1 Diseño Hidraulico y Estructural Canal

PERFIL DE INVERSION PUBLICA: MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE AGUA PARA RIEGO EN EL SECTOR EL TIGRE PALO BLANCO, DISTRITO DE CAARIS, PROVINCIA DE FERREAFE, DEPARTAMENTO DE LAMBAYEQUE

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PROYECTO DE INVERSIN PBLICA

PERFIL DE INVERSION PUBLICA: MEJORAMIENTO DEL

SERVICIO DE AGUA PARA RIEGO EN EL SECTOR EL TIGRE

PALO BLANCO, DISTRITO DE CAARIS, PROVINCIA DE

FERREAFE, DEPARTAMENTO DE LAMBAYEQUE

ESTUDIO DE PREINVERSION A NIVEL DE PERFIL

VOLUMEN II: ANEXOS

03. DISEO HIDRAULICO Y ESTRUCTURAL

LAMBAYEQUE PERU

Enero del 2016


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1. DISEO HIDRAULICO

1.1 CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEO

Para el diseo hidrulico se ha tenido en cuenta las consideraciones siguientes:

- El planteamiento propuesto toma como base el actual sistema de riego existente, se ha seguido el actual trazo, alineando su eje, planteando el mejoramiento de la seccin hidrulica actual con revestimiento para evitar prdidas por infiltracin.

- En el Tramo comprendido entre la progresiva 0+000 (3+780 final del revestido existente) a 4+952.898, el canal tiene un recorrido sobre una cota alta que domina toda la zona de riego, y va adyacente a la ladera de la zona rocosa por lo que se propone el diseo de un canal trapezoidal de concreto, para un Qmx= 0.2 m3/s., con una sola seccin tpica para dar garanta a los excesos de precipitaciones en los meses de lluvia y que recargan el canal.

- Adems el canal en todo su recorrido tendr un camino de vigilancia de un ancho mnimo de 0.80 m, en su margen izquierda, estar provisto de las obras de arte correspondientes como tomas laterales, cada trapezoidales, canoas para mitigar quebradas, pases areos, transiciones, puentes peatonales y otras necesarias.

Los parmetros tomados en cuenta son:

A. Caudal (Q)

El caudal de diseo para todo el proyecto es de 0.20 m3/seg.

B. Pendiente (S)

Aplicando el diseo de la rasante sobre la pendiente del perfil topogrfico del canal existente obtuvimos una pendiente de rasante promedio de 1.5 .

C. Velocidad Mnima de Sedimentacin:

La velocidad del flujo no debe descender de cierto lmite inferior equivalente a la velocidad de deposicin del material en suspensin que acarrea el agua en el canal, se ha adoptado como velocidad mnima Vmin = 0.80 m/seg.

D. Velocidad Mxima de Erosin:

Un flujo de agua excesivamente rpido erosionar las paredes del canal daando los revestimientos o modificando el contorno de los cauces naturales, Vmax = 2.50 m/s.

E. Taludes recomendados y Ancho de solera:

La inclinacin de las paredes de los canales depende de la geologa de los materiales de excavacin y relleno por los que atraviesen y para esta alternativa el valor a usar es de 0.25:1 por estar apoyado sobre material rocos y estable:

F. Coeficiente de Rugosidad (n):

Es la resistencia al flujo de agua que presentan los revestimientos de los canales artificiales y la naturaleza de los cauces naturales y uno de los valores para esta alternativa es concreto (0.014) y de 0.035 para cobertura vegetal.

G. Tirantes recomendados:


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Para determinar la seccin ptima es necesario efectuar un anlisis del costo del canal para diferentes tirantes, tomando como base la seccin de mxima eficiencia hidrulica.

H. Radios de curvaturas Mnimos:

Para el replanteo de las curvas horizontales el radio de curvatura mnimo ser: Rc = 10Y a 15Y, Rc = 3B a 5B; Donde: Y = Tirante en m.; B = Ancho de espejo de agua; Rc= Radio de curvatura

I. Bordes Libres

Para dar seguridad al canal es conveniente considerar bordes libres de acuerdo al tirante y velocidad del canal.

Cuadro N 03: Bordes libres (fb) para diferentes caudales.

Caudal (Q)

(m3/s)

Borde Libre

fb (m)

< 1.0 0.15

1.0 - 1.7 0.2

1.8 - 4.0 0.25

4.1 - 7.0 0.3

Criterio Prctico: BL = Y / 3

J. Espesor de Revestimiento y separacin de Juntas:

Ser calculado de acuerdo al caudal de diseo segn cuadro siguiente.

Cuadro N 04: Espesor de revestimiento y separacin de juntas.

Caudal (Q)

(m3/s)

Espesor

Revestimiento

e (cm)

Separacion de

Juntas

(m)

0 - 3.0 5 3

3.1 - 7.0 6.5 3

7.10 - 78.0 7.5 - 10 3.5 - 4.5

Para concreto reforzado se utilizara un espesor de 0.10 m para el revestimiento de Q < 2.00 m3/s y 0.15m para Q > 2.00 m3/s.

K. Profundidad Total (H):

Conocido el tirante y el borde libre tenemos, H = y + B. L.

L. Camino de servicio y berma del canal:

Se dispondr de camino de servicio de 3.50 m de ancho para canales con Q > 0.80 m3/s. Para la berma opuesta se emplear lo siguiente:

Cuadro N 05: Anchos Camino de Servicio y bermas del canal segn caudal.

Caudal (Q)

(m3/s)

Ancho de Berma

(m)

0 - 0.3 1.2

3.1 - 7.0 2


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1.2 DISEO HIDRAULICO DEL CANAL EL TIGRE PALO BLANCO

1.2.1 PROGRESIVA 00+000 A 04+952.898

Mxima eficiencia hidrulica

SECCION FINAL DE DISEO KM 00+000 A 04+952.898


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1.2.2 CARACTERISTICAS HIDRAULICAS Y GEOMETRICAS DEL CANAL EL TIGRE - PALO BLANCO

El siguiente cuadro muestra las caractersticas hidrulicas y geomtricas por cada tramo de diseo del canal El Tigre - Palo Blanco.

Cuadro N 02: Caractersticas Hidrulicas y Geomtricas Canal El Tigre - Palo Blanco.

inicio finQ

(m3/s)

b

(m)

y

(m)

z s

(m/m)

v

(m/s)

T

(m)

A

(m2)

P

(m)

B

(m)

BL

(m)

HT

(m)

00+000.00 04+952.90 0.20 0.40 0.4520 0.25 0.0015 0.8626 0.6260 0.2319 1.3318 0.70 0.1480 0.60

CARACTERISTICAS HIDRAULICAS Y GEOMETRICASPROGRESIVA

1.3 OBRAS DE ARTE

1.3.1 TOMAS LATERALES

Con el fin de suministrar el agua de riego a los predios se ha proyectado 25 tomas laterales de concreto armado.

1.3.2 CAIDAS

Con el fin de mantener una pendiente adecuada en todo el canal, en los tramos de pendientes fuertes se han proyectado quince (15) cadas trapezoidales de una altura promedio de 0.75 m.

1.3.3 TRANSICIONES

Con el fin de unir el canal y obras de arte en sus diferentes secciones del canal, se han proyectado diecisis (16) transiciones de concreto armado de una altura promedio de 0.70 m.

1.3.4 PUENTES PEATONALES

Con el fin de salvar tramos del canal para trnsito de las personas, se han proyectado dos (02) puentes peatonales.

1.3.5 PASES AEREOS

Con el fin de salvar tramos del canal en quebradas, se han proyectado ocho (08) pases areos.

1.3.6 CANOAS

Con el fin de salvar tramos del canal en quebradas pequeas y como medidas de reduccin de riesgos, se han proyectado ocho (08) canoas.

2. DISEO ESTRUCTURAL

Los principales criterios estructurales que se han tomado son los siguientes:


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El diseo estructural ha sido efectuado para las condiciones ms desfavorables de funcionamiento emplendose para la determinacin de las reas de acero de refuerzo el mtodo de la carga a la rotura.

Para el uso del concreto se han establecido las siguientes resistencias cilndricas a los 28 das: Concreto simple fc = 175 Kg/cm2 Concreto Armado fc = 210 Kg/cm2 Solado fc = 100 Kg/cm2

El acero de refuerzo a emplearse ser de grado 60 y lmite de fluencia de fy = 4,200 kg/cm2.

El recubrimiento considerado para losas y muros de r = 5 cm. Espaciamiento mximo de armaduras = 45 m. Acero de temperatura en losas Ast = 0.0020 bh. Acero de temperatura en muros Ast = 0.0025 bh Acero de reparticin Asr = (0.55 Asp)/(A) Acero de principal Asp = Mt /0.90fy((d - (a/2)) Los muros mayores a 20 cm., de espesor tendrn doble capa de armadura y en dos direcciones normales y paralelos a las caras del muro.

2.1 DEL CANAL

Para el diseo estructural se ha considerado el Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE) y las Normas del ACI.

A) TRAMO PROGRESIVA 0+000 a 4+952.898

La seccin de este tramo es trapezoidal, de concreto fc=175 kg/cm2, espesor de losa de 0.075m.

Cuadro N 03: Caractersticas del Canal El Tigre - Palo Blanco Tramo

De A Base Talud Tirante Altura

Borde

Libre Caudal Pendiente n Velocidad Energa No Area Perimetro Radio

m m Total m m3/s m/m Especfica Froude Mojada Mojado

00+000.00 04+952.90 0.40 0.25 0.45 0.60 0.15 0.200 0.00150 0.014 0.86 0.49 0.45 0.23 1.33 0.17

Progresiva CARACTERISTICAS GEOMETRICAS CARACTERISTICAS HIDRAULICAS


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DIMENSIONAMIENTO

Altura h= 0.60 mEspesor de la losas y paredes de= 0.075 m H = 0.60 mTalud Z = 0.25Tirante y = 0.45 m T = 0.7 mAncho de solera B = 0.400 mngulo de inclinacin del talud = 75.964 Longitud L = 0.62 mngulo de inclinacin del terreno = 0

CARACTERSTICAS DEL SUELO

Textura t =

Peso unitario del material seco s = 1650 kg/m3ngulo de friccin interna, = 33 capacidad de carga de! terreno. t = 1.5 kg/m2

CARGA VVA DEL TRAFICO

Carga H15-44, que representa un camin con dos ejes

Carga eje postenor = 13500 kgCarga eje delantero = 3632 kgsobrecarga Se = 550 kg/m2 h' = 0.29 m

CARACTERSTICAS DEL CONCRETO

Concreto f'c = 175 kg/cm2Peso unitario del concreto c = 2400 kg/m3

CALCULO DEL EMPUJE DE TIERRAS (E)

Segn Terzaghi, para fines prcticos (/2 < < 2/3 ) = 19.15

Cea = 0.52 E = 303.33 kg

DISEO ESTRUCTURAL TRAMO :

DISEO DE CARAS LATERALES

0+000 a 4+952.898

}

E = 0.5 Cea s H ( H+2h')

DISEO ESTRUCTURAL CANAL EL TIGRE - PALO BLANCO

Cosec , Sen ( - )

Sen ( + ) + Sen ( + ) Sen ( - )

Sen ( - )

Cea ={

a


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MOMENTO DE EMPUJE O MOMETO DE VUELCO (Mv)

Mv = E x Y

Y = Punto de aplicacin de la fuerza de empuje

H + 3Hh'

3 (H+2h')

Y = 0.35 mMv= 105.23 Kg-m

MOMENTO DEBIDO AL PESO O MOMENTO RESISTENTE (Mr)

Mr = 8.35 kg - m

MOMENTO ACTUANTE FINAL (M)

M = Mv - Mr

M= 96.88 kg . m

Mr/ Mv = 1 07 0.08

DISEO DE LA LOSA DE FONDO

Datos:

Para el anlisis estructural se considera a la losa como una

viga sem empotrada

El valor del momneto de una v iga semi empotrada esta dado

por la siguiente frmula

WL

10

W = c.de.L .1 = 111.3239 kg Ec = 15000bfcL = H / Sen = 0.62 m Es = 2E+07 kg/cm2R1 = R2 = Wv = 104.78 kg Fy = 4200 kg/cm2

Como P = 2 R Carga total recub = 2 cm

P = Wb M = P b b = 100

10 b = 117M= 0.2 H.b.de.c.sen n = Ec/Es= 1M = 24.52 kg-m fs = 0.4.fy = 1690 (fatiga acero)

fc = 0.45.fc= 78.75 (fatiga concr)

j = 1- k/3 = 0.99

Wt= Wsen

Wv = W Sen2

M =

Y =

Wv = Wt Sen

Mr =0.5.c.de.HCos

Sen2

a

a

a


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Peralte efectivo debido al momento flextonante

M

K b

K = 0.5 fc.k.j = 1.73

1

1+ fs

n.fc

dec = 5.27 cm 7.5 cm !OK!

Chequeo por corte

V

de j b

V = 294 kgVc = 0.40 kg/cm2 Vadm =0.29fc= 3.84 kg/cm2

!OK!

Fatiga actuante ( )

6 M

(100 de)

c = 0.08 fc = 14.00 kg/cm2

act


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DISEO HIDRAULICO Y ESTRUCTURAL

ESTUDIO DE PREINVERSION A NIVEL DE PERFIL DEL PROYECTO DE INVERSION PBLICA (PIP):

MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE AGUA PARA RIEGO DEL CANAL EL TIGRE - PALO BLANCO, DISTRITO DE CAARIS, PROVINCIA DE FERREAFE,

DEPARTAMENTO DE LAMBAYEQUE

CONTENIDO

1. DISEO HIDRAULICO ............................................................................................................... 2

1.1 CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEO ................................................................. 2

1.2 DISEO HIDRAULICO DEL CANAL EL TIGRE PALO BLANCO ................................. 4

1.2.1 PROGRESIVA 00+000 A 04+952.898 .................................................................... 4

1.2.2 CARACTERISTICAS HIDRAULICAS Y GEOMETRICAS DEL CANAL EL

TIGRE - PALO BLANCO ........................................................................................... 5

1.3 OBRAS DE ARTE ................................................................................................................ 5

1.3.1 TOMAS LATERALES ................................................................................................ 5

1.3.2 CAIDAS ....................................................................................................................... 5

1.3.3 TRANSICIONES ........................................................................................................ 5

1.3.4 PUENTES PEATONALES ........................................................................................ 5

1.3.5 PASES AEREOS ....................................................................................................... 5

1.3.6 CANOAS ..................................................................................................................... 5

2. DISEO ESTRUCTURAL .......................................................................................................... 5

2.1 DEL CANAL .......................................................................................................................... 6

2.2 DE LAS CAIDAS VERTICALES TRAPEZOIDALES ....................................................... 9

2.3 DE LAS TRANSICIONES TIPICAS ................................................................................... 9

2.4 DE PASES AEREOS ........................................................................................................... 9


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