DiseoDISEO DE LA CAPTACIN LATERAL - QUEBRADA SHACSHAPROYECTO: INSTALACION DEL CANAL DE IRRIGACION RIOBAMBA CASABLANCA - JOCOSBAMBA, DISTRITO DE QUICHES-SIHUAS-.ANCASH1) DISEO DEL BARRAJE TIPO CREAGER1.1) ESTIMACIN DEL ANCHO DE ENCAUZAMIENTO DE LA QUEBRADADATOS:Segn el estudio hidrolgicoQmin =1.53m3/sQmin (estiaje) =1.53m3/sQmax =10.00m3/sQmax (avenida) =10.00m3/sQmedio =8.00m3/sQmedio =8.00m3/sPendiente del ro: SR =0.1Ancho del ro: BR =20.00mCaudal de diseo QD=0.425m3/s(a captar )a) Frmula de Blench:Donde:Los factores de estabilidad del ro estn en funcin a las carcteristicas de la orilla y del fondo.Factor de orilla: Fs =0.10Barro y arenaFactor de fondo: Fb =1.20Material gruesoB1 =19.83mb) Frmula de Altunin:Donde:Factor de orilla: a =0.80B2 =4.01mc) Frmula de Petit:B3 =7.75mEl promedio de B1, B2 y B3 puede considerarse el ancho de encauzamiento:B =10.53mEl ancho del ro calculado para una seccin estable es menor al ancho del ro dado como dato, esto quiere decir que no es necesario ensanchar el ro y tomamos un ancho:B =11.00m1.2) CLCULO DEL TIRANTE NORMAL QUEBRADA SHACSHASe calcula mediante la frmula de Manning:ITERACINyn0yn1d0.3000.0800.2200.0800.188-0.108Donde:Q :Caudal mximo del roQ =10.00m3/s0.1880.1080.080n :Coeficiente de Manningn =0.0120.1080.155-0.047A :rea de la secin de la seccin transversal del roS =0.10.1550.1220.033R :Radio hidralico0.1220.142-0.020S :Pendiente del ro0.1420.1290.014P :Permetro mojado0.1290.137-0.009Yn :Tirante normal del ro0.1370.1320.006Simplificando trminos tenemos:0.1320.135-0.0040.1350.1330.002Por tanteos tenemos:yn =0.13m1.3) ALTURA DEL BARRAJEDonde:pu = Altura del umbral del verdedero de captacinhv = Altura de la ventana de captacin.Asumimos :pu =0.40mhv =0.15mAltura del Barraje : P = pu + hv +0.10P =0.65m1.4) CARGA SOBRE EL BARRAJE:Donde:Q: Caudal mximo del rio (Max.Avenida)Q =10.00m3/s: Coeficiente del vertedero segn la forma de la cresta (Perfil Creager) =0.75h: Altura de carga hidrulica o tirante de agua sobre la cresta del vertedero (m)v: Velocidad de acercamiento del ro. En este caso:v =1.50m/sB: Ancho del roB =11.00mg: Gravedadg =9.81m/s2Reemplazando valores se tiene:Hd =h =0.472mClculo de la velocidad de agua sobre la cresta del azud.Q = A.V ==>V =Q=10.00A5.19V =1.93m/s1.5) CLCULO DE LA CARGA ENERGTICA (he)he = h + V2/2ghe =0.66m1.6) CRESTA DEL BARRAJEXn = k . HD n-1 . YDonde:X e Y :coordenadas del perfil de la cresta con origen en el punto ms altode la crestaHD :altituda de diseo excluyendo la altura de la velocidad del flujo.k y n :parmetros dependientes de la pendiente de la cara aguas arriba.(Pendiente: Vertical ==> K = 2 y n = 1.85)k =2.00Pendiente de la Rectan =1.85Z = 1:1.5Conocemos:HD =0.47mVA =0.81mHA =0.033md =0.11HAd =0.004mI1 =0.175 HDI1 =0.083mI2 =0.282 HDI2 =0.133mR1 =0.2 HDR1 =0.094mR2 =0.5 HDR2 =0.236mR =0.5 HDR =0.236mEcuacin del perfil Creager:X1.85 = 2HD0.85YY =0.947X1.85Tabulando:012XY0.000.000.100.01X0.200.050.300.10X1.85 = 2HD0.85Y0.400.170.500.26Y20.600.370.690.48Y1Y0121.7) LONGITUD DEL BARRAJETomamos:Xt =0.59Yt =0.36H =0.26 = arctag(1/Z) =33.69L1 =P+H-YtL1 =0.552=0.827tang()tang()TS = R*tang(/2)Ts =0.51Longitud del Barraje LB = 0.282Hd + Xt + L1 + TsLB =2.063mTomamos:LB =2.10m1.8) DISEO DEL RESALTO O COLCHN AMORTIGUADORa) Frmula aproximada de Merriamb) Frmula Tirante Conjugado:d2 = 0.45*q/(d1)0.5Donde:q :Caudal de agua sobre el azud, por metro lineal (m3/seg/m)q = Q/Bd2 :Profundidad aguas abajod1 :Profundidad o espesor de la lmina vertiente al pie del azudPara este clculo efectuamos tanteos suponiendo un h aproximado:h =0.45mLa velocidad de caida ser:V1 = (2*g*h)^0.5V1 =2.97m/sq =A*V1 = (d1*1.00)*V1 ==> d1 =q=0.91V12.97d1 =0.306mReemplazando d1 en las frmulas a y b, tenemos :En a:d2 =0.740mEn b:d2 =0.605mVERIFICANDO:La altura total del agua He sobre el lecho del ro aguas arriba es igual a he + p, y de la energa agua arriba es de: He = altura Azud + carga de agua + alt.Veloc.de paso de aguaHe = p + h + V2/2g =0.650.470.19He =1.31mPor tanto, la profundidad de la cuenca o colchn ser:He - h - d1 =1.310.450.31=0.56mLa profundidad de aguas abajo ser:d2 =0.56taguas abajo =0.560.30d2 =0.855mNo CumpleDe acuerdo a la frmula de Merriam, el requerimiento de aguas abajo d2 es:d2 = 0.45*q/(d1)0.5 =0.740 (1/10) Longitud del barraje:11.00=1.10010Bc =1.10mTambin:q =3.35Donde:Bc =2.39mQmed.=8.00m3/sTomamos:Bc =2.40m2.3) PENDIENTE DEL CANAL DE LIMPIAn =0.012S ro =0.100Sc =0.0014Sc < S roS ro =Sc =0.1003) DISEO DE LA VENTANA DE CAPTACINLos valores que se muestran fueron asumidos y comprobados en el calculo de la altura del barrajeHd =0.47hm =0.650.10hv0.15bv0.403.1) CLCULO DE LA SECCIN DE LA VENTANAQD = Caudal de derivacin =0.425m3/sTenemos la ecuacin general para un orificio:N ventanas =1Q0 = C*A*(2*g*hm)1/2Donde:Q0 : Caudal del orificio de descargaC : Coeficiente (perfil Creager)g : Gravedadhm : Altura desde el medio de la ventana hasta la superficie de aguaA : rea de la ventana = hv x bvQ0 =0.425m3/sC =0.60hm =0.65mg =9.81m/s2Asumimos la altura de la ventana:hv =0.15mEntonces:Q0 = C*(hv*bv)*(2*g*hm)1/2Despejando y reemplazando :bv =Q01.325mC*hv*(2*g*hm)1/2Tomamos:bv =1.50mAncho de la ventana4) DISEO DEL CANAL DE CAPTACINQ =0.425m3/sn =0.014S =0.05=5%Vmx =5.00m/sPor Manning :Considerando MximaY = b/2Eficiencia hIdrulicaY =0.68mEntonces:bcanal =1.36mbcanal =1.40mAncho de la reja de captacin:br = bcanal + N x a'Donde:n : Nmero de espacios rejan = bcanal / b'N : Nmero de barrotes rejaN = n -1a' : Ancho de barrotesb' : Espaciamiento entre barrotesReemplazando valores:a' =0.10mb' =0.10mn =14.00N =13.00br =2.70m : ngulo de inclinacin de la captacin respecto al eje del ro = arcos(Vm/Ve)Ve : Velocidad de entrada al canal de captacinVm : Velocidad media del roVm = Qmed / (br + 2Y)Ve =1.50m/sVm =1.32m/s =0.50rad =28.69Tomamos: =30.005) DISEO DE LA CAJA DE REUNIN DE AGUA CAPTADACaudal a captar:Q =0.425m3/sAltura del agua en la ventana:Ym =1.12mAltura de la ventana captacin:hv =0.15mBorde libre:BL =0.20mAltura de la caja:H =1.32mH =1.35mAncho de la caja: H = hv + 0.20 x 2A =0.55mA =0.55mLargo de la caja:L =1.50mLa longitud de la transicin est dada por:Donde: =12.50b1 =1.50mDimetro de la linea de conduccin:b2 =0.285mLt =2.74mTomamos:Lt =2.75m6) DISEO DEL ALIVIADERO DE EXCEDENCIASLHYnaSabemos que:B1xQ2 - Qvert = B2 x Q1B2 = B1 x Q2/Q1Caudal de ingreso por la ventana de captacin:Q1 =0.425m3/segCaudal mximo:Q2 =10.00m3/segSeccin de la ventana de captacinB1 =0.15mB2 =1.40mQvertedero =9.58m3/segAltura del agua en el canal:Yn =0.68mVeloc. en el canal de conduccinV =4.17m/sa =0.53m (asumido)H = Yn - aH =0.15mHo = H - V2/2gH0 =0.74mLongitud del vertedero lateral:C =2.10L =1.63mTomamos:L =1.70m

&FINGRESE 1er NMERO PARA ITERACIN

Diseo1

Supresin7) ANLISIS DE LA ESTABILIDAD POR EFECTO DE LA SUBPRESINHd=0.47z =0.816P=0.6510.26Z=1:1d1=0.306HD=0.850.3045e=0.300.29230.60.291.212.107.1) FUERZAS DE SUBPRESINDonde: : Peso especfico del agua =1000Kg/m3k : Coefic. (tipo de material)k =1.00Lw =2.1+1.14=2.34m3SUBPRESIONES:B =1.00B =11.00SpxCGSPto.2=10000.82+0.850.820.85=1369.3368819132Kg/m215062.705701045Kg/m2000.9102.341369.336881913200.91209Se divide entre 10 solo por la grficaPto.3=10000.82+0.850.821.05=1299.53353757Kg/m214294.8689132702Kg/m21299.533537570.62.34877.51111643110.888Pto.4=10000.82+0.560.821.43=877.5111164311Kg/m29652.6222807424Kg/m2736.50836085792.12.3402.1Pto.5=10000.82+0.560.821.84=736.5083608579Kg/m28101.5919694372Kg/m22.347.2) DIAGRAMA DE SUPRESIONESHallando el Centroide en el diagrama de subpresionesAiXiAi*Xi779.720.30233.9220.940.204.19252.720.74188.0360.770.7042.30892.651.491333.6285.451.29110.402,092.251,912.44X=1912.44=0.91m2092.25hsp=0.82+0.260.822.35=0.258m2.347.3) CLCULO DE SUPRESIONESSupresin por 1m de profundidadSiB =11.00m(Ancho)S =2,092.25Kg/mS =23,014.76Kg

BdHAHDhBI2 I1BdHAHDhBI2I1rBdHAHDhBI2 I1BdHAHDhBI2I1r&F

Supresin

Estabilidad8) ANLISIS DE LA ESTABILIDAD POR VOLTEO Y DESLIZAMIENTO8.1) CLCULO DEL PESO Y CENTROIDE DEL BARRAJEY =0.947X1.85Hd =0.47P =0.65h =0.26X1 =0.05049885R1 =0.0943903739X2 =0.0825915772R2 =0.2359759348Y =0.947X1.85 =0.3575711036rad =20.4873151147Hallando el centroide para cada seccin establecidas:T2 =0.050Xt =0.593AreasAiXiAi*XiT1 =0.084Yt =0.36010.00060.080.0000520.00110.030.00004Y4 =0.133Y5 =0.85330.00370.090.00034Y3 =0.044Y6=0.28840.00500.210.00103Y2 =0.044Y7 =0.30150.11350.070.00755Y1=0.015Y8=0.55260.06740.250.0165170.05560.480.02669X3 =0.22480.32730.250.08020X4 =0.369e1 =0.30090.22821.000.22874X5=0.8274594595e2 =0.600100.63001.050.66150X6=0.288LB =2.100110.17280.300.05184X7=1.212120.04150.700.02886X8 =0.5461.6471.103Centroide del BarrajeArea total del barraje:_X =1.103=0.67mAB =1.65m21.65Hallando el peso de barraje c =2400Kg/m3Peso especfico del concretoAB =1.65m2Area del barrajeL =11.00mLongitud del barrajeClculo del peso por 1m de longitudmultiplicando por su anchoL =1.00mL =11.00mW =3,951.93Kg/mW =43,471.28KgW =43.47Tn8.2) CLCULO DEL EMPUJEAnalizando por 1 m. de profundidadL.N.ha =0.033Hd =0.47505Kg/cm21 agua =1000Kg/m3P=0.65YE721155Kg/cm2AiYeiAi*YeiRectang.328.520.33106.77YE =152.5=0.28mTriang.211.250.2245.77539.8539.7697803845152.5397619583Luego el empuje por 1m de profundidad sera:E =(505+1155) *0.65=539.77Kg/m28.3) ANLISIS DE ESTABILIDADE =540Kg0.280.26W =3952KgHd=0.850.30e=0.300.291.42993484060.911.19S =2,092.25Kg1) Seguridad Contra el VolteoFSD=3952x1.4299348406=1.83>1.5 a 2.05401.1320921.19Correcto, la estructura es estable al volteo2) Seguridad al deslizamiento0.290.2881.21 =0.190rad =10.8685253402 =0.75Reemplazando valores:FSD=1796.7=3.39>1.5 a 2.0530.1Correcto, la estructura es estable al deslizamiento3) Seguridad al hundimientoLB =2.10Eje1.05EjeE =539.77Kg0.280.380.26W =3951.93KgHd=0.850.30e=0.300.291.431.190.14S =2,092.25KgMomento resultante: Meje = 0M =3951.930.38-2092.25135925830.14-539.770.84M =761.17Kg-mFuerza resultante vertical:T =3952-2092.2513592583=1860KgT =1859.68KgExcentricidad de la resultante:e =M=0.4092982627L=0.70T3La estabilidad de la estructura estar garantizada si se cumple:e < L/30.4092982627