practica calculo de azudes
DESCRIPTION
Cálculo de azudes, evaluación de sewguridad frente a la tubificación, diseño de enrocado, mención de Hidráulica de la carrera de Ingenieria Civil, Facultad de Ingenieria, Universidad Mayor de San Andrés, UMSA.Materia Temas especiales de HidráulicaTRANSCRIPT
a) b)PRACTICA DE CLACULO DE AZUDESDimensionar la seccin de una
azud que se encuentra en un ro de lecho aluvial, cuyo cauce esde
seccin rectangular. El azud ser de HoCo (gunit=2250kg/m) y el
Qcaptacin es menor a 1m/s. Considerar que los sedimentos colmatan
el sector aguas arriba hasta el novel de la crestay que 10% del
ancho Bro estar ocupado por la compuerta de limpieza. sadm del
terreno =2.2kg/cm.Datos:Qcrec=55[m3/s]f=40n=0.037b=16[m]Ancho del
cauceb=14.4[m]Ancho del cauce efectivogsat=1850[Kg/m3]Peso unitario
saturado del suelo y
sedimentoHr=0.35S=0.014L1=2.30[m]H1=0.6[m]L2=1.80[m]P=H2=1.05[m]1.1L3=1.00[m]HC2250[Kg/m3]Peso
unitario del Hormign Ciclopiosadm=2.2[Kg/cm2]Esfuerzo Admisible del
terreno de fundacinCota azud=2000a) Estimacin del
NAMEAplicandoyc=1.14[m]Clculo del Titante Normal aguas abajo del
Azud:Aplicando la ecuacin ManningEntoncesh=3/2 ych=1.511[m]iteramos
17.19917.194hn=1.182[m]Clculo de la altura de Carga:Asumimos el
valor de = m =0.7(vertederos de pared gruesa)C=2.067g
=9.81[m/s]Obtenemos H:S=0.9951iteramos 1.8481.848H=1.511[m]Clculo
del Tirante Contraido:K=0.1No tomamos v2/2 por que H contiene a la
altura de velocidadH=P+hH=2.611[m]iteramos
57.68557.684ycon=0.645[m]Cota NAME = (2000+H1+P+H) =2003.21b)
Calcular la estabilidad al vuelco, al deslizamiento y los
esfuerzossobre la fundacin.Calculo de fuerzas y brazos:A1= 1/2 * L1
* P =1.265[m2]A2= L2 * P =1.98[m2]At=6.86[m2]A3= 1/2 * L3 * P
=0.55[m2]Xcg=2.40A4= (L1+L2+L3)* P =3.06[m2]Total peso propio
G=15423.75[Kg]Empujes Horizontales:Debido a la presin del
aguaEh1=1/2*g H2O((H1+P+H)+H))*(P+H1) Eh1=4013.7[Kg]Eh2 titante
contraidoEh2=1/2*g*(ycont+H1)*(ycont+H1)
Eh2=775.0125[Kg]Es=1/2(gsat-g)(H2+H1)(H2+H1)*tan^2(45-f/2)
Es=267.0741584703[Kg]Empujes Verticales:Supresin
S=1/2*g((h+H1+H2)+(ycont+H1))*LtS=11362.8[Kg]por el agua
Ev=*g*(h*L1)Ev=3475.3[Kg]por sedimentos
Esv=1/2(gsat-g)(H2*L1)Esv=1075.25[Kg]Fuerza [
Kg]BrazoMomentoVEh1=4013.70[Kg]0.748[m]3002.2REh2=775.01[Kg]0.42[m]321.6VEs=267.07[Kg]0.57[m]151.3REv=3475.30[Kg]3.95[m]13727.4REsv=1075.25[Kg]4.33[m]4659.4VS=11362.80[Kg]2.175[m]24713.8R015423.75[Kg]2.40[m]36997.9Estabilidad
al
vuelco:ks=SMres/SMvuel1,3Mres=55706.3568541667[Kg-m]Mvuel=27867.4053564665[Kg-m]Ks=2.001,30okEstabilidad
al deslizamiento:f=tanff=0.84Coef. friccin entre azud y
terrenoks=fSFv/SFh1,3Fv=7225.91[m]Fh=3505.76Kd=1.731,30okEsfuerzos
sobre el
Suelo:Mres=55706.3568541667[Kg-m]Mvuel=3153.5703564665[Kg-m]Fv=19974.30[Kg]Fh=3505.76[Kg]x=(SMr-SMv)/SFvx=2.6310201858[m]Excentricidade=(L1+L2+L3)/2-xe=-0.0810201858[m]R=20279.6209357079[Kg/m]Esfuerzossmax=3543.21418738170.3543214187[Kg/cm2]<
sadm=1.5[Kg/cm2]smin=4289.84463614770.4289844636[Kg/cm2]<
sadm=1.5[Kg/cm2]
c)c) Estimar cuanto aumento el coeficiente de seguridad al
deslizamento si se aade un dentellon de 0,50 m de
altura.Eh1=4013.70[Kg]f=tanfEh2=775.01[Kg]Coef. friccin entre azud
y
terrenoEs=267.07[Kg]f=0.84Ev=3475.30[Kg]Esv=1075.25[Kg]ks=fSFv/SFhS=11362.80[Kg]G
=15423.75[Kg]Asumimos un z y hallamos el coeficiente de estabiidad
al deslizamientoPor Krochin, aadimos el peso del terreno dado
por:Tabla de esfuerzos respecto al plano de deslizamientoFuerza
HorizontalesFuerza
VerticaleszEh1Eh2EsGSEvEsvTKd[m][]sencossencossencossencossencossencossencossencos0.50.5354014777522671351542399.21136230.33475.29.41075.2106.2512174.58048786712.11378666050.52140401127775926753815414396.611356121.33473.237.51074.6106.193040.74844043382.28659517470.5535039986877223266134415365990.311320302.93462.193.71071.2105.851209.82173468552.7188628520.5106973953135763462632678151891973.111190603.53422.5186.71058.9104.64593.41924495693.89700568930.51812403817239737832544766146693511.3108071073.93305.2332.31022.6101.05310.99916695711.56074026350.52114383747278724962495527143994072.1106081245.43244.5385.31003.899.19258.406392008541.75124007240.522150437212907191002485778143014256.6105351301.93222.2402.8997.098.51243.8289354709317.64751015760.523156836953037131042466027141984439.8104601357.93199.0420.1989.897.80230.4109382806-56.6470219257Aumentando
el dentellon en 0,5 [m] de altura, el coef. De deslizamiento Kd,
aumenta de tal manera:desde:1.7336%de seguridad al
deslizamientohasta:2.72
d) e)d) Evaluar la seguridad frente a la tubificacin si el
lecho del ro esta formado por una mezcla dearena y grava con la
granulometra indicada. En caso necesario disear una
solucin.Calculamos Longitud de resalto.Diseo del colchn de
amortiguacinsuponiendo un coeficiente k de prdidas de 0.1Clculo del
Tirante ContraidoK=0.1No tomamos v2/2 por que H contiene a la
altura de velocidadH=P+hQ =55[m/s]H=2.61[m]b =14.4[m]57.68557.684g
=9.81[m/s]ycont=0.65[m]Calculamos el conjugado del titante
Y3Si:hn=y3y3=1.18[m]Empleando la ecuacion:Y reemplazando la Ec. Del
Num. de Froude Fr32.1822.182y3=4.01[m]Por lo tantoy3> y
contRequiere de un Colchon Hidraulico en DepresinClculo de el
tirante conjugado de y contycont = y1Aplicando
tenemos:Fr1=2.35Flujo Supercrticoy2=1.85[m]2.49>1.18Como y2 es
mayor a y3 se necesita una grada de altura zCalculando
mediantehe+z+y3>=y2Donde he=0 por lo
K=1.1z=K*y2-(y3+0)z=0.8518[m]Por lo que aumenta el valor de
HH=3.46[m]Nuevamente calculamos ycont = y1 hasta logar una
coicidencia del valor zSegundo
TanteoH=3.4657.694745798757.68ycont=y1=0.528[m]Fr1=3.18y2=2.12[m]z=1.15[m]Tecer
TanteoH=3.77[m]57.630193610957.68ycont=y1=0.500[m]Fr1=3.45y2=2.20[m]z=1.24[m]Cuarto
TanteoH=3.85[m]58.703432632357.68ycont=y1=0.503[m]Fr1=3.42y2=2.19[m]z=1.23[m]Quinto
TanteoH=3.84[m]58.6257.68ycont=y1=0.503[m]Fr1=3.42y2=2.19[m]z=1.23[m]Longitud
de Salto (seccion rectangular)Segn Chertuso VLt = 10,3 * y1 * (Fr1
- 1)0,81Lt =10.59[m]Para evitar la tubificacin:L > CzBligh:L =L
=de tabla Grava y ArenaC ==L =0>OKLaneL = S 1/3 N + VL =de tabla
Grava y ArenaC ==L =0>OKLa tubificacin no afecta.
f)f) Disear el enrocado aguas abajo del colchn y su filtro
correspondiente.La granulometra del material del lecho est dada por
la siguiente tabla en
mm:DimetroD5D10D15D20D35D50D65D85D90[mm]0.20.30.71.537122735%
quepasa0.20.30.81.73.58.113.831.140.4Diseo del
enrocado:Adoptamos:k=1.2k=1-1.4Q =55[m/s]La velocidad
sera:Vn=3.2313404775[m/s]b =14.4[m]hn =1.182[m]Reemplazando en la
ecuacin:d=638.0422414754[mm]d=0.6380422415[m]Diseo del Filtro
(Filtro-base)Para evitar el arrastre y prdida de material fino:d15
filtro > 5*D15 =135[mm]d50 filtro =5 * D50=35[mm]d50 filtro =50
* D50=350[mm]Para garantizar la permeabilidad del filtro:d15 filtro
>5 * D15=3.5[mm]Diseo del Filtro (Enrocado-Filtro)Para evitar el
arrastred85 filtro > 5*D85 =135[mm]d50 filtro =50 *
D50=350[mm]d50 filtro =5 * D50=35[mm]Para garantizar la
permeabilidad del filtro:d15 filtro >5 * D15=3.5[mm]
2
/
1
3
/
2
1
S
AR
n
Q
=
2
*
2
a
ctg
Y
W
T
Z
=
2
*
2
ctgYW
T
Z
1,5
h=2.31
1,2
0,6
z
bo
Plano de deslizamiento
1,5
h=2.31
1,2
0,6
z
bo
Plano de deslizamiento
S
H
B
C
Q
2
/
3
=
SH
BC
Q
2/3
3
2,75
1.8
2,31
4,11
4,11
Es
Eh1
0,6
1,475
0,816
3,5
1,8
2,31
G
Esv
Ev
1,72
1,8
1,5
1,5
A3
A2
A1
A4
3
2,75
1.8
2,31
4,11
4,11
Es
Eh1
0,6
1,475
0,816
3,5
1,8
2,31
G
Esv
Ev
1,72
1,8
1,5
1,5
A3
A2
A1
A4
ycont=0.87
hn=1.58
h=2.31
1,2
0,6
ycont=0.87
hn=1.58
h=2.31
1,2
0,6
)
Y
H
(
g
2
*
b
k
1
Q
Y
contr
contr
-
+
=
)YH(g2*b
k1Q
Y
contr
contr
3
/
2
3
/
5
2
/
1
)
h
2
b
(
b
h
S
n
Q
+
=
3/2
3/5
2/1
)h2b(
bh
S
nQ
H1 = 0.60 [m]
P = 1.1 [m]
H = 1.51
yn = 1.18
ycont = 0.65
1
3
2
4
NAME = 2003.21
2000
H1 = 0.60 [m]
P = 1.1 [m]
H = 1.51
yn = 1.18
ycont = 0.65
1
3
2
4
NAME = 2003.21
2000
C
H
*
b
*
A
G
g
=
CH
*b*AG
32
.
0
57
.
0
2
.
0
3
)
3
(
75
.
4
dt
q
z
zo
f
z
b
-
=
-
32.0
57.02.0
3
)3(75.4
dt
qzzo
fz
b
)
/
2
*
1
contr
contr
Y
H
g
b
k
Q
Y
-
+
=
)/2*
1
contr
contr
YHgb
kQ
Y
1
*
8
1
2
2
1
2
-
+
=
Fr
y
y
1*81
2
2
1
2
Fr
y
y
1
*
8
1
2
2
3
3
-
+
=
Fr
y
y
1*81
2
2
3
3
Fr
y
y
3
*
y
g
A
Q
Fr
=
3
*ygA
Q
Fr
)
Y
H
(
g
2
*
b
k
1
Q
Y
contr
contr
-
+
=
)YH(g2*b
k1Q
Y
contr
contr
3
/
1
2
2
)
*
(
b
g
Q
y
c
=
3/1
2
2
)
*
(
bg
Q
y
c
Eht
Es
S
G
Ev
Esv
A4
A1
A2
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Eh2
Eht
Es
S
G
Ev
Esv
A4
A1
A2
A3
Eh2
g
D
n
*
3
.
8
)
(
6
/
1
90
=
g
D
n
*3.8
)(
6/1
90
]
)
L
L
L
(
e
*
6
1
[
)
L
L
L
(
Fv
3
2
1
3
2
1
+
+
+
+
S
=
s
]
)LLL(
e*6
1[
)LLL(
Fv
321321
2
2
)
Fv
(
)
Fh
(
R
S
+
S
=
22
)Fv()Fh(R
50
5
base
d
filtro
d
5
base
d
filtro
d
50
50
85
15
-
=
505
based
filtrod
5
based
filtrod
50
50
85
15
g
2
v
k
d
2
=
g2
v
kd
2
n
n
h
b
Q
Vn
h
b
Vn
Q
=
=
n
n
hb
Q
Vn
hbVnQ
50
5
filtro
d
enrocado
d
5
filtro
d
enrocado
d
50
50
85
15
-
=
505
filtrod
enrocadod
5
filtrod
enrocadod
50
50
85
15
mm
75
.
0
d
5
base
d
filtro
d
5
15
15
>
mm 75.0d 5
based
filtrod
5
15
15
S
CBH
Q
2
/
3
=
SCBHQ
2/3
mm
75
.
0
d
5
base
d
enrocado
d
5
15
15
>
mm 75.0d 5
based
enrocadod
5
15
15
z=0.50
bo=0.35
1.13
L = 10.59
Plano de deslizamiento
H1 = 0.60 [m]
P = 1.1 [m]
H = 1.51
yn = 1.18
ycont = 0.65
2.30
1.80
1.00
z=0.50
bo=0.35
1.13
L = 10.59
Plano de deslizamiento
H1 = 0.60 [m]
P = 1.1 [m]
H = 1.51
yn = 1.18
ycont = 0.65
2.30 1.80 1.00
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