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