ANEXO DISEÑO OBRAS HIDRAULICAS

APUNTE DE DISEÑO BOCATOMA

1. BOCATOMA

Para la ubicación y diseño de la captación, se ha considerado los niveles

de los terrenos a ingresarse del Sistema Chisicata Baja, determinándose su ubicación
en el sector de Machupuente (a 500 m. aguas abajo del puente existente), asimismo se
ha evaluado la Geología de la zona de emplazamiento y las características hidráulicas
del río de la sección de captación.

Aguas arriba y abajo del río, el cauce del río es casi uniforme, atraviesa
un material homogéneo conformado por sillar o toba volcánica aceptablemente
consistente, la pendiente del río es mínima (0,002), la sección del río es rectangular y
los taludes laterales verticales.

Debido a que la pendiente del río y de los terrenos a irrigarse es mínima,

es necesario considerar una sobre-elevación en la captación, siendo necesario la
construcción de un barraje fijo y/o azud transversal en la sección de captación del río,
esta estructura permitirá elevar en época de estiaje el tirante normal del río,
garantizando el ingreso del caudal requerido por la ventana de captación. La
construcción del barraje fijo y el caudal de agua en la época de máxima avenida
producirá un remanso que no afectará a terceros, porque no ocasionará desbordes y/o
inundaciones aguas arriba de la captación y pasará sin problema por el cimacio del
azud.

La pendiente promedio del río considerando unos 400 metros aguas

arriba y 200 metros aguas abajo, desde la ubicación de la bocatoma es de S = 0.002,
con la que se ejecutan los cálculos utilizando la fórmula de Manning, cuyos resultados
se muestran a continuación:

Q max = 300m3/s (Tr= 100 años)

n = 0.030 p = 42.00 m.
s = 0.002 R = 2.57 m.
d = 3.000 m. R(2/3) = 1.87 m.
t= 0.000 m. S(1//2)= 0.0447
b = 36.00 m. V = 2.80 m/s.
A = 108.00 m2 Q = 300.92 m3
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Diseño hidráulico de la ventana de captación

En el funcionamiento hidráulico de la ventana de captación se producen

los dos tipos de circulación: libre o del tipo vertedero en las épocas donde cesan las
precipitaciones pluviales y; circulación forzada o a presión en las épocas de lluvia en la
cual pueden producirse el máximo maximorum.

a. Dimensionamiento de la Ventana de Captación

- Esta se dimensiona de acuerdo a los requerimientos de agua por parte

del proyecto, y teniendo en cuenta que la cota del umbral de la ventana,
debe ser elegida de tal manera, que impida el ingreso de material de
arrastre del río y se calculará cada uno de sus elementos considerando el
comportamiento de ésta como un vertedero y se empleará la fórmula de
Francis.

Q = c (b – nh/10)h(3/2)

Donde:

Q = 2.00 m3/seg. = Caudal a derivarse

C = 1.84 = coeficiente en función de la carga H
n = 2 = número de contracciones
h = 0.90 m. (valor asumido como altura de la ventana)
b = Longitud del vertedero que se desea hallar.

Reemplazando se obtiene la longitud del vertedero b = 1.454 m. lo que

redondeamos a 1.46 m.
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b. Estimación del número de varillas de reja (N)

- Partimos considerando que para satisfacer ésta exigencia la longitud del

vertedero debe ser por lo menos b’= 1.5 b reemplazando se obtiene que
el nuevo ancho de la ventana de captación b’= 1.50 x 1.46 = 2.19 m. La
que se redondea a 2.20 metros.

Para hallar el número de rejillas a usarse elegimos platina de ½” de

espesor = e = 1.27 cm. donde:

N = Ancho total de la rejilla / espesor del barrote = (2.20 –1.46) entre 1.27
= 74/1.27 = 58 rejillas.

Espaciamiento = 2.20/58 = 3.8 cm. Éste espaciamiento cumple con la

regla de que para evitar el ingreso de peces en estado de reproducción el
espaciamiento debe de ser de 3 a 4 centímetros.

c. Cálculo de la pérdida de carga por ingreso al bocal de

captación.

- Como éstas perdidas no son representativas, mas bien son compensadas

por que no se deriva en su totalidad las aguas del río, la captación está
garantizada por tener niveles constantes del tirante.

d. Cálculo del caudal de entrada en la ventana de captación

cuando se produce la máxima avenida.

Para éste cálculo empleamos la siguiente relación:

Q, = 2/3 Cd x b x (2g) 0.5 x (H2 1.5 - H1 1.5)

Donde:

Cd = 0.6 Coeficiente del orificio para esas condiciones

b = 1.46 longitud del vertedero o ventana de captación.
g = 9.81 m/s2
H2 = Altura de la ventana de captación + altura del tirante de carga en el
cimacio.
H1 = Tirante de carga sobre el cimacio.
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Donde:
Q, = 2/3 x 0.6 x 1.46 x 4.4294 (6.2693 – 3.953)
Q, = 6.00 m3

Estos resultados traen como consecuencia que la capacidad del canal

hasta el aliviadero debe ser diseñado para conducir 6 m 3/s. de agua, el aliviadero
debe ser diseñado de tal manera que evacue en el momento requerido los 6.00 m³ y
otro momento garantice el paso de los 2.00 m³. requeridos para satisfacer las
exigencias del proyecto.

e. Diseño del barraje y la poza de disipación de energía o poza de

amortiguación.

El diseño para mayor seguridad se efectuará para el caudal máximo del

río, estudiando la línea de energía, aplicando la ecuación de Bernoully sobre la cresta
del barraje, al pie de la escarpa aguas debajo de la cresta, en la poza de disipación y
en el cauce inmediatamente aguas debajo de la poza. El procedimiento de cálculo esta
basado en encontrar las características del flujo, al pasar sobre la estructura del
barraje a la poza de disipación de energía, teniendo en cuenta que la energía estática,
predominante sobre la cresta del barraje, se convierta mayormente en energía cinética
en el pié de la escarpa aguas debajo de la cresta en la poza de disipación y a su vez,
ésta gran energía cinética se disipe de tal manera que regenere un salto hidráulico y
se restablezca el equilibrio del flujo en el cauce aguas abajo. Con el fin de que se
obtenga este equilibrio se debe encontrar mediante una solución matemática una
profundidad y longitud de poza apropiada así como las características del flujo.

Determinación de la altura del barraje

Está definida por la elevación del barraje desde la cota del terreno en el
punto de captación + altura del primer rebose + altura de la ventana de captación:

P = e + h = 1.80 + 0.90 = 2.70 m.

Longitud del barraje

En ríos de anchos considerables, el ancho del barraje debe ser similar al

del río, posiblemente disminuido por la presencia de elementos de limpia por lo que el
ancho L = 36.00 m.
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Con estos datos diseñamos el perfil de la sección transversal, aplicando el

tirante crítico, para una avenida de retorno de 100 años que nos da un caudal máximo
de 300 m3/s., donde la carga sobre la cresta esta dada por dc y la carga de velocidad
esta dada por hvc.

dc = ( Q2/L2 x g )1/3 = (300 x 300 / 36 x 36 x 9.8 )1/3 = 1.92

dc = 1.92 m. ; hvc = 0.5dc = 0.96 m.

La altura de la línea de energía esta dada por (h) por consiguiente se

tiene:

h = dc + hvc = 1.92 + 0.96 = 2.88 m.

Caudal unitario o gasto por unidad de ancho:

q = Q/L = 300/36 = 8.34 m3/s.

Carga de Velocidad al pie del barraje “h,” recurriendo al gráfico se tiene la

relación:

h1 = H1- dc1.................................... (1) pero:

H1 = r +p +dc+hvc – d1......................(2) remplazando (2) en (1) se tiene:

h1 = P + dc + hvc + r – d1

Después de efectuar varios tanteos hallamos que para un r = 0.85 m y d1

= 0.79 asumidos se tiene:

h1 = 2.70 + 1.92 + 0.96 + 0.85 – 0.79 = 5.64 m.

v1 = (2gh1)(0.5) = (19.6 x 0.79)(0.5) = 10.514 m/s. = Velocidad al pie del
barraje.

Area hidráulica en la zona solicitada A = Q/v1 = 300/10.514 = 28.53 m 2.

Por lo que el tirante al pie del barraje d1 = A/L = 28.53/36 = 0.7925 m =

0.79 = al tirante asumido.
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Tirante conjugado d2: este tirante será: d2 = r + dn = 0.85 + 3 = 3.85 m. (dn

= tirante normal del río).

d2 = -d2 1/2 + ( d2 1/4 + 2d1 x v12/g )0.5 = -0.39 + ( 0.156 + 17.82 )0.5 = 4.24
d2 = 4.24 –0.39 = 3.85 m. = r + dn.

Comparando los valores obtenidos de las dos relaciones vemos que son
iguales, por lo que no se requieren mas tanteos siendo los valores finales:

P = 2.70 m hvc = 0.96 m.

Q = 300 m3/s. r = 0.85 m.
L = 36.00 m. d1 = 0.79 m.
dc = 1.92 m. d2 = 3.85 m.

f. Cálculo de la longitud del colchón amortiguador o poza de

disipación de energía.

En base a las recomendaciones del Bureau of. Reclamation en su

publicación Small Dams podemos calcular la longitud “L” del colchón aplicando la
ecuación o número de FROUDE en d1 por lo cual se tiene F’ = v1/(gd 1)(0.5) = 10.514 /
2.7824 = 3.77 con éste valor y del ábaco de la referencia obtenemos la longitud que
debe tener el colchón. L/d 2 = 5.50 m. De donde L = 3.85 x 5.50 = 21.175 m, También se
puede determinar la longitud que debe tener el colchón , en base a otro criterio, pero
éste criterio sólo es válido para pozas rectangulares, sin inclinación aplicable también
a nuestro caso L = 6.9 (d2-d1) = 6.9(3.85-0.79)= 21.114 m.

Tomaremos por seguridad la longitud del colchón de 22.00 metros.

g. Cálculo de la carga sobre el vertedero

Para vertederos de cimacio, se calculará la carga sobre la cresta en base

a la fórmula:

H = (Q/CL)2/3 = ( 300/2.1 x 36 )2/3 = 2.50 m.

Diseño de la cresta del vertedero

La cresta del vertedero debe ser diseñada de tal manera que debe tener
una forma hidrodinámica de tal forma que evite la cavitación y presiones que puedan
ocasionar el colapsó de la estructura. Esta forma hidrodinámica que se le debe dar a la
cresta o cimacio del vertedero se conoce como el perfil de CREAGER para lo cual
usaremos la expresión de la W.E.S (Waterways Experiment Station ) cuya ecuación es:
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X n = KHdn-1 Y.

Los valores de “K y n” están en función del talud que se le asigne a

la cara del barraje o presa aguas arriba del río, siendo éstos valores:

Inclinación K n
Talud vertical 2.00 1.85
3 en 1 1.936 1.00
3 en 2 1.939 1.810
3 en 3 1.873 1.776

Aplicando éste criterio al barraje se tiene:

X1.85 = 2 x 2.50.85.Y
X = (4.3579.Y)(1//1.85)
0.541
X
X == 2.216.Y
0.2295 X 1.85 12

Derivando para encontrar el punto de tangencia con una recta de 37° se tienen
en (2)
dy = 0.2295 x 1.85 x 0.85 Para 52.43 dy = tan 52.43 = 2

dx dx

dy = 1..3 = 0.4245 x 0.85 X = 3.73

dx
Y = 2.62

Y X Y X
0.02 0.27 1.20 2.44
0.04 0.39 1.30 2.55
0.06 0.48 1.40 2.66
0.08 0.56 1.50 2.76
0.10 0.64 1.60 2.86
0.20 0.93 1.70 2.93
0.30 1.15 1.80 3.04
0.40 1.35 1.90 3.14
0.50 1.52 2.00 3.22
0.60 1.68 2.10 3.31
0.70 1.82 2.20 3.39
0.80 1.96 2.40 3.56
0.90 2.09 2.50 3.64
1.00 2.22 3.0 4.02
1.10 2.33 3.5 4.36
1.15 2.39 4.0 4.69

h) Cálculo del espesor del piso o loza del colchón de agua

ANEXO DISEÑO OBRAS HIDRAULICAS

El espesor del piso del colchón, ha de ser tal que contrarreste la acción de la
subpresión y se calcula empleando la relación:
t = 4 x pw x h1 / 3 x pc.

Donde:
pw = peso específico del agua (tn/m3)
pc = peso específico del concreto
h1= Carga de presión dada por la diferencia de nivel entre el punto mas alto y
el de menor altura del nivel de agua.

4/3 = Factor de seguridad.

t = Espesor del piso de colchón

Remplazando esta ecuación, al pie y al final del barraje se obtienen los

siguientes valores h1 = 2.60 metros y t2 = 0.90 estos valores son para cauces de río
grava, arena y limos, pero en nuestro caso el cauce del río es de sillar o toba volcánica
casi impermeable, por que en el recorrido que efectúa el río se puede observar que
éste material es consistente y para construir habría que impermeabilizarlo mediante un
solaqueado con aditivo para que el concreto se adhiera al sillar, conseguido este
propósito se puede usar un espesor de loza de concreto de t = 0.50 metros.

i) Cálculo de la subpresión

De acuerdo al coeficiente de Lane , el recorrido de la filtración esta dado por L =

ch .

Donde:

c = Coeficiente de Lané

h = Carga actuante (diferencia del nivel mas alto y más bajo del pelo de agua)

L’ = V + h/3 (Camino de recorrido vertical + 1 del camino de recorrido horizontal

del barraje diseñado). 3

V = suma de contactos verticales con pendiente mayor a 45°

h = suma de contactos horizontales con pendientes menores a 45°

Si L’ mayor que L no se tiene el problema de la sub presión caso contrario se

construyen delantales o zampeado aguas arriba del barraje.
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L = 1.6 (5.26) = 8.416 m.

L’= 2.00 + 0.70 + 1.50 + 2 + 1/3(1+29.50) = 16.40 metros por consiguiente
L’ muy mayor que L.
Por consiguiente la escollera del diseño asumido es completamente correcto.

Requisitos de estabilidad del barraje

El barraje tipo gravedad está proyectado para que resista con amplio factor de
seguridad éstas dos causas de destrucción 1.- El deslizamiento y 2 .- El vuelco.

1 El deslizamiento

El factor de deslizamiento permisible, es el coeficiente de fricción estática, entre

dos superficies de deslizamiento, reducido por un factor de seguridad conveniente si f
representa el factor de deslizamiento permitido un barraje se considera seguro contra
el deslizamiento cuando f = Suma de fuerzas horizontales “H” / suma de cargas
verticales sin la subpresión – fuerza total de la subpresión ; este resultado se compara
con el cuadro de valores de factores de seguridad para el concreto contra el
deslizamiento sobre varios materiales de cimentación si f es mayor la estructura esta
segura contra el deslizamiento para el cálculo nos auxiliaremos de un gráfico:

2
5 1920
0
790 0

2500

4.20

W2 h

0.65 W1 8H
5.50
1440 1.50 6700
W3

1440 6700
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Suma de la carga horizontal de la carga de agua:

a.- [(2500 + 6700) / 2] 4.20 = 19,320.00

b.- 1,440 x 1.44 / 2 = -1,036.80

18,283.20
Suma de cargas verticales (W)

a.- 15,120.00 +23,430 + 8,580 = 47,130.00

b.- [(2,500 + 790) / 2]x 7 = 11,515.00
58,645.00
Fuerza total de la subpresión.

a.- [(6,700 +1,440) / 2] x 7 = 28,490.00

18,283.20
f= -------------------------------- = 0.61
58,645.00 – 28,490.00

f = 0.7 mayor que 0.61 por consiguiente, el barraje se encuentra seguro contra
deslizamiento.

2 Volcamiento

Para calcular al volcamiento se toma momentos respecto al punto “A” y se tiene:

Momento resistente = MR, previo al análisis determinamos las cargas producidas, por
el peso del barraje:

1.- W1 = 15,120 Kg.

2.- W2 = 23,430 Kg.
3.- W3 = 8,580 Kg.
1.- [(1710 x 5.50) / 2 ] x 4.20 = 17,442.50
2.- 790 x 7 x 7/2 = 19,355.00
3.- 1,420 x 1.5 x 6.25 = 13,312.50
4.- 15,120 x 6.25 = 94,500.00
5.- 23,430 x 5.50 x 2/3 = 85,910.00
6.- 8,500 x 2.75 = 23,375.00
7.- [(1,440 x 1.44) / 2] x 1.44 x 1/3 = 00, 497.66
Suma MR = 254, 192.66
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Momento al Vuelco = MV

1.- [(2,500 x 4.20) / 2] x 4.20 = 22,050.00

2.- [(4,200 x 4.20) / 2] x 4.20 x 1/3 = 12,348.00
3.- 1,440 x 7 x 7/2 = 35,280.00
4.- [(5,260 x 7) / 2] x 7 x 2/3 = 85,913.33
155,591.33
Coeficiente de volcamiento = CV

254,192.66
Cv = ------------------------------ = 1.634 mayor que 1.5
155,591.33

j) DISEÑO DE LAS COMPUERTAS:

Las compuertas son dispositivos de control, cuyo diseño consiste en

dimensionarlas, y encontrar la fuerza de izaje mediante la siguiente relación:

1.- F = 62.4 APf + W + w ..........En el sistema inglés, donde 62.4 lib/pie 2

densidad del agua.

2.- F = DAPf + W + w................En el sistema métrico.:

Donde:

D = Densidad del agua = 1000 Kg/m 3

F = Fuerza de izaje
A = Área de la compuerta abierta
P = Carga de agua efectiva (Altura del nivel de agua en máxima avenida y el
Centro de gravedad de la compuerta)

f = Coeficiente de fricción
W = Peso de la compuerta de deslizamiento
W = Peso del alma del izaje.

Diseño de la compuerta de limpia

En nuestro caso esta compuerta será diseñada para evacuar del 5% al 10% del
caudal de máxima avenida por compuerta, para su fácil operatividad se ha considerado
ANEXO DISEÑO OBRAS HIDRAULICAS

una batería de tres compuertas en la cual cada compuerta evacua 20 m 3/s. pero,
funcionando cada uno en forma independientemente.

Dimensionamiento

Las dimensiones de ésta compuerta son: 2.80 x 1.20 metros de sección.

3.90 m.

2.80m
1.40 m.

1.20 m

Capacidad de evacuación; esta calculada por:

Q = CA(2gP)0.5 = 0.6 x 3.36 (2 x 9.8 x 3.90)0.5 = 0.6 x 3.36 x 8.74 = 17.6 m3/s.

Las tres compuertas están en la capacidad de evacuar 53 m3 de caudal en una

máxima avenida, superior al 10% recomendado para éste tipo de diseños.

Elección del mecanismo de izaje

F = DAPf +W +w donde D = 1000Kg/m 3, A = 3.36 m2. P = 3.36 m. .f = 0.5 W =

900 Kg (peso asumido) w = 15.95 Kg/m x 5.8 m = 93 Kg. Por consiguiente F = 1000 x
3.80 x 3.36 x 0.5 + 900 +93 =7,377 kilogramos.
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DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE CONCRETO ARMADO QUE CONFORMAN LA

BOCATOMA:

Constantes de cálculo para los diferentes concretos a utilizarse:

1.- Para concreto 210 Kg/cm2:

K =1/2 f’c j k
fc = 0.45 f’c = 0.45 x 210 = 94.5 Kg/cm2.
n = Es / Ec = 2 x (10)6 / 15,000 (210)0.5 = 9.2

k= 1 .= 1 . = 0.293.
1 + fs . 1 + 2100 .
n fc 9.2 x 94.5

. j = 1 – k/3 = 1 – 0.293/3 = 0.902

K = 1/2 x 94.5 x 0.902 x 0.293 = 12.48 por consiguiente para un concreto de 210
Kg/cm2................ K =12.48.

2.- Para concreto f’c = 175 Kg/cm2 3.- Para concreto f’c = 140 kg/cm2
fc = 79 fc =63
n = 10.08 n = 11.26
k =0.274 k = 0.25
j =0.908 j = 0.92
K= 9.80 K=7.25

Muro de encauzamiento y empuje hidrostático del agua actuante sobre la ventana

de captación

Siendo la sección del cauce del río prácticamente homogéneo constituido base y
orillas de material sillar o toba volcánica aceptablemente consistentes de forma
geométrica rectangular casi regular con las orillas perpendiculares a la base los muros
de encauzamiento ubicados en ambas orillas son verticales, y deberán ser adosados
y/o empotrados al sillar, la longitud del muro de encauzamiento debe ser mayor al
camino de percolación.

H = Altura total del muro de encauzamiento = 5.20 m.

h = Altura del muro que va pegado al muro del cauce = 3.50 m.
ha= Altura neta del muro de encauzamiento sujeto a empuje hidrostático = 5.20
– 3.50 = 1.70 metros.
P = Ca x h2 / 2 = Presión hidrostática del agua
P = 1000 x (1.7)2 / 2 = 1000 x 2.89 /2 = 1,445 Kg.
ANEXO DISEÑO OBRAS HIDRAULICAS

Cálculo del peralte h de la loza (del muro de contención) = h =d + r (r=

recubrimiento)

d = (M/Kb)0.5 para un concreto f’c = 175 Kg/cm 2

d = (144,500 / 9.8 x 100 ) = 12.14 cm.
h = d + r = 12.14 + 4.00 = 16.14 cm. Siendo el peralte reducido asumimos h = 20
cm.

Cálculo de refuerzos

M = w(l)2 / 8 =2890 x 3 x 3 / 8 = 1625.63 kgr-m

Asp = M / fs j d = 1625.63 x100 / 2100 x 0.908 x 20 = 4.26 cm 2
Chequeamos esta área de acero por cuantía mínima en lozas recomendada por
el ACI-71

A’s = 0.002bd = 0.002 x 100 x 12.14 = 2.42 cm2

Encontrándose que el acero por cuantía mínima A’s es menor que el acero
principal calculado por consiguiente:

Elegimos para el armado principal fierro de ½” de diámetro distanciado a 0.25

cm.

El acero de repartición i temperatura se tomará el recomendado por el ACI – 71

Ar = 0.0018bd = 0.0018 x 100 x 12,14 = 2.18 cm 2

Elegiremos para el armado del acero de repartición fierro de 3/8” de diámetro

distanciados a 0.25 cm.

El diseño de La loza sobre las compuertas de limpia está indicado en los planos
respectivos.

Características del canal aductor entre la captación y el vertedero lateral

Q = 6 m3/s.
S = 0.0005
n = 0.016
b = 2.20 m.
d = 2.60 m
f = 0.40 m

Cálculo del aliviadero y/o vertedero lateral

ANEXO DISEÑO OBRAS HIDRAULICAS

Este cálculo se ha efectuado mediante la fórmula:

L= 15 Q .

4C (2g)0.5 H3/2

Donde:

C = 0.50

L = Longitud de aliviadero
Q = Caudal evacuado por aliviadero = 4 m 3/s
H = Diferencia de niveles aguas arriba y abajo del aliviadero
C = Coef. De descarga = 0.50

Reemplazando ésta relación resulta que el ancho del aliviadero es L = 7.20

metros.

Ubicación del Aliviadero y/o vertedero lateral

Este aliviadero debe de estar ubicado a 15 metros aguas debajo de la ventana

de captación.

Cálculo de la compuerta que controla el aliviadero

Para esto se aplica el mismo criterio que para el resto de las compuertas y los
resultados están indicados en los planos correspondientes.

Características hidráulicas del canal principal de conducción:

A Sección Rectangular:

Q =2.00 m3/s. A = 2.20 m2

S = 0.0005 P = 4.20 m
n = 0.016 R = 0.524
d = 1.00 m. S1/2 = 0.0224
b = 2.20 m. R2/3 = 0.6498
z = 0.00 V = 0.9097
f = 0.20 m. Q = 2.001m3/s.
ANEXO DISEÑO OBRAS HIDRAULICAS

B Sección Trapezoidal:

Q = 2.00 m3/s. A = 2.15 m2

S = 0.0005 P = 3.97 m.
n = 0.016 R = 0.54
d = 1.00m. S1/2 = 0.0224
b = 1.15 m. R2/3 = 0.664
B = 3.55 m. V =0.93 m3/s.
z =1.00 m Q = 2.00 m3/s.
f = 0.20 m.

1 BOCATOMA MAUCALLAQTA

Se ubica en el Sector de Maucallaqta, y consiste en una toma directa, para el

nivel de captación se ha considerado la cota de Fondo del río y/o lecho más 0.20 m.
para evitar el ingreso de arrastre de sólidos de Fondo. La pendiente del Río en la Zona
de Captación considerando una longitud de 250 m. agua arriba y abajo es de 0.002.

Diseño de la bocatoma

Esta bocatoma se diseña en base al ancho de la sección del canal principal de

conducción ensayada la misma que esta acondicionado por una pendiente de S =
0.0005 y su difícil recorrido, un canal aductor con un muro orientador.

Diseño del ancho de entrada a la toma:

Ancho de entrada a la toma = b’ 1.5 b = 1.5 m.

Sección del canal =b = 0.90 m.

Espaciamiento entre los barrotes de las rejillas e = 3 a 3.5 cm. (En ríos con
peces).

Espesor de cada rejilla ¼” = 0.64 cm;

N° de barrotes = Ancho total de la rejilla / ancho de barrotes = 36

Espaciamiento e = 3.5 cm.

Las dimensiones de la entrada de la bocatoma son 1.50 x 0.90 metros de ancho

y alto respectivamente con 36 rejillas espaciados a 3.5 cm.
ANEXO DISEÑO OBRAS HIDRAULICAS

Del aliviadero y/o vertedero lateral

Esta estructura no será necesaria, por que el canal solamente debe de utilizarse
en épocas de sequía en las épocas en que el río empieza a crecer de caudal, se debe
cerrar la compuerta de ingreso del agua a través de la bocatoma.

Del desarenador

Esta estructura por las características de la pendiente del río y características de

la pendiente del canal S = 0.0005 no es posible su construcción por que la cota del
fondo del desarenador quedaría por debajo del lecho del río, además se está indicando
que el canal se utilizará sólo en épocas de sequía. En ésta época el transporte de
sólidos en suspensión es mínimo.

CARACTERÍSTICAS HIDRAÚLICAS DEL CANAL PRINCIPAL.

A Sección rectangular

El tramo del el Km. 0 + 019.62 hasta el Km. 1 + 300 será un canal cubierto con
tapas movibles de 0.50 x 0.90, con el fin de facilitar su mantenimiento,

Del Km. 1 + 300, hasta el Km. 2 + 500 el canal continuará revestido con la
misma sección y características hidráulicas pero arriostrados cada tres metros de
distancia con viguetas de concreto armado de 0.15 m x 0.10 m x 1.10 m., para
asegurar del empuje del río en las épocas de máxima carga.

Características hidráulicas del canal utilizando la fórmula de Manning.

Es de :

Q = 0.5 m3 /s. z =0
n = 0.016 A = 0.81 m 2
S = 0.0005 P = 2.70 m.
b = 0.90 m. R = 0.30
d = 0.90 m R(2/3) = 0.45
h = 1.10 m. V = 0.45 m /s.
f = 0.20 m Q = 0.508 m3 /s.

B Canal de sección trapezoidal

Del Km. 2 + 500 al K m. 3 + 310 el canal toma la sección trapezoidal mediante

una transición de rectangular a trapezoidal, con las siguientes características
hidráulicas:
ANEXO DISEÑO OBRAS HIDRAULICAS

Q = 0.5 m3/ s. d = 0.90 m.

n = 0.016 A = 0.79 m 2.
S = 0.0005 T = 1.50 m
B = 1.30m. P = 2.42 m.
b = 0.40 m. R = 0.32
z = 0.5 V = 0.65 m/s.
f = 0.20m. Q = 0.5 m 3 /s.

C Después de una transición, de un canal trapezoidal de capacidad menor Q = 0. 5

m3/s con un talud de z = 0.5 a otra mayor también de sección trapezoidal de
capacidad de 1.00 m³/s. y talud z = 1.00 por incremento de las aguas del río
Sañumayo (antes Chaccomayo) , la ubicación de la estructura para la recepción
de éstas aguas que incrementa en 0.5 m 3/s. mas, serán construidas una vez que
los usuarios capten las aguas del río Sañumayo y sean conducidos hasta
nuestro canal que de antemano ya esta construido para conducir éste caudal
adicional mas éste canal se inicia en el Km. 3 + 400 hasta el Km. 4 + 200.

Características hidráulicas del canal

Q = 1. 00 m3/s. d = 0. 90 m.
n = 0.016 A = 1.35 m2.
S = 0.0005 T = 2. 80 m.
B = 2. 40 m. P = 3. 145 m.
b = 0. 60 m. R = 0.43
z = 1.00 V = 0. 78 m³/ s.
f = 0 . 20 m Q = 1.08 m³/s.

D Después de una transición de una sección trapezoidal a una sección rectangular

en el Km. 3+400 se inicia con ésta sección entrando con la misma al túnel en el
Km. 4+240. hasta el Km 4+620. que termina en atravesar el túnel, continuando
hasta el Km. 4+720.

Características hidráulicas del canal.

Q = 1. 00 m3 /s. d = 0 . 90 m.
n = 0. 016 A = 1 . 35 m.
S = 0 . 0005 T = 1 . 50 m.
b = 1. 50 m. R = 0 . 41.
Z=0 V = 0.77 m/s.
f = 0 . 20 m. Q = 1.00 m 3/ s.

E Previa una transición de sección rectangular a trapezoidal para transportar el

mismo caudal del Km. 4 + 720 hasta el Km. 5 + 515 en que nuevamente
ANEXO DISEÑO OBRAS HIDRAULICAS

mediante una transición de sección trapezoidal a sección rectangular se

construirá un partidor para los usuarios del río Sañumayo para evacuar el mismo
caudal que se incrementó (Q = 0.5 m3/s.) y del Km. 5+020 se retomará la
sección rectangular revestida para conducir nuevamente un caudal de 0.5 m³/s.
hasta el Km. 7+020 haciendo notar que en el Km. 5+020 se construirá un
acueducto sobre el río Apurimac. Del Km. 7+020 hasta el Km., 21+020 el canal
será en tierra.

C Características hidráulicas del canal de sección trapezoidal en tierra

Esta regirá del Km. 7+020 hasta el Km. 21+020 y sus características son las
siguientes.

Q = 0. 5 m3 d = 0. 90 m.
n = 0. 028 A = 1.17 m 2.
S = 0. 0005 T = 2.60 m
b = 0 .040m. R = 0. 42
B = 2. 20 m. V = 0. 432 m/s.
Z=1 P = 2.94 m.
f = 0 . 20 m. Q = 0. 5 m3/s.

3 TÚNEL DE PONGOÑA (Km. 4+240-Km. 4+620)

a) Cálculo y diseño de canal en túnel

Por norma, la capacidad de conducción de un túnel , se calcula en función a la

solicitud del gasto de agua por parte del proyecto. En nuestro caso el gasto es del
orden de 1 m3/s. resultando de esta manera una sección demasiadamente pequeña,
que no ofrece condiciones de trabajo en su excavación, por lo que la sección adoptada
estará gobernada netamente por la magnitud del equipo disponible para su excavación,
el acceso que se debe considerar para el paso del personal de mantenimiento.

En base a lo expuesto una sección rectangular en la parte inferior similar al

canal revestido que ingresa al túnel = 1.50 metros de ancho x 1.35 de altura, acabado
con una corona en arco de 0.50 metros de flecha en la parte superior.

b) Diseño hidráulico del túnel

Este estará gobernado por las características hidráulicas del canal adoptándose
una gradiente de S = 0.0005
ANEXO DISEÑO OBRAS HIDRAULICAS

c) Longitud total del túnel

La longitud del túnel es de 380 metros lineales aproximadamente, contando con

deflexiones, por lo que se recomienda, que se debe ejecutar en el replanteo una
triangulación severa, para evitar errores.

d) Longitud de Voladura

Por la dureza de la roca y la sección del túnel ésta será de 1.50 m a 2.40 m. por
guardia, ésta se debe ajustar en el transcurso de la ejecución de la obra de ser
necesaria.

e) Número de taladros a emplearse

Esta se calculara en función al área

 Área de la sección 1.60 x 1.40 + área de la corona = 2.24 +0.56 = 2.80 m².

 Dureza de la roca.- En nuestro caso se trata de una roca blanda (sillar) cuya
constante de roca es del orden de C = 0.20, Con estos datos se hace uso del
ábaco para hallar el número de taladros donde se obtiene que:
Número de taladros a emplearse = 24 + 2 : 24 taladros cargados + dos taladros
vacíos

f) Elección del tipo de Cuele

Se adopta el cuele quemado con dos barrenos vacíos, los taladros vacíos y
cargados deben tener el mismo diámetro.

g) Elección del diámetro del barreno

Este será de 1.20” (31 mm) diámetro medido a la pastilla, pudiendo ser el
cuerpo del barreno de 7/8” de diámetro a 1” de diámetro.

h) Diseño del esquema de franqueo, para la adecuada distribución de taladros

La confección de este esquema es gráfica, basado en el principio de

rectangularidad, las misma que se muestran en las especificaciones del plano.

i) Número de perforadoras a usarse i cálculo del aire comprimido para su

operación.

El número de perforadoras a usarse, está gobernado por el área del frente y

espacio disponible para su normal operación. En base a las recomendaciones de
ANEXO DISEÑO OBRAS HIDRAULICAS

expertos se debe de disponer de una perforadora por cada 3.2 m² de área, siendo
nuestra área de 2.80 m2 necesitamos del concurso de una sola pero por prevención en
caso de que una se pueda malograr dispondremos de dos perforadoras marca SIG-
PLB-29-C de 5.7 m3/min., de capacidad que trabaje en forma alternada con su
respectiva barra de avance.

h) Cálculo de aire comprimido para su operación

Queda resuelta con las características en capacidad del equipo éste aire
requerido es de 5.7 m3/min.

k) Cálculo de la cantidad de explosivos a utilizarse por pega

Este calculo se efectuará en función al a.- Area de la sección del túnel “A”, b.-
Dureza de la roca “C”, c.-Longitud de voladura “L” d.- Volumen de roca a volarse “V”:
teniendo como datos A = 2.80 m 2, C = 0.20, L = 1.50 a 2.40 m. y V = de 4.20 m 3 a 6.72
m3. se hace uso del diagrama para el cálculo de explosivos a utilizarse en las
condiciones expuestas resultando un requerimiento de: 3.00 Kg. de explosivo por m3
de roca a arrancarse.

l) Cantidad de explosivos a utilizarse por pega

PT = 4.20 m3 x 3.00 Kg/m3 = 12.60 Kilogramos a 6.72 x 3.00 = 20.16 Kg.

Características de una caja de explosivos semexsa de 65% de nitroglicerina.

Peso bruto....................................................... 23.9 Kg.

Peso neto ........................................................ 22.7 Kg.
Número de cartuchos.......................................284.00 cartuchos
Peso de cada cartucho.................................. 80.00 grs.
Dimensiones de un cartucho........................ 7/8” de diámetro x 7”

Con éstos datos procedemos a calcular el número de cartuchos con que debe
ser cargado cada taladro.

N° de Cartuchos = 12.60 x 1000 . = 6.5 cartuchos.

24 x 80

m) Altura de carga de un barreno a la condición de un retacado normal

H= 4 x 6.5 x 80 . = 55.11 cm.

3.1416 x (3.1)² x 1.25
ANEXO DISEÑO OBRAS HIDRAULICAS

Chequeando con el reglamento se tiene: h =2/3, H = 2/3 x 1.50 =1 m. por

consiguiente.

100 mayor que 55.11 cm. por lo que adoptamos h = 0.5511 m.

n) Revestimiento

El túnel será revestido a la entrada i salida, el canal que atraviesa el túnel será
revestido y el resto del túnel shotcreteado (pañeteado) con un concreto de 5
centímetros de espesor.

o) Aire comprimido

Capacidad de una compresora.- Dada la altura en la que ha de trabajar, longitud

del túnel sin pulmón auxiliar, tipo de martillo se debe usar una compresora de 250
P.C.M. de capacidad por frente de trabajo.

 Trasmisión del aire comprimido

Para trasmitir el aire comprimido elegiremos un ducto de tubería

galvanizada de 1.5” de diámetro.

 Ventilación

Este problema se presenta generalmente desde un inicio en los túneles

que son excavados con explosivos, para lo cual elegiremos un sistema de ventilación
del tipo aspirante impelente por ser económico i ser generada por el mismo equipo.

Para los efectos de ventilación utilizaremos ductos de polietileno y/o

tubería para desagüe de 8” de diámetro.

ELIMINACIÓN DE LA REZAGA O MATERIAL DE DESMONTE

Este proceso consta de dos acciones carguío y transporte de material este

proceso lo ejecutaremos en forma manual con participación de la mano de obra no
calificada a base de carretillas buggui, para avanzar se pueden aperturar ventanas
hacia el río Apurimac cada 50 ó 100 metros de distancia, por que el sillar no tiene
peso, mas bien cabe aclarar que para el desquinche se debe utilizar personal
calificado.
ANEXO DISEÑO OBRAS HIDRAULICAS

EQUIPAMIENTO

Comprende la instalación de campamento, polvorín, iluminación, equipos

mecánicos, botiquín, movilidad, agua etc.

La instalación de agua es muy importante, para el campamento como para la

perforación, las mismas que se pueden captarse del río Sañumayo, para la perforación
se tiene instalar un ducto de agua de fierro galvanizado de 1/2” de diámetro paralelo al
tubo que conduce el aire comprimido .

NORMAS DE SEGURIDAD

Serán las indicadas en los lineamientos para éstos tipos de trabajo, incidiéndose
en tener mucho cuidado, en el almacenamiento y empleo de explosivos.

ORGANIZACIÓN DE TRABAJO

Siendo esta actividad en la iniciación y proceso de la obra que tendría dos

frentes de ataque, para su excavación con dos guardias (turnos) por cada frente se
organizaría la duración de trabajo de la siguiente manera:

1 Perforación carguío de taladros y disparo.................................... 4 horas.

2 Ventilación de Túnel..................................................................... 1 hora

3 Desquinche eliminación de desmonte, nivelación

de la rasante................................................................................ 5 horas

TOTAL ............................ 10 HORAS