Calculo de Captacion

GOBIERNO REGIONAL - HUÁNUCOGERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA

Presidente Gobierno Regional Sra. Luzmila Templo Condezo

Gerente General Ingº Reyme Salas Pino

Gerente de Infraestructura Ingº Jhon Alvarez Paredes

PROYECTO: CANAL DE IRRIGACIÓN LA PUNTA -PINQUIRAYConsultor del proyecto: Ingº Ruben Alva Ochoa Supervisor

Diseño Hidraulico : Ingº Daniel Mallqui Estacio

MEMORIA DE CALCULO

5.1.5 - Diseño del Desarenador

De no separar y remover estos sedimentos se ocacionará graves perjucios a las obras tales como:1. El Canal de Conducción terminaría por colmatarse de sedimentos.

2. En los reservorios nocturnos terminaría por colmatarse de sedimentos.

1.- DIAMETRO DE PARTICULAS A SEDIMENTAR

Según el libro de Irrigación de Cesar Arturo Rosell Calderón ; colección del Ingeniero Civil

el tipo de desarenador a diseñar es: Desarenador de fujo lento, con velocidades bajas entre

0.20 a 0.60 m/seg., estas velocidades permite eliminar particulas hasta de 0.1mm.

d = 0.50 mm Valor recomendado para una conducción eficiente del canal.

2.- VELOCIDAD DEL FLUJO EN EL TANQUE (V)La velocidad del flujo en el Desarenador se determinará mediante la Formula de Camp.

cm/seg

Donde: a : Constante en función del diametrod : Diametro (mm)

d (mm) a a hallado

0.10 51

DESCRIPCION: Es una obra hidráulica que sirve para separar y remover, las pártirculas sólidas que pudierán

ingresar al canal, especialmente en épocas de avenida. La baja velocidad del agua en el desarenador, origina la

sedimentación de las párticulas los cuales son eliminados átraves de una compuerta de fondo.

El desarenador se diseñará para un determinado diametro de párticulas, es decir que se supone que todo diametro superior al elegido deben depositarse.

El desarenador se diseñará para un determinado diametro de particula , es decir, que se supone que

todas las párticulas de diamtero superior al escogido deben depositarse.

daV .







MEMORIA DE CALCULO 0.1 - 1.00 44

1.00 36

La velocidad del Flujo será :

V = 31.11269837 cm/seg

V = 0.311126984 m/seg entre 0.20 - 0.60 m/seg. ……. OK.

3.- VELOCIDAD DE CAIDA DE LAS PARTICULAS (W)La velocidad de caida de las párticulas se determinará por los siguientes metodos







MEMORIA DE CALCULO3.1 Por Arkhangelski

d (mm) w (cm/seg) w hallado

0.05 0.1780.10 0.6920.15 1.56

0.2 2.16

0.25 2.70

0.3 3.24

0.35 3.78 Dato:

0.4 4.32 d = 0.50

0.45 4.86

0.5 5.40 5.4 w = 5.40.55 5.94

0.6 6.48

0.7 7.32

0.8 8.07

1 9.44

2 15.29

3 19.25

5 24.90

Dato:

d = 0.50

w = 2.6

Tabla N° 03 Velocidades de sedimentación w en función del diametro de párticulas

3.2 Por Sellerio Nomograma que se muestra en la figura N° 01







MEMORIA DE CALCULO

Donde: w : Velocidad de Sedimentación (m/s)d : Diametro de párticulas (m)

Peso especifico del material (g/cm3)k : Constante que varia de acuerdo con la forma y naturaleza de los granos.

Tabla N° 04 constante k

3.3 Por Owens se determinará mediante la formula:

Ps:

w k d s ( ) 1







MEMORIA DE CALCULOForma y naturaleza k

arena esférica 9.35granos redondeados 8.25

granos cuarzo d>3 mm 6.12granos cuarzo d<0.7 mm 1.28

Tabla N° 05 Peso Especifico de Sedimentos (t/m3) EL U.S. Soil Conservation Service

Tamaño Permanentemente Sumergido Aireado

Arcilla 64 0.96 0.96 1.28

Limo 0.88 1.2 1.2 1.36

Limo y arcilla 50% 0.64 1.04 1.04 1.36

Arena y Limo 50% 1.2 1.52 1.52 1.76

Arena 0.8 1.28 1.28 1.6

Grava 1.36 1.6 1.36 1.6

Areana y Grava 1.36 2 1.36 2

datos : 1.52 2.08 1.52 2

k = 9.35 Coef.

d = 0.00050 m

1.36 g/cm3 arena y limo 50% pèrmanetemente sumergidoResulta:

w = 0.1254 m/seg = 12.54 cm/seg

Ps =

3.4 Por Sudry se determinará mediante el nomograma Figura N° 02







MEMORIA DE CALCULO

Datos:

d = 0.50000 mm diametro de las particulas

1.064 g/cm3 Peso especifico del agua

Resulta:

w = 2.65 cm/seg

Pw =







MEMORIA DE CALCULO

Donde: w : Velocidad de Sedimentación (m/s)d : Diametro de párticulas (m)

dato:

d = 0.000500 m.

w = 0.0891 m/seg = 8.91 cm/seg

Resumen por autor:1.- Por Scotti - Foglieni w = 8.91 cm/seg

2.- Por Sudry w = 2.65 cm/seg3.- Por Owens w = 12.54 cm/seg

4.- Por Sellerio w = 2.6 cm /seg5.- Por Arkhangelski w = 5.4 cm /seg

w = 3.55 cm/seg

4.- CALCULO DE LAS DIMENSIONES DEL TANQUE

b (m)

Asumimos los sgtes valores:

3.5 Por Scotti - Foglieni Propone la Formula.

CONCLUSION: Como se podra aprecir los valores calculados por Owens y Scotti - Fogliene Son demasiados grandes y desproporcionados a los restos por lo que no serán tomados en cuenta para el calculo de la velocidad de caida.

El largo y el Ancho de los Tanques pueden en general construirse a más bajos costos que las profundidades, en el

diseño se deberá adoptar la mínima profundidad práctica, la cual para velocidades entre 0.20 m/seg y 0.60 m/seg,

puede asumirse entre 1.20 y 4.00m

w d d 38 8 3. .







MEMORIA DE CALCULOh1 = 0.50 m

h2 = 0.10 m h (m)

h3 = 0.30 m

b' = 0.40 m

b' (m)

SECCION TIPICA

4.1 Aplicando la Teoria de Simple Sedimentación

a. Calculo de la Longitud del Tanque

b= 0.80m

datos calculados:

h = 0.90 m

V = 31.112698372 cm/seg

w = 3.55 cm/seg

Lh v

w

.







MEMORIA DE CALCULO

L = 7.89 mPLANTA

Longitud Asumida:

L = 9.50 m Ok!

b. Calculo del Ancho del Desarenador

Q = A x V b= 0.80m

A = bxh1 + (b+b')/2xh2 + b'xh3

h=0.90m

--------(V)

datos calculados:

Q = 0.07 m3/seg b'= 0.40m

h = 0.90 m SECCION

V = 31.112698372 cm/seg

b = 0.16 m

Ancho Asumida:

b = 0.80 m Ok!

c. Calculo del Tiempo de Sedimentación

t = 25.35 seg

d. Calculo del Volumen de Agua Conducido

b

Q b hv b h v

v h h h

2 3 2

1 3

' '

th

w

V Q t .







MEMORIA DE CALCULOV = 1.80 m3

e. Verificación de la Capacidad del tanque

V = 5.51 m3 OK!

4.2 Considerando los Efectos Retardatorios de la Turbulenciaa. Calculo de la Longitud del Tanque

V Q t .

V b hb b

h b h L

.

'. '. .1 2 32

Lh v

w w

.

'







MEMORIA DE CALCULODonde:

h : Altura del Desarenador (m)v : Velocidad del Agua en el desarenador (cm/seg)w : Velocidad de Sedimentación (cm/seg)

w' : Reducción de velocidad por efectos de Turbulencia (cm/seg)

Calculo de la Reducción de Velocidad por Efectos de Turbulencia

Según Levin

Resulta:

Donde:h: m

Anterior:

0.139

h = 0.90 m

v = 31.1126983722 cm/seg

w' = 4.33 cm/seg

Según Eghiazaroff

Datos:h = 0.90 m

v = 31.1126983722 cm/seg

w' = 4.00 cm/seg

1. Según Levin

Datos:w' = 4.33 cm/seg

w = 3.55 cm/seg

Bastelli Et. Considera

DESARENADOR

w v' .

0132.

h

wv

h'

. .

57 2 3

Lh v

w w

.

'







MEMORIA DE CALCULOh = 0.90 m

v = 31.112698372 cm/seg

L = -35.94 m

2. Según eghiazaroff

Datos:w' = 4.00 cm/seg

w = 3.55 cm/seg

h = 0.90 m

v = 31.11 cm/seg

L = -61.65 m

CONCLUSION: Como se podra aprecir los valores de Longitud del desarenador calculados considerando los

efectos retardatorios de la turbulencia Son demasiados grandes y desproporcionados a los calculados por

Sedimentación Simple. Por lo que se ha optado por tomar los valores calculados por Sedimentación Simple.

Lh v

w w

.

'

Lh v

w w

.

'







MEMORIA DE CALCULO

RESUMENb = 0.80 m

b' = 0.40 m

h = 0.90 m

L = 9.50 m

5.- CALCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICION

Longitud Minima de Transción (Lt). La BUREAU OF RECLAMATION recomienda:

Donde: B1: Ancho mayor del espejo de agua de un canalB2: ancho menor del espejo de agua del otro canal

12°30' : Angulo Minimo de las lineas de flujo

Datos:B1= 0.80 mB2= 0.5 m

Lt = 0.677 m

La transción es una estructura diseñada para cambiar la forma o area de la sección transversal del flujo en forma

gradual, a fin de conseguir que la pérdida de carga sea mínima.

LtB B

Tg

1 2

2 12 30. ( ')

CANAL TRANSICION







MEMORIA DE CALCULO

Longitud de Transición Adoptada

Lt = 1.00 m OK!

5.1 DETERMINACIÓN DEL PERFIL DE FLUJOCARACTERISTICAS GEOMETRICAS DEL DESARENADOR Y CANAL

T=0.80 T=1.48

H=0.68 H=0.683

B=0.80 b=0.80DESARENADOR CANAL

Q = 0.071 Q = 0.071

A = 0.546 A = 0.779V = 0.130 m/seg V = 0.091 m/seg

m3/seg m3/seg

m2 m2







MEMORIA DE CALCULO

0.001284935 m

Donde:

Ci : Coeficiente de Perdida de Entrada

Diferencia de Altura de Velocidad

Tipo de Transición

Curvado 0.10 0.20

Cuadrante cilindrico 0.15 0.25

Simplificado en linea recta 0.20 0.30

En Linea Recta 0.30 0.50

De extremos cuadrados 0.30 0.75

Ci = 0.3

0.002 m

El Cálculo detallado para cada punto a lo largo de la transición se muestra en el Cuadro N° 01Donde:

Dist. : Tramo de la Longitud de Transición (m)

b : Variación Lineal Geometrica de la Base (m)T : Variación Lineal Geometrica del Espejo de Agua (m)

A : Area Geometrica

V : Velocida del Flujo

Diferencia de Altura de Velocidad

hV =

Perdida Y' en la Superficie de Agua para Estructuras de Entrada puede Calcularse con:

hv :

Ci

Co

Y' =

hv :

hV V

gV 2

212

2.

Y C hi v' 1

A

T bY

2

.

VQ

A

hV

gv 2

2.







MEMORIA DE CALCULO

Y : Tirante (m)Z :

Cota de Fondo del Canal = Z - Y

5.16 - DISEÑO DEL ALIVIADERO LATERAL

Cota del Espejo de Agua = Cota - Y'Z

0 :

El aliviadero es un regulador adicional que tiene por objeto eliminar el excedente de agua, debido al aumento de caudal producidos por una tormenta. Protegiendo de esta manera al canal y obras adyacentes. Para calcular el caudal a Eliminar se tiene:

hV

gv 2

2.h h

V

gv v 12

2.

Y C h hi v v' . . 1 13

Qe Q Q u b hu 1 22 5 53

2

34 43. . . ..







MEMORIA DE CALCULODonde :

Qe : Caudal por eliminar2/3 u : Según la forma del vertedero: 0.49 á 0.57

b : Longitud del Vertederohu : Carga del vertedero

b (m)

Datos

0.075 m3/seg

0.2128 m

Considerando la Máxima Demanda

Datos

0.335 m3/seg 0.3345

0.695 m

1. Caudal de Excedentes

Qe = 0.26 m3/seg

2. Carga del Vertedero

0.48 m Yn =

1. Calculo de La Longitud b del Aliviadero para la Máxima Avenida.

hu

Q1

Q2

Y1

Y1 > Y

cY

U

Q2 =

Y2 =

Del análisis realizado en las compuertas, se observa que en el canal antes del aliviadero puede ingresar un caudal de Q1.

Q1 =

Y1 =

Qe = Q

1 - Q

2

hu = Y

1 - Y

2h

u =

Según el "Manual de Construcción en Profundidad" de LUDWING KIRGIS Recomienda la Formula para calcular el caudal por eliminar







MEMORIA DE CALCULO

2/3 u = 0.49

Remplazando se tiene :

0.34 m

Despejando b se tiene

b =

Qe Q Q u b hu 1 22 5 53

2

34 43. . . ..

bQ

u he

u

3

2 4 43

13

5

12 5

.

.







MEMORIA DE CALCULOLongitud de Vertedero Asumida:

b = 1.00 m Ok!

2. Verificación de la Longitud del Vertedero.

0.75 Qe = 0.26 m3/seg

La Longitud del Vertedero se verificará según la formula propuesta por ENGELS, que para secciones

rectangulares y planta recta encontro la siguiente formula:

Qe = m3/seg >

Q b he u 2 53 2 5 53. ..


PROYECTO: CANAL DE IRRIGACIÓN LA PUNTA -PINQUIRAY: Ingº Roberto Mondragón

Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO

De no separar y remover estos sedimentos se ocacionará graves perjucios a las obras tales como:1. El Canal de Conducción terminaría por colmatarse de sedimentos.

2. En los reservorios nocturnos terminaría por colmatarse de sedimentos.

Según el libro de Irrigación de Cesar Arturo Rosell Calderón ; colección del Ingeniero Civil

el tipo de desarenador a diseñar es: Desarenador de fujo lento, con velocidades bajas entre

Valor recomendado para una conducción eficiente del canal.

La velocidad del flujo en el Desarenador se determinará mediante la Formula de Camp.

Es una obra hidráulica que sirve para separar y remover, las pártirculas sólidas que pudierán

ingresar al canal, especialmente en épocas de avenida. La baja velocidad del agua en el desarenador, origina la

sedimentación de las párticulas los cuales son eliminados átraves de una compuerta de fondo.

El desarenador se diseñará para un determinado diametro de párticulas, es decir que se supone que todo

El desarenador se diseñará para un determinado diametro de particula , es decir, que se supone que



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO

La velocidad de caida de las párticulas se determinará por los siguientes metodos



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO

mm

cm /seg

mm

cm /seg



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO

Tabla N° 04 constante k



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO

arena y limo 50% pèrmanetemente sumergido



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO



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MEMORIA DE CALCULO

Como se podra aprecir los valores calculados por Owens y Scotti - Fogliene Son demasiados grandes y desproporcionados a los restos por lo que no serán tomados en cuenta para el calculo de la velocidad de

El largo y el Ancho de los Tanques pueden en general construirse a más bajos costos que las profundidades, en el

diseño se deberá adoptar la mínima profundidad práctica, la cual para velocidades entre 0.20 m/seg y 0.60 m/seg,



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULOh1(m)

h2(m)h3(m)

L=9.50m



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO

h1=0.50m

h2=0.10mh3=0.30m



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO

0.139



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MEMORIA DE CALCULO

Como se podra aprecir los valores de Longitud del desarenador calculados considerando los

efectos retardatorios de la turbulencia Son demasiados grandes y desproporcionados a los calculados por

Sedimentación Simple. Por lo que se ha optado por tomar los valores calculados por Sedimentación Simple.



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO

CALCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICIONLa transción es una estructura diseñada para cambiar la forma o area de la sección transversal del flujo en forma



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO

DISEÑO DEL ALIVIADERO LATERALEl aliviadero es un regulador adicional que tiene por objeto eliminar el excedente de agua, debido al aumento de caudal producidos por una tormenta. Protegiendo de esta manera al canal y obras adyacentes. Para calcular el



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO

0.21 m.

Del análisis realizado en las compuertas, se observa que en el canal antes del aliviadero puede ingresar un

Según el "Manual de Construcción en Profundidad" de LUDWING KIRGIS Recomienda la Formula para



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO

Ok!

La Longitud del Vertedero se verificará según la formula propuesta por ENGELS, que para secciones

GOBIERNO REGIONAL - HUÁNUCO

GERENCIA REGIONAL DE INFRAESTRUCTURA




PROYECTO: CANAL DE IRRIGACIÓN LA PUNTA -PINQUIRAYConsultor del proyecto : Ingº Ruben Alva Ochoa Supervisor


MEMORIA DE CALCULO

5.1.7 - Diseño Muro de Encauzamiento

1.- DATOS PARA EL DISEÑO

H = 4.20 m H : Altura

20.00f = 0.55 f : Coeficiente de Fricción entresuelo y concretoFy = 4200.00 Kg/cm2 Fy : Resistencia a la Fluencia del aceroF'c = 175.00 Kg/cm2 F'c : Resistencia a la Compresión del Concreto

2.10 Tn/m3 1.00 Tn/m3

2.40 Tn/m3FSD = 1.40 FSD : Factor de Seguridad de DeslizamientoFSV = 1.50 FSV : Factor de Seguridad de Volteo

2.- PREDIMENSIONAMIENTOa. Espesor Efectivo de la Pantalla

Considerando el más critico, cuando actua el agua en maxima creciente y no ejerce presión el terreno sobre el muro de encausamiento

20 cm

M = 12.348 Tn - m

Mu = 1.7 * M Mu = 20.9916 Tn - m

0.004 w = 0.096 0.9b = 1.00 m Analizando para un ancho de muro de 1.00m

d =

= Tn/m2 : Resistencia del terreno

Peso Especifico del Terreno

Peso Especifico del Agua

c

c: Peso Especifico del Concereto

t1 =

6

* 3HM

)*59.01(**'2 wwcfbdMu cF

Fyw

'*

)*59.01(*'* wwcfb

Mud

22acerordt








MEMORIA DE CALCULO


TomamosPara d =

b. Ancho de la ZapataConsiderando como un Muro de Contención en Voladizo debe cumplir las siguientes relaciones

----------------------------- (I)

2.545454545

Tomamos 3

----------------------------- (II)

0.467857143

t2 =

t2 =

B1 >=

B1 =

B2 >=

fDSF

H

B

t *2*...1

fDSFHB

t *2*...*1

H

B

DSF

VSFf

H

B

*2...

...*

312

H

B

DSF

VSFfHB

*2...

...*

3* 1

2

22acerordt








MEMORIA DE CALCULO

5.1.7 - Diseño Muro de Encauzamiento Tomamos 0.8

c. Altura de la Zapata (Hz)

Hz = 105 cmUsaremos Hz = 100 cm

3.- ANALISIS DE ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO Y VOLTEO

t1=0.20

P4P2

H = 4.20 P3

P1

1

B2=0.80 1

B1=3.00

Pi Pesos (Tn)Momento M=P*X (Tn-m)

P1 9.12 1.90 17.33P2 2.02 1.70 3.43P3 4.03 1.33 5.38P4 8.40 3.20 26.88

TOTAL P= 23.57 M= 53.01

B2 =

Hz = t2 + 5

Hz = *H

t2 =

Brazos de Giro X (m)

FH =

2

* 2HFH








MEMORIA DE CALCULO


FSD = 1.4697 CONFORME

Ma =

FSV = 4.2931 CONFORME

4.- PRESIONES ADMISIBLE SOBRE EL TERRENO

a.- Ubicación de la resultante con respecto al punto O

Xo = 1.725356415 m

b.- Calculo de la Excentricidad

e = 0.174643585 m

c.- Verificación Si Cae Dentro del Tercio Central

H

V

F

FfFSD

*

Ma

MrFSV

6

* 3HMa

p

MaMrXo

XoB

e 2








MEMORIA DE CALCULO


: CAE FUERA DEL TERCIO CENTRAL

: CAE DENTRO DEL TERCIO CENTRAL

B/6 = 0.633333333 CONFORME > e = 0.175

7.912

4.492

7.9124

4.49

7.91

B = 3.8

5.- VERIFICACION POR CORTE

Vd = 4.82139

eB

eB

6

6

B

e

B

P 61*1

B

e

B

P 61*2

dHH

Vd **2

* 2








MEMORIA DE CALCULO


8.196363

9.10707

Vc = 21.10836772

2/3*Vc = 14.07224515 > Vdu/Ø = 9.10707

6.- DISEÑO DE LA ZAPATA

Considerando un suelo de relleno de suelo Arenoso con una dencidad de 1.9ton/m3

7.98 t/m

Considerando un concreto de una dencidad de 2.4ton/m3

Wpp = 2.4 t/m

Vdu = 1.7*Vd Vd

u =

Vdu/Ø =

Ws =

dHH

Vd **2

* 2

bdcfVc *'*53.0

rellenoxhWs

bdcfVc *'*53.0

4.2*1*HzWpp








MEMORIA DE CALCULO

5.1.7 - Diseño Muro de EncauzamientoDiseño del acero

Wumax.= q1*1.7-Wz*0.9

Wu = 10.6 t/m.

Mu = 5.3 t-m.

As = 1.6847 cm2 El mas critico es por acero minimo.

Asmin = .0018*b*d

As = 16.7 cm2

Acero ø 5/8" @ 0.25m Para Hz = 1.00mHz = 60 cm.

As = 9.5 cm2 d = 52.5 cm.

Acero ø 1/2" @ 0.25m Para H = 0.60m

Mu = Wu/Hz2/2

As=Mu/(ø*fy*(d-a/2))




Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO


f : Coeficiente de Fricción entresuelo y concreto

F'c : Resistencia a la Compresión del Concreto

FSD : Factor de Seguridad de Deslizamiento

Considerando el más critico, cuando actua el agua en maxima creciente y no ejerce presión el terreno sobre

Analizando para un ancho de muro de 1.00m

38.36261 cm

cF

Fyw

'*




Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO

5.1.7 - Diseño Muro de Encauzamiento43.15761 cm

100 cm OK!95.205 cm

Considerando como un Muro de Contención en Voladizo debe cumplir las siguientes relaciones

m

m OK!

m




Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO

5.1.7 - Diseño Muro de Encauzamientom OK!

PH/3

8.82 Tn




Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO


> FSD= 1.40

12.348 Tn-m

> FSV= 1.50




Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO


T/m2

T/m2

20.00 CONFORME

Tn




Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO


Tn

Tn




Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO








MEMORIA DE CALCULO

Diseño de las Obras de Captación

5.1.1- DISEÑO HIDRAULICO DE LA PRESA DERIVADORA O BARRAJE

Ingresar los Datos Basicos para el Diseño:

Qmax. = 0.321 Donde:

Qmin. = 0.0719 Qmax.: Caudal maximo de la quebrada (ver calculo de caudal).

Q. = 0.0750 Qmin.: Caudal minimo de la quebrada (ver calculo de caudal).Co = 2848.00 m.s.n.m. Q. : Caudal a conducir por el canal (ver calculo de caudal).

b = 3.00 m. Co : : Cota del lecho de la quebrada aguas arriba del barraje

b : Ancho del cause que sera igual al barraje + canal de limpia

m3/seg

m3/seg

m3/seg

DESCRIPCIÓN :Es una estructura cuya funcion es levantar el nivel de agua de la Quebrada y facilitar el ingreso a travez de la ventana de captacion de nuestro proyecto.La utilidad del barraje de derivación o azud se acentua en epocas de estiaje. Con la finalidad de mejorar su estabilidad tiene una sección trapezoidal y para reducir a una presion casi nula en todos los puntos del azud se adopta el perfil tipo Greager.

2.- CALCULO DE LA ELEVACION DEL BARRAJE:Según el Ing° TSUGUO NOSAKI , una vez estasblecido un apropiado tirante "y" de agua en el canal de conducción, se ubicará el vertedero del barraje a una elevación sobre el fondo del rio igual a:

3y Cuando el caudal sea muy pequeño Q < 1.0 m3/seg 2.5y Cuando el caudal sea igual a Q = 1.0 m3/seg2.0y Cuando el caudal sea mayor a Q > 10.0 m3/seg

En nuestro caso el caudal de ingreso o entrada es de ............ m3/seg., lo cual nos da un tirante de y =..........mpor ser el Q<1m3/seg. el barraje tendra una elevación de 3h. resultando:

1.- Consideraciones de la longitud del barraje "b":Se debe procurar que la longitud del barraje conserve las mismas condiciones naturales del cauce, con el objeto de no causar modificaciones en su regimen. Asi una longitud mas angosta puede ocacionar una carga de agua alta e inundar las margenes, en cambio una longitud de barraje mas amplia pueda ocacionar azolves aguas ariba originando pequeños causes que dificultan la captación en la toma.

)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

(ver hoja de cálculo del canal).y = 0.20 m.

Donde:y: Tirante del canal de conduccón P: Altura del barraje

P = 0.60 m.

Ingresar:Asumimos: P = 1.20 m.




yP *3

)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

Ingresar:M = 2.21 Coef.b = 3.00 m.

Q = 0.32

Resulta:H = 0.13 m.

Según el ITDG- PERU, la formula general del vertedero se expresa como:

Ingresar:u = 0.75 Coef.V = 0.81 m/seg.

m3/seg.

a.- Calculo de la altura de carga H:

2.- CALCULO DE LA CARGA TOTAL DE AGUA SOBRE LA CORONACIÓN DEL AZUD: Según el Ing° SVIATOLAV KROCHIN, la formula general del vertedero se expresa como:

Donde:M : Coeficiente que depende de la forma de la cresta del vertedero y/o barraje donde este valor será = 2.21,debido a que la descarga es libre.b : Ancho del vertedero en nuestro caso será igual a ......mQ : Caudal de maxima avenida presentada en un periodo de retorno de 20 años igual a ..........m3/seg.H : Carga total de agua sobre la coronación del azud.

2

3

.. HbMQ

Donde:u : Coeficiente del vertedero segun la forma de la cresta(para el caso del perfil creager u=0.75)b : Ancho del vertedero. Q : Caudal de maxima avenida presentada en un periodo de retorno de 100 años igual a ..........m3/seg.H : Carga total de agua sobre la coronación del azud.V : Velocidad de acercamiento del quebrada.g : Gravedad (9.8m/seg2.)

))2

()2

) ( (2..(3

2 2

322

32

g

V

g

VHgbuQ

)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

Resultado:H = 0.110 m.

b.- calculo de la velocidad del agua sobre el azud: Donde:VAQ

Resulta:V = 0.97 m/seg.

: carga neta Sobre la crestah : Altura de la carga de agua sobre la cresta

g : Gravedad (9.8m/seg2.)

V : Velocidad sobre la cresta m/seg.

Resulta:

0.16 m

b.- Calculo de la carga energetica he y calculo de las coordenadas del Azud, multiplicando las coordenadas

del perfil Creager por he.

he

he =

Generalmente el tirante dol agua t es mayor que la altura M azud, y el parámetro o perfil de este corresponde a la trayectoria seguido por la lámina vertiente (perfil Creager). Se obtiene mediante la tabla de la derecha, cuyo uso aplicaremos.

g

Vhhe 2

2

AVQ .

)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

XCoordenadas a utilizar: 0.00

0.10X Y 0.30

0.000 m 0.022 m 0.400.016 m 0.006 m 0.600.047 m 0.000 m 0.800.063 m 0.001 m 1.000.095 m 0.001 m 1.400.127 m 0.018 m 2.000.158 m 0.041 m 2.500.222 m 0.089 m 3.000.316 m 0.193 m0.396 m 0.310 m0.475 m 0.396 m

Asumiendo: Por criterio de diseño

0.30 m

Coordenadas a utilizar:

X Y0.000 m 0.041 m Como el caudal de maxima avenida es minima reajustamos0.030 m 0.011 m0.090 m 0.000 m0.120 m 0.002 m0.180 m 0.002 m0.240 m 0.034 m0.300 m 0.077 m0.420 m 0.170 m0.600 m 0.366 m0.750 m 0.588 m0.900 m 0.750 m

he = )*''*(* X

L

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

A.- Altura del Barraje

1.20 m

Resulta: Según el tirante del canal aderivar.Cc = 2849.20 msnm.

Por comparar.Donde:

Co : Cota del lecho del rio dato topografico (msnm). P : Altura del barraje TSUGUO NOSAKI

Cc : Cota en la cima del barraje (msnm).

Anterior P =

3.- COTA DE CORONACION DEL CIMACIO:

En maxima avenida la carga de agua H sobre la coronación del barraje de derivación es0.16 m. considerando un borde libre de 0.30xHa = 0.30+0.16 = 0.46m, los muros de encausamiento por condicion de señal en las taludes del cause de la quebrada se considerarán de 1.00m superior a la cota del cimacio (Paramento superior del perfil Greager) de 2850.20msnm.

oc CPC )*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

Hallando por condición de la ventana de captación

( metros)

Ingresar : ho = 0.60 m.L = 0.70 m.C = 1.84 Coef.

Donde:ho

h

Cc : Nivel de la cresta del barrajeL : Longitud de la ventana de captación por lo general

Mediante la formula del vertedor para la ventana de captacion: es entre 3 a 4m.C : coeficiente de vertedero. En este caso es 1.84

Ajustando:

Resulta: Entonces compare

h = 0.15 m

1.20 m

h = 0.40 m

Entonces:Cc = 2849.20 msnm.

E.- Tirantes en el Barraje y colchón de Disipación

: Altura del umbral del vertedero de captacion. Se recomienda que sea mayor de 0.60 m.

: Altura de la ventana de captacion, asumiendo que trabaja como vertedero

P - ho- ≥0.20 =

Anterior P =

Despues de evaluar se asumirá h :

Cc; cota de la cresta del barraje con la cual se trabajará


20.0 hhCC ooc

2

3

** hLCQ 2.0 hhP o)*''*(* X

L

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

a.- Calculo del tirante al pie del Barraje

Donde:Co:C1:h :

d1 :Vo:V1:Pc:

ct

co Pg

VdC

g

VdC

21

11

2

)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

b.- Calculo del tirante conjugado

a la sección y pendiente del cause.

Diseño del resalto o colchón amortiguador:Por la formula aproximado :

Donde:

Espesor de la lamina vertiente al pie del azud (m).

Espesor de la lamina aguas abajo (m).

Q :

La velocidad de caida será: Diferencia de altura desde el nivel de agua encima de la cresta al fondo del colchon disipador; aproximado para el tanteo.

Según la formula de la momenta el tirante conjugado en función del tirante obtenido al nivel de la poza.

c.- Cálculo del tirante normal: Al final del colchòn disipador el flujo debe recuperar el tirante normal de acuerdo

Dado que (Cn - C1), debe ser aproximadamente de 0.50 a 1.00 metro, se tantea el nivel del piso de la poza de tranquilización hasta que se cumpla la ecuacion.

d1:

d2:

Caudal de agua sobre el Azud, por metro lineal = m3/seg/m.

Ht :

Para este calculo efectuamos tanteos supuniendo un Ht aproximado;

g

dxV

ddd

2221

2 .222

.22

222

21 cnn

nn Pg

VdC

g

VdC

id

Qd *45.02

tHgV **21

)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

Velocidad de caida (m/seg).g : Gravedad (9.8m/seg)

La altura total del agua He sobre el lecho del rio aguas arriba es:Anterior:

V = 0.971.20

H = 0.11

0.16

1.36

Q He Profun.0.016 6.86 0.106921067 2.40 1.36 -1.060.016 6.71 0.106921067 2.30 1.36 -0.960.016 6.57 0.106921067 2.20 1.36 -0.860.017 6.42 0.106921067 2.10 1.36 -0.76

V1 :

P =

he =

He =

La projundidad de la cuenca o colchón sera: He - H

t - d

1 = Profun.

d1

V1

Ht

tHgV **21

11 V

Qd VhVAQ ).1*(. 1

g

VaguatazudPHe 2

)()( 2

)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

Cosiderando por seguridad:

0.016 m.

Cosiderando por seguridad:

0.373 m.

5.1.2.- SOLADO O COLCHÓN DISIPADOR

Tenemos:

6.42 m/seg.

0.29

Resulta:

16.41 m.

0.15 m.

por lo tanto: EL FLUJO ES SUBCRITICO

a.- Cálculo de la longitud del colchón disipador

Schoklitsch

Resulta:

d1 =

d2 =

La necesidad de una poza de disipación y la forma de resalto está íntimamente relacionada al numero de Froude que se expresa:

V1 =

V2 =

F1 =

F2 =

dg

VF

*

)12(*)65( ddaL

)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

L = 1.79 m.

Safranez

Resulta:L = 1.54 m.

U.S. Bureau of Reclamation

Resulta:L = 1.49 m.

La dimención del colchón disipador para construir sera:Por lo tanto:

L = 4.00

1*16 FdL

24dL

)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

b.- Control de la infiltración

Donde:

Longitud del camino de percolaciónAnterior: Cota h:

2849.20 msnm.

2847.1 msnm. c: Coeficiente de Lane.

2.10 m.

Ingresa:h = 2.10 m.c = 3.0 coef.

Lw = 6.30 m.

El agua que se desplaza debajo de la presa por efecto de la percolación causa el arrastre de los materiales finos creando fenomeno llamado de la tubificación

Lw:

Diferencia de carga hidrostatica entre la cresta del barraje y la uña terminal de la poza de disipación.C

c =

C1 =

hc-1

=

hcLw *

)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

c.- Espesor del solado.

Donde:e: Espesor en metrosh: Diferencia de altura desde el inicio de la percolación

SGs ó B: Peso especifico del solado Ton/m3.

Como:Donde:

h: Carga hidrostatica en m.B: Peso especifico del material del solado

ø: Peso especifico del agua

Donde:h = 2.10 m de agua.B = 2.30 ton/m3.ø = 1.00 ton/m3.

h = h - hfhf = h.(Sp/St) Perdida. Sp: Camino de percolación parcial

St: Camino de percolación totalSp = 6.30 m.St = 8.88 m.

h = 1.49 m.

))1/((*34 SG she

)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

BhH .







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

H = 1.40 m.

Resulta:

e = 0.63 m. Por recomendación por algunos autores nos recomienda:e>= 0.90m.

e = 0.60

d.- Enrocado de protección o Escollera

Ingresar: Donde:

C = 4.0 Coef. Longitud total escollera

2.10 m C: coeficiente de Bligh.

q = 0.107 m3/seg/m. Anterior Altura comprendida entre la cota de la cresta del barraje

4.00 m Anterior y la cota del extremo aguas abajo.q: Caudal por metro lineal de vertedero.

Longitud del colchón

1.34 m.

Coeficiente de Bligh.

Arena fina y limo Arena fina Arena gruesaGrava y arenaBolones y arenaArcilla

5.1.3.- DISEÑO DEL CANAL DE LIMPIA

a.- Velocidad de arrastre

m. espesor a considerara

Al final del colchón disipador es necesario colocar una escollera o enrocado con el fin de reducir la erosión y contrarestar el arrastre del material fino por acción de la filtración.

Lt:

Db =

Db:

Lc =

Lc:

Lt =

material del lecho del cauce

Su trazo generalmente es perpendicular al eje del barraje pero puede tener un angulo entre 12º a 45º y el fluyo de la quebrada puede fomar angulos entre 60º y 90º con el eje de captación. Un bocal esviajado facilita el ingreso de agua en el bocal de toma paro aumenta la sedimentacion frente a la misma; Para separar el canal de limpia del barraje fijo se construye un muro guia que permite encauzar mejor las aguas hacia el canal de limpia

cbt LqDCL )(67.0







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

Donde:Vc:

c:

Ingresar:C = 3.5 Coeficiente. d:d = 0.13 m. Vs:

Resulta:

1.89 m/seg.

1.26 m/seg.

b.- Ancho del canal de Limpia

Donde:B: Ancho del canal de limpia en metrosQ: Caudal que discurre en el canal de Limpia en m3/seg.q: Caudad por unidad de ancho m3/seg./m

Ingresar: Velocidad de arrastre en m/seg.

Q= 0.50 m3/seg. g:g= 9.80 m/seg.2

1.89 m/seg.q= 0.69 m3/seg./m

Resulta:B = 0.72 m.

Para el diseño:B = 0.80 m.

Vc =

Vs =

Vc:

Aceleración de la gravedad en m/seg.2

Vc=

sc VcdV 5.15.1 2

1

q

QB

g

Vq c

3







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

c.- Pendiente del canal de Limpia

Donde:

Pendiente del canal de Limpian: Coeficiente de rugosidad de Manning.

g:q: Descarga por unidad de ancho en m/seg./ml.

Ingresar:n= 0.015 Coef. Manning.g= 9.80 m/seg.2q= 0.69 m/seg./ml.

Resulta:

0.0031 m.Para el diseño:

0.31 %. 1.00 % minimo

5.1.4.- TOMA O CAPTACIÓN

Sc:


Sc =

Sc = S

c =

La mayor parte de las tomas se han hecho en ángulo recto con el barraje pero el boca¡ con el río puede quedar con un ángulo entre 20' y 30'.La capacidad de la toma se determina de acuerdo a las demandas de la cédula de cultivos en el caso de un proyecto agrícola, o de acuerdo a las capacidades de la central hidroeléctrica o del proyecto de abastecimiento de agua potable considerando adicionalmente las pérdidas necesarias para eliminar los sedimentos que pudieran ingresar. La velocidad de entrada del agua por los vanos del bocal de captación debe quedar comprendida entre 0.80 y 1.20 m/seg.El bocal de toma se ubica por lo general aguas arriba del barraje vertedero, procurando que el ingreso de sedimentos sea el mínimo. La toma generalmente es de forma abocinada, en la parte anterior se instalan los orificios de captación separados por muros, y los flujos de cada compuerta se amortiguan en una poza de tranquilización que termina en el punto inicial del canal de derivación. Con el fin de proteger la toma se levanta una pantalla frontal donde se abren las ventanas de captación, puede adicionarse en la parte anterior un canal de fuerte pendiente para eliminar gravas, llamado canal desgravador (Diseño Peruano).Los caudales de captación se calculan como vertederos:Q = c . L . h 3/2

En el caso de que trabajen como orificios, el caudal viene dado por la fórmula :Q = c.A.(2gh) 1/2

La longitud de las ventanas por lo general varía de 2.0 a 4.0 m dependiendo de las dimensiones de la compuerta standard.

Estructuras principales de la Toma1.- Rejillas (Trash Racks)Su objetivo básico es impedir que los materiales de arrastre y suspensión ingresen al canal de derivación, los cuales causan obstrucción y desbordes aguas abajo de la captación.Las rejillas platinas unidas mediante soldadui a formando paneles. La separación entre rejillas se recomienda tomarla de eje a eje; y dependiendo del tipo de material que se quiere impedir su ingreso la separación variará entre 1 " y 4" (material fino) y de 4" a 8" (material grueso), recomendándose que las rejillas de menor separación en la parte superior.La colocación de la rejilla puede ser vertical o con una pequeña inclinación de 1:1/4 para facilitar su limpieza. Esta limpieza se recomienda que se haga mediante acción mecánica ya que cuando es manual en épocas de avenidas es casi imposible ejecutar con la frecuencia debida.La principal objeción de colocar rejillas es que causa pérdidas, las cuales deben ser consideradas durante el dimensionamientode la altura del vertedero y en el cálculo del tirante en el canal de derivación.La pérdida de carga que ocasiona una rejilla se puede calcular por la fórmula:

9/2

9/102 .

q

gnSc







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

Donde:

pérdida de carga, en pulgadasT: espesor de la platina (rejilla), en pulgadas

Ingresar: V: velocidad de Ingreso atravez de la rejilla, en pies/seg.

T= 0.750 Pulg. (se recomienda V = 1 m/s = 3.28 pies/seg.)V= 3.28 Pies/seg. A: ángulo de rejilla con la horizontalA= 70 º B: ángulo de aproximación

B= 60 º D: separación entre ejes de cada platina, en pulgadasD= 4 Pulg.

1.72 Pulg.

0.04 m

he:

he =

he =


)).(sec.().

(.32.1 8/152 BsenAD

VThe







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

ANCHO DE LA VENTANA DE CAPTACIÓN

NUMERO DE REJILLASEl numero de rejillas esta dado por:

Donde:NR= Numero de rejillas Ln = 0.70 m.Ln=Ancho total de las ventanas(m.)D=Espaciamiento entre rejillas.

NR= 5.89 Rejillas NR= 6.00 Rejillas

El ancho propuesto para la ventana de captacion (Ln) es corregido por el coseno del angulo de desviacion de la frontal (teta) por el numero de rejillas de las ventanas.

Estructuras de la toma

rDesripiado

Transición

Limpia

Compuerta

gulacion

Compuerta

Re

1D

LnNR







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

En la determinacion de la correccion del ancho de las ventanas , se contemplan dos casos:** Si el angulo de desviacion frontal es de 0°:

b=Ln

** Si el angulo de desviacion frontal es diferente de 0°:

Donde:

30 º.

Donde:L = Ancho corregido de ventanas (m.)Ln=longitud neta de ventanas(m.)B=Angulo de desviacion frontal.T=Ancho ó diametro de rejillas (m.)NR=Numero de rejillas.

L = 0.92 m.ANCHO CORREGIDO DE LAS VENTANAS

L = 1.00 m.

ø = 90 - B =

2.- Ventana de Captación: Las ventanas de captación son las entradas de agua de la toma que en ciertos casos están instaladas en un paramento de concreto totalmente protegido, detrás del vertedero de toma u orificio se colocan los mecanismos de cierre de emergencia y luego las compuertas de control. Los mecanismos de izaje deben ser ubicados en una elevación superior a las máximas avenidas.

2

3

.. hLcQ

RNTLn

L *))cos(

(







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

Donde:Q: Caudal a derivar mas caudal necesario para operación del sistema de purga.

c: Coef. De vertedero, en este caso 1.84

Ingresar: L: Longitud de ventana que por lo general se asume ntre 3 a 4 m

c = 1.84 coef. h: Altura de la ventana de captación ;

Altura para evitar material de arrastre se recomienda 0.60m minimo ó ho>H/3

Q = 0.075

Resulta:h = 0.12 m.

0.04 m. Anterior.

La altura total de las ventanas esta dado por:

h=h1+he

h= 0.20 m.

Se considerará por seguridad.

h = 0.40 m.

Caudal que se podra captar:

Q = 0.465

ho:

m3/seg.

he =

m3/seg.

3.- Camará de decantación o Desripiador Entre el vertedero de captación y los orificios de toma o después de los orificios de toma se proyecta un canal transversal al flujo con el propósito de decantar los materiales sólidos que pudieran haber ingresado en el bocal de toma. Este canal debe tener fuerte pendiente para eliminar las gravas aguas abajo del barraje. En nuestra opinión, es preferible diseñar en función de generar una velocidad que permita un arrastre del material que pudiera ser decantado, para lo cual es necesario dar una fuerte pendiente paralela al flujo en el río; pero esto está limiltada por la cota de salida que le permite al río, sobre todo en épocas de avenidas. Se recomienda una pendiente mayor de 2%. Asimismo es conveniente que la compuerta de limpia tenga una abertura capaz de descargar el caudal de derivación en el mejor de los casos, pero es práctica común darle un ancho de 1.50 m. a la compuerta.







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

Concidearando las dimenciones para el canal

desripiador, la cual tendra una compuerta

de 0.40x.40cm

B = 0.40 m.H = 0.40 m.Z = 1.00


4.- Compuerta de Regulación: Son aquellas compuertas que regulan el ingreso del caudal de derivación hacia el canal principal. Por lo general se recomienda que el área total de las compuertas sea igual al área del canal conducto aguas abajo. Asimismo se recomienda que la velocidad de diseño sea de 2.0 a 2.5 m/s.El caudal que pasa por cada compuerta se calcula mediante la siguiente fórmula:En la ecuación, conociendo V (del valor de diseño recomendado), se determina h (por lo general se estima entre 0. 15 a 0.30 m) y luego se halla el valor de A. Cuando se tiene una luz grande es conveniente dividir la luz en varios tramos iguales para disponer de compuertas más fáciles de operar.

B

HZ







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

DISEÑO DE LA COMPUERTA DE ADMISION DEL CANAL

Este diseño se hara empleando el grafico adjunto y la utilizacion de la siguiente formula:

Donde:Q=Caudal de descarga en m3/seg.a=Alto de la compuerta en metros.b=Ancho de la compuerta en metros.H=Carga del agua al fondo del orificio en metros.mu=Coeficiente que se obtiene del grafico.

Datos:Q= 0.075 m3./seg.b= 0.40 (una compuerta)

Hmin= 0.30 m.Hmax= 0.50 m.

HgbaQ **2***







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

El diseño se hara para el caso de carga minima:Para un primer intento tomamos como valor de "a" igual a la altura de la ventana de captacion.

Considerando Hmin.H= 0.30 m.a= 0.40 m.

g= 9.80

Para un H/a= 0.75 0.5 Ingrese el valor del grafico

a= 0.20 m. por preceso constructivo

Tomamos la compuerta de :0.40x 0.40m

m/seg.2

Hgb

Qa

**2**







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

CALCULO DEL CAUDAL MAXIMO QUE PASA POR LAS COMPUERTAS

Hmax= 0.50a= 0.20

Para un H/a= 2.50.6 ingrese el valor del grafico

Q= 0.150 m3/seg. Se regulara con el aliviadero

Ingresar:b1 = 0.5 m.b2 = 0.4 m.

Resulta:L = 0.23 m.

5.- Transición:De acuerdo al criterio del diseñador, algunas veces se suele unir las zonas de las compuertas con el canal mediante una transición, que a la vez permite reducir las pérdidas de carga. Para determinar la longitud requerida se aplica el siguiente criterio:

6.- Estructuras de DisipaciónComo producto de la carga de posición ganada por colocación de la cresta del vertedero de derivación a una altura sobre el lecho del río, se genera una diferencia entre el canal antiguo y la zona del bocal, que es necesario controlar mediante la construcción de una estructura de disipación .Esta estructura por lo general tiene un colchón o poza disipadora, que permite disipar dentro de la longitud de la poza de energía cinética adquirida del flujo y así salir hacia el canal de derivación un flujo más tranquilo.

Donde: b1 : ancho de la zona de compuertas b2 : ancho del canal de derivación

'30º122

)21(

tg

bbL

HgbaQ **2***







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

Por tratarse de un caudal a derivar pequeño de: Q = 0.075No consideraremos dicha estructura.

Ingrasar:L = 2.00 m.h = 0.20 m.C = 0.50 coef.g = 9.80

Resulta:Q = 0.167 m.

La Longitud del aliviadero se volvera a calcular con la hoja de calculoCorrespondiente.

m/s2

7.- AliviaderosEn algunos casos por mala operación de las compuertas de regulación ingresan caudales mayores a su capacidad en el canal de derivación, lo cual obliga instalar aliviaderos para eliminar las excedencias inmediatamente después del inicio del canal de derivación.El caudal por eliminar viene dado por la ecuación:

Donde:Q: caudal evacuado aliviadero en mI/SL: Iongitud del aliviadero en m.h: diferencia de niveles en el aliviadero en m.C: coeficiente de descarga aprox. 0.50

2

1

)2.(..15

4ghChLQ







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp

8.- Muros de EncauzamientoSon estructuras que permiten encauzar el flujo del río entre determinados límites con el fin de formar las condiciones de diseño pre-establecidas (ancho, tirante, remanso, etc.).Estas estructuras pueden ser de concreto simple o de concreto armado. Su dimensionamiento esta basado en controlar el posible desborde del máximo nivel del agua y evitar también que la socavación afecte las estructuras de captación y derivación.En lo referente a la altura de coronación que estas estructuras deben tener, se recomienda que su cota superior esté por lo menos 0.50 m por encima del nivel máximo de agua.Con respecto a su cota de cimentación, se recomienda que ésta debe estar por debajo o igual a la posible profundidad de socavación (ver diques de encauzamiento).Con la altura definida se puede dimensionar los espesores necesarios para soportar los esfuerzos que transmiten el relleno y altura de agua; es práctica común diseñar al volteo, deslizamiento y asentamiento.







MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp X

Lh

*3

* hLLvL

X

hL*

3

*hXXvX )*''*(* X

L

hhhbCpwSp



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO


DISEÑO HIDRAULICO DE LA PRESA DERIVADORA O BARRAJE

Caudal maximo de la quebrada (ver calculo de caudal).

Caudal minimo de la quebrada (ver calculo de caudal).

Caudal a conducir por el canal (ver calculo de caudal).

: Cota del lecho de la quebrada aguas arriba del barraje

Ancho del cause que sera igual al barraje + canal de limpia

DESCRIPCIÓN :Es una estructura cuya funcion es levantar el nivel de agua de la Quebrada y facilitar el ingreso a travez de la ventana de captacion de nuestro proyecto.La utilidad del barraje de derivación o azud se acentua en epocas de estiaje. Con la finalidad de mejorar su estabilidad tiene una sección trapezoidal y para reducir a una presion casi nula en todos los puntos del azud se adopta el perfil tipo Greager.




1.- Consideraciones de la longitud del barraje "b":Se debe procurar que la longitud del barraje conserve las mismas condiciones naturales del cauce, con el objeto de no causar modificaciones en su regimen. Asi una longitud mas angosta puede ocacionar una carga de agua alta e inundar las margenes, en cambio una longitud de barraje mas amplia pueda ocacionar azolves aguas ariba originando pequeños causes que dificultan la captación en la toma.

)*''*(* XL

hhhbCpwSp



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp

Tirante del canal de conduccón




)*''*(* XL

hhhbCpwSp



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp

2.- CALCULO DE LA CARGA TOTAL DE AGUA SOBRE LA CORONACIÓN DEL AZUD: Según el Ing° SVIATOLAV KROCHIN, la formula general del vertedero se expresa como:

Donde:M : Coeficiente que depende de la forma de la cresta del vertedero y/o barraje donde este valor será = 2.21,debido a que la descarga es libre.b : Ancho del vertedero en nuestro caso será igual a ......mQ : Caudal de maxima avenida presentada en un periodo de retorno de 20 años igual a ..........m3/seg.H : Carga total de agua sobre la coronación del azud.

Donde:u : Coeficiente del vertedero segun la forma de la cresta(para el caso del perfil creager u=0.75)b : Ancho del vertedero. Q : Caudal de maxima avenida presentada en un periodo de retorno de 100 años igual a ..........m3/seg.H : Carga total de agua sobre la coronación del azud.V : Velocidad de acercamiento del quebrada.g : Gravedad (9.8m/seg2.)

)*''*(* XL

hhhbCpwSp



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp

: Velocidad sobre la cresta m/seg.

: Area de agua sobre la cresta (H*b) m2.: Caudal de maxima avenida m3/seg.

: carga neta Sobre la cresta: Altura de la carga de agua sobre la cresta

: Gravedad (9.8m/seg2.)

: Velocidad sobre la cresta m/seg.

y calculo de las coordenadas del Azud, multiplicando las coordenadas


)*''*(* XL

hhhbCpwSp



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp

Ym 0.136 mm 0.036 mm 0.000 mm 0.007 mm 0.006 mm 0.112 mm 0.257 mm 0.565 mm 1.220 mm 1.960 mm 2.500 m

Como el caudal de maxima avenida es minima reajustamos)*''*(* XL

hhhbCpwSp



Mayo del 2,004

MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp

: Cota del lecho del rio dato topografico (msnm). : Altura del barraje TSUGUO NOSAKI: Cota en la cima del barraje (msnm).

3.- COTA DE CORONACION DEL CIMACIO:

En maxima avenida la carga de agua H sobre la coronación del barraje de derivación es0.16 m. considerando un borde libre de 0.30xHa = 0.30+0.16 = 0.46m, los muros de encausamiento por condicion de señal en las taludes del cause de la quebrada se considerarán de 1.00m superior a la cota del cimacio (Paramento superior del perfil Greager) de 2850.20msnm. )*''*(* X

L

hhhbCpwSp



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MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp

: Nivel de la cresta del barraje: Longitud de la ventana de captación por lo general es entre 3 a 4m.: coeficiente de vertedero. En este caso es 1.84

Ingresar: ≥0.20 = 0.20 m.

0.40 m

: Altura del umbral del vertedero de captacion. Se recomienda que sea mayor de 0.60 m.

: Altura de la ventana de captacion, asumiendo que trabaja como vertedero

cota de la cresta del barraje con la cual se trabajará

Generalmente el tirante dol agua t es mayor que la altura M azud, y el parámetro o perfil de este corresponde a la trayectoria seguido por la lámina vertiente (perfil Creager). Se obtiene mediante la tabla de la derecha, cuyo uso aplicaremos.)*''*(* X

L

hhhbCpwSp



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MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp

Cota de la cresta del vertederoCota del colchon disipadorTirante sobre la crestaTirante al pie del taludVelocidad en la cresta del barrajeVelocidad al pie del taludPerdida de carga

Iniciando la aplicación de la fórmula de Bernoulli entre la cresta y el primer punto del cimacio separado a un metro y asi sucesivamente hasta llegar al nivel de la poza amortiguadora.

)*''*(* XL

hhhbCpwSp



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MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp

Espesor de la lamina vertiente al pie del azud (m).

Espesor de la lamina aguas abajo (m).

Diferencia de altura desde el nivel de agua encima de la cresta al fondo del colchon disipador; aproximado para el tanteo.

Según la formula de la momenta el tirante conjugado en función del tirante obtenido al nivel de la poza.

Al final del colchòn disipador el flujo debe recuperar el tirante normal de acuerdo

Dado que (Cn - C1), debe ser aproximadamente de 0.50 a 1.00 metro, se tantea el nivel del piso de la poza de tranquilización hasta que se cumpla la ecuacion.

Caudal de agua sobre el Azud, por metro lineal = m3/seg/m.

)*''*(* XL

hhhbCpwSp



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MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp

mm.

Por H canales se halla:dn = 0.175 m.

Tirante de agua de la quebrada en la salidadel colchón disipador.Tanteo Formula

1.23 0.39 -0.851.13 0.38 -0.751.03 0.38 -0.660.93 0.37 -0.56

Caudal en m3/seg./m

m Velocidad en la cresta del barraje

m. Altura de energia en la cresta

m. Resultado de la formula.

d´2

d2

d2 - d'

2

)(

)/( 3

mb

segmQQ

)*''*(* XL

hhhbCpwSp



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MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp

con una superficie muy

irregular aguas abajo

La necesidad de una poza de disipación y la forma de resalto está íntimamente relacionada al numero de

)*''*(* XL

hhhbCpwSp



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MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp

m.

)*''*(* XL

hhhbCpwSp



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MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp

Longitud del camino de percolación

El agua que se desplaza debajo de la presa por efecto de la percolación causa el arrastre de los materiales finos

Diferencia de carga hidrostatica entre la cresta del barraje y la uña terminal de la poza de disipación.

)*''*(* XL

hhhbCpwSp



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MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp

Camino de percolación parcial

)*''*(* XL

hhhbCpwSp



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MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp

Por recomendación por algunos autores nos recomienda:

Longitud total escollera

coeficiente de Bligh.

Altura comprendida entre la cota de la cresta del barraje

y la cota del extremo aguas abajo.Caudal por metro lineal de vertedero.

Longitud del colchón

Coeficiente de Bligh.

Coef. Bligh

Arena fina y limo 181512

Grava y arena 9Bolones y arena 4 - 6

6 - 7

Al final del colchón disipador es necesario colocar una escollera o enrocado con el fin de reducir la erosión y contrarestar el arrastre del material fino por acción de la

material del lecho del cauce

Su trazo generalmente es perpendicular al eje del barraje pero puede tener un angulo entre 12º a 45º y el fluyo de la quebrada puede fomar angulos entre 60º y 90º con el eje de captación. Un bocal esviajado facilita el ingreso de agua en el bocal de toma paro aumenta la sedimentacion frente a la misma; Para separar el canal de limpia del barraje fijo se construye un muro guia que permite encauzar



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MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp

Velocidad requerida para iniciar el arrastre

Diametro del grano mayor

Velocidad de arrastre

Ancho del canal de limpia en metros

Caudal que discurre en el canal de Limpia en m3/seg.

Caudad por unidad de ancho m3/seg./m

Velocidad de arrastre en m/seg.

Coef. Que es función del tipo de material Arena grava redondeada 3.2 grava rectangular 3.9

arena y grava 3.5 a 4.5




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)*''*(* XL

hhhbCpwSp

Pendiente del canal de Limpia

Coeficiente de rugosidad de Manning.

Descarga por unidad de ancho en m/seg./ml.


La mayor parte de las tomas se han hecho en ángulo recto con el barraje pero el boca¡ con el río puede quedar con un ángulo entre 20' y 30'.La capacidad de la toma se determina de acuerdo a las demandas de la cédula de cultivos en el caso de un proyecto agrícola, o de acuerdo a las capacidades de la central hidroeléctrica o del proyecto de abastecimiento de agua potable considerando adicionalmente las pérdidas necesarias para eliminar los sedimentos que pudieran ingresar. La velocidad de entrada del agua por los vanos del bocal de captación debe quedar comprendida entre 0.80 y 1.20 m/seg.El bocal de toma se ubica por lo general aguas arriba del barraje vertedero, procurando que el ingreso de sedimentos sea el mínimo. La toma generalmente es de forma abocinada, en la parte anterior se instalan los orificios de captación separados por muros, y los flujos de cada compuerta se amortiguan en una poza de tranquilización que termina en el punto inicial del canal de derivación. Con el fin de proteger la toma se levanta una pantalla frontal donde se abren las ventanas de captación, puede adicionarse en la parte anterior un canal de fuerte pendiente para eliminar gravas, llamado canal desgravador (Diseño Peruano).Los caudales de captación se calculan como vertederos:Q = c . L . h 3/2

En el caso de que trabajen como orificios, el caudal viene dado por la fórmula :Q = c.A.(2gh) 1/2

La longitud de las ventanas por lo general varía de 2.0 a 4.0 m dependiendo de las dimensiones de la compuerta standard.




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)*''*(* XL

hhhbCpwSp

pérdida de carga, en pulgadas

espesor de la platina (rejilla), en pulgadas

velocidad de Ingreso atravez de la rejilla, en pies/seg.

(se recomienda V = 1 m/s = 3.28 pies/seg.)

ángulo de rejilla con la horizontal

ángulo de aproximación

separación entre ejes de cada platina, en pulgadas




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)*''*(* XL

hhhbCpwSp

El ancho propuesto para la ventana de captacion (Ln) es corregido por el coseno del angulo de desviacion de la frontal



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MEMORIA DE CALCULO


)*''*(* XL

hhhbCpwSp

2.- Ventana de Captación: Las ventanas de captación son las entradas de agua de la toma que en ciertos casos están instaladas en un paramento de concreto totalmente protegido, detrás del vertedero de toma u orificio se colocan los mecanismos de cierre de emergencia y luego las compuertas de control. Los mecanismos de izaje deben ser ubicados en una elevación superior a las máximas avenidas.



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)*''*(* XL

hhhbCpwSp

Caudal a derivar mas caudal necesario para operación del sistema de purga.

Coef. De vertedero, en este caso 1.84

Longitud de ventana que por lo general se asume ntre 3 a 4 m

Altura para evitar material de arrastre se recomienda 0.60m minimo ó ho>H/3




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)*''*(* XL

hhhbCpwSp


4.- Compuerta de Regulación: Son aquellas compuertas que regulan el ingreso del caudal de derivación hacia el canal principal. Por lo general se recomienda que el área total de las compuertas sea igual al área del canal conducto aguas abajo. Asimismo se recomienda que la velocidad de diseño sea de 2.0 a 2.5 m/s.El caudal que pasa por cada compuerta se calcula mediante la siguiente fórmula:En la ecuación, conociendo V (del valor de diseño recomendado), se determina h (por lo general se estima entre 0. 15 a 0.30 m) y luego se halla el valor de A. Cuando se tiene una luz grande es conveniente dividir la luz en varios tramos iguales para disponer de compuertas más fáciles de operar.



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)*''*(* XL

hhhbCpwSp



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)*''*(* XL

hhhbCpwSp

Para un primer intento tomamos como valor de "a" igual a la altura de la ventana de captacion.



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)*''*(* XL

hhhbCpwSp

5.- Transición:De acuerdo al criterio del diseñador, algunas veces se suele unir las zonas de las compuertas con el canal mediante una transición, que a la vez permite reducir las pérdidas de carga. Para determinar la longitud requerida se aplica el siguiente criterio:

6.- Estructuras de DisipaciónComo producto de la carga de posición ganada por colocación de la cresta del vertedero de derivación a una altura sobre el lecho del río, se genera una diferencia entre el canal antiguo y la zona del bocal, que es necesario controlar mediante la construcción de una estructura de disipación .Esta estructura por lo general tiene un colchón o poza disipadora, que permite disipar dentro de la longitud de la poza de energía cinética adquirida del flujo y así salir hacia el canal de derivación un flujo más tranquilo.

Donde: b1 : ancho de la zona de compuertas b2 : ancho del canal de derivación



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)*''*(* XL

hhhbCpwSp

m3/seg.

7.- AliviaderosEn algunos casos por mala operación de las compuertas de regulación ingresan caudales mayores a su capacidad en el canal de derivación, lo cual obliga instalar aliviaderos para eliminar las excedencias inmediatamente después del inicio del canal de derivación.El caudal por eliminar viene dado por la ecuación:

Donde:Q: caudal evacuado aliviadero en mI/SL: Iongitud del aliviadero en m.h: diferencia de niveles en el aliviadero en m.C: coeficiente de descarga aprox. 0.50



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)*''*(* XL

hhhbCpwSp

8.- Muros de EncauzamientoSon estructuras que permiten encauzar el flujo del río entre determinados límites con el fin de formar las condiciones de diseño pre-establecidas (ancho, tirante, remanso, etc.).Estas estructuras pueden ser de concreto simple o de concreto armado. Su dimensionamiento esta basado en controlar el posible desborde del máximo nivel del agua y evitar también que la socavación afecte las estructuras de captación y derivación.En lo referente a la altura de coronación que estas estructuras deben tener, se recomienda que su cota superior esté por lo menos 0.50 m por encima del nivel máximo de agua.Con respecto a su cota de cimentación, se recomienda que ésta debe estar por debajo o igual a la posible profundidad de socavación (ver diques de encauzamiento).Con la altura definida se puede dimensionar los espesores necesarios para soportar los esfuerzos que transmiten el relleno y altura de agua; es práctica común diseñar al volteo, deslizamiento y asentamiento.



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)*''*(* XL

hhhbCpwSp

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Calculo de Captacion