IRRIGACIONES UNIDAD 02 BOCATOMAS.pdf

7/25/2019 IRRIGACIONES UNIDAD 02 BOCATOMAS.pdf

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DOCENTE:Mg. JACKELINE PELAEZ GAMARRA

UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCOFACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL

CUSCO, MAYO DE 20161

CONTENIDO UNIDAD 02

DEMANDA DE AGUA PARA RIEGO Mtodos de clculo de la evapotranspiracin real y potencial Eficiencia de riego. Cedula de cultivos. Dotacin de riego.

Otras demandas. Balance hdrico.

DISEO DE OBRAS DE CAPTACIN Bocatomas, Principales tipo de bocatomas, Calculo Azud,

Calculo colchn y escollera, Calculo canal derivacin y muro

encausamiento, Calculo canal captacin. Desarenadores DISEO DE CONDUCTOS A SUPERFICIE LIBRE Y

PRESIN Diseo de conductos a superficie libre, Diseo de conductos a presin. Diseo de obras de arte.

Acueductos, Sifones, Rpidas.


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DISEO DE OBRAS DE

CAPTACINMg. Jackeline Pelez Gamarra

Contenido DISEO DE OBRAS DE CAPTACION Estudios bsicos de ingeniera para el diseo de

captaciones Condiciones de diseo Principales tipo de bocatomas Calculo Azud, Calculo colchn y escollera, Calculo canal derivacin Muro encausamiento, Calculo canal captacin

DESARENADORES


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OBRAS DE CAPTACIN(Bocatomas, Obras de toma, Obras de derivacin)

Son las estructurashidrulicas construidas en unro o canal, con el objeto decaptar, es decir, extraer, unaparte o la totalidad del caudalque conduce.


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FASES DE UNA BOCATOMA

Diseo Planeamiento Construccin Operacin Mantenimiento.

ESTUDIOS BSICOS DE INGENIERAQUE INTERVIENEN EN EL DISEO

Topografa Hidrologa Transporte de Sedimentos Hidrulica Fluvial Geologa (Geodinmica

Externa) Geotecnia Sismicidad Tecnologa de Materiales

Diseo Hidrulico Diseo Estructural Diseo Electromecnico Procedimientos de

Construccin Costos y Presupuestos Estudio de Impacto

Ambiental.

En funcin de la magnitud e importancia de la obra intervienenen la obra:


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SESIN N 14

CONDICIONES DE DISEO

1) Asegurar la derivacin permanente del caudalde diseo.

2) Proveer un sistema para dejar pasar lasavenidas, que tienen gran cantidad de slidos ymaterial flotante.

3) Captar el mnimo de slidos y disponer demedios apropiados para su evacuacin.

4) Estar ubicada en un lugar que presentecondiciones favorables desde el punto de vistaconstructivo.

5) Conservar aguas abajo suficiente capacidad detransporte para evitar sedimentacin.


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ESQUEMA DE UNA BOCATOMA

ESQUEMA DE UNA BOCATOMA


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TIPOS DE BOCATOMAS

Por su funcionamiento: Bocatoma de lecho (o caucasiana),bocatomas laterales o convencionales.

Por el material del que estn construidos (concreto, tierra,madera, gaviones etc.)

Por su vida til: temporales, permanentes Por su forma y diseo los tipos de bocatomas, podemos

clasificar en: Toma directa Toma Mixta o Convencional Toma mvil Toma Tirolesa o Caucasiana

TOMA DIRECTA

Se trata de una toma que capta directamente mediante uncanal lateral, que por lo general es un brazo fijo del ro quepermite discurrir un caudal mayor que el que se va a captar.Su mayor ventaja es que no se necesita construir un barrajeo azud que por lo general constituye una de las partes demayor costo.Sin embargo; tiene desventaja de ser obstruida fcilmenteen poca de crecidas, adems permite el ingreso desedimentos hacia el canal de derivacin.


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TOMA MIXTA O CONVENCIONAL

Se trata de una toma que realiza la captacin mediante elcierre del ro con una estructura llamada azud o presa dederivacin, el cual puede ser fija o mvil dependiendo del tipodel material usado. Ser fija cuando se utiliza un elementorgido, por lo general concreto, y ser mvil cuando seutilizan compuertas de acero o madera.La captacin en ese tipo de bocatomas se realiza por mediode una ventana que puede funcionar como orificio overtedero dependiendo del tirante en el ro.

TOMA MVIL

Se llama as aquella toma que para crear la carga hidrulicase vale de un barraje mvil.Son tomas que por la variacin de niveles en forma muymarcada entre la poca de estiaje y avenida, necesitandisponer de un barraje relativamente bajo, pero que parapoder captar el caudal deseado necesitan de compuertas quele den la cota a nivel de agua adecuado.A los barrajes con compuertas que permiten el paso delcaudal de avenida a travs de ellos se les conoce como

barraje mvil. Su principal ventaja es que permite el paso delos materiales de arrastre por encima de la cresta delbarraje vertedero o azud.


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TOMA TIROLESA O CAUCASIANA

Son tomas cuyas estructuras de captacin se encuentrandentro de la seccin del azud, en un espacio dejado en l,protegido por una rejilla que impide el ingreso de materialesgruesos. Estas tomas no son recomendables en ros donde elarrastre de sedimentos es intenso, ye que podran causarrpida obstruccin de las rejillas.Para concluir el tipo de bocatoma ms recomendable pararealizar la captacin de un caudal determinado previamente,depende de la altura del vertedero, de las condiciones de lacimentacin, del flujo en el ro, remanso aguas arriba, de ladisponibilidad de los materiales de construccin y del montodel dinero asignado pare la ejecucin de la obra.

UBICACIN

Es de suma importancia la ubicacin de la bocatoma en elcauce del ro, para la que se recomienda que el sitio elegidorena por lo menos las siguientes condiciones: Ubicar en zonas rocosas La ubicacin mas apropiada es en los tramos rectos y

estables del ro. La direccin o ruta del flujo de agua debe ser lo ms

estabilizada o definida. Si se ubica en curva, prefiera lazona externa o convexa. Buscar las partes mas altas Ubicar en las partes mas angostas de los ros


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EL SITIO ELEGIDO DEBE REUNIR LASSIGUIENTES CONDICIONES:

La direccin del flujo de agua debe ser lo masestable y definida posible.

Garantizar la captacin de agua en tiempo deestiaje.

La entrada de sedimentos debe ser limitada almximo.

Cumplir con la condicin topogrfica, pendiente

suave, donde se pueda garantizar flujosuscritico. Un punto recomendado es la parte externa de

los tramos curvos, la orilla cncava.


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ASPECTOS HIDROLOGICOS

Para el diseo de una toma se deben conocer los datos:

Caudal mnimo disponible y nivel de agua mnimo en el ro. Para determinar el caudal derivable Para disear la ventana de captacin Para determinar alturas conjugadas del azud y de la

ventana. Caudal mximo para un TR= 50 aos y nivel de agua mximo

en el ro.

Para disear el azud Para disear el regulador con su vertedero lateral

DISEO HIDRULICO DE LA BOCATOMA

GENERALIDADES

ELEMENTOS GEOMETRICOS

SECCION GEOMETRICA DE UN CANAL/RIO


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DISEO HIDRULICO DE LA BOCATOMA

A) DISEO DEL ANCHO DE ENCAUZAMIENTO OANCHO ESTABLE

MTODO PETIT

MTODO ALTUNIN

Donde;Q= Caudal mximo(m/s)

PLANTADONDESEDISEARALABOCATOMA

MUROSENCAUSAMIENTO

Compuerta

AZUD

Cota A

Cota B

d =


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CORTEDEROADISEARBOCATOMA

Niveles de AguasNormales

Niveles de AguasExtraordinarias

Am

AM

h1HTZ=

Am

AM

h1HTZ=

DISEO HIDRULICO DE LA BOCATOMAB) VENTANA DE CAPTACIN

DONDE:H =CargadeAguaSobrelaCresta.delvertedero.

Y1 =ElevacindelaCrestaSobreelFondoAguasArriba.Y2 =ElevacindelaCrestaSobreelFondoAguasAbajo.

Z =DiferenciadeelevacindelaSuperficiedeAguaArriba yAguas Abajo(Perdida deCarga).hn =ElevacindelAguabajoelVertederosobrelacrestaAguasabajo.

h = TiranteNormal delCanalAduptoroTirantedeldesripiador.K =CoeficientedeCorreccionalacontraccionlateral debidoalaubicacindeloabarrotes.

Db =DistanciamientodeBarrotes,ComoMinimo0,20m.Q =Caudalacaptarceporlaventana.m3/sg.

Ab =AnchodeBarrotesdelMercado,Normalesde0,10m.Vec =VelocidaddeEntradaalcanal.m/sg

H

V. Frontal

B

B

b

a

Y1

Y YCota D

Cota ACota B

Cota C

Cota E Y2

hnY

PARED

PAREDY1

h

z

CORTE B-B

HT


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DISEO HIDRULICO DE LA BOCATOMAB) VENTANA DE CAPTACIN

FORMULAS UTILIZADAS PARA EL CLCULO DEL CAUDAL Cuando no existe sumersin Cuando existe sumersin

h>Y2 z/Y2


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ANGULO DEL MURO QUE TIENE LA VENTANA DECAPTACIN CON RESPECTO A LA CORRIENTE DEL RO

NGULODELROCONLAREJAO

VENTANADECAPTACIN

DIREC

CION

DELRIO

90Canal

Barraje CROQUIS DE ENTRADA

Vec

79.81

VR

90

B

Donde;= Angulo del muro y el roVr= Velocidad promedio del roVe= velocidad de entrada por laventana de captacin

DISEO HIDRULICO DE LA BOCATOMAc) DISEO DE AZUD O BARRAJE

De acuerdo a formulas de la US Army Waterways:

Donde;Qmax : caudal mximo en m/sL : longitud de barraje (m)Cd : coeficiente de descarga (2.2 creager)

B : Ancho del cauce en (m)P :Altura del barraje vertederoHe : Altura de la carga total (m)Y : tirante aguas arriba del barraje en (m)Hv : Altura de Velocidad (m)g : aceleracin de la gravedad (m/s2)V : velocidad de llegada (m/s)Hd : Carga neta sobre la cresta (m)


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DISEO HIDRULICO DE LA BOCATOMAC) DISEO DE AZUD O BARRAJE

FORMULAS UTILIZADAS PARA EL CLCULO DE H

Donde;Qmax= Caudal a derivar (m/s)M= coeficiente de descarga (Bazin o Konovalov)B= longitud de la ventana (m)H= altura de la ventana (m)

H /

DISEO HIDRULICO DE LA BOCATOMAC) DISEO DE AZUD O BARRAJEGRAFICO DEL AZUD

TABLA DE VALORES

DATOS PARA 1m. H DATOS CONJUGADOS

X Y 0.74 X Y

0.000 0.126 0.74 0.00 -0.093

0.100 0.036 0.74 0.07 -0.026

0.300 0.000 0.74 0.22 0.000

0.400 0.007 0.74 0.29 -0.005

0.600 0.060 0.74 0.44 -0.044

0.800 0.112 0.74 0.59 -0.082

1.000 0.257 0.74 0.74 -0.189

1.400 0.565 0.74 1.03 -0.415

2.000 1.220 0.74 1.47 -0.897

2.500 1.960 0.74 1.84 -1.441

3.000 2.860 0.74 2.21 -2.103

3.500 3.820 0.74 2.57 -2.808

4.000 4.930 0.74 2.94 -3.624

4.500 6.220 0.74 3.31 -4.573

2.500

2.000

1.500

1.000

0.500

0.0000.

00

0.

07

0.

22

0.

29

0.

44

0.59

0.74

1.

03

1.

47

1.

84

2.

21

2.57

2.

94

3.

31

Grfico

del

AzudDatosConjugadosX

Altura

A

zud


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DISEO HIDRULICO DE LA BOCATOMAD) DISEO DE LA POZA DE AMORTIGUACION

POZADEAMORTIGUACI N

H

P

Pf

P

h1

H

h2

c b a

d

L= BARRAJE LONGITUD DE COLCHON

T=

El diseo consistir en calcular los tirantes conjugados h1 yh2, la longitud de la poza y la profundidad de la misma.


Donde; h1=altura contrada conjugada al final de azud y el inicio

del resalto q= caudal unitario=caudal sobre el espejo de agua K=coeficiente de perdida de energa y vara de 0.85 a 0.95 g= aceleracin de la gravedad en el lugar de diseo = 9.81 H2 se determina con la siguiente frmula:

1

2 0 1 h2=y es muy necesario para profundizar h2


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DISEO HIDRULICO DE LA BOCATOMAE) DISEO DEL DESRIPIADOR


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DISEO HIDRULICO DE LA BOCATOMAE) DISEO DEL DESRIPIADOR

EJEMPLO 01:

Disear una bocatoma para las siguientescondiciones: Caudal a derivar: 2.8 m/s Caudal mximo: 10.8 m/s Coeficiente de rugosidad del ro: 0.050


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CORTEDEROADISEARBOCATOMA

Niveles de AguasNormales

Niveles de AguasExtraordinarias

Am

AM

h1HTZ=

Am

AM

h1HTZ=

PLANTADONDESEDISEARALABOCATOMA

MUROSENCAUSAMIENTO

Compuerta

AZUD

Cota A

Cota B

d =


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PERFIL DEL VERTEDERO


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(Espejo de agua)

Q=q/b

A=by+zy

B=b+2zy

V=Q/A

T=P+H=1.24T0=T+V/2g

>0.74 (H)

1 2 0 1

, 1.63/

4

2

21

2

1 1 8

1


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T=P+H+PrT0=T+V/2g

1

2 0 1

212

1 1 8

1


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INGRESE DATOS DE ACUERDO AL GRAFICO:

Cota A = 9.76 m Q = 2.80 m3/sg

Cota B = 9.66 m Db= 0.20 CUMPLE

Cota C = 9.20 m Ab = 0.10 mCota D = 9.00 m Vec = 1.00 m/sgCota E = 8.90 m Gravedad = 9.81 m/sg

K = 0.85

Y1 = 0.20H = 0.56

Z = 0.10

Y2 = 0.30

hn = 0.46

h = 0.76 = 0.76 CONFORME

Altura de sedimentos(P=Y1+H)

INGRESE DATOS DE ACUERDO AL GRAFICO:

Cota A = 9.76 m Q = 2.80 m3/sg

Cota B = 9.66 m Db= 0.20 CUMPLE

Cota C = 9.20 m Ab = 0.10 m

Cota D = 9.00 m Vec = 1.00 m/sg

Cota E = 8.90 m Gravedad = 9.81 m/sg

K = 0.85

Y1 = 0.20

H = 0.56

Z = 0.10

Y2 = 0.30

hn = 0.46

h = 0.76 = 0.76 CONFORME

1,- Hallando Factor (M)

KONOVALOF

M= 2.488

BAZIN

M= 2.787

2,- Para considerar sumergido el vertedero debe de cumplir las siguientes condiciones:

A.- h > Y2

0.76 > 0.30 CUMPLE Y EXISTE SUMERSION

B,- Z/Y2 < 0.70

0.33 < 0.70 CUMPLE Y EXISTE SUMERSION


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3,- Existe Sumercin, hallamos factor (S).

S = 0.4100

4,- Clculo (b) sin barrotes.

b= 6.88 m = 6.8

5,- Nmero de Espacios de la Ventana (Ne)

Ne = 34.40

34.30 Espaciostendranuestrodiseo.

6,- Nmero de Barrotes (Nb)

Nb = 33

7,- Espacio Total de Barrotes (Eb).

Eb = Nb * Ab

Eb = 3.33

Ne=b/Db, Db=0.20

Nb=Ne-1

Ab=0.10

/

B=b+Eb

8,- Ancho Total de la Ventana de Captacin (B).

B = 10.1 m.

9,- Las Medidas de la Ventana seran:

a = 0.28

readelDiseo:

A = 2.80 m2

a =

0.28

B = 10.13

Ancho de Ventana

A

l

t

o

Q=A*VecQ=a*b*Veca=Q/b*Vec


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10,- Se puede Mejorar el Diseo.

Para Mejorar el diseo se tanteara

b = 6.00 Ingresa Valor

a = 0.47

Nota Importante.

Ser de a cuerdo a la Altura del Azud.

0.47

6.00

readeDiseoMejorado.

A = 2.80 m2 CONFORME

b=mejorado

a=Mejorado

Ancho de Ventana

A

l

t

o

Ingrese valor de la base de laventana.

Recuerde que a: no debe ser

mayor que la altura del azud

Comprobacin como orificio


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Q=P*A*CE/31,536

Vr=Q/(b*H)VR=0.322 m/s

=71.1

DISEO DEDESARENADORES

Mg. Jackeline Pelez Gamarra


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DESARENADORES

Los desarenadores sonobras hidrulicas quesirven para separar(decantar) y remover(evacuar) despus, elmaterial slido que llevael agua de un canal.

DESARENADORES

El material slido que se transporta ocasiona perjuicios delas obras: Una gran parte del material slido va depositndose en el

fondo de los canales disminuyendo su seccin. Estoaumenta el costo anual de mantenimiento y producemolestas interrupciones en el servicio del canal.

Si los canales sirven a plantas hidroelctricas, la arenaarrastrada por el agua pasa a las turbinas desgastndolastanto ms rpidamente cuanto mayor es la velocidad.

Esto significa una disminucin del rendimiento y a vecesexige reposiciones frecuentes y costosas.


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TIPO DE DESARENADORES

EN FUNCIN DE SU OPERACIN: Desarenadores de lavado continuo, es aquel en el que la

sedimentacin y evacuacin son dos operacionessimultneas.

Desarenadores de lavado discontinuo (intermitente), quealmacena y luego expulsa los sedimentos en movimientosseparados. Son el tipo ms comn y la operacin de lavadose procura realizar en el menor tiempo posible con el objetode reducir al mnimo las prdidas de agua.

EN FUNCIN DE LA VELOCIDAD DE ESCURRIMIENTO: De baja velocidad v < 1 m/s (0.20 0.60 m/s) De alta velocidad v > 1 m/s (1 1.5 m/s)

TIPO DE DESARENADORES

Por la disposicin de los desarenadores: En serie, formado por dos o ms depsitos construidos uno a

continuacin del otro. En paralelo, formado por dos o ms depsitos distribuidos

paralelamente y diseados para una fraccin del caudalderivado.


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FASES DEL DESARENAMIENTO

Fase de sedimentacin Fase de purga (evacuacin)

COMPONENTES DEL DESARENADOR

Canal de ingreso

Transicin deentrada

Cmara desedimentacin

Vertedero

Compuerta desalida


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CRITERIOS DE DISEO

CLCULO DEL DIMETRO DE LAS PARTCULAS ASEDIMENTARLos desarenadores se disean para un determinado dimetrode partcula, es decir, que se supone que todas las partculasde dimetro superior al escogido deben depositarse. Porejemplo, el valor del dimetro mximo de partculanormalmente admitido para plantas hidroelctricas es de0.25 mm y en los sistemas e riego generalmente se aceptahasta un dimetro de 0.5 mm.

CRITERIOS DE DISEO

CLCULO DE LA VELOCIDAD DEL FLUJO V, EN EL TANQUELa velocidad en un desarenador se considera lenta, cuando estcomprendida entre 0.20 m/s a 0.60 m/s.La eleccin puede ser arbitraria o puede realizar utilizando lafrmula de Campo.

Donde:v = velocidad del flujo (cm/s)d = dimetro (mm)a = constante en funcin del dimetro


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CRITERIOS DE DISEOCLCULO DE LA VELOCIDAD DE CADA W (ENAGUAS TRANQUILAS)

Para este aspecto, existen varias frmulas empricas, tablasy nomogramas, algunas de las cuales consideran:

Peso especfico del material a sedimentar (ps): gr/cm Peso especifico del agua turbia (w) : gr/cm

TABLA 4 PREPARADA POR ARKHANGELSKI, la mismaque permite calcular w (cm/s) en funcin del dimetro departculas d (en mm).

Segn Scotti - Foglieni


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CRITERIOS DE DISEO


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12.5


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EJEMPLO DE DISEO DE UN DESARENADOR

Se propone disear un desarenador de baja velocidad (v < 1m/s)con el objetivo de separar y remover despus el material slidoque lleva el agua de un canal de caudal Q = 7 m/s. El dimetrode la partcula a sedimentar es 0.2 mm. Ancho del canal deingreso b=2.8mSOLUCION Clculo de la velocidad del flujo en el tanque Utilizamos la frmula de Camp:


Clculo de la velocidad de cada w Segn arkhangelski

Segn Scotti foglieni

Asumimos el valor promedio w= 0.0385 = 0.039 cm/s


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Calculo de las dimensiones del tanque

Para, h=4m

Con condiciones de turbulenciaL se debe multiplicar por K.Para V=0.2 m/s, k=1.25Por lo tanto L=25.50m



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12.5]

13.5 m12.5]


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