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CALCULO ESTRUCTURAL

Proyecto : IMPLEMENTACION DE ESTRUCTURAS DE MEDICION Y CONTROL DE CAUDALESEN EL VALLE DE HUAURA

Comisión : Lugar : QUIPICO

CARACTERISTICAS DEL SUELO

Textura :Sobre carga (personas, animales, etc) : 200 kg/mPeso unitario del material seco : 1700 kg/m3Peso unitario del material bajo agua : 950 kg/m3Angulo de Fricción interna : 30.0 gradosCapacidad portante del terreno (SECO) : 1.30 kg/cm2Capacidad portante del terreno (SATURADO) : 1.41 kg/cm2Peso específico del agua : 1000 kg/m3Profundidad del nivel freático, (bajo el terreno) (h1) : 0.55 m.

CARACTERISTICAS DEL CONCRETO Y EL ACERO

Concreto (para concreto armado) : 210 kg/cm2Límite de fluencia del acero : 4200 kg/cm2

: 2400 kg/m3

FACTOR DE PRESION NEUTRA DEL TERRENO ES:0.5

CARACTERISTICAS DE LA SECCION DEL CANALSON:

Altura de las paredes (h) : 1.50 m.Ancho de la Posa (b) : 2.50 m.Ancho de la "Oreja" (X) : 0.30 m.Espesor de la Pared (d1) : 0.20 m.Espesor de la loza (d2) : 0.20 m.

CALCULO DE MOMENTOS EN LOS PUNTOS A Y B :

CASO I - VACIOEl nivel freático se encuentra en su nivel máximo a una profundidad h1 por dejabo del nivel del terrenoasi que:

H = h - h1 = 0.95 m.Presión neutra del terreno:

128.56 kg/m

444.13 kg/m

214.34 kg/m

Presión del Agua:451.25 kg/m

Sobre Presión:Ps/c = 200.00 kg/m

Momento en el punto A:

717.43 kg_m/m

La sub-presión es :1150 kg/m2

Momentos en el punto B:

-330.50 kg_m/m

SEGURIDAD CONTRA LA SUB-PRESION

Ancho inicial de la "oreja" (X): X = 0.3 m.

1680.00 kg/m

720.00 kg/m

765.00 kg/mLa Sub-presión es :

Densidad del concreto (g)

λ 'n=(1−Sen (Ø ))=

PS1=12λn γ s (h−H )2=

PS 3=12λn γ sat (H )2=

Pa=12γ a (H )2=

M A=( 13 h1+H )PS1+12(H )PS 2+

13H (PS3+Pa )+P s/w (h/2)=

q=γa (H+d2 )=

MB=M A−[ 18 q (b+d1)2 ]=

P1=(b+2d1+2 X )d2 γ c=P2=hd1 γ c=

P3=hX γ S=

Q=q(b+2d1+2 X )=

PS 2= λn γ s H (h−H )=

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4025.00 kg/mQ=q(b+2d1+2 X )=

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FACTOR DE SEGURIDAD:

1.16 F = 1.16 > 1.1 OK

LA PRESION DE LA ESTRUCTURA SOBRE EL TERRENO ES:

0.018 kg/cm2

FACTOR DE SEGURIDAD:79.0 >= 2.00 OK

RESUMEN CASO I : Por lo tanto se tienen :

P1 = 1680.00 kg/m 1150.00 kg/m2P2 = 720.00 kg/m Q = 4025.00 kg/m

P3 = 765.00 kg/m 717.43 kg/m Muro Exterior

-330.50 kg/m Losa Superior

CASO II - LLENOLa altura del Nivel freático se ha observado en campo

Por tanto, se tieneH = 0.90 m

Presión neutra del terreno:

153.00 kg/m

459.00 kg/m

192.38 kg/m

Presión del agua del estrato saturado:

405.00 kg/m

Presion de la sobre cargaPs/c = 200.00 kg/m

Presión del agua de la sección que fluye sobre el canal:

405.0 kg/m

Momento en el punto A:

597.86 kg_m/m

La sub-presión es :1100 kg/m2

Presión de agua que fluye, sobre el fondo del canal:

900.00 kg/m2

Momento en el punto B:

415.61 kgm/m

La presión sobre el terreno es:

1680 kg/m

720 kg/m

765 kg/m

2250 kg/mLa Sub-presión es :

3850 kg/m

qp =

MA =

MB =

MA =

F=P1+2 P2+2P3

Q=

σ T=(P1+2P2+2 P3 )−Q

(b+2d2+2 X ) 10000=

F=σCσTsat

=

q=γa (H+d2 )=

MB=M A−[ 18 (q−qv ) . (b+d1 )2 ]=P1=(b+2d1+2 X )d2 γ c=

P2=hd1 γ c=

P3=hX γ S=

Q=q(b+2d1+2 X )=

PS1=12λn γ s (h−H )2=

PS 3=12λn γ sat (H )2=

Ph=12γa (H )2=

M A=( 13 h1+H )PS1+12(H )PS2+

13H (PS3+Pa )+Ps/w (h/2)−Ph( h3 )

Pa=12γ a (H )2=

Pv =Pagua =Hb γ a=

PS 2= λn γ s H (h−H )=

qv=γ a (H )=

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FACTOR DE SEGURIDAD CONTRA LA SUB-PRESIÓN:

1.79 F = 1.79 > 1.1 OK

LA PRESION DE LA ESTRUCTURA SOBRE EL TERRENO ES:

0.307

FACTOR DE SEGURIDAD:4.59 >= 2.00 OK

RESUMEN CASO II : Por lo tanto se tienen :

P1 = 1680.00 kg/m 1100.00 kg/m2P2 = 720.00 kg/m Q = 3850.00 kg/m

P3 = 765.00 kg/m 597.86 kg/m Muro Exterior415.61 kg/m Losa Inferior

CASO III - LLENO - SIN PRESION DEL SUELO - SIN NIVEL FREATICOLa altura de agua se considera igual al tirante máximo de agua que transitaría por el canal, este valor corresponde a:h1+p , parámetros que corresponden a los obtenidos en el diseño hidráulico, mediante el programa Winflume32 - V1.05Por tanto, se tiene

H = 0 0.90

La presión neutra del terreno: No Existe

La presión del agua es:405.00 kg/m

Momento en el punto A:121.50 kg_m/m

Presión del Agua sobre el fondo:2250.00 kg/m

900.00 kg/m2

La sub-presión es :No Existe

Momento en el punto B:581.63 kg_m/m

La presión sobre el terreno es:

1680.0 kg/m

720.0 kg/m

0.0 kg/m

2250.0 kg/m

La Sub-presión es :No Existe

LA PRESION DE LA ESTRUCTURA SOBRE EL TERRENO ES:

0.09 kg/cm2

FACTOR DE SEGURIDAD CONTRA LA PRESIÓN DEL SUELO:

14.55 >2.0 OK

qp =

MA =MB =

σ T=(P1+2 P2+2P3+PV )−Q(b+2d2+2 X ) 10000

=

F=σCσTsat

=

Ph=12γa (H )2=

M A=13Pha (H )=

MB=−M A+[ 18 qv (b )2]=

σ T=(P1+2P2+2P3)−Q(b+2d2+2 X )10000

=

F=σCσ T

=

P1=(b+2d1+2 X )d2 γ c=P2=hd1 γ c=P3=hX γ S=

F=P1+2 P2+2P3+PV

Q=

Pv =Pagua =Hb γa=

Pv =Pagua =Hb γa=

qv =qagua =H γ a=

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RESUMEN CASO III : Por lo tanto se tienen :

P1 = 1680.0 kg/m q = 0 kg/m2P2 = 720.0 kg/m Q = 0 kg/mP3 = 0.0 kg/m 121.50 kg/m Muro Interior

581.63 kg/m Losa Inferior

SEGURIDAD CONTRA LA TUBIFICACION

Para nuestro proyecto se se construira una red de filtración.

El número de líneas de flujo es: Nf = 5Ne = 12

Para el cáculo se considerara como caso crítico que el canal aguas arriba este con agua y que aguas abajo no hay agua en el canal

El gradiente Hidraulico es (H1-H2) = 0.078 m Obtenido del diseño hidraulico (Winflume)

La perdida de carga en cada línea equipotencial es: 0.01 m

El volumende agua, por metro de ancho, pasando por debajo de la estructura es:

k = 2.90E-07 9.425E-09 m3/seg_m

El Gradiente Hidraulico crítico es:0.95

H2 0.495H1 1.2762

La carga Hidráulica promedio en el plano CD es:

3 0.0195

La altura del elemento ABCD es: D = 0.6 m.

El gradiente hidráulico promedio es: 0.0325 m/m

EL FACTOR DE SEGURIDAD CONTRA EL SIFONAJE POR LEVANTAMIENTO ES:

29.23 > 2 OK

CALCULO DEL REFUERZO DE LAS PAREDES

1.-

- Recubrimiento ( c ) : 0.04 m - diámetro de la barra : 0.5 Pulg. = 0.0127 m

Momento de Diseño 717.43 kgm/m

Momeneto Ultimo: 1291.38 kgm/m

........(1) .......(2)

........(3)

Mu = 129138.28 kg_cm/m Ø = 0.9d = 15.365 cm fy = 4200 kg/cm2b' = 100.00 cm f'c = 210 kg/cm2

reemplazando en la ecuación (3), se tiene:

a = 0.53239 cm y reemplazando en la ecuación (2), se tiene:As = 2.26 cm2/m

Refuerzo mínimo para los muros:2.30 cm2/m

MA =MB =

El refuerzo de la cara exterior de la paredes de la poza se calculan con el momento MApara el Caso I y Caso II.

MA =

MUA=1 .80M A=

Mu=φ (0 .85a ( f C' )b)(d−a2 )

Mu=φA s f y(d−a2 ) AS=

0 .85a ( f C' ) bf y

ASmïn=0 .0015bd=

Δh=hNe

=

q=k (h )(N f

Ne)=

ΙC=γ satγ a

=

hM=N ' fNe

(ΔH )=N ' f=

ΔH=

ΙM=hMD

=

F=ΙCΙM

=

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2.-Adoptar para el recubriniento : 0.04 m.

121.50 kgm/m

218.70 kgm/m

.......(1) ......(2)

.....(3)

Mu = 21870.00 kg_cm/m Ø = 0.9d = 15.37 cm fy = 4200 kg/cm2b' = 100.0 cm f'c = 210 kg/cm2

reemplazando en la ecuación (3), se tiene:

a = 0.089 cm y reemplazando en la ecuación (2), se tiene:

Refuerzo mínimo para los muros: As = 0.38 cm2/m

2.30 cm2 Asmin = 2.30 cm2/m

Además se tendra que colocarse refuerzo por contracción y temperatura en las paredes. Este refuerzo se coloca horizontalmente, y el área para los muros será:

5.00 cm2/m

CALCULO DEL REFUERZO DEL PISO DE LA POZA

Adoptar para el recubrimiento: - En la parte superior de : 0.04 m. - En la parte inferior de : 0.06 m.

1.-

581.63 kgm/m

1046.93 kgm/m

......(1) .........(2)

........(3)

Mu = 104692.50 kg_cm/m Ø = 0.9d = 13.37 cm 4200 kg/cm2b' = 100.0 cm 210 kg/cm2

reemplazando en la ecuación (3), se tiene:

a = 0.497 cm y reemplazando en la ecuación (1), se tiene:As = 2.11 cm2/m

Refuerzo mínimo para la loza:2.27 cm2/m

2.-

717.43 kgm/m

1291.38 kgm/m

......(1) .........(2)

........(3)

Mu = 129138.28 kg_cm/m Ø = 0.9d = 13.37 cm 4200 kg/cm2b' = 100.0 cm 210 kg/cm2

reemplazando en la ecuación (3), se tiene:

a = 0.616 cm y reemplazando en la ecuación (1), se tiene:As = 2.62 cm2/m

Refuerzo mínimo para la loza:2.27 cm2/m

El refuerzo de la cara interior de las paredes de la poza, se calculan con el momento MApara el Caso III.

MA =

Momento Ultimo en el punto B; para la parte inferior de la loza, para el Caso III:

MB =

fy =f'c =

Momento último en el punto A del piso para el Caso I y II, para la parte inferior de lo loza.

MA =

fy =f'c =

MUA=1 .80M A=

Mu=φ (0 .85a ( f C' )b)(d−a2 )

Mu=φA s f y(d−a2 ) AS=

0 .85a ( f C' ) bf y

ASmïn=0 .0015bd=

ATEMP=0.0025bdr=

MUB=1.80M B=

Mu=φ (0 .85a ( f C' ) b) (d−a2 )

Mu=φA s f y(d−a2 ) AS=

0 .85a ( f C' ) bf y

ASmïn=0 .0017bd=

MUA=1 .80M A=

Mu=φ (0 .85a ( f C' ) b) (d−a2 )

Mu=φA s f y(d−a2 ) AS=

0 .85a ( f C' ) bf y

ASmïn=0 .0017bd=

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3.-

121.50 kgm/m

218.70 kgm/m

.......(1) ......(2)

.....(3)

Mu = 21870.00 kg_cm/m Ø = 0.9d = 15.37 cm 4200 kg/cm2b' = 100.0 cm 210 kg/cm2

reemplazando en la ecuación (3), se tiene:

a = 0.089 cm y reemplazando en la ecuación (1), se tiene:As = 0.38 cm2/m

Refuerzo mínimo para los muros:

2.61 cm2 Asmin = 2.61 cm2/m

Además se tendra que colocarse refuerzo por contracción y temperatura en el piso. Este refuerzose coloca horizontalmente:

3.60 cm2/m

4.-

-330.50 kgm/m

594.90 kgm/m

.......(1) ......(2)

.....(3)

Mu = 59490.47 kg_cm/m Ø = 0.9d = 15.37 cm 4200 kg/cm2b' = 100.0 cm 210 kg/cm2

reemplazando en la ecuación (3), se tiene:

a = 0.243 cm y reemplazando en la ecuación (1), se tiene:As = 1.03 cm2/m

Refuerzo mínimo para los muros:

2.61 cm2 Asmin = 2.61 cm2/m

Además se tendra que colocarse refuerzo por contracción y temperatura en el piso. Este refuerzose coloca horizontalmente:

3.60 cm2/m

RESUMEN : QUIPICO

EN LAS PAREDES: - Cara Exterior:

- Vertical As = 2.30 cm2/m Ø 3/8 @ 30 cm. - Horizontal Atem = 5.00 cm2/m Ø 1/2 @ 25 cm.

- Cara Interior: - Vertical As = 2.30 cm2/m Ø 3/8 @ 30 cm. - Horizontal Atem = 5.00 cm2/m Ø 1/2 @ 25 cm.

EN EL PISO: - Cara Superior:

- Perpendicular al eje As = 2.61 cm2/m Ø 3/8 @ 25 cm. - Paralelo al eje Atem = 3.60 cm2/m Ø 3/8 @ 17.5 cm.

- Cara Inferior : - Perpendicular al eje As = 2.42 cm2/m Ø 3/8 @ 25 cm.

- Paralelo al eje Atem = 3.60 cm2/m Ø 3/8 @ 17.5 cm.

Momento último en el punto A del piso para el Caso III, para la parte superior de la loza:

MA =

fy =f'c =

Momento último en el punto B del piso para el Caso I y II, para la parte superior de la loza:

MA =

fy =f'c =

MUA=1 .80M A=

Mu=φ (0 .85a ( f C' )b)(d−a2 )

Mu=φA s f y(d−a2 ) AS=

0 .85a ( f C' ) bf y

ASmïn=0 .0017bd=

ATEMP=0.0018bdr=

MUA=1 .80M A=

Mu=φ (0 .85a ( f C' )b)(d−a2 )

Mu=φA s f y(d−a2 ) AS=

0 .85a ( f C' ) bf y

ASmïn=0 .0017bd=

ATEMP=0.0018bdr=