DISEO DE OBRA DE TOMA TRANSVERSAL TIPO AZUDRESPALDO

Cid Deyvi Berdeja Zurita, Luis Fabian Padilla FernandezUniversidad Mayor Real y Pontificia de San Francisco Xavier de Chuquisaca

DISEO HIDRAULICO DEL AZUD Para el diseo del azud debemos tomar en cuenta los siguientes datos: Qmx= 10 m3/s, ancho o base del azud B= 12 m y para obtener la carga sobre el vertedor realizamos una serie de iteraciones con las ecuaciones (1) y (2) como sigue a continuacin:Asumiendo C= 1.90 y de la ecuacin (1):

luego sustituimos este valor en la ecuacin (2):

sustituimos este valor en la ecuacin (1) y despus en (2) para la primera iteracin:

segunda iteracin:

observamos que los valores ya convergen por lo tanto: Hd= 0.568 m y C= 1.945.Para el diseo del perfil haremos uso de la ecuacin (3) para lo cual debemos hallar primero la interseccin de la curva y la recta como se muestra en la figura 2:

si de la figura :

el punto de interseccin es : x= 0.386, y= 0.148.con la ayuda de la ecuacin de la recta hallamos el punto al final del azud:

x1= 1.278 m 1.30 m

luego la Longitud del azud es: L=1.30+0.40+0.2Hd= 1.80 m, en la tabla 1 se muestran coordenadas del perfil y en la figura 1 graficada dichas coordenadas.

Perfil Creager

xy

00

0.050.003

0.10.011

0.150.024

0.20.041

0.250.062

0.30.087

0.350.116

0.3860.139

0.40.15

Tabla 1.

Figura 1.

Figura 2.Para obtener la longitud del colchn disipadorprimero obtenemos la velocidad de salida del vertedor con la ecuacin (4) y los tirantes y1, y2 e y3, pero antes debemos realizar la siguiente verificacin:

con la ecuacin (5) obtenemos el tirante al pie del azud:

con la ecuacin (6) obtenemos el nmero de Froude, para luego ir al monograma de Fster (figura 3) y as obtener la altura del obstculo al final del colchn:

Figura 3.finalmente h=1.4*0.166= 0.232 m 0.25 m.Para obtener el tirante y2 utilizamos la ecuacin (7):

De la relacin (8) obtendremos el tirante y3:

Finalmente la longitud del colchn disipador se obtiene con las ecuaciones (9) (10) respectivamente:

adoptamos el mayor de ambas dimensiones Lc= 4.547 m 5.00 m.Algunas cotas tanto del umbral del azud como de la cota mxima de crecida se muestran a continuacin: Cota mxima de crecida: 1336.568 m.s.n.m. Cota del vrtice del azud: 1336 m.s.n.m.

DISEO HIDRAULICO DE LA BOCATOMA

Para el diseo de la bocatoma debemos considerar que se requiere captar un caudal de 500 Lps para lo cual se asumi una altura de rejilla de 0.30 m, siendo la altura del umbral desde el suelo de 0.5 m y asumiendo una prdida de carga z= 10 cm, con las ecuaciones (11), (12) y (13) obtendremos las dimensiones de la rejilla tomando en cuenta que habr una separacin de 10 cm entre ejes de barra y ancho de las mismas de 1 pulgada (2.54 cm).Los coeficientes S y M son obtenidos con las ecuaciones (12) y (13) respectivamente:

sustituimos estos valores en la ecuacin (11):

debemos aadir el nmero de barrotes y espacios a la base anteriormente obtenido para lo cual haremos algunos clculos adicionales:

por lo tanto las dimensiones de la bocatoma son: H=0.30 m, B=2.90 m y 22 barrotes de 1 pulgada de espesor, algunas cotas del umbral y dintel o parte superior: Cota del umbral: 1335.5 m.s.n.m. Cota del dintel: 1335.8 m.s.n.m.

CAMARA DESGRAVADORA

La cmara desgravadora que se acostumbra este ubicadodespus de la bocatoma, se la calcula de la siguiente manera y con las ecuaciones (14), (15), (16), (17) y (18), idealizando la misma se tiene el siguiente esquema (figura 4):

Figura 4. Resalto sumergido idealel rea y velocidad en la seccin 0 es: A0=(0.5+0.3)*2.9= 2.32 m2, la velocidad v0= 0.5/2.32= 0.216 m/s para poder aplicar a la ecuacin (14) y (15) respectivamente:

para obtener el tirante y1 aplicamos la ecuacin (16):

puesto que no tenemos la velocidad para dicho tirante aplicamos la ecuacin de la continuidad para la seccin:

luego de una serie de tanteos obtenemos el tirante y1= 0.0449 m, para obtener el tirante en la seccin 2 aplicamos al ecuacin (17):

finalmentepodemos determinar la longitud del resalto que vendra a ser la longitud de la cmara con la ecuacin (18) segn Pavlovski:

Se utilizara L=2 m puesto que existe un vertedor aguas abajo de la cmara, cuyo umbral se encuentra a 0.4 m, el clculo del mismo se lo realiza con las ecuaciones (11), (12) y (13), tomando muy en cuenta que no existe el coeficiente de contraccin por barrotes k, a esta dimensin la denominaremos b1 para posteriores efectos de clculos:

a continuacin algunas cotas del colchn de la cmara y del umbral del vertedor hacia la transicin: Cota colchon de la cmara: 1335 m.s.n.m. Cota umbral del vertedor: 1335.40 m.s.n.m.

TRANSICION DEL VERTEDOR HACIA EL CANAL

La longitud de transicin desde el vertedor hasta el canal de aduccin se la obtiene con la ecuacin (19), tomando en cuenta que el ngulo = 12.5 visto en planta y asumiendo la base del canal b1= 1 m como se muestra en el esquema (figura 5):

Figura 5.

VERIFICACION PERDIDA DE CARGA Z

La prdida de carga asumida z se la calcula con el caudal que se est captando, la seccin aguas abajo de la bocatoma A= 0.3*2.90= 0.87 m2 y un coeficiente de descarga C=0.70, de la ecuacin (20) se tiene:

FACTOR DE SEGURIDAD AL VUELCO Y DESLIZAMIENTO

Para la determinacin de la estabilidad del azud es importante considerar todos los aspectos presentados en este proyecto, el anlisis se desglosa de la siguiente manera: Empuje esttico del agua:

el punto de aplicacin de la fuerza se encuentra:

Su brazo se encuentra a una distancia bA=0.422+hL=0.422+0.35=0.772 m, donde hL es la altura de losa armada que se encuentra debajo del azud. Empuje del sedimento: Considerando que el sedimento esta hmedo =1500 Kg/m3

el punto de aplicacin se encuentra:

su brazo de momento se encuentra a bS= 0.333+hL= 0.333+0.35=0.683 m. Considerando la sub presin y la fuerza horizontal en sentido contrario al flujo del rio como se muestra en figura 5, tenemos las siguientes fuerzas en sentido contrario a las del peso del azud:

el brazo para F1 se encuentra a b1= 0.85 m.

el brazo para F2 se encuentra a b2= 1.13 m.

El brazo para Fh se encuentra a bh= 0.30 m. Para poder determinar el peso del azud debemos realizar una idealizacin tal como se muestra en la figura 6 y de esta forma facilitar el clculo:

el brazo se encuentra a bW1=1.50 m.

el brazo se encuentra a bW2=0.87 m.

el brazo se encuentra a bW3=0.85 m.

el brazo se encuentra a bW4=1.525 m.Obtenidas todas las fuerzas y brazos, pasamos a obtener el factor de seguridad al vuelco y deslizamiento y aplicar a las ecuaciones (21) y (22) respectivamente:Me=4468 Kg-m, Mv=3484 Kg-m, FV=1658 Kg, y FH=1071 Kg

Figura 6.puesto que los factores al vuelco y deslizamiento no estn adecuados, se preciso aumentar un delantal aguas arriba de 1 m de longitud con el mismo espesor de losa como se muestra en la figura 7 cambiando as el W4 y su brazo de momento:

el brazo se encuentra a bW3=1.35 m.Obtenida la nueva Me=6316 Kg-m, Mv=3484 Kg-m, FV=2498 Kg, y FH=1071 Kg

Figura 7.Finalmente para obtener la altura normal del tirante en el canal de aduccin se utiliz la ecuacin (23) como se muestra a continuacin:

luego de realizar una serie de tanteos se obtuvo el tirante yn= 0.54 m.