TRABAJO DE IRRIGACIONES- DISEÑO DE BOCATOMA

7/27/2019 TRABAJO DE IRRIGACIONES- DISEO DE BOCATOMA

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I R R I G A C I O N E S

_________________________________________________________________________________________________________________________________Escuela Profesional de Ingeniera Civil

III. DISEO HIDRULICO

3.1 DIMENSIONAMIENTO HIDRULICOEl dimensionamiento hidrulico de una estructura de captacin se basa en el comportamiento del agua ya sea enmovimiento o en reposo. El dimensionamiento hidrulico debe satisfacer las condiciones siguientes.

- Estabilidad del cauce al paso de la avenida de diseo (Hidrulica Fluvial).- Asegurar permanentemente el caudal de ingreso.- Captar lo mnimo de material slido.- Proveer un sistema de compuertas que eviten la sedimentacin de slidos y material flotante frente a la bocal.

3.2 DATOS DE DISEO-

La bocatoma de diseo es con presa de derivacin de barraje fijo del tipo Creager o Wes (la eleccin del tipo debocatoma depender de las caractersticas de flujo o caudal, estabilidad y cauce del ro; adems depender de lageomorfologa de la zona de captacin, an de la climatologa).

- Las caractersticas del ro presenta un cauce aluvial, de montaa, cuenca media y pendiente promedio de 0.020.El rgimen del flujo del ro es permanente, laminar y sub-crtico en la zona de captacin, variando en algunostramos a rgimen crtico.

- Las secciones medidas en el eje, a 5 metros aguas arriba y 5 metros aguas abajo, son 11.50, 9.70 y 11.80 m2respectivamente.

- Los permetros hidrulicos medidos en los mismos ejes son 19.60, 18.10 y 20.45 m respectivamente.- El caudal de diseo es de 0.60 m3/s (depende de los requerimientos de riego).

3.3CLCULO DEL CAUDAL DE AVENIDASe realiza en funcin a datos obtenidos en campo, en poca de avenida o estiaje (se observarn las huellas del flujoen las riberas del cauce). Previo al diseo de la bocatoma, deben verificarse los parmetros geomtricos (rea,permetro mojado, radio hidrulico, espejo de agua, etc.) e hidrulicos del ro (velocidad, caudal, tirante normal, etc.).

Para ello se determina la seccin del cauce del ro en tres puntos como mnimo, sobre el eje de toma, a 5 m aguasarriba y a 5 m aguas abajo. El seccionamiento estar en funcin a la magnitud de la obra e importancia del sistema deriego, pudiendo seccionarse hasta 50 m aguas arriba y aguas abajo del eje de toma.

Figura 01: Caractersticas del cauce en las secciones 5 m abajo y arriba de la toma, y en el eje.


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Fuente: Elaboracin propia.

3.3.1 Clculo del rea promedio.Aprom= (A1+A2+A3)/3, Aprom= (9.70+11.50+11.80)/3, Aprom= 11.00 m

2

3.3.2 Clculo del permetro promedio.Pprom= (P1+P2+P3)/3, Pprom= (18.10+19.60+20.45)/3, Pprom= 19.38 m

2

3.3.3 Clculo del radio hidrulico.R=A/P, R=11.00/19.38, R=0.57 m

3.3.4 Clculo de la velocidad del ro.v=R2/3S1/2/n

Previamente debe determinarse el coeficiente de rugosidad n del ro segn COWAN:

n=(n0+n1+n2+n3+n4)m5Donde,n0 : Para grava gruesa.n1 : Para un grado de irregularidad moderado.n2 : Para seccin ocasionalmente alternante.n3 : Para efecto obstructor menor.n4 : Para vegetacin baja.m5 : Para cantidad de meandros menor.

Se ha encontrado los siguientes valores en la Tabla 01: no=0.023, n1=0.010, n2=0.005, n3=0.010, n4=0.005 y m5=1.000.

n=(0.023+0.010+0.005+0.010+0.005)1.000=0.053, n=0.053


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Aplicando la frmula de Manning:

v=0.572/30.0201/2/0.053, v=1.83 m/s

Tabla 01: Rugosidad para canales naturales.

Condicin del material ValoresMaterialconsiderado (no)

- Tierra- Roca cortada- Grava fina- Grava gruesa

0.0300.0250.0240.023

Grado deirregularidad (n1)

- Liso- Menor- Moderado- Severo

0.0000.0050.0100.020

Variaciones de laseccintransversal (n2)

- Gradual- Ocasionalmente alternante- Frecuentemente alternante

0.0000.005

0.010-0.015Efecto relativode obstrucciones(n3)

- Despreciable- Menor- Apreciable- Severo

0.0000.010-0.015

0.020-0.0300.040-0.060

Vegetacin (n4) - Baja- Media- Alta- Muy alta

0.005-0.0100.010-0.0200.025-0.0500.050-0.100

Cantidad demeandros (m5)

- Menor- Apreciable- Severa

1.0001.1501.300

Fuente: Irrigaciones, Hurtado E, UNAP-EPIC, 2012.

3.3.5 Clculo de la avenida mxima.Aplicando la ecuacin de la continuidad:

Q=Av, Q=11.001.83, Q=20.13 m3/s

3.3.6 Clculo del tirante normal del ro.El cauce de un ro tiene una seccin hidrulicamente ptima, por haberse formado en un perodo geolgico largo, por loque se aplica la relacin:

R=y/2, y=2R, y=20.57, y=1.14 m

3.4COMPORTAMIENTO DEL CAUCE (DETERMINACIN DE LA SECCIN MEDIA DEL CAUCE)El anlisis se realiza para estimar el ancho de encauzamiento del ro y observar la estabilidad del ro, para garantizar unsistema de captacin ptimo.


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En sntesis, la estabilidad del ro debe permitir una relacin de la geometra de la seccin y la pendiente del canal, con elcaudal y las caractersticas del material de fondo y las paredes del cauce.

Para el efecto se utilizan dos mtodos de anlisis de estabilidad: la teora del rgimen y el mtodo de Altunin. La teora delrgimen aplica los mtodos de Lacey, Blench, Simons y Albertson, entre otros.

3.4.1Mtodo de LaceyEste autor introduce el permetro mojado y el radio hidrulico en vez del ancho y tirante medio del ro. Lacey trabaj sobrelas siguientes caractersticas de canales. Sobre un material de fondo no cohesivo, dimetro medio del material de fondoentre 0.15 y 0.40 mm, ondulaciones en el fondo, transporte del material del fondo inferior a 500 ppm y caudal dominanteentre 1.40 a 280 m3/s.

2

1

831.4 QB

Donde,B : Ancho de la superficie libre del agua (m).Q : Caudal dominante o mximo de diseo (m3/s).

B=4.831(20.13)1/2, B=21.67 m

2

1

60.50 mDf

f=50.60(0.25)1/2, f=25.30

31

474.0f

Qym

ym=0.474(20.13/25.30)1/3, ym=0.44 m

Donde,f : Factor de sedimentacin.ym : Tirante medio (m).Dm : Dimetro medio del material de fondo (mm).

El dimetro medio de las partculas de fondo del cauce es de 0.25 mm, el que se encuentra dentro de los rangos trabajadospor Lacey.

2

12

3

0002032.0 mh yfiR

Donde,Rh : Radio Hidrulico (m).i : Pendiente del ro.

Rh=0.0002032f3/2ym

1/2/i, Rh=0.000203(25.30)3/2(0.44)1/2/0.020, Rh=0.86 m


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3.4.2Mtodo de BlenchEste investigador introduce dos parmetros, el factor de fondo Fb(que toma en cuenta la resistencia del fondo) y el factorde orilla Fs (mide la resistencia de las orillas), que tienen en cuenta la concentracin del material transportado ensuspensin, el dimetro de las partculas de fondo y la resistencia de las orillas a ser erosionadas.

2/1

81.1S

b

F

FQB

Donde,B : Ancho de la superficie libre del agua (m).Fb : Factor de fondo.Fs : Factor de orilla.Q : Caudal mximo de avenida (m3/s).

Tabla 02: Factores de Fondo y Orilla.Factor de fondo Factor de orilla

Tipo de material Fb Tipo de material FsMaterial grueso (Dm>0.5 mm) 1.20 Material suelto (arena) 0.10Material fino (Dm


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Donde,i : Pendiente del ro.v : Viscosidad de la mezcla agua-sedimento (m2/s).Cs : Concentracin de material de fondo (ppm), se estima en 360 ppm.K : Coeficiente en funcin de la (g) gravedad y la (v) Viscosidad de la mezcla agua-

sedimento.

K=3.63 (9.81/14721/4), K=5.75

i= ((0.805/60.201/12)/ ((3.28) (5.75) (20.13)1/6(1+360/2330)), i=0.020

Tabla 03: Coeficiente de viscosidad dinmica y cinemtica del agua en funcin de la temperatura.

Temperaturaen C

Viscosidaddinmica, m en10-8Kg fs/m2

Viscosidadcinemtica, m en

103m2/s

Temperaturaen C

Viscosidaddinmica, m en10-8Kg fs/m2

Viscosidadcinemtica, m en

103m2/s5 1.548 1.519 16 1.133 1.1126 1.500 1.472 17 1.104 1.0847 1.456 1.428 18 1.076 1.0578 1.413 1.386 19 1.049 1.0319 1.372 1.346 20 1.025 1.00710 1.333 1.308 21 1.000 0.98311 1.296 1.272 22 0.976 0.96012 1.260 1.237 23 0.954 0.93813 1.227 1.204 24 0.932 0.91714 1.194 1.172 25 0.911 0.89615 1.162 1.141 26 0.890 0.876


3.4.3Simons y AlbertsonEstos investigadores basan sus estudios en observaciones de ros en la India y Estados Unidos. Estos autores dan algunosrangos de aplicabilidad del mtodo, por ejemplo, el ancho medio del cauce B m entre 0.60m a 79.2m, el tirante y entre0.84m y 3.15m, la pendiente S entre 0.000058 y 0.0097, el dimetro medio del material de fondo Dm entre 0.028 mm y 80mm, el caudal Q entre 0.14 m3/s y 244 m3/s y la concentracin de material transportado C entre 156 ppm y 8000 ppm,

finalmente K1y K2con valores de 3.16 y 0.27 respectivamente.

Las frmulas son las siguientes:

512.0

191.09.0 QKPBm

61.092.0 BBm

Donde,

Bm : Ancho medio del cauce (m).

P : Permetro del cauce (m).Q : Caudal o gasto (m3/s).


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Bm=(0.91)(3.16)(20.13)0.512,Bm=13.38 m

361.0221.121.1 QKRy , para mRh 60.2

361.0

293.061.093.061.0 QKRy , para mRh 60.2

Considerando que el dimetro medio de las partculas del ro es de 0.25 mm, se aplica la primera relacin:

Tabla 04: Coeficiente de viscosidad dinmica y cinemtica del agua en funcin de la temperatura.

Fuente: Los valores entre parntesis fueron dados por Simons y Albertson (1963) y los dems se obtuvieron de lasfiguras que ellos elaboraron.

y=(1.21)(0.27)(4.51)0.361, y=0.56 m

'

''

1

127.0722.021

231

1 m

mm QKKKS

S=(1/((3.16)(10.76)(0.27)1+2(0.286)(20.13)0.722(0.286)-0.127)1/0.286,

S = 0.0026

3.4.4Mtodo de AltuninEste mtodo es el ms complejo de todos, contempla parmetros hidrulicos, geomtricos, resistentes, etc. y basa suestudio en un criterio geogrfico-geomorfolgico del tipo de ro. Clasifica las secciones o tramos de ro en Tipo A y B.

-Tipo A: Orillas muy resistentes a la erosin. Formadas por materiales cohesivos o boleos.-Tipo B: Orillas poco resistentes a la erosin. Formadas por materiales aluviales sin cohesin.

Igualmente distingue tres zonas principales a lo largo del desarrollo longitudinal de un ro y son:

- Zona montaosa, su fondo est formado por roca, boleos y cantos rodados y grava, pendientes fuertes.- Zona intermedia, formado por gravas y arenas, fuertes cambios de pendiente, se inicia el depsito de

material aluvial.- Zona de planicie, el fondo es de arena principalmente, limos y arcillas, pendientes menores, se desarrollan

meandros.

2.0

5.0

S

EQB

Material K1 K2 K3 K4 m1. Fondo y orillas de arena. 6.30 0.41 (9.33) 0.324 (1/3)2. Fondo de arena y orillas cohesivas. (4.74) (0.47) (10.77) (0.525) (1/3)3. Fondo y orillas cohesivas. 3.96 0.56 - 0.87 -4. Fondo y orillas con material grueso no cohesivo. 3.16 (0.27) (10.76) 0.85 (0.286)5. Igual que 2 pero con mucho transporte 2000 ppm < C < 8000 ppm. 3.09 0.36 9.68 - 0.286


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m

nKE53

3

3

5

Donde,

B : Ancho de la superficie libre del agua (m).S : Pendiente.E : Coeficiente.n : Coeficiente de rugosidad segn Manning.K : Coeficiente de forma. Su valor es de 8 a 12 para cauces formados en material aluvial. Como valorpromedio se recomienda tomar el valor de 10. Para ros con orillas difcilmente erosionables, K vale entre 3 y 5, ypara cauces con orillas muy fcilmente erosionables alcanza valores de 16 a 20.m : Exponente en funcin de los esfuerzos cortante y cortante crtico (m=0.70).

E=((0.053)(10)5/3)3/(3+5(0.70)), E=1.52

B = (1.52)(20.130.5)/(0.0200.2), B=14.91 m

Finalmente se halla el promedio de los tres ltimos resultados obtenidos, y se descarta el primer mtodo se descarta porser diferente a los otros mtodos. Se tiene los siguientes resultados del ancho de la superficie libre del agua: 21.67, 16.24,13.38 y 14.91 m, en este caso el promedio es 14.84 m.

Tabla 05: Resumen del ancho medio del cauce.

Mtodos de anlisis de estabilidad Bm (m) Se acepta (Si) o (No)Lacey 21.67 NoBlench 16.24 SiSimons y Albertson 13.38 SiAltunin 14.91 Si

Ancho medio del cauce (Bm) 14.84 m


3.5DISEO DE LA VENTANA DE CAPTACINPrevio a iniciar el clculo de la ventana de captacin se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:

- Haber definido el tipo de bocatoma a disear, la que debe estar en funcin de las caractersticas hidrulicas ygeomtricas del ro, de la topografa de la zona y de la oferta hdrica del ro.

- Realizar el esquema de la futura bocatoma, con los predimensionamientos correspondientes, tomando enconsideracin los ngulos de derivacin, tanto para el barraje, compuerta de limpia y bocal de captacin.

- Definir si el bocal de captacin tendr rejilla, compuerta, las dos o ninguna de ellas. Lo que definir alrespecto, ser el arrastre de slidos, tanto de fondo como de flotacin (arrastre de slidos en suspensincomo ramas, basura, etc.).


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Figura 02: Carga hidrulica generada.

Fuente: Diseo de Bocatoma, Mansen A, UNI-FIC.

Para el clculo del bocal o ventana de captacin se siguen dos procedimientos:

a. Cuando se emplea la ecuacin de la energa (Bernoulli), a partir del canal aductor o de derivacin.b. Cuando se considera el ingreso del caudal como un orificio ahogado o un vertedor. El primer caso se dar

cuando el ro esta en mxima avenida y el segundo cuando el ro est en su mnima avenida o estiaje.

De ambos procedimientos el ms minucioso es el primero puesto que analiza las prdidas de carga, originadas por lascaractersticas de diseo de la bocatoma. Para el caso del presente ejemplo se van analizar ambos procedimientos.

3.5.1CLCULO DE LA VENTANA DE CAPTACIN CONSIDERNDOLO COMO UN VERTEDERO U ORIFICIO AHOGADOLos datos requeridos previamente para el diseo deben ser:

- Caudal de captacin, para nuestro caso es de 0.60 m3/s.- Longitud de la ventana de captacin (depende del canal de derivacin), para el ejemplo se asume L=1.20 m.- Altura de la ventana de captacin (depende del arrastre de slidos del ro, se recomienda una altura entre 0.40 m

a 0.60 m. dependiendo del tipo y cantidad de slidos), para nuestro caso consideraremos H 0=0.50 m.

Figura 03: Caractersticas en la toma.



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Se utiliza la frmula de vertederos:2

3

.. hLCQ

3

2

.LC

Qh

h=(0.60/((1.84)(1.20)))2/3, h=0.42 m

Donde,Q : Caudal de diseo o captacin (m3/s).L : Longitud de las ventana de captacin (m).C : Coeficiente del vertedero (C=1.84).h : Altura de la ventana de captacin (m).

Se asume h = 0.45 mpor procedimiento constructivo, y luego se calcula el caudal de exceso que ingresar por la ventanade captacin:

Q = (1.84)(1.20)(0.45)3/2, Q=0.67 m3/s

Si se comporta como orificio ahogado (en avenida), se aplica la siguiente relacin:

2

1

)2.(. ghACdQ

g

ACdQ

h2

.

2

h = (0.60/((0.75)(1.20)(0.45)))2/((2)(9.81)), h = 0.11 m

Donde,Q : Caudal de diseo, en m3/s.Cd : Coeficiente de descarga del orificio (Cd=0.75).A : Superficie del orificio, en m2 (A=1.20x0.45=0.54 m2).h : Prdida de carga (diferencia entre el nivel agua dentro del registro y el nivel de agua en la

seccin arriba del vertedor), en metro.

Se asume h = 0.15 mpor procedimiento constructivo, y luego se calcula el caudal de exceso que ingresar por la ventana

de captacin:

Q = (0.75)(0.54)((2)(9.81)(0.15))1/2, Q=0.69 m3/s

3.5.2SEGUNDO PROCEDIMIENTO: APLICANDO LA ECUACIN DE LA ENERGA PARA HALLAR LAS DIMENSIONES DE LAVENTANA DE CAPTACIN

3.5.2.1DETERMINANDO LAS DIMENSIONES GEOMTRICAS E HIDRULICAS DEL CANAL DE DERIVACINSe recomienda que el canal de derivacin sea rectangular por facilidad constructiva. Se aplica la frmula de Manning:

2

1

3

21SR

nv


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Donde,v : Velocidad en el canal (m/s).n : Coeficiente de rugosidad de Manning (n=0.014, para C).R : Radio Hidrulico del canal (m).S : Pendiente del canal (S=0.001).

Se sabe que: A=by, R=y/2 (por eficiencia hidrulica), Q = Av; b=1.20 m. Entonces la frmula de Manning ser:

2

1

3

2

SRn

AQ

0.60=1.20y(y/2)2/3(0.001)1/2/0.014, y=0.53 m

Algunos investigadores plantean relaciones en base al rea del canal:

Tabla 06: Investigadores para calcular el tirante.

Investigador FrmulaMolesword

3

Ay

Etcheverry Ay2

1


- El rea ser: A=by, A=1.20x0.53, A=0.64 m2- El Radio hidrulico ser: R=y/2, R=0.53/2, R=0.27 m- La velocidad ser: v=Q/A, v=0.60/0.64, v=0.94 m/s

El borde libre se estima en t=0.17 m, por lo que el diseo del canal de derivacin tendr la siguiente seccin:

Figura 04: Seccin del canal de derivacin.



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3.5.2.2APLICACIN DE LA ECUACIN DE LA ENERGA (BERNOULLI) PARA EL CLCULO DE LA VENTANA DE CAPTACINFigura 05: Puntos de aplicacin para la ecuacin de la energa.


Figura 06: Caractersticas en la toma (eje para los puntos de aplicacin).


Bernoulli entre 1-2:

Como en canales, el agua circula a presin atmosfrica, por lo que Bernoulli se aplica como sigue:

hLg

vyz

g

vyz

2cos

2cos

2

111

2

222

- El ngulo , mide la inclinacin entre el punto 1 y el punto 2, cuando es muy pequea, se considera 0 ( cos0=1).- El ngulo , mide la variacin angular en el plano horizontal, al no haber variacin, tiende a uno (1).- hL es la prdida de carga en el punto 1, como ste es un canal con flujo laminar, no se considera prdidas de carga

(hL=0).


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Como A=by, b=1.20 m, Q=0.60 m3/s y Q=Av, entonces v2=0.60/(1.20y2), v2=0.50/y2; reemplazando los valores, se tiene:

-0.25+1.00y2+1.00(0.50/y2)2/(2(9.81))=+0.00+0.53(1.00)+(0.942/(2(9.81))+0.00, y2=0.81 m

v2=Q/(by2), v2=0.60/(1.20(0.81)), v2=0.62 m/s


hLg

vyz

g

vyz

2cos

2cos

2

222

2

333

En el punto 2, se produce prdida de carga por el cuenco amortiguador o poza de disipacin, lo que se calcula con lafrmula de Darcy-Weisbach:

g

v

D

LfhL

2..

2

donde,hL : Prdida de carga debida a la friccin (m).f : Factor de friccin de Darcy (adimensional).L : Longitud del canal de ingreso (para el ejemplo es 3.00 m).D : Tirante en la poza o cuenco (m).v : Velocidad media del fluido (m/s).g : Aceleracin de la gravedad (g=9.81 m/s2).

La prdida de friccin para el flujo en tuberas puede aplicarse a escurrimientos uniforme y casi uniforme en canales

abiertos. El valor del factor de friccin de Darcy, y la ecuacin utilizada para su clculo, depende del rgimen de flujo. Enrgimen laminar la expresin general desarrollada es la s iguiente (Pavlov, 1981):

Re

Kf

donde,K1 : Factor numrico que depende de la forma del canal (K=24 para canales rectangulares y K=14 para

canales triangulares).Re : Nmero de Reynolds, depender en cierta forma del tipo de canal. El valor vara entre 500 a 600 (Ven

Te Chow. p. 15, Hidrulica de Canales Abiertos).

f=24/500, f=0.048

hL=0.048(3.00)(0.62)2/((0.81)(2)(9.81)), hL=0.0035 m

Como A=by3, b=1.20 m (se considera un ancho uniforme en todo el canal de ingreso), Q=0.60 m3/s y Q=Av, entonces

v3=0.60/(1.20y3)=0.50/y3, reemplazando valores:

+0.13+1.00y3+1.00(0.50/y3)2/(2(9.81))=-0.25+0.81(1.00)+1.00(0.622)/(2(9.81))+0.0035, y3=0.35 m

v3=0.60/(1.20(0.35)), v3=1.45 m/s

1En la regin laminar: K es ms alto que en canales lisos y vara entre 60 a 33. En la regin turbulenta: La forma de canal tiene un efectopronunciado sobre el factor de friccin y decrece.


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En la ventana de captacin se producen prdidas de carga por contraccin en las paredes laterales y por rejilla (en el casode que se considere en el diseo). Para analizar su incidencia en la ventana de captacin y en el caudal a captar paracompensar stas prdidas, se aplica Bernoulli entre 3 y 4.

Clculo de Bernoulli entre 34:

hLg

vCosyz

g

vCosyz

22

2

333

2

444

Previamente debe calcularse la prdida de carga por rejilla, para lo cual debe conocerse el nmero de varillas en la rejilla:

1d

LtN

donde,N : Nmero de barrotes en la rejilla.Lt : Longitud del bocal de captacin.d : Separacin entre ejes de cada barrote o varilla.

Las rejillas pueden fabricarse de varillas (seccin circular) o platinas unidas mediante soldadura formando paneles. Esrecomendable que la separacin entre varillas sea de 0.025 m a 0.10m para material f ino y de 0.10m a 0.20m para materialgrueso. La distancia entre varillas o platinas se toma entre ejes. La rejilla puede colocarse con inclinaciones entre 75 a90, para facilitar su limpieza.

Para el caso del ejemplo, las varillas de la rejilla sern de acero liso perfil circular de (2 cm). Se considera rejilla paraeliminar material grueso por lo que se considera una separacin de diez centmetros.

d=e+D

d=0.10+0.02, d=0.12 cm

N=Lt/d1, N=(1.20/0.12)-1=9.0, N=9 Varillas


Figura 07: Ventana de captacin con rejilla.

Figura 08: Estructura de la rejilla.


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La prdida de carga por rejilla se calcula por medio de las siguientes relaciones:

g

VChr r

2

.2

Se nb

SC

3

4

donde,

C : Coeficiente de la seccin transversal.b : Coeficiente que depende de la seccin transversal ( =2.42)S : Espesor de la reja, en cm.b : Longitud libre entre barras, en cm.

: ngulo de inclinacin de la reja de 75 a 90 (se asume 85). : ngulo de direccin de flujo en relacin a la ventana (vara de 20 a 60 correspondiendo 2 a 6

respectivamente). Se asume 30 o 3.Vr : Velocidad en la rejilla (velocidad en la ventana), en m/s.

Vr=Q/A=0.60/(1.20(0.35)), Vr= 1.43 m/s

C=2.42(2/10)4/3Sen(85), C=0.28

hr=3(0.28)(1.43)2/(2(9.81)), hr=0.09 m

La prdida de carga por contraccin se calcula por:hc=0.23(1.43)2/(29.81), hc=0.02 m

donde,

Kc : Coeficiente de entrada, depende de las caractersticas de las aristas de entrada (Kc = 0.23).

Tabla 07: Coeficiente Kc para el tipo de entrada a la ventana de captacin.


Tipo de entrada a la ventana de captacin Kc Abertura de la ventanaEntrada abocinada 0.04Arista redondeada 0.23

Arista recta 0.50


16/35



Prdida de carga total:hL=hr+hc

hL=0.09+0.02, hL=0.11 m


hLg

vyz

g

vyz

22

2

333

2

444

Como A=by4, b=1.20 m (se considera un ancho uniforme en todo el canal de ingreso), Q=0.60 m3/s y Q=Av, entonces

v4=0.60/(1.20y4)=0.50/y4, reemplazando valores:

+0.00+1.00y4+1.00(0.50/y4)2/(2(9.81))=+0.13+0.35(1.00)+1.00(1.452)/(2(9.81))+0.11, y4=0.67 m

v4=0.60/(1.20(0.67)), v4=0.75 m/s

Verificando las caractersticas hidrulicas del ro, observamos que la velocidad y el tirante son:

v=1.83 m/s e y=1.14 m

Por lo tanto se garantiza la condicin de carga, la dimensin final de la ventana ser de 1.20x0.35 m.

Figura 08: Caractersticas de la ventana de captacin.


3.5.3DISEO DE LA PRESA DE DERIVACINEsta obra sirve para derivar las aguas hacia la ventana de captacin en pocas de estiaje; en pocas de avenidadescarga las aguas excedentes por encima de su cresta; por esa razn el diseo debe ejecutarse para la mximaavenida probable.

3.5.3.1 DETERMINACIN DE LA ALTURA DE LA PRESA DE DERIVACINTiene por objeto asegurar la derivacin del caudal necesario hacia el canal principal o de conduccin y permitir elpaso de los excedentes por encima de su cresta.


17/35



Figura 10: Altura del barraje.


Pueden utilizarse dos criterios:

El primero considera, la siguiente expresin:

18.00 HHP Donde,

P : Altura del Barraje (m).Ho : Altura del umbral de la ventana de captacin (m).

H : Altura de la ventana de captacin (m).0.18 : Altura de sobre elevacin del agua, evita el ingreso de elementos flotantes por el bocal decaptacin (dato que puede variar segn el criterio del diseador).

El segundo considera, la siguiente expresin:20.00 HHCoCc

donde,Cc : Cota de la cresta del barraje.Co : Cota del lecho del ro.Ho : Altura hasta la base de la ventana de captacin (recomendable 0.60 m depende del tamao

de obra).

H : Altura de la ventana de captacin (m).0.20 : Altura de sobreelevacin del agua, tiene el fin de corregir efectos de oleaje y coeficientes de

frmula (dato que puede variar segn el criterio del diseador).

De acuerdo a los datos de diseo, se tiene:

H=0.35 m, Ho=0.13 m, y Co=3900.00 msnm

Cc=3900.00+0.13+0.35+0.20=3901.05 msnm, Cc=3900.68 msnm

Un dato necesario para el diseo, es el caudal mximo (caudal de avenida del ro):

Qmax=20.13 m3/s


18/35



3.5.4CLCULO DE LA ALTURA DE CARGASe asume que el barraje es un vertedero de pared gruesa, por lo que su diseo se realiza con la frmula de Francis(en particular cuando son vertederos tipo WES o CREAGER):

2/3eCLHQ

Donde,He : Altura total de la energa sobre la cresta (m).L : Longitud del barraje (m).C : Coeficiente de descarga para vertederos (C = 2.1).Q : Caudal del cauce (m3/s).

Figura 11: Altura de carga y resalto hidrulico en el baraje vertedero.

Fuente: Elaboracin propia.Donde,

Ha : Carga de la velocidad de aproximacin (m).Hd : Carga de agua sobre la cresta (m).He : Carga total de agua sobre la cresta (m).P : Altura del Barraje (m).H : Profundidad del pozo (m).H1 : Altura total de cada (m).

H2 : Altura del agua antes del Resalto (m).H3 : Tirante de aguas abajo (m).

Vente Chow (1984), considera que, cuando la altura P del vertedero es mayor que 1.33Hd (Hd es la altura de carga sinconsiderar la velocidad de aproximacin entrante), entonces la velocidad entrante es despreciable.

P/Hd > 1.33: Ha=0, entonces la carga de velocidad entrante es despreciable.P/Hd < 1.33: Ha0, entonces la carga de velocidad entrante es apreciable.

- En la primera condicin (Ha es despreciable), el coeficiente de descarga C es Cd=1.859 (Francis).- En la segunda condicin, la velocidad entrante ser apreciable sobre la descarga o el coeficiente de

descarga y por tanto en el perfil del nivel fretico.


19/35



Aplicando la frmula fundamental de vertimiento en seccin rectangular de BAZIN, se determina la altura de la carga sobreel barraje:

donde,Q : Caudal mximo (Qmax=20.13 m3/s).

: Coeficiente ( =0.75).Hd . Altura de la carga sobre el barraje (m).V : Velocidad del ro (V=1.83 m/s).b : Ancho del ro en el eje de toma (b=14.84 m).

20.13=(2/3)(0.75)(14.84)(2(9.81))1/2((Hd+1.832/(2(9.81)))3/2-(1.832/(2(9.81)))3/2), Hd=0.60 m

Tabla 8: Valores de Cw para la frmula de BAZIN.

Hd/h h=0.05 h=0.10 h=0.20 h=0.40 h=0.60 h=0.80 h=1.00 h=1.500.5 2.316 2.285 2.272 2.266 2.263 2.262 2.262 2.2611.0 2.082 2.051 2.037 2.030 2.027 2.026 2.025 2.0242.0 1.964 1.933 1.919 1.912 1.909 1.908 1.907 1.90610.0 1.870 1.839 1.824 1.817 1.815 1.814 1.813 1.812

infinity 1.846 1.815 1.801 1.793 1.791 1.790 1.789 1.788


En la frmula para determinar la carga de velocidad de aproximacin:

0.68/0.60=1.13 < 1.33

Entonces la carga de velocidad de aproximacin o entrante (Ha) es apreciable porque es menor a 1.33. Por seguridad seaplica (Ven Te Chow, Hidrulica de canales abiertos, 1984):

Ha=0.08He

He=Hd+Ha, Hd=He0.08He, Hd=0.92He, He=1.087Hd

He=1.087(0.60), He=0.65 m

Ha=0.08(0.65), Ha=0.05 m

Por otro lado se tiene:

0.54 (P/He) < 0.93

0.54(0.68/0.65)=0.56 < 0.93

Aplicando FRANCIS:

Q=CLHe3/2, He=(Q/(CL))2/3


20/35



He=(20.13/(2.1(14.84)))2/3, He=0.75 m

El coeficiente C, C = 2.17 segn la Tabla adjunta para una relacin: P/Hd=1.50.

He=1.087Hd, Hd=He/1.087

Hd=0.75/1.087, Hd=0.69 m

Por seguridad se utiliza el mayor valor entre 0.60 m y 0.69 m: Hd=0.69 m

Ha=0.08He

Ha=0.08(0.75), Ha=0.06 m

a) Clculo de la longitud efectiva del barrajeLe=Lo2(NKp+Ka)He

Donde,Le : Longitud efectiva del barraje (cresta).Lo : Longitud real de la cresta del barraje (Le=14.84 m).N : Nmero de pilares (N=1).Ka : Coeficiente de contraccin lateral por muros.Kp : Coeficiente de contraccin por muros.He : Carga de operacin (agua total sobre la cresta).

Kp vara de 0.025 a 0.10 dependiendo de las caractersticas geomtricas y el acabado de los muros, Ka es de 0.10 en

crestas por pilar.

Le=14.842(1(0.10)+0.10)(0.75), Le=14.54 m

b) Clculo de la velocidad de acercamientoQ=VA, A=Bo(P+Hd), V=Q/[Bo(P+Hd)]

Donde,Bo : Ancho del ro (Bo=14.84 m).Hd : Altura de la velocidad de acercamiento (Hd=0.69 m).

V=20.13/[14.84(0.68+0.69)], V=0.99 m/s

La altura de la velocidad de acercamiento ser:

Ha=V2/(2g)

Ha=0.992/(2(9.81)), Ha=0.05 m

Por lo tanto la altura de la velocidad de acercamiento se aproxima a 0.05 m y 0.06 m.

c)

Clculo de los elementos hidrulicos del barraje


21/35



gBy

QHePy

21.1

22

1

2

1

3.5.5CLCULO DE LOS ELEMENTOS HIDRULICOS DEL BARRAJE3.5.5.1 DETERMINACIN DEL PERFIL DE BARRAJESe debe seleccionar un perfil que, evite las presiones negativas, permita a la mxima eficiencia hidrulica, practicabilidad,estabilidad, economa.

El perfil seleccionado es del tipo WES (Waterways Experimental Station) desarrollado por el USACE (United States ArmyCorps of Engineers):

1n nx KHd Y

Donde,

x, Y : Coordenadas del perfil de la cresta.Hd : Carga neta del diseo, sin incluir la altura de la velocidad de aproximacin (m).K, n : Parmetros que dependen de la inclinacin de la superficie de aguas arriba.

Tabla 09: Valores de la inclinacin cara aguas arriba.


Segn la Tabla 09, para la pared vertical se tiene lo siguiente:

K=2.00, n=1.85, Hd=0.69 m

x1.85=2.00(0.69)1.85-1 Y, x1.85=2.00(0.69)1.85-1 Y, x1.85=1.46 Y

Figura 12: Perfil terico del barraje (WES).


Inclinacin cara aguas arriba K nVertical 2.00 1.85

3 a 1 1.936 1.8363 a 2 1.939 1.810

3 a 3 1.873 1.776


22/35



En el proceso de iteracin se tiene el siguiente cuadro:

Tabla 10: Coordenadas del perfil del barraje.


Tabla 11: Formulas aplicadas para los elementos de la curva en el barraje.

Dato Formula Operacin RespuestaHd=0.69 m 1 0.5R Hd R1=0.5(0.69) R1=0.35 m

2 0.2R Hd R2=0.2(0.69) R2=0.14 m

1 0.282L Hd L1=0.282(0.69) L1=0.19 m2 0.175L Hd L2=0.175(0.69) L2=0.12 m


3.5.6DETERMINACIN DEL RESALTO HIDRULICO AL PIE DE PRESAEl resalto hidrulico se produce por el paso brusco del rgimen super-crtico al rgimen sub-crtico en un tramo corto.

3.5.6.1 El clculo del gasto unitario se realiza con la siguiente expresin:q=Q/L

q=20.13/14.84, q=1.36 m3/s/m

Figura 13: Puntos de aplicacin para el resalto hidrulico.


x Y X Y0 0.00 0.7 0.350.1 0.01 0.8 0.450.2 0.03 0.9 0.560.3 0.07 1.0 0.680.4 0.13 1.1 0.820.5 0.19 1.2 0.960.6 0.27 1.3 1.110.7 0.35 1.4 1.280.8 0.45 1.5 1.45


23/35



Figura 14: Esquema del barraje.


Ho=P+h

H1=P+Hd

Datos necesarios para el clculo de las alturas en el esquema del barraje:

P=0.68 m, h=0.40 m (dato asumido), Hd=0.69 m, He=0.75 m

Ho=0.68+0.40, Ho=1.08 m

H1=0.68+0.69, H1=1.37 m

3.5.6.2 El resalto se calcula con la frmula para prdidas de energa:

donde,q : Caudal o gasto unitario (m3/s/m).

H1 : Altura total de cada (m).H2 : Tirante antes del resalto (m).Ho : Altura del barraje ms la profundidad del pozo (m).Hd : Altura neta antes de la cada (m).n : Coeficiente de rugosidad (concreto liso 0.013 y concreto frotachado 0.014 ). Se opta por 0.014.

1.362=2(9.81)(1.37H22-(0.0142(9.812)(1.08))/(0.694/3)-H2

3), H2=0.35 m

3.5.6.3 Clculo del tirante aguas abajo del resalto.- Se calcula con la frmula de tirante conjugada, que muestra acontinuacin:

2 21/ 22 2 2 2

3

2( )

2 4

H H H VH

g

donde,V2 : Velocidad al pie de la presa (m/s).


24/35



H2 : Tirante aguas arriba del resalto (H2=0.35 m).H3 : Tirante aguas abajo del resalto (m).

La velocidad se calcula con la siguiente formula:

V2=Q/(LH2)

V2=20.13/(14.84(0.35)), V2=3.88 m/s

, H3=0.86 m

3.5.6.4 Verificacin de presencia de Subpresiones.- La presencia de supresiones al pie de la presa pueden producir fallasen la estructuras, por tanto es conveniente saber si se producen el resalto hidrulico. Su clculo se realizamediante la siguiente formula:

, H3=0.96 m

H3> H3

0.96 m > 0.86 m

Por tanto existe resalto hidrulico, ello origina sub-presiones motivando el clculo del contra-escarpe o cuencaamortiguadora.

3.5.6.5 Clculo de la cuenca amortiguadora (poza de amortiguamiento, contra-escarpe).- Los datos necesarios para larealizar el clculo son los siguientes:

H=H2+P+Hd, H=0.35+0.68+0.69, H=1.72 m

H2=0.35 m, H3=0.86 m

Tabla 12: Diversos criterios para determinar la longitud de la cuenca amortiguadora.

Autor Formula Procedimiento Longitud, L(m)LINQUIST 3 25L H H 5(0.86-0.35) 2.55USBR (United Status Borean of Reclamation) 34L H 4(0.86) 3.44

SCHOKOLITSCH 1/ 20.612L c H 0.612(5)(1.72)1/2 4.01

BECERRIL 210L H 10(0.35) 3.5LAFRANETZ 34,5L H 4.5(0.86) 3.87PAULOVSKI 3 22, 5(1.4 )L H H 2.5(1.4(0.86)-0.35) 2.14

Fuente: Irrigaciones, Hurtado E, UNAP-FICA, 2012.

donde,

L : Longitud de la cuenca amortiguadora (m).


25/35



c : Coeficiente comprendida entre 4 y 6 (se asume el promedio c=5).

De acuerdo a los datos obtenidos, se opta por la mayor longitud de la cuenca amortiguadora:

L=4.01 L=4.00 m3.5.6.6 Clculo de la curvatura al pie del barraje.- La superficie del barraje al inicio de la poza tendr una curva de

radios, dada por la siguiente expresin:

R=10(V2+6.4Hd+16)/(3.6Hd+64)

La frmula est en unidades inglesas, es necesario cambiar las unidades de los datos (1 pie=0.3048 m, 1 m=3.281 pies):

V2 =3.88 m/s, V2 =3.88(3.281), V2 =12.73 pies/s

Hd=0.69 m, Hd=0.69(3.281), Hd=2.26 pies

R=10(12.73+6.4(2.26)+16)/(3.6(2.26)+64), R=3.97 pies, R=3.97(0.3048), R=1.21 m

Tambin se usa la relacin para el clculo del radio de la curvatura:

R=1.5Hd

R=1.5(0.69), R=1.04 m

Figura 15: Curva en el pie del barraje.

Fuente: Elaboracin propia.3.5.6.7 Verificacin de la longitud necesaria de infiltracin.- Esta verificacin es necesaria para evitar la tubificacin por

debajo de la presa y eliminar los efectos de las sub-presiones. Se calcula por la frmula de E. W. Lane:

H

LvLh

c 3

1


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Donde,c : Coeficiente segn el tipo de suelo de cimentacin.Lh : Longitud horizontal (se considerarn longitudes rectas o inclinadas menores a 45).Lv : Longitud vertical (longitudes verticales mayores a 45).H : Carga efectiva del agua (H=H3=0.86 m).

Figura 16: Camino de percolacin o infiltracin.

Fuente: Diseo de Bocatoma, Mansen A, FIC-UNI.

Figura 17: Esquema del barraje en la infiltracin.



27/35



Tabla 13: Valores de c, segn BLIGHT.

Clase de material CLimo o arena fina 18Arena fina 15

Arena de grano grueso 12Grava y arena 9Cascajo con grava y arena 4-6


Lh=BC+DE+FG+HI+JK, Lh=0.40+0.80+0.80+4.40+0.40, Lh=6.80 m

Lv=AB+CD+EF+GH+IJ+KL, Lv=1.20+0.40+0.60+0.40+0.30+0.90, Lv=3.80 m

c=(1/3(6.80)+3.80)/(0.86)),c=7.05

Valor que est ubicado para un terreno de material grava y arena, es el suelo predominante en la zona de captacin. Por lotanto se adopta c=9.

3.5.6.8 Determinacin de la sub-presin.- Se determina la sub-presin en diferentes puntos, para la condicin de cuandoel agua est a nivel de aguas en el colchn.

XL

hhwbcSp

Figura 18: Esquema de la sub-presin ejercida en el barraje.

Fuente: Diseo de Bocatoma, Mansen A, UNI-FIC.donde,

Sp : Sub-presin.w : Peso especfico del agua (w=1.00 Tn/m3).b : Ancho de la estructura(b=1.00 m).c : Factor de sub-presin que depende de la porosidad del material vara de 0 a 1 (1 para concreto sobre

material permeable).h : Carga por perder (h=H3=0.86 m).L : Longitud de la infiltracin (L=(1/3)Lh+Lv, L=(1/3)(6.80)+3.80, L=6.07 m).X : Longitudes parciales de infiltracin.

Sp=1(1)(1)(0.86-(0.86/6.07)X), Sp=0.86-0.14X


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Tabla 14: Las sub-presiones en cada punto.

Punto X Sp (Tn/m) Sp (kg/m) Sp/1.4B 0.00 0.86 860.00 0.61C 0.40 0.80 804.00 0.57

D 0.60 0.78 776.00 0.55E 1.40 0.66 664.00 0.47F 1.80 0.61 608.00 0.43G 2.60 0.50 496.00 0.35H 2.60 0.50 496.00 0.35I 7.00 -0.12 -120.00 -0.09J 7.50 -0.19 -190.00 -0.14K 7.90 -0.25 -246.00 -0.18L 7.90 -0.25 -246.00 -0.18

Fuente: Invencin propia.

3.5.6.9 Clculo del enrocado de proteccin o escollera.- Al final del colchn amortiguador o poza disipadora se colocauna escollera o enrocado con el fin de reducir la erosin y contrarrestar el arrastre del material fino por accinde la infiltracin. La frmula es la siguiente:

cb LqDcLt 67.0 Figura 19: Esquema de la escollera.


donde,Lt : Longitud total de la escollera.c : Coeficiente de BLIGH.Db : Altura comprendida entre la cota de la cresta del barraje y la cota del extremo aguas abajo.q : Caudal unitario.Lc : Longitud del colchn o cuenca.

Db=3900.68-3900.00, Db=0.68 m

q=1.36 m3/s/m, Lc=4.00 m, C=9

Lt=0.67(9)((0.68)(1.36))-4.00, Lt=1.58 m


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Tabla 15: Valores del coeficiente c, segn BLIGHT y LANE.

Lecho del cauce (clase de suelo) c (Coeficiente de BLIGH) Coeficiente de LANELimo y arena fina (80% que pasa el tamiz 0.15 mm) 18 8.5Arena fina (60% que pasa el tamiz 0.20 mm) 15 7.0

Arena de grano grueso 12 6.0Arena con cuarzo 12 5.0Grava y arena 9 -Grava fina - 4.0Grava con canto rodado - 3.0Piedra grande con canto rodado y grava - 3.5

Piedra grande 4-6 -Arcilla suave - 3.0Bolones y arena 4-6 -Arcilla 6-7 2.0

Arcilla densa - 1.8-1.6


Figura 20: Esquema del barraje WES.

Fuente: Invencin propia.

3.5.8. DISEO DE LA COMPUERTA DE LIMPIAEl canal de limpia tiene por objeto eliminar los sedimentos que se depositan al ingreso de la ventana o compuerta decaptacin, posibilitando la captacin en poca de estiaje.


30/35



Figura 21: Esquema del canal de limpia.

Fuente: Diseo de Bocatoma, Mansen A, UNAP-EPIC.

La frmula a utilizarse es la de Vertederos de Fondo:

,

, si h es alejado, entonces:

donde,q : Caudal unitario (m3/s/m).m : Coeficiente de gasto (m=0.611).a : Altura de la compuerta (a=P-0.10=0.68-0.10=0.58 m).

h : Altura delante de la compuerta.

q=0.611(0.58)(2(9.81)(0.68-0.611(0.58))1/2, q=0.90 m3/s/m

Como la ventana capta un caudal de 0.60 m3/s y el caudal medio (Qm) es 1.80 m3/s.

Q=Qm-Qc

Q=1.80-0.60,Q=1.20 m3/s

Q=qL, L=Q/q

L=1.20/0.90,L=1.33 m


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Por lo tanto la compuerta tendr una longitud de L=1.33 y una altura de h=0.58, entonces las medidas son 1.33x0.58, elrea es 0.77 m2; pero las compuertas convencionales, estndar en el mercado son de 1.00x0.80. Por lo que se asume.

El canal de limpia se calcula con el caudal medio a arrastrar las partculas:

Q=1.30 m3/s, b=0.595, b=1.00 m, n=0.015, S=0.082/1

2/32/1

2/1

n

SQV

V=0.595(1.301/2(0.081/2/0.015)3/2)1/2, V=5.75 m/s

A=Q/V

A=1.30/5.75,A=0.23 m2

y=A/b

y=0.23/1.00,y=0.23 m

En el canal de limpia se calcula el tirante crtico:

3/1

2

2

gb

Qyo

yo=(1.302/(1.002(9.81)))1/3,yo=0.56 m

3.5.8.1. Determinacin de la sumergencia o no sumergencia al pie de la compuertaa) Para la avenida media

2/122

14

2

2

d

gd

qdh

Datos necesarios para el clculo de h 1, son los siguientes:

q=0.90 m3/s/m, g=9.81 m/s2, m=0.611, a=0.58 m

d=ma

d=0.611(0.58), d=0.35 m

h1=-0.35/2+(2(0.902)/(9.81(0.35))+0.352/4)1/2, h1=0.53 m

h1> d

0.53 m > 0.35 mSiendo h1mayor que d, entonces la sumergencia no existe en la descarga libre, que es realiza a travs de la compuerta.


32/35



b) Para la avenida mximaho=P+He=0.68+0.75, ho=1.43 m

El factor m disminuye para grandes descargas es 0.60, y el coeficiente a se redondea a 0.60, entonces se tiene lo

siguiente:

d=ma

d=0.60(0.60), d=0.36 m

Se tiene las frmulas siguientes:

ghmaq 2

mahho

2/122

24

2

2

d

gd

qdd

h=1.43-0.36, h=1.07 m

q=0.36(2(9.81)(1.07))1/2,q=1.65 m3/s/m

d2=-0.36/2+(2(1.652)/(9.81(0.36))+0.362/4)1/2,d2=1.07 m

Considerando una descarga libre para un caudal por la compuerta y como primer tanteo se tiene:

Q=qL

Q=1.65(1.00), Q=1.65 m3/s

Se asume un caudal Q=1.70 m3/s, b=0.595, b=1.00 m, n=0.015, S=0.08

2/12/3

2/12/1

n

SQV

V=0.595(1.701/2(0.081/2/0.015)3/2)1/2, V=6.15 m/s

A=Q/V

A=1.70/6.15,A=0.28 m2

y=A/b

y=0.28/1.00,y=0.28 m

En el canal de limpia se calcula el tirante crtico:


33/35



3/1

2

2

gb

Qyo

yo=(1.702/(1.002(9.81)))1/3,yo=0.65 m

d2> d

1.07 m > 0.36 m

Como d2 es mayor que d, la descarga es libre. Por lo tanto el caudal unitario ser:

ghkmaq 2

donde,k : Coeficiente de prdida.L : Ancho de la compuerta de limpia (m).

q=0.96(0.36)(2(9.81)(1.07))1/2, q=1.58 m3/s/m

Entonces el caudal por la compuerta ser:

Q=qL

Q=1.58(1.00), Q=1.58 m3/s

3.5.9. DISEO DE ALIVIADEROFigura 22: Aliviadero de demasas

Fuente: Diseo de Bocatoma, Mansen A, UNI-FIC

.


34/35



3.5.9.1. Clculo del caudal en exceso

H1=h+0.20+HdH2=0.20+hd

h=0.35 m, Hd=0.69 m, C=0.60, L=1.20 m, Qo=0.60 m3/sH1=0.35+0.20+0.69, H1=1.24 m

H2=0.20+0.69, H2=0.89 m

Qingreso=(2/3)(0.60)(1.20)(2(9.81))1/2(1.243/2-0.893/2), Qingreso=1.15 m3/s

Qexceso=Qingreso-Qo

Qexceso=1.15-0.60, Qexceso=0.55 m3/s

3.5.9.2. Clculo del tirante para este caudal de ingresoQ=1.15 m3/s, b=0.595, b=1.20 m, n=0.014, S=0.001

2/12/3

2/12/1

n

SQV

V=0.595(1.151/2(0.0011/2/0.014)3/2)1/2, V=1.14 m/s

A=Q/V

A=1.15/1.14,A=1.00 m2

y=A/b

y=1.00/1.20,y=0.83 m

En el canal se calcula el tirante crtico:

3/1

2

2

gb

Qyo

yo=(1.152/(1.202(9.81)))1/3,yo=0.45 m


35/35


Figura 23: Esquema del aliviadero.


H1=y-e

e=0.45 (asumido), y=0.83 m

H1=0.83-0.45, H1=0.38 m

H2=H1/0.80

H2=0.38/0.80, H2=0.48 m

3.5.9.3. Clculo de la altura hh=(H1+H2)/2

h=(0.38+0.48)/2, h=0.43 m

Se tiene la siguiente frmula:

Donde, : Coeficiente, =0.55 para canto rodado.v : Coeficiente (v=0.95).Q : Caudal de exceso (Q=0.55 m3/s).

L=3(0.55)/(2(0.55)(0.95)(2(9.81))1/2(0.433/2)), L=1.26 m

Por lo tanto se opta por L=1.50 m, esto por factores de seguridad y por proceso constructivo.

TRABAJO DE IRRIGACIONES- DISEÑO DE BOCATOMA

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