PERFIL: “CONS CONSTRUCC TRUCCION ION DE LA PRESA HIDRAULICA CAYRAMAYO Y MEJORAMIENTO DEL DEL SISTEMA DE IRRIGACION IRRIGACION EN EL DISTRITO DE TAMBILLO –AYACUCHO –AYACUCHO” ”
EVALUACION HIDRAULICA CRITERIOS CRITERIOS Y MODELOS MATEMATICOS UTILI UTILIZADOS ZADOS PARA LA EVALUACION HIDRAULICA De acuerdo con la forma de las secciones transversales de los cauces de la Quebrada Cayram Cayramayo ayo en en estudio, variables e irregu irregulares lares la sim simulación del flujo flujo en el río, y evaluación evaluación de las referentes magnitudes hidráulicas, se a llevado a cabo por medio del paquete de programas computarizados HECHEC-RA RAS S “River “River Análisis System”; System”; U.S. U.S. Army Corps of Engineers, Engineers,
Departament Departament of Water Water Resources– Resourc es–Hidrologi Hidrol ogicc Engineering Engineeri ng Center; Davis, Davi s, State of desarrollado precisamente para este tipo de California; Califor nia; 1986 1986 (versió (versi ón 3.1.3, Mayo Mayo 2005) simulaciones. El programa consiste en la solución de la ecuación de la energía de Bernoulli, que tiene la siguiente forma: Z1+h1+(v1)2 /(2 /(2g)=Z )=Z2+h2+(v2)2 /(2 /(2g)+ E Z(1,2), (m):Nivel topográfico del fondo de las secciones transversales que delimitan el tramo de evaluación; h(1,2), (m (m):Tirante ): Tirante de agua en las referente referente secciones secciones transversales; v(1,2 v(1,2), ), (m/s) (m/s):: Velocid elocidad ad del del flujo en en las refer referen ente tes s secc seccion iones es trans transve vers rsale ales; s; g= 9.81 m/s2:Aceleración de la gravedad; Pérdidas de energía energía del tramo tramo de evaluación evaluación entre entre las referentes se secciones cciones E, (m): Pérdidas transversales. ,
La solución de la ecuación ecuación indicada indicada se lleva lleva a cabo por por medio medio de la evaluación de las pérdidas de energía (E), tanto lineales, por rozamiento y locales debido a las formas. De acuerdo con las propiedades geológicas de los contornos de los cauces, para la evaluación de las pérdidas energéticas lineales se ha considerado un coeficiente de rugosidad de Manning de n = 0.030, tanto para los cauces menores y mayores. As Asimism ismo para para la eva evalua luación ión de las las pérdid rdida as loc locales les por expansión ión y contra tracción ión se han han considerado los coeficientes de 0.30 y 0.10 respectivamente. RESULTADOS DE LA EVALUACION EVALUACION HIDRAULICA HIDRAULICA PARA DIFERENTES DIFERENTES DESCARGAS DE LA QUEBRADA CAYRAMAYO AGUAS ARRIBA Y AGUAS ABAJO DEL EJE DE LA PRESA PROYECTADA Para analizar el comportamiento hidráulico y energético de la corriente de la quebrada Cayramayo, en su estado actual se han llevado a cabo las siguientes evaluaciones: a) Evaluación Evaluación hidráuli hidráulica ca a lo largo de de todo todo el tramo, tramo, para para el caudal caudal de diseño de 3 86.29 m /s con un periodo de retorno de 2000 años; y los caudales de 71.80, 59.76, 39.01 y 32.46 m3/s, para periodos de retorno de 1000, 500, 100 y 50 respectiva respectivam mente. ente. La evaluac evaluación ión con con las cuatro cuatro últimas últimas desca descargas rgas,, se ha realizado sólo para la verificación de la fidelidad de los parámetros hidráulicos y geométricos de los caudales de diseño. Sin considerar la presa. b) Evalua Evaluación ción hidráu hidráulica lica a lo largo de de todo todo el tramo, tramo, para para el cauda caudall de diseño diseño de de 3 86.29 m /s con un periodo de retorno de 2000 años; y los caudales de 71.80, 59.76, 39.01 y 32.46 m3/s, para periodos de retorno de 1000, 500, 100 y 50 respectivamente. La evaluación con las cuatro últimas descargas, se ha realizado sólo para la verificación de la fidelidad de los parámetros hidráulicos y
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PERFIL: “CONSTRUCCION DE LA PRESA HIDRAULICA CAYRAMAYO Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE IRRIGACION EN EL DISTRITO DE TAMBILLO –AYACUCHO”
geométricos de los caudales de diseño. Considerando la presa. En base a los resultados obtenidos de las evaluaciones se elaboraron los siguientes Cuadros y Gráficos: Cuadro Nº 01
Evaluación Hidráulica del Cauce de la quebrada Cayramayo, para los caudales de 86.29, 71.80, 59.76, 39.01 y 32.46 m3/s, no considerando la presa.
Cuadro Nº 02
Evaluación Hidráulica del Cauce de la quebrada Cayramayo, para los caudales de 86.29 71.80, 59.76, 39.01 y 32.46 m3/s considerando la presa.
Grafico Nº 01
Variación de los Niveles de Agua para los caudales de 86.29 71.80, 59.76, 39.01 y 32.46 m3/s, con el fondo mínimo, sin considerar la presa.
Grafico Nº 02
Variación de los Niveles de Agua para los caudales de 86.29 71.80, 59.76, 39.01 y 32.46 m3/s, con el fondo mínimo, considerando la presa.
Grafico Nº 03
Variación de las Velocidades en el centro del cauce, para el caudal de diseño de 32.46 m3/s, sin considerar la presa.
Grafico Nº 04
Variación de las Velocidades en el centro del cauce, para el caudal de diseño de 32.46 m3/s, considerando la presa.
Grafico Nº 05: Variación de las Velocidades en el centro del cauce, para el caudal de diseño de 86.29 m3/s, sin considerar la presa proyectada. Grafico Nº 06:
Variación de las Velocidades en el centro del cauce, para el caudal de diseño de 86.29 m3/s, considerando la presa proyectada.
Grafico Nº 07:
Variación del Borde Libre, para el caudal de diseño de 32.46 m3/s.
Grafico Nº 08:
Distribución de las Velocidades en el centro del cauce, para el caudal de diseño de 32.46 m3/s, sin considerar la presa proyectada.
Grafico Nº 09:
Distribución de las Velocidades en el centro del cauce, para el caudal de diseño de 32.46 m3/s, considerando la presa proyectada.
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EVALUACION DE LA SOCAVACION GENERAL DEL CAUCE CRITERIOS Y MODELOS MATEMATICOS UTILIZADOS PARA LA EVALUACION DE LA SOCAVACION GENERAL DEL CAUCE La evaluación de la profundidad de socavación general del fondo del cauce de la quebrada Cayramayo, se calcula indirectamente en base a la evaluación de los tirantes del flujo de agua en régimen supercrítico, en el cauce con el fondo fijo y móvil, es decir socavado: ds = hs – h ds, (m): Profundidad de socavación general. hs, (m): Tirante de agua en el cauce con fondo socavado. h, (m):
Altura Hidráulica.
La evaluación del tirante de agua para el flujo en el cauce fijo, se llevará a acabo en base a las ecuaciones hidráulicas y modelos matemáticos usuales referentes al flujo uniforme y estacionario, gradualmente variable. La evaluación del tirante de agua del flujo de la corriente en el cauce socavado se llevará a cabo en base a las siguientes ecuaciones: (1)Según Lacey: a)hs = 0.47(Q/f)1/3 b)hs = 0.90(q2 /f)1/3 (2)Según Blench, que presenta dos formas: hs = 1.20[q2/3 /(d50)1/6] Valida para arenas de tamaño 0.06 mm d50 2.00 mm; y hs = 1.23[q2/3 /(d50)1/12] Valida para arenas de tamaño d50 > 2.00 mm. (3)Según Abbott: hs = K (q )0.24 Donde: hs, (m): Tirante de agua en el cauce socavado. q = Q/B, (m3/s/m): Caudal unitario del flujo de la corriente. Q, (m3/s): Caudal de la corriente B, (m): Ancho de sección mojada de la corriente
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f:Factor granulométricos de sólidos de fondo de la corriente. f = 1.75 (Dm)1/2 K:1.37 Dm, (mm):
Tamaño promedio de sólidos del fondo de la corriente.
D50, (mm):
Tamaño que participa en composición granulométrica con 50.00%.
RESULTADOS DE LA EVALUACION DE LA SOCAVACION GENERAL DEL CAUCE PARA DIFERENTES DESCARGAS DE LA QUEBRADA CAYRAMAYO AGUAS ARRIBA Y AGUAS ABAJO DEL EJE DE LA PRESA PROYECTADA Para la analizar la socavación general del cauce, en su estado actual y considerando la presa proyectada ubicada en su cauce, se han llevado a cabo las siguientes evaluaciones: En base a los resultados obtenidos de las evaluaciones se elaboraron los siguientes Cuadros y Gráficos: Cuadro Nº 05
Evaluación de la Socavación General del Cauce de la quebrada Cayramayo, para el caudal de 32.46 m3/s, no considerando la presa.
Cuadro Nº 06
Evaluación de la Socavación General del Cauce de la quebrada Cayramayo, para el caudal de 32.46 m3/s, considerando la presa.
Grafico Nº 10A-10B-10C Evaluación de la Socavación General del Cauce de la quebrada Cayramayo, para el caudal de 32.46 m3/s, no considerando la presa. Grafico Nº 11A-11B-11C Evaluación de la Socavación General del Cauce de la quebrada Cayramayo, para el caudal de 32.46 m3/s, considerando la presa. EVALUACION DE LA SOCAVACION LOCAL CRITERIOS Y MODELOS MATEMATICOS UTILIZADOS PARA LA EVALUACION DE LA SOCAVACION LOCAL Para la evaluación del tirante de agua y de la profundidad de la socavación local aguas abajo de las caídas verticales y estructuras semejantes, se dispone con dos fórmulas: (1)Según Schoklitsch: Ds = hs – h hs = 4.75[( H)0.20q0.57]/D900.32 H,
(m); Diferencia entre los niveles del pelo de agua, aguas arriba y aguas abajo de la estructura D90, (m); Tamaño máximo de sólidos de fondo que participan con 90% en composición granulométrica. (2)Según Veronese: hs=1.90 ( E) 0.225q0.54
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E, (m); Diferencia entre las cargas energéticas aguas arriba y aguas abajo de la estructura
RESULTADOS DE LA EVALUACION DE LA SOCAVACION LOCAL AL PIE DE LAS DIFERENTES ESTRUCTURAS PROYECTADAS Analizando la socavación local al pie de las diferentes estructuras proyectadas se han obtenido los siguientes Cuadros y Gráficos: Cuadro Nº 05
Evaluación de la socavación local para los diferentes caudales
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