seccion tipo 1 - produccion.jujuy.gob.arproduccion.jujuy.gob.ar/wp-content/uploads/sites/... ·...

199

1,8

1,6

1,5

1,3

Seccion tipo 1

ESTADO: 1,6(H+L) Sobrecarga:

222 91,9001,90902,2

20000mKN

mkg

mkgq

mB 90,0 7,00 k

318mKN

º25 0c Cohesión nula (Suelo ripio-arenoso)

tgeq

tgke

tgkBcB

Bzk

Bz

v

00

0

1

Para mz 60,0 (tapada mínima): 287,82

mKN

v

Para mz 20,2 plano de fundación: 229,68

mKN

v

Afectándolo por el coeficiente de mayoración dada por la norma.

Para mz 60,0 (tapada mínima): 22 59,13287,826,1

mKN

mKN

v

Para mz 20,2 plano de fundación: 22 26,10929,686,1

mKN

mKN

v

El esfuerzo horizontal, en las caras laterales, se supone ser:

Para mz 60,0 220 81,9259,1327,0

mKN

mKNk vh

Para mz 20,2 220 48,7626,1097,0

mKN

mKNk vh

Tomando valores máximos:

259,132mKN

v

281,92mKN

h

200

Para la losa superior e inferior

Flexión:

KNm

mm

KN

M 1916

25,159,132max

Tanto para la fibra traccionada como para la

comprimida.

2

32

5,412,013737063,02112,01

019,0 cmmmAsKs

mMNmm

MNmsu

2412100

4204,1min cmcmcmAs

AsAs min Verifica Adoptaremos en este caso la armadura mínima resultado:

Nº barras= 98,313,15.4

2

2

cmcm

Separación entre barras= cmcm 2598,3

100

La armadura adoptada y a colocar será: cmc 20/121

Armadura de repartición: cmc 20/81 Corte:

KNm

mKN

Vu 44,992

5,159,132

KNMN

KNmmVc 66,1411

100017,012561

KNKNVc 25,10666,14175,0

cVVu Verifica. Nota: Para verificar al corte las paredes del conducto deben ser de 20cm de espesor

Para la losa lateral

Flexión:

KNm

mm

KN

M 8,916

23,181,92max

tanto para la fibra traccionada como para la

comprimida.

201

2

32

88,212,012424033,02112,01

01,0 cmmmAsKs

mMNmm

MNmsu

2412100

4204,1min cmcmcmAs

Adoptaremos en este caso la armadura mínima y barras de mm12 resultado:

Nº barras= 947,213,133,3

2

2

cmcm

Separación entre barras= cmcm 9,33947,2

100

La armadura adoptada y a colocar será: cmc 20/121

Armadura de repartición 25% A ppal. cmc 20/81 Corte:

KNm

mKN

Vu 33,602

3,181,92

KNMN

KNmmVc 66,1411

100017,012561

KNKNVc 25,10666,14175,0


Sección tipo 2:

3

1,5

2,7

1,8

Seccion tipo 2

ESTADO: 1,6(H+L)

Sobrecarga: 222 36,13636,136362,2

30000mKN

mkg

mkgq

mB 90,0

202

7,00 k

318

mKN

º25 0c Cohesión nula (Suelo ripio-arenoso)

tgeq

tgke

tgkBcB

Bzk

Bz

v

00

0

1

Para mz 60,0 (tapada mínima): 246,119mKN

v

Para mz 60,3 plano de fundación: 227,73mKN

v

Afectándolo por el coeficiente de mayoracion dada por la norma.

Para mz 60,0 (tapada media): 22 136,19146,1196,1mKN

mKN

v

Para mz 60,3 plano de fundación: 22 23,11727,736,1mKN

mKN

v

El esfuerzo horizontal, en las caras laterales, se supone ser:

Para mz 60,0 220 80,133136,1917,0mKN

mKNk vh

Para mz 60,3 220 06,8223,1177,0mKN

mKNk vh

Tomando valores máximos:

2136,191mKN

v

280,133mKN

h

Para la losa superior e inferior

Flexión:

KNm

mm

KN

M 88,2616

25,1136,191max

Tanto para la fibra traccionada como para la

comprimida.

2

32

84,612,015779089,02112,01

027,0 cmmmAsKs

mMNmm

MNmsu

203

2412100420

4,1min cmcmcmAs

AsAs min Verifica

Nº barras= 1,613,184,6

2

2

cmcm


100

La armadura a colocar será: cmc 15/121

Armadura de repartición 25% A ppal: cmc 15/81 Corte:

KNm

mKN

Vu 35,1432

5,1136,191

KNMN

KNmmVc 66,1411

100017,012561

KNKNVc 25,10666,14175,0


Para la losa lateral

Flexión:

KNm

mm

KN

M 96,6016

27,280,133max

tanto para la fibra traccionada como para la

comprimida.

2

32

1512,01125125198,02112,01

061,0 cmmmAsKs

mMNmm

MNmsu

2412100

4204,1min cmcmcmAs

AsAs min Verifica

Nº barras= 46,701,2

152

2

cm

cm


100

La armadura a colocar será: cmc 15/161

Armadura de repartición: cmc 15/81

204

Corte:

KNm

mKN

Vu 63,1802

7,280,133

KNMN

KNmmVc 2251

100027,012561

KNKNVc 16922575,0

cVVu No Verifica. Al no verificar el esfuerzo de corte, para el cruce de la ruta Nº1 . Se considero en este caso una aplanadora de 30 tonelada ya que seria la zona de la conducción mas comprometida, por lo que se deben ejecutar una cartelasde 30 cm. tal como muestra el plano Nº20.-De ese modo se logra verificar el esfuerzo de corte.

s s vs s v

s v

s v

Tapa

da

2B

h

Sobrecarga(aplanadora)

Para Calculo deArmaduras (Cargasmayoradas)1,2D+1,6L

D= cargas permanentesL= sobrecarga

M1

M2

M3

M4

Momentos(KNm)

Para el dimensionado y cálculo de armaduras se sigue la nueva reglamentación CIRSOC 201.

205

1Ø12c/20cm1Ø8c/20cm

1Ø12c/20cm

1Ø8c/20cm

1Ø12c/20cm

1Ø8c/20cm


Recubrimiento4cm

Tramo: A-HProg: 0-100 a 0+600

1,9

1,7

1,5

1,3

Seccion tipo 1HºAº

1Ø16c/15cm

1Ø8c/15cm

1Ø16c/15cm

1Ø8c/15cm



Recubrimiento4cm

Tramo: H-KProg: 0+600 a 1+125

3,1

1,5

2,7

2,1

Seccion tipo 2Hº Aº

Tramo: K-QProg:0+600 a 2+820

Talud 1:1Talud1:1

Talud1:1

0,5 2 1,5 2 0,5 0,5 0,6 0,5 0,5

2

0.5

0.5

0,5NA

NA

Seccion Tipo 3HºSº

V.5.3. Verificación de las tensiones en el suelo.

El estado más desfavorable para la verificación del suelo es cuando el canal cerrado se encuentra a su máxima capacidad de conducción.

206

s s vs s v

s v

s v

Tapa

da

B

h

Sobrecarga(aplanadora)

NA

Para verificacion del suelo(Cargas en estado deservicio)D+L

D= cargas permanentesL= sobrecarga

Capacidad portante: Para obtener la capacidad portante del suelo se adopta la expresión de Meyerhof (1963) que toma en cuenta diversos factores entre ellos la resistencia cortante a lo largo de la superficie de falla, la inclinación de lasa cargas, la profundidad y la forma de la fundación: Ecuación general de la capacidad de carga:

idsqiqdqsqcicdcscu FFFBNFFFqNFFFcNq 21

Donde c= cohesión q= esfuerzo efectivo al nivel del fondo de la cimentación = peso especifico del suelo B= ancho de la cimentación (=diámetro para la cimentación circular) Coeficiente de fricción del suelo Peso especifico del suelo

sqscs FFF = factores de forma

dqdcd FFF = factores de profundidad

iqici FFF = factores por inclinación de la carga

NNN qc ,, = factores de capacidad de carga. Factores de capacidad de carga.

tan2

245tan eNq

cot1 qc NN

tan12 qNN Factores de forma, profundidad e inclinación Forma

c

qcs N

NLBF 1 tg

LBFqs 1

LBF s 4,01

Donde L= longitud de la cimentación (L >B)

207

Profundidad Condición Df/B>1

BD

F fcd

1tan4,01

BD

senF fqd

12 tan)1/tan21 1dF

Inclinación 2

º90º1

qici FF

2

1

ciF

Donde = inclinación de la carga sobre la cimentación con respecto a la vertical.

tapadauneto qqq

Csfsqq neto

adm

Finalmente la verificación a realizarse es:

admtrabajo qq

208

Verificacion del sueloVERIFICACION EN ESTADO DE SERVICIO D+L

c 0,000 Mpa Cohesion del suelof 25,00 º Coef de friccion del suelog 18,00 KN/m3 Peso especifico del suelo

Df 5,00 m Profundidad media de fundacionB 1,90 m ancho de fundacionL 100,00 m longitud de fundacion

Tension de trabajo

Nc 20,72 gsuelo= 18 KN/m3

Nq 10,66 ghormig= 24 KN/m3Ng 10,88 gprom= 21 KN/m3

Nq/Nc 0,51 gprom*Dftg(F) 0,47 199,5 KNFcs 1,01 40,5 KNFqs 1,01 200 KNFgs 0,99 440 KNFcd 1,48 El peso del agua se calcula teniendo la capacidadFqd 1,38 maxima de transporte. Los datos consideradosFgd 1,00 fueron B=1,5 m/ L=1m / hliquido=2,70mFci 0,98 Peso Total/AreaFqi 0,98 231,579 KN/m2Fgi 0,92b= Nf/Vf 1,00

qu(KN/m2)= 664,92 Capacidad ultima de cargaqmax(KN/m2)= 231,58 Capacidad de carga admisible

equivale aproximadamente a 2kg/cm22,3 kg/cm2

CS= 2,87 Coeficiente de seguridad del suelo

qmax<qadm con coef de seguridad de= 2,87Se concluye que verifica la capacidad del suelo.

VERIFICA LA TENSION DEL SUELO

SUELO

DIMENSIONES

FACT. DE CAPACIDAD DE CARGA

Peso Total=Sobrecarga aplanadora=

qmax=

Verificacion de la capacidad portante del suelo

qmax(KN/m2)=

Peso tapada +hormigon=Peso tapada +hormigon=

Peso agua=

V.5.4. Cálculo estructural del disparador de energía.

LOSA SUPERIOR

ESTADO: 1,2D+1,6(H+L) Datos:

318

mKN

º25 0C Cohesión nula (Suelo ripio-arenoso)

Flexión: Presión Activa aaa KCKZ .2..

209

22

22

coscoscos

coscoscos.cos

aK

406,0)22545(

245

11...0cos..........0 22

tgtgsensenKyC a

Sobrecarga:

222 40,4554,42,2

10000mKN

mtn

mkgq

Carga por peso propio de la losa: 23 8,420,024mKNm

mKNq

Dimensionamos para el estado: 1,2D+1,6(H+L)

22222 16,1260,1212740,456,18,42,1mtn

mKN

mKN

mKN

mKNq

Usando las tablas de Marcus para losas con armaduras cruzadas para el tipo de apoyo 1(Tablas provistas por la cátedra de hormigón Armado I-Facultad de ingeniería-U.N.Sa).

14,180,220,3

mm

LL

x

y

04689,01

221max mLmtnqM xX

tnmm

mtnM X 47,480,216,1204689,0 2

2max

02776,01

221max mLmtnqM yY

tnmm

mtnMY 457,320,316,1202776,0 2

2max

Como ambos momentos están en el mismo orden de magnitud se calculara las armaduras para el mayor y se dispondrá mas misma armadura en la otra dirección.

MNmKNmtnmM X 045,07,4447,4max

2

32

14,822,013737046,02022,01

045,0 cmmmAsKs

mMNmm

MNmsu

Nº barras= 05,401,214,8

2

2

cmcm


100

La armadura a colocar en el tramo será: cmc 20/161

Armadura por empotramiento no previsto en los bordes 22 07,414,85,021 cmcmAAs ppalemp

Nº barras= 60,313,107,4

2

2

cmcm


100

Adoptaremos cmc 25/121 dbAs 0018,0min Armadura mínima por retracción y temperatura.

206,3171000018,0min cmcmcmAs

210

AsAs min Verifica Corte:

14,180,220,3

mm

LL

x

y

En la dirección x mLL xa 80,2

2aa

xLqQaQ

KNtn

mmtn

Qa 2,11992,112

80,216,1270,0 2

En la dirección x mLL yb 20,3

2bb

yLqQbQ KNtn

mmtn

Qb 9,14339,142

20,316,1274,0 2

Corte por metro lineal

sobre el eje x a este valor podemos reducir por apoyo directo

KNm

KNmKNVareducido 58,1136,12125,09,143

KNMN

KNmmVc 97,1631

100022,012061

KNKNVc 98,12297,16375,0

cVVu Verifica Vigas de la losa superior

V1: Se considera una viga simplemente apoyada de luz=2,80m y de carga distribuida:

mKNm

mKNqlineal 40,1825,16,121 2

Flexión.

MNmKNm

mm

KN

M 178,075,1788

80,240,182 2

max

2

32

41,955,030,05757098,02055,030,0

178,0 cmmmAsKs

mMNmm

MNmsu

)42,9(203 2cmadoptamos Corte:

KNm

mKN

Vu 36,2552

8,240,182max

MNKNm

KNmKNV reducu 155,004,15540,18255,036,255max

KNMN

KNmmVc 98,1221

100055,030,02061

VcVVs reducu

max MNMNMNVs 084,0123,075,0

155,0

211

mcmm

MN

mmMNcm

Sep 275,010084,0

55,042050,022

24

22

cmSepcm

cmdSep 5,27

405,272/

maxmax

maxSepSep Verifica

Adoptaremos como estribos: cmc 20/81 V2: Se considera una viga simplemente apoyada de luz=3,20m y de carga distribuida:

mKNm

mKNqlineal 40,1825,16,121 2

Flexión.

MNmKNm

mm

KN

M 233,047,2338

20,340,182 2

max

2

32

04,1355,030,07979128,02055,030,0

233,0 cmmmAsKs

mMNmm

MNmsu


KNm

mKN

Vu 84,2912

20,340,182max

MNKNm


MNKNMN

KNmmVc 123,098,1221

100055,030,02061

VcVVs reducu


192,0

mcmm

MN

mmMNcm

Sep 174,010133,0

55,042050,022

242

2

cmSepcm

cmdSep 5,27

405,272/

maxmax

maxSepSep Verifica

Adoptaremos como estribos: cmc 15/81

LOSA INFERIOR ESTADO: 1,2D+1,6(H+L)

Datos:

318mKN


Flexión: Presión Activa

212

aaa KCKZ .2..

22

22

coscoscos

coscoscos.cos

aK

406,0)22545(

245

11...0cos..........0 22

tgtgsensenKyC a

Sobrecarga:

222 40,4554,42,2

10000mKN

mtn

mkgq

Carga por peso propio de la losa: 23 8,420,024mKNm

mKNq


22222 16,1260,1212740,456,18,42,1mtn

mKN

mKN

mKN

mKNq


14,180,220,3

mm

LL

x

y

04689,01

221max mLmtnqM xX

tnmm

mtnM X 47,480,216,1204689,0 2

2max

02776,01

221max mLmtnqM yY

tnmm

mtnMY 457,320,316,1202776,0 2

2max


MNmKNmtnmM X 045,07,4447,4max

2

32

14,822,013737046,02022,01

045,0 cmmmAsKs

mMNmm

MNmsu

Nº barras= 05,401,214,8

2

2

cmcm


100



Nº barras= 60,313,107,4

2

2

cmcm


100

Adoptaremos cmc 25/121 dbAs 0018,0min Armadura mínima por retracción y temperatura.

213

296,3221000018,0min cmcmcmAs AsAs min Verifica

Corte:

14,180,220,3

mm

LL

x

y


2aa

xLqQaQ

KNtn

mmtn

Qa 2,11992,112

80,216,1270,0 2

En la dirección y mLL yb 20,3

2bb

yLqQbQ

KNtn

mmtn

Qb 9,14339,142

20,316,1274,0 2



KNm

KNmKNVa reducido 58,1136,12125,09,143

KNMN

KNmmVc 97,1631

100022,012061

KNKNVc 98,12297,16375,0

cVVu Verifica Vigas de la losa inferior


mKNm

mKNqlineal 40,1825,16,121 2

Flexión.

MNmKNm

mm

KN

M 178,075,1788

80,240,182 2

max

2

32

41,955,030,05757098,02055,030,0

178,0 cmmmAsKs

mMNmm

MNmsu


KNm

mKN

Vu 36,2552

8,240,182max

MNKNm


KNMN

KNmmVc 98,1221

100055,030,02061

214

VcVVs reducu


155,0

mcmm

MN

mmMNcm

Sep 275,010084,0

55,042050,022

24

22

cmSepcm

cmdSep 5,27

405,272/

maxmax

maxSepSep Verifica


mKNm

mKNqlineal 40,1825,16,121 2

Flexión.

MNmKNm

mm

KN

M 233,047,2338

20,340,182 2

max

2

32

04,1355,030,07979128,02055,030,0

233,0 cmmmAsKs

mMNmm

MNmsu


KNm

mKN

Vu 84,2912

20,340,182max

MNKNm


MNKNMN

KNmmVc 123,098,1221

100055,030,02061

VcVVs reducu


192,0

mcmm

MN

mmMNcm

Sep 174,010133,0

55,042050,022

24

22

cmSepcm

cmdSep 5,27

405,272/

maxmax

maxSepSep Verifica

Adoptaremos como estribos: cmc 15/81

LOSAS LATERALES. ESTADO: 1,2D+1,6(H+L)

Datos:

318mKN


Flexión: Presión Activa

215

aaa KCKZ .2..

22

22

coscoscos

coscoscos.cos

aK

406,0)22545(

245

11...0cos..........0 22

tgtgsensenKyC a

Para Z=1,5m 2962,10406,05,1

318

mKNm

mKN

a

Para Z=4,20m 277,27406,080,3

318

mKNm

mKN

a

Tomamos un valor medio para el cálculo es decir: 22 36,192

77,27962,10mKN

mKN

a

Sobrecarga:

222 40,4554,42,2

10000mKN

mtn

mkgq


2222 36,1062,103366,1940,456,1mtn

mKN

mKN

mKNq


39,130,220,3

mm

LL

x

y

06572,01

221max mLmtnqM xX

KNmtnmmmtnM X 02,36602,330,236,1006572,0 2

2max

01711,01

221max mLmtnqM yY

KNmtnmm

mtnMY 15,18815,120,336,1001711,0 2

2max


MNmKNmM X 036,002,36max

2

32

29,617,013737062,02017,01

036,0 cmmmAsKs

mMNmm

MNmsu

Nº barras= 56,513,129,6

2

2

cmcm


100



216

Nº barras= 78,213,1145,3

2

2

cmcm


100

Adoptaremos cmc 30/121

dbAs 0018,0min Armadura mínima por retracción y temperatura. 206,3171000018,0min cmcmcmAs

AsAs min Verifica Corte:

39,130,220,3

mm

LL

x

y


2aa

xLqQaQ KNtn

mmtn

Qa 97,8669,82

30,236,1073,0 2

En la dirección y mLL yb 20,3

2bb

yLqQbQ

KNtn

mmtn

Qb 61,13226,132

20,336,1080,0 2



KNm

KNmKNVareducido 82,1096,10322,061,132

KNMN

KNmmVc 97,1631

100022,012061

KNKNVc 98,12297,16375,0

cVVu Verifica Vigas de las losas laterales


mKNm

mKNqlineal 40,1555,16,103 2

Flexión.

MNmKNm

mm

KN

M 198,091,1988

20,340,155 2

max

2

32

14,1155,025,08181131,02055,025,0

198,0 cmmmAsKs

mMNmm

MNmsu


217

KNm

mKN

Vu 64,2482

20,340,155max

MNKNm


MNKNMN

KNmmVc 102,049,1021

100055,025,02061

VcVVs reducu


163,0

mcmm

MN

mmMNcm

Sep 201,010115,0

55,042050,022

24

22

cmSepcm

cmdSep 5,27

405,272/

maxmax

maxSepSep Verifica


mKNm

mKNqlineal 40,1555,16,103 2

Flexión.

MNmKNm

mm

KN

M 102,076,1028

30,240,155 2

max

2

32

86,645,025,06161101,02045,025,0

102,0 cmmmAsKs

mMNmm

MNmsu


KNm

mKN

Vu 71,1782

30,240,155max

MNKNm


MNKNMN

KNmmVc 084,085,831

100045,025,02061

VcVVs reducu


093,0

mcmm

MN

mmMNcm

Sep 473,010040,0

45,042050,022

24

22

cmSepcm

cmdSep 5,27

405,272/

maxmax

maxSepSep NO Verifica por lo tanto

adoptaremos una separación menor que cumpla con la separación máx. Adoptaremos como estribos: cmc 20/81

218

V.5.5. Verificación al deslizamiento del disipador. Fuerza dinámica:

segmV

segmQ

mkgkgF

3

3 fuerzakgsegm

segm

mkgkgF 143005,62,21000

3

3

KNkgKNmkgKNF

fuerzafuerza 00,143

1001114300

Fuerza que se opone al deslizamiento:

Empuje pasivo:

2452 tgk p 46,2

225452

tg

ppasivo KmhmKNq

3

Para h= 1,5m 23 42,6646,25,118mKNm

mKNqpasivo

Para h= 4,00m 23 12,17746,2418mKNm

mKNqpasivo

Uniformando la carga:

2222 98,15442,6612,17780,042,66mKN

mKN

mKN

mKNq uniformepasivo

Entonces la fuerza resulta: KNmmmKNF ntodeslizamiealoposicion 45,38750,250,0298,154 2

El coeficiente de seguridad es por lo tanto:

72,2143

45,387

KNKN

FF

CSicahidrodinam

oposicion

V.5.6. Cálculo de armaduras. Se considera un voladizo de 0,50m y cargado uniformemente por el empuje pasivo (generado al deslizarse el disipador por efecto de la fuerza hidrodinámica).

2222 98,15442,6612,17780,042,66mKN

mKN

mKN

mKNq uniformepasivo

Mayorando las cargas por 1,6 (CIRSOC 201):

2

32

84,422,012222032,02022,01

031,0 cmmmAsKs

mMNmm

MNmsu

Nº barras= 28,413,184,4

2

2

cmcm


100

La armadura a colocar será: cmc 20/121 Verificación al corte:

MNKNMN

KNmmVc 164,098,1631

100022,012061

219

KNKNVc 98,12298,16375,0

KNmm

KNVu 98,12350,096,247max

VcVu max Se verifica V.5.8. Cálculo de la viga de impacto. Se considera una viga simplemente apoyada de luz=2,8m cargada con una carga puntual centrada equivalente a la fuerza dinámica de impacto.

Calculo de armaduras para soportar la fuerza de impacto del agua Fuerza dinámica:

segmV

segmQ

mkgkgF

3

3 fuerzakgsegm

segm

mkgkgF 143005,62,21000

3

3

KNkgKNmkgKNF

fuerzafuerza 00,143

1001114300

Mayorando la carga por 1,4F (Por reglamento CIRSOC) KNKNKNFmayorado 20,20000,1434,1

4max

mLKNFM MNmKNmKNM 140,014,140

48,220,200

max

2

32

92,1822,018686145,02022,01

140,0 cmmmAsKs

mMNmm

MNmmsu

2333,722100420

4,1min cmcmcmAs

AsAs min Verifica

Nº barras= 025,614,392,18

2

2

cmcm


100

La armadura adoptada y a colocar será: cmc 15/201 Armadura de repartición: cmc 15/81 Corte:

KNKNKNFVu 1002

2002max

KNMN

KNmmVc 1641

100022,012061

KNKNVc 123,0164,075,0

cVVu Verifica. Nota: Para verificar al corte las paredes del conducto deben ser de 25cm de espesor.

220

V.5.9. Verificación de la capacidad suelo del disipador.

Verificacion del sueloVERIFICACION EN ESTADO DE SERVICIO D+L

c 0,000 Mpa Cohesion del suelof 25,00 º Coef de friccion del suelog 18,00 KN/m3 Peso especifico del suelo

Df 4,00 m Profundidad media de fundacionB 2,80 m ancho de fundacionL 3,20 m longitud de fundacion

Tension de trabajo

Nc 20,72 gsuelo= 18 KN/m3

Nq 10,66 ghormig= 24 KN/m3Ng 10,88 gprom= 21 KN/m3

Nq/Nc 0,51 gprom*Dftg(F) 0,47 752,64 KNFcs 1,45 179,2 KNFqs 1,41 100 KNFgs 0,65 1031,84 KNFcd 1,38 El peso del agua se calcula teniendo la capacidadFqd 1,30 maxima del disipador. Los datos consideradosFgd 1,00 fueron B=2,80 m/ L=3,20m / hliquido=2mFci 0,98 Peso Total/AreaFqi 0,98 115,161 KN/m2Fgi 0,92b= Nf/Vf 1,00

qu(KN/m2)= 1124,95 Capacidad ultima de cargaqmax(KN/m2)= 115,16 Capacidad de carga admisible

equivale aproximadamente a 2kg/cm21,2 kg/cm2

CS= 9,77 Coeficiente de seguridad del suelo

qmax<qadm con coef de seguridad de= 9,77Se concluye que verifica la capacidad del suelo.Se concluye que verifica la capacidad del suelo.

Peso tapada +hormigon=Peso agua=

Sobrecarga aplanadora=Peso Total=

qmax=qmax(KN/m2)=

Disipador de Energia

VERIFICA LA TENSION DEL SUELO

SUELO

DIMENSIONES

FACT. DE CAPACIDAD DE CARGA

Peso tapada +hormigon=

V.5.9.-modelación con HEC-RAS.

INTRODUCCION El programa Hec-Ras es un modelo hidráulico unidimensional creado por la USACE

(United States Army Corps of Engineers), de libre distribución. Un estudio hidráulico consta de dos elementos fundamentales que son, por un lado la

geometría del cauce y por otra las condiciones de flujo, definidas por el caudal y las condiciones de contorno. La combinación de distintas geometrías y condiciones de flujo provoca diferentes resultados, que pueden ser analizados por separado o conjuntamente. Esta es la filosofía de la estructura del proyecto Hec-Ras, donde un único proyecto puede contener multiplicidad de cálculos distintos.

221

Se inicia el proyecto Hec-Ras asignando un nombre al proyecto (“filename”), que se mantendrá invariablemente para todos y cada uno de los ficheros generados posteriormente.

También es muy importante definir las unidades o métrica utilizada (en Sistema Internacional, SI, en esta parte de Europa). De esta forma, en el primer nivel se genera el archivo” filename. prj”, que contiene la información general de la estructura del proyecto (ficheros existentes y enlaces).

Estructura de un proyecto. El diagrama de flechas muestra la relación entre los distintos archivos del programa.

En la siguiente figura se muestra la ventana principal de Hec-Ras con un proyecto generado, “example1.prj” que incluye un plan (Plan 1) con su fichero de geometría y flujo asociados.

222

Breve descripción de los botones principales que aparecen en la Ventana Principal del Programa

LIMITACIONES DEL MODELO HEC-RAS

El uso de un modelo numérico unidimensional como el Hec-Ras, que resuelve la ecuación de la energía, y todo su entorno complementario (preproceso y post-proceso en Arc-View).

223

Cualquier resultado calculado por Hec-Ras no es una solución real sino tan sólo es una posible solución. Se debe aplicar nuestro conocimiento de las leyes y principios hidráulicos para determinar la bondad del resultado.

A continuación se pasa a describir una serie de ventajas e inconvenientes que se deben tener en cuenta:

VENTAJAS: 1. Un modelo unidimensional en energías permite el cálculo en dominios con

escalas muy grandes, de modo que la simulación de kilómetros de río se realiza con una velocidad de cálculo enorme (orden de segundos). Por tanto, se puede repetir y corregir un cálculo con facilidad.

2. Dada la incertidumbre existente en la estimación de las pérdidas de carga (resistencia al flujo), el uso de la ecuación de la energía para el balance entre secciones es un método bastante aproximado en problemas de gran escala (fluviales). La simplificación del flujo turbulento tridimensional a un flujo unidimensional es relativamente aceptable para grandes escalas (ríos y barrancos) con precisiones poco exigentes.

3. Gran libertad geométrica: Permite el análisis con secciones naturales no regulares (secciones fluviales: cauce principal y llanuras de inundación). Es una gran ventaja sobre otro tipo de modelos hidráulicos existentes mucho más rígidos.

4. Facilidad de creación, modificación y edición de geometrías (entorno visual muy cómodo y rápido) e introducción de datos de rugosidad y estructuras transversales (puentes, obras de paso, aliviaderos). Gran comodidad de visualización de resultados y edición de figuras.

5. Gran capacidad de importación y exportación de datos en entorno Windows (comunicación con Excel, Word, Autocad) para el post-proceso de resultados y presentación.

6. Las nuevas tecnologías SIG (Sistemas de Información Geográfica) de tipo Arc- View, permiten el proceso de grandes cartografías para generar la geometría del cauce con gran precisión, en formatos importables Hec-Ras (.geo). Asimismo, existen extensiones para el post-proceso de láminas de inundación y mallas (“grids”) de inundación y velocidad.

7. Uso extendido en todo el mundo y gran experiencia de uso. Hec-Ras es un modelo bien contrastado, herencia directa (y mejorada) del antiguo HEC-2 (1984) en MSDOS.

8. ES GRATIS! (sin licencia).

INCONVENIENTES Y LIMITACIONES: a. Hec-Ras no es un modelo turbulento. La ecuación de la energía

supone siempre distribuciones hidrostáticas de presiones y la ecuación de fricción permanente de Manning. Por tanto, la solución es una pura simplificación, y no se ajusta a la realidad en casos donde las presiones y las tensiones turbulentas se alejan del modelo lineal.

b. Hec-Ras no es un modelo 3D (x, y, z) ni 2D (x, y), sino que es un modelo 1D (x), de modo que la solución siempre es una aproximación o promedio de

224

la real. Una aplicación tan básica como la extensión del flujo por las llanuras de inundación para grandes avenidas es un fenómeno que Hec-Ras no puede evaluar, en principio. La posibilidad de dividir la sección en subsecciones lo convierte en un modelo quasi-2D muy débil pues no tiene en cuenta la transferencia lateral de momentum del flujo. La distribución lateral de velocidades no es correcta. En consecuencia, la solución de flujo en curvas (método de los Flowpaths) es tremendamente aproximada.

c. Sólo se pueden modelar ríos y barrancos con pendientes menores de 10º (α< 10º, So <0.18), ya que no se tiene en cuenta la componente vertical del peso de la columna de agua (cos α) en las ecuaciones.

d. Ni los saltos ni los obstáculos son reproducidos correctamente (Hec-Ras no realiza balance de fuerzas). Existen métodos para simular o reproducir dichos efectos, pero son altamente arbitrarios y dependen mucho del tipo de flujo.

e. El resultado viene altamente condicionado por las consideraciones geométricas adoptadas (trazado de secciones, áreas inefectivas, motas, pérdidas por estrechamiento y expansión, etc.…). Por tanto, el resultado sigue siendo bastante “manual” (bajo criterio del calculista).

f. Problemas en la elección del calado crítico. Dificultad para hallar el calado crítico en secciones naturales complejas que contienen varios calados críticos (terrazas fluviales). Por defecto el programa escoge el de calado más bajo.

g. Siempre ofrece por defecto una solución, es decir, Hec-ras no se “cuelga” nunca. En consecuencia, se debe ser crítico con el resultado numérico.

h. Limitación en la convergencia de la energía a 40 iteraciones en cada sección de cálculo. Por defecto adopta el valor de calado de menor error.

Creación y modelación. En esta sesión Se verá el procedimiento a seguir para construir un proyecto HEC-RAS,

desde la introducción de la geometría hasta el estudio y comparación de diversos resultados. CREACIÓN DEL PROYECTO El primer paso para iniciar el ejercicio consiste en crear un nuevo proyecto. Para ello basta

con escoger la opción de menú: File--->New Project

Aparecerá la clásica ventana HEC de selección de carpeta y de nombre del proyecto donde escribiremos:

File Name: Nombre de la carpeta o proyecto Title: Descripción del proyecto. Resulta importante introducir una descripción adecuada

para el proyecto ya que los nombres deben ser preferiblemente cortos para evitar problemas

225

Options Unit Sytem (US Customary/SI): A través de este menú se puede escoger el

sistema de unidades internacional ya que por defecto el modelo HEC-RAS trabaja con unidades del sistema británico.

Estructura del Hec Ras. Un proyecto HEC esta formado por una serie de ficheros que contienen datos de proyecto,

datos de condiciones de contorno, geometría y datos de plan, que podemos traducir como datos de caso.

Todos los enumerados en la tabla anterior correspondientes a datos de proyecto son ficheros de tipo ASCII modificables mediante cualquier editor de texto simple (Wordpad, Notepad,…).

CREACIÓN DE LA GEOMETRÍA Una vez creado el proyecto, el orden en que se deberían introducir los datos es, en primer

lugar, los correspondientes a la geometría del caso, en segundo las condiciones de contorno, en tercero los parámetros de cálculo del caso y finalmente los resultados. En este apartado se hace referencia al primero de esos pasos.

Se accede al editor de geometría a través del la barra de herramientas principal del programa.

Una vez dentro del editor aparecen múltiples herramientas además de unos menús que

constan de diferentes opciones. La geometría está formada por dos elementos fundamentales, el río (stream) y las secciones (cross sections). Para realizar cualquier cálculo es necesario partir de estas dos informaciones. En general en la actualidad se parte de herramientas de tipo GIS para la realización de las geometrías cuando se trata de cauces naturales. Sin embargo para cauces de diseño se puede trabajar directamente dentro de HEC-RAS.

226

Eje del río El primer elemento a crear será el eje del río. Éste consiste en una polilínea que marca el

cauce del curso fluvial.

Para dibujarla se utiliza la herramienta correspondiente dentro del editor. En principio no

resulta excesivamente importante este trazado por dos razones: 1. En primer lugar la geometría de este cauce no interviene para nada en el

cálculo. Únicamente interesa la esquematización del la zona de estudio, es decir el numero de tramos de estudio, que tipo de uniones existen entre ellas, etc…

2. En segundo lugar el editor no dispone de herramientas que permitan un dibujo preciso del eje del río, ni tan solo introducir distancias Sin embargo existe una tabla en el menú: Edit---->Reach Schematic Lines… Donde si se permite editar a mano las coordenadas del

eje del río.

En principio para este ejercicio se partirá de un eje sencillo con un solo tramo de río. Se

escoge la herramienta de dibujo del eje, se trazan una serie de puntos teniendo en cuenta que el trazado se realiza de aguas arriba hacia aguas abajo y cuando se finalizar el trazado se acaba con un doble clic. En ese momento aparece un formulario para introducir el nombre del río que estamos modelando (river) así como el nombre del tramo concreto (reach).

227

Nota: Debe tenerse muy presente que el programa HEC-RAS se creó para el cálculo de ríos

y que la tolerancia de cálculos que es de 10 cm, inaceptable para el cálculo de una obra de dimensiones reducidas.

Una vez introducido el eje del río aparece en la pantalla del editor de geometría el eje con unas etiquetas indicando el nombre. Es muy importante que las dimensiones de este eje no sean significativas de cara al cálculo. Es decir que el eje aparezca curvado o no o más largo o menos no afecta en absoluto al cálculo.

Secciones del río Una vez introducido el eje, el siguiente paso es introducir las secciones del río. Si se esta

modelando un cauce natural, debería trabajarse sobre un entorno GIS o un programa específico (River CAD, SMS), ya que el procedimiento de extraer manualmente la topografía de las secciones e introducirlas en el programa resulta demasiado lento. Para estas situaciones, el propio HEC-RAS dispone de una serie de filtros geométricos para simplificar la geometría de manera que los cálculos sean más rápidos. Por lo tanto se partirá de la hipótesis de que se trata de una sección artificial, ya sea existente o de proyecto. Para introducir una sección ya existente la única alternativa es hacerlo mediante la introducción directa. Sin embargo si se trata de una sección de prototipo puede hacerse mediante dos herramientas ya existentes dentro del HEC-RAS:

1. Sección ya existente o ya diseñada: Para introducir la sección seleccionamos la herramienta Edit. and/or create crossections de la barra de herramientas, con lo que se abrirá el editor de secciones donde en primer lugar se debe crear una nueva sección. Para ello se usa el siguiente menú:

Options---->Add A new Crossection

En ese momento nos preguntará el river station, es decir, cuál es el punto kilométrico de la

nueva sección dentro del río. El orden de los puntos kilométricos empieza con un 0 al final del tramo y va creciendo hacia aguas arriba. El modelo también admite valores negativos.

228

Una vez introducido el punto kilométrico de la primera sección debemos llenar varios

campos dentro de la sección. Station/Elevation: Donde se deben introducir los pares de valores de abscisa-cota de nuestra

sección. Estos valores de deben introducir en cota absoluta (m.s.n.m), el orden de las abscisas debe ser de izquierda a derecha mirando la sección desde aguas arriba hacia aguas abajo. Para los puntos situados a la izquierda se admiten valores de Station negativos.

Downstream Reach Lengths: Que es el correspondiente a las longitudes hasta la sección siguiente. En este caso, si se están introduciendo los datos de la sección última, la longitud hasta la siguiente debe ser 0.

Sabemos que la sección se divide en tres partes, left overbank, channel, right overbank. Cada una de estas partes puede tener una distancia diferente hasta la sección de aguas abajo, por lo que existe una casilla para cada una de estas longitudes. Por ejemplo en una curva del flujo hacia la derecha, en el lado interior de la sección las distancias hasta la siguiente sección serían menores, por lo que ROB < Channel < LOB.

Estos tres valores resultan fundamentales si se trabaja en un tramo curvo, ya que la única modificación que se produce en el cálculo es debida a la diferente longitud de estas tres distancias, causando pérdidas de energía diferentes para cada uno de ellos. Por otra parte, si se trabaja en un sistema no georeferenciado, el programa calculará la longitud total del río a partir de la suma de todas las distancia channel.

Contr/Exp Coefficients: Se introduce el valor de los coeficientes de pérdidas para cada una de las partes de las secciones y la abscisa en la que empieza cada una de las partes de la sección.

También es posible asignar un coeficiente de Manning diferente para cada abscisa. Para ello basta usar el menú:

Options----->Horizontal Variation in n Value. Esto hace aparecer una tercera columna donde se introduces el valor de la rugosidad para

cada abscisa y será válido desde esa hasta la siguiente. Por otra parte sobre las rugosidades debe tenerse en cuenta que de cara a la evaluación de la rugosidad de una sección compuesta se sigue el siguiente criterio: los overbanks siempre se dividen por tramos de diferente rugosidad, cada uno con

seccion tipo 1 - produccion.jujuy.gob.arproduccion.jujuy.gob.ar/wp-content/uploads/sites/... ·...

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