DISEO DE BOCATOMA SUMERGIDADOCENTE:ING. EDWIN RODRIGUEZALUMNOS: GUIDO PARRA SOLORZANO962135-DFREDY HUAMAN CACERES 962126-E Marzo de 2002BOCATOMA SUMERGIDA O TIROL L Galeria tDetalle de la rejillaGENERALIDADESCONSIDERACIONES BASICAS Y DEFINICIONES El principio de este tipo de obra de toma radica en lograr la captacin en la zona inferior de escurrimiento. Las condiciones naturales de flujo sern modificadas por medio de una cmara transversal de captacin.Esta obra puede ser emplazada al mismo nivel de la solera a manera de un travesao de fondo. Sobre la cmara de captacin se emplazar una rejilla la misma que habilitar el ingreso de los caudales de captacin y limitar el ingreso de sedimento. El material que logre ingresar a la cmara ser posteriormente evacuado a travs de una estructura de purga.La obra de toma en solera se denomina tambin azud de solera u obra de toma tipo Tirols y puede ser empleada en cursos de agua con fuerte pendiente y sedimento compuesto por material grueso.Este tipo de obra de toma ofrece como ventajas, la menor magnitud de las obras civiles y ofrece menor obstculo al escurrimiento. Por otro lado, no juega un papel fundamental la ubicacin de la obra, tal como sucede en las obras de toma con azud derivador.Los ros de montaa tienen las siguientes caractersticas:1- Pendientes longitudinales fuertes que pueden llegar a 10% o a veces a mas2- Crecientes sbitas causadas por aguaceros de corta duracin y que llevan gran cantidad de piedras.3- Grandes variaciones de caudal cuando provienen de nevados.4- Pequeo contenido de sedimentos finos y agua relativamente limpia en estiaje. Por lo tanto las obras de toma convencionales tienen las ste desventajas:5. El azud debe esta levantado a cierta altura sobre el fondo del rio para poder captar el agua por lo tanto son necesarios obras de toma que son bastante costosas.6.La compuerta de purga tiene una eficiencia baja y siempre algunas piedras quedan frente a la reja si no hay mantenimiento constante, los sedimentos comienzan a tapar la reja con los siguientes perjuicios para la captacin.Tratando de subsanar estos defectos se a diseado un tipo diferente de toma tipo Tirolespor haber sido empleado primero en estas regiones.Consiste en una rejilla fina en el fondo ubicado horizontalmente o con pequea inclinacin con galera hecha en el cuerpo del azud y que conecta con el canal.La presa que cierra el ro se compone de 3 partes: Un tramo en la orilla opuesta del canal que se compone de un azud macizo sobre la cual vierte el agua en creciente. Este azud debe tener un perfil hidrodinmico que normalmente se disea con las coordenadas de Creager. Un tramo central con una rejilla. L GaleriaRejillaFigura 01 Seccin transversal del azudLAzud tDetalle de la rejilla Un tramo hueco que tiene en su interior la galera que conduce al agua desde la rejilla del canal. La galera esta tapada con una losa de concreto armado y que en su parte superior sigue el mismo perfil que el azud macizo.Cuando la rejilla esta pegada a la orilla, este tramo se suprime. A continuacin de la presa se construye un zampeado cuyas dimensiones dependen de la altura de estas y del caudal de creciente.Como la rejilla es parte mas baja de la presa que cierrael ro cualquiera sea el caudal, el caudal debe pasar forzosamente sobre ella.Debido a esto la rejilla puede estar a cualquier altura del fondo de manera que la altura del azud puede llegar a ser cero, aunque normalmente oscila entre 20 y 50 cm. Esto permite que las piedras pasen fcilmente por encima del azud con lo cual se suprime lacostosa compuerta de purga. La baja altura del azud permite a su vez disminuir la longitud de zampeado, estas dos economas hacen que una toma Causiana llegue a ser bastante menor que en de una toma convencional.La desventaja principal de este sistema es la facilidad con que se tapa la rejilla especialmente si el ri trae material flotante menudo como hojas y hierbas.En vista que una gran cantidad de piedras pequeas entra por la rejilla, es imprescindible construir un desripiador eficiente a continuacin de la tomaPara que el desripiador tenga una salida al ri con una longitud dentro de los limites econmicos, este debe tener una gradiente de por lo menos 3% o sea que este tipo de toma solamente es practico en los torrentes o rio de montaa no se ha utilizado para caudales mayores de 10m/s.Las rejillas se hacen de barras de hierro de seccin rectangular o trapezoidal con la base mayor hacia arriba colocadas paralelamente a la direccin del ri no se aconsejan las barras redondas pues obstruyen mas rpidamente con arena y piedra fina y son ms eficientes de limpiar.Una desventaja de las platinas es su posibilidad de deformarse o ceder en sentido horizontal. Para evitar esto se usan a veces barras en forma de T. A veces tambin en vez de barrotes se usan planchas perforadas con orificios redondos. Estas disposiciones obligan a aumentar considerablemente las dimensiones brutas de las rejillas.Tambin a veces se han usado rejillas dobles una gruesa encima y una fina abajo.En los bordes las barras estn sujetas a un marco de hierro y a veces ala mitad de las barras pueden girar para facilitar la limpieza.La separacin de las barras vara de2 a 6cm. La seccin de las barras se escoge en funcin a su longitud y consideraciones mecnicas es decir para que puedan resistir sin doblarse el peso de piedras grandes.La rejilla tiene una inclinacin con la horizontal entre cero grados y 20% para facilitar el paso de las piedras segn Bowvard se podra llegar a 30 o hasta 40. t S Figura 02 Seccin longitudinal del azudeGaleriabRejillaAzudAzudDetalle de la rejillaFUNDAMENTO HIDRAULICOEl flujo en un canal con rejas inferiores es un caso de flujo variado especialmente con descarga creciente.La reja esta hecha usualmente de barras paralelas o una pantalla perforada. Hay varias aplicaciones de tal herramienta por ejemplo el canal puede ser una de entrada o de desage de agua, de, digamos, un torrente montaoso, o un desnatadoro "skimmer " para reducir un volumen de agua requerido para transportar, digamos peses.Figura 03. Canal con una reja de fondoa) Desage parcial; b)Desage totalSuponiendo que el ngulo de inclinacin de la rejilla respecto a la horizontal es pequeo tenemos la ecuacin de Bernoulli; la energa especifica en cada seccin del canal es: gVh H220+ 2 220. 2 h b gQh H + (01)L1yy2yx1Q2QLnea de energaQw(a)0H0HL1QLnea de energaQw(b)Para un flujo variado especialmentecon caudales decrecientes, la E especifica se puede considerar constante a lo largo del canal.As 00dxdH; poniendo el origen de coordenadas en el borde superior de larejilla tal como se ve en la figura 01 y derivando respecto a X tenemos:

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dxdQQ h gbQhdxdh2 3 2(02)Donde dxdQes obviamente la descarga extrada a lo largo de una longitud dx de la reja.La Ec (02) es la ecuacin dinmica general para el flujo considerado. La descarga a travs de la rejadepende de la carga efectiva sobre la reja, y, para esto se presentan dos casos:A) PARA FLUJO VERTICAL ATRAVEZ DE LA REJA La direccin del flujo a travs de las aberturas de la reja es casi verticalLa perdida de energaen el proceso es despreciable, y, as la altura efectiva sobre la reja es prcticamente igual ala energa especifica, E. Mostkow encontr que esto es cierto para rejas tales como las compuestas de barras paralelas.Para calcular el caudal que atraviesa las rejillas son las siguientes consideraciones:Los experimentos realizados por Melik Nubarov con rejillas compuestas de barras paralelas han demostrado que la distribucin de presiones se apartan de la hidrosttica razn por la cual no se debe tomar como carga sobre la rejilla la altura de agua que hay sobre ella.Para una partcula de agua situada a una distancia x del comienzo de la rejilla, la componente vertical de la velocidad causada por la presin P en el flujo ser:WPg VV2 La componente Horizontal de la velocidad ser:) ( 2WP Hog VhConsecuentemente la velocidad resultante con la cual atraviesa la rejilla una partcula liquida, ser:gHo V V Vh v22 2 + Haciendo con la vertical un Angulo igual a:VhVVarctg Debido al paso oblicuo del agua la longitud efectivade la rejilla es menor que la longitud L.Como primera aproximacin se puede tener. Cos L Le. (03)El rea afectiva por la cual entra el agua a la galera ser: K Cos L b A . . . (04)El coeficiente K reduce el rea total en rea efectiva disponible para el caso del agua esta dado por:( )t s sf K+ 1 (05)Donde.f = porcentaje de la superficie que queda obstruida por las arenas y la grava que se incrustan en la reja y que se toma de 15 30%.s = espaciamiento entre barrotes.t= ancho del barrote.Entonces el caudal que entra por una longitud x de la rejilla ser:( )02 . . . . gH K Cos X b V A QV w 02 . . . . . gH K Cos X b C Qw (06)Siendo C el coeficiente contraccin o de descarga que varia en funcin de la disposicin de los hierros de la rejilla. Su valor depende la inclinacin de la rejilla con la horizontal y esta dado por: i C C . 325 . 00 (07)siendo: Tan i Co = 0.6 Parat/s > 4 Co = 0.5 Parae/s < 4

Llamando: Cos K C m . . (08) 02 . . . gH X b m Qw (09)La descarga a travs de una longitud gHo b mdxdQ2 . . (10)De la Ec.(01) el caudal es:) .( 2 . .0h H g b h Q (11)Sustituyendo la Ec (10) de dxdQy la Ec(11) de Q en la Ec (02) y simplificando.Ho hh Ho Ho mdxdh2 3) ( . 2(12)Multiplicando y dividiendo por Ho231 200HhHhmdxdhdhHhmHhdx .) 1 ( 22300 Para integrar hacemos los reemplazos:20 02020. 1 1 Z H H h ZHhZHh Zdz H dh . 2 ( ) [ ] ( )Z mHZdz Zdx. . 22 . 2 1 32 ( )( )( )dz ZmHmdz Z H Zdx 1 3. . . 3 122 Integrando:( )11]1

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212331 1HhHhmHZ ZmHXLa ecuacin del perfil de flujo ser: ) ( 1210C ConstHhmhX +

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(13)Sabiendo que cuando:0 X ;1h h determinamos la constante de integraciny obtenemos la ecuacin de el perfil de flujo

[ ]212111 . 1 .1

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HohhHohmhmX

(14)CuandoL X h ; 0 y la ecuacin nos da la longitud requerida para el desage completo del flujo principal a travs de la reja:

211 11 . ,_

HohmhL (15)De la ecuacin (11) la ecuacin superior se puede reducir a:

Ho g b mQL. 2 . .1 (16)Que nos da la ecuacin final para el clculo de la expresin de la rejilla en la prctica es aconsejable que:El valor L no pase de 1.25m.De la ecuacin (8) podemos tener:gHo L b Cos K C Q 2 . . . . .1 (17)Donde 1Q es la descarga a travs de la entrada al tramo de la reja y es tambin igual a la descarga wQ a travs de la reja:*nota con la ecuacin (11)) ( 2 . ) ( 2 .0 1 0 1 1h H g h b h H g h b Q Q Qw igualando estas dos expresionespara wQse obtiene de la Ec (14).B) FLUJO INCLINADO A TRAVES DE LA REJA Cuando la ecuacin del flujo a travs de las aberturas forma un Angulo apreciable con la vertical, el flujo incide sobre los lados de la figura resultando en una perdida de energa y un cambio de direccin del flujo de inclinado a eventualmente vertical. E. Mostkowencontr que esto es cierto para rejas tales como las compuestasde pantalla perforaday que la correspondiente perdida de energa es aproximadamente igual ala alturade velocidad de flujo sobre la reja. Se puede asi asumirse que la altura efectiva sobre la reja es igual a la carga esttica, o la profundidad del flujo sobre la reja.En caso de descarga a travs de una longitud dx de la reja se puede expresar por:gHo b mdxdQ2 . . (18)Sustituyendo la Ec (18) de dxdQy la Ec(11) de Q en la Ec (02) y simplificando Ho hh Ho Ho mdxdh2 3) ( . 2(19)La integracin de esta ecuacin da la ecuacin de perfil como:10 0 01 0123 2141CHhHhHhSenmHX +11]1

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(20)20 0 01 012321CHhHhHhCosmHX +11]1

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(21)*nota la ecuacin (20) es dada por Mostkow y la Ec (21) es dada por Noseda las ecuaciones son idnticas matemticamente, la relacin entre las constantes de integracin es mHC C802 1+ Las constantes de integracin en la ecuacin superior se pueden evaluar mediante la condicin de que 0 X ;1h h . Entonces, cuando0 hla Ec (20) dar la longitud de la reja requerida para un desage completo de flujo principal a travs de la reja. 11]1

+

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8. 214112301 10101 0HhSenHhHhmHL(22) *nota El ing. Cesar Arturo Rosell Caldern toma la ecuacin (21) de Noseda para el diseo de toma sumergida. El Ing. Tsuguo Nozaki incluye el monograma preparado por el ing. Miguel Soto para el calculo de tomas sumergidas.Experimentalmente E. A. Zamarin obtuvo la siguiente expresin:

mgh L b K C Q 2 . . . . (23) Siendo mhla altura media de agua sobre la rejilla. Bakhmeteff yBoussinesq demostraron que la entrada de gua ocurre con calado crticotendremos de la forma:oH h321 (24)Reemplazando este valor e igualando la Ec (17) y Ec (23) para las expresiones Q.

o oH g L b Cos K C H g L b K C . 2 . . . . ) .32(21. 2 . . . Siendo:577 . 0 CosExperimentalmente se han demostrado valores deentre 45 y 53Entonces:

Ho b l k c Q . . . . . 55 . 21 (25)Como Ho es todava desconocido podemos obtenerlo de la misma condicin crtica. 321. 467 . 0 .32

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bQHo (26)Reemplazando en la Ec (25), tenemos:( ) b L K C Q . . . 119 . 3 231 Reemplazando la ecuacin anterior y despejando b tenemos el ancho necesario de la rejilla que seria:

23231. ) . (. 321 . 0L K CQb (27)DESCARGA DE UN DESAGE PARCIAL A TRAVES DE UNA REJA Tambin de la Ec (11) se obtiene:( )1 0 1 1. 2 . . h H g h b Q (28) ( )2 0 2 2. 2 . . h H g h b Q (29)Asi, la descarga de un desage parcial del flujo principal a travs de la reja es:

2 1Q Q Qw (30)Recordando que la entrada de agua ocurre con calado crticotendremos de la forma: oH h321 (31)De la Ec (26) obtenemos de la misma condicin crtica que se puede considerar como un vertedor de cresta ancha. 230 1. . 704 . 1 H b Q (32)

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1 0 12 0 2 5 . 10..1 . . 704 . 1h H hh H hH b Qw(33) LSeccin longitudinal del azud HEl valor C del coeficiente de descarga a travs de las aberturas de a reja, varia actualmente considerablemente a lo largo de la reja. Por ejemplo, valores tpicos determinados experimentalmente se encontr que vara desde 0.435 para una pendiente de 20%, a 0.497, para una pendiente horizontal de las rejas de barras paralelas; y desde 0.750 para una pendiente de 20%, a 0.800, para una pendiente horizontal de las rejas de pantallas perforadas.

CLCULO Y DISEO DE BOCATOMA SUMERGIDADatos de entrada:cm sifs m Qs m Qdise0 . 4% 20% 20/ 0 . 5/ 5 . 833maxLas platinas comerciales son de 6m c/u con dimensiones:t= 3/8"e=1 "Solucin:De la ecuacin (27) tenemos: 2323. ) (. 321 . 0L ckQb

Donde: i C C . 03250 2 . 0 Tan i 5 . 0 4 795 . 0 /0 < C s e435 . 0 C 646 . 095 . 0 44) 2 . 0 1 ( + k 0646 K ( )2323. ) 646 . 0 435 . 0 (5 . 0 . 321 . 0LbEl valor de L puede ser cualquiera, pero se escoge en tal forma que no produzca un mnimo desperdicio de hierro, y vamos asumir que estas varillas tienen 5cm de apoyo a cada lado. Asi tenemos:nde pedazosLong. de cada pedazo ( l)Proyeccin horizontal L 32Lb456781.5*1.21.00.8550.751.471.180.980.840.741.371.08.880.740.641.60351.12240.82550.63660.51200.670.961.311.692.10*ldebe ser menor que 1.25 y largo de la rejilla debe ser menor que el ancho del ro.Por comodidad del diseo escogemosL = 0.64 b = 2.10 La carga de entrada obtenemos de la ecuacin (25): LSeccin longitudinal del azud H

Ho L b ck Q . . . . 55 . 2 0646 K435 . 0 CReemplazando: 0.5 = 2.55 (0.436) (0.646) (2.10) (0.64).Ho . 27 268 . 0 cm m Ho sea que la cresta del azud a los lados de la rejilla debe estar a 0.27m ms alta.CALCULO DE LA GALERIASeccin transversal del azud L0HHFigura 04Seccin longitudinal del azud 0H HEl flujo de agua de en la galera que queda bajo la rejilla es un caso de flujo con caudal variable en ruta, para lo cual todava no existe una solucin exacta.METODO DE ZAMARIN.Como primera aproximacin se debe seguir este mtodo para determinar las dimensiones de la rejilla.El clculo se efecta de la siguiente manera: La longitud total de la galera se divide en partes iguales X y el caudal en cada punto se determina con la formula:bxQ Qx. (34)Siendo X la distancia desde el comienzo de la galera.Para tener la seguridad de que todas las piedras y arenas que en pasado por la rejilla sean arrastrada al decantador o desripiador. Se aconseja que la velocidad sea de 0.3 a 3.0m/s y la cmara de recoleccin con una pendiente de 1 a 4% El promedio de la velocidad de la galera debe ser alto por lo menos igual a:gs Vf3 >Para que esto se cumpla se toma generalmente una velocidad inicial de. / 1 s m V al comienzo de la galeria y de 2 a 3m/s al final.La velocidad en cada punto se determina con la formula.( )bxV V V Vf o X.0 + La relacin entre el caudal y la velocidad da el rea y por lo tanto el calado necesario de agua para cada punto de la galera.Se asume que toda la energa que cae a travs de la rejilla se disipa en la mezcla turbulenta con el agua que se encuentra en la galera.El movimiento se produce por lo tanto a expensas solamente de la de la gradiente hidrulica en la galera. La gradiente hidrulica se obtiene se obtiene de la formula de Chezy:232..

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R An QS (35)En la que el coeficiente n puede obtenerse de la formula de Manning o Pavlovski. El coeficiente n se toma alto, de 0.035 a 0.045 para tomar en cuenta las perdidas adicionales que se producen por el flujo espiral y altamente turbulento en la galera. Para facilitar la entrada del agua a veces la pared de aguas debajo de la galeria se hace curva.Las cotas del fondo de la galeria se obtienen de la ecuacin de Bernoulli.x j dgVx i dgV + + + +2221212 2EJEMPLO DE APLICACIN Calcular la galeria para el caso anterior de la rejilla con: m b m L s m Q 10 . 2 64 . 0 / 5 . 03 La longitud total de la galera se divide en partes igualesx y el caudal en cada punto ser. bxQ Qx. x /b partes del caudal.xxQx238 . 010 . 25 . 0 s m gs Vf/ 88 . 1 04 . 0 81 . 9 3 3 >Asumimos:oV=1.0m/s( ) 1 . 419 . 010 . 2. 1 88 . 1 1 + + xxVXNo debe producir resalto al final de la galeria sea que el flujo debe ser subcritico. El caldo al final ser:mV LQd 42 . 0) 88 . 1 ( 64 . 05 . 0. 1 < F.! . 1 93 . 0) 42 . 0 ( 8 . 988 . 1.K Od gVF < El coeficiente de rugosidad se asume n = 0.03.para tomar en cuenta las perdidas adicionales que se producen por el flujo espiral y altamente turbulento en la galera. El calculo se realiza en forma tabulada como se indica a continuacin con las siguientes ecuaciones dividiendo el ancho b = 2.10 en tramos iguales como puede ser cada 0.2m y el ultimo como 0.1m.Y utilizando las formulas:d L p + . 2pAR 232..

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R An QS x S hf XQ VVQA LAd P R32RS0 0 1 0 0 0.64000.2 0.0476 1.0838 0.0439 0.0686 0.7772 0.0565 0.1471 0.04880.4 0.0952 1.1676 0.0815 0.1274 0.8948 0.0911 0.2023 0.03000.6 0.1428 1.2514 0.1141 0.1783 0.9966 0.1145 0.2356 0.02540.8 0.1904 1.3352 0.1426 0.2228 1.0856 0.1314 0.2582 0.02411.0 0.2380 1.4190 0.1677 0.2621 1.1641 0.1441 0.2747 0.02401.2 0.2856 1.5028 0.1900 0.2969 1.2339 0.1540 0.2872 0.02461.4 0.3332 1.5866 0.2100 0.3281 1.2963 0.1620 0.2970 0.02571.6 0.3808 1.6704 0.2280 0.3562 1.3524 0.1686 0.3050 0.02701.8 0.4284 1.7542 0.2442 0.3816 1.4032 0.1740 0.3115 0.02852.0 0.4760 1.8380 0.2590 0.4047 1.4493 0.1787 0.3171 0.03022.1 0.4998 1.8799 0.2659 0.4154 1.4708 0.1808 0.3195 0.0312fhfh gV22gVh df22+ + Cota l AlturaTota0 0.0510 0.0510 0.6706 1.27060.0098 0.0098 0.0599 0.1383 0.5833 1.18330.0120 0.0218 0.0696 0.2187 0.5029 1.10290.0152 0.0272 0.0799 0.2854 0.4362 1.03620.0192 0.0345 0.0910 0.3483 0.3734 0.97340.0240 0.0433 0.1027 0.4081 0.3136 0.91360.0296 0.0536 0.1152 0.4658 0.2559 0.85590.0360 0.0655 0.1284 0.5221 0.1995 0.79950.0432 0.0792 0.1424 0.5777 0.1439 0.74390.0514 0.0946 0.1570 0.6331 0.0885 0.68850.0605 0.1118 0.1724 0.6889 0.0328 0.63280.0654 0.1259 0.1803 0.7216 0.0000 0.6000Para encontrar la altura totalsea la distancia entre la parte superior de la rejilla hasta el fondo a los valores de la cota hay que sumar:El espesor de los barrotes 3.18cm.La inclinacin de la rejilla21.6cm.Una altura de seguridad 35.22cm.Total: 60.00cm.ALTURA MAXIMA DE AGUAS SOBRE LA CRESTA DEL AZUDPara el clculo de la mxima altura de aguas, consideramos de la formula propuesta por Francis:2311) ).(10( HnHL C Q Donde:Q = Gasto del vertedero en (m/s) y para la carga mxima= 8.5 m/seg.C = coeficiente de gasto para el perfil cimacio y de concreto = 2.2.n = numero de contracciones laterales(n = 0).H = altura de carga de las aguas antes de producirse la depresin del agua, considerndose a esta altura sobre la cresta del azud.Donde tenemos la Ecuacin final.231) ).( ( H L C Q 231) ).( 6 ( 2 . 2 8 H . 62 . 71 cm H CALCULO DE LOS ELEMENTOS HIDRAULICOS DE LA PRESAPara el calculo de los elent0os hidrulicos deL Azudse tenido en cuenta un perfil tal que se acomodaa la parbola de Creager, con el parapeto vertical aguas arriba y considerando la cada libre de los cuerpos para el escape y a partir de la coronacin del mismo. REQUISITOS QUE DEBE REUNIR UN AZUD1.- Estar protegido en sus estribos laterales, para contrarrestar en efecto de infiltracin, procurando que estas en caso de existir, tengan baja velocidad, tal que permita la sedimentacin de las partculas de arrastre, evitando de esta manera, que por incremento de la velocidadse produzca erosin en cualquiera de sus partes. Para cumplir con este requisito, se ha dado una longitud de estribos igual a 6.0m aguas arriba de la presa , y con relacin al fondo de cimentacin se deber llegar al afloramiento rocoso, el mismo que se encuentra a una profundidad media de 1.5m del lecho del ro.2.- procurar que el perfil del azud de los mximos valoresdel coeficiente de gasto "C", para lograr esta condicin se adoptara un perfil que sea semejante al perfil que forman las aguas en cada libre segn Creager3.- Deber tomarse encuenta para el zampeado o contraescarpe la accin de las aguas y las supresiones de estas a fin de evitar el efecto de socabamiento y retroexcavacin en caso de persistir este efecto debelan pretejerse mediante una escollera de proteccin al final del zampeado.4.- El azud debe ser estable ante la accin de fuerzas, tanto esttico como dinmicas que actan sobre el.DETERMINACION DEL PERFIL DEL AZUD De acuerdo a la ecuacin de la cada libre de cuerpos Creager ha determinado un cuadro coordenado. Este cuadro, considerado para una altura de agua de 1.0m sobre la cresta del azud, debe ser adoptado al caso particular nuestro, vale decir para una altura de aguas sobre el azud de 71.62cm Y H K Xn n. .1 Donde: X y Y = coordenadas del perfil de la cresta.H = altura total sobre la cresta del vertedorK y n = Coeficientes que dependen de la inclinacin de la superficie aguas arriba del vertedor, se puede hacer uso de la siguiente tabla:Donde: Xc =0.282HXy = 0.175H R2 =0.500HR1 =0.200HInclinacin = VerticalCuadro para una altura de agua de 1.00 ( H1 = 1.00)XOrdenada del azudOrdenada superior de la laminaOrdenada inferior de la lamina0.000.100.200.300.400.600.801.001.201.401.702.002.503.003.504.004.500.1260.0360.0070.0000.0070.0600.1420.2570.3970.5650.8701.2201.9602.8203.8204.9306.220-0.831-0.803-0.772-0.740-0.700-0.620-0.511-0.380-0.219-0.0300.3050.6930.1502.5003.6605.0006.5400.1260.0360.0070.0000.0070.0630.1530.2670.4100.5900.9201.3102.1003.1104.2605.6107.150Inclinacin K NVertical 2 1.853:1 1.936 1.003:2 1.939 1.813:3 1.873 1.776En nuestro caso particular, la altura de aguases de (0.716m) de tal manera que multiplicando estos valores por 0.716m se tiene el perfil requerido de la presa.XOrdenada del azudOrdenada superior de la lamina Ordenada inferior de la lamina0.0000.0720.1430.2150.2860.4290.5730.7160.8591.0021.2181.4321.7912.1492.5072.8653.2230.0900.0260.0050.0000.0050.0430.1020.1840.2840.4050.6230.8741.4042.0192.7363.5314.455-0.595-0.575-0.553-0.529-0.501-0.444-0.366-0.272-0.157-0.0210.2180.4960.1071.7912.6213.5814.6840.0900.0260.0050.0000.0050.0450.1090.1910.2940.4230.6590.9381.5042.2273.0514.0185.121En elsistema coordenado se ha considerado una zona redondeada para elinicio delperfil, para obtener elmximo caudal de aforo por la presa del vertedor asi mismo para evitar subpresiones en la zona de la cresta se ha dado al azud igual cota que la de lamina.CALCULO DE LA VENA FLUIDA AL PIE DE LA PRESA.-Para el clculo de la altura de la vena fluida al pie de la presa, obtenemos el gasto por metro lineal que corresponde:m s mLQq . / 33 . 1683 Y mediante la formula de perdida de energa se obtiene el valor de 2H (altura de la vena al pie de la presa).). .. ( 2323 / 1102 2222HHH q nH H g q Pero se tiene que: 2 0H H HC+ Donde:0H = altura del azud = 0.27m2H = altura de la profundidad al pie del azud.1H H HC + Donde:H= altura total de cada.1H = altura de la vena liquida por encima de la coronacin antes de la cada =0.716m.Para n asumimos el valor de Manning = 0.013 para concreto.En la formula propuesta y por el sistema de tanteos se procede al calculo de 2H . Con 2H = 0.3m obtenendremos:0H = 0.27m2H = 0.30m1H = 0716m 778 . 1 745 . 12< qH= 1.29mAsumimos el valor de 2H = 0.30 m.Para determinar el valor de 3H , la altura de aguas en el zampeado, se efecta mediante la formula correspondiente a los tirantes de agua conjugados, pare antes es necesario determinar la velocidad de llegada de las aguas al pie del azud para lo cual se utiliza la ecuacin de continuidad:AQV 2. / 44 . 430 . 0 0 . 60 . 8) (0 . 822s mH BV 75 . 1922 VFormula de tirantes conjugados:gH V H HH22222 23. . 24 2+ + m H 959 . 08 . 93 . 0 . 75 . 19 243 . 023 . 023 + + Lo que significa que se produce un resalto hidrulico, luego de la cada de aguas por la presa.Considerando la presin del agua en el escarpe, para determinar si se produce una ola estacionaria o una depresin, que se transmitira al final del contraescarpe erosionando esta zona por subpresiones se debe tener en cuenta que el valor3Hdebe ser:2. . 242 222223HgH V HH + m H 04 . 13 m H 04 . 13 Valor que es mayor alm H 959 . 03 calculado y deben considerarse las subpresiones en el escarpe y calcular la longitud del zampeado o cuenca amortiguador.CALCULO DE LA LONGITUD DEL ZAMPEADO O CONTRAESCARPE:Generalmente el azud esta separado del zampeado con una junta de construccin y por eso el calculo de este se hace independiente.Para el calculo de la longitud de zampeado se a efectuado muchos experimentos sobre modelos hidrulicos, de all la gran dificultad de asimilar las formulas propuestas Segn Schokolitsch es:) . ( 06122 / 1H c L 2 0H H H H + + 29 . 1 30 . 0 716 . 0 27 . 0 + + HEl valor del coeficientec varia de acuerdo al tratamiento del material empleado (generalmente concreto); Entre los parmetros 4 y 6 para el caso de nuestro diseo se adopta c =5 ( Concreto enlucido en el acabado).m L 47 . 3 ) 29 . 1 ).( 5 ( 06122 / 1 Segn Lindquist es: ) ( 52 3H H L m L 30 . 3 ) 3 . 0 96 . 0 ( 5 Segn Becerril es:210H L m L 0 . 3 ) 30 . 0 ( 10 Para determinar la longitud del escarpe influye el nmero de Froud, y se han establecido relaciones tales que cuando este nmero es superior a 4, la longitud del escarpe debe ser.35H L , cuando F igual o mayor que 4.59 . 2.2 H gVFComo F es menor que 4 no tomamos en cuenta esta consideracin. De estos valores tomamos el mayor:m m L 5 . 3 47 . 3 Teniendo en cuenta que todos los clculos se han efectuado nicamente para el caudal mximo 8.5m/s, el comportamiento de la ola estacionaria asi como la presencia de las subpresiones en el escarpe y contraescarpe, han de ser variables de acuerdo al caudal que fluye por la presa, y considerando adems la variedad de criterios en la determinacin de la longitud del contraescarpe, se adopta el mayor valor seaL =3.47, ESPESOR DEL ZAMPEADOEl espesor del zampeado " t "esta dado por:1 WhtSiendo:W = peso especifico del hormignh = subpresin en el punto considerado.El valor de t vara con la subpresin y por lo tanto comienza con un valor grande y termina tericamente en cero.Se recomienda que el valor mnimo no sea nunca inferior a 30cmAl comienzo del zampeado el grueso debe ser suficiente para resistir el impacto del agua que baja desde el azud. De acuerdo a Taraimovich este valor esta dado por:25 . 0 5 . 0. . 2 . 0 Z q t Dado:Z =diferencia de cotas entre las superficies de aguas arriba y bajo el azudq = caudal por unidad de ancho.En nuestro caso como no hemos hecho el anlisis de subpresin en cada punto tomaremos un valor promedio.. 40cm t CALCULO DEL DENTELLON AL FINAL DEL ZAMPEADOPara contrarrestar la erosin de las contrapresiones al final del contraescarpe se dotara a la presa de unos disipadores de energa, en forma de dentellones, que son los trampolines de decantamiento, desde los cuales el agua llegara a la escollera de proteccin.Para la determinacin de estos trampolines de lanzamiento no existe formula exactade tal manera que se utilizaran las proporciones propuestas por Gmez Navarro: en su obra "saltos y presas de agua"Figura 2.1 Bocatoma de fondo planta1 2 nLNN = Numero de espacios del sistema de lanzamiento en la formula:n = numero de disipadores Donde n se adoptara igual a 5 nmeros de disipadores.N =0.667Cuando se tiene un trabajo efectivo en los disipadores debe cumplirse lo siguiente:2 231 25 . 1 HnBN H 9 . 0 667 . 0 45 . 10 Cumple con la condicin.ResultadosAltura del azud sobre el nivel del piso aguas abajo = 27cmLongitud del contraescarpe = 3.5mLongitud de trampolines de lanzamiento = N = 0.7mAltura de trampolines de lanzamiento = 30cm.Figura 2.1 Bocatoma de fondo plantaDISEO DE BOCATOMA SUMERGIDATIPO CAUCASIANAEl agua es captada a travs de una rejilla colocada en la parta superior de una presa, que a su vez es direccionala en sentido normal de la corriente.El anchodeestapresapuedeser igual omenor queel anchodel ro. Enlasfiguras2.1, 2.2, 2.3seilustranlos elementos mas importantes de este tipo de bocatoma.La bocatoma de fondo indica en estas figuras que consta de:PRESALa cota superior esta al mismo nivel de la cota de fondo del rio. Construida generalmente de concreto ciclpeo, dentro de ella se encuentra el canal de aduccion 1.02.240.720.270.640.300.963.51.9Solado superiorSolado inferiorRejillaPresaCmara de recoleccinConduccin al desarenadorCompuertaVertedero de excesosTubera de excesosFigura 2.1 Bocatoma de fondo plantaSOLADOS O ENROCADO SUPERIOR E INFERIOR Ubicados aguas arriba y aguas debajo de la presa, tienen por objeto protegerla de la erosin .pueden ser construidos en concreto o enrocado.MUROS LATERALES.Encausan el agua hacia la rejilla y protegen los taludes. El ancho deestos muros depende de la estabilidad estructural. Siendo en concreto ciclpeo.El ancho de los muros puede ser de 60cm o menos; esto depende del estudio de la estabilidad de los mismos muros.Muro decontencinTubera de conduccinTapa de accesoCanal de aduccionNARejillaCmara de recoleccinVertedero de excesosTubera de excesosFigura 2.2 Bocatoma de fondo (corte transversal)Solado inferiorSolado superiorMuro de contencinPresaFigura 2.3 bocatoma de fondo (corte longitudinal)Canal de aduccinREJILLA.Esta es colocada sobre el cana l de aduccion que se encuentra dentro del a presa.La longitud de la rejilla y por lo tanto la del canal de aduccion puede ser menor que la longitud de la presa o el ancho de la garganta segn las necesidades del caudal que se ha de captar.El ancho mnimo es 40cm y el largo mnimo de 70cmdados para facilitar la operacin de limpieza y mantenimiento. Los barrotes y el marco pueden ser de hierro con reparacin entre barrotes de 5 a 10cm de los barrotes segn los esfuerzos que puedan admitir por el paso de materiales slidosCANAL DE ADUCCIN Recibe el agua a travs de la rejilla y entrega el agua captada a lacmara de recoleccin. Tiene una pendiente entre el1%yel 4%conel findedar unavelocidadmnimaadecuadaqueseasegurapararealizar laslaboresdede mantenimiento. Las secciones de este canal puede ser rectangular o semicircular es adems eficiente desde el punto de vista del funcionamiento hidrulico, la seccin rectangular es mas fcil de construir.CAMARA DE RECOLECCINGeneralmente es cuadrada o rectangular, con muros en concreto reforzado cuyo espesor puede ser de 30cm u una altura igual a la de los muros laterales. En su interior se encuentra un vertedero de excesos lateral que entrega el agua ha una tubera de excesos que regresa el agua al cause. Se debe dejar una tapa en la placa superior y una escalera para el acceso del personal de mantenimiento DISEO DELA BOCATOMA DE FONDODISEO DE LA PRESAEl primer paso para el diseo de la bocatoma es verificar que el caudal de diseo, caudal mximo diario, sea inferior al caudal mnimo del rio en el sitio de captacin. Con el fin el fin de obtener el caudal mnimo del rio se puede recurrir a datos de medicin de caudal en la cuenca, a mediciones de caudal directa o al estudio hidrolgico de la cuenca.La presa o garganta de la bocatoma se disean como un vertedero rectangular con doble contraccin cuya ecuacin es:23. 84 . 1 H L Q (1.1)Debido alas contracciones laterales, se debe hacer la correspondiente correccin de longitud del vert metro:

nH L L . 1 . 0' (1.2) Donde n es el nmero de contracciones laterales. La velocidad del agua al pasar sobre la rejilla ser: H LQVr1 0.3< V