CALCULOS HIDRAULICOS ESTRUCTURALES.MOTUPE_2025.xls

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

DISEÑO DE LA BOCATOMA LA LECHE - MOTUPE

1. Generalidades: Generalidades: 0a Bocatoma a dise1ar, dise1ar, es una estructura hidr2ulica destinada a captar las a!uas de los r-os 0a 0eche$ y Motupe, ubicada en la con3uencia de estos y destinadas para irri!ar terrenos de cultivo tanto en la mar!en derecha, como la mar!en i4quierda, a trav/s de canales alimentadores#

2. Tipo de Bocatoma: El tipo de bocatoma que hemos considerado en muestro proyecto es de Barraje Mixto, el cual consta de: (a) Una presa presa derivadora derivadora impermeable impermeable (concre (concreto to ciclópeo) ciclópeo) (b) Un rente rente de re!ulación re!ulación y limpia, limpia, perpendicu perpendicular lar al sentido sentido de la la corriente corriente (c) (c) Un ren rente te de de capta captació ción n

3. Ubicación: 0a captación se encuentra ubicada en el en la sección transversal 5675, tal como lo muestra el plano topo!r2.co, considerando que esta es la mejor alternativa para para evitar la una !ran sedimentación# *dem2s el barraje se ubica perpendicular a la dirección de las a!uas del r-o#

4. Caudales de diseño: %$a& ' %$edio ' %$ini$o '

()** $+,s (-** $+,s **. $+,s

Qdiseño = 75% Qmáx Qdiseño =

13.! m"#s

. C$lculo del Coe%ciente de &u'osidad: "#$ &#$ #$ #$ #$

%alor basico basico de ru!osidad ru!osidad por cantos cantos rodados y arena arena !ruesa !ruesa 'ncremento 'ncremento por por el !rado !rado de 'rre!ular 'rre!ularidad idad (poco (poco irre!ular) irre!ular) 'ncremento 'ncremento por por el cambio cambio de dimenci dimenciones ones ocasion ocasionales ales *umento *umento por por +bstruccio +bstrucciones nes por por arrastre arrastre de raices raices *ument *umento o por por %e!et %e!etaci acion on

n=

**.) ***/ ***/ **** ***)

!.!4(

(. )eterminación de la *endiente en el lu'ar de estudio: El calculo de la pendiente se ha obtenido en el per.l lon!itudinal, esta pendiente est2 comprendida entre los tramos del 8ilometraje :

+m *1-***** *1***

0/**

Cota (( (2**

0-***** #nc3o de Plan4illa 5b6 ' Pendien4e 576 '

.*** $ ***(8

En unción a la topo!ra-a dada y procurando que la lon!itud del barraje conserve las mismas condiciones naturales del cauce, con el objeto de no causar modi.caciones en su r/!imen#

,. Construcción de la Cur-a de /oro: 9ara la construcción de la urva de *oro tenemos en cuenta la seccion traversal del r-o en el lu!ar de empla4amiento de la obra, para ello calculamos las 2reas y per-metros mojados a dierentes elevaciones# 9ara dierentes niveles de a!ua en el r-o calculamos el caudal con la órmula de Mannin!: ;aciendo uso del *utocad determinamos las 2reas y per-mtros y por ende los audales#

C0T m.s.n.m (9*** (9(** (9.** (9-** (99**

rea cumulada m5 9//( ( * 98 : ( 8 -. / . 9 2- (

&2#35

m5

&adio idraulico m5

(*/*(-.)* (9.98 (/.(/

*9--*8):( (.(2* (2())

*/8.2 *)/-: ((-:(-8)8

*ermetro

1#n

.(:8)* .(:8)* .(:8)* .(:8)*

Q

61#25

**9*) **9*) **9*) **9*)

m"#s5 * * * .--).* )*.)8) (88*:/-*92:*-

Cur-a de ./oro (99/*

Diseño de Obras Hidraulicas

Msc Ing !os" #rbulu Ra$os



(9-/* 5 142.80 msm . m . n . (9./* s . m 3 a (9(/* t o C

4

3

2

(9*/* ( (-:/* *** ***

.** .*** * 9*** ** 2** 2*** * )** )*** * (*** **** * (.* (.*** ** (9*** *** (2** 2*** * ()* ()*** ** .** .**** ** ..* ..*** ** .9* .9*** ** .2** 2*** * .)* .)** ** -** -**** ** Q  m" # s 5

on el !r2.co de urva de *oro obtenemos las cotas necesarias para el
Qdiseño

Cota m.s.n.m5 (9.)*

7. Cotas 8 ltura del Barra9e: 7.1. Calculo de la cota de Cresta del li-iadero: 7.1.1. C$lculo de la ltura del Barra9e *: )atos : Q= b= n= 6=

(-/* $+,s .*** $ **92 ***(8

9or tanteo :

Q=

1

n

. R

/

2 3

Q.n S

.S

=( b . d ) 1/2

(

/

1 2

. A

b.d b + 2d

d m m5 (** (-* (2.

)

2/3

Q.n#6!. (/*92* (/*92* (/*92*

dbd#b;2d552#3 ()82)8 .)/929*9-99

(/*/ (/*/ ' 9*99*9*=

(2. $

C
(9*** $sn$

 sed: ; sed: ;a$bi"n a$bi"n lla$ado lla$ado #l4ura del U$bral U$bral del ver4edero ver4edero de ca<4aci=n 7eg>n 7eg>n el Ing? C"sar #r4uro Rosell Rosell C es4e no debe ser $enor de *2*@
*-* $

141.(2

P ' (2. $ 14!.!!

*-* $

7.2. >on'itud del barra9e %9o 8 del barra9e mo-il a. )imensionamien to: a.1 *or relacion de areas El area hidraulica del canal desarenador tiene una relacione de "="5 del area obstruida por el aliviadero, teniendose : N de
9

#. ' #rea del barraBe Bo N de co$<'

*

1


7

2 Msc Ing !os" #rbulu Ra$os


>d


2! ? >d

1 = * @ >d

2 = *  2! ? 2>d 5

>empla4ando estos valores, tenemos que:

* @ >d = *@ 2! 2! ? 2>d5 2>d5#1 #1! !

1.(2 @ >d = 1.(2 @  2! ? >d 5#1!

En4onces 

>d =

1.33 m

2! ? >d =

14.(, m

a.2 >on'itud de compuerta del canal desarenador >cd5 >cd = >d#2=

!.(, m

ARMCO MODELO 400 ?e usara & ompuertas de:

(%er *nexo de 0ibro Bocatomas 'n!@ *rbulA)

120 plg x 84 plg plg

cd '

3.! m

a.3 *redimensionamiento *redimension amiento del espesor del *ilar e5 e = >cd #4 = Considera$os 

!.,( m e=

!.7! m

b. &esumen: &esumen: )imensiones )imensiones reales reales del canal de de limpia limpia 8 barra9e barra9e %9o. %9o.

(*8 $

7.3. C$lculo de la Car'a idr$ulica: -



e

d 1= A1 # 2'5

*=

(2. $

d2 d1

Donde:

: ar!a de
uando ven!a la m2xima m2xima avenida o caudal de dise1o por el r-a se abrir2 totalmente las compuertas de limpia dividi/ndose el caudal en dos partes: lo que pasa por encima del aliviadero y lo que va por las compuertas de limpia, obteni/ndose la si!uiente i!ualdad:

Q diseño m$x. = Q$i"i$de&o ' Q($ Q($n$.im)i$

*****.+A,

a. )escar'a en el Cimacio: 0a órmula a utili4ar para el cálculo de la carga del proyecto es: proyecto es:

Qc = C x L x H3/2

*****.+-,

Q(:




0a longitud efectiva de efectiva de la cresta (L) es:

> = >r - 2 ( N x Kp + Ka) x H

Donde:

L  L&  /) /$

*****.+C,

= 0on!itud eectiva de la cresta = ar!a sobre la cresta # Asumida  = 0on!itud bruta de la cresta = Dumero de pilares que atraviesa el aliviadero  = oe# de contrac# de pilares (trian!ular) = oe.ciente de contraccion de estribos

"#55 "5#C "#55 5#55 5#"5

5%ue es es4e va 5Es4ribos redon

; se calcula calcula asumiendo un valor , calcular el coe.ciente de descar!a  y calcular el caudal para el barraje .jo y movil# El caudal calculado debe ser i!ual al caudal de dise1o# >eempla4ando en la ecuación la Lon3id ee(i"$ para ; asumido es:

> = 1!.!m

 Cá(o de (oe9(iene de des($&3$ "$&i$6e )$&$ $ (&es$ de (im$(io sin (on&o:

C = Co @ + 1 @ + 2 @ + 3 @ + 4

*****.+D,

0os valores del &@ miembro nos permiten corre!ir a  sin considerar las p/rdidas por ro4amiento: En las opias entre!adas por el 9roesor del curso, encontramos las de.niciones y la orma de encontrar estos valores#

$, #o& ee(o de $ )&ondid$d de e3$d$: 9=;



" #7 &

(Fi!#  de opias) o 

.4 (Fi!#  de opias# I "=o )

6, #o& ee(o de $s $s ($&3$s die&enes die&enes de )&oe(o: he  ;

he=; 

I " 

" #5 5

1.00 (Fi!#  de opias# I &" =v )

(, #o& ee(o de $d $d de )$&$meno )$&$meno $3$s $&&i6$: 9=;



I & 

" #7 &

1.00

d, #o& ee(o de $ ine&e&en(i$ ine&e&en(i$ de $"$de&o de $3$s $6$o: (;d 6 d) = ;o 

(96;o)=;o

I  

& #7 &

1.00

&= ;o= ;o 

Do aparece en (Fi!# J de opias# I o =)

e, #o& ee(o de sme&3en(i$: sme&3en(i$: ;d = he 

(Fi!# C$ opias# I 5 =)

I  

5 #7 C

G >empla4amos >empla4amos en la ecuación ecuación (<): (<):

1.00

C = 3.4m

G >empla4ando en la ormula de H (caudal sobre la cresta de barraje .jo) tenemos que:

Qc = 41.3 m"#s

6. Des($&3$ en ($n$ de im)i$ +Q(, ?e considera que cada compuerta unciona como vertedero, cuya altura 9 * = !.!! !.!! 9ara ello se!uiremos iterando, i!ual que anteriormente anteriormente asumiendo un valor de h, para ello usaremos las si!uientes órmulas:

L = L1  2 +   /) '

Qd = C  L;;  !i <2 Donde : L ! L1  /) /$

= = = = = =

0on!itud eectiva de la cresta ar!a sobre la cresta incluyendo hv hv

& m

0on!itud bruta del canal Dumero de pilares que atraviesa el aliviadero oe# de contrac# de pilares (trian!ular) oe.ciente de contraccion de estribos

7#"5 m 5#55 5#55 5#"5

> = .,m G Cá(o de (oe9(iene de des($&3$ "$&i$6e )$&$ $ (&es$ de (im$(io sin (on&o:

C= Co x / 1 x / 2 x /  x / 4

*****.+D,

$, #o& ee(o de $ )&ondid$d de e3$d$: 9=h 

5#555

(Fi!#  de opias) o 

6, #o& ee(o de $s $s ($&3$s die&enes die&enes de )&oe(o:


.10 (Fi!#  de opias# I "=o )



he  ;


he=h 

I " 

"#55

1.00 (Fi!#  de opias# I &" =v )

(, #o& ee(o de $d de )$&$meno $3$s $&&i6$: 9=h



I & 

5#555

1.00

d, #o& ee(o de $ ine&e&en(i$ de $"$de&o de $3$s $6$o: (;d 6 d) = ;o 

(96ho)=ho

I  

"#55

0.77 (Fi!# J de opias# I o =)

e, #o& ee(o de sme&3en(i$: ;d = he  &= ho= ho 

(Fi!# C$ opias# I 5 =)

I  

5#7C

G >empla4amos en la ecuación (<):

1.00

C = 2.3m

G >empla4ando en la ormula de H (caudal sobre la cresta de barraje .jo) tenemos que# Qcl = (.4! m"#s

(. Des($&3$ Máxim$ ?o$ +Q? ,: Q = Q ( ' 2Q ( Qd = 1.50 m>
Qt = ,., m"#s

Este valor no cumple con el caudal de dise1o, tendremos que asumir otro valor de ; ?i!uiendo este proceso de iteracion con el tanteo de ; resultan los valores que aparecen en el cuadro de la si!uiente# En este cuadro iterar hasta que Qt = 13.! m"#s U*<>+ 9*>* E0 9>+E?+ 'KE>*K'%+

o +m, 1.00 0.70 0.40

Co

/1

/2

/

/4

L ee(.

Q(  Q(

#L #"5 #L #"5 #L" #"5

"#55 "#55 "#55 "#55 "#55 "#55

"#55 5#CC "#55 5#CC "#55 5#CC

"#55 5#CC "#55 5#CC "#55 5#CC

"#55 "#55 "#55 "#55 "#55 "#55

"5#5 #C "5#7 #7 "5#7& #7L

"#L 7#5 &#" 7#J "5#" 5#5

Q D -s o

(/* (**

( -

*/*

/

*** (***

-*** /*** 8*** :*** ((*** (-*** (/*** (8*** (:*** .(*** .-*** ./*** 9*** 2*** )*** (**** (.*** (9*** (2*** ()*** .**** ..*** .9***

0*/**** 5 Ho = 0.52 .*** m m 3 0(** o 2 0(/* 0.** 0./* 0-**

Qt = 13.50 m³/s

Q m3#s5

o = !.2 m

2o -s Qc 9/** 9***

9(-:

-/**

5 -*** s # 3









m  c .*** Q (/** (*/(

(*** /** *** ***

2o(** 3m5

*/*

5aliviadero6 5canal de li$

#$&$

(/*

;o  5#& m H cl (& compuertas)

.**

Hc  "55 m=s $Hc  J7#C m=s

7.4. C$lculo de la Cresta del Cimacio:

141.2 m.s.n.m

;o  5#& m

Ec Fc

R P ' (2. $ Ø

> 140.00 m.s.n.m

0a sección de la cresta de cimacio, cuya orma se aproxima a la super.cie inerior de la l2mina vertiente que sale por el vertedor en pared del!ada, constituye la orma ideal para obtener óptimas descar!as, dependien$ do de la car!a y d e la inclinación del paramento a!uas arriba de la sección# onsiderando a los ejes que pasan por encima de la cresta, la porción que queda a!uas arriba del ori!en se de.ne como una curva simple y una tan!ente o una curva circular compuestaN mientras la porción a!uas abajo est2 de.nida por la si!uiente relación:

( )

Y X = Kx H o H o

n

En las que I y n son constantes que se obtienen de la Fi!ura " de la ?eparata dada en lase#
L#

m3 /s/m

% q =(;o69)

#7

m=s

hv  % 2 /2g =

5#LC

m

$5#

m

%elocidad de lle!ada (%):

ar!a de %elocidad

*ltura de a!ua antes del remanso de depreción (he): he  ;o $ hv 

"#J7 %ertical

I n

"#" "#J

@$o&es )$&$ di6$& e )e&9 $3$s $6$o: #e&9 C&e$3e& ?e!An la  i3&$ 2 de la ?eparata la urva del 9er.l rea!er es hasta una distancia i!ual a &#CJ;o, des$ pu/s de este l-mite se mantiene recto hasta la si!uiente curva al pie del talud (a!uas abajo):

E m5 !.!!! !.1!! !.3!! !.!! !.,!! !.!! 1.1!! 1.3!!


F m5 *** 0**9 0*.) 0*80(-2 0.(2 0-(. 09./

2.,7 o=

1.441



Escuela Profesional de Ingeniería Civil 0//02:8 0)// 0(*.: 0(.(2 0(9()

1.!! 1.,!! 1.!! 2.1!! 2.3!! 2.!!

(

.

-

9

*& C&.G& /

2

8

)

:

(*

((

(.

(-

***

0.**

09**

02**

0)**

0(***

0(.**

0(9**

0a porción del per.l que queda a!uas arriba de la cresta se ha considerado como una curva circular compuesta# 0os valores de > ", >&, P c, Q c se dan en la 93. 1.$ de la separata: on hv=;o:

"#J7

in!resamos a los nomo!ramas, de donde se obtiene:

F ( <o=

5#&&

F (=

0.1 m

G ( <o=

5#"55

G (=

0.05 m

R1 <o=

5#55

R1=

0.2 m

R2 <o=

5#&5

R2=

0.11 m

5#"

Ubicación de los elementos para el dibu9o de la cur-atura a'uas arriba: a

a R2

a

R2 d

R1

c b Talud

R1-R2

Vertical

7.. C$lculo de los Tirantes Con9u'ados:

2

1

)c = 2.!, m

3d 3(

* = 1.(2 m d. d(

>p

*plicando la Ecuacion de Bernoulli entre los puntos " y &: Kenemos:

B ' d( ' !"( = d1 ' !"1 ' !) Ohp: p/rdidas de ener!-a (por lo !eneral se desprecian, debido a su ma!nitud)

Dee&min$(in de i&$ne C&i(o: Diseño de Obras Hidraulicas

d( = +Q2 <3-2 ,1< Msc Ing !os" #rbulu Ra$os



d(= Cá(o de $ C$&3$ de @eo(id$d C&i($:

m

C5

"( =H+3d(,

@(= !" (=

m
#5C "#5

Reem)$B$ndo o6enemos e d 1: B ' d( ' !"( = d 1 ' K2 <+23d 12 ,

# = ' *

d1 2 +

d 2 =−

2

√

+ (

2 1

4

2

+

L#

d 1=

0.200

2 v1 d1

g

#&5

0

Dee&min$(in de ?i&$ne Con3$do 2: d 2

d

q & # = d"

d1 + #C =  d" $ #C

d1

Por uFe consid

q  H=B

@ 1= d 2=

)

5#C

m=s

8.7

m

rolo:  $enor Fue ( 5(80./6No s 5./09/6Usar

Dee&min$(in de Ime&o de J&ode:

v1

F =

J= &C#5"

√

Este valor vuela

g∗d 1

Este es un resalto inestable# uyo oleaje producido se propa!a hacia a!uas abajo# uando se posible evitar este tipo de po4a# Entonces podemos proundi4ar la po4a en una proundidad  ()* $

B ' d( ' !"( ' e = d 1 ' K2 <+23d 12 , d" $ 7#

d1 2 +

#

= 0

d 2 =−

d1 2

+

√

F =

d

(

2 1

4

d 1=

0.150

@ 1= !" 1=

12.7

m

d 2=

10.2

m

J=

44.45

= 0

7#

#&7 m=s

2

+

2 v1 d1

g

)

v1

√ g∗d1

7.(. C$lculo del &adio de Cur-atura al pie del Talud: Esta dado por la ecuación: R = 5d 1

!=

0.83 m

8.7. Lon3id de es$nKe $mo&i3$do& o )oB$ de disi)$(in: $, Ime&o de J&ode: G on el valor de F, se puede determinar el tipo de Estanque que tendr2 la Bocatoma, el cual se!An la se$ parata ser2:

J= @ 1=

#

?#O 

7#

G %er la Fi!ura " de la ?eparata para el c2lculo de 0p

L
&#7

L)=

2.40 m

L)=

50.20 m

L)=

44.001 m

6, e3In LindKis: L) = 5+d2d1, (, e3In $&$neB: L) = xd 1 x@ 1 H+3d1,

d, Jin$mene om$mos e "$o& )&omedio de od$s $s $e&n$i"$s: L)= 40.20 m L)= .00 m 0on!itud promedio de la po4a

7.7. *ro/undidad de la Cuenca: " = 1.2# d 1=

0.20 m

=0 . 6∗q 1 / 2( H / g )1 / 4

7.. C$lculo del spesor del nrocado: e '




Escuela Profesional de Ingeniería Civil H = ( P + Ho ) = q=

3.69 m

e=

1.4$# m

9.33

e=

0.#0 m

7.1!. C$lculo de la >on'itud del nrocado: 6e'In J. G. Bli'K la lon'itud del empedrado est$ dado por la s'te /órmula:

L= c √ H ∗( 0.642 √ q −0.612) donde: ;: car!a de a!ua para m2ximas avenidas q: caudal unitario c: coe.ciente de acuerdo al tipo de suelo

7.11. >on'itud del 6olado )elantero:

3.69 m 9.33 %

Ls =

5Ho

&s=

10.$# m

& e =

2$.$2$ m

& e =

2.00 m

$.00 m

7.12. spesor de la *oLa morti'uadora:

0a subpresión se hallar2 mediante la si!uiente ormula:

[

Sp = γ b c ' h + h ' − donde:

h ( Lx ) L

]

9eso especi.co del a!ua 1000 8!=m 6 = *ncho de la sección 1.00 m# ( = oe.ciente de subpresión, varia ( 5 $ " ) 0.55 9ara concreto sobre roca de medi ! = ar!a eectiva que produce la .ltración !; = 9roundidad de un punto cualquiera con respecto a * , donde se inicia la .ltración# +!
γ =

Mediante la subpresión en el punto x, se hallar2 el espesor de la po4a, asumimos espesor de: 11.6!ms"m

'v=

0.%( m

'e=

)0.4# m

0.!5 (P+H) Ho = 0.5! m ' = 1#2.8# m 12.%( m

1.!5#(P+H)

!.1 m d 2 = 10.2% m

P = 1.2 m 0.1( m

e=0.$0 0.( m

4.00

3.5 m

6.00 m

$.00 m

%.#4 m

2.00 m

e=0.$0

14.#4 m

# Pred$me"s$o"ado de los de"tellados %oster$ores & dela"teros:

0.80 m 0.(0 m

1.00 m

8.1# m

1.00 m 1.00 m

0.$% m

+ara condiciones de caudal máximo

' sea ca"do a& a*a e" el colc".  = d 1 +v1 d ! =

15!.85 m

L =

!0. m

/L = L, =

- =

3.30 m

"px =

,o satisface la exigencia por "u-presin. +ara condiciones de agua a nivel de cimacio

' sea ca"do "o a& a*a e" el colc" =


163.59 m

"px =



Escuela Profesional de Ingeniería Civil  /L =

e=

8.00

,o satisface la exigencia por "u-presin. e oserva qe los valores calclados so" me"ores qe el asm$do e"to"ces se o%ta %or el es%es

olumen de filtracin

e calcla em%lea"do la rmla qe e,%resa la le& de 2arc& do"de:

 : gasto de filtracin.  : coeficiente de permea-ilidad para la cime  : pendiente 'idráulica A : área -ruta de la cimentacin a trav3s del c

álculo y c'e5ueo del espesor del colc'n amortiguador

4lclo de la lo"*$td "ecesar$a de $ltrac$" (L") H = 16!.89

(cota del arrae  co arrae: sal$da:

=

9

(cr$ter$o de 7LH:

&n = 67

14#.%( m

4lclo de la lo"*$td com%e"sada (Lc) lo"*$td vert$cal Lv

Lv =

lo"*$td or$o"tal L

L = &c =

Lc = Lv + L

omo L" ; Lc< e"toces se est4 %os$$l$ta"do la t$$cac$"< %or lo ta"to "o aremos so de llor erificacin del espesor del colc'n amortiguador

[

Sp = γ ∗c ' h + h ' −

c4lclo de la s%res$"

& = &' /$9&v

L = = /L =

uadro de valores para la construccin del diagrama de presiones

P"to

L, (m)

- (m)

% (*/m!)

1

0.00

13.08

113>1.19

!

0.30

1.00

>!>.19

3

1.50

0.30

3!.19



3.00

.30

65!.19

5

3.39

.30

65!.19

6

3.>9

3.30

599!.19

>

.19

3.30

599!.19

Po

.59

3.30

599!.19

8

.99

3.30

599!.19

9

5.39

3.30

599!.19

10

5.>9

3.30

599!.19

11

6.19

3.30

599!.19

1!

6.59

3.30

599!.19

13

6.99

3.30

599!.19

1

>.39

3.30

599!.19

15

>.>9

3.30

599!.19

16

8.19

3.30

599!.19

1>

8.59

3.30

599!.19

18

8.99

3.30

599!.19

19

9.39

3.30

599!.19

!0

9.>9

3.30

599!.19

!1

13.33

3.30

599!.19

!!

1.33

3.30

599!.19

DIAGRAMA DE PRESIONES

0 -500

1

3

5

7

9

-1000 -1500 -2000



h ( Lx ) L

]



-2500 -3000 -3500 -4000 ! -4500 S -5000



;imensionamiento de los +ilares: a9 +unta o
!edondeada

!.1

-9 Altura 7t= 1.2# +7o9: c9 &ongitud: 7asta la terminacin de la po>a m?nimo

=

d9 @spesor e:

0.00

;imensionamiento de los uros de encau>amiento: !.5

a9 &ongitud:

!.1

-9 Altura 7t= 1.2# +7o9:

7.13. )iseño de las Aentanas de Captación: a5 C$lculo de la Captación Dar'en )ereca: Por tanteos usando la fórmula de Manning

 )T06 

se calcula el tirante y se busca el valor mas aproximado

#

%$/2.* $+,s

A&c'( de S(lera

#b%

-** $

Talud

#)%

"audal

Ru*(+idad

**(/*

#&%

Pe&die&te

***-*

#S%

Tira&te N(r-al

Area /idraulica#

A%

Peri-etr( M(0ad(#

P%

*/-9- $

2.4900 m²

- =

2.4044 m

4.6600 m

Q =

/:: $

R%

0.5343 m

T%

3.0000 m 2.2570 m/s

"ar*a de Vel(cidad# ' % E&er*ia E+!eci2ica#

0.2596 m

E%

Nu-er( de r(ude#

2.4900 m

922** $

E+!e0( de A*ua#

%

*)-** $

* =

Radi( /idraulic(#

Vel(cidad#

, %

 = & =

*)-** $

#.%

Kirante que mas se aproxima

1.090 m-Kg/Kg

%

0.7910

alculo de -orde &i-re .

0.!8

B& = Cn /$ =

Ns$&emos :

m. B& =

0.$0

!esultados:

7.L. 0.30 m ?" 0.83 m 3.00 m

b5 )seño del Canal de Conducción: Por tanteos usando la fórmula de Manning

 )T06 

se calcula el tirante y se busca el valor mas aproximado

#

%$/2.* $+,s

A&c'( de S(lera

#b%

(/* $

Talud

#)%

"audal

Ru*(+idad Pe&die&te

Tira&te N(r-al


#&% #S%

#.%

(** **(/* ***./ *)/** $

Kirante que mas se aproxima , %

*)/** $

 =

2.5500 m

* =

98*** $




Area /idraulica# Peri-etr( M(0ad(#

A% P%

& =

*/9.2 $

1.9975 m²

- =

2.4290 m

3.9042 m

Q =

2(: $

Radi( /idraulic(#

R%

E+!e0( de A*ua#

T%

3.2000 m

%

2.8135 m/s

Vel(cidad#

0.5116 m

"ar*a de Vel(cidad# ' % E&er*ia E+!eci2ica#

E%

Nu-er( de r(ude#

%

0.4035 m

 ' *-*$

1.253 m-Kg/Kg 1.1370

Jn ' *)/ $+,s 1.50 m

alculo de -orde &i-re .

0.!8

B& = Cn /$ =

m.

Dsaremos :

B& =

0.$0 m

c9
@

Aca%tac$"=

5.6!0 mB/s t



Lt &ongitud de transicion. +ara E = &t =

< ) t9 6 tg 12.#F

2o"de :

12.#0 F / 2

 =

3.80 m

t =

3.00 m

Cem%laa"do :

Lt

=

1.80

Dsm$mos :

&t

=

2.00

m.

d, Diseño de $s @en$n$s de C$)$(in: Conside&$(iones: G 0as
"&#"msnm ""#7msnm

"5#5msnm El c2lculo hidr2ulico comprende e ción del !asto m2ximo de avenida# *demas se dis la toma con el canal de conducción G
D$os:




Escuela Profesional de Ingeniería Civil %elocidad de predimensionado: 5# asumiendo v esco!iendo dimensiones de comp Esco!emos: " x a b "#JJ m2. A(om). = #7& m3/s. Qdiseño = #7& m2 Adiseño = #5  (om). = para:  compuertas v  "#55 m/s.

MA = ni"e o)e&$(in = CJC = CJR = @e&i9($(in de n(ion$mieno

NMA = !#$ d# %p#ra&!' =

(1

Jn(ion$ (omo "e&ede&o: O&i9(io sumer!ido (Q& libre (Q&SQn)

Jo&m$ $ em)e$&: donde:

Anáisis )$&$ e i"e de O)e&$(in %eri.cación del uncionamiento asumimos: a  5#&5 h"  "#" m. v  v  d  d 

5#L7 6 (5#5LCL 5#LJ vGc  v G 5#7"

Cá(o de i&$ne G1 Q"  c G a Q"  5#"& m. 2lculo de h h  h" $ Q" h  "#5m 2lculo del !asto que pasa por el ori.cio( " comp# >eempla4ando en la ormula: " x

Q = 0.75 m>
asumimos:

m2.

Cá(o de i&$ne G2: m2

G2 = +G1 < 2, ' + + 2  G1  @1P @1P2 = 2  3  ! %"T&  &5#" m/s. %"  #L >eempla4ando: para:

G2 = 0.5





Cá(o de i&$ne no&m$ en e ($n$ de $ " H  5#C m3/s. s  5#55" n  5#5"

Qn<+sP0.5, = 0.5 Qn<+sP0.5, = *G>T&= *plicando manin! e iterando calcu Qn 5#55 5#&5 5#

* 5#555 5#555 5#555

(omo G2  Gn enon(es n(ion$ (omo o&i9 Cá(o de on3id de (on&$((in +L((, 0"  a = c  0r  G(Q&$Q")  0cc  0" 6 0r  asumimos:

0cc 

Cá(o de i&$ne no&m$ H s n b HGn=(sT5#) 

&#& 5#55" 5#5" #"" "#57C

)$&$ e ni"e de o)e&$(in se  e ($d$ de diseño. m. Anáisis )$&$ máxim$s $"enid$s %eri.cación del uncionamiento# a  5#5 h"  "#J m.

C" = 0. ' +0.07 m. v  5#LJ d  vGc  v G d  5#7&

Cá(o de i&$ne G1 Q"  5#"J7

m.

Cá(o de ! h  "#7 m.

Cá(o de 3$so Ke )$s$ )o& e o&i9(io+ 1 H  "# m3/s. H  "#5 m3/s.

asumimos:

Cá(o de i&$ne G2: G2 = +G1 < 2, @1P2 = 2  3  ! @1P2 = &# Cá(o de i&$ne no&m$ en e ($n$ de $ " m3/s.

H  "#5 m3/s. s  5#55" n  5#5"

(omo G2  Gn enon(es n(ion$ (omo o&i9 Cá(o de on3id de (on&$((in +L((, L1 = $ < C( = L& = 5+G2G1, = L(( = L1 ' L& = asumimos:


0cc 




Cá(o de i&$ne no&m$ H s n b HGn=(sT5#) 

#5 5#55" 5#5" "#C& &#"

En S)o($s de máxim$s $"enid )$s$ n ($d$ de: 4.50 m3/s. Cá(o de $ $6e&&$ de $s (om)e&$s )$ $ = Q < + Cd  6  + + 23! ,P0.5 donde: H d  b h

5#C 5#7& "#C "#7

A&$ de $ "en$n$ de ($)$(in m.

i&$ne en máxim$s $"enid$s:

i&$ne en ni"e de o)e&$(ione

*doptamos una altura de ventana

















lor6

deados6

a !r2.ca

$, x !

5Es4rivos redondeados6





Q? LC#CL 75#JL 5#


9(-: .9-( (*/(












ra carga de velocidad en el
' *

 no necesi4a es4anFue5<'9dz6 necesi4a dados




na calidad

1.50 m

!1.!>ms"m 0.#0 m

1.(0 m

>.>8

e = 4/$9 x "px / 24009

1!.! m $##40.11 Gg

e=

1%.(4 m

Aumentar espesor

$(%0%.$ Gg





21.0 m

Aumentar espesor or asm$do:

A = ED

tacin. ual se produce la filtracin

ta a la sal$da de la %oa) 11.6! !1.!>

m.s..m. m.s..m.

*rava & are"a)

8.>0 m

de *r4$co

1!.5 m

de *r4$co

21.24 m

dores.

[

h L

∗c ' h + h ' − ( Lx )

]

12.88 m

15!.85 m 11.86>

(%) 113>1.19 >!>.19 3!.19 65!.19 65!.19 599!.19 599!.19 599!.19 599!.19 599!.19 599!.19 599!.19 599!.19 599!.19 599!.19 599!.19 599!.19 599!.19 599!.19 599!.19 599!.19 599!.19 599!.19

11

13


15




2.40 m 10.!

12.00 m

2.00 m 2.40 m





el dimensionamiento del ori.cio y conducto 1ar2 la transición que une el canal de capta

un nivel de operación (cota barraje .jo) 2 conducir el caudal para m2ximas avenidas

compuertas#





C $ "#5 m=s

1.00mM+  " "#C m. "#C m.

O./. "&#" ""# "5#5 "5#55

m.s..m. m.s..m. m.s..m. m.s..m.

m.s..m.

(

) )2

a

)1 = *&a

si !(,a 'K (9 si !(,a L (9 Qn)

Q = Cd  $  6  + +23!,P0.5 , d : coe.ciente de descar!a a : altura de ori.cio de toma b : ancho del ori.cio de toma

a

5#

v

5#LL

d

5#7"

Q"

5#&& m.

h

5#L m.

Q

1.2

Ga=h") 5#7&

) "

2 < 3 ,' + 0.25  G1P2 , ,P0.5 %"T& %"

"J#" #&J

G2

0.80

m.s..m. m.s..m. m.s..m.





en$n$ Q Qn<+sP0.5, Qn

"#&7 5#LJ 5#

lamos Qn: 9 5#J55 5#J5 "#""5

>T&= 5#555 5#555 5#555

*G>T&= 5#555 5#555

0" 0r 0cc 0cc

5#7 &#L5 #C #5

H HGn=(sT5#) Qn

"#5C 5#57

0.000

io sme&3ido

5#& 5 &#LC

.00

m.

0.4842

ene Ke de$& )$s$& )o& e ($n$ de ($)

(asumido)

a

5#&J

$
G1 = C(  $

! = !1  G1

om). , H

1.87

' + + 2  G1  @1P2 < 3 ,' + 0.25  G1P2 , >eempla4ando:

G2 = 1.02

en$n$ HGn=(sT5#)  0.712 HGn=(sT5#) *G>T&=

Gn

0.57

io sme&3ido

5#J #"C" #7 #5 m.




Qn


2.22

m.

s eniendo $s (om)e&$s $6ie&$s $

$ máxim$s $"enid$s. abriendo todas las compuert

reempla4ando en la ormula a  5#"

Gn = 0.57 G2 = 1.02 :

Gn = 0.484 G2 = 0.78

de:

0.0 m



ATL E?RNC?NRAL DEL AL@ADERO DE DEMAUA AAL

E?RNC?NRAL DE LA -OCA?OMA

1. D$os 3ene&$es: G -$&&$e $ 6$se de (on(&eo (i(o)eo (o )eso es)e(i9(o es de +#(, : G Coe9(iene de &i((ion en&e seo  e (on(&eo 5#J5 ese "$o& es$ en&e 0.5  1 om$&e G Máximos ese&Bo ni$&io de (o&e

@

&#

se3In &e(omend$(iones usaremos canto rodado

7#55

I!=cm

G C$)$(id$d de $ ($&3$ de $ $&en$

 I!=cm = en nes&o ($so )&edomin$n $s $&en$s imo$&(ios$s

G #eso es)e(i9(o de $3$ (on sedimenos  eemenos Vo$n G #eso es)e(i9(o de $3$ 9&$d$ +#,

"#55 Kn=m

G #eso es)e(i9(o de

"# Kn=m

$3$ i3$ +#$,

"#L5

Kn=m

1. Anáisis ($ndo e ni"e de $3$ es i3$ $ ni"e de (im$(io: 5#C5 m

# m

Me

c* S

Ve

4

4

&#J5 m

'

S' "*

.'

5#5 m

.c* Ea

5#C5 m

/

.a

S! +!

Je&B$s Ke ine&"ienen J! = E$ = W = WX = ) = ! = " = @e = Me =

Fuer4a hidrost2tica Empuje activo del suelo en suelo riccionante 9eso de la estructura 9eso del a!ua ?ub $ 9resion omponente hori4ontal de la uer4a sismica omponente vertical de la uer4a sismica Empuje del a!ua sobre la estructura ocacionado por aceleracion sismica y Momento Me# Es el momento que produce la  uer4a %e#

"#5 m

Kn=m

$. Je&B$ !id&osái($ +J!,. 1

Fh= γ 1∗ H 2

5.8 ?n

 2 9unto de aplicación

0. m

6. Cá(o de $ 6)&esin +),: 1

Sp = ∗ H ∗ L∗γ 2∗C =

5.4 ?n

2

: oe.ciente que depende del tipo de suelo 9ara mayor se!uridad su valor es "#

1.41 m

9unto de aplicación

(. Em)e A(i"o de eo +E$,:

Ea=

1 2

2

2

φ

o

γ =

11.1 ?n

∗γ a∗h ∗tg ( 45 − )= 2

1.14 m


d. #eso de A3$ +WX,:

W  = !"ea∗1. 0 #∗ γ 1 =

2.84 ?n 0.5 m


d. #eso de $ Es&(&$ +W,: ?e calcular2 inte!rando las 2reas paralelas a las ranjas verticales trape4oidales en que se ha dividido la estructura dierenciandola a los ejes x $ y#

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 0

Pt( "6M

0t 

Y 1 2  4 5  7 8  10 11 12 1 14 15 1 17 18 1 20 ?o$

#&

T&e$s

!

$

6

F +m,

G +m,

AF

AG

5#&J 5#7CC 5#JC7& 5#CLLC 5#CJC& 5#C7 5#C7 5#7LJ 5#777J 5#JJ 5#& 5#J 5#CCJ 5#"J 5#&C"& 5#&CJ 5#&" 5#"L 5#"J7 5#&"J

5#J 5#J 5#&5 5#&5 5#&5 5#&5 5#&5 5#&5 5#&5 5#&5 5#&5 5#&5 5#&5 5#&5 5#&5 5#&5 5#&5 5#&5 5#&5 5#&7

"#5 "#75 #5 #L7 #&5 #&5 #5 M 5 &#J L "#CCJ "#7 "#& "#5J" 5#LL 5#J7L 5#J57 5#C7C 5#C5

"#5 "#75 #5 #5 #L7 #&5 #&5 #5 M 5 &#J L "#CCJ "#7 "#& "#5J" 5#LL 5#J7L 5#J57 5#C7C

#5J #77 # #5L &#J &#L7 &#7 LJ "#J "#LC "#J "#5LJ 5#JL 5#LJ 5#J 5#5LC $5#" $5#5 $5#7 $5#L5

5#7C 5#J& "#7L "#C5C "#7CL "#7" "#7 "#& "#&7 "#&C "#"&& 5#LC5 5#J" 5#7CL 5#J& 5#"" 5#C 5#"L 5#L 5#CL

&#&J &#C &#L" &#C &#&5 "#LJ "#C&" "#7 "#&5 5#L5 5#C5J 5#LL 5#&" 5#"JL 5#5L 5#5&C $5#5 $5#5CL $5#"&5 $5#"LC

5#C 5#C "#J "#7 "#&& "#&C "#"J 5#LL 5#JJ 5#C5 5#JL 5#5 5#5C 5#&" 5#"J 5#"5 5#5LJ 5#5J& 5#5C& 5#5J

21.081

12.288

10.172

W  = "ea∗1. 0 #∗ γ cto=

2.8 ?n F(o= G(o=


2.075 m 1.210 m

e. Com)onene o&iBon$ de ismo +!,: 2.4 ?n

?h  5#"5 W 

. Com)onene @e&i($ de ismo +",: 0.70 ?n

?v  5#5 W 

3. Em)e de $3$ de6ido $ ismo +@e,:

$e= 0.726 %e∗ & = 9e: *umento de presión del a!ua en lb=pie & a cualquier elevación debido a oscilaciones s-smicas y su valor se calcula por:

%e=C ∗ ∗γ ∗h

C =

C# 2

[ ( ) √ ( )]

∗ & ∗ 2− & + h

h

& ∗ h

2

−& h

X : 'ntensidad del ?ismo: *celeración del ?ismo=*celeración de la !ravedad Y : 9eso espec-ico del a!ua (lb=pie & ) h : 9roundidad del a!ua (pies) m : %alor m2ximo de c para un talud constante dado# El Momento de vuelco es:

Me  5#&LL 9e G y &

En la super.cie de a!ua: En el ondo del aliviadero:

Me  5 y h y = h 

9ara el 9aramento %ertical:

&#J m &#J m "

 l

5#C 5#&

! h

L5#J L#"J m

(%er .!ura " y ") (Escala Mercalli Modi.cado) lb=pie pies

>eempla4ando estos valores en la ecuaciones anteriores:

#e = @e = Me =

"L#"" "&L#&C JL#

lb=pie& lb=pie lbs

Kransormando unidades en un ancho de " m:

@e = Me = Anáisis de $ Es&(&$: $, N6i($(in de $ Res$ne: Komando Momentos respecto a #M (%er Fi!ura)

Je&B$ #7J Kn J! E$ ""#"L Kn #L Kn ) &# Kn ! " 5#C5 Kn "#L Kn @e &C#5 Kn W #7L Kn WX &"#" Kn  JB$   JB$ @ &#"5 Kn

-&$Bo

Momeno

"#L m "#" m &#J m "#&" m J m $ #&C m #JL m

$"5#LL $"&#C7 $"7#CJ $&#J $"#7 $&#&& L#" &"#C $C#5 ""C#"

 Ms +,  Ms +',

1. 2.22

Kn Kn $m

F R=

2.1 m

2 Ex(en&i(id$d ZeZ:

e= e=

L 2

− X R ≤

L

0.7 m

6 S 5#C" m

. Ese&Bos de Com)&esin en $ 6$se +s, Estos deben ser los permisibles para que la estructura no alle por aplastamiento#

( =

Rv 6∗e ( 1± ) b∗ L L

s " 

$5#577

s & 

"#&5

(no considerar)

Estos resultados son menores que la r esistencia orecida por el terreno#

4. J$(o& de e3&id$d $ @oeo: J=

 Ms +',  Ms +,

J=

2.4

 1.50

 1.5

5. J$(o& de e3&id$d $ DesiB$mieno: J& =  Jx ?3
5#

.4 ?n

(?e!An Kablas en ?eparatas)

[

21.14 ?n

Entonces se considera el
TB> B. DT0)0 *& C>CU>& > A>0& D)H0 ) n *& UM CUC
1.?Aalores basicos de n recomendados Cauces en 4ierraAAAAA Cauces en grava naAA Cauces en rocaAAAAAA Cauces en grava gruesaA

**(* **(9 **(/ **.)

es(o3ido

2.? umento del coe%ciente n Nue se recomienda para tomar en cuenta el 'rado de irre'ularidad Cauces m#>s (*0(. (.0(/ L(/

n *** *(/ *-*

veces n2 veces n2

n2 ' 7u$a de conce<4os (1.1-191/

CALCULOS HIDRAULICOS ESTRUCTURALES.MOTUPE_2025.xls

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