BENEMRITA UNIVERSIDAD AUTNOMA DE PUEBLA.

INDICE.1. Proposicin al Problema .....22. Anlisis Hidrulico .22.1. Seccin de Cruce .......22.2. Diseo del Canal Trapecial...22.2.1. Tirante Normal .....22.3. Diseo de la Seccin de la cubeta .....32.3.1. Clculo de la plantilla crtica ...32.4. Longitud de Transicin .32.5. Funcionamiento hidrulico ..4 2.5.1. Prdidas de Carga ......42.6. Conclusin73. Clculo Estructural.73.1. Anlisis de cargas ..73.1.1. Seccin transversal ..73.1.2. Anlisis longitudinal de la cubeta ...93.1.3. Clculo de esfuerzos cortantes y momentos positivos ....10 3.1.4. Esfuerzos cortantes y momentos reales ......11 4. Diseo Estructural . 124.1. Revisin de la seccin transversal .... 12 4.2. Revisin como viga apoyada longitudinalmente 134.3. Conclusiones 144.4. Armado final de la seccin central .14

1. PROPOSICIN DEL PROBLEMA.Se ha solicitado disear una Represa Puente y Cada con el fin de conducir y controlar el nivel de agua de un caudal de 27 m3/s en el kilmetro 0+180 del canal principal, y que debe permitir el paso de vehculos por la parte superior de sus conductos, as mismo es necesario el diseo del tanque amortiguador y la trayectoria que una los canales alto y bajo.2. ANLISIS HIDRULICO.2.1. DISEO DEL CANAL.De estudios previos realizados se tienen los siguientes datos:CANAL DE SALIDA.

Tirante normal usando la grfica de Chow:Con la frmula de Manning tenemos el mdulo de la seccin:

Con este valor entramos a la grfica y obtenemos que: despejando el tirante de esta misma ecuacin tenemos:

Iteramos a partir de este valor hasta que el mdulo de la seccin se iguale al factor de conduccin:

El valor que cumple es: sin embargo y por razones constructivas usaremos el tirante: que no representa mayor cambio en el caudal.2.2. SECCIN TRANSVERSAL.El tamao de la seccin transversal, deber ser lo suficientemente amplia para compensar el estrechamiento que provocar la estructura evitando as un considerable aumento de velocidad dentro de la represa, ya que velocidades superiores a 1.5 m/s dificultan la operacin de las compuertas.PARA ESTE CASO: NMERO DE COMPUERTAS.Si se usaran dos, el rea por compuerta: Su altura ser la del tirante normal: El ancho mnimo:

Ahora consultando el catlogo de compuertas radiales (ver anexo 74 A, apuntes Ing. Escobar Chacn) se pueden seleccionar dos compuertas de de ancho por de altura que se ajustan al caso para el diseo de los conductos rectangulares separados por una pila central que ha sido propuesta inicialmente de de espesor.

Con las siguientes condiciones hidrulicas:

LONGITUD DE TRANSICIONES.Se determina segn el criterio de Hinds (sin modificar por la Com. Nal. de Irrigacin):

El valor de a ser tomado de 1230.LatT

Donde:

3. DISEO ESTRUCTURAL.Una vez dimensionada la estructura de la represa, su diseo consistir en revisar si esas dimensiones y los espesores propuestos soportan las cargas a que ser sometida y si el terreno resistir con firmeza.La revisin estructural se referir a los siguientes elementos:a) De la transicin de entrada.b) De los conductos (espesores y refuerzos de los muros laterales de apoyo a la losa del puente y a las compuertas y en contacto con el terreno.3.1. TRANSICIN DE ENTRADA.Esta ser de seccin variable con plantilla y muros laterales con tald variable 1.5:1 a vertical y dentelln de 1 metro que proporcione anclaje contra deslizamiento.ANLISIS DE CARGAS.Aquellas que actuarn sobre la estructura sern la presin hidrosttica y el empuje de tierras; El caso desfavorable ser cuando la estructura est vaca solo bajo la accin del empuje del terreno. Se analizarn dos secciones crticas de la estructura:1) Vertical en su conexin con la entrada de los conductos.2) Inclinada en su parte media.EMPUJE DE TIERRA.Se aplicar la teora de RANKINE para evaluar el empuje en estado activo.

Su punto de aplicacin es:

El coeficiente activo:

Para el presente proyecto y sin tener pruebas de laboratorio y suponiendo suelos firiccionantes con tald 1.5:1 y peso especficico PARA LA SECCIN VERTICAL.

Y el momento vale:

PARA LA SECCIN A LA MITAD.Coef. Activo, del plano:

Y el momento vale:

3.1.1. DISEO.Los elementos estructurales se disearn por el mtodo de los esfuerzos de trabajo:Constantes de clculo: SECCIN VERTICALPeralte por momento:

Peralte por esfuerzo cortante:

Se adopta como peralte efectivo

Refuerzo:

Se colocarn varillas de 3/4 a cada 11 cm.El refuerzo colocado por la parte exterior ser alternado a cada 22 cm a la altura de la base donde el momento flexionante sea la mitad, mediante la expresin:

SECCIN MEDIAPeralte por momento:

Peralte por esfuerzo cortante:

Se adopta como peralte efectivo

Refuerzo:

Refuerzo separado a:

Se colocarn varillas de 1/2 a cada 12.5 cm.Refuerzo por temperatura:Considerando un espesor promedio de 25 cm y por especificacin:

Se colocarn varillas de a cada 20 cm.A partir de la mitad de la estructura hacia la entrada, el refuerzo no se recortar ya que su rea esta cercana a la de temperatura.

3.2. DISEO ESTRUCTURAL DE LOS CONDUCTOS.3.2.1. MUROS LATERALES.Los muros lateralessoportarn la losa del puente y las estructuras de las compuertas, estarn sometidos a su peso propio, al empuje de tierras, a la presin del agua y a las cargas vivas.De antemano sabemos que las condiciones crticas para este muro ser cuando la estructura est vaca y algn vehculo se encuentre sobre el trnsito. Las cargad que determinen el diseo sern las de empuje de tierra, frenaje y friccin.ANLISIS DE CARGASA continuacin se presentan las fuerzas horizontales antes mencionadas, se han valorado y consignado sus momentos con relacin a la base del muro de 3.85 m de altura en la siguiente tabla para determinar su espesor:

Peralte mnimo:

Peralte por esfuerzo cortante:

Se adopta como peralte este muro

Refuerzo:

Se colocarn varillas de a cada 12.5 cm.Refuerzo colocado por la parte exterior alternado a cada 25 cm a la altura de la base donde el momento flexionante sea la mitad:

Por la altura del muro se puede aumentar la separacin donde el momento es la cuarta parte prolongando las varillas a cada 50 cm.

Refuerzo por temperatura:

Se colocarn varillas de a cada 23 cm en dos direcciones y ambas caras.

PILA CENTRAL.Por temperatura:

Se colocarn varillas de a cada 20 cm en dos direcciones y ambas caras.3.3. ESTABILIDAD DE LA REPRESA.La estructura principal de la represa deber ser segura y estable a las condiciones de carga ms desfavorables.En el caso de este proyecto se encontr como caso ms desfavorable la siguiente condicin de cargas:Estructura llena hasta el nivel mximo con la compuerta cerrada, actuando la subpresin y con carga sobre el puente.3.3.1. ANLISIS DE CARGAS Y DE MOMENTOS DE LAS FUERZAS.A partir del primer borrador del plano dimensionado y acotado, se procedi al anlisis de cargas de los elementos que involucra ( peso propio de los elementos y de las cargas vivas) as como las distancias (brazo de palanca) al punto de giro para calcular sus momentos.De una forma breve y concisa y con el fin de evitar errores, se anexa la tabla siguiente donde se consignan los resultados calculados omitindose el anlisis elemental de cada fuerza. (IMPORTANTE: Todos los momentos con relacin al piso de entrada de los ductos):

DISTANCIA X DE LA RESULTANTE:En la losa de apoyo a la entrada de los ductos rectangulares.

EXCENTRICIDAD.

PRESIONES TOTALES SOBRE LA LOSA DE CIMENTACIN:

FF

DIAGRAMA DE PRESIONES.3.4. ELEMENTOS COMPLEMENTARIOS DE LA ESTRUCTURA: MUROS DE SOSTENIMIENTO DE TIERRAS.En el caso que se analiza, la cada se inicia a la salida de los ductos; conviene que la descarga sea brusca para generar prdidas de velocidad, la ampliacin al tanque amortiguador ser vertical desde el nivel superior hasta el fondo del tanque.

3.4.1. CLCULO DEL MURO MAYOR.Es el cierre vertical de los conductos con el tanque amortiguador.

SECCIN PROPUESTA

DISEO.El diseo consiste en proponer en base a especificaciones, ejemplos o por experiencia las dimensiones iniciales del muro, proponiendo la zapata ms larga en la parte enterrada para mayo estabilidad con el peso de la tierra sobre ella.Si al verificar las dimensiones propuestas no soportan las fatigas impuestas por las cargas, debern modificarse las dimensiones.

El momento vale:

ESPESOR DEL MURO:

Se adoptar la dimensin del diseo

REFUERZO POR MOMENTO:

REFUERZO POR TEMPERATURA:

REFUERZO POR TEMPERATURA EN LA ZAPATA:

3.4.1. ANLISIS DE ESTABILIDAD.Depender de las cargas estabilizantes, o sea, las verticales contra las horizontales o volcamiento. Para esto se puede dividir la seccin en reas geomtricas con sus centros de gravedad bien conocidos, el punto de giro conveniente para los momentos es el (B) en el extremo exterior de la zapata.ANLISIS DE CARGAS:Segn la seccin propuesta y considerando las cargas por ML de muro:

CLCULO DE MOMENTOS:Estos clculos debern realizarse ordenadamente consignndolos en una tabla como la siguiente:

DISTANCIA X DE LA RESULTANTE AL PUNTO (B)En la cimentacin:

La resultante cae dentro de la zapata que tiene 2.22 m de ancho, por tanto el muro no voltea. Posicin con relacin al eje:EXCENTRICIDAD:

MEDIO TERCIO MEDIO DE LA BASE.

Por lo tanto la resultante cae en la orilla del tercio medio, la fatiga en el terreno del lado interior ser nula y el diagrama de fatigas a la cimentacin ser triangular.3.4.2. DESLIZAMIENTO.(Coeficiente de friccin para el caso )

Por lo tanto el muro no desliza.

FATIGAS EN LA CIMENTACIN

Fatiga menor que la capacidad de carga del terreno en ese sitio que es de 20,000 kg/m2.

4. DISEO HIDRULICO DE LA CADA.La cada del proyecto se construir a la salida de las compuertas, al final de los ductos rectangulares, que se conectarn mediante una trayectoria parablica al tanque amortiguador que ser de seccin trapecial que se conectar en su salida con el canal inferior tambin trapezoidal.Por lo tanto, debern determinarse:1. Las dimensiones del tanque amortiguador.2. La longitud de la trayectoria.4.1. TANQUE AMORTIGUADOR.Deber disearse como un desfogue total para dar salida con compuertas abiertas al gasto normal del canal y cuando sea ese caso, en el borde de la cada tendremos una seccin de control donde se producir el rgimen y el tirante crticos.Dado que los conductos son rectangulares, el tirante crtico se calcular con la frmula:

SECCIN CRTICA.

GRADIENTE DE ENERGA EN SECC. (0):

El tanque amortiguador ser trapezoidal y con el objeto de que los tirantes sean mayores conviene que la plantilla sea menor que la del canal normal que es de 2.7 m.Por lo tanto se propone para plantilla del tanque amortiguador.Es necesario calcular el rea trapecial para el conjugado menor :

Por continuidad comprobamos la velocidad:

Se considera correcto el conjugado menor propuesto .CONJUGADO MAYOR.Para el salto hidrulico en un canal trapezoidal, podemos hacer uso de una solucin grfica, (SOTELO AVILA. Hidrulica de Canales. Pginas 288-290) partiendo para el conjugado mayor con el valor y a base de iteraciones hallamos el valor verdadero del conjugado, haciendo uso de la ecuacin general del salto hidrulico:

Podemos verificar mediante la siguiente tabla, en la que el MOMENTUM de ambos tirantes deber ser igual:

VERIFICACIN DEL TIPO DE SALTO.Es conveniente que el diseo propicie el salto hidrulico claro, sin embargo se ha optado por generar un ahogamiento del 29% que con el fin de estabilizar el salto dentro del tanque y que tienda a un salto claro cuando se presente un caudal mayor, para ello deber cumplirse la siguiente condicin:

Lo que indica que el salto ser ahogado, el porcentaje de ahogamiento ser:

ELEVACIN (B) DEFINITIVA PARA EL FONDO DEL TANQUE AMORTIGUADOR.Ser la cota del canal bajo menos el escaln (P):

LONGITUD DEL TANQUE.

TRAYECTORIA.La longitud de la trayectoria se determinar a partir de la ecuacin:

Por lo tanto la ecuacin queda:

OBRAS HIDRULICAS II CANAL LATERAL 0 + 500