Diseño Hidraulico de. Bocatoma

7/23/2019 Diseo Hidraulico de. Bocatoma

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C u r s o : I R R I G A C I O N E S

DISEO HIDRULICO DE BOCATOMA

1. DIMENSIONAMIENTO HIDRULICO

El dimensionamiento hid!"li#o de "na est"#t"a de #a$ta#i%n se &asa en el #om$otamiento del a'"a(a sea en mo)imiento o en e$oso. El dimensionamiento hid!"li#o de&e satis*a#e las #ondi#iones

si'"ientes.

- Esta&ilidad del #a"#e al $aso de la a)enida de dise+o ,Hid!"li#a -l")ial.

- Ase'"a $emanentemente el #a"dal de in'eso.

- Ca$ta lo m/nimo de mateial s%lido.

- 0o)ee "n sistema de #om$"etas "e e)iten la sedimenta#i%n de s%lidos ( mateial *lotante*ente a la &o#al.

1.1.DATOS DE DISEO

- La &o#atoma de dise+o es #on $esa de dei)a#i%n de &aa2e *i2o del ti$o Cea'e o 3es ,laele##i%n del ti$o de &o#atoma de$ende! de las #aa#te/sti#as de *l"2o o #a"dal4 esta&ilidad (#a"#e del /o5 adem!s de$ende! de la 'eomo*olo'/a de la 6ona de #a$ta#i%n4 a7n de la#limatolo'/a.

- Las #aa#te/sti#as del /o $esenta "n #a"#e al")ial4 de monta+a4 #"en#a media ( $endiente$omedio de 8.898. El :'imen del *l"2o del /o es $emanente4 lamina ( s"&;#/ti#o en la 6onade #a$ta#i%n4 )aiando en al'"nos tamos a :'imen #/ti#o.

- Las se##iones medidas en el e2e4 a < metos a'"as ai&a ( < metos a'"as a&a2o4 son 11.8 ( 11.?8 m9 es$e#ti)amente.

- Los $e/metos hid!"li#os medidos en los mismos e2es son 1=.@84 1?.18 ( 98.< mes$e#ti)amente.

- El #a"dal de dise+o es de 8.@8 ms ,de$ende de los e"eimientos de ie'o.

1.9. CLCULO DEL CAUDAL DE AENIDA

Se eali6a en *"n#i%n a datos o&tenidos en #am$o4 en :$o#a de a)enida o estia2e ,se o&se)a!n lash"ellas del *l"2o en las i&eas del #a"#e. 0e)io al dise+o de la &o#atoma4 de&en )ei*i#ase los$a!metos 'eom:ti#os ,!ea4 $e/meto mo2ado4 adio hid!"li#o4 es$e2o de a'"a4 et#. e hid!"li#os del/o ,)elo#idad4 #a"dal4 tiante nomal4 et#..

0aa ello se detemina la se##i%n del #a"#e del /o en tes $"ntos #omo m/nimo4 so&e el e2e de toma4 a< m a'"as ai&a ( a < m a'"as a&a2o. El se##ionamiento esta! en *"n#i%n a la ma'nit"d de la o&a eim$otan#ia del sistema de ie'o4 $"diendo se##ionase hasta


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1


-"ente Ela&oa#i%n $o$ia.

A. CLCULO DEL REA 0ROMEDIO.; Es la s"ma de las !eas4 di)idido ente el n7meo de estas4se #al#"la #on la si'"iente eF$esi%n

A$omG ,A1A9A4 A$omG ,=.>811.


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ado de ie'"laidad ,n1 - Liso- Meno- Modeado- Se)eo

8.8888.88

,18.>>

,8.


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1


(G,1.91,8.9>,.


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1.. DISEO DE LA ENTANA DE CA0TACIPN

0e)io a ini#ia el #!l#"lo de la )entana de #a$ta#i%n se de&en tene en #"enta los si'"ientes as$e#tos

- Ha&e de*inido el ti$o de &o#atoma a dise+a4 la "e de&e esta en *"n#i%n de las#aa#te/sti#as hid!"li#as ( 'eom:ti#as del /o4 de la to$o'a*/a de la 6ona ( de la o*etah/di#a del /o.

- Reali6a el es"ema de la *"t"a &o#atoma4 #on los $edimensionamientos #oes$ondientes4tomando en #onsidea#i%n los !n'"los de dei)a#i%n4 tanto $aa el &aa2e4 #om$"eta delim$ia ( &o#al de #a$ta#i%n.

- De*ini si el &o#al de #a$ta#i%n tend! e2illa4 #om$"eta4 las dos o nin'"na de ellas. Lo "ede*ini! al es$e#to4 se! el aaste de s%lidos4 tanto de *ondo #omo de *lota#i%n ,aaste des%lidos en s"s$ensi%n #omo amas4 &as"a4 et#..

-i'"a 89 Ca'a hid!"li#a 'eneada.

-"ente Dise+o de Bo#atoma?4 Mansen A4 UNI;-IC.

0aa el #!l#"lo del &o#al o )entana de #a$ta#i%n se si'"en dos $o#edimientos

a C"ando se em$lea la e#"a#i%n de la ene'/a ,Beno"lli4 a $ati del #anal ad"#to o dedei)a#i%n.

& C"ando se #onsidea el in'eso del #a"dal #omo "n oi*i#io aho'ado o "n )etedo. El $ime#aso se da! #"ando el /o est! en m!Fima a)enida ( el se'"ndo #"ando el /o est! en s"m/nima a)enida o estia2e.

De am&os $o#edimientos el m!s min"#ioso es el $imeo $"esto "e anali6a las $:didas de #a'a4oi'inadas $o las #aa#te/sti#as de dise+o de la &o#atoma. 0aa el #aso del $esente e2em$lo se )ananali6a am&os $o#edimientos.

A. 0RIMER 0ROCEDIMIENTO CLCULO DE LA ENTANA DE CA0TACIPN CONSIDERNDOLO

COMO UN ERTEDERO U ORI-ICIO AHOADO

Los datos e"eidos $e)iamente $aa el dise+o de&en se

- Ca"dal de #a$ta#i%n4 $aa n"esto #aso es de 8.@8 ms.- Lon'it"d de la )entana de #a$ta#i%n ,de$ende del #anal de dei)a#i%n4 $aa el e2em$lo se

as"me LG1.88 m.- Alt"a de la )entana de #a$ta#i%n ,de$ende del aaste de s%lidos del /o4 se e#omienda "na

alt"a ente 8.8 m a 8.@8 m. de$endiendo del ti$o ( #antidad de s%lidos.

_________________________________________________________________________________________________________________________________Escuela Profesional de Ingeniera Civil


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-i'"a 8 Caa#te/sti#as en la toma.


Se "tili6a la *%m"la de )etedeos

2

3

.. hLCQ=

3

2

.

=

LC

Qh

hG,8.@8,,1.?,1.8894 h=0.47 m

Donde4 Ca"dal de dise+o o #a$ta#i%n ,ms.

L Lon'it"d de las )entana de #a$ta#i%n ,m.C Coe*i#iente del )etedeo ,CG1.?.h Alt"a de la )entana de #a$ta#i%n ,m.

Se as"me h = 0.50 m $o $o#edimiento #onst"#ti)o4 ( l"e'o se #al#"la el caudal de exceso "ein'esa! $o la )entana de #a$ta#i%n

G ,1.?,1.88,8.


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1


G ,8.>


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&. A0LICACIPN DE LA ECUACIPN DE LA ENERA ,BERNOULLI 0ARA EL CLCULO DE LAENTANA DE CA0TACIPN

-i'"a 8


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1


Como AG&(4 &G1.88 m4 G8.@8 ms ( GA)4 enton#es )9G8.@8,1.88(94 )9G8.@8(95 eem$la6ando los)aloes4 se tiene

;[email protected](91.88,8.@8(99,9,=.?1G8.888.


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1


En la )entana de #a$ta#i%n se $od"#en $:didas de #a'a $o #onta##i%n en las $aedes lateales ( $oe2illa ,en el #aso de "e se #onsidee en el dise+o. 0aa anali6a s" in#iden#ia en la )entana de#a$ta#i%n ( en el #a"dal a #a$ta $aa #om$ensa :stas $:didas4 se a$li#a Beno"lli ente ( .

hLg

vCosyz

g

vCosyz +++=++

22

2

3

33

2

4

44

0e)iamente de&e #al#"lase la $:dida de #a'a $o e2illa4 $aa lo #"al de&e #ono#ese el n7meo de)aillas en la e2illa

1=d

LtN

donde4N N7meo de &aotes en la e2illa.Lt Lon'it"d del &o#al de #a$ta#i%n.d Se$aa#i%n ente e2es de #ada &aote o )ailla.

Las e2illas $"eden *a&i#ase de )aillas ,se##i%n #i#"la o $latinas "nidas mediante soldad"a*omando $aneles. Es e#omenda&le "e la se$aa#i%n ente )aillas sea de 8.89< m a 8.18m $aa

mateial *ino ( de 8.18m a 8.98m $aa mateial '"eso. La distan#ia ente )aillas o $latinas se tomaente e2es. La e2illa $"ede #olo#ase #on in#lina#iones ente >


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La $:dida de #a'a $o e2illa se #al#"la $o medio de las si'"ientes ela#iones

g

VChr r

2.

2

=

Senb

SC

3

4

=

donde4C Coe*i#iente de la se##i%n tans)esal.

& Coe*i#iente "e de$ende de la se##i%n tans)esal , G9.9S Es$eso de la e2a4 en #m.& Lon'it"d li&e ente &aas4 en #m.1 n'"lo de in#lina#i%n de la e2a de >


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-i'"a 8? Caa#te/sti#as de la )entana de #a$ta#i%n.

-"ente Dise+o de Bo#atoma4 Mansen A4 UNI;-IC.

1.


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H Alt"a de la )entana de #a$ta#i%n ,m.8.98 Alt"a de so&eele)a#i%n del a'"a4 tiene el *in de #oe'i e*e#tos de olea2e (

#oe*i#ientes de *%m"la ,dato "e $"ede )aia se'7n el #iteio del dise+ado.

De a#"edo a los datos de dise+o4 se tiene

HG8.9 m4 HoG8.18 m4 ( -o=3900.00 msnm

C#G=88.888.188.98.984 -=3900.72 msnm

Un dato ne#esaio $aa el dise+o4 es el #a"dal m!Fimo ,#a"dal de a)enida del /o

maFG98.1 ms

B. CLCULO DE LA ALTURA DE CARA

Se as"me "e el &aa2e es "n )etedeo de $aed '"esa4 $o lo "e s" dise+o se eali6a #on la*%m"la de -an#is ,en $ati#"la #"ando son )etedeos ti$o 3ES o CREAER

2/3

eCLHQ=Donde4

He Alt"a total de la ene'/a so&e la #esta ,m.L Lon'it"d del &aa2e ,m.C Coe*i#iente de des#a'a $aa )etedeos ,C G 9.1. Ca"dal del #a"#e ,ms.

-i'"a 11 Alt"a de #a'a ( esalto hid!"li#o en el &aa2e )etedeo.

-"ente Ela&oa#i%n $o$ia.Donde4

Ha Ca'a de la )elo#idad de a$oFima#i%n ,m.Hd Ca'a de a'"a so&e la #esta ,m.He Ca'a total de a'"a so&e la #esta ,m.0 Alt"a del Baa2e ,m.H 0o*"ndidad del $o6o ,m.H1 Alt"a total de #a/da ,m.H9 Alt"a del a'"a antes del Resalto ,m.H Tiante de a'"as a&a2o ,m.

ente ChoX ,1=?4 #onsidea "e4 #"ando la alt"a 0 del )etedeo es ma(o "e 1.Hd ,Hd es laalt"a de #a'a sin #onsidea la )elo#idad de a$oFima#i%n entante4 enton#es la )elo#idadentante es des$e#ia&le.

0Hd 1. HaG84 enton#es la #a'a de )elo#idad entante es despreciable.0Hd 1. Ha\84 enton#es la #a'a de )elo#idad entante es apreciable.



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- En la $imea #ondi#i%n ,Ha es despreciable4 el #oe*i#iente de des#a'a JCK es [email protected] 1.

Enton#es la #a'a de )elo#idad de a$oFima#i%n o entante ,Ha es a$e#ia&le $o"e es meno a 1..0o se'"idad se a$li#a ,en Te ChoX4 Hid!"li#a de #anales a&ietos4 1=?

HaG8.8?He

HeGHdHa4 HdGHeZ8.8?He4 HdG8.=9He4 HeG1.8?>Hd

HeG1.8?>,8.@84 #=0.65 m

HaG8.8?,8.@9 m4 HeG8.@< m

8.


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1


HeG,98.1,9.1,1.?94 #=0.75 m

El #oe*i#iente JCK4 C G 9.1> se'7n la Ta&la ad2"nta $aa "na ela#i%n 0HdG1.Hd4 HdGHe1.8?>

HdG8.>4 "=0.69 m

0o se'"idad se "tili6a el ma(o )alo ente 8.@8 m ( 8.@= m HdG8.@= m

HaG8.8?He

HaG8.8?,8.>


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Se de&e sele##iona "n $e*il "e4 e)ite las $esiones ne'ati)as4 $emita a la m!Fima e*i#ien#iahid!"li#a4 $a#ti#a&ilidad4 esta&ilidad4 e#onom/a.

El $e*il sele##ionado es del ti$o 3ES ,3ateXa(s EF$eimental Station desaollado $o el USACE,United States Am( Co$s o* En'inees

1n n! KHd "=

Donde4F4 Coodenadas del $e*il de la #esta.Hd Ca'a neta del dise+o4 sin in#l"i la alt"a de la )elo#idad de a$oFima#i%n ,m.4 n 0a!metos "e de$enden de la in#lina#i%n de la s"$e*i#ie de a'"as ai&a.

Ta&la 8= aloes de la in#lina#i%n #aa a'"as ai&a.

-"ente Ii'a#iones4 H"tado E4 UNA0;E0IC4 9819.

Se'7n la Ta&la 8=4 $aa la $aed )eti#al se tiene lo si'"iente

G9.884 nG1.? 8.< 8.< 8. 1.>>@


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Dato -om"la O$ea#i%n Res$"esta

HdG8.@=m

1 0.5R Hd= R1G8.


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H1G0Hd

Datos ne#esaios $aa el #!l#"lo de las alt"as en el es"ema del &aa2e

0G8.>9 m4 hG8.@8 m ,dato as"mido4 HdG8.@= m4 HeG8.>< m

HoG8.>98.@84 o=1.32 m

H1G8.>98.@=4 1=1.41 m

9. El RESALTO.; Se #al#"la #on la *%m"la $aa $:didas de ene'/a

q2=2g(H

1H

2

2n2g

2H0

(Hd )4

3

H2

3)

donde4 Ca"dal o 'asto "nitaio ,msm.

H1 Alt"a total de #a/da ,m.H9 Tiante antes del esalto ,m.Ho Alt"a del &aa2e m!s la $o*"ndidad del $o6o ,m.Hd Alt"a neta antes de la #a/da ,m.n Coe*i#iente de "'osidad ,#on#eto liso 8.81 ( #on#eto *ota#hado 8.81 . Se o$ta $o

8.81.

1.@9G9,=.?1,1.1H99;,8.819,=.?19,1.9,8.@=;H94 2=0.37 m

. C!l#"lo del tiante a'"as a&a2o del esalto.; Se #al#"la #on la *%m"la de tiante #on2"'ada4 "em"esta a #ontin"a#i%n

2 21/ 22 2 2 2

3

2

( )2 4

H H H V

H g= + +donde4

9 elo#idad al $ie de la $esa ,ms.H9 Tiante a'"as ai&a del esalto ,H9G8.> m.H Tiante a'"as a&a2o del esalto ,m.

La )elo#idad se #al#"la #on la si'"iente *om"la

9G,LH9

9G98.1,1.?,8.>4 ,2=3.67 m/s

H3=0.37

2+(

0.372

4+20.37

3.672

9.81)12 4 3=0.84 m

. ERI-ICACIPN DE 0RESENCIA DE SUB0RESIONES.; La $esen#ia de s"$esiones al $ie dela $esa $"eden $od"#i *allas en la est"#t"as4 $o tanto es #on)eniente sa&e si se $od"#enel esalto hid!"li#o. S" #!l#"lo se eali6a mediante la si'"iente *om"la

H3

'=(H22

+H2

2

4+2H

2

V22

g)

1 /2

H '3=(0.37

2+0.37

2

4+20.37

3.672

9.81)1

2 4 3=0.93 m



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H` H

8.= m 8.? m

0o tanto eFiste esalto hid!"li#o4 ello oi'ina s"&;$esiones moti)ando el #!l#"lo del #onta;es#a$e o#"en#a amoti'"adoa.

8.>98.@=4 =1.78 m

H9G8.> m4 HG8.? m

Ta&la 19 Di)esos #iteios $aa detemina la lon'it"d de la #"en#a amoti'"adoa.

A"to -om"la 0o#edimiento Lon'it"d4L,m

LINUIST ( )3 25L H H= 9. ,[email protected] Alt"a de la a&et"a de la #om$"eta ,aG0;8.18G8.>9;8.18G8.@9 m.


v2/


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1


h` Ca'a neta so&e la #om$"eta.H Alt"a a'"as ai&a de la #om$"eta ,HG0G8.>9 m.h Alt"a a'"as a&a2o de la #om$"eta.

G8.@11,8.@9,9,=.?1,8.>9;8.@11,8.@9194 =0.98 m3/s/m

Como la )entana #a$ta "n #a"dal ,# de 8.@8 ms ( el #a"dal medio ,m es 1.8 ms.Gm;#

G1.8;8.@84Q=0.70 m3/s

GL4 LG

LG8.>88.=?4*=0.71 m

0o lo tanto la #om$"eta tend! "na lon'it"d de 8.>1 m ( "na alt"a de 8.@9 m4 enton#es las medidasson 8.>1F8.@94 el !ea es 8. m95 $eo las #om$"etas #on)en#ionales4 est!nda en el me#ado son de1.88F8.


29/32

1


dG8.@11,8.@94 "=0.38 m

h1G;8.?9,9,8.=?9,=.?1,8.?8.?9194 h1=0.55 m

h1 d

8.98.>


30/32

1


(GA&

(G8.9?1.884y=0.29 m

En el #anal de lim$ia se #al#"la el tiante #/ti#o

3/1

2

2

=

gb

Qyo

(oG,1.>89,1.889,=.?114yo=0.69 m

d9 d

1.19 m 8.= m

Como d9 es ma(o "e d4 la des#a'a es li&e. 0o lo tanto el #a"dal "nitaio se!

gh(m'& 2=donde4

b Coe*i#iente de $:dida ,[email protected] An#ho de la #om$"eta de lim$ia ,m.

G8.=@,8.=,9,=.?1,1.8?194 =1.72 m3/s/m

Enton#es el #a"dal $o la #om$"eta se!GL

G1.>9,1.884 Q=1.72 m3/s

1.?. DISEO DE ALIIADERO

-i'"a 99 Ali)iadeo de demas/as

-"ente Dise+o de Bo#atoma4 Mansen A4 UNI;-IC

A. CLCULO DEL CAUDAL EN ECESO

Qingreso=2

3Cb2g (H1

3

2H2

3

2)

-i'"a 9 Es"ema en la )entana de #a$ta#i%n.



31/32

1



H1GH8.98He

H9G8.98He

HG8.9 m4 HeG8.>< m4 CG8.@84 &G1.88 m4 oG8.@8 ms

H1G8.98.988.>


32/32

1


(GA&

(G1.811.884y=1.01 m

En el #anal se #al#"la el tiante #/ti#o

3/1

2

2

=

gb

Qyo

(oG,1.989,1.889,=.?114yo=0.53 m

C. CLCULO DE LA ALTURA JhK

hG,h1h99

h1G(;e

eG8.@8 ,tiante del #anal de dei)a#i%n4 (G1.81 m

h1G1.81;8.@84 h1=0.41 m

h9Gh18.?8

h9G8.18.?84 h2=0.51 m

hG,8.18.

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