INFORME BARRAJES HPE.docx

INGENIERÍA CIVIL ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

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BARRAJE FIJO FUSIBLE – RÍO CHONTA Página 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL

ASIGNATURA:Estructuras Hidráulicos

DOCENTE:

Ing. Longa Álvarez, José.

ALUMNOS:

Goicochea Goicochea Ghilmar OmarParedes Edquen HeinerSoto Aguilar Robert José.

TEMA:

Diseño de Barraje fijo fusible – Río Chonta.

Cajamarca, JUNIO del 2016


I.- :“DISEÑO DE BARRAJE FIJO FUSIBLE DEL CANAL SANTA BARBARA”

II.- INTRODUCCIÓN:

El barraje fijo fusible fue construido tomando en cuenta todos los criterios de diseño con la finalidad de que esta estructura funcione sin tener ninguna falla durante el tiempo de vida útil; como sabemos un barraje es una estructura hidráulica que el ingeniero utiliza para conducir un fluido por donde la topografía es llana.

Para este trabajo se tomó medidas in situ para su posterior elaboración de planos en planta y en perfil así como su diseño hidráulico.

III.- OBJETIVOS:

Objetivo Principal Rediseñar un barraje fijo-fusible ubicado en el rio Chonta del canal Santa

Bárbara.

Objetivos Secundarios Aforar el barraje del río Chonta por el método del flotador. Determinar los parámetros de diseño del barraje. Realizar los planos vista en planta y en perfil del barraje fijo fusible. Identificar cada una de las partes de un barraje para poder realizar el

diseño del mismo.

IV.- JUSTIFICACIÓN

En la práctica que se desarrolló, se hizo una visita a la estructura Hidráulica “Barraje Fijo Fusible del Río Chonta” que se encuentra ubicado en el distrito de Baños del Inca – Cajamarca, para su posterior diseño hidráulico y elaboración de planos.



VI. UBICACIÓN

La estructura hidráulica se encuentra ubicada en:

Departamento: Cajamarca. Provincia: Cajamarca. Distrito: Baños del Inca.

Coordenadas UTM:

Zona: 17M Norte: 9209613.34 m S Este: 779707.35 m E Cota: 2676 m.s.n.m

Croquis de Ubicación.

VII.- REVISIÓN DE LITERATURA

BARRAJE O AZUD

Palabra de origen árabe que significa 'barrera', siendo este habitual para elevar el nivel de un caudal o río con el fin de derivar parte de este caudal a las acequias.

Por lo general son estructuras de hormigón y su sección transversal es de forma curvilínea para adaptarse a los principios de la mecánica de fluidos, de esta manera se minimiza el rozamiento del agua con la superficie del azud para evitar la erosión.

Tipologías de los azudes

Los primeros azudes fueron construidos colocando una serie de obstáculos en el río. Se podían realizar cruzando un tronco en la corriente o bien disponiendo una serie de piedras sueltas para contención del agua. Se pueden distinguir diversos tipos de azudes

según los materiales empleados:

▪ Escollera: Se construyen entrelazando piedras sueltas en la corriente. Son elementos poco resistentes y muy puntuales. En algunos ríos de bajo caudal se siguen utilizando sacos de plástico llenos de tierra para desviar el agua.



▪ Azudes de hormigón: En las últimas décadas se ha procedido a renovar los principales azudes, sustituyendo la mampostería por el hormigón ya que este proporciona unas mejores características frente a la erosión del agua.

Según la función del barraje:

c) Barraje Mixto: Constituye la combinación de los dos anteriores formado imparte por una estructura fija y el resto por un sistema de compuertas que se aprovechan para usarlo como un canal de limpia del material solido acumulado.



Barraje Fijo Fusible

Es un tipo de barraje mixto en el cual se presenta dos tipos de barraje:



El fijo que se encuentra en la parte central del eje del río que se apoya sobre material rocoso y está construido a base de concreto en forma semicircular o parabólica.

El fusible que se encuentra en un costado del eje del río siendo un obstáculo de enrocamiento, semejante a un terraplén pero con la característica de tener que fallar por acción del empuje del agua.

Componentes del barraje fijo fusible

Muros de encauzamiento (muros de protección):

Es una estructura de concreto que se construye a los márgenes del río para controlar excedente de agua en las máximas avenidas, es recomendable que su cota superior este por lo menos a 0.50 m por encima del nivel máxima de agua.

Fig que muestra muros de encauzamiento

Bocal de toma:

Es la estructura que está ubicada en una de los márgenes del río, hacia aguas arriba de la presa derivadora y tiene por objeto captar las aguas.



Reja de entrada:

Impide que pase hacia la conducción material sólido flotante demasiado grueso. Para esto el umbral de la reja se pone a cierta altura sobre el fondo del río y la separación entre barrotes normalmente no pasa de 20 cm. El objetivo básico es impedir que los materiales de arrastre y suspensión ingresen en el canal de derivación los cuales causan obstrucción desbordes de agua debajo de la captación.

Compuerta de regulación:

La finalidad es regular y controlar el caudal de ingreso, se recomienda que la velocidad de ingreso frente a la compuerta varíe de 1.0 a 2.5 m/s.



Colchón disipador o zampeado al pie del azud (disipador de energía):

Sirven para disipar la energía de manera que el agua pase al cauce no revestido con velocidades lo suficiente bajas.



Enrocado de protección (Escollera):

Se construye al final del colchón con el fin de reducir el efecto erosivo y contrarrestar el arrastre del material fino por acción de la filtración.

Compuerta de purga o canal de limpia:

Es la estructura que permite reducir la cantidad de sedimentos, que trata de ingresar al canal de derivación, así como la eliminación del material de arrastre que se acumula delante delas ventanas de captación, este se ubica en un extremo del azud, al lado de la reja de entrada.

Vertedero, aliviadero o limitador de gasto:

Son estructuras para eliminar los excesos de agua o elevación del tirante normal, por fallas en las compuertas o consumos menores a los estimados, pueden ser de sección rectangular y se instalan con el nivel máximo del canal.



VIII.- METODOLOGÍA Y PROCEDIMIENTO

Aforo del rio:

AFORO RIO CHONTA (Método del flotador)

Ensayo Nº 1 2 3 4 5Longitud (m) 20 20 20 20 20

Tiempo (s) 28.8229.0

730.0

127.5

1 29.2

Velocidad (m/s) 0.6940.68

80.66

60.72

70.68

5Promedio 0.692

Calculo Sección media

SECCION AA SECCION BB

B (m) H1 (m)H2 (m)

Ai (m/s)

B (m)

H1 (m)

H2 (m)

Ai (m/s)

1 0 0.06 0.03 1 0.1 0.24 0.171 0.06 0.08 0.07 1 0.24 0.26 0.251 0.08 0.28 0.18 1 0.26 0.38 0.321 0.28 0.29 0.285 1 0.38 0.41 0.3951 0.29 0.36 0.325 1 0.41 0.54 0.4751 0.36 0.48 0.42 1 0.54 0.58 0.561 0.48 0.55 0.515 1 0.58 0.46 0.521 0.55 0.73 0.64 1 0.46 0.46 0.461 0.73 0.91 0.82 1 0.46 0.72 0.591 0.91 1.02 0.965 1 0.72 0.6 0.661 1.02 1.03 1.025 1 0.6 0.58 0.591 1.03 0.95 0.99 1 0.58 0.49 0.5351 0.95 0.83 0.89 1 0.49 0.66 0.5751 0.83 0.75 0.79 1 0.66 0.53 0.5951 0.75 0.15 0.45 1 0.53 0.51 0.52

0.3 0.15 0 0.0225 1 0.51 0.5 0.50515.3 8.418 1 0.5 0.46 0.48

1 0.46 0.15 0.3051 0.15 0.03 0.09

19 8.595

Área media (m2) 8.506Velocidad (m/s) 0.692

Caudal (m3/s)= 5.887



Parámetros de diseño

1. Tamaño medio de las rocas mayor que 1.5” que transporta el rio (X d)

Es el parámetro obtenido gracias a la toma de medida de las rocas que sobrepasen los 1.5’’, se obtiene calculando el tamaño medio de las mismas.

ENSAYO LARGO (cm)

ANCHO (cm)

ALTO (cm)

1 27.75 44.605 19.002 31.29 39.71 17.053 29.04 39.105 21.604 31.74 44.66 12.255 20.34 35.2 27.656 27.54 23.76 18.207 34.95 36.355 20.108 26.04 36.135 24.959 27.27 35.255 11.2510 26.97 35.97 16.9511 25.02 38.885 16.4512 25.62 24.86 20.2013 21.9 33.495 23.9514 24.96 38.995 21.3015 21.72 36.08 17.8016 27.15 38.225 21.0017 22.95 36.575 19.5018 25.08 43.89 20.0019 25.68 37.895 21.8020 20.67 33.275 19.7521 27.06 43.395 18.4522 26.55 37.95 21.3023 23.67 39.765 21.4524 23.94 36.08 19.9525 25.77 39.875 16.2526 26.04 37.895 14.4527 23.07 32.285 17.4028 25.38 34.375 20.2529 28.95 42.13 19.2530 25.56 40.095 21.00PROMEDIO 25.99 37.23 19.35

Xd = 27.522 cm



2. Tamaño medio de una muestra de grava y arena hasta 1.5” de diámetro (d50)

PARÁMETRO D50 D50: tamaño medio de una muestra tamizada que contiene arena

y grava hasta 1.5 “ de diámetro

PARAMETRO d50MALLA PESO RETENIDO

(g)TIPO

1 1/8 “(28.5mm) 3970 GRAVA1”(25.4mm) 580 GRAVA3/8”(9.52mm) 985 FINON°100(0.149mm) 120 FINON°200(0.074mm) 55 FINO

Muestra total: 5710 g

Malla(mm)

peso retenido

% retenido

%retenido acumulado

%que pasa

28.5 3970 69.5271454

69.5271454

30.4728546

25.4 580 10.1576182

79.6847636

20.3152364

9.52 985 17.2504378

96.9352014

3.0647986

0.149 120 2.10157618

99.0367776

0.96322242

0.074 55 0.96322242

100 0

total 5710



Diámetro medio(d50)=(28.5+25.4+9.52+0.149+0.074/5)=12.73mm

Por lo tanto d50=12.73mm (grava-fino)

Figuras que muestran el tamaño de las particulas



3. Pendiente longitudinal del rio (So)

LONG. PARCIAL

ESDESNIVEL

ESPENDIENTE PROM.

TRAMO Li (m) hi (m) si = hi/Li (Li

2/si)1/2

1 3715.23 200.00 0.0516012.6

6

2 2742.87 200.00 0.0710157.6

43 2259.91 200.00 0.09 7596.64

4 4729.25 200.00 0.0422997.1

2

5 3494.10 200.00 0.0614604.5

46 1855.21 200.00 0.11 5650.34

7 2798.18 200.00 0.0710466.4

3

8 3667.86 200.00 0.0515707.3

99 2636.43 200.00 0.08 9572.15

10 4243.57 200.00 0.0519547.0

9

11 7077.49 200.00 0.0342102.1

112 1100.62 100.00 0.09 3651.37

TOTAL 40320.72

178065.49

So = 4.89 %

4. Pendiente del canal (S)

L = 20Cota 1 2676.32Cota 2 2676.26S 0.003



5. Caudal en máximas avenidas del rio (Q)

Método racional: Qmax = 0.278*C*I*A (m3/s)

A = 286.88 Km2 (Área de la cuenca)

C = 0.18 (Suelo arcilloso con pendiente media)

I = 60.53 mm/h

Qmax = 868.9 m3/s

6. Caudal de derivación (Qd)

Qd = CAUDAL DE DERIVACION (m³/seg) Para hallar el caudal de derivación tenemos que aforar el canal. Determinamos el área del canal.

La distancia que utilizamos fue de 25 m

TIEMPO DISTANCIA VELOCIDAD AREA37.50 seg 25 m 0.67 m/s 0.2145 m²37.27 seg 25 m 0.67 m/s 0.2145 m²38.05 seg 25 m 0.66 m/s 0.2145 m²

Con los datos obtenemos el caudal de derivación es:

- Sacamos el promedio de los 3 caudales obtenidos de los datos

Qd = 0.143 m³/seg



7. Distancia entre el eje del barraje y el eje del bocal (d’b)

D’b = 1.90 m

8. Ancho del rio en metros (T)

T = 28.20 m

9. Angulo

α=28.32 °

Cuadro resumen:

PARAMETRO UNIDAD VALORXd cm 27.522

d50 mm 12.73So m/m 0.0489T m 28.20 S m/m 0.003

Qd m3/s 0.143d'b m 1.90Q m3/s 868.9α Grados 28.32

DISEÑO DEL BARRAJE FIJO Y EL BOCAL (O VENTANA DE CAPTACION)

1. DISEÑO DEL BOCAL O VENTANA DE CAPTACION

a. Calculamos la altura del Umbral del Bocal (Pb)

x=0.5 (Xd+d50)

* Características físicas del lecho:

X d = 27.52 cm

d50 = 1.273 cm

Reemplazando tenemos:

x=15cm

b. Calculamos la longitud "Lb" del bocal



Tenemos que Lb es mayor o igual que el ancho de la plantilla del canal principal, entonces:

Lb≤1.5ancho delcanal principal.Lb=1.5 x (0.65 )

Lb=0.975mPor lo tanto asumimos una Lb:

Lb = 1.0 m

c. Calculamos el espesor del umbral "E"

Se estimará un espesor de:

E = 25 cm

d. Cálculo de la carga hidráulica "ho"

ho=[ Qd

0.544 Lb√g ]2 /3

Qd = 0.143 m3/s

Lb = 1.0 m

g = 9.81 m/s2

ho = 0.2 m

e. Cálculo de la Pérdida de Carga por Rejilla "hr"



Hallamos la Velocidad del agua frente a la rejilla:

V 1=Qd

Lb ¿h0

Qd = 0.143 m3/s

Lb = 1 m

ho = 0.20 m

V1 = 0.715 m/s

Entonces la Pérdida de Carga por Rejilla "hr" será:

hr=k∗( ea )

43∗V 1

2

2∗g∗sin α

K = 1.79 Coeficiente que depende de la forma de la varilla.

e = 2.54 cm Diámetro de las varillas de la rejilla (cm)

a = 5 cm Separación entre varillas (cm)

V1 = 0.715 m/seg



C = 1.1 Factor de corrección.

α = 90° Inclinación de la rejilla.

hr = 0.019 m

hr = 0.021 m Valor Corregido.

Entonces el número de varillas son:

N °Var=Lb

a+e

Nº Var = 13

f. Calculamos la altura del bocal “hb"

hb=ho+hr+bl

Sabemos que el bl varía entre 5 - 10 cm. Entonces asumimos: 10 cm por seguridad.

bl = 0.2+0.021+0.1

Entonces: hb = 0.321 m

g. Calculamos la altura total de BARRAJE “P"

P=ho+hr+ x+d ' b . tag(θ)

ho = 0.20 m

x=0.15m

hr = 0.021 m

tanθ=So=0.0513

d’b = 1.90 m

Luego: P = 0.50 m

h. Ancho de corona (Ac)



Ac=1.5 ( X d+d50 )

X d = 27.52 cm

d 50 = 1.273 cm

Ac=43.2cm

2. DISEÑO DEL BARRAJE

a. Calculamos la Carga en Máximas Avenidas "H":

Qmáx=CT H o3/2

Qmax = 868.9 m3/s

Tenemos que el coeficiente de descarga es:

C = 4

T = 28.20 m

Despejando Ho y reemplazando valores tenemos:

Ho = 3.90 m

Perdida de carga:

Velocidad para esta carga:

VH=Qmax

T H o

Entonces tenemos:

VH = 7.9 m/s

Hf=0.1VH2

2g

Hf = 0.32 m

H=H o−H f

H = 3.58 m

DISEÑO DEL SOLADO O COLCHON DISIPADOR DE ENERGÍA



Tirante crítico "y1" y "V1":

Se utiliza la siguiente fórmula:

P+Ho=−R+Y 1+V 12

2 g+V H 2

20 g

Asumimos “R” ya que varía entre (0.5 - 1m)

R = 0.50 m

P = 0.5 m

Ho = 3.90 m

y1: Tirante crítico comprimido (0.5 - 1.00)

Hallamos el valor de V1:

y1 = 0.75 m

V1 = 8.67 m/s

Hallamos el tirante conjugado "y2" o profundidad de flujo mayor:

y2=− y1 /2+√ y12

4+2(V 1

2

g ) y1y2 = 3.41 m

a. Hallamos la longitud del colchón de amortiguamiento LD=5 ( y2− y1)

LD=13.30m

LD=6 y1V 1

√g y1

LD=14.38m

LD=4 y2

LD=13.64m

Por lo tanto:

Escogemos el valor de LD de acuerdo a las características del barraje.

Lca = 13.30 m



b. Umbral de la poza

w=1.15( y2−Hc)

Donde:

Hc: Profundidad critica de flujo

HC=3√ Q2

g∗T 2

Q = 868.9 m3/sT = 28.2 mg = 9.81 m/s2

Luego:

Hc = 3.16 m

W = 0.375 m

c. Altura de los muros aguas arriba y aguas abajo

Muro aguas abajo

Hu=H+P−d 'b∗tanθ+bl

H = 3.58 mP = 0.5 mdb = 1.90 mtanθ = 0.0489

El bl debe estar entre 40 y 60 cm, según el revestimiento y el caudal.

bl = 0.60 m

Reemplazando datos tenemos:

Hu = 4.59 m

Muro aguas arriba

Hd=( QC∗T )

2/3



Hd = 3.90 m

d. Longitud de los muros

Muro aguas arriba

Db= Ac2

+P+ Lb2

Ac = 0.432 mP = 0.5 mLb = 1.0 m

Db = 1.22

Lu=Db+ Lb2

+1

Lu = 2.72

Muro aguas abajo

Ld=Lca+1

Lca = 13.30 m

Luego: Ld = 14.30 m

e. Longitud de las aletas:

Se adopta una longitud de 1.50 m

DISEÑO DEL LIMITADOR DE GASTO

Qevac=415

c∗La∗h2/3√2 g

Dónde:La = longitud del aliviadero.Q = caudal evacuado.C = coeficiente de descarga (c=0.50)h = diferencia de niveles en el aliviadero



X.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se identificó cada una de las partes de un barraje para poder realizar el diseño del mismo.

Se determinó el caudal del canal de derivación. Se realizaron los planos vista en planta y perfil.

Se recomienda Utilizar programas que agilicen al cálculo, debido a la gran cantidad y relación de los datos.

Se recomienda un mantenimiento y limpieza general del barraje de una manera periódica para evitar su deterioro y/o colapso prematuro.

XI.- BIBLIOGRAFÍA

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA.- Ing. Edgar Gustavo Sparrow Alamo - Bocatoma Fluvial.

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL VALLE.- Ing. José Luis García Vélez – Diseño de estructuras hidráulicas.

MANUAL DE ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS.- Ing. Hugo Amado Rojas Rubio – Lineamientos para el diseño de tomas de captación.

AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA. es.scribd.com/doc/179885343/informe-estructural-pdf http://www.slideshare.net/jorgeberrios7737/b-26624232



Apuntes de clase.

XII.- ANEXOS





1. Aforo del rio por el método del flotador:

Tramo utilizado para el aforo Colocación del Flotador, medida de la sección del rio mediante áreas parciales:

:



PLANOS DEL BARRAJE


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