estructuras saposoa g2fin aal

PROYECTO de irrigacion SAPOSOA

Curso: Estructuras hidráulicas

Profesor (a): Ing. Teresa Velásquez Bejarano

Grupo: 2Alumnos:

Anchayhua Ramírez, KatyaCifuentes Meza Astrid Teresa Carolina

Gutiérrez Reynaga, MaxMaturana Palma, Alexandra

Onocuica Quiroz, SamantaUchasara Casavilca, Katherine

Fecha: 14 de Diciembre del 2015

Proyecto de irrigación SaposoaEstructuras Hidráulicas

Contenido

MEMORIA DESCRIPTIVA.........................................................................3

1. INTRODUCCIÓN.............................................................................3

2. OBJETIVO DEL PROYECTO:..............................................................3

3. ALCANCE........................................................................................3

4. DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DEL PROYECTO.....................................4

4.1. TOPOGRAFÍA.................................................................................4

4.2. GEOLOGÍA......................................................................................4

4.3. HIDROLOGÍA..................................................................................4

5. PLANTEAMIENTO DE LA DISPOSICIÓN DE LAS OBRAS HIDRÁULICAS DE LA BOCATOMA DE CAPTACIÓN, PRESA DERIVADORA Y OTROS

COMPONENTES HIDRAULICOS................................................................4

5.1. CARACTERÍSTICAS DEL CAUCE DEL RIO...........................................4

5.2. ARRASTRE DE SEDIMENTOS...........................................................5

5.3. OBRAS CONSIDERADAS EN BOCATOMA DE CAPTACIÓN, PRESA DERIVADORA..........................................................................................5

6. DISEÑO DE LA PRESA DERIVADORA................................................5

6.1. LONGITUD EFECTIVO DEL CAUCE....................................................5

6.2. TIRANTE NORMAL..........................................................................5

6.3. ALTURA DE LA PRESA DERIVADORA SOBRE EL NIVEL DEL CAUCE....6

6.4. PROFUNDIDAD DE SOCAVACIÓN....................................................7

6.5. TIRANTES CONJUGADOS, LONGITUD Y PROFUNDIDAD DE LA POZA DE DISIPACIÓN........................................................................................8

6.6. DIMENSIONES DE LA PRESA DERIVADORA, ESTABILIDAD...............8

7. DISEÑO DE LA BOCATOMA DE CAPTACIÓN...................................14

7.1. CAUDAL DE DERIVACIÓN EN LA CAPTACIÓN.................................14

7.2. ALTURA DEL ALFEIZER Y VENTANA DE CAPTACIÓN.......................14

7.3. CALCULO DE LAS PÉRDIDAS DE CARGA EN LA ENTRADA Y REJAS. .14

7.4. CALCULO DE LA LONGITUD DE LA VENTANA DE CAPTACIÓN Y VERTEDERO DE ENTRADA.....................................................................15

1


8. DISEÑO DEL MURO EN LA BOCATOMA.........................................15

8.1. ALTURA POR VERTIMIENTO SOBRE EL BARRAJE...........................15

8.2. CALCULO DEL HD..........................................................................15

8.3. CALCULO DE LA PROFUNDIDAD DE SOCAVACIÓN EN LA ENTRADA DE LA BOCATOMA.................................................................................16

8.4. CALCULO DE LA ALTURA DEL MURO DE LA BOCATOMA................17

8.5. DISEÑO DEL MURO:.....................................................................17

9. DISEÑO DEL DESARENADOR.........................................................20

9.1. CAUDAL CONSIDERADO PARA EL DISEÑO DE LAS NAVES..............21

9.2. SELECCIÓN DEL TIPO DE DESARENADOR.......................................21

9.3. CALCULO DE LA LONGITUD DE LAS NAVES, ANCHO, PROFUNDIDAD, VERTEDERO DE REBOSE AL FINAL DE LAS NAVES..........21

9.4. CALCULO DE LA VELOCIDAD EN LA CÁMARA DE SEDIMENTACIÓN.21

9.5. CALCULO DE LA VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN.........................21

9.6. CALCULO DE LAS DIMENSIONES DEL SEDIMENTADOR, ÁREA, PROFUNDIDAD (SI SU DECISIÓN FUE CONSIDERARLO)...........................23

10. DISEÑO DE LAS OBRAS DE PROTECCIÓN DE LABOCATOMA...........23

2


MEMORIA DESCRIPTIVA1. INTRODUCCIÓN

El proyecto a desarrollar es con fines de irrigación para una extensión de 200 ha, el caudal demandado se piensa captar del rio Saposoa para la cual se han efectuado estudios topográficos, hidrológicos y geológicos que servirán de referencia en el diseño de las diferentes estructuras hidráulicas. Este informe expresa las consideraciones básicas y criterios en el diseño de una bocatoma, la que está compuesta por una serie de estructuras que actúan como un todo, pero que cada requiere de un planteamiento en especial. Se tuvo como base los documentos referentes al proyecto Saposoa para el diseño, así como para el análisis en torno a la ubicación y características de la zona, para elaborar un mejor planteamiento de la bocatoma.

2. OBJETIVO DEL PROYECTO:

- Contar con los documentos técnicos que permitan construir la bocatoma de Saposoa.

- La bocatoma de Saposoa podrá lograr en el corto plazo la captación de las aguas del ríos Saposoa para la irrigación de 200 Ha.

- Tomar en cuenta las condiciones hidrológicas, topográficas, geotécnicas de la zona con las consideraciones especificadas en los respectivos estudios básicos, para el diseño de las estructuras.

- Realizar el diseño considerando el tiempo de vida útil, la estabilidad de las estructuras, las obras de protección y encauzamiento.

3. ALCANCE

En el siguiente trabajo se va a realizar el diseño de las siguientes estructuras:

Presa derivadora o barraje. Ventana de captación, Muro de protección Desarenador. Estructura de protección

3


Obras de arte: - Alcantarilla- Rápida

4. DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DEL PROYECTO

1.

2.

3.

4.1. Topografía

El plano utilizado para el presente trabajo se encuentra en una escala de 1:500; con curvas de nivel cada 1.00 m., así como un plano de la sección transversal del eje de la Bocatoma a escala 1: 100.

Dichos levantamientos se han trabajado con Bench Mark con una cota de 307.924msnm.

Como se aprecia en el plano hay zonas con elevaciones así como zonas planas, las cuales deberán de trabajarse con cuidado para evitar gastos excesivos en movimiento de tierras.

4.2. Geología

De los estudios geológicos y geotécnicos se obtuvieron datos de la capacidad portante del suelo como baja (aprox. 0.70 Kg/cm2 - 1.20Kg/cm2), el lecho del río formado por material limo-arcilloso de alta plasticidad con algunos lentes de arena (densidades entre 1.4 Kg/cm3 y 1.96 Kg/cm3 y carga admisible entre 0.75 Kg/cm2 y 1.00 Kg/cm2).

4.3. Hidrología

Los datos hidrológicos se han tomado del “Estudio Hidrológico del río Saposoa del Proyecto de Irrigación Pasarraya".

En él se observará, que para el período de recurrencia de 1000 años el caudal en el río Saposoa es de 247 m3/s, Qmáx. = 394 m3/s; Qmín=4.74 m3/s.

Sin embargo, para el desarrollo del presente trabajo el diseño se realizara con un

Qmáx. = 250 m3/s y un Q captación = 2.70 m3/s.

4


5. PLANTEAMIENTO DE LA DISPOSICIÓN DE LAS OBRAS HIDRÁULICAS DE LA BOCATOMA DE CAPTACIÓN, PRESA DERIVADORA Y OTROS COMPONENTES HIDRAULICOS

5.

5.1. Características del cauce del rio

La pendiente promedio del tramo del rio adaptado para efectos del diseño, en base a la información topográfica es de 0.000285; como se puede ver este valor es bastante bajo y obedece a la formación de meandros en uno de los cuales se ubica la captación.

El ancho del cauce tiene poca variación en la zona de captación, observándose en los planos topográficos y en el campo un ancho promedio de 45 m aguas arriba de la captación, el cual se amplía hasta un promedio de 90 m aguas abajo de la captación.

Para este caso de diseño se usó un ancho de 50 m.

5.2. Arrastre de sedimentos

El rio Saposoa presenta transporte de sólidos en suspensión y fondo de manera significativa, por lo que se deben realizar monitoreos permanentes en especial durante las avenidas.

5.3. Obras consideradas en Bocatoma de captación, presa derivadora.

BARRAJE FIJO

BOCATOMA DE CAPTACIÓN

MUROS DE PROTECCION Y ENCAUZAMIENTO

DESARENADOR

OBRAS DE PROTECCIÓN

OBRA DE ARTE

6. DISEÑO DE LA PRESA DERIVADORA

6.

6.1. Longitud efectivo del cauce

5


El caudal máximo que se emplea en los cálculos es de 250m3/s, correspondiente a la máxima avenida que podría darse en el Rio Saposoa.

Los métodos aplicados para determinar la longitud del cauce fueron los de Altunin y por Petit, resultando por el primer método 25.6 mientras que por el segundo 38.74. Sin embargo estos métodos solo fueron una aproximación ya que al evaluar el plano topográfico, se obtuvo que el ancho del cauce real donde desarrollara el proyecto es de 50m. Se empleara para los cálculos este último valor ya que es el que más se aproxima a la situación real del Rio Saposoa.

6.2. Tirante normal

Con la finalidad de agilizar los cálculos, se empleó el software H-Canales para determinar el tirante normal, en la siguiente imagen se muestran los datos de entrada así como los resultados obtenidos.

Imagen 1 H-Canales y tirante normal

A partir del caudal de máximas avenidas considerado en este caso 250 m3/s, se obtuvo un tirante normal de 4.73m. El talud considerado fue cero pues es una aproximación que se efectúa para iniciar una propuesta de proyecto, para mayor exactitud hubiese sido necesario contar con datos de batimetría.

6.3. Altura de la presa derivadora sobre el nivel del cauce

La altura del barraje depende de la altura en la que se encuentra la ventana de captación, la altura de ventana propiamente dicha, además de consideraciones por perdida de carga.

6


Tabla 1 Medidas Barraje

MedidasAlfeizer(m) 1

Hventana(m) 1Perdidas(m) 0.1

Imagen 2 Altura del barraje

De la imagen se puede apreciar que la altura de barraje por encima del nivel del cauce es de 2.1m, tomando en cuenta los valores de la Tabla 1

6.4. Profundidad de socavación

A continuación se presentan las consideraciones que se tomaron en cuenta para el cálculo de la socavación, los valores de tabla que forman parte de la base teórica empleada.

DatosQ 250 m3/sDn 0.15 mmSrio 0.000285Yn rio 4.73 h canalesB 50 m

Obteniéndose:

Resultadosα 0.375

7

Valores de Tablau 1x 0.42β 0.97


ds 6.053Ps (m) 1.3229

La profundidad de socavación resultante es de 1.32m lo que indica que es necesario que el barraje este anclado al suelo a esta distancia para poder asegurar su equilibrio.

6.5. Tirantes conjugados, longitud y profundidad de la poza de disipación

Calculo del Tirante Y1:E0 El0+ H0+ Hv0+ 0 3.64 0.0961E0 3.73 E1 El1+ H1+ Hv1 1.27

E1 0 y11.27/y1^2

Y1= 0.64

Calculo del Tirante Y2: Tirantes conjugadosV1= 7.8125 Velocidad(m/s)

F1^2= 9.72145073 Numero FroudY2= 2.52010782 Tirante(m)

Lpoza(m)= 9.4

La longitud de poza hallada fue de 9.4ms, resultando de la diferencia d los tirantes conjugados Y1 e Y2. Como el tirante normal es de 4.73m no es necesaria disminuir la profundidad de la poza, pues Y2<Yn.

6.6. Dimensiones de la presa derivadora, Estabilidad

Análisis de estabilidad

Datos considerados:

δ(°) 0 Horizontalф(°) 35 Conglomerado

Ka

0.271 Factor empuje activo

Kp 4 Factor empuje pasivoɣ(Tn/m3) 1 Aguaɣ(Tn/m3) 1.8 Suelos normales

8


Estabilidad, caso estiaje:

SecciónFuerza (t/m)

x Brazo n

Momento(t-n/n)Factor h b W

1 1.00 2.50 1.00 2.40 6.00 16.50 99.002 1.00 1.50 1.50 2.40 5.40 16.25 87.753 0.50 1.50 0.50 2.40 0.90 15.33 13.804 0.50 1.50 0.50 2.40 0.90 1.67 1.505 1.00 1.50 1.50 2.40 5.40 0.75 4.056 1.00 1.50 15.00 2.40 54.00 8.50 459.007 1.00 5.75 1.75 2.40 24.15 16.75 404.518 1.00 4.30 1.50 2.40 15.48 13.75 212.859 0.50 1.25 1.50 2.40 2.25 14.00 31.50

10 0.50 3.30 2.00 2.40 7.92 12.33 97.6511 1.00 1.00 2.00 2.40 4.80 12.00 57.6012 0.50 1.00 2.00 2.40 2.40 10.33 24.79

W3

0.50 1.50 0.50 1.80 0.68 15.17 10.241.00 1.50 13.00 1.80 35.10 8.50 298.350.50 1.50 0.50 1.80 0.68 1.83 1.240.50 1.50 0.50 1.00 0.38 15.17 5.691.00 1.50 13.00 1.00 19.50 8.50 165.750.50 1.50 0.50 1.00 0.38 1.83 0.69

Wagua 1 4.75 1 1 4.75 16.5 78.38Wtierra 1 4.75 1 1.8 8.55 16.5 141.08

Subpresiones -

107.15 11.93 -1278.24 ΣV 92.46 ΣMv 917.17

Empujes:

Empuje Activo

Empuje suelo Empuje

agua

P1h 8.75 XD 1.42

Etierra 18.67 Momento 26.44

H1h 8.75 XD 1.42

Eagua 38.28 Momento 54.21

ΣHactivo(T/m) 56.95 ΣM -80.65Empuje Pasivo

Empuje suelo Empuje agua

P2h1 3.00 XD 1.00


h2 3.00 XD 1.00

9

Ph=K a×γ× (h2/2 )

Ph=K p×γ× (h2/2 ) Ph=γ × (h2/2 )

Ph=γ × (h2/2 )



ΣHpasivo1(T/m) 36.90 ΣM -36.90

P3 h 1.50 XD 1.00


ΣHpasivo2(T/m) 8.10 ΣM -8.10

ΣH 11.95 ΣMh -125.65

ΣMD 791.52

Resultados

Seguridad al deslizamiento

f 0.50Gravas y arenas

finas

EP 45.007.63 CUMPLE

Seguridad al volcamiento 7.30 CUMPLE

Reacciones del terreno

Reacciones (Tn/m2)

t 17.00

5.32 5.56

Excentricidad (m)

-0.06

Estabilidad, caso avenidas:

SecciónFuerza (t/m)

x Brazo n

Momento(t-n/n)Factor h(m) b(m) Wc(Tn/m3)

1 1.00 2.50 1.00 2.40 6.00 16.50 99.002 1.00 1.50 1.50 2.40 5.40 16.25 87.753 0.50 1.50 0.50 2.40 0.90 15.33 13.804 0.50 1.50 0.50 2.40 0.90 1.67 1.505 1.00 1.50 1.50 2.40 5.40 0.75 4.056 1.00 1.50 15.00 2.40 54.00 8.50 459.007 1.00 5.75 1.75 2.40 24.15 16.75 404.518 1.00 4.30 1.50 2.40 15.48 13.75 212.859 0.50 1.25 1.50 2.40 2.25 14.00 31.50

10 0.50 3.30 2.00 2.40 7.92 12.33 97.6511 1.00 1.00 2.00 2.40 4.80 12.00 57.6012 0.50 1.00 2.00 2.40 2.40 10.33 24.7913 0.50 0.33 2.00 1.00 0.33 15.33 5.1114 1.00 2.00 2.00 1.00 4.00 15.00 60.0015 0.50 0.90 1.50 1.00 0.68 13.50 9.1116 1.00 1.20 1.50 1.00 1.80 13.25 23.8517 0.50 0.80 1.50 1.00 0.60 13.00 7.80

10

f ∑V +EP

∑ H≥1.5

F=∑ Mv

∑ Mh≥1.5

σ=∑ Vt (1± 6 et )

e=12t−∑ M

∑ V


18 0.50 1.20 1.50 1.00 0.90 12.00 10.8019 1.00 0.80 1.50 1.00 1.20 11.75 14.1020 0.50 1.50 1.50 1.00 1.13 12.00 13.5021 0.50 2.00 1.80 1.00 1.80 10.40 18.7222 0.50 2.10 1.80 1.00 1.89 9.80 18.5223 0.50 2.20 1.80 1.00 1.98 9.20 18.2224 0.50 1.20 1.80 1.00 1.08 8.60 9.2925 1.00 1.00 6.80 1.00 6.80 4.40 29.9226 1.00 1.50 1.50 1.00 2.25 6.75 15.1927 1.00 2.00 2.00 1.00 4.00 5.00 20.0028 1.00 3.00 3.00 1.00 9.00 2.50 22.5029 0.50 1.00 3.00 1.00 1.50 2.00 3.0030 0.50 1.00 2.00 1.00 1.00 4.67 4.6731 0.50 0.80 1.50 1.00 0.60 6.50 3.9032 0.50 0.30 1.50 1.00 0.23 8.70 1.96

W3

0.50 1.50 0.50 1.80 0.68 15.17 10.241.00 1.50 13.00 1.80 35.10 8.50 298.350.50 1.50 0.50 1.80 0.68 1.83 1.240.50 1.50 0.50 1.00 0.38 15.17 5.691.00 1.50 13.00 1.00 19.50 8.50 165.750.50 1.50 0.50 1.00 0.38 1.83 0.69

Wagua 1 7.2 1 1 7.20 16.5 118.80Wtierra 1 4.75 1 1.8 8.55 16.5 141.08

Subpresiones -

107.15 11.93 -1278.24 ΣV 137.66 ΣMv 1267.74

Empujes:

Empuje ActivoEmpuje

suelo Empuje agua

P1h 8.75 XD 1.42


H1h 11.15 XD 2.22


ΣHactivo(T/m) 80.83 ΣM 164.25Empuje Pasivo

Empuje suelo

Empuje agua

P2

h1 3.00 XD 0.50


h2 8.00 XD 1.17


11

Ph=K p×γ× (h2/2 ) Ph=γ × (h2/2 )

Ph=Ka×γ× (h2/2 ) Ph=γ × (h2/2 )


ΣHpasivo1(T/m) 64.40 ΣM 53.64

P3h 1.50 XD 1.00


ΣHpasivo2(T/m) 8.10 ΣM 8.10

ΣH 8.33ΣMh -225.99

ΣMD 1041.75

Resultados

Seguridad al deslizamiento

f 0.50Gravas y arenas

finas

EP 8.339.26 CUMPLE

Seguridad al volcamiento 5.61 CUMPLE

Reacciones del terreno

Reacciones (Tn/m2)

t 17.00

10.76 5.43

Excentricidad 0.93

LOSA

Análisis de subpresiones

¿p1=4.53×16

2=36.24Tn/m

¿p2=3×16=48Tn/m

Imagen 3 Esquema Subpresiones

12

f ∑V +EP

∑ H≥1.5

F=∑ Mv

∑ Mh≥1.5

σ=∑ Vt (1± 6 et )

e= 12t−∑ M

∑ V


Análisis del peso y del agua

Empuje activo

Ph=( h22 )×γ=18Tn/m

Empuje pasivo

Suelo:

Psuelo=( h22 )×γ×kp=28.8 ¿

Agua:

Pagua=( h22 )×γ=28.125 ¿

Fv x(m) Mv80.2 5.67 454.7373 8 584

-36.24 10.67 -386.68-48 8 -384

ΣF 68.96 ΣM 268.05

Fh x(m) Mh18 5.67 -27

-28.8 8 0-28.15 10.67 14.06

ΣF 38.95 ΣM 12.94

Fuerza deslizamiento:

f ∑V +Ep

∑ H

(0.3)(68.96+84.29)38.92

=2.69

Fuerza volteo:

13


∑ Mv

∑ Mh=268.0512.94

=20.71

Fuerza hundimiento:

∑ Mv−∑Mh

∑Mh=( 268.05−12.9473+80.2 )=1.67

B/6=17/6=2.83

E=B/2 –XD=17/2-1.67=2.58

e< B/6

Según los cálculos efectuados, la estabilidad de la losa está garantizada pues se cumple con los factores de seguridad establecidos.

Las subpresiones no significan un riesgo para la estructura, pues incluso se han considerado las áreas de suelo como si estas ya estuvieran con infiltración del agua, situación que ocurrirá a largo plazo y para la cual la estructura debe estar preparada, entonces incluso diseñando bajo estas consideraciones la estructura no falla y se continua con un factor de seguridad muy alto. A partir de los resultados obtenidos en cuanto a seguridad al deslizamiento y al volcamiento, los cuales están por encima de los factores de seguridad usuales, se concluye que la estructura está sobredimensionada y que ejecutarla con factores de seguridad tan altos encarecería innecesariamente el proyecto, por lo cual se podría efectuar un reajuste en cuanto al dimensionamiento para que el proyecto sea factible, esto aplicable en ambos casos es decir tanto para estiaje como para avenidas, otro factor a evaluar seria el presupuesto del proyecto, para determinar si sería necesario o no un nuevo dimensionamiento.

7. DISEÑO DE LA BOCATOMA DE CAPTACIÓN

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.1. Caudal de derivación en la captación

Se tomó como caudal de captación 2.7 m3/s.

7.2. Altura del alfeizer y ventana de captación

14


Para el diseño de la ventana de captación se consideró que la altura del alfeizer desde el nivel del río no debe ser menor de 0.6 m es por ello que se tomó el valor de 1m, ya que esta altura va evitar el ingreso de material de arrastre, mientras que para la altura de la ventana se consideró un valor mayor a 0.6 m, que en nuestro caso también fue de 1m debido a que el caudal a derivar que es de 2.7 m3/s.

7.3. Calculo de las pérdidas de carga en la entrada y rejas

La pérdida de carga total resulto de 7.5 cm, este valor resulta de la suma de las pérdidas en la entrada y las pérdidas en las rejillas. En el caso de las pérdidas de entradas por el método de Kractz se obtuvo un valor de 2.6 cm este valor se debe a que la abertura es de arista recta e impide mayores pérdidas con respecto a la pérdida total de altura en una estructura de retención. Mientras que en las perdidas por rejillas se obtuvo un valor de 4.9 cm por el método de Ven Te Chow, producidas por el impedimento de materiales suspendidos hacia el canal de derivación.

7.4. Calculo de la longitud de la ventana de captación y vertedero de entrada

La ventana de captación se diseñó para condiciones estiaje con una altura de 1m considerando que para su diseño se consideró rejillas o barrotes verticales que impidan la entrada de gravas, piedra u otros materiales flotantes y su comportamiento se asemeja al de un vertedero. La carga necesaria para dicho “vertedero” viene del remanso producido por el azud. El vertedero trabaja sumergido con un desnivel muy pequeño entre las dos superficies de agua.

Los resultados que se obtuvieron fueron:

Longitud de la ventana de captación (incluyendo rejas):5.31m

Longitud de la ventana (sin incluir rejas):2.71m

8. DISEÑO DEL MURO EN LA BOCATOMA

8.

8.1. Altura por vertimiento sobre el barraje

Datos considerados para el cálculo de Hd:

El caudal de avenidas = 250 m3/s

Ancho de barraje = 50m

Cd (Novak) = 2.4

15


8.2. Calculo del HdQmax=Cd∗L∗[ Hd ]1.5

250=2.4∗50∗[Hd ]1.5

Hd=1.63m

Datos para el cálculo de la Altura máxima sobre la cresta:

Elevación en la cresta del barraje = 304.6 msnm

Factor de seguridad = 0.5 - 1m

Hd = 1.63m

Altura máxima sobre la cresta= Elevación en la cresta del barraje +Hd +factor

de seguridad

Altura máxima sobre la cresta= 304.6+ 1.63+1= 307.23msnm.

8.3. Calculo de la profundidad de socavación en la entrada de la bocatoma

Para hallar el tirante normal (Yo) del rio en avenidas utilizamos el programa HCANALES y consideramos que el rio tiene una sección rectangular.

16


Imagen 4 Resultados con H-Canales

De donde podemos tomar datos de:

Tirante normal = 4.72 m

Velocidad media de la sección =1.058 m/s

Los datos para hallar la altura son considerados de las tablas:

Coeficiente de contracción (u) = 1 considerando el longitud entre pilas de 50m y la

velocidad media del rio = 1.058

El valor de x = 0.42 está en función del diámetro medio de las partículas del rio =

0.15mm por ser un suelo fino arcilloso.

El valor de a:

a= Q

y053∗B∗u

= 250

4.7253∗50∗1

=0.375

El coeficiente B= 0.97 para un periodo de retorno de 50 años.

ds=[ 0.375∗4.720.150.28∗0.68∗0.97 ]

11+0.42=6.053

Ps=6.053−4.72=1.32m

8.4. Calculo de la altura del muro de la bocatoma

La altura del muro es determinada por las alturas:Profundidad de socavación= 1.32

Altura del alfeizar = 1m

Altura de la ventana de captación= 1mPerdidas (hf)=1mHd = 1.63 mSeguridad =1mAltura del muro de la bocatoma = 6.054= 6.0 m

17


8.5. Diseño del muro:

Predimensionamiento del muro

En base a la altura del muro de la bocatoma L= 6m hallamos los valores del vástago, talón y punta.

Imagen 5 Dimensiones del muro

Diseño Hidráulico

Para el diseño hidráulico se analizan las características del material de relleno y el

agua.

Datos considerados:

δ(°) 0 Horizontalф(°) 35 ConglomeradoKa 0.49 Factor empuje activoKp 4 Factor empuje pasivo

ɣ(Tn/m3) 1 Agua

ɣ(Tn/m3) 1.8 Suelos normales

Hallando las fuerzas que actúan sobre el muroSe analizan los momentos de las fuerzas verticales y horizontales en el punto crítico de la estructura

18


Hallando los empujesEmpuje activo:

Ph=Ka∗γ∗(h¿¿2/2)¿

P1h 6.00 XD 2.00


ΣHactivo 15.88 ΣM 31.75

Empuje pasivo:Ph=γ∗(h¿¿2/2)¿

Se ha considerado que la carga hidráulica actúa hasta 1m antes del borde del

muro.

P2h 4.50 XA 2.00


P3

h1 0.50 XA 0.17


h2 0.50 XA 0.17

Eagua 0.13 Momento 0.02Σhpasivo 1.03 ΣM 0.17

Sumatoria de momentos:

19


ΣH 4.73 ΣMh 11.33 ΣMA 73.64

Análisis de estabilidad del muro

Para garantizar que el muro sea estable se debe analizar:

Se considera f=0.5 para gravas y arenas finas:

Seguridad al deslizamiento: (𝑓∑𝑉+𝐸_𝑃)/ (∑𝐻) ≥1.5

(𝑓∑𝑉+𝐸_𝑃)/ (∑𝐻) = 6.34

Seguridad al volcamiento: F= (∑𝑀𝑣)/(∑𝑀 )≥1.5ℎ

F= (∑𝑀𝑣)/(∑𝑀 )= 7.5ℎ

Reacciones del terreno:

Considerando un T=4mExcentricidad: 𝑒=1/2 𝑡− (∑𝑀)/ (∑𝑉) =0.05Reacciones:σ= (∑𝑉)/𝑡 (1±`6𝑒/𝑡) σ1=10.05 σ2=8.78

Diseño Estructural

Vástago

Empuje activo: 15.88B= (1/2 x 15.88 x 6) = 5293 (B/ 6) = (B´/ 5.5) = 4.852Momento=29.11tn –mHallando Ru:Se considera un revestimiento: d= 50-5= 45

Ru=29.11/100 x (452) =14.38 kg/cm2

Hallando diámetro y espaciamiento del acero

Se considera:Ф = 0.9b=100Fy=4200 kg/cm2

F´c=240 kg/cm2

Área del acero: As =pxbxd=17.955cm2

Espaciamiento del acero: e=100 x A (Ф)/As=0.00399De acuerdo a los resultados el diámetro de fierros para el vástago es 7/8@20cm

20


Voladizo delantero:

La sección crítica es la a-c, y la flexión de este voladizo será hacia arriba necesitando armadura de tracción abajo.Momento a-c =7.69 tn -m

Ru=769 000/100 x (452) =3.80 kg/cm2

L=9.60P=0.00102As=4.59cm2

De acuerdo a los resultados el diámetro de fierros para el voladizo es 1/2@25cmTalón:

Momento a-c =7.69 tn -m

Ru=769 000/100 x (452) =2.95 kg/cm2

L=9.60P=0.000788As=3.546cm2

De acuerdo a los resultados el diámetro de fierros para el voladizo es 1/2@35cm

9. DISEÑO DEL DESARENADOR

9.

9.1. Caudal considerado para el diseño de las naves

Para propósitos de diseño en este proyecto se consideró un Qd= 2.7 m3/s un diámetro de partícula de 0.2 mm y una altura de desarenador de h=1.2.

9.2. Selección del tipo de desarenador

Durante el periodo de avenidas, las aguas del rio transportan material solido en suspensión y de fondo que fluctúan entre el 80-90% del total del año, por esto se selección un desarenador tipo DUFOUR, ya que, muestra una buen disposición por su diseño y la forma de captar el agua para cumplir su objetivo.

9.3. Calculo de la longitud de las Naves, ancho, profundidad, vertedero de rebose al final de las naves.

Se diseñó un desarenador de 3 naves, cada una con un caudal de 0.9 m3/s. la dimensión final de estas es de 24x4. Se trabajó con una profundidad de 1.2m para los cálculos correspondientes.

21


9.4. Calculo de la velocidad en la cámara de sedimentación.

Tabla aa d(mm)

51 <0.144 0.1-136 >0.1

La velocidad en la cámara debe de estar entre (0.2-0.6) m/sV=a*d^(1/2)

v 19.6773982 cm/s

V 0.196773982 m/s

9.5. Calculo de la velocidad de sedimentación.

Se usaron 3 métodos diferentes para obtener la velocidad de sedimentación

Tabla Arkhangelski (cm/s)

W(cm/s) 2.16W(m/s) 0.0216

Imagen 6 Velocidades de sedimentación

Tabla Sudry.

W(cm/s) 3

22


W(m/s) 0.03

Imagen 7 Grafico Sudry

Formula Scotti-foglieri

W(m/s) 0.055Promedio de Ws

0.03566671

9.6. Calculo de las dimensiones del sedimentador, Área, profundidad (si su decisión fue considerarlo)

- Ancho del Desarenador (B)

Q/(h*v)11.4

3

- Longitud del Desarenador (L): La longitud no cumple con la proporción 10/20, por lo cual se usara la siguiente proporción para que tenga sentido la longitud del desarenador.

h*v/W 6.62

B/L=10/20 22.87

23


L (m) 22.87

Dimensiones del tanque

B (m) 12L (m) 24H (m) 1.2

- Tiempo de sedimentación:

t=h/w

T (seg.) 33.6

- volumen de agua conducida:

Vol=Q*t 90.84 m3

- Capacidad del desarenador:

B*L*h 345.6 m3

10. DISEÑO DE LAS OBRAS DE PROTECCIÓN DE LABOCATOMA

10.1. Caudal de diseño y altura de las estructuras

El caudal de diseño será el de 250 m3/s, ya que este el caudal del río en época de avenidas. Estas estructuras de protección serán diseñadas con el fin de proteger y recuperar las márgenes del cauce de rio aguas abajo.

10.2. Selección del tipo de estructura de protección

Previo a la selección de la obra de protección se realizo un análisis de las zonas en donde surgen mayores problemas de erosión esto lo realizamos utilizando los softwares HEC-Ras y Civil 3D.

Los tramos que se obtuvieron en base al modelamiento y en donde se hace la propuesta de colocar espigones para la recuperación del área erosionada.

Se han elegido 3 espigones las cuales se colocaran al inicio de la curva, medio y final dos de longitud de 8 m de largo y uno de 16m.

24


A continuación se muestran los perfiles de las estaciones en donde se tiene problemas de erosion.

EstaciónQ

Total Fondo altura agua Tirante PendienteVel

Chnlárea de flujo

de aguaancho

máximo Froude165.2963 250 -26.96 -21.89 5.07 0.000602 1.18 132.1 42.46 0.2140.6953 250 -28 -21.85 6.15 0.000267 0.91 172.01 43.19 0.13126.7602 250 -28 -21.87 6.13 0.00025 0.88 177.03 43.66 0.13

Estación 165.2963

La propuesta para esta sección es de un espigón de 5m de largo con una altura de 3.07m para poder recolectar sedimentos.

Estación 140.6953

25


La propuesta para esta sección es de un espigón de 15m de largo con una altura de 3.07m para poder recolectar sedimentos.

Estación 126.7602

Se propone un espigón de 5 metros de largo y con una altura de 7 metros (estos 7 metros se debe a que el espigón tiene que estar con la base de la sección del rio la cual es -28 m para su parte más baja y de -22 metros para su punto más alto) para poder recolectar sedimentos.

La estructura de protección va a estar conformada por espigones de asta simple que serán construidos con gaviones, principalmente debido a que representan un menor costo con respecto a las estructuras de hormigón; y un segundo punto es que la estructura no sobrepasa los 10 metros por lo que la mampostería gavionada es apta y provee de flexibilidad a la estructura, permitiéndola soportar asentamientos desiguales.

El área a recuperar es de 476m2

10.3. Dimensionamiento de la estructura y resultados de la estabilidad

Las dimensiones de la estructura tiene una Longitud total de 12.5 m de largo y 7 metros de altura con una base antisocabante.

10.3.1. Calculo estructural del espigón

De acuerdo l calculo estructural se está considerando la longitud del trabajo igual a 15m, este dato lo determinamos de la topografía donde se ubica la erosión del cauce.

Trabajaremos con una altura de 7m, que resulta de sumar al tirante en la zona erosionada que es 6.15m + un borde libre de 0.5m= 6.55, pero para usar las cajas enmalladas redondeamos a 7m.

26


10.3.2. Análisis de estabilidad

La estructura de protección cumple con los análisis de estabilidad en debido a los empujes para un caudal de máximas avenidas d 250m3/s.

Se analizaron los empujes tanto del agua como del suelo.

Se cumple con la estabilidad al deslizamiento:

FD 0.35 ok

11. DISEÑO DE OBRAS DE ARTE

11.1. Alcantarillas

11.1.1. Diseño hidráulico

Para poder obtener resultados más confiables se utilizó 2 métodos uno utilizado en clase y el otro con las fórmulas de máximo Villon.

Al obtener los resultados estos son iguales en ambos métodos.

Datos:

Q (m3/s) 1B (m) 1.5

S 0.003n 0.03

a) Primer método analizado en clase en base a los datos

Con Hcanales

y (m) 0.4995

R 0.3404

v (m/s) 0.89 Carga de velocidad: 0.086

b) Método analizado del libro de Máximo Villon

y 0.5v 0.92

Ea 0.57D 0.9906

Los datos obtenidos de las alcantarillas son:

27


- Área = 0.77- Velocidad=1.29- Perdida por velocidad= 0.086- Cota A= 21.52- Cota B= 20.90- Longitud de la tubería = 15m - Calculo de la caída en la tubería (ΔZ)=0.075- Calculo de la cota C=20.82- Calculo de la pendiente de la línea d energía= 0.0018- Calculo de la perdida en el tubo hfe = 0.02744- Perdida de carga hidráulica ht=0.0703- Calculo de la cota D=21.4496- Longitud de las transiciones:

T1 2.9718 mT2 3.9624 m

11.1.2. Diseño estructural

En base a los datos se obtuvieron los resultados:

- D=0.99- Qp =645.77- De= 1.15- Qa= 770.70- RSDA (TABLA)=0.74

Calculo del ancho de la zanja

bs 4.9518h/De 1.694767947

bs 4.9518h/De 1.694767947

bs>b*s ZANJA ANCHA

ɣ 1.4

CARGA DE RELLENOQr 5120.05494

CARGA VIVA DE TRAFICOØ 1.153846154

Qt 1486.929231

28


SUMATORIA DE CARGAS

Q(AGUA+PESO PROPIO) 1416.472782

Q(RELLENO +TRAFICO) 6606.984171

Momento en el punto B:

ds 1.0706 M peso propio del agua -34.65477297

MOMENTO TOTAL B -551.015692Momento para relleno y trafico Mrt -516.3609195

Ds 1.0706M peso propio del agua 53.63238675

Momento para relleno y trafico

Mrt 650.7562273

Momento total c 704.388614

MODULO DE LA SECCION PARA LA PARED DEL TUBOMo 1066.666667 CM2

Tensión en el punto B -51.65772117

tensión en el punto C 66.03643257

11.2. Rápidas

Las rápidas son estructuras que trabajan con desniveles consta de transiciones, trayectoria, canal de la rápida y colchón amortiguador para disipar las energía por el desnivel.

Datos: Ingreso de la transición

Q 0.60 m3/sb 1.83 my 0.56 mn 0.025 S 0.0004

En la transición de obtuvieron en base al caudal, tirante del canal de entrada

29


A 1.5 m2

p 3.86 mR 0.39 v 0.399 m/s

hv1 0.00811422

Energía 1=1129.29811

Canal de la rápida se asume una base de 1m y caudal de o.6 m3/spero posteriormente se puede corregir.

yc 0.3324 mAc 0.33 m2

pc 1.66 mRc 0.199 Vc 1.81 m/shvc 0.16697757 mn 0.01 Sc 0.00281981

Al inicio de la rápida se anlizan las pérdidas para poder obtener la perdida por pendiente = 0.00296694

Balance de energía (Inicio de la rápida)

Elevación en el punto 2 1128.764 m

Se verifica la formación de ondas con los datos:

Angulo 10.5F 1.52791239cot 12 5.39551717 5.15670433 ok

El Angulo de deflexión obtenido = 26.7

Luego se analiza la trayectoria de la rápida por tramos en donde las pendientes y el tirante cambian

El análisis de cada uno de los tramos se adjunta en los anexos

Tramo 2-3:L (m) = 51.82S= 0.08163

Tramo 3-4L (m) = 17.39S= 0.08163

Tramo 4-5L (m) = 41.15

30


S= 0.1051Tramo 5-6L (m) = 32.44S= 0.1051

Tramo 6-7L (m) = 37.06S= 0.05241

Tramo 7-8L (m) = 9.75S= 0.05241

EN EL PUNTO DE INICIO DE LA RÁPIDA 8-9Transicion L 7.6 mEl8 3689.75 msnmEl9 3690.27 msnmZ 0.52 mS 0.06E6=E8 d8 0.140559hv8 1.65106303E8 2.31162203S_inicio 0.06S_promedio 0.06hf8 0.456d9 0.140559v9 6.16585681 m/shv9 1.94 mE9 2.53426492 mCOSϴo 0.99766747

DISEÑO DE LA TRAYECTORIACálculo de la longitud de la

trayectoriaϴL 0.5ϴo 0.05241k 0.5hv 1.93770592Lt 3.45302603LT REDONDEADO

3

Transición

Tramo 8-9L (m) = 3.96

31


S= 0.05241

Transición

Tramo 9-10L (m) = 3.96S= 0.0712

Cálculo de la longitud de la trayectoriaϴL 0.5ϴo 0.05241k 0.5hv 0.600510549Transición L 3.96 mTan ϴo= 0.05245804cos ϴo= 0.99862691Lt 1.072179594

LT REDONDEADO

1

ECUACION TRAYECTORIA

Y= 0.05241 X + 0.20872902

X2

X Y1 0.261139

022 0.939736

13 2.035791

21

Características del Tanque seleccionado – tanque tipo SAF

32


12. PLANOS DE LAS ESTRUCTURAS

12.1. Plano general de la ubicación del proyecto

33


12.1. Plano de la obra de toma con sus componentes

BARRAJE

VENTANA DE CAPTACION

MUROS DE PROTECCION

34


DESARENADOR

1 1,2

1,7 1

302.5msnm302.8msnm 301.8msnm

303.5msnm

SECCION LONGITUDINAL A-A

CORTE A-A

3,5

2,4

1,4

19,2

0,2

2,1

A A

B

B

3,5

3,5

1,4

1,4

D C

D C

PLANO ESTANDARD DEL DESARENADOR

0,6

0,6

0,65

0,65

35


1 1,2

1,7 1

302.5msnm302.8msnm 301.8msnm

303.5msnm

SECCION LONGITUDINAL A-A

CORTE A-A

3,5

2,4

1,4

19,2

0,2

2,1

A A

B

B

3,5

3,5

1,4

1,4

D C

D C

PLANO ESTANDARD DEL DESARENADOR

0,6

0,6

0,65

0,65

CORTE B-B

11,26

3,5

1,4

0,2

1,2

CORTE C-C1,4

0,2

1,7

1,7

1,7

3,5 11,27

36


0,2

12,65

1,7

0,6

CORTE D-D1,40,65

OBRAS DE PROTECCION : UBICACIÓN DE LOS ESPIGONES

37


ALCANTARILLAS :

DIMENSIONES DE LA ALCANTARIA Y TRANSICIONES

38


RAPIDASVISTA EN PLANTA

VISTA DE PERFIL

39

Ef= 23.65m


13. ANEXOS

ANEXO 1

1.- Cálculos realizados para el diseño de la Presa Derivadora

Altura por vertimiento del barraje

Caudal máximo

Caudal de avenidas(m3/s) 250

cd 2.4Ancho barraje(m) 50

Hd(m) 1.63Nivel máximo de agua en avenidas

(msnm) 306.23

Altura máxima sobre la cresta(m) 1.63Seguridad(m) 0.5

Elevación muro en bocal y agua arriba cresta 306.73Socavación en la base de la entrada a la bocatoma

Q(m3/s) 250 Tirante normal de

agua yo(m) 4.73 Dn(mm) 0.15

Ancho efectivo en la sección B (m) 50 X (para suelos no

cohesivos) 0.42

Velocidad media en la sección (m/s) Periodo de retorno 50

β 0.97

n 0.040 ds 6.053R 3.970

Ps(m) 1.3229

S 0.000285v 1.058

Longitud libre entre pilas (m) 50

Coeficiente por efecto de 1

40

Qmax=cd×L×Hd3/2

Ps=ds− y0

ds=( a× ( y0 )5/3

0.68× (D n )0.28× β )1

(1+X )a= Q

( y0 )5 /3×B×u

v=1n× (R )2/3× (S )1/2


contracción de los estribos ua 0.375

ANEXO 2

2. Calculos realizados para el diseño de la Toma de Captación

a) Perdidas:

Pérdida de carga en la entrada (Pe)

Según Kractz: Pe= Ke x hv

Considerando las aristas de los barrotes rectas Ke= 0.5

Calculando hv hv = v2

2g= 12

2 x9.81=0.051m

Pe= 0.5 x 0.051=0.026 m

Pérdidas por rejillas (Prej)

Según Ven Te Chow:

Prej = Kreja x ( tb¿¿

43x Senα x hv

Siendo:Kreja: Coeficiente de forma de las barrast: espesor de las rejillasb: Espaciamiento neto entre rejillasα: Angulo de inclinación de la rejilla

Considerando barrotes con aristas rectas:

Kreja= 2.42

t=0.05 m

b=0.1 m

α = 90°

hv=0.051 m

Prej=2.42 x(0.050.1

)43 x sen (90° ) x 0.051=0.049m

Perdida de carga total= Pe +Prej

Perdida de carga total = 0.026m + 0.049 m = 0.075 m

41


b) Ventana de capitación

Verificación de sugerencia

h2 > y2

z / y2 < 0.7

En la cual:

h2= Altura del tirante de agua, aguas debajo de la ventana de captación.

Y2= Altura del alfeizer, aguas abajo de la ventana de captación.

z= Diferencia del nivel de aguas arriba respecto al de aguas abajo.

h2= 2-0.1 =1.9 m

y2=1m

z=0.1m

1.9m >1m Cumple

0.11

<0.7 Cumple

El vertedero se encuentra sumergido

Cálculo del coeficiente de corrección por sumersión

S= 1.05 x (1+0.2 hn/y2)(Z/H) 1/3 …BAZIN

S= 1.05 x (1+0.2 x 0.91 ) x 3√ 0.11

s= 0.575

Cálculo del factor M

M=(0.407+(0.045H/(H+y1))(1+0.285(H/H+y1)2) x √2g… KONOVALOV

En la cual:

H= Altura de ventana

y1= Altura de alfeizer

H = 1m

y1= 1m

M= (0.407+ (0.045 x 1/(1+1))(1+0.285(1/1+1)2) x √2x 9.81M= 2.038

Cálculo de la longitud de ventana

42


B= Q

K x S xM x H32

K: coeficiente por contracción de los barrotes de la reja

B= 2.7

0.85 x0.575 x2.038 x132

B= 2.71 m

Longitud real de la ventana (se asume la separación entre barrotes)

n espacio = B

Espaciamiento entrerejillas=2.710.1

=27.1≈27

Numero de barrotes= 27-1 =26

Por tanto el ancho total de la reja es:B=26 x 0.1+2.71= 5.31 m

ANEXO 3

OBRAS DE PROTECCION

A continuación se muestra una tabla con los resultados obtenidos del modelamiento, siendo resaltadas las estaciones con mayor problema de erosión.

EstaciónQ

Total Fondo altura agua Tirante PendienteVel

Chnlárea de flujo

de aguaancho

máximo Froude(m3/s) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m)

417.5765 250 -25 -21.42 3.58 0.001136 1.4 111.62 43.58 0.27400.4327 250 -25 -21.46 3.54 0.001255 1.45 106.98 42.03 0.28372.1543 250 -25 -21.53 3.47 0.001469 1.55 100.33 40.04 0.3356.1728 250 -25 -21.57 3.43 0.001554 1.58 97.95 39.26 0.31337.1293 250 -25 -21.63 3.37 0.001787 1.68 92.26 37.57 0.33317.6109 250 -25 -21.72 3.28 0.002147 1.81 85.72 35.78 0.36296.0527 250 -25 -21.75 3.25 0.001969 1.72 89.99 38.23 0.35274.2404 250 -25.32 -21.76 3.56 0.001387 1.53 101.68 40.06 0.3248.2785 250 -26 -21.77 4.23 0.000831 1.32 119.05 41.27 0.24225.2874 250 -26 -21.85 4.15 0.001093 1.5 105.68 37.36 0.27196.9703 250 -26 -21.93 4.07 0.001272 1.66 97.42 37 0.3182.1145 250 -26 -21.92 4.08 0.001001 1.47 108.27 40.55 0.27165.2963 250 -26.96 -21.89 5.07 0.000602 1.18 132.1 42.46 0.2140.6953 250 -28 -21.85 6.15 0.000267 0.91 172.01 43.19 0.13126.7602 250 -28 -21.87 6.13 0.00025 0.88 177.03 43.66 0.13100.6315 250 -28 -21.91 6.09 0.000238 0.91 171.27 43.09 0.14

43


75.73546 250 -26 -21.94 4.06 0.000718 1.23 140.45 62.35 0.2358.44937 250 -25.99 -21.94 4.05 0.000666 1.13 159.74 80.92 0.2239.54192 250 -25 -21.93 3.07 0.000536 0.91 192.44 106.49 0.1919.94881 250 -25 -21.92 3.08 0.000263 0.64 268.24 142.44 0.139.464841 250 -25 -21.92 3.08 0.000214 0.57 293.49 152.4 0.12

Análisis hidráulico

Tipo : DIMESIONAMIENTO No Sumergibles Longitud : L = LA + LT

Características : Longitud de Trabajo >>>> y < LT < B/4

Son más baratos, pero

causan menos sedimentación,

y crean turbulencia durante el proceso de

sumergencia, por lo que las protecciones al pie de los

taludes deben ser de mayor

longitud.

Tirante medio (m): y = 6.15 Progresivas 0+000 Ancho medio del cauce (m): B = 67.00

>>>>>> 6.15 < LT < 16.75 >>>> Longitud de

Trabajo (m) Corregida por el

α : Seleccionamos ===> LT = 15.00

Orientación >>>> Aguas Abajo 15.00 Ángulos de Inclinación (α) >>>> 90 °

Longitud de Anclaje >>>> LA = 0.1 a 0.25 LT

LA = 1.32 Será empotrado al

Dique enrocado

Longitud de Espigón >>>> L = LA + LT

L = 16.32m

44


Análisis de Estabilidad

gaviones

n° de bloques

largo (m) ancho (m) altura (m) Volumen(m3

) Densidad de piedras (Kg/m3)

Peso parcial

(Kg)bloque

1 1 2.5 1 1 2.5 2000 5000bloque

2 1 3.5 1 1 3.5 2000 7000bloque

3 1 4.5 1 1 4.5 2000 9000bloque

4 1 5.5 1 1 5.5 2000 11000bloque

5 1 6.5 1 1 6.5 2000 13000bloque

6 1 7.5 1 1 7.5 2000 15000bloque

7 1 8.5 1 1 8.5 2000 17000Espigón pasivos

y activos 1 4 0.5 12

2000 4000Vol.total 40.5 Peso total (Kg) 81000

ANALISIS DE ESTABILIDAD EN AVENIDAS Peso total (Tn) 81

Empuje activo hidrostático

h 6 m indicar carga de agua 1 Tn/m3 densidad de aguaF 18.00 Tn/m fuerza lineal distribuidal 11 m longitud de distribución

45


F 198.00 Tn fuerza totalEmpuje pasivo hidrostático

h 6 m indicar carga de agua 1 Tn/m3 densidad de aguaF 18.00 Tn/m fuerza lineal distribuidal 11 m longitud de distribuciónF 198.00 Tn fuerza total

Empuje activo del sueloh 0.5 m indicar carga de agua

Ka 0.33 tabla

1.8 Tn/m3 peso espcifico promedio del sueloF 0.07 Tn/m fuerza lineal distribuidal 11.00 m longitud de distribuciónF 0.81675 Tn fuerza total

Empuje pasivo del sueloh 0.5 m indicar carga de agua

Ka 0.33 tabla

1.8 Tn/m3 peso espcifico promedio del sueloF 0.07 Tn fuerza lineal distribuidal 11 m longitud de distribucionF 0.82 Tn fuerza total

Peso del aguaBloque 1

A 0.5 m2 L 2.5 m 11 Tn/m3 densidad de agua

P1 13.75 Tn fuerza totalBloque 2

A 1 m2 L 3.5 m 1 Tn/m3 densidad de agua






A 1.00 m2 L 6.50 m 1.00 Tn/m3 densidad de agua


46


A 1.00 m2 L 7.5 m 1 Tn/m3 densidad de agua

P1 7.5 Tn fuerza total

Estabilidad de deslizamientoFuerzas horizontalesFhd 198.82 Tn Fhi 0.82 Tn Suma 198.00 Tn Fuerzas verticales Fv 175.97 Tn West 81 Tn Suma 256.97 Tn f 0.2 FD 0.35 ok

Estabilidad de volteoMomentos positivos

Momentos negativos

d1 1 md1*F1 12.02 Tn.m d10 0.17 m

d10*F10 0.189 Tn.m

d2 1 md2*F2 43.11 Tn.m d11 3.94 m

d11*F11

747.4968 Tn.m

d3 1 md3*F3 21.54 Tn.m d12 0.91

d12*F12 163.8

d4 1 md4*F4 5.93 Tn.m F10 1.11 Tn

d5 4 md5*F5 936.00 Tn.m F11

189.72 Tn suma 911.486 Tn.m

d6 1 md6*F6 1.11 Tn.m F12

180.00

d7 1 md7*F7 198.00 Tn.m

d8 1 md8*F8 22.68 Tn.m FV 1.38 ok

d9 1 md9*F9 20.66 Tn.m

F1 12.02 Tn suma1261.0

6 Tn.mF2 43.11 TnF3 21.54 TnF4 5.93 Tn

47


F5 234 TnF6 1.11 TnF7 198.00 TnF8 22.68 TnF9 20.66 Tn

ANEXO 4

OBRAS DE ARTE

Formulas para el dimensionamiento de la alcantarilla

Alcantarilla de tubos de concreto Alcantarilla con flujo tipo 3 Cruza una quebrada

Características hidráulicas del drenQ (m3/s) 1

Con Hcanales

y (m) 0.4995B (m) 1.5

R 0.3404S 0.003n 0.03 v (m/s) 0.89

Características hidráulicas del drenAncho total camino más bermas 6

Elevación de centro de camino (Ef) 23.65

Para hallar el área de diámetro del tubo utilizamos la tabla

Obteniéndose:

Transición de concretoVelocidad en el flujo del agua debe ser menor a 1

Diámetro del tubo (tabla)(m) 0.990Área del tubo(m2) 0.770

Velocidad en el tubo VB (m/s) 1.299

Carga de velocidad 0.086

48

ℎ𝑣= (V𝑏) ^2/2𝑔


a) Método analizado del libro de Máximo Villon

Datos:

Q 1 y 0.5B 1.5 v 0.92S 0.003 Ea 0.57n 0.013 D 0.9906Z 1.5

Luego se determinan:

DETERMINAR EL AREAA 0.770702076DETERMIAR LA VELOCIDADV 1.297518239DETERMINAR PERDIDA POR VELOCIDADhv 0.085808032

Nivel del agua a la entrada de la alcantarilla

COTA A 21.52NAEA = COTA A+ y 22.02

CALCULO DE LA COTA BCOTA F 23.65 DATOCOTA B 20.90068795

Longitud de la tubería

L=2*Z*(COTA F- COTA B)+ COBERTURACOBERTURA 6L 15

Calculo de la caída en la tubería (ΔZ)

ΔZ= L* SoSo 0.005ΔZ 0.075

Calculo de la cota C:

COTA C= COTA B- ΔZCOTA C 20.82568795

Calculo de la pendiente de la línea d energía

49


Se0.0018294

86

Calculo de la perdida en el tubo hfe

hfe0.0274422

97

Perdida de carga hidráulica

HT=hfe+0.5hv

ht0.07034

6313

Calculo de la cota D:

COTA D= NASA-Y

NASA= Nivel de Agua a la Salida de la Alcantarilla

NASA=NAEA-ht1NASA 21.94965369COTA D 21.44965369

Longitud de las transiciones:

T1 2.9718T2 3.9624

Transición de concretoVelocidad en el flujo del agua debe ser menor a 1

Diámetro del tubo (tabla)(m) 0.990Área del tubo(m2) 0.770

Velocidad en el tubo VB (m/s) 1.299

DISEÑO ESTRUCTURAL

Datos:

DENSIDAD DE SUELO (ARENA FINA) 1630COBERTURA h 1.95CARGA VIVA DE TRAFICO H 20-44DENSIDAD DE CONCRETO 2400DENSIDAD DE AGUA 1000

50


ESPESOR DE TUBO 0.08DIAMETRO DE TUBO 0.9906

Peso Propio del tubo

Qp= (De^2-Di^2)pi/4* Yc De DIAMETRO EXTERIOR DEL TUBOQp 645.7707062 De 1.1506

Qa=Di^2*PI/4*Yagua Qa 770.7020757

Para hallar el valor de RSD utilizamos la tabla:

RSDA 0.74

Calculo del ancho de la zanja

bs 4.9518h/De 1.694767947

bs 4.9518h/De 1.694767947

bs>b*s ZANJA ANCHA

51


ɣ 1.4

CARGA DE RELLENOQr 5120.05494

CARGA VIVA DE TRAFICOØ 1.153846154

52


Qt 1486.929231

SUMATORIA DE CARGAS

Q(AGUA+PESO PROPIO) 1416.472782

Q(RELLENO +TRAFICO) 6606.984171

Momento en el punto B:

53


ds 1.0706 M PESO PROPIO DEL AGUA -34.65477297

MOMENTO TOTAL B -551.015692MOMENTO PARA RELLENO Y TRAFICO Mrt -516.3609195

ds 1.0706M PESO PROPIO DEL AGUA 53.63238675

MOMENTO PARA RELLENO Y TRAFICO

Mrt 650.7562273

MOMENTO TOTAL C 704.388614

54


MODULO DE LA SECCION PARA LA PARED DEL TUBOMo 1066.666667 CM2

TENSION EN EL PUNTO B -51.65772117

TENSION EN EL PUNTO C 66.03643257

RAPIDAS

Datos: Ingreso de la transición

Q 0.60 m3/sb 1.83 my 0.56 mn 0.025 S 0.0004 g 9.81 m/s

En la transición de entrada se utilizara las formulas

y 0.56 mA 1.5 m2

p 3.86 mR 0.39

55


v 0.399 m/sQ 0.6

hv1 0.00811422

Energía 1:

El1 1128.73 msnmE1 1129.29811 msnm

Canal de la rápida

b 1q 0.6 m3/syc 0.3324 mAc 0.33 m2

pc 1.66 mRc 0.199 Vc 1.81 m/shvc 0.16697757 mn 0.01 Sc 0.00281981

Inicio de la rápida:

yc+ hvc 0.49937757

m

Perdida en la transiciónConvergencia 0.0317726

7

Pendiente 0.0015849 Longitud transición 1.8720010

3m

hfs 0.00296694

m

hf pendiente 0.00296694

Balance de energía (Inicio de la rápida)

Elevación en el punto 2 1128.764 m

COMPROBACIÓN DE FORMACIÓN DE ONDASAngulo 10.5F 1.52791239cot 12 5.39551717 5.15670433 o

56


k

L = ( B1 – B2 ) / 2 Tg 12.5°

L= 1.83−12× tan(12.5°)

=6.38m

Determinación del Angulo de deflexión

k 0teta 0.09

cos(teta) 0.99595273

F1 0.17057878

F2 1.00437108

Fprom 0.58747493

cotan 1.9827279tan 0.5043556

4alfa 26.74

Trayectoria de la rápida

Tramo 2-3

Tramo 2-3 Elevacion en 2 1128.764 msnm

y2 0.3324 mhv 0.16697757 m

L(m) 51.82 b 51.6482079S 0.08163 a 4.21604321

Elev3 1124.54795 msnmDz 4.21604321 m

57


E2=E3+∆h2-3E2 4.71542079 mE3

d3 0.1064 m v3 5.6391 m/s

hv3 1.6208 Sprom 0.0422 hflong 2.1881

E3 3.9153

Tramo 3-4

Elevacion en 3 1124.54795 msnmy3 0.1064 mhv 1.62076572 m

L(m) 17.39 b 17.3323492S 0.08163 a 1.41483967

Elev4 1123.13311 msnmDz 1.41483967 m

E3=E4E3 3.14200538 m

E4d4 0.1064 mv4 5.6390977

4m/s

hv4 1.62076572

Sprom 0.08163 hflong 1.4195457

E4 3.14671142

Tramo 4-5

58

1124.548

a

b1123.133


Elevacion en 4 1123.13311 msnmy4 0.1064 mhv 1.62076572 m

L(m) 41.15 b 40.924594S 0.1051 a 4.30117483

Elev5 1118.83194 msnmDz 4.30117483 m

E4=E5E4 6.02834055 m

E5d5 0.0981 mv5 6.1162079

5m/s

hv5 1.90662588

Sprom 0.093365 hflong 3.8419697

5

E5 5.84669563

Tramo 5-6Elevacion en 5 1118.83194 msnm

y5 0.0981 mhv 1.90662588 m

L(m) 32.44 b 32.2623045

59

1123.133

a

b1118.832

1118.832

a

b1115.441


S 0.1051 a 3.3907682Elev6 1115.44117 msnm

Dz 3.3907682 m

E5=E6E5 5.39549408 m

E6d6 0.0981 mv6 6.1162079

5m/s

hv6 1.90662588

Sprom 0.1051 hflong 3.409444

E6 5.41416988


y6 0.0981 mhv 1.90662588 m

L(m) 37.06 b 37.0092063S 0.05241 a 1.9396525

Elev7 1113.50152 msnmDz 1.9396525 m

E6=E7E6 3.94437838 m

E7d7 0.1228 mv7 4.8859934

9m/s

hv7 1.21676515

60

1115.441

a

b1113.502


Sprom 0.078755 hflong 2.9186603

E7 4.25822545


y7 0.1228 mhv 1.21676515 m

L(m) 9.75 b 9.73663683S 0.05241 a 0.51029714

Elev8 1112.99122 msnmDz 0.51029714 m

E7=E8E8 1.84986229 m

E8d8 0.1228 mv8 4.8859934

9m/s

hv8 1.21676515

Sprom 0.05241 hflong 0.5109975

E8 1.85056265

EN EL PUNTO DE INICIO DE LA RÁPIDA 8-9Transicion L 7.6 mEl8 3689.75 msnmEl9 3690.27 msnmZ 0.52 mS 0.06E6=E8 d8 0.140559hv8 1.65106303

61

1113.502

a

b1112.991


E8 2.31162203S_inicio 0.06S_promedio 0.06hf8 0.456d9 0.140559v9 6.16585681 m/shv9 1.94 mE9 2.53426492 mCOSϴo 0.99766747

DISEÑO DE LA TRAYECTORIACálculo de la longitud de la trayectoriaϴL 0.5ϴo 0.05241k 0.5hv 1.93770592Lt 3.45302603LT REDONDEADO

3

TRANSICIÓNTramo 8-9Elevación en 8 1112.99122 msnmy8 0.1228 mhv 1.21676515 m

0.05241

a/b a2+b2 15.6816(0.08163b)2+b2

62

1112.991

a

b1112.78


L(m) 3.96 b 3.9545725S 0.0524

1a 0.20725914

Elev9 1112.78396 msnmDz 0.20725914 mE7=E8+∆h7-8

E8 1.5468243 mE9d9 0.154 m

v9 2.56322625 m/s

hv9 0.33486895

Sprom 0.05241

hflong 0.2075436

E9 0.69641255

TRANSICIONTramo 9-10Elevacion en 9 1112.78396 msnmy9 0.154 mhv 0.33486895 m

0.0712 a/b a2+b2 15.6816(0.08163b)2+b2

L(m) 3.96 b 3.95000051S 0.0712 a 0.28124004Elev10 1112.50272 msnmDz 0.28124004 mE7=E8+∆h7-8E9 0.77010899 m

63

1112.78

a

b1112.503


E10d10 0.115 m v10 3.43249428 m/s hv10 0.60051055 Sprom 0.061805

hflong 0.2447478

E10 0.96025835

DISEÑO DE LA TRAYECTORIACálculo de la longitud de la trayectoriaϴL 0.5ϴo 0.05241k 0.5hv 0.600510549Transicion L 3.96 mTan ϴo= 0.05245804cos ϴo= 0.99862691Lt 1.072179594

LT REDONDEADO

1

ECUACION TRAYECTORIAY= 0.05241 X + 0.20872902 X2

X Y1 0.261139022 0.93973613 2.03579121

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50

0.5

1

1.5

2

2.5

Chart Title

64


Calculo del tirante de la Poza disipadora

Características del Tanque seleccionado – tanque tipo SAF

65


66

estructuras saposoa g2fin aal

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