DISEÑO PUENTE CANAL

Son las obras mediante las cuales es posible crusar una canal con cualquier obstaculo que se encuentre asu pasoEl obstaculo puede ser por ejemplo:

. Una via de ferrocarril

. Un camino

. Un río

. Un drenPara salvar el obstaculo, se debe recurrir a na estructura de cruce que puede ser:

. Puente canal

. Sifon invertido

. Alcantarilla

. Tunel

DEFINICIONEs una estructura utilizada para conducir el agua de un canal, logrando atravesar una depresion.El puente canal es un conjunto formado por un puente y un conducto, el conducto puede ser de concreto,hierro,madera u otro material resitente, donde el agua escurre por efectos de gravedad.

ELEMENTOS HIDRAULICOS DE UN PUENTE CANAL1. Transicion de entrada, une por un estrechamiento progresivo el canal con el puente canal.2. Conducto elevado, generalmente tiene una seccion hidraulica mas pequeña que el canal.3. Transicion de salida, une el puente canal con el canal.

CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO HIDRAULICO1 Material2 Forma de la seccion transversal3 Ubicación de la seccion de control

Por lo general, un puente canal cuya vista enplanta se muestra en la figura, se diseña para las condiciones del flujo subcritico, por lo que el puente canal presentauna singularidad en el perfil longitudinal del canal, que crea efectos sobre aguas arriba.

1 2 3 4

4 Diseño de conducto elevadoPor condiciones economicas el ancho debe ser lo menor posible, pero manteniendo siempre el mismo tipo de flujo, en este caso flujo subcrítco. Afin de que las dimensiones sean los minimo posibles, se diseña para condiciones cercanas a las criticas.

Para una seccion rectangular, en condiciones criticas se cumplen las siguientes ecuaciones:

……… (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 calcular b, se requiere conocer Emm

……… (4)

Para el analisis necesitamos conocer los siguientes parametros:

T(m)= 1.50Y(m)= 1.00b(m)= 0.80 de acuerdo a:

Z= 0.50V (m/s)= 0.80

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 subcritico

aumentamos este ancho en un 10%, por tal obtenemos:

b = 0.639 m

BNuestra seccion transversal delcanal sobre el puente serácomo se muestra y

0

b

ya mostrado anteriormente:Como los datos necesarios para el calculo de este, ya se

……… (2) dieron y hallaron anteriormente, tenemos:

y = 0.646

B = 0.128 m

y finalmente la velocidad con que circula en el canal puente:

Entonces:V = 2.517 m/s

5 Calculo de la transicion de entrada y salida

b: Ancho de solera del conductoT1: Espejo de agua en el canal

L = 1.039

T1 b

L

A continuacion calculamos el tirante del canal y , para lo cual daremos uso de la formula (2),

Seguidamente calculamos el bordo libre B ,que frecuentemente es el 20% de la base:

Para el caso de una transicion de entrada recta la euacion utilizada es:

b: Ancho de solera del conductoT2: Espejo de agua en el canal de salida

Para lo cual necesitamos el valor de T2: T2 = 1.8

L = 1.401

bT2

L

6 Calculo de las perdidas en las transiciones

Las perdidas predominantes en las transiciones (por su corta longitud) corresponden a las perdidas por cambio de direccion, siendo su ecuacion:

Donde: Perdidas por transicion entre 1 y 2K : coeficiente de perdidas en la transicion, puede ser:

Ke : coeficiente de perdidas en la transicion de entradaKs : coeficiente de perdidas en la transicion de salida

diferencia de cargas de velocidad, valor siempre positivo.

Ademas donde:

……………….. siendo V1 > V2

Los valores de Ke y Ks, dependerá del tipo de transicion diseñada, en la tabla sigt. Se muestra algunos valoresde ellos.

TIPO DE TRANSICION Ke KsCurvado 0.10 0.20Cuadrante cilindrico 0.15 0.25Simplificado en linea recta 0.20 0.30Linea recta 0.30 0.50Extremos cuadrados 0.30 0.75

Para el analisis de este parametro se ha automatisado el cuadro que se muestra posteriormente. Donde se

Para el caso de una transicion de salida recta la euacion utilizada es:

h 1-2 :

∆hv :

requiere que se seleccione la selda de color GRISS para que aparesca una lista desplegable y se seleccione el tipo de

transicion que se desee.

CALCULO DE PERDIDAS EN LAS TRANSICIONES

Linea recta h(e) 0.00979

Ke: 0.30h(s) 0.01631

Ks: 0.50

Ke: Coeficiente de perdidas en la transicion de entradaKs: Coeficiente de perdidas en la transicion de salidahe: perdidas en la transicion de entradahs: perdidas en la transicion de salida

DISEÑO PUENTE CANAL

Son las obras mediante las cuales es posible crusar una canal con cualquier obstaculo que se encuentre asu paso

Es una estructura utilizada para conducir el agua de un canal, logrando atravesar una depresion.El puente canal es un conjunto formado por un puente y un conducto, el conducto puede ser de concreto,

Transicion de entrada, une por un estrechamiento progresivo el canal con el puente canal.Conducto elevado, generalmente tiene una seccion hidraulica mas pequeña que el canal.

Por lo general, un puente canal cuya vista enplanta se muestra en la figura, se diseña para las condiciones del flujo subcritico, por lo que el puente canal presentauna singularidad en el perfil longi

Por condiciones economicas el ancho debe ser lo menor posible, pero manteniendo siempre el mismo tipo de flujo, en este caso flujo subcrítco. Afin de que las dimensiones sean los minimo posibles, se diseña para

Para una seccion rectangular, en condiciones criticas se cumplen las siguientes ecuaciones:

En la ecuacion (3) ,como Q es conocido (se debe conocer el caudal de diseño), para calcular b,

Aplicando la ecuacion (3), obtenemos b, para un flujo critico, pero para un flujo subcritico

Z = 0

Como los datos necesarios para el calculo de este, ya se dieron y hallaron anteriormente, tenemos:

m

, para lo cual daremos uso de la formula (2),

,que frecuentemente es el 20% de la base:

m

Las perdidas predominantes en las transiciones (por su corta longitud) corresponden a las

Perdidas por transicion entre 1 y 2coeficiente de perdidas en la transicion, puede ser:

coeficiente de perdidas en la transicion de entradacoeficiente de perdidas en la transicion de salida

diferencia de cargas de velocidad, valor siempre positivo.

Los valores de Ke y Ks, dependerá del tipo de transicion diseñada, en la tabla sigt. Se muestra algunos valores

Para el analisis de este parametro se ha automatisado el cuadro que se muestra posteriormente. Donde seseleccione la selda de color GRISS para que aparesca una lista desplegable y se seleccione el tipo de

Curvado

En metros Cuadrante cilindricoSimplificado en linea rectaLinea rectaExtremos cuadrados

Simplificado en linea recta

Anteriormente ya se pudo calcular:

Ru = 12367.00 Kg

Calculando el momento ultimo Mu:

b = 1.25 ma = 0.40 md = 0.25 m

Mu = 13604 Kg - m

Calculo del acero longitudinal:Varilla Diametro Area

Recubrimiento(cm): C = 4 1/4" 0.635 0.32Diametro de varilla: 1.59 3/8" 0.952 0.71

1/2" 1.270 1.29Entonces el peralte efectivo sera: 5/8" 1.588 2.00

3/4" 1.905 2.84 Altura de viga(cm): 50 7/8" 2.222 3.87

d = 45.2 cm 1" 2.540 5.10fy = 4200

Seleccione valilla: 5/8

Area de varilla: 2.00

As = 7.961 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: Tc = 6.16 Kg/cm2

Tu = 13.68 Kg/cm2

CALCULO DE LA VIGA SUPERIOR EN LA COLUMNA

Entonces: Tu > Tc

Si el esfuerzo cortante es mayor que el esfuerzo cortante admisible, y parte debe de ser

El area de refuerzo se calcula:Donde:

Tu : Esfuerzo cortante ultimo Tc : Esfuerzo cortante permisible Ay : Area de refuerzo

b : ancho de la viga S : Distancia de la reaccion R hasta la

cara de la columna

Entonces:b = 0.40 cmS = 0.55 cm

Tu = 13.68 Kg/cm2Tc = 6.16 Kg/cm2fy = 4200 Kg/cm2

Ay = 3.94 cm2

El numero de estribos calculado es:Seleccione valilla: 1/4Area de varilla: 0.32

n = 6.2 varillas

Caculando el espaciamiento entre estribos (e):

e = 8.938 cm

Se colocaran estribos de 1/4 a una distancia de: 5.0Sobre toda la longitud de la viga

Las cuatro reacciones Ru son reemplazadas por una reaccion Rtotal en el centro de la columna.

asumido por el refuerzo adicional, que en este caso seran los estribos.

CALCULO DE COLUNA

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 : Altura de la viga (m) = 50C : Espesor de la columna (m) = 0.4b : Ancho de la caja (m) = 1.25a : Ancho de la columna (m) = 0.40g : Altura de la columna (m) = 3.25d : Espesor de las vigas laterales de la caja (m) = 0.25c : 𝛾 Peso específico del concreto (Kg/m3) = 2400

- Peso propio de la viga superior:

Para lo cual necesitamos saber la longitud dela viga lateral: 2.14

G3 = 1027.2 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), Donde e=0.10 a,

a = 40.00 cm

Mu = 211523.2 Kg - cm

Los efectos de la Esbeltez pueden despreciarse cuando el factor: KL/n < 22

K = 2.0 Para el concreto

siendo e la excentricidad minima

= 213333 cm4

A = a*c = 1600 cm2

hallando n:n = 11.55

Factor KL/n := 56.29 SI se considera los efectos de ESBELTEZ

-

; ;

=Ec = 148507.63 =

EI = 12672650999 Kg - cm2

Pcr = 296033.26 Kg

El momento ultimo debe de ser simplificado: Pu = 52881Mu = 211523

Mc = 1.2(Mu)

Mc = 253827.84 Kg - cm

La columna debe de diseñarse para soportar las cargas calculadas anteriormente:

Pu = 52881 KgMc = 253827.84 Kg - cm

Acero minimo:El acero minimo debe ser no menro del 1% de la seccion de la columna:

As mínimo = 16 cm2

Para el calculo de teoria:Ancho (K) : 2.8 mLongitud : 2.8 mEspesor(d) : 0.4 m

La carga critica de la columna Pcr es calculada como sigue:

TEORIA DE DISEÑO DE ZAPATAS

CONDICION- La presion de la zapata debe ser menor que la capacidad de carga del terreno considerando un factor de seguridad

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

Peso propio de la zapata:

c = 2400𝜸 K

G5 = 7526.4 (SIN AGUA)G5 = 4390.4 (BAJO AGUA)

CASO I : DREN CON AGUA

t = 𝝈 0.463 R : c = 𝝈

c / t = 𝝈 𝝈 3.238 es mayor que 3.00 OK

Donde:σt : La presion de la zapata sobre el terreno

R : Reaccion de la viga lateral hacia la columna (Kg)G3 : Peso Propio de la viga Superior en la columnaG4 : Peso propio de la columna.G5 : Peso proprio de la zapataσc : Capacidad de carga del terreno

CASO II :

Condicion importante, ubicación del resultante de todos las cargas, tanto de las reacciones (R)

Momento generado por la excentricidad.

Donde:R : Reaccion viga lateralC : Ancho de columna

Reemplazando valores tenemos:

Sistema de carga simetrica, la presion de la zapata sobre el terreno esta dada por:

asi como el momento generado por la excentricidad de estas reacciones.

G5

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 = 𝝈 (Rv / K*K) + (M / W) Bajo agua G5 = 4390.4Rv = 21491.6

2 = 𝝈 (Rv / K*K) - (M / W)

Rv = 2R + G3 + G4 + G5M = 2R (0.25 C)

K*K = Area de la zapata (cm2)W = Modulo de la seccion (cm3)w = K^3 / 6

Entonces: K / 6 = 46.67 cm

Como : e < K / 6 Usar formulas dadas para 1 y 2𝝈 𝝈w = 3658666.7 cm3

1 = 𝝈 0.315 Kg / cm2 2 = 𝝈 0.234 Kg / cm3

Factor de seguridad

c / 1 = 𝝈 𝝈 4.77 es mayor que 3.00 OK

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 = 𝝈 0.6745 Kg/cm2

La seccion perimetrica "a b c d"esta ubicada a una distancia de d/2 = 20de la cara de la columna

Area = 6400 cm2

La fuerza ultima Vu1:

Vu1 = u (K^2 - Aabcd)𝝈Vu1 = 48564 Kg

El esfuerzo cortante es:

Vu1 / (Bc * d) Bc : longitud de la seccion critica "abcd"d : Espesor de la zapata

3.794 Kg/cm2

es menor que 6.16 Kg/cm2 OK

Fuerza ultima Vu2:

Vu2 = A* u𝝈 A : Area de la zapatau : Presion sobre el terreno calculado ant.𝝈

Vu2 = 15108.8 Kg

El esfuerzo cortante es:

Vu2 / (K*d)

1.349 Kg/cm2

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)𝝈Mu = 1359792 Kg/cm

Refuerzo en la Zapata:

τu1 =

τu1 =

τu1

τu2 =

τu2 =

τu2

A

D C

B

Seleccione valilla: 1/2Area de varilla: 1.29Diametro de varilla : 1.27

Recubrimiento: 7.5 Recomendado (ACI)

d = 30.60 cm d : Peralte efectivob = 280.00 cm

As = 11.76 cm2/m

Acero minimo: 14.563 cm2

As es menor que 14.563 SE COLOCARÁ EL ACERO MINIMOAs : 14.563

SE NECESITAN : 11.29 VARILLAS DE 1/2 PULGADA

LLENAR DATOSSELECCIONAR

R R

G3

G4

G5

K

d

g

md

h

a

2R2R

c

CALCULO DE LA VIGA SUPERIOR EN LA COLUMNA

cm

Las cuatro reacciones Ru son reemplazadas por una reaccion Rtotal en el centro de la columna.

2R2R

c

m

Ademas de la carga ultima, la columna debe resistir tambien un Mu = (Pu)(e), Donde e=0.10 a,

R R

G3

G4

G5

K

d

g

md

h

a

SI se considera los efectos de ESBELTEZ

2102.4

KgKg - cm

La columna debe de diseñarse para soportar las cargas calculadas anteriormente:

El acero minimo debe ser no menro del 1% de la seccion de la columna:

La presion de la zapata debe ser menor que la capacidad de carga del terreno considerando un factor de seguridad

d

74131.5

Condicion importante, ubicación del resultante de todos las cargas, tanto de las reacciones (R)

G5

Usar formulas dadas para 1 y 2𝝈 𝝈

cm

1/43/81/25/83/47/81

Sin aguaBajo agua