sustentacion 1-12

7/21/2019 Sustentacion 1-12

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DISEÑO DE UNA OBRA DE CAPTACION

a. GENERALIDADESa) PLANOS TOPOGRAFICOS Los planos topográficos son los siguientes:- Plano de la zona de la bocatoma a escala 1:500b) TRAZO DE CANALPara un canal de 7m3/s se hará el trazo de 3 kms apro!imadamente del canal de deri"aci#n $ue enlaza la bocatoma del

desarenadorc) SITUACION

%l área de los traba&os comprende parte del área de la cuenca del '(o )anta* aguas deba&o de su confluencia con el r(o +hu$uicaraentre las cotas 3,0 - 3.0 msnmPol(ticamente pertenece al distrito de chimbote* pro"incia del )anta epartamento de ncash* +artográficamente se ubica en laho&as 1f - 1g del 24 entre las coordenadas 7000 - 70000 %ste - 037000 - 0,0000 4orted) ACCESO

Para las zonas del pro-ecto $ue se ubica en el 6alle del 'i# )anta parte de la Panamericana 4orte a la altura del poblado de )antaun camino afirmado $ue sigue a lo largo de dicho "alle hasta la localidad de ablones en una longitud de 70 km lugar donde estánubicadas las obras %ste camino contin8a hacia +hu$uicara - 9uallanca

II. OBJETIVOS♦ %l ob&eti"o fundamental de la creaci#n de una bocatoma es promo"er el desarrollo integral de los 6alles de 2nfluenciadel Pro-ecto*aumentando - me&orando la utilizaci#n de los recursos naturales agua suelo e!istentes* ele"ando el ni"el de "idadel poblador rural* a tra";s del aumento de la producci#n - producti"idad agropecuaria - groindustrial generando di"isas

además de la generaci#n de empleo con las obras para almacenar 100<000*000 ==+* el sistema de 'egulaci#n Pampa +oloradacon >ocatoma * esarenador - +anal de conducci#n Poctao ? Pampa +olorada )ech(n - un 'eser"orio de almacenamiento de30<000*000 ==+* además el me&oramiento - 'ehabilitaci#n de la 2nfraestructura =enor de 'iego - rena&e para una operaci#n#ptima del )istema♦ =e&oramiento - mpliaci#n de reas >a&o 'iego* el Pro-ecto contempla la utilizaci#n del agua del '(o )anta paracontemplar el riego de las áreas en actual e!plotaci#n en los 6alles deficitarios de 4epe@a* +asma - )ech(n - el mane&o racionaldel agua en el "alle de )anta ?Lacramarca - la incorporaci#n de nue"as áreas en ;stos 6alles - sus inter"alles♦ eneraci#n - =e&oramiento de %mpleo* el Pro-ecto por su naturaleza* estaba llamado a generar las me&oresoportunidades de insumir mano de Abra* tanto en su etapa de e&ecuci#n de la infraestructura* como durante el funcionamiento - suoperaci#n Las familias beneficiadas ascend(an a *000 familias beneficiadas directamente - 13*000 familias indirectamente

III. FUNDAMENTO TEORICOESTRUCTURA DE CAPTACIÓN - BOCATOMA%s la estructura u obra hidráulica $ue constitu-e un sistema de conducci#n de agua* $ue cumple la funci#n de captar agua de lafuente Br(oC - su entrega al canal de transporteD con la finalidad de deri"ar parte o total del caudal $ue discurre en un r(o para

utilizar el agua en pro-ectos de irrigaci#n* generaci#n de energ(a hidroel;ctrica o de abastecimiento de agua potableESTUDIOS PREVIOS AL DISEÑO1 UBICACIÓN.- La topograf(a - la geolog(a determinan la ubicaci#n de la bocatoma )e recomienda $ue el lugar elegido

presente las siguientes condiciones: La direcci#n o ruta de agua debe ser lo más estabilizada o definida La captaci#n de agua a ser deri"ada debe ser lo posible a8n en ;poca de estia&e La entrada de sedimentos hacia el canal de deri"aci#n debe ser limitada en lo má!imo posible

. TOPOGRAFÍA.- efinida la ubicaci#n se efect8an los traba&os topográficos )e re$uiere plano de emplazamiento de presa- cobertura del área aguas arriba - aguas aba&o del e&e de la presa La informaci#n topográfica consta principalmente de: Levantament! en "#anta $e# %a&%e' una distancia m(nima de .00 m aguas arriba* como aguas aba&o del e&e del barra&e aescala 1:.00 Levantament! #!%a#(a$!' de la zona de ubicaci#n )e recomienda 500 ! 500 m* escala no menor de 1:500 Pe)*# #!n+t&$na# $e# ),!' por lo menos 100 m* tanto aguas arriba como aguas aba&o del e&e de barra&e* escalarecomendad 9D 1:.00 - 6D 1:.00

Se%%!ne t)anve)a#e' del cauce del r(o cada 50 m* en un tramo comprendido en 1000 m aguas arriba - 500 m aguasaba&o del e&e del barra&e* escalas 1:100 # 1.003 GEOLOGÍA GEOTECNIA.- )u conocimiento permitirá dimensionar con ma-or seguridad la estructura por lo $ue se

recomienda la obtenci#n de los siguientes datos* como resultado de los estudios geol#gicos ? geot;cnicos, /IDROLOGÍA.- %s importante conocer el comportamiento hidrol#gico del r(o* -a $ue permitirá garantizar el caudal ha

deri"ar* as( como definir el dimensionamiento de los elementos de la bocatoma %ntre los datos a obtener son: +audal de dise@o para una a"enida má!ima +audales medios - má!imos +ur"a de caudales "s irante en la zona de barra&e)e utilizara el m;todo de umbel para el cálculo de caudal de dise@o=%AA % E=>%LPara calcular el caudal de dise@o para un periodo de retorno determinado se usa la ecuaci#n:

( )T Y QQ N

N

Q

m lnma! −−=σ

σ FFFFFFFF B1C

)iendo:



1

1

..

−

−

=

∑=

N

NQQ N

i

mi

Qσ

FFFFFFFFFFB.C

donde: Gma! H caudal má!imo para un periodo de retorno determinado* en m3/seg 4 H numero de a@os de registro

Gi H caudales má!imos anuales registrados* en m3

/seg

N

Q

Q

N

i

i

m

∑== 1

* caudal promedio* en m3/seg

H periodo de retorno

= N N Y *σ

constantes en funci#n de 4* tabla 1B"ariables reducidasC

=Qσ des"iaci#n estándar de los caudales

Para calcular el inter"alo de confianza* o sea* a$uel dentro del cual puede "ariar G ma! dependiendo del registro disponible se hace losiguiente:

0 )iT

11−=φ "ar(a entre 0.0 - 00* el inter"alo de confianza se calcula con la formula:

N N Q

N

Q

mσ

σ ασ ±=∆ FFFFFFF B3C

donde: 4 H numero de a@os de registro

m N ασ Hconstante en funci#n deφ * tabla .

N σ H constante en funci#n de 4 tabla 1

Qσ H des"iaci#n estándar de los caudales* ecuaci#n B.C

1 )i φ I00* el inter"alo se calcula como:

N

QQ

σ

σ 1,1±=∆ FFFFFFF B,C

La zona de φ comprendida entre 00 - 00 se considera de transici#n* donde Q∆ es proporcional al calculado con las

ecuaciones 3 - ,* dependiendo del "alor de φ %l caudal má!imo de dise@o para un cierto periodo de retorno será igual al caudal má!imo con la ecuaci#n B1C* más el inter"alode confianza* calculado con B3C o B,C

QQQd

∆±= ma! FFFFFF B5C

5 SEDIMENTOS.- %l acarreo de sedimento por los r(os del Per8 es de consideraci#n* en ;pocas de crecidas arrastran grancantidad de "olumen de sedimento - en algunos casos es material de tama@o significati"o - de dureza* implica $ue lasestructuras deben dise@arse para resistir erosi#n por arrastre %l concreto o el re"estimiento natural de roca pura resulta ser los materiales básicos demás el cambio de pendiente - alineamiento en la estructura debe ser sua"e - gradual%l poder destructor de los sedimentos es una funci#n de la concentraci#n* calidad mineral forma - tama@o de las part(culass#lidas* as( como de la "elocidad

J ECOLOGÍA.- La construcci#n de una estructura en un r(o* causa alteraci#n del e$uilibrio ecol#gico de la zona* sobre todorelacionado con la fauna )e debe tratar de no alterar dicho e$uilibrio

7 OTROS.- )e inclu-en las limitaciones u obligaciones $ue se debe tener en cuenta para la construcci#n de la >ocatoma* las$ue son de origen legal Por efecto de 'emanso se podr(a inundar terrenos aleda@os o construcciones anteriores como puentes* caminos* etc

PRINCIPALES TIPOS DE BOCATOMA%!isten "arios factores $ue definen el tipo de bocatoma* entre los cuales podemos citar: el r;gimen del r(o* el transporte de loss#lidos* el caudal de la captaci#n* las caracter(sticas del lecho del r(o* su secci#n trans"ersal %ntre ellas tenemos:0. BOCATOMA DIRECTA.- Ebicada directamente hacia el r(o* no necesita construcci#n de barra&e* sin embargo puede tener

una disminuci#n de la captaci#n en ;pocas de estia&e - ser obstruidas en crecidas%!isten . "ariables en esta soluci#n: B!%at!ma $)e%ta *)!nta#2 iene captaci#n normal a direcci#n de flu&o* lo $ue ocasiona continuas erosiones en las paredes del canal de ingreso B!%at!ma $)e%ta #ate)a#2 iene captaci#n en la margen del r(o mediante una abertura e&ecutada en la misma - secontrola el ingreso de agua en forma trans"ersal al flu&o del r(o mediante compuertas* e"itando ingreso de s#lidos

1. BOCATOMA CON PRESA DERIVADORA.- 'ealiza la captaci#n de las aguas del r(o mediante el cierre del cauce con

una presa deri"adota Bbarra&eC $ue asegura una captaci#n más regular* debido a remansamiento producidoPueden presenta las siguientes "ariables: B!%at!ma $e 3a))a4e *4!2 La presa deri"adora lo constitu-e un elemento r(gido )e prefiere en r(os caudalosos -torrentosos cuando el "olumen deri"ado es menor al caudal medio del r(o



B!%at!ma $e 3a))a4e m5t!2 +uando la contenci#n del agua se efect8a mediante una serie de pilares $ue soportancompuertas $ue cierran el curso - ele"an el ni"el para deri"ar parte de las aguas del pro-ecto %s ideal en r(os caudalosos con pendientes sua"es B!%at!ma m5ta2 )i parte del cauce es cerrado con un elemento fi&o - otra con una estructura m#"il %s ideal para r(osde la costa* donde en crecidas arrastran sedimentos - en estia&e disminu-en sus gastos T!ma t)!#ea ! Ca&%aana2 Llamada tambi;n sumergida* sus estructura de captaci#n se encuentran dentro de lasecci#n del barra&e* en una ca"idad protegida por re&illas* $ue impiden el paso de s#lidos %s ideal para las partes altas de lacordillera* donde aguas son limpias

CONSIDERACIONES DE DISEÑO0. OPERACIÓN DE PRESAS DE DERIVACIÓN.-A6 En %!n$%!ne $e !"e)a%7n m8 $e*av!)a3#e' el "ertedero de la presa debe permitir el paso del caudal má!imasBGderi"aci#n H 0CD es decir para condici#n de la presencia de la má!ima a"enida* sin causar da@os a la toma* con las compuertacerradasB6 En %!n$%!ne $e !"e)a%7n' la captaci#n se obtiene de una "entana frontal en el muro de encauzamiento %l controldel caudal en la bocatoma - el canal de deri"aci#n se efect8a por compuertas - en un ali"iadero lateral en el canal dederi"aci#n ntes de la "entana se dise@a el canal de limpia - un canal de purga luego de la "entana de captaci#n $ue permiteel control sobre material grueso de arrastre

1. EFICIENCIA DE UNA PRESA DE DERIVACIÓN.- ebe cumplir: segurar la deri"aci#n permanente del caudal de dise@o BGC e&ar pasar la a"enida de dise@o BGma!C* $ue contiene gran cantidad de s#lidos en arrastre - material flotante +aptar el m(nimo de s#lidos - disponer de medios para su e"acuaci#n %"itar su ingreso al sistema Pro"ocar decantaci#n - eliminaci#n luego de su ingreso %star ubicada en un lugar $ue presente condiciones fa"orables desde el punto de "ista constructi"o +onser"ar aguas aba&o* suficiente capacidad de transporte para e"itar sedimentaci#n

9. FACTORES :UE DISMINUEN LA CAPTACIÓN.- 4ecesidad de mantener en el r(o un caudal remanente* lo suficiente importante como para e"itar sedimentaci#n - permitir el arrastre de s#lidos no captados %l caudal empleado por medio de un canal de purga para eliminar el material s#lido grueso* inmediatamente luego de suingreso %l caudal empleado para purgar desarenador B5 a 10K del caudal deri"adoC

ESTRUCTURAS PRINCIPALES DE UNA BOCATOMA0. MUROS O DI:UES DE ENCAU;AMIENTO.- )u ob&eto es encauzar el flu&o del r(o - proteger los terrenos ribere@os aguasarriba de la toma - e"itar desbordamientos como consecuencia de la instalaci#n del barra&e )e constru-en aguas arriba - aguasaba&o del barra&e en ambas márgenes Pueden ser de concreto simple* armado* o ser di$ues construidos de tierra o deenrocamiento* seg8n materiales de la zona1. PRESA DERIVADORA.- Llamada tambi;n cortina* azud o 3a))a4e< es una represa construida trans"ersalmente al r(o conob&eto de le"antar el tirante de agua* con la finalidad facilitar el ingreso de agua en el bocal de toma - deri"ar parte del caudal a

un canal9. SOLADO O COLC/ÓN DISIPADOR.- +omo consecuencia de la colocaci#n de la presa deri"adora en el cauce del r(o seorigina un incremento de la energ(a potencial* $ue al "erter el agua encima del barra&e se transforma en energ(a cin;tica $ue causaerosi#n* por lo cual es con"eniente instalar un colch#n disipador para producir el salto hidráulico - amortiguar la energ(a %lalgunos tipo de colch#n* para amortiguar el salto en una longitud menor se le acondiciona dientes - dados dentro de la poza=. CANAL DE LIMPIA.- %sta estructura tiene la finalidad de eliminar los s#lidos $ue se depositen delante de las "entanas decaptaci#n>. BOCAL DE TOMA.- %s la estructura $ue esta ubicada en uno de las márgenes del r(o* hacia aguas arriba de la presaderi"adora - tiene por ob&eto captar las aguasD consta de un "ertedero u orificio de captaci#n protegido de re&illas - para suoperaci#n se instalan compuertas de protecci#n - de regulaci#n

La ma-or parte de las tomas se han hecho en ángulo recto con el barra&e pero el bocal con el r(o puede $uedar con un ánguloentre .0 - 30

La capacidad de la toma se determina de acuerdo a las demandas de la c;dula de culti"os en el caso de un pro-ecto agr(cola*o de acuerdo a las capacidades de la central hidroel;ctrica o del pro-ecto de abastecimiento de agua potable considerando

adicionalmente las p;rdidas necesarias para eliminar los sedimentos $ue pudiera ingresar La "elocidad de entrada del agua por los "anos del bocal de captaci#n debe $uedar comprendida entre ?.@? 0.1? me+%l bocal de toma se ubica por lo general aguas arriba del barra&e "ertedero* procurando $ue el ingreso de sedimentos sea el

m(nimo La toma generalmente es de forma abocinada* en la parte superior se instalan los orificios de captaci#n separados por muros* - los flu&os de cada compuerta se amortiguan en una poza de tran$uilizaci#n $ue termina en el punto inicial del canalde deri"aci#n ELEMENTOS PRINCIPALES DE LA TOMA:

A6 VENTANA DE CAPTACIÓN2 %s la entrada de agua de la toma $ue en ciertos casos están instaladas en un paramento deconcreto totalmente protegido* detrás del "ertedero de toma u orificio se colocan los mecanismos de cierre de emergencia -luego las compuertas de controlLos mecanismos de iza&e deben ser ubicados en una ele"aci#n superior a las má!imas a"enidas La longitud de las "entanas por lo general "ar(a de .0 a ,0 m dependiendo de las dimensiones de la compuerta standard



B6 CANAL DESRIPIADOR2 %ntre el "ertedero de captaci#n - los orificios de toma o despu;s de los orificios de toma se pro-ecta un canal trans"ersal al flu&o con el prop#sito de decantar los materiales s#lidos $ue pudiera haber ingresado en el bocal de toma %ste canal debe tener fuerte pendiente para eliminar las gra"as aguas aba&o del barra&eC6 PO;A DE TRAN:UILI;ACIÓN: consecuencia de la diferencia de ni"eles de la cresta del barra&e - del lecho del r(ose produce una diferencia de cargas $ue es necesario controlar mediante una transici#n o una poza disipadora* aguas aba&o del bocal de toma

Para determinar los ni"eles en la poza de tran$uilizaci#n se aplica sucesi"amente en "arias secciones la f#rmula de>ernoulli desde el bocal de toma al punto de inicio del canal de deri"aci#n* teniendo en cuenta las p;rdidas $ue se producen en

cada secci#nLas principales p;rdidas en la toma - poza son las p;rdidas en la entrada Bseg8n tipo de entradaC* p;rdida entransiciones* p;rdida en re&illas - p;rdida por fricci#nD6 ALIVIADEROS2 %n algunos casos por mala operaci#n de las compuertas de regulaci#n ingresan caudales ma-ores a sucapacidad en el canal de deri"aci#n* lo cual obliga instalar ali"iaderos para eliminar las e!cedencias inmediatamente despu;sdel inicio del canal de deri"aci#n MECANIMOS PRINCIPALES DE LA TOMA

A6 REJILLAS: Las re&illas se instalan en el "ertedero de toma o en otros casos antes de los orificios de captaci#n con elob&eto de impedir el ingreso de materiales flotantes $ue pudiera lle"ar el r(o* dado $ue pueda causar obstrucci#n en la captaci#no disminuci#n del caudal captado La limpieza de los materiales adheridos a las re&as se hace mediante rastrillos mecánicosel;ctricos o manualmente

)on platinas metálicas de di"ersas formas* $ue pueden tener secciones rectangulares a circulares* unidas mediantesoldaduras formando paneles Las separaciones de las re&illas dependerán del material a eliminarD generalmente "ar(an de ,M aM* se recomienda disminuir el espaciamiento en la parte inferior del bocal Pueden ser "erticales* pero es más con"enientecierta inclinaci#n para facilitar su limpiezaB6 COMPUERTAS DE EMERGENCIA ATAGUÍAS62 %stas compuertas se instalan en la parte posterior de la pantallafrontal - como su nombre lo indica tiene por ob&eto un cierre "iolento de las "entanas u orificios de captaci#nC6 COMPUERTAS DE REGULACIÓN2 )on compuertas ubicadas detrás de las primeras - $ue tienen por ob&eto regular -controlar el caudal de ingreso* la capacidad má!ima de captaci#n del con&unto de compuertas instaladas debe ser similar a lacapacidad del canal de deri"aci#n* recomendándose $ue la "elocidad de ingreso frente a las compuertas "ar(e de 10 a .5m/segD6 COMPUERTA DE PURGA DE CANAL DESRIPIADOR : iene por ob&eto eliminar los materiales gruesos depositadosen el canal desripiador )e maniobran de acuerdo a la cantidad de material acumulado* por lo $ue deben ser resistentes - deoperaci#n intermitente

%l tomero debe cuidar de la buena operaci#n de esta compuerta* para efectuar el afine de los caudales de captaci#nmediante su apertura o cierre

IV. ESTUDIOS REALI;ADOS EN LA ;ONA0. ESTUDIOS /IDROLOGICOSLa bocatoma para el Pro-ecto será construida sobre el r(o )anta a una altitud apro!imada de 3.5 msnm* teniendo una cuenca

aportante de 1000 km. La secci#n elegida se encuentra aguas aba&o del ultimo afluente del r(o )anta - aguas arriba de la primera toma para el riego actual en el "alle ba&oa. C#mat!#!+,a

La precipitaci#n de la zona donde se construirá la bocatoma es prácticamente nula La temperatura mensual media "ar(aentre los 1 - .5 grados cent(grados durante el a@o - la humedad relati"a entre 70K - 7 KLas estaciones climatol#gicas mas cercanas a las zonas de los traba&os son las de la +entral 9idroel;ctrica +a@#n del PatoB13J msnmC - )an Nacinto B.3msnmC Las primera ubicada en le r(o )anta - la segunda ubicada en la cuenca del r(o 4epe@a)eg8n los registros de la estaci#n controlada por )%4=92 la precipitaci#n anual llega a los 11 mm La temperatura mediamensual es de .5O+ para los meses enero* febrero - marzo* descendiendo progresi"amente hasta llegar a los 1O+ en losmeses &ulio - agostoLa má!ima temperatura media mensual registrada ha sido 3. O+ ocurrida en el mes de febrero - la m(nima de 1.O+ ocurridaen agostoLa humedad relati"a media mensual "aria poco a lo largo del a@o sus "alores están entre 7K - 70K teniendo una má!ima

de 5K en abril - ma-o - una m(nima de 3K en enero - febreroLas horas de sol por dia "ar(an entre 77 para los meses de diciembre* enero - febrero - J horas para los meses de &unio - &ulio

B6 An8# De Aven$aPara determinar caudales de dise@o para la construcci#n de la bocatoma se ha realizado el análisis de a"enidas del '(o )antaen base al registro de caudales má!imos del periodo 157 ? 1, registrado en la %staci#n +ondorcerro* $ue se presentan elsiguiente cuadro 4O01 icha estaci#n esta ubicada a 1, km aguas arriba del sitio elegido para la bocatoma* teniendo prácticamente la misma cuenca receptora%l r(o )anta medida en al estaci#n +ondorcerro presente su periodo de a"enidas entre diciembre - abril de cada a@oconcentrándose en marzo los registros má!imos instantáneos+on la finalidad determinar el caudal de dise@o para la bocatoma se ha efectuado un análisis estad(stico de frecuencia decaudales má!imos instantáneos registrados en +ondorcerro



+E'A 4O 01Ca&$a#e M85m! $a)! M85m! Intant8ne! $e# ),! Santa en C!n$!)%e))!.

Pe)!$! 0>@ 0@=

1. ESTUDIOS GEOLOGICO GEOTECNICOLos registros de perforaci#n $ue se presenta en esta zona de la bocatoma indican lo siguiente:- %ntre los ni"eles 3.7 - 3., msnm el material predominante es una arena limosa B)=C intercala con capas de arcilla de

ba&a plasticidad B+LC - arena mal graduada B)PC- %ntre los ni"eles 3., - 3.0 msnm los materiales predominantes son las gra"as bien graduadas BC - gra"as malgraduadas BPC intercala con estratos de arcilla arenosa de ba&a plasticidad B+LC* arenas limosas B)=C - arena mal graduadaB)PC- %ntre los ni"eles 3.0 - 310 msnm los materiales predominantes son las gra"as bien graduadas BC - gra"as malgraduadas BPC con arena limpia de 10 .0K de bolones- %ntre los ni"eles 310 - 303 msnm los materiales predominantes son los gui&arros de ,M a 10M de diámetro de una matriz degra"a - arena- eba&o del ni"el 303 msnm - sobre el margen iz$uierdo del cauce principal del r(o )anta se e"idencia la presencia de laroca basica- la profundidad de J30 Bcota 311, msnmC ha sido encontrado el ni"el freáticoLa permeabilidad de área de cimentaci#n de la bocatoma de acuerdo con los resultados de las in"estigaciones "arian entre.0 ! 10. cm/s - 0J ! 105 cm/s

v. DISEÑO /IDRAULICO0. CARACTERISTICAS /IDRAULICAS DEL RIO

Para determinar las caracter(sticas hidráulicas del r(o se debe definir - uniformizar el cauce en la zona de captaci#n* siendoimportante los siguientes parámetros:♦ +audal de "enidas Gma! QBm3/sC

♦ alud de las márgenes del r(o BRC%ste talud es funci#n del material $ue conforman las márgenes del r(o* %n el cuadro 4 1* se presentan taludes recomendadosseg8n el material del terreno)in embargo los dise@os de acuerdo a la zona suele considerarse muros "erticales para efectuar encauzamiento Por tal moti"o puede considerarse un talud R H 0* en la zona de captaci#n♦ +oeficiente de 'ugosidad B n C%ste "alor es caracter(stico de cada cauce* dependiendo de la ma-or o menor resistencia $ue oponga el escurrimiento del fluido*siendo funci#n de lo siguiente

n H Bn0 S n1S n. Sn3 S n,C Bn5C FFFFFFFFFFF 1)egun od- L +oTan* se presenta el +uadro 4 . * para "alores de n0 a n5

♦ ncho de +auce > BmC9abiendo elegido un tipo de bocatoma con barra&e debe considerarse un ancho m(nimo

♦ Pendiente del '(o )o BKCLo determina el perfil longitudinal del r(o

@o+audal =á!imo iario

Bm3/sC+audal =á!imo 2nstantáneos

Bm3/sC15 ,07 J1515 77. 75

1J0 753, 1.0501J1 05 1J5001J. 700 10701J3 5, 117001J, ,71J J0701J5 1JJ 35 ,.01J7 05. .501J 3,5 ,0351J 5, ..0170 0 11J0171 17. 17,

175 J,5 000017J J11, 177 1015 1130017 301 ,..0017 J.77 730010 .57 ,.011 1. 55.J 73J013 5710 7J001, 7.. 10,10



♦ irante 4ormal Un *BmC

♦ Per(metro =o&ado PBmC

♦ rea 9idráulica Bm.C

♦ 'adio 9idráulico ' BmC

♦ %spe&o de gua BmC

♦ 6elocidad 6 Bm/sC

♦ 4umero de Vroude 4V)i 4V W 1 Vlu&o )ubcritico)i 4*V I 1 Vlu&o )uperc:r(tico

♦ %nerg(a %spec(fica %% BmCCuadro N° 01:

Taludes recme!dads "ara las m#r$e!es de u! r% se$&! el ma'erial de 'erre!(

+A'%)LE

9 : 6+onglomerado)uelos rcillosos)uelos reno Limosos)uelos renosos)uelos renosos )ueltos'oca lterada )uelta

'oca )ana

1 : 11 : 1

15 : 1. : 13 : 1

05 : 1

0.5 : 1'%LL%4A

LE9 : 6

ierra 6egetal)uelos renosos

15 : 13 : 1

1. CARACTERISTICAS /IDRULICAS DEL CANAL PRINCIPALLos parámetros de dise@o serán los $ue fueron mencionados para determinar las caracter(sticas hidráulicas del r(o %l ni"elm(nimo de la cresta del barra&e* debe ser igual al ni"el energ;tico $ue presenta el canal de deri"aci#n* conduciendo elcaudal re$uerido* más un margen de seguridad debido a la p;rdida de carga $ue sufriera el agua al deri"arse del r(o al canal

La cota de rasante en el inicio del canal será tomada en cuenta para el dise@o de la toma

Cuadro N° 02:Carac'er%s'icas del r% "ara el c#lcul del ceicie!'e de ru$sidad *!+

9. DISEÑO /IDRULICO DELA PRESA

DERIVADORA OBARRAJE

A6 LONGITUD DELBARRAJE2

)e debe procurar $ue lalongitud del barra&e conser"e

las mismas condicionesnaturales del cauce con elob&eto de no causar

modificaciones en sur;gimen s( una longitudmás angosta puedeocasionar una carga de aguaalta e inundar lasmárgenes* en cambio unalongitud de barra&e másamplia puede ocasionar azol"es aguas arribaoriginando pe$ue@os cauces $uedificultan la captaci#n en la

toma

CONDICIÓN DEL CANAL VALORES

=%'2L+A4)2%'A

ierra

n0

00.0'oca cortada 00.5ra"a fina 00.,ra"a gruesa 00.

'A %2''%EL'2

Liso

n1

0000=enor 0005=oderado 0010)e"ero 00.0

6'2+2A4%) % L)%++2X4 '4)6%')L%L +4L

radual

n.

0000

Acasionalmente 0005lternamenteVrecuentemente

0010 ? 0015lternante

%V%+26A'%L26A %A>)'E++2A4%)

espreciable

n3

0000=enor 0010 ? 0015preciable 00.0 ? 0030)e"ero 00,0 ? 00J0

6%%+2X4

>a&a

n,

0005 ? 0010=edia 0010 ? 00.5lta 00.5 ? 0050=u- lta 0050 ? 0100

+42 %=%4'A)

=enor n5

1000preciable 1150

)e"era 1300



B6 ALTURA DE BARRAJE

iene por ob&eto asegurar la deri"aci#n del caudal necesario en el canal principal - permitir el paso de e!cedentes por encimade la cresta %l ni"el de la cresta del barra&e BVig5C* será:

C c = C o + ho + h + 0.20 BmetrosCdonde:+o: cota del lecho del r(o agua arriba del barra&e9o: altura del umbral del "ertedero de captaci#n )e recomienda $ue sea ma-or de 0J0 m9: altura de la "entana de captaci#n* asumiendo $ue traba&a como "ertedero

La altura de la cresta "ertedora se fi&a tomando en cuenta el ni"el $ue tendrán las aguas con los caudales pro-ectados en elcanal de deri"aci#n más las p;rdidas $ue ocurrieran en la toma

C6 FORMA DE LA CRESTA DEL BARRAJE

%l E) >ureau of 'eclamation - el E) rm- +orps of %ngineers han desarrollado "arios perfiles standard los cualestienen la e!presi#n siguiente:

X n = . ! n"1 . #

onde:Y* U* coordenadas del perfil de la cresta9d* carga neta sobre la crestaZ* n* parámetros $ue dependen de la inclinaci#n de la superficie de aguas arriba

Pendiente de la cara aguas arriba k n6ertical B0C3 a 1 B033C3 a . B0JJC3 a 3 B100C

.00013J13173

15013J110177J

D6 CAPACIDAD DE DESCARGA DEL VERTEDOR La f#rmula general de los "ertederos es la siguiente:

$ = C % L % ! &'2

donde:

:* descarga en m3/segC* coeficiente de descarga $ue "ar(a de 1JJ a ..1 en m1/./seg

Vig 4O 5

Vig 4O 07



E6 LONGITUD EFECTIVA DE LA CRESTA2+uando e!isten pilares sobre la cresta "ertedora - los estribos pueden producir contracciones en el flu&o* la longitud efecti"a"iene dada por la ecuadi#n: L( = L) * 2 n , - + - ) / , ! 0onde:Le* longitud efecti"a de la crestaLm* longitud total de la cresta 4* n8mero de pilaress

k p* coeficiente de contracci#n de los pilares Bde 00.5 a 015Ck m* coeficiente de contracci#n lateral por muros90* carga de operaci#nPara estructuras de control de cresta libre* la capacidad de descarga está dada por la f#rmula general de "ertederos* mientras$ue para orificios o compuertas parcialmente abiertos la descarga se determina con la f#rmula general de orificios siguiente:$ = C % A % 2.!/ 1'2

onde:* área del orificio en m.* aceleraci#n de la gra"edad Bm/seg.C9* carga al centro del orificio en m*+* coeficiente de descarga

F6 CARGA SOBRE LA CRESTA DEL VERTEDERO /e62%sta carga "iene a constituir la altura del ni"el de agua* aguas del "ertedero* - es calculado mediante la ecuaci#n general delos "ertederos $ue se presenta a continuaci#n:

Q ma! H +d ! L ! B 9e C./3

espe&ando 9e tenemos

9e H 9o H

3/.

ma!

d C

Q

onde :9o H 9e : +arga total sobre la cresta inclu-endo la altura de la "elocidad %stá dado en mts 6er Vigura 4O J

ma!Q : +audal de má!ima a"enida Bm3/segC

L : Longitud efecti"a del "ertedero BmtsC+d : +oeficiente de descarga del "ertedero2n"estigadores como P 4o"ak B,C * han desarrollado f#rmulas de calculo para +d* asi tenemos:

+d H ./3 B.gC1/ . + FFFFFFFF B,C

eniendo en consideraci#n lo siguiente:onde + puede tomar los siguientes "alores:

)i 9d I 9ma! 057 ≤ + ≤ 075La presi#n es ma-or $ue la atmosf;rica

)i 9d H 9ma! + H 075BLa presi#n es atmosf;ricaC

9d H ltura de dise@o sobre el barra&eB)e producen presiones negati"as originando ca"itaci#n para 9 H .9dC%n general el primer caso no se presentaD en el segundo caso no se considera la "elocidad de llegada - el tercer caso seconsidera el más adecuado por $ue siempre habrá una "elocidad de llegadaPor seguridad no e!ceder el "alor de :

9ma! H 1J5 B 9dC + H 01

Vig 4O J



G6 VELOCIDAD DE LLEGADA V62%s a$uella con la cual las aguas se "an acercando al barra&e - se presentan hasta antes de formarse el perfil depresi"o s( enla Vigura 4 J tenemos:

P S 9e H U S 9" FFFFFFFF B5Cdemás:

CCBB Y ,

Q

A

Q- == D

CCBB.. ..

..

Y , $

Q

$

- ./ ==

'eemplazando datos en la ecuaci#n 5 - tanteando "alores hallamos el "alor de U U la carga neta de agua sobre la crestaserá:9d H 9e ? 9" FFFFFFFF BJC

onde:Gma!: +audal má!imo Brn3/sC>: ncho del cauceP: ltura del >arra&e 6ertedero BrnC9e: ltura de +arga otal BmCU : irante guas rriba del >arra&e BmC9": ltura de 6elocidad BmCg : celeraci#n de la ra"edad* Bm/s.C: [rea de la secci#n del r(o en la zona de captaci\n Bm.C6: 6elocidad de llegada Bm/sC9d: +arga neta sobre la cresta BmC

/6 DIMENSIONAMIENTO DE LA BASE DEL BARRAJE2Para lograr una buena estabilidad del barra&e* resistido por su propio peso* se sugiere la metodolog(a $ue presentan om;z - 4a"arroLa Vigura 4 11 representa el perfil triangular es$uemático del barra&e - del empu&e onde:: Peso del bara&eV: Vuerza de %mpu&e 9idrostático)p: )ubpresi#n e&ercida en todo lo ancho de la base b con una carga constante igual a 9t9t: ltura de carga total BmCP: ltura del barra&e BmC b: ncho del barra&e BmCr: Profundidad de la poza disipadora BmC

e la Vigura 4 11 tomando momentos con respecto al centro de presi#n* suponiendo $ue ;ste se encuentra en ele!tremo aguas aba&o del n8cleo central tenemos:

0CJ

BC3

BC3

B =−− ,

S" .'

F b

0

onde:S" 1 b2.')2 δ .3O )

CCBB.

1.O .

'

' . F δ =

CCBB.

1C T

. b0 δ =

δ .3O: Peso espec(fico del aguaδ C :: Peso espec(fico del concreto'eemplazando - efectuando operaciones tenemos:

./1C1B −= c

.'

b δ FFFF B7C



I6 CURVA DE TRANSICIÓN ENTRE EL ESCARPE EL SOLADO DE LA PO;A+on la finalidad de $ue el cambio de direcci#n $ue originan las aguas al pasar el "ertedero a la poza de disipaci#n de energ(ano sea brusco* usaremos como elemento de transici#n una cur"a circular* tal como se muestra en la Vigura 4O 1. s(tenemos:

β H Arcr '$ 45Z FFFF BCOOOPor tratarse de una cur"a circular:

H ' tag Bβ/.C FFFF BClgunos ingenieros B=ansenC recomiendan un ' H 05 B9oC # . B9dC en funci#n de la carga de dise@o* con la cual $uedadefinida el perfil e!terno de la estrutura barra&e poza de disipaci#n

J6 DISEÑO DE LA LMINA VERTIENTE SUPERIOR E INFERIOR SOBRE EL VERTEDERO%l perfil de la lámina de agua se dise@ará con los ensa-os realizados por el E) rm- %ngineers aterTa-s %!perimental)tatio* mostrados en la Vigura 13

=. SOLADO O COLC/ON DISIPADOR %n la práctica* el lecho amortiguador está rara "ez dise@ado para controlar la longitud total de un salto hidráulico libre* ellecho pa"imentado* por$ue tal situacion podr(a ser demasiado caro)i la altura del agua* aguas aba&o del barra&e* es mu- alta - el resalto se sumerge* el chorro $ue ba&a del azud puede continuar hacia aguas aba&o como una fuerte corriente de fondo lo $ue ser(a peligroso para el cauce continuaci#n presentamos el cálculo de la disipaci#n de ener$(a basado en la longitud del colch#n disipador - de los

Vig 4O 11

Vig 4O 1.

Vigura 4O 13



tirantes con&ugados BU1* U.C necesarios para la formaci#n del salto hidráulico- C8#%&#! $e 0 t)ante a# "e $e# 3a))a4e ve)te$e)!6.e acuerdo a la Vigura 4 1, - a la metodolog(a descrita por =ansen se tiene:Por >ernoulli tenemos:

$

- . P C E 6

d 2

+++=.

00FFFF B10C

Por >ernoulli tenemos:

$

- Y C E 2

++=.

1111 FFFF B11C

E 7 1 E 48 . 794 FFFF B1.C'eemplazando - despe&ando 61* en la ecuaci#n 1.:

./1

10

.

1101.

CB.

−−++−= − .)

$

- Y . P C C $ - .

d FFFF B13C

onde:+o: +ota del terreno en ]0^ BmsnmC+1: +ota del colch#n disipador BmsnmCP: ltura del barra&e BmC9d: ltura de la lámina "ertiente BmC

U1: irante del r(o al pie del azud BmC . 794: P;rdida por fricci#n entre ^0^ - ^1 ^ BmC69: 6elocidad en la cresta del barra&e Bm/sC61: 6elocidad a1 pie del talud Bm/sCr: Profundidad del colch#n disipador BmCg: celeraci#n de la gra"edad Bm/seg.CPara resol"er la ecuaci#n anterior es necesario asumir ciertos "alores tales como:

r 1 C 7 ; C 4 FFFF B1,C

( )

$

- .) 6

.10

.

10 =−

U1_01'eemplazando en la ecuaci#n 4O 1, tenemos:

( ) ./1

.

.50.1

+−++= $

-6Y . P r $ - sd

%ste "alor calculado por l ecuaci#n 1 necesita una comprobaci#n $ue:

( )( ) 1

1

11

1

1

11

Y

<

bY

Q

A

Q- ===

onde:

1

11

b

Q< =

Ama!: escarga de a"enida 2m=5s$1: escarga unitaria Bm./sC b: ancho de la poza disipadora BmC)i U1 obtenido en la f#rmula 1 es mu- cercano* al U1* supuesto en la e!presi#n 17 se prosigue al siguiente paso o sea el

cálculo de U.en caso contrario se "ol"erá a tantear con otro U1- C8#%&#! $e# t)ante %!n4&+a$! 1

%n la conser"aci#n de la fuerza espec(fica entre la seccion ]1M - ^.^ de la Vigura 4`1, se tiene la f#rmula presentada por =anson B.C:

( ) ( ) ( ) ./1

..11.

,

1

.

1.

++−=

$

Y - Y Y Y

La V#rmula de la energ(a liberada en el salto es :

( )

( ) ( ).1,

.1 3

Y Y

Y Y .>

−=

+uando U. W Un la longitud para el salto se reduce* llegándose a producir ahogamiento del mismo+uando U. I Un Bla más frecuenteC origina los ma-ores problemas a la estructura por lo cual se busca la forma decontrarrestarla ba&ando el ni"el del solado* hasta $ue un punto tal $ue la cota energ;tica despu;s del salto sea igual a la $ue

presenta inmediatamente aguas aba&oPara el colch#n #ptimo de entrega del ni"el de agua del tirante con&ugando ma-or BU.C - tirante normal del cauce BUnC debecumplirse lo siguiente:U.HUoSr La condici#n anterior pocas "eces se presenta* por lo $ue onzález - =ansen BJ.C recomiendan hacer la correcci#n par la



f#rmula siguiente:Un S r 115 BU.C

- Dmen!nament! $e #a "!(aPara dimensionar la poza habrá $ue determinar su profundidad* longitud* espesor - caracter(sticas del elemento $ue sir"a deenlaces entres esta - el barra&eProfundidad: %s el calculo por: r H +o ?+1

Longitud del colch#n disipador: %!isten "arias formulas emp(ricas - e!perimentales $ue se dan a continuaci#n $ue por logeneral dan "alores un poco conser"adores pero $ue orientan para tomar decisiones ene el dise@o final:

L H 5BU1 ? U.C )choklisch

L H J BU1CBV1C* siendo( ) .1

1

11

$Y

- F =

L H ,BU.C E) >ureau 'eclamation%spesor: %sta en funci#n de la magnitud de la supresi#n* por tal moti"o el cálculo se ara luego de estudiar dicho fen#meno

>. CANAL DE LIMPIAA.- Ve#!%$a$ )e&e)$a "a)a e# Cana# $e Lm"a)u ubicaci#n recomendada es perpendicular al e&e del barra&e "ertedero - su flu&o paralelo al r(o - formando un ángulo entre

,5 - J0 con el e&e de captaci#n Bpuede "ariar de acuerdo al criterio del dise@oC* a menos $ue se realice un modelohidráulico $ue determine* otras condiciones%l flu&o e!istente en el canal debe tener una "elocidad -c capaz de arrastrar los sedimentos depositados =ansen presenta laf#rmula siguiente:6c H B15C B+C Bl/.C *F B.1Conde:6c: 6elocidad para iniciar el arrastre Bm/sC+: +oeficiente en funci#n del tipo de material: iámetro del grano ma-or

To d( )a(ra3 C

rena - gra"a redondeadara"a cuadradaBrectangularC

=ezcla de arena - gra"a

3.3

35 a ,5

V i g u

r a 4 O 1 ,

sustentacion 1-12

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