bocatoma irrigacion corregida
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DISEÑO HIDRAULICO DE UNA BOCATOMA
I. INFORMACION BASICA
DATOS HIDROLOGICOS PARA UN PERIODO DE RETORNO DE 100 AÑOS
DATOS VALOR
Caudal maximo 15.66 m3/s
Caudal minimo 4.40 m3/s
CAUDAL DE DERIVACION
DATOS VALOR
Caudal de diseño 0.97 m3/s
1.11 m3/s
CALCULO DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD
1.- Valor basico de arena para cauce arenoso 0.014
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 = 0.032
DETERMINACION DE LA PENDIENTE DEL RIO
62.50
0+0.00 7350 7+350
S = 0.0085
OTROS DATOS
ANCHO DE RIO 15 m
CAPACIDAD PORTANTE 2.5 Kg/cm2
ANGULO ESVIAJADO 90 °
COTA DE FONDO DE RIO 4310 msnm
PERIODO DE RETORNO 100 años
CONSTRUCCION DE LA CURVA DE AFORO DATOS ASUMIDOS
Utilizando la formula de Manning
R2/3 1/n S1/2 Q (m³/s)
4310.0 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.092 0.000
4311.0 9.68 92.48 0.105 0.222 31.25 0.092 2.920
4312.0 50.68 98.48 0.515 0.642 31.25 0.092 75.157
4313.0 91.68 99.48 0.922 0.947 31.25 0.092 243.478
4314.0 132.68 100.48 1.320 1.204 31.25 0.092 504.868
4315.0 173.68 101.48 1.711 1.431 31.25 0.092 856.575
4316.0 214.68 102.48 2.095 1.637 31.25 0.092 1295.956
4317.0 255.68 103.48 2.471 1.828 31.25 0.092 1820.470
Caudal de derivación
COTA m.s.n.m
Area Acum.(m²)
Perímetro(m)
RadioHidráulico
𝑄= 1𝑛𝐴𝑅2/3𝑆1/2
4318.0 296.68 104.48 2.840 2.005 31.25 0.092 2427.670
II. CARACTERISTICAS HIDRAULICAS PARA CONDICIONES CRITICAS
CALCULO HIDRAULICO PARA CONDICIONES CRITICAS
Q 15.66 m3/s
n 0.032
s 0.0085
L 15.00 m
q 1.044 m3/s/m
Yc = 0.481 m
Entonces:
Ac = L * Yc = 7.211 m2
Pc = L + 2*Yc = 15.961 m
Rc = Ac / Pc = 0.452 m
Vc = Q / Ac = 2.172 m/s
Sc = {Q*n/[Ac*Rc^(2/3)]}^2 = 0.014
Ec = 3/2*Yc = 0.721
1.0
CALCULO HIDRAULICO PARA AVENIDA NORMAL
A partir de la formula de maning:
K' = [Q*n/(L^(8/3)*S^(1/2))]
K' = 0.004 y/b
Con este valor acudimos a la fig () donde para una seccion rectangular encontramos que:
Y/L = 0.093
F = V/[(9.81*Yc)^(1/2)] =
0.000 2.920 75.157 243.478 504.868 856.575 1295.956 1820.470 2427.6704306.0
4308.0
4310.0
4312.0
4314.0
4316.0
4318.0
4320.0
CURVA DE AFORO COTA - CAUDALES
CO
TA
S (
m.s
.n.m
)
𝑌𝑐= ඨ𝑞2𝑔3
Reemplazando se obtiene:
1.395m
A = L * Y = 20.925 m2
P = L + 2*Y = 17.790 m
R = A/P = 1.176 m
V = Q / A = 0.748 m/s
El tipo de flujo es:
F = V/[(9.81*Y)^(1/2)] = 0.202 como: F < 1
Entonces corresponde a un flujo subcritico
III. DISEÑO HIDRAULICO DE LA ESTRUCTURA DEL BARRAJE
TIPO DE BARRAJE MIXTO ( fijo + Movil)
BARRAJE FIJO
ALTURA DE CARGA EN LA CRESTA DEL BARRAJE (CASO MAS CRITICO)
Se calcula utilizando la formula:
Q = Caudal maximo
C = Coeficiente de descarga
L = Longitud del rio
Ho = Altura de sobre carga maxima sobrela cresta
Y de acuerdo a la conocida formula de REHBOCK, se determina el coeficiente "C":
C' = ( 3.27 + 0.40 H/P ) *0.55
P = Altura de la cresta
1.- verificacion del caudal maximo con P y Ho asumidos
Q = 150.00 m3/s 2.3L = 59.00 m 1.21P = 2.30 m (asumido)
Ho = 1.21 m (asumido)
C = 1.914
Q = 150.033 m3/s verificando Si cumple Lo asumido
de acuerdo a los calculos anteriores se tiene que:
Yn = 1.395 m
P = 2.30 m
q = 2.542 m3/s/m
V = 0.725 m/s
Del resultado vemos que a mayor P y Ho la velocidad dismuniye generando mayor remanso
Entonces la altura total de la superficie del agua sobre el lecho del rio es:
Y = ( Y/L ) * L =
𝑄= 𝐶𝐿𝐻01.5
Ymax = P + Ho = 3.508
CALCULO DE LA LONGITUD DEL ALIVIADERO Y DE LA COMPUERTA DE LIMPIA
Se recomienda que:
Ac = Ab/10
Ac = Area de la compuerta
Ab = Area del aliviadero
Ademas Lc = Lr / 11
Donde:
Lr = Longitud del rio
Lc = Longitud de la compuerta movil
De acuerdo a los Datos:
Lc = 5.36 1.40 Tomamos este valor
e = 0.35 m
longitud fija del aliviadero
Lf = Lr - Lc - e
Lf = 57.25 m
Correccion de la longitud:
Esta expresado por:
Le = Lf -2*(n1*kp + n2*ka)*He
Le = Longitud efectiva de la cresta
Lf = Longitud fija de la cresta
n1,2 = Número de pilares y estribos 0.00 ; 0.50
kp = Coeficiente de contracción de pilares 0.00
ka = Coeficiente de contracción de estribos 0.20
He = Carga de operación
La correción del aliviadero será:
Le = 57.01 m
La correción para la limpia será:
Le = 1.16 m
DISEÑO DEL BARRAJE DE ACUERDO A LAS LONGITUDES RECOMENDABLES
CUANDO LA COMPUERTA SE ENCUENTRA CERRADA
Para lo cual se tiene los siguientes datos:
Qmax = 15.66 m3/s
Le = 1.16 m
Para determinar "Ho" aplicamos la formula:
Q = C*Le*Ho^1.5 donde: c = Co * k1 * k2 * k3 * k4
Analizando la tabla del BUREAU OF RECLAMATION
Para desarrollar; se hace una serie de tanteos, hasta aproximarse al Qmáx
P = 2.00 m
Ho = 1.21 m (Asumido)
De donde si calculamos:
1. Tomando en cuenta la profundidad de llegada:
del cual: P/Ho = 1.655
Co = 3.82 tabla n°19 del libro Bureau Of Reclamation
(extrapolando)
2. Por efecto de las carga diferentes:
Ho = He ;
k 1 = 1
3. Por efecto del Talud del parametro de aguas arriba:
vertical: k 2 = 1
4. Por efecto de interferencia del lavadero aguas arriba:
(P + Ho)/Ho = 2.65
del grafico: k 3 = 1
5. Efectos de sumergecia:
Hd/Ho = 1
k 4 = 1
de donde: c = 3.820
Reemplazando en la formula:
Q = 159.123 m3/s
CUANDO LA COMPUERTA DE LIMPIA SE ENCUENTRA ABIERTA
Debe cumplir:
Qmax = Q(aliviad) + Q(limpia)
PARA EL ALIVIADERO
Ho = 1.21 m (Asumido)
1. Tomando en cuenta la profundidad de llegada:
del cual: P/Ho = 1.655
Co = 3.88
2. Por efecto de las carga diferentes:
Ho = He ;
k 1 = 1
3. Por efecto del Talud del parametro de aguas arriba:
vertical: k 2 = 1
4. Por efecto de interferencia del lavadero aguas arriba:
(P + Ho)/Ho = 2.65
del grafico: k 3 = 1
5. Efectos de sumergecia:
Hd/Ho = 1
k 4 = 1
de donde: c = 3.880
Reemplazando en la formula:
Q = 161.623 m3/s
PARA LA LIMPIA
La carga será Ho = P + Ho = 3.21 m P = 0
1. Tomando en cuenta la profundidad de llegada:
del cual: P/Ho = 0.000
Co = 3.088
2. Por efecto de las carga diferentes:
Ho = He ;
k 1 = 1
3. Por efecto del Talud del parametro de aguas arriba:
vertical: k 2 = 1
4. Por efecto de interferencia del lavadero aguas arriba:
(P + Ho)/Ho = 1.00
del grafico: k 3 = 0.77
5. Efectos de sumergecia:
Hd/Ho = 1
k 4 = 1
de donde: c = 2.378
Reemplazando en la formula:
Q = 8.706 m3/s
Qmax = Qaliv + Qlimp = 170.328 m3/s
Entonces la altura de los muros de encauzamiento será:
Hmuro = P + Ho(crít) + hl(0.20) = 3.41 = 2.7 m
DISEÑO DEL COLCHON DISIPADOR
DATOS NECESARIOS PARA EL CALCULO
DATOS VALOR
Qmax 15.66 m3/s
P 2.00 m
Ho 1.21 m
L 15.00 m
Le 57.01 m
Yn 0.832 m
Se sabe que:
q = Q / L = 1.044 m3/s/m Aguas arriba del aliviadero
v = q/(P+Ho) = 0.325 m/s
hv = Vo^2/(2*g) = 0.005 m
Por lo tanto:
h = Ho - hv = 1.203 m
Aplicando la ecuacion de energía entre seccion (0) y (1):
E0 = E1
z + P + Ho = Y1 + V1^2/(2*g) + hf 0-1 ………..1 hf0-1 = k*V1^2/(2*g)…....2
Reemplazando:
h0-1 = 0.1*V1^2/(2*9.81) = 0.005 V1^2 m
V1 = Q/(L*Y1) = 0.275 / Y1
h0-1 = 0.000 / Y1^2
en (1):
z = Y1 + 0.004 / Y1^2 - 3.21 ……………(a)
* Aplicando el tirante conjugado, entre (1) y (2):
donde: Y2 = -Y1/2 + [Y1^2/4 + 2*Y1*V1^2/g]^(0.5)
Por lo tanto: Y2 = Z + Yn
z = - Y1/2 + [ Y1^2/4 + 0.015 / Y1]^2 - 0.8320 ……………(b)
Igualando (a) y (b):
2.377 = 0.004 / Y1^2 -[Y1^2/4 + 0.015 / Y1]^0.5 + 3/2*Y1
Tanteando valores en la ecuación: Y1 = 0.173 m
2.377 = 0.090
Por lo tanto reemplazando en (a) se tiene:
z = -2.894 m
q = 0.275 m
V1 = 1.588 m
F1 = 1.219
El tirante conjugado será por seguridad:
Y2'= (110%)*Y2
Y2'= 1.10*Y2
De acuerdo a la fig. del BUREAU OF RECLAMATION.
L1/Y2 = 5.67 ………….….(1)
Como: Y2 = Yn + z = -2.06 m
Y2'= -2.27 m
Reemplazando en (1):
L1 = -12.87 m
CALCULO DE LA LONGITUD DE LA POSA:
Presentamos varios metodos:
SEGÚN VILLASEÑOR:
4.5*(Y2-Y1)< L < 7*(Y2-Y1)
Donde:
L = -14.04 m
SEGÚN BUREAU OF RECLAMATION:
L = -9.07 m
Tomando el promedio:
Lr = -11.56 m
Tomando el promedio:
Lr = -11.60 m
-11.60 m
6.0425Ls = 5*H0 =
e = = 0.90
Co
Co
Cn
ESCOLLERA
e = = 0.90
Co
Co
Cn
ESCOLLERA
DEFINICION DEL PERFIL DE CREAGERDATOS NECESARIOS PARA EL CALCULO
DATOS VALOR
Ho 1.21 m
h 1.203 m
hv 0.20 m
P 2.00 m
De acuerdo a la siguiente expresion:
Y/Ho = -k*(X/Ho)^n
X,Y = Son las coordenadas del perfil de creager
Ho = Carga neta sobre la cresta
k, n = Parametros
Recurriendo a las tablas del Bureau of reclamation. (pag 304 fig 187)
De: hv / Ho = 0.1655
Se Obtiene:
k = 0.5075 n = 1.765
Del mismo modo en la fig() se tiene el esquema:
R1 = 0.5*Ho = 0.604 m
R2 = 0.2*Ho = 0.242 m
Yc = 0.127*Ho = 0.153 m
Xc = 0.284*Ho = 0.343 m
Reemplazando en la ecuacion general:
Y = -0.301 X^n
Y tabulando: X Y
0.10 -0.0052
0.20 -0.0176
0.30 -0.0359
0.40 -0.0597
0.50 -0.0885
0.60 -0.1220
0.70 -0.1602
0.80 -0.2028
0.90 -0.2496
1.00 -0.3006
1.10 -0.3557
1.20 -0.4147
1.30 -0.4777
1.40 -0.5444
1.50 -0.6149
1.60 -0.6891
1.70 -0.7669
1.80 -0.8484
a
bc
d
R1-R2
R1
a
a
R2
R2
Talud Vertical
1.90 -0.9333
2.00 -1.0217
0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00
-1 .2000
-1.0000
-0.8000
-0.6000
-0.4000
-0.2000
0.0000
Perfil Creager
Colu...
GEOMETRIA DEL BARRAJE
DATOS NECESARIOS PARA EL CALCULO
Siguiendo las recomendaciones por KROCHIN:
El barraje, tenga las seguridad entre solicitaciones, como el volteo, deslizamiento
y el efecto de la subpresion que se produce debajo del mismo se considera.
DATOS VALOR
Qmax 15.66 m3/s
Cota Tramo (0) 4310.00
Cota Tramo (2) 4308.00
L 15.00 m
Le 57.01 m
Yn 0.832 m
Lr -11.60 m
Xc 0.34 m
Ho 1.21 m
Y1 0.17 m
Y2 0.60 m
P 2.00 m
EL ESPESOR: e > 0.30 m
Y de acuerdo a TARBIMOVICH: e = 0.20*q^0.5*h^0.25
Donde: e= Espesor
q = Q/L
h = Cota Barraje(0) - Cota Final (2)
h = 2.000
e = 0.24 m
Por seguridad Multiplico por un Factor comprendido entre: 1.1 - 1.35
e = 0.33 m
tomamos e = 0.35 m
DENTELLONES: Se recomienda que los valores debes ser:
Y1 = ( 1.00 a 1.50 ) * h
Y2 = 0.3 * h (pero nunca menor de 1.00m)
Reemplazando:
Y1 = 2.50 m
Y2 = 0.60 m
Se adopta Y2 = 1.00 m
DISEÑO DEL ESPESOR DEL SOLADO
CONTROL DE FILTRACION:
Según LANE: Lf = 1/3*SLh + SLv
Según BLIGH: Lf = C*H
Donde :
Lf = Longitud de recorrido de la filtracion
H = Carga Hidraulica efectiva, que produce filtracion
C = Coeficiente que relaciona la carga compensada
Lv = 1.70 m
Lh = 0.60*2+17.37-(0.60-0.37)= -10.66 m
Reemplazando:
Lf = -1.852 m
H = 3.036 m
C = Lf / H = -0.610 m
El valor de la SubPresion se estima por:
Sx = b*c' * (Hx - Lx/L * H) *Wa
Con:
b = Ancho de la seccion del canal
c'= Factor de Subpersion que depende de la porosidad del material ( c'= 0.50 )
Sx = Subpresion a una distancia x (Kg/cm2)
Hx = Carga hidraulica en el punto x. = H + H'
Lx = longitud compensada hasta el punto x (m)
Wa = Peso volumetrico del agua
H' = Desnivel entre el agua debajo de la cortina y el punto que se está estudiando
La Subpresion es el punto mas critico, donde se produce el tirante minimo es en "Y1"
segun la figura adjunta:
Calculo para diferentes puntos:
H = Ho - Y1 = 1.035 m
Hx = Ho + H'
Lx = 1/3*SLhx + SLvx
H/L = ?
Subpresiones en kg/cm2: ###
El espesor de la losa:
Esta dado por:
e = 4/3*[( Sx - Hi * Wa )/Wm]
Con:
Wm = Peso Volumetrico del concreto.
Hi = Tirante de agua en la seccion considerada
Para la zona de "Y1":
e = 0.582 m
Para la zona de "Y1":
e = 0.902 m
e = 0.95 m
e = 0.35
e = = 0.90
Co
Co
Cn
ESCOLLERA
0.95 m e = = 0.90
Co
Co
Cn
ESCOLLERA
DISEÑO DEL ENROCADO DE PROTECCION O ESCOLLERRA
DATOS NECESARIOS PARA EL CALCULO
DATOS VALOR
Qmax 15.66 m3/s
L 15.00 m
P 2.00 m
Yn 0.832 m
Una vez que se termina el colchon disipador, es importante hacer una proteccion adecuada
para contrarrestrar la erosion al pie de esta.
Esta longitud esta dado por la formula de BLIGH:
Lt = 0.67*C*(Db * q ) ^0.5 - Lc
Donde:
Lt = Longitud total de la escollera
C = Coeficiente de Bligh
Db = altura comprendido entre la cota de la cresta y de la cota de extremo aguas abajo
q = Caudal por metro lineal
Lc = 0.60*C*d
d = Db - Yn
Reemplazando de acuerdo a los datos:
C = 6.00 (Arena - grava mezclados y arcillas)
q = 1.044 m3/s/m
Lc = 4.20 m
Lt = 1.60 m
TOMAMOS
Lt = 1.70 m
proteccion o escollera
1.70 m
CAPACIDAD DE LA COMPUERTA DE CAPTACION
DATOS NECESARIOS PARA EL CALCULO
DATOS VALOR
Qdiseño 3.000 m3/s
L 59.00 m
P 2.30 m
Ho 1.21 m
El diseño de la ventana de captacion tiene la finalidad de dejar pasar el fluido
para un caudal de diseño.
Qderivacion = 1.15*Qdiseño
Qderiv = 3.450 m3/s
CALCULO DE LA VENTANA DE CAPTACION
a
Lv
Por la formula de Manning
datos para la ventana: asumido:Q = 3.450 m3/s a = 0.8S = 0.001 Lv = 1.3n = 0.015A = 1.04P = Lv + 2a = 2.9
Q * n / (S^0,5) = A * (R^2/3) = [A^5/3] / [P^2/3]=[(b*Yn)^5/3] / [(b+2Yn)^2/3]
1.6365 = 0.5250
Por lo tanto las dimensiones de la ventana de captacion es:
1
1.35
Lv x a =
𝑄= 1𝑛𝐴𝑅2/3𝑆1/2
COMPROBANDO LOS DATOS EN EL PROGRAMA HCANALES
CORRECION POR EFECTO DE LOS BARROTES
LT = C1+C2+Lv
Donde :
C1 = N*e N: numero de barrotes
e: espesor de marrotes min: 5/8"
C2 = (1-Ed)Lv Ed: Grado de eficiencia de funcionamiento = 87% aprox
Lv: longitud neta de ventana
calculando :
eb = 0.15 m
N = Lv/eb - 1 N = 8
C1 = 0.1272
C2 = 0.1755
POR TANTO :
LT = 1.65 m
DEFINIENDO EL AREA DE VENTANA
At = Lt*a
At = 1.65 m2
a = 1.00 m
Concluido que la compuerta de capatacion sera:
1.00 m
0.20 m
Co
Cc
C1
1.70 m
POR LO TANTO P = 2.00 m
0.20 m
Co
Cc
C1
CAPACIDAD DE LAS COMPUERTA DE LIMPIA
DATOS NECESARIOS PARA EL CALCULO
DATOS VALOR
Qmax 15.66 m3/s
Qdiseño 3.00 m3/s
L 15.00 m
P 2.00 m
Ho 1.21 m
La compuerta de limpia debe estar diseñado, para evacuar los sedimentos que se
acumulan a espaldas del barraje, y debe tener una capacidad:
Qlimpia = 2*Qcapt = Qmedio = 1.0 a 2.0 m3/s
La velocidad de arrastre de los solidos depositados es:
Vc = 1.5*C*d^0.5
Donde:
C = Coef en funcion del tipo de material
C = 3.8 Para arena y grava
d = 10'' Diametro del grano mayor
Vc = 2.87 m/s (La velocidad varia 1.5 - 3.0 m/s)
El ancho del canal se obtiene de:
q = Vc^3/g = 2.417 m3/s/m (esta dentro de lo permisible 2.0 - 4.0)
B = Q/q
Verificando:
B = 1.50 m ancho: B/10 B: longitud del barraje
Q = 3.62 m3/s (esta dentro de lo permisible 1.0 - 2.0)
Lo desarrollado cumple con las condiciones
Aplicamos la relacion, cuando trabaja a descarga libre.
Para la maxima carga: Qo = Cd*A*(2*g*H)^0.5
Cd = 0.60
A = 1.50*a
H = (H + P) - a/2
Reemplazando y tabulando:
a = 0.68 m
3.62 = 0.6*1.5*a*[2*9.81*{(P+Ho)-a/2}]^0.5
3.62 = 4.59
Para carga ( H = P ): Cuando alcanza a P = 2.00 m
Qo = 0.6*0.8*a*[2*9.81*(P-a/2)]^0.5
Qo = 1.86
Como: Qcapt = 3.00 m3/s
Sumando caudales:
4.86 < 3.62 m3/s
Concluimos que la compuerta de limpia será:
1.50 X 0.70
0.70 m.
1.50 m. ###
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