Diseño Caida Inclinada-3+652.951-Corregida.xls

MEJORAMIENTO DE CANAL DE RIEGO MONSEFU

CAIDAS INCLINADAS

UBICACIN : km. 3+652,951i 0 1 2 3

N.E. hvi hvo

c. A c. B H yi yo

N.E. hv2 hv3

1 hv1 H3 hc Z c. E

y2 y3 y1 c.C c. D h

Lte Lti LtsCanal Aguas Arriba Canal Aguas Abajo

Las caractersticas del canal agua arriba es igual al de aguas abajo

Caractersticas del Canal Aguas Arriba Caractersticas del Canal Aguas Abajo

Q = 5.00 m3/s yi = 1.003 m Q = 5.00 m3/s y3 = 0.8158 mbi = 3.00 m vi = 1.2448 m/s b3 = 3.00 m v3 = 1.6062 m/sSi = 0.0005 hvi = 0.08 m S3 = 0.0010 hv3 = 0.13 mn = 0.014 Fi = 0.44 n = 0.014 F3 = 0.6255zi = 1 b.l. = 0.33 m z3 = 1 b.l. = 0.27 mc. A = 24.078 m.s.n.m Hi = 1.50 m c. E = 23.077 m.s.n.m. H3 = 1.50 mc. B = 24.078 m.s.n.m c. C = c. D = 22.577 m.s.n.m.

Clculo de Ancho de Poza de Disipacin (B)

B (m) = (18.78 * (Q)^(1/2)) / (10.11 + Q) B = 2.78Asumimos : B = 3.50 m.

Longitud de transicin (Lte)

En este caso la longitud de transicin de entrada es igual al de salida por tener el canal igual caracterstica, tanto aguasarriba como aguas abajo.Lt (m) = [((bi / 2) + zi * Hi) - B / 2] / (tan( 1230' )) Lte = 5.64

Asumimos : Lte = 6.00 m.Pendiente en el tramo de transicin : (c.A - c.B) / Lt st = 0.00000

El tramo inclinado y la Poza de Disipacin tendra una ancho de : B = 3.50 m, y Z = 2 obs

Tirante Crtico (yc)

Caudal unitario (m3/s-m) = Q / B q = 1.43 m3/seg-m.

yc (m) = ( q^2 / g )^(1/3) yc = 0.59B = 3.50

vc (m/s) = Q / (yc * B) vc = 2.42hvc (m) vc^2 / 19.62 hvc = 0.3

hm = 0.79Asumimos : hm = 1.00 m

Niveles de Energa en cada una de las Secciones

i - 0 ( Inicio de transicin de entrada y Fin de transicin de entrada y/o Inicio de tramo inclinado )

E.i (msnm) = E.0 (msnm)yi + 1.1 * hvi = yo + 1.1 * hvo donde : { 1.1 * hv1 = [Q^2/(B*yo)^2] / 19.62

1.091 = yo + 0.114 / yo^2 { 1.1 * hv1 = 0.114 / yo^2

Asumiendo, Por tanteo : yo = 0.970E.0 = 1.091 Conforme

vo (m/s) = Q / (yo * B) vo = 1.47hvo (m) vo^2 / 19.62 hvo = 0.11

L II

Altura de muros en el tramo inclinado (m) : 4*yc/3

Secciones :

MEJORAMIENTO DE CANAL DE RIEGO MONSEFU0 - 1 ( Fin de transicin de entrada o Inicio de tramo inclinado y Fin de tramo inclinado )

E.0 (msnm) = E.1 (msnm) no se asumiran prdidas

Caso I : Cuando no se conoce Altura de Cada

Cuando se tiene este caso los valores del N de Froude deben de ser > = que 5.5 para obtener un buen salto hidrulico

Asumiendo : F = 5.5F^2 = v1^2 / (g * y1) = Q^2 / ((B^2 * y1^3 * g) de donde :

tirante conjugado menor (y1)

y1 = (Q^2 / (F^2 * B^2 * g))^(1/3) y1 = 0.19v1 (m/s) = Q / (y1 * B) v1 = 7.52hv1 (m) v1^2 / 19.62 hv1 = 2.88

yo + hvo + hc = y1 + hv1hc (m) = cB - cD hc = 1.50 m.

tirante conjugado mayor (y2)

[ (y1^2 / 2 + 2 * y1 * hv1 ] * 1.1 = [ y2^2 / 2 + 2 * y2 * hv2 ] = [ y2^2 / 2 + Q^2 / (B^2 * y2 * g ]

1.224 = y2^2 / 2 + 0.208 / y2

Asumiendo, Por tanteo : y2 = 1.472E.2 = 1.224 Conforme

v2 (m/s) = Q / (y2 * B) v2 = 0.97hv2 (m) v2^2 / 19.62 hv2 = 0.05

h' (m) = ( y2 + hv2 ) - ( y3 + hv3 ) h' = 0.58 m.

Caso II : Cuando se conoce Altura de Cada

N.E.i = N.E.0c. A + yi + 1.1 * hvi = c. B + yo + 1.1 * hvoc. B (msnm) = [ ( c. A + yi + 1.1 * hvi ) - ( yo + 1.1 * hvo ) ]

c. B = 24.078 m.s.n.m.

Niveles de Energa Aguas Arriba y Aguas Abajo

H (m) : (c.B + yo + hvo) - (c.E + y3 + hv3) H = 1.140

Clculo de los tirantes conjugados ( y1 e y2, menor y mayor respectivamente)

En el cuadro de relacin de prdidas de energa se tiene :

{ y1 / yc = 0.358 (Tabla) y1 = 0.21H / yc = 1.93 {

{ y2 / y1 = 6.150 (Tabla) y2 = 1.29.

Caractersticas de la Seccin 1

Asumiendo : y1 = 0.210Energa (Kg-m/m) : y1 + [Q / (B * y1)]^2 / 19.62 E.1 = 2.573v1 (m/s) = Q / (y1 * B) v1 = 6.81hv1 (m) v1^2 / 19.62 hv1 = 2.36

F = 4.74

Caractersticas de la Seccin 2

Asumiendo : y2 = 1.29Energa (Kg-m/m) : y2 + [Q / (B * y2)]^2 / 19.62 E.2 = 1.353v2 (m/s) = Q / (y2 * B) v2 = 1.11hv2 (m) v2^2 / 19.62 hv2 = 0.06

Secciones :

Altura de Cada : (hc)

Altura del Umbral : ( h' )

Clculo de cota B : (c. B)


Condicin del Salto Hidrulico

Para que el salto hidrulico se produzca en la poza, se debe cumplir con :

H + yo > y2 2.110 > 1.29 Conforme

h' (m) = ( y2 + hv2 ) - ( y3 + hv3 ) h' = 0.404 m.

Las cotas c. C y c. D, son iguales por tener el fondo de la poza igual nivelN.E.2 = N.E.3

c. C + y2 + hv2 = c. E + y3 + hv3

c. C (msnm) = [ ( c. E + y3 + hv3 ) - ( y2 + hv2 ) ]

c. C = c. D = 22.673 m.s.n.m.

Verificacin de los Niveles de Energa

Para asegurar que el resalto est contenido dentro de la poza de disipacin, se verifica que el nivel de energa en la seccin 2del resalto hidrulico (flujo sub-crtico) es < = que el nivel de energa en la seccin 3 o sea en el canal aguas abajo de la cada inclinada

c. C + y2 + hv2 < = c. E + y3 + hv324.023 < = 24.023 Conforme

Poza Disipadora

Como el N de Froude es = 4.74 , el que corresponde a : > 4.50 y v1 = 6.81 < 15 m/s

1.02 * y2, (m) y2 = 1.32

En muchos casos, no se toma en consideracin este borde libre, ya sea por que el diseo de la etructura no lo amerita y en estos casos se une directamente los niveles superior del revestimiento antes y despues de la cida b.l = 0.81b.l (m) : 0.1 * ( v1 + y2) Asumimos : b.l = 1.00 m.

hp (m) = H3 + h hp = 1.90Asumimos : hp = 2.00 m.

Lti (m) = (c.B - c.D) * Z Lti = 3.00Asumimos : Lti = 3.00 m.

Diseo de la Trayectoria de la Cada

Por ser el caudal Q > 1.0 m3/s, consideraremos que la trayectoria ser de forma parablica :

Angulo de la gradiente del piso en el inicio de la trayectoria : o ------> tan o = st

st = tano = 0.00000

o = 0

Para ngulos : o < = 6 Pendientes en el tramo antes de la trayectoria S < = 0.1051, se tiene que :

cos o = 1

Angulo de la gradiente del piso en el final de la trayectoria : L ------> tan L = 1 / Z

tan L = 0.50

K = Es proporcin de gravedad que produce la aceleracin vertical, este valor est limitado : K < = 0.5

K = 0.50

Altura del Umbral : ( h' )

Clculo de cota C y D : (c. C y c. D)

el tipo de estanque a usar es del tipo II , motivo por el cual el valor del tirante conjugado mayor debe ser aumentado en 2%

Bordo Libre en la Poza de Disipacin : (b.l)

Profundidad de Poza Disipadora : ( hp )

Longitud de tramo inclinado : (Lti)


Longitud horizontal medida desde el origen hacia el fin de la trayectoria (m)

LT = 0.22

Asumimos: LT = 0.30

Coordenadas de Puntos en la Trayectoria

Distancia horizontal medida desde el origen hacia un punto sobre la trayectoria (m)

Distancia vertical medida desde el origen hacia el punto X en la trayectoria (m)Tabulacin :

X YLT = 0.00 0.00

0.20 0.05LT = 0.30 0.10

En la prctica para caudales pequeos Q < = 1.0 m3/s, se traza unacurva circular obteniendo el boleo de la arista con datos :

Radio de la curva del piso (m)

R = vo^2 / (K * g * cos o) R = 0.441

Dada una distancia horizontal X = 0.10 m. medida desde el origen de la trayectoria con un ngulo ( / 2), se tiene que :

tan ( / 2) = X / R ------> = 2 * atan (X / R) = 25.5524 LAngulo de la curva del piso () : Asumimos : = 67 0.1

Longitud horizontal de la trayectoria : tan * R L = 1.04 R =

Estanque Amortiguador tipo II y/o Poza Disipadora

Como el N de Froude es = 4.74 , valor mayor que 4.5, y velocidad = 6.81 , menor de 15 m/s, se usar el Estanque tipo IIcuyas caractersticas se obtienen del cuadro correspondiente

2.28 3.01Asumimos : L II = 4.50 m.

Bloques del Canal de Descarga

Altura de bloque (m) : h1 = y1= 0.210 h1 = 0.21Asumimos : h1 = 0.25

Ancho de bloque (m) : a1 = y1 = 0.210 a1 = 0.21Asumimos : a1 = 0.25

Separacin entre bloques (m) : s1 = y1 = 0.210 s1 = 0.21Asumimos : s1 = 0.25

Separacin entre bloque y muro lateral de estanque (m)s2 = 0.5 * y1 s2 = 0.11

Asumimos : s2 = 0.15

Bloques Amortiguadores

Altura d' bloque (m):h3/y1= 1.46 y1 = 0.210 h3 = 0.31Asumimos : h3 = 0.40

Ancho de bloque (m) : aa1 = 0.75 * h3 aa1 = 0.30Asumimos : aa1 = 0.40

Separacin entre bloques (m) : sm1 = 0.75 * h3 sm1 = 0.30Asumimos : sm1 = 0.30

LT = (tan L - tan o) * 2 * hvo * cos2 o / K

Distancia horizontal (X)

Clculo de la distancia vertical (Y)

Y (m) = X * tan o + [(K * X^2 ) / (4 * hvo * cos2 o)]

Longitud del Estanque (m) : LII / y2 = L II =


Separacin entre bloque y muro lateral de estanque (m)sm2 = 0.375 * h3 sm2 = 0.15

Asumimos : sm2 = 0.15

Ancho superior del bloque (m) as = 0.2 * h3 as = 0.08Asumimos : as = 0.10

Talud del bloque : Zm Zm = 1

Distancia entre los bloques del canal de descargay los bloques mortiguadores (m) dm = 0.8 * y2 dm = 1.06

Asumimos : dm = 1.20

Umbral

Altura d' Umbral (m):h4/y1= 1.26 y1 = 0.210 h4 = 0.26Asumimos : h4 = 0.30

Talud de umbral : Zu Zu = 1


Clculo Estructural de la Poza DisipadoraCaso I

La poza disipadora se encuentra sin agua, con relleno a ambos lados de los muros laterales y el nivel fretico en la cotams alta obnservada en campo

Espesor de muros y/o losa

Espesor de muro (m) : d1 = hp/15 d1 = 0.133Asumimos : d1 = 0.20

Espesor de losa (m) : d2 = hp/15 d2 = 0.133Asumimos : d2 = 0.20

w = 100 Kg/m2carretera (4 m de ancho)

Ps2 hp - haN.F

Ps1 hp P2 P3 Ps3

h2 hah1 Ps4 Pa

h4 h5

d2 B A

P1 h1 = hp / 2 B / 2 d1 x h2 = (hp + 2 * ha) / 3

h3 = ha / 2h4 = ha / 3

Q q = da * (hp + d2) h5 = ha / 3

nota : m = 0.80 Suelos compactosm = 0.60 Suelos arenosos

Datos

Textura del suelo T = arcillasPeso unitario del agua (Kg/m3) da = 1000Peso Unitario del material seco (Kg/m3) ds = 1870Peso Unitario del material bajo agua (Kg/m3)ds - m * da dsat = 1070Profundidad de poza disipadora (m) hp = 2.00Profundidad del nivel fretico (m) : hp - ha hnf = 0.00Altura de agua en el suelo (m) : hp - hnf ha = 0.00 2.00Angulo de friccin Interna () = 8.25Capacidad Portante del suelo (seco) : (Kg/cm2) Cc = 0.77Capacidad Portante del suelo (saturado) : (Kg/cm2) Csat = 0.35Peso especfico del concreto (Kg/m3), cem. tipo I dc = 2400Resistencia del concreto (Kg/cm2) f 'c = 210Fluencia del Acero (Kg/cm2) fy = 4200Recubrimiento para muros y losa (m) r = 0.04Factor de Presin Neutra : Yn = ( 1 - seno) Yn = 0.86Ancho de "Oreja" (m) x = 0.60Supresin (Kg/m2) : da * (hp + d2) q = 2,200.00Ancho de cimentacin (m) : B + 2 * d1 + 2 * x q Ac = 5.10 m.

Presin Neutra del Suelo

Ps1 = Yn * w * hp Ps1 = 172Ps2 = (1/2) * Yn * ds * (hp - ha)^2 Ps2 = 3216Ps3 = Yn * ds * (hp - ha) * ha Ps3 = 0Ps4 = (1/2) * Yn * dsat * ha^2 Ps4 = 0

Presin del agua

Pa = (1/2) * da * ha^2 Pa = 0

Sobrecarga por trnsito semitrayler HS-20

MEJORAMIENTO DE CANAL DE RIEGO MONSEFUMomentos

MA (Kg-m/m) = [ (Pa + Ps4) * ha/3 + Ps1 * hp/2 + Ps2 * (hp + 2*ha)/3 + Ps3 * ha/2) ]

MA = 2316.00

MB (Kg-m/m) = MA - [ (1/8) * q * (B + 2 * d1 + 2 * x)^2 ]

MB = -4836.75

Seguridad Contra la Sub-presin

P1 (Kg/m) = (B / 2 + d1 + x) * d2 * dc P1 = 1224P2 (Kg/m) = hp * d1 * dc P2 = 960P3 (Kg/m) = (x * ha) * dsat + (x * (hp - ha)) * ds + x * w

P3 = 2304

Supresin

Q (Kg/m) : q * (B + 2 * d1 + 2 * x) Q = 11220

F : 2 * (P1 + P2 + P3) / Q F = 0.80 < = 1.10

En este caso se prueba aumentando el ancho de la "oreja" y/o el espesor de la losa muros

Ct (Kg/cm2) : [2 * (P1 +P2 + P3) - Q ] / [ (B + 2 * d1 + 2 * x) * 10000]

Ct = -0.04

FS : Csat / Ct FS = -8.8 > 2

Caso II

La poza de disipacin est con agua hasta la cota superior del muro lateral, con relleno a ambos lados de los muros, pero con el nivel fretico por debajo de la cimentacin de la estructura.

q = da * hp w = 100 Kg/m2

Q

hp P2 P3Pa Ps2

hp/2hp/3 hp/3

d2 B A

P1 B / 2 d1 x

Supresin (Kg/m2) : da * hp q = 2,000.00Ancho de cimentacin (m) : B + 2 * d1 + 2 * x Ac = 5.10

Presin Neutra del Suelo

Ps1 = Yn * w * hp Ps1 = 172Ps2 = (1/2) * Yn * ds * (hp)^2 Ps2 = 3216

Presin del agua

Pa = (1/2) * da * hp^2 Pa = 2000

Factor de Seguridad : ( F > = 1.1)

Presin de la Estructura sobre el suelo : ( Ct )

Factor de Seguridad : ( FS > = 2)

Ps1

MEJORAMIENTO DE CANAL DE RIEGO MONSEFUMomentosMA (Kg-m/m) = (1/3) * hp * Pa - ((hp / 2) * Ps1 + (hp / 3) * Ps2)

MA = -983

MB (Kg-m/m) = - MA + (1/8) * q * B^2 MB = 2080

Peso de la Estructura

P1 = (B / 2 + d1 + x) * d2 * dc P1 = 1224P2 = hp * d1 * dc P2 = 960P3 = x * hp * ds + x * w P3 = 2304

Supresin

Q (Kg/m) : hp * B * da Q = 7000

F = 2 * (P1 + P2 + P3) / Q F = 1.30 > 1.10 Conforme

Ct (Kg/cm2) : [2 * (P1 +P2 + P3) + Q ] / [ (B + 2 * d1 + 2 * x) * 10000]

Ct = 0.31

FS : Cc / Ct FS = 2.50 > 2 Conforme

RESUMEN DE MOMENTOS{ MA = 2316.00

Caso I { { MB = -4836.75

{ MA = -983Caso II {

{ MB = 2080

Datos

Metro lineal de losa y/o muro, (m) b = 1Mdulo de elasticidad del acero (Kg/m2) Es = 2100000Mdulo de elasticidad del concreto (Kg/m2), Ec = 15000*(f 'c)^(0.5)

Ec = 217371Esfuerzo del concreto (Kg/m2) : 0.4 * f 'c Fc = 84Esfuerzo del acero (Kg/m2) : 0.4 * f y Fs = 1680

r = Fs / Fc = r = 20n = Es / Ec = n = 10k = n / (n + r) = k = 0.33j = 1 - k / 3 = j = 0.89

Para nuestro caso, tomaremos el momento en el punto A del Caso I por ser mayor que el del Caso II

dum (cm) = ( 2 * MA / ( Fc * k * j * b)) ^ 0.5 dum = 14.00

Asumiendo du = 20 cm, para 20 cm. que es el espesor, nos da un recubrimiento que excede a los 3 cm mnimos solicitados

Diseo por Carga de Servicio

La estructura se disear por el mtodo de carga de servicio por estar sta en contacto con el agua

Area de Acero por metro de ancho de Muro

El rea de acero por metro de ancho de muro para diseo por carga de servicio sera:3*e = 60

Asm (cm2) = MA / ( Fs * j * b) = Asm= 1.55 o 45 cm

1.55 5/8" @ 0.23 m

Factor de Seguridad : (F >= 1.10)

Presin de la Estructura sobre el suelo : (Ct)

Factor de Seguridad : ( FS > = 2)

Nota : Como se puede observar el Caso I es ms crtico

Determinacin del peralte til del muro (dum)

Smx

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