Diseño de un azud en flujo subscrito, utilizando parámetros de diseño para ríos de montaña
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Descripción: Se muestra el diseño hidraulico de un azud, como obra de toma en un sistema de riego.
Hidraulica II
Diseño de un barraje o azud
Descripción: DISEÑO AZUD DERIVADOR
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ESTABILIDADDescripción completa
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jkDescripción completa
Descripción: diseño de columnas
Descripción completa
Descripción: Diseño de Platea de Cimentación
zapataDescripción completa
Presas y azudes son obras hidráulicas que intervienen en la gestión de los recursos hídricos. Forman parte de infraestructuras para el abastecimiento a poblaciones, regadío, o producción de …Descripción completa
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ELEMENTOS DE LAS SECCIONES DE LAS CRESTAS CON LA FORMA DE LA LAMINA VERTIENTE. LÍNEA DE ENERGIA ha
Ho
Y
ho Xc X Yc
R1 PERFIL DE CREAGER
P
AZUD do dcont
ECUACIONES PRINCIPALES PARA REALIZAR LOS CALCULOS 5.198
1.698
28.65
2.1
1.-
Q = C X L X Ho
3/2
23.3 3.7 2.65
2.-
ha =
Va² Va² / 2g
3.-
Ho = ha + ho
4.-
Va =
q / P + ho
22.35 4.65
``
``
DATOS PARA REALIZAR LOS CALCULOS: CAUDAL MAXIMO DE CRECIDA =
Qmc =
80
m³/sg
CAUDAL A CAPTAR =
Qcap =
2.05
m³/sg
PARAMENTO =
P =
2
m
LONGITUD DEL AZUD =
L =
8
m
G=
9.81
m/sg²
Ct =
400
m
GRAVEDAD = COTA DEL PROYECTO = do
Q
(m)
(m³/s)
0.54 0.86 1.13 1.37 1.59 1.79 2.17
10 20 30 40 50 60 80
CALCULAMOS EL CAUDAL AGUAS ABAJO Yc = do = 3
(
do =
3
{(Qc/L)}2 / g
80 2 ) 8 9.81
=
2.17 m =
1.- CALCULAMOS CAUDAL UNITARIO (q) q = Q/L=
80 8
10.00
2.- DE LA FORMULA DEL CAUDAL CAUDAL DESPEJAMOS (Ho) q = C x L x Ho Ho =
(
10.00 C
3/2
2/3
)
ASUMIMOS UN VALOR DE Ho =
C =
2/3
0.00 ( 13.5 )
=
3.5 2.01 m
SE ASUMIRA INICIALMENTE QUE Ho = ho ho ho = 2.01 m Va = q / P + ho =
2 ha = Va² / 2 g
=
( do ) según el calado Yc
10.00 + 2.01 2.49 19.62
2
=
=
0.32 m
2.49
2.17 m
Ho = ha + ho =
2.01
0.32 =
+
CALCULO LA RELACIÓN P Ho
2 2.330
=
CON ESTE
2.33
P/Ho 0.86
=
0.86
VALOR DE P/Ho
OBSEVAMOS LA FIGURA 189 Y ENCONTRAMOS
C
EL VALOR DE
EL VALOR QUE SE HA OBTENIDO EN LA FIGURA 189 ES DE C =
3.88
CON ESTE VALOR DE ( C ) ENCONTRADO RECALCULAMOS LOS VALORES ANTERIORMENTE ENCONTRADOS m/s
RECALCULAMOS NUEVAMENTE LOS VALORES Ho
(
=
3/2
10.00 3.88
)
1.88 m
=
SE ASUMIRA QUE Ho = ho ho =
1.88 m m
Va
=
ha
Ho
10.00 2 + 1.88 2.58 19.62
=
=
2
==
1.880
+
2 2.22
=
2.58
=
0.34 m
0.340
=
2.22
RELACIÓN P/Ho P Ho
=
0.90
SEGÚN LA FIGURA 189 EL VALOR DE C =
3.89
LOS CALCULOS QUE SE CONSIDERAN SON LOS SIGUIENTES: Ho =
2.22
m
ha =
0.34
m
ho =
1.88
m
3.- CALCULAMOS LOS ELEMENTOS ENTRE EL PARAMENTO (P) Y LA CURVA COMPUESTA
IO R2 Así COMO TAMBIEN Yc/Ho
;
Xc/Ho
PRIMERAMENTE DETERMINAMOS LA RELACIÓN ha/Ho ha Ho
0.34 2.2200
=
=
0.15
RVAMOS LA FIGURA 187 Y ENCONTRAMOS ACIONES EXISTENTES EN LA MISMA:
RADIO R2 Ho
R2
0
=
RADIO R1 Ho
ELEMENTO Yc Ho
ELEMENTO Xc Ho
=
0.00
m
xx
2.22
=
0.00
m
0.065
x
2.22
=
0.144
m
0.2
x
2.22
=
0.444
m
R1 =
0
Yc =
Xc =
Yc
0.065
=
=
0
R1
0
=
x
2.22
R2 =
Xc
0.2
4.- DISEÑO DEL PERFIL DE CREAGER PARA DISEÑAR EL PERFIL DE CREAGER NOS VALEMOS DE LA SIGUIENTE ECUACION:
Y Ho
-
K
=
X
(
Ho )
n ECUACIÓN 1
PARA DETERMINAR LOS VALORES DE ( K ) Y ( n ) SE NECESITARA DE LA RELACIÓN ha/Ho QUE SE LA HA CALCULADO ANTERIORMENTE CUYO VALOR ES DE
0.15
Y EN BASE A ESTO
PARA ENCONTRAR LOS VALORES DE K Y n
OBSERVAMOS LA FIGURA 187 DE LA PAGINA 304 ha Ho
0.34 2.22
=
=
0.15
LOS VALORES DE K Y n SEG N LA FIGURA SON: n = K =
1.830 0.494
REEMPLAZAMOS ESTOS VALORES EN LA ECUACION 1 1.83
X ( 2.22 )
Y - 0.494 = 2.22
Y 1.83
Y=
2.22
( - 0.494 )
(
X 2.22
)
Xc
1
2
X
0
1.83
Y =
- 0.2548
X x
REALIZAMOS EL TANTEO X 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 1.9 2 2.25 2.5 2.75 2.76 2.76 3.083 4.25
COMPROBAMOS SI LAS CONDICIONES DEL CUENCO SO N ACEPTABLES:
(cota del cuenco+ Y2) - (cota del espejo de agua abajo ) ≤ 0.00 m 4.13000 401.93 - 401.670 = 0.26 m la diferencia de cota entre la cota del rio aguas abajo y la cota a la que llega el resalto en su calado maximo es de 1.00 siendo un valor aceptable. LOS VALORES A CONSIDERAR SON LOS SIGUIENTES:
dcont =
0.97
m
To =
6.42
m
H=
4.20
m
Y2 =
4.13
m
443.830
2.17
1.96000 0
m. Siendo un
alor aceptable
EMPATAMOS EL PERFIL DE CREAGER CON EL CUENCO CON UN RADIO ( R )
R=
R=
0.5 X H
=
0.5
x
=
4.2
2.10
m
DETERMINACION DE LA LONGITUD DEL RESALTO HIDRAULICO LR = Y1 Lr =
6.9 x (Y2 - Y1) =
6.9
dcont x (
=
0.970
4.13 - 0.970 )
21.80 m
=
DETERMINACION DE LA LONGITUD DEL CUENCO AMORTIGUADOR
Lc = Lc =
1.2
LR + 20% = x 21.80 =
26.16
=
26.22 m
LONGITUD DEL ENROCADO Fb = 1,76
Le
D50
D 50 = Diámetro de rocas = 60 cm Fb =
1.76
Fb =
13.63
√
60
h = 1.34 (q²/Fb)1/3 = h=
2.604
m
ds = (1.75 a 2)h = ds =
1.75
x 2.604
= 4.556
~
5
m
Le = (1.50 a 2) ds = Le =
1.5
x
5.00
=
7.5
m
LONGITUD DEL AZUD L= L=
Xc + X + R
0.44 +
4.25
+ 2.10
= 6.79
6.79
m
LONGITUD DEL DELANTAL Ld = 6 H' H'
= ES LA DIFERENCIA DE NIVELES ENTRE AGUAS ARRIBA Y AGUAS ABAJO DEL AZUD
H' =
Ld =
403.88
6 x
401.67
2.21
=
=
2.210
=
=
13.26
2.21
13
D1 = (0.75 a 0.80) H D1 =
0.75
x
2.21
=
1.66
m
D2 = (1 a 1.5) H D2 =
1.5
x
2.21 =
3.32
m
D3 = 0.3 H D3 =
0.3
x
2.21
=
0.663 m
= 0.7 m
m
m
DETERMINACIÓN DE LA SUBPRESION PARA DETERMINAR LA SUBPRESION PRIMERAMENTE DETERMINAMOS EL RECORRIDO VERTICAL Y LUEGO EL RECORRIDO HORIZONTAL DE LA FILTRACION PARA DETERMINAR EL RECORRIDO TOTAL( L )
L = V + 1/3 H L = RECORRIDO TOTAL DEL ESCURRIMIENTO V = VALORES DEL RECORRIDO VERTICAL H = VALORES DEL RECORRIDO HORIZONTAL 403.88
0.5
400
399.5 397.80
D1 = 1.70
0.5
1.40
2.45
D1 =
3.35
401.20
1.20
-1.70
m
D3 =
-1.70 =SB
1.107
SB =
1.298
0
3.06 m
0
m
13.00
m
6.79
S =
26.22
m
65.32 TON
RECORRIDO. Vert.= V = V=
1.70
+ 1.40
+ 3.35 + 1.20 + 0.7
+ 2.45 =
10.80
m
=
46.01
m
RECORRIDO. Hor. = H= H=
0
+
13
+
6.79
+26.22 +
0
L = V + 1/3 H L=
10.80 +
0.7 =
1 3
(
46.01
)
=
26.14 m
SUBPRESION EN EL PUNTO SA = H' – (L A /L)
* H'
A
H' =
LVA = LHA =
2.21
m
1.70 + 1.40 + 3.35 = 13 +
LA =
6.45
SA =
2.21
0
13
=
6.45 m
m
( 13 ) = 10.78
+
1 3
-(
10.8 26.1
2.21
)
x
1.298
=
TON
SUBPRESION EN EL PUNTO B SA = H' – (LB/L) H' =
2.21
* H'
m
LVB =
1.70 + 1.40 + 3.35 =
LHB =
13.00 +
6.79
LB =
6.45
+
1 3
SB =
2.21
-(
13.05 26.14
=
6.45 m 19.79
( 19.8 )
=
13.05 m
2.21 )
x
m
TON
1.107
=
SUBPRESION TOTAL S = (SA + SB)/2 * b * L b=
S=
LONGITUD DEL AZUD
( 1.298 + 1.107 ) x 2
6.8
PUNTO DE APLICACI N = 0,45 x b =
=
x
6.79
8
m
65.32
=
0.45
x
TON
6.79 =
3.06 m
☼ DETERMINACIÓN DE LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
PRESION HIDROSTATICA AGUAS ARRIBA
F1
ESQUEMA DE CARGAS ACTUANTES
Y1
Y1
H
hcg
Pwsis h
F1
Psed
dsis F2
1/3 h
1/3 dcont
F1 = * Y1 * A PUNTO DE APLICACIÓN
Y1
Y1 =
Icg x
hcg
hcg = P/2 + ho =
8 Y1 =
F1 =
2 2
2
x x
1
x
F1 =
( 8
2.880
46.08
=
2.88
m
3.00
m
3
x
x
1.880
+
12
2.88
hcg =
+
A
(
TON
8
2.88
+
2 )
x
2
)
=
☼ DETERMINACION DEL PESO PROPIO DEL AZUD fig 1
Xi
Yi
Ai
2.526
2.19
24.63
2 3
0.00 0
0.00 0
SUMA
0.00 0
Xi . Ai 62.22 0.00 0.00
Yi . Ai 53.82 0.00 0
24.632
62.220
53.821
CGx =
Xi.Ai / Ai =
62.220 24.63
=
CGy =
Yi.Ai / Ai =
53.82 24.63
=
PESO PROPIO G = Vol x
=
G=
197.06
m³
G=
433.523
Ton
x
m
2.19
m
G 24.632 x
Volumen=
2.2
2.53
8
=
197.06
m³
TON/m³ =
Y Y'
X
2.50
1 # . G I F
CGX= 2.53 R=
0,5 H
FIG. # 2 5.79
CGy = 2.2
G = 433.523
FIG. # 3
0.5
X' 1 6.79
☼ DETERMINACION DE LA PRESION DE SEDIMENTOS Psed = h²/2 * = 30
/2) * L
; h = p = 2 m
1.2
; s=
s * Tg² (45° -
0.333333333
Psed =
1 2
1.2 x
x
2
Psed =
2
x
6.40
Tang² ( 45 -
30 ) 2
x
8
TON
Punto de aplicación = 1/3 P =
1 3
x
2
0.67
=
m
PRESIÓN POR EFECTO SÍSMICO DEL AGUA EMBALSADA
Pwsis = (0.726 Pe * y 1) L Pe = C *
* * h
h = P * ho h=
2.00 +
1.88
=
3.88 m
dsis = 0.425*h = dsis =
0.425 x
y1 = y1 = RELACIÓN y1/h =
3.88 =
1.65 m
h – dsis =
3.88
-
1.65
= 2.23 m
y1 /h = 2.23 3.88
=
0.575
Para paramento vertical (y = 0)
SEGÚN GRAFICO DE LA FIGURA # 165 EL VALOR DE C =
INTENSIDAD DEL SISMO
Pe = C * l * g * h
λ=
0.3
0.7
DATO OBTENIDO DEL IGM
Pe =
0.7
x
x
0.3
Pe =
1
3.88
x
0.815
Pwsis = (0.726 Pe * y1) L
0.726 x
Pwsis =
Pwsis =
0.815
x 2.23 x
10.56
TON
8
=
PUNTO DE APLICACI N dsis = 0,425 * H 0.425 x 3.88
dsis = dsis =
1.65
=
m
PRESI N POR EFECTO S SMICO DEL PESO PROPIO DEL AZUD Gsis = G * a =
0.2
Dato obtenido del IGM 433.5232
G = PESO TOTAL DEL AZUD =
= ACELERACION DEL SISMO Gsis = Gsis =
x
433.523
0.2
86.70 TON
= =
PRESIÓN HIDROSTÁTICA AGUAS ABAJO F2 = ½ *
* dcont²
1 Tn / m 3
H2O = 2
F2 =
F2 =
½
x
1
x
0.97
x
3.740 TON
Punto de aplicación = 1/3 dcont =
0.97
3
=
0.322 m
F2
FLUJO FILTRATORIO MÉTODO GRÁFICO PARA DETERMINAR EL FLUJO FILTRATORIO BAJO UNA ESTRUCTURA ASUMIENDO QUE EL ESTRACTO SEA DE BASE PERMEABLE
Este método gráfico es el más empleado y fue diseñado por FORCHEIMER en el año de 1.911
Llamamos franja equipotencial al espacio entre dos equipotencial contiguas y franja de flujo al espacio entre dos líneas de flujo. Sabemos que la superficie horizontal del
terreno detallado de aguas arriba del azud representa una línea equipotencial correspondiente a la altura piezométrica H1 y la de aguas abajo representadas otra línea equipotencia correspondiente a la altura piezométrica H2. La diferencia entre las dos es: Z = H1 – H2
Dividimos el espacio en franjas por medio de equipotencial trazados a mano alzada o sea que la diferencia entre estas equipotenciales será H. Se traza ahora las líneas de flujo de tal forma que sean normales a las equipotenciales y forman cuadros equivalentes con estas. Se llaman cuadros equivalentes en los que las medianas y diagonales son iguales y los lados se cortan haciendo ángulo recto. Siendo el contorno de la fundación la primera línea de f y la base impermeable la última, las equipotenciales deben ser perpendiculares a estas dos líneas. La condición de perpendicularidad de las curvas y de lo cuadros perfectos no se consigue con el primer dibujo por lo tanto es necesario varias correcciones para poder conseguir una red de circulación satisfactoria.
Empleamos la siguiente fórmula:
Q = K.LA.H.m/n Donde: Q = Caudal filtratorio.
K = Coeficiente de permeabilidad (TIERRA ARENOSA 1X10 -2).
L A = Ancho del azud. m = Número de franjas entre líneas de flujo. n = Número de franjas entre líneas equipotenciales. H = Diferencia de cotas entre aguas arriba y aguas abajo
n n n n
m m n n
m
n
n n
m
DATOS: K= LA = H= m= n=
1 x 10-2 6.79 = m 2.21 m 5 39
0.01
Qf =
Qf =
m/s
0.01 x
6.79 x
0.019
m³/s
2.21 x
5 39
=
s
ujo
n
ESQUEMA DE CARGAS ACTUANTES CALCULADAS 403.88
402.00 Pwsis=
y1 =
10.56 TON
3.00
403.38
F1= dsis=
Psed = 6.4
1.65
0.67
0.67
P.apli=
46.08
TON 2.53
F2=
0.5 Gsis=
86.70
G=
433.52
3.740 0.322
0.50
2 . 2
= y
2.2 -1.70
G C
A
-1.70
B
3.06 S=
LA=
65.32
6.79
CHEQUEO DE ESTABILIDAD
ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO fsd = (åFv/åFH)* f ³ 1.20
åFv = G – S åFv =
433.52
åFv =
368.20 TON
-
65.32
åFH = Pwsis + Psed + F1 + Gsis – F2 åFH =
10.56
åFH =
+ 6.4
+
146.00
46.08 +
86.70
-
3.740
=
TON
ESCOGEMOS ELCOEFICIENTE DE ROZAMIENTO ESTATICO
f =
COMPUESTO POR MATERIAL ROCOSO
(f )
0.6
REEMPLAZAMOS VALORES EN LA FORMULA PRINCIPAL
f sd
=
368.20 146.00
x 0.6
=
1.51
≥
1.2
ESTABILIDAD AL VOLCA MIENTO
NO HAY DESLIZAMIENTO
Kv = ME / MV
1.5
REALIZAMOS MOMENTOS CON RESPECTO AL PUNTO B
ME = G * d + F2 * d
+
ME =
( 433.5
ME =
1857.98 TON. M
x
4.26) +
( 3.740
2.522 )
x
=
Mv = S * d + Pwsis * d + Psed * d + F1 * d + Gsis * d
+
Mv =
Mv =
( 65.32
x
3.73)
+
( 10.56
x
3.85 )
+( 46.08
x
2.87)
+
( 86.70
x
2.2 )
+
( 6.4
x
2.87 )
=
624.62 TON . M
REEMPLAZAMOS LOS VALORES ENCONTRADOS EN LA FORMULA PRINCIPAL
Kv =
1857.98 624.62
2.97
=
≥
1.5
LA ESTRUCTURA NO TENDRA PROBLEMAS AL VOLCAMIENTO
E S F U E R Z O E N L A C I M E N TA C I O N
ΣFv =
368.20 TON
HACEMOS MOMENTO CON RESPECTO AL PUNTO MEDIO DEL AZUD Mm = RN * X - RH*Y
