Hoja Excel Para Diseño de Una Bocatoma Ing Msc Arbulú Ramos José CivilGeeks.com

8/17/2019 Hoja Excel Para Diseño de Una Bocatoma Ing Msc Arbulú Ramos José CivilGeeks.com

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0.0000 50.0000 100.0000 150.0000 200.0000 250.0000 300.0000 3

98.5000

99.0000

99.5000

100.0000

100.5000

101.0000

101.5000

102.0000

102.5000

103.0000

103.5000

CURVA DE AFORO " Q vs Cota "

Q ( m³ / s )

Cota ( m.s.n.m.)


2/99

50.000 100.000 150.000 200.000 250.000

0.0000

0.2000

0.4000

0.6000

0.8000

1.0000

1.2000

1.4000

1.6000

CURVA Qt vs H

Qt (Qal + Qcl) m³/s

H (m)


3/99

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00

-1500.00

-1000.00

-500.00

0.00

500.00

1000.00

1500.00

2000.00

2500.00

3000.00

DIAGRAMA DE RE!IOE!

Lx (m)

Sp (Kg / m³)


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ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

DISEÑO HIDRAULICO DE UNA BO

I. CONSTRUCCION DE CURVA DE AFORO PARA CANAL DE CONDUCCIÓN AGUAS ABA

DATOS HIDROLOGICOS

Q max = 253.842 m³/sQ medio = 3.000 m³/s

Q minimo = 1.000 m³/s

CAUDAL DE DERIVACION

Este caudal depende de las áreas a irrigar el pro!ecto "ue asimismo será descrito de la

&'()*+,-E- &'()*+-- dulo de riego Q necesario

a (ts/seg/á (ts/seg

a6 742 1.5 73

-lgodn 804 1.5 12079astos 200.4 0.7 120.24

aracu!a 44.4 0.7 27.74

(imn 144 0.7 87.4

ango 3.7 0.7 2.17

&'()*+,-E- - *:&,9,- dulo de riego Q necesario


a6 554.4 1.7 88;.04

-lgodn 785.2 1.7 107.32

9astos 180 0.; 127

aracu!a 42 0.; 2.4

(imn 127 0.; 88.2ango 7 0.; 4.2

Q derivad! ".#$# %&'(

APORTES)

9.

9recipitaciones 9lu>iales 40

)otal #, Q%*+ av.

Q%*+ ! -, Q%*+ av. / #, Q%*+. av.Qmáx = 150 Qmax. ->.

Qmáx = 380.;73 m3/s

?@e de$e e>itar diseAar con cargas menores al ;5 de las correspondientes al gasto maximo?

Qd ! 0-,.,1 m3/s

CALCULO DE L COEFICIENTE DE RUGOSIDAD 232

(as caractersticas del cauce son%


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2.B Crado de *rregularidad 9oco irregular

3.B +ariacin de la @eccin trans>ersal% +ariaciones ocasionale

4.B ,$strucciones #ormado por arrastre de races

5.B +egetacin% 9oca

),)-(

3 ! 4.4$5

CALCULO DE 2(2

El calculo de la pendiente se a o$tenido en el per#il longitudinal esta pendiente está

comprendida entre los tramos del Dilometrae %

0.374

440.00

-nco de plantila F = ;0.00 m

)alud G = 1

s = 0.00083

COTA Area 6%78 P 6%8 R.H.9 0'$.;700

100.0000 17.87 ;0.7;88 0.3847

100.5000 52.35 ;2.030 0.80;

101.0000 88.34 ;3.50;2 1.1303

101.5000 124.83 ;4.215 1.4054

102.0000 171.82 ;7.335; 1.7502102.3;00 18.51 ;;.3822 1.817

102.5000 1.31 ;;.;4 1.8;31

103.0000 23;.30 ;.1741 2.0;8

103.5000 2;5.; 80.5;83 2.2;11

En la gra#ica de la siguiente gra#ica con el >alor del %

allamos el >alor de la cota del espeo de agua en el canal de conduccin de aguas arr

RESULTADOS DEL CALCULO HIDRAULICO DEL CANAL DE ENCAU:AMIENTO 6AGUAS ARRIBA8)

;;.22

) = ;5.22 m

+alor aprox. En el a#oro

102.3; m.s.n.m

.;7 m.s.n.m

F = ;0.00 m

;. Tra3(i;i3 ;a3a> diri?id a> @arrae ;3 e> ;a3a> e3;a=a%ie3


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H

Qcaptacin=

)

(t

(ongitud de transicion.

9ara H = 12.50 I

(t = ) B t J &tg 12.5I / 2

onde %

) = ;;.22 m

t = ;0.00 m

empla6ando %

(t = 17.284

-sumimos %

L ! 04.44

II. CALCULO DE CAPTACIÓN

F(

Kn

$

empla6ando estos >alores tenemos "ue%

-sumimos un >alor de $ = 2.00

Q = 4.737 m³/s

s = 0.001

n = 0.014 e>estido de co

- = $ J Kn

9 = $ L 2Kn

Q J n / s M0.5 = - J M 2/3 = N-

2.052 N $JKnM 5/3O /

*terando %

Kn = 1.454

3 ! .,44

&on este >alor rempla6amos en las #ormulas ! se tiene .-rea mP = 3.000

9erim m = 5.000


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+elocidad = 1.545 m/s

> = 0.122 m.

E = Kn L > = 1.722 m.

Ca>;=> de @rde Li@re .

F( = Kn /3 = 0.500 m.

'saremos % BL ! 4.,4

Re(=>ad()F.(. 0.50 m

Kn 1.50 m

$ = 2.00 m

@. Di(e de ;a3a> de ;3d=;;i3)

)

$

-doptamos % G = 0.50 ori6ontal

$ = 2.00 m

n = 0.014 e>estido de co

s = 0.001

Q = Q J n / s M0.5 = - J M 2/3 = N-

el gra#ico %

- = $JKn L G J KnP

9 = $ L N2 J Kn J 1 L GPM0.5O

Q J n / sM0.5 = - J M2/3

2.052 -M5/3 / 9M2/3

*terando tenemos % Kn = 1.08

3 ! .044

&on este dato rempla6amos en las #ormulas ! tenemos%

-rea = 3.120 mP

9erimetro = 4.783 m

adio . = 0.777 mEspeo = 3.200 m

+ = 1.487 m/s


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E = Kn L> = 1.313 m


F( = Kn /3 = 0.400

'saremos % BL !

3.70 m

Re(=>ad()) = 3.20 m

$ = 2.00 m

;. Tra3(i;i3 ;a3a> de ;aa;i3 e> ;a3a> de ;3d=;;i3)H

Qcaptacin=

)

(t


9ara H = 12.50 I

(t = ) B t J &tg 12.5I / 2

onde %

) = 3.70 mt = 2.00 m

empla6ando %

(t = 3.70

-sumimos %

L ! $.#4

IV. BARRAJE MITO 6SE CALCULARA EL CAUDAL EN) CANAL DE LIMPIA EN ALIVIADERO8

. Ca( a>=ra( de> Barrae i)a. Ca>;=> de >a e>eva;i3 de> @arrae 6E>ev. B8


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donde% &R& =&ota de #ondo de la ra6ante del can

=&R L altura de sedimentos.

&R =&ota del #ondo de ra6ante

1.00 -ltura de sedime

Kn =)irante :ormal del canal m

> =&arga de >elocidad de &anal

0.20 =9erdidas por transicion cam$io de

empla6ando se tiene%

&R& = .;7 L 1.00

&R& = 100.;7 m.s.n.m

Ele>. F = 102.58 m.s.n.m

edondeamos ! para dar un seguridad a%

E>ev. B ! 40.#44

@. Ca>;=> de a>=ra de @arrae)9 = Ele>. F B &R

empla6ando %

9 = 2.840

9or lo tanto %

P ! 0.-,

Re(=%e3)

F.(. 0.50 m1.35 m

100.;7 m.s.n.m Kn 1.50 m 9=

$ = 2.00 m .;7 m.s.n.m

0. L3?i=d de> @arrae i de> @arrae %vi>

a. Predi%e3(i3a%ie3)

a.1 9or relacion de areas

El area idraulica del canal desarenador tiene una relacione de 1/10 del area

o$struida por el ali>iadero teniendose

A ! A0 '4

A A0

(d ;0 B (d


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-2 = -rea del $arrae #io

-1 = 9 J (d -2 = 9 J ;0B(d


9 J (d = 9 J ;0B(d /10

( d = 7.37 ;0 B (d =

Entonces% Ld ! 154 K Ld ! #$

a.2 (ongitud de compuerta del canal desarenador (cd

(cd = (d /2 = $.,4 m.

a.3 9redimensionamiento del espesor del 9ilar e

e = (cd /4 = 4.-- m.

e ! 4.1, % &onsideremos

@. Re(=%e3)

Di%e3(i3e( rea>e( de> ;a3a> de >i%ia @arrae i.

9 = 2.85 m

0.;5 m 0.;5 m 0.;5 m 73.00 m

2.;5 m 2.;5 m

;0.00 m

$. Ca>;=> >a Car?a Hidra=>i;a 2H2)

> e

1= +1P / 2g

9 = 2.85

d1

En este calculo se tendrá "ue considerar "ue las compuertas de$en estar a$iertas

para ello el caudal de diseAo se compartira entre el $arrae mo>il ! #io.


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?? se calcula asumiendo un >alor calcular el coe#iciente de descarga ?c? ! calcular

el caudal para el $arrae #io ! mo>il

El caudal calculado de$e ser igual al caudal de diseAo.

Q di(e %a+. ! Qa>iviader / Q;a3a>.>i%ia

a. De(;ar?a (@re >a ;re(a 6@arrae i8 ! Qa>iviader 6Qa>8

Qal = 0.55 J & J ( J M3/2

( = (1 B 2 : J Sp L SaJ =

Qal = escarga del ali

& = coe#iciente de d

( = (ongitud e#ecti>

= &arga so$re la c

(1 = (ongitud $ruta d

: = :umero de pilar

Sp = &oe#. de contrac

Sa = &oe#iciente de c

@e seguirá un proceso *terati>o asumiendo

9ara un = 0.50

&alculo de ?&? % & = &o J S1 J S

J 9/ = 5.;00

En la #ig.3 tenemos "ue %

J E#ectos de carga di#erentes a la del p

e =

e/ =

En la #ig. 4 tenemos "ue.

&/&o = S1 =

J 9or ser talud >ertical

S2 =

J 9or e#ectos del la>adero %

d =

d L / =

En la #ig ; tenemos "ue .

S3 =

J 9or e#ectos de inter#erencia del agua

d = =

d / e =


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S4 =

empla6ando tenemos "ue.

C ! $.5,

empla6ando en la #ormula de ?(? tenemos "ue.

L! #0.-4

empla6ando en la #ormula de ?Q? caudal so$re la cresta de $arrae #io tenemos "ue.

Q a> ! "-.0" m³/s

@. De(;ar?a e3 ;a3a> de >i%ia 6Q;>8@e considera "ue cada compuerta #unciona como >ertedero

9ara ello seguieremos iterando igual "ue anteriormente asumiendo

un >alor de para ello usaremos la siguiente #ormula%

Q cl = & J (TT J iM3/2

( = (1 B 2 : J Sp L SaJ =

( = (ongitud e#ecti>

= &arga so$re la c

(1 = (ongitud $ruta d

: = :umero de pilar

Sp = &oe#. de contrac

Sa = &oe#iciente de c

( = 5.50 m

&onsiderando compuerta como >ertedero%

9 = 0.00 m

donde% i = 9 L =

&alculo de ?&? % & =

)ra$aara como un ori# icio solo se co

C ! 4.1,

empla6ando en la #ormula de Q tenemos "ue%

Q ;> ! 0,.050 m³/s

@. De(;ar?a %*+i%a a> 2Q2Qt = Q al L Q cl

@umando los dos caudales%

Q ! 1$.,05

Este >alor no cumple con el caudal de diseAo tendremos "ue asumir

otro >alor de ??

@iguiendo este proceso de iteracion con el tanteo de ?? resultan los >alores "ue aparecen

en el cuadro de la siguiente%


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CUADRO PARA EL PROCESO ITERATIVO

0.5000 1.0000 1.37;3 1.5000

Q al 48.237 137.433 218.118 250.743

Q cl 25.22 31.171 35.;25 3;.425

Q t ;3.52 17;.54 253.843 288.078

*terando o$tenemos "ue Q max =

Q medio =

Q minimo =

Re(=%e3)

1.3; m

3.82 m

9= 2.85 m

0.40 m

-plicando la Ecuacion de Fernoull! entre los puntos 1 ! 2%

)enemos%

9 L = d1 L 1 ................ ...... 1

1 = +1P / 2 x g

+1 = Qal / d1 x (al

empla6ando el >alor de +1 en 1 ! luego en la #ormula

@e tiene%

9 L = d1 L N Qal / d1 x (

la suguiente ecuacin%

1.00 d1³ B 4.22 d1P L

1 2


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&alculo de tirante conugado d2 %

:IRI=+1 / N g J d1 OM0.5 = 4.3;

d2 / d1 = 0.5 J N 1 L 8RPM0.5 B 1O =

d2 = 0.40 m. x

&alculo de la longitud de la po6a para el resalto (p %

&on el >alor de R se puede clasi#icar el tipo de resalto el cu

de una po6a con dimensiones del estan"ue tipo *.

En la #ig 11. con el >alor de R encontramos "ue%

(p = 5.850 )p)p = J d2

El porcentae de aumento para este ti

orden del 10

)p = 1.10 x d2 =

(p = ".#1 %

@egUn (in"uist %

(p = 5 J d2 B d1 =

@egUn @a#rane6 %(p = 7 J d1 J +1 / g J d1 M 0.5

(p =

Escogeremos %

L !

". Di(e de> Peri> Crea?er =(a3d >a r%=>a de S;i%e%i)

! / o =

o = 1.3; m e la Rig. 1 o$tenemos%

+ = 0.82 m/s S = 0.515

B D x / o n

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90

-2.00

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

0.50

1.00

#

$%


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> / o = 0.0251

o = 1.3; m 5.42

K

eri>ando la ecuacion de &reager en % d!/dx

9unto de tangencia=

P. 6%8 6%81 0.000 0.000

2 0.300 B0.042

3 0.700 B0.152

4 0.00 B0.323

5 1.200 B0.552

7 1.500 B0.83;

; 1.800 B1.1;4

8 2.100 B1.574

2.400 B2.005

10 2.;00 B2.47

11 2.00 B2.851

12 3.300 B3.727

13 3.700 B4.273

!=B1.3;J0.515x/1.3;1.87

1

2

3

4

5

6

7

8

0

R1

R2

Xc

Yc

9

10

R11

12

1314


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E%a>%e de> Ci%a;i ;3 e> ;>;3 de a%ri?=a%ie3)

= 0.5 J9 L o

= 2.11 m -doptamos =

Di(e de %=r( de ;3e3(i3.

0.25 9L

1.25J9L= 5.2; m

9

5.42 m

;.00 m 20.42 m

3;.42 m

@. Di(e Hidra=>i;( C%>e%e3ari(.

@. 1 &alculo de la estructura de proteccion delantera a $ase de material rocoso(ongitud minima = 5 J = 7.84 m

&onsideramos ( = ;.00 m

-sumiremos una protecion de un espesor de %

@. 2 &alculo de la estructura de proteccion al #inal del colcon amortiguador enrocado.

Espesor eT = 0.7 J " M 0.5 J T / gM0.25

onde T = 9 L o =

" = Qal / $ =

emplaando %

eT = 0.0 m

9or criterio%

e ! 1.50 m

@. .3 calculo de la longuitud del enrrocado (e(e = (? B (p = 0.742 J c J T J "M0.5 B (p

empla6ando %

(e = 7.;07

-sumimos %

Le ! 4.44

Ca>;=> de ;a=da> 2Q2 e3 ;a3a> de ;aa;i3 ;=a3d ;=rre Q%a+.


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2.8; m

Qo

1.50 m

1.35 m

9ara el Q max. % 253.84 m³/s

En la seccin 1B1 %

Qo = 0.7 J - J N 2JgJM 0.5 O

Qo =

En la seccin 2B2%

Qo = - J M 2/3 J @M0.5 / n

*gualando el caudal en las dos #ormulas tenemos "ue iterar en el siguiente cuadro%

asta "ue !=0 %

En conclusin el caudal "ue pasara por el canal de captacion en enidas es%

Qo = ;.; J M0.5 = 1., %&'(

-ora el caudal "ue conduce el canal de captacion es de%

Entonces para max. a>enidas se tendra "ue deri>ar la di#erencia "ue es de%

&aso contrario se regularán las compuertas

9ara esta deri>acion construiremos un ali>iadero lateral para la deri>acion de las aguas para

ello usaremos la #ormula "ue esta$lecio Rroceiner ! es%

Q = 2/3 J + J ' J N 2JgM0.5 O J ( J M1.5

0.400 m 0.600 m 0.800 m 1.000 m 1.200 m 1.400 m

-5.00

-4.00

-3.00

-2.00

-1.00

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

&


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. Da( ?e3era>e()J Farrae a $ase de concreto ciclopeo cu!o peso

especi#ico es de 9c % 2300

usaremos canto rodado

J &oe#iciente de #riccion entre suelo ! el concreto segUn recomendaciones

este >alor esta entre 0.5 ! 1 tomaremos % 0.50

en nuestro caso predominan las arenas limoBarcillosas

J &apacidad de la carga de la arena = 2.75

J 9eso especi#ico del agua con sedimentos ! elementos #lotantes

1.0

J 9eso especi#ico del agua #iltrada 9# = 1000.00

J 9eso especi#ico del agua igual 9a = 1.45

0. B;a%a .

a. C>;3 a%ri?=adr.

El analisis estructural del colcon amortiguador consisteen analisar la su$presion ! determinar el espesor del colc

asegurar su esta$ilidad su analisis será para el ni>el de

mas des#a>ora$le

a. S=@re(i3)

(a su$presion en un punto cual"uiera se determina por la s

#ormula%

@p = 9# J cT J L T B

para un metro d

onde%

@p = @u$ presion = anco de la sec

cT = Ractor de su$ pr

0.5

T = 9ro#undidad del

con respecto al

(x/( = &arga perdida e

a.0 L3?i=d de i>ra;i3)

(ongitud de #iltracion necesaria V(n

(n = c J

onde.

=

c =

En el presente calculo se a predimensionado la estructura siguiendo las recomenB

daciones del estudio de @uelos considerando el dentellon a una pro#undidad de

1.80 m. !a "ue se cimentarán so$re un estrato de gra>a material alu>ional.


19/99


5.42 m

1.3; m

)alon punto critico

2.85 m

.;7 m.s.n.m

1.80

70.0 I 1.13 m

1.30 m

1.00 0.75 m 1;.7; m

(n = 25.18 m

&alculo de ?c? %

J &uando esta en max. ->enida%

=

c = (n/ =

J &uando esta al ni>el del cimacio%

=

c = (n/ =

J @egUn el criterio de Fligt recomieso$re limo ! arena el >alor de ?c?

J e estos tres cogeremos el menor

c =

(ongitud de #iltracion recorrida V(c

(c = ( L (> onde.

( = (ongitud ori6on

(> = (ongitud >ertical

@e considera distancia >ertical W= 45I

@e considera distancia ori6ontal X 45I

a.$ E(e(r de> C>;3 a%ri?=adr

9ara asegurar la esta$ilidad del colcon amortiguador el espesor se

calcula >ri#icando su peso "ue en cual"uier punto de$e ser por lo

menos igual al >alor de la su$presion en dico punto por ra6ones de

seguridad se adopta "ue el peso del colcon sea igual a los 4/3 del

>alor teorico.

e = 4 J @p / 3 J 9c

Empleando la #ormula de )araimo>ic

e = 0.2 J "M0.5 J GM0.25

á

1

2 3

4 5


20/99


G = &arga o energia

a.$ V>=%e3 de i>ra;i3

@e calcula empleando la #ormula "ue expresa la le! de arc!

Q = S J * J -

onde % Q = Casto de #iltracioS = &oe#iciente de p

* = 9endiente idra

- = -rea $ruta de la

la #iltracion

;. Ca>;=> ;e e(e(r de> ;>;3 a%ri?=adr.

;. Ca>;=> de >a >3?i=d de i>ra;i3 3e;e(aria 6L38 = 2.85 m

c = 8.84

(n = 25.18

;.0 Ca>;=> de >a >3?i=d ;%e3(ada 6L;8J &alculo de longitud >ertical (>

&alcularemos con los >alores del gra#ico de la siguiente o

(> = 7.01

( = 1.1;

(c =(>L(= 0,.-

como (n = (c entonces se esta posi$ilitando la tu$i#icacipor lo tanto no aremos uso de los lloraderos.

;.$ Verii;a;i3 de> e(e(r de> ;>;3 a%ri?=adr&alculo de la @u$ presion.

@p = 9# J cT J L T B (x /(


21/99


(as >aria$les "ue se presentan en la #ormula anteriorment

se a indicado sus >alores exepto%

( = ( / 3 L (>

empla6ando%

( = 12.40

/ ( = 0.230

,rdenando tenemos%

T m

9unto (x m 0.00 @p Dg/cmP

1 0.00 1.80 1425.00

2 0.00 1.80 2325.00

3 1.00 0.7; 2210.11

4 1.75 0.7; 15;2.51

5 5.42 0.7; 113.4;

7 1.32 1.;1 B45;.50

; 1.2 1.;1 B7.828 20.42 0.00 B74.2;

20.42 B20.;

,$tenemos el gra#ico de presiones en la siguiente oa%

e = 4 J @po / 3 J 9c

empla6ando% @po = 113.4; Dg/mP

9c = 2300 Sg/m³

e = 0.771 m

@egUn pro!ectos el >alor del espesor >aria entre 0.80 B 0.0m. en este caso el >alor de e

se encuentra $ao de este rango entonces elegimos el espesor de%

e= 4.54 %

-s mismo la su$presion >a adisminuir con el solado de proteccin al inicio.

;.$ Ca=da> de i>ra;i3 6Ave3ida( %a+i%a(8

atos% D = 1.20 m/dia

D = 1EB03 cm/seg

( = (c = 25.18 m

= 4.22 m

-nco de toda la cimentacion =

9ara una pro#undidad de = 1.80 m

El gasto de #iltracion es%

Q = 4.18; cm³/s

Q = 0.0042 (t/s

9ara todo el anco de la cimentacion%

Q = 0.274 (t/s

. A3a>i(i( de> @arrae ara a?=a a> 3ive> de >a ;re(a


22/99


91

@> @

2.85 m

Y

R

92

0.; m Ea

@p

Ruer6as "ue inter>ienen

R Ruer6a idrostática

Ea Empue acti>o del suelo en suelo #riccionante

Ya 9eso de la estructura

@p @u$ B 9resion

@ &omponente ori6ontal de la #uer6a sismica

@> &omponente >ertical de la #uer6a sismica

+e Empue del agua so$re la estructura ocacionado por aceleracion sismica

e =Es el momento producido por esta #uer6a.


23/99


a. F=era idr(*i;a 6F8. = 9= 2.85

R = 0.5 J 9a J P 9a = 1.45

R = 5.8 )n

+ = 9 /3 = 0.50 )n

@. E%=e a;iv de> (=e> 6Ea8.

Ea = 0.5 91 L 92 J 2

91 = 9c J 1 L 9a J

92 = 9# J 2 L 9T J Sa J 2 L 91

onde %

9# = 1000.00 Sg/m³

9T = 9eso especi#ico del suelo sumergido

9T = 9s B 1 =

2 = Espesor del suelo =

H = -ngulo de #riccion interna segUn ta$l

9s = @egUn ta$la :I @ =

9a = 1.45 )n/m³

Sa = N )ag 45 B H/2 OP = 0.24

9c = 9eso especi#ico del concreto=

1 = Espesor solado delantero =

empla6ando tenemos%

91 = 5.2825 )n/mP

92 = 0.85 )n/mP

Ea = 1.45 )n/m

Ka = 2291 L 92 / N 391 L 92 O

Ka = 0.418

;. E%=e de> (>ad de>a3er 6E;8.Ec = 0.5J9 L 91J 1

onde 9 = 9a J = 4.1325

Entonces %

Ec = 2.353;5

Kc = 2J2 L 1 / 2 =

d. Pera>e de> e( de >a e(r=;=ra 68.El peso de la estructura $iene acer el peso del $arrae para ello di>idiremos

en las partes como el numero de cordenadas "ue se calcularon para el diseAo

del per#il ! dico $arrae se a di>idido en porciones ! se a calculado

su centro de gra>edad %


24/99


:I anco m -lto m -rea mP x m ! m

1 0.30 3.55 1.07 0.15 1.;;

2 0.30 3.72 1.0 0.45 1.81

3 0.30 3.;7 1.13 0.;5 1.88

4 0.30 3.7 1.1 1.05 1.8

5 0.30 4.22 1.2; 1.35 2.11

7 0.30 4.53 1.37 1.75 2.27

; 0.30 4.8 1.4; 1.5 2.45

8 0.30 5.31 1.5 2.25 2.75

0.30 5.;; 1.;3 2.55 2.8

10 0.20 7.20 1.24 2.80 3.10

11 0.40 7.;7 2.;1 3.10 3.38

12 0.30 ;.4; 2.24 3.45 3.;3

13 0.33 8.17 2.75 3.;7 4.08

),)-( % 20.;2 12.15 34.1020;3187

Z = 1.54 mK = 0.58 m

9eso de la estructura para un metro de anco de $arrae %

! "1.#,5--041 T3


25/99


e. S=@ re(i3 6S8.@p = c J 9a J J ( / 2

c = 0.50

onde % ( = 5.42

@p = 1.7 )n/m

Zsp = 2J(/3 = 3.71 m

F. Si(%.

&omponente ori6ontal del sismo.

@ = 0.1 J Y = 4.;7588120; )n

&omponente +ertical del sismo.

@> = 0.03 J Y = 1.430 )n

Estas #uer6as actuan en el centro de gra>edad de la estructura.

. E%=e de> a?=a devid a >a a;e>era(i3 (i(%i;a.

(a #uer6a sismica en el agua ! "ue se reparte en la estructura esta dada por

la siguiente #ormula%

+e = 0.;27 J 9e J !

onde%

-umento de presion de agua en ($/ pieP a cual"uier

ele>acion de$ido alas oscilaciones sismicas ! se calcula

por la siguiente #ormula%

9e = c J i J 9a J

& = &oe#iciente de distri$ucion de presion

& = &m J N ! 2 B !/ L > J 2 B !/ / M0.5 O /

! = istancia >ertical de la super#icie de

ele>acion en pies.

&m = +alor maximo de & para un talud c

En la super#icie del agua%

!=0 c=0 9e = 0

En el #ondo del $arrae

! = 2.85

= 2.85

!/ = 1.00

9ara paramento >ertical%

c = 0.;3

9ara un sismo d

escala de erc(a aceleracion si

aceleracion de l


26/99


i = 0.32

9a = 0.48 l$/pie³

= .35 pie

empla6ando %

9e = 1;.58 l$/ pie

+e = 1340.1 l$ / pie

El momento de >olteo será de%

e = 0.2 J 9e J !P

e = 500;.02 l$ B pie

En unidades metricas seria %

+e = 1.5 )n/m

e = 2.2;1 )n B m

0. A3a>i(i( de e(a@i>idad de a?=a.(a #alla en la estructura puede ser por +olteo desli6amiento ! es#uer6os excesi>os.

e$era pre>eerse "ue en el plano de desplante de la estructura solo tengan es#uer6os

a compresion ! "ue el suelo admita tracciones esto se logra cuando la resultante de

las #uer6as actuantes corta al plano de la $ase en el tercio central


27/99


U@i;a;i3 de >a Re(=>a3e 6r8)omando momento respecto al punto ?0?

R Ea Ec @

R or6 m B5.88 B1.447 B2.354 B4.;77

Fra6o m 0.50 0.418 0.24 0.5;;

ot m B5.54 B0.705 B2.1;5 B2.;51

@p @> Y ),)-(

R >ert. m B1.74 B1.430 4;.770 44.277

Fra6o m 3.713 1.541 1.541

ot m B;.0; B2.203 ;3.43

L =

m B =

'$icacin de la esultante con respecto a ?,? %

Zr =N B L L O / R>ert 2.100 m ,S[

&ae en el tercio

E+;e3re;idad 6e8e = (/2 B Zr = 0.710

E(a@i>idad a> v>eR.@. = suma L / suma B W 1.5

R.@. = 3.237 ,S[

E(a@i>idad a> de(>ia%ie3.Ruer6a resistente Rr = u J R> u = &oe#icient

entre el concreto

Rr = 13.28 pro!ecto u=

e$e cumplir "ue Rr W R ,S[ caso contrario

dentellon el cua

optadas

Ca>;=> ara =3di%ie3\ = resistencia del terreno segUn estudios de suelos del pro!ecto

\ = 1.2 Sg/cmP

Estos es#uer6os están dados por%

\ = N @uma R> J 1 ] 7e / $ O / a J $

\1 = .0 ?';%7\2 = 4.0 ?';%7

\1 se encuentra en el rango X 1.20 Sg/cmP


28/99


CATOMA

JO

in#ormacion $asica%

-, Q%*+ av.


29/99


0.005

0.005

9oca 0.010

0.005

0.03

0 L 000 a 0 L 440

:ota%

@e tiene un material a los costados del

rio de tierra compacta

'3 (9 '0 Q 6%&'(8

25.741 0.02 4.;81

25.741 0.02 31.188

25.741 0.02 ;3.740

25.741 0.02 12.382

25.741 0.02 17.3325.741 0.02 253.38

25.741 0.02 2;5.31;

25.741 0.02 373.828

25.741 0.02 471.27

Q max = 253.842 m³/s

i$a

F( =Kn/3= 0.8; m

F( 1.00 m

Kn 2.71 m


30/99


253.842 m³/s t

m.

m.

creto

M 5/3O / N9 M 2/3O

N $ L 2KnM 2/3O

m


31/99


F(

Kn

creto

M 5/3O / N9 M 2/3O


32/99


m.

4."4 %

F(= 0.40 m

Kn= 1.20 m

4.737 m³/s t

m.


33/99


al de captacion

ntos

= 1.500

= 0.122

ireccion etc.

101.1 m.s.n.m

m.s.n.m.

m

%.

102.71 m.s.n.m

2.85 m

-1 = -rea del $arrae mo>il

9


34/99


73.74

d

d2


35/99


iadero

scarga

de la cresta

resta inclu!endo >

e la cresta = 73.00

s "ue atra>iesa el ali>iadero = 2.00

. de pilares triangular = 0.00

ntraccion de estri$os = 0.20

J S3 J S4

&o = 3.5

ro!ecto

1.00 e$e ser menor "ue

1 consideramos 0.

1.00

1.00

9 = 2.85 m

7.;0

1.00

de descarga %

0.500

1.000


36/99


1.00

de la cresta

resta inclu!endo > 3.35 m

el canal = 5.50

s "ue atra>iesa el ali>iadero = 2.00

. de pilares triangular = 0.00

ntraccion de estri$os = 0.00

= 3.35 m

3.35 m

0.;5

nsidera perdidas por arrastre


37/99


253.842 m³/s 1.3; m

3.000 m³/s 0.00 m

1.000 m³/s 0.00 m

1.4 m =d

=1

2.28 m =d2

=d1

(p

Qal = 218 m³/s

(al = 73.00 m

1

al P / 2g O

0.71 = 0


38/99


)anteo de$e cumplir = 0

d1 !=

0.10 0.5;

0.20 0.45

0.30 0.258

0.40 0.000.50 B0.32

0.70 B0.7

0.;0 B1.11

0.80 B1.58

+1 = 8.755 m/s

+1 = 3.82 m

5.;0

5.;00 = 0.$ %

al indica el uso

ipo de po6as es de el

2.51 m

.40

10.4

,.44 %

9ag 07 $ocatomas parte 1


39/99


102.71 m

Z

.;7 m

e la Rig. 1a o$tenemos%

Zc / o = 0.2;0

Zc = 0.3; m

Kc / o = 0.115

Kc = 0.17 m

1 / o = 0.51;

1 = 0.;1 m

2 / o = 0.220

2 = 0.30 m


40/99


2.15 m

d2 L = 3.75 m

10.00 m

0.50 m

4.22 m

3.47 m


41/99


s

-= 3.00 mP

;.; J M0.5

- = 2.8; B J$

$ = 2.00 m

!

0.500 m 2.82

0.;00 m 0.3

0.805 m 0.00

0.00 m B0.80; m1.100 m B2.44

1.300 m B4.00

".#$# %&'(

0.,- %&'(


42/99


Sg/m³

Sg/cmP

)n/m³

Sg/m³

)n/m³

on para

operacin

iguiente

(x /(

anco

ion normal del rio

esion "ue depende de la porosidad del suelo "ue >aria de 0 a 1

punto considerado con respecto al punto de inicio de la

unto de inicio de la #iltracion

n un recorrido (x

&arga de #iltracion

&oe#iciente de #iltracion "ue >aria


43/99


15.00 m

1.4 m

d2= 2.28 m

1.20 m

1.;1 m

70.0 I 1.04 m

0.50

0.70 m

c= (n/

1.4 m

$.44

2.85 m

-.-"

do "ue para estructuraserá de% 18.00

"ue es%

8.84

tal en m.

en m.

6

7 8

9


44/99


por perder

n ermea$ilidad para la cimentacion

lica

cimentacion a tra>


45/99


e

9unto critico

9ermea$ilidad

segUn los estudios de suelos

73.00 m


46/99


O


47/99


m

)n/m³

=

1.00 )n/m³

0.7; m

a para sm = 3;

2.00 )n/m³

2300 Sg/m³

0.50

=

0.418

m.

)n/mP.

0.2 m


48/99


-x -!

0.17 1.8

0.4 1.;

0.85 2.12

1.25 2.35

1.;1 2.7;

2.24 3.08

2.87 3.5

3.58 4.23

4.42 5.00

3.4; 3.84

8.3 .15

;.;3 8.3;

.8 10.82

4;.1204;735 5.0;

&on respecto a ?,?


49/99


#ines de diseAo

es.

l >aso a la

nstante.

e = 0

e *ntensidad +*** en la

all! Gona 1 .:.&. ismica es el 32 de la

gra>edad


50/99



51/99


+e ),)-(

B1.5 B17.450

B2.2;1 B13.3;

;3.43

B22.7;

central de toda la longitud

de #riccion

! el terreno segUn el

0.3 para arena.

ecesita un

l con dimensiones antes

a = 1.10 m

$ = 5.42 m

,S[


52/99


Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& (/

DISEÑO HIDRAULICO DE UNA BOCATOMA

I. CONSTRUCCION DE CURVA DE AFORO PARA CANAL DE CONDUCCIÓN AGUAS ABAJO

DATOS HIDROLOGICOS

Q max = 253.842 m³/sQ medio = 3.000 m³/s

Q minimo = 1.000 m³/s

CAUDAL DE DERIVACION

Este caudal depende de las áreas a irrigar el pro!ecto "ue asimismo será descrito de la in#ormacion $asica%

&'()*+,E- &'()*+-dulo de riego Q necesario


a6 742 1.5 73

-lgodn 804 1.5 1207

9astos 200.4 0.7 120.24aracu!a 44.4 0.7 27.74

(imn 144 0.7 87.4

ango 3.7 0.7 2.17

&'()*+,- - *:&,9, dulo de riego Q necesario


a6 554.4 1.7 88;.04

-lgodn 785.2 1.7 107.32

9astos 180 0.; 127

aracu!a 42 0.; 2.4

(imn 127 0.; 88.2

ango 7 0.; 4.2

Q derivad! ".#$# %&'(

APORTES)

9.

9recipitaciones 9lu>iales 40

)otal #, Q%*+ av.

Q%*+ ! -, Q%*+ av. / #, Q%*+. av.Qmáx = 150 Qmax. ->.

Qmáx = 380.;73 m3/s

?@e de$e e>itar diseAar con cargas menores al ;5 de las correspondientes al gasto maximo?

Qd ! 0-,.,1 m3/s

CALCULO DE L COEFICIENTE DE RUGOSIDAD 232


53/99


Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& (0

(as caractersticas del cauce son%

1.B +alor $asico de arena para cauce arenoso 0.014

2.B Crado de *rregularidad 9oco irregular 0.005

3.B +ariacin de la @eccin trans>ersal% +ariaciones ocasionales 0.005

4.B ,$strucciones #ormado por arrastre de races 9oca 0.010

5.B +egetacin% 9oca 0.005

),)-( 0.03

3 ! 4.4$5

CALCULO DE 2(2

El calculo de la pendiente se a o$tenido en el per#il longitudinal esta pendiente está

comprendida entre los tramos del Dilometrae % 0 L 000 a 0 L 440

0.374

440.00

-nco de plantila F = ;0.00 m :ota%

)alud G = 1 @e tiene un material a los costados del

s = 0.00083 rio de tierra compacta

COTA Area 6%78 P 6%8 R.H.9 0'$ '3 (9 '0 Q 6%&'(8.;700

100.0000 17.87 ;0.7;88 0.3847 25.741 0.02 4.;81

100.5000 52.35 ;2.030 0.80; 25.741 0.02 31.188

101.0000 88.34 ;3.50;2 1.1303 25.741 0.02 ;3.740

101.5000 124.83 ;4.215 1.4054 25.741 0.02 12.382102.0000 171.82 ;7.335; 1.7502 25.741 0.02 17.33

102.3;00 18.51 ;;.3822 1.817 25.741 0.02 253.38

102.5000 1.31 ;;.;4 1.8;31 25.741 0.02 2;5.31;

103.0000 23;.30 ;.1741 2.0;8 25.741 0.02 373.828

103.5000 2;5.; 80.5;83 2.2;11 25.741 0.02 471.27

En la gra#ica de la siguiente gra#ica con el >alor del % Q max = 253.842 m³/s

allamos el >alor de la cota del espeo de agua en el canal de conduccin de aguas arri$a

RESULTADOS DEL CALCULO HIDRAULICO DEL CANAL DE ENCAU:AMIENTO 6AGUAS ARRIBA8)

;;.22

) = ;5.22 m

F( =Kn/3= 0.8; m

+alor aprox. En el a#oro

102.3; m.s.n.m

F( 1.00 m

.;7 m.s.n.m Kn 2.71 m


54/99


Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& ('

F = ;0.00 m

;. Tra3(i;i3 ;a3a> diri?id a> @arrae ;3 e> ;a3a> e3;a=a%ie3

H

Qcaptacin= 253.842 m³/s t

)

(t


9ara H = 12.50 I

(t = ) B t J &tg 12.5I / 2

onde %

) = ;;.22 m

t = ;0.00 m

empla6ando %

(t = 17.284

-sumimos %L ! 04.44 m.

II. CALCULO DE CAPTACIÓN

F(

Kn

$


-sumimos un >alor de $ = 2.00 m.

Q = 4.737 m³/s

s = 0.001

n = 0.014 e>estido de concreto

- = $ J Kn

9 = $ L 2Kn

Q J n / s M0.5 = - J M 2/3 = N- M 5/3O / N9 M 2/3O


55/99


Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& ((

2.052 N $JKnM 5/3O / N $ L 2KnM 2/3O

*terando %

Kn = 1.454

3 ! .,44 m

&on este >alor rempla6amos en las #ormulas ! se tiene .-rea mP = 3.000

9erim m = 5.000

ad . m = 0.700

+elocidad = 1.545 m/s

> = 0.122 m.

E = Kn L > = 1.722 m.


F( = Kn /3 = 0.500 m.

'saremos % BL ! 4.,4

Re(=>ad()F.(. 0.50 m

Kn 1.50 m

$ = 2.00 m

@. Di(e de ;a3a> de ;3d=;;i3)

)

F(

Kn

$

-doptamos % G = 0.50 ori6ontal

$ = 2.00 m

n = 0.014 e>estido de concreto

s = 0.001Q = Q J n / s M0.5 = - J M 2/3 = N- M 5/3O / N9 M 2/3O

el gra#ico %

- = $JKn L G J KnP

9 = $ L N2 J Kn J 1 L GPM0.5O

Q J n / sM0.5 = - J M2/3

2.052 -M5/3 / 9M2/3


56/99


Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& ()

*terando tenemos % Kn = 1.08

3 ! .044

&on este dato rempla6amos en las #ormulas ! tenemos%

-rea = 3.120 mP

9erimetro = 4.783 madio . = 0.777 m

Espeo = 3.200 m

+ = 1.487 m/s

> = 0.113 m

E = Kn L> = 1.313 m


F( = Kn /3 = 0.400 m.

'saremos % BL ! 4."4 %

3.70 m

Re(=>ad()) = 3.20 m

F(= 0.40 m

Kn= 1.20 m

$ = 2.00 m

;. Tra3(i;i3 ;a3a> de ;aa;i3 e> ;a3a> de ;3d=;;i3)

H

Qcaptacin= 4.737 m³/s t

)

(t


9ara H = 12.50 I

(t = ) B t J &tg 12.5I / 2

onde %


57/99


Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& (*

) = 3.70 m

t = 2.00 m

empla6ando %

(t = 3.70

-sumimos %

L ! $.#4 m.

IV. BARRAJE MITO 6SE CALCULARA EL CAUDAL EN) CANAL DE LIMPIA EN ALIVIADERO8

. Ca( a>=ra( de> Barrae i)a. Ca>;=> de >a e>eva;i3 de> @arrae 6E>ev. B8

Ele>. F = &R& L Kn L > L 0.20

donde% &R& =&ota de #ondo de la ra6ante del canal de captacion

=&R L altura de sedimentos.

&R =&ota del #ondo de ra6ante

1.00 -ltura de sedimentosKn =)irante :ormal del canal m = 1.500

> =&arga de >elocidad de &anal = 0.122

0.20 =9erdidas por transicion cam$io de direccion etc.

empla6ando se tiene%

&R& = .;7 L 1.00

&R& = 100.;7 m.s.n.m 101.1 m.s.n.m

Ele>. F = 102.58 m.s.n.m

edondeamos ! para dar un seguridad a%

E>ev. B ! 40.#44 m.s.n.m.

@. Ca>;=> de a>=ra de @arrae)9 = Ele>. F B &R

empla6ando %

9 = 2.840 m

9or lo tanto %

P ! 0.-, %.

Re(=%e3)

102.71 m.s.n.m

F.(. 0.50 m

1.35 m

100.;7 m.s.n.m Kn 1.50 m 9=

2.85 m

$ = 2.00 m .;7 m.s.n.m


58/99


Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& (+

0. L3?i=d de> @arrae i de> @arrae %vi>

a. Predi%e3(i3a%ie3)

a.1 9or relacion de areas

El area idraulica del canal desarenador tiene una relacione de 1/10 del area

o$struida por el ali>iadero teniendose

A ! A0 '4 -1 = -rea del $arrae mo>il

A A0 9

(d ;0 B (d

-2 = -rea del $arrae #io

-1 = 9 J (d -2 = 9 J ;0B(d


9 J (d = 9 J ;0B(d /10

( d = 7.37 ;0 B (d = 73.74

Entonces% Ld ! 1

54 K Ld ! #$

a.2 (ongitud de compuerta del canal desarenador (cd

(cd = (d /2 = $.,4 m.

a.3 9redimensionamiento del espesor del 9ilar e

e = (cd /4 = 4.-- m.

e ! 4.1, % &onsideremos

@. Re(=%e3)

Di%e3(i3e( rea>e( de> ;a3a> de >i%ia @arrae i.


59/99


Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& (,

9 = 2.85 m

0.;5 m 0.;5 m 0.;5 m 73.00 m

2.;5 m 2.;5 m

;0.00 m

$. Ca>;=> >a Car?a Hidra=>i;a 2H2)

>

e d

1= +1P / 2g

9 = 2.85

d2

d1

En este calculo se tendrá "ue considerar "ue las compuertas de$en estar a$iertas

para ello el caudal de diseAo se compartira entre el $arrae mo>il ! #io.

?? se calcula asumiendo un >alor calcular el coe#iciente de descarga ?c? ! calcularel caudal para el $arrae #io ! mo>il

El caudal calculado de$e ser igual al caudal de diseAo.

Q di(e %a+. ! Qa>iviader / Q;a3a>.>i%ia

a. De(;ar?a (@re >a ;re(a 6@arrae i8 ! Qa>iviader 6Qa>8

Qal = 0.55 J & J ( J M3/2

( = (1 B 2 : J Sp L SaJ =

Qal = escarga del ali>iadero

& = coe#iciente de descarga

( = (ongitud e#ecti>a de la cresta

= &arga so$re la cresta inclu!endo >

(1 = (ongitud $ruta de la cresta = 73.00

: = :umero de pilares "ue atra>iesa el ali>iadero =2.00

Sp = &oe#. de contrac. de pilares triangular = 0.00

Sa = &oe#iciente de contraccion de estri$os = 0.20


60/99


Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& )

@e seguirá un proceso *terati>o asumiendo

9ara un = 0.50

&alculo de ?&? % & = &o J S1 J S2 J S3 J S4

J 9/ = 5.;00

En la #ig.3 tenemos "ue %&o = 3.5

J E#ectos de carga di#erentes a la del pro!ecto

e =

e/ = 1.00 e$e ser menor "ue

1 consideramos 0.

En la #ig. 4 tenemos "ue.

&/&o = S1 = 1.00

J 9or ser talud >ertical

S2 = 1.00

J 9or e#ectos del la>adero %

d = 9 = 2.85 m

d L / = 7.;0

En la #ig ; tenemos "ue .

S3 = 1.00

J 9or e#ectos de inter#erencia del agua de descarga %

d = = 0.500

d / e = 1.000

En la #ig.8 tenemos%

S4 = 1.00

empla6ando tenemos "ue.

C ! $.5,

empla6ando en la #ormula de ?(? tenemos "ue.

L! #0.-4

empla6ando en la #ormula de ?Q? caudal so$re la cresta de $arrae #io tenemos "ue.

Q a> ! "-.0" m³/s

@. De(;ar?a e3 ;a3a> de >i%ia 6Q;>8@e considera "ue cada compuerta #unciona como >ertedero

9ara ello seguieremos iterando igual "ue anteriormente asumiendo

un >alor de para ello usaremos la siguiente #ormula%


61/99


Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& )-

Q cl = & J (TT J iM3/2

( = (1 B 2 : J Sp L SaJ =

( = (ongitud e#ecti>a de la cresta

= &arga so$re la cresta inclu!endo > 3.35 m

(1 = (ongitud $ruta del canal = 5.50: = :umero de pilares "ue atra>iesa el ali>iadero =2.00

Sp = &oe#. de contrac. de pilares triangular = 0.00

Sa = &oe#iciente de contraccion de estri$os = 0.00

( = 5.50 m

&onsiderando compuerta como >ertedero%

9 = 0.00 m = 3.35 m

donde% i = 9 L = 3.35 m

&alculo de ?&? % & = 0.;5

)ra$aara como un ori#icio solo se considera perdidas por arrastreC ! 4.1,

empla6ando en la #ormula de Q tenemos "ue%

Q ;> ! 0,.050 m³/s

@. De(;ar?a %*+i%a a> 2Q2Qt = Q al L Q cl

@umando los dos caudales%

Q ! 1$.,05

Este >alor no cumple con el caudal de diseAo tendremos "ue asumirotro >alor de ??

@iguiendo este proceso de iteracion con el tanteo de ?? resultan los >alores "ue aparecen

en el cuadro de la siguiente%

En este cuadro iterar asta "ue Qt= 253.842 m³/s

CUADRO PARA EL PROCESO ITERATIVO

0.5000 1.0000 1.37;3 1.5000

Q al 48.237 137.433 218.118 250.743

Q cl 25.22 31.171 35.;25 3;.425

Q t ;3.52 17;.54 253.843 288.078

*terando o$tenemos "ue Q max = 253.842 m³/s 1.3; m

Q medio = 3.000 m³/s 0.00 m


62/99


Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& )/

Q minimo = 1.000 m³/s 0.00 m

Re(=%e3)

1.3; m

1.4 m =d

3.82 m =1

9= 2.85 m 2.28 m =d2

0.40 m =d1

(p

-plicando la Ecuacion de Fernoull! entre los puntos 1 ! 2%

)enemos%

9 L = d1 L 1 ...................... 1

1 = +1P / 2 x g Qal = 218 m³/s

(al = 73.00 m

+1 = Qal / d1 x (al

empla6ando el >alor de +1 en 1 ! luego en la #ormula 1

@e tiene%

9 L = d1 L N Qal / d1 x (al P / 2g Ola suguiente ecuacin%

1.00 d1³ B 4.22 d1P L 0.71 = 0

)anteo de$e cumplir = 0

d1 !=

0.10 0.5;

0.20 0.45

0.30 0.2580.40 0.00

0.50 B0.32

0.70 B0.7

0.;0 B1.11

0.80 B1.58

+1 = 8.755 m/s

+1 = 3.82 m

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90

-2.00

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

0.50

1.00

#

$%

2


63/99


Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& )0

&alculo de tirante conugado d2 %

:IRI=+1 / N g J d1 OM0.5 = 4.3;

d2 / d1 = 0.5 J N 1 L 8RPM0.5 B 1O = 5.;0

d2 = 0.40 m. x 5.;00 = 0.$ %

&alculo de la longitud de la po6a para el resalto (p %

&on el >alor de R se puede clasi#icar el tipo de resalto el cual indica el uso

de una po6a con dimensiones del estan"ue tipo *.

En la #ig 11. con el >alor de R encontramos "ue%

(p = 5.850 )p

)p = J d2

El porcentae de aumento para este tipo de po6as es de el

orden del 10

)p = 1.10 x d2 = 2.51 m

(p = ".#1 %@egUn (in"uist %

(p = 5 J d2 B d1 = .40

@egUn @a#rane6 %

(p = 7 J d1 J +1 / g J d1 M 0.5

(p = 10.4

Escogeremos %L ! ,.44 %

". Di(e de> Peri> Crea?er =(a3d >a r%=>a de S;i%e%i)

! / o =

o = 1.3; m e la Rig. 1 o$tenemos% 9ag 07 $ocatomas parte 1

+ = 0.82 m/s S = 0.515

> = 0.03 m n = 1.87

> / o = 0.0251

o = 1.3; m 5.42 102.71 m

Z

B D x / o n

1

2

3

4

5

0

R1

R2

Xc

Yc


64/99


Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& )'

.;7 m

K

eri>ando la ecuacion de &reager en % d!/dx

9unto de tangencia=

e la Rig. 1a o$tenemos%

P. 6%8 6%81 0.000 0.000 Zc / o = 0.2;0

2 0.300 B0.042 Zc = 0.3; m

3 0.700 B0.152

4 0.00 B0.323 Kc / o = 0.115

5 1.200 B0.552 Kc = 0.17 m

7 1.500 B0.83;

; 1.800 B1.1;4 1 / o = 0.51;

8 2.100 B1.574 1 = 0.;1 m

2.400 B2.005

10 2.;00 B2.47 2 / o = 0.220

11 2.00 B2.851 2 = 0.30 m

12 3.300 B3.727

13 3.700 B4.273

14 3.25 B5.007E%a>%e de> Ci%a;i ;3 e> ;>;3 de a%ri?=a%ie3)

= 0.5 J9 L o

= 2.11 m -doptamos = 2.15 m

Di(e de %=r( de ;3e3(i3.

0.25 9L

1.25J9L 5.2; m

9 d2 L = 3.75 m

5.42 m

;.00 m 20.42 m 10.00 m

!=B1.3;J0.515x/1.3;1.87

7

8

9

10

R11

12

1314


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Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& )(

3;.42 m

@. Di(e Hidra=>i;( C%>e%e3ari(.

@. 1 &alculo de la estructura de proteccion delantera a $ase de material rocoso(ongitud minima = 5 J = 7.84 m

&onsideramos ( = ;.00 m

-sumiremos una protecion de un espesor de % 0.50 m

@. 2 &alculo de la estructura de proteccion al #inal del colcon amortiguador enrocado.

Espesor eT = 0.7 J " M 0.5 J T / gM0.25

onde T = 9 L o = 4.22 m

" = Qal / $ = 3.47 m

emplaando %

eT = 0.0 m

9or criterio%

e ! 1.50 m

@. .3 calculo de la longuitud del enrrocado (e(e = (? B (p = 0.742 J c J T J "M0.5 B (p

empla6ando %

(e = 7.;07

-sumimos %Le ! 4.44

Ca>;=> de ;a=da> 2Q2 e3 ;a3a> de ;aa;i3 ;=a3d ;=rre Q%a+.1 2

2.8; m

Qo

1.50 m

s

1.35 m

9ara el Q max. % 253.84 m³/s

En la seccin 1B1 %


66/99


Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& ))

Qo = 0.7 J - J N 2JgJM 0.5 O -= 3.00 mP

Qo = ;.; J M0.5

En la seccin 2B2%

Qo = - J M 2/3 J @M0.5 / n - = 2.8; B J$

$ = 2.00 m

*gualando el caudal en las dos #ormulas tenemos "ue iterar en el siguiente cuadro%asta "ue !=0 %

!

0.500 m 2.82

0.;00 m 0.3

0.805 m 0.00

0.00 m B0.80; m

1.100 m B2.44

1.300 m B4.00

En conclusin el caudal "ue pasara por el canal de captacion en enidas es%

Qo = ;.; J M0.5 = 1., %&'(

-ora el caudal "ue conduce el canal de captacion es de% ".#$# %&'(Entonces para max. a>enidas se tendra "ue deri>ar la di#erencia "ue es de% 0.,- %&'(&aso contrario se regularán las compuertas

9ara esta deri>acion construiremos un ali>iadero lateral para la deri>acion de las aguas paraello usaremos la #ormula "ue esta$lecio Rroceiner ! es%

Q = 2/3 J + J ' J N 2JgM0.5 O J ( J M1.5

VI. ANALISIS ESTRUCTURAL DE LA BOCATOMA. Da( ?e3era>e()

J Farrae a $ase de concreto ciclopeo cu!o peso

especi#ico es de 9c % 2300 Sg/m³

usaremos canto rodado

J &oe#iciente de #riccion entre suelo ! el concreto segUn recomendaciones

este >alor esta entre 0.5 ! 1 tomaremos % 0.50en nuestro caso predominan las arenas limoBarcillosas

J &apacidad de la carga de la arena = 2.75 Sg/cmP

J 9eso especi#ico del agua con sedimentos ! elementos #lotantes

1.0 )n/m³

J 9eso especi#ico del agua #iltrada 9# = 1000.00 Sg/m³

J 9eso especi#ico del agua igual 9a = 1.45 )n/m³

0.400 m 0.600 m 0.800 m 1.000 m 1.200 m 1.400 m

-5.00

-4.00

-3.00

-2.00

-1.00

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

&


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Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& )*

0. B;a%a .

a. C>;3 a%ri?=adr.El analisis estructural del colcon amortiguador consiste

en analisar la su$presion ! determinar el espesor del colcon para

asegurar su esta$ilidad su analisis será para el ni>el de operacin

mas des#a>ora$le

a. S=@re(i3)

(a su$presion en un punto cual"uiera se determina por la siguiente

#ormula%

@p = 9# J cT J L T B (x /(

para un metro de anco

onde%

@p = @u$ presion

= anco de la seccion normal del rio

cT = Ractor de su$ presion "ue depende de la porosidad del suelo "ue >aria de 0 a 10.5

T = 9ro#undidad del punto considerado con respecto al punto de inicio de la

con respecto al punto de inicio de la #iltracion

(x/( = &arga perdida en un recorrido (x

a.0 L3?i=d de i>ra;i3)

(ongitud de #iltracion necesaria V(n

(n = c J

onde. = &arga de #iltracion

c = &oe#iciente de #iltracion "ue >aria

En el presente calculo se a predimensionado la estructura siguiendo las recomenB

daciones del estudio de @uelos considerando el dentellon a una pro#undidad de

1.80 m. !a "ue se cimentarán so$re un estrato de gra>a material alu>ional.

5.42 m 15.00 m

1.3; m)alon punto critico 1.4 m

2.85 m

d2= 2.28 m

.;7 m.s.n.m 1.20 m

1.80 1.;1 m

1 4

6 9


68/99


Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& )+

70.0 I 1.13 m 70.0 I 1.04 m1.30 m

1.00 0.75 m 1;.7; m 0.50

0.70 m

(n = 25.18 m c= (n/

&alculo de ?c? %J &uando esta en max. ->enida%

= 1.4 m

c = (n/ = $.44

J &uando esta al ni>el del cimacio%

= 2.85 m

c = (n/ = -.-"

J @egUn el criterio de Fligt recomiendo "ue para estructuras

so$re limo ! arena el >alor de ?c? será de% 18.00

J e estos tres cogeremos el menor "ue es%c = 8.84

(ongitud de #iltracion recorrida V(c

(c = ( L (> onde.

( = (ongitud ori6ontal en m.

(> = (ongitud >ertical en m.

@e considera distancia >ertical W= 45I

@e considera distancia ori6ontal X 45I

a.$ E(e(r de> C>;3 a%ri?=adr

9ara asegurar la esta$ilidad del colcon amortiguador el espesor se

calcula >ri#icando su peso "ue en cual"uier punto de$e ser por lo

menos igual al >alor de la su$presion en dico punto por ra6ones de

seguridad se adopta "ue el peso del colcon sea igual a los 4/3 del

>alor teorico.

e = 4 J @p / 3 J 9c

Empleando la #ormula de )araimo>ic

e = 0.2 J "M0.5 J GM0.25

onde % " = escarga máxima pro$a$le unitaria

G = &arga o energia por perder

a.$ V>=%e3 de i>ra;i3

@e calcula empleando la #ormula "ue expresa la le! de arc!

Q = S J * J -

onde % Q = Casto de #iltracion

S = &oe#iciente de permea$ilidad para la cimentacion

2 3 7 8


69/99


Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& ),

* = 9endiente idraulica

- = -rea $ruta de la cimentacion a tra>;=> ;e e(e(r de> ;>;3 a%ri?=adr.

;. Ca>;=> de >a >3?i=d de i>ra;i3 3e;e(aria 6L38

= 2.85 mc = 8.84

(n = 25.18

;.0 Ca>;=> de >a >3?i=d ;%e3(ada 6L;8J &alculo de longitud >ertical (>

&alcularemos con los >alores del gra#ico de la siguiente oa

(> = 7.01

( = 1.1;

(c =(>L(= 0,.-como (n = (c entonces se esta posi$ilitando la tu$i#icacion

por lo tanto no aremos uso de los lloraderos.

;.$ Verii;a;i3 de> e(e(r de> ;>;3 a%ri?=adr&alculo de la @u$ presion.

@p = 9# J cT J L T B (x /(

(as >aria$les "ue se presentan en la #ormula anteriormente

se a indicado sus >alores exepto%( = ( / 3 L (>

empla6ando%

( = 12.40

/ ( = 0.230

,rdenando tenemos%

T m

9unto (x m 0.00 @p Dg/cmP

1 0.00 1.80 1425.002 0.00 1.80 2325.00

3 1.00 0.7; 2210.11

4 1.75 0.7; 15;2.51

5 5.42 0.7; 113.4; 9unto critico

7 1.32 1.;1 B45;.50

; 1.2 1.;1 B7.82

8 20.42 0.00 B74.2;

20.42 B20.;


70/99


Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& *

,$tenemos el gra#ico de presiones en la siguiente oa%

e = 4 J @po / 3 J 9c

empla6ando% @po = 113.4; Dg/mP

9c = 2300 Sg/m³

e = 0.771 m

@egUn pro!ectos el >alor del espesor >aria entre 0.80 B 0.0m. en este caso el >alor de e

se encuentra $ao de este rango entonces elegimos el espesor de%

e= 4.54 %

-s mismo la su$presion >a adisminuir con el solado de proteccin al inicio.

;.$ Ca=da> de i>ra;i3 6Ave3ida( %a+i%a(8

atos% D = 1.20 m/dia 9ermea$ilidad

D = 1EB03 cm/seg segUn los estudios de suelos

( = (c = 25.18 m = 4.22 m

-nco de toda la cimentacion 73.00 m

9ara una pro#undidad de = 1.80 m

El gasto de #iltracion es%

Q = 4.18; cm³/s

Q = 0.0042 (t/s

9ara todo el anco de la cimentacion%

Q = 0.274 (t/s

. A3a>i(i( de> @arrae ara a?=a a> 3ive> de >a ;re(a

91

@>@

2.85 m

Y

R

92

0.; m Ea O


71/99


Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s& *-

@p

R Ruer6a idrostática

Ea Empue acti>o del suelo en suelo #riccionante

Ya 9eso de la estructura

@p @u$ B 9resion

@ &omponente ori6ontal de la #uer6a sismica@> &omponente >ertical de la #uer6a sismica

+e Empue del agua so$re la estructura ocacionado por aceleracion sismica

e = Es el momento producido por esta #uer6a.

a. F=era idr(*i;a 6F8. = 9= 2.85 m

R = 0.5 J 9a J P 9a = 1.45 )n/m³

R = 5.8 )n

+ = 9 /3 = 0.50 )n

@. E%=e a;iv de> (=e> 6Ea8.

Ea = 0.5 91 L 92 J 2

91 = 9c J 1 L 9a J

92 = 9# J 2 L 9T J Sa J 2 L 91

onde %

9# = 1000.00 Sg/m³

9T = 9eso especi#ico del suelo sumergido =

9T = 9s B 1 = 1.00 )n/m³

2 = Espesor del suelo = 0.7; m

H = -ngulo de #riccion interna segUn ta$la para sm 3;

9s = @egUn ta$la :I @ = 2.00 )n/m³

9a = 1.45 )n/m³

Sa = N )ag 45 B H/2 OP = 0.24

9c = 9eso especi#ico del concreto= 2300 Sg/m³

1 = Espesor solado delantero = 0.50

empla6ando tenemos%91 = 5.2825 )n/mP

92 = 0.85 )n/mP

Ea = 1.45 )n/m

Ka = 2291 L 92 / N 391 L 92 O =

0.418

Ka = 0.418 m.


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@ = 0.1 J Y = 4.;7588120; )n

&omponente +ertical del sismo.

@> = 0.03 J Y = 1.430 )n

Estas #uer6as actuan en el centro de gra>edad de la estructura.

. E%=e de> a?=a devid a >a a;e>era(i3 (i(%i;a.

(a #uer6a sismica en el agua ! "ue se reparte en la estructura esta dada por

la siguiente #ormula%

+e = 0.;27 J 9e J !

onde%

-umento de presion de agua en ($/ pieP a cual"uier

ele>acion de$ido alas oscilaciones sismicas ! se calcula

por la siguiente #ormula%

9e = c J i J 9a J

& = &oe#iciente de distri$ucion de presiones.

& = &m J N ! 2 B !/ L > J 2 B !/ / M0.5 O / 2

! = istancia >ertical de la super#icie del >aso a la

ele>acion en pies.

&m = +alor maximo de & para un talud constante.

En la super#icie del agua%

!=0 c=0 9e = 0 e = 0

En el #ondo del $arrae

! = 2.85

= 2.85

!/ = 1.00

9ara paramento >ertical%

c = 0.;3

9ara un sismo de *ntensidad +*** en la

escala de ercall! Gona 1 .:.&.

(a aceleracion sismica es el 32 de la

aceleracion de la gra>edad

i = 0.32

9a = 0.48 l$/pie³

= .35 pie

empla6ando %

9e = 1;.58 l$/ pie

+e = 1340.1 l$ / pie


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El momento de >olteo será de%

e = 0.2 J 9e J !P

e = 500;.02 l$ B pie

En unidades metricas seria %

+e = 1.5 )n/me = 2.2;1 )n B m

0. A3a>i(i( de e(a@i>idad de a?=a.(a #alla en la estructura puede ser por +olteo desli6amiento ! es#uer6os excesi>os.

e$era pre>eerse "ue en el plano de desplante de la estructura solo tengan es#uer6os

a compresion ! "ue el suelo admita tracciones esto se logra cuando la resultante de

las #uer6as actuantes corta al plano de la $ase en el tercio central

U@i;a;i3 de >a Re(=>a3e 6r8)omando momento respecto al punto ?0?

R Ea Ec @ +e ),)-(R or6 m B5.88 B1.447 B2.354 B4.;77 B1.5 B17.450

Fra6o m 0.50 0.418 0.24 0.5;;

ot m B5.54 B0.705 B2.1;5 B2.;51 B2.2;1 B13.3;

@p @> Y ),)-(

R >ert. m B1.74 B1.430 4;.770 44.277

Fra6o m 3.713 1.541 1.541

ot m B;.0; B2.203 ;3.43

L = ;3.43

m B = B22.7;

'$icacin de la esultante con respecto a ?,? %Zr =N B L L O / R>ert 2.100 m ,S[

&ae en el tercio central de toda la longitud

E+;e3re;idad 6e8e = (/2 B Zr = 0.710

E(a@i>idad a> v>eR.@. = suma L / suma B W 1.5

R.@. = 3.237 ,S[

E(a@i>idad a> de(>ia%ie3.

Ruer6a resistente Rr = u J R> u = &oe#iciente de #riccionentre el concreto ! el terreno segUn el

Rr = 13.28 pro!ecto u= 0.3 para arena.

e$e cumplir "ue Rr W R ,S[ caso contrario necesita un

dentellon el cual con dimensiones antes

optadas

Ca>;=> ara =3di%ie3\ = resistencia del terreno segUn estudios de suelos del pro!ecto


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\ = 1.2 Sg/cmP

Estos es#uer6os están dados por%

\ = N @uma R> J 1 ] 7e / $ O / a J $ a = 1.10 m

$ = 5.42 m

\1 = .0 ?';%7

\2 = 4.0 ?';%7

\1 se encuentra en el rango 1.20 Sg/cmP ,S[


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