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E TRU TURAL DE RU E A RE DE 45M
PROYECTO:
“CONSTRUCCION DE UNA TRASVASE E INSTLACIÓN DE TUBERÍA HDPE PARA RIEGO EN SHECTA INDEPENDENCIA – HUARAZ - ANCASH”
UBICACIÓN:
SHECTA - INDEPENDENCIA - HUARAZ
SISTEMA DE RIEGO:
CANAL QUISUAR QUISUAR
DATOS GENERALES GENERALES PARA INICIAR EL DISEÑO DISEÑO GEOMETRIA DEL CRUCE Longitud Total del Puente(L) Longitud de la Flecha(f) Sugerida Por Proceso Constructivo Redondear flecha (f) Long. Min. de la pendola (a) Espaciamiento entre Péndolas(l) Separación entre el anclaje1 y torre 1(L1) Separación entre el anclaje 2 y torre 2(L2) Cota de la rasante del terreno a la entrada (torre1) (torre1) Cota de la rasante del terreno a la salida (torre2) Cota del anclaje 1 Cota del anclaje 2 Altura de las torres (H T )(Sugerida) Altura de la Torre 1 Altura de la Torre 2
CARACTERÍSTICAS DEL TUBO HDPE Norma Aplicable
iso 4427, PE 100
Presión Nominal Diámetro Nominal mm
SDR 26 PN6
Espesor de tubo (mm)
4.2
D interno (mm)
101.6
Peso del Tubo (Kg/m) Módulo de elasticidad (MPa)
1.412
110
1400
45.0 4.5 4 .5 0 .4 3 .0 7.00 7.00 3862.00 3862.00 3864.00 3864.00 4.9 3.00 3.00
m m m m m m m msnm msnm msnm msnm m m m
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E TRU TURAL DE RU E A RE DE 45M METRADO DE CARGAS
CARGA VIVA: En la carga viva se consideran las siguientes cargas: Carga de montaje y de futuras reparaciones durante la etapa de operación, debido al tamaño de la tubería, no se considera ninguna sobrecarga Sobre carga Ancho Tributario: Carga Distribuida por metro
0.00 Kg/m2 0.11m 0.00 Kg/m
CARGA DE VIENTO: Se calcula según lo estipulado en la norma E 020 Cálculo de la velocidad del viento: .
10
Donde: Vh: Velocidad de Diseño en la altura h, en km/h. V: Velocidad de diseño hasta 10m de altura en km/h. h: altura sobre el terreno en metros Para la zona del proyeto V es 55km/h V= h= Vh=
55.00 Km/h 7.00m 50.85 Km/h
Con la velocidad estimada del viento se calcula la presión generada P en Kgf/m2 0.005
C: 0.8 para barlovento y -0.6 para sotavento V= Cbarlov. Csotav. Pbalov. Psotav.
50.85 Km/h 0.8 -0.6 10.34 Kg/m2 -7.76 Kg/m2
Para el caso de la tubería, la presión generada en el barlovento tendrá la misma dirección que la succión generada en el sotavento, por lo que para propósitos prácticos se sumarán dichos valore, la sobrecarga generada actua en la dirección HORIZONTAL P
18.10 Kg/m2
Sobre carga Ancho Tributario: Carga Distribuida por
18.10 Kg/m2 0.45m 8.14 Kg/m
Con lo que se obtiene:
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CARGA MUERTA: En la carga muerta se consideran las siguientes cargas:
a) Peso de la Tubería: Para el diámetro y tipo de tubería utlizada el peso es el siguiente: W tubería 1.41 Kg/m b) Peso del Agua Se considera el caso más crítico que es a tubería llena D(mm)= 101.6 mm W agua= 8.11 Kg/m c) Peso de cable principal Se asume un diámetro y tipo de cable Serie Serie 6x26 Tipo de alma Alma de Acero D(pulg)= 3/8 W Cable= 0.39 Kg/m Carga Resistente= 5.81 Ton d) Peso de las péndolas Se asume un diámetro, tipo de cable y separación entre pendolas Serie Serie 6x26 Tipo de alma Alma de Acero D(pulg)= 1/4 W Cable= 0.17 Kg/m Carga Resistente= 2.60 Ton Longitud Promedio de las péndolas= Separación, asumida, de péndolas = W pendolas=
3.00m De preferencia debe ser un valor inferior a 3.33m 3.00m 0.17 Kg/m
e) Peso de los accesorios Se asumirá el 10% del peso del resto de la estructura vacía W accesorios=
0.20 Kg/m
CARGA MUERTA=
10.27 Kg/m
CARGA DE SISMO: Esta carga se estimaráen el diseño de las torres del cruce
ANALISIS Y DISEÑO DE LA ESTRUCTURA COLGANTE a) Verificación del espaciamiento de las péndolas Este espaciamiento se calcula a fin de que la flecha vertical producida en la tubería sea imperceptible, para ello se tienen la siguiente ecuacione: (Bibliografía: manual técnico de Duratec - Chile)
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⁄
6 Donde: L: Separación entre Pendolas cm Ek: Módulo de elasticidad para la tubería Kg/cm2 D: Diámetro Externo de la Tubería cm. d: Diámetro Interno de la Tubería cm. q: Carga Distribuida que actúa sobre la tubería Kg/cm. d: Flecha o deflección (cm) d/L: Se recomienda trabajr con valores entre 1/200 y 1/300 Para el caso analizado se tienen los siguientes datos
D d Módulo de Elasticidad /L= Q
11.00 cm 10.16 cm 14000 Kg/cm2 1/300 0.10 Kg/cm
L
332.71 cm
L Asumida
3.00m
Ok
Deflección por cambio de temperatura: Además de la deflección por carga, también existirá una deflección lateral por temperatura entre los punt de fijación de los contravientos, debido a las propiedades mecánicas del polietileno, esta no llegará a afectar la resistencia del material, sin embargo es conveniente verificar dicha deflección a fin que no sea excesiva y llegue a generar pérdidas locales de carga, esta se analisa con la siguiente ecuación:
∆
0.5 ∗
∗∆
Donde: ∆y:
Deflección (m) L: Longitud de Anclajes (m) α: Coeficiente de Expansión térmica lineal, para el HDPE es 0.0002m/m lineal°C ∆T: Variación de la temperatura (°C) Para el caso analizado se tienen los siguientes datos L= 3.00 m
T= y=
0.0002 m/m °C 25 °C 0.15 m
La deflección lateral es aceptable
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B) DISEÑO DE LAS PÉNDOLAS Se usará la siguiente combinación de Cargas, de acuerdo a la norma E 020 C. Ultima= Carga Viva + Carga Muerta C. Ultima=
10.27 Kg/m
Además la separación asumida para las péndolas es: 3m por lo tanto la carga que resistira cada péndola será:
C Actuante=
0.03 Ton
Además se tienen los siguientes factores de seguridad:
FACTORES DE SEGURIDAD PARA EL DISEÑO DE PENDOLA Y CABLE PRINCIPAL Factor de seguridad para el diseño de Péndolas factor de seguridad para el diseño del cable principal C Resistente=
2.60 Ton
F.S Calculado=
83.968
4.0 4.0
Ok
C) DISEÑO DEL CABLE PRINCIPAL Se usará la siguiente combinación de Cargas, de acuerdo a la norma E 020 C. Ultima= Carga Viva + Carga Muerta C. Ultima=
10.27 Kg/m
El análisis se realiza pormedio de las ecuaciones que gobiernan el comportamiento de un cable parabólico
2
2
∆
Dado que se tienen 4 ecuaciones para 5 variables, se debe de aasumir el valor de una de ellas, en este caso se asume la flecha de ingreso, en caso que sea la menor esta no debe mayor que 4.5m
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Datos: wo= L= H(f1-f2) f1=
10.27 Kg/m 45.00m 0.00m 3.50m
Asumido
Resolviendo las ecuaciones por cálculos iterativos se tiene l1(m) l2(m) f2(m) Fh(Kg)= T1(Kg) T2(Kg) Tmax(Kg)
22.50 22.50 3.50 742.89 778.01 778.01 778.01
ITERAR
10.27 2
742.89
La ecuación de la curva tiene la siguiente forma: 2
Fh Tmax
742.89 Kg 778.01 Kg
C Resistente=
5.81 Ton
F.S Calculado=
7.461
Long.Curva (m)=
45.716
Ok
Cálculo de Contraflecha del cable principal Para calcular la contra flecha de montaje se debe de hallar la elongación total del cable principal en los siguientes tramos: -Entre el dado de anclaje 1 y la torre 1 (Longitud S1) -Entre el dado de anclaje 2 y la torre 2. (Longitud S2) -En el tramo de curva parábólica. (Longitud S3) Para efectuar dichos cálculos es necesario trabajar con la siguiente ecuación:
∆
T1= T2= T3= E= A= S1=
778.01 Kg 778.01 Kg Variable 2.10E+06 0.71cm2 7.616m
Kg/cm2
DI E S2= S3=
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7.071m 45.716m
Variación de la Tensión en la Parábola 780.00 y = 0.0696x 2 - 3.1309x + 778.19 R² = 1
775.00 770.00 ) f g K (
765.00
n ó i s n e T
760.00 755.00 750.00 745.00 740.00 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Distancia Horizontal (m)
S1 y S2 se calculan de forma directa, reemplazando los datos en la fórmula por otro lado integrando la ecuación, de tal manera que S3 y T3son función de la longitud horizontal "x" S1= S2= S3=
S3 se calcul
0.00m 0.00m 0.02m
STotal=
0.031m
Para determinar el desplazamiento vertical de cada péndola es necesario determinar la curva cuya longitud sea igual a la curva inicial más la elongación total, para ello se resuelve el sistema de ecuaciones por métod numéricos:
DI E wo= L= H(f1-f2) f1=
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10.27 Kg/m 45.00 Kg/m 0.00 Kg/m 3.50m
Calculado
Resolviendo las ecuaciones por cálculos iterativos se tiene l1(m) l2(m) f2(m) Fh(Kg)= T1(Kg) T2(Kg) Tmax(Kg)
22.50 22.50 3.50 742.89 778.01 778.01 778.01
ITERAR
La ecuación de la curva tiene la siguiente forma: 2
Long.Curva Elongada (m)=
45.747m
S=
0.031m
Cálculo de Flecha de las péndolas La separación entre la primera pendola y la torre 1 será: La separación entre la última pendola y la torre 2 será:
1.50 -1.50
m m
2
DI E x (m) 0.00 1.50 4.50 7.50 10.50 13.50 16.50 19.50 22.50 25.50 28.50 31.50 34.50 37.50 40.50 43.50 45.00 45.00 45.00 45.00 45.00 45.00 45.00 45.00 45.00 45.00 45.00 45.00 45.00 45.00 45.00 45.00
y (m) 3.90 3.45 2.64 1.96 1.40 0.96 0.65 0.46 0.40 0.46 0.65 0.96 1.40 1.96 2.64 3.45 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90
E TRU TURAL DE RU E A RE DE 45M y 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m 0.00m
Distribución de Péndolas 4.50 4.00 3.50 3.00 ) 2.50 m ( Y
2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0.00
10.00
20.00
30.00
X(m)
Cable sin elongar Cable Elongado
40.00
50.00
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DETERMINACION DEL NUMERO DE GRAMPAS PARA SUJECION DE CABLES
NOTA : Para fijar la pendola con la abrazadera asi como la pendola y el extremo superior de la tubería, los dobleces tanto como en el extremo superior y extremo inferior de la pendola se estiman según el cuadro DIAMETRO DE CABLE Y TAMAÑO DE GRAMPAS pulg. mm 1/4 6.35 3/8 9.525
CANTIDAD GRAMPAS 2 2
# Total de grampas
LONG. CABLE A DOBLAR DESDE GUARDACABO
pulg. 1 1/2 2 1/4
pulg. 3 4 1/2
mm
39 57
# de grampas
4
por pendola
DISTANCIA ENTRE CADA GRAMPA
Unión Péndola-Cable Principal Unión Péndola-Tubería
2 2
# Total de grampas
por lado en el cable Principal Unión Péndola-Tubería
# de grampas
2
2
LONGITUD EXTREMO LIBRE
mm
pulg. 1 1/2 2 1/4
78 114 Longitud de extremo libre
3.9 cm 3.9 cm
3.9 3.9
Distancia entre cada grampa
Longitud de extremo libre
Longitud de Longitud to cable a doblez arrib doblar a bajo
5.7 cm
5.7
11.4 cm
cm cm
cm
Longitud de Longitud to cable a doblez arrib doblar a bajo
7.8 cm 7.8 cm
Camara de anclaje al ingreso Geometría de la Cámara de anclaje1 (Predimensionamiento)
1.3 1.3 1
m m m
h
l 1.30 m Cargas que actúan en la Cámara de anclaje 1 Tmáx Vmáx Hmáx
T máx W dado
39 57
Distancia entre cada grampa
DISEÑO DE LAS CAMARAS DE ANCLAJE
Largo (l) Ancho (a) Alto (h)
mm
742.89 Kg 778.01 Kg 3887.00 Kg W dado
1.00 m
23.4
17.1
cm
cm
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E TRU TURAL DE RU E A RE DE 45M l/2
l/2
rad)= °=
Además se tiene a las siguientes fuerzas actuantes en el dado de anclaje:
Fh Dado Fv Dado
Estabilidad al Deslizamiento(FS=1.5) Cfricc. = 0.60 ∑Fv = 3776.97 Kg Fh Dado 770.19 Kg FSD 2.94 OK
0.1418971 8.1301024
Estabilidad al Volteo (FS=2) Mr = Mv = FSV =
770.19 Kg 110.03 Kg
Estabilidad por Presión Sobre el Terreno
2526.55 Kg-m 841.7083 Kg-m 3.00 OK e= σt = σ1 = σ1 = σ2 = σ2 =
0.2039 m OK cap. Port.del terreno 1.38 Kg cm 4338.28322 g m 0.43382832 g cm ok 131.507041 Kg m 0.0131507 Kg cm ok
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Camara de anclaje a la salida Geometría de la Cámara de anclaje2 (Predimensionamiento)
Largo (l) Ancho (a) Alto (h)
1.3 1 1
m m m
h 1.00 m
l 1.30 m Cargas que actúan en la Cámara de anclaje 2 Tmáx 0 0
T máx W dado
0
0
°
778.01 Kg 2990.00 Kg W dado l/2
l/2
rad)= °=
Además se tiene a las siguientes fuerzas actuantes en el dado de anclaje:
Fh Dado Fv Dado
Estabilidad al Deslizamiento(FS=1.5) Cfricc. = 0.60 ∑Fv = 2879.97 Kg Fh Dado 770.19 Kg FSD 2.24 OK
0.1418971 8.1301024
Estabilidad al Volteo (FS=2) Mr = Mv = FSV =
770.19 Kg 110.03 Kg
Estabilidad por Presión Sobre el Terreno
1943.5 Kg-m 841.7083 Kg-m 2.31 OK e= σt = σ1 = σ1 = σ2 = σ2 =
Excentricidad Fuera del 0.2674 m Tercio Central cap. Port.del terreno 1.41 Kg cm g m 4949.76819 0.49497682 g cm ok -519.040847 Kg m -0.05190408 Kg cm ok
DI E Datos de Diseño T máx Rot. F.S f s
778.01 Kg 2 2000 Kg/cm
T máx F.S f s
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Diseño del Macizo de Anclaje Calculos A = Area del Macizo 0.77801 cm D = 0.99529 cm Diámetro del Macizo D = 2/5 pulg usar Macizo de Anclaje D = 1 1/2 pulg Tracción Máxima en el Fiador Factor de seguridad Resistencia a la Tracción del Fierro Liso Vista en planta de la cámara de anclaje
e d j e o a z l i c c a n a M
Cable del Fiador
l 1.30
m
a 1.30 m
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TUBERÍA Se usará tubería HDPE iso 4427, PE 100 SDR 26 PN6 de 110mm de díametro CABLE PRINIPAL:
-Cable de Acero con Alma de Acero Serie 6x26, Diámetro Nominal de 3/8 Pulgadas, se deberán de colocar como mínimo 2 grapas crosby en cada punto de anclaje, la separación entre grapas será 5.7cm y se deberá de dejar un extremo libre de 5.7cm. La longitud aproximada de cable a usar es de 62.81m. PENDOLAS:
-Cable de Acero con Alma de Acero Serie 6x26, Diámetro Nominal de 1/4 Pulgadas, se deberán de colocar como mínimo 2 grapas crosby en cada punto de anclaje, la separación entre grapas será 3.9cm y se deberá de dejar un extremo libre de 3.9cm. La separación entre las péndolas será de 3m, la primera estará separada a 1.5m de la torre 1, mientras la última estará separada a -1.5m de la Torre 2. Las longitudes aproximadas de cable a cortar para cada péndola se muestra en el siguiente cuado: Longitud sugerida de corte x (m) y (m) l (m) 0.00 3.90 4.37 1.50 3.45 3.92 4.50 2.64 3.11 7.50 1.96 2.43 10.50 1.40 1.87 13.50 0.96 1.43 16.50 0.65 1.12 19.50 0.46 0.93 22.50 0.40 0.87 25.50 0.46 0.93 28.50 0.65 1.12 31.50 0.96 1.43 34.50 1.40 1.87 37.50 1.96 2.43 40.50 2.64 3.11 43.50 3.45 3.92 45.00 3.90 4.37
DADOS DE ANCLAJE
-Los dados de anclaje serán de concreto simple, y deberán de ser de las siguientes dimensiones: 1.3m de largo, 1.3m de ancho y 1 de altura, la separación entre las torres y los dados de anclajes deberán de ser 7m.
