diseño de BOCATOMA

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU UNIVERSIDAD Facultad de Ingenieria Civil

DISEÑO DE BOCATOM La presa derivadora llamada también toma, bocatoma bocatoma o azud son estructuras estructuras que se construyen construyen para levanta del tirante de agua de un cauce y permiten derivar una parte del caudal del rió a un canal con la finalidad de el agua en irrigación, generación de energía eléctrica o en un proyecto de abastecimiento de agua. La mayoría de presas del tipo de barraje, son diseñadas para que las avenidas del río pasen por encima del se construyen de concreto, aunque en algunos casos pueden construirse con enrocados y materiales de aca

DATOS: Caudal maimo de diseño Caudal medio del rio Caudal minimo Caudal a derivarse *endiente del cauce del rio *endiente del Canal de derivacion

! ! ! ! + +

"#.$% &.'( ).&& ).)' ).))$# ).))%#

Coeficiente de anning del rio Coeficiente de anning del canal -actor de fondo -actor de orilla *arametro que caracteriza al cauce

n n -b -s a

).)&$ ).)&# %.& ).& ).#

Diseño de ocato!as


1. ANCHO DE ENCAUZAMIENTO DEL RIO BLENCH:

11 B

ALTUNIN:

PETIT:

= 1.81

B

Donde: / ! -b -s a +

Q. Fb

=

/0

').)%

/0

%'.%

/0

%(.#$

Fs

2.4 5

Q 1 / 2

1 2nc3o de encausamiento.

4ota1 5omar el valor

1 Caudal maimo de diseño. 1 -actor de fondo. 1 -actor de orilla. 1 *arametro que caracteriza al cauce. 1 *endiente del rio.

del promedio de los ' /

2. TIRANTE NORMAL DEL RIO AGUAS ARRIBA

=

Q 2 0 *0 90

A. R

2 / 3

S 1 /

2

n

/ 7 yn / 8 & yn :/ 7 ;n<=:/8&yn<

Q

=

( B * yn)

n

Q * nrio S

1/ 2

(

B * yn B

+

2 yn

) 2 / 3 S 1 /

%'.6% =


2

%6.))

d =− +


*or tanteo1 y

).$#$ ).$#

m m

3.DIMENSIONAMIENTO DEL CANAL DE DERIVACION DERIVACION *ara una seccion rectangular de maima eficiencia 3idraulica>?@

2 0 b7 y0 &yA& * 0 b8&y b8&y0 0 "y

Qderivacion* nc a n a l

*or tanteo1

S

y0

).)%6'(

=

).&%

:+e recomienda que el tirante del canal sea multiplo

"#

%$b0 y0

).") ).&)

m m

4. DIMENSIONAMIENTO DE LA VENTANA DE CAPTACION

Qreq

=

2

* u * B *

3

2 g * ( h 2 3 / 2

− h13 / 2 )

+e desestima el valor de la velocidad de aproimacionB es decir 3% 0 )

Qreq

=

2 3

* u * B *

u0 3&:m<0 ). ) .%)

2 g * (h 2 3 / 2 )

).(

:altura de la ventana de captacion<

DIMENSIONES DIMENS IONES DE LA VENTANA DE CAPTACION CAPTACION

b !2

". CALCULO DE LA ALTURA DEL BARRA#E.


.4 . 1 



UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU UNIVERSIDAD Facultad de Ingenieria Civil P = h0

La altura del azud esta dado por1 onde1

* 0 2ltura 2ltura del azud azud 3o 0 2l 2ltura del fondo de rio a cresta de la ventana 1 3& 0 5irante de en la ventana

P:

+ h2 + 0.2 0

).&#

. ""

m

$

&d '

%. &ORMA DE LA CRESTA DEL BARRA#E.

COORDENADAS A PARTIR DEL PUNTO MAS ALTO'DERECHA(

()$*

COOR COORDE DENA NADA DAS S A PARTIR RTIR D ALTO'IZ)UIERD

D

;

*to

D

)

)

E

)

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%$ %.'%)&&&'

COORDENADAS LINEA DE TRA


2 g. 4

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU Facultad de Ingenieria Civil

*. LONGITUD TOTAL DEL BARRA#E 2nc3o compuerta de limpia 1 Longitud total del barraje 1

%.)) %$.))

m m

+. CAPACIDAD DE DESCARGA DEL VERTEDOR.

Q m a x = 1.8 3 8 * Lv @0

%.&"

m

5irante total junto al azud sin considerar velocidad de aproimacion1 ;0*8@ ;0

%.6

m

+e aplica la ecuacion de continuidad1 F 0 !=2

F0

%."&

m=seg

3 0 F&=&g

30

).%)

m

La altura total considerando la velocidad de aproimacion seria1 do 0 * 8 @ 8 3

do ,

1.-

$

-. TIRANTES EN EL BARRA#E  COLCHON DE DISIPACION /.0 CALCULO DEL TIRANTE AL PIE DEL BARRA#E 'PUNTO 1( +e aplica la ecuacion de /ernoulli entre los puntos ) y %



Z 0

+ d 0 +

V 02

= Z 1 + d 1 +

2 g

V 12 2 g

+ h01

A$endo: G) 0 G% 3)% 0 ).%)F&=&g F) 0 !=/.d ) 0

%.'"

m=seg

A56/ndo 5/ e6/6on de 6on7nd/d e 7ene: !) 0 !%

2).F) 0 2%.F%

F%02).F) =2%

Reo58endo o9 7/n7eo: %.6$)

0

d%8%.%) !%&=&g:/.d%
%.6$)

0

%.6$)$#'$&$ d%0

)."6'

b.0 CALCULO DEL TIRANTE CON#UGADO 'PUNTO 2(. +e aplica la ecuacion de tirantes conjugados para un regimen supercritico

d 2

=−

d 1 2

 d 12 +  + ( 2V 12  4

F%0 d&0

0.5

d 1 



g  

#.%(

m=seg

%."%

m

CALCULO DE LA LONGITUD DEL COLCHON DISIPADOR. eterminamos el 4umero de -roude

F

V =

g d

.

-0

%.'6

No e ne6e/9o 5/ o/ de d

/.0 CALCULO DE LA LONGITUD DEL COLCHON DISIPADOR:


UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU Facultad de Ingenieria Civil +e determina con los valores de d% y d& calculados L 0 " d& L 0 #:d&>d%< L 0 ".# d& L 0 &.#:%." d&>d%<

H.+ /ureau Ef 9eclamation /aIlmnetev > artzIe Lafranetz *aulosIy

L 0 " d& L 0 #:d&>d%< L 0 ".# d& L 0 &.#:%." d&>d%<

#.() ".() (.') '.)

L9o$ ,

".1

$

b.0 CALCULO DE LA PRO&UNDIDAD DEL COLCHON *ara que el resalto sea sumergido debe cumplirse que1 ; 0 I7d & > : @>G% < ; 0 ).'$

I 0 %.%# G%0 ).)) m

Calculo del radio minimo del trampolin1

3vt 0 :*8@<>d% 3vt 0 %.')

m

C/565o de5 ;/7o n7/9o: q 0 !=/ 0 Ft 0

&."%

m'=seg=m

#.)#

m=seg

Vt

=

2 * g * hvt

T9/n7e de5 /;/ /5 n8e5 de5 e6/9e dt 0 q = Ft 0

)."$

m

E8/5/6on de5 7o de <5=o:


m m m m


F =

Vt

&,

g * dt

2.33

R dt + hvt

Con este valor ingresamos al abaco para la determinacion de 91

R,

1.1"

$

6.0 CALCULO DE LA LONGITUD DEL CUERPO DEL AZUD:

Se /56/ 5/ Le> de D/96>

V

=

k *z / L

L

=

k * z / V

F 0 Felocidad del flujo subterraneo. J 0 Coeficiente de permeabilidad. z 0 iferencia de nivel entre aguas arriba y aguas abajo I=F 0 c Coeficiente que depende del tipo de terreno. *ara grava y arena 0 z 0 @ > d% 0

).#

m

L0

&.(&

m

La longitud de diseño esta dado por1 L 0 * 8 Lcuenca =' 0

%.")

m

*ara la longitud total de diseño se toma el promedio1 Ld 0

&.))

m

6.0 CONTROL DE LA &ILTRACION. +egKn Lane el camino de percolacion viene dado por1

L 0 MLF 8 M:L@='<

+e debe igualar con la ecuacion de Lane1

L 0 c . @

onde1


=

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU Facultad de Ingenieria Civil L 0 Longitud del camino de percolacion c0 Coeficiente de Lane. 3 0 iferencia de carga 3idrostatica entre la carga sobre la cresta del barraje y la uña terminal de la poza de disipacion

L 0 c . @ L 0

c0

'.#

Nrava media

30

* > d& 0

)."6

%.)



r el nivel tilizar el

arraje fijo,

rreo.

m'=seg m'=seg m'=seg m'=seg



m

m

m

entero alores. m



de #<

$ $



m

L PUNTO MAS A(

; ) ).))66'$"'$6 ).)'&(6%"( ).)#"((%"%"% ).%)$)$)#&'" ).%(%"66('&(

SICION

>).#

) ) ).& )."


UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU Facultad de Ingenieria Civil E=e >

).( ).$ % %.& %."

H 0 1.5



m

/6on





).(#

'.#



m









PERFIL CREAGER (Hd E=e ? ).#

%

%.#












ANALISIS DE ESTAILIDAD A.0

ANALISIS DE ESTABILIDAD POR VOLTEO:

1.0

DETERMINACION DE CENTRO DE GRAVEDAD CUANDO LA PRESA ESTA VACIA. %.") ).')

).##

B ).')

C

)."#

&.))

&IGURA

AREA

@

69o

69o

2 / C

).% ).'6 ).6)

).") ).6& &.%( '."$

%.$# ).6' %.))

).' ).(' ).&'

5E52L?+

 2.0

∑ ! = ∑ !

%.)$

" =

∑

DETERMINACION DE LA ECENTRICIDAD CON PRESA VACIA CUANDO SE PRESENTA UN SIS *ara el calculo de la fuerza sismica se considera una aceleracion de ).)#g 0 -+ 0 m.a -+ 0 O=g. ).)#g -+

m 0 O=g ).%

∑ # = 0 O

9

O7d >-s 7 y 0 ) D D9

O7d 0 -s 7 y d 0 ).)# y d

).)&

b0

'.")

La resultante de -s y O esta a D9 D9

%.%)

m

La ecentricidad sera igual a1 e

).%)

D90 d 8  e 0 D9 > b=&

m

?l eje de la fuerza resultante pasa por el tercio central de la base :&='b<0

3.0

RESULTANTE DE LA &UERZA CON PRESA LLENA  ACTUANDO VERTICALMENTE LAS PRO HORIZONTALES DE LA PRESA ).') %.&

%.")

 ? ).') &.))

&; 2,/,C  ? +umatoria

A9e/

@

69

@

).'$ %.%" ).%%

'."$ ).'$ %.%" ).%% #.%)

%.)$ %.$# %.)) ).%#

'.( ).) %.%" ).)& #.(%

 =

4.0

∑ !

%.%) m

∑ !

CALCULO DE LAS SUBPRESIONES  SU PUNTO DE APLICACIN *resion 3idrostatica cara aguas arriba 1 *resion 3idrostatica cara aguas abajo 1

*% 0 O  3% *& 0 O  3&

%.6" ).$#

&.)) 2

).$#

%.6"

/

%.)6

La resultante pasa por el tercio central

&;

A9e/

S

69

2

%.%

%.%

%.))

/

%.)6

%.)6

%.''

+umatoria

 =

∑ !

&.6

∑ ! %.%'

".0

CALCULO DE LAS &UERZAS HORIZONTALES ACTUANTES:

m

2 ?% 0

%.$$

EMPU#E HIDROSTATICO POR SISMO: - 0 m 7 a 0 ).)#O ?% 0 ).)#O ?& 0

).% 5n

EMPU#E ACTIVO DEL POR SEDIMENTOS

1

$ = % γ h 2 3

Considerar a 0 ).)# g ?' 0

).)% %.$ γ = ).$ Ja 0 ).(#

5n=m' 5n=m'

γ=

DESCRIPCION PESO PRESA LLENA SUBPRESIONES EMPU#E HIDROSTATICO EMPU#E SISMICO EMPU#E ACTIVO POR SEDIMENTOS SUMATORIAS

FS = B.0

&UERZA 'Tn(

6 '$(

#.%) &.6 %.$$ ).% ).)%

%.%) %.%'

6 '$(

).(# ).$& ).%#

∑ #R %.&"

P % EJQ

∑ #A

ANALISIS DE ESTABILIDAD POR DESLIZAMIENTO: -uerzas 2iales :vertical< -uerza 9esistente -uerzas 2ctuantes

#.%) 5n '.)( 5n &.)( 5n

-0 µ -a

C.0

a

2

FS

∑

FR

∑

FA

=

ANALISIS DE ESTABILIDAD POR CAPACIDAD DE CARGA: *ara esta verificacion se emplea la siguiente ecuacion1

σ

=

!  6e′  1±   b * l  b 

e'

b =

2

?l valor de eR se determina tomando momentos de las f uerzas actuantes y las fuerzas resistentes O7 n 0 ? 7 y

−

e' =

σ

2

− ( & − n )

 1 ± 6e′  =   b * l  b  !

0

).%

m '.$' Jgs=Cm& %.&$ Jgs=Cm&

!

@

@

).' ).$( &.%( '.(

).&6 ).#6 )."6 %.'(

).'6

!

O: )."6)# m=seg&

5n

m

m

&.&

m

CCIONES

).'# Jgs=Cm& Jgs=Cm&

@. %.% %."# '.%#

+. +aturado +. +umergido Nravas y arenas

MR 'Tn.$(

MA 'Tn.$(

#.(% '.%# %.&% ).%" ).)) ".#%

#.(%

y 0 ).((

µ 0

).(

%."6

&

−

n)

P %.# EJQ

DISE-O DE +UROS DE ENCAU. DATOS /%1 0:Jg=m'<1

') &$)) ) "#

c%1 /&1

0:Jg=m'<1 c&1 3:m<1 :m<1 @:m<1 0 agua:Jg=m'<1

&()) #) &.#'''' ).6 '."'''' %)))

3 agua:m<1 S1

%.6' )

A. VERI&ICACION POR VOLTEO %. Consideraremos las siguientes dimensiones1 Corona1

).'

*unta1 5alon1

).#&% ).#&%

/ase1

&.)$"

:min< :).%#@< :).%#@< :).(@<

&.Calculo de Ja1 Ja1

.33

'.Calculo de *a1 *a :Ig<

".?mpuje del agua1 ?a:Ig<

1+%2.4"

"%2-.+-

#.Ferificacion contra volteo1

N

AREA'$2(

PESOLONGITUD 'F;$(

BRAZO DE MOMENTO

% & '

%.#'$%(#((( %.)6#'%#((( %.)6#'%#(((

"')(.$('$((((( ')((.$$'$((((( &(&$.#(

%.$&'# %.'%#((( %.)($''

" #

).$$# %.)$#("

&%&#.($ &()#.$''(

).(% %.)"&

T0

14*34.1+-333333

T0

(. omento ejercido por el agua1

E/ 11-+.1*%1%* . omento resistente1

M9 23%.*2**" $.omento de volteo.

Mo %"1+.1"+"31%+*3 $.-actor de seguridad1

&S:

3.*

 2 OF

B. VERI&ICACION POR DESLIZAMIENTO

DATOS J% J& *p

&S:

1."23

).((((((((( ).((((((((( )

 1." OF

C. PRESION SOBRE EL SUELO %.Calculo de la ecentricidad

e

).%&""6

 7/5on'F;$2(  n7/'F;$2(

-%4.1" 4"3".-+

&.Calculo de capacidad de carga de talon

m

+IENTO

MOMENTO

'F;0$$(

$#'.#((&()$(( ")'".66"$&6'&%6 &$)$.'$)()($)$ %"&(.''%&$ &%#.&$(%%&

1++3+.""1"++1-%"

diseño de BOCATOMA

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