MEMORIA DE CALCULO
DISEÑO OBRA DE TOMA - "TIROLESA"
DATOS TIRANTE DE ESTIAJE ANCHO DEL RIO CAUDAL DE DISEÑO SEPARACIÓN ENTRE BARRAS DIST. ENTRE EJES DE LAS BARRAS COEFICIENTE DE MANNING ESPESOR DE LAS BARRAS
PASO (1).-
Ho [m]
=
0.050
=
10
Q [m /s]
=
0.015
a (cm)
=
5.08
d (cm)
=
10.16
n
=
0.018
e [cm]
=
5.08
3
CALCULO CALCULO DE LAS DIMENSI DIMENSIONE ONES S DE LA C MARA Q=
2 3
× C × µ × b × L × 2 × g × h
Ec. (1)
Donde: C = Coeficiente que depende de la relación de espaciamiento entre barras y el ángulo β de la rejilla μ = Coeficiente de derrame de la rejilla b = Ancho del vertedero [m] L = Longitud de la rejilla [m] h = Altura inicial de agua sobre la rejilla [m]
C = 0.6 ×
a d
3
× Cos ( β )
h = K × h Lim =
2 3
Ec. (2)
2
× K × H
O
Ec. (3)
MEMORIA DE CALCULO
El factor de reducción K es dependiente de la pendiente de las condiciones geométricas de la rejilla que para una distribución hidrostática de la presión se tiene la ecuación: 2 × Cos
3
β × K
−
2
3 × K
+1 =
0
Ec. (4)
Ángulo de inclinación (β) de la rejilla recomendado esta entre 5º a 35º. Coeficiente "k" de acuerdo con el ángulo de inclinación β (grados) β (grados) K K 5
0.952
20
0.837
6
0.944
22
0.825
8
0.927
24
0.812
10
0.910
26
0.800
12
0.894
28
0.789
14
0.879
30
0.778
16
0.865
32
0.767
18
0.851
35
0.752
Tomamos un ángulo de inclinación de la rejilla de: β (grados) =
16
K=
0.865
Entonces:
Remplazando valores de β y K, en las ecuaciones: Ec.(2) y Ec.(3), se tiene: C=
0.283
h (m) =
0.029
El coeficiente μ, depende de la forma de las barras de la rejilla y del tirante, Para rejillas de perfil rectangular , las investigaciones de Noseda dan como resultado los siguientes valores.
μ=
0.65
Remplazando valores de Q, C, μ y h, en la ecuación: Ec.(1), se tiene:
b x L =
0.163
Barras Rectangulares
MEMORIA DE CALCULO
Buscamos valores de b y L:
b (m)
L (m)
1
2
0.081
2
5
0.033
3
8
0.020
4
9
0.018
5
10
0.016
A continuación se analizan las opciones con el fin de determinar cual de ellas se ajusta a las condiciones del terreno. Se elegi la opción:
5
Debido a las condiciones que presenta el ancho del cauce.
Anch o del Cauce (m) =
10
Lo cual indica que se construirá de HºCº la longitud faltante para completar el ancho del cauce, y asi tener una mayor eficiencia en la estabilidad. El numero de Barras en la toma de agua es igual a:
n =
b
Ec. (5)
d
Donde: n = numero de espacios entre los barrotes a = espaciamiento entre ellos b = ancho de la toma de agua
n (esp.) =
19.68503937
Lo cual indica que el numero de barras " N" , incluida los soportes es de:
N=
21
Por lo tanto las dimensiones principales de la rejilla serán:
b (m) = L (m) =
10 0.5
BARRAS
MEMORIA DE CALCULO
Durante la operación del vertedero puede ocurrir el caso que, por obstrucciones debido a la acumulación de piedras, hojas, ramas, la rejilla ya no garantice la evacuación del caudal mínimo requerido hacia el canal colector. Por eso, la longitud de la rejilla L deberá ser incrementada por un 20% Longitud de construcción de la Rejilla:
LC
Lc (m) =
= 1.2 × L
Ec. (6)
0.6
El canal colector tiene las siguientes m edidas, indicadas en la siguiente figura:
Calculo del ancho d el Canal Colector: es igual a:
B
=
B (m) =
LC × cos β
0.58
Ec. (7)
MEMORIA DE CALCULO
La sección del Canal colector es mas o menos cuadrada, entonces:
t ≅ B
Ec. (8)
Donde: t = Profundidad del canal colector Dimensiones del Canal Colector
Lc (m) = B (m) =
1.60 0.69
La pendiente "Imin " , recomendad para el canal colector de la toma es de 30% a fin de eliminar los sólidos en suspensión que pasan a t ravés de la rejilla
TOMAR
IMIN (%) =
8.00
IMIN (m/m) =
0.08
IMIN (º) =
4.58
IMIN (º) =
5.00
Nota: Si el diseño no se ajusta a las condiciones locales puede variarse la pendiente del canal (I) entre otros parámetros menores. Conocidos los parámetros mencionados: caudal de diseño, talud del canal colector ( por lo general rectangular e igual a "0"), ancho del canal, pendiente y longitud del canal se dimensiona el canal colector para condiciones de flujo subcritico. Para determinar las dimensiones del canal colector se determina la profundidad (Yc) y velocidad critica (Vc) del canal, la cual se determina por la siguiente expresión:
Q Yc = (g × B ) 2
1 3
2
Ec. (9)
Donde: Q = Caudal de Avenida B = Ancho del canal colector g = Aceleración de la gravedad YC (m) =
0.036
La velocidad critica es igual: 1
Vc = ( g × Yc)2 VC (m/s) =
0.60
Ec. (10)
MEMORIA DE CALCULO
La altura del agua al f inal del canal equivale a:
H
2
= 1.1 ×
H2 (m) =
Se elige un rango de seguridad igual a:
p
Yc
Ec. (11)
0.040
=
0.5 × H 2
Ec. (12) Donde: p
≥
0,50 [m] p (m) =
0.020
p (m) =
0.50
emuro (m) =
0.25
TOMAR El ancho del muro de contención es de:
La longitud del canal colector es:
b' ' =
b + emuro
Ec. (13)
cos( I min )
b'' (m) =
10.289
La altura correspondiente a la pendiente del canal es:
h' ' = b' '×sen (I
min
h'' (m) =
)
Ec. (14)
0.897
La altura inicial del agua en el canal es:
b' '× I b' '× I H = 2 × + H − − 3 3 H Yc
2
3
MIN
1
2
MIN
×2
2
H1 (m) =
-0.309
La profundidad del Canal Colector (t) es:
t = P + H
1
h' '
+
Ec. (16)
1.1
t (m) =
La altura de salida del desarenador es (H 3): H 3
H3 (m) =
= P + H
2
0.540
Ec. (17)
Ec. (15)
MEMORIA DE CALCULO
La velocidad del agua al final del canal colector equivale a:
Q Q = A ( H × B )
V f =
Ec. (18)
2
Vf (m/s) =
0.54
Esta velocidad (Vf) debe ser menor que la velocidad critica, es decir:
V f < V C
Ec. (19)
< < ok!
Vf 0.54
Vc 0.60
Calculo del diámetro de las partículas que se retienen en el canal colector:
d
I = S = 0.20 ×
Donde:
q = V × t =
q
Q A
9
6
7
Ec. (20)
7
Ec. (21)
× t
Remplazando la Ec. (21) en Ec. (20)
I = S = 0.20 ×
d
9
7
Q × t A
6
= 0.20 × 7
d
9
7
Q × t ( B × t )
Ec. (22) 6
7
Donde: IMIN (m/m) =
B (m) = t (m) = 3
Q [m /s] =
0.08 0.69 1.1 0.015 d (m) =
0.038
Entonces el diámetro mínimo que retiene el canal colector es de: d (m) =
0.003
Lo que quiere decir que en el Canal Colector no se retendrá ningún tamaño de partícula debido a que la separación de las barras es de 5 cm
MEMORIA DE CALCULO
CAMARA A LA SALIDA DE LA TOMA TIROLESA
Las dimensiones de la cámara son las siguientes: Base Interior de la cámara:
B (m) =
0.70
Altura Interior de la cámara:
H (m) =
0.90
Longitud Interior de la cámara:
L (m) =
0.70
Sec. de la compuerta de ingreso al desarenador:
Sec. (m) =
0,70 x 0,60
Sección de la compuert a de lavado de la cám ara:
Sec. (m ) =
0,90 x 0,50
Espesor del muro de la cámara:
em (m) =
0.20
Altura de salida de la toma tirolesa:
H3 (m) =
0.55
Con base en las características del lugar se pudo conocer que la huella dejada por la mayor creciente (según los pobladores de la región), corresponde a una altura de: H (m) =
0.90
sobre el lecho del afluente. Este hecho indica que se requiere la construcción de muros de contención para poder encauzar el rio como se muestra en la figura siguiente:
MEMORIA DE CALCULO
VISTA SUPERIOR DE LA TOMA
Para el encauzamiento del río en el lugar de la toma se construirá muros de contención de altura igual a: h' (m) =
1.00