DISEÑO DE AZUD DERIVADOR De acuerdo a visita de campo, entendiendo que la oferta de agua proviene del aporte del escurrimiento de agua de la cuenca y la existencia de vertientes, se ve por conveniente diseñar una Obra de Toma con Azud derivador y Toma lateral complementado con un colchón hidráulico y desarenador, cuya capacidad de captación será de 20 l/s.
1. AVENIDA MÁXIMA DE DISEÑO. MÉTODO MÉTODO DE CHOW ECUACIÓN GENERAL
Q
0 . 278 * LLe
=
AZ * AZ
D
= Descarga o caudal, m3/s LLe = Lluvia efectiva, mm. A = Área de la cuenca, km2 Z = Factor de reduccion del pico, adimensional D = Duracion de la lluvia, hrs. Q
Tabla de número de cuencas y áreas de aporte AREAS
Cuenca PAJCHANTA
(m2)
(km2)
(ha)
55,090,000.00
55.09
5,509.00
TIEMPO DE RETARDO
t l
= 0 . 005
*
tl=
Tiempo de retardo, hrs. L= Longitud del cauce principal, m. S = Pendiente del cauce principal, (%)
L S
0 . 64
Tabla de tiempo de retardo tl Cuenca PAJCHANTA
Area
L
Cota Sup.
Cota Inf.
H
S
(km2)
(km)
(m)
(m)
(km)
%
55.09
21.029
5,083.00
3,845.00
1.238
5.89
Tiempo de retardo tl (hrs.) 1.66
TIEMPO DE CONCENTRACIÓN Fórmula de Kirpich:
t c
=
0 . 06626
Fórmula de Passini *
L 2 S
0 . 385
t c
=
A * L 0.023* S
Donde: tc = tiempo de concentración, h. L
0.50
t c
=
L 0.126* 0.25 S
0.75
= pendiente del cause principal, m/m. A = área de drenaje de la cuenca, Km2. S
= longitud del cauce principal al punto de salida, Km.
H
Fórmula de Pizarro
= desnivel total del colector principal , m. 1
Tabla de tiempo de concentración tc=td Cuenca PAJCHANTA
Area
L
Cota Sup.
Cota Inf.
H
S
(km2)
(km)
(m)
(m)
(km)
%
Kirpich
Passini
Pizarro Promedio
55.09
21.029
5,083.00
3,845.00
1.238
5.89
123.47
193.59
126.26
Tiempo de concentración tc (min)
ECUACIÓN DE LA INTENSIDAD PARA LA ZONA
0.128169 71.398
I=
* T 0.65062
t Tabla de intensidades nº
T años 2 25 50 75 100 200 300 500 1000
1 2 3 4 5 6 7 8 9
td min 147.77 147.77 147.77 147.77 147.77 147.77 147.77 147.77 147.77
I mm/hr 3.02 4.18 4.57 4.81 4.99 5.46 5.75 6.14 6.71
LL mm 7.45 10.30 11.25 11.85 12.30 13.44 14.16 15.12 16.52
COEFICIENTE DE ESCORRENTIA Mediante el software ILWIS se determino el coeficiente de escorrentia que tiene un valor igual a:
C = 0.160 nº 1 2 3 4 5 6 7 8 9
T
Lle
años
mm
2 25 50 75 100 200 300 500 1000
1.19 1.65 1.80 1.90 1.97 2.15 2.27 2.42 2.64
CÁLCULO DE CAUDALES DE DISEÑO
Q
Con: td = tl = td/tl = Z= A=
147.77 1.66 1.49 0.80 55.09
c= Hd =
2.20
=
0 . 278 * LLe * AZ D
min Hrs. de la fig. 2.11 (LMF) km2
Tambien:
0.82
coeficiente de descarga altura de avenida diseño 2
147.77
Tabla de caudales de diseño T
I
años
mm/hr
m3/s
Lt/seg
m
1
2
3.02
5.93
5,930.00
3.63
2
25
4.18
8.20
8,200.00
5.02
3 4 5 6 7 8
50
4.57
8.96
8,960.00
5.48
75
4.81
9.44
9,440.00
5.78
100
4.99
9.79
9,790.00
5.99
200 300 500
5.46 5.75 6.14
10.70 11.27 12.03
10,700.00 11,270.00 12,030.00
6.55 6.90 7.36
9
1000
6.71
13.15
13,150.00
8.05
nº
Q
L*
* Estimación inicial de la longitud del vertedor de excedencias.
En este primer tanteo se confirma que el Hd es menor a 1.00 m
2. DISEÑO DEL PERFIL CREAGER (AZUD)
3
CALCULO HIDRAULICO DEL VERTEDOR DESCRIPCION Coeficiente de descarga Longitud del vertedor Numero de FROUDE Peso Especifico del Ho Co Curvatura de enlace seccion critica Carga sobre el vertedor Caudal de diseño
2,300.00 (Kg/m3)
0.282 * Hd 0.175 * Hd 0.500 * Hd 0.200 * Hd
q = Q/L dc = (q^2/g)^(1/3) y1 = adoptado
Velocidad del agua al pie del cimacio
V1 =
Tirante conjugado mayor Longitud del Colchon Disipador Profundidad del Tanque Amortiguador
Espesor
Rc= 0.50 (m) Hd= 1.00 (m) 14.300 (m3/seg) 0.282 (m) 0.175 (m) 0.500 (m) 0.200 (m) 1.646 (m3/seg/m) 0.651 (m) 0.232 (m)
Q = C*L*H^(3/2)
Tirante critico Tirante conjugado menor Altura total de caida Altura del cimacio
RESULTADO CALCULADO ADOPTADO C= 2.20 L= 6.50 (m) F= 4.70
FORMULA
L1 = L2 = R1 = R2 = Gasto unitario
Pajchanta
H1 = Hc = Xc = y2 = Lcd = P= P= P= e=
Se realiza tanteos con las formulas: F=V1/raiz(g*y1), V1=raiz(2*g*H1) A=Q/V1, y1=A/L
10.700 (m3/seg) 0.28 (m) 0.18 (m) 0.50 (m) 0.20 (m)
7.097 (m/seg) 2.567 (m) 1.800 (m) 2.104 (m) 1.432 (m) 6.600 (m) 0.996 (m) 0.669 (m) 0.832 (m) 0.600 (m)
H1-Hd+y1 (C*Hd^(0,85)*Hc)^(1/1,85) (-y1/2)+raiz((y1/2)^2+2*V1^2*y1/g) 5.50*(y2-y1) s/Schoklitsch 1,15*y2 - dn=dc L/5-dc s/Foster y Skrinde Promedio
1.80 (m) 2.10 (m) 6.60 (m)
0.85 (m) 0.60 (m)
CALCULO OBRA DE TOMA DESCRIPCION
CALCULO
ADOPT.
DATOS Caudal de diseño Velocidad de aproximacion Coeficiente de mayoracion Coeficiente de forma Espacio entre barras Espesor de la barra Longitud de la barra Angulo de incluinacion de la rejilla CALCULOS Seccion de Kirsnner Seccion de flujo Numero de barras
Q= Va = c= φ= a= s= l= α= ξ= Af = n=
Seccion total de las barras Seccion de la bocatoma
As = At =
Altura Bocatoma Ancho Bocatoma Recalculo Numero de barras Profundidad lado toma Creager Altura para evitar ingreso material de arrastre
hc = bc = n= H=
4
ho =
0.02000 (m3/seg) 0.600 (m/seg) 1.50 1.79 0.05 (m) 0.012 (m) 0.30 (m) 90.00 º
0.30 (m)
0.2670 0.1873 (m2) 11.4856 12 0.0432 (m2) 0.2305 (m2) 0.30 (m) 0.77 (m)
0.40 (m) 0.40 (m) 7 barras 2.10 (m) 1.70 (m)
3. DISEÑO COLCHON HIDRAULICO PAJCHANTA 3.1. TANQUE AMORTIGUADOR Datos conocidos L= Hd= a= Qdiseño= g=
6.50 1.00 1.80 10.70 9.80
0.23 d1= y= 0.65
(m) (m) (m) (m3/seg) (m/seg2) (m) (m)
(Altura del cimaceo)
(Tirante conjugado menor de partida) (Tirante critico)
Cálculo
DESCRIPCION gasto unitario altura total de caida velocidad al pie del cimacio tirante conjugado menor numero de froude tirante conjugado mayor longitud del tanque amortiguador profundidad del tanque amortiguador bordo libre
q= z= v= d1= F= d2= Lt=
1.65 2.57 7.09 0.23 4.70 1.43 6.60
1.00 p= BL= 0.85
(m3/seg-m) (m) (m/seg) (m) ≤ 0.23 igual al de partida (lt/seg) ≥ 4.50 correcto (m) (m/seg) (m) (m)
curva de enlace del perfil del cimacio con el tanque: radio de curva concavo: rc= 0.50(m)
3.2. ESPESOR DE LA LOSA TANQUE AMORTIGUADOR Datos conocidos Spx= 1600 γm= 2300
(kg/m2) (kg/m3)
DESCRIPCION espesor losa
Cálculo
el= 1.33*Spx/γm
el= 0.93
(m)
Luego se dispondra el abatimiento de la subpresion en un 50% en el pie del cimacio, entonces el espesor de la plantilla será: el= 0.46 (m) Finalmente se adoptará: el= 0.60 (m)
4. DISEÑO DESARENADOR OBRA DE TOMA, CANAL DE REBOSE Y CÁMARA DE REGULACION 4.1. DESARENADOR Velocidad horizontal de asentamiento:
Vh
Velocidad vertical de asentamiento:
Vv = 100 D (
Longitud del desarenador:
L
=
D (& - 1)
0 . 304
1.28
Tº + 10 60
1.50 * Vh * h =
Vv
Donde: Qc = Caudal de diseño (m3/s)
5
)
D = Diámetro de las particulas de arena (mm) Tº = Temperatura del ambiente (ºF) & = Peso específico de la arena (gr/cm3)
DATOS
VALOR Qc =
20.00 l/seg
Qc =
0.020 m3/seg
D=
0.35 mm
Tº =
50.00 °F 10.00 °C
&=
1.42 gr/cm3
Reemplazando valores tenemos:
Vh =
0.103 m/seg
Vv =
0.035 m/seg
Area requerida:
0.19 m2
A = Q/ Vh =
Dimensiones adoptadas: b = 0.50 m h = 0.40 m h = 0.40 m Calculo Longitud del Desarenador:
L = 1.77 m El bordo libre será: bl = 0.20 m La pendiente del desarenador para facilitar su limpieza se r ecomienda entre 2 a 6% Pte% = 2.5% Luego, adoptamos la siguiente cámara desarenadora:
DIMENSIONES CAMARA
ADOPTADO
Longitud L =
6.80 m
Base b =
0.50 m
Altura efectiva h =
0.40 m
Altura total HT =
0.60 m
Esquema:
6.80 0.600
0.50 2.5% 0.770
6
4.2. DISEÑO CANAL DE REBOSE
Donde: Qd = Caudal de descarga (m3/s) C = Coeficiente de descarga
DATOS
VALOR C = 0.50 ho = 0.10 m Qing = 20.00 l/seg
Entonces: b = 1.26 m badop = 1.30 m Verificacion: Qr =
20.55 l/seg
> mayor al Qing
4.3. CAMARA DE REGULACION DESCRIPCION
VALOR
tiempo de retencion de diseño
Tr =
1.00 min
volumen de almacenamiento requerido
Vr =
1.20 m3
altura económica
he =
0.80 m
hadop =
0.80 m
relación largo/ancho
L/B =
2.00 (recomendado 1.5)
B=
0.87 m
L=
1.73 m
altura de resguardo
r=
0.20 m
altura total
H=
1.00 m
DIMENSIONES CAMARA
ADOPTADO
altura efectiva
h=
0.80 m
altura + resguardo
H=
1.00 m
lados
B=
0.90 m
L=
1.70 m
volumen efectivo
Ve =
1.22 m3
volumen estanque
Vt =
1.53 m3
> 1.20 m3
7
4.4. TUBERIA DE ADUCCION
D
=
(
Qd * n * 4 π
* S
(5/3 )
3
)8
Ec. Manning.
DESCRIPCION
VALOR
Caudal de captacion
Qd = 20.00 l/seg
Rugosidad
n=
0.009
Pendiente
S=
0.80%
Diametro de aduccion calculado
Da =
0.15 m
Da =
5.94 plg
adoptado
Da =
6.00 plg
verificacion
Qa =
20.526
* Se adoptara un diámetro MINIMO DE tuberia de aduccion de:
> 20.00 l/seg
6.00 plg
5. CALCULO DE ESTABILIDAD MURO DE CONTENCIÓN (ALERONES) MURO DE CONTENCION - M°P° H=3,30 m.
DATOS (Kg/m3)
γ H 2O=
γ M
=
2200
hp (m) =
1.70
hr (m) =
1.60
b1(m) =
0.40
b2(m) =
0.40
b3(m) =
0.80
µ
coeficiente de friccion suelo - muro Donde: (Presion Activa)
Momentos tomados respecto a la punta (A) Fuerzas Actuantes Resistentes (Kg)
Brazo(A) (m)
Momentos Resistentes (Kg-m)
Obs.
W1
2904.00
0.600
1742.400
MºP
W2
1452.00
0.533
774.400
MºP
∑
4356.00
2516.800
8
1000
º
P
=
0.5
Fuerzas Actuantes solicitantes (Kg-m) F2
Momentos Solicitantes (Kg-m)
Brazo(A) (m)
1445.00
0.567
Obs.
818.833 AGUA
Verificacion al Volcamiento(Fv>2) FV=Mres/Msol=
3.074
CUMPLE
Verificacion al Deslizamiento(Fd>1,5) FD=Fres/Fsol=
1.507
CUMPLE
Distancia de la resultante a la punta (A) 0.39 (m)
d=(Mres-Msol)/∑pesos=
Dentro del NC
Nucleo central(b/3) b/3=
0.27 (m)
Presion del suelo bajo el talon y la punta Area(cm2) A =
8000.0
Inercia (cm4) I =
4266666.7
Exentricidad(cm) e =
1.0
Carga Axial(kg) p =
4356.0
Momento(kg-cm) M =
4356.0
Para el momento:
σ punt a
σ talon
P M b =
A I 2 −
−
=
0.585 (kg/cm2)
Compresion
0.504 (kg/cm2)
Compresion
P M b =
A
−
I 2
=
9
