02.01-2 diseño bocatomas

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CURSO:

IRRIGACIONES

SEMESTRE 2012-II

DOCENTE:

ING CARLOS LUNA LOAYZA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

CURSO:

IRRIGACIONES

SEMESTRE 2012-II

DISEO DE BOCATOMAS

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1.4 CLASIFICACIN DE BOCATOMASa.- De acuerdo a su temporalidada.1 Bocatoma temporal

Partes de la bocatomaPata de cabra o empalizadaEncauzamiento con empalizadaCanal o zanja de derivacinEstructura de control

1.4 CLASIFICACIN DE BOCATOMASa.- De acuerdo a su temporalidada.1 Bocatoma temporal

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1.4 CLASIFICACIN DE BOCATOMASa.- De acuerdo a su temporalidada.2 Bocatomas Definitivas

Las bocatomas definitivas son aquellas cuyo estndar deconstruccin permite su operacin de forma continua, demanera independiente de las condiciones climticas que sepresenten, y que persisten en el tiempo sin necesidad de hacermantenimientos mayores entre las distintas estaciones delao.Se identifican por la existencia de obras civiles de importanciacomo muros y losas de hormign, compuertas conmecanismos para su operacin, barreras de hormign oenrocados, protecciones de riberas con gaviones, enrocados orevestimientos de hormign o albailera de piedra.

1.4 CLASIFICACIN DE BOCATOMASa.- De acuerdo a su temporalidada.2 Bocatoma definitiva

Partes de la bocatoma definitivaObras en el CAUCE

Barraje fijoBarraje mvilMuro de encausamientoProteccin de riberasColchn disipadorEnrocado de proteccinCanal y compuerta disipadora

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1.4 CLASIFICACIN DE BOCATOMASa.- De acuerdo a su temporalidada.2 Bocatoma definitiva

Partes de la bocatoma definitivaObras en la CAPTACION

Umbral de captacinRejasCompuerta de control de captacinCompuerta y canal de limpiaAforadorDesarenador

1.4 CLASIFICACIN DE BOCATOMASa.2- Bocatomas definitiva

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1.4 CLASIFICACIN DE BOCATOMASa.2- Bocatomas definitivaa.2.1 Tipos de bocatomas definitivas

Destacan dos tipos de bocatomas de acuerdo a estaclasificacin: Bocatoma Clsica Bocatoma de Alta Montaa o Tirolesa.

Bocatoma ClsicaLa denominacin de esta manera, es slo porquecorresponden al tipo ms habitual y complejo de bocatomas.

En general, se construyen en cauces de ros importantes,accesibles y posibles de operar durante todo el ao.

1.4 CLASIFICACIN DE BOCATOMASBocatoma clsica

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Bocatoma de alta montaa o TirolesaEste tipo de bocatomas se disponen en ros de zonasmontaosas de rgimen nival y difcil acceso en invierno. Sufuncionamiento debe ser por lo tanto automtico.

Uno de los problemas principales que deben enfrentar es elgran arrastre de slidos que ocurren en esos cauces.

Estn compuestas por una barrera fija que peralta el nivel enel cauce pasando adems sobre ella las crecidas. Tambin seincluye en ocasiones una barrera mvil.


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1.4 CLASIFICACIN DE BOCATOMASBocatoma Tirolesa

1.5 RELACION ENTRE BARRAJE FIJO Y MOVIL

Si un barraje fijo es construido a lo largo de lalongitud del cauce y no genera problema durantela poca de avenida, la longitud del barrajevertedero es limitado por el anchodel canal de limpia gruesa

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1.6 REMANSO CAUSADO POR LA BOCATOMA

El criterio para determinar la longitud de barrajevertedero fijo (Lf) y la longitud mvil (Lm) es quesus longitudes deben permitir pasar caudales Qm(Caudal por Zona Mvil) y Qf (Caudal por ZonaFija) que, sumados den el caudal de diseo esdecir:

Qm + Qf = Qd

En este curso recomendamos el uso de lossiguientes mtodos:- Mtodo del Paso Directo (Direct Step Method)- Mtodo aproximado.

1.6 REMANSO CAUSADO POR LA BOCATOMAA.- Mtodo del Paso Directo

A continuacin se presentan los criterios para elclculo del remanso usando el Mtodo del PasoDirecto.De acuerdo a la figura 10, se tiene:

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En el cual:

1 2

o o

e eeLI J I J

= =

1 2

2

1 23

1 1

2

2 23

2 2

2

*

*

*

*

J JJ

n QJA R

n QJA R

=

=

=

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1.6 REMANSO CAUSADO POR LA BOCATOMAA.- Mtodo Aproximado

El Mtodo aproximado da con bastante precisinla longitud total (1) del remanso y permite teneruna idea del efecto del remanso hacia aguasarriba. La longitud L se calcula mediante lasiguiente formula:

Donde:h : sobre elevacin deltirante normal (dn)Io : pendiente del fondodel ro

2*o

hLI

=

1.7 LONGITUD DE BARRAJE FIJO

Para el diseo del barraje se considera estaestructura como si fuera un vertedero de paredgruesa.

El gasto sobre el barraje esta dado por :

Donde:L= Longitud del barraje en metrosYc= Tirante critico en metrosg = Aceleracin de la gravedad

3/ 2* *Q g L Y

c=

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El perfil de la cresta del vertedero se ajusta alperfil que tendra la vena liquida al caerlibremente.Utilizando la formula :

Donde:x e y : coordenadas referidas a la cresta Hd : carga de diseo

85.0

85.1

*2d

Hxy=

SEGUNDA UNIDAD1.7 LONGITUD DE BARRAJE FIJO

1.5 ALTURA DEL BARRAJE DEL VERTEDERO

La altura del barraje vertedero est orientada aelevar o mantener un nivel de agua en el ro, demodo tal que, se pueda derivar un caudal hacia elcanal principal o canal de derivacin. Tambindebe permitir el paso de agua excedente porencima de su cresta.

De acuerdo a la figura 12 se puede definir que lacota Cc de la cresta del barrajevertedero ser:

Cc = Co + ho + h + 0.20 (en metros)

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1.5 ALTURA DEL BARRAJE DEL VERTEDERO

Cc = Co + ho + h + 0.20 (en metros)

1..5 ALTURA DEL BARRAJE DEL VERTEDERO

DondeCo : Cota del lecho detrs del barraje vertedero

(del plano topogrfico)ho : Altura necesaria para evitar el ingreso de

material de arrastre (se recomienda ho 0.60 m).

h : Altura que necesita la ventana de captacinpara poder captar el caudal de derivacinQd (asumir que funciona como vertedero.)0.20m. sumando de seguridad con el fin decorregir efectos de oleaje y de coeficientes dela frmula, pudiendo ser mayor de serposible.

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1.8 ALTURA DEL BARRAJE DEL VERTEDEROa.- Forma de la cresta del barraje del vertedero

Es recomendable dar formas a la cresta de modo tal queeviten la presencia de presiones negativas que podrangenerar capitacin que causen daos al concreto.

Es conveniente aplicar la frmula del W.E.S. (U.S. ArmyEngineers, Waterways Experiment Station) para eldimensionamiento preliminar pero, es recomendable dar unpoco de robustez debido a que por lo general las frmulasdan secciones muy esbeltas y fciles de ser daadas por laserosin del ri

1.8 ALTURA DEL BARRAJE DEL VERTEDEROa.- Forma de la cresta del barraje del vertedero

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SEGUNDA UNIDAD1.8 ALTURA DEL BARRAJE DEL VERTEDEROa.- Forma de la cresta del barraje del vertedero

SEGUNDA UNIDAD1.8 ALTURA DEL BARRAJE DEL VERTEDEROa.- Forma de la cresta del barraje del vertedero

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1.9 COLCHON DISIPADORa.- Longitud del colchn

Debido a la colocacin del barraje vertedero en elcauce del ro se genera un incremento de energapotencial que, al momento de verter el agua porencima del barraje se transforma en energacintica que causa erosin y por lo erosivo seconstruyen estructuras de disipacin, conocidascomo: solados (apron), colchn disipador (stillingbasin), etc., que buscan o tienen por objetivoformar un salto hidrulico que logra disipar laenerga cintica ganada por el barraje vertedero.

1.9 COLCHON DISIPADORa.- Longitud del colchn

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1.9 COLCHON DISIPADORa.- Longitud del colchna.1 Calculo de d1


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Este valor calculado por la ecuacin ultima necesita una comprobacin, ya que:

V1 = Q1 / A1 = Q1 / (b1.d1) = q1 /d1 (3.26)

Donde:q1 = Q1 / b1 (3.27)De (3.26) se tiene:d1 = q1 / V1 (3.28)

Si d1 obtenido en la ultima expresin es muy cercano al d l supuesto (en 3.24) se prosigue al siguiente paso, o sea clculo de d2, en caso contrario se volver a tantear con otro d1.


De la conservacin de la fuerza especifica o momento entrela seccin 1 y 2, se tiene:

d2 = -d1 / 2 + (d12 / 4 + 2x (V12 / g) x d1)1/2Comprobando:

d2 = dn + rDonde:

dn : tirante normal en el ror : profundidad del colchn disipador

La ultima ecuacin pocas veces se presenta, por lo que parabuscar un salto sumergido en el colchn disipador

dn + r = 1.15 x d2

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1.9 COLCHON DISIPADORa.- Longitud del colchna.3 Calculo longitud de colchn disipador

Conocidos los tirantes conjugados (d1 y d2) es posiblecalcular la longitud necesaria para que se produzca el saltohidrulico. Existen varias frmulas empricas yexperimentales que se dan a continuacin, y que por logeneral dan valores un poco conservadores pero queorientan para la toma de decisiones en el diseo final.

L = (5 a 6) x (d2-dl ) (Schoklitsch)L = 6 d1. F1,Siendo Fl = V1 / (g x d )1/2 (Safranez)L = 4 d2 (U.S. Bureau)

1.9 COLCHON DISIPADORa.- Longitud del colchna.3 Calculo longitud de colchn disipador

Y el mtodo grfico de U.S. Bureau of Reclamation.

De estos valores se elige el mayor, pero sin olvidar el factoreconmico que podra afectar el resultado elegido

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1.9 COLCHON DISIPADORb.- Espesor del colchn

Para resistir el efecto de la subpresin es recomendable queel colchn disipador tenga un espesor que soporte el empujeque ocasiona la subpresi6n.


La frmula que permite calcular el espesor conveniente sebasa en que el peso del solado debe ser mayor que lasubpresin, es decir:

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Recomendaciones:El espesor dado por (3.38) debe ser corregido porseguridad, se tiene as:

e = (4/3). (h/(SGs- 1)) se recomienda

e 0.90 m

1.9 COLCHON DISIPADORc.- Enrocado escollera

Al final del colchn disipador es necesario colocar unaescollera o enrocado (rip - rap) con el fin de reducir el efectoerosivo y contrarrestar el arrastre del material fino por accinde la filtracin

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La longitud de escollera recomendada por Bligh es:Ls = Lt LoLt = 0.67 C (Db .q)1/2Lo = 0.60 C D11/2

Donde:Lt = longitud total de escolleraLo = longitud del colchnDb : altura comprendida entre la cota del extremo aguas abajoel colchn disipador y la cota de la cresta del barrajevertedero, en m.(D1 : altura comprendida entre el nivel de agua en el extremoaguas abajo del colchn disipador y la cota de la cresta delbarraje vertedero, en m.q : avenida de diseo por unidad de longitud del vertedero.C : coeficiente de Bligh. (Ver tabla ).


Ls = 0.6 C D1 1/2 (1.12 (q.Db / D1)1/2-1)

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1.9 COLCHON DISIPADORd.- Control de filtracin

El agua que se desplaza por debajo de la presa vertedero causaarrastre de material fino creando el fenmeno de turificacin: esteproblema se agrava cuando el terreno es permeable.


El ingeniero Bligh estudio este fenmeno con presas construidasen Ia India, recomendando que el camino que recorre el agua pordebajo del barraje vertedero (camino de percolacin) debe sermayor o igual que la carga disponible entre los extremos aguasarriba y aguas abajo del barraje vertedero afectado por uncoeficiente, es decir:

S C. hDonde:

S : camino de percolacinC : coeficiente de Blighh : diferencia de nivel entre el nivel aguas arriba y aguasabajo del barraje vertedero .

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Este criterio fue corregido por Lane despus de observar casi 200estructuras entre las que funcionaban bien y las que fallaron.Lane planteo la siguiente expresin:

S = 1/3 LH + Lv > CL. h

Donde:LH, LV : suma de longitudes horizontales y verticalesrespectivamente, que tenga la seccin de la presa.CL : coeficiente de Lane. (Ver tabla 10).

Es por este criterio que se busca alargar el camino de percolacinde un dentelln aguas arriba y aguas abajo, manteniendo siempreuna separacin entre ellos, que debe ser mayor que el doble de laprofundidad del dentelln ms profundo.

RESUMEN DE DISEO REALIZADO

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1.10 CANAL DE LIMPIAa.- Velocidad Requerida para el Canal de Limpia

El canal de limpia es la estructura que permite reducir la cantidadde sedimentos que trata de ingresar al canal de derivacin, ascomo la eliminacin del material de arrastre que se acumuladelante de las ventanas de captacin.

Su ubicacin recomendada es perpendicular al eje del barrajevertedero y su flujo paralelo al del ro y formando Un ngulo entre60 y 90 con el eje de la captacin, a menos que se realice unmodelo hidrulico que determine otras condiciones

En los referente al material que se acumula en el canal de limpia,el flujo existente en el canal debe tener una velocidad (Vo) capazde arrastrar estos sedimentos depositados.


La magnitud de Vo est dada por la siguiente frmula:

Vo = 1.5 c. d1/2 = 1.5V

Donde:Vo : es la velocidad requerida para iniciar el arrastre.C : coeficiente en funcin del tipo de material; siendo 3.2 parearena y grava redondeada y 3.9 para seccin cuadrada; de4.5 a 3.5 para mezcla de arena y grava.d : dimetro del grano mayor.V : velocidad de arrastre.

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1.10 CANAL DE LIMPIAb.- Ancho del Canal de Limpia

El ancho del canal de limpia se puede obtener de la relacin:B = Qc / qq = Vc3 / g

Donde:B : ancho del canal de limpia, en metrosQc : caudal a discurrir en el canal de limpia para eliminar el

material de arrastre, en m3/s.q : caudal por unidad de ancho, en m3/s/m.Vc : velocidad en el canal de limpia para eliminar el material

de arrastre, en m/s.g : aceleracin de la gravedad, en m/s2.

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1.10 CANAL DE LIMPIAb.- Ancho del Canal de Limpia

1.10 CANAL DE LIMPIAc.- Pendiente del Canal de Limpia

Es recomendable que el canal de limpia tenga una pendiente quegenere la velocidad de limpia.

La frmula recomendada para calcular Ia pendiente critica es:Ic = n2 .g10/9 / q2/9

Donde:Ic : pendiente critica.g : aceleracin de la gravedad, en m/s2.n : coeficiente de rugosidad de Manning.q : descarga por unidad de ancho (caudal unitario), en m2/s.

Se debe recordar que, siempre el fondo del canal de limpia en lazona de Ia ventana de captacin debe estar por debajo del umbralde sta entre 0.6 a 1.20 m.

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1.10 CANAL DE LIMPIAd.- Caractersticas del canal de limpia

A continuacin se menciona algunas recomendaciones sobre los parmetros o caractersticas del canal de limpia:

a. Caudal en la zona de limpiaSe debe estimar el caudal en la zona del canal de limpia en por lo menos 2 veces el caudal a derivar o igual al caudal medio del ri.

b. Velocidad en la zona de LimpiaSe recomienda que est entre 1.50 a 3.00 m/s

c. Ancho de la zona de LimpiaSe recomienda que sea un dcimo de la longitud del barraje.

02.01-2 diseño bocatomas

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