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Memoria tecnica, bocatoma convencional - elementos principales de una toma convencional



UNIVERSIDAD DE CUENCA

Facultad de Ingeniería
Escuela Civil

DISEÑO DE UNA BOCATOMA CONVENCIONAL
MEMORIA TECNICA


MEMORIA TECNICA
BOCATOMA CONVENCIONAL

1. INTRODUCCION

El agua ha desempeñado un papel preponderante para la vida del hombre y su utilización se ha hecho cada vez mayor, dando como resultado un problema principal en su utilización, como es la escasez del líquido vital.

Para la utilización de los recursos hidráulicos es necesario la elaboración de estructuras hidráulicas, la ciencia que estudia el diseño y los métodos de construcción de las mismas se llama Hidrotécnica.



Las obras de toma o bocatomas son las estructuras hidráulicas construidas sobre un río, un canal o un lago con el objeto de captar un determinado caudal para el uso requerido.

Las bocatomas suelen caracterizarse por el Caudal de Captación, el que se define como el gasto máximo que una obra de toma puede admitir.

Estas obras deben cumplir ciertos requisitos:

* A cualquier tirante del río debe captar en el canal de derivación un caudal constante.
* Debe impedir el paso de sedimentos y material flotante.
* Satisfacer las condiciones de seguridad.

El diseño deesta estructura está basado en las tres leyes fundamentales de la Hidraulica, es decir las ecuaciones de Continuidad, Energía y Cantidad de Movimiento, complementadas con las ecuaciones de vertederos y orificios.

Es necesario tener presente que la bocatoma es una estructura muy importante para el éxito de un proyecto. Si por una razón u otra se produce una falla importante en la obra de toma, esto significaría la posibilidad del fracaso de todo el Proyecto de Aprovechamiento Hidráulico.

2. ANTECEDENTES Y RESULTADOS ESPERADOS

* En este proyecto se tiene la finalidad de poner en práctica los conocimientos hidráulicos obtenidos en clase, para el diseño de una obra de captación de agua.


* Al finalizar el bosquejo del proyecto, se deberá realizar una hoja de cálculo electrónica, planos a escala de los resultados obtenidos y una memoria técnica descriptiva.

3. OBJETIVO Y FINALIDAD DEL PROYECTO

* Diseñar una bocatoma convencional para un caudal determinado.
* Realizar una Hoja de Cálculo Electrónica para las diferentes partes del diseño.
* Realizar los Planos con las diferentes partes del diseño.
* Realizar una memoria descriptiva de el procedimiento completo en el diseño de la bocatoma convencional.

4. MARCO TEORICO
OBRAS DE CAPTACION
Las captaciones por gravedad sonaquellas que están situadas a suficiente altura sobre el sitio de consumo para que el agua corra por su propio peso.

Existen diferentes tipos de obras de captación pero se los puede clasificar en obras de toma por derivación directa y obras de almacenamiento.
Las obras de almacenamiento consisten en presas que cierran el cauce del río u otro sitio apropiado formando un reservorio o embalse en el mismo. El reservorio permite regular la utilización del caudal del río, almacenando en épocas de crecientes y utilizándola en las épocas de sequía.
Las obras por derivación directa captan el agua que viene del río sin realizar ningún almacenamiento es decir no hay regulación y aprovecha el caudal del río en un momento dado.
La mayoría de las obras de toma tienen un dique que cierra el cauce del río y que eleva el nivel del agua hasta una cota determinada.

ELEMENTOS PRINCIPALES DE UNA TOMA CONVENCIONAL

1 En tiempo de creciente el exceso de agua pasa por encima de un dique que funciona como vertedero. Este tipo de dique vertedero se llama azud.
Una reja de entrada que impide que pase hacia la conducción material sólido flotante demasiado grueso. Para esto el umbral de la reja se pone a cierta altura sobre el fondo del río y la separación entre barrotes, los cuales tienen en determinado espesor para queno sufran deformación por impacto del material flotante, normalmente no pasa de 20 cm. En vista que cierta cantidad de material pasa a través de la reja al otro lado de ésta se deja un desripiador para detenerlo, el desripiador debe tener una compuerta hacia el río por medio de la cual se limpia el material acumulado.
Una transición de entrada al canal. Ayuda a controlar el nivel de agua durante el paso del vertedero a la conducción.
Una compuerta de admisión la cual permite controlar el flujo de agua que pasa desde la captación hacia la conducción.
Una compuerta de purga que se ubica en un extremo del azud, al lado de la reja de entrada. Generalmente el río trae en creciente una gran cantidad de piedras que se acumulan aguas arriba del azud, obstruyendo de esta manera la reja de entrada reduciendo de esta manera el caudal de captación o interrumpiéndolo totalmente. La compuerta de purga tiene como propósito de eliminar el material grueso.
Un zampeado y un colchón de aguas al pie del azud. El agua que vierte por el azud en creciente, cae con gran energía que erosiona el cauce y puede socavar las obras causando su destrucción. El zampeado o el colchón sirven para disipar la energía de manera que el agua pase al cauce no revestido con velocidades lo suficientemente bajas para no producirerosiones.
EI agua que filtra por debajo del azud ejerce una subpresión en el zampeado que podría romperlo .Para disminuir un poco esta subpresión como también para anclar mejor el azud, se construye aguas arriba un dentellón.


Una escala de peces. Esta es una obra que frecuentemente se omite a pesar de tener mucha importancia en algunos ríos.

5. DESCRIPCION TECNICA DEL PROYECTO
El proyecto se refiere a una Bocatoma Convencional. Para el diseño de la misma se procedió a realizar una Hoja de Cálculo en Excel. A cada uno de los alumnos se les fue asignado un caudal de diseño determinado.
Una bocatoma está compuesta de varias partes como lo son rejilla, canal, vertedero, transición, etc. A continuación se detallara lo que se realizo en el diseño de cada parte.

* Canal
El caudal de diseño asignado fue de 3.75 m3/s. Se considero un canal de forma trapezoidal, un Coeficiente de Rugosidad de 0.014 y una pendiente del canal de 0.0002.
La sección óptima de un canal trapezoidal tiene
Area=A= 3*Yo2
Perimetro=P=2*3*Yo
Ancho Superficial=T= 43*3*Yo
Sección Optima |   |
Forma |   |
Trapezoidal |   |
Área (A) | 4,343 |
Perímetro (P) | 5,486 |
Ancho Sup. (T) | 3,657 |

Con la Ecuación de Manning obtenemos un valor estimado del calado Yo.
Ecuación de Manning
QA=AP23*S0.5n

Como se tratade un canal de forma trapezoidal, mediante la forma del área de un trapecio obtenemos el valor de la base del canal. Este será como un primer valor aproximado a utilizarse.
Area de un Trapecio=B+T2*Yo

Escogiendo una base del canal, procedemos a calcular el calado real, obteniendo el área, perímetro y ancho superficial de un canal trapezoidal, ya que el calado obtenido con anterioridad se lo obtuvo con una sección óptima lo cual no es definitivo.
Area=bc+z*Yd*Yd
Perimetro=bc+2*Yd*1+z2
Ancho Superficial bc+2*z*Yd)
El calado del Canal Yd se obtiene con la ecuación de Manning.
La base del Canal | 2 |
Área (A) | 4,344 |
Perímetro (P) | 5,493 |
Ancho Sup. (T) | 3,562 |
Yd (m) | 1,562 |

Se obtiene además la velocidad en el canal. Para que este correcto esta debe ser menor a 1, de lo contrario se debe cambiar el valor de la base.
V=QA

Velocidad (m/s) | 0,863 | Cumple < 1 |

* Rejilla
Para el diseño de la rejilla de entrada, debemos imponernos una altura H de la reja, los valores P1 y P2 de las palas del vertedero, el valor de z es 0.1*H, la separación entre barrotes (s), el ancho de los barrotes (t) y el numero de contracciones (n).
Datos |   |   |
Qd (m3/s) | 3,75 | Caudal de Diseño |
V (m/s) | 1 | Velocidad |
A (m2) | 3,75 | Area |
H (m) | 1 | Altura de la Rejilla |
B (m)| 3,75 | Base |
P1 (m) | 1,2 | Palas del Vertedero |
P2 (m) | 1 | Palas del Vertedero |
H+P1 (m) | 2,2 |   |
n | 2 | Numero de Contracciones |
z (m) | 0,1 | Descenso del Nivel del Agua |
s (m) | 0,12 | Separacion entre Barrotes |
t (m) | 0,1 | Ancho de Barrotes |
s
P1

H

B

Consideramos como un vertedero totalmente sumergido. Utilizamos las siguientes formulas para encontrar la base del vertedero.
Coeficiente de Gasto=Co=0.602+0.075*HP1
Coeficiente de Sumerción 1-H-zH32]0.385
Q=S*23*2g*Co*b*H32
Co | 0,665 | Coeficiente de Gasto |
S | 0,477 | Coeficiente de Sumercion |

El valor obtenido será un valor inicial para encontrar el ancho correcto de la reja.
Escogiendo este valor de b, se realiza los siguientes cálculos:
# de barrotes=nb=b-ss
Ancho Bruto de la Reja=B=b+nb*t
an=b*H
ab=B*H
Coeficiente de Forma=Kr=1.45-0.45*anab-(anab)2
Velocidad=Qb*H
Perdidas=hr=Kr*V22*g
Q=23*S*2*g*Co*b-n*H10*[1-hr]32
Entonces b | 4,412 |   |
nb | 35,767 | Numero de Barrotes |
B (m) | 7,989 | Ancho Bruto de la Reja |
an | 4,412 | m |
ab | 7,989 | m |
Kr | 0,896 | Coeficiente de Forma |
V (m/s) | 0,850 | Velocidad |
hr | 0,033 | Perdida |

Y así obtenemos un segundo valor de b. Si este valor se asemeja al obtenido en la primera parte, se deja de iterar, de lo contrario se cambia elvalor de b y se repite el proceso de cálculo hasta que los valores de b coincidan.
Resultados |   |   |
b (m) | 4,414 | Ancho de Reja |
nb | 36 | Numero de Barrotes |
B (m) | 8,014 | Ancho Bruto de la Reja |

* Vertedero del Desripiador
Para el diseño del desripiador se utiliza el caudal de diseño asignado, nos imponemos los valores de P1 y P2 que son las palas del vertedero aguas abajo y arriba, el valor de z es 0.1* H y el valor de la altura para el diseño debe estar entre 0.5 – 0.7 m.
Datos | |   |
Qd (m3/s) | 3,75 | Caudal de Diseño |
H (m) | 1 | Altura de la Rejilla |
α (°) | 12,5 | α <= 12,5° |
z (m) | 0,1 |   |
P1 (m) | 0,9 | Pala del Vertedero Aguas Arriba |
n | 2 | Numero de Contracciones |

Se considera un vertedero totalmente sumergido. Para calcular la base utilizamos las siguientes formulas:
Coeficiente de Gasto=Co=0.602+0.075*HP1
Coeficiente de Sumerción=[1-H-zH32]0.385
Q=S*23*2g*Co*b*H32

Con este valor de b, se procede a calcular bv mediante el empleo de la siguiente fórmula:
b=bv-n*H10
Co | 0,685 | Coeficiente de Gasto |
S | 0,477 | Coeficiente de Sumersión |
bv (m) | 4,085 |   |

Ahora para obtener el valor de Y1 se utiliza la ecuación de energía:
H+P1+Vo22g=Y1+P1-P2+Q22*g*B2*Y12
Para Vo utilizamos la ecuación de la Velocidad:
Vo=QB*(H+P1)
Y1(m) | 0,076 |

Para obtener el valor de Y2 se realiza el siguiente procedimiento:
V1=QB*y1
Numero de Froude=Fr=V1g*Y1
Ahora se calcula el valor de Y2:
Y2=Y12*(-1+1+8*Fr2)
Este valor de Y2 comparo con el valor de P1+H del vertedero del desripiador. Si Y2 < P1+H el resalto es sumergido, lo cual es deseable.
V1 (m/s) | 6,147 | Velocidad 1 |
FR | 7,114 | Si FR > 1 hay resalto |
Y2 (m) | 0,729 | Altura Conjugada |

Una vez definido estos valores definimos la longitud de resalto.

L=2.5*(1.9*Y2-Y1
L=9.75*Y1*(Fr-1)1.01
Se toma el mayor valor entre los dos.
LR1 (m) | 3,271 |   |
LR2 (m) | 4,621 |   |
LR (m) | 4,621 | Longitud de Resalto |

Luego se calcula la longitud del chorro.
X=2*Y*V2g
Donde
V=Qb*H
Y=H2+P2
Todos estos valores se toman del cálculo de la rejilla.
V (m/s) | 0,850 |   |
Y (m) | 1 |   |
X (m) | 0,470 | Longitud del Chorro |

De este modo queda definida la longitud mínima del desripiador.
Ltotal=Long.Chorro+Long.Resalto
Este valor comparo con el obtenido con la formula geométrica (α<=12.5
L=bini.-bfin2*tanα

Se toma como longitud del desripiador al mayor de los valores.
Longitud Desripiador (m) | 11 | Se toma el mayor valor |

* Transición
Para el diseño de la transición se requiere algunos datos del diseño del canal como es el calado Yd, labase del canal y la pendiente So.
Los datos para la transición son:
α=12
Longitud de la Transicion=L=bv-bcanal2*tanα
Intervalo en el eje X=aˆ†X=L# de divisiones
Coeficiente de Entrada=Ke=0.2
Altura Aguas Abajo del Desripiador=P1D
Carga del Vertedero del Desripiador=HD
Velocidad en el Vertedero=Vo=QdHD+P1D*bv
Velocidad en el Canal=Vf
Variación de Altura=aˆ†Yo=1+Ke*(Vf2-Vo22*g)
Radio de la Transición=L2*sen (2*α)
Energia de Velocidad de Entrada=hv=Vo22*g
Energia de Velocidad de Salida=hv=Vf22*g
aˆ†hv total=hvsalida-hventrada
Cota = 100
Altura de Revestimiento = 0.2
Para el desarrollo de la transición, se irá mencionando el procedimiento para cada columna.

Columna 1: # de partes de la división de la transición.
Columna 2: Estación: L# de Partes*Columna 1

Columna 3: bx: bv-2*bv-bcanal*(Estacion2)/L2
0<X≤L/2
bcanal+((2*bv-bcanal*L-Estacion2/L2
L/2<X≤L

Columna 4: aˆ†hv: aˆ†hvtotal# de partes*Columna 1
Columna 5: aˆ†y’: aˆ†hv*1.1
Columna 6: hv: hv1=Ventra.22*g
hvi=hv1+aˆ†hvi

Columna 7: V: V1=Ventrada Vo
Vi=2*g*hvi

Columna 8: A: QV

Columna 9: 0.5*T:bv2-(bv-Tcanal)L2*Estación2
0<X≤L/2

Tcanal2-(bv-Tcanal)L2*(Yd-Estación)2
L/2<X≤L

Columna 10: 0.5*bx
Columna 11: Y: A(0.5*T+0.5*bx)
Columna 12: z: 0.5*T-0.5*bxY
Columna 13: R: Abx+(2*Y*1+z2)

Columna 14: Sf: n2*V2R43
Columna 15: aˆ†hf: (Sfmed.*aˆ†X)
Columna 16: ∑hf
Columna 17: Z: Cota - aˆ†y’- Æ©aˆ†hf
Columna 18: Zo: Zo= Z – Y
Columna 19: ZL: Z + revest.
Columna 20: HL: ZL – Zo
Columna 21: 0.5*W: z*HL+0.5*bx

* Control de la Crecida
Para realizar el control de la crecida en la bocatoma convencional, debemos ahora tomar el caudal de crecida, es decir el caudal que pasara por la reja que es igual a 1.2*Qd. Con este nuevo caudal recalculamos todas las partes de la bocatoma, es decir iremos desde el canal del desarenador hasta la rejilla.

Canal desde la Compuerta de admisión hasta el Desarenador
Obtenemos un nuevo calado mediante la siguiente fórmula
Q=A53*So0.5n*P23
Donde:
Q = 1.2*Qd
A=bc+z*Yd*Yd
P=bc+2*Yd*1+z2
Cabe mencionar que se está diseñando para un canal de forma trapezoidal.
CANAL DESDE LA COMPUERTA AL DESARENADOR |
b (m) | 2 | Ancho Base delCanal |
z (m) | 0 |   |
A (m2) | 4,975 | Área |
P (m) | 5,879 | Perímetro |
Yo (m) | 1,735 | Calado |

Compuerta
Suponemos que la compuerta está sumergida, y luego se comprueba esta hipótesis.
Q=Cc*Cv*a*b*2*g*(Ho+Vo22g-h)
Donde:
Cv = 0.96
Cc ~~ 0.63
a = altura de flujo uniforme para el Qd
h = Yo para 1,2*Qd
Vo=Qb*Ho
Ho=(QCc*Cv*a*b)2*12*g+h-Vo22g
De este cálculo obtenemos un primer valor de Ho. Para un primer cálculo se desprecia la velocidad inicial.
Se calcula Vo. Si a/Ho < 0.95, entonces Cc=0.245*(aHo +0.62.
Se calcula un nuevo valor de Ho y así iteramos hasta obtener un valor conveniente, es decir hasta que los valores de Cc no difieran por mucho.
Una vez obtenido un valor correcto de Ho, se calcula un nuevo valor de Cc. Además se calcula los siguientes valores
Y1=Cc*a
V1=1.2*Qdb*Y1
Fr=V1g*Y1
Si Fr < 1, no hay resalto y además si Y1 < Yo (1.2*Qd) se trata de un flujo sumergido, por lo cual la hipótesis se comprobaría.
Si hay resalto entonces Y2=Y12(-1+1+8*Fr2, y se comprueba si Y2 < Yo (1.2*Qd)
Ho = Hc para el control de crecida.

COMPUERTA |   |   |
Cv | 0 | Coef. Velocidad Sumergido |
Cc | 0,745 | Coeficiente de Contracción |
a (m) | 1,560 | Altura Flujo Uniforme para Qd |
b (m) | 2 | Ancho Canal |
h (m) | 1,735 | Yo para Qcr |
a/Hc | 0,835 |   |Vo (m/s) | 1,204 | Velocidad Inicial |
Hc (m) | 1,868 |   |

Desripiador
Para el diseño de la crecida en el vertedero del desripiador, se utiliza la ecuación de la energía en el desripiador:
Yini+Zo+Vi22g=Hc+V222g+Ke*(V22-Vi2)2g
Vini=Qbv*Yini
V2=Qbcanal*Ho
Zo=Cota inicial-Cota final (De la base de la transición)

Todos estos valores se reemplazan en la ecuación y se obtiene el valor de Yini.
Se procede de la siguiente manera:
H-z=Yini-P2
S=[1-H-zH32]0.385
Co=0.602+0.075*HP1 (desrip)
Q=23*S*2*g*Co*bv-n*H10*H32
Estas formulas nos da un valor de H.
Luego:
H-z=Yini-P2
Este cálculo da un valor de z.
Hd=H+P1

DESRIPIADOR |   |   |
Vini. (m/s) | 0,463 | Velocidad Inicial |
V2 (m/s) | 1,204 | Velocidad 2 |
Ke | 0,200 | Coeficiente de Entrada |
Zo (m) | -0,435 | Base de la Transición |
Yini (m) | 2,378 |   |
H-z (m) | 1,478 |   |
S | 0,295 | Coeficiente de Sumercion |
Co | 0,729 | Coeficiente de Gasto |
H (m) | 1,521 |   |
z (m) | 0,043 |   |
Hd (m) | 2,421 |   |

Rejilla
Para el diseño de la reja con el caudal de crecida, se aplica la ecuación de energía en la reja:
HT-P1-P2+Vo22g=Hd+V22g+perdidas
Donde:
Vo=QB*HT
V=2*g*(HT-P1+P2+Vo22g-Hd-Hr)
Hr = perdidas
Q=Cc*Cv*a*befec.*V
V=Qa*befec.
Hr=Kr*V22g
Kr=1.45-0.45*bB-(bB
Reemplazando se tiene:HT=(QCc*Cv*a*Befec.)2*12g+P1-P2-Vo22g+Hd+Hr
Realizamos la primera aproximación con
Cv = 0.96
Cc ~~ 0.65
Con estos valores se obtiene un valor de HT (despreciando Vo). Se calcula
H=HT-P1
Se calcula a/H y Cc=0.245*(aH)3.74+0.62. Se halla el valor de Vo. Se calcula nuevamente HT y se sigue iterando hasta que los valores de Cc no difieran.
REJILLA |   |   |
Datos | |   |
b (m) | 4,414 | Ancho de Reja |
B (m) | 8,014 | Ancho Bruto de la Reja |
Kr | 0,899 | Coeficiente de Forma |
V (m/s) | 1,020 | Velocidad |
Hr | 0,048 | Perdida |
a/H | 0,626 |   |
Cc | 0,662 | Coeficiente de Contracción |
Cv | 0,960 | Coef. Velocidad Sumergido |
Vo (m/s) | 0,201 | Velocidad Inicial |
HT (m) | 2,798 |   |

Luego HA=HT-P1-Altura de la Reja
HA (m) | 0,598 | Altura sobre Rejilla |

* Azud
Para el diseño del azud, se impone el valor de P1 que es la altura del azud, la base del azud se obtiene del plano topográfico asignado y depende del ancho del río. El valor de C es aproximadamente de 2 para diseños.
Las formulas a emplearse en el diseño son:
Vo=Qba*(P1+HA)
Ho=HA+Vo22g
Q=C*ba*Ho32

Datos | |   |
C | 2,2 | Coeficiente C |
ba (m) | 37 | Ancho del Azud |
HA (m) | 0,598 | Altura sobre el Azud |
P1 (m) | 2,2 | Altura del Azud |
Calculos | |   |
Q (m3/s) | 37,613 | Caudal |
Vo (m/S) | 0,363 |Velocidad Inicial |
Ho (m) | 0,604 | Altura Inicial |
QA (m3/s) | 38,250 | Caudal del Azud |

* Vertedero de Excesos
Para el diseño del vertedero de excesos, se calcula QAZUD+QREJILLA(1.2*Qd+Qv)
Se imponen datos para el vertedero de excesos de P1 y bv. Luego se calcula He=Hd-P1 (Vertedero de Excesos).
Luego
Co=0.602+0.075*HeP1
Qv=23*2g*Co*bv-2*He10*He32
Se calcula el nuevo valor de QR.
QR=1.2*Qd+Qv
Con este valor se encuentra:
V=Qa*befec.
a=altura de la reja
Kr=1.45-0.45*bB-(bB
HR=Kr*V22g
Se determina un nuevo valor de HT suponiendo Cv=0.96, Cc~~0.65.
HT QRCv*Cc*a*befec.)2*12g+P1-P2-Vo22g+Hd+HR
Para la primera aproximación se desprecia Vo y se encuentra un primer valor de HT. Se calcula
H=HT-P1
Se calcula a/H y Cc=0.245*(aH)3.74+0.62. Se halla el valor de Vo. Se calcula nuevamente HT y se sigue iterando hasta que los valores de Cc no difieran.

Vertedero de Excesos |   |
Datos | |   |
P1 (m) | 1,9 | Altura |
b (m) | 10,1 | Base Vertedero de Excesos |
He (m) | 0,521 | Carga sobre el Vertedero |
Co | 0,623 | Coeficiente Co |
Qv (m3/s) | 6,913 | Caudal Vertedero |
QR (m3/s) | 11,413 | Caudal que pasa por Rejilla |
V (m/s) | 2,586 | Velocidad Rejilla |
KR | 0,899 |   |
HR | 0,306 |   |
Cv | 0,96 | Coeficiente Cv |
a/H | 0,375 |   |
Cc | 0,626 |   |
Vo (m/s) |0,369 | Velocidad Inicial |

Luego HA = HT – a –P1.
HT (m) | 3,863 |

Qazud=2.2*bazud*HA32
Se realiza la siguiente operación: Qazud+QR, este valor debe aproximarse y no sobrepasar el caudal Qd*50, si no cumple cambiamos la base bv del vertedero de excesos hasta que se cumpla esta hipótesis.
HA (m) | 1,663 | Altura sobre el Azud | |
Qazud (m3/s) | 174,625 | Caudal del Azud Corregido | |
Qazud + QR | 186,038 | Valor cercano a Q50 = 187 pero que no sobrepase |

* Disipación de Energía en el Azud
En el diseño de disipación de energía se utiliza el caudal de creciente Qcr, el caudal del vertedero Qv y la altura sobre el azud Ha.
Datos | |   |
Qcr (m3/s) | 4 | Caudal de Creciente |
Qv (m3/s) | 6,913 | Caudal del Vertedero |
H (m) | 1,663 | Altura sobre el Azud |

Si no existe resalto, no hay problema con la disipación de energía.
Qazud=50*Qd-(1.2*Qd+Qv
Mediante la siguiente formula, se calcula un valor de Ho: Qazud=C*bazud*Ho32.
Vo=Qazudbazud*(P+Hr
Con esto se obtiene un nuevo valor de Ho.
Se calcula el valor de Y1.
Y1=Qazud22*g*bazud2*Ho+P+Y1
Qazud (m3/s) | 176,087 | Caudal del Azud |
Ho1 (m) | 1,673 | Carga sobre el azud 1 |
Vo (m/S) | 1,232 | Velocidad Inicial |
Ho (m) | 1,741 | Carga sobre el azud |

Y1 Aprox. (m) | 0,587 |

Se calcula V1
V1=QazudBazud*Y1
Secalcula el número de Froude para comprobar si hay resalto.
Fr=V1g*Y1
Si Fr > 1, hay resalto.
Se calcula la conjugada Y2
Y2=Y12*(-1+1+8*Fr2

V1 Aprox. (m/s) | 8,112 | Velocidad 1 Aprox. |
FR Aprox. | 3,381 | FR < 1 Hay Resalto |
Y2 Aprox. (m) | 2,527 | Altura Conjugada Aprox. |

Ahora se calcula la altura del río. Para esto suponemos que el río es un canal trapezoidal. Mediante las curvas de nivel vamos trazando el canal. Vamos cambiando el calado hasta que nos cumpla con el caudal del azud obtenido.
Yrio (m) | 1 | Altura del Agua en el Río |

Ahora si Y2 < Yrio, el resalto se sumerge, pero si Y2 > Yrio se requiere profundizar el fondo para evitar el efecto de la erosión.
Si Y2 > Yrio, entonces se calcula un nuevo valor de Y2. Se calcula e
e=|Yrio-Y2|
A este valor se aumenta un 10%.
e Escogido | 1 | Altura e Escogida |

Y1=Qazud22*g*bazud2*Ho+P+e-Y1
Y1 (m) | 0,510 |

Con este nuevo valor de Y1 se calcula nuevamente V1, Fr, Y2; y se comprueba si hay resalto.
V1 (m/s) | 9,323 | Velocidad 1 |
FR | 4,166 | Numero de Froude |
Y2 (m) | 2,763 | Altura Conjugada |
Yrio + e | 2,8 | > Y2 Esta Correcto |

Se compara si: Yrio+e < Y2 entonces se repite el proceso cambiando el valor de e. Caso contrario se calcula la longitud de zampeado:
Lz=2.5*(1.9*Y2-Y1)Lz=9.75*Y1*(Fr-1)1.01
Se escoge el mayor valor.
LZ1 (m) | 11,849 |   |
LZ2 (m) | 15,941 |   |
LZ (m) | 15,941 | Longitud del Zampeado |

* Subpresiones y Estabilidad

Debido a la presión del agua remansada por la presa, bajo ésta y por los dos lados se produce filtración.
Por lo tanto en el cálculo de azudes uno de los primeros problemas que hay que resolver es la longitud necesaria y el espesor del zampeado para que la estructura funcione satisfactoriamente. Para esto existen varios métodos; se detallará uno de ellos, el método de la variación lineal de la presión o método de Bligh.

METODO DE LA VARIACION LINEAL DE LA PRESION O METODO DE BLIGH
Se asume que la gradiente hidráulica de las aguas subterráneas es constante a lo largo de todo el contorno de la fundación.
En este método se desarrolla la longitud total L. La gradiente hidráulica del agua subterránea, que se supone constante para todos los puntos, es Z/L.
V=K*ZL
siendo V la velocidad de flujo subterráneo y K el coeficiente de permeabilidad del suelo.
La velocidad no debe pasar de ciertos límites. Despejando de la ley de Darcy se tiene
L=KV*Z=C*Z
El coeficiente C depende de la clase de terreno y de la fórmula empleada y ha sido obtenido experimentalmente.
Se calcula el espesor del zampeado tomando en cuenta que su propio pesodebe ser mayor que la subpresión para que éste no se levante o agriete.
El espesor necesario del zampeado está dado por
t=hW-1
W = peso específico del hormigón
h = subpresión en el punto considerado

El valor de t debe ser multiplicado por un coeficiente de seguridad que varía entre 1,10 y 1,30.
De acuerdo a Taraimovich el grueso al comienzo del zampeado está dado por
t=0.2*q0.5*Z0.25
Datos | |   |
to (m) | 0,3 | Espesor de Terraza |
Long. Terraza Tras Azud (m) | 3 |   |
Peso Esp. Del Ho (Kg/m3) | 2400 |   |
Cálculos | |   |
Altura Aguas Arriba (m) | 3,941 |   |
Altura Aguas Abajo (m) | 1,800 |   |
Z (m) | 2,141 | Carga Efectiva |
d1 (m) | 2 | Dentellón 1 |
d2 (m) | 3 | Dentellón 2 |
d3 (m) | 2 | Dentellón 3 |
LRC (m) | 22,080 | Longitud de Ruptura |
C | 10,315 | Rel. Carga Compensada |
Longitudes | |   |
Longitud d1-d2 (m) | 4,7 |   |
Longitud d1 al final (m) | 11,767 |   |
hA (m) | 3,485 | Alt. Agua bajo el azud |
hB (m) | 2,800 | Alt. Agua bajo el azud |
Resultados | |   |
Subpresion Maxima (Kg/m2) | 3940,711 |   |
Subpresion bajo Azud (Kg/m2) | 10055,947 |   |
Subpresion bajo Zampeado (Kg/m2) | 36664,147 |   |
tB (m) | 2,000 | Espesor Zampeado B |
tFinal (m) | 1,286 | Espesor Zampeado Final |
q | 4,759 |   |
t (m) | 0,528 | Espesor del Za




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