CAIDAS 12
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CAIDA No. 01
DISEÑO DE LA CAIDA
UBICACIÓN = km 0 + 075 ALT. CAIDA = 0.95 mCAUDAL = 1.38 m³/s
DISEÑO: CARACTERISTICAS DEL CANAL
AGUAS ARRIBA AGUAS ABAJO
Q = 1.38 m³/s Q = 1.38 m³/sS = 0.0005 S = 0.0025n = 0.015 n = 0.015Z = 1.00 Z = 1.00b = 0.75 m b = 0.75 m
=Cambiar Y 0.9257 = 0.93 m 0.4140 = 0.41 m Cambiar Y
Iterar = 0.93 m = 0.62 m IterarP = 3.37 m P = 2.50 mR = 0.46 m R = 0.34 mT = 2.60 m T = 1.99 m
Dh = 0.60 m Dh = 0.43 m
A = 1.55 m² A = 0.85 m² 0.04 mV = 0.89 m/s V = 1.62 m/s 0.93 m
=
= 0.966 m = 0.755 mF = 0.368 F = 0.794
Flujo Subcrítico Flujo Subcrítico
ANCHO DE LA CAIDA :
q = (max) q = b = Q/qq = 1.41 b = 0.98 m
DIMENSIONES DE LA CAIDA :
- Flujo Crítico: "Yc" :Iterar Yc = 0.55 m
- Número de Froude "F" :F = 1 F = 1.000
Ac = 0.71 m²Vc = 1.94 m/s
P = 2.30 mR = 0.31 mT = 1.84 m
Dh = 0.38 m - Número de Salto "D" :
- Longitud total de la Caída:Lt = 3.5Yc + Ld + Lj + 1.00Lt = 11.94 m
- Ventilación bajo la lámina:qa = qw *0.1
qa =Y = Tirante normal aguas arriba de la caída.
Q x n / (s1/2) (A5/3) / (P2/3)
YE YS
H Y + V2/2g
H1 H2
1.48H3/2 Q/b -->
(Yp + Y)1.5
Capacidad de suministro de aire m3/seg x m ancho de cresta.
qw = Máxima descarga unitaria sobre la caída.Asumiendo una longitud de tubería igual a 2.50 mY un valor f = 0.02 para tuberías PVC
P =g w D 2g
qa = 0.390Qa = qax bQa = 0.37 m³/sQa = Capacidad total de aire necesaria.Aa = Area total de aire necesaria.
Si usamos tuberías:4
=2g 2g
=Por tanteos:
D = 6.00 "D = 0.15 m 0.000506
A = 0.018 m²P = 0.30 ma = 1.00 0.000005
w = 830.00kc = 0.50 2.93
kb = 1.10 1,975.31
kcx = 1.000.03 = 0.03 OK!
Estos tubos se colocaran de tal manera que conecten la camara de aire con el exterior.
DISEÑO DE LA TRANSICIÓN DE SALIDA:1) CARACTERISTICAS HIDRAULICAS:
AGUAS ARRIBA AGUAS ABAJO
Q1 = 1.38 m³/s Q2 = 1.38 m³/sS1 = 0.0025 S2 = 0.0025n1 = 0.015 n2 = 0.015Z1 = 0.00 Z2 = 1.00b1 = 0.98 m b2 = 0.75 m
=OK 0.4140 = 0.41 m 0.4140 = 0.41 m OK
Iterar Y1 = 0.91 m Y2 = 0.62 m IterarP1 = 2.79 m P2 = 2.50 mR1 = 0.32 m R2 = 0.34 mT1 = 0.98 m T2 = 1.99 m
Dh1 = 0.91 m Dh2 = 0.43 m
A1 = 0.89 m² A2 = 0.85 m²V1 = 1.55 m/s V2 = 1.62 m/s
=
= 1.029 m = 0.755 mF1 = 0.520 F2 = 0.794
Flujo Subcrítico Flujo Subcrítico
QT = 1.38 m³/sST = 0.0005nT = 0.015
2) DISEÑO HIDRAULICO:Máximo ángulo que confirman el flujo:Formado por el alero de la transición y el eje del canal:
=F = F1 + F2
a ( Kc + fL + Kb + Kcx) Va 2
Aa = πD 2
V 2a (Qa/Va) 2
V2a 0.074 / D4
Q x n / (s1/2) (A5/3) / (P2/3)
H Y + V2/2g
H1 H2
Tg α/2 1/3F Según BUREAU OF RECLAMATION
2F = 0.657
= 0.507 0.47α/2 = 26° 53' 46.94"
Redondear α/2 = 30°α = 60° 0.58
Longitud de la Transición (LT) =LT = T2 - T1
LT = 0.87 m
Perdidas de Carga (Pc) :BERNOULLI
E1 = E2 + Pc 0.91 0.62Pc = E1 - E2 0.12 0.13Pc = 0.30
2g 2gPc = -0.026 m
DISEÑO DE LA TRANSICIÓN DE ENTRADA:1) CARACTERISTICAS HIDRAULICAS:
AGUAS ARRIBA AGUAS ABAJO
Q1 = 1.38 m³/s Q2 = 1.38 m³/sS1 = 0.0005 S2 = 0.0005n1 = 0.015 n2 = 0.015Z1 = 1.00 Z2 = 0.00b1 = 0.75 m b2 = 0.98 m
=OK 0.9257 = 0.93 m 0.9257 = 0.93 m OK
Iterar Y1 = 0.93 m Y2 = 1.78 m IterarP1 = 3.37 m P2 = 4.55 mR1 = 0.46 m R2 = 0.38 mT1 = 2.60 m T2 = 0.98 m
Dh1 = 0.60 m Dh2 = 1.78 m
A1 = 1.55 m² A2 = 1.75 m²V1 = 0.89 m/s V2 = 0.79 m/s
=
= 0.966 m = 1.814 mF1 = 0.368 F2 = 0.189
Flujo Subcrítico Flujo Subcrítico
QT = 1.38 m³/sST = 0.0005nT = 0.015
Tg α/2
2Tgα/2
Habiendo tomado un α/2 máximo permisible, esta longitud de transición es la más económica.
Y1 + V1 2 - (Y2 + V 22)
Q x n / (s1/2) (A5/3) / (P2/3)
H Y + V2/2g
H1 H2
0.13 m
0.62 m
DISEÑO ESTRUCTURAL
A. CRITERIOS ESTRUCTURALES: - Peso Unitario material seco:
= 1600 kg/m³ø = 32°
B. CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES: - Concreto Armado: - Concreto Ciclópeo:
f´c = 210 kg/cm² f´c = 140 kg/cm² - Peso Unitario Concreto Armado: - Peso Unitario Concreto Simple:
= 2400 kg/m³ = 2300 kg/m³ - Armadura:
fy = 4200 kg/cm²
C. PROGRESIVA: - Número: km 0 + 080
D. ALTURA DEL MURO (hc): - Se considera la más desfavorable, esta se ubica inmediatamente después de la caída.
He = 1.20 m = 0.95 m
hc =hc = 2.15 m
E. ALTURA (h´) (ficticia): - Originada por una sobrecarga uniforme y que se puede dar debido al paso de vehículos.
h´ = 0.63 m
F. ALTURA DE DISEÑO (H): - Será: H = hc + h´
H = 2.78 m
G. COEFICIENTE DE EMPUJE NEUTRO (Cpn): - Se le define como la presión lateral de las tierras en reposo sobre un muro.
Cpn =ø = ángulo de reposo del material de relleno.ø = 32°
Cpn = 1 - sen 32°Cpn = 0.470
H. EMPUJE P: - Empuje que ejerce el material de relleno sobre la pared o muro.
P =P = 0.50 x 0.470 x 1600 x 2.78 ²P = 2906 kg
I. MOMENTO: - Momento que genera el empuje del suelo.
M = P x H/3M = 2906 x 2.78/3 x 100M = 269,324 kg-cm
GRÁFICO:P = 2906 kg
H/3 = 0.93 m
h´= 0.63 m
H= 2.78 m hc= 2.15 m
P
0.93 m
γs
γca γcs
∆zHe + ∆z
1 - Senø
1/2 Cpn x γs x H2
0.93 m hc= 2.15 m
H= 2.78 m
w=2PH w=2PH
h´= 0.63 m
H= 2.78 m hc= 2.15 m
A A
269,324 269,324
J. DISEÑO POR ESFUERZO DE TRABAJO:CALCULO DE LAS CONSTANTES DEL CONCRETO ARMADO:ESFUERZO DE COMPRESIÓN PERMISIBLE EN EL CONCRETO
fc = 0.4 x f´cfc = 0.4 x 210fc = 84 kg/cm²
Esfuerzo permisible en el acero:fs = 0.4 x fyfs = 0.4 x 4200fs = 1680 kg/cm²
Módulo de Elasticidad en el Concreto:Ec =Ec = 15000 x 210²Ec = 217,371
Relación módulo elasticidad del acero y del concreto:Es =n = Es/Ecn = 2.1 x 10⁶ / 217371n = 9.66
Relación de las tensiones del acero y del concreto:τ = fs
fcτ = 1,680
84τ = 20
Factor adimensional:K = n
K = 9.6629.66
K = 0.326Factor adimensional:
j = 1 - k/3j = 1 - 0.326/3 j = 0.891
K. PERALTE EFECTIVO:d =
fc.j.k.bb = 100 cm (1 m de muro)d = 538,649
2,438.80d = 14.86 cmd = 15 cm
MMAX = PH/3 MMAX = PH/31/8 wL2
15000 f´c1/2
2.1 x 106
n + τ
(2M) 1/2
+
- -
L. ESPESOR DE MURO:t = r + d r = 10 cmt = 25 cm
GRÁFICO:0.15 m
0.10 m
0.25 m
J. AREA DE ACERO PRINCIPAL: - Acero en tracción, vertical:
M = As ,fs.j.dM = Momento flexionante del elemento estructural.
Ms = Momento resistente con respecto al acero esfuerzo de tracción. = M
fs.j.d = 269,324
22,464 = 11.99 cm²
- Área de acero mínimo:Según CIP:
A´s = 0.0025xbxdA´s = 3.75 cm² < 11.99 cm² < 11.99
Según ACI:A´s = 0.0015xbxdA´s = 2.25 cm² < 11.99 cm² < 11.99
- Área de acero principal (Asumida):As = 11.99 cm²As → 10 ø 1/2´´
- Distribución de la armadura principal:Revisión esfuerzos cortantes:
V = 2906 kg/cm²v = V/bd = 4.20 kg/cm²v = 1.94
As ACERO
As (-)
As (-)
As (-)
v permisible
ø (") # 1/4 0.31 40.00 1/2 1.23 10.00 5/8 1.92 7.00 3/4 2.76 5.001 4.91 3.00
1 1/2 11.04 2.00
cm2