Hoja de Calculo para Predimension de Barraje o Fusible
Hoja de Calculo para Predimension de Barraje o Fusible
Hoja de Calculo para Predimension de Barraje o Fusible
I. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
En esta ocasión vamos a asumir que existe suficiente cantidad de manantiales laterales, de
fondo y agua de río como para cubrir la demanda de agua requerída (Qmáx d).
1. Caudal de Diseño.
Qmax.d = 0.75 L/seg
Qmax.a = 0.83 L/seg
Donde:
d15 Filtro = Diametro de la abertura del tamiz que pasa el 15%
d85 Filtro = Diametro de la abertura del tamiz que pasa el 15%
1
Cálculo de los diámetros de estratos de filtros:
FILTRO I:
FILTRO II:
FILTRO III:
d15 Filtro III = 7.00 >5 d15 Filtro III = 7 x d15 Filtro II
d15 Filtro II
Según la Ley de Darcy las características del filtro de agua a través de filtros formados por
materiales granulares tenemos:
Q = K*A*I
Donde:
Q: Caudal de afloramiento del manantial
K: Coeficiente de permeabilidad (m/seg)
A: Área de la sección transeversal del filtro
I: Gradiente hidráulico
3. Coeficiente de Permeabilidad:
MATERIAL Ki UNIDAD
Arena Gruesa K 1 = 0.5 cm/seg
Grava Media K 2 = 10.0 cm/seg
2
Grava Gruesa K 3 = 100.0 cm/seg
3
Por razones prácticas de construcción consideremos los siguientes espesores para cada
estrato:
MATERIAL bi UNIDAD
Arena Gruesa b 1 = 0.30 m
Grava Media b 2 = 0.30 m
Grava Gruesa b 3 = 0.40 m
L= b1+b2+b3
L = 1.00 m
Asi mismo consideramos el gradiente hidraulico igual a la pendiente del terreno, sabiendo
que es igual a:
i% = 15%
Como la direccion del flujo es perpendicular a los estratos, utilizamos la siguiente fórmula:
1 1 bc
seg/cm
Kv L Kc
Donde:
Kv : Permeabilidad total y perpendicular al estrato.
Kc: Permeabilidad de cada estrato.
bc: Ancho de cada estrato.
L : Longitud total de los estratos.
Reemplazando:
1 / Kv 0.634 seg / cm
Kv 1.577 cm / seg
Kv 0.0158 m / seg
2.30
Arena Gruesa
0.30 cm
1.85
Grava Media
0.30 cm
1.40
Grava Gruesa
0.40 cm
0.80
4
5
Material Coeficiente Unidad
Arena Gruesa K1 0.5 cm/seg
Grava Media K2 10 cm/seg
Grava Gruesa K3 100 cm/seg
A1= + x =
2.30 1.85 0.75 1.556 m2
+ + +
2
Donde :
A2= + x =
1.85 1.40 0.75 1.219 m2
+ + +
2
Donde :
A3= + x =
1.40 0.80 0.75 0.825 m2
+ + +
2
6
Donde :
A4= + x =
2.30 0.80 + 0.75 1.163 m2
+ +
2
Donde :
Qf Kv A I
Kv 0.0158 m/seg
A 1.163 m2
I 15%
Qf 0.002750394 m3/seg
Qf 2.75 L/seg
Entonces, los espesores de los estratos del filtro son suficientes para filtrar el caudal
máximo aforado:
Es recomendable que:
H = h1 + h f ≤ 40 cm
7
V 2
Pero: h1 1 . 49
2g
Donde:
H = Carga sobre el orificio
h1 = Carga para producir la
velocidad de pasaje
hf = Pèrdida de carga disponible
V = Velocidad de pase en orificio
(0.50 - 0.60) m/seg como máx.
g = gravedad (9.81 m/seg2)
Remplazando : h1 = 0.023 m
Se recomienda que:
hf = 30% del espesor del filtro (L)
hf = 0.30 m
Entonces:
H = 0.323 m < 0.4 m
�_(𝑚á𝑥.𝑎)= 𝐶_� 𝑥 𝐴 𝑥 �
Donde :
Q máá x.á : Caudal máximo aforado
Cd : Coeficiente de Descarga ( 0.60 - 0.82)
V : Velocidad de pasaje ( 0.50 - 0.60 )
A : Área del orificio.
8
Considerando orificios de diámetro de 1'', es decir, diámetro menor al diámetro del
material del Filtro III.
Número de orificios:
A Reemplazando
n
a n = 4.55429
n = 5 orificios
de 1"
9. Cálculo de volumen de almacenamiento (Va):
Va Q máx d x Tr
Donde :
Vá : Volumen de almacenamiento (m3)
Qmáá x d : Caudal máximo diario ( m3/seg)
Tr : Tiempo de retención (seg)
Considerando:
H 0.30 m
a 0.70 m
b 0.70 m
9
10. Cálculo del diámetro de salida de la tubería de conducción (D):
Donde:
Qmáá x d: Caudal máximo diario
Cd: Coeficiente de Descarga (0.60 - 0.83)
Acnd: Área del conducto ( m2 )
g: gravedad 9.81 m/seg2
H: Carga sobre la tubería
Pero:
Va Reemplazando
H
a b H = 0.28 m
Reemplazando
Acnd = 0.00043 m2
Calculando diametro
2 4 A cnd
A cnd D D
4
D = 0.0234 m
D= 0.92'' 1''
Consideramos
Esta tubería debe evacuar un caudal igual al máximo aforado del manantial; más el
volumen almacenado en la cámara húmeda en un periodo de teimpo determinado.
Va
Qs Q aforado
t
10
Qáforádo: Caudal aforado ( m3/seg )
11
Entonces:
Qs= 0.00195 m3/seg
QS C x A x 2gh
Donde:
C : Coeficiente de gasto
g : gravedad
H : Carga sobre la tubería
C 0.82 Asumido
H 0.28 m
g 9.81 m/seg2
Entonces : A = 0.00102 m2
Calculando diametro:
2 4 A
A D D
4
D = 0.0361 m
D= 1.42'' 1 1/2 "
Consideramos
Nota: Esta tubería además de servir de rebose, también cumple cierta función ante posibles obstrucciones
o cierre de válvulas además se comporta como un vertedero de sección circular que debe evacuar el
total captado:
Asumiendo:
V= 2.00 m/seg
12
Usando la ecuación de continuidad.
2 4Q
QVA V D D
4 V
D 0.0229 m
D 0.90'' D = 1''
Consideramos
13. Tubería de Ventilación:
1. Caudal de Diseño.
Qmax.d = 0.00380 m3/seg
Qmax.a = 0.00418 m3/seg
Presión de salida del agua = 0.35 mca
Valor asumido
Además el diseño de la Caja de Captación estará formada por dos cámaras una
Colectora, que será la encargada de captar directamente el flujo de agua, y el segundo
agua para conducirla a la Cámara de Reunión.almacenará el agua para conducirla a la
Cámara de Reunión.
Toda la estructura será de concreto simple, excepto la zona del techo que será de
concreto armado previsto de un buzón de 0.60 x 0.60 m para efectos de inspección.
2. Volumen de almacenamiento:
VA=Q máx d x
Tr
Donde :
VA : Volumen de almacenamiento (m3)
Q máá x d : Caudal máximo diario ( m3 /seg)
T r : Tiempo de retención (seg) 3.00 min = 180.00 seg
Valor asumido
Reemplazando:
VA = 0.684 m3
13
3. Dimensiones de la Primera Cámara:
Para garantizar la continuidad del flujo debe cumplirse que la altura del nivel del agua
almacenada debe ser menor que la altura de presión de salida del agua (0.35 mca).
Donde:
h1(H2O)A : Altura del nivel del agua almacenada
hp(H2O)E : Altura de presión de salida del agua
H = 0.45 m
a = 1.40 m
b = 1.40 m
"Presión de agua almacenada= " "Peso del agua almacenada" /"Área de agua almacenada"
VA = = 0.684 m3
H 0.50 m
Asumiendo a 1.00 m
b 1.40 m
14
Luego las dimensiones finales de la 2º Cámara (Caja de almacenamiento),
considerando una altura adicinal para efectos de aireación y construcción, serán:
H 1.50 m
a 1.00 m
b 1.40 m
h= 0.50 m
a= 0.30 m
b= 0.50 m
Donde:
Q máá x d : Caudal máximo diario :
Cd : Coeficiente de Descarga ( 0.60 - 0.82)
A cnd : Área del conducto ( m2 )
g : gravedad
H : Carga sobre la tubería
De la fórmula:
A cnd = 0.001938 m2
Luego : D = (4xA/π)^(1/2)
15
D = (4xA/π)^(1/2)
D = 0.0497 m
D = 1.96 '' 2 ''
Consideramos
Esta tubería debe evacuar un caudal igual al máximo aforado del manantial más el
volumen aforado en la segunda cámara húmeda en un tiempo determinado, entonces:
Donde :
Q s : Caudal de salida ( m3/seg )
Va : Volumen almacenado ( m3 )
t : tiempo de salida ( seg )
Q máá x.á : Caudal aforado ( m3/seg )
Va 0.684 m3
t 2 min
t 120 seg
Q máx.a 0.00418 m3/seg
Qs 0.01 m3/seg
Para el calculo de la tuberia de desague lo realizamos como orificio de pared gruesa (boquilla)
Q s C d x A cnd x 2gH
Donde :
Cd: Coeficiente de gasto
g : gravedad
H : Carga sobre la tubería
Qs 0.01 m3/seg
Cd 0.82 Valor asumido
g 9.81 m/seg2
H 0.50 m
A 0.0038 m2
Entonces:
D 0.070 m
D 2.76 '' 3"
16
Consideramos
17
C. CAPTACIÓN DE RIO
1. Parámetros de diseño
Los parámetros de diseño asumidas se detallan en el siguiente cuadro, estos datos nos
servirán para obtener las captacion de barraje fijo, fusible, bocal, muros de proteccion
aguas arriba y abajo, poza disipadora, dimenciones de todas las partes de la vertedero
lateral, etc.
VALOR
DESCRIPCION SIMBOLO
OBTENIDO
DATOS DE ENSAYOS DE CAMPO
18
Para el predimencionamiento del canal utilizaremos el programa Hcanales
RESULTADOS
b = 0.20 m
y = 0.41 m
3. Diseño de antecanal
19
Para el predimencionamiento del antecanal utilizaremos el programa Hcanales
RESULTADOS
b = 0.50 m
y = 0.52 m
4. Diseño de bocal
La función del bocal es permitir el ingreso del agua desde el río hacia el canal. El
caudal requerido “Qo” que ingresa por el bocal, salvando un desnivel o grada,
produce una carga hidráulica “ho”.
20
- Altura del Umbral (pb):
pb 1.3 x d 50 pb = 0.90 m
Reemplazando
hr = 0.370 m
Reemplazando
hb h0 hr Bl ; hb Lb
Bl = 0.1 m (Borde libre) hb = 1.50 m
21
5. Diseño del barrage fijo - fusible
2/3
Q
H 0 max C = 1.7 Ho = 0.44 m
C *T
22
Q
VH max VH= 1.13 m/seg H = 0.38 m
T * H0
H0 H0
0.3284
xt =
23
CAPTACIÓN DE AGUA - RIO COLPAMATARA
1. PARAMETROS DE DISEÑO
Los parámetros de diseño obtenidos con las respectivas pruebas en campo y en gabinete se detallan
en el cudro Nº 01, estos datos nos serviran para obteneer las dimenciones de todas las partes de la
captacion (barraje fijo-fusible, bocal, muros de proteccion aguas arriba y abajo, poza disipadora,
vertedero lateral, etc. ).
VALOR
DESCRIPCION SIMBOLO
OBTENIDO
DATOS DE ENSAYOS DE CAMPO
Q0
h0
C * Lb
2/3
Lb =
e V
Como: e/a =
4
3
2
hr k * 1 sen 1
a 2g
0.2
Entonces corregimos hr.
Las perdidas por rejilla sera:
hb h0 hr Bl ; hb Lb
pb = 0.50 m
0.80 m
ho = 0.365 m
V10
Qd
Lb * h0
V1o = 1.027 m/seg
hr = 0.007 m
C1 = 5.72
hr = 0.041 m
hb = 0.60 m
Nota:
k = 1.79
a = 10 cm
e = 1.59 cm
β1= 40
α1= 60
Bl = 0.10 m
Nota: Lb, iguál ál áncho del
antecanal, que se ha calculado
con la ecuacion de Manning
(Borde libre)
b
Q
Q
H 0 max
C *T
VH max
y
H0
T * H
x
0.47
0
2/3
b
3.2 DISEÑO DEL BARRAGE FIJO-FUSIBLE
P pb h0 hr d b * tan
- Diseño del perfil de barraje fijo (P):
H0
1.80
Ho = 0.55 m
VH = 1.265 m/seg
P=
X
1.30 m
C = 1.7
1 . 80
db = 1.00 m
H = 0.47 m
(Asumido)
y
H0
D p x
0.47
H0
1/Z =Y' =
1.80
y=
x0.4109
0.75442892 X 1 . 80
D p
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
xt=0.4109
R1 =0.5H = 0.24 m
R2 =0.20H = 0.09 m
Y
0.00000
-0.04164
-0.14499
-0.30081
-0.50487
-0.75443
-1.04748
-1.38245
-1.75806
(x,y)
(0 , 0)
(0.20 , -0.0452)
(0.40 , -0.15741)
(0.6 , 0.-0.326)
(0.8 , -0.5481)
(1.00 , -0.819)
(1.20 ,-1.137)
(1.40 , -1.5009)
(1.60 ,-1.90807)
-yt=0.1522 (0.3070, -0.1373)
d1=0.282H = 0.13 m
d2=0.175H = 0.08 m
h Yc
3
Qr
T
g
2
V0
Qr
Lb * h
- Calculamos la perdida de carga (hfo-1):
hf10 0.1
V02
2g
yc = 0.37 m
PERFIL TIPO CREAGER
0.0
0.0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1.0
-1.2
-1.4
-1.6
-1.8
-2.0
Vo = 1.901 m/seg
hfo-1= 0.018 m
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8
L D 1
Ph
b
3.4. DISEÑO DE LA POZA DISIPADORA
V1
V02
2g
r d1
Despejando obtenemos:
T * d1
2 4
V2
d 2 1 1 2 1 d1
g
Qr2
V1
V02
2 gT 2 d12 20 g
d1 = 0.106 m
d d2
1/ 2
Nota:
r = 0.50 m
d2 = 0.920 m
Ld =5*(d2-d1)
Ap = T
Ld=
dn + r = 1.058 m
dn = 0.56 m
5.000 m
4.070 m
(Desnivel dentre el zarpeado
y la poza dicipaora)
V2 0.76096
b
3.6 DISEÑAMOS EL ESPESOR DE LA POZA DICIPADORA
h P
h hf h
e
e1 0.2q
Sp
hf h
St
h
w 1
0 .5
* h 0.25
∆h =
hf =
hf =
e=
e1=
e1 =
1.30 m
1.30-h
0.71h
0.54 m
0.18 m
- Ubicácioá n de lloráderos á pártir del pie del tálud del bárrege fijo
h=
w=
0.76 m
Lt 0.67C Db * q
Ls Lt Ld
1/ 2
Lt =
Ls =
5.8 m
1.69 m
COEFICIENTE DE BLING
LECHO DEL CAUSE
Arena fina o limo
Arena fina
Arena gruesa y grava
C
15 - 18
12
9
Bloques, gravas y arenas 4 - 6
2
3.8. PREDIMENCIONAMIENTO DE DENTELLONES
Z P H (d 2 r )
y1 0.80Z
y2 1.3Z
y3 0.30Z �1m
L1 6 Z
y1=
y2=
y3=
L1=
1.36 m
1.1 m
1.8 m
2.0 m
8.1 m
H u H P d b * tan Bl Hu =1.74 m
Asumimos: La = 1.50 m
3.10. DISEÑO DE MUROS DE PROTECCION AGUAS ABAJO
- Altura de los muros de protección, aguas abajo del barraje (HD):
V1
F1 F1 = 6.49 m F2 = 0.25331
g * d1
Nota: Se há ásumido un borde
� F � 2 libre (blu) igual a 0.40 m
HD �
1.10 �d 2 Bl
1
HD = -0.52 m
� 20 � HD = 1.41 m
se considera el HD mayor que el d2
- Longitud de los muros de protección, aguas abajo del barraje (LU):
Asumimos: La = 1.50 m
3.11. DISEÑO DEL LIMITADOR DE GASTO
Las características geomorfológicas de la zona permiten ubicar al limitador de gasto cerca del bocal
para evacuar el exceso del caudal hacia un lugar ubicado aguas abajo del barrage.
Limitador de gasto
Limitador de Caso (2)
hD Reslto gasto
hidràulico Caso (1)
Hr
d1 Qomax d2 Qomax dn
hb/2
pb
E = 40 cm (Espesor del muro)
- Determinamos si el orificio es de pared gruesa o delgada
Si: E = 0.40 m < 1.5 hb = 0.90 m PARED DELGADA
hb Q 2 o max
hD d1 0.056*
2 d1 * Lb 2
Despejando obtenemos: d1 = 0.460 m
Qeo F1 = 1.224
d
d2 1
2
d * Lb
1 8F12 1 ; donde : F1 1
g * d1 d2 = 0.6 m
- Altura del antecanal
Ha=d2+bl bl=30cm.
Ha = 0.9 m
- Longitud del Antecanal
La=6*d1*F1 La= 3.4 m
Qv m 2 g * L * 1 * h13/ 2 Qv = 0.6516315054
- Verificamos
Qd = Qomax - Qv Qd = 0.305 m3/s Ok
Como los caudales son similares entonces el diseño esta bien hecho.
do un borde