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• Heber Barboza Fustamante

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DISEÑO HIDRAULICO DE PUENTE CANAL

I. DATOS Espejo de agua (T) = 1.50 m Tirante de agua (Y) = 1.00 m Ancho de base (b) = 0.80 m Talud (Z) = 0.50 m Velocidad (V) = 0.80 m/s Gravedad (g) = 9.81 m/s²

Sección típica del canal de entrada y salida

II. CALCULOS DEL PUENTE CANAL 2.1. Energía hidráulica en el punto 1. �=�+�^2/2 �

E = 1.00 m +

(0.80 m/s)² 2 x 9.81m/s²

E1 = 1.03 m

2.2. Determinamos el caudal en este punto. �=�.�

�=(�+��).� Q = 1.04 m³/s

�=[(�+��).�].�

2.3. Determinamos el valor de "b" para flujo crítico. �_�=√((27.� ^2)/ (8.�^3.�))

bc = 0.581 m

Para condiciones de flujo subcritico, aumentamos a "b c" el 10%. b = 0.639 m B Nuestra sección transversal del puente canal, nos quedará de la siguiente manera.

y 0

b 2.4. Determinamos el tirante "y" en el puente canal �_�=√(3& �^2/ (�^2.�))

y=

3

(1.04 m³/s)² (0.639 m)² x 9.81 m/s²

y = 0.646 m

2.5. Calculamos el borde libre (B), que es igual al 20% de "b" 20 x 0.639 m B= 100 B = 0.0128 m 2.6. Finalmente determinamos la velocidad con la que circula en el puente canal. 1.04 m³/s V= 0.639 m x 0.646 m �=�/� V = 2.517 m/s III. CALCULOS DE LA TRANSICION DE ENTRADA Y SALIDA 3.1. Cálculo de la longitud de la transición recta de entrada.

b = 0.639 m T1 = 1.500 m Luego: �=(�_1−�)/ (2.tan 〖 22.5° 1.5 m - 0.639 m L= 2 x Tan22.5° 〗 ) L = 1.039 m 3.2. Cálculo de la transición recta de salida.

b = 0.639 m T2 = 1.800 m Luego: �= 〖 〖 〖−〖〖 _ 〗 |0.639 m - 1.8 m| 2/ L = (2.tan 〖 22.5° 2 x Tan22.5° 〗 ) L = 1.401 m

IV. CALCULO DE PERDIDAS DE CARGA EN LAS TRANSICIONES Las pérdidas predominantes en las transiciones (por su corta longitud) corresponden a las pérdid por cambio de dirección, siendo su ecuación. Donde:

ℎ_(1−2) . h1-2 :=� Pérdidas por transición entre 1 y 2. ∆ℎ_� K : Coeficiente de pérdidas en la transición, que puede ser: Ke : Coeficiente de pérdidas en la transición de entrada. Ks : Coeficiente de pérdidas en la transición de salida. Δhv : Diferencia de cargas de velocidad, valor siempre positivo. Siendo V1 > V2

〖∆∆ V〗 =_� =(�m/s _ 2.52 1 1^ V²)/(2 .�)− m/s = 0.800 2

(�_2^ ²)/(2.�) Luego : (2.517m/s)² - (0.8m/s)² Δhv = 2 x 9.81m/s² Δhv = 0.290 m Los valores de Ke y Ks dependerá del tipo de transición diseñada, en la tabla siguiente se muestr algunos valores de ellos. TIPO DE TRANSICION Ke Ks Curvado 0.10 0.20 Cuadrante cilíndrico 0.15 0.25 Simplificado en línea recta 0.20 0.30 Línea recta 0.30 0.50 Extremos cuadrados 0.30 0.75 Elija el tipo de transición : Línea recta Ke = 0.30 Ks = 0.50 Luego: he = 0.0871 m hs = 0.1452 m

L

onden a las pérdidas

iguiente se muestran

DISEÑO ESTRUCTURAL DE PUENTE CANAL I. CALCULO DE LA VIGA SUPERIOR EN LA COLUMNA 1.1. Metrado de cargas. e = 0.25 m h = 0.66 m L = 20.00 m d = 0.25 m Base = 1.14 m y = 0.65 m Dens. Agua = 1000 Kg/m³ P.V. C°A° = 2400 Kg/m³ Luego: Ru = 16171.02 Kg 1.2. Cálculo del momento último.

e

h

R

d m

R

G3

a g

G4

�_�=0.5(�−�+�).(2�) b = 1.14 m a = 0.40 m d = 0.25 m Mu = 16000.68 Kg-m

d 1.3. Cálculo del acero longitudinal. Recubrimiento (C) = 4 cm Altura de la viga = 50.00 cm Seleccione varilla = 5/8" Diámetro de varilla = 1.59 cm Área de varilla = 2.00 cm² fy = 4200 Kg/cm² f'c = 210 Kg/cm² Luego el peralte efectivo será: d = 45.21 cm �_�=�_�/(0.9. 〖 〖〖 〗 _(� ).�) 1600068.26 Kg-cm As = 0.9 x 4200 Kg/cm² x 45.21 cm As = 9.36 cm² El número de varillas será: N° Var. = 5 1.4. Cálculo del acero transversal. Esfuerzo cortante permisible (TC).

G5 K

Varilla 1/4" 3/8" 1/2" 5/8" 3/4" 7/8" 1"

 (cm) 0.635 0.952 1.270 1.588 1.905 2.222 2.540

TC = 7.68 Kg/cm² Fuerza cortante última en la viga (Tu). 2Ru = 32342.04 Kg 32342.04 Kg TU = 40 cm x 45.206 cm Verificamos: Como

TU = 17.89 Kg/cm²

Tu > Tc, se diseñará estribos

El área de refuerzo se calcula como: Ay = Área de refuerzo. TU = Esfuerzo cortante último. �_�=(�_�−�_� ). TC = Esfuerzo cortante permisible. (�.�)/�_�

b = Ancho de la viga. s = Distancia desde la reacción R hasta la cara de la colum TU = 17.89 Kg/cm² TC = 7.68 Kg/cm² b = 40.00 cm s = 25.44 cm fy = 4200 Kg/cm² Ay = 2.47 cm² Seleccione varilla = 1/4" Diámetro de varilla = 0.64 cm Área de varilla = 0.32 cm² El número de varillas será: N° Var. = 4 Calculamos el espaciamiento entre estribos (e). e = 6.36 cm Se colocará estribos de 1/4" a una distancia de 5 cm sobre toda la longitud de la viga

2R 2R

c

II. CALCULO DE LA COLUMNA Las cuarto reacciones Ru son reemplazadas po una reacción total Rtotal en el centro de la columna Rtotal = 4Ru = 4 x 16171.02 Kg Rtotal = 64684.08 Kg Cargas que actúan sobre la columna: - Reacciones (R) de las vigas laterales - Peso propio G3 y G4 �3=�.�.(�+2�) �4=�.�.� Donde: m : Altura de la viga ………………………. = 0.50 m C : Espezor de la columna ……………… = 0.40 m b : Ancho de la caja ………………….…….. = 1.14 m a : Ancho de la columna …………………. = 0.40 m g : Altura de la columna …………………. = 3.00 m d : Espezor de vigas laterales de caja = 0.25 m = 2400.00 Kg/m³ c° : Peso específico del concreto ……. Longitud de la viga lateral ……..………. = 2.04 m 2.1. Peso propio de la viga superior. G3 = 2.04 m x 0.5 m x 0.4 m x 2400 Kg/m³ G3 = 978.94 Kg

h

d m

R

G3

a g

G4

2.2. Peso propio de la columna. G4 = 0.4 m x 0.4 m x 3 m x 2400 Kg/m³ G4 = 1152.00 Kg 2.3. Carga última. PU = Rtot. + 1.5(G3 + G4) PU = 67880.50 Kg

d

G5 K

Además la columna deberá de resistir un momento último M U = Pu.e, siendo e=0.10.a, donde e excentricidad mínima. a = 40.00 cm MU = 67880.5 Kg x (0.1 x 40 cm) MU = 271522.00 Kg-cm Los efectos de Esbeltez pueden despreciarse cuando el factor: K.g/n < 22 K =2 �=�^4/1 I = 213333.33 cm4 2 �=(�/ n = 11.55 (�.�))^(1/2) Luego: 2 x 300 cm 11.55 KL/n = 51.96 Como: KL/n = 51.96 > 22, se considera los efectos de ESBELTEZ KL/n =

EL momento último debe ser simplificado. PU = 67880.50 Kg MU = 271522.00 Kg-cm MC = 1.2MU MC = 325826.40 Kg-cm

CANAL

R

G3

a

G4

G5 K Area (cm²) 0.32 0.71 1.29 2.00 2.84 3.87 5.10

ta la cara de la columna.

2R 2R

c

entro de la columna

R

R

G3

a

G4

G5 K

do e=0.10.a, donde e es la