DISEO DE BOCATOMA SOBRE RIO PIENTA

Presentado por:

Carlos Andrs Martnez Cd. 2080192

Juan Sebastin Gmez Cd. 2080191

Camilo Antonio Ballesteros Cod.2080190

Presentado a:

Ing. Luis Fernando Castaeda

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERIAS FISICOMECNICAS

ESCUELA DE INGENIERA CIVIL

DISEO DE HORMIGON ARMADO I

BUCARAMANGA 26 DE AGOSTO DE 2011

MARCO TEORICO

Una bocatoma lateral es muy utilizada cuando la fuente de aprovechamiento posee un caudal

relativamente grande. El sitio donde se va a ubicar esta se selecciona donde la estructura quede a

una altura conveniente del fondo y, ubicada al final de las curvas, en la orilla exterior, y en lugares

protegidos de la erosin o socavacin.

Para asegurar un nivel mnimo de las aguas, se debe proyectar un muro normal o inclinado con

respecto a la direccin de la corriente, adems de muros laterales para proteger y acondicionar la

entrada del agua al conducto y para colocar los dispositivos necesarios para regular el flujo o

impedir la entrada de materiales indeseables.

La informacin hidrolgica que se refiere a los gastos mximos permite asegurar una debida

proteccin de la estructura contra las avenidas. La informacin de los gastos mnimos garantiza la

seleccin de un caudal a captar, adecuado a los niveles mnimos de corriente.

ENUNCIADO

Problema: Construccin de una bocatoma lateral sobre el Rio Pienta.

Un grupo de ingenieros escogi el sector donde localizar la bocatoma. Este es un sitio en donde se

garantiza agua durante todo el ao y se conoce el caudal mximo y mnimo del Rio Pienta,

medidos en la estacin hidrometerolgica Charal No 2402. El caudal mximo medido en esta

estacin corresponde a 350 m3/s y el caudal mnimo corresponde a 8 m3/s. Con los caudales

mximo y mnimo usted debe estimar los niveles mximo y mnimo de la bocatoma.

El caudal de diseo para la Bocatoma es de 120 l/s, con fines prcticos, para que las dimensiones

de esta no queden tan pequeas.

BOCATOMA

La bocatoma lateral debe tener un caudal de diseo de 120 L/s.

Caractersticas del ro:

El rio presenta una pendiente suave

Presenta una cota de fondo de 1275.3 m.s.n.m

Los caudales mximos y mnimos son de 350 [m/s] y 8 [m/s] respectivamente.

Se utiliz la herramienta HEC-RAS para el clculo de las profundidades mximas y mnimas:

En la siguiente grafica se muestra la profundidad para el caudal mximo sobre todo el rio

Tambin se muestra la profundidad para el caudal mnimo sobre el rio.

El programa tambin nos permite observar la profundidad para el caudal mximo sobre la seccin

donde estar ubicada la bocatoma:

Al igual que para el caudal mnimo la profundidad es la siguiente:

Reach River Sta Profile Q Total Min Ch El W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude # Chl

(m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m)

aguasabajo 200.327 max 350 1275.6 1277.95 1277.63 1278.28 0.005912 2.8 152.47 118.71 0.74

aguasabajo 200.327 min 8 1275.6 1276.14 1276.1 1276.23 0.021562 1.48 6.18 24.97 1.03

aguasabajo 194.926 max 350 1275.6 1277.92 1278.25 0.005547 2.76 152.4 115.97 0.72

aguasabajo 194.926 min 8 1275.6 1276.07 1276.15 0.011587 1.29 7.21 25.84 0.79

aguasabajo 188.706 max 350 1275.6 1277.91 1278.21 0.004581 2.62 159.14 114.37 0.66

aguasabajo 188.706 min 8 1275.6 1276 1276.07 0.013878 1.26 7.08 29.74 0.84

aguasabajo 181.483 max 350 1275.52 1277.9 1278.17 0.003802 2.48 166.95 112.78 0.61

aguasabajo 181.483 min 8 1275.52 1275.95 1275.99 0.006183 0.93 9.46 35.78 0.57

aguasabajo 175.09 max 350 1275.3 1277.91 1278.14 0.002884 2.27 182.99 112.87 0.54

aguasabajo 175.09 min 8 1275.3 1275.94 1275.96 0.00202 0.61 14.43 45.01 0.34

aguasabajo 167.142 max 350 1275.3 1277.88 1278.11 0.003066 2.32 177.03 110.81 0.56

aguasabajo 167.142 min 8 1275.3 1275.92 1275.94 0.002385 0.67 13.45 39.75 0.37

aguasabajo 159.23 max 350 1275.3 1277.85 1278.09 0.002747 2.3 178 109.43 0.53

aguasabajo 159.23 min 8 1275.3 1275.89 1275.92 0.002816 0.76 10.6 29.96 0.41

aguasabajo 149.87 max 350 1275.3 1277.73 1278.05 0.003296 2.57 149.7 107.04 0.58

aguasabajo 149.87 min 8 1275.3 1275.85 1275.88 0.006589 0.86 9.33 41.42 0.58

aguasabajo 139.34 max 350 1275.3 1277.64 1278.01 0.003773 2.73 141.87 109 0.62

aguasabajo 139.34 min 8 1275.3 1275.75 1275.8 0.008477 1 8.02 34.35 0.66

aguasabajo 129.758 max 350 1275.3 1277.54 1277.97 0.004601 2.92 132.63 111.72 0.68

aguasabajo 129.758 min 8 1275.3 1275.68 1275.72 0.007727 0.92 8.66 38.77 0.62

aguasabajo 120.065 max 350 1275.3 1277.52 1277.92 0.004058 2.85 142.06 114.8 0.65

aguasabajo 120.065 min 8 1275.3 1275.56 1275.62 0.014028 1.11 7.19 38.15 0.82

aguasabajo 108.05 max 350 1275 1277.43 1277.86 0.004241 2.97 136.98 114.39 0.66

aguasabajo 108.05 min 8 1275 1275.43 1275.48 0.010083 1.03 7.76 35.99 0.71

aguasabajo 101.49 max 350 1275 1277.38 1277.83 0.004314 3.04 134.34 114.98 0.67

aguasabajo 101.49 min 8 1275 1275.4 1275.43 0.005118 0.77 10.44 45.38 0.51

aguasabajo 94.651 max 350 1274.73 1277.41 1277.79 0.003183 2.79 152.4 118.44 0.59

aguasabajo 94.651 min 8 1274.73 1275.39 1275.4 0.001533 0.52 15.4 48.66 0.29

aguasabajo 87.13 max 350 1274.7 1277.41 1277.75 0.002929 2.72 161.47 118.75 0.57

aguasabajo 87.13 min 8 1274.7 1275.38 1275.4 0.000846 0.46 17.48 42.98 0.23

aguasabajo 79.413 max 350 1274.7 1277.29 1277.72 0.004207 3.03 145.44 113.79 0.67

aguasabajo 79.413 min 8 1274.7 1275.36 1275.38 0.002149 0.66 12.08 34.13 0.36

aguasabajo 68.292 max 350 1274.7 1277.27 1277.67 0.00373 2.93 148.35 114.61 0.63

aguasabajo 68.292 min 8 1274.7 1275.36 1275.37 0.000795 0.47 17.2 38.97 0.22

aguasabajo 57.413 max 350 1274.7 1277.23 1277.62 0.003629 2.88 150.13 114.09 0.62

aguasabajo 57.413 min 8 1274.7 1275.35 1275.36 0.000808 0.46 17.27 39.94 0.22

aguasabajo 47.195 max 350 1274.7 1277.21 1277.58 0.003318 2.8 152.76 107.88 0.6

aguasabajo 47.195 min 8 1274.7 1275.34 1275.35 0.000561 0.41 19.72 42.27 0.19

aguasabajo 33.264 max 350 1274.7 1277.14 1276.72 1277.53 0.003925 2.92 151.58 116.86 0.65

aguasabajo 33.264 min 8 1274.7 1275.33 1275.34 0.001247 0.51 15.7 43.89 0.27

aguasabajo 24.289 max 350 1274.7 1276.8 1276.79 1277.45 0.009227 3.73 112.39 100.4 0.95

aguasabajo 24.289 min 8 1274.7 1275.29 1275.32 0.003335 0.76 10.5 33.4 0.43

aguasabajo 13.362 max 350 1274.7 1276.71 1276.71 1277.34 0.010066 3.66 112.71 107.7 0.97

aguasabajo 13.362 min 8 1274.7 1275.24 1275.28 0.004777 0.84 9.91 37.03 0.51

aguasabajo 3.652 max 350 1274.79 1276.45 1276.6 1277.21 0.015135 4.07 100.67 101.84 1.16

aguasabajo 3.652 min 8 1274.79 1275.09 1275.09 1275.18 0.027435 1.32 6.26 37.04 1.1

Zona de inundacin para el caudal mximo:

Zona de inundacin para el caudal minimo:

Diseo de la rejilla

Se debe disear la rejilla con las siguientes especificaciones para que la bocatoma sea eficiente:

Reja de varilla de 1 de dimetro separadas a 1, por lo cual retendr material de

dimetro mayor al de 1.

El ngulo de inclinacin q con la horizontal ser de 60 con el fin de obtener una limpieza

mecnica.

El vertedero se diseara como vertedero frontal de cresta delgada, pero con

consideraciones y expresiones utilizadas para vertedero lateral.

Perdidas en la rejilla:

Se presentan perdidas pequeas debido a la velocidad de aproximacin del flujo. Se deben calcular

las prdidas para conocer la longitud efectiva del vertedero.

Una expresin de frecuente uso es la siguiente:

Donde:

La velocidad de aproximacin para una limpieza mecnica de la rejilla se toma de la tabla con un

valor de

.

Ahora podemos calcular la carga de velocidad:

Luego nos disponemos a calcular la perdida de carga de la siguiente manera:

Se aproxima h= 3 [cm]

Al prever la obstruccin de la rejilla por arrastre y acumulacin de material flotante y en

suspensin, las prdidas se deben afectar por un factor de seguridad de 2 a 3 veces.

Seleccionamos un factor de seguridad de 3 y nos queda que .

Se asume una carga sobe la cresta del vertedero H= 0.35 [m], por consiguiente tenemos que el

nivel del agua dentro de la caja de derivacin es por encima de la cresta del

vertedero.

Asumimos que el vertedero trabaja sumergido, en este caso se usa la ecuacin de Villemonte:

Donde:

De la expresin de Villamonte y despejando

[

]

Ahora de la ecuacin de Francis para vertederos de pared delgada y flujo libre se tiene que:

Despejando el valor de la longitud efectiva se tiene que:

Con esta longitud podemos calcular el nmero de varillas en la rejilla de la siguiente manera:

Cuando se produzcan niveles distintos al mnimo, la caja de derivacin rebosara, pero el caudal a

pasar por el desarenador ser controlado por el vertedero de excesos dispuesto en el mismo.

Cota nivel mnimo del rio = 1275.89 [m]

Cota del vertedero de la bocatoma = cota nivel mnimo del rio carga sobre el vertedero= 1275.89

0.35 = 1275.54 [m].

Diseo de cmara de derivacin:

La cmara de derivacin tendra unas dimensiones en planta de 2 m*1.5 m a fin de permitir la

maniobrabilidad de vlvulas y hacer cmodo el mantenimiento.

Diseo de la lnea de aduccin:

Un procedimiento sencillo para disear la lnea de aduccin en este tipo de bocatomas es

disearla como un orificio sumergido.

Asumimos una tubera de salida de 12.

El diseo de la bocatoma con sus respectivas medidas se mostraran en el plano anexo.

CONCLUSIONES

Antes de disear una bocatoma, es necesario garantizar mediante estudios previos, usan

datos histricos de las caractersticas de la cuenca, que el rio tiene la capacidad de

abastecimiento el proyecto todo el ao.

El diseo de la estructura hidrulica, debe realizarse para poder afrontar los fenmenos

extremos, en este caso para un caudal mximo y uno mnimo. Ya que en estos dos puntos

es donde ms esta solicitada la estructura, y resulte optimo el proyecto.

El uso de software especializado en la rama de ingeniera civil, y en nuestro caso

especfico, en la hidrulica aplicada al diseo de estructuras, agiliza y da un mayor grado

de precisin, en el proceso de elaboracin y diseo de un proyecto. En nuestro caso el

software utilizado fue el AutoCAD, Hec- Ras, HecGeo-Ras y Arcview.

BIBLIOGRAFIA

Manual bsico de Hec-Ras

Libro de Acueductos de Fredy Hernn Corcho Romero

ANEXO

Anexo a este trabajo se entrega, el plano impreso del diseo de la Bocatoma lateral utilizada en

este proyecto y un Cd con las memorias del procedimiento realizado en el diferente software para

la ejecucin de este proyecto.