Estabilidad de Bocatoma

7/23/2019 Estabilidad de Bocatoma

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VERIFICACIN ESTRUCTURAL Y VERIFICACIN DE LA ESTABILIDAD DE LA PRESA

Peso especfico del Concreto = 2.4 Tn/m Diagrama de la Captacina = 0.35

b = 0.60

c = 0.70 0.60

d = 0.50 0.50

e = 0.50 0.30f = 0.60 0.60

g = 0.30 0.50

1.- Determinar el centro de Gravedad de la presa.MOMENTOS C/R A EXTREMO DER.

SECCIN W (peso) DIST. c/r a O MOMENTO DISTANCIA MOMENTO

Wi * X VERTICAL Wi * Y

A 0.504 0.18 0.088 1.300 0.6552

B 1.980 0.83 1.634 0.750 1.485

C 0.504 0.58 0.294 1.200 0.6048

D 0.360 0.15 0.054 0.250 0.09

TOTAL 3.348 2.070 2.835

PUNTO DE APLICACIN DE LA RESULTANTE:

Xc= Wi * X 0.62 m Yc = Wi * Y 0.85 mW W

2.- Determinacin de la excentricidad de la presa vaca si se produce un sismo.con una aceleracin de la gravedad de 0.5 veces de la fuerza de gravedad.

(a=0.05*g)

Fs=W/g*a (con el sentido de derecha a izquierda) ..(a)

donde:

Fs: ?

W: 3.35 Tn

g: 9.8 m/seg

a: 0.05 g

Fs = 0.017

Si W.m1-Fs.Y = 0 (b)

Reemplazando (a) en (b):

m1 = 0.05.Y = 0.042 m

De la figura:

Xe = e + b/2

e = Xn - b/2 ( c )

Donde "e" viene a ser la excentricidad

As mismo:

XR = m1 + X (d)

XR = 0.661 m

Reemplazando (d) en ( c )

e = (m1+ X) - b/2

e = -0.16 m

Fuerza originada por el sismo =

Peso del macizo en Tn =

Gravedad terrestre =

Aceleracin de la gravedad =

a

b

c

B

C

AWA

WB

WC

d

e f

g

D

m1

e

L

Fs

WFr

Y

x

B/2

B/2


2/7

Verificacin

B = 1.65

B/3 < B/2 - m1 < 2/3B

0.550 < 0.783 < 1.100

OK! pasa por el tercio central

3.- Determinacin de la resultante de la fuerza de la presa y del agua cuando se

produce la mxima avenida del proyecto actuando verticalmente.p.e. del Agua 1 Tn/mH1 = 0.87 m

H2 = 0.31 m

H3 = 1.48 m

MOMENTOS C/R A EXTREMO DER.

SECCIN W (peso) DIST. c/r a O MOMENTO DISTANCIA MOMENTO

Wi * X VERTICAL Wi * Y

A 0.504 0.175 0.088 1.300 0.655

B 1.980 0.825 1.634 0.750 1.485

C 0.504 0.583 0.294 1.200 0.605

D 0.360 0.150 0.054 0.250 0.090

1 0.304 0.175 0.053 2.034 0.618

2 0.414 0.438 0.181 1.772 0.733

3 0.537 1.400 0.752 1.429 0.768

TOTAL 4.602 3.056 4.953

PUNTO DE APLICACIN DE LA RESULTANTE:

Xc= Wi * X 0.66 m Yc= Wi * Y 1.08 mW W

0.87

0.60

Verificacin

B = 1.65 0.50

B/3 < Xc < 2/3B

0.550 < 0.664 < 1.100

OK! pasa por el tercio central 0.30

4.-Clculo de las subpresiones, valor total y punto de aplicacin.

Seccin Sp X Sp.X

A SPA B/2 SPA-B/2

B SPB 2/3B SPB-2/3B

1.47

H1 = 1.47 m

H2 = 0.50 m

H3 = 0.50 m

Xa = 0.83 m

Xb = 1.10 m

B = 1.65 m

1.00 Tn/m

P1 = 1.46779 Tn / m

P2 = 0.50 Tn / m

Seccin rea Sp X Sp.X

A 0.55275 0.55275 0.83 0.45601875

B 1.069891845 1.069891845 1.10 1.177

1.622641845 1.633 Lw =

X' = 1.006 m

Datos rea

a

b

c

B

C

AWA

WB

WC

d

e

f

g

D

H1

3

2

1

H2 H3

BHBH22 3

23

2

33

22

1.2121

BHHBHH

AGUA

Agua

H1Presa

BXb

3

2

X'

B

SPA

SpSPB

Xa=B/2

P1=*H1P2=*H2

H1 -H2 )


3/7

5.-Clculo de las Fuerzas horizontalesPara el clculo de la resultante de las fuerzas horizontales, se considera:

5.1 En el sentido del ro

a)

1.936 Tn

Su linea de accin (L.A.)

0.656 mCon respecto a la base

b) Empuje de aguas por sismo (E2)

1.053 Tn

a=aceleracin ssmica de 0.05g a 0.07g Su lnea de accin (L.A)

0.841 m

c) Empuje adicional por sedimentos (E3)

= 0.063 Tn

= 0.5 Tn/m

La altura H2 del sedimento se mide con el muestreador

H2 = altura de sedimento de asolves integrador de profundidades.

modelo VS - DH -48

Su lnea de accin

= 0.17

d) Empuje adicional del suelo (E4)

= 0.1

= 0.8

= 0.17

e) Empuje adicional por la aceleracin de la masa de concreto de la presa (Es)

= 0.1674

= 0.85

5.2 Las fuerzas que se oponen al sentido del ro

En l, se consideran:

a) Peso de la losa de contraescarpe (zampeado)

6.960 H4 = 0.31

2.900 H5 = 1.48H6 = 0.40

El empuje Hidrosttico (E1) (Avenida del proyecto)

2

11 H2

1E

3

H

.A.L 1

agua.e.p

sedimentop.e.'

5.0'

H'*2

1E 223

3.. 2

HAL

3.. 3

HAL

suelodelalturaH

agua.e.p

suelo.e.p"

8.0"

H"2

1E

3

2

34

H6

4/3*H1

1/3*H2

1/3*H3

1/3*H1

E'''

eE'

Wlos

E''

WagH5

H4

E

E5

Y'YRH

E4

E3

E1

E2

E2 = 0.555*a**(H1)^2 =

LA = (4/3p)*(H/g) =

Es = 0.05*WLA = YW = peso de la presa

WLCWLOSA CONTRA ESCARPE = *V =

V = (e.L)*1 =


4/7

b) Peso del agua sobre el contraescarpe

0.895

7.855

ste peso generar un empuje contrario donde considerando un coeficiente

de friccin entre la losa y el material de relleno debajo de la losa es f=0.28

El empuje ser: (cua) F = fN = 2.200

Empuje Hidrosttico (E")

0.049 altura de agua despus de la presa p.e. agua

0.105

Empuje del suelo (E''')

0.064

0.8

Empuje contrario total (Ec)

= 2.313

Punto de aplicacin de la resultante total:

Y E.Y

E1 1.936 0.489 0.947

E2 1.053 0.623 0.656

E3 0.063 0.167 0.010

E4 0.100 0.167 0.017

E5 0.167 0.847 0.142

- Ec -2.313 0.500 -1.156

1.006 0.616

YRH = 0.612

6.- Determinacin de la resultante, magnitud, ubicacin de la excentricidadpara la presa llenaSe toma en cuenta la quinta verificacin:

0.612

De la figura tomando momentos con respecto a "O"

YRH = 0.612

E = 1.006

W = 4.602Sp = 1.62264185

X = 0.62

X' = 1.006

Y' = 0.612

B = 1.65

XR = 0.661

Empuje

Wac*f'E

24H

2

1"E

4H*3

1.A.L

'''"' EEEEc

c.g.

C

X

FR

XR

e'

SP

Ro

YRH

B/2

E

W'

m

O

X'

2

L*HHV*aguaescarpecontralosaWW 54ac

2

L*HH*1*L*

2

HHescarpecontrasobreaguasWW 54

54ac

2

6H''2

1"E

*8.0''


5/7

= 0.16

m = 0.81 0.81

Realizando operaciones se obtiene "m" de (A)

Luego:

0.62

B/3 < e' < 2/3B

0.55 < 0.62 < 1.10 Ok!

Por lo que la resultante debe estar dentro del tercio central y la presa ser ESTABLE mas an si se considera

a todos los efectos desfavorables, o sea que en el mismo momento se produce la mxima avenida de proyecto.

En este instante tambin se produce un sismo con el grado de aceleracin de 0.05g, actuando de manera hori-

zontal de derecha a izquierda o sea en el sentido del empuje horizontal mximo.

7.- Determinacin del coeficiente de seguridad al volteo

2.05

Para el caso y recurriendo a la figura anterior, se toman los momentos con respecto a la arista "P"

4.60

W=peso de la presa mas agua

X=distancia del punto de aplicacin a "P"

2.25

Donde:

E = Empuje total horizontalYHR = Distancia vertical del E c/r a "P"

Sp = Empuje de Subpresin

X' = Distancia horizontal de Sp c/r a "P"

mXXWRHYEmSp

mXBB

XWRHYEmSp

mXB

mXB

e

mXX

pero

eB

XWRHYEmSp

XB

e

Mo

R

R

''.

'22

'.

'2

'2

'

'

0'2

'.

2'

0

)dadexcentrici.........(m'X2

B'e

X'*WMe

'X.SpY.EMv RH

c.g.

X

SP

YRH

E

W'

X'

P

e' = (B/2)-X'+m . (excentricidad) =

Mu

MeC

volteodemomento

destabilidademomentoC

v

v


6/7

Si coeficiente de volteo esta entre:

1.5 < Cv < 3 No se producir volteo

1.5 < 2.05 < 3 Ok!

8.- Coeficiente de seguridad al "Deslizamiento"Para la determinacin de ste coeficiente se considera el caso ms desfavorable o sea

el efecto combinado de los esfuerzos de friccin y corte y esta dado por la frmula:

30.32

Donde:f'c = Resistencia del concreto (Kg/cm) = 175

W' = Peso de la presa + agua (Tn) = 4.602

Sp = Fuerza de la subpresin (Tn) = 1.623

f = Coeficiente de friccin = 0.55

q = 0.1f'c (resistencia al corte con que se construye la presa) (Tn/m) = 17.5

B = Ancho total de la presa (m) = 1.65

L = 1.0 ml de la presa (m) = 1

E = Empuje horizontal total (Tn) = 1.006

Valores de Coeficientes de friccin (Valores del hormign sobre suelo hmedo)

Apoyo FRoca 0.6 - 0.7

Grava 0.5 - 0.6

Arena 0.4 - 0.5

Limo 0.3 - 0.4

Arcilla 0.2 - 0.3

Si Cd>4 no se producir deslizamiento

Para bajar "q" se trabaja con f'c menor

9.- Determinacin de los esfuerzos normales de compresin para la presa vacaSe determina con la siguiente frmula:

Donde:

3.348 e = -0.16

1.65

1

B = ancho de la presa =

L = 1.0 ml de la presa =

W son los valores para la presa vaca =

'..

'.

XSpRHYE

XWCv

E

L.B.qfSp'WCd

Sp

E

W'Roca

Concreto

De acuerdo a ello se diseandientes de sujecin

Seccin o zona de deslizamientoB

B

e

LB

WP

61

.


7/7

0.8155

3.2426

10.- Los esfuerzos normales de compresin con la presa llenaP' max = 9.13 (Tn/m)0.91 (Kg/cm)

P' min = -3.55 (Tn/m)

-0.35 (Kg/cm)

En el presente caso se puede calcular los esfuerzos normales de corte con la e' max.

11.- Esfuerzos de compresin paralela a la cara aguas arriba de la presa (n) vacaPara el caso la cara de aguas arriba de la presa, es perpendicular a la base y por ende:

0.082 (Kg/cm)

Asumir como valor prximo a = 0

= ngulo del nivel fretico paramento mojado

12.- Esfuerzo principal de compresin paralelo a la cara aguas abajo de la presa (n') vaca

n' = Pmax (1+tan) = 1.83 (Kg/cm)generalmente = 45

Tan 45 = 1

13.- Esfuerzo horizontal de corte en la cara aguas abajo de la presa (t') vacias

t = Pmax (tan) = 0.000 (Kg/cm)generalmente = 0

Tan (0) = 0

14.- Esfuerzo horizontal de corte en la cara aguas abajo de la presa (t') vacias

t' = Pmax (tan) = 0.649 (Kg/cm)generalmente = 45

Tan (45) = 1

m/enTn...........B

e61

BL

WminP

m/enTn..........B

e61

BL

WmaxP

)cm/Kg....(..........B

'e61

BL

'W'P

)Tn(1Pmaxn

0;0)(0TnTn2

2

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