DISEÑO DE BOCATONA BARRAJE MIXTO

Tipo de Bocatoma:

El tipo de bocatoma que hemos considerado en muestro proyecto es de Barraje Mixto, el cual consta de:(a) Una presa derivadora impermeable (concreto ciclópeo)(b) Un frente de regulación y limpia, perpendicular al sentido de la corriente(c) Un frente de captación

Caudales de diseño:

Qrio = 250.00 m³/s CAUDAL DEL RIO

Qderivacion = 4.23 m³/s CAUDAL DE DISEÑO DEL CANAL

Qdiseño = 250.00 m³/s

Cálculo del Coeficiente de Rugosidad:

1.- Valor basico de rugosidad por cantos rodados y arena gruesa2.- Incremento por el grado de Irregularidad (poco irregular)3.- Incremento por el cambio de dimenciones ocasionales 4.- Aumento por Obstrucciones por arrastre de raices5.- Aumento por Vegetacion

n = 0.038

Determinación de la Pendiente en el lugar de estudio:

El calculo de la pendiente se ha obtenido en el perfil longitudinal, esta pendiente está comprendida entre los tramos de un kilometraje.

Km Cota-1.9 0+1000.00 140.08

0+0.00 141.98-1000.00

Ancho de Plantilla (b) = 100.00 m En función a la topografía dada y procurando que la longitud del

Pendiente (S) = 0.0019 barraje conserve las mismas condiciones naturales del cauce, conel objeto de no causar modificaciones en su régimen.

Cotas y Altura del Barraje:

1. Calculo de la cota de Cresta del Aliviadero:

1.1. Cálculo de la Altura del Barraje P:

Datos :

Q = 250.00 m³/sb = 100.00 m

INTERACCION PARA ALTURA DE BARRAJEn = 0.038S = 0.0019

Por tanteo :

1.00 217.9449 98.68851.30 217.9449 152.22081.62 217.9449 217.9431

217.94 = 217.94

P = 1.60 m

h sedimento: También llamado Altura del Umbral del vertedero de captación.

ho = 0.60 m

Co= cota del lecho detrás del barraje vertederoho=h= altura que necesuta la ventana de captacion para poder captar el caudal de derivacion Qd (asumir que funciona como vertedero)

0.20 sumando de seguridad con el fin de corregir efectos de oleaje y coeficientes de la formula, pudiendo ser mayor de ser posible.

altura necesaria para evitar el ingreso de material de arrastre (se recomienda ho ≥ 0.60 m)

Q .nS1/2

=(b .d )( b .db+2d )

2/3

Q.n.√S b.d.〖 ((b.d)/(b+2d))〗^(2/3)D ( m)

Q=1n. R2/3 .S1/2 . A

120.60

0.20 m

0.8P = 1.60 m

0.60 m 119.00

2. Longitud del barraje fijo y del barraje movil

a. Dimensionamiento:

a.1 Por relacion de areas

El area hidraulica del canal desarenador tiene una relacione de 1/10 del area obstruida por el aliviadero, teniendose :

N de pilares = 3.00…………(1) donde:

N de compuertas = 3.00

P

100 - Lbm100m

A1 = P x Lbm A2 = P ( 100 - 2Lbm )

Remplazando estos valores, tenemos que: P x Lbm = Px (100 - 2Lbm)/10

1.6 x Lbm = 1.6 x ( 100 - Lbm )/10

A) LONGITUD DE BARRAJE MOVIL (Lbm)

Lbm = 7.46 m

B) LONGITUD DE BARRAJE FIJO (Lbf)

Entonces : Lbf = 100 - Lbm = 92.54 m

C) LONGITUD DE COMPUERTA DEL CANAL DESARENADOR (Lcd)

Lcd = Lbm/3= 2.49 m

Se usara 3 Compuertas radiales de: 197 plg x 150 plg

Lcd = 5.00 m

a.3 Predimensionamiento del espesor del Pilar (e)

e = Lcd /4 = 1.25 m

Consideramos : e = 1.30 m

Dimension del barraje fijo: Ltbf = 81.09 m

b. Resumen:

P = 1.60 m

ESPESOR DEL PILAR 1.30 m 1.30 m 1.30 mLONG. COMPUERTAS 5.00 m 5.00 m 5.00 mLONGUITUD DEL BARRAJE MOVIL 18.90 m LONGITUD DEL BARRAJE FIJO 81.09 m

3. Cálculo de la Carga Hidráulica:

hv H

he hdh1= V1² / (2g)

P = 1.60 m d2

d1

Donde: H: Carga de Diseñohe: Altura de agua antes del remanso de depresiónhv: Carga de VelocidadP: Altura de barraje

Q diseño = Qc + Qcl …………….(A)

a. Descarga en el Cimacio en el barraje fijo (Qc)

…………….(B)

Qc: Dercarga del CimacioC: Coeficiente de DescargaL: Longitud Efectiva de la Cresta

A1 = A2 /10 A1 = Area del barraje movil

A2 = Area del barraje fijo

La fórmula a utilizar para el cálculo de la carga del proyecto es:

Qc = C x L x H3/2

A1 A2

Lbm

He: Carga sobre la cresta incluyendo h

v

La longitud efectiva de la cresta (L) es:

…………….(C)

Donde: L = Longitud efectiva de la crestaH = 1.00Lr = Longitud bruta de la cresta = 81.09 LONGITUD DE BARRAJE FIJON = Numero de pilares que atraviesa el aliviadero = 1.00 (Que es este valor)Kp = Coef. de contrac. de pilares 0.00 VER TABLA 1 Ka = Coeficiente de contraccion de estribos 0.10 VER TABLA 2

El caudal calculado debe ser igual al caudal de diseño.

L = 80.89m

…………….(D)

Los valores del 2º miembro nos permiten corregir a "C" sin considerar las pérdidas por rozamiento:En los gráficos, encontramos las definiciones y la forma de encontrar estos valores.

a) Por efecto de la profundidad de llegada:

P/H = 1.60 Co = 3.92 VER ABACO N° 01

b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto:

he = H he/H = 1.00 1.00 VER ABACO N°02

c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba:

P/H = 1.60 1.00 VER ABACO N°03

d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo:

(Hd + d) / Ho = (P+Ho)/Ho= 2.60 1.00 VER ABACO N°04

e) Por efecto de sumergencia:

Hd / he = 2/3 Ho/ Ho = 0.67 0.97 VER ABACO N°06

* Remplazamos en la ecuación (D): C = 3.80m

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

Qc = 307.57 m³/s

b. Descarga en canal de limpia o barraje movil (Qcl)

Se considera que cada compuerta funciona como vertedero, cuya altura P = P = 1.60Para ello seguiremos iterando, igual que anteriormente asumiendo un valor de h, para ello usaremos las siguientes fórmulas:

Donde :

L = Longitud efectiva de la crestah = Carga sobre la cresta incluyendo hv 2.60 m

Longitud bruta del canal 15.01 mN = Numero de pilares que atraviesa el aliviadero 0.00Kp = Coef. de contrac. de pilares (triangular) 0.00Ka = Coeficiente de contraccion de estribos 0.10

L = 14.49m

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

C= …………….(D)

a) Por efecto de la profundidad de llegada:

P/h = 0.615 Co = 3.10 VER ABACO N° 01

b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto:

he = H he/h = 1.00 1.00 VER ABACO N°02

c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba:

P/h = 0.615 1.00 VER ABACO N°03

d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo:

(Hd + d) / Ho = (P+ho)/ho= 1.62 0.77 VER ABACO N°04

e) Por efecto de sumergencia:

Hd / he = 2/3 ho/ ho = 0.67 1.00 VER ABACO N°06

* Remplazamos en la ecuación (D): C = 2.39m

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

Qcl = 145.0 m³/s

Qt = Q c + Q cl

Qt = 452.59 m³/s Qd = 250.00 m³/s

Este valor no cumple con el caudal de diseño, 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 = 250.00 m³/s

L = Lr - 2 ( N x Kp + Ka) x H

Carga sobre la cresta . Asumida

"H" se calcula asumiendo un valor , calcular el coeficiente de descarga "C" y calcular el caudal para el barraje fijo y movil.

Reemplazando en la ecuación la Longitud efectiva para H asumido es:

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

C = Co x K1 x K2 x K3 x K4

K1 =

K2 =

K3 =

K4 =

Qcl = C * L'' * hi3/2 L = L1 - 2 ( N * Kp + Ka) x h

L1 =

Co x K1 x K2 x K3 x K4

K1

=

K2 =

K3 =

K4 =

c. Descarga Máxima Total (QT):

CUADRO PARA EL PROCESO ITERATIVO

Ho (m) Co K1 K2 K3 K4 L efect. Qc - Qcl

1.00 3.92 1.00 1.00 1.00 0.97 80.89 307.573.10 1.00 0.77 0.77 1.00 14.49 145.02

0.70 3.93 1.00 1.00 1.00 1.00 80.95 186.323.10 1.00 0.77 0.77 1.00 14.55 93.29

0.50 3.92 1.00 1.00 1.00 1.00 80.99 112.243.92 1.00 0.77 0.77 1.00 14.59 103.20

0.40 3.91 1.00 1.00 1.00 1.00 81.01 80.133.10 1.00 0.77 0.77 1.00 14.61 75.96

Entonces mediante este gráfico interativo determinamos la carga de diseño

Ho = 0.60 m

(aliviadero) Para Ho = 0.60 m Qc = 150 m³/s(canal de limpia) Q cl (2 compuertas)= Qcl = 100.00 m³/s

8.4. Cálculo de la Cresta del Cimacio:

120.60 m.s.n.mHo = 0.60 m

P = 1.60 mØ

R 119.00 m.s.n.m

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

Determinación del caudal unitario: (q)

q= Qc / Lc = 1.85

Velocidad de llegada (V):V= q /(Ho+P)= 0.84 m/s

m3/s/m

90.00 110.00 130.00 150.00 170.00 190.00 210.00 230.00 250.00 270.00 290.00 310.00 330.00 350.000.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

3

5

7

Q M vs Ho

Q (m3/s)

Ho (

m)

Ho = 0.60 m

Qt = 250.00 m³/s

0.00 0.50 1.00 1.50 2.000.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

307.57

186.32

80.13

Ho vs Qc

Ho (m)

Qc (

m3/s

)

Yc

Xc

R

La sección de la cresta de cimacio, cuya forma se aproxima a la superficie inferior de la lámina vertiente que sale por el vertedor en pared delgada, constituye la forma ideal para obtener óptimas descargas, dependiendo de la carga y de la inclinación del paramento aguas arriba de la sección.

Considerando a los ejes que pasan por encima de la cresta, la porción que queda aguas arriba del se define como una curva simple y una tangente o una curva circular compuesta; mientras la porción aguas abajo origen está definida por la siguiente relación:

YH o

=Kx ( XH o

)n

Carga de Velocidad0.04 m

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

he = Ho - hv = 0.56 m

Determinación de "K" y "n" haciendo uso de la Fig. 1 y la relación hv/Ho:

hv/Ho= 0.060 K= 0.51 VER ABACO Nº08Talud: Vertical n= 1.832 VER ABACO Nº07

Valores para dibujar el perfil aguas abajo: Perfil Creager

pués de este límite se mantiene recto hasta la siguiente curva al pie del talud (aguas abajo):

X (m) Y (m) 2.758 Ho= 1.65480.000 0.000.100 -0.010.300 -0.09 Pagina # 80 Formula 5-10.500 -0.220.700 -0.410.900 -0.641.100 -0.931.300 -1.261.500 -1.641.700 -2.061.900 -2.532.100 -3.042.300 -3.592.500 -4.18

La porción del perfil que queda aguas arriba de la cresta se ha considerado como una curva circular

Con hv/Ho: 0.060 ingresamos a los nomogramas, de donde se obtiene:

0.252

VE

R A

BA

CO

Nº0

9 0.15 m

0.100 0.06 m

0.500 0.30 m

0.205 0.12 m 0.1770

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

8.5. Cálculo de los Tirantes Conjugados:

Dc = 0.70 m hd

h1P = 1.60 m

d2d1

Poza disipadoraLp

Aplicando la Ecuacion de Bernoulli entre los puntos 1 y 2:

Tenemos: z + dc + hvc = d1 + hv1 + ΣhpΣhp: pérdidas de energía (por lo general se desprecian, debido a su magnitud)

Determinación del tirante Crítico:

dc= 0.704 m

hv = V2/2g =

Según la figura 2 de la Separata la Curva del Perfil Creager es hasta una distancia igual a 2.758Ho, des-

compuesta. Los valores de R1, R

2, X

c, Y

c se dan en la fig. 1.c de la separata:

Xc/Ho= Xc=

Yc/H

o= Y

c=

R1/H

o= R

1=

R2/Ho= R2=

dc = (Q2/gB2)1/3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

-4.50

-4.00

-3.50

-3.00

-2.50

-2.00

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

PERFIL CREAGER

1 2

a

bc

d

R1-R2

R1

a

a

R2

R2

Talud Vertical

3

Cálculo de la Carga de Velocidad Crítica: vc =√(g*dc)

Vc= 2.628 m/s

0.352 m

q = Q/Bq = 1.85

2.66 0.17

2.66 0.17 0.27 m 0.00

6.85m/s

1.5 m

Determinación del Número de Froude:

F = 4.21 Este valor vuela

Este es un resalto inestable. Cuyo oleaje producido se propaga hacia aguas abajo. Entonces podemos profundizar la poza en una profundidad = 1.80 m

4.46 0.17 0.20 m 0.000

9.13m/s

4.25 m

1.76 m

F= 6.48

8.6. Cálculo del Radio de Curvatura al pie del Talud:

R= 1.01 m

8.7. Longitud del estanque amortiguador o poza de disipación:

a) Número de Froude:

* Con el valor de F, se puede determinar el tipo de Estanque que tendrá la Bocatoma, el cual según la se para F será:

F= 6.48

9.13

U.S Bureau of Reclamation

6.00 Lp= 10.546 m 3.34

b) Según Schoklitsch:

Lp = (5 a 6 )x(d2-d1) Lp= 7.776 m 3.32

c) Según Safranez:

Lp = Lp= 7.875 m 3.33√(g*d1)

d) Finalmente tomamos el valor promedio de todas las alternativas:Lp= 8.732 m

Longitud promedio de la poza Lp= 8.70 m

8.8. Profundidad de la Cuenca:

0.253 m

8.9. Cálculo del Espesor del Enrocado:

H = ( P + Ho ) = 2.30 m e= 0.568 mq = 1.85 e= 0.60 m

8.10. Cálculo de la Longitud del Enrocado:

Según W. G. Bligh, la longitud del empedrado está dado por la sgte fórmula:

donde:H: carga de agua para máximas avenidas 2.30 mq: caudal unitario 1.85c: coeficiente de acuerdo al tipo de suelo 9.00 VER TABLA 03

L e = 3.568 mL e = 4.00 m Redondeo a la unidad

8.11. Longitud del Solado Delantero: Ls = 5Ho

Ls= 3.52 m 3.50 m Redondeo a la unidad

8.12. Espesor de la Poza Amortiguadora:

La subpresión se hallará mediante la siguiente formula:

donde:Peso especifico del agua 1000 kg/m3

b = Ancho de la sección 1.00 m.c = Coeficiente de subpresión, varia ( 0 - 1 ) 0.55 Para concreto sobre roca de mediana calidadh = Carga efectiva que produce la filtraciónh' = Profundidad de un punto cualquiera con respecto a A, donde se inicia la filtración.

hvc=

Reemplazando obtenemos el tirante conjugado d1:

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

/ d12

d13 - d1=

Determinación del Tirante Conjugado 2: d2 V1=

d2=

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

d13 - d1=

V1=

hv1=

d2=

Esta dado por la ecuación: R = 5d1

V1=

L/d2=

Pag

ina #

31

in

g.

Alf

red

o M

an

sen

Vald

err

am

a

6xd1xV1

S = 1.25 d1=

d1 +

d1 2 + =

0

= 0

d1 2 + =

0

= 0

d2=−d1

2+√(

d12

4+

2v12d1

g)

e '=0 .6∗q1/2(H / g)

1 /4

d2=−d1

2+√(

d12

4+

2v12d1

g)

F=v1

√g∗d1

L=c√H∗(0 .642√q−0 .612)

γ=

Sp=γ bc ' [h+h '−hL(Lx )]

F=v1

√g∗d1

(h/L)Lx = Carga perdida en un recorrido Lx

Mediante la subpresión en el punto "x", se hallará el espesor de la poza, asumimos espesor de: 1.65 m120.60msnm hv= 0.04 m

he= 0.56 m0.25 (P+H)Ho = 0.60 m 0.704 m

h = 2.70 m4.25 m

1.25*(P+H)= 2.20 mP = 1.60 m 1.76 m

e=0.30 0.20 m

0.7 m 4.153.50 m 8.70 m

3.50 m 12.20 m 4.00 m

e=0.30

19.70 m

* Predimensionado de los dentellados posteriores y delanteros: 0.80 m0.70 m

1.00 m 10.67 m 1.00 m

0.53 m 1.00 mPara condiciones de caudal máximo

O sea cuando hay agua en el colchón.

h= 2.70 m h/L = 0.114 e = (4/3) x (Spx / 2400)L = 23.60 m Lx = 12.85 m

h' = 3.45 m Spx = 2573.45 kg e = 1.43 m

Para esta condición el espesor asumido satisface los esfuerzos de Subpresión

Para condiciones de agua a nivel de cimacioO sea cuando no hay agua en el colchón

h = 3.89 m Spx = 2872.49 kgh /L = 0.16 e = 1.60 m

Para esta condición el espesor asumido satisface los esfuerzos de Subpresión

Se observa que los valores calculados son menores que el asumido entonces se opta por el espesor asumido:

Volumen de filtraciónSe calcula empleando la fórmula que expresa la ley de Darcy Q = KIA

donde: Q : gasto de filtración.K : coeficiente de permeabilidad para la cimentación.I : pendiente hidráulica

A : área bruta de la cimentación a través del cual se produce la filtraciónCálculo y chequeo del espesor del colchón amortiguador

Cálculo de la longitud necesaria de filtración (Ln)H = 3.19 (cota del barraje - cota a la salida de la poza)

Cbarraje: 120.60msnmCsalida: 117.41msnm

C = 9 (criterio de BLIGHT:TABLA 3)

Ln = C*H 28.73 m

Cálculo de la longitud compensada (Lc)

longitud vertical Lv Lv = 8.85 m de gráfico de colchon

longitud horizontal Lh Lh = 15.70 m de gráfico de colchon

Lc = Lv + Lh Lc = 24.55 mComo Ln > Lc, entoces se está posibilitando la tubificación, por lo tanto no haremos uso de lloradores.

Verificación del espesor del colchón amortiguador

cálculo de la subpresión

L = L = 14.08 mh = 2.70 m

h/L = 0.192Cuadro de valores para la construcción del diagrama de presiones

Punto Lx (m) h' (m) Sp (kg/m2) (-Sp)1 0.00 15.70 8764.95 -8764.952 0.30 1.00 679.95 -679.953 1.75 0.30 294.95 -294.954 3.50 4.45 2577.45 -2577.455 4.03 4.45 2577.45 -2577.456 4.43 3.45 2027.45 -2027.457 4.83 3.45 2027.45 -2027.45Po 5.23 3.45 2027.45 -2027.458 5.63 3.45 2027.45 -2027.459 6.03 3.45 2027.45 -2027.4510 6.43 3.45 2027.45 -2027.4511 6.83 3.45 2027.45 -2027.4512 7.23 3.45 2027.45 -2027.4513 7.63 3.45 2027.45 -2027.4514 8.03 3.45 2027.45 -2027.4515 8.43 3.45 2027.45 -2027.4516 8.83 3.45 2027.45 -2027.4517 9.23 3.45 2027.45 -2027.4518 9.63 3.45 2027.45 -2027.4519 10.03 3.45 2027.45 -2027.4520 10.43 3.45 2027.45 -2027.4521 13.33 3.45 2027.45 -2027.4522 14.33 3.45 2027.45 -2027.45

d2 =

h = d1 +hv1 -d2

(Lh/3)+Lv

Sp=γ∗c ' [h+h '−hL(Lx )]

Dimensionamiento de los Pilares:

a) Punta o Tajamar: Redondeada

b) Altura Ht= 1.25 (P+Ho): 2.20 2.20 m

c) Longitud: Hasta la terminación de la poza mínimo = 12.90 13.00 m

d) Espesor e: 1.30

Dimensionamiento de los Muros de encauzamiento:

a) Longitud: 27.20 27.00 m

b) Altura Ht= 1.25 (P+Ho): 2.20 2.20 m

1 3 5 7 9 11 13 15

-5000

-4500

-4000

-3500

-3000

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

0

DIAGRAMA DE PRESIONES

XSp

.

.

COMPUERTAS LONG. TOTAL

VER TABLA 1 VER TABLA 2

QT

452.59

279.61

215.45

156.09

90.00 110.00 130.00 150.00 170.00 190.00 210.00 230.00 250.00 270.00 290.00 310.00 330.00 350.000.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

3

5

7

Q M vs Ho

Q (m3/s)

Ho (

m)

0.00 0.50 1.00 1.50 2.000.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

307.57

186.32

80.13

Ho vs Qc

Ho (m)

Qc (

m3/s

)

= 0

117.41msnm

0.60 m

1.70 m

1 3 5 7 9 11 13 15

-5000

-4500

-4000

-3500

-3000

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

0

DIAGRAMA DE PRESIONES

XSp

TABLA Nº 01

Forma KpPilares de tajamar cuadrado 0.02Pilares de tajamar redondo 0.01

Pilares de tajamar triangular 0

TABLA Nº02

Forma Ka

0.2

0.1

0

TABLA Nº03

COEFICIENTE DE " C" LECHO DEL CAUCE BLIGH LANEArena fina y/o limo 18 8.5Arena fina 15 7Arena tamaño medio - 6Arena gruesa 12 5Grava fina - 4Grava media - 3.5Gravas y arenas 9 3.5Grava gruesa - 3Boloneria con grava - 2.5Boloneria, Gravas y arena 4 6 2.5Arcilla plastica 6 7 3Arcilla de consistencia media 6 7 2Arcilla dura 6 7 1.8

Estribos cuadrados con los muros de cabeza a 90° con la direccion de

la corriente

Estribos redondeados con muros de cabeza a 90° con la direccion de la corriente, cuando 0.5Ho >= r >=

0.15Ho

Estribos redondeados r> 0.5Ho y el muro de cabeza 90° esta colocado no mas de 45° con la dirección de

la corriente.

Arcilla muy dur 6 7 1.6

TABLA Nº04

CONDICIONES DEL CANAL

Tierra 0.020

Material considerado (no)Roca cortada 0.025

Grava fina 0.024

Grava gruesa 0.028 0.028

Liso 0.000

Grado de irregularidad (n1)Menor 0.005

Moderado 0.010 0.010

Severo 0.020

Gradual 0.000 0.000

Variaciones de la sección Ocasionalmente

transversal del canal (n2) Alternamente 0.005

Frecuentemente 0.010 - 0.015

Despreciable 0.000 0.000

Efectivo relativo de Menor 0.010 - 0.015

obstrucciones (n3) Apreciable 0.020 - 0.030

Severo 0.040 - 0.060

Baja 0.005 - 0.010

Menor 1.000

Cantidad de meandros (n5) Apreciable 1.150

Severa 1.300

n rio = n0+n1+n2+n3+n4+n5 0.038

TABLA Nº 05

ABACO N° 01

Pagina # 86 Figura 5.5

ABACO N° 02

Pagina # 87 Figura 5.6

ABACO N°03

Pagina # 88 Figura 5.7

ABACO N°04

Pagina # 89 Figura 5.8

ABACO Nª05

ABACO Nª06

Pagina # 90 Figura 5.9 y 5.10

ABACO Nª07

ABACO Nº 08

Pagina # 83 Figura 5.3

ABACO Nº 09

PAGINA # 84 FIGURA 5.3

ABACO Nº10

Pagina #31 Figura 15 Grafico ing. Alfredo Mansen Valderrama

DISPOSICION DE LOS GAVIONES A USAR TENIENDO COMO GUIA LA CURVA

1.167

1.167 1.167

119.00 120.60

1 51.60 117.41

1

0.3

30.7 0.40 0.60

21.40 1

1 11 0.60

1.17

0.3 3.50 3.50 8.70 0.4

3.50 según calculo

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0

2

4

12

3

4

5

DISPOSICION DE LOS GAVIONES A USAR TENIENDO COMO GUIA LA CURVA

117.91

Enrrocado

e'= 0.6

1.70

4.00

1. ANALISIS DEL BARRAJE PARA AGUA AL NIVEL DE LA CRESTA

Datos generales:

* Barraje a base de gavion el cual con Fy= 5000 Kg/cm², cuyas pesoespecifico es de (Pg) : 1800 Kg/m³usaremos canto rodado

* Coeficiente d friccion entre suelo y gavion según recomendacioneseste valor esta entre 0.5 y 1, tomaremos : 0.55

* Capacidad de la carga de la arena = 2.15 Kg/cm²* Peso especifico del agua con sedimentos y elementos flotantes

1.9 Tn/m³

* Peso especifico del agua filtrada (Pf) = 1000 Kg/m³

* Peso especifico del agua igual (Pa) = 1.45 Tn/m³

Fuerzas que intervienen

Fh= Fuerza hidrostáticaEa= Empuje activo del suelo en suelo friccionanteWa= Peso de la estructuraSp= Sub - PresionSh= Componente horizontal de la fuerza sismicaSv= Componente vertical de la fuerza sismicaVe= Empuje del agua sobre la estructuraocacionado por aceleracion sismicaMe= Es el momento producido por esta fuerza.

a. Fuerza hidrostática (Fh).

Fh = 0.5 * Pa * H² H = P= 1.6 mPa = 1.45 Tn/m³

Se tiene que considerar un 30% de relacion de vacios en los gavionesFh = 1.2992 Tn

Vh = P /3 = 0.5333333333 Tn

b. Empuje activo del suelo (Ea).

Ea = 0.5 (P1 + P2) * H2

P1 = ( Pg * H1) + (Pa * H)

P2 = (Pf * H2 ) + (P' * Ka * H2 ) + P1

Donde :

Pf = 1000 Kg/m³P' = Peso especifico del suelo sumergido =

P' = (Ps - 1) = 1 Tn/m³

H2 = Espesor del suelo = 0.7 m& = Angulo de friccion interna según tabla para sm = 30

Ps = Según tabla N° SM = 2 Tn/m³Pa = 1.45 Tn/m³

Ka = [ Tag (45 - &/2) ]² 0.33

Pg = Peso especifico del gavion= 1800 Kg/m³H = Espesor solado delantero = 0.3

ANALISIS DE ESTABILIDAD DEL BARRAJE FIJO

Remplazando tenemos:

P1 = 2.86 Tn/m²

P2 = 0.9361933333 Tn/m²

Ea = 0.9300673667 Tn/m

Ya = H2(2P1 + P2) / [ 3(P1 + P2) ] = 0.409Ya = 0.409123467 m.

c. Empuje del solado delantero (Ec).

Ec = 0.5*(P + P1)* H1

Donde, P = Pa * H = 2.32 Tn/m².

Entonces :

Ec = 0.777

Yc = ( 2*H2 + H1 ) / 2 = 0.85 m

d. Peralte del peso de la estructura (W).

El peso de la estructura , biene hacer el peso de cada uno de los gaviones que estan formando parte del barraje.

El con las medidas de cada uno de los gaviones calculamos su C.G.

CALCULO DEL CENTRO DE GRAVEDAD DE LA ESTRUCTURA

N° ancho (m) Alto (m) Area (m²) x (m) y (m)1 1.17 1.70 1.98 1.00 3.502 2.33 1.00 2.33 1.50 2.503 3.50 1.00 3.50 2.50 1.504 1.00 2.33 2.33 2.00 0.505 1.17 1.00 1.17 2.50 0.50

TOTAL 11.32 9.50 8.50

X = 2.30 mY = 0.43 m

Peso de la estructura :

W = 20.37 Tn

e. Sub presion (Sp).

Sp = c * Pa * H * L / 2

Donde : c = 0.5 fines de diseñoL = 3.5

Sp = 0.98 Tn/mXsp = L/3 = 1.1666666667 m

F. Sismo.

Componente horizontal del sismo.Sh = 0.1 * W = 2.04 Tn

Componente Vertical del sismo.Sv = 0.03 * W = 0.61 Tn

Estas fuerzas actuan en el centro de gravedad de la estructura.

f. Empuje del agua devido a la acelerasion sismica.

La fuerza sismica en el agua y que se reparte en la estructura esta dada porla siguiente formula:

Ve = 0.726 * Pe * y

Donde:Aumento de presion de agua en Lb/ pie² a cualquierelevacion debido alas oscilaciones sismicas y se calculapor la siguiente formula:

Pe = c * i * Pa * h

C = Coeficiente de distribucion de presiones.

C = Cm * [ y (2 - y/h) + ( v * (2 - y/h) / h )^0.5 ] / 2

y = Distancia vertical de la superficie del vaso a la elevacion en pies.

Cm = Valor maximo de C para un talud constante.

En la superficie del agua:

y=0 c=0 Pe = 0 Me = 0

En el fondo del barraje

y = 1.60h = 1.60y/h = 1.00

Para paramento vertical:

c = 0.73 Para un sismo de Intensidad VIII en laescala de Mercally (Zona 1, R.N.C.)La aceleracion sismica es el 32% de laaceleracion de la gravedad

i = 0.32

Pa = 90.48 lb/pie³

h = 5.25 pie

Remplazando :

Pe = 110.92 lb/ pie

Ve = 422.62 lb / pie

El momento de volteo será de:

Me = 0.29 * Pe * y²

Me = 885.94 lb - pie

En unidades metricas seria :

Ve = 0.63 Tn/mMe = 0.40 Tn - m

2. Analisis de estabilidad de agua.

La falla en la estructura puede ser por Volteo, deslizamiento y esfuerzos excesivos.

Debera preveerse que en el plano de desplante de la estructura solo tengan esfuerzos a compresion y que el suelo admita tracciones esto se logra cuando la resultante de las fuerzas actuantes corta al plano de la base en el tercio central

Ubicación de la Resultante (Xr)

Tomando momento respecto al punto "0"

Fh Ea Ec Sh VeF horz (m) -1.299 -0.930 -0.777 -2.037 -0.629Brazo (m) 2.033 0.409 0.850 0.430Mot (m) -2.642 -0.381 -0.660 -0.876 -0.402

Sp Sv W TOTALF vert. (m) -0.98 -0.61 20.37 18.78Brazo (m) 2.83 1.70 1.70Mot (m) -2.78 -1.04 34.70

M (+) = 34.700m (-) = -3.818

XR = 1.64 m

Excentrecidad (e)

e = L/2 - Xr = 0.3554525128

Estabilidad al volteo

F.S. = suma M (+) / suma M (-) > 1.5

F.S. = 9.09

Estabilidad al deslizamiento.

Fuerza resistente Fr = u * Fv u = Coeficiente de friccionentre el suelo y el gavion varia

Fr = 9.39 de 0 a 1 = 0.6

Debe cumplir que Fh > Fr Entonces necesita undentellon, el cual escogemoscon dimensiones comerciales

Estabilidad a los esfuerzos excesivos

Falla por esfuerzos excesivos deben ser menores que los admisible.

Esfuerzo = ( Suma (Fv) * (1 +- (6*e / L)) / b * L

Remplazando :

Esfuerzo = 1.115 < 2.00 kg/cm²Ok!

Empuje del agua sobre la estructuraocacionado por aceleracion sismica

Ax Ay1.98 6.943.50 5.838.75 5.254.67 1.172.92 0.5821.82 19.78

TOTAL-5.67

entre el suelo y el gavion varia

1 1 1

CULTIVO AREA (HAS) ENERO FEBRERO

MAIZ AMARILLO DURO 342.9 342.9 342.9

MAIZ AMARILLO DURO 457.1

MAIZ AMARILLO DURO 571.4

MAIZ AMARILLO DURO 685.7

FRIJOL 800.0

ALGODÓN 914.3

CAÑA DE AZUCAR 1,028.6 1,028.6 1,028.6

ESPARRAGO 914.3 914.3 914.3

VID 800.0 800.0 800.0

MANGO 685.7 685.7 685.7

NARANJA 571.4 571.4 571.4

Eto mm/mes 130.04 147.90

Precipitacion mm/mes 7.70 17.70

Efc 0.90 0.90

Efd 0.80 0.80

Poblacion hab 320,000

TABLA N° 1Coeficiente de Cultivo Kc

CULTIVO Enero Febrero Marzo

Maiz Amarillo Duro 0.60 0.75 0.90

Maiz Amarillo Duro - - 0.60

Maiz Amarillo Duro - - -

Maiz Amarillo Duro - - -

Frijol - - -

Algodón - - -

Caña de Azucar 0.25 0.25 0.25

Esparrago 0.50 0.50 0.50

VID 0.65 0.65 0.65

Mango 0.75 0.75 0.75

Naranja 0.75 0.75 0.75

0.58 0.61 0.63

Comentario: Asumiendo los datos de cultivo de ceficiente Kc, en este caso tomamos del departamento de Ica.

Area de Cultivo (has) 7,771.4

Efr 0.72 0.72 0.72

Cuadro del Calculo de la Demanda de Agua por Bloque de Riego

Meses Enero Febrero Marzo

Dias 31 28 31

Efr 0.72 0.72 0.72

ETO (mm/mes) 130.04 147.90 134.90

Precipitacion (mm) 7.70 17.70 14.60

Area de Cultivo (has) 7,771.4 7,771.4 7,771.4

0.58 0.61 0.63

ETc (mm/mes) 75.86 89.97 84.79

DA (mm/mes) 68.16 72.27 70.19

DAP (m3/mes) 946.62 1003.78 974.92

DAB (MMC) 7.36 7.80 7.58

MR (lt/seg/ha) 0.35 0.41 0.36

Caudal (lt/seg.) 2746.64 3224.55 2828.75

Caudal (m3/seg.) 2.75 3.22 2.83

Comentario:

Caudal de Diseño de la Demanda de Agua: 3299.47

Kc ponderado

Kc ponderado

En este cuadro de demanda de agua escogeremos el caudal mas alto que es en el mes Febrero = 3.30 m3/seg., con la finalidad de diseñar un canal de acuerdo con el tipo de terreno que tenemos.

PARAMETRO DE DISEÑO1. Poblacion de Diseño:

Poblacion : 320,000 hab.

2. Dotacion: De acuerdo a la RNE

Dotacion : 250 lts/hab./dia

Caudal de Diseño del Canal: 925.93

0.93Qdcanal= 4.23

CONCLUSION:

Qd =

De acuerdo con los datos obtenidos mediante la demanda de agua para uso agricola y el calculo de diseno para el consumo domestico tendremos un solo caudal de diseño para nuestro canal de Qdcanal = 4.23m3/seg.

CAUDAL DE DERIVACION DE DEMANDA

0 0 0 0 0 4

MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO

342.9 342.9 342.9

457.1 457.1 457.1 457.1 457.1

571.4 571.4 571.4 571.4 571.4

685.7 685.7

914.3 914.3 914.3 914.3

1,028.6 1,028.6 1,028.6 1,028.6 1,028.6 1,028.6

914.3 914.3 914.3 914.3 914.3 914.3

800.0 800.0 800.0 800.0 800.0 800.0

685.7 685.7 685.7 685.7 685.7 685.7

571.4 571.4 571.4 571.4 571.4 571.4

134.90 127.90 114.90 95.40 71.40 80.50

14.60 5.50 0.00 0.00 0.00 0.00

0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90

0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80

TABLA N° 1Coeficiente de Cultivo Kc

Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre

1.05 0.55 - - - -

0.75 0.90 1.05 0.55 - -

0.60 0.75 0.90 1.05 0.55 -

- - - 0.60 0.75 0.90

- - - - - 0.15

- 0.30 0.30 0.30 0.60 0.60

0.25 0.70 0.70 0.70 0.70 1.35

0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50

0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65

0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75

0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75

0.66 0.65 0.70 0.65 0.66 0.71

Asumiendo los datos de cultivo de ceficiente Kc, en este caso tomamos del departamento de Ica.

0.72 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72

TABLA N° 2Cuadro del Calculo de la Demanda de Agua por Bloque de Riego

Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre

30 31 30 31 31 30

0.72 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72

127.90 114.90 95.40 71.40 80.50 86.80

5.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

7,771.4 7,771.4 7,771.4 7,771.4 7,771.4 7,771.4

0.66 0.65 0.70 0.65 0.66 0.71

84.73 74.69 66.78 46.41 52.83 61.30

79.23 74.69 66.78 46.41 52.83 61.30

1100.47 1037.29 927.50 644.58 733.72 851.42

8.55 8.06 7.21 5.01 5.70 6.62

0.42 0.39 0.36 0.24 0.27 0.33

3299.47 3009.72 2780.86 1870.27 2128.91 2552.77

3.30 3.01 2.78 1.87 2.13 2.55

lts/seg y/o 3.30 m3/seg

En este cuadro de demanda de agua escogeremos el caudal mas alto que es en el mes Febrero = 3.30 m3/seg., con la finalidad de diseñar un canal de acuerdo con el

PARAMETRO DE DISEÑO

lts./seg.m3/seg.m3/seg.

De acuerdo con los datos obtenidos mediante la demanda de agua para uso agricola y el calculo de diseno para el consumo domestico tendremos un solo caudal de diseño para nuestro canal de

7

SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE

685.7 685.7 685.7

800.0 800.0 800.0 800.0

914.3 914.3 914.3 914.3

1,028.6 1,028.6 1,028.6 1,028.6

914.3 914.3 914.3 914.3

800.0 800.0 800.0 800.0

685.7 685.7 685.7 685.7

571.4 571.4 571.4 571.4

86.80 91.20 97.40 101.30

0.00 0.00 0.00 1.40

0.90 0.90 0.90 0.90

0.80 0.80 0.80 0.80

TABLA N° 1Coeficiente de Cultivo Kc

Octubre Noviembre Diciembre

- - -

- - -

- - -

1.05 0.55 -

0.25 0.10 0.75

0.60 0.55 0.55

1.35 0.50 0.50

0.50 0.50 0.50

0.65 0.65 0.65

0.75 0.75 0.75

0.75 0.75 0.75

0.74 0.54 0.64

0.72 0.72 0.72

Cuadro del Calculo de la Demanda de Agua por Bloque de Riego

Octubre Noviembre Diciembre

31 30 31

0.72 0.72 0.72

91.20 97.40 101.30

0.00 0.00 1.40

7,771.4 7,771.4 7,771.4

0.74 0.54 0.64

67.26 52.96 64.40

67.26 52.96 63.00

934.17 735.57 874.97

7.26 5.72 6.80

0.35 0.28 0.33

2710.50 2205.42 253.87

2.71 2.21 0.25

En este cuadro de demanda de agua escogeremos el caudal mas alto que es en el mes Febrero = 3.30 m3/seg., con la finalidad de diseñar un canal de acuerdo con el

Calculo de captacion

Cálculo de Captación:

BL

Yn

b

Remplazamos estos valores, tenemos que:

Asumimos un valor de: b = 3.60 m

Caudal Q = 4.23 m3/sPendiente S = 0.001Revestimiento concreto n = 0.015Área A = b * Yn = 2.94Perímetro P = b + 2Yn = 5.2346

Q * n / (S^0,5) = A * (R^2/3) = [A^5/3] / [P^2/3]2.0043 .= [(b+Yn)^5/3] / [(b+2Yn)^2/3]

2.004 .= 2.004

Iterando: Yn = 0.82 m

Yn = 0.82 m

Con este valor reemplazamos en la fórmula y se tiene:

Area (m2) = 2.94 m2Perímetro (m) = 5.23 mRad. Hidra. (m) = 0.56 mVelocidad = 1.44 m/s Subcríticohv = 0.11 mE = Yn + hv = 0.92 m

Cálculo del borde Libre:DE LA TABLA Nº 05

BL = 1.00 m

Resultados:

bl=1m

bl=0.8m

b=3.6m

Diseño del Canal de Conducción:T

b

Adoptamos: Q = 4.23 m3/sZ = 1.00b = 2.00 mn = 0.015S = 0.001

Q * n / (S^0,5) = A * (R^2/3) = [A^5/3] / [P^2/3]

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

2.004 = 2.004

Iterando: Yn = 0.95 m

Yn = 0.95 m

Con este valor reemplazamos en la fórmula y se tiene:

Area (m2) = 2.818Perímetro (m) = 4.698Rad. Hidra. (m) = 0.600Velocidad = 1.499 SubcríticoTirante= 3.908hv = 0.115E = Yn + hv = 1.069

Cálculo del borde Libre:DE LA TABLA Nº 05

BL = 0.60 m

Resultados:

T=3.908m

bl=0.6m

y=0.95m

b=2m

Transición que unirá el canal de captación y el canal de conducción:

T Q captación = 4.23 m3/s

Lt

Longitud de Transición:Para 12.5

Ctg α = 4.51

Lt = (T - T') * Ctg 12,5º / 2

Donde: T= 3.91 mT' = 3.60 m

Remplazando: Lt = 0.69 m

Asumimos:Lt = 1.00 m

Diseño de Ventanas de Captación:

* Las Dimensiones de las ventanas de capatación se calcularán para el caudal máximo a captar (derivar) y para la época de estiaje (carga hidráulica a la altura del barraje).

* La elevación del fondo del canal respecto a la razante en el río no debe ser menor que 0.30m, dependiendo de la clase de material en arrastre.

* Para evitar que rocas de gran tamaño y cantidad de árboles que acarrea en épocas de crecidas ingresen a la captación, se propone la protección mediante un sistema de perfiles que irán fijos en un muro de concreto.

* El eje de captación será perpendicular con el eje del río.

121.20msnm120.60msnm

α =

119.00msnm

* El cálculo hidráulico comprende en el dimensionamiento del orificio y conducto de salida y determinación del gasto máximo de avenida. Ademas se diseñará la transición que une el canal de captación a la salida de la toma con el canal de conducción

* Diseñaremos las compuertas para un nivel de operación (cota barraje fijo)* Se comprobará si el canal soportará conducir el caudal para máximas avenidas.

Determinación de las dimensiones y el número de compuertas

Datos:Velocidad de predimensionado: 0.7 - 1.0 m/sasumiendo V = 1.00 m/sescogiendo dimensiones de compuertas según manual de ARMCOEscogemos: 48 48

a= 1.22b= 1.22

Acomp. = 1.49 m2Qdiseño = 4.23 m3/sAdiseño = 4.23 m2# comp. = 2.843

para : 3 compuertas

V = 0.95 m/s O.K.

BL

Yn

barraje

t

Diseño de Ventanas de Captación:

Las Dimensiones de las ventanas de capatación se calcularán para el caudal máximo a captar (derivar)

La elevación del fondo del canal respecto a la razante en el río no debe ser menor que 0.30m, dependien

Para evitar que rocas de gran tamaño y cantidad de árboles que acarrea en épocas de crecidas ingresen a la captación, se propone la protección mediante un sistema de perfiles que irán fijos en un muro de concreto.

El cálculo hidráulico comprende en el dimensionamiento del orificio y conducto de salida y determinación del gasto máximo de avenida. Ademas se diseñará la transición que une el canal de captación a la salida de

Determinación de las dimensiones y el número de compuertas