balance hidrico.xlsx

BALANCE HIDRICO

OBRA :"REPRESAMIENTO DE LA LAGUNA MANCAN

CLIENTE : UNASAM

UBICACIÓN :LAGUNA MANCAN

FECHA : FEBRERO DEL 2014

1.- DATOS HIDROLOGICOS: CUADRO N° 1 BALANCE HIDRICO N° 2

VF=Vi+A-E

TRIMESTREAPORTE

DEDUCCIONES ÁREA (M2) VOLUMEN (M3) COTAS (m.s.n.m.)EVAPORACION REQ. RIEGO INICIO FIN INICIO FIN INICIO FINmm M3 M2 M2 m.s.n.m. m.s.n.m.

SEPTIEMBRE 15245 65.32 5505.354 0 84282.82 85079.16 0.00 9739.65 4359.40 4359.51OCTUBRE 28450 72.32 6152.925 0 85079.16 87385.11 9739.65 32036.72 4359.51 4359.77NOVIEMBRE 41328 76.32 6669.232 0 87385.11 88945.24 32036.72 66695.49 4359.77 4360.16DICIEMBRE 57450 63.32 5632.013 0 88945.24 92030.71 66695.49 118513.48 4360.16 4360.73ENERO 72425 58.32 5367.231 0 92030.71 95925.01 118513.48 185571.25 4360.73 4361.44FEBRERO 71487 59.78 5734.397 0 95925.01 100091.66 185571.25 251323.85 4361.44 4362.12MARZO 69320 53.32 5336.887 0 100091.66 103069.60 251323.85 315306.96 4362.12 4362.75ABRIL 54351 47.55 4900.960 0 103069.60 105235.92 315306.96 364757.00 4362.75 4363.23MAYO 51325 45.52 4790.339 0 105235.92 107134.63 364757.00 411291.66 4363.23 4363.66JUNIO 11320 65.29 6994.820 140749.471 107134.63 84282.82 411291.66 274867.37 4363.66 4362.35JULIO 6320 68.89 5806.243 140749.471 84282.82 84282.82 274867.37 134631.66 4362.35 4360.91AGOSTO 11120 59.35 5002.185 140749.471 84282.82 84282.82 134631.66 0.00 4360.91 4359.40TOTAL 490,141 735.3 422,248

REQ=Vi+A-E NAM = 4359.40 m.s.n.m.140749.471 NANE = 4363.66 m.s.n.m.

VOL. PRESA = 411,291.66 M32.- DATOS TOPOGRAFICOS:

CUADRO ÁREA VOLUMEN - ALTURACUADRO N° 2

COTA ÁREA VOLUMEN VOL. ACUM.M2 M3 M3

4359.4 84,282.82 0.00 0.004360 88,521.51 51,841.30 51,841.304361 93,479.32 91,000.41 142,841.714362 98,897.88 96,188.60 239,030.314363 104,246.93 101,572.40 340,602.714364 108,974.38 106,610.65 447,213.374365 113,807.96 111,391.17 558,604.534366 118,799.43 116,303.69 674,908.23

3.- CALCULOS HIDRAULICOS:CALCULO DEL NAME:

Cálculo de la altura H:

donde:9.8 m3/seg (caudal de descarga)

C = 2.20 H = 0.37 mL = 20.00 m (asumido según topografia) H = 0.40 m

Reemplazando:

NAME = NANE + H NAME = 4364.06 m

CALCULO DEL BORDE LIBRE

A.

Donde:H = Altura máxima de diseño (m)

Hv = Distancia vertical entre elevaciones de la sección de control y el fondo del cauce del arroyo (m)

Hd = Carga hidraulica sobre el vertederoHo = Altura máxima de olas (m)HL = Altura libre

Hcauce = Para 5 000 m3 (volumene muerto)-asumido para pequeñas presas la altura equivalente sera de 0,05 m; que es insignificante para el diseño.

Hcauce = H (NAM)

Resolviendo:

Hv = NANE - NAM = 4363.66 - 4359.4 Hv = 4.26 m

Hd = H Hd = 0.40 m

Calculo de Ho:

V = 50.00 km/h = 31,07 millas/h (velocidad del viento) Ho = 0.14 mF = 0.591 km (fetch)

M3 (A) M3 (E) M3 (Vi) M3 (Vf)

Q =

SEGÚN: "Manual para proyectos de pequeñas obras hidraulicas para riego y abrevado" universidad de Chapingo Mexico

Calculamos el HL:

2/3.. HLCQ

LODV HHHHH

FVHO ).068.0.005.0(

G15

area en la cota mas baja

I15

NO HAY AGUA PRESA VACIA

K15

COTA MAS BAJA (NAM)

L15

SE OBTIENE INTERPOLANDO EN CUADRO AREA-VOL

F24

ITERAR TOMANDO EL VALOR EN F22 HASTA QUE LLEGUE A CERO EN J19 (PRESA VACIA)

B26

OPERACIÓN DE USO

L26

COTA MAS BAJA QUE LLEGA CUANDO ESTA VACIA

0.46 m (asumido)HL =

Entonces:H = 4.26 + 0.4 + 0.14 + 0.46 H = 5.26 m

Calculo del borde libre:

(altura de olas + seguridad)

BL = 0.60 m

ELEVACIÓN DE LA CORONA

Elevacion NANE = 4363.66 m.s.n.m.Hd = 0.40 mBL = 0.60 m

Elevación de la Corona = 4364.66 m.s.n.m.

B.

Donde:HBL = Dist. vert. entre la corona del terraplen y la sup. de agua del vaso en (NAME)Hv = Amplitud del oleage generado por el vientoHr = Altura de rodamiento de las olas sobre el talud aguas arriba

ΔH = Asentamiento máximo de la coronaHs = Margen de seguridad

Datos:V = 50.00 km/h (velocidad del viento)F = 0.591 km (fetch)

Calculo de Hv:

Hv = 69.92 cm

Calculo de Hr:

Hr = 27.97 cm

NOTA:Braja M. Das, "FUNDAMENTOS DE INGENIERIA GEOTECNICA", pag. 84 - Tabla 4.1

K = 0.000001 (para material CL de plasticidad media) ΔH = 0.28 cmH = 526.00 cm Altura de la presa

Hs = (NAME - NANE)/3 Hs = 0.13 mHv = 69.92 cmHs(min) = 60.00 cm

Entonces:HBL = 69.92 + 27.97 + 0.28 + 0.13 HBL = 98.30 cm


Elevación NAME = 4364.06 mHBL = 0.98 m


C.

Datos:V = 50.00 km/hF = 0.591 km

HL = 0.14 cm

BLA = 0.21 cm

Por lo tanto:BL = 0.35 m

ELEVACIÓN DE LA CORONA.

Elevación de NAME = 4364.06 mBL = 0.35 m


CONCLUSIÓN:

Altura de Elevación de la Corona = 5.60 m Elevación de la Corona = 4365.0 m.s.n.m.

BL = Ho + HL

SEGÚN: "Memorias del seminario diseño de presas de tierra". UNI - FIC - CISMID

Calculo de ΔH:

cm-1

Calculo de Hs

SEGÚN: "PredimenSionamiento y estimación de costos de obras de presas a nivel preliminar" CIDIAT

Calculo de HL:

Calculo de BLA:

49.267622.3 FVFHv

2KHH

(0.005 0.068)HL V F

HBL Hv Hr AH Hs

0.4Hr Hv

BL HL BLA

1.5BLA HL

DIMENSIONES DEL ANCHO DE CORONA

A. De acuerdo a la referencia Nº 1:

W = Ancho de la cresta (pies)Z = Altura de la presa (pies)

Z = 5.60 m = 18.37 pies

W = 13.67 pies = 4.17 m

B.

Hasta 12 m de altura, una altura mínima = 3.00 m

Asumimos : 4.00 m

C. Según G. Post - P. Lande :

B = Ancho de la corona (m)H = Altura de la presa (m) = 5.60 m

B = 3.9 m

Finalmente tomamos:

ANCHO DE CORONA = 3.00 m

CONCLUSIONES

ELEVACIÓN DE LA CORONA:

ELEVACION DE LA CORONA = 4365.0 m.s.n.m.

ANCHO DE LA CORONA:


Según referencias Nº 5: (para anchos mínimos de corona)

HB .65.1

12105

Z

W

1.- DATOS HIDROLOGICOS: BALANCE HIDRICO N° 2

VF=Vi+A-E

TRIMESTREAPORTE


SEPTIEMBRE 92754 165 19207.210 0 116407.34 120281.58 0.00 73546.79 4402.00 4402.62OCTUBRE 85235 174 20928.996 0 120281.58 123600.71 73546.79 137852.79 4402.62 4403.15NOVIEMBRE 118874 152 18787.308 0 123600.71 128558.08 137852.79 237939.49 4403.15 4403.94DICIEMBRE 175213 183 23526.128 0 128558.08 134774.40 237939.49 389626.36 4403.94 4405.10ENERO 208243 175 23585.519 0 134774.40 141377.78 389626.36 574283.84 4405.10 4406.44FEBRERO 199425 125 17672.223 0 141377.78 147066.54 574283.84 756036.62 4406.44 4407.71MARZO 135825 126 18530.385 0 147066.54 150878.63 756036.62 873331.23 4407.71 4408.54ABRIL 99850 132 19915.979 0 150878.63 152857.97 873331.23 953265.25 4408.54 4409.04MAYO 89652 114 17425.808 0 152857.97 154726.86 953265.25 1025491.44 4409.04 4409.49JUNIO 65421 85 13151.783 382559.032 154726.86 145408.78 1025491.44 695201.63 4409.49 4407.34JULIO 50325 139 20211.821 382559.032 145408.78 136479.91 695201.63 342755.78 4407.34 4405.20AGOSTO 65325 187 25521.744 382559.032 136479.91 116407.34 342755.78 0.00 4405.20 4402.00TOTAL 1,386,142 1757 1,147,677 1147677.09476938


VOL. PRESA = 1,025,491.44 M32.- DATOS TOPOGRAFICOS:



4402 116,407.34 0 04403 122,705.24 119556.29 119556.294404 128,861.34 125783.29 245339.584405 134,252.72 131557.03 376896.614406 139,187.89 136720.30 513616.914407 143,786.23 141487.06 655103.974408 148,228.59 146007.41 801111.384409 152,584.51 150406.55 951517.944410 156,916.85 154750.68 1106268.624411 161,174.02 159045.44 1265314.054412 164,967.09 163070.55 1428384.61





Reemplazando:



A.





Hcauce = H (NAM)

Resolviendo:

Hv = NANE - NAM = 4409.5 - 4402 Hv = 7.50 m

Hd = H Hd = 0.40 m

Calculo de Ho:


0.591 km

0.46 m (asumido)

Entonces:H = 7.5 + 0.4 + 0.14 + 0.46 H = 8.50 m

M3 (A) M3 (E) M3 (Vi) M3 (Vf)

Q =


Calculamos el HL:

HL =

2/3.. HLCQ

LODV HHHHH

FVHO ).068.0.005.0(

G8


I8


K8

COTA MAS BAJA (NAM)

L8


F17


B19

OPERACIÓN DE USO

L19




BL = 0.60 m




B.

Donde:HBL = Dist. vert. entre la corona del terraplen y la sup. de agua del vaso en (NAME)Hv = Amplitud del oleage generado por el vientoHr = Altura de rodamiento de las olas sobre el talud aguas arribaΔH = Asentamiento máximo de la coronaHs = Margen de seguridad


Calculo de Hv:

Hv = 69.92 cm

Calculo de Hr:

Hr = 27.97 cm








C.

Datos:V = 50.00 km/hF = 0.591 km

HL = 0.14 cm

BLA = 0.21 cm





CONCLUSIÓN:

BL = Ho + HL


Calculo de ΔH:

cm-1

Calculo de Hs


Calculo de HL:

Calculo de BLA:

49.267622.3 FVFHv

2KHH

(0.005 0.068)HL V F

HBL Hv Hr AH Hs

0.4Hr Hv

BL HL BLA

1.5BLA HL




Z = 8.90 m = 29.20 pies

W = 15.84 pies = 4.83 m

B.


Asumimos : 4.00 m



B = 4.9 m

Finalmente tomamos:


CONCLUSIONES



ANCHO DE LA CORONA:



HB .65.1

12105

Z

W

1.- DATOS HIDROLOGICOS: BALANCE HIDRICO N° 3

VF=Vi+A-E

TRIMESTREAPORTE


SEPTIEMBRE 92754 165 20246.365 0 122705.24 126253.92 0.00 72507.63 4403.00 4403.58OCTUBRE 85235 174 21968.182 0 126253.92 129270.79 72507.63 135774.45 4403.58 4404.08NOVIEMBRE 118874 152 19649.160 0 129270.79 133446.27 135774.45 234999.29 4404.08 4404.84DICIEMBRE 175213 183 24420.668 0 133446.27 138889.41 234999.29 385791.62 4404.84 4405.94ENERO 208243 175 24305.646 0 138889.41 144897.12 385791.62 569728.98 4405.94 4407.24FEBRERO 199425 125 18112.140 0 144897.12 150342.77 569728.98 751041.84 4407.24 4408.48MARZO 135825 126 18943.189 0 150342.77 153898.97 751041.84 867923.65 4408.48 4409.28ABRIL 99850 132 20314.664 0 153898.97 155929.43 867923.65 947458.99 4409.28 4409.77MAYO 89652 114 17775.955 0 155929.43 157830.14 947458.99 1019335.03 4409.77 4410.21JUNIO 65421 85 13415.562 379879.197 157830.14 149013.87 1019335.03 691461.27 4410.21 4408.14JULIO 50325 139 20712.928 379879.197 149013.87 142459.64 691461.27 341194.15 4408.14 4406.07AGOSTO 65325 187 26639.953 379879.197 142459.64 122705.24 341194.15 0.00 4406.07 4403.00TOTAL 1,386,142 1757 1,139,638


VOL. PRESA = 1,019,335.03 M32.- DATOS TOPOGRAFICOS:



4403 122,705.24 0 04404 128,861.34 125783.29 125783.294405 134,252.72 131557.03 257340.324406 139,187.89 136720.30 394060.624407 143,786.23 141487.06 535547.684408 148,228.59 146007.41 681555.104409 152,584.51 150406.55 831961.654410 156,916.85 154750.68 986712.334411 161,174.02 159045.44 1145757.774412 164,967.09 163070.55 1308828.32





Reemplazando:



A.





Hcauce = H (NAM)

Resolviendo:

Hv = NANE - NAM = 4410.2 - 4403 Hv = 7.20 m

Hd = H Hd = 0.40 m

Calculo de Ho:


0.46 m (asumido)

Entonces:H = 7.2 + 0.4 + 0.14 + 0.46 H = 8.20 m

M3 (A) M3 (E) M3 (Vi) M3 (Vf)

Q =


Calculamos el HL:

HL =

2/3.. HLCQ

LODV HHHHH

FVHO ).068.0.005.0(

G8


I8


K8

COTA MAS BAJA (NAM)

L8


F17


B19

OPERACIÓN DE USO

L19




BL = 0.60 m




B.

Donde:HBL = Dist. vert. entre la corona del terraplen y la sup. de agua del vaso en (NAME)Hv = Amplitud del oleage generado por el vientoHr = Altura de rodamiento de las olas sobre el talud aguas arriba

ΔH = Asentamiento máximo de la coronaHs = Margen de seguridad


Calculo de Hv:

Hv = 69.92 cm

Calculo de Hr:

Hr = 27.97 cm








C.

Datos:V = 50.00 km/hF = 0.591 km

HL = 0.14 cm

BLA = 0.21 cm





CONCLUSIÓN:


BL = Ho + HL


Calculo de ΔH:

cm-1

Calculo de Hs


Calculo de HL:

Calculo de BLA:

49.267622.3 FVFHv

2KHH

(0.005 0.068)HL V F

HBL Hv Hr AH Hs

0.4Hr Hv

BL HL BLA

1.5BLA HL




Z = 8.60 m = 28.22 pies

W = 15.64 pies = 4.77 m

B.


Asumimos : 4.00 m



B = 4.8 m

Finalmente tomamos:


CONCLUSIONES



ANCHO DE LA CORONA:



HB .65.1

12105

Z

W

RESULTADOS DEL BALANCE HIDRICO

B.H.1 B.H.2 B.H.3NAM 4359.40 4402.00 4403.00

NANE 4363.66 4409.50 4410.20

NAME 4364.06 4409.90 4410.60

CORONA 4365.00 4410.90 4411.60

H(m) 5.26 8.50 8.20

Volumen represado (m3) 411292 1025491 1019335

LOS VALORES PARA EL DISEÑO DEL PROYECTO SERAN DEL B.H.2:

NAM 4402.00NANE 4409.50NAME 4409.90

CORONA 4410.90

Por ser los valores mas óptimo, tiene la menor altura con un mayor volumen represable.

DISEÑO DEL ALIVIADERO LATERAL

Criterios de Diseño:

hasta el nivel maximo de su caja hidraulica o hasta el nivel que ocupa en el canal con una caudal de maxima avenida.

teóricamente a uno 10 cm encima del tirante normal.

Cálculo de las Cotas:a). APLICANDO LA FORMULA DE MANING

Datos Iniciales para el diseño:Q = 10.50 m3/seg. P/H=2.5L = 20.00 m. H= 0.40 m.s = 3% (Asumido con un criterio de diseño) P= 1.00 m.

CALCULO DE CAUDAL UNITARIO:Q uni. = Q / L

Q uni. = 0.53 m3/seg/m

0.53 m3/seg.S = 3%n = 0.013 (Para Concreto)Bi = 1.00 (ancho del canal, Asumido al inicio del vertedero)

4408.1

0.17 mhi= 0.40 m

1.- El caudal de diseño de un vertedero se puede establecer como aquel caudal que circula en el canal por encima de su tirante normal,

2.- El vertedero lateral no permite eliminar todo el excedente de caudal, siempre quedará un excedente que corresponde

3.- La altura del vertedero o diferencia entre la cresta de éste y el fondo del canal corresponde al valor de Yn.

4.- Para dimensionar el vertedero existen una gran variedad de fórmulas; para el trabajo se hará uso de la fórmula de MANING

1) Cálculo de Yn para QinicialQinicial =

Yn(inicial) =

bYA *bbP 2

3/2

2/13/5

PnSAQ

P

H

0.15 B 0.15

Yn

h

0.50b

10.50 m3/seg.s = 3%n = 0.013 (Para Concreto)Bf= 3.00 (ancho del canal, Asumido al final del vertedero)

0.50 mhf= 1.00 m

PERFIL LONGITUDINAL DEL ALIVIADERO: cotas de fondo

NANE= 4409.50 msnmH= 0.40 m

H2= 2.40 m4409.90 NAME

0.40NANE

1.00

1.00

4408.10 0.40

4407.50 3%

Ecuación de CimaseoComo H = 0,40 m

Tabulando:X 0 0.04 0.08 0.09 0.1 0.13 0.16 0.19 0.22 0.25 0.28 0.31 0.34Y -0.01266391 -0.0101844 -0.01266390529808 -0.0153893 -0.0153893 -0.0250043 -0.0367148 -0.050456 -0.0661761 -0.08383165 -0.1033859 -0.124807 -0.148066

2) Cálculo de Yn para QfinalQfinal =

Yn(final) =

22

1

𝑦= −〖 0.50 𝐻𝑜 (𝑥/𝐻𝑜)〗^1.85

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

-0.16

-0.14

-0.12

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

Row 104

DISEÑO Y CALCULO DEL POZO DE DISIPACION

1.-DatosCaudal de descarga: Q 10.50 m3/seg 35.3145 = 370.80 pie3/segAncho del Aliveadero: B 3.00 3.2808 = 9.84 pieCaudal Unitario: q = Q/B = 37.67 pie3/seg*piePerdida: α = 20%

Carga Total: Ht = 4407.50 - 4402.23 - 1.00

Ht = 4.27 m = 14.01 pie

2.0.-Calculo y Diseño:2.1.-Del nomograma Fig. 208 Bureau of Reclamation:

con:q = 37.67 pie3/seg*pieα = 0.20Ht = 14.01 pie

7.9= 2.39271 m.

2.2.-Recalculamos Ht:

Ht = 4407.50 - 4402.23 - 2.39 mHt = 2.88 m = 9.44 pie

2.3.-Del nomograma Fig. 208 Bureau of Reclamation:Con:

q = 37.67 pie3/seg*pieα = 0.20Ht = 9.44 pie

7.1 = 2.16


Ht = 4407.5 - 4402.23 - 2.16 mHt = 3.11 m = 10.19 pie



Cota Aliviadero - Cota piso estanque - d2inicial

Encontramos d2 = Tirante conjugado =

Encontramos d2 =

B5

ANCHO DE LA SECCION DE CONTROL

G9

COTA DE FONDO AL FINAL DEL ALIVIADERO-SECCION DE CONTROL

J9

COTA AL FINAL DE LA RAZANTE

M9

VALOR ASUMIDO PARA LA ITERACION

7.25 = 2.21


Ht = 4407.5 - 4402.23 - 2.2 mHt = 3.06 m = 10.04 pie



7.25 = 2.21


Ht = 4407.5 - 4402.23 - 2.21 mHt = 3.06 m = 10.04 pie

2.7.-Velocidad Abajo del resalto:

=10.50 m3/seg

1.58 m/seg = 5.20 pie/seg3.00 2.21 m

2.8.-Del nomograma Fig. 204 Bureau of ReclamationCon:

7.25 pie

5.20 pie/seg

Encontramos:1.45 pies = 0.44 m

27.00 pie/seg = 8.23 m/s

2.9.-Número de Froude

Calculando tenemos: F = 5.15

.10.-Como el numero de Froude es mayor que 4.5 se decide emplear el estanque Tipo II.

La velocidad de llegada debe ser menor a: 50 pies/seg.

Encontramos d2 =

Encontramos d2 =

V2 =

d2 =

V2 =

Tirante aguas arriba resalto d1 =

Velocidad aguas arriba resalto V1 =

1

1

gd

VF

22.

QV

B d

.11.-Del nomograma Fig. 206 Bureau (D) longitud del resalto

Con: F = 5.15

Encontramos:2.30 m/m

Longitud del : 2.35

resalto 2.35 2.21

5.19

.12.-Del nomograma Fig. 206 Bureau:(C) Altura de los bloques

Con: F = 5.15

Encontramos:

1.5 m/m

Altura del 1.50

bloque 1.50 0.44

amortiguado 0.66

Encontramos:

1.30 m/m

.

Altura del 1.30

bloque 1.30 0.44

amortiguado 0.6

.13.-Se procede a dimensionar el estanque con la Fig. 206 Bureau

(A) Dimensiones del estanque Tipo II:

Resumen de datos con lo cuales dibujaremos el plano de la poza

medidas estandar:d2 = 2.21 m 2.20 md1 = 0.44 m 0.40 mh3= 0.66 m 0.70 mh4= 0.57 m 0.60 m

LII = d2

LII =

LII =

h3= d1

h3=

h3=

h4= d1

h4=

h4=

2d

L II

1

3

d

h

1

4

d

h

xx

x

x

xx

5.19 m 5.20 mLII = L2 =

DISEÑO DE LA RAPIDA

USANDO EL SOFTWARE HCANALES TENEMOS:

balance hidrico.xlsx

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