Obras Hidráulicas Universidad Peruana union
Puentes Canales
Puentes Canales
CANOAS Son estructuras de seguridad, es un puente canal que logra atravesar una depresión. (puede ser un canal un ferrocarril un camino o un dren). Canoa es un conjunto formado por un puente o un conducto, el conducto puede ser de concreto o acero, donde el agua escurre por efectos de la gravedad. . DISEÑO DE CANOAS
()ue es un puente !anal*
s una estructura que permite al cruce de un canal a trav"s de depresiones poco profunda del terreno, r#os, arro$os e incorporan condiciones e limites especiales $ particulares a un canal $ consiste esencialmente en un tramo de conducto soportado por encima del terreno mediante pilas $ caballetes tambi"n el puente canal puede ser usado para el transporte de embarcaciones com%nmente para este tipo de puente&canales se utili'an esclusas para elevar $ descender las naves a este tipo de puente canal tambi"n se le llama puente acu#fero. n puente acu#fero diere de un acueducto en que este %ltimo tiene como n transportar agua, mientras que el primero se utiliza para
transportar el agua y tambin se puede utilizar !omo un medio para transportar los botes. ste es una de las estructura de cruce más importante cuando las condiciones topográcas $ geológicas la permiten " el empleo de
un puente !anal esta indi!ado sobre todo en aquellos !asos que es importante !onservar la !arga del !anal " ya que a di$eren!ia del si$%n las perdidas en un puente !anal es m&nima en rela!i%n al si$%n'
Puentes Canales Puente !anal para transponte de Embar!a!iones
Puente Canal para transporte de agua
(C%mo puede ser el !ondu!to de un puente !anal* n un puente canal el conducto puede ser* ∗ ∗
Cerrado' Abierto'
n el caso de que el conducto sea cerrado $ trabaje a presión, su funcionamiento será de acuerdo a las le$es del +ujo en tuber#a a presión. l caso más frecuente es el puente canal de conducto abierto o conducto cerrado que no trabaja lleno, en este caso el funcionamiento es semejante al de un canal ordinario, es decir el agua +u$e bajo la acción eclusiva de la gravedad.
Puentes Canales
+ipos mas !omunes de !ondu!tos en puentes !anales
Puentes Canales Puente !anal de !ondu!to abierto
Puente !anal de !ondu!to
.a!tibilidad de un puente !anal n puente canal no se -ace o no es $a!tible
!uando la rasante proye!tada del !anal resulte m,s ba-a que el nivel de agua del ri% por !ruzar' ste se usara cuando la rasante del canal $ la rasante del terreno sea iguales o similares. n dado caso se utili'ará un sifón invertido si el nivel de la supercie libre del agua es ma$or que la rasante del obstáculo.
/asante de un puente !anal
Partes 0idr,uli!as y estru!turales de un puente !anal s# como su nombre lo dice el puente canal es un tipo de puente por lo que sus partes no dieren muc-o de lo que es un puente en s#, todo -ablando de t"rminos estructurales por lo que este está constituido o está compuesto por la sub&estructura $ s%per&estructura. /ero en el ámbito -idráulico no diere de lo que es un canal en si por lo que al igual que un canal estándar este comparte sus partes.
Sus partes son2 ∗
Sub1 estru!tura2 es la que soporta la s%per estructura $ consta
de pilas, estribos $ caballetes. 0onde la pila debe estar cimentada sobre roca rme para evitar asentamientos diferenciales. ∗ S3per1estru!tura2 es la soportada por la sub&estructura la cual está compuesta por transición de entrada, compuerta, conducto, transición de salida. ∗ 4as transi!iones * sirven para pasar en forma gradual de la sección del canal a la del conducto o viceversa seg%n sea transición de entrada o salida1 este cambio debe ser gradual para evitar turbulencias $ reducir las p"rdidas de carga. stas pueden ser de dos tipos* +ransi!i%n de entrada2 esta une por un estrec-amiento progresivo el canal con el puente canal, lo cual provoca un cambio gradual del agua en el canal. +ransi!i%n de salida * esta une el puente canal con el canal.
Partes 5idr,uli!as y estru!turales de un puente1!anal 4a !ompuerta2 esta es colocada al inicio del conducto tiene como función regular el gasto u obstruirlo completamente cuando sea necesario $ debe operarse conjuntamente con unas vertedoras aguas arriba de la compuerta.
El !ondu!to* es el elemento sobre el cual +u$e el agua $ puede ser construido con diversos materiales, las secciones transversales más usadas son la sección rectangular $ la semicircular.
Condu!to elevado* este generalmente tiene una sección -idráulica más peque2a que la del canal. 3a forma de la sección transversal, por facilidades de construcción se adopta una sección rectangular, aunque puede ser semicircular o cualquier otra forma.
Partes Estru!turales2
Partes 5idr,uli!as2
Partes geomtri!as de un puente !anal s# como su nombre tambi"n lo representa, el puente canal o puente de agua es en s# un canal por lo que tiene partes geom"tricas iguales a la de los canales siempre dependiendo del tipo de sección tales como son* ∗ Pro$undidad del 6u-o , !alado o tirante* la profundidad del +ujo (0) es la distancia vertical del punto más bajo de la sección del canal a la supercie libre. ∗ An!0o superior * el anc-o superior ( t) es el anc-o de la sección del canal en la supercie libre.
∗
Partes geomtri!as de un puente !anal 7rea mo-ada* el área mojada ( a) es el área de la sección transversal del +ujo normal a la dirección del +ujo.
∗
Per&metro mo-ado* el per#metro mojado ( p) es la longitud de la l#nea de la intersección de la supercie mojada del canal con la sección transversal normal a la dirección del +ujo.
Partes geomtri!as de un puente !anal
∗
/adio 0idr,uli!o* el radio -idráulico ( /) es la
relación entre el área mojada $ el per#metro mojado, se epresa como* / 8 A 9 P ∗
∗
Pro$undidad 0idr,uli!a* la profundidad -idráulica (d) es la relación del área mojada con el anc-o superior, se epresa como* d 8 a 9 t .a!tor de la se!!i%n * el factor de la sección ( z), para cálculos de escurrimiento o +ujo cr#tico es el producto del área mojada con la ra#' cuadrada de la profundidad -idráulica, se epresa como* z 8 a' Sqrt
:d
Partes geomtri!as de un puente !anal
Se!!i%n transversal de un !anal'
Cara!ter&sti!as geomtri!as e 0idr,uli!as de un puente !anal 3as caracter#sticas geom"tricas son la forma de la sección transversal, sus dimensiones $ la pendiente longitudinal del fondo del puente&canal. 3as caracter#sticas -idráulicas son la profundidad del agua (0, en m), el per#metro mojado ( p, en m), el área mojada (a, en m4) $ el radio -idráulico ( r, en m), todas función de la forma del puente&canal. 5ambi"n son relevantes la rugosidad de las paredes del puente&canal, que es función del material en que -a sido construido, del uso que se le -a dado $ del mantenimiento, $ la pendiente de la l#nea de agua, que puede o no ser paralela a la pendiente del fondo del canal.
• .lu-o !r&ti!o Cuando froude vale uno o cuando la velocidad es igual que la ra#' cuadrada de la gravedad por la profundidad.
• .lu-o sub!r&ti!o n el caso de +ujo subcr#tico, tambi"n denominado +ujo lento, el nivel efectivo del agua en una sección determinada está condicionado al nivel de la sección aguas abajo.
• .lu-o super!r&ti!o n el caso de +ujo supercr#tico, tambi"n denominado +ujo velo', el nivel del agua efectivo en una sección determinada está condicionado a la condición de contorno situada aguas arriba.
;eneralidades sobre este tipo de estru!turas l puente canal, como todas las estructuras de cruce, se constru$e con un material al que se le pueda dar un mejor acabado, que en el canal, con objeto de que este admita velocidades ma$ores en el agua, por ser más resistente a la erosión. /or lo tanto en benecio de la econom#a de la obra, al puente&canal se le dará una sección -idráulica más peque2a que la del canal. Como la estructura trabaja como canal, de acuerdo con Dónde:su funcionamiento su sección, pendiente $ rugosidad, - Gasto, en m3/s. -idráulico puede estudiarse conQ la fórmula de manning* A - Área hidráulica, en m2. R - Radio hidráulico, S - Pendiente de la
en m.
conducción. n - Coeficiente de rugosidad de anning.
Clasi=!a!i%n de un puente !anal Como se vio anteriormente $ atendiendo a las condiciones del funcionamiento del tipo de conducto podemos clasicar a los puentes canales en dos tipos* ∗ /uente canal o canoa :!ondu!to abierto< ' ∗
/uente canal o acueducto :!ondu!to !errado<'
Puente !anal o !anoa2 Son aquellos cu$o conducto, cerrado o abierto trabaja a la presión atmosf"rica.
A!uedu!to2 Son aquellos en los cuales el conducto funciona a presión superior a la atmosf"rica.
Clasi=!a!i%n de un puente !anal Seg%n el material del que están construidos estos pueden clasicarse en* ∗
Puente !anales de madera'
∗
Puente !anal de !ondu!to met,li!o'
∗
Puente !anal de !on!reto'
Clasi=!a!i%n de un puente !anal Puente !anal de madera2 3as maderas más apropiadas son el cedro rojo $ el cipr"s que dan una vida %til -asta de 67 a2os. 3os puentes canales de este material presentan muc-as fugas cuando el uso es intermitente por el encogimiento de la madera. Son recomendables como instalaciones provisionales o cuando la lejan#a de otros materiales lo -ace más económico.
Clasi=!a!i%n de un puente !anal
Puente !anal !on !ondu!to de madera .
Clasi=!a!i%n de un puente !anal
Canal o puente !anal de !ondu!to met,li!o2
Son a base de -ojas de acero laminado dando una sección semicircular o circular1 si todo el metal que estará en contacto con el agua es galvani'ado o se protege con anticorrosivo se pueden obtener de 86 a 97 a2os de vida %til. n los estados unidos son mu$ usados los puentes canales de conducto metálico $ sub&estructura formada por caballetes de madera o tambi"n metálicos.
Clasi=!a!i%n de un puente !anal Subestru!tura met,li!a de un Puente !anal
Puente !anal !on se!!i%n >et,li!a
Clasi=!a!i%n de un puente !anal Puente !anal de !on!reto2 Son los más duraderos pero su construcción es más delicada puesto que el concreto no resiste tensiones, es fácil que se produ'can grietas en el conducto, por eso se requiere una cimentación mu$ rme para evitar asentamientos desiguales en las pilas. las juntas de construcción del conducto se locali'an sobre pilas $ deben impermeabili'arse, cada tramo del conducto tendrá en un etremo apo$o jo $ apo$o libre en el etremo opuesto.
Clasicación de un puente canal
Puente canal de concreto
C,l!ulos 0idr,uli!os de un puente !anal l cálculo -idráulico de un puente canal o canoa comprende los siguientes aspectos. ∗
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Cal!ulo de las dimensiones transversales del !ondu!to' Cal!ulo de la longitud de las transi!iones' Cal!ulo de la sobreeleva!i%n del agua en el !au!e :!uando el puente !anal !ruza un rio o arroyo<' Cal!ulo de las prdidas de !arga'
C,l!ulos de dise?o de un puente !anal
C,l!ulos de dise?o de un puente !anal
na ve' denido el funcionamiento -idráulico $ por consiguiente de las dimensiones que deben tener sus partes, se procederá con el cálculo estructural. l puente&canal puede ser de un solo claro cuando de un modo económico se pueda salvar el espacio de la depresión con "l, pero si el espacio es grande, tendrán que construirse varios tramos. n cada caso se -arán las alternativas que se crean convenientes para escoger las longitudes correctas, el n%mero de tramos $ las posiciones de los apo$os. 3os apo$os etremos pueden ser estribos o caballetes $ los intermedios pilas o caballetes.
C,l!ulos de dise?o de un puente 5ales apo$os serán calculados como si fuese un puente !anal que llevara una carga normal, para que soporten todos los esfuer'os que le transmita la superestructura $ las cargas que reciba directamente, $ serán desplantados sobre material rme $ protegidos contra posibles asentamientos, deslaves, socavaciones, etc. Conviene primero estudiar la superestructura, para que denidas las cargas que transmite a la subestructura se proceda a calcular "sta. n la superestructura se distinguen dos formas de trabajo* l primero es de formar una cubeta impermeable de un canal por donde escurre el agua. l segundo es en sentido longitudinal, para lograr que todo el tramo, cargado con agua $ todas las cargas que deba soportar, trabaje como viga o como puente apo$ado en sus etremos.
C,l!ulos de dise?o de un puente !anal
Pilas de un puente1!anal
C,l!ulos de dise?o de un puente !anal
Puente !anal !on$ormado de dos tramos
Problema pra!ti!o Calculemos una sección rectangular de concreto para un puente canal que deba conducir 8.6 m9:seg con una pendiente S;7.77< /ara que la sección no resulte mu$ desproporcionada podemos aceptar la relación b;=d $ =7 cm de bordo libre. >esulta práctico tabular los cálculos de la manera que se ilustra a continuación.
Problema pra!ti!o
Para se!!iones semi!ir!ulares o !ir!ulares el !,l!ulo del radio 0idr,uli!o se !ompli!a" pero e@isten tablas !on la que se propor!ionan valores !al!ulados del ,rea 0idr,uli!a" per&metro mo-ado y radio 0idr,uli!o para di$erentes rela!iones del di,metro :D< el tirante del agua :d<'
Puente !anal de >agdeburgo l puente !anal de >agdeburgo es el más grande en su clase en toda uropa, conectando dos importantes canales de lemania. sta obra de ?8@ m de longitud se comen'ó a construir en 8??< $ quedó completada en octubre de =779, con un costo de aproimadamente 677 millones de euros. unque en 8?8? se -ab#a planeado $a un puente que conectara los canales, su construcción fue pospuesta por ambas guerras mundiales $ la separación de lemania durante la guerra fr#a. Como dato adicional, cabe comentar como para -acer los cálculos de un puente como este no se toma en cuenta el peso que puedan llegar a tener los barcos, sino que solamente importa el peso del agua. sto es debido al principio de rqu#medes* un barco siempre
