Memorias de calculo estructural bocatoma y tanque de almacenamiento
Calculo Bocatoma PAKI
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ESTUDIO HIDROLOGICO
PROYECTO: MEJORAMIENTO DEL CANAL "PAKI-PACAGUA"
CALCULO DEL CAUDAL DE MAXIMA AVENIDA: QDA.
A.-METODO DE LA SECCION Y LA PENDIENTE
Para aplicar el siguiente método debe realizarse los siguientes trabajos de campo:
1- Selección de varios tramos del río
2- Levantamiento topográfico de las secciones tranversales seleccionadas ( 3 secciones mínimas )
3- Determinación de la pendiente de la superficie de agua con las marcas o huellas dejadas por las
aguas de máximas avenidas
4- Elegir un valor de coeficiente de rugosidad ( n ) el más óptimo.
5- Aplicar cálculos en la formula de Manning.
Qmax. = A * R^(2/3) * S^(1/2) / n
A: área de la sección humeda (m2)
R: área de la sección humeda / perimetro mojado
S: pendiente de la superficie del fondo de cauce
n: rugosidad del cauce del río.
La siguiente tabla nos muestra los distinto valores de "n" que se adoptaran:
SEGUN COWAN:
Condiciones del río:
material del cauce: A terroso
B rocoso
C gravoso fino
D gravoso grueso
material del cauce adoptado: D = 0.028
Debido a la falta de información hidrometereológica en determinadas zonas que justifiquen el diseño hidráulico de las estructuras proyectadas se plantean métodos de cálculo empíricos en base a observaciones y parámetros determinados de acuerdo a las características geomorfológicas y de cobertura vegetal de la zona donde se ubica el proyecto.
Con la finalidad de dimensionar el muro de encauzamiento y la estructura de la Bocatoma se calcularán los caudales instantáneos, por medio del método empírico: "Método de la Sección y la Pendiente", basado en las observaciones de las huellas o marcas de agua dejadas sobre el cauce del río por las aguas de máximas avenidas.
Grado de irregularidad: A ninguna
B leve
C regular
D severo
Grado de irregularidad adoptado B = 0.005
Secciones Variables A leve
B regular
C severo
Variación de la seccción adopta B = 0.005
Efecto de A despreciables
las obstrucciones: B menor
C apreciable
D severo
Efecto de las obstrucciones ado B = 0.01
Vegetación: A ninguna
B poco
C regular
D alta
Vegetación adoptada: A = 0
Grado de sinuosidad: A Insignificante
B regular
C considerable
Grado de sinuosidad adoptado: B = 1.15
VALOR DE RUGOSIDAD " n " ADOPTADO SEGÚN COWAN 0.055
SEGUN SCOBEY:
Condiciones del río:
n = 0.025
Cauce de tierra natural limpios con buen alineamiento con o sin algo de vegetación en los taludes y
gravillas dispersas en los taludes
n = 0.030
Cauce de piedra fragmentada y erosionada de sección variable con algo de vegetación en los bordes y
considerable pendiente (ríos de ceja de selva )
n = 0.035
Cauce de grava y gravilla con variación considerable de la sección transversal con algo de vegetación
en los taludes y baja pendiente (ceja de selva )
n = 0.040-0.050
Cauce con gran cantidad de canto rodado suelto y limpio, de sección transversal variable con o sin
vegetacion en los taludes (ríos de sierra y ceja de selva )
n = 0.060-0.075
Cauce con gran crecimiento de maleza, de sección obstruida por la vegetación externa y acuática de
lineamiento y sección irregular (ríos de la selva )
VALOR DE RUGOSIDAD " n " SEGÚN SCOBEY 0.045
Seleccionando el menor "n" de estos dos criter 0.045
CALCULO DEL CAUDAL DEL RIO POR LA FORMULA DE MANNING
A : Area de la sección del río en la avenida 9.9 m2
P : perimetro mojado de la avenida 21.20 m
S : pendiente de la superficie del fondo 0.053 m/m
n : rugosidad del cauce del río. 0.045
Qmax. = A * R^(2/3) * S^(1/2) / n
Qmax. = 30.49 m³/s
DISEÑO DE LA BOCATOMA "PAKI"
1.- Consideraciones generales en el diseño de la Bocatoma:
mediante el método empírico de la Sección y Pendiente con el cual se realizarán el dimensionamientolas estructuras que componen la Bocatoma.Debido a la pendiente fuerte de la quebrada se diseñará la bocatoma para un resalto del tipobarrido, dado que no se consigue la sumergencia por el tipo de flujo supercrítico aguas abajo
2.- Cálculo de las Caraterísticas del RíoDatos de entrada:
Q = 30.490 m3/s Caudal Máxima Avenida calculadon = 0.045 Rugosidad de ríoS = 0.0530 Pendiente promedio del lecho de quebrada
Lo = 8.500 m Ancho de cauce de Quebrada0
#NAME? m Tirante normalA= #NAME? m2 AreaP = #NAME? m Perímetro mojadoR= #NAME? Radio hidraulicoV= #NAME? m/s Velocidad
hv= #NAME? m Altura de velocidad
2.- Dimensionamiento de la Ventana de Captación
Qc= 0.800 m3/s caudal de captación canal ChalsaguaL= 2.000 m ancho ventana de captación asumido
0.200 m altura libre
a) Sí trabaja como orificio ahogado
Cd= 0.650 m Coeficiente de descargah= #NAME? m altura ventana de captación
a) Debido a la falta de información hidrometereológica en la zona, el caudal de diseño se ha determinado
dn =
hL=
21
321SAR
nQ
Ldc hh
HgHACQ 2
;2..
Ldc hh
ghLCQ2
2...
b) Sí trabaja como vertedero
h= 0.400 m altura ventana de captación
3.- Altura de barraje
Co= 3999.800 m Cota del lecho del río aguas arriba del barrajeho = 0.400 m altura del umbral del vertedero de captaciónh = 0.400 m altura de la ventana de captación calculado
Cc= 4000.800 m Cota de la cresta del barrajeP= 1.000 m altura del paramento aguas arriba
4.- Dimensionamiento del barraje
a) Descarga sobre el vertedero
Q = 30.490 m3/s Caudal de Máxima AvenidaLo = 8.500 m ancho de la Cresta
P= 1.000 m altura del paramento aguas arribaC= #NAME? Coeficiente de descarga calculado
#NAME? m Carga de diseño sobre el vertedero#NAME?
Hd=P/Hd=
Ha
HeHd
P
Co
P.T.(5)
Ccresta(4)
X
Y5-Y6
Y
R2
(3)
(2)
R1
(1)
(6)
Y5-Y6Tan a a
R3.Sena
R3.Cosa
R3a
C1R3.(1-Cos )a(7)
Línea de Energía
Ldc hh
ghLCQ2
2...
23
.. do HLCQ
32
84.1
L
Qh c
YHdX 85.085.1 .2
Q= #NAME? m3/s Verificación de descargaVo= #NAME? m/s VelocidadHa= #NAME? mHe= #NAME? m
Ecuaciones para el coeficiente de descarga C, Según Gehy (1982) en función de la
b) Perfil de la cresta del vertedero del barraje
Y = #NAME? Ecuación general del perfil;z = 1.50 m Talud aguas abajo del barraje
Punto de Tangencia, P.T.(x,y,Cot x y Cota#NAME? #NAME? #NAME?
Entrada a la cresta del barraje: Valores de las coordenadas para la cresta del barraje:R1= #NAME? m x y CotaR2= #NAME? m 0.000 #NAME? #NAME?
0.282Hd= #NAME? m 0.100 #NAME? #NAME?0.175Hd= #NAME? m 0.200 #NAME? #NAME?
0.300 #NAME? #NAME?0.400 #NAME? #NAME?
#NAME? #NAME? #NAME? P.T.
Curva de Enlace entre el perfil y el solado
a = 33.690 ºR = #NAME? m
relación P/Hd, donde P es la altura del paramento de aguas arriba, y Hd la carga de diseño sobre el vertedero, siendo válido si Hd = He del Cimacio.
X1.85
85.0
85.1
50.0dH
XY
T = #NAME? mTx= #NAME? mTy= #NAME? m
1.50
c) Cálculo del nivel máximo y longitud del colchón disipador
Ho= #NAME? m Nivel máximoBL= 0.200 m Borde libre
Altura Muro= #NAME? m Ho+BL
Por Bernoulli y continuidad entre O y 1:
Datos:Q= 30.490 m3/s Caudal Máxima AvenidaP= 1.000 m3/s altura del paramento aguas arriba
Hd= #NAME? m Carga de diseño sobre el vertederoVo= #NAME? m/s Velocidad en la crestaLo = 8.500 m Ancho de la CrestaCo= 3999.800 m Cota del lecho del río aguas arriba del barraje
R=
1.5H
dR
=1.
5Hd
aaTy
Tx T
1
aa
hfEEo 1
g
Vh f 2
1.02
1
fo
do hg
VdC
g
VHPC
22
21
11
2
4000.200 m Cota aguas abajo del ríor= 0.600 m Altura en la que se debe profundizar el colchón o Poza
3999.600 m Cota de la Poza de disipación#NAME? m Tirante al pie del barraje, conjugado menor#NAME? m/s Velocidad al pie del barraje#NAME? Número de Froude
#NAME? m Tirante conjugado mayor
#NAME?
El resalto es barrido y la longitud del resalto es igual a la longitud del colchón o cuenco amortiguador.
Longitud del colchón disipador:
Según Schoklitsch:
#NAME? m
Según Safranez:
#NAME? m
Según U.S. Bureau Of Reclamation:
#NAME? m
Según Silvester:
#NAME? m
Valor Promedio:
#NAME? m Valor usado en el diseño
5.- Control de la filtración - Método de Lane
Cn=
C1=d1=V1=F1=
d2=
Ld=
Ld=
Ld=
Ld=
Ld=
1
2
3
4
))(65( 12 ddLd
2.4 dLd
11 ..7.4 FdL d
g
dV 12
1211
2
2
4
d +
2
d- = d
01.111 )1(65.7 FdL d
Longitudes:
Lv= #NAME? m Longitud de contactos verticales o que hacen un ángulo mayor de 45º con la horizontal.
#NAME? m Longitud de contactos horizontales o que hacen un ángulo menor de 45º con la horizontal.
#NAME? m longitud total de la fundación de recorrido del agua
C= 3.000 Coeficiente de Lane que depende del terreno, Ver Tabla 01Z= #NAME? m Diferencia de carga hidrostática entre la cresta del barraje y
uña terminal de la poza de disipación.Lw= #NAME? m Longitud del camino de percolación
#NAME?
Tabla 01 Valores del coeficiente C para los métodos de Bligh y Lane
Lecho del Cauce Tamaño de grano C C(en mm) (Bligh) (Lane)
Arena fina y limo 0.005 á 0.01 18 8.5Arena fina 0.1 á 0.25 15 7.0Arena gruesa 0.5 á 1.0 12 6.0Gravas y arena 9 4.0Bolonería, gravas y arena 4 - 6 3.0Arcilla 6 - 7 1.6 - 3
6.- Longitud de Escollera (Le)
Le = Lt - LcDonde:
Db: altura comprendida entre la cota de la cresta y cota de salida aguas abajoq: Caudal por metro lineal de vertedero
LH=
LP=
VH
p LL
L 3
q*DbC67.0Lt
Dr: altura comprendida entre la cota de la cresta y el nivel de aguas abajoC:Coeficiente de Bligh, Ver Tabla 01DrC60.0Lc
DISEÑO FINAL DE CAPTACION: 0+000 KM
Proyección de muro de encauzamiento ºººR1= #NAME?
Nivel máximo de aguas R2= #NAME?
#NAME? Y= #NAME?
4000.800 #NAME? Hd= ###
Nivel mínimo de aguas
###2.00
0.40 1.00#NAME?
a 34º
0.403999.800
#NAM
E? ### 4000.2 0.30 dn= ###
Z= 1.5 d2= ###
### R=
0.20 3999.600 0.60
### d1= #NAME?
0.30 ###
### 0.30 0.50
#NAME? ### ### 0.30 ###
CURVA DEL CIMACIO
X 0.000 #NAME? #NAME? #NAME? #NAME? #NAME? #NAME? #NAME? #NAME? #NAME? #NAME?Y #NAME? #NAME? #NAME? #NAME? #NAME? #NAME? #NAME? #NAME? #NAME? #NAME? #NAME?
X1.85
XXR2R2
R1R1
YYP.T.P.T.
ZZ11
Barraje
Zampeado
Ventana de captación
Escollera
t't'
tt
Solado