Estabilidad de Bocatoma

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  • 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

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    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 )

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    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 =

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    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''

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    = 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

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    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

    .

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    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