calculos hidraulicos estructurales.motupe_2025.xls

8/18/2019 CALCULOS HIDRAULICOS ESTRUCTURALES.MOTUPE_2025.xls

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DISEÑO DE LA BOCATOMA LA LECHE - MOTUPE

1. Generalidades:

2. Tipo de Bocatoma:

El tipo de bocatoma que hemos considerado en muestro proyecto es de Barraje Mixto, el cual consta de:(a) Una presa derivadora impermeable (concreto ciclópeo)(b) Un rente de re!ulación y limpia, perpendicular al sentido de la corriente(c) Un rente de captación

3. Ubicación:

4. Caudales de diseño:

%$a& ' () ** $+,s%$edio ' (- ** $+,s%$ini$o ' * *. $+,s

Qdiseño = 75% Qmáx

Qdiseño = 13. ! m"#s

. C$lculo del Coe%ciente de &u'osidad:

"#$ %alor basico de ru!osidad por cantos rodados y arena !ruesa * *.)

$ 'ncremento por el !rado de 'rre!ularidad (poco irre!ular) * **/#$ 'ncremento por el cambio de dimenciones ocasionales * **/#$ *umento por +bstrucciones por arrastre de raices * ***#$ *umento por %e!etacion * **)

n = !.!4(

(. )eterminación de la *endiente en el lu'ar de estudio:

+m Cota0/ ** *1-*** ** ((

*1* ** (2 **0-*** **

#nc3o de Plan4illa 5b6 ' .* ** $ En unción a la topo!ra -a dada y procurando que la lon!itud delPendien4e 576 ' * **(8 barraje conserve las mismas condiciones naturales del cauce, con

el objeto de no causar modi.caciones en su r/!imen#

,. Construcción de la Cur-a de /oro:

C0Trea

*er metro&adio

1#nQ

cumulada idraulicom.s.n.m m 5 m5 m5(9* ** * **(9( ** 9/ /( (*/ *- * 9--- * /8.2 .( :8)* * *9*) .- -).*(9. ** (*9 8: (-. )* * 8):( * )/-: .( :8)* * *9*) )* .)8)

0a Bocatoma a dise1ar, es una estructura hidr2ulica destinada a captar las a!uas de los r-os 0a 0eche$ y Motupe, ubicada en lacon3uencia de estos y destinadas para irri!ar terrenos de cultivo tanto en la mar!en derecha, como la mar!en i4quierda, a trav/s decanales alimentadores#

0a captación se encuentra ubicada en el en la sección transversal 56 75, tal como lo muestra el plano topo!r2.co,considerando que esta es la mejor alternativa para evitar la una !ran sedimentación# *dem2s el barraje se ubica perpendicular a ladirección de las a!uas del r-o#

El calculo de la pendiente se ha obtenido en el per.l lon!itudinal, esta pendiente est2 comprendida entre los tramos del8ilometraje :

9ara la construcción de la urva de * oro tenemos en cuenta la seccion traversal del r-o en el lu!ar de empla4amientode la obra, para ello calculamos las 2reas y per-metros mojados a di erentes elevaciones#

9ara di erentes niveles de a!ua en el r-o calculamos el caudal con la órmula de Mannin!: ;aciendo uso del *utocad determinamos las 2reas y per-mtros y por ende los audales#

& 2#35 6 1#25

m"#


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on el !r2.co de urva de * oro obtenemos las cotas necesarias para el


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2! ? >d

1 = * @ >d 2 = * 2! ? 2>d 5

>empla4ando estos valores, tenemos que: * @ >d = *@ 2! ? 2>d5#1!

1.(2 @ >d = 1.(2 @ 2! ? >d 5#1!

>d = 1.33 m

En4onces 2! ? >d = 14.(, m

a.2 >on'itud de compuerta del canal desarenador >cd5

>cd = >d#2= !.(, m ARMCO MODELO 400

?e usara & ompuertas de: 120 plg x 84 plg (%er *nexo de 0ibro Bocatomas 'n!@ *rbulA)

cd ' 3.! m

a.3 *redimensionamiento del espesor del *ilar e5

e = >cd #4 = !.,( m

Considera$os e = !.7! m

b. &esumen: )imensiones reales del canal de limpia 8 barra9e %9o.

(* 8 $

7.3. C$lculo de la Car'a idr$ulica:

-

e d1= A1 # 2'5

* = ( 2. $ d2

d1

Donde: : ar!a de d


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*****.+C,

Donde: L = 0on!itud e ectiva de la cresta = "#55

L& = 0on!itud bruta de la cresta "5#C = Dumero de pilares que atraviesa el aliviadero "#55 5%ue es es

/) = oe # de contrac# de pilares (trian!ular) 5#55/$ = oe.ciente de contraccion de estribos 5#"5 5Es4ribos

el barraje .jo y movil# El caudal calculado debe ser i!ual al caudal de dise1o#

> = 1!. !m

*****.+D,

0os valores del &@ miembro nos permiten corre!ir a sin considerar las p/rdidas por ro4amiento:En las opias entre!adas por el 9ro esor del curso, encontramos las de.niciones y la orma de

encontrar estos valores#

$, #o& e e( o de $ )&o ndid$d de e3$d$: (Fi!# de opias)

9=; "#7& o . 4

6, #o& e e( o de $s ($&3$s di e&en es de )&o e( o:

he ; he=; "#55 1.00

(, #o& e e( o de $ d de )$&$men o $3 $s $&&i6$:

9=; "#7& 1.00

d, #o& e e( o de $ in e& e&en(i$ de $"$de&o de $3 $s $6$ o:

(;d 6 d) = ;o (96;o)=;o & 1.00 Do aparece

e, #o& e e( o de s me&3en(i$:

;d = he &= ;o= ;o 5#7C 1.00

G >empla4amos en la ecuación (empla4ando en la ormula de H (caudal sobre la cresta de barraje .jo) tenemos que:

Qc = 41.3 m"#s

6. Des($&3$ en ($n$ de im)i$ +Q( ,

?e considera que cada compuerta unciona como vertedero, cuya altura 9 * = !.!!9ara ello se!uiremos iterando, i!ual que anteriormente asumiendo un valor de h, para ello usaremos las si!uientes órmulas:

Donde :

L = 0on!itud e ectiva de la cresta! = ar!a sobre la cresta incluyendo hv & m0on!itud bruta del canal 7#"5 m

= Dumero de pilares que atraviesa el aliviadero 5#5/) = oe # de contrac# de pilares (trian!ular) 5#5/$ = oe.ciente de contraccion de estribos 5#"5

> = . ,m

G Cá ( o de (oe9(ien e de des($&3$ "$&i$6 e )$&$ $ (&es $ de (im$(io sin (on &o :

0a longitud efectiva de la cresta (L) es:

> = > r - 2 ( N x Kp + Ka) x H

ar!a sobre la cresta # Asumida

; se calcula asumiendo un valor , calcular el coe.ciente de descar!a y calcular el caudal para

>eempla4ando en la ecuación la Lon3i d e e( i"$ para ; asumido es:

Cá ( o de (oe9(ien e de des($&3$ "$&i$6 e )$&$ $ (&es $ de (im$(io sin (on &o :

C = Co @ + 1 @ + 2 @ + 3 @ + 4

(Fi!# de opias# I " = o )

I "

(Fi!# de opias# I & " = v )

I &

(Fi!# C$ opias# I 5 = )

I

(Fi!# J de opias# I o = )

I

Qd = C L;; !i


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he ; he=h "#55 1.00

(, #o& e e( o de $ d de )$&$men o $3 $s $&&i6$:

9=h 5#555 1.00

d, #o& e e( o de $ in e& e&en(i$ de $"$de&o de $3 $s $6$ o:

(;d 6 d) = ;o (96ho)=ho "#55 0.77

e, #o& e e( o de s me&3en(i$:

;d = he &= ho= ho 5#7C 1.00

G >empla4amos en la ecuación (empla4ando en la ormula de H (caudal sobre la cresta de barraje .jo) tenemos que#

Qcl = (.4! m"#s

Q = Q ( ' 2 Q (

Qt = ,., m"#s Qd = 1 .50 m>


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5aliviadero6 #$&$ ;o 5# & m Hc "55 m =s5canal de li$


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d(= C5 m

Cá ( o de $ C$&3$ de @e o(id$d C& i($: "( =H+3 d(,

@(= # 5C m


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H = ( P + Ho ) = 3.69 m e= 1.4$# mq = 9.33 e= 0.#0 m

7.1!. C$lculo de la >on'itud del nrocado:

6e'In J. G. Bli' K la lon'itud del empedrado est$ dado por la s'te /órmula:

donde:;: car!a de a!ua para m2ximas avenidas 3.69 mq: caudal unitario 9.33c: coe.ciente de acuerdo al tipo de suelo %

& e = 2$.$2$ m

& e = 2.00 m

7.11. >on'itud del 6olado )elantero: Ls = 5Ho

&s= 10.$# m $.00 m

7.12. spesor de la *oLa morti'uadora:

0a subpresión se hallar2 mediante la si!uiente ormula:

donde:9eso especi.co del a!ua 1000 8!=m

6 = *ncho de la sección 1.00 m#( = oe.ciente de subpresión, varia ( 5 $ " ) 0.55 9ara concreto sobre roca de me! = ar!a e ectiva que produce la .ltración

!; = 9ro undidad de un punto cualquiera con respecto a *, donde se inicia la .ltración#

+!


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/L = 8.00

,o satisface la exigencia por

e o serva q e los valores calc lados so" me"ores q e el as m$do e"to"ces se o%t

olumen de filtraci n

e calc la em%lea"do la rm la q e e,%resa la le& de 2arc&

do"de: : gasto de filtraci n.

: coeficiente de permea-ilida

: pendiente 'idráulica

A : área -ruta de la cimentaci

álculo y c'e5ueo del espesor del colc' n amortiguador

4lc lo de la lo"*$t d "ecesar$a de $ltrac$ " (L")

H = 16!.89 (co

= 9 (c

&n = 67

4lc lo de la lo"*$t d com%e"sada (Lc)

lo"*$t d vert$cal Lv

lo"*$t d or$ o"tal L

Lc = Lv + L

omo L" ; Lc< e"toces se est4 %os$ $l$ta"do la t $ $cac$ "< %or lo ta"to "o a

erificaci n del espesor del colc' n amortiguador

c4lc lo de la s %res$ "

& =

uadro de valores para la construcci n del diagrama de presiones

P "to L, (m) - (m)

1 0.00 13.08

! 0.30 1.00

3 1.50 0.30

3.00 .30

5 3.39 .30

6 3.>9 3.30

> .19 3.30

Po .59 3.30

8 .99 3.30

9 5.39 3.30

10 5.>9 3.3011 6.19 3.30

1! 6.59 3.30

13 6.99 3.30

1 >.39 3.30

15 >.>9 3.30

16 8.19 3.30

1> 8.59 3.30

18 8.99 3.30

&' /$9 &v

Sp = γ


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;imensionamiento de los +ilares:

a9 +unta o a m?nimo =

d9 @spesor e:

;imensionamiento de los uros de encau>amiento:

a9 &ongitud: ! .

-9 Altura 7t= 1.2# + 7o9:

7.13. )iseño de las Aentanas de Captación:

a5 C$lculo de la Captación Dar'en )erec a:

Por tanteos usando la fórmula de Manning

se calcula el tirante y se busca el valor mas aproximad

"audal # $ % / 2.* $+,s

A&c'( de S(lera # b % - ** $

Talud # ) %

Ru*(+idad # & % * *(/* Kirante que mas se aproximaPe&die&te # S % * **-* , %

Tira&te N(r-al # . % * )-** $ * =

& =

Area /idraulica# A % 2.4900 m² - =

Peri-etr( M(0ad(# P % 4.6600 m

Radi( /idraulic(# R % 0.5343 m

E+!e0( de A*ua# T % 3.0000 m

Vel(cidad# % 2.2570 m/s

"ar*a de Vel(cidad# ' % 0.2596 m

E&er*ia E+!eci2ica# E % 1.090 m-Kg/Kg

Nu-er( de r(ude# % 0.7910

alculo de -orde &i-re .

B& = Cn /$ = 0.!8 m.

Ns$&emos : B& = 0.$0

!esultados:

7.L. 0.30 m

?" 0.83 m

3.00 m

) T06

=

Q =

-5000

-4500

-4000

-3500

-3000

-2500

S !


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& = *

Area /idraulica# A % 1.9975 m² - = 2Peri-etr( M(0ad(# P % 3.9042 m 2

Radi( /idraulic(# R % 0.5116 m

E+!e0( de A*ua# T % 3.2000 m

Vel(cidad# % 2.8135 m/s

"ar*a de Vel(cidad# ' % 0.4035 m

E&er*ia E+!eci2ica# E % 1.253 m-Kg/Kg

Nu-er( de r(ude# % 1.1370 Jn ' *

1.50 malculo de -orde &i-re .

B& = Cn /$ = 0.!8 m.

Dsaremos : B& = 0.$0 m

c9


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%elocidad de predimensionado: 5asumiendo esco!iendo dimensiones de compEsco!emos:

A(om). = "#JJQdiseño = #7&

Adiseño = #7& (om). = #5

compuertav "#55

MA =ni"e o)e&$(i n =CJC =CJR =

@e&i9($(i n de n(ion$mien o

J n(ion$ (omo "e& ede&o:

O&i9(iosumer!idolibre (Q&S

Jo&m $ $ em) e$&:

donde:

Aná isis )$&$ e i"e de O)e&$(i n

%eri.cación del uncionamientoasumimos: a 5#&5

h" "#"

v 5#L7 6 (5#v 5#LJd vG c d 5#7"

Cá ( o de i&$n e G1Q" c G aQ" 5#"&

2lculo de hh h" $ Q"h "#5 m

2lculo del !asto que pasa por el ori.cio( " comp#>eempla4ando en la ormula:

Q = 0.75 m><asumimos: H 0.75 m><

Cá ( o de i&$n e G2:m2

m2m3

m2

para:m/

m.

NMA =

! #$ d# %p#ra&!' =


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Cá ( o de i&$n e no&m$ en e ($n$ d

H 5#Cs 5#55"n 5#5"

Q n


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Cá ( o de i&$n e no&m$ H # 5s 5#55"n 5#5"b "# C&HGn=(sT5# ) "

En S)o($s de máxim$s $"enid )$s$ n ($ d$ de: 4.50

Cá ( o de $ $6e& &$ de $s (om) e& $s

$ = Q < + Cd 6 + + 23! ,P0

donde:H 5#Cd 5#7&b "# Ch "#7

A &$ de $ "en $n$ de ($) $(i ni&$n e en máxim$s $"enid$s

i&$n e en ni"e de o)e&$(io

*doptamos una altura de ventana

m.

m3/


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lor6

deados6

a !r2.ca

5Es4rivos redondeados6

$, x !


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Q? LC#CL 9( -:

75#JL .9 -(

5# (* /(


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ra carga de velocidad en el


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na calidad

1.50 m

!1.!>ms"m

0.#0 m

1.(0 m

$


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21.0 m

Aumentar espesor

or as m$do:

A = E D

taci n.

ual se produce la filtraci n

ta a la sal$da de la %o a)

1 1.6!

!1.!>

*rava & are"a)

8.>0 m de *r4 $co

1!.5 m de *r4 $co

21.24 m

dores.

12.88 m

15!.85 m

11.86>

( %)

113>1.19

>!>.19

3 !.19

65 !.19

65 !.19

599!.19

599!.19

599!.19

599!.19

599!.19

599!.19

599!.19

599!.19

599!.19

599!.19

599!.19

599!.19

599!.19

599!.19

599!.19

599!.19

m.s. .m.m.s. .m.

' [h +h ' − h L ( Lx )]


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2.40 m

10.! 12.00 m

2 .00 m

2.40 m


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l di i i t d l i i d t


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C $ "#5 m=s1.00mM +

"# C"# C

O./.

" "" "#" 5# 5" 5#55

Qn)

Q = Cd $ 6 + +2 3 !,P0.5 ,

d : coe.ciente de descar!aa : altura de ori.cio de tomab : ancho del ori.cio de toma

a 5#

Ga=h")v 5#LL

5#7&d 5#7"

Q" 5#&&

h 5#L

)

Q 1.2

si ! ( ,a 'K ( 9

si ! ( ,a L ( 9

"

m.

m.

"

m.

m.s. .m.

m.s. .m.

m.s. .m.

m.

m.s. .m.

a )1 = *& a

)2

)(

m.s. .m.


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A TL E ?RNC?NRAL DEL AL @ ADERO DE DEMA UA

A AL E ?RNC?NRAL DE LA -OCA?OMA

1. D$ os 3ene&$ es:

G -$&&$ e $ 6$se de (on(&e o (i( o)eo ( o )eso es)e(i9(o es de +#(, : Kn=m

GCoe9(ien e de &i((ion en &e s e o e (on(&e o se3In &e(omend$(ioneses e "$ o& es $ en &e 0.5 1 om$&e 5#J5 usaremos canto rodado

GMáximos es e&Bo ni $&io de (o& e @ 7#55 I!=cm

GC$)$(id$d de $ ($&3$ de $ $&en$ = I!=cmen n es &o ($so )&edomin$n $s $&en$s imo $&(i os$s

G#eso es)e(i9(o de $3 $ (on sedimen os e emen os Vo $n "#L5 Kn=m

G#eso es)e(i9(o de $3 $ 9 &$d$ +# , "#55 Kn=m

G#eso es)e(i9(o de $3 $ i3 $ +#$, "# Kn=m

1. Aná isis ( $ndo e ni"e de $3 $ es i3 $ $ ni"e de (im$(io:5#C5 m # m

J5 m

5# 5 m

5#C5 m "# 5 m

J e&B$s K e in e&"ienen

J! = Fuer4a hidrost2ticaE$ = Empuje activo del suelo en suelo riccionante

W = 9eso de la estructuraWX = 9eso del a!ua) = ?ub $ 9resion! = omponente hori4ontal de la uer4a sismica" = omponente vertical de la uer4a sismica

@e = Empuje del a!ua sobre la estructura ocacionado por aceleracion sismica y Momento Me#Me = Es el momento que produce la uer4a %e#

'

Ea

"*S'

.c *

S

/

.'

.a

4Ve

Me

S!

+!

c*

4


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$. J e&B$ !id&os á i($ +J!,.

5. 8 ?n

9unto de aplicación 0. m

6. Cá ( o de $ 6)&esi n + ),:

5. 4 ?n : oe.ciente que depende del tipo de suelo9ara mayor se!uridad su valor es "#

9unto de aplicación 1.41 m

(. Em) e A( i"o de e o +E$,:


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2 . 8 ?n

9unto de aplicación F(o= 2.075 mG(o= 1.210 m

e. Com)onen e o&iBon $ de ismo + !,:

?h 5#"5 W 2. 4 ?n

. Com)onen e @e& i($ de ismo + ",:

?v 5#5 W 0.70 ?n

3. Em) e de $3 $ de6ido $ ismo +@e,:

su valor se calcula por:


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2. 1 m F R=


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2 Ex(en &i(id$d ZeZ:

e= 0.7 m S 5#C" m

. Es e&Bos de Com)&esi n en $ 6$se +s,

Estos deben ser los permisibles para que la estructura no alle por aplastamiento#

$5#577

"#&5 (no considerar)

Estos resultados son menores que la resistencia o recida por el terreno#

4. J$( o& de e3 &id$d $ @o eo:

J = M s +', 1.50 M s + ,

J = 2.4 1.5

5. J$( o& de e3 &id$d $ Des iB$mien o:

J& = Jx ?3


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T B> B. D T0)0 * & C >CU> & > A >0& D )H0 ) n * & UM C UC


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