CALCULOS HIDRAULICOS .MOTUPE

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo Escuela Profesional de Ingeniería Civil

DISEÑO DE LA BOCATOMA LA LECHE - MOTUPE

1. Generalidades:

2. Tipo de Bocatoma:

(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

3. Ubicación:

4. Caudales de diseño:

Qmax = 169.24 m³/s

Qmedio = 11.00 m³/s

Qminimo = 0.03 m³/s

Qdiseño = 126.93 m³/s

5. Cálculo del Coeficiente de Rugosidad:

1.- Valor basico de rugosidad por cantos rodados y arena gruesa 0.028

2.- Incremento por el grado de Irregularidad (poco irregular) 0.005

3.- Incremento por el cambio de dimenciones ocasionales 0.005

4.- Aumento por Obstrucciones por arrastre de raices 0.000

5.- Aumento por Vegetacion 0.008

n = 0.046

6. Determinación de la Pendiente en el lugar de estudio:

Km

-1.90 0+1639.99

0+0.00

-1639.99

78.00 m En función a la topografía dada y procurando que la longitud del

0.0012 barraje conserve las mismas condiciones naturales del cauce, con

el objeto de no causar modificaciones en su régimen.

7. Construcción de la Curva de Aforo:

Radio

Hidraulico

m.s.n.m (m) (m) (m³/s)

140.00 0.00

141.00 105.03 0.4333 21.9780 0.0340 19.4946

142.00 132.80 0.7891 21.9780 0.0340 66.9393

143.00 142.47 1.2160 21.9780 0.0340 147.6519

144.00 152.15 1.6188 21.9780 0.0340 254.0331

Q S(1/2)1/n

1.1393

45.51

104.79

0.5726

0.8539

246.31 1.3787

Qdiseño = 75% Qmáx

(m²)

Acumulada

173.25

Area Perímetro

Ancho de Plantilla (b) =

Pendiente (S) =

COTA

Para la construcción de la Curva de Aforo tenemos en cuenta la seccion traversal del río en el lugar de emplazamiento de la

obra, para ello calculamos las áreas y perímetros mojados a diferentes elevaciones.

Para diferentes niveles de agua en el río calculamos el caudal con la fórmula de Manning: Haciendo uso del

Autocad determinamos las áreas y perímtros y por ende los Caudales.

R(2/3)

La Bocatoma a diseñar, es una estructura hidráulica destinada a captar las aguas de los ríos La Leche- y Motupe, ubicada en la confluencia

de estos y destinadas para irrigar terrenos de cultivo tanto en la margen derecha, como la margen izquierda, a través de canales

alimentadores.

El tipo de bocatoma que hemos considerado en muestro proyecto es de Barraje Mixto, el cual consta de:

La captación se encuentra ubicada en el en la sección transversal 0+560, tal como lo muestra el plano topográfico,

considerando que esta es la mejor alternativa para evitar la una gran sedimentación. Además el barraje se ubica perpendicular a la

dirección de las aguas del río.

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

kilometraje :

Cota

141.98

140.08

Diseño de Obras Hidraulicas Msc. Ing. José Arbulu Ramos


Con el gráfico de Curva de Aforo obtenemos las cotas necesarias para el Diseño:

Caudal Cota

(m³/s) (m.s.n.m)

Qdiseño 126.93 142.80

8. Cotas y Altura del Barraje:

8.1. Calculo de la cota de Cresta del Aliviadero:

8.1.1. Cálculo de la Altura del Barraje P:

Datos :

Q = 126.93 m³/s

b = 78.00 m

n = 0.046

S = 0.0012

Por tanteo :

d (m) Q.n/S^0.5 bd(bd/(b+2d))^2/3

1.00 169.6726 76.6945

1.30 169.6726 118.1698

1.62 169.6726 169.6300

169.67 = 169.63

P = 1.62 m

Cota de fondo de la razante

CFR = 140.00 msnm

h sed: También llamado Altura del Umbral del vertedero de captación. Según el Ingº César Arturo Rosell C.

este no debe ser menor de 0.60., pero por consideraciones especiales,tomaremos 0.3m

hsed = 0.30 m

141.62

P = 1.62 m

140.00

8.2. Longitud del barraje fijo y del barraje movil

a. Dimensionamiento:

0.30 m

CFC :

0.00

19.49

66.94

147.65

254.03

139.5

140.5

141.5

142.5

143.5

144.5

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

Co

ta (

m.s

.n.m

.)

Q ( m³ / s )

Curva de Aforo

142.80 msm

ASRn

Q ...1 2/13/2

2/3

1/2 2db

b.d(b.d)

S

Q.n



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= 4

A 1 = A 2 /10 …………(1) donde: A1 = Area del barraje movil

A2 = Area del barraje fijo

N de comp.= 2.00

78 - Ld

A1 = P x Ld

Remplazando estos valores, tenemos que: P x Ld =

1.62 x Ld = 1.62 x ( 78 - Ld )/10

Ld = 6.50 m

Entonces : 78 - Ld = 71.50 m

a.2 Longitud de compuerta del canal desarenador (Lcd)

Lcd = Ld/2= 3.25 m

ARMCO MODELO 400

Se usara 2 Compuertas de: 120 plg x 84 plg (Ver Anexo de Libro Bocatomas Ingº Arbulú)

Lcd = 3.05 m

a.3 Predimensionamiento del espesor del Pilar (e)

e = Lcd /4 = 0.76 m

e = 0.80 m

b. Resumen: Dimensiones reales del canal de limpia y barraje fijo.

8.3. Cálculo de la Carga Hidráulica:

H

he hd

h1= V1² / (2g)

P = 1.62 m

d2

d1

Donde: H: Carga de Diseño

he: Altura de agua antes del remanso de depresión

hv: Carga de Velocidad

P: Longitud de Paramento

71.9 m

hv

A2 = P ( 78 - 2Ld )

Px (78 - 2Ld)/10

Consideramos :

Cuando venga la máxima avenida o caudal de diseño por el ría se abrirá totalmente las compuertas de limpia dividiéndose el caudal en

dos partes: lo que pasa por encima del aliviadero y lo que va por las compuertas de limpia, obteniéndose la siguiente igualdad:

P A1 A2

Ld



…………….(A)

a. Descarga en el Cimacio:

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

…………….(B)

Qc: Dercarga del Cimacio

C: Coeficiente de Descarga

L: Longitud Efectiva de la Cresta

H e : Carga sobre la cresta incluyendo h v

para la cresta de cimacio sin control.

La longitud efectiva de la cresta (L) es:

…………….(C)

Donde: L = Longitud efectiva de la cresta

H = Carga sobre la cresta . Asumida 1.00

Lr = Longitud bruta de la cresta = 71.9

N = Numero de pilares que atraviesa el aliviadero = 1.00 (Que es este valor)

Kp = Coef. de contrac. de pilares (triangular) 0.00

Ka = Coeficiente de contraccion de estribos 0.10 (Estribos redondeados)

"H" se calcula asumiendo un valo r , 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 diseño.

Reemplazando en la ecuación la Longitud efectiva para H asumido es: L = 71.70m

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

…………….(D)

Los valores del 2º miembro nos permiten corregir a "C" sin considerar las pérdidas por rozamiento:

En las Copias entregadas por el Profesor del curso, encontramos las definiciones y la forma de

encontrar estos valores.

a) Por efecto de la profundidad de llegada: (Fig. 3 de Copias)

P/H = 1.62 Co = 3.94

b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto: (Fig. 4 de Copias. K 1 =C/C o )

he = H he/H = 1.00 K 1 = 1.00

c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba: (Fig. 5 de Copias. K 2 =C 1 /C v )

P/H = 1.62 K 2 = 1.00

d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo: (Fig. 7- Copias. K 3 =C 0 /C)

(Hd + d) / Ho = (P+Ho)/Ho= 2.62 K 3 = 1.00 No aparece en la gráfica

e) Por efecto de sumergencia: (Fig. 8 de Copias. K 4 =C o /C)

Hd / he = 2/3 Ho/ Ho = 0.67 K 4 = 1.00

* Remplazamos en la ecuación (D): C = 3.94m

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

b. Descarga en canal de limpia (Qcl)

Se considera que cada compuerta funciona como vertedero, cuya altura P = P = 0.00

Para ello seguiremos iterando, igual que anteriormente asumiendo un valor de h, para ello usaremos

Qc = 282.51 m³/s

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

C = Co x K1 x K2 x K3 x K4

Qc = C x L x H3/2

Q diseño max. = Qaliviadero + Qcanal.limpia

Si se hace uso de esta ecuación se debe tener en cuenta que la longitud del barraje disminuye debido a



las siguientes fórmulas:

Donde :

L = Longitud efectiva de la cresta

h = Carga sobre la cresta incluyendo hv 2.62 m.

L 1 = Longitud bruta del canal 6.10 m.

N = Numero de pilares que atraviesa el aliviadero 0.00

Kp = Coef. de contrac. de pilares (triangular) 0.00

Ka = Coeficiente de contraccion de estribos 0.10 (Estrivos redondeados)

L = 5.57m

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

C= Co x K 1 x K 2 x K 3 x K 4 …………….(D)

a) Por efecto de la profundidad de llegada: (Fig. 3 de Copias)

P/h = 0.000 Co = 3.10

b) Por efecto de las cargas diferentes del proyecto: (Fig. 4 de Copias. K 1 =C/C o )

he = H he/h = 1.00 K 1 = 1.00

c) Por efecto del talud del paramento aguas arriba: (Fig. 5 de Copias. K 2 =C 1 /C v )

P/h = 0.000 K 2 = 1.00

d) Por efecto de la interferencia del lavadero de aguas abajo: (Fig. 7- Copias. K 3 =C 0 /C)

(Hd + d) / Ho = (P+ho)/ho= 1.00 K 3 = 0.77

e) Por efecto de sumergencia: (Fig. 8 de Copias. K 4 =C o /C)

Hd / he = 2/3 ho/ ho = 0.67 K 4 = 1.00

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

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

c. Descarga Máxima Total (Q T ):

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

CUADRO PARA EL PROCESO ITERATIVO

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

3.94 1.00 1.00 1.00 71.70 282.51

3.10 1.00 0.77 1.00 5.57 56.40

3.93 1.00 1.00 1.00 71.76 165.18

3.10 1.00 0.77 1.00 5.63 36.58

3.91 1.00 1.00 1.00 71.82 71.05

3.10 1.00 0.77 1.00 5.69 30.040.77101.08

201.76

Qd = C * L'' * hi3/2

L = L 1 - 2 ( N * Kp + Ka) x h

K3

1.00

Qt = 126.93 m³/s

338.92

0.70

0.40

1.00

1.00

0.77

1.00

Qt = Q c + 2*Q cl

Qt = 338.92 m³/s Qd = 126.93 m³/s

Qcl = 56.40 m³/s

0.77



Ho = 0.52 m

(aliviadero) Para Ho = 0.52 m

(canal de limpia)

8.4. Cálculo de la Cresta del Cimacio:

Ø

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, dependien-

do 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 origen

se define como una curva simple y una tangente o una curva circular compuesta; mientras la porción aguas abajo

está definida por la siguiente relación:

141.62 m.s.n.m.

P = 1.62 m

Qc = 100 m³/s

140.00 m.s.n.m.

Ho = 0.52 m

Qc = 27.06 m³/sQ cl (2 compuertas)=

338.92

201.76

101.08

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350

Ho

(m

)

Q (m3/s)

Q M vs Ho

Ho = 0.52 m

Qt = 126.93 m³/s

282.51

165.18

71.05

0

50

100

150

200

250

300

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Qc

(m3

/s)

Ho (m)

Ho vs Qc

Yc

Xc

R

n

oo H

XKx

H

Y



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

Determinación del caudal unitario: (q)

q= Qc / Lc = 1.39 m 3/s/m

Velocidad de llegada (V):

V= q /(Ho+P)= 0.65 m/s

Carga de Velocidad

hv = V 2/2g = 0.02 m

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

he = Ho - hv = 0.50 m

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

hv/Ho= 0.041 K= 1.51

Talud: Vertical n= 1.843

Valores para dibujar el perfil aguas abajo: Perfil Creager

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

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

X (m) Y (m) 2.758 Ho= 1.43416

0.000 0.00

0.100 -0.04

0.300 -0.28

0.500 -0.73

0.700 -1.36

0.900 -2.16

1.100 -3.12

1.300 -4.25

1.500 -5.53

1.700 -6.97

1.900 -8.55

2.100 -10.29

2.300 -12.16

2.500 -14.18

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

compuesta. Los valores de R 1 , R 2 , X c , Y c se dan en la fig. 1.a de la separata:

Con hv/Ho: 0.041 ingresamos a los nomogramas, de donde se obtiene:

X c /H o = 0.252 X c = 0.13 m

Y c /H o = 0.100 Y c = 0.05 m

R 1 /H o = 0.500 R 1 = 0.26 m

-14.00

-12.00

-10.00

-8.00

-6.00

-4.00

-2.00

0.00

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

PERFIL CREAGER



R 2 /H o = 0.205 R 2 = 0.11 m 0.1534

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

8.5. Cálculo de los Tirantes Conjugados:

Dc = 0.58 m

h1

P = 1.62 m

d2

d1

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

Tenemos: z + dc + hvc = d1 + hv1 + Σhp

Σhp: pérdidas de energía (por lo general se desprecian, debido a su magnitud)

Determinación del tirante Crítico: dc = (Q 2 /gB 2 ) 1/3

dc= 0.582 m

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

Vc= 2.388 m/s

hv c = 0.291 m

Reemplazando obtenemos el d 1 :

z + dc + h vc = d 1 + q 2 /(2*g*d 12 ) q = Q/B Por uqe considera carga de velocidad en el primer miembro?

q = 1.39

2.49 0.10 / d 12

d 13 - 2.49 0.10 d 1 = 0.2300 -0.02 = 0

Determinación del Tirante Conjugado 2: d 2

V 1 = 6.04 m/s

d 2 = 1.20 m

Determinación del Número de Froude:

F= 4.02 Este valor vuela

Este es un resalto inestable. Cuyo oleaje producido se propaga hacia aguas abajo. Cuando se posible evitar

este tipo de poza. Entonces podemos profundizar la poza en una profundidad = 1.80 m

z + dc + h vc + e = d 1 + q 2 /(2*g*d 12 )

hd

Lp

12

=d1 +

d12 +

d 2 +

=0

a

bc

d

R1-R2

R1

a

a

R2

R2

Talud

Vertical

)2

4(

2

1

2

1

2

112

g

dvddd

1

1

* dg

vF



d 13 - 4.29 0.10 d 1 = 0.1650 -0.014

V 1 = 8.42 m/s

hv 1 = 3.61 m

d 2 = 1.46 m

F= 6.62

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

Esta dado por la ecuación: R = 5d 1 R= 0.83 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-

parata será:

F= 6.62

V 1 = 8.42

* Ver la Figura 12 de la Separata para el cálculo de Lp

L/d 2 = 2.56 Lp= 3.747 m

b) Según Lindquist:

Lp = 5(d2-d1) Lp= 6.493 m

c) Según Safranez:

Lp = 6xd 1 xV 1 Lp= 6.550 m

√(g*d1)

d) Finalmente tomamos el valor promedio de todas las alternativas:

Lp= 5.597 m

Longitud promedio de la poza Lp= 6.00 m

8.8. Profundidad de la Cuenca:

S = 1.25 d 1 = 0.206 m

8.9. Cálculo del Espesor del Enrocado:

H = ( P + Ho ) = 2.20 m. e= 0.487 m

q = 1.39 e= 0.50 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 2.20 m.

q: caudal unitario 1.39

c: coeficiente de acuerdo al tipo de suelo 9

L e = 1.931 m

L e = 2.00 m

8.11. Longitud del Solado Delantero: Ls = 5Ho

Ls= 2.91 m 3.00 m

8.12. Espesor de la Poza Amortiguadora:

TIPO II

= d1

2 +

4/12/1 )/(*6.0' gHqe

)2

4(

2

1

2

1

2

112

g

dvddd

1

1

* dg

vF

)612.0642.0(* qHcL



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 calidad

h = Carga efectiva que produce la filtración

h' = Profundidad de un punto cualquiera con respecto a A, donde se inicia la filtración.

(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: 1.50 m

141.62msnm hv= 0.02 m.

he= 0.50 m.

0.25 (P+H)

Ho = 0.52 m

h = 2.31 m.

3.61 m.

1.25*(P+H) 2.14 m.

P = 1.62 m. d 2 = 1.46 m.

139.04msnm

e=0.30 0.17 m.

0.7 m. 4.00

3.54 m. 6.00 m

3.00 m. 9.54 m. 2.00 m.

e=0.30

14.54 m.

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

0.70 m.

1.70 m.

1.00 m. 8.15 m. 1.00 m.

1.00 m.

Para condiciones de caudal máximo

O sea cuando hay agua en el colchón.

h= 2.31 m. h/L = 0.113

L = 20.44 m. Lx = 12.24 m.

h' = 3.30 m. Spx = 2325.35 kg

No satisface la exigencia por Subpresión. Aumentar espesor

Para condiciones de agua a nivel de cimacio

O sea cuando no hay agua en el colchón

h = 3.28 m. Spx = 2538.29 kg

h /L = 0.16 e = 1.41 m.


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

Volumen de filtración

Se calcula empleando la fórmula que expresa la ley de Darcy

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 filtración

Cálculo y chequeo del espesor del colchón amortiguador

Cálculo de la longitud necesaria de filtración (Ln)

H = 2.58 (cota del barraje - cota a la salida de la poza)

h = d 1 +hv 1 -d 2

0.39 m.

m.s.n.m.

)('' Lx

L

hhhbcSp



Cbarraje: 141.62

Csalida: 139.04

C = 9 (criterio de BLIGHT: grava y arena)

Ln = C*H 23.20 m.

Cálculo de la longitud compensada (Lc)

longitud vertical Lv Lv = 8.70 m.

longitud horizontal Lh Lh = 12.54 m.

Lc = Lv + Lh Lc = 21.24 m.

Como 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 h /3)+L v L = 12.88 m.

h = 2.31 m.

h/L = 0.180

Cuadro de valores para la construcción del diagrama de presiones

Punto Lx (m) h' (m) Sp (kg/m2) (-Sp)

1 0.00 13.08 7257.21 -7257.21

2 0.30 1.00 613.21 -613.21

3 1.50 0.30 228.21 -228.21

4 3.00 4.30 2428.21 -2428.21

5 3.39 4.30 2428.21 -2428.21

6 3.79 3.30 1878.21 -1878.21

7 4.19 3.30 1878.21 -1878.21

Po 4.59 3.30 1878.21 -1878.21

8 4.99 3.30 1878.21 -1878.21

9 5.39 3.30 1878.21 -1878.21

10 5.79 3.30 1878.21 -1878.21

11 6.19 3.30 1878.21 -1878.21

12 6.59 3.30 1878.21 -1878.21

13 6.99 3.30 1878.21 -1878.21

14 7.39 3.30 1878.21 -1878.21

15 7.79 3.30 1878.21 -1878.21

16 8.19 3.30 1878.21 -1878.21

17 8.59 3.30 1878.21 -1878.21

18 8.99 3.30 1878.21 -1878.21

19 9.39 3.30 1878.21 -1878.21

20 9.79 3.30 1878.21 -1878.21

21 13.33 3.30 1878.21 -1878.21

22 14.33 3.30 1878.21 -1878.21

Dimensionamiento de los Pilares:

a) Punta o Tajamar: Redondeada

b) Altura Ht= 1.25 (P+Ho): 2.14 2.40 m.

m.s.n.m.

m.s.n.m.

-5000

-4500

-4000

-3500

-3000

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

01 3 5 7 9 11 13

Sp

X

DIAGRAMA DE PRESIONES

)(''* Lx

L

hhhcSp



c) Longitud: Hasta la terminación de la poza mínimo =

d) Espesor e: 0.00

Dimensionamiento de los Muros de encauzamiento:

a) Longitud: 24.54 26.00 m.

b) Altura Ht= 1.25 (P+Ho): 2.14 2.40 m.

8.13. Diseño de las Ventanas de Captación:

a) Cálculo de la Captación Margen Derecha:

Por tanteos usando la fórmula de Manning

se calcula el tirante y se busca el valor mas aproximado

5.620 m³/s

3.00 m

0.0150

0.0025 y = 0.8300 m

A = 2.4900 m

0.8300 m P = 4.6600 m

R = 0.5343 m

2.4900 m² v = 2.1949 m

4.6600 m Q = 5.47 m

0.5343 m

3.0000 m

2.2570 m/s

0.2596 m

1.090 m-Kg/Kg

0.7910

Calculo de borde Libre .

BL = Yn /3 = 0.28 m.

Usaremos : BL = 0.30

Resultados:

Yn 0.83 m.

3.00 m.

b) Díseño del Canal de Conducción:

Por tanteos usando la fórmula de Manning

se calcula el tirante y se busca el valor mas aproximado

5.620 m³/s

1.50 m

1.00

0.0150

0.0025 y = 0.8500 m

A = 2.5500 m

0.8500 m P = 4.7000 m

R = 0.5426 m

1.9975 m² v = 2.2174 m

3.9042 m Q = 5.65 m

0.5116 m

3.2000 m

2.8135 m/s

0.4035 m

−−−−− DATOS −−−−−

Caudal : Q =

Ancho de Solera : b =

Talud : Z =

Tirante Normal : Y =

Area Hidraulica: A =

Rugosidad : n =

Radio Hidraulico: R =

Espejo de Agua: T =

Velocidad: v =

Carga de Velocidad: hv =

Tirante que mas se aproxima

Pendiente : S =

Perimetro Mojado: P =

Carga de Velocidad: hv =

−−−−− DATOS −−−−−

Area Hidraulica: A =

Talud : Z =

Rugosidad : n =

Pendiente : S =

Caudal : Q =

Ancho de Solera : b =

B.L. 0.30 m.

Tirante que mas se aproxima

Numero de Froude: F =

Perimetro Mojado: P =

Radio Hidraulico: R =

Tirante Normal : Y =

Espejo de Agua: T =

Velocidad: v =

Energia Especifica: E =



1.253 m-Kg/Kg BL = 0.30m

1.1370

1.50 m

Calculo de borde Libre .

BL = Yn /3 = 0.28 m.

Usaremos : BL = 0.30 m.

c) Transicion que unira el canal de captacion y el canal de conduccion:

&

Qcaptación= 5.620 m³/s t

T

Lt

Longitud de transicion.

Para α = 12.50 °.

Lt = (T - t) * Ctg 12.5° / 2

Donde : T = 3.80 m.

t = 3.00 m.

Remplazando : Lt = 1.804

Asumimos : Lt = 2.00 m.

d) Diseño de las Ventanas de Captación:

Consideraciones:

* 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, dependien

do 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.

141.6msnm

140.0msnm

El cálculo hidráulico comprende en el dimensionamiento del orificio y conducto de salida y determina

ción 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/s

asumiendo V = v= 1.00m/s

escogiendo dimensiones de compuertas según manual de ARMCO

Numero de Froude: F =Yn = 0.85 m³/s

142.14msnm

Energia Especifica: E =

" x "



Escogemos: 54 54

a= 1.37

b= 1.37

Acomp. = 1.88

Qdiseño = 5.62

Adiseño = 5.62

# comp. = 3.0

3 compuertas

v = 1.00 O.K.

NMA = 142.14

nivel operación = 141.45

CFC = 140.30

CFR = 140.00

Verificación del funcionamiento

Funciona como vertedero:

Orificio

sumergido (Y2>Yn)

libre (Y2<Yn)

Formula a emplear: Q = Cd * a * b * ( (2*g*h)^0.5 )

donde: Cd : coeficiente de descarga

a : altura de orificio de toma

b : ancho del orificio de toma

Análisis para el Nivel de Operación

Verificación del funcionamiento

asumimos: a = 0.20

h1 = 1.15

Cv = 0.96 + (0.0979*a/h1)

Cv = 0.98

Cd = Cv*Cc = Cv * 0.62

Cd = 0.61

Cálculo del tirante Y1

Y1 = Cc * a

Y1 = 0.124

Cálculo de h

h = h1 - Y1

h = 1.03m

Cálculo del gasto que pasa por el orificio( 1 comp. )

Reemplazando en la formula:

Q = 0.75 m³/s

asumimos: Q = 0.75 m³/s

Cálculo del tirante Y2:

Y2 = (-Y1 / 2) + ( ( 2 * Y1 * V1^2 / g )+ ( 0.25 * Y1^2 ) )^0.5

V1^2 = 2 * g * h

V1^2 = 20.13

V1 = 4.49

Reemplazando:

" x "

m2.

m2

para: m/s.

m.s.n.m.

m.s.n.m.

" x "

m.

m2.

m3/s.

m2

para:

m/s.

m.s.n.m.

m.s.n.m.

m.s.n.m.

m.

m.

m.

m.s.n.m.

NMA =

nivel de operación =

a Y1 = Cc*a

h h1

m.s.n.m.



Y2 = 0.65

Cálculo del tirante normal en el canal de la ventana

Q = 0.75

s = 0.001

n = 0.015

Q*n/(s^0.5) = 0.356

Q*n/(s^0.5) = A*R^2/3

Aplicando maning e iterando calculamos Yn:

Yn A P

0.400 0.000 0.800

0.420 0.000 0.840

0.555 0.000 1.110

como Y2 > Yn, entonces funciona como orificio sumergido

Cálculo de longitud de contracción (Lcc)

L1 = a / Cc = 0.323

Lr = 5*(Y2-Y1) = 2.650

Lcc = L1 + Lr = 2.973

asumimos: Lcc = 3.00

Cálculo del tirante normal

Q = 2.25

s = 0.001

n = 0.015

b = 4.115

Q*n/(s^0.5) = 1.067

para el nivel de operación se tiene que dejar pasar por el canal de captación

el caudal de diseño.

Análisis para máximas avenidas

Verificación del funcionamiento.

a = 0.30 (asumido)

h1 = 1.84

Cv = 0.96 + (0.0979*a/h1)

Cv = 0.98

Cd = Cv*Cc = Cv * 0.62

Cd = 0.62

Cálculo del tirante Y1 Y1 =

Y1 = 0.186

Cálculo de h h =

h = 1.65

Cálculo del gasto que pasa por el orificio( 1 comp. )

Q = 1.45

asumimos: Q = 1.50

Cálculo del tirante Y2:

Y2 = (-Y1 / 2) + ( ( 2 * Y1 * V1^2 / g )+ ( 0.25 * Y1^2 ) )^0.5

V1^2 = 2 * g * h Reemplazando:

V1^2 = 32.45 Y2 =

Cálculo del tirante normal en el canal de la ventana

Q = 1.50

s = 0.001

n = 0.015

m.s.n.m.

m.s.n.m.

m.s.n.m.

m.

m.

m3/s.

m3/s.

m.

m.

m.

m.

m3/s.

m3/s.

m3/s.



como Y2 > Yn, entonces funciona como orificio sumergido

Cálculo de longitud de contracción (Lcc)

L1 = a / Cc = 0.484

Lr = 5*(Y2-Y1) = 4.171

Lcc = L1 + Lr = 4.655

asumimos: Lcc = 4.50

Cálculo del tirante normal

Q = 4.50

s = 0.001

n = 0.015 Yn

b = 1.372

Q*n/(s^0.5) = 2.135

En épocas de máximas avenidas teniendo las compuertas abiertas a

pasa un caudal de: 4.50

Cálculo de la abertura de las compuertas para máximas avenidas.

a = Q / ( Cd * b * ( ( 2gh )^0.5 )

donde:

Q = 0.75

Cd = 0.62 reemplazando en la formula

b = 1.37 a =

h = 1.65

Altura de la ventana de captación

tirante en máximas avenidas:

tirante en nivel de operaciones:

Adoptamos una altura de ventana de:

m.

m.

m.

m3/s.



(Estrivos redondeados)

71.05

165.18

282.51



Por uqe considera carga de velocidad en el primer miembro?



0.50 m

e = (4/3) x (Spx / 2400)

e = 1.29 m.



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

Q = KIA

A : área bruta de la cimentación a través del cual se produce la filtración

(cota del barraje - cota a la salida de la poza)

m.s.n.m.



(criterio de BLIGHT: grava y arena)

de gráfico

de gráfico

Como Ln > Lc, entoces se está posibilitando la tubificación, por lo tanto no haremos uso de lloradores.

m.s.n.m.

m.s.n.m.

13 15

)(''* Lx

L

hhhcSp



10.24 12.00 m.



El cálculo hidráulico comprende en el dimensionamiento del orificio y conducto de salida y determina

ción del gasto máximo de avenida. Ademas se diseñará la transición que une el canal de captación a la salida de

Diseñaremos las compuertas para un nivel de operación (cota barraje fijo)

Se comprobará si el canal soportará conducir el caudal para máximas avenidas.

escogiendo dimensiones de compuertas según manual de ARMCO



si h 1/a =< 1.4

si h 1/a > 1.4

Q = Cd * a * b * ( (2*g*h)^0.5 )

Cd : coeficiente de descarga

a : altura de orificio de toma

b : ancho del orificio de toma

a 0.35

Cv 0.99

Cd 0.61

Y1 0.22

h 0.93

Q 1.26

Y2 = (-Y1 / 2) + ( ( 2 * Y1 * V1^2 / g )+ ( 0.25 * Y1^2 ) )^0.5

V1^2 18.31

V1 4.28

m.

m3/s.

m.s.n.m.

m.s.n.m.

m.

m.s.n.m.

m.s.n.m.

m.s.n.m.

Y2

Yn

m.s.n.m.



Y2 0.80

Q 1.26

Q*n/(s^0.5) 0.598

Yn 0.555

R^2/3 A*R^2/3

0.000 0.000

0.000 0.000

0.000 0.000

L1 0.56

Lr 2.90

Lcc 3.47

Lcc 3.30

Q 1.07

Q*n/(s^0.5) 0.506

Yn 0.4842

para el nivel de operación se tiene que dejar pasar por el canal de captación

a 0.28

Cc * a

h1 - Y1

Q 1.87

Y2 = (-Y1 / 2) + ( ( 2 * Y1 * V1^2 / g )+ ( 0.25 * Y1^2 ) )^0.5

Reemplazando:

1.02

Q*n/(s^0.5) = 0.712

Q*n/(s^0.5) = A*R^2/3

Yn 0.357

m.s.n.m.

m.s.n.m.

m.s.n.m.



2.232

En épocas de máximas avenidas teniendo las compuertas abiertas a 0.30

abriendo todas las compuertas de captación:

reemplazando en la formula

0.155

Yn = 0.357

Y2 = 1.02

Yn = 0.484

Y2 = 0.798

0.90 m.

m. de alto


CALCULOS HIDRAULICOS .MOTUPE

Documents

Transcript of CALCULOS HIDRAULICOS .MOTUPE