Diseño de Altura de Barraje-Gony

 

DISEÑO DE ALTURA DE BARRAJE Altura del Barraje Vertedero La altura del barraje vertedero está orientada a elevar o mantener un nivel de agua en el río, de modo tal que, se pueda derivar un caudal hacia el canal principal o canal de derivación. También debe permitir el paso de agua excedente por encima de su cresta. Es lógico que el nivel de la cresta dé Ia carga suficiente para derivar el caudal diseñado para irrigar las tierras servidas  por la bocatoma. bocatoma. De acuerdo a la figura 12 se puede definir que la cota Cc de la cresta del barraje vertedero será:

Cc = Co + ho + h + 0.20 (en metros) (3.17) Donde Co : cota del lecho detrás del barraje vertedero (del plano topográfico)

h : altura que necesita la ventana de captación para poder captar el caudal de derivación Qd (asumir que funciona como vertedero.) .20m. Sumando de seguridad con el fin de corregir efectos de oleaje y de coeficientes de la fórmula, pudiendo ser mayor de ser posible. V

VENTANA DE CAPTACIÓN La captación de agua se realiza mediante una abertura llamada ventana de captación debido a que se encuentra a una altura de 0.60 m. del piso del canal de limpia como mínimo. Sus dimensiones son calculadas en función del caudal a derivar y de las condiciones económicas más aconsejables. Para dimensionar la ventana de captación se debe tomar en cuenta las siguientes recomendaciones: Ho: altura para evitar ingreso de material de arrastre; se recom recomienda ienda 0.60 m. como mínimo. Otros recomiendan ho > H/3, aunque es obvio que cuanto mayor sea ho menor Será el ingreso de caudal sólido. h : altura de la ventana de captación; es preferible su determinación por la formula de vertedero:

 

Q = c. L. H 3/2

Donde: Q : caudal a derivar más caudal necesario para operación del sistema de purga. C : coeficiente de vertedero, vertedero, en este caso 1.84 L : longitud de ventana que por lo general se asume entre 3 a 4 m. En conclusión; los parámetros de la ventana de captación están íntimamente relacionados, pero siempre es necesario tener en cuenta el factor económico en el diseño.

ESTRUCTURAS DE DISIPACIÓN Coma producto de la carga de posición ganada por colocación de la cresta del vertedero de derivación a una altura sobre el lecho del río, se genera una diferencia diferencia entre el canal antiguo y la zona del bocal, que es necesario controlar mediante la construcción de una estructura de disipación (ver figura 26). Esta estructura por lo general tiene un colchón o poza disipadora, que  permite disipar dentro de la longitud longitud de la poza de energía ciné cinética tica adquirida del flujo y así salir hacia el canal de derivación un flujo más tranquilo. 

 

MUROS DE ENCAUZAMIENTO Son estructuras que permiten encauzar el flujo del río entre determinados límites con el fin de formar las condiciones de diseño pre-establecidas pre-establecidas (ancho, tirante, remanso, etc.; ver figura 28). Estas estructuras pueden ser de concreto simple a de concreto armado. Su dimensionamiento está basado en controlar el posible desborde del máxima nivel del agua y evitar también que la socavación afecte las estructuras de captación y derivación. En lo referente a la altura de coronación que estas estructuras deben tener, se recomienda que su cota superior esté por lo menos 0.50 m por encima del nivel máximo de agua. Con respecto a su cota de cimentación, se recomienda que ésta debe estar por debajo o igual a la  posible profundidad de de socavación socavación (ver diques diques de encauzamiento). encauzamiento). Con la altura definida se puede dimensionar los espesores necesarios para soportar los esfuerzos que transmiten el relleno y altura de agua; es práctica común diseñar al volteo, deslizamiento y asentamiento.

ESPESOR DISIPADOR

DEL

SOLADO O COLCHÓN

Para resistir el efecto recomendable recomenda ble que el espesor que soporte el

de la supresión es colchón disipador tenga un empuje que ocasiona la

subpresi6n.

(Verfigura16)

 

APLICACIÓN

CARACTERISTICAS HIDRÁULICAS DEL RÍO:  

Caudal de Máxima Avenidas

:

3134,57 m3/s

 

Caudal en Época de Estiaje

:

24, 25 m3/s

 

Talud de márgenes del río (Z)

:

0

 

Ancho de Cauce B

:

252.00 m

 

Pendiente del Río So (%)

:

0.6 %

1. PARA CONDICIÓN EN ESTIAJE:   

Caudal que pasa por el barraje fijo (Qb):  

El caudal en estiaje menos el caudal que se captara por la ventana: Qb = 0.15 – 0.00321 = 0.14579 m3 /seg  

Cota del canal derivador (Zc):

Zc = 327.00 msnm.

0.146 m3 /seg 

 

 

Altura del Barraje (P): 

Carga sobre el vertedero: He =  Q.d    Cd . L 

2/3

= [0.0032/(2.4x168)]2/3 = 0,13 m  Aplicando la Ec. de Energía Energía en el canal de derivación y el río (0):

E rio = E canal + Σh  Zc + Yc + Vc²/ 2g = Zrio + P + He + Σh  327.00 +0.92 + [(3)2/(2x9.81)]

= 325 + P + 0.13 + 0.25

P = 3.60 m

2. DISEÑO DE LA L A POZA DISIPADORA (BARRAJE FIJO)  PARA CONDICIÓN EN MAXIMA AVENIDA  Carga sobre el vertedero: He =

 Q.d    Cd . L 

2/3

= [2089.71/(2.4x168)]2/3 = 2.99 m

Hallando Hv , Hd y h 0-1

Hv = V0² / 2g

He = Hd + Hv

 

Hv =

 

2089.712 1682 x(  Hd  3.60 )2 2 x9.81

Hv = 2.99 – Hd

De las Ecuaciones a y b obtenemos:

 

..... (a)

…. (b) Hd = 2.80m

Hv = 0.19m 

h0-1 = 0.1( V0² / 2g ) = 0.1 Hv = 0.1x 0.19 = 0.019 m

- Hallando tirantes conjugados y profundidad de poza   Aplicando la Ec. de Energía Energía entre  y : Zr + P + He = (Zr - r) + Y1  + V1² / 2g + h0-1  Zr + 3.60 + 2.99 = (Zr - r) + Y1 + (2089.712 /(( 168 y 1)² (2x 9.81)) + 0.019 Y1  + (7.886 / Y1²) - r = 6.571

…. (1) 

 

Tirantes conjugados:

Y 1

Y 2  -Y 1 / 2   

4

2



2V 1 Y 1

Y 2  -Y 1 /  2 

 g 

… (2)  Condición de resalto sumergido:

Y 1 4



31.54 Y 1

Yn + r > Y2

Dando valores a r , si Y n = 3.22 m

r  

 Y1 

 Y2 

Condición  Yn + r   Resalto

0.50 1.15 4.69 >

3.72

Alargado

1.00 1.10 4.83 >

4.22

Alargado

1.50 1.06 4.95 >

4.72

Alargado

2.00 1.02 5.07 <

5.22

Sumergido

Entonces:

r = 2.00 m

Y1 =1.02 m

Y2 = 5.07 m

- Longitud de Poza de Disipación (L):  L = 4.5 (y (y2 2 - y1)

 



L = 4.5 (5.07 - 1.02) = 18. 18.23 23 = 18.50 m

3. VENTANA DE CAPTACIÓN  Q = 5,5 m 3/ sg  A) Como Orificio: 

Q = Cd x A x √2gxhL   Calculo Cd : Re  

V x D    

V = 1.5 m / sg D = Mínima dimensión del orificio : 1.5 m

 

v = Viscosidad cinemática del agua: 1 x 10 -6  Re  

1.5 x 1.5 1 x10

 _ 

   2.25 x10 6 

6 

Para Re > 1 x 10 5 se tiene. Cv = 0.99 Cc = 0.605 Cd = 0.60  A  

Q

Cd  2 g  x hL 

hL = 1.2  –  H / 2

 A  

Q

       Cd  2 x9.81(1.9  H / 2     

        

)   

Como velocidad máxima de ingreso a la ventana ≤1.5 m/ sg   se optara dimensiones que se aproximen a esta velocidad. B = 3.00 m

B

H = 0.76 m = 0.80 m

3.00 0.76 0.82 2.40

h L= 0.82 m

2.50 1.00 0.70 2.20

V = 2.30 m/sg

B) Como Vertedero: 

Q.  2 / 3 ) Cd   x  B  

 He  ( 

He = [5.5/(2.4x3.00)]2/3

He = 0.84 m

Hd = He – Hv = 0.84 – [(2.40)2/(2 x 9.81)]

H

hL 

V

 

Hd = 0.55 m

Perdidas en Ventana:  * Perdidas de entrada : Pe = ke x Hv

Ke = 0.23 (Aristas redondeadas)

2

Hv = ( 2.4 )/(2 x 9.81) Pe = 0.23 x 0.30

===> ===>

Hv = 0.30 m Pe = 0.068 m

* Perdidas en rejillas:  Pr = K ( t /b )4/5 x senФ x h v K = 1.79 Pr = 1.79 ( 0.5 / 2 )4/5 x sen 75 x 0.30 Pr = 0.17 HD1 = 0.55+ (0.068 + 0.17 ) HD1 = 0.79 m Y = 2.79 ≈ 2.80 m   Área Real de la ventana:

T = 0.5 “ = 0.0125 m  B = 2.0 “ = 0.05 m   nº barrotes = 59 B real = 3 + 59 x 0.0125 = 3.75 m  A real = 3.75 x 0.8  A real = 3.00 m2 

4.-MURO DE ENCAUZAMIENT ENCAUZAMIENTO O  PARA CONDICION DE MAXIMA EFICIENCIA  Condiciones Hidráulicas del río: f = 252 m

,

I = 0.006

Qd = 3134.57 m3/s

 

Z=0  Aplicando según Manning: Manning: Si f = ma an  = 3.20 m (Tirante)

V = 3.86 m/s

Tirante Critico: 2

2 /3

2

2 1/3

ac =

(Q / gb )  = (3134.57 / 9.81x252 )  = 2.50 m Tipo de circulación o regimen: an = 3.20 m > ac =  2.50 m

(Régimen Río)

Tirante mayor sobre el barraje: Y = altura del barraje+ hd Y = 3.60 + 2.80 = 6.40 m