Hidraulica de Puentes - Ing. Adolfo Guitelman - Universidad de BUENOS AIRES - 2007.pdf

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UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES

FACULTAD DE INGENIERA

DEPARTAMENTO DE HIDRULICA

CTEDRA DE "CONSTRUCCIONES HIDRULICAS"

HIDRAULICA DE PUENTES

VERSIN AL 18/09/2007

Ing. Adolfo GUITELMAN


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HHIIDDRRUULLIICCAADDEEPPUUEENNTTEESS

1. EFECTOS DE LA CONTRACCIN:

Se concentran Sin cambiosdestacables

Qc=2800 cfs Qa=2800 cfsQb=8400 cfs

F G

H I

D C

N O


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3

La contraccin del flujo causa una prdida de energa, la mayor parte ocurre enla re-expansin de aguas abajo.


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4

TRANSPORTE:

Por ecuacin de Chezy-Manning:

2/1

0

3/21

SRAnq =

3/21RA

nK = (para una pendiente constante)

RELACIN DE APERTURA DEL PUENTE: (Utilizada para los grficos ytablas)

La seccin irregular en cursos naturales y la variacin de la rugosidad, resulta enuna variacin en la velocidad en la seccin transversal del ro:

Expresada en funcin de caudales:

Q

Q

QQQ

QM b

cba

b =++

=

Siendo los caudales de cada subseccin de la primer figura

Expresada en funcin de relaciones de transporte, asumiendo que todas lassubsecciones tienen la misma pendiente:

K

K

KKK

KM b

cba

b =++

=

RELACIN DE APERTURA DEL PUENTE: (Utilizada para los grficos ytablas)

COEFICIENTE DE ENERGA CINTICA:

( )2

1

2

1VQ

Vq

=

gA

Q

g

V

2

1

2

2

1

21

=

En la seccin de la contraccin:( )

22

2

2VQ

Vq

= se obtiene de la siguiente

tabla:


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5


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6

TIPOS DE FLUJO:


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7

2. ECUACIN DE ENERGA Y DETERMINACIN DE h1*:

h1* = Verdadera influencia del puente

An1

A1

An2


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8

b=An2/y


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HIPTESIS:

-

Canal recto- rea transversal uniforme

-

La pendiente de fondo es aproximadamente constante entre 1 y 4.-

El flujo est libre de contracciones y expansiones- No hay erosin apreciable en el lecho de la contraccin- Flujo subcrtico (FLUJO TIPO I)

Igualando energas entre las secciones 1 y 4:

Thg

Vy

g

VyLS +

+=

++ 22

244

4

211

1410

Siendo hTla prdida total de energa entre las secciones 1 y 4

410

211

244

41 22 +

= LSh

g

V

g

Vyy T

reemplazando:

bhgV

gVh +=

22211244*

1

Las prdidas pueden expresarse como producto de un coeficiente de prdida, K*y la altura de velocidad en la seccin 2:

g

VKh nb

2

222* =

Siendo Vn2la velocidad media en la seccin contrada, para el nivel de aguanormal, antes de construido el puente.

Reemplazando:

g

VK

g

V

g

Vh n

222

222*

211

244*

1

+

=

Asumiendo que las secciones transversales en 1 y 4 son iguales, 4= 1Por condicin de continuidad:


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224411 nn VAVAVA ==

Las velocidades son proporcionales a las reas, luego puede expresarse:

g

VK

g

V

A

A

A

Ah nnnn

22

222*

22

2

1

2

2

4

2*1

+

=

Representa la diferencia de energa cintica entre la seccin 1 y 4

Variables:

h1* = remanso totalK*= coeficiente de prdidas totales en el remanso1= coeficiente de correccin de altura de velocidad en las seccin 1 y 4.2= coeficiente de correccin de altura de velocidad en la contraccin.An2= rea mojada en la contraccin con nivel de agua normal.Vn2= Q/An2: Velocidad media en la contraccin con tirante normalA4= rea mojada en la seccin 4 (luego de restablecido el rgimen

normal)A1= rea mojada en la seccin 1 (con la contraccin)

Hallar h1*es un PROCESO ITERATIVO:

1 Se estima:g

VKh n

2

222**

1

2 Se determina: A1= f (h1*)

3 Se calcula: gVK

gV

AA

AAh nnnn

22222*22

2

1

2

2

4

2*1

+

=

4 Se compara h1*con el estimado.


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Determinacin del coeficiente de prdidas K*:

sepb KKKKK +++=

*

El smbolo Kbes el coeficiente de remanso para un puente en el que slo seconsidera la relacin de apertura M.

- El valor total del coeficiente K*, tambin se ve afectado por :- Nmero, tamao, forma y orientacin de pilas en la contraccin-

Excentricidad o posicin asimtrica del puente con respecto a la seccintransversal

-

Inclinacin o ngulo entre el eje del camino y el eje del canal.

Kb: Tiene en cuenta la LOS ESTRIBOS (Curvas base):

El valor de Kbaumenta al disminuir M (aumenta la contraccin)

Para puentes de longitud mayor a 60 m, independientemente de la forma delestribo, se utiliza la curva ms baja, porque la geometra del estribo tiene menos

importancia cuando la luz del puente aumenta.


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Kp: Tiene en cuenta el EFECTO DE PILAS:

Kp, depende de:- la relacin entre el rea de las pilas y el rea de apertura del puente:

2n

p

A

AJ=

-

El tipo de pilas- El valor de la relacin de apertura: M- La angularidad de las pilas con la direccin del flujo.

Kp= .K

Para cruces inclinados, se utilizan los mismos grficos y se vara el clculo de J,n2y M.

K

J

M

Tipo de pila

Tipo de pila


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Ke: Tiene en cuenta el EFECTO DE EXCENTRICIDAD:

Ks: Tiene en cuenta EFECTO DE INCLINACIN.

Kspuede ser positivo o negativo.

Respecto del cruce normal, se modifican los valores de:-

M- An2- Vn2= f(An2)


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14

M

Ks


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El cruce inclinado con ngulos hasta 20 produce resultados objetables paracualquier tipo de estribos para ngulos mayores, la concentracin del flujo en losestribos produce remolinos, reduciendo la eficiencia del canal e incrementandolas posibilidades de erosin.

La longitud H-I y N-O puede definirse arbitrariamente o un valor no mayor a 2luces del puente.

3. DETERMINACIN DE h3*:

Partiendo de un dato fcilmente mesurable h, se puede trazar la curva deremanso:

La diferencia en la elevacin de la superficie del agua entre aguas arriba y aguasabajo del puente en la proximidad de los estribos h, no es el remansoprovocado por el puente.Puede definirse el nuevo nivel de agua, conociendo h3

*. La estimacin es vlidasiempre que el perfil no ascienda por estancamiento desde aguas abajo o por

planicies de inundacin restringido.

)11

(**3 =b

bD

hh


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16

g

VKh nbb

=

2

222*

Existen correcciones por efecto de pila y de excentricidad. (De tablas en formasimilar a lo explicado).

4. DIFERENCIA DE NIVEL EN LA SUPERFICIE DEL AGUA ATRAVS DEL PUENTE :

Conocidos h3* y h1*, se puede calcular:

31

*

1

*

3 ++= LShhh o

pero se debe determinar primero: L 1-3

5. Distancia al punto de mximo remanso:

L* desde el punto de encuentro del nivel del agua con el terrapln de aguasarriba.

Cruce Normal:


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Proceso iterativo:

1 Se estima:*3

*1 hh

y

h+

2 Se obtiene de tablas: Lb

L

*

3 Se calcula nuevamente:y

h

4 Se compara h con el estimado.

Luego se determina: L 1-3 (Ver figura 13).

Existen correcciones por excentricidad e inclinacin que se calculan pormedio de tablas. (Ver Hydraulics of Bridge Waterways).

En el caso de Flujo Tipo II, se procede en forma similar, calculando todoslos valores y luego se corrigen entrando en Fig. 34.

El presente escrito , ha sido elaborado para comprender los criterios de calculo de la conocidaHEC -18 y las bases de calculo que emplea el programa HEC-RAS

BIBLIOGRAFIAHydraulics of Bridge Waterways HEC 18

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