Diseño Hidraulico de. Bocatoma

Curso:IRRIGAC IONES 1

DISEÑO HIDRÁULICO DE BOCATOMA

1. DIMENSIONAMIENTO HIDRÁULICO El dimensionamiento dimensionamiento hid!"li#o hid!"li#o de "na est"#t"a est"#t"a de #a$ta#i%n se &asa en el #om$otamient #om$otamiento o del a'"a (a sea en mo)imiento o en e$oso. El dimensionamiento hid!"li#o de&e satis*a#e las #ondi#iones si'"ientes. -

Esta&ilidad del #a"#e al $aso de la a)enida de dise+o ,Hid!"li#a -l")ial.

-

Ase'"a $emanentemente el #a"dal de in'eso.

-

Ca$ta lo m/nimo de mateial s%lido.

-

0o)ee "n sistema de #om$"etas "e e)iten la sedimenta#i%n de s%lidos ( mateial *lotante *ente a la &o#al.

1.1. DATOS DATOS DE DISEÑO -

La &o#atoma de dise+o es #on $esa de dei)a#i%n de &aa2e *i2o del ti$o Cea'e o 3es ,la ele##i%n del ti$o de &o#atoma de$ende! de las #aa#te/sti#as de *l"2o o #a"dal4 esta&ilidad ( #a"#e del /o5 adem!s de$ende! de la 'eomo*olo'/a de la 6ona de #a$ta#i%n4 a7n de la #limatolo'/a.

-

Las #aa#te/sti#as del /o $esenta "n #a"#e al")ial4 de monta+a4 #"en#a media ( $endiente $omedio de 8.898. El :'imen del *l"2o del /o es $emanente4 lamina ( s"&;#/ti#o en la 6ona de #a$ta#i%n4 )aiando en al'"nos tamos a :'imen #/ti#o.

-

Las se##iones medidas en el e2e4 a < metos a'"as ai&a ( < metos a'"as a&a2o4 son 11.<84 =.>8 ( 11.?8 m9 es$e#ti)amente.

-

Los Los $e/ $e/me met tos os hid hid!" !"lili#o #oss medi medido doss en los los mism mismos os e2es e2es son son 1=.@ 1=.@84 84 1?.1 1?.18 8 ( 98. 98.< < m es$e#ti)amente.

-

El #a"dal de dise+o es de 8.@8 ms ,de$ende de los e"eimientos de ie'o.

1.9. CÁLCULO DEL CAUDAL DE AENIDA AENIDA Se eali6a en *"n#i%n a datos o&tenidos en #am$o4 en :$o#a de a)enida o estia2e ,se o&se)a!n las h"ellas del *l"2o en las i&eas del #a"#e. 0e)io al dise+o de la &o#atoma4 de&en )ei*i#ase los $a!metos 'eom:ti#os ,!ea4 $e/meto mo2ado4 adio hid!"li#o4 es$e2o de a'"a4 et#. e hid!"li#os del /o ,)elo#idad4 #a"dal4 tiante nomal4 et#.. 0aa ello se detemina la se##i%n del #a"#e del /o en tes $"ntos #omo m/nimo4 so&e el e2e de toma4 a < m a'"as ai&a ( a < m a'"as a&a2o. El se##ionamiento esta! en *"n#i%n a la ma'nit"d de la o&a e im$otan#ia im$otan#ia del sistema de ie'o4 $"diendo $"diendo se##ionase hasta <8 m a'"as ai&a ( a'"as a&a2o del e2e de toma. -i'"a 81 Caa#te/sti#as del #a"#e en las se##iones < m a&a2o ( ai&a de la toma4 ( en el e2e. Sección a 5 m aguas debajo de la toma: L!"#$% ml &'#(% m)

Sección en el eje de la toma: L!+#5% ml _____________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________ _______________________________________ &!!#5% m) ____________________________________Escuela Profesional Profesional de Ingeniería Civil


Sección a 5 m aguas arriba de la toma: L!$#)% ml &!!#*% m)

-"ente Ela&oa#i%n $o$ia. A. CÁLCULO DEL ÁREA 0ROMEDIO.; 0ROMEDIO.; Es la s"ma de las !eas4 di)idido ente el n7meo de estas4 se #al#"la #on la si'"iente eF$esi%n A$omG ,A1A9A4 A$omG ,=.>811.<811.?84 ,=.>811.<811.?84 Aprom= 11.00 m2 B. CÁLCUL CÁLCULO O DEL 0ERMET 0ERMETRO RO 0ROMEDI 0ROMEDIO.; O.; Es la s"ma s"ma de los $e/met $e/metos os44 di)idido di)idido ente el n7meo de estos4 se #al#"la #on la si'"iente eF$esi%n 0$omG ,010904 0$omG ,1?.181=.@898.<4 Pprom= 19.38 m2 C. CÁLCULO CÁLCULO DEL RADIO RADIO HIDRÁULIC HIDRÁULICO.; O.; Es la ela#i%n ela#i%n ente el !ea ( el $e/meto4 $e/meto4 se #al#"la #al#"la #on la si'"iente eF$esi%n RGA04 RG11.881=.?4 R=0.57 m D. CÁLCUL CÁLCULO O DE LA ELOC ELOCIDA IDAD D DEL RO.; RO.; Se "tili6 "tili6a a la *%m"la *%m"la de Mannin'4 Mannin'4 se #al#"la #al#"la #on la si'"iente eF$esi%n )GR9S19n 0e)iamente de&e deteminase el #oe*i#iente de "'osidad JnK del /o se'7n CO3AN nG,n8n1n9nnm< Donde4 n8 n1 n9 n n m<

     

0aa aa 'a)a '"esa. 0aa "n 'ado de ie'"laidad modeado. 0aa se##i%n o#asionalmente altenante. 0aa 0aa e*e# e*e#to to o&st o&st" "#t #to o meno meno. 0aa )e'eta#i%n &a2a. 0aa #antidad de meandos meno.

Se ha en#ontado los si'"ientes )aloes en la Ta&la 81 noG8.894 n 1G8.8184 n9G8.88<4 nG8.8184 nG8.88< ( m98.898198.8<4 v=1.83 m/s Ta&la Ta&la 81 R"'osidad $aa #anales nat"ales. Mateial #onsideado ,no

Condi#i%n del mateial - Tiea - Ro#a #otada - a)a *ina - a)a '"esa

aloes 8.88 8.89< 8.89 8.89

_____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________ ____________________________________Escuela Profesional Profesional de Ingeniería Civil


Sección a 5 m aguas arriba de la toma: L!$#)% ml &!!#*% m)

-"ente Ela&oa#i%n $o$ia. A. CÁLCULO DEL ÁREA 0ROMEDIO.; 0ROMEDIO.; Es la s"ma de las !eas4 di)idido ente el n7meo de estas4 se #al#"la #on la si'"iente eF$esi%n A$omG ,A1A9A4 A$omG ,=.>811.<811.?84 ,=.>811.<811.?84 Aprom= 11.00 m2 B. CÁLCUL CÁLCULO O DEL 0ERMET 0ERMETRO RO 0ROMEDI 0ROMEDIO.; O.; Es la s"ma s"ma de los $e/met $e/metos os44 di)idido di)idido ente el n7meo de estos4 se #al#"la #on la si'"iente eF$esi%n 0$omG ,010904 0$omG ,1?.181=.@898.<4 Pprom= 19.38 m2 C. CÁLCULO CÁLCULO DEL RADIO RADIO HIDRÁULIC HIDRÁULICO.; O.; Es la ela#i%n ela#i%n ente el !ea ( el $e/meto4 $e/meto4 se #al#"la #al#"la #on la si'"iente eF$esi%n RGA04 RG11.881=.?4 R=0.57 m D. CÁLCUL CÁLCULO O DE LA ELOC ELOCIDA IDAD D DEL RO.; RO.; Se "tili6 "tili6a a la *%m"la *%m"la de Mannin'4 Mannin'4 se #al#"la #al#"la #on la si'"iente eF$esi%n )GR9S19n 0e)iamente de&e deteminase el #oe*i#iente de "'osidad JnK del /o se'7n CO3AN nG,n8n1n9nnm< Donde4 n8 n1 n9 n n m<

     

0aa aa 'a)a '"esa. 0aa "n 'ado de ie'"laidad modeado. 0aa se##i%n o#asionalmente altenante. 0aa 0aa e*e# e*e#to to o&st o&st" "#t #to o meno meno. 0aa )e'eta#i%n &a2a. 0aa #antidad de meandos meno.

Se ha en#ontado los si'"ientes )aloes en la Ta&la 81 noG8.894 n 1G8.8184 n9G8.88<4 nG8.8184 nG8.88< ( m98.898198.8<4 v=1.83 m/s Ta&la Ta&la 81 R"'osidad $aa #anales nat"ales. Mateial #onsideado ,no

Condi#i%n del mateial - Tiea - Ro#a #otada - a)a *ina - a)a '"esa

aloes 8.88 8.89< 8.89 8.89



ado de ie'"laidad ,n1

aia#iones aia#iones de la se##i%n tans)esal ,n 9 E*e#to elati)o de o&st"##iones ,n

e'eta#i%n ,n

Cantidad de meandos ,m<

- Liso - Meno - Modeado - Se)eo - ad"al - O#asionalmente altenante - -e#"entemente altenante - Des$e#ia&le - Meno - A$e#ia&le - Se)eo - Ba2a - Media - Alta - M"( alta - Meno - A$e#ia&le - Se)ea

8.888 8.88< 8.818 8.898 8.888 8.88< 8.818;8.81< 8.888 8.818;8.81< 8.898;8.88 8.88;8.8@8 8.88<;8.818 8.818;8.898 8.89<;8.8<8 8.8<8;8.188 1.888 1.1<8 1.88

-"ente Ii'a#iones4 H"tado E4 UNA0;E0IC4 9819. E. CÁLCULO CÁLCULO DE LA AEN AENIDA IDA MÁIMA MÁIMA.; .; A$li#ando A$li#ando la e#"a#i%n e#"a#i%n de la #ontin"idad4 #ontin"idad4 se #al#"la #on la si'"iente eF$esi%n GA)4 G11.881.?4 Q=20.13 m3 /s -. CÁLCU ÁLCULO LO DEL DEL TIR TIRANTE ANTE NOR ORMA MAL L DEL DEL RO. RO.;; El #a"# #a"#e e de "n /o /o tien tiene e "na "na se##i e##i%n %n hid!"li#amente %$tima4 $o ha&ese *omado en "n $e/odo 'eol%'i#o la'o4 $o lo "e se a$li#a la ela#i%n RG(94 (G9R4 (G98.<>4 y=1.14 m 1.. COM0ORTAMIENTO COM0ORTAMIENTO DEL CAUCE ,DETERMINACIPN DE LA SECCIPN MEDIA DEL CAUCE El an!lisis se eali6a $aa estima el an#ho de en#a"6amiento del /o ( o&se)a la esta&ilidad del /o4 $aa 'aanti6a "n sistema de #a$ta#i%n %$timo. En s/ntesis4 la esta&ilidad del /o de&e $emiti "na ela#i%n de la 'eomet/a de la se##i%n ( la $endiente del #anal4 #on el #a"dal ( las #aa#te/sti#as del mateial de *ondo ( las $aedes del #a"#e. 0aa el e*e#to se "tili6an dos m:todos de an!lisis de esta&ilidad la teo/a del :'imen ( el m:todo de Alt"nin. La teo/a del :'imen a$li#a los m:todos de La#e(4 Blen#h4 Blen#h4 Simons ( Al&etson4 ente otos. A. MQTODO DE LACE Este a"to intod"#e el $e/meto mo2ado ( el adio hid!"li#o en )e6 del an#ho ( tiante medio del /o. La#e( ta&a2% so&e las si'"ientes si'"ientes #aa#te/sti#as #aa#te/sti#as de #anales. #anales. So&e "n mateial de *ondo no #ohesi)o4 #ohesi)o4 di!meto medio del mateial de *ondo ente 8.1< ( 8.8 mm4 ond"la#iones en el *ondo4 tans$ote del mateial del *ondo in*eio a <88 $$m ( #a"dal dominante ente 1.8 a 9?8 m s. 1

B = 4.831Q 2

Donde4 B 

 

An# An#ho de la s"$e s"$e*i#i *i#ie e li& li&e e del del a'"a a'"a ,m. ,m. Ca"da a"dall domi domina nant nte e o m!F m!Fimo imo de dise dise+ +o ,ms. BG.?1,98.1194 B=21.67 m



1

f = 50.60 Dm 2

*G<8.@8,8.9<194 f=25.30 1

 Q  = 0.474    f 

3

y m

(mG8.>,98.19<.814 ym=0.44 m Donde4 *  (m  Dm 

-a#to de sedimenta#i%n. Tiante medio ,m. Di!meto medio del mateial de *ondo ,mm.

El di!meto medio de las $at/#"las de *ondo del #a"#e es de 8.9< mm4 el "e se en#"enta dento de los an'os ta&a2ados $o La#e(. 3

1

Rh i = 0.0002032 f 2 y m 2

Donde4 Rh i

 

Radio Hid!"li#o ,m. 0endiente del /o. RhG8.888989* 9(m19i4 RhG8.88898,9<.89,8.198.8984 Rh=0.86 m

B. MQTODO DE BLENCH Este in)esti'ado intod"#e dos $a!metos4 el *a#to de *ondo - & ,"e toma en #"enta la esisten#ia del *ondo ( el *a#to de oilla - s ,mide la esisten#ia de las oillas4 "e tienen en #"enta la #on#enta#i%n del mateial tans$otado en s"s$ensi%n4 el di!meto de las $at/#"las de *ondo ( la esisten#ia de las oillas a se eosionadas. 1/ 2

 Q × F b   B = 1.81×    F S  Donde4 B -& -s 

   

An#ho de la s"$e*i#ie li&e del a'"a ,m. -a#to de *ondo. -a#to de oilla. Ca"dal m!Fimo de a)enida ,ms. Ta&la 89 -a#toes de -ondo ( Oilla.

Fa!or "# fon"o

Ti$o de mateial Mateial '"eso ,Dm8.< mm Mateial *ino ,Dm8.< mm

Fa!or "# or$%%a

-& 1.98 8.?8

Ti$o de mateial Mateial s"elto ,aena Mateial medio #ohesi)o Mateial #ohesi)o; a#illa

-s 8.18 8.98 8.8

-"ente Ii'a#iones4 H"tado E4 UNA0;E0IC4 9819. Se'7n las #aa#te/sti#as del #a"#e del /o ,Dm G8.9< mm4 el *a#to de *ondo se'7n la Ta&la 894 $aa "n mateial *ino ,Dm8.< mm es de 8.?84 el *a#to de oilla se! de 8.98 $aa "n mateial medio #ohesi)o. B G 1.?1,,98.1,8.?88.98194 B=16.24 m

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1

 F Q  y =  s   F b   

3

2

Donde4 (



Tiante medio ,m.

0o las #ondi#iones del #a"#e del /o4 se #onsidea "e el -a#to de *ondo es 8.?8 ,$o se el D m 8.9< mm4 ( el *a#to de oilla 8.98 ,$o se mateial medio #ohesi)o. (G,,8.98,98.1,8.?8914 y=1.85 m 5

1

F b 6 F s 12

i=

1

3.28 KQ

6

 1 + C s     2330 

K = 3.63

g 1

v4

Donde4 i ) Cs  sedimento.

a'"a;

   

0endiente del /o. is#osidad de la me6#la a'"a;sedimento ,m9s. Con#enta#i%n de mateial de *ondo ,$$m4 se estima en @8 $$m. Coe*i#iente en *"n#i%n de la ,' 'a)edad ( la ,) is#osidad de la me6#la G.@ ,=.?11>914 &=5.75

iG ,,8.?8<@8.98119 ,,.9? ,<.>< ,98.11@,1@8984 $=0.020 Ta&la 8 Coe*i#iente de )is#osidad din!mi#a ( #inem!ti#a del a'"a en *"n#i%n de la tem$eat"a. Tem$eat" a en VC

is#osidad din!mi#a4 m en 18;? ' *sm9

is#osidad #inem!ti#a4 m en 18 m9s

Tem$eat" a en VC

is#osidad din!mi#a4 m en 18;? ' *sm9

is#osidad #inem!ti#a4 m en 18 m9s

< @ > ? = 18 11 19 1 1 1<

1.<? 1.<88 1.<@ 1.1 1.>9 1. 1.9=@ 1.9@8 1.99> 1.1= 1.1@9

1.<1= 1.>9 1.9? 1.?@ 1.@ 1.8? 1.9>9 1.9> 1.98 1.1>9 1.11

1@ 1> 1? 1= 98 91 99 9 9 9< 9@

1.1 1.18 1.8>@ 1.8= 1.89< 1.888 8.=>@ 8.=< 8.=9 8.=11 8.?=8

1.119 1.8? 1.8<> 1.81 1.88> 8.=? 8.=@8 8.=? 8.=1> 8.?=@ 8.?>@

-"ente Ii'a#iones4 H"tado E4 UNA0;E0IC4 9819. C. MQTODO DE SIMONS  ALBERTSON Estos in)esti'adoes &asan s"s est"dios en o&se)a#iones de /os en la India ( Estados Unidos. Estos a"toes dan al'"nos an'os de a$li#a&ilidad del m:todo4 $o e2em$lo4 el an#ho medio del #a"#e B m ente 8.@8m a >=.9m4 el tiante ( ente 8.?m ( .14 el di!meto medio del mateial de *ondo Dm ente 8.89? mm ( ?8 mm4 el #a"dal  ente 8.1 m s ( 9 ms ( la #on#enta#i%n de mateial tans$otado C ente 1<@ $$m ( ?888 $$m4 *inalmente  1 ( 9 #on )aloes de .1@ ( 8.9> es$e#ti)amente. _____________________________________________________________________________________________ ____________________________________Escuela Profesional de Ingeniería Civil


Las *%m"las son las si'"ientes Bm

= 0.9 P = 0.91 K 1Q 0.512 Bm

= 0.92 B − 0.61

Donde4 Bm 0 

 

 An#ho medio del #a"#e ,m. 0e/meto del #a"#e ,m. Ca"dal o 'asto ,ms. BmG,8.=1,.1@,98.18.<194 Bm=13.38 m y

= 1.21 R = 1.21 K 2Q 0.361

4 $aa

y = 0.61 + 0.93 R = 0.61 + 0.93 K 2 Q 0.361

Rh

≤ 2.60m

4 $aa

Rh

≥ 2.60m

Consideando "e el di!meto medio de las $at/#"las del /o es de 8.9< mm4 se a$li#a la $imea ela#i%n Ta&la 8 Coe*i#iente de )is#osidad din!mi#a ( #inem!ti#a del a'"a en *"n#i%n de la tem$eat"a. Mateial

1

9





m

1. -ondo ( oillas de aena.

@.8

8.1

,=.

8.9

,1

9. -ondo de aena ( oillas #ohesi)as.

,.> ,8.> ,18.>> ,8.<9<    

,1

. -ondo ( oillas #ohesi)as.

.=@

8.<@

. -ondo ( oillas #on mateial '"eso no #ohesi)o.

.1@

,8.9> ,18.>@  

<. I'"al "e 9 $eo #on m"#ho tans$ote 9888 $$m  C  ?888 .8= $$m.

8.@

;

=.@?

8.?>

;

8.?<

,8.9?@ 

;

8.9?@

-"ente Los )aloes ente $a:ntesis *"eon dados $o Simons ( Al&etson ,1=@ ( los dem!s se o&t")ieon de las *i'"as "e ellos ela&oaon. _____________________________________________________________________________________________ ____________________________________Escuela Profesional de Ingeniería Civil


(G,1.91,8.9>,.<18.@14 y=0.56 m 1

 S =   K K K 1

3

1

+

1 2m

2

'

Q

0.722m

'

− 0.127

m  

'

SG,1,,.1@,18.>@,8.9>19,8.9?@,98.18.>99,8.9?@;8.19>18.9?@4 ' = 0.0026 D. MQTODO DE ALTUNIN Este m:todo es el m!s #om$le2o de todos4 #ontem$la $a!metos hid!"li#os4 'eom:ti#os4 esistentes4 et#. ( &asa s" est"dio en "n #iteio 'eo'!*i#o;'eomo*ol%'i#o del ti$o de /o. Clasi*i#a las se##iones o tamos de /o en Ti$o A ( B. -

Ti$o A Oillas m"( esistentes a la eosi%n. -omadas $o mateiales #ohesi)os o &oleos. Ti$o B Oillas $o#o esistentes a la eosi%n. -omadas $o mateiales al")iales sin #ohesi%n.

I'"almente distin'"e tes 6onas $in#i$ales a lo la'o del desaollo lon'it"dinal de "n /o ( son -

Wona monta+osa4 s" *ondo est! *omado $o o#a4 &oleos ( #antos odados ( 'a)a4 $endientes *"etes. Wona intemedia4 *omado $o 'a)as ( aenas4 *"etes #am&ios de $endiente4 se ini#ia el de$%sito de mateial al")ial. Wona de $lani#ie4 el *ondo es de aena $in#i$almente4 limos ( a#illas4 $endientes menoes4 se desaollan meandos. B =

EQ 0.5 S 0.2 3

 5  3+ 5m E =  nK 3     

Donde4 B  An#ho de la s"$e*i#ie li&e del a'"a ,m. S  0endiente. E  Coe*i#iente. n  Coe*i#iente de "'osidad se'7n Mannin'.   Coe*i#iente de *oma. S" )alo es de ? a 19 $aa #a"#es *omados en mateial al")ial. Como )alo $omedio se e#omienda toma el )alo de 18. 0aa /os #on oillas di*/#ilmente eosiona&les4  )ale ente  ( <4 ( $aa #a"#es #on oillas m"( *!#ilmente eosiona&les al#an6a )aloes de 1@ a 98. m  EF$onente en *"n#i%n de los es*"e6os #otante ( #otante #/ti#o ,mG8.>8. EG,,8.8<,18<,<,8.>84 (=1.52 B G ,1.<9,98.18.<,8.8988.94 B=14.91 m -inalmente se halla el $omedio de los tes 7ltimos es"ltados o&tenidos4 ( se des#ata el $ime m:todo se des#ata $o se di*eente a los otos m:todos. Se tiene los si'"ientes es"ltados del an#ho de la s"$e*i#ie li&e del a'"a 91.@>4 [email protected]4 1.? ( 1.=1 m4 en este #aso el $omedio es 1.? m. Ta&la 8< Res"men del an#ho medio del #a"#e. M:todos de an!lisis de esta&ilidad La#e( Blen#h Simons ( Al&etson Alt"nin An#ho medio del #a"#e ,Bm

Bm ,m 91.@> [email protected] 1.? 1.=1

Se a#e$ta ,Si o ,No No Si Si Si 14.84 m



-"ente Ela&oa#i%n $o$ia.

1.. DISEÑO DE LA ENTANA DE CA0TACIPN 0e)io a ini#ia el #!l#"lo de la )entana de #a$ta#i%n se de&en tene en #"enta los si'"ientes as$e#tos Ha&e de*inido el ti$o de &o#atoma a dise+a4 la "e de&e esta en *"n#i%n de las #aa#te/sti#as hid!"li#as ( 'eom:ti#as del /o4 de la to$o'a*/a de la 6ona ( de la o*eta h/di#a del /o. Reali6a el es"ema de la *"t"a &o#atoma4 #on los $edimensionamientos #oes$ondientes4 tomando en #onsidea#i%n los !n'"los de dei)a#i%n4 tanto $aa el &aa2e4 #om$"eta de lim$ia ( &o#al de #a$ta#i%n. De*ini si el &o#al de #a$ta#i%n tend! e2illa4 #om$"eta4 las dos o nin'"na de ellas. Lo "e de*ini! al es$e#to4 se! el aaste de s%lidos4 tanto de *ondo #omo de *lota#i%n ,aaste de s%lidos en s"s$ensi%n #omo amas4 &as"a4 et#..

-

-i'"a 89 Ca'a hid!"li#a 'eneada.

-"ente Dise+o de Bo#atoma?4 Mansen A4 UNI;-IC. 0aa el #!l#"lo del &o#al o )entana de #a$ta#i%n se si'"en dos $o#edimientos a &

C"ando se em$lea la e#"a#i%n de la ene'/a ,Beno"lli4 a $ati del #anal ad"#to o de dei)a#i%n. C"ando se #onsidea el in'eso del #a"dal #omo "n oi*i#io aho'ado o "n )etedo. El $ime #aso se da! #"ando el /o est! en m!Fima a)enida ( el se'"ndo #"ando el /o est! en s" m/nima a)enida o estia2e.

De am&os $o#edimientos el m!s min"#ioso es el $imeo $"esto "e anali6a las $:didas de #a'a4 oi'inadas $o las #aa#te/sti#as de dise+o de la &o#atoma. 0aa el #aso del $esente e2em$lo se )an anali6a am&os $o#edimientos. A. 0RIMER 0ROCEDIMIENTO CÁLCULO DE LA ENTANA DE CA0TACIPN CONSIDERÁNDOLO COMO UN ERTEDERO U ORI-ICIO AHOADO Los datos e"eidos $e)iamente $aa el dise+o de&en se -

Ca"dal de #a$ta#i%n4 $aa n"esto #aso es de 8.@8 ms. Lon'it"d de la )entana de #a$ta#i%n ,de$ende del #anal de dei)a#i%n4 $aa el e2em$lo se as"me LG1.88 m. Alt"a de la )entana de #a$ta#i%n ,de$ende del aaste de s%lidos del /o4 se e#omienda "na alt"a ente 8.8 m a 8.@8 m. de$endiendo del ti$o ( #antidad de s%lidos.



-i'"a 8 Caa#te/sti#as en la toma.

-"ente Ela&oa#i%n $o$ia. Se "tili6a la *%m"la de )etedeos 3

Q = C . L.h 2 2

h

Q  3 =    C  . L 

hG,8.@8,,1.?,1.8894 h=0.47 m Donde4  L C h

   

Ca"dal de dise+o o #a$ta#i%n ,ms. Lon'it"d de las )entana de #a$ta#i%n ,m. Coe*i#iente del )etedeo ,CG1.?. Alt"a de la )entana de #a$ta#i%n ,m.

Se as"me h = 0.50 m $o $o#edimiento #onst"#ti)o4 ( l"e'o se #al#"la el caudal de exceso "e in'esa! $o la )entana de #a$ta#i%n  G ,1.?,1.88,8.<894 Q=0.65 m3 /s Si se #om$ota #omo oi*i#io aho'ado ,en a)enida4 se a$li#a la si'"iente ela#i%n 1

Q = Cd . A.(2 gh) 2 2

  Q Cd . A     h= 2 g

h G ,8.@8,,8.><,1.88,8.<89,,9,=.?14 h = 0.13 m Donde4   Cd  A  h 

Ca"dal de dise+o4 en m s. Coe*i#iente de des#a'a del oi*i#io ,CdG8.><. S"$e*i#ie del oi*i#io4 en m9 ,AG1.88F8.<8G8.<8 m9. 0:dida de #a'a ,di*een#ia ente el ni)el a'"a dento del e'isto ( el ni)el de a'"a en la se##i%n ai&a del )etedo4 en meto.

Se as"me h = 0.15 m $o $o#edimiento #onst"#ti)o4 ( l"e'o se #al#"la el #a"dal de eF#eso "e in'esa! $o la )entana de #a$ta#i%n _____________________________________________________________________________________________ ____________________________________Escuela Profesional de Ingeniería Civil


 G ,8.><,8.<8,,9,=.?1,8.1<194 Q=0.64 m3 /s

B. SEUNDO 0ROCEDIMIENTO A0LICANDO LA ECUACIPN DE LA ENERA 0ARA HALLAR LAS DIMENSIONES DE LA ENTANA DE CA0TACIPN a.

DETERMINANDO LAS DIMENSIONES EOMQTRICAS E HIDRÁULICAS DEL CANAL DE DERIACIPN

Se e#omienda "e el #anal de dei)a#i%n sea e#tan'"la $o *a#ilidad #onst"#ti)a. Se a$li#a la *%m"la de Mannin' v =

1 n

2

1

3

R S 2

Donde4 ) n R S

   

elo#idad en el #anal ,ms. Coe*i#iente de "'osidad de Mannin' ,nG8.814 $aa CV. Radio Hid!"li#o del #anal ,m. 0endiente del #anal ,SG8.881.

Se sa&e "e AG&(4 RG(9 ,$o e*i#ien#ia hid!"li#a4  G A)5 &G1.88 m. Enton#es la *%m"la de Mannin' se! Q =

A n

2

1

3

R S 2

0.60=1.00y(y/2)2/3(0.001)1/2/0.014, y=0.60 m

Al'"nos in)esti'adoes $lantean ela#iones en &ase al !ea del #anal Ta&la 8@ In)esti'adoes $aa #al#"la el tiante. In)esti'ado MolesXod

-%m"la A

y =

Et#he)e(

y =

3 1 2

A

-"ente Ii'a#iones4 H"tado E4 UNA0;E0IC4 9819. -

El !ea se! AG&(4 AG1.88F8.<84 A=0.50 m2 El Radio hid!"li#o se! RG(94 RG8.@894 R=0.30 m La )elo#idad se! )GA4 )G8.@88.<84 v=1.20 m/s

El &ode li&e se estima en "n te#io del tiante tG8.98 m4 $o lo "e el dise+o del #anal de dei)a#i%n tend! la si'"iente se##i%n -i'"a 8 Se##i%n del #anal de dei)a#i%n. %#

%#

!#

-"ente Ela&oa#i%n $o$ia. _____________________________________________________________________________________________ ____________________________________Escuela Profesional de Ingeniería Civil


&.

A0LICACIPN DE LA ECUACIPN DE LA ENERA ,BERNOULLI 0ARA EL CÁLCULO DE LA ENTANA DE CA0TACIPN -i'"a 8< 0"ntos de a$li#a#i%n $aa la e#"a#i%n de la ene'/a.

-"ente Ela&oa#i%n $o$ia. -i'"a 8@ Caa#te/sti#as en la toma ,e2e $aa los $"ntos de a$li#a#i%n.

-"ente Dise+o de Bo#atoma4 Mansen A4 UNI;-IC. BERNOULLI ENTRE 1;9 Como en #anales4 el a'"a #i#"la a $esi%n atmos*:i#a4 $o lo "e Beno"lli se a$li#a #omo si'"e z 2

-

+ y

2

cosθ

+ α

v2

2

2 g

= z + y 1

1

cosθ

+ α

v1

2

2 g

+ hL

El !n'"lo θ 4 mide la in#lina#i%n ente el $"nto 1 ( el $"nto 94 #"ando es m"( $e"e+a4 se #onsidea 8V ,#os8VG1. El !n'"lo α 4 mide la )aia#i%n an'"la en el $lano hoi6ontal4 al no ha&e )aia#i%n4 tiende a "no ,1. hL es la $:dida de #a'a en el $"nto 14 #omo :ste es "n #anal #on *l"2o lamina4 no se #onsidea $:didas de #a'a ,hLG8.



Como AG&(4 &G1.88 m4 G8.@8 m s ( GA)4 enton#es ) 9G8.@8,1.88(94 )9G8.@8(95 eem$la6ando los )aloes4 se tiene ;8.@81.88(91.88,8.@8(99,9,=.?1G8.888.<8,1.88,1.989,9,=.?18.88) y2=1.25 m )9G,&(94 )9G8.@8,1.88,1.9<4 v2=0.48 m/s BERNOULLI ENTRE 9; z 3

+ y3 cosθ + α

v3

2

2 g

= z 2 + y2 cosθ + α

v2

2

2 g

+ hL

En el $"nto 94 se $od"#e $:dida de #a'a $o el #"en#o amoti'"ado o $o6a de disi$a#i%n4 lo "e se #al#"la #on la *%m"la de Da#(;3eis&a#h h L

= f . L . v D

2

2 g

donde4 hL * L D ) '

     

0:dida de #a'a de&ida a la *i##i%n ,m. -a#to de *i##i%n de Da#( ,adimensional. Lon'it"d del #anal de in'eso ,$aa el e2em$lo es @<.88 m. Tiante en la $o6a o #"en#o ,m. elo#idad media del *l"ido ,ms. A#elea#i%n de la 'a)edad ,'G=.?1 ms9.

La $:dida de *i##i%n $aa el *l"2o en t"&e/as $"ede a$li#ase a es#"imientos "ni*ome ( #asi "ni*ome en #anales a&ietos. El )alo del *a#to de *i##i%n de Da#(4 ( la e#"a#i%n "tili6ada $aa s" #!l#"lo4 de$ende del :'imen de *l"2o. En :'imen lamina la eF$esi%n 'eneal desaollada es la si'"iente ,0a)lo)4 1=?1 f =

K Re

donde4 1  Re D 

-a#to n"m:i#o "e de$ende de la *oma del #anal ,G9 $aa #anales e#tan'"laes ( G1 $aa #anales tian'"laes.  N7meo de Re(nolds4 de$ende! en #ieta *oma del ti$o de #anal. El )alo )a/a ente <88 a @88 ,en Te ChoX. $. 1<4 Hid!"li#a de Canales A&ietos. Es el tiante del #a"#e ,m. *G9<884 f=0.048 hLG8.8?,@<.88,8.?9,,1.9<,9,=.?14 h* =0.03 m

Como AG&(4 &G1.88 m ,se #onsidea "n an#ho "ni*ome en todo el #anal de in'eso4 G8.@8 m s ( GA)4 enton#es )G8.@8,1.88(G8.@8(4 eem$la6ando )aloes 8.181.88(1.88,8.@8(9,9,=.?1G;8.@88.?1,1.881.88,8.?9,9,=.?18.84 y3=0.42 m )G8.@8,1.88,8.94 v3=1.43 m/s BERNOULLI ENTRE ;

1 En la región laminar: , es ms alto .ue en canales lisos / varía entre $% a ""# En la región

turbulenta: La forma de canal tiene un efecto 0ronunciado sobre el factor de fricción / decrece# _____________________________________________________________________________________________ ____________________________________Escuela Profesional de Ingeniería Civil


En la )entana de #a$ta#i%n se $od"#en $:didas de #a'a $o #onta##i%n en las $aedes lateales ( $o e2illa ,en el #aso de "e se #onsidee en el dise+o. 0aa anali6a s" in#iden#ia en la )entana de #a$ta#i%n ( en el #a"dal a #a$ta $aa #om$ensa :stas $:didas4 se a$li#a Beno"lli ente  ( . z 4

+ y Cosθ + α 4

v4

2

2 g

= z + y Cosθ + α 3

3

v3

2

2 g

+ hL

0e)iamente de&e #al#"lase la $:dida de #a'a $o e2illa4 $aa lo #"al de&e #ono#ese el n7meo de )aillas en la e2illa N =

Lt d

−1

donde4 N Lt d

 N7meo de &aotes en la e2illa.  Lon'it"d del &o#al de #a$ta#i%n.  Se$aa#i%n ente e2es de #ada &aote o )ailla.

Las e2illas $"eden *a&i#ase de )aillas ,se##i%n #i#"la o $latinas "nidas mediante soldad"a *omando $aneles. Es e#omenda&le "e la se$aa#i%n ente )aillas sea de 8.89< m a 8.18m $aa mateial *ino ( de 8.18m a 8.98m $aa mateial '"eso. La distan#ia ente )aillas o $latinas se toma ente e2es. La e2illa $"ede #olo#ase #on in#lina#iones ente >
-"ente Dise+o de Bo#atoma4 Mansen A4 UNI;-IC. -i'"a 8> entana de #a$ta#i%n #on e2illa.

-"ente Dise+o de Bo#atoma4 Mansen A4 UNI;-IC. _____________________________________________________________________________________________ ____________________________________Escuela Profesional de Ingeniería Civil


La $:dida de #a'a $o e2illa se #al#"la $o medio de las si'"ientes ela#iones 2

V hr = ϕ .C r 2 g 4

 S  3 C = β   Senφ  b 

donde4 C & S & 1 ϕ



 Coe*i#iente de la se##i%n tans)esal.  Coe*i#iente "e de$ende de la se##i%n tans)esal , β G9.9  Es$eso de la e2a4 en #m.  Lon'it"d li&e ente &aas4 en #m.  Án'"lo de in#lina#i%n de la e2a de >
La $:dida de #a'a $o #onta##i%n se #al#"la $o h#G8.9,1.9,9,=.?14 h=0.02 m donde4 #  Coe*i#iente de entada4 de$ende de las #aa#te/sti#as de las aistas de entada ,# G 8.9. Ta&la 8> Coe*i#iente # $aa el ti$o de entada a la )entana de #a$ta#i%n. Ti$o de entada a la )entana de #a$ta#i%n Entada a&o#inada Aista edondeada Aista e#ta

# 8.8 8.9 8.<8

A&et"a de la )entana

-"ente Ii'a#iones4 H"tado E4 UNA0;E0IC4 9819. 0:dida de #a'a total hLGhh# hLG8.8=8.894 h*=0.11 m Como AG&(4 &G1.88 m ,se #onsidea "n an#ho "ni*ome en todo el #anal de in'eso4 G8.@8 m s ( GA)4 enton#es )G8.@8,1.88(G8.@8(4 eem$la6ando )aloes 8.881.88(1.88,8.<8(9,9,=.?1G8.188.9,1.881.88,1.9<9,9,=.?18.114 y4=0.66 m )G8.@8,1.88,8.@@4 v4=0.91 m/s ei*i#ando las #aa#te/sti#as hid!"li#as del /o4 o&se)amos "e la )elo#idad ( el tiante son )G1.? ms e (G1.1 m 0o lo tanto se 'aanti6a la #ondi#i%n de #a'a4 la dimensi%n *inal de la )entana se! de 1.88F8.9 m. _____________________________________________________________________________________________ ____________________________________Escuela Profesional de Ingeniería Civil


-i'"a 8? Caa#te/sti#as de la )entana de #a$ta#i%n.

-"ente Dise+o de Bo#atoma4 Mansen A4 UNI;-IC. 1.<. DISEÑO DE LA 0RESA DE DERIACIPN Esta o&a si)e $aa dei)a las a'"as ha#ia la )entana de #a$ta#i%n en :$o#as de estia2e5 en :$o#as de a)enida des#a'a las a'"as eF#edentes $o en#ima de s" #esta5 $o esa a6%n el dise+o de&e e2e#"tase $aa la m!Fima a)enida $o&a&le. A.

DETERMINACIPN DE LA ALTURA DE LA 0RESA DE DERIACIPN Tiene $o o&2eto ase'"a la dei)a#i%n del #a"dal ne#esaio ha#ia el #anal $in#i$al o de #ond"##i%n ( $emiti el $aso de los eF#edentes $o en#ima de s" #esta. -i'"a 18 Alt"a del &aa2e.

-"ente Ela&oa#i%n $o$ia. 0"eden "tili6ase dos #iteios El $imeo #onsidea4 la si'"iente eF$esi%n P = H 0

+ H + 0.18

Donde4 0 Ho H 8.1?

 Alt"a del Baa2e ,m.  Alt"a del "m&al de la )entana de #a$ta#i%n ,m.  Alt"a de la )entana de #a$ta#i%n ,m.  Alt"a de so&e ele)a#i%n del a'"a4 e)ita el in'eso de elementos *lotantes $o el &o#al de #a$ta#i%n ,dato "e $"ede )aia se'7n el #iteio del dise+ado.

El se'"ndo #onsidea4 la si'"iente eF$esi%n C = Co + H 0 + H + 0.20 Donde4 C#  Cota de la #esta del &aa2e. Co  Cota del le#ho del /o. Ho  Alt"a hasta la &ase de la )entana de #a$ta#i%n ,e#omenda&le [ 8.@8 m de$ende del tama+o de o&a. _____________________________________________________________________________________________ ____________________________________Escuela Profesional de Ingeniería Civil


H 8.98

 Alt"a de la )entana de #a$ta#i%n ,m.  Alt"a de so&eele)a#i%n del a'"a4 tiene el *in de #oe'i e*e#tos de olea2e ( #oe*i#ientes de *%m"la ,dato "e $"ede )aia se'7n el #iteio del dise+ado.

De a#"edo a los datos de dise+o4 se tiene HG8.9 m4 HoG8.18 m4 ( -o=3900.00 msnm C#G=88.888.188.98.984 -=3900.72 msnm Un dato ne#esaio $aa el dise+o4 es el #a"dal m!Fimo ,#a"dal de a)enida del /o maFG98.1 ms B.

CÁLCULO DE LA ALTURA DE CARA Se as"me "e el &aa2e es "n )etedeo de $aed '"esa4 $o lo "e s" dise+o se eali6a #on la *%m"la de -an#is ,en $ati#"la #"ando son )etedeos ti$o 3ES o CREAER Q = CLH e

3/ 2

Donde4 He  Alt"a total de la ene'/a so&e la #esta ,m. L  Lon'it"d del &aa2e ,m. C  Coe*i#iente de des#a'a $aa )etedeos ,C G 9.1.   Ca"dal del #a"#e ,ms. -i'"a 11 Alt"a de #a'a ( esalto hid!"li#o en el &aa2e )etedeo.

-"ente Ela&oa#i%n $o$ia. Donde4 Ha Hd He 0 H H1 H9 H

 Ca'a de la )elo#idad de a$oFima#i%n ,m.  Ca'a de a'"a so&e la #esta ,m.  Ca'a total de a'"a so&e la #esta ,m.  Alt"a del Baa2e ,m.  0o*"ndidad del $o6o ,m.  Alt"a total de #a/da ,m.  Alt"a del a'"a antes del Resalto ,m.  Tiante de a'"as a&a2o ,m.

ente ChoX ,1=?4 #onsidea "e4 #"ando la alt"a 0 del )etedeo es ma(o "e 1.Hd ,Hd es la alt"a de #a'a sin #onsidea la )elo#idad de a$oFima#i%n entante4 enton#es la )elo#idad entante es des$e#ia&le. 0Hd  1. HaG84 enton#es la #a'a de )elo#idad entante es despreciable . 0Hd  1. Ha\84 enton#es la #a'a de )elo#idad entante es apreciable. _____________________________________________________________________________________________ ____________________________________Escuela Profesional de Ingeniería Civil


En la $imea #ondi#i%n ,Ha es despreciable 4 el #oe*i#iente de des#a'a JCK es CdG1.?<= ,-an#is. En la se'"nda #ondi#i%n4 la )elo#idad entante se! a$e#ia&le so&e la des#a'a o el #oe*i#iente de des#a'a ( $o tanto en el $e*il del ni)el *e!ti#o.

-

A$li#ando la *%m"la *"ndamental de )etimiento en se##i%n e#tan'"la de BAWIN4 se detemina la alt"a de la #a'a so&e el &aa2e

donde4    Hd   & 

µ

Ca"dal m!Fimo ,maFG98.1 ms. Coe*i#iente , µ G8.><. . Alt"a de la #a'a so&e el &aa2e ,m. elo#idad del /o ,G1.? ms. An#ho del /o en el e2e de toma ,&G1.? m.

98.1G,9,8.><,1.?,9,=.?119,,Hd1.?9,9,=.?19;,1.?9,9,=.?194 "=0.60 m Ta&la ? aloes de CX $aa la *%m"la de BAWIN. "/h

8.< 1.8 9.8 18.8 in*init(

hG8.8< 9.1@ 9.8?9 1.=@ 1.?>8 1.?@

hG8.18 9.9?< 9.8<1 1.= 1.?= 1.?1<

hG8.98 9.9>9 9.8> 1.=1= 1.?9 1.?81

hG8.8 9.9@@ 9.88 1.=19 1.?1> 1.>=

hG8.@8 9.9@ 9.89> 1.=8= 1.?1< 1.>=1

hG8.?8 9.9@9 9.89@ 1.=8? 1.?1 1.>=8

hG1.88 9.9@9 9.89< 1.=8> 1.?1 1.>?=

hG1.<8 9.9@1 9.89 1.=8@ 1.?19 1.>??

-"ente Ii'a#iones4 H"tado E4 UNA0;E0IC4 9819. En la *%m"la $aa detemina la #a'a de )elo#idad de a$oFima#i%n 8.>9[email protected]  1. Enton#es la #a'a de )elo#idad de a$oFima#i%n o entante ,Ha es a$e#ia&le $o"e es meno a 1.. 0o se'"idad se a$li#a ,en Te ChoX4 Hid!"li#a de #anales a&ietos4 1=? HaG8.8?He HeGHdHa4 HdGHeZ8.8?He4 HdG8.=9He4 HeG1.8?>Hd HeG1.8?>,8.@84 #=0.65 m HaG8.8?,8.@<4 a=0.05 m 0o oto lado se tiene 0G8.>9 m4 HeG8.@< m 8.< ,0He  8.= 8.<,8.>98.@<G8.@<  8.= A$li#ando -RANCIS GCLHe94 HeG,,CL9 _____________________________________________________________________________________________ ____________________________________Escuela Profesional de Ingeniería Civil


HeG,98.1,9.1,1.?94 #=0.75 m

El #oe*i#iente JCK4 C G 9.1> se'7n la Ta&la ad2"nta $aa "na ela#i%n 0HdG1.<8. HeG1.8?>Hd4 HdGHe1.8?> HdG8.><1.8?>4 "=0.69 m 0o se'"idad se "tili6a el ma(o )alo ente 8.@8 m ( 8.@= m HdG8.@= m HaG8.8?He HaG8.8?,8.><4 a=0.06 m C.

CÁLCULO DE LA LONITUD E-ECTIA DEL BARRA]E LeGLoZ9,N$aHe Donde4 Le Lo N a $ He

     

Lon'it"d e*e#ti)a del &aa2e ,#esta. Lon'it"d eal de la #esta del &aa2e ,LoG1.? m. N7meo de $ilaes ,NG1. Coe*i#iente de #onta##i%n lateal $o m"os. Coe*i#iente de #onta##i%n $o m"os. Ca'a de o$ea#i%n ,a'"a total so&e la #esta.

$ )a/a de 8.89< a 8.18 de$endiendo de las #aa#te/sti#as 'eom:ti#as ( el a#a&ado de los m"os4 a es de 8.18 en #estas $o $ila. LeG1.?Z9,1,8.188.18,8.><4 *#=14.54 m D.

C!l#"lo de la )elo#idad de a#e#amiento GA4 AGBo,0Hd4 G^Bo,0Hd_

Donde4 Bo  Hd 

An#ho del /o ,BoG1.? m. Alt"a de la )elo#idad de a#e#amiento ,HdG8.@= m. G98.1^1.?,8.>98.@=_4 ,=0.96 m/s

La alt"a de la )elo#idad de a#e#amiento se! HaG9,9' HaG8.=@9,9,=.?14 a=0.05 m 0o lo tanto la alt"a de la )elo#idad de a#e#amiento se a$oFima a 8.8< m ( 8.8@ m. E.

C!l#"lo de los elementos hid!"li#os del &aa2e y1

= P + He − 1.1

Q2 2

2

y1 B 2 g

1.@. CÁLCULO DE LOS ELEMENTOS HIDRÁULICOS DEL BARRA]E A.

DETERMINACIPN DEL 0ER-IL DE BARRA]E



Se de&e sele##iona "n $e*il "e4 e)ite las $esiones ne'ati)as4 $emita a la m!Fima e*i#ien#ia hid!"li#a4 $a#ti#a&ilidad4 esta&ilidad4 e#onom/a. El $e*il sele##ionado es del ti$o 3ES ,3ateXa(s EF$eimental Station desaollado $o el USACE ,United States Am( Co$s o* En'inees ! n

= KHd n − " 1

Donde4 F4   Coodenadas del $e*il de la #esta. Hd  Ca'a neta del dise+o4 sin in#l"i la alt"a de la )elo#idad de a$oFima#i%n ,m. 4 n  0a!metos "e de$enden de la in#lina#i%n de la s"$e*i#ie de a'"as ai&a. Ta&la 8= aloes de la in#lina#i%n #aa a'"as ai&a. In#lina#i%n #aa a'"as ai&a  eti#al 9.88 a1 1.=@ a9 1.== a 1.?>

N 1.?< 1.?@ 1.?18 1.>>@

-"ente Ii'a#iones4 H"tado E4 UNA0;E0IC4 9819. Se'7n la Ta&la 8=4 $aa la $aed )eti#al se tiene lo si'"iente G9.884 nG1.?<4 HdG8.@= m F1.?
-"ente Dise+o de Bo#atoma4 Mansen A4 UNI;-IC. En el $o#eso de itea#i%n se tiene el si'"iente #"ado Ta&la 18 Coodenadas del $e*il del &aa2e. F 8.8 8.18 8.98 8.8 8.8 8.<8 8.@8 8.>8 8.?8 8.=8 1.88 1.18 1.98 1.8 1.8 1.<8  8.8 8.81 8.8 8.8> 8.1 8.1= 8.9> 8.< 8.< 8.<@ 8.@? 8.?9 8.=@ 1.11 1.9? 1.< -"ente Ela&oa#i%n $o$ia. Ta&la 11 -om"las a$li#adas $aa los elementos de la #" )a en el &aa2e. _____________________________________________________________________________________________ ____________________________________Escuela Profesional de Ingeniería Civil


Dato HdG8.@= m

-om"la

O$ea#i%n

R1

= 0.5 Hd

R1G8.<,8.@=

R2

=

0.2 Hd

R9G8.9,8.@=

L1 = 0.282 Hd

L1G8.9?9,8.@=

L2 = 0.175 Hd

L9G8.1><,8.@=

Res$"est a R1G8.< m R9G8.1 m L1G8.1= m L9G8.19 m

-"ente Ii'a#iones4 H"tado E4 UNA0;E0IC4 9819. B.

DETERMINACIPN DEL RESALTO HIDRÁULICO AL 0IE DE 0RESA El esalto hid!"li#o se $od"#e $o el $aso &"s#o del :'imen s"$e;#/ti#o al :'imen s"&;#/ti#o en "n tamo #oto. 1.

CÁLCULO DEL ASTO UNITARIO.; Se eali6a #on la si'"iente eF$esi%n GL G98.11.?4 =1.36 m3/s/m -i'"a 1 0"ntos de a$li#a#i%n $aa el esalto hid!"li#o.

-"ente Dise+o de Bo#atoma4 Mansen A4 UNI;-IC. -i'"a 1 Es"ema del &aa2e.

"'%%#

"'%%#

"'%%# "*''#

-"ente Ela&oa#i%n $o$ia. HoG0h _____________________________________________________________________________________________ ____________________________________Escuela Profesional de Ingeniería Civil


H1G0Hd

Datos ne#esaios $aa el #!l#"lo de las alt"as en el es"ema del &aa2e 0G8.>9 m4 hG8.@8 m ,dato as"mido4 HdG8.@= m4 HeG8.>< m HoG8.>98.@84 o=1.32 m H1G8.>98.@=4 1=1.41 m 9.

El RESALTO.; Se #al#"la #on la *%m"la $aa $:didas de ene'/a 2

q

2

2

=2 g ( H H − 1

2

n g H 0

2

( Hd )

3

− H ) 2

4 3

donde4  H1 H9 Ho Hd n

 Ca"dal o 'asto "nitaio ,msm.  Alt"a total de #a/da ,m.  Tiante antes del esalto ,m.  Alt"a del &aa2e m!s la $o*"ndidad del $o6o ,m.  Alt"a neta antes de la #a/da ,m.  Coe*i#iente de "'osidad ,#on#eto liso 8.81 ( #on#eto *ota#hado 8.81 . Se o$ta $o

8.81. 1.@9G9,=.?1,1.1H99;,8.819,=.?19,1.9,8.@=;H94 2=0.37 m .

C!l#"lo del tiante a'"as a&a2o del esalto.; Se #al#"la #on la *%m"la de tiante #on2"'ada4 "e m"esta a #ontin"a#i%n H 3

=−

H 2 2

+(

H 22 4

+

2 H 2V 22 g

)1/ 2

donde4 9  elo#idad al $ie de la $esa ,ms. H9  Tiante a'"as ai&a del esalto ,H 9G8.> m. H  Tiante a'"as a&a2o del esalto ,m. La )elo#idad se #al#"la #on la si'"iente *om"la 9G,LH9 9G98.1,1.?,8.>4 ,2=3.67 m/s H 3=

.

−0.37

2

(

+

0.37

2

+2

4

× 0.37 ×

3.67

2

9.81

)

1 2

4 3=0.84 m

ERI-ICACIPN DE 0RESENCIA DE SUB0RESIONES.; La $esen#ia de s"$esiones al $ie de la $esa $"eden $od"#i *allas en la est"#t"as4 $o tanto es #on)eniente sa&e si se $od"#en el esalto hid!"li#o. S" #!l#"lo se eali6a mediante la si'"iente *om"la 2

2

2

2

1 /2

− H H V + + 2 H ) H =( '

2

3

H ' 3=

(

−0.37 2

+

2

0.37 4

4

2

+ 2 × 0.37 ×

2

g

3.67

2

9.81

)

1 2

4 3=0.93 m



H`  H 8.= m  8.? m

0o tanto eFiste esalto hid!"li#o4 ello oi'ina s"&;$esiones moti)ando el #!l#"lo del #onta;es#a$e o #"en#a amoti'"adoa. <.

CÁLCULO DE LA CUENCA AMORTIUADORA ,0OWA DE AMORTIUAMIENTO4 CONTRA; ESCAR0E.; Los datos ne#esaios $aa la eali6a el #!l#"lo son los si'"ientes HGH90Hd4 HG8.>8.>98.@=4 =1.78 m H9G8.> m4 HG8.? m Ta&la 19 Di)esos #iteios $aa detemina la lon'it"d de la #"en#a amoti'"adoa. A"to

-om"la

LINUIST

= 5 ( H 3 − H 2 ) L = 4 H 3

<,8.?;8.> ,8.?

= 0.612 ( H ) 1/ 2

8.@19,<,1.>?19 18,8.> .<,8.? 9.<,1.,8.?; 8.>

L

USBR ,United Stat"s Boean o*

0o#edimiento

Lon'it"d4 L,m 9.< .@

Re#lamation

SCHOOLITSCH BECERRIL LA-RANETW 0AULOSI

L

L

L

= 10 H 2

L

= 4,5 H 3

= 2, 5(1.4 H 3 − H 2 )

.8? .>8 .>? 9.89

-"ente Ii'a#iones4 H"tado E4 UNA0;-ICA4 9819. donde4 L #

 Lon'it"d de la #"en#a amoti'"adoa ,m.  Coe*i#iente #om$endida ente  ( @ ,se as"me el $omedio #G<.

De a#"edo a los datos o&tenidos4 se o$ta $o la ma(o lon'it"d de la #"en#a amoti'"adoa LG.8?  *=4.10 m @.

CÁLCULO DE LA CURATURA AL 0IE DEL BARRA]E.; La s"$e*i#ie del &aa2e al ini#io de la $o6a tend! "na #")a de adios4 dada $o la si'"iente eF$esi%n RG18,9@.Hd1@,.@Hd@

La *%m"la est! en "nidades in'lesas4 es ne#esaio #am&ia las "nidades de los datos ,1 $ieG8.8? m4 1 mG.9?1 $ies 9 G.@> ms4 9 G.@>,.9?14 ,2 =12.04 p$#s/s HdG8.@= m4 HdG8.@=,.9?14 "=2.26 p$#s RG18,19.8@.,9.9@1@,.@,9.9@@4 RG.?? $ies4 RG.??,8.8?4 R=1.18 m Tam&i:n se "sa la ela#i%n $aa el #!l#"lo del adio de la #")at"a RG1.

-i'"a 1< C")a en el $ie del &aa2e.

-"ente Ela&oa#i%n $o$ia. >.

ERI-ICACIPN DE LA LONITUD NECESARIA DE IN-ILTRACIPN.; Esta )ei*i#a#i%n es ne#esaia $aa e)ita la t"&i*i#a#i%n $o de&a2o de la $esa ( elimina los e*e#tos de las s"&; $esiones. Se #al#"la $o la *%m"la de E. 3. Lane 1



=

3

Lh

+

Lv

H

Donde4 # Lh L) H

 Coe*i#iente se'7n el ti$o de s"elo de #imenta#i%n.  Lon'it"d hoi6ontal ,se #onsidea!n lon'it"des e#tas o in#linadas menoes a 
-i'"a 1@ Camino de $e#ola#i%n o in*ilta#i%n.

-"ente Dise+o de Bo#atoma4 Mansen A4 -IC;UNI. -i'"a 1> Es"ema del &aa2e en la in*ilta#i%n.



%#(5

"'%%#

"'%%# %#*

"'%%# %#"(

"*''#

-"ente Ela&oa#i%n $o$ia. Ta&la 1 aloes de J#K4 se'7n BLIHT. Clase de mateial Limo o aena *ina Aena *ina Aena de 'ano '"eso a)a ( aena Cas#a2o #on 'a)a ( aena

C 1? 1< 19 = ;@

-"ente Ii'a#iones4 H"tado E4 UNA0;E0IC4 9819. LhGBCDE-HI]4 LhG8.88.?88.?8.88.84 *h=6.80 m L)GABCDE-HI]L4 L)G1.988.<8.>98.88.<88.=84 *v=4.17 m #G,1,@.?8.1>,8.?4 =7.66 alo "e est! "&i#ado $aa "n teeno de mateial 'a)a ( aena4 es el s"elo $edominante en la 6ona de #a$ta#i%n. 0o lo tanto se ado$ta #G=. ?.

DETERMINACIPN DE LA SUB;0RESIPN.; Se detemina la s"&;$esi%n en di*eentes $"ntos4 $aa la #ondi#i%n de #"ando el a'"a est! a ni)el de a'"as en el #ol#h%n. S%

h  = $b´  h − #   L 

-i'"a 1? Es"ema de la s"&;$esi%n e2e#ida en el &aa2e.



-"ente Dise+o de Bo#atoma4 Mansen A4 UNI;-IC. donde4 S$ X & #` h L 

 S"&;$esi%n.  0eso es$e#/*i#o del a'"a ,XG1.88 Tnm.  An#ho de la est"#t"a,&G1.88 m.  -a#to de s"&;$esi%n "e de$ende de la $oosidad del mateial )a/a de 8 a 1 ,1 $aa #on#eto so&e mateial $emea&le.  Ca'a $o $ede ,hGHG8.? m.  Lon'it"d de la in*ilta#i%n ,LG,1LhL)4 LG,1,@.?8.1>4 LG@. m.  Lon'it"des $a#iales de in*ilta#i%n. S$G1,1,1,8.?;,8.?@.4 'p=0.840.13 Ta&la 1 Las s"&;$esiones en #ada $"nto.

0"nto B C D E  H I ]  L

 8 8. 8.@ 1. 1.? 9.@ 9.@ >.8 >.< >.= >.=

S$ ,Tnm 8.? 8.>= 8.>@ 8.@@ 8.@1 8.<8 8.<8 ;8.8> ;8.1 ;8.1= ;8.1=

S$ ,b'm ?8 >?? >@9 @8 ;1< ;1?> ;1?>

S$1. 8.@8 8.<@ 8.< 8.> 8. 8.@ 8.@ ;8.8< ;8.18 ;8.1 ;8.1

-"ente In)en#i%n $o$ia. =.

CÁLCULO DEL ENROCADO DE 0ROTECCIPN O ESCOLLERA.; Al *inal del #ol#h%n amoti'"ado o $o6a disi$adoa se #olo#a "na es#ollea o eno#ado #on el *in de ed"#i la eosi%n ( #ontaesta el aaste del mateial *ino $o a##i%n de la in*ilta#i%n. La *%m"la es la si'"iente Lt = 0.67 ( Db & )

− L

-i'"a 1= Es"ema de la es#ollea.



-"ente Dise+o de Bo#atoma4 Mansen A4 UNI;-IC. donde4 Lt  Lon'it"d total de la es#ollea. #  Coe*i#iente de BLIH. D&  Alt"a #om$endida ente la #ota de la #esta del &aa2e ( la #ota del eFtemo a'"as a&a2o.   Ca"dal "nitaio. L#  Lon'it"d del #ol#h%n o #"en#o. D&G=88.>9;=88.884 =0.72 m G1.@ msm4 L#G.18 m4 CG= LtG8.@>,=,,8.>9,1.@;.184 *!=1.80 m

Ta&la 1< aloes del #oe*i#iente J#K4 se'7n BLIHT ( LANE. Le#ho del #a"#e ,#lase de s"elo Limo ( aena *ina ,?8c "e $asa el tami6 8.1< mm Aena *ina ,@8c "e $asa el tami6 8.98 mm Aena de 'ano '"eso Aena #on #"a6o a)a ( aena a)a *ina a)a #on #anto odado 0ieda 'ande #on #anto odado ( 'a)a 0ieda 'ande A#illa s"a)e Bolones ( aena A#illa A#illa densa

# ,Coe*i#iente de BLIH 1? 1< 19 19 = ; ; ;

Coe*i#iente de LANE ?.< >.8 @.8 <.8 ; .8 .8 .<

;@ ; ;@ @;> ;

; .8 ; 9.8 1.?;1.@

-"ente Ii'a#iones4 H"tado E4 UNA0;E0IC4 9819.

0o lo tanto el #ol#h%n amoti'"ado4 o $o6a amoti'"adoa4 tam&i:n llamado #"en#o amoti'"ado tiene "na lon'it"d total de .18 m. 0o lo tanto la es#ollea4 o tam&i:n denominado i$;a$ o eno#ado tiene "na lon'it"d total de 1.?8 m. -i'"a 98 Es"ema del &aa2e 3ES ,oto modelo. _____________________________________________________________________________________________ ____________________________________Escuela Profesional de Ingeniería Civil


-"ente Dise+o de Bo#atoma4 Mansen A4 UNI;-IC. 1.>. DISEÑO DE LA COM0UERTA DE LIM0IA El #anal de lim$ia tiene $o o&2eto elimina los sedimentos "e se de$ositan al in'eso de la )entana o #om$"eta de #a$ta#i%n4 $osi&ilitando la #a$ta#i%n en :$o#a de estia2e. -i'"a 91 Es"ema del #anal de lim$ia.

v2/

-"ente Dise+o de Bo#atoma4 Mansen A4 UNI. La *%m"la a "tili6ase es la de etedeos de -ondo 2

v ' , H + =h + h 2g

h ' = H +

v

2

2g

−h

1 /2

q =h ( 2 gh ' )

Es #on)eniente se+ala "e #"ando no eFiste in*l"en#ia $o a'"as a&a2o4 eFistiendo :'imen de toente4 la alt"a h se $"ede estima #omo h =ma q =ma (2 gh ' )

1/ 2

h ' = P −ma donde4   Ca"dal "nitaio ,msm. m  Coe*i#iente de 'asto4 se $"ede "sa "n )alo de JmK ente 8.@ ( 8.> ,mG8.@11. a  Alt"a de la a&et"a de la #om$"eta ,aG0;8.18G8.>9;8.18G8.@9 m. _____________________________________________________________________________________________ ____________________________________Escuela Profesional de Ingeniería Civil


h`  Ca'a neta so&e la #om$"eta. H  Alt"a a'"as ai&a de la #om$"eta ,HG0G8.>9 m. h  Alt"a a'"as a&a2o de la #om$"eta. G8.@11,8.@9,9,=.?1,8.>9;8.@11,8.@9194 =0.98 m3/s/m

Como la )entana #a$ta "n #a"dal ,# de 8.@8 ms ( el #a"dal medio ,m es 1.8 ms. Gm;# G1.8;8.@84 Q=0.70 m3/s GL4 LG LG8.>88.=?4 *=0.71 m 0o lo tanto la #om$"eta tend! "na lon'it"d de 8.>1 m ( "na alt"a de 8.@9 m4 enton#es las medidas son 8.>1F8.@94 el !ea es 8. m95 $eo las #om$"etas #on)en#ionales4 est!nda en el me#ado son de 1.88F8.<8. 0o lo "e se as"me. El #anal de lim$ia se #al#"la #on el #a"dal medio ,G1.8 ms a aasta las $at/#"las G1.8 ms4 &G8.<=<4 &G1.88 m4 nG8.81<4 SG8.8? 1/ 2

 1 / 2  S 1 / 2  3 / 2    V = β  Q    n     

G8.<=<,1.819,8.8?198.81<9194 ,=5.75 m/s AG AG1.8<.><4 A=0.23 m2 (GA& (G8.91.884 y=0.23 m En el #anal de lim$ia se #al#"la el tiante #/ti#o 1/ 3

yo

 Q 2  =  2    b g 

(oG,1.89,1.889,=.?114 yo=0.56 m A. DETERMINACIPN DE LA SUMERENCIA O NO SUMERENCIA AL 0IE DE LA COM0UERTA a

0ARA LA AENIDA MEDIA h1

 = − +  2& + d 2  gd 4 d

2

2

1/ 2

   

Datos ne#esaios $aa el #!l#"lo de h14 son los si'"ientes G8.=? msm4 'G=.?1 ms94 mG8.@114 aG8.@9 m dGma _____________________________________________________________________________________________ ____________________________________Escuela Profesional de Ingeniería Civil


dG8.@11,8.@94 "=0.38 m h1G;8.?9,9,8.=?9,=.?1,8.?8.?9194 h1=0.55 m h1  d 8.<< m  8.? m

Siendo h1 ma(o "e d4 enton#es la s"me'en#ia no eFiste en la des#a'a li&e4 "e es eali6a a ta):s de la #om$"eta. &

0ARA LA AENIDA MÁIMA hoG0HeG8.>98.><4 ho=1.47 m

El *a#to JmK dismin"(e $aa 'andes des#a'as es 8.@84 ( la a&et"a de la #om$"eta JaK se edondea a 8.@<4 enton#es se tiene lo si'"iente dGma dG8.@8,8.@<4 "=0.39 m Se tiene las *%m"las si'"ientes & = m'

2 gh

h = ho − m'

d 2

 2& d = − +  + 2  gd 4 d

2

2

1/ 2

   

hG1.>;8.=4 h=1.08 m G8.=,9,=.?1,1.8?194 =1.80 m3/s/m d9G;8.=9,9,1.?89,=.?1,8.=8.=9194 "2=1.12 m Consideando "na des#a'a li&e $aa "n #a"dal $o la #om$"eta ( #omo $ime tanteo se tiene GL G1.?8,1.884 G1.?8 ms Se as"me "n #a"dal G1.?8 ms4 &G8.<=<4 &G1.88 m4 nG8.81<4 SG8.8? 1/ 2

 1 / 2  S 1 / 2  3 / 2    V = β  Q    n     

G8.<=<,1.?819,8.8?198.81<9194 ,=6.24 m/s AG AG1.?8@.94 A=0.28 m2 _____________________________________________________________________________________________ ____________________________________Escuela Profesional de Ingeniería Civil


(GA& (G8.9?1.884 y=0.29 m

En el #anal de lim$ia se #al#"la el tiante #/ti#o 1/ 3

yo

 Q 2  =  2    b g 

(oG,1.>89,1.889,=.?114 yo=0.69 m d9  d 1.19 m  8.= m Como d9 es ma(o "e d4 la des#a'a es li&e. 0o lo tanto el #a"dal "nitaio se! & = (m'

2 gh

donde4 b  Coe*i#iente de $:dida ,bG8.=@. L  An#ho de la #om$"eta de lim$ia ,m. G8.=@,8.=,9,=.?1,1.8?194 =1.72 m3/s/m Enton#es el #a"dal $o la #om$"eta se! GL G1.>9,1.884 Q=1.72 m3/s 1.?. DISEÑO DE ALIIADERO -i'"a 99 Ali)iadeo de demas/as

-"ente Dise+o de Bo#atoma4 Mansen A4 UNI;-IC A. CÁLCULO DEL CAUDAL EN ECESO 2

(

Qingreso= Cb √ 2 g H 1 3

3 2

3

− H

2

2

)

-i'"a 9 Es"ema en la )entana de #a$ta#i%n.



-"ente Ela&oa#i%n $o$ia. H1GH8.98He H9G8.98He HG8.9 m4 HeG8.>< m4 CG8.@84 &G1.88 m4 oG8.@8 ms H1G8.98.988.><4 1=1.37 m H9G8.988.><4 2=0.95 m in'esoG,9,8.@8,1.88,9,=.?119,1.>9;8.=<94 Q$nr#so=1.20 m3/s eF#esoGin'eso;o eF#esoG1.98;8.@84 Q##so =0.60 m3/s B. CÁLCULO DEL TIRANTE 0ARA EL CAUDAL DE INRESO -i'"a 9 Es"ema del ali)iadeo.

L h2 h1 y

e

-"ente Ela&oa#i%n $o$ia. G1.98 ms4 &G8.<=<4 &G1.88 m4 nG8.814 SG8.881 1/ 2

 1 / 2  S 1 / 2  3 / 2    V = β  Q    n     

G8.<=<,1.9819,8.881198.819194 ,=1.15 m/s AG AG1.1<1.14 A=1.01 m2


Diseño Hidraulico de. Bocatoma

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