DISEÑO DE BOCATOMA SOBRE RIO PIENTA

Presentado por:

Carlos Andrés Martínez Cód. 2080192

Juan Sebastián Gómez Cód. 2080191

Camilo Antonio Ballesteros Cod.2080190

Presentado a:

Ing. Luis Fernando Castañeda

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERIAS FISICOMECÁNICAS

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

DISEÑO DE HORMIGON ARMADO I

BUCARAMANGA 26 DE AGOSTO DE 2011

MARCO TEORICO

Una bocatoma lateral es muy utilizada cuando la fuente de aprovechamiento posee un caudal

relativamente grande. El sitio donde se va a ubicar esta se selecciona donde la estructura quede a

una altura conveniente del fondo y, ubicada al final de las curvas, en la orilla exterior, y en lugares

protegidos de la erosión o socavación.

Para asegurar un nivel mínimo de las aguas, se debe proyectar un muro normal o inclinado con

respecto a la dirección de la corriente, además de muros laterales para proteger y acondicionar la

entrada del agua al conducto y para colocar los dispositivos necesarios para regular el flujo o

impedir la entrada de materiales indeseables.

La información hidrológica que se refiere a los gastos máximos permite asegurar una debida

protección de la estructura contra las avenidas. La información de los gastos mínimos garantiza la

selección de un caudal a captar, adecuado a los niveles mínimos de corriente.

ENUNCIADO

Problema: Construcción de una bocatoma lateral sobre el Rio Pienta.

Un grupo de ingenieros escogió el sector donde localizar la bocatoma. Este es un sitio en donde se

garantiza agua durante todo el año y se conoce el caudal máximo y mínimo del Rio Pienta,

medidos en la estación hidrometerológica Charalá No 2402. El caudal máximo medido en esta

estación corresponde a 350 m3/s y el caudal mínimo corresponde a 8 m3/s. Con los caudales

máximo y mínimo usted debe estimar los niveles máximo y mínimo de la bocatoma.

El caudal de diseño para la Bocatoma es de 120 l/s, con fines prácticos, para que las dimensiones

de esta no queden tan pequeñas.

BOCATOMA

La bocatoma lateral debe tener un caudal de diseño de 120 L/s.

Características del río:

El rio presenta una pendiente suave

Presenta una cota de fondo de 1275.3 m.s.n.m

Los caudales máximos y mínimos son de 350 [m³/s] y 8 [m³/s] respectivamente.

Se utilizó la herramienta HEC-RAS para el cálculo de las profundidades máximas y mínimas:

En la siguiente grafica se muestra la profundidad para el caudal máximo sobre todo el rio

También se muestra la profundidad para el caudal mínimo sobre el rio.

El programa también nos permite observar la profundidad para el caudal máximo sobre la sección

donde estará ubicada la bocatoma:

Al igual que para el caudal mínimo la profundidad es la siguiente:

Reach River Sta Profile Q Total Min Ch El W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude # Chl

(m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m)

aguasabajo 200.327 max 350 1275.6 1277.95 1277.63 1278.28 0.005912 2.8 152.47 118.71 0.74

aguasabajo 200.327 min 8 1275.6 1276.14 1276.1 1276.23 0.021562 1.48 6.18 24.97 1.03

aguasabajo 194.926 max 350 1275.6 1277.92 1278.25 0.005547 2.76 152.4 115.97 0.72

aguasabajo 194.926 min 8 1275.6 1276.07 1276.15 0.011587 1.29 7.21 25.84 0.79

aguasabajo 188.706 max 350 1275.6 1277.91 1278.21 0.004581 2.62 159.14 114.37 0.66

aguasabajo 188.706 min 8 1275.6 1276 1276.07 0.013878 1.26 7.08 29.74 0.84

aguasabajo 181.483 max 350 1275.52 1277.9 1278.17 0.003802 2.48 166.95 112.78 0.61

aguasabajo 181.483 min 8 1275.52 1275.95 1275.99 0.006183 0.93 9.46 35.78 0.57

aguasabajo 175.09 max 350 1275.3 1277.91 1278.14 0.002884 2.27 182.99 112.87 0.54

aguasabajo 175.09 min 8 1275.3 1275.94 1275.96 0.00202 0.61 14.43 45.01 0.34

aguasabajo 167.142 max 350 1275.3 1277.88 1278.11 0.003066 2.32 177.03 110.81 0.56

aguasabajo 167.142 min 8 1275.3 1275.92 1275.94 0.002385 0.67 13.45 39.75 0.37

aguasabajo 159.23 max 350 1275.3 1277.85 1278.09 0.002747 2.3 178 109.43 0.53

aguasabajo 159.23 min 8 1275.3 1275.89 1275.92 0.002816 0.76 10.6 29.96 0.41

aguasabajo 149.87 max 350 1275.3 1277.73 1278.05 0.003296 2.57 149.7 107.04 0.58

aguasabajo 149.87 min 8 1275.3 1275.85 1275.88 0.006589 0.86 9.33 41.42 0.58

aguasabajo 139.34 max 350 1275.3 1277.64 1278.01 0.003773 2.73 141.87 109 0.62

aguasabajo 139.34 min 8 1275.3 1275.75 1275.8 0.008477 1 8.02 34.35 0.66

aguasabajo 129.758 max 350 1275.3 1277.54 1277.97 0.004601 2.92 132.63 111.72 0.68

aguasabajo 129.758 min 8 1275.3 1275.68 1275.72 0.007727 0.92 8.66 38.77 0.62

aguasabajo 120.065 max 350 1275.3 1277.52 1277.92 0.004058 2.85 142.06 114.8 0.65

aguasabajo 120.065 min 8 1275.3 1275.56 1275.62 0.014028 1.11 7.19 38.15 0.82

aguasabajo 108.05 max 350 1275 1277.43 1277.86 0.004241 2.97 136.98 114.39 0.66

aguasabajo 108.05 min 8 1275 1275.43 1275.48 0.010083 1.03 7.76 35.99 0.71

aguasabajo 101.49 max 350 1275 1277.38 1277.83 0.004314 3.04 134.34 114.98 0.67

aguasabajo 101.49 min 8 1275 1275.4 1275.43 0.005118 0.77 10.44 45.38 0.51

aguasabajo 94.651 max 350 1274.73 1277.41 1277.79 0.003183 2.79 152.4 118.44 0.59

aguasabajo 94.651 min 8 1274.73 1275.39 1275.4 0.001533 0.52 15.4 48.66 0.29

aguasabajo 87.13 max 350 1274.7 1277.41 1277.75 0.002929 2.72 161.47 118.75 0.57

aguasabajo 87.13 min 8 1274.7 1275.38 1275.4 0.000846 0.46 17.48 42.98 0.23

aguasabajo 79.413 max 350 1274.7 1277.29 1277.72 0.004207 3.03 145.44 113.79 0.67

aguasabajo 79.413 min 8 1274.7 1275.36 1275.38 0.002149 0.66 12.08 34.13 0.36

aguasabajo 68.292 max 350 1274.7 1277.27 1277.67 0.00373 2.93 148.35 114.61 0.63

aguasabajo 68.292 min 8 1274.7 1275.36 1275.37 0.000795 0.47 17.2 38.97 0.22

aguasabajo 57.413 max 350 1274.7 1277.23 1277.62 0.003629 2.88 150.13 114.09 0.62

aguasabajo 57.413 min 8 1274.7 1275.35 1275.36 0.000808 0.46 17.27 39.94 0.22

aguasabajo 47.195 max 350 1274.7 1277.21 1277.58 0.003318 2.8 152.76 107.88 0.6

aguasabajo 47.195 min 8 1274.7 1275.34 1275.35 0.000561 0.41 19.72 42.27 0.19

aguasabajo 33.264 max 350 1274.7 1277.14 1276.72 1277.53 0.003925 2.92 151.58 116.86 0.65

aguasabajo 33.264 min 8 1274.7 1275.33 1275.34 0.001247 0.51 15.7 43.89 0.27

aguasabajo 24.289 max 350 1274.7 1276.8 1276.79 1277.45 0.009227 3.73 112.39 100.4 0.95

aguasabajo 24.289 min 8 1274.7 1275.29 1275.32 0.003335 0.76 10.5 33.4 0.43

aguasabajo 13.362 max 350 1274.7 1276.71 1276.71 1277.34 0.010066 3.66 112.71 107.7 0.97

aguasabajo 13.362 min 8 1274.7 1275.24 1275.28 0.004777 0.84 9.91 37.03 0.51

aguasabajo 3.652 max 350 1274.79 1276.45 1276.6 1277.21 0.015135 4.07 100.67 101.84 1.16

aguasabajo 3.652 min 8 1274.79 1275.09 1275.09 1275.18 0.027435 1.32 6.26 37.04 1.1

Zona de inundación para el caudal máximo:

Zona de inundación para el caudal minimo:

Diseño de la rejilla

Se debe diseñar la rejilla con las siguientes especificaciones para que la bocatoma sea eficiente:

Reja de varilla de 1’’ de diámetro separadas a 1’’, por lo cual retendrá material de

diámetro mayor al de 1’’.

El ángulo de inclinación q con la horizontal será de 60⁰ con el fin de obtener una limpieza

mecánica.

El vertedero se diseñara como vertedero frontal de cresta delgada, pero con

consideraciones y expresiones utilizadas para vertedero lateral.

Perdidas en la rejilla:

Se presentan perdidas pequeñas debido a la velocidad de aproximación del flujo. Se deben calcular

las pérdidas para conocer la longitud efectiva del vertedero.

Una expresión de frecuente uso es la siguiente:

Donde:

La velocidad de aproximación para una limpieza mecánica de la rejilla se toma de la tabla con un

valor de

.

Ahora podemos calcular la carga de velocidad:

Luego nos disponemos a calcular la perdida de carga de la siguiente manera:

Se aproxima h= 3 [cm]

Al prever la obstrucción de la rejilla por arrastre y acumulación de material flotante y en

suspensión, las pérdidas se deben afectar por un factor de seguridad de 2 a 3 veces.

Seleccionamos un factor de seguridad de 3 y nos queda que .

Se asume una carga sobe la cresta del vertedero H= 0.35 [m], por consiguiente tenemos que el

nivel del agua dentro de la caja de derivación es por encima de la cresta del

vertedero.

Asumimos que el vertedero trabaja sumergido, en este caso se usa la ecuación de Villemonte:

Donde:

De la expresión de Villamonte y despejando

[

]

Ahora de la ecuación de Francis para vertederos de pared delgada y flujo libre se tiene que:

Despejando el valor de la longitud efectiva se tiene que:

⁄ ⁄

Con esta longitud podemos calcular el número de varillas en la rejilla de la siguiente manera:

Cuando se produzcan niveles distintos al mínimo, la caja de derivación rebosara, pero el caudal a

pasar por el desarenador será controlado por el vertedero de excesos dispuesto en el mismo.

Cota nivel mínimo del rio = 1275.89 [m]

Cota del vertedero de la bocatoma = cota nivel mínimo del rio – carga sobre el vertedero= 1275.89

– 0.35 = 1275.54 [m].

Diseño de cámara de derivación:

La cámara de derivación tendría unas dimensiones en planta de 2 m*1.5 m a fin de permitir la

maniobrabilidad de válvulas y hacer cómodo el mantenimiento.

Diseño de la línea de aducción:

Un procedimiento sencillo para diseñar la línea de aducción en este tipo de bocatomas es

diseñarla como un orificio sumergido.

Asumimos una tubería de salida de 12’’.

El diseño de la bocatoma con sus respectivas medidas se mostraran en el plano anexo.

CONCLUSIONES

Antes de diseñar una bocatoma, es necesario garantizar mediante estudios previos, usan

datos históricos de las características de la cuenca, que el rio tiene la capacidad de

abastecimiento el proyecto todo el año.

El diseño de la estructura hidráulica, debe realizarse para poder afrontar los fenómenos

extremos, en este caso para un caudal máximo y uno mínimo. Ya que en estos dos puntos

es donde más esta solicitada la estructura, y resulte optimo el proyecto.

El uso de software especializado en la rama de ingeniería civil, y en nuestro caso

específico, en la hidráulica aplicada al diseño de estructuras, agiliza y da un mayor grado

de precisión, en el proceso de elaboración y diseño de un proyecto. En nuestro caso el

software utilizado fue el AutoCAD, Hec- Ras, HecGeo-Ras y Arcview.

BIBLIOGRAFIA

Manual básico de Hec-Ras

Libro de Acueductos de Fredy Hernán Corcho Romero

ANEXO

Anexo a este trabajo se entrega, el plano impreso del diseño de la Bocatoma lateral utilizada en

este proyecto y un Cd con las memorias del procedimiento realizado en el diferente software para

la ejecución de este proyecto.