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EL dimencionamiento dimencionamiento hidraulico de una estructura de capatacion se basa en el comportaiento del agua ya sea en movimiento o en reposo el dimencionamiento dimencionamiento hidraulico debe satisfacer las condiciones siguientes: * Estabilidad del cauce al paso de la avenida de diseño (Hidraulica Fluvial) * Asegurar permanentemente el caudal de ingreso * aptar lo minimo de material solido * !roveer un sistema de compuertas "ue eviten la sedimentacion de solidos y material flotante frente a la bocal
Es una estructura hidraulica "ue sirve para dserivar agua de un rio a un canal#En lo posible debe cumplir la siguientes condiciones: condiciones: * A cual"uier tirante del rio debe captar en el canal de drivacion drivacion un caudal constante(regulado constante(regulado con vertederos laterales) * $ebe impedir el paso al canal de sedimentos y material flotante# * %atisfacer las condiciones de seguridad %u ubicaci&n de la bocatoma en el cauce del rio es muy importante' siendo favorable aguas abao de una concavidad# El diseño de esta estructura esta basado en las tres leyes fundamentales de la hidraulica' es decir las ecuaciones de continuidad, energia y cantidad de movimiento ' complementadas complementadas con las ecuaciones ecuaciones de vertederos vertederos y orificios
FIGURA: VERETDERO DE UNA BOCATOMA
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Las formulas "ue presentaremos a continuacion sera para estimar el ancho de encau5amiento del rio y observar la estabilidad del rio' para garanti5ar un sistema de captacion optimo Metodo de Lacey: Este autor introduce el perimetro moado y el radio hidraulico en ve5 del ancho y tirante medio del rio#Lacey trabao sobre las siguientes caracteristicas de canales: ☺ %obre un material de fondo no cohesivo ☺ $iametro medio del material de fondo entre .#0/ y .#6.mm ☺ 7ndulaciones en el fondo ☺ ,ransporte del material del fondo inferior a /..ppm ☺ audal $ominante entre 0#6 a 13. m89s#
formulas:
donde:
B =4.81∗Q
1/ 2
; 1/ 3
Q Y m=0.474 ∗( ) f
3/ 2
1 /2
Rh∗i =0.0002032∗f ∗Y m
Ancho de la superficie libre del agua (m) ; audal dominante o ma
h >adio hidraulico (m) i !endiente
etodo de lench: Este investigador introduce dos parametros' el factor de fondo Fb("ue toma en cuenta la resistencia del fondo) y el factor de orilla Fs (mide la resitencia de las orillas)' "ue tiene en cuenta la concentracion del material transportado en suspencion' el diametro de las particulas de fondo y la resistencia de+ las orillas a ser erocionadas#
formulas:
donde: 1 /2
Q∗ Fb ) B = 1.81∗( Fs 1 /3
Fs∗Q ) y =( 2 Fb
Ancho de la superficie libre del agua (m) FbFactor de fondo FsFactor de orilla ;audal ma
Factor de fondo
Factor de orilla
,ipo de material
Fb
,ipo de material
Fs
aterial grueso ($m-.#/mm)
0#1
aterial suelto(arena)
.#0
aterial medio cohesivo
.#1
aterial cohesivo4arcilla
.#+
aterial fino ($m2.#/mm)
.#3
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Simons y Albertons : Estos autors !a" a#$u"os ra"$os ! a%#&'a(&#&!a! !# )to!o. Formula :
donde:
Bm =0.*1∗ K 1∗Q Y = 1.21∗ K 2∗Q
m Ancho medio del cauce (m) !!erimetro del cauce (m) ; audal o gasto(m89s) =tirante medio ?0@?1 valores "ue dependen del tipo de material
0.+12
0.3,1
Mto!o ! A#tu"&": Est )to!o s # )as 'o)%#-o ! to!os 'o"t)%#a %ara)tros &!rau#&'os/$o)tr&'os/rs&st"ts/t' Formula : 0.+
E∗Q B= 0.2 S
3 + / 3 3+(+∗m)
E=( n∗k )
donde: Ancho de la superficie libre del agua (m) %!endiente E oeficiente noeficiente de rugosidad segn anning ? coeficiente de forma valor promedio 0. par cauces formados en material aluvial vale +y/ para orillas dificlmente erosionables y para los rios facilmente erosionables su valor es de 0B a1. me
DIEO DE A VENTANA DE CATACION La captaci&n de agua se reali5a mediante una abertura llamada ventana de captaci&n debido a "ue se encuentra a una altura de .#B. m# del piso del canal de limpia como mDnimo (er figura 1)# %us dimensiones son calculadas en funci&n del caudal a derivar y de las condiciones econ&micas ms aconseables#!ara dimensionar la ventana de captaci&n se debe tomar en cuenta las siguientes recomendaciones: Ho : altura para evitar ingreso de material de arrastre@ se recomienda .#B. m# como mDnimo#7tros recomiendan ho H9+' aun"ue es obvio "ue cuanto mayor sea ho menor ser el ingreso de caudal s&lido#h : altura de la ventana de captaci&n@ es preferible su determinaci&n por la formula de vertedero:
formula:
Q=C ∗ L∗h
3 /2
Donde: ; : caudal a derivar ms caudal necesario para operaci&n del sistema de purga# : coeficiente de vertedero' en este caso 0#36L : longitud de ventana "ue por lo general se asume entre + a 6 m# En conclusi&n@ los parmetros de la ventana de captaci&n estn Dntimamenterelacionados' pero siempre es necesario tener en cuenta el factor econ&mico en eldiseño#
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ESTRUCTURAS DE DISIPACIÓN oma producto de la carga de posici&n ganada por colocaci&n de la cresta del vertedero de derivaci&n a una altura sobre el lecho del rDo' se genera una diferencia entre el canal antiguo y la 5ona del bocal' "ue es necesario controlar mediante la construcci&n de una estructura de disipaci&n (ver figura +)# Esta estructura por lo general tiene un colch&n o po5a disipadora' "ue permite disipar dentro de la longitud de la po5a de energDa cintica ad"uirida del fluo y asD salir hacia el canal de derivaci&n un fluo ms tran"uilo#
El caudal "ue pasa por cada compuerta se calcula mediante la siguiente f&rmula:
1/ 2
Q=C ∗ A∗( 2 gh )
$onde: ; : caudal "ue debe pasar por la compuerta (m89s) : coeficiente de descarga' su valor est entre .#B a .#3 A : rea de abertura de la compuerta (mI) g : aceleraci&n de la gravedad (m9s1) h : diferencia de niveles entre aguas arriba y a# abao de la compuerta (m)#
DETERMINACION DE LAS DIMENCIONES GEOMETRICAS E HIDRAULICAS DEL CANAL DE DERIVACION %e recomienda "ue el canal de derivacion sea rectangular por facilidad constructiva# %e aplica la formula de maning:
formula :
1
donde: 2 /3
V = ∗ R ∗S n
velocidad en el canal(m9s) noeficiente de rugosidad de manning(.#.06 para JAJ) >>adio hidraulico del canal (m) %!endiente del canal(por eficiencia hidraulica) y ;A*
1/ 2
Algunos investigadores plantean relacion esa en base al area del canal
olesGord:
=
√
Etcheverry:
=
1 ∗√ A 2
A
3
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Altura del Barraje Vertedero La altura del barrae vertedero est orientada a elevar o mantener un nivel de agua en el rDo' de modo tal "ue' se pueda derivar un caudal hacia el canal principal o canal de derivaci&n# ,ambin debe permitir el paso de agua e
o : cota del lecho detrs del barrae vertedero (del plano topogrfico) ho : altura necesaria para evitar el ingreso de material de arrastre (se recomienda ho - .#B. m)# h : altura "ue necesita la ventana de captaci&n para poder captar el caudal de derivaci&n ;d (asumir "ue funciona como vertedero#) #1.m# sumando de seguridad con el fin de corregir efectos de oleae y de coeficientes de la f&rmula' pudiendo ser mayor de ser posible#
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%e asume "ue el barrae es un vertedero de pared gruesa' por lo "ue su diseño se reali5a con la formula de Francis(En particular cuando son veretederos tipo (ME% 7 >EANE>)
formula :
donde: HeAltura total de la energia sobre la cresta(m) oeficiente de descarga sobre vertederos LLongotud del arrae(m)
Q=C ∗ L∗ He
1.+
Nota : !9Hd-0#++ (Ha.' arga de velocidad entrante despreciable) !9Hd20#++ (Ha≠.'arga de velocidad apreciable) ao la primera condicion(Ha despreciable)'el coeficiente de descarga es 0#3/O (Francis)
Donde: Ha arga de velocidad de apro
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Aplicando la formula fundamental de vertimiento en seccio rectangular de a5in' hallamos Hd
formula :
2 3/ 2 3 2 v v ) − ) Q=( )(μ∗b∗√ 2 g)∗(( H d + 3 2g 2 g3 /2
donde: ;caudal ma
Es recomendable dar formas a la cresta de modo tal "ue eviten la presencia de presiones negativas "ue podrDan generar capitaci&n "ue causen daños al concreto# Es conveniente aplicar la f&rmula del M#E#%# (P#%# Army Engineers' MaterGays E
,al como se describir mas adelante' la secci&n de barrae vertedero deber ir tomando forma para resistir a las solicitaciones de las fuer5as debido a la presi&n del agua' efectos sDsmicos' empue de tierras y subpresi&n#
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Espesor del Solado o Col!"n Disipador
ara rs&st&r # 'to ! #a su(%rs&5" s r'o)"!a(# 6u # 'o#'5" !&s&%a!or t"$a u" s%sor 6u so%ort # )%u- 6u o'as&o"a #a su(%rs&o".
La f&rmula "ue permite calcular el espesor conveniente se basa en "ue el peso del solado debe ser mayor "ue la subpresi&n' es decir: M ≥%p
@
sA9A
de donde
: ;s se reomienda e ≥ "#$"
E"ro'a!o ! rot''&5" o Es'o##ra Al final del colch&n disipador es necesario colocar una escollera o enrocado (rip 4 rap) con el fin de reducir el efecto erosivo y contrarrestar el arrastre del material fino por acci&n de la filtraci&n#
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a #o"$&tu! ! s'o##ra r'o)"!a!a %or B#&$ s: Ls # Lt $ Lo
Do"!: Lt # %&'( C )Db &*+,-./ : #o"$&tu! tota# ! s'o##ra Lo # %&'% C) D-+ ,-./ : #o"$&tu! !# 'o#'5" b : altura comprendida entre la cota del e
del barrae vertedero' en m# % : altura comprendida entre el nivel de agua en el e
de la cresta del barrae vertedero' en m# & : avenida de diseño por unidad de longitud del vertedero# ' : coeficiente de ligh#
