ESTRUCTURAS HIDRAULICAS IC-430

DISEÑO HIDRAULICO DE UNA BOCATOMA SUMERGIDA

1. CAUDAL DEL RIO

1.1. CAUDAL MAXIMO, MINIMO, PROMEDIO Y DE DISEÑO

Qmax Qmin m3

S

m3

S

Qprm Qd m3

S

m3

S

1.2. altura maxima, minima, promedia y perimetro mojado

Hmax Hmin

m m

Hprm Pmoj

m m

2. CALCULO ANCHO DE ENCAUZAMIENTO SEGUM BLENCH

Bb

RIO

RIO

FS

FB

Brio 1.81 QmaxFB

FS

Brio 8.732 m

2.1. ancho de encauzamiento asumido

Bb round Brio 2( ) Bb 8.73 m

3. DIMENSIONAMIENTO DE LA VENTANA DE CAPTACION

3.1. datos iniciales

y1

Hc

Y1

hn

Y2

z

H'

Y3

hn'

z'

DISRIPIADOR

CANAL

VENTANA DE CAPTACION

m

Hc

m

z

m

y2

m

Hi

m

zi

m

y3

m

3.2. calculo de hn y hni

hn Hc z 0.15 m

hni Hi zi 0.1 m

3.3. altura de agua en el desripiador

Hdesri y2 hn 1.35 m

3.4. coeficiente de coreccion de sumergencia

Sc 1.05 1 0.2hn

y2

z

Hc

1

3

Sc 0.854

3.5. coeficiente m

Mc 0.4070.045Hc

Hc y1

1 0.285Hc

Hc y1

2

2 9.81

Mc 1.897

3.6. calculo del ancho de la ventana de captacion

kc coeficiente adicional por perdida en la ventana de captacion

BcY1

Hc

0,20

bc 1 Given

Qd kc Sc Mc bc Hc

3

2

b1 Find bc( )

b1 3.536

Bc round b1 1( )

Bc 3.5 m

3.7. calculo del ancho total de la ventana de captacion

Separacion entre barrotes Ancho de los barrotes

barr1 barr2

Y1

0,20

Hc

Bt

barr1barr2

Numero de espacios

nesp roundBc

barr10

18

Numero de barrotes

nbarr nesp 1 17

Ancho total de la ventana

Bt Bc barr2 nbarr 5.2 m

3.8. inclinacion de la ventana de captacion con el rio

Area mojada del rio velocidad de entrada en la reja Velocidad del rio

Am Vc m

s Vr

Qprm

Am0.748

m

s

m2

la inclinacion de la ventan de captacion con la direccion del cauce del rio sera:

90 acosVr

Vc

180

48.406 °

4. DIMENSIONAMIENTO DEL DESRIPIADOR

4.1. datos para el calculo

Hc

Y1

hn

Y2

z

H'

Y3

hn'

z'

DISRIPIADOR

CANAL

VENTANA DE CAPTACION

Datos

hni 0.1

Hi 0.2

zi 0.1

y2 1.2

y3 1

4.2. coeficiente de coreccion de sumergencia

Sd 1.05 1 0.2hni

y3

zi

Hi

1

3

Sd 0.85

4.3. coeficiente m

Md 0.4070.045Hi

Hi y2

1 0.285Hi

Hi y2

2

2 9.81 Md 1.842

4.4. calculo del ancho del vertedero del desripiador

Y2

H'

Bd

DESRIPIADOR

CANAL

bd 1 Given

Qd Sd Md bd Hi

3

2 b2 Find bd( )

b2 5.713 Bd round b2 1( )

El ancho del vertedero sera:

Bd 5.7 m

4.5. calculo de la longitud y el ancho del desripiador

DESRIPIADORCANAL DE

TRANSICIONAnd Bc

Ld

Bd

Longitud del disripiador

Ld roundBd Bc

2 tan 12.5

180

1

5 m

Ancho del desripiador

And round Bd Bc 1( ) 9.2 m

4.6. pendiente del fondo del desripiador

Sdes

%

4.7. dimensiones de compuerta de lavado del desripiador

COMPUERTA

DE

LIMPIA

AnchoC

AltoC

Altura de la compuerta

AltoC

m

Ancho de la compuerta

AnchoC

m

Coeficiente de rugosidad del desripiador

Kd

Valores del coeficiente e

et

1 2

1

2

3

4

5

"a/H" "e"

0 0.611

0.1 0.615

0.15 0.618

0.2 ...

Altura del agua en el desripiador

Hdesri 1.35 m 1.4

1.351.037

Velocidad

VdQd

AltoC AnchoC0.533

m

s

Calculo del valor del coeficiente e

ed xAltoC

Hdesri

n rows et( ) 1

ex eti 1 2

x eti 1 1

if

ex eti 2 2

eti 2 2

eti 1 2

eti 2 1

x

eti 2 1

eti 1 1

x et

i 1 1 x et

i 2 1 if

r 1 2 n 1for otherwise

i 1 2 nfor

ex

ed 0.702

Calculo del caudal de salida por la compuerta de limpia del desripiador

Qs Kd ed AltoC AnchoC 2 9.81 HdesriVd

2

2 9.81 ed AltoC

0.949

Comprovacion del caudal de salida

Comprobacion x "Las dimensiones de la compuerta son correctas" Qs Qdif

x "Modificar las dimensiones de la compuerta" otherwise

Comprobacion "Las dimensiones de la compuerta son correctas"

5. DIMENSIONAMIENTO DEL CANAL DE TRANSICION

5.1. datos para el calculo

Dimencion de la ventana de captacion

Bc 3.5 m

Dimencion de la ventana del desripiador

Bd 5.7 m

5.2. angulo inclinacion y longitud del canal de transicion

DE

SR

IPIA

DO

R

CANAL DE

TRANSICIONCANALBd

Lt

Bcan

Angulo de inclinacion

t

° t

Longitud de la transicion

Lt roundBd Bc

2 tan t

180

1

Lt 5 m

5.3. calculo del ancho del canal de conduccion

De la siguiente figura obtenemos la relacion

Bd

Lt

Bcan

Bd Bcan 2 Lt sin t

180

Tenemos la siguiente expresion

Bcan round Bd 2 Lt sin t

180

1

Bcan 3.5 m

6. DIMENSIONAMIENTO DEL BARRAJE O AZUD

6.1. altura del barraje o azud

Y1

Hc

0.2

0.175H

0.282H

2H5H

1

1.55H

5H

Hazud

0,40

H

X1.85

2 H0.85

Y

La altura del azud sera

Hazud y1 Hc

Hazud 1.1 m

6.2. longitud del barraje o azud

BARRAJE O AZUD

COLCHON DISIPADOR

ESCOLLERA

ESCOLLERA

COMPUERTA

Bc

Bb

Lazud Lcomp

Acol

Aazud

Ancho de la compuerta de limpia

Lcomp

m

Altura de la compuerta de limpia

Acomp Hazud

Acomp 1.1 m

Ancho de la bocatoma

Bb 8.73 m

Longitud del barraje o azud

Lazud Bb Lcomp

Lazud 7.73 m

6.3. altura de agua sobre el azud

Hb

Coeficiente de descarga

Cb m

s

Caudal de descarga

Qb Qprm Qd 2.7 m3

s

Altura de agua sobre el azud

He 1 Given

Lb 9

Qb Cb Lazud He

3

2

Hb round Find He( ) 1( )

Hb 0.3 m

Comprobacion de la altura del agua en el azud

ComprobacionAzud x "La altura de agua es correcta" Hazud Hbif

x "La altura de agua es incorrecta" otherwise

ComprobacionAzud "La altura de agua es correcta"

6.4. ancho del barraje o azud

Hb

Cota aguas arriba

Hazud

Cota aguas abajo

Aazud

Hdif

Ancho tramo 1-3

A13 0.282Hb

3 A13 0.085 m 2

1

Ancho tramo 3-4

X 1 Given

X1.85

2 Hb0.85

Hazud 4

A34 Find X( )

A34 0.881 m

5

Ancho 4-6

6 A46

m

Ancho del azud

Aazud round A13 A34 A46 1( ) 3 m

7. DIMENSIONAMIENTO DEL COLCHON DISIPADOR

7.1. calculo de la velocidad en la seccion 1

Cota aguas arriba

Cota aguas abajo

dn0Hazud

Hb

d1

Acol

d2

0 1 2

r

dn

Cota del terreno aguas arriba Cota del colchon disipador Asumir altura de d1

C0 C1 d1

m.s.n.m. m.s.n.m. m

Altura de agua en el azud Velocidad en la seccion 0

Hb 0.3 m V0Qb

Hb Lazud1.164

m

s

Velocidad en la seccion 1

V1 2 9.81 C0 C1 Hazud Hb d1V0

2

2 9.81 0.1

V02

2 9.81

Calculo de la velocidad en la seccion 1 por iteraciones

Vdat dx d1 dy d1 1.5

i 0

dy dx

Vx 2 9.81 C0 C1 Hazud Hb dxV0

2

2 9.81 0.1

V02

2 9.81

dxQb

VxLazud

i i 1

Vdati 1

Vx Vdati 2

dx

Vdati 3

dx dy

dx dy 0.00001while

titu "V1" "d1" "/d1-dx/"( )

Vdat stack titu Vdat( )

Matriz de resultados de las iteraciones

nd rows Vdat( ) 5 Vdat

"V1"

6.95

7.559

7.564

7.564

"d1"

0.05

0.046

0.046

0.046

"/d1-dx/"

0.45

4.044 103

3.205 105

2.538 107

La velocidad y la altura del agua en la seccion i sera

V1 Vdatnd 1

7.564 D1 Vdatnd 2

0.046 m m

s

7.2. calculo del tirante conjugado en la seccion 2

D2D1

2

D12

42

V12

9.81

D1

1

2

D2 0.711 m

7.3. calculo del valor de r en el colchon disipador

Tirante normal del rio

Dn

m

Altura de r

r1 1.15D2 Dn

r mr1

0.1

n 0.1ceil m( )

n

r 0.1 m

7.4. longitud del colchon disipador

Acol01 6 D2 D1( ) 3.99 Acol02 4 D2 2.845 Acol03 6 D1V1

9.81D2

0.793

La longitud del colchon sera

Acol Acol round Acol01 1( ) Acol01 Acol02 Acol01 Acol03if

Acol round Acol02 1( ) Acol02 Acol01 Acol02 Acol03if

Acol round Acol03 1( ) Acol03 Acol01 Acol03 Acol02if

Acol 4 m

8. DIMENSIONAMIENTO DEL CANAL DE LIMPIA

8.1. calculo de la velocidad de arrastre vc

Coeficiente en funcion del tipo de material

Cl

Cl 3.2

Diametro de la particula mayor

dl

m

Velocidad de arrastre se recomienda valores entre 1.5 - 3.00 m/s

Vcl 1.5Cl dl

Vcl 1.859 m

s

8.2. calculo del ancho del canal de limpia

Caudal que discurrira por el canal de limpia

Qc 0.2Qd 0.16 m3

s

Caudal por unidad de ancho

qcVcl

3

9.810.655

m3

s

m

Ancho de la compuerta se recomienda que sea la decima paerte de la longitud del barraje

Bc0lQc

qc0.244 m

Bc1 Lcomp 1 m

8.3. calculo de la pendiente del canal de limpia

Coeficiente de rugosidad de Manning

nc

Pendiente del canal de limpia

Ic round nc2 9.81

10

9

qc

2

9

100 2

0.23 %

9. DIMENSIONAMIENTO DEL ENRROCADO O ESCOLLERA

9.1. longitud del enrocado o escollera

Ls

D1s

Dbs

Calculo de los valores de D1s y Dbs

D1s Hazud Dn 0.3 m

Dbs D1s Dn 1.1 m

Caudal de diseño por unidad de longitud de vertedero

qs Qmax 6.4 m3

s

Coeficiente de Bligh ver tabla

Cs

La longitud del enrrocado o escollera sera

Ls 0.6Cs D1s 1.12qs Dbs

D1s

1

5.425 m

10. DIMENSIONAMIENTO DEL SOLADO SAMPEADO

10.1. longitud del solado sampeado

Lss

Hb

Altura de agua en el barraje

Hb 0.3 m

Longitud del solado

Lss1 3 Hb

Lss ceil Lss1( )

Lss 1 m

11. DIMENSIONAMIENTO DEL MURO ENCAUZADOR

11.1. longitud del muro encauzador Aguas arriba

BbRIO

Lh

?

RIO

LhPmoj Bb

20.73 m m

m

°

11.2. altura del muro encauzador Aguas arriba

Cm

Bm

Hmt

Hme

b0

Cm b0

m m

Altura del muro sera

Hmes Hazud HbDn

3

Hme round Hmes 1( )

Hme 1.7 m

Hmt Hme Cm 2.1 m

Ancho de cimentacion

BmHmt

21.05 m

11.3. longitud del muro encauzador Aguas abajo

RIOBb

RIO

Lh

?

Lsm

?

Angulo de inclinacion del muro

m 1 1

°

Longitud del muro

Lsm round Ls 1( )

Lsm 5.4 m

11.4. altura del muro encauzador Aguas abajo

Bm1

Cm1

Hme1

Hmt1

Altura del cimiento

Cm1

m

Ancho de la corona

b01

m

Velocidad de maxima avenida

Vmax m

s

Altura del muro sera

Hme1s D2 rDn

3

Vmax2

2 9.81

Hme1 round Hme1s 1( )

Hme1 1.8 m

Hmt1 Hme1 Cm1 2.2 m

Ancho de cimentacion

Bm1Hmt1

21.1 m