DISEÑO BARRAJE BOCATOMA

DISEÑO DE BARRAJE DE UNA BOCATOMA DATOS PARA EL DISEÑO: Caudal de diseño

Q(m3/s)

Pendiente de rio

S

60 Q, Q,S,N calculados previamente 0.0065 L= L= Calculado de acuerdo a ancho del cause 2/3 B

Coeficiente de rugosidad del rio

N

Longitud del barraj e

L(m)

0.04 P= altura de ventana + altura p' evitar que ingresa material de arrastre

Altura Altura de Barraje

P(m)

22 (>=0.60m) + h para corregir efectos de oleaj e (>=0.20m) 1.5

1. CARGAS HIDRAULICAS SOBRE EL BARRAJE A) CALCULO DE CARGAS SOBRE EL VERTEDERO (He) Esquema:

Formulas: Empleando la formula para vertederos WES ESTANDAR ESTANDAR

Datos: Caudal de Diseño

Q(m3/s)

Coeficiente de W es

C

Longitud de Barraj e

L(m)

Resultados: Carga sobre el barraj e

60 El coeficiente C se ha asumido p' poder estimar He 2.15 22 V. Calculado

He (m)

V. Definido

1.17

1.172

DETERMINACION DETERMINACION DEL COEFICIENTE "C" Formulas C = Co*K1*K2*K3*K4

Datos: Altura Altura de Barraje

P(m)

1.5

Carga sobre el barraj e

He(m )

1.17

Carga de caudal maximo

Ho(m )

1.17

Resultados i) Coeficiente por alturade barraj e

V. Calculado Co

V. Definido 2.14

Ho = H e

P/Ho = 1.282

Entonces con este dato de la figura A se obtiene Co ii) Correccion por diferencia de cargas

K1

1.00

Ho = He

Ho / He = 1. 1.00

Entonces con este dato de la fig. B se obtiene K1 iii) Correccion por inclinacion del

K2

1.00

paramento aguas arriba iv) Correccion por efecto de la interferencia

K3

1.00

de la descarga aguas abaj o v) Correccion por sumergencia

Si consieramos un paramento vertical entonces K2 = 1.00 (Hd+d)He = (P+Ho)/H

2.282

Entonces con este dato de la fig. C se obtiene K3 K4

0.99

(hd/He) = 2/3 * (He/Ho) =

0.667

Entonces con este dato de la fig. D se obtiene K4 Coeficiente C es

2.1186

2.12

Este valor debe ser muy proximo al valor asumido caso contrario se debe verificar verificar

Carga sobre el Barraje

He (m)

1.183

Calculando el valor de He con nuevo coeficiente C

B) CALCULO DEL TIRANTE (Y)

Datos Q(m3/s)

60.00

Altura Altura de barraje

Caudal de diseño

P(m)

1.50

Carga sobre el barraj e

He(m)

Longitud de barraje Aceleracion Aceleracion de la gravedad gravedad

1.18

L(m)

22.00

g(m/s2)

9.81

Reemplazando los datos se tiene el siguiente polinomio

3 9496.08

Resultados El valor del tirante

V calculado

2

Y

-25476.53

+

V definido

Y (m )

2.628

Calculo de carga neta

Hd (m)

1.13

1.13

Calculo de velocidad de aproximacion

Ha (m)

0.05

0.05

Verificacion

Y

2.63 Ca Calcular el valor de Y con calculadora

P

<

1.33 Hd

1.50

<

1.5029

Por consiguiente Ha: no tiene efectos apreciables sobre la descarga (Q)

2. FORMA DEL PERFIL DE LA CRESTA DE BARRAJE A.- LA PRIMERA PARTE: DOS ARCOS Consiste en calcular los valores del tramo A-B

Formulas: R1 = 0.2 Hd R2 = 0.5 Hd X1 = 0.175 Hd X2 = 0.282 Hd D = 0.126 Hd Datos: Carga neta sobre el Barraj e

Hd (m)

1.13

Valor de radio menor

R1 (m)

0.226

Valor de radio mayor

R2 (m)

0.565

Distancia horizontal del arco de 2

X1 (m)

0.198

Distancia horizontal del arco de (1 y 2)

X2 (m)

0.319

Distancia vertical del arco (1 y 2)

D (m)

0.142

Resultados

B.- SEGUNDA SEGUNDA PAR TE: CRES TA Y AR CO DE TRANSICION TRANSICION Esquema

0.339

3600 = 0

Formulas

Datos Constante de la ecuacion

K

Exponente de la abcisa

n

Carga neta sobre el barraje

Hd (m)

Angulo de tangente con la horizontal

α

Factor para calculo de radio de transicion

f

2.00 El valor tomado es para barraje vertical 1.85 El valor tomado es para barraje vertical 1.13 51.34 el angulo de tangencia se toma entre 45º a 70º 1.00 Valor elegido dentro del rango de: R = 1Hd a 2.5 Hd

Resultados Constante de la ecuacion

Cp

0.451

coordenada X del punto de tangencia

Xo (m)

1.610

coordenada Y del punto de tangencia

Yo (m)

1.088

R (m)

1.130

Radio de curva transicion al colchon disipador

0.85 Y = COORDENADAS X Y 0.000

0.000

0.100

0.006

0.200

0.023

0.300

0.049

0.400

0.083

0.500

0.125

0.600

0.175

0.700

0.233

0.800

0.298

0.900

0.371

1.000

0.451

1.100

0.538

1.200

0.631

1.300

0.732

1.400

0.840

1.500

0.954

1.600

1.075

1.700

1.203

1.800

1.337

1.900

1.478

2.000

1.625

2.100

1.778

2.200

1.938

2.300

2.104

2.400

2.276

2.500

2.455

2.600

2.640

2.700

2.831

2.800

3.028

2.900

3.231

3.000

3.440

3.100

3.655

3.138

3.738

3.- CALCULO DE LOS TIRANTES CONJUGADOS Esquema General

0.834

X

= tang (z )

0.85 0.834

Xo (m) Yo (m)

X

=

1.610 1.088

1.250

A) CALCUL O DEL TIRANTE CONJ UGADO d1: Formulas Simplificacion de la formula de Bernouli

Datos: Caudal de diseño Longitud de barraje Altura de barraje

Q (m3/s)

60.00

L (m)

22.00

P (m)

1.50


Hd (m)

1.13


Ha (m)

0.05

Aceleracion de la gravedad

g(m/s2)

9.81

Profundidad del colchon disipador Tirante contrario al pie del vertedero

r (m)

0.65 Valor asumido sujeto averificacion

d1 (m)


Resultados Velocidad en el pie delvertedero Tirante contraido al pie del vertedero Margen de error de d1

V1 (m/s)

7.627

d1 (m)

0.358

Err

7.63 0.36 verificamos con la siguiente formula: d1=

0.0024

OK el valor de d1: Es aceptable

B) CALCUL O DEL TIRANTE CONJ UGADO d2: Formulas Simplificacion de la formula de Bernouli

Datos: Tirante contraido al pie del vertedero

d1 (m)

0.36

Velocidad en el pie del vertedero

V1 (m/s)

7.63

Aceleracion de la Gravedad

g(m/s2)

9.81

d2 (m)

1.895

Resultados Tirante conjugado d2

1.90 Redondeado valor de d2

C) CALCULO DE TIRANTE Yn Formulas Por formula de maning

Datos Caudal de diseño

Q (m3/s)

60.000

Pendiente de rio

S

0.0065

coeficiente de rugodidad de rio

N

0.040

Longitud de barraje

L (m)

22.000

Tirante conjugado d2

d2 (m)

1.900

Profundidad de colchon disipador

r (m)

0.650 Valor asumido anteriormente

Resultados Reemplazando en la formula se tiene un polinomio de quinto grado

5 195.366

2

Yn

- 4 Yn Calculado

Tirante Yn (tirante de rio) Verificacion del profundad del colchon disipador Margen de error de r

-

484

Definido

r (m)

0.650

1.25 Se encuentra este resultado resolviendo 0.65 Verificamos con las siguientes formula r

Err

0.000

OK el valor de r es correcto puede contin

Yn (m)

1.2518

D) CALCULO DE PE RDIDA DE CAR GA (Hj) Formulas


d1 (m)

0.360

Tirante conjugado

d2 (m)

1.900

Hj

-1.335

Resultados Perdida de carga (energia liberada en el salto hidraulico

-88 Yn

4.- ANCHO DEL BARRAJE Y LONGITUD DEL COLCHON DISIPADOR Esquema General

A) CALCULO DEL ANCHO DE BARRAJ E (Lb) Formulas

Datos: Distancia horizontal del arco de (1 y 2)

X2 (m)

0.319

Coordenada X de punto de tangencia

Xo (m)

1.610

Radio de curva a transicion al colchon discipador

R (m)

Angulo de Tangencia con la horizontal

1.130 51.34019174 0.896054628

α

Resultados Longitud transversal del barraje

Lb (m)

2.81

2.811

2.85

B) CALCULO DE LONGITUD DE COLCHON DISCIPADOR (Lc) Formulas Utiliza las formulas empiricas y experimentales que orientan para la toma de decisión Lc1 = 5 (d2 - d1)

Formulas según el criterio de Schoklisch

Lc2 = 6 (d2 - d1)

Formulas según el criterio de Linquist

Lc3 = 6 d1 (V1/(g d1)^1/2)

Fomulas según el criterio de Safranez

Lc4 = 5 d2

Fomulas según el criterio de Burean of Redamation

Lc5 = 2.5 (1.9 d2 - d1)

Fomulas según el criterio de Paulaski


d1 (m)

0.36


d2 (m)

1.90


V1 (m/s)

7.63


g (m/s2)

9.81

Resultados Longitud de colchon discipador 1

Lc 1 (m)

7.7

Longitud de colchon discipador 2

Lc 2 (m)

9.24


Lc 3 (m)

8.77


Lc 4 (m)

7.60


Lc 5 (m)

8.125

Longitud de colchon discipador maximo

Lc max.(m)

9.24

Longitud de colchon discipador promedio

Lc pro. (m)

8.29

Longitud de colchon discipador minimo

Lc min (m)

7.7

Longitud de colchon discipador elegido

Lc (m)

8.30

debio ser

25.226971 8.4089905 Entonces se toma el valor de Lc de acuerdo al crite

8.2

5.- DENTELLENES Y ESPESOR DE COLCHON DISCIPADOR A.- CASO DONDE EL BARRA J E ES EN TERRENO ROCOSO

a1.- Calculo de la longitud de infiltracion necesaria (Ln) Formulas

Datos: Hd (m)

1.13

Altura de barraje


P (m)

1.50

Tirante Yn (tirante del rio)

Yn (m)

1.25

Coeficiente de Lane

C

5 Este valor se toma por ser material semi rocoso

Resultados Perdida de carga hidraulica

H (m)

1.38

Longitud de infiltracion necesaria

Ln (m)

6.90

6.9 Asumido

a2.- Calculo de la longitud compensada o de penetracion (Lp) Formulas

Datos Tirante Yn (tirante de rio)

Yn(m)

Profundidad del colchon discipador

r (m)

0.65

Longitud transversal del barraje

Lb (m)

2.81


Lc (m)

8.30

Espesor del colchon discipador

e (m)

0.80

Valor asumido de acuerdo al criterio del diseñador

L1 (m)

1.00


longitud horizontal del dentellon 1 Longitud vertical del dentellon 1 longitud horizontal del dentellon 2 Longitud vertical del dentellon 2

1.25

Dv1 (m)

1.50


L5 (m)

0.80


Dv2 (m)

0.60


Lv

Resultados Longitud entre 0 y 1

Lh

H1 (m)

2.95

Longitud entre 1 y 2

L1 (m)


Dv1 (m)

1.00


L2 (m)

1.81


L3 (m)

7.65


L4 (m)

0.65


Dv2 (m)


L5 (m)


H4 (m)

1.50

0.60

Verificacion:

6.35

D' =

3.76

O-Q =

4.54

0.80 2.05

7.10 Longitud de camino de penetracion

D=

11.91

11.07

Lp (m) Lp >= Ln

B.- CALCULO DE SUBPRE SIONES EN LOS DIFERENTES P UNTOS DEL CASO B Formulas

Datos Peso especifico del agua

Wa (Kg/m3)

1000

Perdida de carga hidraulica

H (m)

1.38

Ancho de la seccion (se tomaun ancho unitario)

b (m)

1

Factor de subpresion que depende del terreno

C'

Carga hidraulica en el punto que se quiere calcular Carga perdida en un recorrido X

1 Un buen concreto sobre material permeable

h' (m)

Variable de acuerdo al punto de analisis

(H/Ln)X (m)



Yn (m)

1.25


Ln (m)

6.9

Carga hidraulica en el punto que se quiere calcular

h' (m)

1.25

Recorrido hasta el punto de analisis

X (m)

0

(H/Ln)X (m)

0

Resultados

Carga perdida en un recorrido X Sub presion en el punto 0

Sp 0 (Kg/m/m)

2630


h' (m)

4.20


X (m)


(H/Ln)X (m) Sp 1 (Kg/m/m)

2.95 0.590 4990.000


h' (m)

4.20


X (m)

3.283



0.657 4923.333


h' (m)

2.70


X (m)

4.783



0.957 3123.333


h' (m)

2.70


X (m)

5.387



1.077 3002.667


h' (m)


X (m)



2.70 6.89 1.377 2702.667


h' (m)

2.25


X (m)

12.35



2.470 1160.000


h' (m)

2.55


X (m)

12.65



2.530 1400.000


h' (m)

2.55


X (m)

13.15



2.630 1300.000


h' (m)

0.5


X (m)

15.2



hasta aca se analizo

3.040 -1160.000

D.- CALCULO DEL ESPESOR DEL COLCHON AMORTIGUADOR e : Formulas

Datos Sub presion en el punto de analisis

Sp 4 (Kg/m/m)

3002.667

Sub presion en el punto de analisis

Sp 5 (Kg/m/m)

2702.667

Altura de la carga hidraulica

d (m)

1.90

Peso especifico del agua

Wa (Kg/m3)

1000

Peso especifico del suelo

Ws (Kg/m3)

2200

Resultados Espesor del cochon amortiguador en punto 4

e (m)

0.668282828

Espesor del cochon amortiguador en punto 5

e (m)

0.486464646

Espesor del cochon discipador

e (m)

6.- ANALISIS DE ESTABILIDAD DEL BARRAJE Esquema


A.- FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE EL BARRAJE a1.- Presion Hidrostatica Formula Corregir formula


g

(Kg/m3)

1000

Carga hidraulica sobre el barraje

Z1 (m)

1.18 Es igual a He

Carga hidraulica desde la base

Z2 (m)

3.33 Es igual a Z1 + P + r =

Longitud unitaria

L (m)

Altura h

h (m)

3.33

1 2.15 Es igual a: P + r

Resultado Presion hidrostatica (P)

P (Kg)

4854.370463

a2.- Presion de sedimentos (Pa) Formulas Corregir formula

Datos: Densidad seca del Mat. Sedimento

gd

(Kg/m3)

1545

Relacion de vacios

e

espesor de material

ea

1.5 Igual P

Ø

35 0.610864722

Angulo de flexion interna Longitud unitaria

L (m)

0.4

1

Resultados Peso especifico del material sumergido

Ws (Kg/m3)

945.000

Pa (Kg)

288.097

(Kg/m3)

1000.00

Presion de sedimentos (Pa) a3.- Presion interna o sub presion (U) Formula


g


Z2 (m)


Z3 (m)

Ancho del barraje Coeficiente de acuerdo al material

b (m) c

3.33 1.90 Es igual al tirante d2 2.81 1.00 Varia entre 0.5 a 1para material permeable

Resultado Presion interna o subpresion Y= h(2 Z1 + Z2)

U (kg)

2013.1

ỹ (m)

0.904 (P)

X (m)

1.277 (U)

y (m)

0.500 (Pa)

3 (Z1 + Z2) X = b(2 Z3 + Z2) 3 (Z3 + Z2) Y = ea/3

a4.- Carga por peso propio (W) Esquema

Peso especifico para concreto simple 2200 Kg/m3 Elemento

Area (m2)

W (kg)

X (m)

Mo (Kg-m)

1

0.35

770.00

2.55

1963.50

2

2.454

5398.80

2.30

12417.24

3

1.27

2794.00

1.35

3771.90

4

1.08

2376.00

0.90

W

11338.80

Fv

MFh

2138.40 20291.04

Resumen de fuerzas y momemtos que actuan sobre el barraje Fuerzas N°

Descripcion

1 Presion hidrostratica (P) 2 Empuje de sedimentos (Pa)

Fh

-4,390.25

288.10

-403.34

4 Peso Propio (W) 5,142.47

Cg MFv

4,854.37

3 Subpresion (U) Sumatorias

Momentos

0.90 1.40

2,013.15

-3,200.91

1.59

11,338.80

19,842.90

1.75

9,325.65

-4,793.59

16,641.99

11,848.41 Sumatorias de fuerzas horizontales

Σ Fh

5,142.47

Sumatorias de fuerzas verticales

Σ Fv

9,325.65

Sumatorias de momentos horizontales

Σ Mh

4,793.59

Sumatoria de momentos verticales

Σ Mv

16,641.99

Sumatoria de momentos total

Σ Mr

11,848.41

B.- VERIFICACIONES DE ESTABILIDAD b1.- Verificacion al volteo Formula

Datos Sumatoria de momentos verticales Suamtoria de momentos horizontales

Σ Mv Σ Mh

Σ Mv Σ Mh

Verificacion

16,641.99 4,793.59

3.47

> 1.5

Ok es correcto el diseño

b2.- Verificacion de estabilidad de deslizamiento

i) Calculo de f:

Datos: Ancho de la seccion d e barraje Longitud unitaria Sumatoria de fuerzas horizontales Sumatoria de fuerzas verticales Sumatoria de momentos total Resultados Ubicación de la resultante Excentricidad en la resultante Esfuerzo de compresion del concreto maximo Esfuerzo de compresion del concreto Calculo del valor de f

b (cm) L (cm) Σ Fh Σ Fv Σ Mr

127.05 12.95 0.241

Xa (cm) e (cm)

σcmax (kg/cm2 σc (kg/cm2) f

2.8

280 100 5,142.47 9,325.65 11,848.41

6738.142 4718.092

ii) Calculo de Es: Formula

Datos Peso especifico del material sumergido en agua Profundidad de cimentacion Longitud unitaria de barraje Angulo de flexion interna en grado s Resultados Calculo del valor de Es:

Ø

900 4.15 1 35

Es

2100.209

Ws (kg/m3) Pc (m) L (m)

+ Es

Verificacion:

Σ Fh

1.33

> 2.5

Ok es correcto no falla por d

b3 Verificacion al asentamiento Formula

Datos Sumatoria de Fuerzas verticales Ancho de la seccion d e barraje Exentricidad en la resultante Longitud unitaria de barraje Capacidad portante del terreno Resultados Esfuerzo de compresion del concreto 1 Esfuerzo de compresion del concreto 2 Verificacion:

c1 ó

c2 <=

f + Es Σ Fh

> 2.5

Ok es correcto no falla por desli

DISEÑO DE BARRAJE DE UNA BOCATOMA DATOS PARA EL DISEÑO: Caudal de diseño

Q(m3/s)

Pendiente de rio

S

Coeficiente de rugosidad del rio

N

124.5 Q,S,N calculados previamente 0.04 L= Calculado de acuerdo a ancho del cause 2/3 B 0.053 P= altura de ventana + altura p' evitar que ingresa material de arrastre

Longitud del barraje

L(m)

Altura de Barraje

P(m)

34 (>=0.60m) + h para corregir efectos de oleaje (>=0.20m) 1.8

1. CARGAS HIDRAULICAS SOBRE EL BARRAJE A) CALCULO DE CARGAS S OBRE EL VERTEDERO (He) Esquema:

Formulas: Empleando la formula para vertederos WES ESTANDAR

Datos: Caudal de Diseño

Q(m3/s)

Coeficiente de Wes

C

Longitud de Barraje

L(m)

Resultados: Carga sobre el barraje

124.5 El coeficiente C se ha asumido p' poder estimar He 2.16 34 V. Calculado

He (m)

V. Definido

1.42

1.422

DETERMINACION DEL COEFICIENTE "C" Formulas C = Co*K1*K2*K3*K4

Datos: Altura de Barraje

P(m)

1.8

Carga sobre el barraje

He(m)

1.42

Carga de caudal maximo

Ho(m)

1.42

Resultados i) Coeficiente por alturade barraje

V. Calculado Co

V. Definido 2.14

Ho = He

P/Ho = 1.268

Entonces con este dato de la figura A se obtiene Co ii) Correccion por diferencia de cargas

K1

1.00

Ho = He

Ho / He = 1.00

Entonces con este dato de la fig. B se obtiene K1 iii) Correccion por inclinacion del

K2

1.00

paramento aguas arriba iv) Correccion por efecto de la interferencia

K3

1.00

de la descarga aguas abajo v) Correccion por sumergencia

Si consieramos un paramento vertical entonces K2 = 1.00 (Hd+d)He = (P+Ho)/H

2.268

Entonces con este dato de la fig. C se obtiene K3 K4

0.99

(hd/He) = 2/3 * (He/Ho) =

0.667

Entonces con este dato de la fig. D se obtiene K4 Coeficiente C es

2.1186

2.12

Este valor debe ser muy proximo al valor asumido caso contrario se debe verificar

Carga sobre el Barraje

He (m)

1.440

Calculando el valor de He con nuevo coeficiente C

B) CALCULO DEL TIRANTE (Y)

Datos Caudal de diseño Altura de barraje Carga sobre el barraje

Q(m3/s)

1.80

He(m)

Longitud de barraje Aceleracion de la gravedad

124.50

P(m)

1.44

L(m)

34.00

g(m/s2)

9.81

Reemplazando los datos se tiene el siguiente polinomio

3 22680.72

2

Y

-73476.05

Y

+

15500 = 0 y3

Resultados El valor del tirante

V calculado

V definido

9.026734

Y (m)

3.17

3.17 Calcular el valor de Y con calculadora

Calculo de carga neta

Hd (m)

1.37

1.37


Ha (m)

0.07

0.068

Verificacion

P

<

1.33 Hd

1.80

<

1.8221

Por consiguiente Ha: no tiene efectos apreciables s obre la descarga (Q)

2. FORMA DEL PERFIL DE LA CRESTA DE BARRAJE A.- LA PR IMERA P ARTE: DOS ARCOS Consiste en calcular los valores del tramo A-B

Formulas: R1 = 0.2 Hd R2 = 0.5 Hd X1 = 0.175 Hd X2 = 0.282 Hd D = 0.126 Hd Datos: Carga neta sobre el Barraje

Hd (m)

1.37

Valor de radio menor

R1 (m)

0.274

Valor de radio mayor

R2 (m)

0.685

Distancia horizontal del arco de 2

X1 (m)

0.240

Distancia horizontal del arco de (1 y 2)

X2 (m)

0.386

Distancia vertical del arco (1 y 2)

D (m)

0.173

Resultados

B.- SEGUNDA P ARTE: CRE STA Y ARCO DE TRANSICION Esquema

-98308.6

Formulas

Datos Constante de la ecuacion

K

Exponente de la abcisa

n


2.00 El valor tomado es para barraje vertical 1.85 El valor tomado es para barraje vertical

Hd (m)

Angulo de tangente con l a horizontal

α

Factor para calculo de radio de transicion

f

1.37 60.00 el angulo de tangencia se toma entre 45º a 70º 1.85 Valor elegido dentro del rango de: R = 1Hd a 2.5 Hd

Resultados Constante de la ecuacion

Cp

0.383

coordenada X del punto de tangencia

Xo (m)

2.866

coordenada Y del punto de tangencia

Yo (m)

2.683

Radio de curva transicion al colchon disipador

R (m)

2.535 0.85 Y

=

0.708

X

= tang (α

0.85 Coordenadas

X

X

Y

0.000

0.000

Xo (m)

2.866

0.100

0.005

Yo (m)

2.683

0.200

0.019

0.300

0.041

0.400

0.070

0.500

0.106

0.600

0.149

0.700

0.198

0.800

0.253

0.900

0.315

1.000

0.383

1.100

0.456

1.200

0.536

1.300

0.622

1.400

0.713

1.500

0.810

1.600

0.913

1.700

1.021

1.800

1.135

1.900

1.254

2.000

1.379

2.100

1.510

2.200

1.645

2.300

1.786

2.400

1.933

2.500

2.084

2.600

2.241

2.782

2.540

2.866

2.683

3.- CALCULO DE LOS TIRANTES CONJUGADOS Esquema General

A) CALCULO DEL TIRANTE CONJ UGADO d1: Formulas Simplificacion de la formula de Bernouli

Datos: Caudal de diseño

0.70 8

Q (m3/s)

124.50

Longitud de barraje

L (m)

34.00

Altura de barraje

P (m)

1.80

1.732


Hd (m)


Ha (m)

0.07

Aceleracion de la graveda d

g(m/s2)

9.81

Profundidad del colchon disipador Tirante contrario al pie del vertedero

1.37

r (m)


d1 (m)


Resultados Velocidad en el pie delvertedero Tirante contraido al pie del vertedero Margen de error de d1

V1 (m/s)

8.959

d1 (m)

0.409

Err

0.0013

8.96 0.41 verificamos con la siguiente formula: d1= Q/(V OK el valor de d1: Es aceptable

B) CALCULO DEL TIRANTE CONJ UGADO d2: Formulas Simplificacion de la formula de Bernouli

Ayuda 0.204 0.042 6.688 2.594


d1 (m)

0.41


V1 (m/s)

8.96

Aceleracion de la Gravedad

g(m/s2)

9.81

d2 (m)

2.390

Resultados Tirante conjugado d2

2.39 Redondeado valor de d2

C) CALCULO DE TIRANTE Yn Formulas Por formula de maning

Datos Caudal de diseño

Q (m3/s)

Pendiente de rio

S

coeficiente de rugodidad de rio

N

124.500 0.040 0.053

Longitud de barraje

L (m)

34.000


d2 (m)

2.390

Profundidad de colchon disipador

r (m)


Resultados Reemplazando en la formula se tiene un polinomio de quinto grado

5 1265.170

2

Yn

- 4 Yn

Calculado Tirante Yn (tirante de rio)

-136 Yn

-

1156

=0

Definido

Yn (m)

1.09

1.09 Se encuentra este resultado resolviendo el pol

r (m)

1.300

1.30 Verificamos con las siguientes formula r = d2

Err

-0.030

OK el valor de r es correcto puede continuar

Tirante contraido al pie del vertedero

d1 (m)

0.410

Tirante conjugado

d2 (m)

2.390

Hj

-1.980

Verificacion del profundad del colchon disipador Margen de error de r

D) CALCULO DE P ERDIDA DE CARG A (Hj) Formulas

Datos:

Resultados Perdida de carga (energia liberada en el salto hidraulico

4.- ANCHO DEL BARRAJE Y LONGITUD DEL COLCHON DISIPADOR Esquema General

A) CALCULO DEL ANCHO DE BARRAJ E (Lb) Formulas

Datos: Distancia horizontal del arco de (1 y 2)

X2 (m)

0.386

Coordenada X de punto de tangencia

Xo (m)

2.866

Radio de curva a transicion al colchon discipador

R (m)

Angulo de Tangencia con la horizontal

α

2.535 56.49 0.985935662

Resultados Longitud transversal del barraje

Lb (m)

5.365

T (m)

1.362

5.30 1.35

B) CALCULO DE LONGITUD DE COLCHON DISCIPADOR (Lc) Formulas Utiliza las formulas empiricas y experimentales que orientan para la toma de decisión Lc1 = 5 (d2 - d1)

Formulas según el criterio de Schoklisch

Lc2 = 6 (d2 - d1)

Formulas según el criterio de Linquist

Lc3 = 6 d1 (V1/(g d1)^1/2)

Fomulas según el criterio de Safranez

Lc4 = 5 d2

Fomulas según el criterio de Burean of Redamation

Lc5 = 2.5 (1.9 d2 - d1)

Fomulas según el criterio de Paulaski


d1 (m)

0.41


d2 (m)

2.39


V1 (m/s)

8.96


g (m/s2)

9.81

Resultados Longitud de colchon discipador 1

Lc 1 (m)

9.9


Lc 2 (m)

11.88


Lc 3 (m)

10.99


Lc 4 (m)

11.95


Lc 5 (m)

10.3275

Longitud de colchon discipador maximo

Lc max.(m)

11.5

Longitud de colchon discipador promedio

Lc pro. (m)

11.01

32.4096

Longitud de colchon discipador minimo

Lc min (m)

9.9

10.8032


Lc (m)

5.- DENTELLENES Y ESPESOR DE COLCHON DISCIPADOR A.- CASO DONDE EL BA RRAJ E ES E N TERRENO ROCOSO

11.00 Entonces se toma el valor de Lc de acuerdo al criterio del dis

a1.- Calculo de la longitud de infiltracion necesaria (Ln) Formulas

Datos: Hd (m)

1.37

Altura de barraje


P (m)

1.80


Yn (m)

1.09

Coeficiente de Lane

C

3 Este valor se toma por ser material semi rocoso

Resultados Perdida de carga hidraulica

H (m)

2.08


Ln (m)

6.24

8.91 Asumido

a2.- Calculo de la longitud compensada o de penetracion (Lp) Formulas

Datos Profundidad del colchon discipador

r (m)

1.27

Longitud transversal del barraje

Lb (m)

5.30


Lc (m)

11.00

Espesor del colchon discipador

e (m)

1.10


L1 (m)

2.00


longitud horizontal del dentellon 1 Longitud vertical del dentellon 1 longitud horizontal del dentellon 2 Longitud vertical del dentellon 2

Dv1 (m)

5.00


L5 (m)

1.00


Dv2 (m)

1.00


Resultados

Lv


Lh

H1 (m)

5.00


L1 (m)

5.00


Dv1 (m)

1.40


L2 (m)

3.60


L3 (m)


L4 (m)


Dv2 (m)


L5 (m)


H4 (m)

Verificacion:

3.60 9.37 1.33

0.30 0.30 2.53 17.83

Longitud de camino de penetracion

2.00

Lp (m)

16.60

23.36

Lp >= Ln

23.36

6.24

B.- CALCULO DE SUBPRESIONES EN LOS DIFERENTES PUNTOS DEL CASO B Formulas


Wa (Kg/m3)

1000

Perdida de carga hidraulica

H (m)

2.08

Ancho de la seccion (se tomaun ancho unitario)

b (m)

Factor de subpresion que depende del terreno

C'

Carga hidraulica en el punto que se quiere calcular Carga perdida en un recorrido X

1 1 Un buen concreto sobre material permeable

h' (m)


(H/Ln)X (m)



Yn (m)

0.98


Ln (m)

6.1


h' (m)

0.98


X (m)

0

(H/Ln)X (m)

0

Resultados


Sp 0 (Kg/m/m)

3060


h' (m)

4.01


X (m)




h' (m)


X (m)



3.03 1.033 5056.820 4.01 3.83 1.306 4784.033


h' (m)

3.21


X (m)

4.63

Carga perdida en un recorrido X

(H/Ln)X (m)

Sub presion en el punto 3

Sp 3 (Kg/m/m)


h' (m)


X (m)


(H/Ln)X (m)


Sp 4 (Kg/m/m)

1.579 3711.246 2.25 6.05 2.063 2267.049


h' (m)

2.25


X (m)

11.40


(H/Ln)X (m)


Sp 5 (Kg/m/m)

3.887 442.787


h' (m)

2.25


X (m)

12.35


(H/Ln)X (m)


Sp 6 (Kg/m/m)

4.211 118.852


h' (m)

2.55


X (m)

12.65


(H/Ln)X (m)


Sp 7 (Kg/m/m)

4.313 316.557


h' (m)

2.55


X (m)

13.15


(H/Ln)X (m)


Sp 8 (Kg/m/m)

4.484 146.066


h' (m)

0.5


X (m)

15.2


(H/Ln)X (m)


Sp 9 (Kg/m/m)

5.183 -2602.951

D.- CALCULO DEL ESPESOR DEL COLCHON AMORTIGUADOR e : Formulas

Datos Sub presion en el punto de analisis

Sp 4 (Kg/m/m)

2267.049

Sub presion en el punto de analisis

Sp 5 (Kg/m/m)

442.787

Altura de la carga hidraulica

d (m)

1.45


Wa (Kg/m3)

1000

Peso especifico del suelo

Ws (Kg/m3)

2200

Resultados Espesor del cochon amortiguador en punto 4

e (m)

0.495181321

Espesor del cochon amortiguador en punto 5

e (m)

-0.610432191

Espesor del cochon discipador

e (m)

6.- ANALISIS DE ESTABILIDAD DEL BARRAJE Esquema

A.- FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE EL BARRAJE a1.- Presion Hidrostatica Formula Corregir formula

Datos



(Kg/m3)

g

Carga hidraulica sobre el barraje

Z1 (m)


Z2 (m)

Longitud unitaria

L (m)

Altura h

h (m)

1000 0.7 Es igual a He 3.05 Es igual a Z1 + P + r 1 2.35 Es igual a: P + r

Resultado Presion hidrostatica (P)

P (Kg)

4406.25

a2.- Presion de sedimentos (Pa) Formulas Corregir formula

Datos: Densidad seca del Mat. Sedimento

gd

(Kg/m3)

Relacion de vacios

e

espesor de material

ea

Angulo de flexion interna

1500 0.4 1.45 Igual P

Ø

Longitud unitaria

35 0.610864722

L (m)

1

Resultados Peso especifico del material sumergido

Ws (Kg/m3)

900.000

Pa (Kg)

256.391

(Kg/m3)

1000.00

Presion de sedimentos (Pa) a3.- Presion interna o sub presion (U) Formula


g


Z2 (m)


Z3 (m)

1.30 Es igual al tirante d2

Ancho del barraje

b (m)

2.80

Coeficiente de acuerdo al material

3.05

c

1.00 Varia entre 0.5 a 1para material permeable

Resultado Presion interna o subpresion Y= h(2 Z1 + Z2)

U (kg)

2450.0

ỹ (m)

0.930 (P)

X (m)

1.212 (U)

y (m)

0.483 (Pa)

3 (Z1 + Z2) X = b(2 Z3 + Z2) 3 (Z3 + Z2) Y = ea/3 a4.- Carga por peso propio (W) Esquema

Peso especifico para concreto simple 2200 Kg/m3 Elemento

Area (m2)

W (kg)

X (m)

Mo (Kg-m)

1

0.35

770.00

2

2.454

5398.80

2.30 12417.24

3

1.27

2794.00

1.35

3771.90

4

1.08

2376.00

0.90

2138.40

W

11338.80

Fv

MFh

2.55

1963.50

20291

Resumen de fuerzas y momemtos que actuan sobre el barraje Fuerzas N°

Descripcion 1 Presion hidrostratica (P) 2 Empuje de sedimentos (Pa)

Fh

-4,095.85

0.93

256.39

-354.67

1.38

4 Peso Propio (W) 4,662.64

2,450.00

-3,895.50

1.59

11,338.80

19,842.90

1.75

8,888.80

-4,450.53

15,947.40

11,496.87 Sumatorias de fuerzas horizontales

Cg MFv

4,406.25

3 Subpresion (U) Sumatorias

Momentos

Σ Fh

4,662.64

Sumatorias de fuerzas verticales

Σ Fv

8,888.80

Sumatorias de momentos horizontales

Σ Mh

4,450.53

Sumatoria de momentos verticales

Σ Mv

15,947.40

Sumatoria de momentos total

Σ Mr

11,496.87

Σ Mv Σ Mh

15,947.40

B.- VERIFICACIONES DE ESTABILIDAD b1.- Verificacion al volteo Formula

Datos Sumatoria de momentos verticales Suamtoria de momentos horizontales

Σ Mv Σ Mh

Verificacion

4,450.53

3.58

> 1.5

Ok es correcto el diseño al volteo

b2.- Verificacion de estabilidad de deslizamiento

i) Calculo de f:

Datos: Ancho de la seccion de barraje Longitud unitaria Sumatoria de fuerzas horizontales Sumatoria de fuerzas verticales Sumatoria de momentos total Resultados Ubicación de la resultante Excentricidad en la resultante Esfuerzo de compresion del concreto maximo Esfuerzo de compresion del concreto Calculo del valor de f

b (cm) L (cm) Σ Fh Σ Fv Σ Mr

Xa (cm) e (cm)

σcmax (kg/cm2 σc (kg/cm2) f

280 100 4,662.64 8,888.80 11,496.87

2.8

129.34 10.66 0.245

0.390

6858.554 4802.406

ii) Calculo de Es: Formula

Datos Peso especifico del material sumergido en agua Profundidad de cimentacion Longitud unitaria de barraje Angulo de flexion interna en grados Resultados Calculo del valor de Es:

Verificacion: b3 Verificacion al asentamiento Formula

Datos Sumatoria de Fuerzas verticales Ancho de la seccion de barraje

Ø

900 4.15 1 35

Es

2100.209

Ws (kg/m3) Pc (m) L (m)

f + Es Σ Fh

1.48

> 2.5

k es correcto no falla por deslizamien

Exentricidad en la resultante Longitud unitaria de barraje Capacidad portante del terreno Resultados Esfuerzo de compresion del concreto 1 Esfuerzo de compresion del concreto 2 Verificacion:

c1 ó

c2 <=

f + Es Σ Fh

> 2.5

Ok es correcto no falla por deslizami

Yn(ml) r (ml) Hd(ml) R1(ml) R2(ml) LP(ml) d1(ml) d2(ml) Ha(ml)

SOFTWARE BOCATOMAS

CALCULO MANUAL

DIFERENCIA

1.08964 1.29800 1.34970 0.26990 0.67480 10.13880 0.41100 2.37880 0.06880

1.09000 1.27000 1.37000 0.27400 0.68500 11.00000 0.40900 2.39000 0.07000

0.00036 -0.02800 0.02030 0.00410 0.01020 0.86120 -0.00200 0.01120 0.00120

DISEÑO BARRAJE BOCATOMA

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