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INGENIERIA CIVIL - UANCV - PUNOESTRUCTURAS HIDRAULICAS
Datos:Area = 2100 Ha
Caudal Dominante = 180 m3/seg
Caudal mínimo = 8.7 m3/seg
Caudal máximo = 330 m3/seg
Datos del río:Srío = 0.0003 m/m
nrío = 0.022
Altura de Umbral de captación = 1.25 m
Altura de Umbral de desrripiador = 1.05 m
Rejilla de acero en la ventana de captación = 1" @ 0.37m
Desnivel de paso a vertedero = 0.1 m
Orilla = cohesivo
d50 = 0.5 mm
Fb = 1.3435 material grueso
Fs = 0.2
K = 10 río aluvial
Datos canal de derivación:Canal de concreto = sección rectangular de M.E.H.
S = 0.001 m/m
Datos canal principal:Canal de concreto = sección trapezoidal de M.E.H.
S = 0.001 m/m
Determinar:Demanda Hídrica
Con que caudal se va a diseñar la ventana de captación
Diseñar el canal de derivaciónDiseñar el canal principal
El ancho del río considerando la teoría del régimen
H y L
PARAMETROS DE DISEÑO
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1.1. Evapotranspiración Potencial
Ep = 0.324 * Rt * CTT * CWT * CHT * CST * CE
Rt = 17.06 mm/día del caudro N°8
CTT = 1.033CWT = 1.029
CHT = 0.9941
CST = 1.0601
CE = 1.344
Ep =
Ep = 8.317 mm/día
1.2. Evapotranspiración Real
EtR = Kc * Ep Kc = 1
EtR =
EtR = 8.317 mm/día
1.3. Requerimiento de Agua en mm/mes
R H2O = EtR * Precipitación Efectiva precipitacion efectiva 12
R H2O = 5.048 mm/día * 31 día/mes
R H2O = 245.832 mm/mes
1.4. Requerimiento volumétrico neto del Agua en m3/mes/Ha
RVol Neto = 156.475 mm/mes * 0.001 m/mm * 10000 m3/Ha
RVol Neto = m3/mes/Ha
= > Para regar 1 Ha necesito 1564.755 m3 de agua
1.5. Requerimiento Volumétrico Bruto
RVol Bruto =
ER = EC * EA * ED
ER = 0.85 * 0.75 * 0.70
ER = 0.446
RVol Bruto =
RVol Bruto = m3/mes/Ha
1.6. Módulo de Riego
MR = 2887.67 m3 1 1000 lts 1 mes 1 día
mes Ha 1m3 31 días 86400 seg
MR = 2.057 lts/seg/Ha
0.446
2458.324
RVol Neto
5508.849
I. CALCULO DE DEMANDA HIDRAÚLICA
ER
2458.324
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1.7. Demanda Hídrica
DH = MR * Area a regar
DH =
DH = 4319.21 lts/seg
DH = 4.319 m3/seg
*Asumiendo DH = 4.32 m3
/seg
* Asumiendo H = 0.8 m
hn = 0.7 mz = 0.1 m
P = 1.25 m
2.1. Por la fórmula de Bazin despejaremos el ancho de la Ventana:
K = 0.85 (ventana con rejilla)
S = 0.584
C = 0.664
II. DISEÑO DE LA VENTANA DE CAPTACION
Q = 2
3 2g ∗ K ∗ S ∗ C ∗ L ∗ H
S = 1.05 ∗ 1 + 0.2 ∗
(
)
C = 0.6075 + 0.00405
H 1 + 0.55∗
H
H + P
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2.2. Despejando L
L = 6.205 m
2.3. Verificando velocidad
V = 0.870 m/s * La velocidad debe ser entre 0.6 m/s y 1m/s
2.4. Asumiendo V = 1m/s
L = 5.40 m = 5.40 m
2.5. Verificando N° de barras
N° barras = 13.59
N° barras = 14
* Se tendra una ventana de:
14 * 0.042 =
5.40 + 0.588 =
* Ancho de ventana asumido = 6.00 m
0.588
5.987
L = 3Q
2 2g ∗ K ∗ S ∗ C ∗ H
V = Q
A
V = Q
H ∗ L
L = Q
H ∗ V
N° barras = L
D− 1
N° barras = 5.4
0.37 − 1
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3.1. Por fórmula de Bazin
Si: K = 1.0 m * Considerando sin rejillas y no sumergido (S = 1)
Además: H = 0.8 mP = 1.05 m
Se tendrá:
C = 0.676
3.2. Despejando L
L = 3.026 m
3.3. Verificando velocidad
V = 1.784 m/s * La velocidad debe ser entre 0.6 m/s y 1m/s
3.4. Asumiendo V = 1m/s
L = 5.40 m
III. DISEÑO DEL DESRRIPIADOR
Q = 2
3 2g ∗ K ∗ S ∗ C ∗ L ∗ H
Q = 2
3 2g ∗ C ∗ L ∗ H
C = 0.6075 + 0.00405
H 1 + 0.55∗
H
H + P
L = 3Q
2 2g ∗ C ∗ H
L = 3 ∗ 1.50
2 2 ∗ 9.81 ∗ 0.761 ∗ 1
V = QA
V = Q
H ∗ L
V = 1.50
1 ∗ 0.667
L = Q
H ∗ VL =
1.50
1 ∗ 1
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3.5. Tirante Y1
* Por fórmula se tiene.
a = 1
b = -2.201
c = 0
d = 0.056
* Resolviendo la ecuación.
Y1 = 0.190 m
* Considerando Y1 = 0.20 m
3.6. Tirante Conjugado Y2
* Verificando Velocidad y Numero de Froude
V = 4.00 m/s
Fr = 2.856 => Régimen de Flujo Supercrítico
* Reemplazando:
Y2 = 0.714 m
aY1 + bY1 + cY1 + d = 0
b = − 1
2g ∗ Q
H ∗ B + P + H + z
d = 1.1
2g ∗
Q
B
d = 1.1
2 ∗ 9.81 ∗
1.50
1.50
aY1 + 1.649Y1 + 0.056 = 0
Y2 = Y1
2 1 + 8Fr − 1
V = Q
A
V = Q
B ∗ Y 1
V = 1.50
1.5 ∗ 0.2
Fr = V
Fr = 5.00
9.81 ∗ 0.20
Y2 = 0.20
2 1 + 8 ∗ 3.57 − 1
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* Verificando si el resalto es sumergido:
* Es sumergido
3.7. Longitud de Resalto Lp
Lp = 2.826 m
* Asumiremos Lp = 4.00 m
Y2 < P + H
0.915 < 0.5 + 1
0.915 < 1.5
Lp = 5.5(Y2 − Y1)Lp = 5.5(0.91 − 0.19)
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4.1. Sección Rectangular de Máxima eficiencia Hidraúlica
n = 0.014 (según Manning para canal de concreto)
* Por fórmula:
Y = 1.169 m
b = 2.339 m
* Asumiendo b = 1.50 m --> Para que el canal sea uniforme
=> Y = 0.75 m
Sección rectangular de M.E.H.
IV. DISEÑO DEL CANAL DE DERIVACION
b = 2Y
Y = ∗
2
∗
Y = 0.014 ∗ 1.5
2
∗ 0.001
b = 2 ∗ 0.787
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5.1. Tirante Y1
a = 1
* Asumiendo: z = 1 m
b = -2.901
c = 0
d = 0.056
* Resolviendo la ecuación.
Y1 = 0.150 m
5.2. Tirante Conjugado Y2
* Verificando Velocidad y Numero de Froude
V = 19.20 m/s
Fr = 15.82 => Régimen de Flujo Supercrítico
* Reemplazando:
Y2 = 3.28 m
V. DISEÑO DE LA TRANSICION AL CANAL DE DERIVACION
aY1 + bY1 + cY1 + d = 0
b = − 1
2g
∗ Q
H
∗ B + P + H + z
b = − 1
2 ∗ 9.81∗
1.50
1 ∗ 1.50 + 0.50 + 1 + 1
d = 1.1
2g ∗
Q
B
d = 1.12 ∗ 9.81
∗ 1.50
1.50
aY1 + 1.649Y1 + 0.056 = 0
Y2 = Y1
2 1 + 8Fr − 1
V = Q
A
V = Q
B ∗ Y 1
V = 1.50
1.5 ∗ 0.150
Fr = V
Fr = 6.57
9.81 ∗ 0.150
Y2 = 0.152
2 1 + 8 ∗ 5.379 − 1
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5.3. Profundidad de Poza de Disipación
z = 2.533 m
5.4. Segunda Iteración
* a = 1
* Asumiendo: z = 2.533 m
b = -4.434
c = 0
d = 0.056
* Resolviendo la ecuación.
Y1 = 0.180 m
*
* Verificando Velocidad y Numero de Froude
V = 16.00 m/s
Fr = 12.04 => Régimen de Flujo Supercrítico
* Reemplazando:
Y2 = 2.98 m
* Profundidad de Poza de Disipación
z = Y2 − Yn
z = 1.08 −0.75
aY1
+ bY1
+ cY1 + d = 0
b = − 1
2g ∗
Q
H ∗ B + P + H + z
b = − 1
2 ∗ 9.81∗
1.50
1 ∗ 1.50 + 0.50 + 1 + 0.334
d = 1.1
2g ∗Q
B
d = 1.1
2 ∗ 9.81 ∗
1.50
1.50
aY1 + 1.649Y1 + 0.056 = 0
Y2 = Y1
2 1 + 8Fr − 1
V = Q
A
V = Q
B ∗ Y 1
V = 1.50
1.5 ∗ 0.180
Fr = V
Fr = 5.51
9.81 ∗ 0.180
Y2 = 0.182
2 1 + 8 ∗ 4.129 − 1
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z = 2.230 m
5.5. Tercera Iteración
*
a = 1
* Asumiendo: z = 2.230 m
b = -4.131
c = 0
d = 0.056
* Resolviendo la ecuación.
Y1 = 0.190 m
*
* Verificando Velocidad y Numero de Froude
V = 15.16 m/s
Fr = 11.1 => Régimen de Flujo Supercrítico
* Reemplazando:
Y2 = 2.89 m
* Profundidad de Poza de Disipación
z = Y2 − Yn
z = 0.97 −0.75
aY1 + bY1 + cY1 + d = 0
b = − 1
2g ∗
Q
H ∗ B + P + H + z
b = − 1
2 ∗ 9.81∗
1.50
1 ∗ 1.50 + 0.50 + 1 + 0.223
d = 1.1
2g
∗Q
B
d = 1.1
2 ∗ 9.81 ∗
1.50
1.50
aY1 + 1.649Y1 + 0.056 = 0
Y2 = Y1
2 1 + 8Fr − 1
V = Q
A
V = Q
B ∗ Y 1
V = 1.50
1.50 ∗ 0.190
Fr = V
Fr =
5.32
9.81 ∗ 0.190
Y2 = 0.188
2 1 + 8 ∗ 3.913 − 1
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z = 2.140 m
5.6. Cuarta Iteración
*
a = 1
* Asumiendo: z = 2.140 m
b = -4.041
c = 0
d = 0.056
* Resolviendo la ecuación.
Y1 = 0.190 m
* Verificando Velocidad y Número de Froude
V = 15.16 m/s
Fr = 11.1 => Régimen de Flujo Supercrítico
* Reemplazando:
Y2 = 2.89 m
* Profundidad de Poza de Disipación
z = Y2 − Yn
z = 0.95 −0.75
aY1 + bY1 + cY1 + d = 0
b = − 1
2g ∗
Q
H ∗ B + P + H + z
b = − 1
2 ∗ 9.81∗
1.50
1 ∗ 1.50 + 0.50 + 1 + 0.201
d =
1.1
2g ∗
Q
B
d = 1.1
2 ∗ 9.81 ∗
1.50
1.50
aY1 + 1.649Y1 + 0.056 = 0
Y2 = Y1
2 1 + 8Fr − 1
V = Q
A
V = Q
B ∗ Y 1
V = 1.50
1.50 ∗ 0.190
Fr = V
Fr = 5.28
9.81 ∗ 0.190
Y2 = 0.190
2 1 + 8 ∗ 3.87 − 1
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z = 2.140 m
* Se tiene entonces lo siguientes resultados
Y1 = 0.19 m
Y2 = 2.89 m
z = 2.14 m
5.7. Longitud de Resalto Lp
Lp = 14.85 m
* Asumiremos Lp = 4.20 m (Longitud de Resalto)
* Asumiremos z = 0.20 m (Profundidad de poza de Disipación)
z = Y2 − Yn
z = 0.95 −0.75
Lp = 5.5(Y2 − Y1)
Lp = 5.5(0.95 − 0.19)
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6.1. Sección Trapezoidal de Máxima Eficiencia Hidraúlica
n = 0.014 (Según Manning para canal de concreto)
z = 1 => θ = 45°
* Fórmula despejada para M.E.H.:
* Por condición para M.E.H.
θ/2 = 22.5
b = 0.828 Y
* Reemplazando:
Y = 0.813 m
b = 0.828 * 0.813
b = 0.674 m
*Asumiendo: b = 0.70 m
=> Y = 0.84 m
Sección trapezoidal de M.E.H.
VI. DISEÑO DEL CANAL PRINCIPAL
Q = 1
n ∗
bY + zY
b + 2Y ∗ z + 1
∗ S
b
Y = 2tan
2
1.50 = 1
0.014 ∗
(0.828Y)Y + Y
(0.828Y) + 2Y ∗ 1 + 1
∗ 0.001
2.38
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7.1. Según Lacey
B = 64.81 m
f = 35.78
Y = 0.819 m
7.2. Según Blench
B = 62.94 m
Y = 2.98 m
7.3. Según Altunin
m = 0.7 (Ríos arenosos y gravosos)
B = 70.07 m
* Entonces el ancho y tirante del río sera:
B = 70.068 m
Y = 1.96 m Y = 1.96 m
VII. CALCULO DE PARAMETROS DEL RIO CONSIDERANDO TEORIA DEL REGIMEN
* Tomaremos la Teoría de Altunin ya que el río es dematerial granular grueso, además de ser un río
aluvial, y esta teoría obtiene resultados mayores que
las reales, como el río es algo cohesivo y posee
material grueso entonces se puede decir que su orilla
va ser resistente a la erosión.
B = 4.831 ∗ Q
B = 4.831 ∗ 70
Y = 0.478 ∗ Q
f
Y = 0.478 ∗ 70
32
f = 50.60 ∗ Dm
f = 50.60 ∗ 0.4
B = 1.81 ∗ Fb
Fs ∗ Q
B = 1.81 ∗ 1.20
0.20 ∗ 70
Y = 1.02 ∗ Fs
∗ Q
Y = 1.02 ∗ 0.201.20 ∗ 70
B = n ∗ Q ∗
B =
0.035 ∗ 70 ∗ 10
0.0005
∗.
Y =
Y = 51.36 .
10
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7.4. Calculo de Tirante Mínimo, Velocidad Mínima y Fr del Río
* Según Manning:
* Despejando para cálculo de tirante Mínimo:
* Reemplazando:
Ymin 0.605 m
* Verificando Velocidad y Número de Froude:
Vmin 0.21 m/s
Fr = 0.084 => Régimen de Flujo Subcrítico
7.5. Calculo de Tirante Máximo, Velocidad Máxima y Fr del Río
* Despejando para cálculo de tirante Máximo:
* Reemplazando:
Ymax 2.478 m
* Verificando Velocidad y Número de Froude:
Vmax 1.90 m/s
* Esta velocidad se considera erosiva ya que es mayor a 1m/s, pero
como la orilla es de material grueso y algo cohesivo puede resistir a
esta velocidad
Q = 1
n ∗ A∗ R
∗ S
Qmin = 1n
∗ B ∗ Ymin
B + 2Ymin
∗ S
14 = 1
0.035 ∗
51.36 ∗ Ymin
51.36 + 2Ymin
∗ 0.0005
Vmin = Q
A
Vmin = QB ∗ Ymin
Vmin = 14
51.36 ∗ 0.605
Fr = V
Fr = 0.45
9.81 ∗ 0.605
Qmax = 1
n ∗
B ∗ Ymax
B + 2Ymax
∗ S
140 = 1
0.035 ∗
51.36 ∗ Ymax
51.36 + 2Ymax
∗ 0.0005
Vmax = Q
A
Vmax = Q
B ∗ Ymax
Vmax = 140
51.36 ∗ 2.478
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Fr = 0.385 => Régimen de Flujo Subcrítico
Fr = V
Fr = 1.10
9.81 ∗ 2.478
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8.1. Determinación de Caudal ingresante (10%)
Q = 10% * Qmax
Q = 10% * 140
Q = 33 m3/seg
8.2. Longitud tentativa
H = 1.0 + 0.6 + 0.2 = 1.8 m
L = 7.427 m
L = 3.2 m
* Utilizaremos 2 compuertas y 1 pilar intermedio de forma circular
Kp = 0.025
Km = 0
8.3. Hallando Caudal saliente
Le = 3.11 m
=>
Q = 13.82 m3/seg
VIII. DISEÑO DE BARRAJE MOVIL
Q = 1.84 ∗ L ∗ H
⁄
L = Q
1.84 ∗ H
t
t
Q = 1.84 ∗ Le ∗ H
⁄
Le = Lo − 2 n ∗ Kp + Km ∗ H
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9.1. Caudal del barraje fijo
Qbarraje fijo = Q - Qbarraje movil
Qbarraje fijo = 140 - 14.34
Qbarraje fijo = 316.18 m3/seg
9.2. Longitud de barraje fijoLbarraje fijo = Ancho del río - Lbarraje movil
Lbarraje fijo = 51.36 - 3.80
Lbarraje fijo = 66.27 m
9.3. Determinación del tirante máximo normal
* Según Manning:
* Despejando para cálculo de tirante
Ymax 2.478 m
9.4. Carga en la cresta del vertedero
* Asumiendo C = 2
* Despejando H:
H = 1.785 m
1.008
* Volvemos a calcular con C = 2.164
H = 1.694 m
1.063
IX. DISEÑO DE BARRAJE FIJO
Q = 1
n ∗ A∗ R
∗ S
Q = 1n
∗ B ∗ Y
B + 2Y
∗ S
Q = C ∗ L ∗ H
⁄
H =
Q
C∗L
⁄
H = 126.182∗47.56
⁄ VALORDE
COEFICIENTE
"C"
PP
H =
1.80
1.207 =
2.164
1.491VALORDE
H = 126.182.164∗47.56
⁄
P
H =
1.80
1.146 =
VALORDE
COEFICIENTE
"C"
P
2.169
1.571VALORDE
7/26/2019 Diseño de Estructuras Hidraulicas Grupo 12
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INGENIERIA CIVIL - UANCV - PUNOESTRUCTURAS HIDRAULICAS
* Volvemos a calcular con C = 2.169
H = 1.691 m
1.064
* Volvemos a calcular con C = 2.170
H = 1.691 m
1.065
* Entonces:
H = 1.691 m
C = 2.170
9.5. Tirante de la poza de disipación
a = 1
* Asumiendo: z = 1 m
b = -4.897
c = 0
d = 1.276
* Resolviendo la ecuación.
Y1 = 0.318 m
H = 126.182.164∗47.56
⁄
P
H =
1.80
1.144 =
VALORDE
COEFICIENTE
"C"
P
2.170
1.574VALORDE
H = 126.182.164∗47.56
⁄
P
H =
1.80
1.143 =
VALORDE
COEFICIENTE
"C"
P
2.170
1.574VALORDE
aY1 + bY1 + cY1 + d = 0
b = − 1
2g ∗
Q
H ∗ B + P + H + z
b = − 1
2 ∗ 9.81 ∗
126.18
47.56 ∗ 1.143 + 1.143 + 1.80 + 1
d = 1.1
2g ∗
Q
B
d = 1.12 ∗ 9.81 ∗ 126.18
47.56
aY1 + 1.649Y1 + 0.056 = 0
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INGENIERIA CIVIL - UANCV - PUNOESTRUCTURAS HIDRAULICAS
9.6. Tirante Conjugado Y2
* Verificando Velocidad y Numero de Froude
V = 15.00 m/s
Fr = 8.495 => Régimen de Flujo Supercrítico
* Reemplazando:
Y2 = 3.66 m
9.7. Profundidad de Poza de Disipación
z = 1.187 m * Como "z" es negativo, asumimos "z = 0"
9.8. Tirante de la poza de disipacion con "z = 0"
a = 1
* Asumiendo: z = 0 m
b = -3.897
c = 0
d = 1.276
* Resolviendo la ecuación.
Y1 = 0.372 m
Y2 = Y1
2 1 + 8Fr − 1
V = Q
A
V = QB ∗ Y 1
V = 126.18
47.56 ∗ 0.318
Fr = V
Fr = 8.34
9.81 ∗ 0.318
Y2 = 0.32
2 1 + 8 ∗ 4.724 − 1
z = Y2 − Yn
z = 1.97 −2.48
aY1 + bY1 + cY1 + d = 0
b = − 1
2g ∗
Q
H ∗ B + P + H + z
b = − 1
2 ∗ 9.81 ∗
126.18
47.56 ∗ 1.143 + 1.143 + 1.80 + 0
d = 1.12g
∗Q
B
d = 1.1
2 ∗ 9.81∗
126.18
47.56
aY1 + 1.649Y1 + 0.056 = 0
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INGENIERIA CIVIL - UANCV - PUNOESTRUCTURAS HIDRAULICAS
9.9 Tirante Conjugado Y2
* Verificando Velocidad y Numero de Froude
V = 12.83 m/s
Fr = 6.714 => Régimen de Flujo Supercrítico
* Reemplazando:
Y2 = 3.351 m
9.10. Profundidad de Poza de Disipación
z = 0.873 m
9.11. Longitud de la Poza de Disipación
Lp = 16.38 m
* Asumiremos Lp = 8.00 m (Longitud de Resalto)
* Asumiremos z = 0.00 m (Sin profundidad de poza de Disipación)
*Al salir negativo el valor de "z" la poza de disipación
no tendra profundidad
Y2 = Y1
2 1 + 8Fr − 1
V = Q
A
V = QB ∗ Y 1
V = 126.18
47.56 ∗ 0.372
Fr = V
Fr = 7.13
9.81 ∗ 0.372
Y2 = 0.372
2 1 + 8 ∗ 3.733 − 1
z = Y2 − Yn
z = 1.787 −2.48
Lp = 5.5(Y2 − Y1)
Lp = 5.5(1.787 − 0.372)