8/2/2019 477-505Diseño de bocatomas
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PROYECTO: IRRIGACIÓN SORAY - HUAMANPATAUBICACIÓN: RIO SALKANTAY
FORMULAS Y RELACIONES EMPLEADAS.
DISEÑO XI.1. BOCATOMAS
DISEÑO XI.1.A. BOCATOMA SORAY - TIPO PRESA DE DERIVACION
bes
eded
Les
0.200.25
Bo
m
H o
e
0.25
b 1 b 2
b3
c 2
n
e
H
c 2
0.15
B
H 3
Les
eded
m
H 1
D b
n
S%
hd
s
H o
z
Lta
Lta
B
e
H
e
L1Ll
L2
Lc
hc2hc1
H 2
Ll
s
Bo
Lc
Bo
( )
( )
2H1))(Ho(B2g
2Q
Hv Ho)(H1B
Q Vo,
g2
2Vo Hv
aguaslasde(Vo)toacercamien de velociadad la a debido carga de AlturaHv
Navarro)GómezJ.L.(según 2.2 cimaceo perfil gasto de eCoeficientC
1 Votoacercamien de dvelocidada Si 3/2Hv3/2
HvH110
NH1BCQ
1 Votoacercamien de dvelocidada Si
3/2
HvH110
NH1
BCQ
:(Q)CreaceroazudelporCaudal *
0.61-0.60Cd n/2)sHo(H1g2nmCdQe
captación)de(ventana orificio por entrante Caudal *
+´´=Þ
+´=
´=
=
==
³-+´-´=
<+´-´=
=--+´´´´´=
÷ ø öç
è æ
÷ ø
öçè
æ
÷ ø
ö
çè
æ
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Qmin = 0.370* Caudal de captación (m³/seg) Qcap = 0.370* Caudal de rebose por el Creager (m³/seg) Q = 0.000
g = 9.806m = 0.700s = 0.150n = 0.250
Ho = 0.900
Cd = 0.610H1 = 0.0000H1 = 0.0000
* Velocidad de acercamiento (m/seg) Vo = 0.000* Altura de velocidad (m) Hv = 0.0000* Caudal entrante por la ventana para m,n,s planteados Qe = 0.374 m³/seg
* Aceleración de gravedad (m/seg²)
* Altura de carga aguas arriba (m)
* Altura del paramento (m)
Valor para iterar (m)
CAUDALES MÍNIMOS
* Tantear dimensiones de ventana, asta que el resultado del caudal entrante sea igual al caudal de captación(Qe=Qcap) y en caso de ser mayor que sea similar (QiQcap), en ningun momento debe de ser menor (Qe<Qcap) nimuy mayor (Qe>>Qcap)
* Altura fondo - ventana (m)
DISEÑO DE VENTANA DE CAPTACIÓN
Datos de Ingreso:* Caudal Río mínimo (m³/seg)
* Ancho de ventana de captación (ancho de canal) (m)
Nota:
Q = Qmin - Qcap
Valores de tanteo
* Coeficiente de descarga de ventana
Como Qe ~ Qcap ademas Qe > Qcap, las dimenciones estan BIEN!
* Altura de ventana de captación (m)
Valores iterados
H35Lta :4 FSi
H210Lta :Becerril
H2)(H35Lta :Lindquist
concreto. tegeneralmen o,tratamient suy
empleado material al acuerdo de 6 a 4 Cs
1/2H2)H1(HoCs0.612Lta :chSchokolits
(Lta) oramortiguad tanque de longitud de Calculo *
1/2H2)(g
V2F :FroudedeNúmero *
1/2
2
H2
4
2H2
g
H22V22H3
H3deCalculo *H2
qV2
Ht
3H2
4/3H1
Ho)2
q2
(n
g2
2q
H2
:siteracione por H2 calcular para Entonces
zH1HoHt 3
H24/3
H1
Ho)2
q2
(nc2H2Htg2
2q
y V2H2deCalculo *
Vc
qH
1/2
)2
H(H1g2Vc
VcHq
y Vc)(HCreager del inicio en velocidadyaguadealturadeCalculo *
B
(q)linealmetroporGasto *
...(E2)1Vo; 2
H1))(Ho(Bg2
2Q
2/3
2H1))(Ho(Bg2
2Q
)10
NH1(BC
QH1
.....(E1).......... 1 Vo; 2
H1))(Ho(Bg2
2Q
2/3
)10
NH1(BC
QH1
:obtiene se siteracione por cálculo su para despejandoyH1 incógnita valor como Teniendo *
´=³
´=
-´=
=
++´´=
´
=
-+´´=
=
+´´
+´
=
++=-´´
-´´´=
=Þ
-´´=
´=
=
³+´´´
-+´´´
-
-´
=
<+´´´
-
-´
=
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
÷ ø
öçè
æ
÷÷÷
ø
ö
ççç
è
æ
÷÷÷
ø
ö
ççç
è
æ
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Qmax = 230.00* Ancho de ventana de captación (ancho de canal) (m) m = 0.700
s = 0.150n = 0.250
Ho = 0.900Cd = 0.610
* Caudal entrante por la ventana para m,n,s planteados Qe = 0.836 m³/segQ = 36.164N = 1.000
Bo = 4.750* Ancho de compuerta 2 (m) c2 = 0.700
B = 3.900b1 = 3.400b2 = 0.400b3 = 0.250C = 2.200
z = 0.200* Longitud horizontal Creager (m) = Lc = 2.90
H1 = 2.4988H1 = 2.4988
* Velocidad de acercamiento (m/seg) Vo = 2.728* Altura de velocidad (m) Hv = 0.3796
CALCULO DE PARÁMETROS HIDRAULICOS
* Coef. de rugosidad del material de la presa derivadora nc = 0.014* Gasto por metro llineal (m³/seg/m) q = 9.273* Carga sobre la cresta (m) H = 1.6086
Valor de iteración (m) H = 1.6086* Veloc. en cresta (m/seg) Vc = 5.765
* Carga sobre la cresta (m) H2 = 1.4190Valor de iteración (m) H2 = 1.4190
* Velocidad conjugada (m/seg) V2 = 6.535* Tirante pie del azud (m) H3 = 2.877* Número de Froud (F) F = 1.752
Como:F<4, no es necesario proteger zampeado
Lta = 6.717Cs = 5.00Lta = 7.290Lta = 14.190
Como F<4 =>Lta asumido = 7
POSIBILIDAD DE SOBRE EXCAVACIÓN O POZA "Zf" cuando F > 4.S = 0.058Lr = 4.500nr = 0.03
Qa = 37.000Yr = 1.204217
Valor para iterar Yr = 1.204217Zf = 0.000
* Si existe sobre excavación: Lta = 6.021
7.00 m
ENROCADO DE PROTECCIÓN O ESCOLLERACb = 4Db = -0.10
Les = -9.59
Por consiguiente: Db = 0.15Les = 1.00
bes = 0.50
Se utilizará el siguiente, si se ha decidido por una poza tranquilizadora en la condición de F>4, por
* Caudal de máxima avenida (m³/seg):
! No Necesario Poza Zf=0 !
Lz = 5*Yr+Zf
* Coeficiente de Bilgh :* Alt.cresta-niv.aguas abajo(m)
* Pend. río aguas debajo del azud (m/m):* Ancho medio del río aguas abajo (m):
tanto una reducción de Lz se dará según igual a: 5*Yr + Zf; caso contrario el problema seráresuelto con Lz según lo impone la condición F>4.
Db=Ho+z+Zf-YrAgreg. grueso y arena
* Coeficiente de Rugosidad lecho rió (nr):
No hay necesidad de sobre excavación, y Zf solo será z
Sin sobre excavaciónCalculado juntamente que elperfil del creager
Valor para iterar (m)Valores iterados
* Altura de carga aguas arriba (m)
Valores iterados
* Coeficiente de descarga de ventana
Valores iterados
>= 1 , Utilizamos la ecuación 2 (E2)para iterar y calcular H1
* Nº de contracciones (und)
* Longitud b1 = (m)* Longitud b2 = (m)
* Linquist (m)
LONGITUD DE TANQUE AMORTIGUADOR (Lta)* Schokolistsch (m)
(Acabado frotachado)Constante (4 a 6)
* Altura fondo - ventana (m)* Altura de ventana de captación (m)
* Coeficiente de descarga
DISEÑO PARA CAUDALES MÁXIMOS
* Caudal Río máximo (m³/seg)
* Longitud de barraje A/contracción (m)
* Longitud de barraje D/contracción (m)
* Desnivel de entrada y salida (m)
* Longitud b3 = (m)
* Altura del paramento (m)
Solo por pend. río
Como Les y Db < 0 no nesecita enrocado de protección pero por seguridad colocar una longitud Constructiva(Db=0.15 m y Les = 1.00 m)
* Longitud escollera (m):
* Becerril (m)
* Caudal de rebose por el Creager (m³/seg) Q = Qmax-Qe
* Tirante río Calculado por iteraciones (m):
* Posibilidad de Sobre excavación (m)
Valores iterados
\ Lta asumido =
Les = 0,67*Cb*Db*q - Lz
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CALCULO DE DIMENSIONES DE DIENTES, ESPESOR TANQUE AMORTIGUADOR Y SOLADO (e):* Wi : Peso total por m2 en el punto de calculo = ei * gc + Hi * ga (Kg/m2)
- ei = Espesor total en el punto de calculo.- Hi = Altura de agua total en el punto de calculo.
* Spi: Subpresión por m2 en el punto de calculo = (Dh + Hi' - Dh / Lf * Lxi) * ga (Kg/m2)- Peso esp. del material del solado gc = 2400 Kg/m3- Peso especifico del agua ga = 1000 Kg/m3- Dh = Desnivel de agua entre H1 y H3 Dh = 0.52 m- Lf Longitud de filtración (Lf = C*Dh) Lf = 2.61 m- Lxi = Longitud de filtración asta el punto = Lhi/3 + Lvi
Lhi = Longitud horizontal con relación al primer punto.Lvi = Longitud de recorrido vertical.
- Hi' = Altura con relación al tirante H3.- C = Coeficiente de filtración (5 Según Lane) C = 5.00- i = Va desde el punto (1) al punto (2)
* Calculo del espesor:Spi debe ser menor que el peso total en el punto de calculo (Wi)
Ho = 0.900 m Dimensiones para tantear:H1 = 2.4988 m e(supuesto)= 0.20 mH = 1.6086 m hd = 0.50 m
H2 = 1.4190 m ed = 0.20 mH3 = 2.88 m L1 = 0.20 m
z = 0.20 m L2 = 0.25 m
Lta= 7.00 m L3 = 0.20 mLc = 2.90 m hc1= 0.85 mLl = 3.00 m Solado hc2= 0.30 m
Punto Hi' Lhi LviLxi =
Lhi/3+LviSpi (Kg/m2)
Espesorcalcul.
(ei calc.)
Verificación dedimensiones (ei
cal. <=ei)1 3.38 0.00 0.70 0.70 3758.80 0.20 <=e1=e+hd=0.7 Bien!
2 3.38 0.20 0.70 0.77 3745.47 0.20 <=e2=e+hd=0.7 Bien!
3 2.88 0.20 1.20 1.27 3145.47 -0.14 <=e3=e=0.2 Bien!
4 2.88 3.00 1.20 2.20 2958.80 0.25 >e4=e=0.2 Mal!
5 3.73 3.20 2.05 3.12 3625.47 0.62 <=e5=e+hc1=2.25 Bien!
6 3.73 3.45 2.05 3.20 3608.80 0.61 <=e6=e+hc1=2.25 Bien!7 3.38 3.45 2.40 3.55 3188.80 0.38 <=e7=e+hc2=0.5 Bien!
8 3.38 6.30 2.40 4.50 2998.80 0.07 <=e8=e+hc2=0.5 Bien!
9 3.08 6.30 2.70 4.80 2638.80 -0.13 <=e9=e=0.2 Bien!
10 3.08 12.90 2.70 7.00 2198.80 -0.38 <=e10=e=0.2 Bien!
Nota: Tantear dimensiones, asta que la verificación sea correcta.
\ Espesor asumido e = 0.20 m
Dentellón
SUBPRESIÓN EN LA BASE DE LA ESTRUCTURA
3758.803745.47
3145.472958.80
3625.473608.80
3188.80 2998.80
2638.80
2198.80
SUBPRESIONES(Kg/m2)
tanteo)(ei
cγ
aγ*HiSpi*
3
4)(calculadoei
eminademas;e(teorico)*4/3e seguridad Por
cγ
aγ*HiSpiei
cγ*eiaγ*HiSpi :tenemos Igualando
£-
=\
==
-=Þ
+=
÷÷ ø
öççè
æ
m 15.0
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VERIFICACION ESTRUCTURAL Y DE LA ESTABILIDAD DE LA PRESA
1.- CALCULO DEL CENTRO DE GRAVEDAD DE LA PRESA:
Xgi Ygi1 0.586 1.033 1.249 0.733 1.2902 1.749 0.855 0.920 1.608 0.7863 1.550 0.250 1.550 2.403 0.388
S = 3.719 4.743 2.464
X Y1.033 0.5221.275 0.6622.067 1.043
Como XCG debe estar entre 1.033 y 2.067 => BIEN !!!Como YCG debe estar entre 0.522 y 1.043 => BIEN !!!
Área lateral: A = 3.72 m2Peso de area lateral W = 8925.15 Kg/m
NOTA: Los calculos de fuerzas actuantes se realizaran para 1 m (l = 1 m)
l = 1.00 mVolumen para 1 m V = 3.719 m3Peso por 1 m W = 8925.15 Kg
Primer tercio
CgAi Ai*Xgi Ai*Ygi
Segundo tercio
Sección
Centro de gravedad
-0.50
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
-1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00
Estructura real Parte del Solado y Tanque amort. Estructura equivalente
1.57
1.17
0.50
3.10
(1.275 , 0.662)
-0.50
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
-0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50
Estructura equivalente Divición en áreas
Centro de gravedad Sector en el que debe de estar CG
12
3
YCGW
CG
l = 1
XCG
b
he1
he2
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2.- CALCULO DE LA EXCENTRICIDAD DE LA PRESA VACIA SI SE PRODUCE UN SISMO:
* Peso W = A*gc *l= 8925.15 Kggc = 2400 Kg/m3
* Momento: Mo = 0W*d - Fs*YCG = 0* Fuerza de sismo. Fs = m*a
Para Cusco : a = 0.05 * g=> Fs = 0.05*g*m
m = W / g=> Fs = 0.05*W
W*d = 0.05W*YCG
\ d = 0.05*YCG
Fs = 446.26 Kg/md = 0.033 m
* Excentricidad y XRE (x resultante) que debe de estar entre el tercio central de la base (b).XR = XCG-d
XR = 1.242 Como debe estar entre 1.033 y 2.067 => BIEN !!!ex = b/2 - XR
b = 3.10 m Base de la estructura equivalente.ex = 0.308 m
3.- CALCULO DE FUERZAS HORIZONTALES :
he1 = 1.57 m. Altura 1 de estructura equivalentehe2 = 0.50 m. Altura 2 de estructura equivalente
H = 1.61 m. Altura de agua sobre el creagerHo= 0.90 m. Altura de paramento.
H2 = 1.42 m. Altura de agua al final del creagerH3 = 2.88 m. Altura de agua final en el tanque amortiguador
e= 0.20 m. Espesor de solado y tanque amortiguador.h1 = 2.51 m. = Ho + H
h2 = 0.25 m. Altura de sedimentosh3 = 0.50 m. Altura del suelo.b = 3.10 m. Base de estructura equivalente
E1 = (1/2)*ga*h1^2 *lga = 1000 Kg/m3E1 = 3146.50 KgLA = 1.00 m. LA = Brazo (Y)
b. Empuje por Sismo:E2 = 0.555*a*ga*h1^2a = acelerac. sísmica (0.05g - 0.07g) para Cusco a = 0.05 *g
E2 = 1713.13 KgLA = 1.06 m.
c. Empuje adicional por sedimentos:E3 = (1/2)*g´*h2^2 * l
0.25Peso especifico de sedimento : g´ = 0.5 * ga
g´ = 500 Kg/m3.E3 = 15.63 KgLA = 0.78 m.
Altura de sedimentos h2 =
3.1.- En el sentido del río:
a. Empuje hidrostático:
YCG
d
W
Fs
CG
FR
XCG
ex
b
b/2
XRE
h3
b
e
h1
h2
E2
E3
E4
E5
E''
E'''
E'
H3
e
h1
H2
he1
he2
Estructura
EquivalenteSolado
T. Amort.
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d. Empuje adicional del suelo:
0.500 =hc2+z
g" = 800 Kg/m3.E4 = 100.00 KgLA = 0.17 m.
e. Empuje adicional por la aceleración de la masa de concreto de la presa:E5 = 0.05*W
W = 8925.152 KgE5 = 446.258 KgLA = 0.662 m.
3.2.- Las fuerzas que se oponen al sentido del río:
a. Empuje producido por el peso del tanque amortiguador y el peso del agua sobre este:
f = 0.28 (Coefic. Fricción entre la base y el material de relleno)
WTA = Wt + WaPeso del tanque amortiguador (Wt):Wt = e * Lta *gc *l
gc = 2400 Kg/m3e = 0.20 m
Ltc= 7.00 mWt = 3360.00 Kg
Peso del agua en el tanque amortiguador (Wa):Wa = (H2+H3)/2*Lta*ga * l
H2 = 1.42 m.H3 = 2.88 m.
Wa = 2148.01 KgPeso tota (WTA)
WTA = 5508.01 KgEMPUJE
E´ = 1542.24 KgLA = 1.13 m.
b. Empuje hidrostático (E"):E" = (1/2)*ga*(H2)^2 * l
E" = 1006.75 KgLA = 0.97 m.
E'''' = (1/2)*gs*(hc2)^2 * lgs = 0.8*ga
hc2 = 0.25 m.gs = 800 Kg/m3.
E'''' = 25.00 Kg
LA = 0.08 m.
Ec = E'+E''+E'''Ec = 2574.00 KgLA = 1.06 m.
Descrip. Empuje Y (LA) E*YE1 3146.50 1.00 3146.50E2 1713.13 1.06 1823.93E3 15.63 0.78 12.24E4 100.00 0.17 16.67E5 446.26 0.66 295.63
Ec -2574.00 1.06 -2717.73SE = 2847.51 SE*Y = 2577.23
YRH = S(E*Y)/ SEYRH = 0.905 Como debe estar entre 0.522 y 1.043 => BIEN !!!
3.3. Punto de aplicación de la resultante total:
Empuje contrario total (Ec):
E4 = (1/2)*g"*h3^2 * l
Peso especifico del suelo : g" = 0.8 * ga
c. Empuje adicional del suelo (E'''):
E´ = f*WTA
W : Peso de la presa por m
Altura del suelo h3 =
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Xgi YgiW1 0.586 1.033 1.249 2997.903 1758.103 3095.335W2 1.749 0.855 0.920 2207.248 3859.578 1887.197W3 1.550 0.250 1.550 3720.000 5766.000 930.000
WA1 0.586 2.369 1.887 1886.690 1106.439 4470.119WA2 1.450 1.789 2.614 2614.471 3790.984 4678.313WA3 1.550 1.209 0.284 283.796 439.884 343.249
S = 13710.109 16720.988 15404.213XR YR
CR = 1.220 1.124
XR = 1.220 m.YR = 1.124 m.
b/2 = 1.550 m.d = 0.056 m.XRE = 1.163 m.
ex = 0.387 m.
Eje de FR: 1.163 Como debe estar entre 1.033 y 2.067 => BIEN !!!
6.- DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE SEGURIDAD AL VOLTEO:
Momento de volteo (Mv) = E*Br2 + Sp*Br3W = 8925.15
XR = 1.220E = 2847.51
Brazo1 = 0.905
Sp = 3188.80Brazo2 = 0.75
Me = 10885.21 Kg-m.Mv = 4968.83 Kg-m.Cv = 2.191 BIEN !!! : No se produce Volteo
7.- DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE SEGURIDAD AL DESLIZAMIENTO:Cd = ((W-Sp)*f + q*b)/Ef = 0.65 (Coeficiente de fricción entre el suelo y la estructura)
q = 0.10*f´cf´c = 210 Kg/cm2. (del Azud)
q = 21 Kg/cm2. 210000 Kg/m2Cd = 229.931 OK !!! : No se produce Deslizamiento
8.- CALCULO DE LOS ESFUERZOS NORMALES DE COMPRESIÓN EN PRESA VACÍA:P = W*(1+6e/b)/(b*l)
l = 1 m. b = 3.10 m.W = 8925.15 Kg. ex = 0.31 m.
PMAX = 4593.50 Kg/m2. PMIN = 1164.66 Kg/m2.
9.- CALCULO DE ESFUERZOS NORMALES DE COMPRESION CON PRESA LLENA:P' = W'*(1+6e/b)/(b*l)
Wt = 13710.11 Kg. ex = 0.39 m.P'MAX = 7731.60 Kg/m2. P'MIN = 1113.63 Kg/m2.
CONCLUSION:Luego de haber verificado la estructura se puede indicar que es estable y ofrece la seguridad del caso, aún cuando se
le someta a trabajo bajo las condiciones más desfavorables; ósea que en el momento que se produce la máxima
W*Xgi
5.- DETERMINACION DE LA RESULTANTE DE LA MAGNITUD Y UBICACIÓN DE EXCENTRICIDAD PARA LAMAXIMA AVENIDA:
Porque: Cd > 50
Porque: 1.5 < Cv < 3
Cv = Me/MvMomento de estabilidad (Me) = W*XCG
XRE = d+XCG
4.- DETERMINACION DE LA RESULTANTE DEL PESO DE LA PRESA Y DEL AGUA CUANDO SE PRODUCE LAMAXIMA AVENIDA:
W*YgiParaCg
El eje de la fuerza resultante debe pasar por el tercio central de la base.
d = 0.05*YR
e = XR-b/2
AreasPesos
W
Wt
CG
XR
BR1
E
Sp
BR2
YR
XRE d
Wt
Fs
CR
FR
XR
ex
b
b/2
he1
H
H2
WA1
WA2
WA3
W1
W3
W2Wt
CR
YR
XR
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PROYECTO: IRRIGACION SORAY - HUAMANPATAUBICACIÓN: RÍO BLANCO - SECTOR DE SORAY
DISEÑO XI.1. B. BOCATOMA MANATE SORAY
b1
e
B1
B2
e
b2
b3
0.10Bc1 0.10
A
B B
C a n a l d e
c a p a t c i
o n 2
Canal decapatcion 1
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DIMENCIONEAMIENTO:* Altura fondo - ventana (m) o = 0.100 m* Ancho de ventana de captación (m) m = 0.400 m* Altura de ventana de captación (m) n = 0.150 m
* Coeficiente de descarga de ventana µ = 0.610
Qt = 0.060 m³/seg* Caudal entrante por la ventana Qe = 0.060 m³/seg
Q = 0.000 m³/seg
Qt = 0.100 m³/seg* Caudal entrante por la ventana Qe = 0.100 m³/seg
Q = 0.000 m³/seg
g = 9.810 m/sHo = 0.690 m
* Longitud B1 B1 = 2.000 m
* Longitud B2 B2 = 1.850 mBo = 3.850 m
* Longitud b1 b1 = 2.500 m* Longitud b2 b2 = 2.600* Longitud b3 b3 = 1.75* Longitud b4 b4 = 0.5 m
B = 3.850 m* Desnivel de entrada y salida (m) z = 0.200 m* Longitud L1 L1 = 2.500* Longitud L2 L2 = 2.600* Longitud L3 L3 = 1.200* Longitud L4 L4 = 0.700* Espesor e e = 0.15* Canal de captación 1:
Ancho de canal (Bc1) = 0.400 mAltura de canal (Hc1) = 0.200 mRugosidad 0.015 mPendiente 0.2 m/mTirante por iteración = 0.063 mTirante normal = 0.063 m
* Canal de captación 2:Caudaal de filtración = 0.010 m3/sAncho de canal (Bc2) = 0.400 mAltura de canal (Hc2) = 0.450 mRugosidad 0.015 mPendiente 0.005 m/mTirante por iteración = 0.047 mTirante normal = 0.047 m
* Aductor Soray antes de la captaciónAncho de canal (Bca) = 0.700 mAltura de canal (Hca) = 0.450 m
* Aductor Soray despues de la captaciónAncho de canal (Bca) = 0.800 mAltura de canal (Hca) = 0.450 m
* Longitud de barraje A/contracción (m)
* Longitud de barraje D/contracción (m)
* Caudal de rebose o vertedero (m³/seg)
* Caudal manante minimo (m³/seg)
* Caudal manante maximo (m³/seg)
* Caudal de rebose o vertedero (m³/seg)
* Aceleración de gravedad (m/seg²)* Altura del paramento (m)
Ho
1 .5 0
e
0 .1 50 .1 0
B ca
0 .1 0
L 4 e b c2 e
0 .2 5
0 .6 5
e m
on
z
L 2
COR TE A-A
Aductor Sor ay
h c2
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PROYECTO: IRRIGACIÓN SORAY - HUAMANPATAUBICACIÓN: RIO UMANTAY
FORMULAS Y RELACIONES EMPLEADAS.
DISEÑO XI.1. BOCATOMAS
DISEÑO XI.1.C. BOCATOMA UMANTAY - TIPO PRESA DE DERIVACION
bes
e d
Les
0.20.25
Bo
m
0.2 5
0.1 5
B
H 3
Les
ed
m
D b
n
S%
s
z
Lta
Lta
B
H
e
L1L2
L c
hc2hc1
H 2
L c
( )
( )
dvelocidada Si 3/2Hv3/2
HvH110
NH1BCQ
acerc de dvelocidada Si 3/2
HvH110
NH1BCQ
:(Q)CreaceroazudelporCaudal *
0.6Cd n/2)sHo(H1g2nmCdQe
captación)de(ventana orificio por entrante Caudal *
-+´-´=
+´-´=
=--+´´´´´=
÷ ø öç
è æ ÷
ø öç
è æ
÷ ø
öçè
æ
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Qmin = 0.050* Caudal de captación (m³/seg) Qcap = 0.050* Caudal de rebose por el Creager (m³/seg) Q = 0.000
g = 9.806m = 0.200s = 0.200n = 0.150
Ho = 0.750Cd = 0.610H1 = 0.0000H1 = 0.0000
* Velocidad de acercamiento (m/seg) Vo = 0.000* Altura de velocidad (m) Hv = 0.0000* Caudal entrante por la ventana para m,n,s planteados Qe = 0.056 m³/seg
* Altura de ventana de captación (m)
Q = Qmin - Qcap
Valores de tanteo
* Coeficiente de descarga de ventana
Como Qe ~ Qcap ademas Qe > Qcap, las dimenciones estan BIEN!Nota:
* Altura fondo - ventana (m)
* Tantear dimensiones de ventana, asta que el resul tado del caudal entrante sea igual al caudal de captación(Qe=Qcap) y en caso de ser mayor que sea similar (QiQcap), en ningun momento debe de ser menor (Qe<Qcap) nimuy mayor (Qe>>Qcap)
Valores iterados
DISEÑO DE VENTANA DE CAPTACIÓN
Datos de Ingreso:* Caudal Río mínimo (m³/seg)
CAUDALES MÍNIMOS
* Ancho de ventana de captación (ancho de canal) (m)
Valor para iterar (m)* Altura de carga aguas arriba (m)
* Altura del paramento (m)
* Aceleración de gravedad (m/seg²)
H o
e
b 1 b 2
b 3
H
Bo
(Ho(B2g
2Q
Hv Ho)(H1B
Q Vo,
g2
2Vo Hv
acercamien de velociadad la a debido carga de AlturaHv
J.L.(según 2.2 cimaceo perfil gasto de eCoeficientC
´´=Þ
+´=
´=
=
==
*
1/2H2)(g
V2F :FroudedeNúmero *
1/2
2
H2
4
2H2
g
H22V22H3
H3deCalculo *
H2
qV2
Ht
3H2
4/3H1
Ho)2
q2
(n
g2
2q
H2
:siteracione por H2 calcular para Entonces
HoHt 3
H24/3
H1
Ho)2
q2
(nc2H2Htg2
2q
y V2H2deCalculo *
Vc
qH
1/2
)2
H(H1g2Vc
VcHq
y V(HCreager del inicio en velocidadyaguadealturadeCalculo *
B
(q)linealmetroporGasto *
(Ho(Bg2
2Q
2/3
2H1))(Ho(Bg2
2Q
)10
NH1(BC
QH1
1 Vo; 2
H1))(Ho(Bg2
2Q
2/3
)
10
NH1(BC
QH1
cálcul su para despejandoyH1 incógnita valor como Teniendo *
´
=
-+´´=
=
+´´
+´
=
+=-´´
-´´´=
=Þ
-´´=
´=
=
´´´-
+´´´
-
-´
=
<+´´´
-
-´
=
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
÷ ø
öçè
æ
÷÷÷
ø
ö
ççç
è
æ
÷÷÷
ø
ö
ççç
è
æ
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Qmax = 172.00* Ancho de ventana de captación (ancho de canal) (m) m = 0.200
s = 0.200n = 0.150
Ho = 0.750Cd = 0.610
* Caudal entrante por la ventana para m,n,s planteados Qe = 0.136 m³/segQ = 32.864N = 1.000
Bo = 4.500* Ancho de compuerta 2 (m) c2 = 0.500
B = 3.850b1 = 3.500b2 = 0.300b3 = 0.200C = 2.200z = 0.200
* Longitud horizontal Creager (m) = Lc = 2.60
H1 = 2.3460H1 = 2.3460
* Velocidad de acercamiento (m/seg) Vo = 2.757
* Altura de velocidad (m) Hv = 0.3876
CALCULO DE PARÁMETROS HIDRAULICOS
* Coef. de rugosidad de la mampostería. nc = 0.012* Gasto por metro llineal (m³/seg/m) q = 8.536* Carga sobre la cresta (m) H = 1.5340
Valor de iteración (m) H = 1.5340* Veloc. en cresta (m/seg) Vc = 5.565* Carga sobre la cresta (m) H2 = 1.4005
Valor de iteración (m) H2 = 1.4005* Velocidad conjugada (m/seg) V2 = 6.095* Tirante pie del azud (m) H3 = 2.632* Número de Froud (F) F = 1.645
Como:F<4, no es necesario proteger zampeado
Lta = 6.489Cs = 5.00Lta = 6.156Lta = 14.005
Como F<4 =>Lta asumido = 6.3
POSIBILIDAD DE SOBRE EXCAVACIÓN O POZA "Zf" cuando F > 4.S = 0.091Lr = 4.500nr = 0.03
Qa = 33.000
Yr = 0.952995Valor para iterar Yr = 0.952995
Zf = 0.000* Si existe sobre excavación: Lta = 4.765
6.30 m
ENROCADO DE PROTECCIÓN O ESCOLLERACb = 4Db = 0.00
Les = -6.37
Por consiguiente: Db = 0.15Les = 1.00bes = 0.50
* Caudal de rebose por el Creager (m³/seg) Q = Qmax-Qe
* Altura del paramento (m)
\ Lta asumido =
* Tirante río Calculado por iteraciones (m):
* Posibilidad de Sobre excavación (m)
Valores iterados
Como Les y Db < 0 no nesecita enrocado de protección pero por seguridad colocar una longitud Constructiva(Db=0.15 m y Les = 1.00 m)
* Longitud escollera (m): Les = 0,67*Cb*Db*q - Lz
* Coeficiente de Bilgh :* Alt.cresta-niv.aguas abajo(m)
Solo por pend. río
DISEÑO PARA CAUDALES MÁXIMOS
! No Necesario Poza Zf=0 !
>= 1 , Uti li zamos la ecuac ión 2 (E2)
para iterar y calcular H1
* Longitud de barraje D/contracción (m)
* Desnivel de entrada y salida (m)
* Longitud b3 = (m)* Coeficiente de descarga
* Schokolistsch (m)
Valor para iterar (m)
* Longitud de barraje A/contracción (m)
(Acabado frotachado)Constante (4 a 6)
* Altura fondo - ventana (m)* Altura de ventana de captación (m)
* Altura de carga aguas arriba (m)
* Nº de contracciones (und)
* Longitud b1 = (m)* Longitud b2 = (m)
LONGITUD DE TANQUE AMORTIGUADOR (Lta)
Sin sobre excavaciónCalculado juntamente que elperfil del creager
Valores iterados
resuelto con Lz según lo impone la condición F>4.
Db=Ho+z+Zf-YrAgreg. grueso y arena
Valores iterados
* Becerril (m)* Linquist (m)
Lz = 5*Yr+Zf
* Coeficiente de Rugosidad lecho rió (nr):
No hay necesidad de sobre excavación, y Zf solo será z
* Caudal de máxima avenida (m³/seg):
* Pend. río aguas debajo del azud (m/m):* Ancho medio del río aguas abajo (m):
tanto una reducción de Lz se dará según igual a: 5*Yr + Zf; caso contrario el problema seráSe utilizará el siguiente, si se ha decidido por una poza tranquilizadora en la condición de F>4, por
* Coeficiente de descarga de ventana
* Caudal Río máximo (m³/seg)
Valores iterados
H35Lta :4 FSi
H210Lta :Becerril
H2)(H35Lta :Lindquist
concreto. tegeneralmen o,tratamient suy
empleado material al acuerdo de 6 a 4 Cs
1/2H2)H1(HoCs0.612Lta :chSchokolits
´=³
´=
-´=
=
++´´=
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CALCULO DEL PERFIL DEL CREAGER:
Ingresar Const. K, n, øiø1= 0.214
ø2= 0.115
ø3= 0.220
ø4= 0.480K = 2n = 1.85
Resultados:a = 0.502 mb = 0.270 mr = 0.516 m
R = 1.126 mc1 = 0.127 m
Xu Calculado para un Y = Ho + z: c2 = 0.160 mY = Ho + z = 0.950
X = Xu = 2.093
Y (m) X (m)0 0.000
0.043 0.3940.086 0.5730.130 0.7130.173 0.8330.216 0.9400.259 1.0370.302 1.1270.345 1.2120.389 1.2910.432 1.3670.475 1.4390.518 1.5080.561 1.5750.605 1.6400.648 1.7020.691 1.7620.734 1.8210.777 1.8780.820 1.9340.864 1.9880.907 2.0410.950 2.093
CALCULO DEL RADIO DEL TRAMPOLIN (R2)
F = 1.64 < 2.5, R2 = 0c = 0
R2 = 0.00 md = 0.000 me = 0.000 m
=> Lc = 2.600 m
Para calcular los valores de c1 y c2 se dibujateniendo a, b, r, R1
Para calcular el valor de (d) y (e) sedibuja teniendo R2
Tabulando valores de X y Y
0
0.25
0.5
0.75
1
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25
V A L O R E S D E Y
VALORES DE X
PERFIL CREAGER
tde obtiene se que aladimencion eCoeficientC
C
g2VH2
R2
2.5 F Para
2
=
=
´+
>
==
´=
<
salpreviaetapa,uniformese bastante régimen 2.5,y1.7entreF -
ondulaci,subcríticoelquemenorpocounrégimen 1.7,y1entreF -
0R2 ,hidráulico salto forma se noycrítico regimen 1,F -
H1g
V2F
2.5 Froude de Nº Para
a
b X
Y
R1
r
a = ø1*H1
b = ø2*H1
r = ø3*H1
R = ø4*H1
Xn = K*H1n - 1* Y
Y = Xn /(K*H1n-1)
Para perfil de un
cimaceo tipo
Creager K=2,
n=1.85, según
Scimeni:Y=2*X1.85 /H10.85
c2
R2d
Ho+z
Lc=a+Xu+e
Xu e
c1
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CALCULO DE DIMENSIONES DE DIENTES, ESPESOR TANQUE AMORTIGUADOR Y SOLADO (e):* Wi : Peso total por m2 en el punto de calculo = ei * gc + Hi * ga (Kg/m2)
- ei = Espesor total en el punto de calculo.- Hi = Altura de agua total en el punto de calculo.
* Spi: Subpresión por m2 en el punto de calculo = (Dh + Hi' - Dh / Lf * Lxi) * ga (Kg/m2)- Peso esp. del material del solado gc = 2400 Kg/m3- Peso especifico del agua ga = 1000 Kg/m3- Dh = Desnivel de agua entre H1 y H3 Dh = 0.46 m- Lf Longitud de filtración (Lf = C*Dh) Lf = 2.32 m
- Lxi = Longitud de filtración asta el punto = Lhi/3 + LviLhi = Longitud horizontal con relación al primer punto.Lvi = Longitud de recorrido vertical.
- Hi' = Altura con relación al tirante H3.- C = Coeficiente de filtración (5 Según Lane) C = 5.00- i = Va desde el punto (1) al punto (2)
* Calculo del espesor:Spi debe ser menor que el peso total en el punto de calculo (Wi)
Ho = 0.750 m Dimensiones para tantear:
H1 = 2.3460 m e(supuesto)= 0.20 mH = 1.5340 m hd = 0.50 m
H2 = 1.4005 m ed = 0.20 mH3 = 2.63 m L1 = 0.20 m
z = 0.20 m L2 = 0.25 mLta= 6.30 m L3 = 0.20 mLc = 2.60 m hc1= 0.70 mLl = 3.00 m Solado hc2= 0.30 m
Punto Hi' Lhi LviLxi =
Lhi/3+LviSpi (Kg/m2)
Espesorcalcul.
(ei calc.)
Verificación dedimensiones (ei
cal. <=ei)1 3.13 0.00 0.70 0.70 3456.00 0.20 <=e1=e+hd=0.7 Bien!
2 3.13 0.20 0.70 0.77 3442.67 0.20 <=e2=e+hd=0.7 Bien!
3 2.63 0.20 1.20 1.27 2842.67 -0.14 <=e3=e=0.2 Bien!
4 2.63 3.00 1.20 2.20 2656.00 0.21 >e4=e=0.2 Mal!
5 3.33 3.20 1.90 2.97 3202.67 0.51 <=e5=e+hc1=2.1 Bien!
6 3.33 3.45 1.90 3.05 3186.00 0.50 <=e6=e+hc1=2.1 Bien!
7 3.13 3.45 2.10 3.25 2946.00 0.37 <=e7=e+hc2=0.5 Bien!
8 3.13 6.00 2.10 4.10 2776.00 0.08 <=e8=e+hc2=0.5 Bien!
9 2.83 6.00 2.40 4.40 2416.00 -0.12 <=e9=e=0.2 Bien!
10 2.83 11.90 2.40 6.37 2022.67 -0.34 <=e10=e=0.2 Bien!
Nota: Tantear dimensiones, asta que la verificación sea correcta.
\ Espesor asumido e = 0.20 m
Dentellón
SUBPRESIÓN EN LA BASE DE LA ESTRUCTURA
3456.003442.67
2842.672656.00
3202.673186.002946.00 2776.00
2416.00
2022.67
SUBPRESIONES(Kg/m2)
tanteo)(ei
cγ
aγ*HiSpi*3
4)(calculadoei
eminademas;e(teorico)*4/3e seguridad Por
cγ
aγ*HiSpiei
cγ*eiaγ*HiSpi :tenemos Igualando
£-=\
==
-=Þ
+=
÷÷ ø öçç
è æ
m 15.0
param/seg, 15.2 de mayores no llegada de adesvelocid
establ salto deroun verda forma se más, a 4.5 de F -
ón.transicideregimenuny
c eprop amen sa ounorma se no . ,y. en re -
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VERIFICACION ESTRUCTURAL Y DE LA ESTABILIDAD DE LA PRESA
1.- CALCULO DEL CENTRO DE GRAVEDAD DE LA PRESA:
Xgi Ygi1 0.537 0.959 0.986 0.530 0.9452 1.583 0.806 0.699 1.107 0.5633 1.400 0.250 1.400 1.960 0.350
S = 3.085 3.597 1.858
X Y0.933 0.4721.166 0.6021.866 0.944
Como XCG debe estar entre 0.933 y 1.866 => BIEN !!!Como YCG debe estar entre 0.472 y 0.944 => BIEN !!!
Área lateral: A = 3.08 m2Peso de area lateral W = 7403.67 Kg/m
NOTA: Los calculos de fuerzas actuantes se realizaran para 1 m (l = 1 m)
l = 1.00 m
Volumen para 1 m V = 3.085 m3Peso por 1 m W = 7403.67 Kg
Centro de gravedadPrimer tercio
Segundo tercio
SecciónCg
Ai Ai*Xgi Ai*Ygi
-0.40
-0.20
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
-1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00
Estructura real Parte del Solado y Tanque amort. Estructura equivalente
1.42
1.07
0.50
2.80
(1.166 , 0.602)
-0.50
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
-0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
Estructura equivalente Divición en áreas
Centro de gravedad Sector en el que debe de estar CG
1
2
3
YCGW
CG
l = 1
XCG
b
he1
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2.- CALCULO DE LA EXCENTRICIDAD DE LA PRESA VACIA SI SE PRODUCE UN SISMO:
* Peso W = A*gc *l= 7403.67 Kggc = 2400 Kg/m3
* Momento: Mo = 0
W*d - Fs*YCG = 0* Fuerza de sismo. Fs = m*a
Para Cusco : a = 0.05 * g=> Fs = 0.05*g*m
m = W / g=> Fs = 0.05*W
W*d = 0.05W*YCG
\ d = 0.05*YCG
Fs = 370.18 Kg/md = 0.030 m
* Excentricidad y XRE (x resultante) que debe de estar entre el tercio central de la base (b).XR = XCG-d
XR = 1.136 Como debe estar entre 0.933 y 1.866 => BIEN !!!ex = b/2 - XR
b = 2.80 m Base de la estructura equivalente.ex = 0.264 m
3.- CALCULO DE FUERZAS HORIZONTALES :
he1 = 1.42 Altura 1 de estructura equivalentehe2 = 0.50 Altura 2 de estructura equivalente
b = 2.80 m. Base de estructura equivalenteH = 1.53 m. Altura de agua sobre el creagerHo= 0.75 Altura de paramento.
H2 = 1.40 m. Altura de agua al final del creagerH3 = 2.63 Altura de agua final en el tanque amortiguador
e= 0.20 m. Espesor de solado y tanque amortiguador.h1 = 2.28 m. = Ho + Hh2 = 0.25 m. Altura de sedimentos
h3 = 0.50 m. Altura del suelo.
E1 = (1/2)*ga*h1^2 *lga = 1000 Kg/m3E1 = 2608.22 KgLA = 0.95 m. LA = Brazo (Y)
b. Empuje por Sismo:E2 = 0.555*a*ga*h1^2a = acelerac. sísmica (0.05g - 0.07g) para Cusco a = 0.05 *g
E2 = 1420.06 Kg
LA = 0.97 m.
c. Empuje adicional por sedimentos:E3 = (1/2)*g´*h2^2 * l
0.25Peso especifico de sedimento : g´ = 0.5 * ga
g´ = 500 Kg/m3.E3 = 15.63 KgLA = 0.78 m.
3.1.- En el sentido del río:
a. Empuje hidrostático:
Altura de sedimentos h2 =
YCG
d
W
Fs
CG
FR
XCG
ex
b
XRE
h3
b
e
h1
h2
E2
E3
E4
E5
E''
E'''
he1
he2
Estructura
EquivalenteSolado
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d. Empuje adicional del suelo:
0.500 =hc2+zAproximado
g" = 800 Kg/m3.E4 = 100.00 KgLA = 0.17 m.
e. Empuje adicional por la aceleración de la masa de concreto de la presa:E6 = 0.05*W
W = 7403.669 KgE5 = 370.183 KgLA = 0.602 m.
3.2.- Las fuerzas que se oponen al sentido del río:
a. Empuje producido por el peso del tanque amortiguador y el peso del agua sobre este:
f = 0.28 (Coefic. Fricción entre la base y el material de relleno)
WTA = Wt + WaPeso del tanque amortiguador (Wt):Wt = e * Lta *gc *l
gc = 2400 Kg/m3e = 0.20 m
Ltc= 6.30 mWt = 3024.00 Kg
Peso del agua en el tanque amortiguador (Wa):Wa = (H2+H3)/2*Lta*ga * l
H2 = 1.40 m.H3 = 2.63 m.
Wa = 2016.11 KgPeso tota (WTA)
WTA = 5040.11 KgEMPUJE
E´ = 1411.23 KgLA = 1.04 m.
b. Empuje hidrostático (E"):E" = (1/2)*ga*(H2)^2 * l
E" = 980.76 KgLA = 0.97 m.
E'''' = (1/2)*gs*(hc2)^2 * lgs = 0.8*ga
hc2 = 0.25 m.gs = 800 Kg/m3.
E'''' = 25.00 Kg
LA = 0.08 m.
Ec = E'+E''+E'''+E'Ec = 2416.99 KgLA = 1.00 m.
Descrip. Empuje Y (LA) E*YE1 2608.22 0.95 2477.81E2 1420.06 0.97 1376.52E3 15.63 0.78 12.24E4 100.00 0.17 16.67E5 370.18 0.60 222.97
Ec -2416.99 1.00 -2423.50SE = 2097.09 SE*Y = 1682.70
YRH = S(E*Y)/ SEYRH = 0.802 Como debe estar entre 0.472 y 0.944 => BIEN !!!
3.3. Punto de aplicación de la resultante total:
W : Peso de la presa por m
c. Empuje adicional del suelo (E'''):
E´ = f*WTA
Empuje contrario total (Ec):
E5 = (1/2)*g"*h3^2 * lAltura del suelo h3 =Peso especifico del suelo : g" = 0.8 * ga
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PROYECTO: IRRIGACIÓN SORAY - HUAMANPATAUBICACIÓN: RIO ÑAÑOHUAYCCO
FORMULAS Y RELACIONES EMPLEADAS.
DISEÑO XI.1. BOCATOMAS
DISEÑO XI.1.D. BOCATOMA ÑAÑOHUAYCCO - TIPO PRESA DE DERIVACION
bes
e d
Les
0.20.25
Bo
m
0.2 5
0.1 5
B
H 3
Les
ed
m
D b
n
S%
s
z
Lta
Lta
B
H
e
L1L2
L c
hc2hc1
H 2
L c
( )
( )
dvelocidada Si 3/2Hv-3/2
HvH110
NH1BCQ
acerc de dvelocidada Si 3/2
HvH110
NH1BCQ
:(Q)CreaceroazudelporCaudal *
0.6Cd n/2)sHo(H1g2nmCdQe
captación)de(ventana orificio por entrante Caudal *
+´-´=
+´-´=
=--+´´´´´=
÷ ø öç
è æ ÷
ø
öçè
æ
÷ ø
öçè
æ
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Qmin = 0.020* Caudal de captación (m³/seg) Qcap = 0.020* Caudal de rebose por el Creager (m³/seg) Q = 0.000
g = 9.806m = 0.200s = 0.500n = 0.100
Ho = 0.700Cd = 0.610H1 = 0.0000H1 = 0.0000
* Velocidad de acercamiento (m/seg) Vo = 0.000* Altura de velocidad (m) Hv = 0.0000* Caudal entrante por la ventana para m,n,s planteados Qe = 0.021 m³/seg
* Aceleración de gravedad (m/seg²)
* Altura de carga aguas arriba (m)
* Altura del paramento (m)
Valor para iterar (m)
* Ancho de ventana de captación (ancho de canal) (m)
DISEÑO DE VENTANA DE CAPTACIÓN
Datos de Ingreso:* Caudal Río mínimo (m³/seg)
CAUDALES MÍNIMOS
Como Qe ~ Qcap ademas Qe > Qcap, las dimenciones estan BIEN!
* Altura fondo - ventana (m)* Altura de ventana de captación (m)
* Tantear dimensiones de ventana, asta que el resul tado del caudal entrante sea igual al caudal de captación(Qe=Qcap) y en caso de ser mayor que sea similar (QiQcap), en ningun momento debe de ser menor (Qe<Qcap) nimuy mayor (Qe>>Qcap)
Valores iterados
Nota:
Q = Qmin - Qcap
Valores de tanteo
* Coeficiente de descarga de ventana
H o
e
b 1 b 2
b 3
H
Bo
(Ho(B2g
2Q
Hv Ho)(H1B
Q Vo,
g2
2Vo Hv
acercamien de velociadad la a debido carga de AlturaHv
J.L.(según 2.2 cimaceo perfil gasto de eCoeficientC
´´=Þ
+´=
´=
=
==
Lta oramorti uad tan ue de lon itud de Calculo *
1/2H2)(g
V2F :FroudedeNúmero *
1/2
2
H2
4
2H2
g
H22V22H3
H3deCalculo *
H2
qV2
Ht
3H2
4/3H1
Ho)2
q2
(n
g2
2q
H2
:siteracione por H2 calcular para Entonces
HoHt 3
H24/3
H1
Ho)2
q2
(nc2H2Htg2
2q
y V2H2deCalculo *
Vc
qH
1/2
)2
H(H1g2Vc
VcHq
y V(HCreager del inicio en velocidadyaguadealturadeCalculo *
B
(q)linealmetroporGasto *
(Ho(Bg2
2Q
2/3
2H1))(Ho(Bg2
2Q
)10
NH1(BC
QH1
1 Vo; 2
H1))(Ho(Bg2
2Q
2/3
)10
NH1(BC
QH1
cálculo su para despejandoyH1 incógnita valor como Teniendo *
´
=
-+´´=
=
+´´
+´
=
+=-´´
-´´´=
=Þ
-´´=
´=
=
´´´-
+´´´
-
-´
=
<+´´´
-
-´
=
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
÷ ø
öçè
æ
÷÷÷
ø
ö
ççç
è
æ
÷÷÷
ø
ö
ççç
è
æ
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Qmax = 69.00* Ancho de ventana de captación (ancho de canal) (m) m = 0.200
s = 0.500n = 0.100
Ho = 0.700Cd = 0.610
* Caudal entrante por la ventana para m,n,s planteados Qe = 0.066 m³/segQ = 11.934N = 1.000
Bo = 4.000* Ancho de compuerta 2 (m) c2 = 0.500
B = 3.350b1 = 3.000b2 = 0.300b3 = 0.200C = 2.200z = 0.150
* Longitud horizontal Creager (m) = Lc = 1.80
H1 = 1.3481H1 = 1.3481
* Velocidad de acercamiento (m/seg) Vo = 1.739
* Altura de velocidad (m) Hv = 0.1543
CALCULO DE PARÁMETROS HIDRAULICOS
* Coef. de rugosidad de la mampostería. nc = 0.012* Gasto por metro llineal (m³/seg/m) q = 3.562* Carga sobre la cresta (m) H = 0.8336
Valor de iteración (m) H = 0.8336* Veloc. en cresta (m/seg) Vc = 4.274* Carga sobre la cresta (m) H2 = 0.6462
Valor de iteración (m) H2 = 0.6462* Velocidad conjugada (m/seg) V2 = 5.513* Tirante pie del azud (m) H3 = 1.704* Número de Froud (F) F = 2.190
Como:F<4, no es necesario proteger zampeado
Lta = 5.023Cs = 5.00Lta = 5.291Lta = 6.462
Como F<4 =>Lta asumido = 5.2
POSIBILIDAD DE SOBRE EXCAVACIÓN O POZA "Zf" cuando F > 4.S = 0.152Lr = 4.500nr = 0.03
Qa = 12.000
Yr = 0.413636Valor para iterar Yr = 0.413636
Zf = 0.000* Si existe sobre excavación: Lta = 2.068
5.20 m
ENROCADO DE PROTECCIÓN O ESCOLLERACb = 4Db = 0.44
Les = -1.03
Por consiguiente: Db = 0.15Les = 1.00bes = 0.50
* Pend. río aguas debajo del azud (m/m):* Ancho medio del río aguas abajo (m):
* Longitud escollera (m):
Valores iterados
\ Lta asumido =
(Acabado frotachado)Constante (4 a 6)
Lz = 5*Yr+Zf
Como Les y Db < 0 no nesecita enrocado de protección pero por seguridad colocar una longitud Constructiva(Db=0.15 m y Les = 1.00 m)
Les = 0,67*Cb*Db*q - Lz
* Coeficiente de Bilgh :* Alt.cresta-niv.aguas abajo(m)
Calculado juntamente que elperfil del creager
Valores iterados
>= 1 , Uti li zamos la ecuac ión 2 (E2)
para iterar y calcular H1
* Tirante río Calculado por iteraciones (m):
Se utilizará el siguiente, si se ha decidido por una poza tranquilizadora en la condición de F>4, portanto una reducción de Lz se dará según igual a: 5*Yr + Zf; caso contrario el problema será
* Caudal de máxima avenida (m³/seg):
! No Necesario Poza Zf=0 !
Valores iterados
* Becerril (m)
* Coeficiente de descarga de ventana
Valores iterados
Valor para iterar (m)
* Nº de contracciones (und)
* Longitud b1 = (m)* Longitud b2 = (m)
* Linquist (m)
LONGITUD DE TANQUE AMORTIGUADOR (Lta)* Schokolistsch (m)
* Altura de carga aguas arriba (m)
* Desnivel de entrada y salida (m)
* Longitud b3 = (m)* Coeficiente de descarga
* Longitud de barraje A/contracción (m)
* Longitud de barraje D/contracción (m)
DISEÑO PARA CAUDALES MÁXIMOS
Sin sobre excavación
* Altura fondo - ventana (m)
resuelto con Lz según lo impone la condición F>4.
Db=Ho+z+Zf-YrAgreg. grueso y arena
* Coeficiente de Rugosidad lecho rió (nr):
No hay necesidad de sobre excavación, y Zf solo será z
Solo por pend. río* Posibilidad de Sobre excavación (m)
* Altura del paramento (m)* Altura de ventana de captación (m)
* Caudal Río máximo (m³/seg)
* Caudal de rebose por el Creager (m³/seg) Q = Qmax-Qe
H35Lta :4 FSi
H210Lta :Becerril
H2)(H35Lta :Lindquist concreto. tegeneralmen o,tratamient suy
empleado material al acuerdo de 6 a 4 Cs
1/2H2)H1(HoCs0.612Lta :chSchokolits
´=³
´=
-´=
=
++´´=
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CALCULO DEL PERFIL DEL CREAGER:
Ingresar Const. K, n, øiø1= 0.214
ø2= 0.115
ø3= 0.220
ø4= 0.480K = 2n = 1.85
Resultados:a = 0.288 mb = 0.155 mr = 0.297 m
R = 0.647 mc1 = 0.073 m
Xu Calculado para un Y = Ho + z: c2 = 0.091 mY = Ho + z = 0.850
X = Xu = 1.528
Y (m) X (m)0 0.000
0.039 0.2870.077 0.4180.116 0.5210.155 0.6080.193 0.6860.232 0.7570.270 0.8230.309 0.8840.348 0.9430.386 0.9980.425 1.0510.464 1.1010.502 1.1500.541 1.1970.580 1.2420.618 1.2870.657 1.3290.695 1.3710.734 1.4120.773 1.4510.811 1.4900.850 1.528
CALCULO DEL RADIO DEL TRAMPOLIN (R2)
F = 2.19 < 2.5, R2 = 0c = 0
R2 = 0.00 md = 0.000 me = 0.000 m
=> Lc = 1.800 m
Tabulando valores de X y Y
Para calcular los valores de c1 y c2 se dibujateniendo a, b, r, R1
Para calcular el valor de (d) y (e) sedibuja teniendo R2
0
0.25
0.5
0.75
1
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75
V A L O R E S D E Y
VALORES DE X
PERFIL CREAGER
tde obtiene se que aladimencion eCoeficientC
C
g2VH2
R2
2.5 F Para
2
=
=
´+
>
==
´=
<
salpreviaetapa,uniformese bastante régimen 2.5,y1.7entreF -
ondulaci,subcríticoelquemenorpocounrégimen 1.7,y1entreF -
0R2 ,hidráulico salto forma se noycrítico regimen 1,F -
H1g
V2F
2.5 Froude de Nº Para
a
b X
Y
R1
r
a = ø1*H1
b = ø2*H1
r = ø3*H1
R = ø4*H1
Xn = K*H1n - 1* Y
Y = Xn /(K*H1n-1)
Para perfil de un
cimaceo tipo
Creager K=2,
n=1.85, según
Scimeni:Y=2*X1.85 /H10.85
c2
R2d
Ho+z
Lc=a+Xu+e
Xu e
c1
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CALCULO DE DIMENSIONES DE DIENTES, ESPESOR TANQUE AMORTIGUADOR Y SOLADO (e):* Wi : Peso total por m2 en el punto de calculo = ei * gc + Hi * ga (Kg/m2)
- ei = Espesor total en el punto de calculo.- Hi = Altura de agua total en el punto de calculo.
* Spi: Subpresión por m2 en el punto de calculo = (Dh + Hi' - Dh / Lf * Lxi) * ga (Kg/m2)- Peso esp. del material del solado gc = 2400 Kg/m3- Peso especifico del agua ga = 1000 Kg/m3- Dh = Desnivel de agua entre H1 y H3 Dh = 0.34 m- Lf Longitud de filtración (Lf = C*Dh) Lf = 1.72 m
- Lxi = Longitud de filtración asta el punto = Lhi/3 + LviLhi = Longitud horizontal con relación al primer punto.Lvi = Longitud de recorrido vertical.
- Hi' = Altura con relación al tirante H3.- C = Coeficiente de filtración (5 Según Lane) C = 5.00- i = Va desde el punto (1) al punto (2)
* Calculo del espesor:Spi debe ser menor que el peso total en el punto de calculo (Wi)
Ho = 0.700 m Dimensiones para tantear:
H1 = 1.3481 m e(supuesto)= 0.20 mH = 0.8336 m hd = 0.40 m
H2 = 0.6462 m ed = 0.20 mH3 = 1.70 m L1 = 0.20 m
z = 0.15 m L2 = 0.25 mLta= 5.20 m L3 = 0.20 mLc = 1.80 m hc1= 0.60 mLl = 2.00 m Solado hc2= 0.20 m
Punto Hi' Lhi LviLxi =
Lhi/3+LviSpi (Kg/m2)
Espesorcalcul.
(ei calc.)
Verificación dedimensiones (ei
cal. <=ei)1 2.15 0.00 0.60 0.60 2378.10 0.18 <=e1=e+hd=0.6 Bien!
2 2.15 0.20 0.60 0.67 2364.77 0.18 <=e2=e+hd=0.6 Bien!
3 1.75 0.20 1.00 1.07 1884.77 -0.09 <=e3=e=0.2 Bien!
4 1.75 2.00 1.00 1.67 1764.77 0.13 <=e4=e=0.2 Bien!
5 2.35 2.20 1.60 2.33 2231.44 0.39 <=e5=e+hc1=1.8 Bien!
6 2.35 2.45 1.60 2.42 2214.77 0.38 <=e6=e+hc1=1.8 Bien!
7 2.10 2.45 1.85 2.67 1914.77 0.21 <=e7=e+hc2=0.4 Bien!
8 2.10 4.20 1.85 3.25 1798.10 0.05 <=e8=e+hc2=0.4 Bien!
9 1.90 4.20 2.05 3.45 1558.10 -0.08 <=e9=e=0.2 Bien!
10 1.90 9.00 2.05 5.05 1238.10 -0.26 <=e10=e=0.2 Bien!
Nota: Tantear dimensiones, asta que la verificación sea correcta.
\ Espesor asumido e = 0.20 m
Dentellón
SUBPRESIÓN EN LA BASE DE LA ESTRUCTURA
2378.102364.77
1884.771764.77
2231.442214.77
1914.77 1798.10
1558.10
1238.10SUBPRESIONES
(Kg/m2)
tanteo)(ei
cγ
aγ*HiSpi*3
4)(calculadoei
eminademas;e(teorico)*4/3e seguridad Por
cγ
aγ*HiSpiei
cγ*eiaγ*HiSpi :tenemos Igualando
£-=\
==
-=Þ
+=
÷÷ ø öçç
è æ
m 15.0
param/seg, 15.2 de mayores no llegada de adesvelocid
establ salto deroun verda forma se más, a 4.5 de F -
ón.transicideregimenuny
c eprop amen sa ounorma se no . ,y. en re -
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VERIFICACION ESTRUCTURAL Y DE LA ESTABILIDAD DE LA PRESA
1.- CALCULO DEL CENTRO DE GRAVEDAD DE LA PRESA:
Xgi Ygi1 0.353 0.816 0.588 0.208 0.4802 1.071 0.677 0.455 0.487 0.3083 1.000 0.200 0.800 0.800 0.160
S = 1.843 1.495 0.948
X Y0.667 0.4110.811 0.5141.334 0.822
Como XCG debe estar entre 0.667 y 1.334 => BIEN !!!Como YCG debe estar entre 0.411 y 0.822 => BIEN !!!
Área lateral: A = 1.84 m2Peso de area lateral W = 4422.56 Kg/m
NOTA: Los calculos de fuerzas actuantes se realizaran para 1 m (l = 1 m)
l = 1.00 m
Volumen para 1 m V = 1.843 m3Peso por 1 m W = 4422.56 Kg
Primer tercio
CgAi Ai*Xgi Ai*Ygi
Segundo tercio
Sección
Centro de gravedad
-0.40
-0.20
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
-1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
Estructura real Parte del Solado y Tanque amort. Estructura equivalente
1.23
0.71
0.40
2.00
(0.811 , 0.514)
-0.50
-0.30
-0.10
0.10
0.30
0.50
0.70
0.90
1.10
1.30
1.50
-0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
Estructura equivalente Divición en áreas
Centro de gravedad Sector en el que debe de estar CG
1
2
3
YCGW
CG
l = 1
XCG
b
he1
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2.- CALCULO DE LA EXCENTRICIDAD DE LA PRESA VACIA SI SE PRODUCE UN SISMO:
* Peso W = A*gc *l= 4422.56 Kggc = 2400 Kg/m3
* Momento: Mo = 0
W*d - Fs*YCG = 0* Fuerza de sismo. Fs = m*a
Para Cusco : a = 0.05 * g=> Fs = 0.05*g*m
m = W / g=> Fs = 0.05*W
W*d = 0.05W*YCG
\ d = 0.05*YCG
Fs = 221.13 Kg/md = 0.026 m
* Excentricidad y XRE (x resultante) que debe de estar entre el tercio central de la base (b).XR = XCG-d
XR = 0.786 Como debe estar entre 0.667 y 1.334 => BIEN !!!ex = b/2 - XR
b = 2.00 m Base de la estructura equivalente.ex = 0.214 m
3.- CALCULO DE FUERZAS HORIZONTALES :
he1 = 1.23 Altura 1 de estructura equivalentehe2 = 0.40 Altura 2 de estructura equivalente
b = 2.00 m. Base de estructura equivalenteH = 0.83 m. Altura de agua sobre el creagerHo= 0.70 Altura de paramento.
H2 = 0.65 m. Altura de agua al final del creagerH3 = 1.70 Altura de agua final en el tanque amortiguador
e= 0.20 m. Espesor de solado y tanque amortiguador.h1 = 1.53 m. = Ho + Hh2 = 0.25 m. Altura de sedimentos
h3 = 0.35 m. Altura del suelo.
E1 = (1/2)*ga*h1^2 *lga = 1000 Kg/m3E1 = 1175.89 KgLA = 0.78 m. LA = Brazo (Y)
b. Empuje por Sismo:E2 = 0.555*a*ga*h1^2a = acelerac. sísmica (0.05g - 0.07g) para Cusco a = 0.05 *g
E2 = 640.22 Kg
LA = 0.65 m.
c. Empuje adicional por sedimentos:E3 = (1/2)*g´*h2^2 * l
0.25Peso especifico de sedimento : g´ = 0.5 * ga
g´ = 500 Kg/m3.E3 = 15.63 KgLA = 0.63 m.
a. Empuje hidrostático:
Altura de sedimentos h2 =
3.1.- En el sentido del río:
YCG
d
W
Fs
CG
FR
XCG
ex
b
XRE
h3
b
e
h1
h2
E2
E3
E4
E5
E''
E'''
he1
he2
Estructura
EquivalenteSolado
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8/2/2019 477-505Diseño de bocatomas
http://slidepdf.com/reader/full/477-505diseno-de-bocatomas 28/29
d. Empuje adicional del suelo:
0.350 =hc2+zAproximado
g" = 800 Kg/m3.E4 = 49.00 KgLA = 0.12 m.
e. Empuje adicional por la aceleración de la masa de concreto de la presa:E5 = 0.05*W
W = 4422.558 KgE5 = 221.128 KgLA = 0.514 m.
3.2.- Las fuerzas que se oponen al sentido del río:
a. Empuje producido por el peso del tanque amortiguador y el peso del agua sobre este:
f = 0.28 (Coefic. Fricción entre la base y el material de relleno)
WTA = Wt + WaPeso del tanque amortiguador (Wt):Wt = e * Lta *gc *l
gc = 2400 Kg/m3e = 0.20 m
Ltc= 5.20 mWt = 2496.00 Kg
Peso del agua en el tanque amortiguador (Wa):Wa = (H2+H3)/2*Lta*ga * l
H2 = 0.65 m.H3 = 1.70 m.
Wa = 1175.22 KgPeso tota (WTA)
WTA = 3671.22 KgEMPUJE
E´ = 1027.94 KgLA = 0.70 m.
b. Empuje hidrostático (E"):E" = (1/2)*ga*(H2)^2 * l
E" = 208.76 KgLA = 0.62 m.
E'''' = (1/2)*gs*(hc2)^2 * lgs = 0.8*ga
hc2 = 0.25 m.gs = 800 Kg/m3.
E'''' = 25.00 Kg
LA = 0.08 m.
Ec = E'+E''+E'''+E''''Ec = 1261.70 KgLA = 0.67 m.
Descrip. Empuje Y (LA) E*YE1 1175.89 0.78 921.12E2 640.22 0.65 416.70E3 15.63 0.63 9.90E4 49.00 0.12 5.72E5 221.13 0.51 113.74
Ec -1261.70 0.67 -851.58SE = 840.17 SE*Y = 615.58
YRH = S(E*Y)/ SEYRH = 0.733 Como debe estar entre 0.411 y 0.822 => BIEN !!!
Altura del suelo h3 =
c. Empuje adicional del suelo (E'''):
E´ = f*WTA
3.3. Punto de aplicación de la resultante total:
Empuje contrario total (Ec):
E4 = (1/2)*g"*h3^2 * l
Peso especifico del suelo : g" = 0.8 * ga
W : Peso de la presa por m
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8/2/2019 477-505Diseño de bocatomas
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Xgi YgiW1 0.353 0.816 0.588 1410.877 498.441 1151.276W2 1.071 0.677 0.455 1091.682 1169.241 739.432W3 1.000 0.200 0.800 1920.000 1920.000 384.000
WA1 0.353 1.649 0.589 588.964 208.072 971.070WA2 0.900 1.186 0.809 808.977 728.080 959.387WA3 1.000 0.723 0.129 129.230 129.230 93.443
S = 5949.730 4653.063 4298.608XR YR
CR = 0.782 0.722
XR = 0.782 m.YR = 0.722 m.b/2 = 1.000 m.
d = 0.036 m.XRE = 0.746 m.ex = 0.254 m.
Eje de FR: 0.746 Como debe estar entre 0.667 y 1.334 => BIEN !!!
6.- DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE SEGURIDAD AL VOLTEO:
Momento de volteo (Mv) = E*Br2 + Sp*Br3W = 4422.56
XR = 0.782E = 840.17
Brazo1 = 0.733Sp = 1914.77
Brazo2 = 0.75Me = 3458.72 Kg-m.Mv = 2051.66 Kg-m.Cv = 1.686 BIEN !!! : No se produce Volteo
7.- DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE SEGURIDAD AL DESLIZAMIENTO:Cd = ((W-Sp)*f + q*b)/Ef = 0.65 (Coeficiente de fricción entre el suelo y la estructura)
q = 0.10*f´cf´c = 210 Kg/cm2. (del Azud)
q = 21 Kg/cm2. 210000 Kg/m2Cd = 501.838 OK !!! : No se produce Deslizamiento
8.- CALCULO DE LOS ESFUERZOS NORMALES DE COMPRESIÓN EN PRESA VACÍA:P = W*(1+6e/b)/(b*l)
l = 1 m. b = 2.00 m.W = 4422.56 Kg. ex = 0.21 m.
PMAX = 3634.20 Kg/m2. PMIN = 788.36 Kg/m2.
9.- CALCULO DE ESFUERZOS NORMALES DE COMPRESION CON PRESA LLENA:P' = W'*(1+6e/b)/(b*l)
W' = 5949.73 Kg. ex = 0.25 m.P'MAX = 5242.26 Kg/m2. P'MIN = 707.47 Kg/m2.
CONCLUSION:Luego de haber verificado la estructura se puede indicar que es estable y ofrece la seguridad del caso, aún cuando sele someta a trabajo bajo las condiciones más desfavorables; ósea que en el momento que se produce la máxima
5.- DETERMINACION DE LA RESULTANTE DE LA MAGNITUD Y UBICACIÓN DE EXCENTRICIDAD PARA LAMAXIMA AVENIDA:
Porque: Cd > 50
Porque: 1.5 < Cv < 3
Cv = Me/MvMomento de estabilidad (Me) = W*XCG
XRE = d+XCG
El eje de la fuerza resultante debe pasar por el tercio central de la base.
d = 0.05*YR
e = XR-b/2
4.- DETERMINACION DE LA RESULTANTE DEL PESO DE LA PRESA Y DEL AGUA CUANDO SE PRODUCE LAMAXIMA AVENIDA:
W*YgiParaCg Pesos
WW*XgiAreas
Wt
CG
XR
BR1
E
Sp
BR2
YR
XRE d
Wt
Fs
CR
FR
XR
ex
b
b/2
he1
H
WA1
WA2
W1
W3
W2Wt
CR
YR
XR