Diseño De Acueductos

Diseño de Acueducto I .- ) Diseño Hidráulico 1, ) Características del Canal Sección del Canal de conducción (Trapezoidal) Los datos que se muestran, son las característica del canal de conducción Material :

Mampostería de piedra

Q=

0.6

m3/s

b=

1

m

n=

0.02

S=

0.002

Z=

0.5

m/m

T=

1.5

m

Y=

0.5

m

V=

0.98

m/s

F=

0.49

Flujo :

Sub Crítico

Sección del Acueducto (Rectangular ) Esta sección se cálculo con el caudal anterior y combinando las demás variables, buscando en todo momento que la velocidad se encuentre en el rango permisible y que el tirante varíe ligeramente respecto al anterior (se recomienda que los tirantes en el canal de conducción y el acueducto sean iguales) Material :

Revestido de Concreto

Q=

0.6

m3/s

b=

0.8

m

n=

0.015

S=

0.002

m/m

V=

1.17

m/s

Y=

0.64

m

F=

0.46

Flujo :

Sub Crítico

2.- ) Cálculo: Longitud de la Transición

L= B1 =

( B1-B ) / ( 2 Tag 12º30`)

Ancho del canal de entrada (T )

=

1.5

m

B=

Ancho del acueducto

=

0.8

m

L=

Longitud de la transición

=

1.58

m

L=

1.60

m

Vista de Planta A

D

B

C

Corte Longitudinal

V2 / 2g

V1 / 2g

V3 / 2g

Y2

Y1

Y3

Cota A Cota C

Cota B

Cota D

Acueducto Canal

Transición

Transición

Canal

3.- ) Cálculos Hidráulicos Los cálculos realizados tiene como referencia el gráfico anterior. Es necesario resaltar que las características a la entrada y salida del acueducto se refieren a la transición donde se produce el cambio de sección.

Datos de los Cálculos V1 =

0.98

m/s

(En la sección trapezoidal)

1.17

m/s

(En el acueducto, sección rectangular)

0.98

m/s

(En la sección trapezoidal)

Y1 =

0.50

m

(En la sección trapezoidal)

Y2 =

0.64

m

(En el acueducto, sección rectangular)

Y3 =

0.50

m

(En la sección trapezoidal)

L´ =

7.00

m

(Longitud del acueducto del plano)

S=

0.002

m/m

(pendiente del Acueducto)

V2 = V3 =

Características a la Entrada del Acueducto D Y(A-B) =

( 1+C1) DhV

DhV= D Y(A-B) = DhV= C1 =

[V22 - V12] / ( 2 * g)

Incremento Pelo de Agua Diferencia en la Carga de Velocidad Coeficiente de Pérdida en la Entrada

C1 =

0.3

(por Tablas)

DhV=

0.021

m/s

D Y(A-B) =

0.027

m

D Y(A-B) =

0.027

m

Características a la Salida del Acueducto D Y(C-D) =

( 1+Co) DhV

DhV= D Y(C-D) = DhV= Co =

[V22 - V32] / ( 2 * g)

Incremento Pelo de Agua Diferencia en la Carga de Velocidad Coeficiente de Pérdida a la Salida

Co =

0.5

(por Tablas)

DhV=

0.021

m/s

D Y(C-D) =

0.031

m

D Y(C-D) =

0.031

m

Cálculo de las Cotas en los Tramos Cota B =

Cota A + Y1 - [Y2 + DY(A-B)] + [ V12/2g - V22/2g ]

Cota B =

288.40

msnm

Cota A =

288.588

msnm

Cota C = Cota C =

Cota D = Cota D =

(del plano)

Cota B - L * S 288.386

msnm

Cota C + Y2 + DY(C-D) - Y3 + V22/2g - V32/2g 288.578

msnm

4.- ) Verificando los Cálculos Pérdidas de carga ht =

Cota A - Cota D

ht =

Pérdida en todo el tramo

ht = S ht =

=

0.010

0.010

m

m

(DhV * C1) + ( L´ * S) - (DhV * Co) S ht =

0.010

m

Sht = ht

aceptable

Verificando Sección del Acueducto

b= y=

b/Y

=

0.80 0.64

m m

b/Y

=

<1 a 3 >

1.25

aceptable

Verificando el Tipo de Flujo Si n´ =0,8n Q= b= n`= Y= V= F=

0.6 0.8 0.012 0.54 0.39 0.61 (flujo subcritico9

Verificando en borde Libre Recomendado:

0,25 m para Tirantes que varían entre 0,4 a 0,6 Entonces : Altura Total del Tirante en el Acueducto será: ht =

0,65 +0,25 =

0.9

m

m

II .- ) Diseño Estructural Estructuras planteadas Las estructuras que diseñaremos son: 1 ) El acueducto; con una longitud de 7.00 m (obtenidas del plano). Debido a que esta longitud es pequeña no necesita columnas, 2 ) Por motivos de ilustración del problemas se diseñará una columna, pero no como parte de la estructura sino como un anexo * ) Es necesario recalcar que la estructura de transición se encuentra en terreno firme

Caja del Acueducto Para realizar los calculo estructurales se a tomado en cuenta ciertas Asunciones Asunciones * Losa soportado por las vigas laterales * Viga soportado por las columnas * Caso critico de diseño Carga llena lateral sin borde libre * Diseño : 1.-) Cargas que actúan en la sección transversal 2,-) Cargas que actuán sobre las vigas en sentido longitudinal

P

d = 0,15

0,3

b = 0,8

P

h = 0,9

G1

G1

d = 0,15

*B

*C

*A

Unidades en metros

Unidades en metros

Cálculos

1.-) Cargas que Actúan en la Sección Transversal Esquema : d = 0,15 b = 0,8

Características Viga h

G1

G1

*B

*C

*A

d = 0,15

Losa

Unidades en

Presión Lateral del Agua en A (Momento en A ) Ma =

ga * [ ( h + 0,5 d )3 / 6]

Ma =

154.48

Kg - m / m

Presión en el Centro de la Losa (Momento C ) q

=

q=

Mc = Mc =

[ h g a + d g c] 1260

Kg / m2

[ q *( b + d )2 / 8 ] - Ma -12.33

Kg - m / m

h= b= d= ga =

0.90 0.80 0.15 1000

gc = fy=

2400 4200

m m m Kg / m3 Kg / m3 kg / cm2

Cálculo del Refuerzo Vertical de la Cara Lateral de la Viga Esquema 1 metro de alto

C = 0,04 Refuerzo por temperatura f 1/4 @ 10 cm

d´ Refuerzo transversal f 3/8 @ 30 cm

A

d=15 cm

1 metro lineal

d=15 cm

Cálculo del Acero de refuerzo por metro lineal C=

0.04

m

Barra con f 3/8´´ =

0.95

cm

d´ = d - c -( f /2 ) =

10.53

cm

Mu =

1,8 Ma

Mu =

27805.78

As =

Kg - cm /m

Mu / [0,9 * fy * d´ ]

As =

As mínimo =

(momento último)

cm2/m

0.70

0,0015 * 100 * d´

As mínimo =

(Área de acero Calculado)

(el coeficiente 0,0015 recomendado ) 2

1.58

cm / m

(Área de acero Mínimo recomendado)

Cálculo del numero de varillas

As As

mínimo =

1.58

cm2 / m

=

0.71

cm2

( f 3/8)

# de varillas = [ As

mínimo ]

/ [ As (

f 3/8)

] =

2.23

Entonces por razones Prácticas: 1 varillas de f 3/8 cada 30 cm

= 3 varillas por metro lineal

(el coeficiente 0,0015 recomendado ) (Área de acero Mínimo recomendado)

= 3 varillas por metro lineal

Cálculo del acero por contracción y temperatura

AS. Viga (cara) =

As

( f 1/4)

0,0025 * 100 * d

=

0.32

cm2

=

# de varillas = [ As

mínimo ]

para altura de h =

/ [ As (

3.75

f 1/4)

0.9

# de varillas = 11,72 * 0,9 =

] =

cm2/m

11.7

m 10.55

Entonces acero por temperatura: 1 varillas de f 1/4 cada 10 cm

( el metro de alto)

varillas por metro alto

( el metro de alto)

varillas por metro alto

Cálculo del Refuerzo Horizontal de la losa del Canal Esquema

Refuerzo por temperatura f 1/4 @ 10 cm d=15 cm

c

1 metro lineal

d´

Refuerzo transversal f 3/8 @ 30 cm

Cálculo del Acero de refuerzo por metro lineal

C=

0.04

m

Barra con f 3/8´´ =

0.95

cm

d´ = d - c -( f /2 ) =

10.53

cm

Mu =

1,8 Ma

Mu =

-2219.91

As =

Kg - cm /m

Mu / [0,9 * fy * d´ ]

As =

As mínimo =

(momento último)

cm2/m

-0.06

0,0017 * 100 * d´

As mínimo =

(Área de acero Calculado)

(el coeficiente 0,0017 recomendado ) 2

1.79

cm / m

(Área de acero Mínimo recomendado)

Cálculo de numero de varillas

As As

mínimo =

1.79

cm2 / m

=

0.71

cm2

( f 3/8)

# de varillas = [ As

mínimo ]

/ [ As (

f 3/8)

] =

2.52

Entonces por razones Prácticas: 1 varillas de f 3/8 cada 30 cm

= 3 varillas por metro lineal

Refuerzo por temperatura 1/4 @ 10 cm

(el coeficiente 0,0017 recomendado ) (Área de acero Mínimo recomendado)

= 3 varillas por metro lineal

Cálculo del acero por contracción y temperatura

AS. Losa (cara) =

As

( f 1/4)

0,0018 * 100 * d

=

0.32

cm2

=

# de varillas = [ As

mínimo ]

/ [ As (

cm2/m

2.7

f 1/4)

para un ancho de 1,1 (ancho, losa+viga) h = # de varillas = 11,72 * 0,9 =

8.4

] = 1.1

m

9.28

Entonces acero por temperatur:1 varillas de f 1/4 cada 10 cm

( el metro de ancho)

varillas por metro lineal

( el metro de ancho)

varillas por metro lineal

2.-) Cargas que Actúan en Forma Longitudinal sobre las vigas * Peso Propio de la Viga * Peso Propio de la Losa * Peso del Agua Sobre la Losa

Datos h=

0.90

m

b=

0.80

m

d=

0.15

m

ga =

1000

Kg / m3

gc =

2400

Kg / m3

fy=

4200

kg / cm2

f ´c =

210

Kg /cm2

q=

1260

Kg /m2

L=

7

m

Longitud de la Luz

Peso Propio de la viga Lateral G1 = G1 =

( h + d ) * d * gc 378.00

Kg / m

Peso Propio de la losa y el Agua sobre cada Viga Lateral Q= Q=

0,5 * q * b 504

Kg / m

L = 7,00 m "Acueducto"

c = 0,4

C=

0.4 m

Mu = Mu =

[ 1,8*Q+1,5 * G] * [ L - 2*(C/2)}2/8 8027.02

Kg - m

Reacción de Cada Viga Lateral Hacia la Columna R= R=

( Q + G1 ) * L* 0,5 3087

Kg

Calculo del acero de refuerzo longitudinal

viga

d´´

h

Losa Refuerzo longitudinal f 3/4

d´

As =

Mu / [0,9 *

fy * d´´ ]

C =

0.04

m

Barra con f 3/4´´ =

1.9

cm

d´´= h+d - c -( f /2 ) =

100.050

cm

As =

2.12

As mínimo =

0,0020* d * d´´

As mínimo =

3.00

cm2/m

(Área de acero Calculado)

cm2 / m

(Área de acero Mínimo recomendado)

Calculo de # de Varillas As mínimo = As ( f 3/4 ) =

3.00 2.8

# de varillas = [ As

mínimo ]

/ [ As (

f 3/*4)

] =

Entonces por razones Prácticas: 1 varillas de f 3/4

1.06

= 1 varillas

(Área de acero Mínimo recomendado)