Diseo Hidralico

DISEO DE BOCATOMADATOS HIDROLOGICOS.- Para un Periodo de Retorno de 50 Aos

Q max=11.500 m/sQ medio=3.000 m/sQ minimo=1.200 m/sCAUDAL DE DERIVACION

Este caudal depende de las reas a irrigar, el proyectoCAUDALque asimismo ser descrito de la informacion basica:(m3/s)2.48

CLCULO DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD:

1.-Valor basico de arena para cauce arenoso0.0142.-Incremento por el grado de Irregularidad (poco irregular)0.0053.-Incremento por el cambio de dimenciones ocasionales 0.0054.-Aumento por Obstrucciones por arrastre de raices0.0005.-Aumento por Vegetacion0.008n =0.032

DETERMINACIN DE LA PENDIENTE DEL LUGAR DE ESTUDIO:

El calculo de la pendiente se ha obtenido en el perfil longitudinal, esta pendiente est comprendida entre los tramos del kilometraje :0.0

15.200.000+4350.0000+

Ancho de plantila (B) =10.00mS=0.349%

Talud (Z) =4

CaudalCotaQ mx11.500 m/s90.70Q medio3.000 m/s89.34Qmn1.200 m/s89.05

CLCULO DE CAPTACIN:

Clculo de Captacin:Margen DerechaBL

YnbRemplazamos estos valores, tenemos que:Asumimos un valor de:b =1.70 mCaudalQ =2.480 m3/sPendienteS =0.001Revestimiento concreton =0.014rea A =b * Yn =1.700PermetroP =b + 2Yn =3.7Q * n / (S^0,5) = A * (R^2/3) = [A^5/3] / [P^2/3]1.0979.=[(b+Yn)^5/3] / [(b+2Yn)^2/3]1.0979.=1.0122OK!Iterando:Yn =1.00 m0

Yn =1.00 mCon este valor reemplazamos en la frmula y se tiene:Area (m2) =1.700 m2Permetro (m) =3.700 mRad. Hidra. (m) =0.46 mVelocidad =1.46 m/sSubcrticohv =0.11 mE = Yn + hv =1.11 m

Clculo del borde Libre:BL = Yn / 3 =0.3Usaremos:BL =0.30 mResultados:BL0.30 m

Yn1.00 m

b = 1.70 mDiseoa del Canal de Conduccin:TBL

Yn

b

Adoptamos:Q =2.480 m3/sZ =1.00b =1.70 mn =0.014S =0.001Q * n / (S^0,5) = A * (R^2/3) = [A^5/3] / [P^2/3]

Del grfico tenemos:A =(b + zy)yP =b + [2*Yn*(1+Z^2)^0,5]

1.0979.=0.1119ok

Iterando:Yn =0.20 m1.0

Yn =0.20 m

Con este valor reemplazamos en la frmula y se tiene:

Area (m2) =0.380Permetro (m) =2.266Rad. Hidra. (m) =0.168Velocidad =6.526Subcrticohv =2.171E = Yn + hv =2.371

Clculo del Borde Libre:BL = Yn / 3 =0.067

Usaremos:BL =0.10 m

Comparando Datos en el Programa Hcanales

Resultados:

T =1.10 mBL =0.10 m

Yn =0.20 m

b=1.70 m

Transicin que unir el canal de captacin y el canal de conduccin:

TQ captacin = 2.48 m3/stbarraje

Lt

Longitud de Transicin:Para =11Ctg =4.51

Lt = (T - T') * Ctg 12,5 / 2

Donde:T =1.10 mT' =1.70 m

Remplazando:Lt =-1.35 m

Asumimos:Lt =-1.40 m

BarrajeMixtoBARRAJE MIXTO (Se calculara el caudal en: Canal de limpia y en Aliviadero)Cotas y Alturas de Barraje:a). Determinacin de la Cota de Fondo del Canaldonde:CFC =cota de fondo de la razante del canal de captacinCFR =Cota del fondo de rasanteCFC = CFR + altura de sedimentosCFR =95.51 msnmh sed =0.15 mCFC =95.66 msnmb). Determinacin de la Elevacin de la Cresta Cc:Cc = CFC + Yn + hv + 0,20Yn =Tirante normal Canal (m)1.00 mhv =Carga de Velocidad: V2/2g0.11 m0,20 =Prdidas por Transicin, cambio de direccin, etc.Cc =97.0 msnmc). Clculo de la Altura del Barraje P:Remplazando :P =1.46mPor lo tanto :P =1.46m96.97 mResumen:

B.L.0.3

P=1.4584692197Yn195.51 m b =1.70.15

Longitud del Barraje Fijo y del Barraje Mvila). Dimensionamiento:Por relacion de reas:El area hidraulica del canal desarenador tiene una relacione de 1/10 del area obstruida por el aliviadero, teniendoseA1 = Area del barraje movilA1 = A2 /10A2 = Area del barraje fijo

A2P

10- LdLdA1 = P * Ld A2 = P * (B - Ld)

Remplazando estos valores, tenemos que: P * Ld =P*(B-Ld)=L d =0.83P*(B-Ld)=9.17

Entonces:Ld =0.83 mP*(B-Ld)=8.33b). Longitud de compuerta (Lcd)Lcd = Ld =0.83 mUsaremos:Lcd =1.00 m

c). Predimensionamiento del espesor del Pilar (e )

e = Lcd / 4 =0.25 mConsideramos:e = 0.30 mResumen:

P =1.4584692197

8.11

10Clculo de la Carga Hidralica:

hvHhehd

h1= V1 / (2g)P =1.46

d2d1

H:Carga de DiseoHe:Altura de agua antes del remanso de depresinHv:Carga de Velocidad*Cuando venga la mxima avenida o caudal de diseo por el ro se abrir totalmente las compuertas de limpia dividindose el caudal en dos partes: lo que pasa por encima del aliviadero y lo que va por las compuertasde limpia, obtenindose la siguiente igualdad:Q diseo max. = Qaliviadero + Qcanal.limpiaa.Descarga en el CimacioLa frmula a utilizar para el clculo de la carga del proyecto es:Qc = C x L x H3/2

Qc:Dercarga del CimacioC:Coeficiente de DescargaL:Longitud Efectiva de la CrestaHe:Carga sobre la cresta incluyendo hv*Si se hace uso de esta ecuacin se debe tener en cuenta que la longitud del barraje disminuye debido a la inclinacin de las conexiones de longitud, carga total sobre la cresta y el coeficiente de descarga variable "C"para la cresta de cimacio sin control.

*La longitud efectiva neta de la cresta (L) es:L =Lr - 2 ( N x Kp + Ka) x H L =Longitud efectiva de la crestaH =Carga sobre la cresta . Asumida0.35Lr =Longitud bruta de la cresta 8.1N =Numero de pilares que atraviesa el aliviadero 2Kp =Coef. de contrac. de pilares (triangular) 0.01Ka =Coeficiente de contraccion de estribos 0.00*"H" se calcula asumiendo un valor , 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 diseo.

*Reemplazando en la ecuacin la Longitud efectiva para H asumido es:L =8.09m

*Clculo del coeficiente de descarga variable para la cresta del cimacio sin control:

C=Co x K1 x K2 x K3 x K4d.Los valores del 2 miembro nos permiten corregir a C sin considerar las prdidas por rozamiento:a) Por efecto de la profundidad de llegada:(Fig. 3 de Anexsos)

P/H =4.167Co =3.9

b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto:K1=C/Co)

he = Hhe/H =1.00K1 =1.00

c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba: K2=C1/Cv)

P/H =4.167K2 =1.00

d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo:K3=C0/C)

(Hd + d) / Ho =(P+Ho)/Ho=5.17K3 =1.00

e) Por efecto de sumergencia:K4=Co/C)

Hd / he =2/3 Ho/ Ho =0.67K4 =1.00

*Remplazamos en la ecuacin (D):C=3.9

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

Q c =6.53 m3/s

Descarga en Canal de Limpia:Se considera que cada compuerta funciona como vertedero, cuya altura P =0.00Para ello seguiremos iterando, igual que anteriormente asumiendo un valor de h, para ello usaremoslas siguientes frmulas:Q cl =C * L'' * hi3/2L =L1 - 2 ( N * Kp + Ka) x hL =Longitud efectiva de la crestah =Carga sobre la cresta incluyendo hv1.8084692197L1 =Longitud bruta del canal =1N =Numero de pilares que atraviesa el aliviadero 2.00Kp =Coef. de contrac. de pilares (triangular) =0.01Ka =Coeficiente de contraccion de estribos =0.00

L =0.93 m

Clculo del coeficiente de descarga variable para la cresta del cimacio sin control:

C=Co x K1 x K2 x K3 x K4a) Por efecto de la profundidad de llegada:(Fig. 3 de Copias)

P/h =0.000Co =3.10

b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto:K1=C/Co)

he = Hhe/h =1.00K1 =1.00

c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba: K2=C1/Cv)

P/h =0.000K2 =1.00

d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo:K3=C0/C)

(Hd + d) / Ho =(P+ho)/ho=1.00K3 =0.74

e) Por efecto de sumergencia:K4=Co/C)

Hd / he =2/3 ho/ ho =0.67K4 =1.00

*Remplazamos en la ecuacin (D):C=2.294

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

Q cl =5.18 m3/s

Descarga Mxima Total (QT):Qt = Q c + Q cl

Qt =11.71 m3/sQD=11.50m3/s

Este valor no cumple con el caudal de diseo, tendremos que asumir otro valor de "H"

Siguiendo este proceso de iteracion con el tanteo de "H" resultan los valores que aparecen en el cuadro de la siguiente. En este cuadro iterar hasta que Qt =11.50m3/s

Ho (m)CoK1K2K3K4L efect.Qc / Qcl0.233.901.001.001.001.008.096.533.101.001.000.771.000.935.180.303.931.001.001.001.008.095.223.101.001.000.771.000.935.160.403.901.001.001.001.008.088.013.101.001.000.771.000.935.610.503.881.001.001.001.008.0811.123.101.001.000.771.000.936.07

Ho (m)QT0.2311.71

0.3010.39

0.4013.62

0.5017.19

11.50m3/sPara ese cuadal el H, ser:0.35 m

Qc =6.53 m3/sQd =4.97 m3/s

Qt =11.50 m3/s

Clculo de la Cresta del Cimacio:

96.9684692197Ho =0.351X23

5

6P=1.4584692197 baR795.51 m89 10

Y

*La seccin de la cresta del cimacio, cuya forma se aproxima a la superficie inferior de la lmina vertienteque sale por el vertedor en pared delgada, constituye la forma ideal para obtener ptimas descargas, dependien-do de la carga y de la inclinacin del paramento aguas arriba de la seccin.

Ecuacin para el grfico de la curva aguas arriba:

En las que "K" y "n" son constantes que se obtienen de la Figura 1 de los Anexsos.

Determinacin del caudal unitario: (q)

q= Qc / Lc =0.81m3/s/m

Velocidad de llegada (V):V= q /(Ho+P)=0.45m/s

Carga de Velocidadhv = V2/2g =0.01m

Altura de agua antes del remanso de deprecin (he):

he = Ho - hv =0.34m

Determinacin de "K" y "n" haciendo uso de la Fig. 1 y la relacin hv/Ho:

hv/Ho=0.029K=0.51Talud:Verticaln=1.85

Valores para dibujar el perfil aguas abajo: Perfil Creager

Segn la figura 2 de la Separata la Curva del Perfil Creager es hasta una distancia igual a 2.758Ho, des-pus de este lmite se mantiene recto hasta la siguiente curva al pie del talud (aguas abajo):

X (m)Y (m)0.0000.0000.96530.100-0.0180.200-0.0630.300-0.1340.400-0.2290.500-0.3450.600-0.4840.700-0.6430.800-0.8240.900-1.0241.000-1.2451.100-1.4851.200-1.744

Ubicacin de los elementos para el dibujo de la curvatura aguas arriba:

Con hv/Ho:0.029ingresamos a los nomogramas, de donde se obtiene:

Xc/Ho=0.255Xc=0.09 m

Yc/Ho=0.160Yc=0.06 m

R1/Ho=0.482R1=0.17 m

R2/Ho=0.210R2=0.07 m

R1-R2 =0.095 ma=0.099 m

Clculos de los Tirantes Conjugados:

0.350.51078050131.7340584754=h1

P=1.4584692197d21.2976887183

0.0744107443=d1

Lp

Aplicando la Ecuacion de Bernoulli entre los puntos 1 y 2:Tenemos:z + dc + hvc = d1 + hv1 + hphp: prdidas de energa (por lo general se desprecian, debido a su magnitud)Determinacin del tirante Crtico:dc = (Q2/gB2)1/3

dc=0.405

Clculo de la Carga de Velocidad Crtica:vc =(g*dc)

Vc=1.992m/shvc=0.202m

*Reemplazando obtenemos el d1:

z + dc + hvc = d1 + q2/(2*g*d12)q = Q/Bq =0.812.070.03/ d12 d13 -2.070.03d1=0.100.015

Determinacin del Tirante Conjugado 2: d2

V1=8.49m/sd2=1.13m

Determinacin del Nmero de Froude:

F=8.79

Este es un resalto inestable. Cuyo oleaje producido se propaga hacia aguas abajo. Cuando se posible evitareste tipo de poza.Entonces podemos profundizar la poza en una profundidad =0.50m

z + dc + hvc + e = d1 + q2/(2*g*d12)

d13 -2.570.03d1=0.0744
USER: USER:Utilizar buscar objetivo para hallar valor de d1, de tal manera que remplazo sea igual a cero0.019

V1=10.83m/shv1=5.98m

d2=1.30

F=12.68

Clculo del Radio de Curvatura al pie del Talud:

Esta dado por la ecuacin: R = 5d1R=0.37 mLongitud del estanque amortiguador o poza de disipacin:

a)Nmero de Froude:

*Con el valor de F, se puede determinar el tipo de Estanque que tendr la Bocatoma, el cual segn la se-parata ser:F=12.68TIPO IIV1=10.83

Ver la Figura 11 para el clculo de Lp

L/d2=2.42Lp=3.140 m

a) Segn Lindquist:

Lp =5(d2-d1)Lp=6.116 m

b) Segn Safranez:

Lp =6xd1xV1Lp=5.661 m(g*d1)c) Finalmente tomamos el valor promedio de todas las alternativas:Lp=4.973 mLongitud promedio de la pozaLp=2.50 m

Profundidad de la Cuenca:

S = 1.25 d1=0.093 m

Clculo del Espesor del Enrocado:

H = ( P + Ho ) =2.3084692197e=0.375 mq =0.81e=0.300 m

Clculo de la Longitud del Enrocado o Escollera:

coefi. C=15.00deacuerdo al tipo de sueloDb1.96mD10.66mq: caudal unitario=0.81m3/s/mL=5.35mL=5.30m

Longitud del Solado Delantero:Ls =5HoLs=1.75 m1.20 m

Espesor de la Poza Amortiguadora:

La subpresin se hallar mediante la siguiente formula:

donde:Peso especifico del agua1000kg/m3h =Carga efectiva que produce la filtracinh' =Profundidad de un punto cualquiera con respecto a A, donde se inicia la filtracin.(h/L)Lx =Carga perdida en un recorrido Lx

Mediante la subpresin en el punto "x", se hallar el espesor de la poza, asumimos espesor de:0.30 m

96.97msnmhv=0.0101276699he=0.33987233010.25 (P+H)H =0.354.75891589795.9821938721.25*(P+H)=2.2605865246P =1.4584692197d2 =1.297688718391.45msnme=0.300.07441074430.30 m0.30.81.062.50 m1.23.565.3e=0.3010.06

Predimensionado de los dentellados posteriores y delanteros:0.80.2

0.8

0.32.960.3

0.30.3

Para condiciones de caudal mximo

O sea cuando hay agua en el colchn.

h = d1 +hv1 -d2h=4.7589158979h/L =0.773L =6.16Lx =3.96h' =0.8Spx =0.162kg/cm2

Peso colchon=0.0024kg/cm3

e colchon =68cm

Dimensionamiento de los Pilares:

a)Punta o Tajamar:Redondeada

b)Altura Ht= 1.25 (P+Ho):2.261.1

c)Longitud: Hasta la terminacin de la poza mnimo =4.264.5

d)Espesor e:0.30

Dimensionamiento de los Muros de encauzamiento:

a)Longitud:10.5611

b)Altura Ht= 1.25 (P+Ho):2.261.1

Clculo de los dados:Se aplica el dimensionamiento para esramque tipo I

Bloques del Canal de descarga:

d1 =0.352 d1 =0.7

Espacio = 2,5 x WE =0.88E =0.9

A2A10.30 m0.30 mYcXcR12=d1 + d1 2 += 0d1 2 += 02 d12 d1 d1

ESTABILIDADANALISIS ESTRUCTURAL DEL VERTEDERO1.- ESTABILIDAD DEL VERTEDEERO Conocidas las dimensiones del azud es necesario comprobar la estabilidad del mismo.Las fuerzas consideradas son el empuje del agua E, el peso propio G, y la subpresin S.Dada la forma del azud que hace que el agua pase sobre l prcticamente sin ejercerninguna presin, no se considera en el clculo el agua que vierte sobre el vertedero.Tenemos que el empuje del agua es contrarrestado por las fuerzas de rozamiento iguales a:R = (G S) FSiendo f el coeficiente de friccin del hormign sobre el suelo hmedo.El coeficiente de estabilidad al deslizamiento est dado pory se lo toma generalmente entre 1,2 y 1,4a) Clculo del Empuje ( E)E=0.5** HDonde:= Peso especifico del agua = 1000 Kg/m3 E=1057.390Kg/m2

Y =H/30.486mpuno de aplicacin

E=12491.585kgFuerza Hidrostaticab) Clculo de la Subpresion (Sp)= Peso especifico del aguac= Coeficiente que depende del tipo de sueloh= Carga efectiva que produce la filtracion, igual a la diferencia deldel nivel hidrostticoentre aguas arriba y aguas debajo de la cortina h= Desnivel entre el agua debajo de la cortina y el punto que est estudiando.L=Longitud compensada total del paso de filtracinLx= Longitud compensada hasta el punto "X" h=1.4h=0.8= 1000kg/m3c=0.7L=6.16Lx=3.13Sp=0.104kg/cm2 Fsp=8899.9kgc) Clculo Peso Propio. (G)c= Peso Especfico del concretoV= Volumen del barrajec=2300Kg/m3V=8.12673mG=18691.5kg1.1.- Deslizamiento por falla del TerrenoExpresin de la cual:Y2 = profundidad del dentellnW = peso especifico del terreno =1950Kg/m3 = ngulo de la superficie de deslizamiento con la horizontalLas fuerzas que tiendan a producir el movimiento por corte del terreno, paralelas al plano de deslizamiento son:Las fuerzas normales al plano son:Para que haya estabilidad debe cumplirse la condicin de que F < fNo sea: k = fN/FEl anlisis debe hacerse para varios valores de hasta encontrar el menor valor de k quedebe ser mayor que 1,20. Si esta condicin no se cumpliera habra que aumentar laprofundidad del dentelln o sea el valor Y2.T (Kg)F (Kg)fN (Kg)K 212285.974144.37088.38529602411.7104121085Nota: no es necesario profundizar el dentellon ya que las fuerzas que cauzan el corte al sueloson mucho menores que las fuerzas que la contrarestan.las fuerzas que cauzan el corte al suelo1.2.- Estabilidad por VolcaduraGeneralmente un azud o bertedero que resiste al deslizamiento es estable pero puede comprobarsetambin el volcamiento.El coeficiente de estabilidad al volcamiento dado por:Los valores X1, X2, y Y son las distancias de las correspondientes fuerzas al centro demomentos.X1=0.5mX2=0.52mKy=0.5okY=1m1.3 Cculo por Undimientopeso de la estructura "G"=18691.5kgCapacidad Portante del Suelo =1.2kg/cm2Area de de la cimentacion =858600cm2Carga actuante =1.5 M Volteo.

Pa =1490.1Kg/mMomento estabilizantePv=207.4Kg/mPs=1170kg/mMomento desestabilizantePa=1475.6Kg/m

F.S.V=0.93OK1.2 Por desplazamiento

F.S.D=FR>=1.8PahF.S.D=fr* Vadm.>=1.8PahWc= peso especifico del concretoWs= Peso especifico del suelo

F.S.D=1.39OK