Diseño de La Bocatoma Ñuñunga v Final2

8/17/2019 Diseño de La Bocatoma Ñuñunga v Final2

1/10

3.00 Diseño del Barraje Fijo3.10 Nivel de Coronación

La cota del Barraje Fijo está determinada por el Nivel de Sedimentos observados frente a las ventanas de captación, más la altura

de la ventana de captación propuesta, más un margen de seguridad (resguardo)

(6)

dondeho = Altura de Umbral de la ventana de Captacion = 0.85 m

hV = Altura de Ventana de Captación = 0.60 m

HfV= Perdida de Carga = 0.14 m

Resguardo = 0.30 (depende de la perdida, por seguridad asumimos 0.30)

luego en Ec. (6) PB= 1.75 m ==> 1.75 m

Cota de Fondo 4008.22 m.s.n.m.

Nivel de Coronación: 4009.97 m.s.n.m.

3.20 Carga de Agua sobre Barraje Fijo

COTA BARRAJE FIJO

msnm C LB H Q3

4009.92 2.10 10.70 0.00 0.00

4010.02 2.10 10.70 0.05 0.25

4010.12 2.10 10.70 0.15 1.31

4010.22 2.10 10.70 0.25 2.81

4010.32 2.10 10.70 0.35 4.65

4010.42 2.10 10.70 0.45 6.78

4010.52 2.10 10.70 0.55 9.17

4010.62 2.10 10.70 0.65 11.78

4010.72 2.10 10.70 0.75 14.59

4010.82 2.10 10.70 0.85 17.61

4010.92 2.10 10.70 0.95 20.81

4011.02 2.10 10.70 1.05 24.184011.12 2.10 10.70 1.15 27.71

4011.22 2.10 10.70 1.25 31.40

4011.32 2.10 10.70 1.35 35.25

4011.42 2.10 10.70 1.45 39.23

4011.52 2.10 10.70 1.55 43.36

4011.62 2.10 10.70 1.65 47.62

4011.72 2.10 10.70 1.75 52.02

4011.82 2.10 10.70 1.85 56.54

4011.92 2.10 10.70 1.95 61.19

4012.02 2.10 10.70 2.05 65.95

4012.12 2.10 10.70 2.15 70.84

4012.22 2.10 10.70 2.25 75.84

4012.32 2.10 10.70 2.35 80.954012.42 2.10 10.70 2.45 86.17

4012.52 2.10 10.70 2.55 91.50

4012.62 2.10 10.70 2.65 96.93

4012.72 2.10 10.70 2.75 102.47

4012.82 2.10 10.70 2.85 108.11

4012.92 2.10 10.70 2.95 113.85

4013.02 2.10 10.70 3.05 119.69

4013.12 2.10 10.70 3.15 125.62

4013.22 2.10 10.70 3.25 131.65

4013.32 2.10 10.70 3.35 137.77

CAPACIDAD DE OPERACIÓN DEL BARRAJE FIJO

3.00 fV V B H hh P


2/10

Caso 1:Se calcula la carga sobre el barraje, considerando la situación mas crítica, es decir que toda la Avenida pase sobre el Barraje

(7)

Q = Caudal máximo 100.52 m3/s (Ref. Estudio Hidrologico)C = Coeficiente 2.10 Coeficiente de DescargaLB = Ancho total que tendrá el Barraje 10.70 m

Reemplazando en Ec. (7) tenemos HB= 2.71 m

Caso 2:Del mismo modo se ha propuesta un canal de limpia, para ello las dimensiones propuestas son:

L = 1.20 m

H = 2.40 m Para la cota: 4012.45 ====> Q = 13.00 m3/s (ver curva de gasto)

De este modo el caudal en el barraje fijo será la diferencia entre el Qmax y la descarga por el barraje movil y canal de limpia:

Q = Caudal máximo 87.50 m3/sC = Coef iciente 2.10 Coef iciente de DescargaLB = Ancho total que tendrá el Barraje 10.70 m

Reemplazando en Ec. (8) tenemos HB= 2.48 m

Finalmente:El nivel de máximo será la suma de la cota del nivel de coronación mas la carga sobre el barraje HB + PB

Altura Max Aven = 4.23 m

NAME= 4,012.45 m.s.n.m.

3.30 Altura del Muro de Encauzamiento Aguas Arriba

Criterio 1:* Tomaremos la altura del barraje fijo mas la suma de la carga de agua sobre el mismo y un borde libre:

Donde:PB = 1.75 m

HB = 2.48 m

Borde Libre = 0.40 m

Espesor de Losa de Mando 0.20 m

Reemplazando estos valores tenemos:H A-ARRIBA= 4.83 m ≈ 4.90 m ====> cota muros: 4013.12 m

Criterio 2:Este valor a su vez debe ser coherente con el nivel de operación de la losa de mando, ya que consideraremos el nivel de muros al mismo

nivel, para ello tenemos las dimensiones como los niveles de operación de la captación y del barraje movil:

Vent. de Capt. Canal de limpiaAltura de las Compuertas 0.60 2.40

4009.00

4010.00

4011.00

4012.00

4013.00

4014.00

0 20 40 60 80 100 120 140

C o t a ( m .

s . n . m . )

Q(m3/s)

CURVA DE GASTO DE BARRAJE FIJO

BL H P H B B AARRIBA

2

3

B B H CLQ


3/10

Nivel Operación min 4009.07 4008.22Nivel Operación max 4010.27 4013.02Tenemos:

Altura de la losa de mando = 4.80 m

Cota mínima de la losa de mando = 4013.02 m.s.n.m.

Finalmente:La altura de la losa de mando y el de los muros de encauzamiento serán de:

Hmuros= 4.90 m

Hlosa= 4.90 m

Cota de muros y losa de mando sera de : 4013.12 m.s.n.m.

3.40 Dimensionamiento del Barraje :* Calculo del Perfil Creaguer De acuerdo a los perfiles WES (Water Experimental Station), y con la pendiente vertical de carga aguas arriba el perfil tipo Creaguer tenemos :

Donde :

x, y = son coordenadas de perfil de la cresta, con origen en el punto mas alto:

H B= Altura de diseño para un caudal máximo

Se tiene: HB = 2.48 m

Despejando Y en la Ec. 11 resulta :

tabulando estos datos tenemos :

Nº X Y1 0.00 0.000 0.00

2 0.10 0.003 0.00

3 0.20 0.012 -0.01

4 0.30 0.025 -0.02

5 0.40 0.042 -0.04

6 0.50 0.064 -0.06

7 0.60 0.090 -0.09

8 0.70 0.120 -0.12

9 0.80 0.153 -0.15

10 0.90 0.190 -0.19

11 1.00 0.231 -0.23

12 1.10 0.276 -0.28

13 1.20 0.324 -0.32

14 1.30 0.376 -0.38

15 1.40 0.431 -0.43

16 1.50 0.490 -0.49

17 1.60 0.552 -0.55

18 1.70 0.618 -0.62

19 1.80 0.687 -0.69

20 1.90 0.759 -0.76

21 2.00 0.834

22 2.10 0.913

23 2.20 0.995

24 2.30 1.080

25 2.40 1.169

26 2.50 1.261

27 2.60 1.356

28 2.70 1.454

29 2.80 1.555

30 2.90 1.659

31 3.00 1.766

32 3.10 1.877

33 3.20 1.990

Los Valores que se establecen se hallan en Función de la cargas de agua del barraje, por ello se tiene las siguientes medidas

PERFIL CREAGUER

-0.80

-0.70

-0.60

-0.50

-0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1. 60 1. 80 2. 00 2.20 2.40 2.60 2.80 3.00

Y

X

PERFIL CREAGUER

Y H X B85.085.1

2

85.0

85.1

2 B H

X Y


4/10

R1 =0.235 HB = 0.58 m

R2=0.530 HB = 1.31 m

X1 =0.284 HB = 0.70 m

X2 =0.147 HB = 0.36 m

X3 =0.082 HB = 0.20 m

Y1 =0.530 HB = 1.31 m

Y2 =0.247 HB = 0.61 m

Y3 =0.127 HB= 0.31 m

Y4 =0.021 HB = 0.05 m

* Esquema del Dimesionamiento que llevará el Barraje Fijo.

* Calculo de la Base del Barraje Fijo

Donde:Ht=altura de carga total

γC=peso especifico del concreto (Tn/m )

Así obtenemos: BB= 3.71 m ≈ 3.80 m

* Calculo de la Profundidad de PozaPara el cálculo de la Profundidad de Poza necesitamos el valor del Tirante en la sección 2, por ello primero aplicaremos la ecuacion de bernoulli

en el tramo 0-1 y por tirante conjugado obtendremos el valor del tirante en la sección 2

Contamos con los siguientes datos:

Nivel de Coronación Zo = 4009.97 m.s.n.m.

N.de Solera Aguas Abajo Z3= 4006.67 m.s.n.m.

Tirante Normal = 3.16 (calculado inicialmente)

Aplicamos la ecuación de Bernoulli: 10

2

1

11

2

0

22 f

C C h

g

V Y Z

g

V Y Z

0

0

1

1

2

2

R

R>0.5H B

NAME

YC

PB

Y1

Y2

PP

1

10

LP

1

2

1

5

PD2

?/2

Yn

?

AD1

PD1

BB

HB

AD2

E

P1

P2

D1

Db

L A

3

3

HLA

2/1)1(

c

t

B

H B

R1

R 2

X2=0.147H

Y 2 = 0 . 2

4 7 H

X1=0.284H

Y 3 = 0 . 0

2 1 H

Y 1 = 0 . 5

3 H

X3=0.082H

R1=0.235H

R2=0.530H

Y 3 = 0 . 1

2 7 H

X

Y

HB

NAME

0


5/10

Previamente procederemos al cálculo del tirante Crítico y Velocidad Crítica:

===> Se Obtiene: Y C = 1.90 m

==> Se Obtiene: V c = 4.31 m/s

Tomamos como Perdida de Carga la siguiente expresión:

Para el cálculo inicial asumimos una profundidad de poza 0.10 m

Asi Aplicando la ecuación de Energía entre la sección 0 y 1 tenemos:

Zo-(Z3-PP)= 3.20 m

(Z0-Z3-PP)+YC+VC2/2g Y1 (ASUMIDO) V1

2/2g Y1+V12/2g

5.95 0.82 5.13 5.95

Calculo del Tirante Conjugado Y2:

===> Y2= 3.79 m

Finalmente la Profundidad de la Poza viene dada por la expresión:

Asi obtenemos: PP= 0.63 m ≈ 0.70 m

Verifiquemos el Tirante Aguas Abajo:

Sección 0 Sección 1 Sección 2Cota 4009.97 4005.97 4005.97

Tirante 2.48 0.82 3.79

Cota N. de agua 4012.45 4006.79 4009.76

Cota Tirante Normal

4009.83 F. Subcritico OK

*Calculo de la Longitud del Colchón Disipador

Longitud de Poza de Disipación:

===> obtenemos: LP= 17.86 m ≈ 17.90 m

* Cálculo de la Transicion Curvada en pie de barraje: Al pie del Barraje daremos una Transición Curvada la cual viene dada por la siguiente expresión:

===> R= 1.24 m ≈ 1.30 m

* Cálculo de Espesor del Colchon Disipador

Se calcula con la ecuación propuesta por Taraimovich:

donde :

Z = Viene dado con la siguiente expresion

q = Caudal por Unidad de Ancho 8.18 m3/s/m

PB = Altura de Barraje Fijo 1.75 mHB = Altura de Carga de agua sobre Barraje Fijo 2.48 m

Yn = Tirante Normal 3.16 m

IGUALES → OK

)(6 12 Y Y L P

25.05.02.0 Z q E

n B B Y H P Z

32

2

g b

QY c

A

QV C

4

2

2

2

1

2

111

2

Y

g

V Y Y Y

n P Y Y P 2

g

V h C f

21.0

2

10

B H R 5.0


6/10

Reemplazando en la expresión tenem Z= 1.06 m ===> E= 0.58 m ≈ 0.60 m

* Cálculo del Dentellón Aguas AbajoSe calcula con la formula de Vigsvgo:

Donde :

k = Esta en función de la longitud del colchon disipador y el tirante normal aguas abajo

Para el talud asignado se tiene : 1:10 ===> LP = 17.90 m

pero : LS = 0.8 * LP LS= 14.32 m

De la tabla:L S /Y n K

K = 1.40 (Tabla 1)

Luego:

El valor de Z viene dado con la expresión: ===> 1.06 m

luego :

q = 8.18 m3/s/m

Finalmente se tiene el valor del dentellón aguas abajo: PD2= 0.90 m ≈ 0.90 m

* Cálculo de la Socavación del Barraje FijoSegún Jager viene dado por la expresión:

donde :Yn = Tirante Normal 3.16 m (calculado inicialmente)

q = Caudal por Ancho Unitario 8.18 m3/s/mZ= 1.06 mD90= 40.00 mm

Reemplazando datos en la expresión obtenemos: PD1= 4.31 m ≈ 4.40 m

* Cálculo de Longitud del Enrocado de Protección o EscolleraSegún Bligh viene dado por la expresión:

donde :

q = Caudal por Ancho Unitario 8.18 m3/s/mCBLIGH= 4.00

LT= 13.92 mLC= 0.88 m

LENROCADO= 13.04 m ≈ 13.10 m

*Control de la FiltraciónSe debe cumplir la siguiente Condicion:

Donde S viene dada por la expresión:

Y asi con los siguientes valores obtendremosCBLIGH = 4.00 (Coeficiente de BLIGH)

Yn = 3.16 m

Δh = 1.06 m

ΣLH= 29.80 mΣLV= 7.02 m

S= 16.95 m > 4.24 m OK¡

TABLA Nº 1

n D Y Z qk P 2/12/1

2 ))((

n

n

D Y D

Y Z q P

3/ 1

90

25.05.0

1 6

n B B Y H P Z

hC S BLIGH

V H L LS 3

1

q DC L bT 67.0 160.0 DC L C OT ENROCADO L L L


7/10

Diametro del Rip - RapSegún la expresión de la Universidad de Minesota

Donde:Yn = 3.16 m

LB = 10.70 m

A= 33.86 m2

P= 17.03 m

R= 1.99 mQmax= 87.50 m3/s

S= 0.0354 m/m

Reemplazando datos en la expresión tenemos: DRIP - RAP= 0.94 m ≈ 1.00 m

FINALMENTE:Las Dimensiones para el Ploteo del Barraje Fijo se muestran a continuación:

PB= 1.75 m HLA= 0.50 m

HB= 2.48 m P1= 1.22 m

PD1= 4.40 m P2= 0.70 m

AD1

= 1.50 m LP= 17.90 m

PD2= 0.90 m PP= 0.70 m

AD2= 1.00 m E= 0.60 m

R= 1.30 m LENROCADO= 13.10 m

BB= 3.80 m DRIP - RAP= 1.00 m

L A= 5.60 m

4.00 Diseño de la longitud y Poza de disipación de energia en el canal de limpia:Para el cálculo de la Profundidad de Poza necesitamos el valor del Tirante en la sección 2, por ello primero aplicaremos la ecuacion de Bernoulli

en el tramo 0-1 y por tirante conjugado obtendremos el valor del tirante en la sección 2


Cota en sección 0 (Zo) = 4008.22

N.de Solera Aguas abajo Z3= 4007.72

03

2

1

Para el presente diseño, se considera un flujo sumergido ya que la captación se hará en condiciones sumergidas (ver curva de descarga de

Canal de Limpia) y según nuestro caudal de evacuación por el canal de limpia se tiene los siguientes valores:

QLIMPIA = 13.00 m3/s ===> Y1n V14.44 7.52

Aplicando la ecuación de Bernoulli en la sección 0 a 1:

5/26/13

118

P

RQS D

RAP RIP


8/10

Considerando además la perdida de carga con la siguiente expresión:

Tenemos:

Asumiendo un valor de Pp para el cálculo inicial: 0.10 m

Zo-(Z3-PP)= 0.60 m

(Z0-Z3-PP)+Yo+Vo2/2g Y1 (ASUMIDO) V1

2/2g Y1+V12/2g

7.64 0.95 6.70 7.64


(11)

Y2= 4.58 m

Procedamos al Calculo de Tirante Normal aguas abajo, para ello nuestro canal contará con las siguientes medidas

B = 1.20 mS = 0.006

n = 0.016 Rugosidad del Concreto

Yn Q CALCULADO3.50 13.00 OK

Yn= 3.50 m (12)

Finalmente:Profundidad de la Poza:

===> PP= 1.09 m ≈ 1.10 m

Longitud de Poza de Disipación: LP= 21.82 m ≈ 21.90 m

Verificación del Tipo de Flujo

Como: Y2 < Yn F. Subcritico

4012.66

4 0 1 1 .

2 0

4 0 1 1 .

2 2

4.44

4008.22 4

0 0 7 .

5 7

Y2 =4.58 Yn =3.5

4,007.72

Y1 =0.95

4006.62

IGUALES → OK

)(6 12 Y Y L P

4

2

2

2

1

2

1112

Y

g

V Y Y Y

n P Y Y P 2

g

V h f

21.0

2

0

10


9/10

5.00 Diseño de la longitud y Poza de disipación de energia en la captación:Para el cálculo de la Profundidad de Poza necesitamos el valor del Tirante en la sección 2, por ello primero aplicaremos la ecuacion de bernoulli

en el tramo 0-1 y por tiranteconjugado obtendremos el valor del tirante en la sección 2


Cota en sección 0 (Zo) = 4009.07

N.de Solera Aguas abajo Z3= 4008.57

0

3

2

1

Para el presente diseño, se considera un flujo sumergido ya que la captación se hará en condiciones sumergidas (ver curva de descarga

de captación) y según nuestro cálculo inicial en la ventana de captación se tiene los siguientes valores:

Y1 V10.60 1.40

Aplicando la ecuación de Bernoulli en la sección 0 a 1:

Considerando además la perdida de carga con la siguiente expresión:

Tenemos:

Asumiendo un valor de Pp para el cálculo inicial: 0.20 m

Zo-(Z3-PP)= 0.70 m

(Z0-Z3-PP)+Yo+Vo2/2g Y1 (ASUMIDO) V1

2/2g Y1+V12/2g

1.39 0.126 1.26 1.39


(11)

Y2= 0.74 m

Procedamos al Calculo de Tirante Normal en el canal de transición, para ello nuestro canal contará con las siguientes medidas

B = 0.80 m

S = 0.002

n = 0.016 Rugosidad del Concreto

Yn Q Calculado0.58 0.50 OK

Yn= 0.58 m (12)

Finalmente:Profundidad de la Poza:

===> PP= 0.16 m ≈ 0.20 m

Longitud de Poza de Disipación: LP= 3.66 m ≈ 3.70 m

IGUALES → OK

)(6 12 Y Y L P

4

2

2

2

1

2

1112

Y

g

V Y Y Y

n P Y Y P 2

g

V h f

21.0

2

0

10


10/10

Verificación del Tipo de Flujo

Como: Y2 < Yn F. Subcritico

4009.67

4 0 0 9 . 1 1

4 0 0 9 . 1 5

0.60

4009.07 4

0 0 8 .

5 0

Y2 =0.74Yn =0.58

4,008.57

Y1 =0.13

4008.37

6.00 Altura del Muro de Encauzamiento Aguas Abajo

Estará en Función del Tirante conjugado aguas abajo y un borde Libre

===> H A-ABAJO= 5.08 m ≈ 5.10 m ====> cota muros: 4011.72 m

BLY H AABAJO 2

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