Hoja Excel Para Diseño de Una Bocatoma Ing Msc Arbulú Ramos José CivilGeeks.com

CURVA DE AFORO AFORO " Q vs Cota Cot a " 103.5000 103.0000 102.5000 102.0000 Cota ( m.s.n.m.) 101.5000 101.0000 100.5000 100.0000 99.5000 99.0000 98.5000 0.0000

50.0000

100.0000

150.0000

200.0000 Q ( m³ / s )

250.0000

300.0000

350.0000

400.0000

CURVA Qt vs H 1.6000

1.4000

1.2000

1.0000 H (m) 0.8000

0.6000

0.4000

0.2000

0.0000 50.000

100.000

150.000

200.000

Qt (Qal (Qal + Qcl) m ³/s

250.000

300.000

DIAGRAMA DE RE!IOE! -1500.00 -1000.00 -500.00 0.00 Sp (Kg500.00 / m³) 1000.00 1500.00 2000.00 2500.00 3000.00 0.00

5.00

10.00

15.00 Lx ( m)

20.00

25.00

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

DISEÑO HIDRAULICO DE UNA BO I. CONSTRUCCION DE CURVA DE AFORO PARA CANAL DE CONDUCCIÓN AGUAS ABA DATOS HIDROLOGICOS Q max Q medio Q minimo

= = =

253.842 m³/s 3.000 m³/s 1.000 m³/s

CAUDAL DE DERIVACION Este caudal depende de las áreas a irrigar el pro!ecto "ue asimismo será descrito de la &'()*+, a6 -lgodn 9astos aracu!a (imn ango &'()*+, a6 -lgodn 9astos aracu!a (imn ango

-E- &'()*+-a 742 804 200.4 44.4 144 3. 7

dulo de riego (ts/seg/á 1.5 1.5 0.7 0.7 0.7 0.7

Q necesario (ts/seg 73 1207 120.24 27.74 8 7 .4 2.17

-E- - *:&,9,- a 554.4 785.2 180 42 127 7

dulo de riego (ts/seg/á 1.7 1.7 0.; 0.; 0.; 0.;

Q necesario (ts/seg 88;.04 107.32 127 2.4 8 8 .2 4.2

Q derivad!

".#$# %&'(

APORTES) 9
15

Q%*+ !

Que$radas -guas su$terraneas 9recipitaciones 9lu>iales )otal

15 10 40

Qmáx a>.

#,

Q%*+ av.

Q%*+ !

-, Q%*+ av. / #,  Q%*+. av.

Qmáx = Qmáx =

150  Qmax. ->. 380.;73 m3/s

?@e de$e e>itar diseAar con cargas menores al ;5 de las c orrespondientes al gasto maximo?

Qd ! CALCULO DE L COEFICIENTE COEFICIENTE DE RUGOSIDAD 232 (as caractersticas del cauce son%

0-,.,1 m3/s

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL 2 .B 3 .B 4 .B 5 .B

DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS Crado de *rregularidad 9oco irregular +ariacin de la @eccin trans>ersal% +ariaciones ocasionale ,$strucciones #ormado por arrastre de races +egetacin% 9oca ),)-(

3!

4.4$5

CALCULO DE 2(2 El calculo de la pendiente se a o$tenido en el per#il longitudinal esta pendiente está comprendida entre los tramos del Dilometrae %

0.374 440.00 -nco de plantila F = )alud G = s =

COTA

;0.00 m 1 0.00083

Area 6%78 .;700 100.0000 100.5000 101.0000 101.5000 102.0000 102.3;00 102.5000 103.0000 103.5000

17.87 52.35 88.34 124.83 171.82 18.51 1.31 23;.30 2;5.;

P 6%8 ;0.7;88 ;2.030 ;3.50;2 ;4.215 ;7.335; ;;.3822 ;;.;4 ;.1741 80.5;83

R.H.9 0'$ 0.3847 0.80; 1.1303 1 .4 0 5 4 1 .7 5 0 2 1 .8 1 7  1 .8 ; 3 1 2 .0 ; 8  2.2;11

En la gra#ica de la siguiente gra#ica con el >alor del % allamos el >alor de la cota del espeo de agua en el canal de conduccin de aguas arr

RESULTADO RESULTADOSS DEL CALCULO HIDRAULICO DEL CANAL DE ENCAU:AMIENTO 6AGUAS ARRIBA8) ;;.22 ) = ;5.22 ;5.22 m +alor aprox. En el a#oro 102.3; m.s.n.m

.;7 m.s.n.m

F = ;0.00 ;0.00 m

;. Tra3(i;i3 <=e =3ira e> ;a3a> diri?id a> @arrae ;3  e> ;a3a> e3;a=a%ie3


DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS H

Qcaptacin= )

(t (ongitud de transicion. 9ara H =

12.50 I (t = ) B t J &tg 12.5I / 2 onde % ) = t =

;;.22 m ;0.00 m

empla6ando % (t

=

17.284

L

!

04.44

-sumimos %

II. CALCULO DE CAPTACIÓN F( Kn $ empla6ando estos >alores tenemos "ue% -sumimos un >alor de $ = Q s n 9

= = = = =

4.737 m³/s 0.001 0.014 $ J Kn $ L 2Kn

2.00

e>estido de co

Q J n / s M0.5 = - J  M 2/3 = N2.052

N  $JKnM 5/3O /

*terando %

&on este >alor rempla6amos rempla6amos en las #ormulas ! se tiene . -rea mP = 3.000

Kn =

1.454

3 !

.,44


DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS +elocidad = > = E = Kn L > =

1.545 0.122 1.722

m/s m. m.

F( = Kn /3 =

0.500

m.

Ca>;=> de @rde Li@re .

BL !

'saremos %

4.,4

Re(=>ad() F.(. F.(. 0.50 0.50 m Kn 1.50 1.50 m $ = 2.00 2.00 m

@. Di(e de ;a3a> de ;3d=;;i3) )

$

-doptamos %

G = $ = n = s = Q =

0.50 ori6ontal 2.00 m 0.014 e>estido de co 0.001 Q J n / s M0.5 = - J  M 2/3 = N-

- = 9 =

$JKn L G J KnP $ L N2 J Kn J 1 L GPM0.5O

el gra#ico %

Q J n / sM0.5 = - J  M2/3 2.052 -M5/3 / 9M2/3 *terando tenemos %

Kn = 1.08

3 ! .044 .044 &on este dato rempla6amos en las #ormulas ! tenemos% -rea = 9erimetro = adio . = Espeo =

3.120 4 .7 8 3 0.777 3.200

mP m m m


DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS E = Kn L> =

1.313

m

Ca>;=> de @rde Li@re . F( = Kn /3 =

0.400

BL !

'saremos % 3.70 m

Re(=>ad() ) = 3.20 3.20 m

$ = 2.00 2.00 m

;. Tra3(i;i3 <=e =3ira e> ;a3a> de ;aa;i3  e> ;a3a> de ;3d=;;i3) H

Qcaptacin= )

(t

(ongitud de transicion. 9ara H =

12.50 I (t = ) B t J &tg 12.5I / 2 onde % ) = t =

3.70 m 2.00 m

empla6ando % (t

=

3.70

L

!

$.#4

-sumimos %

IV. BARRAJE MITO 6SE CALCULARA EL CAUDAL EN) CANAL DE LIMPIA  EN ALIVIADERO8 . Ca(  a>=ra( de> Barrae i) a. Ca>;=> de >a e>eva;i3 de> @arrae 6E>ev. B8

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL donde%

DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS &R&

=&ota de #ondo de la ra6ante del can =&R L altura de sedimentos. =&ota del #ondo de ra6ante 1.00 -ltura de sedime =)irante :ormal del canal m =&arga de >elocidad de &anal =9erdidas por transicion cam$io de

&R Kn > 0.20 empla6ando se tiene% &R& &R&

= =

.;7 L 1.00 100.;7 m.s.n.m Ele>. Ele>. F = 102.58 m.s.n.m m.s.n.m

edondeamos ! para dar un seguridad a%

E>ev. B !

40.#44

@. Ca>;=> de a>=ra de @arrae) 9 = Ele>. F

B &R

empla6ando % 9

=

2.840

9or lo tanto %

P !

0.-,

Re(=%e3)

F.(.

0.50 m 1.35 m

100.;7 m.s.n.m

Kn

1.50 m

9=

$ = 2.00 m

.;7 m.s.n.m

0. L3?i=d de> @arrae @arrae i  de> @arrae %vi> a. Predi%e3(i3a%ie3) a.1 9or relacion relacion de areas El area idraulica del canal desarenador tiene una relacione de 1/10 del area o$struida por el ali>iadero teniendose teniendose

A ! A0 '4

A

(d

A0

;0

(d

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL -2

=

DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS -rea del $arrae #io

-1 = 9 J (d

-2 = 9 J ;0B(d

empla6ando estos >alores tenemos "ue% 9 J (d = 9 J ;0B(d /10 ( d = 7.37

;0 B (d =

Ld ! 1 54 K Ld ! #$

Entonces%

a.2 (ongitud de de compuerta del canal desarenador (cd $.,4 (cd = (d /2 =

m.

a.3 9redimensionamiento del espesor del 9ilar 9ilar e

4.--

e = (cd /4 =

e ! 4.1, %

m. &onsideremos

@. Re(=%e3) Di%e3(i3e( rea>e( de> ;a3a> de >i%ia  @arrae i.

9 = 2.85 2.85 m

0.;5 m

0.;5 m 2.;5 m

0.;5 m

73.00 m

2.;5 m ;0.00 m

$. Ca>;=> >a Car?a Hidra=>i;a 2H2)



> e 1= +1P / 2g 9 = 2.85 2.85

d1

En este calculo se tendrá "ue considerar "ue las compuertas de$en est ar a$iertas  para ello el caudal de diseAo se compartira entre el $arrae mo>il ! #io.



?? se calcula asumiendo un >alor >alor  calcular el coe#iciente de descarga ?c? ! calcular el caudal para el $arrae #io ! mo>il El caudal calculado de$e ser igual al caudal de diseAo.

Q di(e %a+. ! Qa>iviader / Q;a3a>.>i%ia a. De(;ar?a (@re >a ;re(a 6@arrae i8 ! Qa>iviader 6Qa>8 Qal = 0.55 J & J ( J M3/2 ( =

(1 B 2 : J Sp L SaJ = Qal = & = ( =  = (1 = : = Sp = Sa =

escarga del ali coe#iciente de d (ongitud e#ecti> &arga so$re la c (ongitud $ruta d :umero de pilar &oe#. de contrac &oe#iciente de c

@e seguirá un proceso *terati>o asumiendo 9ara un  = 0.50 &alculo de ?&? %

& = &o J S1 J S J 9/ =

5.;00

En la #ig.3 tenemos "ue %

J E#ectos de carga di#erentes a la del p e =  e/ =

En la #ig. 4 tenemos "ue. &/&o = S1 = J 9or ser talud >ertical >ertical S2 = J 9or e#ectos e#ectos del la>adero la>adero % d = d L  /  = En la #ig ; tenemos "ue . S3 = J 9or e#ectos de inter#erencia del agua d =  = d / e


DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS S4 =

empla6ando tenemos "ue.

C ! $.5, $.5, empla6ando en la #ormula de ?(? tenemos "ue.

L! #0.-4 #0.-4 empla6ando en la #ormula de ?Q? caudal so$re la cresta de $arrae #io tenemos "ue.

Q a> ! "-.0" "-.0"

m³/s

@. De(;ar?a e3 ;a3a> de >i%ia 6Q;>8 @e considera "ue cada compuerta #unciona #unciona como >ertedero 9ara ello seguieremos iterando iterando igual "ue anteriormente anteriormente asumiendo un >alor de  para ello usaremos usaremos la siguiente #ormula% Q cl = & J (TT J iM3/2 iM3/2 ( =

(1 B 2 : J Sp L SaJ = ( =  = (1 = : = Sp = Sa =

(ongitud e#ecti> &arga so$re la c (ongitud $ruta d :umero de pilar &oe#. de contrac &oe#iciente de c

( = 5.50 5.50 m &onsiderando compuerta como >ertedero% 9= 0.00 m donde% i = 9 L  = &alculo de ?&? %

& = )ra$aara como un ori#ic #icio solo se co

C !

4 . 1,

empla6ando en la #ormula de Q  tenemos "ue%

Q ;> ! 0,.050 0,.050

m³/s

@. De(;ar?a %*+i%a a> 2Q2 Qt = Q al L Q cl @umando los dos caudales%

Q

! 1$.,05 1$.,05

Este >alor >alor no cumple cumple con el caudal de diseAo diseAo tendremos tendremos "ue asumir otro >alor >alor de ?? @iguiendo este proceso de iteracion iteracion con el tanteo de ?? resultan los >alores >alores "ue aparecen en el cuadro de la siguiente%



CUADRO PARA EL PROCESO ITERATIVO



0.5000

1.0000

1.37;3

1.5000

Q al

48.237

137.433

218.118

250.743

Q cl Qt

25.22 ;3.52

31.171 17;.54

35.;25 253.843

3;.425 288.078

*terando o$tenemos "ue

Q max Q medio Q minimo

= = =

Re(=%e3)

2

1 1.3; m

3.82 m 9= 2.85 2.85 m 0.40 m

-plicando la Ecuacion de Fernoull! Fernoull! entre los puntos 1 ! 2% )enemos% 9L 

= d1 L 1

...................... ................ ...... 1

1 = +1P /  2 x g +1 = Qal / d1 x (al  empla6ando el >alor >alor de +1 en 1 ! luego en la la #ormula #ormula @e tiene% 9 L  = d1 L N  Qal Qal / d1 d1 x ( la suguiente ecuacin% 1.00 d1³ B

4.22 d1P L



1.00

# 0.50

0.00 0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

-0.50

-1.00

-1.50

-2.00

%$&alculo de tirante conugado d2 % :IRI=+1 / N g J d1 OM0.5 =

4.3;

d2 / d1 = 0.5 J N 1 L 8RPM0.5 B 1O = d2 =

0.40 m. x

&alculo de la longitud longitud de la po6a para el resalto (p % &on el >alor >alor de R R se puede clasi#ic clasi#icar ar el tipo tipo de resalto resalto el cu de una po6a con dimensiones del estan"ue tipo *. En la #ig 11. con el >alor de R encontramos "ue% (p = 5.850 )p )p =  J d2 El porc porcent entae ae de aume aumento nto para para este este ti orden del 10 )p = (p =

1.10 x d2 =

".#1 %

@egUn (in"uist % (p = 5 J d2 B d1 = @egUn @a#rane6 % (p = 7 J d1 J +1 / g J d1 M 0.5 (p = Escogeremos %

L ! ". Di(e de> Peri> Crea?er =(a3d >a r%=>a de S;i%e%i) ! / o = B D  x / o o =

n

1.3; m e e la Rig. 1 o$tenemos%



> / o =

0.0251

o = 1.3; m

5.42 Xc

0

1 2

Yc R1

3

R2

4 5 6 7 8 9 10 11

R 12 13 14

K !=B1.3;J0.515x/1.3;1.87

eri>ando la ecuacion de &reager en % d!/dx 9unto de tangencia=

P.

 6%8

 6%8

1 2 3 4 5 7 ; 8  10 11 12

0.000 0.300 0.700 0.00 1.200 1.500 1.800 2.100 2.400 2.;00 2.00 3.300

0.000 B0.042 B0.152 B0.323 B0.552 B0.83; B1.1;4 B1.574 B2.005 B2.47 B2.851 B3.727



E%a>%e de> Ci%a;i ;3 e> ;>;3 de a%ri?=a%ie3)  = 0.5 J9 L o  = 2.11 m

-doptamos  =

Di(e de %=r( de ;3e3(i3.

0.25 9L 

1.25 1.25J J9 9L= L= 5.2; 5.2; m 9

5.42 m ;.00 m

20.42 m

3;.42 m

@. Di(e Hidra=>i;( C%>e%e3ari(. @. 1 &alculo de la estructura de proteccion delantera a $ase de material rocoso (ongitud minima = 5 J  = &onsideramos ( =

7.84 m ;.00 m

-sumiremos una protecion de un espesor de %

@. 2 &alculo de la estructura de proteccion al #inal del colcon amortiguador enrocado. Espesor eT = 0.7 J  " M 0.5 J  T / gM0.25 onde

T = 9 L o = " = Qal / $ =

emplaando % eT = 0.0 0.0 m 9or criterio%

e ! 1.50 m @. .3 calculo de la longuitud longuitud del enrrocado (e (e = (? B (p = 0.742 J c J T J "M0.5

B (p

empla6ando % (e = 7.;07 7.;07 -sumimos %

Le ! 4.44 Ca>;=> de ;a=da> 2Q2 e3 ;a3a> de ;aa;i3 ;=a3d ;=rre Q%a+.



2.8; m Qo 1.50 m

1.35 m

9ara el Q max. %

253.84 m³/s

En la seccin 1B1 % Qo = 0.7 J - J N 2JgJM 0.5 O Qo = En la seccin 2B2% Qo = - J M M 2/3  J @M0.5 @M0.5 / n

*gualando el caudal en las dos #ormulas tenemos "ue iterar en el siguiente cuadro% asta "ue !=0 %

4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 0.400 m -1.00

0.600 m

0.800 m

1.000 m

1.200 m

1.400 m

-2.00 -3.00 -4.00 -5.00

&

En conclusin el caudal "ue pasara por el canal de captacion en enidas es% Qo = ;.; J M0.5 = -ora el caudal "ue conduce el canal de captacion es de% Entonces para max. a>enidas se tendra "ue deri>ar la di#erencia "ue es de% &aso contrario se regularán las compuertas 9ara esta deri>acion construiremos un ali>iadero lateral para la deri>acion de las aguas para ello usaremos la #ormula "ue esta$lecio Rroceiner ! es%

Q = 2/3 J + J ' J N 2JgM0.5 O J ( J M1.5

1., %&'(



. Da( ?e3era>e() J Farrae a $ase de concreto ciclopeo cu!o peso especi#ico es de 9c % usaremos canto rodado J &oe#iciente de #riccion entre suelo ! el concreto segUn recomendaciones este >alor esta entre 0.5 ! 1 tomaremos % en nuestro caso predominan las arenas limoBarcillosas J &apacidad de la carga de la arena = J 9eso especi#ico del agua con sedimentos ! elementos #lotantes

2300

0.50

2.75 1.0

J 9eso especi#ico del agua #iltrada 9 9# =

1000.00

J 9eso especi#ico del ag agua igual 9a =

1.45

0. B;a%a . a. C>;3 a%ri?=adr. El analisis estructural del colcon amortiguador consiste en analis analisar ar la su$pre su$presio sionn ! determ determina inarr el espeso espesorr del colc colc asegurar su esta$ilidad su analisis será para el ni>el de mas des#a>ora$le

a. S=@re(i3) S=@re(i3) (a su$p su$pre resi sion on en un punt puntoo cual cual"u "uie iera ra se dete determ rmin inaa por por la s #ormula% @p = onde% @p =  = cT = T

=

(x/( =

9# J cT J  L T B para para un met metro ro d @u$ presion anco de la sec Ractor de su$ pr 0.5 9ro#undidad del con respecto al &arga perdida e

a.0 L3?i=d L3?i=d de i>ra;i3) i>ra;i3) (ongitud de #iltracion necesaria V(n (n = c J  onde.  = c = En el presente calculo se a predimensionado la estructura siguiendo las recomenB daciones del estudio de @uelos considerando el dentellon a una pro#undidad de 1.80 m. !a "ue se c imentarán so$re un estrato de gra>a material alu>ional.


DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS 5.42 m

1.3; m )alon punto critico

2.85 m

.;7 m.s.n.m 1

4

5

1.80 70.0 I 2

3

1.00

1.13 m 1.30 m

0.75 m

1;.7; m

(n = 25.18 25.18 m &alculo de ?c? % J &uando esta en max. ->enida%  = c = (n/ = J &uando esta al ni>el del cimacio%  = c = (n/ = J @egU @egUnn el el cri crite teri rioo de de Fli Flig gt t rec recom omie ie so$re limo limo ! arena el >alor de ?c? J e estos tres cogeremos el menor menor c = (ongitud de #iltracion recorrida V(c (c = ( L (>

onde. ( = (> =

(ongitud ori6on (ongitud >ertical

@e considera distancia >ertical W= 45I @e considera distancia ori6ontal X 45I

a.$ E(e(r de> C>;3 a%ri?=adr 9ara asegurar asegurar la esta$ilidad esta$ilidad del colcon amortiguador el espesor se calcula >ri#icando su peso "ue en cual"uier punto de$e ser por lo menos igual al >alor >alor de la su$presion su$presion en dico punto por por ra6ones ra6ones de seguridad se adopta "ue el peso del colcon sea igual a los 4/3 del >alor teorico. e = 4 J @p /  3 J 9c Empleando Empleand o la #ormula de )araimo>ic araimo>i c e = 0.2 J "M0.5 J GM0.25 GM0.25


DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS G =

&arga o energia

a.$ V>=% V>=%e3 e3 de i>ra;i3 @e calcula empleando la #ormula "ue expresa la le! de arc! Q = SJ *Jonde %

Q S * -

= = = =

Casto de #iltracio &oe#iciente de p 9endiente idra -rea $ruta de la la #iltracion

;. Ca>;=>  ;e<=e de> e(e(r de> ;>;3 a%ri?=adr. ;. Ca>;=> de >a >3?i=d de i>ra;i3 3e;e(aria 6L38  = 2.85 2.85 m c = 8.84 8.84 (n = 25.18 25.18

;.0 Ca>;=> de >a >3?i=d ;%e3(ada 6L;8 J &alculo de longitud >ertical (> &alcularemos con los >alores del gra#ico de la siguiente o (> = ( =

7.01 1.1;

0,.(c =(>L(= como (n = (c  entonces se esta posi$ilitando la tu$i#icaci tu$i#icaci por lo tanto no aremos uso de los lloraderos. ;.$ Verii;a;i3 de> e(e(r e(e(r de> ;>;3 a%ri?=adr &alculo de la @u$ presion. @p =

9# J cT J  L T B  (x /(


DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS (as >aria$les "ue se presentan presentan en la #ormula anteriorment anteriorment se a indicado sus >alores exepto% ( =  ( / 3  L (> empla6ando% ( = /( =

12.40 0.230

,rdenando tenemos%

9unto 1 2 3 4 5 7 ; 8 

T m 0.00 1.80 1.80 0.7; 0.7; 0.7; 1.;1 1.;1 0.00

(x m 0.00 0.00 1.00 1.75 5.42 1.32 1.2 20.42 20.42

@p Dg/cmP 1425.00 2325.00 2210.11 15;2.51 113.4; B45;.50 B7.82 B74.2; B20.;

,$tenemos el gra#ico de presiones en la siguiente oa% e = 4 J @po /  3 J 9c empla6ando%

@po 9c

= =

e

=

113.4; Dg/mP 2300 Sg/m³ 0.771

m

@egUn pro!ectos el >alor del espesor >aria entre 0.80 B 0.0m. en este caso el >alor de e se encuentra $ao de este rango entonces elegimos el espesor de% e= 4.54 % -s mismo la su$presion >a adisminuir con el solado de proteccin al inicio.

;.$ Ca=da> de i>ra;i3 6Ave3ida( %a+i%a(8 atos%

D = D = ( = (c =  =

1.20 m/dia 1EB03 cm/seg 25.18 m 4.22 m -nco de toda la cimentacion =

9ara una pro#undidad de = El gasto de #iltracion es%

1.80 m

Q = Q =

4.18; 0.0042

cm³/s ( t/ s

Q =

0.274

( t/ s

9ara todo el anco de la cimentacion% cimentacion%



91

@> @ 2.85 m Y R 92 0.; m

Ea

@p Ruer6as "ue inter>ienen R Ruer6a idrostática Ea Empue acti>o del suelo en suelo #riccionante Ya 9eso de la estructura @p @u$ B 9resion @ &omponente ori6ontal de la #uer6a sismica @> &omponente >ertical de la #uer6a sismica +e Empue del agua so$re la estructura ocacionado por aceleracion sismica e =Es el momento producido por esta #uer6a.



a. F=era idr(*i;a 6F8.  = 9= 9a =

R = 0.5 J 9a J P

2.85 1.45

R =

5.8

)n

+ = 9 /3 =

0.50

)n

@. E%=e a;iv de> (=e> 6Ea8. Ea = 0.5 91 L 92 J 2 91 =  9c J 1 L 9a J  92 = 9# J 2  L 9T J Sa J 2  L 91 onde % 9# 9T

= =

1000.00 Sg/m³ 9eso especi#ico del suelo sumergido 9T = 9s B 1 =

2 H

= =

Espesor del suelo = -nguloo de #ricci -ngul #riccion on intern internaa segUn ta$l

9s 9a

= =

@egUn ta$la :I @ 1.45 )n/m³

Sa 9c 1

= N )ag 45 B H/2 OP = 0.24 = 9eso especi#ico del concreto= = Espesor solado delantero =

91

=

5.2825

)n/mP

92

=

0.85

)n/mP

Ea

=

1.45

)n/m

=

empla6ando tenemos%

Ka = 2291 L 92 / N 391 L 92 O Ka = 0.418 0.418

;. E%=e de> (>ad de>a3er 6E;8. Ec = 0.5J9 L 91J 91J 1 1 onde 9 =

9a J 

=

Entonces % Ec = Kc =

2.353;5  2J2 L 1  / 2

4.1325

=

d. Pera>e de> e( de >a e(r=;=ra 68. El peso de la estructura  $iene acer el peso del $arrae para ello di>idiremos en las partes como el numero de cordenadas "ue se calcularon calcularon para el diseAo del per#il ! dico $arrae se a di>idido en  porciones ! se a calculado su centro de gra>edad %


:I 1 2 3 4 5 7 ; 8  10 11 12 13

anco m 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.20 0.40 0.30 0.33


-lto m 3.55 3.72 3.;7 3.7 4.22 4.53 4.8 5.31 5.;; 7.20 7.;7 ;.4; 8.17

-rea mP 1.07 1.0 1.13 1.1 1.2; 1.37 1.4; 1.5 1.;3 1.24 2.;1 2.24 2.75

),)-( %

x m 0.15 0.45 0.;5 1.05 1.35 1.75 1.5 2.25 2.55 2.80 3.10 3.45 3.;7 20.;2

Z= K=

! m 1 .; ; 1 .8 1 1 .8 8 1 . 8 2.11 2 .2 7 2 .4 5 2 .7 5 2 .8  3.10 3.38 3.;3 4.08 12.15 34.1020;3187 1.54 m 0.58 m

9eso de la estructura para un metro de anco de $arrae %

 !

"1.#,5--041

T3



e. S=@ re(i3 6S8. @p =

c J 9a J  J ( / 2 c = ( =

onde % @p =

1.7

0.50 5.42

)n/m

Zsp = 2J(/3 =

3.71

m

F. Si(%. &omponente ori6ontal ori6ontal del sismo. @ =

0.1 J Y =

4.;7588120; )n

&omponente +ertical +ertical del sismo. @>

=

0.03 J Y =

1.430

)n

Estas #uer6as actuan en el centro de gra>edad de la estructura.

. E%=e de> a?=a devid a >a a;e>era(i3 (i(%i;a. (a #uer6a sismica en el agua ! "ue se reparte reparte en la estructura estructura esta dada por la siguiente #ormula% +e =

0.;27 J 9e J !

onde% -umento de presion de agua en ($/ pieP a cual"uier ele>acion de$ido alas oscilaciones sismicas ! se calcula por la siguiente #ormula% 9e = c J i J 9a J  &

=

&oe#iciente de distri$ucion de presion

& !

= &m J N ! 2 B !/ L  > J 2 B !/ /  M0.5 O / = istancia >ertical de la super#icie de ele>acion en pies. &m = +alor maximo de & para un talud c

En la super#icie del agua% !=0

c=0

9e = 0

En el #ondo del $arrae $arrae ! =  = !/ =

2 .8 5 2.85 1.00

9ara paramento >ertical% c

=

0.;3 9ara un sis 9ara sismo mo d escala de erc (a aceleracion si


DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS i

=

0.32

9a = 

0.48 l$/pie³

=

.35 pie

empla6ando % 9e = +e =

1;.58 l$/ pie 1340.1

l$ / pie

El momento de >olteo será de% e = 0.2 J 9e J !P e = En unidades metricas seria % +e = e =

500;.02

l$ B pie

1.5 2.2;1

)n/m )n B m

0. A3a>i(i( de e(a@i>idad de a?=a. (a #alla en la estructura puede ser por +olteo desli6amiento ! es#uer6os es#uer6os excesi>os. e$era pre>eerse "ue en el plano de desplante de la estructura solo tengan es#uer6os a compresion ! "ue el suelo admita tracciones esto se logra cuando la resultante de las #uer6as actuantes corta al plano de la $ase en el tercio central



U@i;a;i3 de >a Re(=>a3e 6r8 )omando momento respecto al punto ?0?

R or6 m Fra6o m ot m

R B5.88 0.50 B5.54

Ea B1.447 0.418 B0.705

Ec B2.354 0.24 B2.1;5

@ B4.;77 0.5;; B2.;51

R >ert. m Fra6o m ot m

@p B1.74 3.713 B;.0;

@> B1.430 1.541 B2.203

Y 4;.770 1.541 ;3.43

),)-( 44.277

 L = m B = '$icacin de la esultante con respecto a ?,? % Zr =N B L L O / R>ert

2.100

m

,S[ &ae en el tercio

E+;e3re;idad 6e8 e = (/2 B

Zr

=

0.710

E(a@i>idad a> v>e R.@.

=

R.@.

=

suma  L

/

suma  B W 1.5

3.237

,S[

E(a@i>idad a> de(>ia%ie3. Ruer6a resistente Rr = u J R> Rr

=

e$e cumplir "ue

u = &oe#icient entre el concreto pro!ecto u=

13.28 R r W R

,S[

 caso contrario dentellon dentellon el cua optadas

Ca>;=> ara =3di%ie3 \ = resistencia del terreno  segUn estudios de suelos del del pro!ecto \ = 1.2 Sg/cmP Estos es#uer6os están dados por% \ = N @uma R> J  1 ] 7e / $  O / a J $ \1 = \2 =

.0 ?';%7 4.0 ?';%7

\1  se encuentra en el rango

X

1.20 Sg/cmP


CATOMA JO

in#ormacion $asica%

-, Q%*+ av.


ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL 0.005 0.005 0.010 0.005

9oca

0.03

0 L 000 a

0 L 440

:ota% @e tiene un material a los los costados del rio de tierra compacta

'3 25.741 25.741 25.741 25.741 25.741 25.741 25.741 25.741 25.741

(9 '0

Q 6%&'(8

0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02

Q max i$a

4.;81 31.188 ;3.740 12.382 17.33 253.38 2;5.31; 373.828 471.27 =

F( =Kn/3=

253.842 m³/s

0.8; m

F(

1.00 m

Kn

2.71 m



253.842 m³/s

m.

m.

creto

M 5/3O / N9 M 2/3O N $ L 2KnM 2/3O

m

t



F( Kn

creto M 5/3O / N9 M 2/3O



m.

4."4 %

F(=

0.40 m

Kn=

1.20 m

4.737 m³/s

m.

t


ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL al de captacion

ntos = = ireccion etc.

1.500 0.122

101.1 m.s.n.m

m.s.n.m.

m

%.

102.71 m.s.n.m

2.85 m

-1 = -rea del $arrae $arrae mo>il

9



73.74

d

d2



iadero scarga de la cresta resta inclu!endo > e la cres cresta ta = 73.00 73.00 s "ue atra>iesa el ali>iadero = 2.00 . de pilares triangular = 0 .0 0 ntraccion de estri$os = 0.20

J S3 J S4

&o = 3.5

ro!ecto 1.00

e$e ser menor "ue 1 consideramos 0.

1.00

1.00

9

=

7.;0

1.00 de descarga % 0.500 1.000

2.85 m


ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL 1.00

de la cresta resta inclu!endo > 3.35 m el canal = 5.50 s "ue atra>iesa el ali>iadero = 2.00 . de pilares triangular = 0.00 ntraccion de estri$os = 0.00

 = 3.35 3.35 m 3.35 m 0.;5 nsidera perdidas por arrastre



 1.3; m 0.00 m 0.00 m

253.842 m³/s 3.000 m³/s 1.000 m³/s

1.4 1.4 m =d =1 2.28 2.28 m =d2 =d1

(p

Qal = (al =

218 m³/s 73.00 m

1

al  P / 2g O

0.71 =

0



)anteo de$e cumplir = 0 d1 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.70 0.;0 0.80 +1 = +1 =

8.755 m/s 3.82 m

5.;0 5.;00 =

!= 0.5; 0.45 0.258 0.00 B0.32 B0.7 B1.11 B1.58

0.$ %

al indica el uso

ipo de po6as es de el

2.51 m

.40

10.4

,.44 %

 9ag 07 $ocatomas parte 1



102.71 m Z

.;7 m

e la Rig. 1a o$tenemos% Zc / o = 0.2;0 0.2;0 Zc = 0.3; 0.3; m Kc / o = 0.115 0.115 Kc = 0.17 0.17 m 1 / o = 0.51; 0.51; 1 = 0.;1 0.;1 m 2 / o = 0.220 0.220 2 = 0.30 0.30 m



2.15 m

 d2 L  = 3.75 3.75 m

10.00 m

0.50 m

4.22 m 3.47 m





s

-= 3.00 3.00 mP ;.; J M0.5 - = 2.8; B J$ $ = 2.00 2.00 m

 0.500 m 0.;00 m 0.805 m 0.00 m 1.100 m 1.300 m

! 2.82 0.3 0.00 B0.80; m B2.44 B4.00

".#$# %&'( 0.,- %&'(



Sg/m³

Sg/cmP )n/m³ Sg/m³ )n/m³

on para operacin

iguiente

 (x /( anco

ion normal del rio esion "ue depende de la porosidad del suelo "ue >aria de 0 a 1 punto considerado con respecto al punto de inicio de la unto de inicio de la #iltracion n un recorrido (x

&arga de #iltracion &oe#iciente de #iltracion "ue >aria


ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL 15.00 m

1.4 m

d2= 2.28 2.28 m 1.20 m

6

9

1.;1 m 1.04 m

70.0 I 8

7

0.50 0.70 m c= (n/

1.4 m

$.44

2.85 m

-.-" do "ue para estructuras erá de% "ue es% 8.84

tal en m. en m.

18.00


ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL por perder

n ermea$ilidad para la cimentacion lica cimentacion a tra>
n


ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL e

9unto critico

9ermea$ilidad segUn los estudios de suelos

73.00 m



O



m )n/m³

= 1.00 1.00 )n/m³ )n/m³ 0.7; 0.7; m a para sm = 2.00 )n/m³

2300 2300 Sg/m³ Sg/m³ 0.50

= 0.418 m.

)n/mP.

0.2

m

3;



-x 0.17 0.4 0.85 1.25 1.;1 2.24 2.87 3.58 4.42 3.4; 8.3 ;.;3 .8 4;.1204;735 &on respecto a ?,?

-! 1.8 1.; 2.12 2.35 2.7; 3.08 3.5 4.23 5.00 3.84 .15 8.3; 10.82 5.0;



#ines de diseAo

es.

l >aso a la nstante.

e = 0

e *ntensidad +*** en la all! Gona 1 .:.&. ismica es el 32 de la





+e B1.5

),)-( B17.450

B2.2;1

B13.3;

;3.43 B22.7;

central de toda la longitud

de #riccion ! el terreno segUn el 0.3 para arena. ecesita un l con dimensiones antes

a= $=

,S[

1.10 m 5.42 m




DISEÑO HIDRAULICO DE UNA BOCATOMA I. CONSTRUCCION DE CURVA DE AFORO PARA CANAL DE CONDUCCIÓN AGUAS ABAJO DATOS HIDROLOGICOS Q max Q medio Q minimo

= 25 2 53.842 m³/s = 3.000 m³/s = 1.000 m³/s

CAUDAL DE DERIVACION Este caudal depende de las áreas a irrigar el pro!ecto "ue asimismo será descrito de la in#ormacion $asica% &'()*+, a6 -lgodn 9astos aracu!a (imn ango &'()*+, a6 -lgodn 9astos aracu!a (imn ango

Q derivad!

E- &'()*+ &'()*+-dulo -dulo de riego Q necesari necesarioo a (ts/seg/á (ts/seg 742 1.5 73 804 1.5 1207 200.4 0.7 120.24 44.4 0.7 27.74 144 0.7 87.4 3 .7 0.7 2.17 - - *:&,9 *:&,9, , dulo dulo de riego riego Q neces necesari arioo a (ts/seg/á (ts/seg 554.4 1.7 88;.04 785.2 1.7 107.32 180 0.; 127 42 0.; 2.4 127 0.; 88.2 7 0.; 4 .2

".#$# %&'(

APORTES) 9
15

Q%*+ !

Que$radas -guas su$terraneas 9recipitaciones 9lu>iales )otal

1 5 10 40

Qmáx a>.

#,

Q%*+ av.

Q%*+ Q% *+ !

-, -, Q%* Q%*++ av av. / #,  Q%* Q%*+. +. av. av.

Qmáx = Qmáx =

150  Qmax. ->. 380.;73 m3/s

-, Q%*+ av.

?@e de$e e>itar diseAar con cargas menores al ;5 de las correspondientes al gasto maximo?

Qd !

0-,.,1 m3/s

CALCULO DE L COEFICIENTE COEFICIENTE DE RUGOSIDAD RUGOSIDAD 232

Ing. Msc: Arbu! R"#$s %$s&

(/



(as caractersticas del cauce son% 1.B +alor $asico de arena para cauce arenoso 2.B Crado de *rregularidad 9oco irregular 3.B +ariacin de la @eccin trans>ersal% +ariaciones ocasionales 4.B ,$strucciones #ormado por arrastre de races 9oca 5.B +egetacin% 9oca

0.014 0.005 0.005 0.010 0.005

),)-(

3!

0.03

4.4$5

CALCULO DE 2(2 El calculo de la pendiente se a o$tenido en el per#il longitudinal esta pendiente está comprendida entre los tramos del Dilometrae % 0 L 000 a 0 L 440

0.374 440.00 -nco de plantila F = )alud G = s =

COTA .;700 100.0000 100.5000 101.0000 101.5000 102.0000 102.3;00 102.5000 103.0000 103.5000

Area 6%78 1 7 .8 7 5 2 .3 5 8 8 .3 4 124.83 171.82 18.51 1.31 23;.30 2;5.;

;0.00 m 1 0.00083

P 6%8

:ota% @e tiene un material a los costados del rio de tierra compacta

R.H.9 0'$

;0.7;88 ;2.030 ;3.50;2 ;4.215 ;7.335; ;;.3822 ;;.;4 ;.1741 80.5;83

0.3847 0.80; 1.1303 1.4054 1.7502 1.817 1.8;31 2.0;8 2.2;11

En la gra#ica de la siguiente gra#ica con el >alor del %

 '3 25.741 25.741 25.741 25.741 25.741 25.741 25.741 25.741 25.741

(9 '0 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02

Q max

Q 6%&'(8 4 .; 8 1 31.188 ;3.740 12.382 17.33 253.38 2;5.31; 373.828 471.27 = 253.842 m³/s

allamos el >alor de la cota del espeo de agua en el canal de conduccin de aguas arri$a

RESULTADOS DEL CALCULO HIDRAULICO DEL CANAL DE ENCAU:AMIENTO 6AGUAS ARRIBA8) ;;.22 ) = ;5.22 ;5.22 m F( =Kn/3=

0.8; m

+alor aprox. En el a#oro 102.3; m.s.n.m

.;7 m.s.n.m


F(

1.00 m

Kn

2.71 m

(0



F = ;0.00 ;0.00 m

;. Tra3(i;i3 Tra3(i;i3 <=e =3ira e> ;a3a> diri?id a> @arrae ;3  e> ;a3a> e3;a=a%ie3 H

Qcaptacin=

253.842 m³/s

t

)

(t (ongitud de transicion. 9ara H =

12.50 I (t = ) B t J &tg 12.5I / 2 onde % ) = t =

;;.22 m ;0.00 m

empla6ando % (t

=

17.284

L

!

04.44

m.

empla6ando estos >alores tenemos "ue% -sumimos un >alor de $ = 2.00

m.

-sumimos %

II. CALCULO DE CAPTACIÓN F( Kn $

Q s n 9

= = = = =

4.737 m³/s 0.001 0.014 $ J Kn $ L 2Kn

e>estido de concreto

Q J n / s M0.5 = - J  M 2/3 = N- M 5/3O / N9 M 2/3O 2/3O


('



2.05 2.0522

N  $JKn $JKnM 5/3O 5/3O / N $ L 2KnM KnM 2/3O 2/3O

*terando % Kn =

1.454

3 !

.,44

m

&on este >alor rempla6amos rempla6amos en las #ormulas #ormulas ! se tiene . -rea mP = 3.000 9erim m m = 5.000 ad . m = 0.700 +elocidad = 1.545 m/s > = 0.122 m. E = Kn L > = 1.722 m.

Ca>;=> de @rde Li@re . F( = Kn /3 =

0.500

m.

BL !

'saremos %

4.,4

Re(=>ad() F.(. F.(. 0.50 0.50 m Kn 1.50 1.50 m $ = 2.00 2.00 m

@. Di(e de ;a3a> de ;3d=;;i3) )

F( Kn

$ -doptamos %

G = $ = n = s = Q =

0.50 ori6ontal 2.00 m 0.014 e>estido de concreto 0.001 Q J n / s M0.5 = - J  M 2/3 = N- M 5/3O / N9 M 2/3O

- = 9 =

$JKn L G J KnP $ L N2 J Kn J 1 1 L GPM0.5O

el gra#ico %

Q J n / sM0.5 = - J  M2/3 2.052 -M5/3 / 9M2/3


((



*terando tenemos %

Kn = 1.08

3 ! .044 .044 &on este dato rempla6amos en las #ormulas ! tenemos% -rea 9erimetro = adio . Espeo + > E = Kn L>

= = = = = =

3.120 4.783 0.777 3.200 1.487 0.113 1.313

mP m m m m/s m m

Ca>;=> de @rde Li@re . F( = Kn /3 =

0.400

m.

BL !

'saremos %

4."4 %

3.70 m

Re(=>ad() ) = 3.20 3.20 m

F(=

0.40 m

Kn=

1.20 m

$ = 2.00 2.00 m

;. Tra3(i;i3 <=e =3ira e> ;a3a> de ;aa;i3  e> ;a3a> de ;3d=;;i3) H

Qcaptacin=

4.737 m³/s

t

)

(t (ongitud de transicion. 9ara H = 12.50 I (t = ) B t J &tg 12.5I / 2 onde %


()


DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS ) = t =

3.70 m 2.00 m

empla6ando % (t

=

3.70

L

!

$.#4

-sumimos % m.

IV. BARRAJE MITO 6SE CALCULARA EL CAUDAL EN) CANAL DE LIMPIA  EN ALIVIADERO8 . Ca(  a>=ra( de> Barrae i) a. Ca>;=> de >a e>eva;i3 de> @arrae @arrae 6E>ev 6E>ev.. B8 Ele>. F = &R& L Kn L > L 0.20 dond donde% e%

&R&

=&ot =&otaa de #on #ondo de la ra6a ra6ant ntee del cana canall de capt captac acio ionn =&R L altura de sedimentos. =&ota del #ondo de ra6ante 1.00 -ltura de sedimentos =)irante :ormal del canal m = =&arga de >elocidad de &anal = =9erdidas por transicion cam$io de direccion etc.

&R Kn > 0.20 empla6ando se tiene% &R& &R&

= =

.;7 L 1.00 100.;7 m.s.n.m

1.500 0.122

101.1 m.s.n.m

Ele>. F = 102.58 m.s.n.m edondeamos ! para dar un seguridad a%

E>ev. B !

40.#44

m.s.n.m.

@. Ca>;=> de a>=ra de @arrae) 9 = Ele>. F

B &R

empla6ando % 9

=

2.840

m

0.-,

%.

9or lo tanto %

P ! Re(=%e3)

102.71 m.s.n.m

F.(. F.(. 0.50 0.50 m 100.;7 m.s.n.m

Kn 1.50 m $ = 2. 2.00 m


1.35 m 9= 2.85 m

.;7 m.s.n.m

(*



0. L3?i=d de> @arrae @arrae i  de> @arrae %vi> a. Predi%e3(i3a%ie3) a.1 9or relacion de areas El area idraulica del canal desarenador tiene una relacione de 1/10 del area o$struida por el ali>iadero teniendose

A ! A0 '4 A

-1 = -rea del $arrae $arrae mo>il mo>il

A0

(d

9

;0 B (d

-2

= -rea -rea del $arra $arraee #io #io

-1 = 9 J (d

-2 = 9 J ;0B(d

empla6ando estos >alores tenemos "ue% 9 J (d = 9 J ;0B(d /10 ( d = 7 .3 7

;0 B (d = 73.74

Ld ! 1 54 K Ld ! #$

Entonces%

a.2 (ongitud de compuerta del del canal desarenador (cd (cd = (d /2 = m. $.,4

a.3 9redimensionamiento del espesor del 9ilar e e = (cd /4 =

4.--

e ! 4.1, %

m.

&onsideremos

@. Re(=%e3) Di%e3(i3e( rea>e( de> ;a3a> de de >i%ia  @arrae i.


(+



9 = 2.85 2.85 m

0.;5 m

0.;5 m 0.;5 m 2.;5 m 2.;5 m

73.00 m ;0.00 m

$. Ca>;=> >a Car?a Hidra=>i;a 2H2)



> e

d 1= +1P / 2g

9 = 2.85 2.85 d2 d1

En este calculo se tendrá "ue considerar "ue las compuertas de$en estar a$iertas  para ello el caudal de diseAo se compartira entre el $arrae mo>il ! #io. ?? se calcula asumiendo un >alor  calcular el coe#iciente coe#iciente de descarga ?c? ! calcular el caudal para el $arrae #io ! mo>il El caudal calculado de$e ser igual al caudal de diseAo.

Q di(e %a+. ! Qa>iviader / Q;a3a>.>i%ia a. De(;ar?a (@re >a ;re(a 6@arrae i8 ! Qa>iviader 6Qa>8 Qal = 0.55 J & J ( J M3/2 ( =

(1 B 2 : J Sp L Sa SaJ = Qal = & = ( =  = (1 = : = Sp = Sa =


escarga del ali>iadero coe#iciente de descarga (ongitud e#ecti>a de la cresta &arga so$re la cresta inclu!endo > > (ongitud $ruta de la cresta = 73.00 :umero de pilares "ue atra>iesa el ali>iadero =2.00 &oe#. de contrac. de pilares triangular = 0 .0 0 &oe#iciente de contraccion de estri$os = 0.20

(,



@e seguirá un proceso *terati>o asumiendo 9ara un  = 0.50 &alculo de ?& ?&? %

& = &o J S1 J S2 J S3 J S4

J 9/ =

5 .; 0 0

En la #ig.3 tenemos "ue % &o = 3.5 J E#ectos de carga di#erentes di#erentes a la del pro!ecto e =  e/ = 1.00

e$e ser menor "ue 1 consideramos 0.

En la #ig. 4 tenemos "ue. &/&o = S1 = 1.00 J 9or ser talud >ertical >ertical S2 = 1.00 J 9or e#ecto e#ectoss del la>adero la>adero % d = d L  /  =

9

=

2.85 m

7.;0

En la #ig ; tenemos "ue . S3 = 1.00 J 9or e#ectos de inter#erencia inter#erencia del agua de descarga descarga % d =  =

0.500

d / e = 1.000 En la #ig.8 tenemos% S4 = 1.00 empla6ando tenemos "ue.

C ! $.5, $.5, empla6ando en la #ormula de ?(? tenemos "ue.

L! #0.-4 #0.-4 empla6ando en la #ormula de ?Q? caudal so$re la cresta de $arrae #io tenemos "ue.

Q a> ! "-.0" "-.0"

m³/s

@. De(;ar?a e3 ;a3a> de >i%ia 6Q;>8 @e considera "ue cada compuerta #unciona como >ertedero 9ara ello seguieremos iterando igual "ue anteriormente asumiendo un >alor de  para ello usaremos la siguiente #ormula%


)



Q cl = & J (TT J iM3/2 iM3/2 ( =

(1 B 2 : J Sp L Sa SaJ = ( =  = (1 = : = Sp = Sa =

(ongitud e#ecti>a de la cresta &arga so$re la cresta inclu!endo > 3.35 m (ongitud $ruta del canal = 5 .5 0 :umero de pilares "ue atra>iesa el ali>iadero =2.00 &oe#. de contrac. de pilares triangular = 0.00 &oe#iciente de contraccion de estri$os = 0.00

( = 5.50 5.50 m &onsiderando compuerta como >ertedero% 9= 0.00 m donde% i = 9 L  = 3.35 m

 = 3.35 m

&alculo de ?&? % & = 0 .; 5 )ra$aara como un ori#icio solo se considera perdidas por arrastre

C !

4.1,

empla6ando en en la #ormula de Q  tenemos "ue% m³/s Q ;> ! 0,.05 0,.0500

@. De(;ar?a %*+i%a a> 2Q2 Qt = Q al L Q cl @umando los dos caudales%

Q

! 1$.,05 1$.,05

Este >alor no cumple con el caudal de diseAo tendremos "ue asumir asumir otro >alor de ?? @iguiendo este proceso de iteracion con el tanteo de ?? resultan los >alores "ue aparecen en el cuadro de la siguiente% En este cuadro iterar asta "ue Qt Qt=

253.842 m³/s

CUADRO PARA EL PROCESO ITERATIVO



0.5000

1.0000

1.37;3

1.5000

Q al

48.237

137.433

218.118

250.743

Q cl Qt

25.22 ; 3 .5 2 

31.171 17;.54

35.;25 253.843

3;.425 288.078

*terando o$tenemos "ue


Q max Q medio

= 253.842 m³/s = 3.000 m³/s

 1.3; m 0.00 m

)-



Q minimo

=

1.000 m³/s

0.00 m

Re(=%e3)

2 1.3; m 1.4 1.4 m =d 3.82 3.82 m =1 9= 2.85 m

2.28 m =d2 0.40 m

=d1

(p

-plicando la Ecuacion de Fernoull! Fernoull! entre los puntos 1 ! 2% )enemos% 9L 

= d1 L 1

...................... 1

1 = +1P /  2 x g

Qal = (al =

218 m³/s 73.00 m

+1 = Qal / d1 x (al  empla6ando el >alor de +1 en 1 ! luego en la #ormula 1 @e tiene% 9 L  = d1 L N  Qal / d1 x (al  P / 2g O la suguiente ecuacin% 1.00 d1³ B

4.22 d1P L 0. 0.71 =

0

)anteo de$e cumplir = 0 1.00

# 0.50

0.00 0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

-0.50

-1.00

-1.50

-2.00


0.60

0.70

0.80

0.90

d1 0 .1 0 0 .2 0 0 .3 0 0 .4 0 0 .5 0 0 .7 0 0 .; 0 0 .8 0 +1 = +1 =

!= 0.5; 0.45 0.258 0.00 B0.32 B0.7 B1.11 B1.58 8.755 m/s 3.82 m

%$)/



&alculo de tirante conugado d2 % :IRI=+1 / N g J d1 OM0.5 =

4 .3 ;

d2 / d1 = 0.5 J N 1 1 L 8RPM0.5 B 1O = d2 =

0.40 m. x

5.;0 5.;00 =

0.$ %

&alculo de la longitud de la po6a para el el resalto (p % &on el >alor de R se puede clasi#icar el tipo de resalto el cual indica el uso de una po6a con dimensiones del estan"ue tipo *. En la #ig 11. con el > alor de R encontramos "ue% (p = 5.850 )p )p =  J d2 El porcentae de aumento para este tipo de po6as es de el orden del 10 )p = 1.10 x d2 = (p = ".#1 % @egUn (in"uist % (p = 5 J d2 B d1 = .40

2.51 m

@egUn @a#rane6 % (p = 7 J d1 J +1 / g J d1 M 0.5 (p =

10.4

Escogeremos %

L !

,.44 %

". Di(e de> Peri> Crea?er =(a3d >a r%=>a de S;i%e%i) ! / o = B D  x / o o = += > = > / o =

n

1.3; m e  e la Rig. 1 o$tenemos% 0.82 m/s S = 0 .5 1 5 0.03 m n = 1 .8 7 0.0251

o = 1.3; m

5 .4 2

 9ag 07 $ocatomas parte 1

102.71 m

Xc

0 Yc R1 R2

Z

1 2 3 4 5


)0



7 8 9 10 11

.;7 m

R 12 13 1 4

K !=B1.3;J0.515x/1.3;1.87 eri>ando la ecuacion de &reager en % d!/dx 9unto de tangencia= e la Rig. 1a o$tenemos%

P.

 6% 8

 6% 8

1 2 3 4 5 7 ; 8  10 11 12 13 14

0.000 0.300 0.700 0.00 1.200 1.500 1.800 2.100 2.400 2.;00 2.00 3.300 3.700 3.25

0.000 B0.042 B0.152 B0.323 B0.552 B0.83; B1.1;4 B1.574 B2.005 B2.47 B2.851 B3.727 B4.273 B5.007

Zc / o = 0.2;0 Zc = 0.3; m Kc / o = 0.115 Kc = 0.17 m 1 / o = 0.51; 1 = 0.;1 m 2 / o = 0.220 2 = 0.30 m

E%a>%e de> Ci%a;i ;3 e> ;>;3 de a%ri?=a%ie3)  = 0.5 J9 J9 L o o  = 2.11 m

-doptamos  = 2.15 m

Di(e de %=r( de ;3e3(i3.

0.25 9L   1.25J9L 1.25J9L 5.2; m 9

d2 L  = 3.75 m

5.42 m ;.00 m


20.42 m

10.00 m

)'


DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS 3;.42 m

@. Di(e Hidra=>i;( C%>e%e3ari(. @. 1 &alculo de la estructura de proteccion delantera a $ase de material rocoso (ong (ongititud ud mini minima ma = 5 J  = &onsideramos ( =

7.84 7.84 m ;.00 m

-sumiremos una protecion de un espesor de %

0.50 m

@. 2 &alculo de la estructura de proteccion al #inal del colcon amortiguador enrocado. Espesor eT = 0.7 J  " M 0.5 J  T / gM0.25 onde onde

T = 9 L o = 4.22 4.22 m " = Qal / $ = 3.47 m

emplaando % eT = 0.0 0.0 m 9or criterio%

e ! 1.50 m @. .3 calculo de la longuitud del enrrocado (e (e = (? B (p = 0.742 J c J T J "M0.5

B (p

empla6ando % (e = 7.;07 7.;07 -sumimos %

Le ! 4.44 Ca>;=> de ;a=da> 2Q2 e3 ;a3a> de ;aa;i3 ;=a3d ;=rre Q%a+. 1

2

 2.8; m Qo 1.50 m s 1.35 m

9ara el Q max. %

253.84 m³/s

En la seccin 1B1 %


)(



Qo = 0.7 J - J N 2JgJM 0.5 O

-= 3.00 mP Qo = ;.; J M0.5

En la seccin 2B2% Qo = - J M 2/3  J @M0.5 / n

- = 2.8; B J$ $ = 2.00 2.00 m

*gualando el caudal en las dos #ormulas tenemos "ue iterar en el siguiente cuadro% asta "ue !=0 %

4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 0.400 m 0.600 m 0.800 m 1.000 m 1.200 m 1.400 m -1.00

 0.500 m 0.;00 m 0.805 m 0.00 m 1.100 m 1.300 m

! 2 .8 2 0 . 3 0 .0 0 B0.80; m B2.44 B4.00

-2.00 -3.00 -4.00 -5.00

&

En conclusin el caudal "ue pasara por el canal de captacion en enidas es% Qo = ;.; J M0.5 M0.5 =

1., %&'(

-ora el caudal "ue conduce el canal de captacion es de% ".#$# %&'( Entonces para max. a>enidas se tendra "ue deri>ar la di#erencia "ue es de% &aso contrario se regularán las compuertas 9ara esta deri>acion construiremos un ali>iadero lateral para la deri>acion de las aguas para ello usaremos la #ormula "ue esta$lecio Rroceiner ! es%

0.,- %&'(

Q = 2/3 J + J ' J N 2JgM0.5 O J ( J M1.5

VI. ANALISIS ESTRUCTURAL DE LA BOCATOMA . Da( ?e3era>e() J Farrae a $ase de concreto ciclopeo cu!o peso especi#ico es de 9c % 2300 Sg/m³ usaremos canto rodado J &oe#iciente de #riccion entre suelo ! el concreto segUn recomendaciones este >alor esta entre 0.5 ! 1 tomaremos % 0.50 en nuestro caso predominan las arenas limoBarcillosas J &a &apacidad de la carga de la arena = 2.75 Sg Sg/cmP J 9eso especi#ico del agua con sedimentos ! elementos #lotantes 1.0 1.0 )n/m³ )n/m³ J 9e 9 eso especi#ico de del agua #iltrada 9# =

1000.00 Sg S g/m³

J 9e 9eso especi#ico del agua igual 9a =

1.45 )n )n/m³


))



0. B;a%a . a. C>;3 a%ri?=adr. El analisis estructural del colcon amortiguador consiste en analisar la su$presion ! determinar el espesor del colcon para asegurar su esta$ilidad su analisis será para el ni>el de operacin mas des#a>ora$le

a. S=@r S=@re(i3) e(i3) (a su$presion en un punto cual"uiera se determina determina por la siguiente #ormula% @p = onde% @p =  = cT = T

=

(x/( =

9# J cT J  L T B  (x /( para un metro de anco @u$ presion anco de la seccion normal del rio Ract Ractor or de su$ su$ presi resioon "ue "ue depen ependde de la poros orosid idad ad del del suel sueloo "ue "ue >ari >ariaa de 0 a 1 0.5 9ro# 9ro#un undi dida dadd del del punt puntoo cons consid ider erad adoo con con resp respec ecto to al punt puntoo de inic inicio io de la con respecto al punto de inicio de la #iltracion &arga perdida en un recorrido (x

a.0 L3?i=d de i>ra;i3) (ongitud de #iltracion necesaria V(n (n = c J  onde.  = c =

&arga de #iltracion &oe#iciente de #iltracion "ue >aria

En el presente calculo se a predimensionado la estructura siguiendo las recomenB daciones del estudio de @uelos considerando el dentellon a una pro#undidad de 1.80 m. !a "ue se cimentarán so$re un estrato de gra>a material alu>ional. 5.42 m

15.00 m

1.3; m )alon punto critico

1.4 m

2.85 m d2= 2.28 2.28 m .;7 m.s.n.m

6

1

1.20 m

9

4

1.80


1.;1 m

)*


2

1.00

70.0 I 3 1.30 m 0.75 m


1.13 m

70.0 I

1.04 m 8

7

1;.7; m

0.50 0.70 m

(n = 25.18 m

c= (n/

&alculo de ?c? ?c? % J &uando esta en max. ->enida%  = 1.4 1.4 m c = (n/ = $.44 J &uando esta al ni>el del cimacio%  = 2.85 2.85 m c = (n/ = -.-" J @egUn el criterio de Fligt recomiendo "ue para estructuras so$re limo ! arena arena el >alor de ?c? será de%

18.00

J e estos tres cogeremos el menor "ue es% c = 8.84 (ongitud de #iltracion recorrida V(c (c = ( L (> on onde. de. ( = (> =

(ongitud ori6ontal en m. (ongitud >ertical en m.

@e considera distancia >ertical W= 45I @e considera distancia ori6ontal X 45I

a.$ E(e(r de> C>;3 a%ri?=adr 9ara asegurar la esta$ilidad esta$ilidad del colcon amortiguador el espesor se calcula >ri#icando su peso "ue en cual"uier punto de$e ser por lo menos igual al >alor de la su$presion en dico punto punto por ra6ones de seguridad se adopta "ue el peso del colcon sea igual a los 4/3 del >alor teorico. e = 4 J @p /  3 J 9c Empleando la #ormula de )araimo>ic e = 0.2 J "M0.5 J GM0.25 GM0.25 onde %

" = G =

escarga máxima pro$a$le unitaria &arga o energia po por perder

a.$ V>= V>=%e3 %e3 de i>ra;i3 @e calcula empleando la #ormula "ue expresa la le! de arc! Q = SJ * Jonde %


Q = S =

Casto de #iltracion &oe#iciente de permea$ilidad para la cimentacion

)+



* = - =

9endiente idraulica -rea $ruta de la cimentacion a tra>
;. Ca>;=>  ;e<=e de> e(e(r de> ;>;3 a%ri?=adr. ;. Ca>;=> de >a >3?i=d de i>ra;i3 i>ra;i3 3e;e(aria 6L38  = 2.85 2.85 m c = 8.84 8.84 (n = 25.18 25.18

;.0 Ca>;=> de >a >3?i=d ;%e3(ada 6L;8 J &alculo de longitud >ertical (> &alcularemos con los >alores del gra#ico de la siguiente oa (> = ( =

7.01 1.1;

(c =(>L(= 0,.como (n = (c  entonces se esta posi$ilitando la tu$i#icacion por lo tanto no aremos uso de los lloraderos.

;.$ Verii;a;i3 Verii;a;i3 de> e(e(r de> ;>;3 a%ri?=adr &alculo de la @u$ presion. @p =

9# J cT J  L T B  (x /(

(as >aria$les "ue se presentan presentan en la #ormula anteriormente anteriormente se a indicado sus >alores exepto% ( =  ( / 3  L (>

empla6ando% ( = /( =

12.40 0.230

,rdenando tenemos%

9unto 1 2 3 4 5 7 ; 8 


(x m 0.00 0.00 1.00 1.75 5.42 1.32 1.2 20.42 20.42

T m 0.00 1.80 1.80 0.7; 0.7; 0.7; 1.;1 1.;1 0.00

@p Dg/cmP 1425.00 2325.00 2210.11 15;2.51 113.4; 9unto critico B45;.50 B7.82 B74.2; B20.;

),



,$tenemos el gra#ico de presiones en la siguiente oa% e = 4 J @po /  3 J 9c empla6ando%

@po 9c

= =

e

=

113.4; Dg/mP 2300 Sg/m³ 0.771

m

@egUn pro!ectos el >alor del espesor >aria entre 0.80 B 0.0m. en este caso el >alor de e se encuentra $ao de este rango entonces elegimos el espesor de% e= 4.54 % -s mismo la su$presion >a adisminuir con el solado de proteccin al inicio.

;.$ Ca=da> de i>ra;i3 6Ave3ida( %a+i%a(8 atos%

D = D = ( = (c =  =

1.20 m/dia 9ermea$ilidad 1EB03 cm c m/seg segUn los estudios de suelos 25.18 m 4.22 m -nco de toda la cimentacion 73.00 m

9ara una pro#undidad de = El gasto de #iltracion es% Q = Q =

1.80 m

4.18; 0.0042

9ara todo el anco anco de la cimentacion% Q = 0.274

cm³/s (t/s

(t/s

. A3a>i(i( de> @arrae ara a?=a a> 3ive> de >a ;re(a

91

@>@ 2.85 m Y R 92 0.; m


Ea

O

*



@p R Ea Ya @p @ @> +e e

Ruer6a idrostática Empue acti>o del suelo en suelo #riccionante 9eso de la estructura @u$ B 9resion &omponente ori6ontal de la #uer6a sismica &omponente >ertical de la #uer6a sismica Empue del agua so$re la estructura ocacionado por aceleracion sismica = Es el momento momento producido producido por esta #uer6a. #uer6a.

a. F=era F=era idr(*i;a 6F8.  = 9= 9a =

R = 0.5 J 9a J P

2.85 1.45

R =

5.8

)n

+ = 9 /3 =

0.50

)n

m )n/m³

@. E%=e a;iv de> (=e> 6Ea8. Ea = 0.5 91 L 92 J 2 91 =  9c J 1 L 9a J  92 = 9# J 2  L 9T J Sa J 2  L 91 onde % 9# 9T

= =

1000.00 Sg/m³ 9eso especi#ic i#icoo del sue suelo sumergido = 9T = 9s B 1 =

1.00 )n/m³

2 H

= =

Espesor del suelo = 0.7; m -ngulo de #riccion interna segUn ta$la para sm

9s 9a

= =

@egUn ta$la :I @ 1.45 )n/m³

Sa 9c 1

= N )ag 45 B H/2 OP = 0.24 = 9eso especi#ico del concreto= = Espesor solado delantero =

empla6ando tenemos% 91 =

5.2825

)n/mP

92

=

0.85

)n/mP

Ea

=

1.45

)n/m

=

3;

2.00 )n/m³

2300 Sg Sg/m³ 0.50

Ka = 2291 L 92 / N 391 L 92 O

= 0.418

Ka = 0.418


m.

*-



;. E%=e de> (>ad de>a3er 6E;8. Ec = 0.5J9 L 91J 91J 1 1 onde 9 = Entonces % Ec = Kc =

9a J 

=

4.1325 )n/mP.

2.353;5  2J2 L 1  / 2

=

0 . 2

m

d. Pera>e de> e( de >a e(r=;=ra 68. El peso de la estructura  $iene acer el peso del $arrae para ello ello di>idiremos en las partes como el numero de cordenadas cordenadas "ue se calcularon para el diseAo del per#il ! dico $arrae se a di>idido en  porciones ! se a calculado su centro de gra>edad %

CALCULO DEL CENTRO DE GRAVEDAD DE LA ESTRUCTURA :I 1 2 3 4 5 7 ; 8  10 11 12 13

anco m 0 .3 0 0 .3 0 0 .3 0 0 .3 0 0 .3 0 0 .3 0 0 .3 0 0 .3 0 0 .3 0 0 .2 0 0 .4 0 0 .3 0 0 .3 3

-lto m 3 .5 5 3 .7 2 3 .; 7 3 . 7 4 .2 2 4 .5 3 4 .8  5 .3 1 5 .; ; 7.20 7.;7 ;.4; 8.17

-rea mP 1.07 1.0 1.13 1.1 1.2; 1.37 1.4; 1.5 1.;3 1.24 2.;1 2.24 2.75

),)-( %

x m 0.15 0.45 0.;5 1.05 1.35 1.75 1.5 2.25 2.55 2.80 3.10 3.45 3.;7

20.;2

! m 1.;; 1.81 1.88 1.8 2.11 2.27 2.45 2.75 2.8 3.10 3.38 3.;3 4.08

-x 0 .1 7 0 .4  0 .8 5 1 .2 5 1 .; 1 2 .2 4 2 .8 7 3 .5 8 4 .4 2 3 .4 ; 8 .3  ; .; 3  . 8

12.15 34.1020;3187 4;.1204;735

Z= K=

1.54 m 0.58 m

-! 1.8 1.; 2.12 2.35 2.7; 3.08 3.5 4.23 5.00 3.84 .15 8.3; 1 0 .8 2 5.0;

&on respecto a ?,?

9eso de la estructura para un metro de anco de $arrae %

 !

"1.#,5--041 T3

e. S=@ re(i3 6S8. @p = c J 9a 9a J  J ( / 2 onde % @p =

1.7

c = ( =

0.50 #ines de diseAo 5.42

)n/m

Zsp = 2J(/3 =

3.71

m

F. Si(%. &omponente ori6ontal del sismo.


*/

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL @

= 0. 0 .1 J Y =


4.;7588120; )n

&omponente +ertical +ertical del sismo. @>

= 0.03 J Y =

1.430

)n

Estas #uer6as actuan en el centro de gra>edad de la estructura.

. E%=e de> a?=a devid a >a a;e>era(i3 (i(%i;a. (a #uer6a sismica en el agua ! "ue se reparte reparte en la estructura estructura esta dada por la siguiente #ormula% +e =

0.;27 J 9e J !

onde% -umento de presion de agua en ($/ pieP a cual"uier ele>acion de$ido alas oscilaciones sismicas ! se calcula por la siguiente #ormula% 9e = c J i J 9a J  &

=

&oe#iciente de distri$ucion de presiones.

& !

= &m J N ! 2 B !/ L  > J 2 B !/ /  M0.5 O / 2 = istancia >e >ertical de la sup super#icie del >aso a la ele>acion en pies. &m = +alor ma maximo de & pa para un talud constante.

En la super#icie del agua% !=0

c=0

9e = 0

e = 0

En el #ondo del $arrae ! =  = !/ =

2.85 2.85 1.00

9ara paramento >ertical% c =

0.;3 9ara un sismo de *ntensidad +*** en la escala de ercall! Gona 1 .:.&. (a aceleracion sismica es el 32 de la aceleracion de la gra>edad

i

=

0.32

9a = 

0.48 l$/pie³

=

.35 pie

empla6ando % 9e = +e =


1340.1

1;.58 l$/ pie l$ / pie

*0



El momento de >olteo será de% e = 0.2 J 9e J !P e =

500;.02

l $ B pie

1.5 2.2;1

)n/m )n B m

En unidades metricas seria % +e = e =

0. A3a>i(i( de e(a@i>idad de a?=a. (a #alla en la estructura puede ser por +olteo desli6amiento ! es#uer6os excesi>os. e$era pre>eerse "ue en en el plano de desplante desplante de la estructura estructura solo tengan es#uer6os a compresion ! "ue el suelo admita tracciones esto se logra cuando la resultante de las #uer6as actuantes corta al plano de la $ase en el tercio central

U@i;a;i3 de >a Re(=>a3e 6r8 )omando momento respecto al punto ?0?

R or6 m Fra6o m ot m

R B5.88 0.50 B5.54

Ea B1.447 0.418 B0.705

Ec B2.354 0.24 B2.1;5

@ B4.;77 0.5;; B2.;51

R >ert. m Fra6o m ot m

@p B1.74 3.713 B;.0;

@> B1.430 1.541 B2.203

Y 4;.770 1.541 ;3.43

),)-( 44.277

 L = m B = '$icacin de la esultante con respecto a ?,? % Zr =N B L L O / R>ert 2.100 m

+e B1.5

),)-( B17.450

B2.2;1

B13.3;

;3.43 B22.7;

,S[ &ae en el tercio central de toda la longitud

E+;e3re;idad 6e8 e = (/2 B

Zr

=

0.710

E(a@i>idad a> v>e R.@. .@.

=

R.@.

=

sum suma  L L

/

suma suma  B B W 1.5 1.5

3.237

,S[

E(a@i>idad a> de(>ia%ie3. Ruer6a resistente Rr = u J R> Rr

=

13.28

e$e cumplir "ue

Rr W R ,S[

u = &oe#iciente de #riccion entre el concreto ! el terreno segUn el pro!ecto u= 0.3 para arena.  caso contrario necesita un dentellon el cual con dimensiones antes antes optadas

Ca>;=> ara =3di%ie3 \ = resistencia del terreno  segUn estudios de suelos del del pro!ecto


*'

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL \

=


1.2 Sg/cmP Estos es#uer6os están dados por% \ = N @uma R> J  1 ] 7e / $  O / a J $ \1 = \2 =

.0 ?';%7 4.0 ?';%7

\1  se encuentra en el rango


a = 1.10 m $ = 5.42 5.42 m

1.20 Sg/cmP

,S[

*(




*)




**




*+




*,




+




+-




+/




+0




+'




+(




+)




+*




++




+,




,




,-




,/



uce


,0




,'




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,*




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