DISEÑO DE BOCATOMAS BOCATOMAS II Msc. Ing. Isidro Alberto Pilares Hualpa
CÁLCULOS PARA SU DIMENSIONAMIENTO HIDRÁULICO DE UNA BOCATOMA
1
Disposición típica de principaes ee!entos de "na #ocato!a de captación atera El
dim imen ens sio iona nami mie ent nto o
hid idr ráu áuli lico co
de
una un a
estr es truc uctu tur ra
de
captación se basa en el estudio del comportamiento del agua ya
sea se a
en
movi mo vimi mien ento to
o
en
repo re poso so. .
El
dime di mens nsio iona nami mien ento to
hidráulico debe satisfacer lo siguiente: a. Est Estabi abilid lidad ad de del l cauce cauce al paso de de la avenida avenida de dise diseño ño (hidráulica fluvial). b. Asegurar Asegurar permanen permanentemen temente te el el caudal caudal en ingreso. ingreso. c. ap aptar tar lo lo m!nimo m!nimo de ma mater terial ial sól sólido ido. . d. "roveer
un
sistema
de
compuertas
#ue
eviten
la
sedimentación de sólidos y material flotante frente a la bocal.
DIMENCIONAMIENTO DE LA $ENTANA DE CAPTACION $a
capt ca ptac ació ión n
de
agua ag ua
se
real re ali% i%a a
medi me dian ante te
una un a
aber ab ertu tura ra
llamada ventana de captación. Esta traba&a como vertederos en
m!nimas
y
como
orificio
ahogado
en
má'imas.
us
dimensiones son calculadas en función del caudal a derivar de las condiciones económicas aconse&ables y su geometr!a.
%& ÁN'ULOS PRINCIPALES $a geometr!a de la toma se acondiciona a los siguientes ángulos funcionales (*er figura):
+
a. ,ng ngul ulo o de -ng -ngre reso so ( α ) entre los e&es longitudinales del r!o y la bocal. b. ,n ,ngu gulo lo de de deriv derivac ació ión n ( β ) entre el margen del r!o y el e'tremo de aguas arriba de la bocal. c. ,ng ,ngulo ulo de de desvi desviaci ación ón de la fr front ontal al ( γ ) formado entre el e&e longitudinal de las ventanas y la margen del r!o.
E(e!po& Características Características hidráulicas del río "ara m!nima avenida / 0 m23seg
* / 2.+ m3s
A / 144m+
" / 1+2
5 / medio 1+6m.
dn / 1.74 (tirante)
8b / borde libre / 6.29
/ Alto total / 1.90
n / 6.602
/ 6.614 m3;m
$a geometr!a de la toma se ha condicionado a los siguientes ángulos funcionales.
/ ,ng ngul ulo o de ing ngre res so en ent tre los derivación y margen del rio 26<. α
e&es e& es
del de l
can anal al
de
β /
,ngulo de derivación = β > entre el margen del r!o y margen aguas arriba del anal de transición +2<1? γ = ,ngulo de desviación de la frontal de las ventanas de captación y la margen del r!o igual a 14<.
)& DIMENCIONAMIENTO DE LA $ENTANA DE CAPTACION 2
$a altura de la ventana de captación se determina por la formula de vertederos.
%* CASO+ En ,"nción a ca"da a deri-ar a) Para época de Estiaje: / 1.97 l 23+
/ (
[email protected]h) h23+
(Ecuación (Ecuac ión de 8ra 8ranci ncis s par para a un ver verted tedero ero rectangular de cresta aguda sin contracciones). (Ecuación para un vertedero rectangular de cresta aguda con contracciones). contracciones).
/ audal a deriva m23s) $ / $ongitud ventana (m) h / Altura de la ventana (m) / 1.97 oeficiente normali%ado del vertedero / B de contracciones
b) Para época de Avenidas (orificio (orificio sumerido) sumerido) / d Ao (+g )13+
(Ecuación general de un orificio).
d / (v) (c) coeficiente de gasto en un orificio. v / oeficiente corrección por pCrdida de carga (D1.6) c
/
oef o efic icie ient nte e
corr co rrec ecci ción ón
por po r
cont co ntra racc cció ión n
de
la
vena ve na
l!#uida. * / v (c g )13+ Ao / c (A) Ao sección contra!da. $os
coeficientes
se
usan
orificios
circulares
y
rectangulares y son funciones del B de eynolds. i B e F 160 v c d son: v / 6.GGH c / 6.60 d / 66
)* Caso+ Considerando Considerando as p.rdidas 7
on on debi de bido do a: re&i re &ill llas as cont co ntra racc ccio ione nes s entr en trad adas as camb ca mbio ios s dire di recc cció ión n la las s re redu ducc ccio ione nes s pr prod oduc ucid idos os po por r la las s comp co mpue uert rtas as resistencia producidas por el ro%amiento de ángulos los #ue son tomados en cuenta para el diseño hidráulico.
a/ Perdidas en as re(ias u ob&etivo básico es impedir #ue los materiales de arrastre y su susp spen ensi sión ón in ingr gres esen en al ca cana nal l de de deri riva vaci ción ón lo los s cu cual ales es causan obstrucción y desbordes aguas deba&o de la captación. u colocación puede ser vertical o con una pe#ueña inclinación. u principal desventa&a es #ue causa pCrdida de carg ca rga a las cu cual ale es deb eben en se ser r co cons nsid ider era ada das s dur uran ant te el dimensionamiento dimensionamiento de la ventana de captación.
a&%/ 0or!as de e-a"ar as p.rdidas en as re(ias on de on debi bidas das a la las s ob obst stru rucc ccio ione nes s or orig igin inado ados s po por r lo los s hori%ontales y verticales de apoyo de las re&illas.
elem el emen ento tos s
i) !n criterio es la f"rmula de Creaer: hr
=
V n2
Kt
2 g
Kt = 1.45
2
a − 0.45 − n ag ag an
;t / oeficiente de pCrdida en la re&illa. an / ,rea neta a travCs de la re&illa. ag / ,rea bruta de la re&illa y sus soportes *n /*elocidad a travCs del área de la re&illa V n
an a g
an a g
=
=
0.85
2.5" 2"
=
43 rejillas x 0.05
=
2.62
=
2.15
1.06
=
m / seg
2.15 m.
2
2.62
Kt = 1.45
hr
x
=
a n = 0.67 a g
=
0.82
−
0.45 * 0.82
0.411 *
;
(1.06 ) 2 19.62
=
− 0.67 = 0.44
0.02 m
ii) #tra f"rmula de evaluar f"rmula de $ou%
0
"ara su evaluación emplearemos la fórmula básica de ouI: 2
h2
φ . V = 1.32 . e
15 8
. sen (Ω) . (sec ( B))
Jonde: K o A o 5 o * / e / h+ / K M O * J
o o o / /
/ Jiámetro de las re&illas (plgs). / ,ngulo de inclinación de las re&illas. Ω α / ,ngulo de ingreso. *elo *e loci cida dad d de de flu flu&o &o a tra travC vCs s de de las las re re&i &ill llas as (p (pie ies3 s3s) s) Espa Es paci ciam amie ient nto o en entr tre e re re&i &ill llas as (p (plg lgs) s). . "Crd "C rdid idas as de ca carg rga a (pl (plgs gs). ). φ
/ ϕ
L pulg. A / talud N (40.G<) 5 / 26< 2.79 ft3seg + pulg. 2
0.5 * 3.48 Hr = 1.32 x x 0.97 x 1.31 2 = 1.27 pu lg = 0.032 m. ⇒ de hr
la a y b tomaremos el mayor valor
= 0.032 m.
#/ P.rdidas en as transiciones t ransiciones $as pCrdidas de carga en la contracción de agua deba&o de la ventana de derivación var!an de acuerdo con la variación de área y la hori%ontal hori%ontal de la transición transición en el #ue se aplican en Ir dependiendo del ángulo en #ue Csta se produ%ca. hd
=
Kr
V 2 2 g
Ta#a de 1ISIELIE$
θ
4 a 5°
Kr 0.06
7°
10°
15°
0.16
0.16
0.18
20° 0.2
25°
30°
35°
40°
45°
60°
75°
80°
0.22
0.29
0.26
0.28
0.30
0.32
0.34
0.35
0.005
hd
= 0.20 *
( 0.70) 2 19.62
=
0.005 m.
c/ P.rdidas de co!p"ertas e aplica un coeficiente de pCrdida cuando una compuerta está montada en el lado de aguas arriba o aguas aba&o de un muro donde solamente la parte superior se contrae. hc
= 0.5
V
2
=
2 g
0.5 x
Pérdidas Pérdidas totales
=
( 0.7 ) 2 19.82 0.03 + 0.01
= =
0.012 m.
0.04
"or lo tanto la altura total de la ventana está dado por: h
=
h1
+
h2
h / 6.40 P 6.67 h / 6.4G Q 6.96
)&%/ E(e!pos de ,or!as de c2c"o a/ / 0 m23seg (capacidad má'ima) n / 2 (nRmero de ventanas) Q 3
=
1.67 m / seg
*elocidad 6.0 S 1.+ m3seg. * / 6.90 m3seg / * T A A =
1.67 0.85
(Ecuación de continuidad)
=
1.965 m 2
i h1 = 0.75m. l
=
1.965 0.75
=
2.62
Estas dimensiones serán corregidas por el coseno del ángulo de desv de svia iaci ción ón fr fron onta tal l po por r un una a pa part rte e lu lueg ego o po por r el pa pa#u #uet ete e de platinas #ue forman la re&illa frontal en cuanto al alto serán arreglados por la pCrdida de carga ocasionados por la re&illa.
4
+LU/6.6 Número de barras
=
2.62 0.06
=
43
LU / 6.61+0 Espacio ocupado para barras / 72 ' 6.61+0 / 6.07 Jesviación frontal =
1
2
"
2.62
=
os 17 º
2"
1 2
2.71
"
2 12 "
2"
1 2
"
2 12 "
A&uste de medidas de la ventana de captación a ) A n ch o orreg or regidos idos por inclin inclinaci ación ón e& i l la s A n ch o
+.+ 6.69 6.6 9 6.07 2.+ 7 m.
b ) A l to orregido perpendicular Je cargas con re&illa Alt o
6.40 6.6+ 6 .4 4 m .
El umbral de ingreso va a consistir en 2 ventanas de 2 ' 6.96m.
#/ El ancho propuesto es corregido por el coseno del ángulo de desviación de la frontal ( γ ) y por el nRmero de re&illas en la ventana. @ Rmero de re&illas. N r
! =
e
−1
Jonde: $ / An Anch cho o tot otal al de la ven enta tana na (m (mts ts). ). e / Espa Espaci cia ami mien ento to en entr tre e re& re&il ill las (mt mts s) y r / R Rme mero ro de re re&i &ill llas as. . N r
=
2.62 0.06
−1
En la de dete term rmin inac ació ión n de la co corr rrec ecci ción ón ventanas se contemplan dos casos:
del de l
anch an cho o
de
las la s
9
i el ángulo de desviación frontal es de 6B $n / $ @ i el ángulo de desviación frontal es diferente de 6B @
!n
! = + cos γ N r cos (γ )
Jonde: $n $ongitud corregido corregido de ventanas (mts). (mts). $ $on $ongit gitud ud neta neta de las ven ventan tanas as (mts (mts). ). γ ,ngulo de desviación frontal. φ Jiámetro de re&illas (mts) y r Rmero de re&illas
2.62 + 0.956
!n =
0.956 × 42.6
KambiCn será necesario considerar para el dimensionamiento la contracción de los muros laterales es decir la longitud efectiva esta influido por el efecto #ue producen las pilas y los estribos de la cresta tiene una forma #ue producen contracciones laterales sobre la descarga. El efecto de las contracciones en los e'tremos pued pu eden en to toma mars rse e en cu cuen enta ta en ento tonc nces es pa para ra ca calc lcul ular ar la long lo ngit itud ud ne neta ta de di dise seño ño pa para ra lo cu cual al se ut util ili% i%ar ará á la ecuación siguiente: !e
$e / / ;p / $n /
=
!n
− 2 ( N Kp + Ka) x He
$ongitud efectiva efectiva de la cresta cresta en (m) Rm Rme ero de pil pilas as. . coeficiente de contracción contracción de las pilas $ongitud corregida de de ventanas (m)
&#'A E *A+AA' "ara pilas de ta&amar cuadrado con es#u es #uin inas as re redo dond ndea eada das s co con n un ra radi dio o igual apro'imado 6.1 des espesor de la pila. "ara pila de ta&amar redondo "ara pila de ta&amar triangular
,p 6.6+ 6.61 6.66
;a / oeficiente de contracción de los estribos (al coeficiente de contracción del estribo lo afecta la forma de este el ángulo entre el muro de llegada de aguas arriba y el e&e de la corriente la carga con relación a la del pr pro oye yect cto o y la ve velo loc cid idad ad de ll lle ega gada da). ). En la las s G
con ondi dic cio ione nes s siguiente:
de
la
carg ca rga a
de
pro roye yec cto
e
&#'A E E-*'./# "ar ara a es est tri ribo bos s cua uadr dra ado dos s co con n los muros de cabe%a a G6B con la dirección de la corriente. "ara estribos redondeados con muros de cabe%a a G6B con la dirección de la corriente cuando 6.0 o ≥ r ≥ 6.10o. "ara estribos redondeados en los #ue r F 6.0o y el muro de cabe%a esta col oloc ocad ado o a no más de 70B co con n la dirección de la corriente.
se
tien ti ene e
lo
,a 6.+6
6.16
6.66
r / radio con #ue se redondea los estribos.
E(e!po+ $e / $n P +( ;p P ;a) ' e $e / 2.60 P + (1 ' 6.61 P 6.1) ' 1.1
$o #u #ue e no nos s in indi dica ca #u #ue e se será rá la lo long ngit itud ud m! m!ni nima ma #u #ue e se debe de berá rá as asum umir irse se en el pr prim imer er um umbr bral al en a ve vent ntan ana a de captación para captar el caudal re#uerido será:
0 = 1213m
3& Cana de transición de entre4a a cana de deri-ación $a transición es una estructura diseñada para variar la forma de la sección transversal del canal en la dirección del flu&o su función es limitar las pCrdidas de energ!a y as! evitar la formación de ondas y turbulencia proporcionando proporcionando seguridad a la estructura contigua. 16
En el caso de 5ocatomas el canal de transición es el #ue une las ventanas de captación con el canal de derivación.
3&%& Di!ensiona!iento $os pri princi ncipio pios s de dim dimens ension ionami amient ento o de las tra transi nsicio ciones nes puede resumirse en el concepto de proporcionamiento #ue considera #ue el ángulo optimo de convergencia o divergen divergencia cia O sea de 1+B26? 1+B26? grados grados para estructuras estructuras #ue re#uieran perdidas de carga pe#ueñasH tales como sifones ca&ones de paso etc.H y de +0B para estructuras en el cual cua l la per perdid dida a de car carga ga no tie tiene ne may mayor or sig signif nifica icació ción n como en las rápidas y ca!das.
K.E / $ongitud de la transición de entrada K. / $ongitud de la transición de salida O / Angulo de divergencia o convergencia El conocimiento del valor de O nos permite determinar la long lo ngit itud ud de la tr tran ansi sici ción ón a tr trav avCs Cs de la si sigu guie ient nte e relación:
0 = (b45b6)76 t 468139 b1/ Ancho de la %ona de compuertas b+/ Ancho del canal de derivación
3&)& Deter!inación de per,i de ,"(o "ara la determinación del perfil del flu&o en el canal de tran tr ansi sici ción ón se es esta tabl blec ecen en 7 se secc ccio ione nes. s. $a pr prim imer era a es esta ta locali%ada en las ventanas de captación. $a segunda debe esta es tar r lo loca cali li%a %ada da en entr tre e la las s ve vent ntan anas as de ca capt ptac ació ión n y la compue com puerta rta de reg regula ulació ción. n. $a ter tercer cera a sec secció ción n deb debe e est estar ar 11
ubicada en las compuertas de regulación y la cuarta debe estar ubicada aguas deba&o de la compuerta de regulación. "ara el análisis se utili%aran los principios de Energ!a Especi Esp ecific fica a de Vom Voment entum um y el de on ontin tinuid uidad ad tom tománd ándose ose como referencia las ventanas de captación. *er figura.
2&)&%& Tirante en a C2!ara de In4reso "ara evitar el ingreso de los materiales de arrastre de fondo del r!o será necesario darle un alfei%ar m!nimo de 6.26m.
1+
Aplicando la ec. Je energ!a en 1 y + tenemosH
∆ +
V 12
+
$ 1
=
2 g
+
$ 2
V 22 2#
+ h" 2
0.30
+
0.80
+
0.025 = $ 2
5 + 6
1 19.62$ 22 b
1.085
=
$ 2
+
+ ≈
0.04 6.00 m.
0.035 $ 22
"or tanto: $ 2 = 1.06 m.
= 6.00 m. $ 2 = 1.06 m. B2 = 0.79 m / seg . % 2 = 1.085 m. b
3&)&) Tirante en a Co!p"erta Re4"adora % 2
V 32
= y 3 +
2 g
+
h"
2
h" =
K
V 3
2 g
K = 0.5
"erdida de carga para las entradas pp2G4 diseño de presas pe#ueñas 2
1.085
=
$ 3
5 + 4
1.53 2
19.62 $ 3
"or tanteos:
= 0.95 m. b3 = 4.00 m. V 3 = 1.31 m / seg . % 3 = 1.04 m. $ 3
12
3&)&3& Transición de Entre4a a Cana de Deri-ación anal de Jerivación Q = 5.00 m 3 / seg
d n
= 1.10
m.
H = 1.50 m.
b = 2.10 m.
" b
= 0.40
m.
& = 0.002
t = 0
V
=
2.16 m / seg .
n = 0.014 % = 1.717
Aplicando la ecuación de energ!as para una transición en rCgimen tran#uilo entre las secciones (2) y (7) da: 2
% 3
=
$ 4
+
V 4
2 g
+ h" −
h" = Kr
∆
V
2
2 g
Kr = 0.17
1.085
∆ =
=
1.10
+
0.239
+
0.041
− ∆
0.30 m.
5& ALI$IADERO DE DEMAS6AS En algunos casos por mala operación de las compuertas de regu re gula laci ción ón in ingr gres esa a ma mayo yor r ca cant ntid idad ad de ca caud udal al al ca cana nal l de deriva der ivació ciónH nH par para a con contro trolar lar est esta a sit situac uación ión no des desead eada a es nece ne ces sar ario io co col loc ocar ar un al aliv ivi iad ader ero. o. "or lo ge gene nera ral l lo los s
17
aliviaderos se colocan cerca regulación. (*er figura +4)
de
las
compuertas
de
El egreso de la e'cedente en el canal se da a travCs de la pared del canal. @ El caudal vertido se deriva a un canal diseñado para un costo variable y Cste descarga al r!o. @ $a cresta del aliviadero es la del nivel normal del agua más 0.6 cm. por las ondas transversales. @
5&%& Dise7o de ai-iadero de de!asías o atera e ha considerado a la salida de las compuertas inm nmed edi iat atam amen ent te un alivia aliv iad der ero o lat ater eral al para para evac ev acua uar r e'cede e'c edente ntes s por mal mala a ope operac ración ión (ab (abier iertas tas las compue compuerta rtas s para caudales altos)
4) i ive vel l de de la la cor coron ona a e ha ad adop opta tado do la co coro rona na ho hori ri%o %ont ntal al a fondo de la compuerta. Esto es: 11G.+ P 1.16 / 1+6.2 m.s.n.m.
1.16 1. 16m. m.
del de l
6) Ef Efic ici ien enci cia a 10
i el vertedero traba&a libre su eficiencia es ba&a por po r lo #u #ue e re reco come mend ndam amos os co colo loca car r un una a pa pant ntal alla la cu cuya ya altura se definirá más adelante.
1) 0onitud "ara una ade "ara adecua cuada da efi eficie cienci ncia a se ado adopta pta G.66 m. de largo. +
1
+
1
a) audal audal má'imo má'imo permi permisibl sible e por el canal. canal. Q
=
3
7.00 m / seg .
$
=
1.45 m.
v
= 2.29 m / s
% = 1.717 m.
b) *el *eloci ocidad dad ba& ba&o o la pant pantall alla a "ara umbral de 1.16 m. V
7.00
=
=
2.38 x 1.10
2.67 m / s
c) "Crdida "Crdida de de carga carga ba&o la panta pantalla lla h"
=
0.5
V
2
2 g
=
d) En Ener erg g!a en % 1
=
1.717
+
0.182 m.
1 0.182
=
1.899 m.
e) Ki Kira rant nte e del del Agu Agua a en 1 Q 2
2 2
2.73 x 19.62 y1
+
y1
=
1.899
+
h"
1
0.335 y12
+
y1
=
1.90
y1
=
1.80 m.
v1
=
1.42 m / seg .
f) Kr Kram amo o ini inici cial al 2
Q 4.00
1 y 2 2 g
* y
=
% 1
+
pc
− ∆
/ 11.6 m23s
"ara
/ 6.26
"or tanteo resulta
/ 7.66
Wo
/ 1.7+ m.
g) au audal dal del del verte verteder dero o latera lateral l Kirante inicial
1.7+ S 1.16 / 6.2+ 1.96 S 1.76 / 6.76
"romedio
Q
=
2.2 x 9 x (0.36 )
6.2 m. 3
2
=
4.2 m 3 / s
e puede asumir en 7.66 m23s luego 4.66 P 7.66 / 11.66 m23seg.
X;Y
El canal de derivación no soporta más de 4.66 m23s y el alivia ali viader dero o lat latera eral l 7.6 7.66 6 m23s po por r lo #u #ue e se reco recomi mien enda da 2 regular el ingreso a no más de 11 m 3seg.
;) Comprobaci"n del Efecto de la Pantalla @ *elocidad a travCs de la pantalla
5.00 2.38 x 1.10
=
1.90 m / seg .
arga de velocidad 6.197 m. @ "erdida de carga 6.0 ' 6.197 / 6.6G+ 14
@ Energ!a Espec!fica antes de la pantalla: E / energ!a del canal P 6.69 m / 1.29 P 6.6G+ / 1.74+ m @ Kirante: 2
5.00 2.38 y
0.225 y 2
1 2 g
+ y = 1.472
+ y = 1.472 $ = 1.35 m.
@ "ara el tramo al final del vertedero b / +42 m. 2
5.00 2.38 y
0.1709 y 2
1 2 g
+ y = 1.472 +
p.c.
+ y = 1.477
Por tan teos $ = 1.40 m.
El resultado indica #ue al final #ueda e'acto el nivel con respecto a la corona del aliviadero lateral.
8& DIMENSIONAMIENTO DE LAS COMPUERTAS COMPUERTAS DE RE'ULACI9N on a#uellas compuertas #ue regulan el ingreso del caudal de derivación hacia el canal principal (ver figura +). "or lo general se recomienda #ue el área total de las compue com puerta rtas s sea igu igual al al áre área a del can canal al con conduc ducto to agu aguas as aba&o.
19
Asimismo se recomienda #ue la velocidad de diseño sea de +.6 a +.0
"ara "ar a el dim dimens ension ionami amient ento o de la com compue puerta rta #ue reg regula ulará rá el ingreso al canal de derivación se utili%ará la siguiente ecuación:
Q = d x Ac x ( 2 gh )
1
2
i traba&a como orificio ahogado d / oeficiente de descarga tiene un valor #ue var!a de 6. a 6.9 (generalmente e usa para compuertas desli%antes desli%antes el valor de 6. y para compuertas radiales 6.4+). Ac / ,rea de la cobertura de la compuerta en m+. /
Jifere Jif erenci ncia a
de
nivele niv eles s
de
aguas agu as arr arriba iba y agu aguas as
deba&o de la compuerta. onociendo * (del valor de diseño recomendado) se determina h (por lo general se estima entre 6.10 a 6.26 m) y luego se halla el valor de A. uando se tiene una lu% grande es conveniente dividir la lu% en varios tramos iguales para disponer de compuertas más fáciles de operar. 1G
Ejemplo: atos: d / 6. Ac / + compuertas de (1.1'1) / +.+m+. * / (+gh)13+ / (+'G.91'6.1+4) (+'G.91'6.1+4)6.0 / 1.09 m3seg.
'eempla
para par a
pasa pa sa po por r
la co comp mpue uert rta a
satisf sat isface acer r
la dem demand anda a
de re regu gula laci ción ón es de (1. (1.9m 9m23se 3seg.) g.) el
cual además asume un caudal por seguridad del 16Z.
:& DIMENSIONAMIEENTO DEL BARRA;E 0I;O $a función de los barra&es es levantar el tirante del agua y facilitar el ingreso del agua por la captación. Adem Ad emás ás
debe de be
tene te ner r
caudal cau dal
má'imo má' imo
sufi su fici cien ente te
instan ins tantán táneo eo
con
capa ca paci cida dad d un
para pa ra
evac ev acua uar r
el
determ det ermina inado do
period per iodo o
de
retorno. El vertedero debe ser hidráulica y estructuralmente estructuralmente adecuado de tal manera #ue las descargas del vertedor no eros er osio ione nen n ni so soca cave ve el ta taló lón n
agua ag uas s
deba de ba&o &o de la pr pres esa a
derivadora o barra&e. Estos barra&es muestran tres variantes:
a2 /arraje fijo : uando la presa derivadora se construye de un elemento r!gido #ue puede ser generalmente de concreto en r!os caudalosos tambiCn se puede hacer de gaviones.
b. /arraje m"vil : uando la presa consta de una serie de pila pi lare res s
#ue #u e
sopo so port rtan an
comp co mpue uert rtas as
#ue #u e
perm pe rmit iten en
tira ti rant nte e
de ag agua ua en el r! r!o. o. u pr prin inci cipa pal l
regu re gula lar r
vent ve nta& a&a a
el
es su
versatilidad para modificar el tirante del agua y para la eliminación de los sólidos. e prefiere en r!os caudalosos con pendientes suaves. +6
c2 /arraje mito : uando una parte del cauce es cerrado con un elemento fi&o y otra parte del mismo con una estructura móvil. Esto es una solución muy usada en los r!os de la costa peruana donde las crecidas y estia&e de los r!os son muy diferenciados. diferenciados.
8&% An2isis < Seección de Barra(es En un una a to toma ma co con n pr pres esa a de deri riva vado dora ra el co cost sto o de del l ba barr rra& a&e e constituye la partida más alta de la obra es por eso #ue se anali% ana li%ará ará dif difere erente ntes s tip tipos os de bar barra& ra&es es par para a som somete eterlo rlos s luego lue go a un est estudi udio o com compar parati ativo vo #ue per permit mitirá irá eva evalua luarlo rlo y calificar para la toma de decisiones en la elección de la solución más conveniente. $os factores a considerar en el cuadro de calificación son: 1. on ondic dicion iones es idrá idráuli ulicas cas +. osto 2. E& E&ec ecuc ució ión n de la la Xbra Xbra 7. Xp Xper erac ació ión n de la la Xbra Xbra 0. Xpe Xperac ración ión y Vant Vanteni enimie miento nto e a) b) c)
anali%ara las siguientes soluciones de barra&e 5arra&e 5arra&e de concret concreto o masivo masivo de perfil perfil resalto resalto hidráuli hidráulico co 5arra&e 5arra&e de compuerta compuertas s verte vertedoras doras "erf "e rfil il gra gramp mpa a
En las alternativas planteadas la toma propiamente dicha tien ti ene e un una a ge geom omet etr! r!a a pa pare reci cida da pa para ra to toda das s el ella las s ti tien ene e co con n lige li ger ras va vari rian ante tes s cu cuya yas s di dif fer eren enc cia ias s en cos ost to no son definitorias por lo #ue consideramos e#uivalentes e#uivalentes para todas las alternativas en comparación.
a)
/arraje de Perfil de 'esalto $idráulico
El tipo es de concreto ciclópeo con " / 1.16 m carga / 1.6 m. carga de energ!a o / 1.92 m d1 / 6.6 m v1 / 4.G6 m3sH d+ / +.79 m. v+ / 1.G6 m3s d+ / 1.74 m. Ecuación del perfil cimacio del 5ureau of eclamation es y / 6220 ' 1.9+ en pies. $a longitud de la po%a $ / 0 (d+ S d1) / G.76 m.
+1
El material del cauce corresponde a un factor c / 0.24 para el cri criter terio io de $an $ane e cum cumpli pliend endo o el cam camino ino de per percol colaci ación ón necesario con dos uñas de +.06 y 2.66 m. respectivamente. $a subpresión tiene un valor al pie del cimacio de 1.7+ y re#uiere un es espesor m!nimo de 1.66 m. y al final de la po%a la subpresión ba&a a 6.97 con un espesor de solado de c+ / 6.6m. $a obra considera un concreto ciclópeo conformado por f[c / 140 ;3cm+ y 26Z de piedra grande. El computo de longitud de obra incluyendo rampa de salida de la po po%a %a de ta talu lud d +:1 :1 cab abe% e%a a de uña y ci cim mac acio io de del l vert ve rted edor or re resu sult lta a 10 10.9 .96m 6m. . de lo long ngit itud ud to tota tal. l. $a lá lámi mina na respectiva muestra los pormenores de esta solución.
b)
/arraje de Compuertas Compuertas
iendo la mayor preocupación la eficiencia de limpie%a de mate ma teri rial al so soli lido do un una a so solu luci ción ón al alte tern rnat ativ iva a es la de un barra&e móvil conformado por una bater!a de compuertas #ue cubr cu bra an la se secc cci ión tr tran ansv sve ers rsal al de del l cau auce ce fr fren ente te a la bocatoma. e an anal ali% i%o o el nu nume mero ro de va vano nos s ne nece cesa sari rios os re resu sult ltan ando do 76 compuertas de +.01 m ' 1.16 m de alto separados por muros de 6.06 m. la altura de los muros S gu!as respecto a los pisos de referencia son +.+0 m. $as compuertas S barra&e serán del tipo =Xver 8lo\> y deben considerarse con carga delantera cuando estCn cerradas y #ue pasara en tiempo de avenida +.16 m. de carga de aguar. $a profundidad de las uñas en este caso ya no obedece al cami ca mino no de pe perc rcol olac ació ión n si sino no al ef efec ecto to de so soca cava vaci ción ón a la salida del solado. e colocara enrocado de piedra grande de peso variable a la salida del solado.
c)
Perfil >rampa
$a caracter!stica principal de este tipo de barra&e es la incl in clin inac ació ión n de lo los s ta talu lude des s ag agua uas s ar arri riba ba y ab aba& a&o o co con n el propósito de estabili%ar y fi&ar el cuerpo.
++
$os problemas principales #ue presenta son la percolación y la erosión a la salida del barra&e. ]sando el criterio de $ane la longitud del solado #ue se prop pr opo one re resu sul lta un fa fac cto tor r c / 0.2 .2. . #u #ue e sat ati isf sfac ace e lo los s re#uerimientos necesarios de longitud de percolación. "era reducir el efecto de la socavación se propone utili%ar enrocado pesado para lo cual se han hecho cómputos relativos a sus dimensiones y pesos dimensiones #ue corresponden al peso má'imo superior necesario al pie de talud de salida (para v / .70 m3s) para el resto del enrocado se re#uerirán tamaños menores. $a distribución del enrocado seguirá proporción: Enrocado tamaño má'imo 2 [ o más de +0 Z de 1 o más de 0Z #ue pase la malla B +06
la
siguiente
$os desechos de cantera y los tamaños menores se colocaran como co mo ca cama ma de del l en enro roca cami mien ento to so sobr bre e el ma mate teri rial al na natu tura ral l de cantos rodados en el cauce del mismo r!o. $os da $os dato tos s comp compar arat ativ ivos os de la las s di dife fere rent ntes es planteadas se muestran en el cuadro ad&unto.
alte al tern rnat ativ ivas as
C!A'# E CA0.&.CAC.# E 0A- A0*E'A*.?A- P'#P!E-*AP'#P!E-*A- PA'A E0 /A''A+E E 0A /#C*#A CA-A00A &actores
Perfil
/arraje de
Perfil
'esalto
Compuertas
>rampa
+
2
+
idráulicas
+
1
2
+.
ostos
+
1
2
2.
E&ecución Xbra
+
1
+
7.
Xperación
9
16
$idráulico 1.
ondiciones
Vantenimiento KXKA$E
y
#*A: +2
e ha considerado una puntuación má'ima de 2 puntos por cada factor de calificación. Jent Je ntro ro
de
cuen cu enta ta: :
la
las la s
cond co ndic icio ione nes s
capt ca ptac ació ión n
de
hidr hi dráu áuli lica cas s sóli só lido dos s
se
ha
toma to mado do
colm co lmat atac ació ión n
en
eros er osió ión n
seguridad y eficiencia de ingreso. Jentro de la e&ecución de la Xbra se ha tomado en cuenta: pla%o facilidad de construcción uso de materiales locales y mano de obraH se encuentran anali%ados anali%ados lo mismo #ue costo en el apitulo 0 ="resupuesto y "rogramación de la obra>. egRn el cuadro de calificaciones la puntuación más alta por
consiguiente
la
alternativa
elegida
es
la
correspondiente al perfil ^rampa. u análisis hidráulico y estructural se desarrollará en los siguientes !tems.
:&)& Deter!inación de a at"ra de #arra(e ,i(o :&)&%& La at"ra de #arra(e .Kiene por ob&eto asegurar la derivación del caudal necesario en el canal principal y permitir el paso de e'cedentes por encima de la cresta.
Ejemplo: -erán necesarios los siuientes datos : o / 790 790 m.s.n.m. m.s.n.m. (fondo (fondo del r!o r!o en la sección sección barra&e). barra&e). ho / 6.0 6.06 6 (al (altur tura a del primer primer umbral umbral res respec pecto to al fon fondo do del r!o) h /
1.1 (asu (asumie miendo ndo #ue #ue la vent ventana ana de de captac captación ión trab traba&a a&a como como
vertedero) eempla%ando en la Ecuación y tenemos la cota e la cresta del barra&e (c): c / o P ho P h P 6.+ +7
c / 790 P 6.06 P 1.1. P 6.+ c / 79.96 m.s.n.m.
≥ 0.20 m.
:&)&)& Otra ,or!a de c2c"o de a at"ra de Barra(e
∆h
h: Altura de la cresta aguas arriba
h
=
p
+
hv
+ ∆hv
p / "eralte (mayor 6.06 m.) hv / Altura ventana hv
=
Q' AV
y AV
=
Q' vel hv
=
Q'
1.0 m / s
K / audal captado (m23s) Av / ,rea ventana (m+)
hv ' $v
*el hv / velocidad ingreso (m3s) +0
∆h
a.
pCrdidas en la toma y canal
e considera re&illas transiciones
∆ h = h4 @ h6 @ h1 @ h; @ h @ hB Pérdida ∆ h 42
h1
En la toma (h 4)
=
1 .3
v
2
2 g
=
0.066 v 2
g
=
9 .8 m / s 2
* / *elocidad despuCs de ingresar a la toma.
62
'ejilla (h 6) 4
h2
t 3 = p p
p /
&en θ
v
2
2 g
8act 8a ctor or en fu func nció ión n d del el ti tipo po de re re&a &as s +.27
cuadrados
de fierro
t /
Esp spes eso or de la las s ba barr rra as
b /
Jist Ji stan anci cia a ent entre re e& e&es es y bar barra ras s
θ /
-nclin -nc linaci ación ón de la la re&a re&a D hori%o hori%onta ntal l
v /
*elo *e loci cida dad d ant antes es de la re re&i &ill lla a (m3 (m3s) s)
θ
+
(t3p) / 6.10 a 6.+6
12
6B
Entrada del canal (h 1)
=
h3
θ /
0.05
v
2
2 g
2
v2
+
−
2
v1
2 g
v1 / velocidad antes del canal (m3s) v+ / velocidad en el canal (m3s)
;2
esarenador (h ;)
=
h4
0 .2
v2 2 g
v / *elocidad al tCrmino del desarenador (m3s)
2
Pendiente (h )
=
h5
lo x !
lo / "en "endie diente nte del can canal al $ /
$ongitud del canal
B2 h6
l
Curvas (h B) =
=
l x !c
lo
1 +
3 4
r
b
$c / $on $ongit gitud ud cur curva va (m) lo / "endient "endiente e en el canal canal rectil!ne rectil!neo o l /
"end "e ndie ient nte e del del ca cana nal l cur curvo vo
b /
Ancho de del ca canal (m (m)
r /
rad adio io de la cur urva va (m (m) )
:&3& Car4a so#re e #arra(e ,i(o en a-enidas+
+4
"ara "a ra la de dete term rmin inac ació ión n de la ca carg rga a so sobr bre e el ba barr rra& a&e e se será rá necesario reiterar como en muchos casos de los cálculos en -ngenier!a. En este caso la $X^-K]J JE 5AA_E variable a calcular deberá de considerar diversos factores entre ellos como limitante las condiciones topográficas aguas arriba del barr ba rra& a&e e
ya
dema de masi siad adas as
#ue #u e
se
área ár eas s
debe de berá rá de
evit ev itar ar
inun in unda daci ción ón
#ue #u e
la
carg ca rga a
crit cr iter erio io
prod pr odu% u%ca ca
pred pr edom omin inan ante te
considerando en esta alternativa.
/ $ 23+ / audal de avenidas P retorno 1:06 a 1:166 años $ / $ongitud barra&e (m) e / WA* / arga avenida (m) 2
3 e / Q !
Ejemplo: e asume para el caso el dimensionamiento una longitud de $ / +26m. con un perfil EA^E y la forma transversal del barra&e
en
forma
de
arco
y
con un coeficiente / 1.G
El caudal #ue pasará sobre la cresta es de 006 m23seg. con estos datos podemos calcular la carga sobre el barra&e en la ecuación. +9
Q
=
x ! x He
3
2
/
Jesc Je scar arga ga so sobr bre e el el ver verte tede dero ro en m23seg.
/
oef o efic icie ient nte e d de e d des esca carg rga a v var aria iabl ble. e.
$ /
long lo ngit itud ud efe efect ctiv iva a de la cr cres esta ta en (m) (m). .
e / arga
total
sobre
la
cresta
incluyendo
la
carga
correspondiente correspondiente a la velocidad de llegada en (m). eempla%ando: 006 / 1.G ' +26 ' (e)23+
$e = 424D m B212Cálculo de la Cara sobre el ?ertedero -eleccionado Jatos:
= 566 m 3 / seg ! = 120 m. c = 2.1 (Pr imera aproximaci(n ) Q = c ! H 3 / 2 1m ≈ 3.28 pies Q
0.666
H
566 = 2.10 x 120
Veloc . aproxim
hv
He
= =
1.676 2 19.62 H + hv
=
1.714 m.
566 = = + ( 1 . 10 1 . 714 ) x 120
1.676 m / seg
= 0.143 m. = 0.469
pies.
=
1.857 m. = 6.09 pies
1.714 + 0.143
=
1. Aplicando el coeficiente segRn echbocI
+G
=
c
3.27
+ 0.40
H
h 5.622
c
= 3.27 + 0.4 = 3.89 3.608
c
= 2.149
+. Aplicando el mCtodo de 5rudenell 0.12
He c = 3.97 Hd
Hd
=
H
0.12
c = 3.97
6.09 5.62
=
4.01
c = 2.213
2. Aplicando el gráfico de Jiseño de "resas pe#ueñas
P
*alor
Ho
=
1.10
=
1.857
0.592
i inclinado
e encuentra
"ara t
=
i
3 3
=
v vertical
i v
= 1.003
1.003 x 2.10
=
2.106
"romediando los 2 valores tenemos c / +.10
Planteando las ecuaciones de asto 42 Por el barraje
Q1
=
2.156 156 x 120 x h
3
2
=
258.7 h
3
2
26
+.
"or "o r
las la s
comp co mpue uert rtas as
desp de sped edra rado dora ras s
y
desg de sgra rava vado dora ras: s:
orificio de fondo
=
Q2
y 1 h2 c
2 g y1
c ! h2
=
2.957
=
1.50
= 0.53 (!e " .
1.73
7)
Q2
= 0.53 x 9.0 x 1.50 x 4.43
Q2
=
31.7
h
+ 1.50 =
31.7
h
+ 1.50
+ 1.50
h
umando las dos ecuaciones tenemos: 566
=
258.7 h
3
2
+ 31.70
h
+ 1.50
esolviendo por tanteo: h / 1.047 m. álculo cuando las compuertas estuvieron cerradas Q'
=
258.7 h
3
2
0.666
h
566 = 258.7
h
=
=
1.68 m.
1.68 m.
arga de agua sobre el vertedero.
:&5& Sección trans-ersa de Barra(e tipo CREA'ER+ e han estudiado en forma e'tensa las secciones de la cresta en los laboratorios hidráulicos del 5]EA] X8 E$AVAK-X entr en tre e
ello el los s
está es tá
la
cre cr est sta a
de
cim ima aci cio o
cuy cu ya
for orma ma
se
apro'ima a la de la superficie inferior de la lámina #ue sale por un vertedero de pared delgada. "ara "a ra es este te ti tipo po de cr cres esta ta re reco comi mien enda dan n #u #ue e la po porc rció ión n #u #ue e #ued #u ede e ag agua uas s ar arri riba ba de del l or orig igen en se de defi fini nir r co como mo un una a cu curv rva a simple y una tangente o como una curva circular compuesta. $a porción de aguas aba&o esta definida por l ecuación:
y Ho
n
= − Kx
) Ho
21
' y /
on
las
coordenadas
hori%ontales
y
vertical
respectivamente respectivamente de la cresta o perfil de barra&e ; n /
on o n
cons co nsta tant ntes es
cuyo cu yos s
valo va lore res s
depe de pend nden en
de
la
inclinación aguas arriba y de la velocidad de llegada. o /
arga total sobre la cresta o carga del proyecto.
En el cuadro y en la figura se muestran los coeficientes para el cálculo del perfil de la cresta del barra&e y en la figura los perfiles teóricos y taludes recomendables.
Cuadro 42 oeficientes para cálculo de cresta del barra&e. .C0.AC.
,
n
*ertical
+.666
1.906
2:1
1.G2
1.666
2:+
1.G2G
1.916
2:2
1.942
1.44
Es recomendable tambiCn dar forma a la cresta de modo tal #ue eviten la presencia de presiones negativas #ue podrán generar cavitación #ue causan daños al concreto.
1.85
) H
=
2.0
$ H
*E'.C# ) n
= K H n −1 y
n / 1.90 (cuando está vertical) ; / +
∴
x1.85= 2 H 0.85 y
Ejemplo de cálculo del perfil Creaer del barraje . 2+
Jescarga por unidad de longitud de la cresta: # / +11.22 / 0.94 m23seg3metro lineal de cresta. 2 *elocidad de llegada: *a / # / 0.94 o P " 1.G4 P 1.96
/ 1.00 m3seg.
arga de velocidad de llegada: ha / #+ +g ("Po)+
/
(0.94)+ / 6.1+m +(G.91) (1.96P1.G4)+
Je la e'presión general: y / @I ' n o
````````````.. ````````````.. (+1) o
Jónde: I y n son constantes cuyos valores dependen de la inclinación de aguas arriba y de la velocidad de llegada. Jel grafico de la fig. < 194 (5]EA] X8 E$AVAK-X) "ara talud vertical se obtiene: a / 6.1+ / 6.1+ / 6.6 e (1.G4 S 6.1+) 1.90
; / 6.01 n / 1.972
eempla%ando valores en la e'presión general haciendo o / 1.G4 m.: y 1.G4
/ 6.01
' 1.G4
1.972
de donde: y / 6.+99 '
1.972
'/ 1.G0 y
6.072
Kabulando estos valores se obtienen el cuadro < 0@2 #ue determina el perfil del barra&e:
22
27
20
2
-!>E'.# El
"erfil
bocatomas
sugerido
es
la
aguas
%ona
más
práctico
arriba
de
puesto la
#u e
cresta
en del
vertedero se rellena de material acarreado por el r!o mientras #ue en presas si es funcional el perfil teórico. "ara el dimensionamiento preliminar es recomendable dar un po poco co de ro robu bust ste% e% de debi bido do a
#ue #u e
por po r
lo ge gene nera ral l
dan da n
secciones muy esbeltas y fáciles a ser su&etos a daños por la erosión del r!o.
8&8& DIMENSIONAMIENTO DE LA BASE DEL BARRA;E (Vetodolog!a ^óme% y avarro)
24
Vomento respecto al centro de presión asumiendo #ue este se
enc ncue uen ntr tra a
en
el
e't 'tre remo mo
agua ag uas s
aba& ab a&o o
del
nRcl nR cleo eo
central.
/ "eso especifico del agua c / "eso especifico del concreto eem e empl pla% a%an ando do
los lo s
valo va lore res s
de
p
8
en
la
ecuación
anterior y efectuando las operaciones se tiene:
29
:&: Deter!inación de Tipo de Ci!entación de Barra(e $ertedero E'is E' iste ten n
bási bá sica came ment nte e
dos do s
tipo ti pos s
de
cime ci ment ntac ació ión n
de
barr ba rra& a&e e
vertederoH los del tipo flotante o sean a#uellas #ue están apoyad apo yadas as
direct dir ectame amente nte
sobre sob re
el
materi mat erial al
confor con formar marte te
del
lech le cho o de del l r! r!o o (a (are rena na y gr grav ava) a)H H o a# a#ue uell llas as #u #ue e se ap apoy oyan an sobre material rocoso a los cuales se les conoce como el tipo fi&o. (*er figuras 4@a y 4@b).
$a
sele se lecc cció ión n
condic con dicion iones es
de
de
cual cu al#u #uie iera ra
seguri seg uridad dad
de
ella el las s
contra con tra
la
esta es tará rá
erosió ero sión n
regi re gida da contro con trol l
por: po r: del
flu&o flu &o sub subter terrán ráneo eo y ra% ra%one ones s de cos costos tos dur durant ante e el pro proces ceso o constructivo siendo este Rltimo el más decisivo para la selección del tipo de estructura.
:&=& LON'ITUD DE LA PO>A DE DISIPACI9N Jebido a la colocación del barra&e vertedero en el cauce del r!o se genera un incremento de la energ!a potencial #ue al momento
se
verter
el
agua
por
encima
del
barra&e
se
transforma en energ!a cinCtica #ue causa erosión al pie del barra&e vertedor debido a las velocidades elevadas #ue se forman en dicho punto. "ara controlar este efecto erosivo se construyen estructuras de dis disipa ipació ción n con conoci ocidos dos com como o sol solado ados s (a pro pron) n) o col colchó chón n 2G
disipa dis ipador dor (t (till illing ing bas basin) in) etc etc. . #ue bus buscan can o tie tienen nen por ob&e ob &eto to
form fo rmar ar
un
salt sa lto o
hidr hi dráu áuli lico co
#ue #u e
logr lo gra a
disi di sipa par r
la
energ!a cinCtica ganada por el barra&e vertedero. "ara
el diseño diseño de la po%a de disipac disipación ión es es importa importante nte la la
determinación de la profundidad (r) y la longitud (l) de la po%a. e establecerán las siguientes ecuaciones (8ig.):
% 1
= % 1
(in pCrdida de carga)
% 2 =
r
+
P 3
+
H d
;
% 2
=
y2
+
hv2
Jespe&ando se obtiene: hv2
=
v2
=
v2
=
$ #
=
H d
+
P 3
(2 g . hv2 )
+
r
−
$ #
0.5
Q ! . $ 2 r + $nrio
$a solución de las ecuaciones anteriores se reali%a por tanteos asumiendo un valor para la profundidad (r) de la po% o%a a
y
para pa ra el tir iran ante te al pi pie e
del bar arra ra&e &e ( $ ). El 1
proceso de tanteo termina cuando el r asumido es igual al r ca calc lcul ulad ado o el
$ 2
asum as umid ido o igual igual
$ 2
calcul cal culado ado
y la
Energ!a total con respecto al fondo de la po%a de las secciones 6 1 + y 2 sean iguales. El radio de la curva de descarga se calcula mediante la siguiente e'presión (8ig.): *
= 10(V + 6.4. H + 16 ) / ( 3.6.H + 64)
Jonde: rad radio io del arc arco o del del c!r c!rcul culo o (pie (pies) s) * vel veloci ocidad dad al pi pie e del bar barra& ra&e e (pies (pies3se 3seg.) g.) 76
car carga ga de agu agua a sobr sobre e barr barra&e a&e (pi (pies) es) "ara el cálculo de las demás caracter!sticas de la curva de
desc de scar arga ga
empl em plea eare remo mos s
las la s
sigu si guie ient ntes es
ecua ec uaci cion ones es
(8ig.): h
=
*
2. sen2 h 0 r + P 8
a 2
− $ t
Jerivando
con
= 2"0. H d 0.85 .$
1.85
)
respecto
a
W
en
la
ecuación
y reempla%ando en la misma ecuación se
obtiene:
$ t
05924
=
0.85 d
H
0.85 2176
. (tan α . H d
)
eempla%ando las ecuaciones
(1 − cos α ) 2
* . cosα − 05924 . H d .
y despe&ando:
(cosα )
1 088
=
2176
Je la ec ecua uaci ción ón se de dete term rmin ina a
*
− (r − B)
(22)
α po por r ta tant nteo eo y lu lueg ego o se
calcula las demás caracter!sticas. caracter!sticas. "ara "a ra el disi di sipa pado dor r
cálc cá lcul ulo o para pa ra
de la #ue #u e
se
long lo ngit itud ud ne nece cesa sari ria a prod pr odu% u%ca ca
el
salt sa lto o
del de l
colc co lchó hón n
hidr hi dráu áuli lico co
e'isten varias formulas emp!ricas y e'perimentales #ue se dan a continuación y #ue por lo general dan valores un poco conservadores pero #ue orientan para la toma de la decisión en el dimensionamiento final.
!c
=
(5 a 6) x ( d 2
!c
=
6 . d 1 x + 1
+ 1
=
V 1 gd 1
− d 1)
X;$-K A8AE 71
!c
=
4 . d 2
].. 5]EA] X8 E$AVAK-X
$c / longitud del colchón disipador d1 d+ / Kirantes con&ugados para la formación apropiada del salto hidráulico. Je todos estos valores por seguridad se elige el mayor pero sin olvidar el factor económico #ue podr!a afectar el resultado elegido. E&emplo: El sig siguie uiente nte cas caso o (5o (5ocat catoma oma de A%á A%ánga ngaro) ro) par para a lo cua cual l inicialm inicialmente ente calculare calcularemos mos los tirantes tirantes con&ugado con&ugados s para el cual será necesario tener los siguientes datos: o / 0.66 (cota de fondo del r!o en la sección) (1) c / .96 (cota de la cresta) + / 7.G7 (cota de fondo del r!o en la sección) (+) r1 / 6.0 (asumido) 1 / + S r / 7.G7 S 6.0 / 7.77 Wn / +.7m (Komado del E@+) yn / + S yn / 7.G7 P +.7 / 4.09m. " / c S o / .96 S 0.66 / 1.96m.
7+
E-F!EA PA'A E0 .-EG# E 0A P#HA E .-.PAC.
72
a) Cál Cálcul culo o del del tir tirant ante e (d (d 4): alculando las energ!as de las secciones 6 y 1 %
= + ( P + H ) +
Vh2
a) Cál Cálcul culo o del del tir tirant ante e (d (d 4): alculando las energ!as de las secciones 6 y 1 % 0
= 0 + ( P + H ) +
Vh
2
2 g
2
% 1
= 1 + d 1 +
V 1
2 g
"or 5ernulli
V 1
=
( 2 g x ( 0
−
1
% 0
=
% 1
+ P + H −
+
h" 1
d 1
+ Vh
2
2 g
−
h" 1 ))0.5
"or continuidad: V 1
=
Q A
=
Q b1 x d 1
2 Vh − + + − + + 2 g x ( c P H d h" ) 0 1 1 1 2 g
0.5
−
Q b1 x d 1
=
0
iendo: 77
Vh = QV H
("ara vertederos de cresta ancha)
Vh
=
2.04 m / seg .
h" 1
=
0.1 x Vh2 / 2 g
=
0.021 m.
$uego reempla%ando los valores en la ecuación:
[ 2 x9.81 (65.00 − 64.44) − 1.80 + 1.17 − d 1 + 0.212 + 0.021] 0.5 − 550 /(230 x d 1 ) = 0 [19.62 x (3.721 − d 1)] 0.5 −
2.39 / d 1
=
0
esolviendo por interacciones resulta #ue:
d 1
=
0.29 m.
V 1
=
8.25 m / seg .
+ 1
V 1
=
g x d 1
=
4.89
b) Cálculo del tirante tirante d 6: "ara
el
cálculo
siguie sig uiente nte
ecuaci ecu ación ón
del
tirante
#ue
es
d+
aplica apl icable ble
util ut ili% i%ar arem emos os para par a
la
seccio sec ciones nes
rectangulares.
d 2
= −
d 2
=
d 1 2
2 d 12 V 1 + +2 4 g
0.5
x d 1
1.866 m.
*erificamos #ue el tirante normal más la altura del colchón disipador sea mayor en un 10Z del tirante d+. yn
+ r
d 2
>
1.15
70
(2.64
+ 0.5)
1.866
=
1.68
X;
c) Cálcu Cálculo lo de l la a lonitud lonitud del colch" colch"n n disipado disipador r ]na ]n a
ve% ve %
teni te nien endo do
todo to dos s
esto es tos s
dato da tos s
calcul cal cular ar la lon longit gitud ud del col colchó chón n
proc pr oced eden ente tes s
a
disipa dis ipador dor por las
siguientes metodolog!as: metodolog!as: @
-;$-K l / G.7 m.
@
A^AE $ / 4.7 m.
@
]..5.. $ / 4.7 m.
Entonces
asumimos
#ue
la
longitud
del
colchón
disipador será $ / G.06 mts.
:&?& ANÁLISIS DE ESTABILIDAD "ara #ue la sección de barra&e sea estáticamente estable e hidráulicamente eficiente debe cumplir las siguientes cond co ndic icio ione nesH sH
$a
esta es tabi bili lida dad d
al
desl de sli% i%am amie ient nto o
debe de be
de
cumplir #ue el factor de seguridad debe ser mayor o igual a
1.0 1. 0
desp de spre reci cian ando do
el
empu em pu&e &e
pasi pa sivo vo. .
Esta Es tabi bili lida dad d
al
vuelco donde se cumple #ue el factor de seguridad al volteo es mayor o igual +.6.
12D242 !na a
d) ontra
filtraciones
y
hasta
sifonamiento
en
las
laderas.
a) ?#0 ?#0CA CA.E .E*# *# I E-0.HA E-0.HA.E .E*# *# ActRan $as siguientes fuer%as: @
El empu&e del agua es igual al desnivel aguas arriba y aguas aba&o del a%ud más la altura de velocidad del escurrimiento (*+3+g).
@
El empu&e de tierra más el arrastre depositado.
@
$a supresión sobre el fondo del a%ud.
@
$a fricción entre el cuerpo del a%ud y el subsuelo.
El a% a%ud ud es un ve vert rted eder ero o pu pued ede e
trab tr aba& a&ar ar en fo form rma a
de
caud ca udal al li libr bre e en fo form rma a su sume merg rgid ida a o en am amba bas s se segR gRn n el caudal en estia&e o avenida. i traba&a siempre como ca!da libre el a%ud puede ser de tipo tip o
corrie corriente nte
con
los los
dispo disposit sitivo ivos s
necesa necesario rios s
para para
garanti%ar una buena aeración de las láminas vertientes. i
trab tr aba& a&a a
sume su merg rgid ido o
y
e'is e' iste te
rCgi rC gime men n
supe su perc rcr! r!ti tico co
aun#ue solamente en avenidas debe ser de tipo EA^E o E5X; con un paramento diseñado segRn la trayectoria de la lámina vertiente. El a%ud debe tener suficiente capacidad para conducir el caudal má'imo probable. En caso de instalar una compuerta de limpie%a esta cuando esta abierta para no sufrir daños debe #uedar por encima del nivel má'imo posible del agua del r!o.
b) -E>!'.A C#*'A C#*'A -.&#A.E*# -.&#A.E*# I &.0*'AC.#E&.0*'AC.#EEl desnivel de agua arriba y aba&o del a%ud tiene como consecuencia un flu&o subterráneo por deba&o del a%ud #ue #u e po podr dr!a !a ar arra rast stra rar r e ma mate teri rial al de del l su suel elo o y ca caus usar ar sifonamiento. 74
"ara evitar este sifonamien sifonamiento to el recorrid recorrido o en la %ona entre el a%ud y el suelo debe tener cierta longitud. En este recorrido el movimiento vertical es mucho más efectivo #ue el movimiento hori%ontal. El profesor $ane determinó #ue: $ Rtil / $ vertical P 132 $ hori%ontal $as filtraciones deben mantenerse en l!mites admisibles y se debe hacer cálculo estimativo sobre la magnitud de estas filtraciones. filtraciones.
c) -E>!' -E>!'.A .A C#*' C#*'A A -#CA?AC.# -#CA?AC.#EE- A0 P.E E0 E0 AH! "ara ev "ara evit itar ar so soca cava vaci cion ones es al pi pie e de del l a% a%ud ud se de debe be prever una cuenta amortiguadora donde resalta el agua del rCg rCgime imen n sup superc ercr!t r!tico ico al tra tran#u n#uilo ilo o fun fundar dar el cuer cu erp po a tal pro rof fun undi dida dad d #ue la tu turb rbul ule enc ncia ia del resalto #ue siempre e'istirá y #ue siempre tambiCn en roca causará socavaciones no puede causar daños la profundidad de la cuenta amortiguadora se calcula en forma for ma suf sufici icient enteme emente nte apr apro'i o'imad mada a con la for formul mula a de VE-VA. h2
=
0.45
Q h1
onde: : aud audal al po por r met metro ro de an anch cho o (m2 (m23s 3seg eg3m 3m3) 3). . h+: "rofundidad del colchón de aguas aba&o para garanti%ar el resalto. h1: espesor espesor de de la lámina lámina vertie vertiente nte al al pie del a%ud. a%ud. $as orillas de ambos lados se deben proteger para #ue no sufran daños mediante enrocamiento. $a longitud de la %o %ona na re rev ves esti tida da ha has sta ar arri rib ba es de 0 ve vece ces s la profundidad del agua y hasta aba&o 0 veces =t> agua a partir del final de la %ona del resalto.
d) -E -E>! >!'. '.A A C# C#* *'A 'A &. &.0* 0*'A 'AC. C.# #EE- I -. -.&# &#A A. .E E*# *# E 0A 0A0AE'AAun#ue este fenómeno es igual al sifonamiento antes mencionad mencionado o se le trata trata aparte aparte por presentarse presentarse en las lade la dera ras s mu much chas as ve vece ces s un su suel elo o má más s dC dCbi bil l #u #ue e en el propio cauce del r!o. 79
$as filtraciones se estiman como antes hemos mencionado tomando como recorrido el camino más corto.
:&?&%& 0UER>AS @UE ACTUAN EN LAS CORTINAS RI'IDAS El diseño de un Ji#ue vertedor dependerá de los materiales usados y de las condiciones locales en cada caso pero las fuer%as dinámicas y estáticas son comunes o las mismas en toda clase de vertederos de cresta fi&a. El Ji#ue deberá ser se r es esta tabl ble e cu cuand ando o se en encu cuen entr tre e su su&e &eto to a la las s si sigu guie ient ntes es fuer%as dinámicas y estáticas: @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @
"eso pr propi pio o "res "r esió ión n hid hidro rost stát átic ica a ubpresion Empu&e Emp u&e de sedi sedimen mentos tos o a%olv a%olves es 8uer 8u er%a %as s s!sm s!smic icas as "eso del agua agua sobre sobre el el paramento paramento de aguas aguas aba&o aba&o "resión "resión negativa negativa entre entre el manto del agua agua y el el paramento paramento o%amiento o%amiento del del agua agua con con el paramento paramento de de descarga descarga ho#ue ho #ue de olas olas y cue cuerpo rpos s flota flotante ntes s "res "r esió ión n de de hie hielo lo eac e acci ción ón de del l ter terre reno no
&.>2 &!E'HA- E 0A C#'*.A ?E'*E#'A
7G
06
01
0+
02
E+EP0#:
07
Estabilidad del a
P
=
(1.00 x 1.40
(1.4
+ 1.10
+ 0.72) 2200 =
x
1.00 + 0.30 2
) 2200
=
4400 Kg
a2K esli
Agua: Agua:
2540
+
1040
2 600 × 0.60 2
=
×
1.50
= − 2700 ,g .
180 ,g .
− 2520.00
,g .
Cara vertical oncreto:
/
7766 Ig.
Agua: 406 P 266 +066
/
12+6 Ig.
Agua: Agu a: ++0 ++06 6 P 66 66 1.+ 1.+0 0 P 66 66@1. @1.+0 +0
/ @ +0 +006 06 Ig Ig 00
Kotal
/
2746 Ig.
oncreto sobre roca: tan / 6.90H 3470 * 0.85
=
2520
=
1.17
1.25
$a roca en el lado aba&o actRa en forma resistente y da a la obra suficiente seguridad contra el desli%amiento.
b2K ?olcamiento ?olcamiento Vomentos 2
Agua: 1040 +
2
1.5
+
2
2
Agua: 600 *
2.5 2
+
1500 *
1.5
= − 1730 ,gm.
6
1650 * 1.25 2
* 1.25
+
1940 P 1621 P +.64
2 3
* 1.25
/ @76+6 ;g.
umatoria de momentos V / @ 1426 P (@ 76+6) V / @ 0406 ;g. Vomentos: oncreto: 1.6 1.76 ++66 1.96
0.30 *
0.70 *
Agua:
300 *
2.52 2
1.102
2
* 1.10 *
+ 450 *
2.5 2
2 3
* 2220
* 2.5 *
8 450 5750
=
1.48
766
/
+6
/
046
2
/
3
*#*A0
Entonces:
0066
/
* 2220
2
1.10
/
1996
/ 9706 ;^V
*eces seguridad.
c2K -ifonamiento ubsuelo de roca firme no hay peligro 0
d2K -euridad contra sifonamiento J filtraciones por las laderas uelo de arcilla me%clado con piedras $ filtraciones debe ser 2 delta h. h / 6.06 P 6.40 S 6.96 / 6.70 m. El agua corre a lo largo de los muros laterales. 1 / 17 m (hori%ontal).
14 3
= 4.70
3 * 0.45
=
1.35 menor #ue 7.46 m.
:&& Barra(e de per,i tipo Indio "ara el diseño de este tipo de barra&e se ha considerado el mCtodo de 5light #uien considera #ue los vac!os dentro del enrocamiento están llenos de agua y comunicados entre si
y
la
long lo ngit itud ud
($) ($ )
de
filt fi ltra raci cion ones es
para pa ra
evit ev itar ar
la
tubificación deba&o del dentellón impermeable de concreto está dado por la l!nea a@b@c@d (*er figura)
04
/arraje mito (CreaerK.ndio) (CreaerK.ndio) Est ste e
tip ipo o
de
barr ba rra& a&e e
resu re sult lta a
de
la
comb co mbin inac aci ión
del de l
barra&e tipo reager en un tramo y adyacente a la ventana de captación para continuar con el barra&e tipo -ndio n el otro margen. El barra&e se diseña teniendo en consideración #ue el 40Z del de l
caud ca udal al
de
dise di seño ño
de
má'i má 'ima ma
aven av enid ida a
debe de be
pasa pa sar r
a
trav tr avCs Cs de del l ba barr rra& a&e e r rea eage ger r y el +0 +0Z Z so sobr bre e el ba barr rra& a&e e -ndio. Esto implica #ue la cota de la cresta del barra&e -ndi -n dio o es ma mayo yor r #u #ue e la de del l r rea eage ger. r. "o "or r lo ta tant nto o pa para ra 09
caudales medios o menores en el r!o solo funcionará el barra&e reager. E el cálculo de las caracter!sticas del flu&o en este tipo de barra&e se ha asumido #ue el nivel de la carga total considerada en el barra&e tipo reager coincida con la carga total en el barra&e tipo -ndio.
=& DISEO DEL CANAL DE LIMPIA BARRA;E MO$IL/ Evidentemente el umbral de la ventana de captación es una medida pasiva y su eficiencia es algo limitada. ]n diseño conc co nceb ebid ido o
para pa ra
mini mi nimi mi%a %ar r
el
volu vo lume men n
de
sedi se dime ment ntos os
de
depósitos es más eficiente cual#uier buen procedimiento de diseño deberá considerar la limpie%a de los sedimentos desde el reservorio. "or "o r
ello el lo es ne nece cesa sari rio o
el ca cana nal l
de li limp mpia ia
#ue #u e
es la
estructura #ue se instala en las bocatomas con el ob&eto de eli elimin minar ar sed sedime imento ntos s #ue se dep deposi ositan tan del delant ante e de la toma y además permite me&orar la captación en las Cpocas de estia&e especialmente en los r!os con gran variación de caudal.
0G
e tra%o por lo general perpendicular al e&e del barra&e y su fl flu& u&o o en el mi mism smo o se sent ntid ido o de del l r! r!o o pu pued ede e fo form rmar ar ángulos entre 6B a G6B con el e&e de captación. "ara separar el canal de limpia del tramo de barra&e fi&o se construye un muro gu!a #ue permita encau%ar me&or las aguas hacia el canal de limpia.
a2K
?eloci ?el ocidad dad
reLuer reL uerida ida .@
el
canal
de
limpia
es
la
estructura #ue permite reducir la cantidad de sedimentos #ue trata de ingresar al canal de derivación as! como la elim el imin inac ació ión n
del de l
mate ma teri rial al
dela de lant nte e
las la s
vent ve ntan anas as
de
de de
arra ar rast stre re
#ue #u e
capt ca ptac ació ión. n.
u
se
acum ac umul ula a
ubic ub icac ació ión n
recomendada es perpendicular al e&e del vertedero y su flu&o paralelo al del r!o y entre 6B y G6B el ángulo #ue form fo rma a co con n la ca capt ptac ació ión n a me meno nor r #u #ue e re real alic ice e un mo mode delo lo hidráulico #ue determina otras condiciones. 6
En lo referente al material #ue se puede acumular en el cauce del canal de limpia para poder ser eliminado el flu&o e'istente en el canal debe tener una velocidad (*c) capa% de arrastrar el sedimento depositado. Jonde: *c Es
la
velo ve loci cida dad d
re#u re #uer erid ida a
para pa ra
inic in icia iar r
el
arra ar rast stre re
(m3seg). o oef efic icie ient nte e de fu func nció ión n de del l ti tipo po de ma mate teri rial al 2. 2.+@ +@+. +.G G para arena y grava redondeada y el mayor para sección cuadrada. 7.0@+.0 me%cla de arena y grava d Ji Jiám ámet etro ro de del l ma mate teri rial al. .
#a $%g&ra 20 'resenta &na gr($%ca )e la ec&ac%*n
b2K Ancho del canal : El ancho recomendable para el canal de limpia se puede obtener de la relación. 1
=
B&
g . Q +3
V
onde: 5 ancho de la compuerta de desc scar arga ga ba base se de di dise seño ño (m23seg) * *e *elo loci cida dad d
en
#ue #u e
los lo s
sedi se dime ment ntos os
empi em piec ecen en
a
move mo vers rse e
(m3se) g Ac Acel eler erac ació ión n gravi gravita taci cion onal al (m23seg) Este ancho sirve de referencia para el cálculo inicial pero siempre es recomendable #ue se disponga de un ancho #ue #u e
no
gene ge nere re
obst ob stru rucc ccio ione nes s
arrast arr astre re sob sobre re tod todo o
al
paso pa so
al de sus suspen pensió sión n
del de l
mate ma teri rial al
de
(tronc (tr oncos os ram ramas as
basura etc.). En ba base se a e' e'pe peri rien enci cias as ob obte teni nida das s en r! r!os os de del l "e "erR rR se recomienda #ue el ancho m!nimo sea de 0 mts. o mRltiplo de este valor si se trata de varios tramos situación recomendable para regular el ancho del canal de limpia.
c2K Pendiente del canal : Es recomendable #ue el canal de limp li mpia ia
teng te nga a
una un a
pend pe ndie ient nte e
#ue #u e
gene ge nere re
la
velo ve loci cida dad d
apropiada de limpia la fórmula recomendada es:
10
2
-
=
n . g #
2
9
9
onde: - gradiente cr!tico. g ace aceler leraci ación ón de la gra graved vedad ad (m3 (m3seg seg+). n co coef efic icie ient nte e de ru rugo gosi sida dad. d. # de desc scar arga ga por por uni unida dad d de anc ancho ho. . e debe recordar #ue siempre el fondo del canal de limpia en la %ona de la ventana de captación debe estar por deba&o +
del umbral de Csta entre 6. a 1.+6 m. Asimismo el e'tremo aguas aba&o debe coincidir o estar muy cerca de la cota del colchón disipador.
Ejemplo de diseMo: "ara el dimensionamiento del canal de limpia se utili%ará la ecuación
Q
=
d x Ac x (2 gh)
1
2
d / 6. (para compuertas desli%antes) Ac / +1.m+ (e#uivalente a 7 compuertas de 1.9 ' 2m.) h / 6.2G m.
∴
Q
=
3
35.85 m / seg
?E0#C.A E A''A-*'E $a magnitud de la velocidad para iniciar el arrastre de los sólidos depositados viene dado por la formula:
Vc *c /
=
1
1.5 x x .!
2
=
1.5 Vs
*elocidad re re#uerida pa para in iniciar el el ar arrastre en en Km3seg.
/
oeficiente en función del tipo de material @ arena y grava redondeada
/ 2.+
@ grava rectangular
/ 2.G
@ me%cla de arena y grava
/ 2.0 a 7.0
J /
Jiámetro de grano mayor en (m)
*s /
*elocidad de arrastre e en n m3seg
Jel e&emplo: * /
1. m3seg.
(*elocidad
#ue se presenta a estas
condiciones).
2
$a velocidad para iniciar el arrastre de los sólidos se calculará con la ecuación. / 2.0 J / 6.29m. *s / 6.9 m3seg
*c / 1.6+ m3seg.
omparando la velocidad #ue se presenta en las compuertas con co n
la
velo ve loci cida dad d
de
arra ar rast stre re
y
veri ve rifi fica cand ndo o
#ue #u e
esta es ta
velocidad en las compuertas sea mayor #ue la velocidad recomendada de 1.0 m3seg. Asumiremos #ue el área de las compuertas es suficiente con pendiente de +Z
'EC#EAC.#E@
8on ondo do
del de l
can ca nal
de
lim impi pia a
captación y por deba&o @
cer erca ca
de
la
ven enta tan na
de
del umbral de esta.
El e' e'tr trem emo o ag agua uas s ab aba& a&o o de del l ca cana nal l de li limp mpia ia de debe be de coincidir
o
estar
cerca
de
la
cota
del
colchón
disipador. @
El caudal de limpia debe de estimarse en + veces el caudal a derivar (m!nimo) o igual al caudal medio del r!o.
@
El
ancho
del
canal
de
limpia
se
puede
asumir
inicialmente igual al ancho de la ventana. @
Kamb Ka mbiC iCn n se pu pued ede e as asum umir ir (s (seg egRn Rn se sea a el ca caso so) ) #u #ue e el ancho del canal de limpia es 1316 veces la longitud del barra&e
no
es
rigurosa
su
aplicación
#uedará
finalmente a criterio de diseñado. @
e
pued pu ede e
part pa rtir ir
calc ca lcul ular ar
del de l
cual cu al
en
es
form fo rma a
apro ap ro'i 'ima mada da
acon ac onse se&a &abl ble e
oper op erar ar
el
caud ca udal al
el
cana ca nal l
a de
limpia a fin de obtener un funcionamiento deseable. e asumen inicialmente una pendiente para el canal de 6.61 a 6.6+ y un ancho conveniente. @
$a
velo ve loci cida dad d
ba&o ba &o
la
comp co mpue uert rta a
en
oper op erac ació ión n
está es tá
influenciada por la carga de agua aguas arriba. 7
=&%& Dise7o de Co!p"ertas de Li!pia 'r"esa on
el
desarrollo
de
la
tecnolog!a
peruana
en
la
construcción de compuertas el diseño de las compuertas ha ca!do en el campo de la ingenier!a mecánica: pero es necesario condiciones
#ue
el
#ue
aspecto
gu!en
el
hidráulico
precise
dimensionamiento
de
las las
compuertas de limpia gruesa as! se recomienda:
a2 Altura El nivel de la corona de la compuerta debe estar 6.+6 m. por encima de la cresta del vertedero.
b2 *irante máimo máimo de aua de de diseMo Es a#uel #ue se genera cuando la compuerta funciona tipo rebose libre (overfli\).
c2 *irante de aua de rebose permisible 6.26 a 6.06 m.
d2 Altura de i
e2 ?elocidad de i
f2 *ipo de i
2 Coeficiente de seuridad El coeficiente de seguridad del acero se puede asumir entre 2 y 7.
h2 Plancha E- espesor m!nimo debe estar entre y 16 mm. e debe considerar siempre el efecto de corrosión. En 1o referente al dimensionamiento del área del tablero se recomienda usar la siguiente fórmula:
A = F 7 (c2 (6 (6 $) 476) Jonde: 0
: caudal #ue pasa a travCs de la compuerta A: área del tablero de la compuerta : coeficiente de descargaH se usa 6.6 para compuertas desli%antes y 6.4+ para radiales. g : aceleración de la gravedad. : carga efectiva sobre la compuerta. on el área (A) obtenida se puede calcular el tipo de mec ecan ani ism smo o
nece ne ces sar ario io
par ara a
el
i%a %a& &e
de
la
comp co mpue uer rta
mediante la obtención de la fuer%a de i%a&e total (8) #ue permite el levantamiento de la compuerta de área (A) de peso () y con la utili%ación de un vástago de peso (\). $a siguiente formula permite calcular la fuer%a necesaria #ue debe tener un mecanismo de i%a&e para levantar la compuerta:
& = A 2$ 2f @ N @ O Jonde: A: área de la compuerta : carga efectiva sobre la compuerta f: coeficiente de fricciónH asumir 6.4 como valor conservador. : peso de la compuerta. \: peso del vástago.
?& CONTROL DE 0ILTRACIONES EN EL BARRA;E El agua #ue se despla%a deba&o del barra&e por efecto de la percolación causa el arrastre de los materiales finos creando el fenómeno llamado tubificación. En
el
bar arra ra&e &e
de
cim ci men enta taci ció ón
bla bl and nda a
el
cuer cu erp po
se
construye sobre un cimiento permeable. En este caso las aguas penetran por diferencia de carga. $a trayectoria se le denomina camino de penetración. uando el camino de
penetración es largo el gradiente hidráulico disminuyeH al mismo tiempo la velocidad de penetración se reduce. $a tubificación tiende a ocurrir a lo largo de la base del cuerpo con la cimentaciónH por lo #ue para evitarlo es necesario aumentar la longitud del camino de penetración con un dentellón o un delantal. $a longitud del camino de penetración se determina mediante la ley de Jarcy. $ / . Jonde: $ $on $ongit gitud ud del del camino camino de de percol percolaci ación ón (mts) (mts). . oeficiente #ue depende del material de cimentación. Ji Jife fere renc ncia ia de ni nive vel l de la super superfi fici cie e ag agua uas s ar arri riba ba y aguas aba&o.
étodo para determinar determinar 02 a) étodo de /lih2K ! ≥ . H Jonde: / coeficiente de 5ligh.
4
b) étodo de 0ane egRn $AE el camino de percolación viene dado por la fórmula:
!/
=
!/,%n
∑ v + ∑ H 3 =
. ∆h
$\ /
$ong $o ngit itud ud de del l ca cam min ino o de pe perc rcol ola aci ción ón de del l ba bar rra ra&e &e
v / /
$ongitudes verticales $ongitudes ori%ontales
$\min/
$ongitud de l camino planteado por $AE
/
oeficiente d de e $AE (ver cuadro)
∆h
/
de
percolación
m!nima
Jife Ji fere renc ncia ia de ca carg rga a hi hidr dros ostá táti tica ca entre entre la cr cres esta ta de la barra&e y la uña terminal de la po%a de disipación.
étodo de /lieh /lieh
9
étodo de 0ane $a
long lo ngit itud ud
del de l
cami ca mino no
de
perc pe rcol olac ació ión n
m!ni m! nima ma
($\ ($ \min)
depend dep ende e del coeficie coeficiente nte de $an $ane e y de la dif difere erenci ncia a de cargas hidrostáticas aguas arriba de la presa vertedora y de la uña de la po%a de disipación. $a condición de diseño es #ue: !/
>
!/,%n
Cuadro: coeficie coeficiente nte de $ane $ane para determinar determinar la longitud longitud del camino de percolación.
A*E'.A0
C#E&.C.E*E E 0AE
Arena muy fina o limo
9.0
Arena fina
4.6
Arena tamaño medio
.6
Arena gruesa
0.6
^rava fina
7.6
^rava media
2.0
^rava gruesa
2.6
5lo#ues con grava
+.0
Arcillas plásticas
2.6
Arcilla de consistencia media
+.6
Arcilla dura
1.9
Arcilla muy dura
1.
Ejemplo: e tomó primeramente las dimensiones de barra&e fi&o para llenar el siguiente cuadro: G
Pto2
0h
0v
1
@@
+.06
+
.6
@@
2
@@
1.6
7 0
G.0 @@
@@ 1.6
4
+.6 @@
@@ +.06
*#*A0
4D2
D233
Je la tabla anterior y aplicando la ecuación:
!/
Est sta a
lon ong git itud ud
perc pe rcol olac ació ión n
= 7.0 +
debe de ber rá
17.5
⇒
3
ser se r
plan pl ante tead ado o
por po r
=
!/
mayo ma yor r $ane $a ne
12.83 m.
a #ue #u e
cami ca mino no está es tá
m!ni m! nim mo
dado da do
por po r
de la
ecuación: !/,%n
=
x
∆h
Jel cuadro / 9.0 4.09 S .96 S 1.14
∆h =
Nyn
−
c
−
!/,%n
He
=
=
0.39
3.315 m.
umple con la condición $\in $\
X;Y
46
CALCULO DE LA SUBPRESION METODO DE LANE
!
= ∑ !v +
1
∑
!H 3 2.5 + 1.71 + 3.71 + 3
∑ !v = ∑ !v = 10.92m
∑ !H = 1.4 + 3.49 + 1.5 1 ∑ !H = 2.13m 3 !
≥ * 1 = 2.5 casca-o con cantos
!
rodados y grava * 1 = 2.5 * 5.08 = 12.70m entonces !
≥ * 1
0K
= 10.92 + 2.13 = 13.05m
& CÁLCULO DEL ESPESOR DEL SOLADO O COLCH9N DISIPADOR DISIPADOR 41
"ara resistir el efecto de la sub@presión es recomendable #ue el colchón disipador tenga un espesor #ue soporte el empu em pu&e &e
#ue #u e
ocas oc asio iona na
la
sub@ su b@pr pres esió ión. n.
$a
form fo rmul ula a
#ue #u e
permite calcular el espesor esta dado por:
e
4h
=
3 ( &2s
h
− 1) h"
e /
= ∆h
= ∆h −
h"
&p &t
Espesor del del sol solado #ue #ue de deberá ser ser m! m!nimo 6. 6.G6m ( e
≥ 0.90m )
hf /
"Crdida de carga en (m)
p /
amino
de
percolación
hasta
el
punto
en
consideración (parcial) t /
amino de percolación total.
^s ^ s /
^rav ^r aved edad ad es espe pec! c!fi fica ca de del l sue suelo lo en Kn Kn3m 3m2
"ara el e&emplo: p / 9.0 (camino de percolación hasta inicio del solado) t / +7.0 (camino de percolación total)
∆h
/ 6.2G
eempla%ando en la ecuación: tenemos #ue: h"
=
0.39
−
8.5 24.5
=
0.14
4+
e
=
4 x 0.14 3(
− 1)
=
0.42
Je las recomendaciones y material del barra&e asumiremos un espesor de 1m.
%& CÁLCULO DEL ENROCADO DE PROTECCI9NO ESCOLLERA Al final del colchón disipador es necesario colocar una escollera o enrocado (-"@A") con el fin de reducir el efecto efe cto ero erosiv sivo o y con contra trarre rresta star r el arr arrast astre re de mat materi erial al fino por acción de la filtración.
$a longitud de escollera recomendada por 5$-^K: !e
=
!t − !c
!t
=
0.67 x x ( .b x # )
1
2
$e / $ongitud !c = 0.60 x x ( .!)
1
2
de
escollera
recomendada.
$t /
$ongitud de escollera total.
$c /
$ong $o ngit itud ud de co colc lchó hón n (re (reco come mend ndad ado o por por 5$ 5$-^ -^K K) )
/
oeficiente de 5$-^K.
Jb /
Jife Ji fere renc ncia ia de de nive nivele les s entr entre e l la a c cre rest sta a d del el ba barr rra& a&e e y el nivel de salida del barra&e.
42
Jl /
Jife Ji fere renc ncia ia de de nive nivele les s entr entre e l la a c cre rest sta a d del el ba barr rra& a&e e y el nivel de salida del agua.
/
Avenida
de
diseño
po r
unidad
de
longitud
de
vertedero.
Cuadro: Coeficiente de /0.>$* para el cálculo de enrocado de protecci"n2
Ejemplo: "ara el cálculo de la longitud del enrocado de protección para el cual será necesario los siguientes datos: / 10 (ver cuadro) Jb / 1.9 # / +.2G m23seg ' m $c / G.06 eempla%ando en la ecuación !t = 0.67 (15) (1.86 x 2.39)
1
2
!t = 21.19 m.
$uego reempla%ando en $e / $t S $c $e / 11. Asumiremos $e / 1+ m.
E(e!po de c2c"o de protección de enrocado a4"as a#a(o de ai-iadero ,i(o
47
%%& E0ECTO DE REMANSO EN EL R6O 40
omo o mo
cons co nsec ecue uenc ncia ia
de
la
cons co nstr truc ucci ción ón
del de l
barr ba rra& a&e e
el
nivel del agua por detrás del vertedero aumenta la misma #ue pue puede de gen genera erar r
proble pro blemas mas de inu inunda ndació ción n
de ter terren renos os
agr!co agr !colas las cam camino inos s pue puente ntes s obr obras as de art arte e hid hidráu ráulic licas as (alc (a lcan anta tari rill llas as
sist si stem emas as
necesa nec esario rio det determ ermina inar r
de
dren dr enes es) )
por po r
la cur curva va de rem remans anso o
lo
#ue #u e
formad for mada a
es para par a
anali%ar y solucionar los problemas causados. Estos son algunos de los mCtodos de cálculo de la curva de remanso recomendables.
étodo de interaci"n interaci"n ráfica ráfica ste mCtodo está basado en la integración artificial de la
ecua ec uaci ción ón
diná di námi mica ca
del de l
flu& fl u&o o
grad gr adua ualm lmen ente te
vari va riad ado o
mediante la regla de trapecio.
étodo de /resse /resse ste mCtodo integra en forma directa por procedimientos matemáticos la ecuación dinámica del flu&o gradualmente variado. ]tili%ando en casos particulares la solución propuesta por 5resse considera una sección rectangular muy ancha donde b FF y / y.
étodo directo directo por tramos ste s te
mCto mC todo do
gradua gra dualme lmente nte
solu so luci cion ona a variad var iado o
la
ecua ec uaci ción ón
aplica apl icando ndo
la
diná di námi mica ca ecuaci ecu ación ón
del de l de
flu& fl u&o o
energ! ene rg!a a
entre dos secciones. Jespe&ando d y simplificando resulta:
d)
=
.% & 0
−
& %
Jonde: 4
d es
la
dis ista tanc nci ia
del de l
tra ramo mo
desd de sde e
una
secc se cció ión n
1
de
caracter!sticas caracter!sticas conocidas hasta otra en #ue se produce un tirante W+. 6 es la pendiente del fondo del canala. E "endiente promedio de la l!nea de Energ!a
%%&%& %%&%& E(e!po de !.todo de inte4ración 4r2,ica El lecho de un r!o tiene un ancho en la base b / .1m. m / +H - / 6.661H n / 6.6+0 conduce 11.27 m23seg. 3seg. de agua. allar el tirante normal (hm) y el tirante cr!tico (hc). onsiderar α / 1.1.
$as caracter!sticas geomCtricas del caudal en función de m b h son: A
=
(b
P
=
b
B
=
b
+
+
2h) h
2h
+
1+ m
2
*
=
A P
=
+ 2h) h b + 2h 1 + m 2 (b
2 mh
$a ecuación de maning es:
44
3
Q
=
2
A* -
1
[ (b + mh ) h]
2
=
n
(b + 2 h 1 + m )
[ (6.1 + 2h) h ] 3 . (0.006 )
=
3
2
5
11.34
5
( 6 .1 + 2 h 5 )
2
3
1
2
. 3
-
1
2
n
2
hn
⇒
=
1.025 m.
0.025
El tirante cr!tico se calcula a partir de la ecuación:
α Q 2 B
=
g A 3
1
6.1 + 4h (6.1 + 2h) 3 h 3
En
el
B
⇒
=
A 3
0.069
can anal al
g
=
α Q 2
⇒
del de l
6.1 + 4h
⇒
hc
(6.1 + 2h) 3 h 3
=
de
1.0+ 1. 0+
m. m.
pro rob ble lema ma en
9.8 1.1 x 11.34 2
=
9.8 129.7
0.67 m
coloca col ocado do tra transv nsvers ersalm alment ente e agu gua a
=
ante an teri rio or
un
en Cl cre creand ando o
el
pla lano no
del
obs ob stá tácu cul lo
es
un tir tirant ante e de
mism mi smo o
obs bst tác ácul ulo o
calcular el perfil de agua originado por la presencia del obst ob stác ácul ulo o
cons co nsid ider eran ando do
#ue #u e
la
curv cu rva a
de
rema re mans nso o
lleg ll ega a
hasta una distancia en la #ue el tirante en el canal es mayor en el 1Z al tirante normal.
-oluci"n: Jel problema anterior se tiene #ue: hn / 1.6+0mH hc / 6.4m. como el flu&o tiene un tirante de 1.0+m. #ue es mayor #ue el tirante normal (hn) y Cste a su ve% es mayor #ue el tirante cr!ticoH o sea #ue 1.0+ F hn F hc. $uego el perfil de agua tiene una forma como la indicada a continuación.
49
$a longitud longitud buscada buscada $ será hasta hasta la solución en la #ue / 1.6 1.61 1 hm
1.61
h
' 1.6+0 esto es hasta un valor de h /
1.620 m. "ara "a ra el cá cálc lcul ulo o de la lo long ngit itud ud y fo form rma a #u #ue e ad adop opta ta la superficie libre del agua por la presencia del obstáculo podemos emplear una serie de mCtodos uno de ellos es el de
inte in tegr grac ació ión n
gráf gr áfic ica. a.
"ara "a ra
ello el lo
cons co nsid ider eram amos os
dos do s
secciones del canal situados a las distancias 1 + del origen y cuyos tirantes respectivos sean h1 h+.
$a distancia #ue separa a estas dos secciones es: / + S 1. Esto puede escribirse como:
)
=
) 2 ) 1
=
) 2
∫
) 1
dx
=
h2
dx
∫ dh . dh h1
``````````````
(1)
4G
i en el gráfico llevamos los valores de
dx dh
V& h
podemos
tra%a una curva. El área ba&o esa curva nos dará el valor de y puede obtenerse ya sea mediante un plan!metro o por el mCtodo de impson. dx dh
dx dh
dx dh
"or otro lado de la ecuación de la energ!a se deduce la ecuación de la curva de remanso #ue se escribe:
dx dh
=
1 -
α
1−
.
g
1
Q2
−
B A 3
Q2 n2 - A 2 *
4
3
i introducimos en esta ecuación los valores de m b h se tiene:
dx dh
=
1 -
1
−
1 − α Q 2
g [ (b + mh) h] 3
2
1
−
(b + 2 mh)
2
[
Q n b + 2h 1 + m - [ (b + mh) h]
10
2
]
4
3
3
96
esolviendo esta ecuación entre h / 1.0+ y h / 1.620m. con co n
decr de crem emen ento tos s
de
6.6+ 6. 6+0 0
m. m.
los lo s
valo va lore res s
obte ob teni nido dos s
aparecen resumidos en el cuadro siguiente:
h
∆x
Dx/dh
X
1.520
764.1862
1.500
773.7548
15.3794
1.475
787.0776
1.450
h
∆x
Dx/dh
X
1.250
1059.4792
25.7843
235.2808
15.3794
1.225
1130.3566
27.3729
262.6538
19.2104
34.8898
1.200
1222.2054
29.4070
292.0608
802.1708
19.8656
54.7554
1.175
1345.5328
32.0967
324.1575
1.425
819.3751
20.2693
75.0247
1.150
1519.2396
35.8097
359.9672
1.400
839.1227
20.7312
95.7560
1.125
1781.0907
41.2541
401.2213
1.375
861.9695
21.2637
117.0196
1.100
2219.0691
50.0020
451.2233
1.350
888.6428
21.8827
138.9030
1.075
3096.4073
66.4435
517.6668
1.325
920.1128
22.6094
161.5117
1.050
5720.6822
110.2136
627.8804
1.300
957.7029
23.4727
184.9844
1.035
13474.6296
239.9414
867.8208
1.275
1003.2661
24.5121
209.4965
$a longitud $ buscada es de 94.9+m. ≈ 99 m.
%%&)& &)&
C2c C2 c" "oo de de a c"r c"r-a -a de Re!a Re!ans nsoo por por e M.to M.todo do de Bres Bresse se
Ancho de la base
b / 1+6.66 m.
^asto
/ 0 m23s.
"endiente del canal
s / 6.614
oeficiente de rugosidad
n / 6.602
Kirante en la presa
y / +. m.
Kirante normal
yn / 1.74 m.
Jel
resu re sul lta tado do
de
la
int in teg egra raci ció ón
de
la
ecu cuac aci ión
del de l
rCgimen variado hecha por 5resse tenemos: 91
)
=
y n
−
x 3
&
y n
1 − &
φ g
2
3
Jonde: ' / Jis Jista tanc ncia ia bu busc scad ada a yn / Kirante normal % / elaci elación ón entre entre un tirante tirante cual#uie cual#uiera ra y el normal normal. . / oeficiente oeficiente de he%y he%y / "endiente "endiente de de fondo g / aceleración aceleración de la gravedad gravedad "ara y n
1.47 ;
=
=
*
1
n
6
=
(1.44)
1 6
0.053
=
20.05
+ / 76+ "ara y
2.66 ;
=
=
*
1
n
6
=
(2.55)
1
0.053
6
=
22.06
+ / 794 Komando un valor medio + / 777.0 y n &
y n
=
1.47
=
0.017
1 − &
2
g
86.47
=
20
Ahora tomando los valores correspondientes a función
φ
(%) de la tabla ad&unta obtenemos los siguientes:
?A0#'E- E C0C!0# C0C!0# PA'A 0A C!'?A 4 I
H
QB2;DH
φ (<)
63 φ (<)
R
ist2
+. +.7 +.+ +.6 1.9
1.91 1.4 1.07 1.76 1.+
10 177 122 1+1 16G
6.1710 6.1G410 6.+29G 6.262G 6.76G
2 7 0 9
102 176 1+9 110 161
6 12 +0 29 0+ 9+
1. 1.79
1.12 1.664
G9 94
6.6+0 6.0241
1+ 21
9 0
4 G4
PE'&.0 E0 &0!+# CA0C!0A# P#' E0 S*## E C'E--E &!C.#E- /'E--E PA'A C!'?A- E 'EA-# H 1.666 1.661 1.66+ 1.662 1.667 1.660 1.66 1.664 1.669 1.66G 1.616 1.611 1.61+ 1.612 1.617 1.610 1.61 1.614 1.619 1.61G 1.6+6 1.6+1 1.6++ 1.6+2 1.6+7 1.6+0 1.6+ 1.6+4 1.6+9 1.6+G 1.626 1.621 1.62+ 1.622
φ (<)
+.1924 1.G026 1.919+ 1.4++ 1.79 1.0991 1.0241 1.7G+G 1.7076 1.71G+ 1.2949 1.20G1 1.22+4 1.2692 1.+904 1.+10 1.+77 1.++0G 1.969+ 1.1G17 1.1400 1.162 1.1709 1.12+6 1.1194 1.166 1.6224 1.691G 1.646 1.60G 1.67G6 1.6294 1.6+99
H 1.607 1.60 1.609 1.66 1.6+ 1.67 1.6 1.69 1.646 1.64+ 1.647 1.64 1.649 1.696 1.69+ 1.697 1.69 1.699 1.6G6 1.6G+ 1.6G7 1.6G 1.6G9 1.166 1.160 1.116 1.110 1.1+6 1.1+0 1.126 1.120 1.176 1.170 1.106
φ (<)
H
φ (<)
H
φ (<)
6.9417 6.90GG 6.972G 6.929+ 6.9+46 6.9196 6.9697 6.4GG6 6.4G66 6.4912 6.44+9 6.470 6.400 6.4794 6.4711 6.4224 6.4+0 6.41G7 6.41+ 6.460G 6.GG2 6.G+G 6.94 6.96 6.0G 6.01G 6.294 6.+66 6.12G 6.6+0 6.0G12 6.0962 6.0464 6.069
1.+G 1.26 1.21 1.2+ 1.22 1.27 1.20 1.2 1.24 1.29 1.2G 1.76 1.71 1.7+ 1.72 1.77 1.70 1.7 1.74 1.79 1.7G 1.06 1.0+ 1.07 1.0 1.09 1.6 1.+ 1.7 1. 1.9 1.46 1.4+ 1.47
6.291 6.2421 6.27G 6.2046 6.27G0 6.27++ 6.220+ 6.2+90 6.2++6 6.2709 6.26G9 6.262G 6.+G92 6.+G+9 6.+940 6.+9+7 6.+440 6.+4+4 6.+96 6.+20 6.+G1 6.+079 6.+7 6.+29G 6.+210 6.++7 6.+14G 6.+11 6.+60 6.1GGG 6.1G77 6.19G+ 6.197+ 6.14G7
+.26 +.20 +.76 +.70 +.06 +.00 +.6 +.0 +.46 +.40 +.96 +.90 +.G6 +.G0 2.66 2.1 2.+ 2.2 2.7 2.0 2. 2.4 2.9 2.G 7.6 7.1 7.+ 7.2 7.7 7.0 7. 7.4 7.9 7.G
6.6G49 6.6G20 6.69G7 6.6904 6.69+1 6.6499 6.6404 6.64+9 6.6466 6.647 6.606 6.6+ 6.667 6.6097 6.607 6.60+4 6.67G7 6.6127 6.6724 6.671+ 6.629G 6.629 6.621G 6.6221 6.6210 6.6+GG 6.6+90 6.6+4+ 6.6+0G 6.6+79 6.6+24 6.6++4 6.6+19 6.6+6G
92
1.627 1.620 1.62 1.624 1.629 1.62G 1.676 1.671 1.67+ 1.672 1.677 1.670 1.67 1.674 1.679 1.67G 1.606 1.60+
1.61G1 1.66G9 6.6664 6.GG1G 6.G927 6.G406 6.GG 6.G0G6 6.G012 6.G729 6.G27 6.G+G0 6.G++0 6.G107 6.G694 6.G6++ 6.9G09 6.9927
1.100 1.16 1.10 1.146 1.140 1.196 1.190 1.1G6 1.1G0 1.+66 1.+1 1.++ 1.+2 1.+7 1.+0 1.+ 1.+4 1.+9
6.0017 6.07+2 6.0220 6.0+01 6.01G 6.06G6 6.0617 6.7G2G 6.7969 6.74G9 6.77 6.7029 6.771G 6.726 6.71G9 6.76G 6.2GG9 6.2G69
1.4 1.49 1.96 1.9+ 1.97 1.9 1.99 1.G6 1.G+ 1.G7 1.G 1.G9 +.66 +.60 +.16 +.10 +.+6 +.+0
6.1479 6.1467 6.1+ 6.1+1 6.109+ 6.1070 6.106G 6.1747 6.1776 6.1769 6.1244 6.1214 6.1219 6.1+7G 6.1196 6.11+ 6.1647 6.16+7
0.6 0.0 .6 .0 4.6 4.0 9.6 9.0 G.6 G.0 16.6 1+.6 10.6 +6.6 26.6 06.6 166.6
6.6+61 6.61 6.612G 6.6119 6.616+ 6.669G 6.6644 6.66G 6.66+ 6.6600 6.6606 6.6620 6.66++ 6.6612 6.666 6.666+ 6.6661 6.6666
%)& DESARENADOR DESRRIPIADOR DESRRIPIADOR O PO>A TRAN@UILI>ADORA TRAN@UILI>ADORA JespuCs de la re&a de entrada en la toma se acostumbra de&ar una cámara #ue se llama desrripiador para atrapar o descantarlas piedras #ue pasaron a travCs de las re&illas y #ue no deben entrar al canal. "ara ello se de&a una compuerta #ue conecta con el canal de desfogue. ^eneralmente diseñamos en función de generar una velo ve loci cida dad d #u #ue e pe perm rmit ita a el ar arra rast stre re de del l ma mate teri rial al. . e recomienda mayor o igual a + m3s. El ancho libre necesario para el desrripiador se obtiene por la formula de ;rochin. / () (Vo) (b) 23+ ue es la formula general de los vertederos transformados para cuando está sumergido.
97
90
CA'AC*E'T-*.CA1)
,rea ,re a de po%a po%a pa para ra pr produ oducir cir la la sedime sedimenta ntació ción n por ba&a ba&as s velocidades
+)
edime ed imenta ntació ción n de materi material al sólid sólido o y remoció remoción n posteri posterior or fuera de la estructura.
2)
e ubic ubica a aguas aguas deba deba&o &o de la toma toma de capt captac ació ión n y de del l desgravado si este e'istiera proyectado.
7)
e consi consider deran an siempr siempre e estruc estructur turas as de trans transici ición ón aguas aguas arriba y aguas deba&o de desarenador.
0)
e
considera
una
estructura
de
purga
con
cargas
suficientes para remover los sólidos depositados. )
$a purg purga a se desca descarg rga a agu aguas as deba deba&o &o de la comp compue uert rta a de limpia o barra&e (po%o de disipación).
9)
$a
estructura
es
de
concreto
muchas
veces
de
concreto armado f?c / +.6 ;3cm+ f?y / 7+66 ;3cm+.
C'.*E'.#1)
*elo *e loci cida dad d de la cá cáma mara ra de sedim sedimen enta taci ción ón va var! r!a a de 6.1 a 6.7 m3s.
+)
El diám diámet etro ro má'i má'imo mo de gran grano o debe debe es esta tar r en el rang rango o 6.10 a 6.26 mm.
2)
apaci ap acidad dad de de desare desarenac nación ión deb debe e de ser ser 1. 1.0 0 veces veces en en + la capacidad teórica.
7)
Kiem Ki empo po de se sedi dime ment ntac ació ión n K var!a var!a de ac acue uerd rdo o co con n el tamaño de grano.
0)
Es ne nec ces esar ari io rea eali li% %ar un es estu tud dio de la ca can nti tida dad d y tama ta maño ño
de
los los
sedim sedimen ento tos s
#ue #u e
trae trae
el
agua agua
para para
asegurar una adecuada capacidad del desarenador y no necesitar lavados frecuentes. ) Je acuerdo al punto 0 podr!an plantearse + o más veces de des arenación.
9
E+EP0#: E*E'.AC. E 0A- .E-.#E- E0 E-A'EA#' 1)
veloci vel ocidad dad de agu agua a debe debe ser men menos os de 6.2 m23s.
+)
Jiám Ji ámet etro ro má'i má'imo mo del del gr gran ano o de debe be ser ser de dent ntro ro de 10 10 S 62 mm.
2)
$a capa capaci cida dad d de des aren arenac ació ión n debe debe ser más más de 1 10 0 S +.6 veces.
7)
$os $o s tiempo tiempos s de sedim sedimen enta taci ción ón de lo los s di dist stin into tos s granos granos de arena.
Ejemplo: 5 / +mH / 1.+ m Jiámetro má'imo de grano / 6.2 mm. / 6.0 m23s
$ /j
$ / * ' ' K ' * / *elocidad de agua / profundidad de desarenador K / tiempo de sedimentación / oeficiente de seguridad
* /
0.5 2 x 1.2
/ 6.+1
m3s
6.0 m3s
/ 1.+ m. K / + segundos3m (de la gráfica) / 1.0
@
+.6
/ 6.+1 ' 1.+ ' 1 ' +.6
m φ
x m x
/
12 metros
= [ m] m
s
94
%3& MUROS DE ENCAU>AMIENTO ENCAU>AMIENTO on estructuras #ue permiten encau%ar el flu&o del r!o entre determinados l!mites con el fin de formar las condiciones de diseño pre@establecidas (ancho tirante remanso etc.H ver figura +9). Estas Esta s es estr truc uct tur uras as pu pued eden en ser de co conc ncre ret to si sim mpl ple e a de conc co ncr ret eto o arma ar mado do. . u dim imen ensi sio ona nami mien ent to est stá á basa ba sad do en controlar el posible desborde del má'imo nivel del agua y evitar tambiCn #ue la socavación afecte las estructuras de captación y derivación. En lo referente a la altura de coronación #ue estas estructuras deben tener se recomienda #ue su cota superior estC por lo menos 6.06 m por encima del nivel má'imo de agua. on respecto a su cota de cimentación se recomienda #ue Csta debe estar por deba&o o igual a la posible profundidad de socavación (ver di#ues de encau%amiento). encau%amiento). on la altura definida se puede dimensionar los espesores necesa nec esario rios s par para a sop soport ortar ar los esf esfuer uer%os %os #ue tra transm nsmite iten n el rell re llen eno o y al altu tura ra de ag agua uaH H es pr prác ácti tica ca co comR mRn n di dise seña ñar r al volteo desli%amiento y asentamiento.
99
%5& DiF"es de Enca"Ga!iento En la mayor!a de los casos al colocar un obstáculo (bar (b arra ra&e &e) ) en un r! r!o o po por r un re rema mans nso o ha haci cia a ag agua uas s ar arri riba ba podr po dr!a !a ca caus usar ar in inun unda daci cion ones es a lo los s te terr rren enos os ri ribe bere reño ños s situación no deseada #ue se podr!a agravar si el r!o forma un nuevo cauce coma consecuencia del remanso y #ue podr!a de&ar aislada a la bocatoma. "ara controlar esta situación se construyen di#ues de encau%amiento por lo general del tipo escollera si e'isten canteras de rocas en la %ona del proyecto. u dimensionamiento se reali%a en función de la altura #ue puede alcan%ar el tirante del agua en la %ona de remanso: usualmente la cota del di#ue se debe colocar con un borde libre (5.$) de 6.06m por encima del tirante. $a figura +G presenta la sección t!pica recomendada.
9G
%5&% C2c"o de Ta!a7o de Roca A co con nti tinu nua aci ción ón se pr pre ese sent ntan an do dos s mC mCto tod dos dimensionar el tamaño medio del enrocado.
#ue
perm pe rmit iten en
@ El primer método emplea la siguiente fórmula:
D# # /& $) )4/& %,/ Jonde: Jb: diámetro de roca en mm. *: velocidad del r!o en m3s. ^: gravedad especifica de la roca en Ig3m2 gs: peso especifico de la roca en Ig3m2 ga: peso especifico del agua en Ig3m2 b : coeficiente (1.7 para nuestros r!os) g : aceleración de la gravedad en m3sg+ a : ángulo del talud del di#ue (1:1.0 D 22<) f : ángulo de fricción interna @ El seundo método
e recomienda el uso de los gráficos de las figuras 26 y 21. El primer gráfico nos da el diámetro de la roca para iniciar el movimiento asumiendo peso espec!fico de la roca igual a +.7 Kn3m2 y en función de la fórmula:
J%3&=8 K %3 $: /on)e
: peso de la roca en ;g *: velocidad media en el cauce en m3s G6
El segundo gráfico nos da la relación entre la velocidad media actuante sobre la roca (*o) y la velocidad media en el cauce (*) mediante la siguiente fórmula:
?o 7 ? = 32D4 7 (32BQ 0o (d7%) @ 32D4) Este mCtodo se basa en #ue por lo general se conoce el tirante en el cauce (d) la velocidad en el r!o (*) y se dese de sea a co cono noce cer r el di diám ámet etro ro no nomi mina nal l de la ro roca ca (I (I) ) pa para ra resistir una velocidad media sobre ella. El proceso consiste en asumir un diámetro (I) y aplicando la ecuación (2.6) calcular (*o) luego se comprueba el valor del diámetro supuesto con la utili%ación del gráfico de la figu fi gur ra 26 #u #ue e per erm mit ite e a& a&u ust star ar el va valo lor r del di diám ámet etro ro supuesto. Es rec recome omenda ndable ble #ue el enr enroca ocado do des descan canse se sob sobre re un fil filtro tro cuya misión es impedir #ue el agua al entrar en contacto con el talud se introdu%ca por los intersticios y #ue podr!a arrastrar el material conformarte del nRcleo del enrocado. "ara el fi "ara filt ltro ro en me menc nció ión n se re reco comi mien enda da #u #ue e cu cump mpla la la las s siguientes especificaciones: especificaciones: J10f 3 J10b / aH 0 a 76 (2.1) Jl0f 3 J90b / bH b k 0 (2.+) J90f 3 V / cH c + (2.2) Jonde:
4f: diámetro de grano del material de filtro del cual el 0Z de todos los granos son más pe#ueños.
4b: diámetro de grano en el material de base del cual el 10Z de todos los granos son más pe#ueños.
Qf: diámetro del grano del material del filtro del cual el 90Z de todos los granos son más pe#ueños.
Qb: diámetro del grano del material de base del cual el 90Z de todos los granos son más pe#ueños.
: mayor dimensión de abertura entre rocas a travCs del cual el filtro va a defender el arrastre del material conformarte del di#ue. $a curva del material de filtro debe tener una graduación paralela al material de base apoyo.
G1
"ara calcular la profundidad de socavación se recomienda la siguiente fórmula:
$s =426 h (32B K ?47?6) Jonde:
$: profundidad de socavación en m ?4: velocidad de socavación en m3s ?6: velocidad superficial en m3s $: tirante en el r!o en m
G+
G2
