FACULTAD DE INGENIERIAPROGRAMA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL CURSO: IRRIGACIONES SEMESTRE 2012-II DOCENTE: ING° CARLOS LUNA LOAYZA CURSO: IRRIGACIONES SEMESTRE 2012-II DISEÑO DE BOCATOMAS Ejemplo de aplicación Ejemplo de aplicación Diseñar una bocatoma ubicada sobre el río Pumahuanca, con los siguientes datos de diseño: DATOS Q rio 1.8m³/s Caudal total rio Q cedula 0.8m³/s Caudal cedula cultivo d1 = 0.55m Tirante agus arriba d2 = 0.75m Tirante agus abajo B= 4m Ancho del río Cota Aguas arriba 3856.78m Cota Aguas abajo 3855.93m Longitud entre cotas 30m Velocidad 0.65m/s g= 9.81m/s² n= 0.005 Ejemplo de aplicación CALCULO DEL REMANSO Método directo nQ J1 2 2 A1 R1 3 nQ J2 2 2 3 A2 R2 V2 e e e1 e1 d1 L 2 2g Io J Io J V2 J J2 V2 e2 d 2 J 1 ed 2g 2 2g Ejemplo de aplicación CALCULO DEL REMANSO Método directo nQ 0.005 *1.80 J1 2 2 2 2 1 1 4.00 * 0.55 * 4.00 * 0.55 3 3 A R 2 * 0.55 4.00 nQ 0.005 *1.80 J2 2 2 2 2 A2 R 4.00 * 0.75 * 4.00 * 0.75 3 3 2 2 * 0.75 4.00 V2 0.652 Cotamax Cotamin e1 d1 0.55 Io 2g 2 * 9.81 Lmedida _ entre _ cot as e2 d 2 V2 0.75 0.652 3856.78 3855.93 Io 2g 2 * 9.81 30.00 Ejemplo de aplicación CALCULO DEL REMANSO Método directo e1 = 0.57153415 e2 = 0.77153415 J1 = 0.00570506 J2 = 0.00224382 Io = 0.02833333 ΔL = 8.21055469m Ejemplo de aplicación CALCULO DEL REMANSO Método aproximado 2h L Io Cotamax Cotamin Io Lmedida _ entre _ cot as 3856.78 3855.93 Io 30.00 2(0.75 0.55) L 0.02833 L 14.117 m Ejemplo de aplicación CALCULO DEL CAUDAL NETO A ELIMINAR QRio Qvertido Qcedula Qvertido QRio Qcedula Qvertido 1.80 0.80 1.00m³ / s Ejemplo de aplicación CALCULO LONGITUD BARRAJE 3 Q g * L * Yc 2 3 2 2 Q L g H 3 Q L 3 2 2 g H 3 1.00 L 3 0.4915m 2 2 9.81 0.25 3 L 0.492m Se _ recomienda _ L 2 B / 3 L= 2.67 m. Ejemplo de aplicación CALCULO ALTURA H SOBRE EL BARRAJE 2 3 Q Hd C.b Donde: C = Constante = 2.21 b= Ancho del vertedero. Q= Caudal que pasa por encima del perfil creager. Hd = Altura de la carga hidráulica. Hd=0.3065 m. Ejemplo de aplicación CALCULO ALTURA H SOBRE EL BARRAJE 3 3 2 2 2 g d 2 H V 2 V 2 Q *b * 2g 3 2g Donde: μ =0,75 para perfil creager b =Ancho del vertedero. v =Velocidad de acercamiento del río Q =Caudal que pasa por encima del perfil creager. Hd =Altura de la carga hidráulica. Hd=0.372 m. Ejemplo de aplicación CALCULO DEL AZUD Cc = Co + ho + h + 0.20 (en metros) Ejemplo de aplicación CALCULO DEL AZUD Asumiendo ho = 0.60 m. h = 0.40 m. Cc Co ho h 0.20 Cc 3855.93 0.60 0.40 0.20 Cc 3857.13m Hazud = 1.20 m. Ejemplo de aplicación CALCULO DE LA CRESTA DEL BARRAJE FIJO H = 1.20 m. 02 H = 0.24 m 0.5 H= 0.60 m. Ejemplo de aplicación CALCULO DE LA CRESTA DEL BARRAJE FIJO Ejemplo de aplicación CALCULO DE LA CRESTA DEL BARRAJE FIJO Ejemplo de aplicación CALCULO LONGITUD DEL COLCHON Ejemplo de aplicación CALCULO LONGITUD DEL COLCHON. Calculo d1 1 V 2 2 V1 2 g Co C1 P H d1 hf 0 1 H 2g d1 ≥ 0.1 m. (3.24) 1 0.9 *VH2 2 V1 2 g r p H d1 (3.25) 2 g Este valor calculado por la ecuación (3.25) necesita una comprobación, ya que: q1 d1 V1 (3.26) Si d1 obtenido en (3.26) es muy cercano al d l supuesto (en 3.24) se prosigue al siguiente paso, o sea cálculo de d2, en caso contrario se volverá a tantear con otro d1. Ejemplo de aplicación CALCULO LONGITUD DEL COLCHON d1 0.15m. 1 0.65 2 2 V1 2 * 9.81 3855.93 3855.63 1.20 0.25 0.15 0.9 * 2 9.81 V1 5.73417 m / s q1 1.00 / 2.67 d1 0.0654m V1 5.734 d1 0.06376m. 1 0.652 2 V1 2 * 9.81 3855.93 3855.43 1.20 0.25 0.06376 0.9 * 2 9.81 V1 5.880m / s q1 1.00 / 2.67 d1 0.06378m d1 0.1 d1 0.10m V1 5.880 Ejemplo de aplicación CALCULO LONGITUD DEL COLCHON. Calculo d2 1 d1 d 2 V 2 2 d2 1 2d1 1 (3.29) 2 4 g Comprobando d2 dn r (3.30) Donde dn = Altura del tirante normal del río r = Profundidad del colchón disipador La condición (3.30) pocas veces se presenta, por lo que para buscar un salto sumergido en el colchón disipador, se acepta que: (3.31) d n r 1.15 * d 2 Ejemplo de aplicación CALCULO LONGITUD DEL COLCHON. Calculo d2 1 0.06378 0.06378 2 1.00 2 2 d2 2(0.06378) 2 4 9.81 d 2 0.0488m d 2 d n r 0.55 0.30 0.85m La condición (3.30) pocas veces se presenta, por lo que para buscar un salto sumergido en el colchón disipador, se acepta que: d n r 1.15 * d 2 d 2 0.74m Ejemplo de aplicación CALCULO LONGITUD DEL COLCHON. Calculo longitud L = (5 a 6) x (d2-dl ) (Schoklitsch) L = 6 d1. F1, Siendo Fl = V1 / (g x d )1/2 (Safranez) L = 4 d2 (U.S. Bureau) método gráfico de U.S. Bureau of Reclamation Ejemplo de aplicación CALCULO LONGITUD DE COLCHÓN DISIPADOR L = (5 a 6) x (d2-dl ) (Schoklitsch) L=6*(0.74-0.10)= 3.84m. L = 6 d1. F1, Siendo Fl = V1 / (g x d )1/2 (Safranez) L= 6*(0.10)(1.35/(9.81*0.10)1/2)=0.8178m L = 4 d2 (U.S. Bureau) L=4*0.74)=2.96 L=d2*(V1 / (g x d1 )1/2 ) L=3.70m L=4.00 m. Ejemplo de aplicación CALCULO ESPESOR DE COLCHÓN DISIPADOR 4 h e 3 SGs 1 h h h f Sp hf h St e :Espesor del colchon , míninmo de: 0.90 m. SGs :Gravedad especifica del suelo de 1.80 Sp :Camino de percolación parcial St :Camino de percolación total h :Diferencia de presión hidrostatica , en la junta de construcción. hf :Valor de sub presión en la junta de construcción Ejemplo de aplicación CALCULO ESPESOR DE COLCHÓN DISIPADOR V2 He Hd 2g 0.652 He 0.30 0.32m 2 * 9.81 X L 1.6 4 5.60m Sp 2.60 h f h 1.42 0.467m h h1 he h St 7.90 h 0.32 1.20 0.10 h 1.42m h h h f 0.953m Sp 1.60 2 * 0.50 2.60m e 1.58m St 5.6 0.5 0.9 * 2 7.90m Ejemplo de aplicación CALCULO ENROCADO ESCOLLERA Ejemplo de aplicación CALCULO ENROCADO ESCOLLERA La longitud de escollera recomendada por Bligh es: Ls = L t - L o Lt = 0.67 C (D b .q)1/2 Lo = 0.60 C D11/2 Donde: Lt = longitud total de escollera Lo = longitud del colchón Db = altura comprendida entre cota extremo aguas abajo el colchón disipador y la cota de la cresta del barraje vertedero, en m. D1 = altura comprendida entre el nivel de agua en el extremo aguas abajo del colchón disipador y la cota de la cresta del barraje vertedero, en m. q = avenida de diseño por unidad de longitud del vertedero. C = coeficiente de Bligh. (Ver tabla ). Ejemplo de aplicación CALCULO ENROCADO ESCOLLERA 1 1.12* q bD 2 Ls = 0.60 C D11/2 -1 D 1 Ejemplo de aplicación CALCULO ENROCADO ESCOLLERA D1 h h1 h2 D1 1.42 0.10 0.74 0.78m Db h2 H e Db 0.74 0.32 0.42m 1 1.12* 1.00 0.42 -1 2 Ls = 0.60*4.60*0.781/2 2.67 0.78 Ls 1.687m. Ejemplo de aplicación CALCULO CANAL DE LIMPIA Determinación de la velocidad de limpia La magnitud de Vo está dada por la siguiente fórmula: Vo = 1.5 c. d1/2 = 1.5V Donde: Vo = es la velocidad requerida para iniciar el arrastre. C = coeficiente en función del tipo de material; siendo 3.2 pare arena y grava redondeada y 3.9 para sección cuadrada; de 4.5 a 3.5 para mezcla de arena y grava. d = diámetro del grano mayor. = 3.8 mm V = velocidad de arrastre. Ejemplo de aplicación CALCULO CANAL DE LIMPIA Determinación de la velocidad de limpia Ejemplo de aplicación CALCULO CANAL DE LIMPIA Determinación de la velocidad de limpia Vo = 1.5 C d = 1.5V Vo=1.5*3.90* 0.38 11.4037 m / s V Vo /1.5 7.6025m / s Ejemplo de aplicación CALCULO CANAL DE LIMPIA Determinación del ancho del canal de limpia El ancho del canal de limpia se puede obtener de la relación: B = Qc / q q = Vc3 / g Donde: B : ancho del canal de limpia, en metros Qc : caudal a discurrir en el canal de limpia para eliminar el material de arrastre, en m3/s. q : caudal por unidad de ancho, en m3/s/m. Vc : velocidad en el canal de limpia para eliminar el material de arrastre, en m/s. g : aceleración de la gravedad, en m/s2. Ejemplo de aplicación CALCULO CANAL DE LIMPIA Determinación ancho del canal de limpia Ejemplo de aplicación CALCULO CANAL DE LIMPIA Determinación del ancho del canal de limpia Qc B q Vc3 q g g * Qc 9.81* (0.80 *1.00) B 3 1.032m Vc 7.6025 Ejemplo de aplicación CALCULO CANAL DE LIMPIA Determinación pendiente del canal de limpia Es recomendable que el canal de limpia tenga una pendiente que genere la velocidad de limpia. La fórmula recomendada para calcular Ia pendiente critica es: n 2 .g10/9 Ic = q 2/9 Donde: Ic : pendiente critica. g : aceleración de la gravedad, en m/s2. n : coeficiente de rugosidad de Manning. q : descarga por unidad de ancho (caudal unitario), en m2/s. 0.0052 (9.81)10 / 9 Ic= 0.0393 1.00 / 2.67 2/9 Ejemplo de aplicación CALCULO VENTANA DE CAPTACION Determinación altura del canal Altura de la ventana de capitación Mediante la formula de orificio ahogado: Donde: Q: Caudal de derivación (Qd) = 0.80 m3/s C: Para el perfil Creager = 1.5 h: Altura ventana de captación en mt. N: número de ventas = 1.00 Ln: Ancho ventana de captación = 0.60 m. h = 0.92 m. Para Ln = 1.00 m. h = 0.66 m Ejemplo de aplicación CALCULO VENTANA DE CAPTACION Perdida de carga por rejillas Donde: V 2 h e : Perdida de carga en pulgadas en la ventana he 1.32 sen(sec ) 15 / 8 de captación. e Ø : Espesor de la platina (rejilla) en pulgadas = 1/4» V : Velocidad de ingreso a traves de la rejilla en (pies/seg). Se recomienda 1 m /seg = 3.281pie/s Ω : Angulo de rejilla con la horizontal. = 75° α : Angulo de aproximación.=26° e : Separación entre ejes de cada platina. Se recomienda e = 2» pulg. Ejemplo de aplicación CALCULO VENTANA DE CAPTACION Perdida de carga por rejillas 1 4 * 3.281 he 1.32. .sen75 .sec 26 o 15 8 2 he 0.63 pu lg 0.016m. Altura total de la ventana de captación ht = 0.016+0.92=0.936 m. Ejemplo de aplicación CALCULO VENTANA DE CAPTACION Ancho corregido ventana de captación Número de rejillas. Ln 0.6 Nr 1 Nr 1 e 0.0508 Nr 10.81 11 Como el ángulo de dirección frontal es diferente de cero ,utilizamos : donde: L b .Nr b = ancho corregido de ventana (mts) cos L = ancho asumida inicialmente Ø = diámetro de rejillas (mts) Ø = 1/4" = 0.00635 mt b=1.5998 m