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DEFINICIÓN Y ANÁLISIS LAS PARTICULARIDADES Y LOS DIFERENTES TIPOS DE BOCATOMAS.
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DISEÑO DE BOCATOMADescripción completa
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU Facultad de Ingenieria Civil
DISEÑO DE BOCATOMA
La presa derivadora llamada también toma, bocatoma o azud son estructuras que se construyen para levantar el nivel del tirante de agua de un cauce y permiten derivar una parte del caudal del rió a un canal con la finalidad de utilizar el el agua en irrigación, generación de energía eléctrica o en un proyecto de abastecimiento de agua. La mayoría de presas del tipo de barraje, son diseñadas para que las avenidas del río pasen por encima del barraje fijo se construyen de concreto, aunque en algunos casos pueden construirse con enrocados y materiales de acarreo.
DATOS: Caud Caudal al max maximo imo de dise diseño ño Caudal medio del rio Caudal minimo Caudal a derivarse Pendiente del cauce del rio Pendiente del Canal de derivacion Coeficiente de Manning del rio Coeficiente de Manning del canal Factor de fondo Factor de orilla Parametro que caracteriza al cauce
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1. ANCHO DE ENCAUZAMIENTO DEL RIO BLENCH:
B
Q . Fb
1 . 81
B=
30.01
m
B=
13.17
m
B=
16.58
m
Fs
ALTUNIN:
B PETIT:
B
a .Q
S
1 / 2
1 / 5
2 . 45 Q
1 / 2
Donde: B Q Fb Fs a S
Nota: Tomar el valor entero del promedio de los 3 valores.
: Ancho de encausamiento. : Caudal maximo de diseño. : Factor de fondo. : Factor de orilla. : Pa Parametr etro qu que c ca aracter cteriiza al al ca cauce. ce. : Pendiente del rio.
B
19.00
2. TIRANTE NORMAL DEL RIO AGUAS ARRIBA
Q A= P= R=
A. R
2 / 3
S
1 / 2
n
B * yn B + 2 yn (B * Yn)/(B+2yn)
Q
( B * yn )
n
Q * n rio (S
rio
)
1 / 2
Por tanteo: y
(
B * yn B
2 yn
)
2 / 3
S
1 / 2
13.91
0.858 0.85
m m
Diseño de Bocatomas
m
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1. ANCHO DE ENCAUZAMIENTO DEL RIO BLENCH:
B
Q . Fb
1 . 81
B=
30.01
m
B=
13.17
m
B=
16.58
m
Fs
ALTUNIN:
B PETIT:
B
a .Q
S
1 / 2
1 / 5
2 . 45 Q
1 / 2
Donde: B Q Fb Fs a S
Nota: Tomar el valor entero del promedio de los 3 valores.
: Ancho de encausamiento. : Caudal maximo de diseño. : Factor de fondo. : Factor de orilla. : Pa Parametr etro qu que c ca aracter cteriiza al al ca cauce. ce. : Pendiente del rio.
B
19.00
2. TIRANTE NORMAL DEL RIO AGUAS ARRIBA
Q A= P= R=
A. R
2 / 3
S
1 / 2
n
B * yn B + 2 yn (B * Yn)/(B+2yn)
Q
( B * yn )
n
Q * n rio (S
rio
)
1 / 2
Por tanteo: y
(
B * yn B
2 yn
)
2 / 3
S
1 / 2
13.91
0.858 0.85
m m
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m
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3.DIMENSIONAMIENTO DEL CANAL DE DERIVACION Para una seccion rectangular de maxima eficiencia hidraulica-MEH
b=2y A = b* b* y= 2y^2 2y^2 P = b+2y b+2y= = 4y
Qderivacion* ncanal S Por tanteo:
y=
0.21
0.01936
(Se recomienda que el tirante del canal sea multiplo de 5)
b= y=
0.40 0.20
m m
4. DIMENSIONAMIENTO DE LA VENTANA DE CAPTACION
Qreq
2 3
* u * B * 2 g * ( h 2
h13 / 2 )
3 / 2
Se desestima el valor de la velocidad de aproximacion; es decir h1 = 0
Q req
2 3
* u * B *
u= h2(m)= 0.10
2 g * (h 2
3 / 2
)
0.6
(altura de la ventana de captacion)
b h2
DIMENSIONES DE LA VENTANA VENTANA DE CAPTACION
0 .4 0 0 .1 0
m m
5. CALCULO DE LA ALTURA DEL BARRAJE.
P h0
La altura del azud esta dado por:
h2
0.20
Donde: P = Altura Altura del del azud azud ho = Altura del fondo de rio a cresta de la ventana : h2 = Tirante Tirante de e en n la ventana ventana
P:
0 .5 5
0 .2 5
m
m
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m
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6. FORMA DE LA CRESTA DEL BARRAJE.
COORDENADAS A PARTIR DEL PUNTO MAS ALTO(DERECHA)
1.24
Hd :
COORDENADAS A PARTIR DEL PUNTO MAS ALTO(IZQUIERDA)
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7. LONGITUD TOTAL DEL BARRAJE Ancho compuerta de limpia : Longitud total del barraje :
1.00 18.00
m m
8. CAPACIDAD DE DESCARGA DEL VERTEDOR.
Q max 1.838* Lv * H 0 H=
1.24
m
Tirante total junto al azud sin considerar velocidad de aproximacion: Y=P+H Y= 1.79
m
Se aplica la ecuacion de continuidad: V = Q/A
2
h = V /2g
V=
1.42
m/seg
h=
0.10
m
La altura total considerando la velocidad de aproximacion seria: do = P + H + h
do =
1.90
m
9. TIRANTES EN EL BARRAJE Y COLCHON DE DISIPACION a.- CALCULO DEL TIRANTE AL PIE DEL BARRAJE (PUNTO 1) Se aplica la ecuacion de Bernoulli entre los puntos 0 y 1
Z 0
d 0
V 02 2g
Z 1 d 1
V 12 2g
h01
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1.5
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Asumiendo: Z 0 = Z1 2
h01 = 0.10V /2g V0 = Q/B.d0 = 1.34
m/seg
Aplicando la ecuacion de continuidad se tiene: Q0 = Q1
A0.V0 = A1.V1
V1=A0.V0 /A1
Resolviendo por tanteos: 1.9870 1.9870
2
= =
d1+1.10 Q1 /2g(B.d1)^2 1.987085383 d1=
0.493
m
b.- CALCULO DEL TIRANTE CONJUGADO (PUNTO 2). Se aplica la ecuacion de tirantes conjugados para un regimen supercritico . .
d 2 d d 2 1 (2V 12 1 2 4 g d 1
V1= d2 =
0.5
5.16
m/seg
1.41
m
CALCULO DE LA LONGITUD DEL COLCHON DISIPADOR. Determinamos el Numero de Froude
F
V g . d
F=
1.39
No es necesario la poza de disipacion
a.- CALCULO DE LA LONGITUD DEL COLCHON DISIPADOR: Se determina con los valores de d1 y d2 calculados L = 4 d2 L = 5(d2-d1) L = 4.5 d2 L = 2.5(1.4 d2-d1)
U.S Bureau Of Reclamation Baklmnetev - Martzke Lafranetz Paulosky
L = 4 d2 L = 5(d2-d1) L = 4.5 d2 L = 2.5(1.4 d2-d1)
5.60 4.60 6.30 3.70
Lprom =
5.10
m m m m
m
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b.- CALCULO DE LA PROFUNDIDAD DEL COLCHON Para que el resalto sea sumergido debe cumplirse que: Y = k*d 2 - ( H-Z1 Y = 0.38
k = 1.15 Z1= 0.00 m
Calculo del radio minimo del trampolin:
hvt = (P+H)-d1 hvt = 1.30 m
Calculo del gasto unitario: q = Q/B = Vt =
2.41
m3/seg/m
5.05
m/seg
Vt
2 * g * hvt
Tirante del agua al nivel del escarpe dt = q / Vt =
0.48
m
Evaluacion del tipo de flujo:
F
Vt
F=
g * dt
Con este valor ingresamos al abaco para la determinacion de R:
2.33 R dt hvt
R=
1.15
m
c.- CALCULO DE LA LONGITUD DEL CUERPO DEL AZUD:
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0.65
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Se aplica la Ley de Darcy
V k * z / L V= K= z= k/V = c
L k * z / V
Velocidad del flujo subterraneo. Coeficiente de permeabilidad. Diferencia de nivel entre aguas arriba y aguas abajo Coeficiente que depende del tipo de terreno. Para grava y arena = z = H - d1 =
0.75
m
L=
2.62
m
3.5
La longitud de diseño esta dado por: L = P + Lcuenca /3 =
1.40
m
Para la longitud total de diseño se toma el promedio: Ld =
2.00
m
c.- CONTROL DE LA FILTRACION. Según Lane el camino de percolacion viene dado por:
Lw = ΣLV + Σ(LH /3)
Se debe igualar con la ecuacion de Lane:
Lw = c . H
Donde: Lw = Longitud del camino de percolacion c= Coeficiente de Lane. h = Diferencia de carga hidrostatica entre la carga sobre la cresta del barraje y la uña terminal de la poza de disipacion
Lw = c . H Lw =
c= h=
3.5 P - d2 =
Grava media 0.49 m
1.70
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,
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Eje x -0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 0.2 0.4 Series4 y e j E
TRAMO O-A-B
0.6
TRAMO DE TRANSICION
0.8 1 1.2 1.4
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ANALISIS DE ESTABILIDAD
A.-
ANALISIS DE ESTABILIDAD POR VOLTEO:
1.-
DETERMINACION DE CENTRO DE GRAVEDAD CUANDO LA PRESA ESTA VACIA. 1.40 0.30
0.55
B 0.30
C
0.45
2.00
FIGURA
AREA
A 0.17 B 0.39 C 0.90 TOTALES
W
Xc/ro
Yc/ro
WX
WY
0.40 0.92 2.16 3.48
1.85 0.93 1.00
0.73 0.63 0.23
0.73 0.86 2.16 3.76
0.29 0.59 0.49 1.36
X
2.-
WX W
1.08
Y
WX W
0.39
DETERMINACION DE LA EXCENTRICIDAD CON PRESA VACIA CUANDO SE PRESENTA UN SISMO: Para el calculo de la fuerza sismica se considera una aceleracion de 0.05g = FS = m.a FS = W/g. 0.05g FS
0.4905 m/seg2
m = W/g 0.17 Tn
M 0 W
R
W*d -Fs * y = 0 X XR
W*d = Fs * y d = 0.05 y d
0.02
m
b=
3.40
m
La resultante de Fs y W esta a XR XR
1.10
m
La excentricidad sera igual a: e
0.10
m
XR= d + x e = XR - b/2
El eje de la fuerza resultante pasa por el tercio central de la base (2/3b)=