Este documento presenta un análisis estructural de un aliviadero de demasías. Describe las fuerzas actuantes como fuerzas hidrostáticas, subpresión, peso de la estructura y sismo. Explica cómo calcular el peso de la estructura integrando las áreas de las franjas trapezoidales en que se dividió. También menciona datos como los pesos específicos del agua, concreto y suelo, así como el coeficiente de fricción y esfuerzo unitario de corte considerados para el análisis.

1. ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
OBRAS HIDRÁULICAS
Dr. Ing. Coronado Zuloeta Omar

2. ALIVIADERO DE
DEMASIAS
ANALISIS ESTRUCTURAL DE ALIVIADERO DE DEMASIAS
ALIVIADERO DE
DEMASIAS

3. FUERZAS ACTUANTES (por ml)
 FUERZAS HIDROSTATICAS (FH)
Tiene 2 componentes.
Fv = Peso del agua
sobre el paramento
de aguas arriba y es
vertical.
FH = Fuerza horizontal:
𝑭𝑯 = 𝟎. 𝟓 𝜹 𝑯𝟐
Punto de aplicación
Yn = h/3
Donde:
δ = Peso especifico del agua

4. Cuando se tiene caudal máximo encima del barraje:
P1 = δ Ho
P2 = δ H
Entonces:
𝐹𝐻 = (
𝑃1 + 𝑃2
2
)𝑃
Y su Punto de aplicación:
𝑌𝑛 =
𝑃 (2𝑃1+𝑃2)
3(𝑃1+𝑃2)

5.  FUERZA DE SUPRESIÓN (Sp) : actúa
en la base del plano en estudio del
aliviadero de abajo hacia arriba.
Supresión
𝑆𝑝 = 𝐶𝛿′′
𝐻2
2
C = coeficiente que depende del tipo
de suelo.
C <1 (Arena y limo)
H = Altura total del agua.
δ’’ = peso especifico del agua sin
sedimentos ( filtrado) 1000 Kg/m3
Cuando se tiene caudal encima del
barraje:
𝑆𝑝 =
0.5 𝐶 𝛿′′(𝐻 + ℎ′
)
𝐿
Punto de aplicación:
𝑋𝑠 =
2𝑎 + 𝑏 𝐿
(3𝑎 + 3𝑏)
Dónde:
a = δ’’ h’ , b = δ’’H

6.  PESO DE LA ESTRUCTURA (W):
W = δ’’° V
δ’’° = Peso específico del material: 2400 Kg/m3 (concreto)
V= Volumen de la estructura en metro del ancho.
El área se calcula integrando las áreas parciales de las franjas
verticales trapezoidales en que se a dividido toda la estructura
refiriéndola a los ejes X – Y

7. 𝑋𝑐 =
ℎ(2𝑎 + 𝑏)
3(𝑎 + 𝑏)
𝑋𝑐 =
σ 𝐴𝑥
𝐴𝑇
𝑌𝑐 =
(𝑎 + 𝑏)2
−𝑎𝑏
3 (𝑎 + 𝑏)
𝑌𝑐 =
σ 𝐴𝑦
𝐴𝑇

8. cuando se produce sismo este
repercute tanto en la masa del
agua del embalse así como de la
misma estructura.
 SISMO
Para la estructura Los
Componentes de la
fuerza de sismo son.
Sv = 0.03 W
Sh = 0.10 W
La fuerza del sismo sobre
el agua, que a su vez
repercute sobre la
estructura es:
Esfuerzo del sismo:
Ve = 0.726 Pe Y
Pe = C T δ h
Ve = Valor total de la Fuerza Horizontal
Pe = Esfuerzo del sismo a la profundidad del agua
(1b/pie2).
C = Coeficiente adimensional que da la
distribución y magnitud de las presiones.
δ = peso específico del agua

9. Requisitos de estabilidad de la
estructura.
Esfuerzos de compresión en la
estructura:
Esfuerzos de compresión en la
cimentación:
Fuerzas de Deslizamiento.
F.S =
σ 𝐹𝑉
σ 𝐹𝐻
>= 4
Donde:
σ 𝐹𝑉 = Suma de fuerzas resistentes.
σ 𝐹𝐻 = Suma de fuerzas actuantes.

10. POSA DISIPADORA DE ENERGÍA
Debido a la colocación del barraje vertedero en el cauce del río se
genera un incremento de energía potencial que, al momento de verter el
agua por encima del barraje se transforma en energía cinética que causa
erosión y por lo erosivo se construyen estructuras de disipación.
1. Longitud del Solado o Colchón Disipador
A continuación se describe el cálculo de la
disipación de energía basada en la longitud del
colchón disipador y de los tirantes conjugados (d1 y
d2) necesarios para la formación apropiada del salto
hidráulico.
BOCATOMA RACARRUMI
POSA DISIPADORA
ALIVIADERO DE DEMASÍAS

11. 𝐸𝑜 = 𝐶𝑜 + 𝑃 + 𝐻 + 𝑉𝐻
2
/2𝑔 (2.1)
𝐸1 = 𝐶1 + 𝑑𝑙 + 𝑉1
2
/ 2𝑔 (2.2)
Par Bernoulli : 𝐸𝑜 = 𝐸𝑙 + ℎ𝑓 0−1 (2.3)
Reemplazando (3.18) y (3.19) en (3.20)
𝐶𝑜 + 𝑃 + 𝐻 + 𝑉𝐻
2
/ 2𝑔 = 𝐶1 + 𝑑1 + 𝑉1 2 / 2𝑔 + ℎ𝑓0−1
𝑉1
2
/ 2𝑔 = 𝐶𝑜 – 𝐶1 + 𝑃 + 𝐻 + 𝑑1 + 𝑉𝐻
2
/ 2𝑔 – ℎ𝑓0−1
𝑉1 = (2𝑔 𝑥 (𝐶𝑜 − 𝐶1 + 𝑃 + 𝐻 – 𝑑1 + 𝑉𝐻
2
/ 2𝑔 – ℎ𝑓0−1))1/2
(2.4)
Donde:
Co : cota del terreno en 0
C1 : cota del colchón disipador
P : altura del barraje
H : altura de lámina vertiente
d1 : tirante del río al pie del talud
ℎ𝑓0−1: pérdida por fricción entre 0 y 1
VH : velocidad en Ia cresta del barraje
vertedero
V1 : velocidad al pie del talud

12. Para resolver (2.4) es necesario asumir ciertos valores tales como:
𝑟 = (𝐶𝑜– 𝐶1), (entre 0.5 y 1.0 m.) (2.5)
ℎ𝑓𝑜−1 = (0.1 𝑥𝑉𝐻2/2𝑔), (en mts.)(2.6)
𝑑1 = 0.1 𝑚. (2.7)
Reemplazando (2.5) y (2.6) en (2.7)
𝑉1 =
2𝑔∗ 𝑟+𝑝+𝐻–𝑑1+
0.9∗𝑉𝐻
2
2𝑔
2
(2.8)
Este valor calculado por la ecuación (2.8) necesita una comprobación, ya que:
𝑉1 =
𝑄1
𝐴1
=
𝑄1
𝑏1.𝑑1
=
𝑞1
𝑑1
(2.9)
Donde:
𝑞1 =
𝑄1
𝑏1
(2.10)
De (3.26) se tiene:
𝑑1 =
𝑞1
𝑉1
(2.12)
Si d1 obtenido en (2.12) es muy cercano al dl supuesto (en 2.7) se prosigue al siguiente paso, o sea cálculo de d2,
en caso contrario se volverá a tantear con otro d1.

13. 𝑑2 = −
𝑑1
2
+
𝑑12
4
+ 2𝑥
𝑉12
𝑔
𝑥 𝑑1
2
(2.13)
Comprobando:
𝑑2 = 𝑑𝑛 + 𝑟 (2.14)
Donde:
dn : tirante normal en el río
r : profundidad del colchón disipador
La condición (2.14) pocas veces se presenta, por lo que para buscar un salto
sumergido en el colchón disipador, se acepta que:
𝑑𝑛 + 𝑟 = 1.15 𝑥 𝑑2 (2.15)
Calculo del tirante conjugado d2

14. Cálculo de la longitud del colchón disipador
Conocidos los tirantes conjugados (d1 y d2) es posible
calcular la longitud necesaria para que se produzca el salto
hidráulico.
𝐿 = (5 𝑎 6) 𝑥 (𝑑2 − 𝑑𝑙 ) (216)
𝐿 = 6 𝑑1 ∗ 𝐹1,
siendo
𝐹𝑙 =
𝑉1
𝑔 𝑥 𝑑
∗
1
2
(2.17)
𝐿 = 4𝑑2 (U.S. Bureau of Reclamation) (2.18)
Y el método gráfico de U.S. Bureau of Reclamation. (ver
gráfico de la figura 2).

15. CANAL DE LIMPIA:
𝑉0= 1.5 ∗ 𝑐 ∗ 𝑑
1
2 = 1.5 ∗ 𝑉
Ancho del canal de limpia
se puede obtener de la relación:
• 𝐵 = 𝑄𝐶/𝑞
• 𝑞 = 𝑉𝐶
3
/𝑔
canal de limpia de bocatoma Miraflores

16. PILARES:
PILARES

17. ANEXO I: BOCATOMA MIRAFLORES – PROYECTO OLMOS
1. Ubicación y accesos
Departamento: Lambayeque
Provincia: Lambayeque
Distrito: Olmos
Políticamente, las obras están ubicadas en el departamento de Lambayeque, provincia de
Lambayeque, distrito de Olmos. Geográficamente, se ubican entre las coordenadas E 643 850
– 595 000 y N 9 344 900 – 9 311 500 del sistema WGS84; en altitudes, el emplazamiento de
las obras van desde los 220 msnm en la bocatoma Juliana, hasta 50 msnm que corresponde al
límite oeste de las Tierras Nuevas.
Datos Generales del Contrato de Concesión
 Tarifa de agua
La tarifa de agua será US$0.07/m³.
 Tiempo de Concesión.
El tiempo de concesión es de 25 años.
Rio Olmos
Canal derivador
Bocatoma Miraflores

19. 1. Obra de captación
La obra de captación está dimensionada para
derivar un caudal de 22 m3 /s, de los cuales 20
m3 /s corresponden a la demanda de riego y 2
m3 /s están reservados para realizar la purga
hidráulica del Desarenador, sin afectar el
suministro de la demanda.
2. Bocal de captación
El bocal de captación, se aloja en el lado derecho del aliviadero
de compuertas, tiene una longitud de 11.90 m que incluye tres
ventanas de captación controladas por un vertedero de ingreso
tipo “Ogge” de 2.90 m de longitud, en cuyo lavadero, de 6.00 m
de largo y ubicado en la cota 139.00, se aloja una estructura de
ataguías y tres cuerpos de rejillas para el material fino de 3.50 x
5.00 m
3. Obra de regulación
Tiene una longitud de 5.10 m, dentro de la cual se
alojan tres compuertas tipo Vagón de 2.00 x 2.60
m que serán operadas desde un puente de
maniobras ubicado en la cota 146.50.
4. Conducto de cruce
El cruce con el río Olmos y el dique de la margen derecha, se
realiza mediante tres conductos de 2.00 m de ancho por
2.82/2.62 m de altura y 118.50 m de longitud, cuyos 99 m
iniciales forman parte del vertedero de cresta ancha del barraje
fijo.

20. PLANO EN PLANTA – BOCATOMA MIRAFLORES

26. EJEMPLO DE DISEÑO ESTRUCTURAL DE ALIVIADERO DE DEMASIAS:
Realizar el análisis estructural del siguiente aliviadero de Demasías:
1. Datos generales:
*Barraje a base de concreto ciclopeo, cuyo peso especifico es de (Pc) : 2.3 Tn/m³
*Coeficiente de friccion entre suelo y el concreto según recomendaciones
este valor esta entre 0.5 y 1,
tomaremos : 0.70 usaremos canto rodado
*Máximos esfuerzo unitario de corte V = 6.00 Kg/cm
*Capacidad de la carga de la arena = 2.65 Kg/cm²
en nuestro caso predominan las arenas limo-arcillosas
*Peso especifico del agua con sedimentos y elementos flotantes 1.90 Tn/m³
*Peso especifico del agua filtrada (Pf) = 1.00Tn/m³
*Peso especifico del agua igual (Pa) = 1.45Tn/m³

27. SOLUCIÓN:
1. Análisis cuando el nivel de agua es igual al nivel del cimacio:
Fh =Fuerza hidrostática
Ea =Empuje activo del suelo en suelo friccionante
W =Peso de la estructura
W´ =Peso del agua
Sp =Sub - Presion
Sh =Componente horizontal de la fuerza sismica
Sv =Componente vertical de la fuerza sismica
Ve =Empuje del agua sobre la estructura ocacionado por aceleracion sismica y Momento Me.
Me =Es el momento que produce la fuerza Ve.

29. d.- Peso de la Estructura (W):
Se calculará integrando las áreas paralelas a las franjas verticales trapezoidales
en que se ha dividido la estructura diferenciándola a los ejes x - y.

30. Nº Áreas h a b X (m) Y (m) A*X A*Y
1 0.5528 0.385 1.350 1.350 4.008 0.675 2.215 0.373
2 0.6757 0.385 1.650 1.650 3.623 0.825 2.448 0.557
3 0.8762 0.250 3.350 3.430 3.305 1.695 2.896 1.485
4 0.7997 0.250 3.396 3.430 3.055 1.707 2.443 1.365
5 0.7872 0.250 3.320 3.396 2.805 1.679 2.208 1.322
6 0.7644 0.250 3.205 3.320 2.556 1.631 1.954 1.247
7 0.7336 0.250 3.055 3.205 2.306 1.565 1.692 1.148
8 0.6938 0.250 2.665 3.055 2.058 1.432 1.428 0.994
9 0.6668 0.250 2.640 2.665 1.805 1.326 1.204 0.884
10 0.5885 0.250 2.385 2.640 1.557 1.257 0.916 0.740
11 0.5253 0.250 2.095 2.385 1.308 1.122 0.687 0.589
12 0.4538 0.250 1.778 2.095 1.058 0.970 0.480 0.440
13 0.3778 0.250 1.465 1.778 0.809 0.813 0.306 0.307
14 0.3158 0.250 1.243 1.465 0.558 0.679 0.176 0.214
15 0.2712 0.250 1.081 1.243 0.308 0.582 0.084 0.158
16 0.2738 0.250 0.959 1.081 0.057 0.511 0.016 0.140
17 0.2134 0.250 0.869 0.959 -0.193 0.457 -0.041 0.098
18 0.1954 0.250 0.806 0.869 -0.443 0.419 -0.087 0.082
19 0.1836 0.250 0.767 0.806 -0.694 0.393 -0.127 0.072
20 0.2184 0.246 0.750 0.767 -0.943 0.379 -0.206 0.083
Total 10.1672 20.6914 12.2988

33. En la superficie de agua: Me = 0
En el fondo del aliviadero: y = 0.8 m
h = 0.8 m
y / h = 1
Para el Paramento Vertical: C= 0.73 (Ver figura 14 y 15)
l = 0.32 (Escala Mercalli Modificado)
g = 90.48 lb/pie3
h = 2.62 m. pies
Reemplazando estos valores en la ecuaciones anteriores:
Pe = 55.46 lb/pie2
Ve = 105.65 lb/pie
Me = 114.18 lbs
Transformando unidades en un ancho de 1 m:
Ve = 0.16 Tn
Me = 0.05 Tn -m

34. Análisis de la Estructura:
a)Ubicación de la Resultante:
Tomando Momentos respecto a C.M (Ver Figura)
Fuerza Brazo Momento
Fh 0.46 Tn 0.57 m -0.26
Ea 0.98 Tn 0.34 m -0.33
Sp 1.68 Tn 2.80 m -4.70
Sh 2.34 Tn 1.21 m -2.83
Sv 0.70 Tn 2.04 m -1.43
Ve 0.16 Tn - -0.05
W 27.05 Tn 3.527 m 95.41
W´ 3.69 Tn 5.89 m 21.73
S Fza H 3.94 Tn S Mts (-) -9.60
S Fza V 28.36 Tn S Mts (+) 117.14
XR= 3.79 m

36. 4.-Factor de Seguridad al Volteo:
FS= S Mts (+) > 1.50
S Mts (-)
FS= 12.20 > 1.5
5.-Factor de Seguridad al Deslizamiento:
Fr = S Fx Tgf
Donde Tg f = 0.2
Fr = 5.67 Tn < 3.94 Tn
Entonces se considera el Dentellón (elemento de concreto), como parte integrante del ali-
viadero formando una sola mole, con la finalidad de evitar el deslizamiento de la estructura, así como
disminuir en cierto grado la magnitud de las filtraciones a través de la cimentación.

37. DISEÑO HIDRAULICO DE UN PILAR:
1. LA PUNTA O TAJAMAR
2. ALTURA DEL PILAR
𝐻𝑝 = 1.25(𝑃 + 𝐻𝑜)
3. ESPESOR DEL PILAR
𝑒 = 𝐿/4 ; 𝐿: 𝑙𝑢𝑧 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑝𝑖𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠
4.LONGITUD DEL PILAR:
En el sentido de la corriente debe ser por los menos hasta la terminación de la
poza.
PILARES DE TAJAMAR
FORMA Ka
Cuadrado 0.02
Redondo 0.01
Triangular 0.00
PILARES

38. ANALISIS ESTRUCTURAL DE UN PILAR:
1. CALCULO DE LAS FUERZAS ACTUANTES
2. ESTABILIDAD DE LA ESTRUCTURA:
DESLIZAMIENTO: FSD≥1.5
VOLTEO: FSV≥2
3. DISEÑAR EL REFUERZO DE SER NECESARIO
Detalleen plantade las fuerzas que actúan
en el pilar.

39. COMPUERTAS:
𝐴𝐶𝐿 = (1 − 2)𝐴𝑉𝐶
COMPUERTAS
𝐴𝐶𝐿 = 𝐴𝐴𝐿/10

40. EJEMPLO DE DISEÑO DE PILARES:
DATOS:
L =Luz libre entre pilares (L = 3.50m)
Tajamar = 0.90 m
Cimacio = 5.83 m
Estanque = 11.50 m
P=1.40M
Ho=1.354
PESO DEL PILAR= 195.391 T
XCG=9.215M
YCG=2.578M
1. DIMENSIONAMIENTO:
𝑟 = Τ
𝑒 2 = Τ
0.90 2 = 0.45𝑚
𝐻𝑡 = 1.25(𝑃 + 𝐻𝑜)
Longitud del pilar:
Longitud total = 18.23 m
𝑒 = Τ
𝐿 4

41. 2. ANALSIS ESTRUCTURAL DEL PILAR:
FUERZA (Ton) BRAZO (m) MOMENTO (Ton-m)
w = 199.84 0.45 89.928
SH =-19.98 2.578 -51.508
Sv =-9.992 0.45 -4.496
~-,
Ve=-21.97 ----- - -20.55
Fh=-64.79 0.757 -49.053
Sp=-9.32 0.6 -5.592
ΣFh=-106.75 ΣM(+) =89.93
ΣFv= 180.53 ΣM(-) =-131.19
𝑋 =
𝑀𝑟 − 𝑀𝑎
Σ𝐹𝑣
=
)
89.93 − (−131.19
180.53
= 1.22𝑚

42. 3. Refuerzo del pilar:

43. DISEÑO DE LA PANTALLA¨: