X c , Y c  se dan en la fig. 1.c  de la separata: Con hv/Ho:

0.062

ingresamos a los nomogramas, de donde se obtiene:

X c   /H o = 

0.252 

X c = 

0.15 m 

Y c   /H o = 

0.100 

Y c = 

0.06 m 

R 1   /H o = 

0.500 

R 1 = 

0.30 m 

R 2   /H o = 

0.205 

R 2 = 

0.12 m 

0.1770 

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

a R2

a

R2

R1

c

d

b Talud

R1-R2

Vertical

8.5. Cálculo de los Tirantes Conjugados:

1

Dc = 0.71 m

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

2

hd

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h1

P = 1.62 m d2 d1

Poza disipadora Lp

 Aplicando la Ecuacion de Bernoulli entre los puntos 1 y 2:

z + dc + hvc = d1 + hv1 + Σhp

Tenemos:

Σhp: pérdidas de energía (por lo general se desprecian, debido a su magnitud) 2 

Determ in ac ión d el tiran te Crític o :

2  1/3 

d c = (Q  /g   B  ) 

0.715 

d c = 

m 

vc =√(g*dc)

Cálcu lo d e la Carg a de Vel oc ida d Cr ític a: 

2.648  0.357 

Vc =  h v c = 

m /s  m 

Reemplazando obtenemo s el tirante conju gado d 1 :  2 

2 

q = Q/B

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

2.69

d1

0.18

2 +

Determinación del Tirante Conjug ado 2: d 2 

d 2

 

d 1 2



(

d 1

2

4



2v12 d 1

 g 

1.89

d 1 = 

0.23 m 

 / d 1 2

d1 + 0.18  

d 1 3  - 2.69

Por uqe considera carga de velocidad en el primer miembro?

q= =  0

V 1 = 

8.23m/s

d 2 = 

1.67 m 

)

Determinación del Número de Froud e: 

 F 

v1



 g  * d 1

F =  5.48 

Este valor vuela

Este es un resalto inestable. Cuyo oleaje producido se propaga hacia aguas abajo. Entonces podemos profundizar la poza en una profundidad = 2 

1.80 m

2 

z + dc + h vc  + e = d 1  + q  /(2 *g *d 1  )  3

d 1  - 4.49

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

d1 2 +

0.18

 

=

d 1 = 

0.17 m 

V 1 = 

11.47m/s 

0.065 

0.05 

= 0

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d 2  

d 1 2



 F 

(



d 1

2



4

2v12 d 1  g 

h v 1 = 

6.70 m 

d 2 = 

2.02 m

F=

9.01

)

v1  g  * d 1

 

8.6. Cálculo del Radio de Curvatura al pie del Talud: Esta dado por la ecuación: R = 5d 1 

R=  0.83 m

8.7. Longitud d el estanque amortiguado r o poza de disipación:  a ) N úm e r o d e Fr o u d e:  

* Con el valor de F, se puede determinar el tipo de Estanque que tendrá la Bocatoma, el cual según la se parata será: 9.01 11.47 

F=  V 1 = 

TIPO II 

* Ver la Figura 12 de la Separata para el cálculo de Lp 2.56 

L /d 2 = 

Lp=

5.177 m

 

L p = 5(d 2-d 1)

Lp=

9.287 m

 

L p =  6x d 1 x V 1 

Lp=

8.924 m

 

b ) S eg ún L in d q u i s t:  

c ) S e g ún S a f ra n e z:  

√(g*d1) d ) F i n a lm e n t e t o m a m o s e l v a l o r p r o m e d i o d e t o d a s l as a l t er n a t iv a s :  

Longitud promedio de la poza

Lp= L p = 

7.796 m   6.00 m 

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

8.9. Cálculo del Espesor del Enrocado:

0.206 m

e'

 



0.6 * q 1 / 2 ( H  / g )1 / 4

H = ( P + Ho ) = q=

2.33 m. 1.89

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

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

e=  e= 

0.576 m  0.50 m 

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 L



c

 H  * (0.642

q



0.612)

donde: H: carga de agua para máximas avenidas q: caudal unitario c: coeficiente de acuerdo al tipo de suelo

2.33 m. 1.89 9 

8.11. Longitud del Solado Delantero:

Ls =

L e = 

3.728 m 

L e = 

2.00 m 

5Ho 3.57 m 

L s = 

3.00 m 

8.12. Espesor de la Poza Amortiguadora:

La subpresión se hallará mediante la siguiente formula:

Sp 

bc '    

donde:

 



b c h h' (h/L)Lx

Peso especifico del agua =  Ancho de la sección =  Coeficiente de subpresión, varia ( 0 - 1 ) =  Carga efectiva que produce la filtración =  Profundidad de un punto cualquiera con respecto a A, donde se inicia la filtración. =  Carga perdida en un recorrido Lx 

h   ( Lx )  h  h '   L  

kg/m3 m. Para concreto sobre roca de mediana calidad 

1000  1.00  0.55 

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

141.62msnm 0.25 (P+H) Ho = 0.60 m

1.50 m 

h v= h e=

0.04 m . 0.56 m .

0.0 m. h = 4.85 m. 6.70 m.

1.25*(P+H)

2.22 m. P = 1.62 m .

d 2  = 2.02 m.

 

136.02msnm 0.17 m.

e=0.30  0.7 m.

0.50 m 

4.00 

3.54 m.

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

6.00 m

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3.00 m .

9.54 m .

2.00 m.

e=0.30 

14.54 m.

* Predimensionado de los dentellados posteriores y delanteros:

0.80 m. 0.70 m. 1.70 m. 1.00 m.

1.00 m.

8.15 m.

1.00 m. 0.39 m. Para cond icio nes de cau dal máxim o 

O sea cuando hay agua en el colchón. h = d 1  +hv 1  -d 2  h= L= h' =

4.85 m. 20.44 m. 3.30 m.

h/L = Lx = Sp x =

0.237   12.24 m. 2884.11 k g

e = (4/3) x (Spx / 2400)  e = 1.60 m .

No satisface la exigencia por Subpresión. Aumentar espesor  Para cond iciones de agua a nivel de cim acio  O sea cuando no hay agua en el colchón

h= h /L =

6.30 m. 0.31

Sp x = e=

3206.13 k g   1.78 m .

No satisface la exigencia por Subpresión. Aumentar espesor  Se observa que los valores calculados son menores que el asumido entonces se opta por el espesor asumido: Volumen d e filtración  Se calcula empleando la fórmula que expresa la ley de Darcy

donde:

Q = KIA

Q : gasto de filtración. K : co eficiente de permeabilidad para la cimentación. I : pen dient e hid ráulic a  A : área bru ta de l a cim entación a travé s d el cu al se p rod uce la filtrac ión 

Cálculo y chequeo del espesor del c olchón amo rtiguador  Cálculo de la longitud necesaria de filtración (Ln) H = 5.60

C= L n = C*H

9

(cota del barraje - cota a la salida de la poza) Cbarraje: 141.62msnm Csalida: 136.02msnm (criterio de BLIGHT: grava y arena) 50.44 m .

Cálculo de la longitud compensada (Lc) longitud vertical Lv

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

Lv =

8.70 m.

de gráfico

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longitud horizontal Lh

Lh =

12.54 m.

de gráfico

Lc = 21.24 m . Lc = Lv + Lh Como Ln > Lc, entoces se está posibilitando la tubificación, por lo tanto no haremos uso de lloradores. Verificación del espesor del colchón amortiguado r 

Sp 

cálculo de la subpresión

L = (L h   /3) +L

    * c'

h   h  h'  L ( Lx)   L= h= h/L =

v 

12.88 m.

4.85 m. 0.376  

Cuadro de valores para la construc ción del diagrama de presiones 

Punto 1 2 3 4 5  6  7  Po 8  9 10  11 12  13 14 15  16  17  18  19 20  21 22 

Lx (m) 0.00 0.30 1.50 3.00 3.39 3.79 4.19 4.59 4.99 5.39 5.79 6.19 6.59 6.99 7.39 7.79 8.19 8.59 8.99 9.39 9.79 13.33 14.33

 

h' (m) 13.08 1.00  0.30 4.30 4.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30

Sp (kg/m2) 7326.42 682.42 297.42 2497.42 2497.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42 1947.42

                                           

(-Sp) -7326.42 -682.42 -297.42 -2497.42 -2497.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42 -1947.42

                                             

DIAGRAMA DE PRESIONES 0 -500 -1000 -1500 -2000 -2500 -3000 -3500

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

1

3

5

7

9

11

13

15

UNIVERSIDAD SAN PEDRO

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

-4000 -4500

  p    S

X

-5000

Dimension amiento de los Pilares:  a ) P u nt a o T aj am a r:  

Redondeada 

2.22 

b ) A l t u r a Ht = 1 .2 5 (P +H o ) :  

2.40 m.

c) Longitu d: Hasta la terminación de la poza mínimo d ) Es p es o r e:

0.00

10.24

= 

12.00 m.

 

D i m e n s i o n a m i en t o d e l o s M u r o s d e e n c a u za m i e n t o :   a ) L o ng it ud :  

24.54

26.00 m.

b ) A l t u r a Ht = 1 .2 5 (P +H o ) :  

2.22 

2.40 m.

8.13. Diseño de las Ventanas de Captación: a) Cálculo de la Captación Margen Derecha: Por tanteos usando la fórmula de Manning  −−−−− DATOS −−−−−

Caudal

se calcula el tirante y se busca el valor mas aproximado

:Q=

5.620 m³/s

Ancho de Solera

:b=

3.00 m

Talud

:Z=

Rugosidad

:n=

Pendiente

Tirante Normal

:S=

:Y=

0.0150 0.0025

y =

0.8300 m

A =

2.4900 m

2.4900 m²

P =

4.6600 m

4.6600 m

R =

0.5343 m

0.8300 m

Tirante que mas se aproxima

Area Hidraulica: Perimetro Mojado:

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

A= P=

Radio Hidraulico:

R=

0.5343 m

v =

2.1949 m

Espejo de Agua:

T=

3.0000 m

Q =

5.47 m

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Escuela Profesional de Ingeniería Civil

Velocidad:

v=

2.2570 m/s

Carga de Velocidad: hv = Energia Especifica:

E=

Numero de Froude:

F=

0.2596 m 1.090 m-Kg/Kg 0.7910

Calculo de bord e Libre .

0.28

BL = Yn /3 = 

Usaremos : 

m. 0.30 

B L = 

Resultados: 

B.L. 0.30 m. Yn 0.83 m. 3.00 m

b Díseño del Canal de Conducción: −−−−− DATOS −−−−−

Caudal

se calcula el tirante y se busca el valor mas aproximado

:Q=

5.620 m³/s

Ancho de Solera

:b=

1.50 m

Talud

:Z=

1.00

Rugosidad

:n=

0.0150

Pendiente

:S=

Tirante Normal

Area Hidraulica: Perimetro Mojado:

:Y=

0.0025 0.8500 m

A= P=

1.9975 m² 3.9042 m

Radio Hidraulico:

R=

0.5116 m

Espejo de Agua:

T=

3.2000 m

Velocidad:

v=

2.8135 m/s

Carga de Velocidad: hv = Energia Especifica:

E=

Numero de Froude:

F=

Tirante que mas se aproxima

y =

2.5500 m

P R v Q

= = =

4.7000 m

=

5.65 m

2.2174 m

Yn = 0.85 m³/s

1.253 m-Kg/Kg

1.50 m

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

0.5426 m

BL = 0.30m

0.4035 m

1.1370

0.8500 m

A =

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BL = Yn /3 =  Us arem o s :

0.28

m. BL =

 

0.30 m.

c ) T r an s i c i o n q u e u n i r a e l c an a l d e c a p t ac i o n y e l c a n a l d e c o n d u c c i o n :  

&

Qcaptación=

Remplazando :  Asumimos :

t = 0.00=m. NMA Lt de =operación8.570   nivel = Lt =  2.00 

5.620 m³/s t  

m.

h

h1

Yn Y2

a

Y1 = Cc*a

y para la época de estiaje (carga hidráulica a la altura del barraje). * La elevación del fondo del canal respecto a la razante en el río no debe ser menor que 0.30m, dependien * Para evitar que rocas de gran tamaño y cantidad de árboles que acarrea en épocas de crecidas ingresen a la captación, se propone la protección mediante un sistema de perfiles que irán fijos en un muro de concreto. * El eje de captación será perpendicular con el eje del río.

142.22msnm 141.6msnm

140.0msnm El cálculo hidráulico comprende en el dimensionamiento del orificio y conducto de salida y determina ción del gasto máximo de avenida. Ademas se diseñará la transición que une el canal de captación a la salida de la toma con el canal de conducción

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

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* Diseñaremos las compuertas para un nivel de operación (cota barraje fijo) * Se comprobará si el canal soportará conducir el caudal para máximas avenidas. Determinación de las dimensiones y el número de compuertas. Datos:  Velocidad de predimensionado: 0.7 - 1.0 m/s asumiendo v= 1.00m/s  escogiendo dimensiones de compuertas según manual de ARMCO " Escogemos: 54 x 54" a= 1.37   m. b= 1.37   m2. Acomp. =  1.88  m3/s. Qd is eño =  5.62  A d is eñ o =  5.62  m2 # comp. =  3.0  para: 3  compuertas v = 1.00   m/s. O.K. NMA =  nivel operación =  CFC =  CFR = 

142.22  141.75  140.60  140.00 

Verificación del func ionam iento 

F u n c i o n a c o m o v e r t ed e r o :  

s i h 1/a =< 1.4

Orificio 

s i h 1/a > 1.4

sumergido (Y2>Yn) libre (Y2 Yn , e n t o n c e s f u n c i o n a c o m o o r i f ic i o s u m e r g i d o   Cálculo d e long itud d e contrac ción (Lcc) 

L1 = a / Cc = Lr = 5*(Y2-Y1) = Lcc = L1 + Lr = asumimos:

0.323 2.650 2.973 Lcc = 3.00 

L1 Lr Lcc Lcc 

0.56 2.90 3.47 3.30 

     

Cálcu lo del tir ante no rmal 

Q= s= n= b= Q*n/(s^0.5) =

2.25 0.001 0.015 4.115   1.067  

Q Q*n/(s^0.5) Yn

1.07 0.506   0.4842 

 

para el nivel de operación se tiene que dejar pasar po r el canal de captación  m. el ca ud al d e di seño.

An álisis para máxim as aveni das 

Verificación del funcionamiento. a = 0.30  h1 = 1.62   m. Cv = Cv = Cd = Cd =

(asumido)

a

0.28 

0 .9 6 + ( 0. 09 7 9* a/ h 1)   0.98   m. Cv*Cc = Cv 0.62  0.62  

Cálc u lo d el tiran te Y1

Y1 = Cc * a

Y1 = 0.186  m. Cálc u lo d e h

h = h 1 - Y1

 

h = 1.43 m. 1.35 m3/s. 1.50  m3/s.

Cálculo d el gasto q ue pasa p or el orificio ( 1 comp . ) 

Cálcu lo del tirant e Y2:  Y2 = (-Y1 / 2) + ( ( 2 * Y1 * V1^2 / g )+ ( 0.25 * Y1^2 ) )^0.5  V1^2 = 2 * g * h  V 1 ^ 2 =   28.14 Cálculo del tirante no rmal en el canal de la v entana  m3/s.

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

Reemplazando: Y 2 = 0.94  

Q

1.87 

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.

Q = 1.50 m3/s. s = 0.001 n = 0.015  

Q*n/(s^0.5) = Q*n/(s^0.5) =

0.712  A*R^2/3

Yn 

0.357 

c o m o Y 2 > Y n , en t o n c e s f u n c i o n a c o m o o r i f i c i o s u m e r g i d o   Cálculo de long itud d e contrac ción (Lcc) 

0.484 3.790  4.274 Lcc = 4.50 

L1 = a / Cc =  Lr = 5*(Y2-Y1) =  Lcc = L1 + Lr =  asumimos: Cálcu lo del tir ante no rm al  Q= s= n= b= Q*n/(s^0.5) =

4.50   0.001 0.015 1.372   2.135  

Yn

2.232 

m.

En é po cas d e máxim as aven idas ten iend o las co mp uertas ab iertas a  pasa un caudal de: 

0.30 m. de alto

4.50 m3/s.

Cálculo de la abertura d e las com puertas para m áximas avenidas. a = Q / ( Cd * b * ( ( 2gh )^ 0.5 )  donde: Q = 0.75   Cd = 0.62 b = 1.37 h = 1.43 Altura de la ventana de cap tación  tiran te en m áx im as av en id as :

abriendo todas las compuertas de captación:

reemplazando en la formula a = 0.166

 

Yn = Y2 = Yn = Y2 =

tiran te en n iv el d e o p erac io n es :

 Adoptamos una altura de ventana de:

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

0.90 m.

0.357   0.94   0.484   0 .7 98  

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 DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD

NAL

Tierra

0.020

Roca cortada

0.025

Grava fina

0.024

Grava gruesa

0.028

Liso

0.000

Menor

0.005

Moderado

0.010

Severo

0.020

Gradual

0.000

0.028

0.010

0.000

Ocasionalmente  Alternamente Frecuentement Despreciable

0.005 0.010 - 0.015 0.000

Menor

0.010 - 0.015

 Apreciable

0.020 - 0.030

Severo

0.040 - 0.060

Baja

0.005 - 0.010

Menor

1.000

 Apreciable

1.150

Severa

1.300

n0+n1+n2+n3+n4+n5

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

0.000

0.038

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269.91 157.81 67.88

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Para la mayor parte de las condiciones los datos se pueden resumir de acuerdo con la forma mostrada en la figura relacionada a los ejes que pasen por la cima de la cresta.la porción q quede aguas arriba del origen se define como una curva simple y una tangente o como una curva circular compuesta. La porción de aguas abajo está definida por la ecuación: Y   H o

   X        Kx  H o  

n

En la que K y n son constantes cuyos valores dependen de la inclinación de aguas arriba y de la velocidad de llegada .En la figura da valores de estas constantes para diferentes condiciones.

FIGURA 1-C

FIGURA 2