DI SEÑO PUENTE CANAL Son las obras mediante las cuales es posible crusar una canal con cualquier obstaculo que se e El obstaculo puede ser por ejemplo: . Una via de ferrocarril . Un camino . Un río . Un dren Para salvar el obstaculo, se debe recurrir a na estructura de cruce que puede ser: . Puente canal . Sifon invertido . Alcantarilla Tunel . DEFINICION Es una estructura utilizada para conducir el agua de un canal, logrando atr avesar una depresio El puente canal es un conjunto formado por un puente y un conducto, el conducto puede ser d hierro,madera u otro material resitente, donde el agua escurre por efectos de gravedad. ELEMENTOS HIDRAULICOS DE UN PUENTE CANAL 1. Transicion de entrada, une por un estrechamiento progresivo el canal con el puent 2. Conducto elevado, generalmente tiene una seccion hidraulica mas pequeña que el 3. Transicion de salida, une el puente canal con el canal. CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO HIDRAULICO Material 1 Forma de la seccion transversal 2 Ubicación de la seccion de control 3 Por lo general, un puente canal cuya vista enplanta se muestra en la figura, se dise las condiciones del flujo subcritico, por lo que el puente canal presentauna singular tudinal del canal, que crea efectos sobre aguas arriba.
1
4
2
Diseño de conducto elevado
3
4
Por condiciones economicas el ancho debe ser lo menor posible, pero manteniend de flujo, en este caso flujo subcrítco. Afin de que las dimensiones sean los minimo condiciones cercanas a las criticas. Para una seccion rectangular, en condiciones criticas se cumplen las siguientes ecu ……… (1)
……… (2)
Igualando (1) y (2) tenemos:
De donde despejando b, se tiene: ……… (3)
En la ecuacion (3) ,como Q es conocido (se debe conocer el caudal de diseño), para se requiere conocer Emm ……… (4)
Para el analisis necesitamos conocer los siguientes parametros: T(m)= Y(m)= b(m)= Z= V (m/s)=
1.50 1.00 0.80 0.50 0.80
de acuerdo a:
De la ecuacion (4), hallamos Emm, tenemos: Emm=
1.03
Para aplicar la formula (3), necesitamos el Q, entonces hallando el caudal: Q =
1.04
(m3/s)
Aplicando la ecuacion (3), obtenemos b, para un flujo critico, pero para un flujo su aumentamos este ancho en un 10%, por tal obtenemos: b =
0.639
m
Por condiciones economicas el ancho debe ser lo menor posible, pero manteniend de flujo, en este caso flujo subcrítco. Afin de que las dimensiones sean los minimo condiciones cercanas a las criticas. Para una seccion rectangular, en condiciones criticas se cumplen las siguientes ecu ……… (1)
……… (2)
Igualando (1) y (2) tenemos:
De donde despejando b, se tiene: ……… (3)
En la ecuacion (3) ,como Q es conocido (se debe conocer el caudal de diseño), para se requiere conocer Emm ……… (4)
Para el analisis necesitamos conocer los siguientes parametros: T(m)= Y(m)= b(m)= Z= V (m/s)=
1.50 1.00 0.80 0.50 0.80
de acuerdo a:
De la ecuacion (4), hallamos Emm, tenemos: Emm=
1.03
Para aplicar la formula (3), necesitamos el Q, entonces hallando el caudal: Q =
1.04
(m3/s)
Aplicando la ecuacion (3), obtenemos b, para un flujo critico, pero para un flujo su aumentamos este ancho en un 10%, por tal obtenemos: b =
0.639
m
B Nuestra seccion transversal del canal sobre el puente será como se muestra
y 0
b A continuacion calculamos el tirante del canal y , para lo cual daremos uso de la fo ya mostrado anteriormente: Como los datos necesarios para el calculo ……… (2) dieron y hallaron anteriormente, tenemos y = 0.64 0.646 6
Seguidamente calculamos el bordo libre B ,que frecuentemente es el 20% de la ba B =
0.128
m
y finalmente la velocidad con que circula en el canal puente: Entonces: V =
5
2.517
m/s
Calculo de la transicion de entrada y salida
Para el caso de una transicion tr ansicion de entrada recta la euacion utilizada es: b: Ancho de de solera solera del conducto conducto T1: Espejo Espejo de agua agua en el canal canal
L =
1.039
T1
b
L Para el caso de una transicion tr ansicion de salida recta la euacion utilizada es: b: Ancho de de solera solera del conducto conducto T2: Espejo Espejo de agua en el el canal de de salida salida
Para lo cual necesitamos el valor de T2:
L =
T2 =
1.8
1.401
b
T2
L 6
Calculo de las perdidas en las transiciones
Las perdidas predominantes en las transiciones (por su corta longitud) correspond perdidas por cambio de direccion, siendo su ecuacion: Donde:
h 1-2 : Perdidas por transicion entr
K : coeficiente de perdidas en l Ke : coeficiente d Ks : coeficiente d ∆hv : diferencia de cargas de velo
Ademas donde: ………………..
siendo V1 > V2
Los valores de Ke y Ks, dependerá del tipo de transicion diseñada, en la tabla sigt. S de ellos. TIPO DE TRANSICION
Curvado Cuadrante cilindrico Simplificado en linea recta Linea recta Extremos cuadrados
Ke 0.10 0.15 0.20 0.30 0.30
Ks 0.20 0.25 0.30 0.50 0.75
Para el analisis de este parametro se ha automatisado el cuadro que se muestra po requiere que se seleccione la selda de color GRISS para que aparesca una lista de transicion que se desee.
CALCULO DE PERDIDAS EN LAS TRANSICIONES Linea recta
h(e)
0.00979
Ke: Ks: Ke: Ks: he: hs:
0.30 0.50
h(s)
0.01631
Coeficiente de perdidas en la transicion de entrada Coeficiente de perdidas en la transicion de salida perdidas en la transicion de entrada perdidas en la transicion de salida
cuentre asu paso
. e concreto,
canal. canal.
a para idad en el perfil longi
siempre el mismo tipo osibles, se diseña para
ciones:
calcular b,
Z=0
critico
rmula (2), de este, ya se : m
se:
m
n a las
e1y2 a transicion, puede ser: perdidas en la transicion de entrada perdidas en la transicion de salida cidad, valor siempre positivo.
e muestra algunos valores
steriormente. Donde se plegable y se seleccione el tipo de
Curvado Cuadrante cili
Simplificado e Linea recta Extremos cua
drico
n linea recta rados
Anteriormente ya se pudo calcular: Ru =
12367.00
Kg
Calculando el momento ultimo Mu: b = a = d = Mu =
13604
1.25 0.40 0.25
m m m
Kg - m
Calculo del acero longitudinal: Recubrimiento(cm): C = Diametro de varilla:
4
1.59
Entonces el peralte efectivo sera:
Altura de viga(cm): d = 45.2 fy = 4200
As =
7.961
50
cm
Varilla
Diametro
Area
1/4" 3/8" 1/2" 5/8" 3/4" 7/8" 1"
0.635 0.952 1.270 1.588 1.905 2.222 2.540
0.32 0.71 1.29 2.00 2.84 3.87 5.10
Seleccione valilla:
5/8
Area de varilla:
2.00
cm2
Calculando numero de varillas: Nº varillas :
3.98
Calculo de acero transversal: - La fuerza cortante ultima en la viga es igual a: 2 Ru =
24734
Kg
Como consecuencia el esfuerzo cortante(Tu): Previo a esto se tuvo que calcular el Tc: Tu =
13.68
Kg/cm2
Tc =
6.16
Kg/cm2
Entonces:
Tu > Tc
Si el esfuerzo cortante es mayor que el esfuerzo cortante admisible, y parte debe de ser asumido por el refuerzo adicional, que en este caso seran los estribos. El area de refuerzo se calcula: Donde: Tu Tc Ay b S
Entonces: b S Tu Tc fy
= = = = =
0.40 0.55 13.68 6.16 4200
: : : : :
Esfuerzo cortante ultimo Esfuerzo cortante permisible Area de refuerzo ancho de la viga Distancia de la reaccion R hasta la cara de la columna
cm cm Kg/cm2 Kg/cm2 Kg/cm2
Ay =
3.94
cm2
El numero de estribos calculado es:
1/4 0.32
Seleccione valilla:
Area de varilla: n =
6.2
varillas
Caculando el espaciamiento entre estribos (e): e =
8.938
cm
Se colocaran estribos de Sobre toda la longitud de la viga
1/4
a una distancia de:
5.0
Las cuatro reacciones Ru son reemplazadas por una reaccion Rtotal en el centro de la columna. R tot = 4 Ru
R tot =
49468
Kg
Cargas que actuan sobre la columna:
- Reacciones (R) de las vigas laterales - Peso propio G3 y G4. G3 = (m) (c) (b+2d) ; ;
G4 =
(a)(c)(g)
Donde: m C b a g d c
: : : : : : :
Altura de la viga (m) Espesor de la columna (m) Ancho de la caja (m) Ancho de la columna (m) Altura de la columna (m) Espesor de las vigas laterales de la caja (m) Peso específico del concreto (Kg/m3)
= = = = = = =
50 0.4 1.25 0.40 3.25 0.25 2400
- Peso propio de la viga superior: Para lo cual necesitamos saber la longitud dela viga lateral: G3 =
1027.2
2.14
Kg
- Peso propio de la Columna: G4 =
1248.0
Kg
Carga Ultima:
Pu = R tot + 1.5(G3 + G4) Pu =
52881
Kg
Ademas de la carga ultima, la columna debe resistir tambien un Mu = (Pu)(e), Do siendo e la excentricidad minima a = Mu =
40.00 211523.2
cm Kg - cm
Los efectos de la Esbeltez pueden despreciarse cuando el factor: KL/n < 22 K =
= A = a*c =
2.0
213333
cm4
1600
cm2
Para el concreto
hallando n: n =
11.55
Factor KL/n : =
56.29
SI se considera los efec
- La carga critica de la columna Pcr es calculada como sigue: ;
Ec =
; = =
148507.63
EI =
12672650999 Kg - cm2
Pcr =
296033.26
Kg
El momento ultimo debe de ser simplificado: Mc =
Pu = Mu =
52881 211523
1.2(Mu)
Mc =
253827.84
Kg - cm
La columna debe de diseñarse para soportar las cargas calculadas anteriormente: Pu = Mc =
52881 Kg 253827.84 Kg - cm
Acero minimo:
El acero minimo debe ser no menro del 1% de la seccion de la colu As mínimo =
Para el calculo de teoria: Ancho (K) : Longitud : Espesor(d) :
2.8 2.8 0.4
16
cm2
m m m
CONDICION - La presion de la zapata debe ser menor que la capacidad de carga del terreno considerando un f mayor que 3.0 ,osea σc /σt es mayor o igual a3.0
- El casa de este ejemplo es solo el diseño de una zapata cuadricular. CALCULOS G5
Peso propio de la zapata: c
G5 = G5 = CASO I :
7526.4 4390.4
= 2400
K
(SIN AGUA) (BAJO AGUA)
DREN CON AGUA
Sistema de carga simetrica, la presion de la zapata sobre el terreno esta dada por: t
c/t =
3.238
es mayor que
3.00
=
0.463
R : c =
OK
Donde:
σt :
R G3 G4 G5
: : : :
σc :
La presion de la zapata sobre el terreno Reaccion de la viga lateral hacia la columna (Kg) Peso Propio de la viga Superior en la columna Peso propio de la columna. Peso proprio de la zapata Capacidad de carga del terreno
CASO II :
Condicion importante, ubicación del resultante de todos las cargas, tanto de las reacciones (R) asi como el momento generado por la excentricidad de estas reacciones. Momento generado por la excentricidad. Donde: R : Reaccion viga lateral C : Ancho de columna Reemplazando valores tenemos: M =
148260
Kg - cm
La excentricidad de las cargas verticales para el caso del dren con agua:
e =
6.899
cm
Si excentricidad es menor que K/6 las presiones se calculan con:
1 = (Rv / K*K) + (M / W)
G5 =
Bajo agua Rv =
4390.4
21491.6
2 = (Rv / K*K) - (M / W)
Rv M K*K W w
= = = = =
Entonces:
2R + G3 + G4 + G5 2R (0.25 C) Area de la zapata (cm2) Modulo de la seccion (cm3) K^3 / 6 K/6 =
46.67
Como : e w = 1 = 2 =
<
cm K/6
Usar formulas dadas para 1 y 2
3.00
OK
3658666.7 cm3 0.315 0.234
Kg / cm2 Kg / cm3
Factor de seguridad c
/ 1 =
4.77
es mayor que
Si la relacion anterior se cumple El calculo estructural se realizara con la base del caso I que es el caso mas critico y en base a la fuerza ultima: Vu = 4Ru + 1.5(G3 + G4) Vu =
52880.8
Kg
Carga unitaria sobre la parte inferior u
=
0.6745
Kg/cm2
La seccion perimetrica "a b c d"esta ubicada a una distancia de d/2 = de la cara de la columna
Area =
6400
cm2
A
20
B
La fuerza ultima Vu1: Vu1 = Vu1 =
u
(K^2 - Aabcd) 48564 Kg C
D
El esfuerzo cortante es: τu1
= Vu1 / (Bc * d)
τu1
=
3.794
Bc : longitud de la seccion critica "abcd" d : Espesor de la zapata Kg/cm2
τu1
es menor que
6.16
Kg/cm2
OK
Fuerza ultima Vu2: Vu2 = A*u
A : Area de la zapata u : Presion sobre el terreno calculado ant.
Vu2 =
Kg
15108.8
El esfuerzo cortante es: τu2
= Vu2 / (K*d)
τu2
=
1.349
Kg/cm2 τu2
es menor que
6.16
Kg/cm2
OK
El refuerzo de la zapata se calculo en base eal momento: Mu = 0.25(A*u)(K-C) Mu =
1359792
Kg/cm
Refuerzo en la Zapata: 1/2 1.29 1.27
Seleccione valilla:
Area de varilla: Diametro de varilla : Recubrimiento: d = b =
30.60 280.00
cm cm
7.5
Recomendado (ACI)
d : Peralte efectivo
As =
Acero minimo:
11.76
cm2/m
14.563
cm2
As es menor que As :
SE NECESITAN :
14.563
SE COLOCARÁ EL ACERO MINIMO
14.563
11.29
VARILLAS DE
1/2
PULGADA
LLENAR DATOS SELECCIONAR
h
d m
R
R
G3
a g
G4
d
G5
K
2R 2R
c
cm
h
m
d m
R
R
G3
a g
G4
de e=0.10 a,
d
G5
K
os de ESBELTEZ
210 2.4
Kg Kg - cm
na:
actor de seguridad
d
7413 1.5
cm
1/4 3/8 1/2 5/8 3/4 7/8 1
