hidraulica

1. DISEÑO PUENTE CANAL
Son las obras mediante las cuales es posible crusar una canal con cualquier obstaculo que se e El
obstaculo puede ser por ejemplo:
. Una via de ferrocarril
. Un camino
. Un río
. Un dren
Para salvar el obstaculo, se debe recurrir a na estructura de cruce que puede ser:
. Puente canal
. Sifon invertido
. Alcantarilla
. Tunel
DEFINICION
Es una estructura utilizada para conducir el agua de un canal, logrando atravesar una depresio El
puente canal es un conjunto formado por un puente y un conducto, el conducto puede ser d
hierro,madera u otro material resitente, donde el agua escurre por efectos de gravedad.
ELEMENTOS HIDRAULICOS DE UN PUENTE CANAL
1. Transicion de entrada, une por un estrechamiento progresivo el canal con el puent
2. Conducto elevado, generalmente tiene una seccion hidraulica mas pequeña que el
3. Transicion de salida, une el puente canal con el canal.
CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO HIDRAULICO
1 Material
2 Forma de la seccion transversal
3 Ubicación de la seccion de control
Por lo general, un puente canal cuya vista enplanta se muestra en la figura, se dise las
condiciones del flujo subcritico, por lo que el puente canal presentauna singular tudinal
del canal, que crea efectos sobre aguas arriba.

2. 1 2
3
4
4 Diseño de conducto elevado

3. Por condiciones economicas el ancho debe ser lo menor posible, pero manteniendo
siempre el mis
de flujo, en este caso flujo subcrítco. Afin de que las dimensiones sean los minimo po
sibles,
se dise
condiciones cercanas a las criticas.
Para una seccion rectangular, en condiciones criticas se cumplen las siguientes ecu
……… (1)
……… (2)
Igualando (1) y (2) tenemos:
De donde despejando b, se tiene:
……… (3)
En la ecuacion (3) ,como Q es conocido (se debe conocer el caudal de diseño), para
se requiere conocer Emm
………
(4) Para el analisis necesitamos conocer los siguientes
parametros:
T(m)= 1.50
Y(m)= 1.00
b(m)= 0.80 de acuerdo
a:Z= 0.50
V (m/s)= 0.80
De la ecuacion (4), hallamos Emm, tenemos:
Emm= 1.03
Para aplicar la formula (3), necesitamos el Q, entonces hallando el caudal:
Q = 1.04 (m3/s)
Aplicando la ecuacion (3), obtenemos b, para un flujo critico, pero para un flujo sub
aumentamos este ancho en un 10%, por tal obtenemos:
b = 0.639 m

4. B
Nuestra seccion transversal del
canal sobre el puente será
como se muestra y
0
b
A continuacion calculamos el tirante del canal y , para lo cual daremos uso de la fo
ya mostrado anteriormente:
Como los datos necesarios para el calculo
……… (2) dieron y hallaron anteriormente, tenemos
y = 0.646
Seguidamente calculamos el bordo libre B ,que frecuentemente es el 20% de la ba
B = 0.128 m
y finalmente la velocidad con que circula en el canal puente:
Entonces:
V = 2.517 m/s
5 Calculo de la transicion de entrada y salida
Para el caso de una transicion de entrada recta la euacion utilizada es:
b: Ancho de solera del conducto
T1: Espejo de agua en el canal
L = 1.039
T1 b
L

5. Para el caso de una transicion de salida recta la euacion utilizada es:
b: Ancho de solera del conducto
T2: Espejo de agua en el canal de salida

6. Para lo cual necesitamos el valor de T2: T2 = 1.8
L = 1.401
b
T2
L
6 Calculo de las perdidas en las transiciones
Las perdidas predominantes en las transiciones (por su corta longitud) corresponde
perdidas por cambio de direccion, siendo su ecuacion:
Donde: h 1-2 : Perdidas por transicion entr
K : coeficiente de perdidas en l
Ke : coeficiente d
Ks : coeficiente d
∆hv : diferencia de cargas de velo
Ademas donde:
……………….. siendo V1 > V2
Los valores de Ke y Ks, dependerá del tipo de transicion diseñada, en la tabla sigt. S
de ellos.
TIPO DE TRANSICION K
e
Ks
Curvado 0.
1
0.20
Cuadrante cilindrico 0.
1
0.25
Simplificado en linea recta 0.
2
0.30
Linea recta 0.
3
0.50
Extremos cuadrados 0.
3
0.75
Para el analisis de este parametro se ha automatisado el cuadro que se muestra po
requiere que se seleccione la selda de color GRISS para que aparesca una lista de
transicion que se desee.
CALCULO DE PERDIDAS EN LAS TRANSICIONES
Linea recta
h(e) 0.00979

7. Ke: 0.
30
h(s) 0.01631
Ks: 0.
50
Ke: Coeficiente de perdidas en la transicion de entrada
Ks: Coeficiente de perdidas en la transicion de salida
he: perdidas en la transicion de entrada
hs: perdidas en la transicion de salida

8. ncuentre asu paso
n.
e concreto,
e canal.
canal.
ña para
idad en el perfil longi

9. o siempre el mismo tipo
posibles, se diseña para
aciones:
calcular b,
Z = 0
critico

10. rmula (2),
de este, ya se
:
m
se:

11. m
n a las
e 1 y 2
a transicion, puede ser:
e perdidas en la transicion de entrada
e perdidas en la transicion de salida
cidad, valor siempre positivo.
e muestra algunos valores
steriormente. Donde se
splegable y se seleccione el tipo de

18. Anteriormente ya se pudo calcular:
Ru = 12367.00 Kg
Calculando el momento ultimo Mu:
Mu = 13604 Kg - m
Calculo del acero longitudinal:
b = 1.25 m
a = 0.40 m
d = 0.25 m
Varilla Diametr
o
Area
1/4" 0.635 0.32
3/8" 0.952 0.71
1/2" 1.270 1.29
5/8" 1.588 2.00
3/4" 1.905 2.84
7/8" 2.222 3.87
1" 2.540 5.10
Recubrimiento(cm): C = 4
Diametro de varilla: 1.59
Entonces el peralte efectivo sera:
Altura de viga(cm): 50
d = 45.2 cm
fy = 4200
Seleccione valilla: 5/8
Area de varilla: 2.00
As = 7.961 cm2
Calculando numero de varillas:
Nº varillas : 3.98
Calculo de acero transversal:
- La fuerza cortante ultima en la viga es igual a:
2 Ru = 24734 Kg

19. Como consecuencia el esfuerzo cortante(Tu):
Previo a esto se tuvo que calcular el Tc: Tc = 6.16 Kg/cm2
Tu = 13.68 Kg/cm2

20. Entonces: Tu > Tc
Si el esfuerzo cortante es mayor que el esfuerzo cortante admisible, y parte debe de ser asumido por el
refuerzo adicional, que en este caso seran los estribos.
El area de refuerzo se calcula:
Donde:
Tu : Esfuerzo cortante ultimo
Tc : Esfuerzo cortante permisible Ay :
Area de refuerzo
b : ancho de la viga
S : Distancia de la reaccion R hasta la cara
de la columna
Entonces:
b = 0.40 cm
S = 0.55 cm
Tu = 13.6
8
Kg/c
m2Tc = 6.16 Kg/c
m2fy = 4200 Kg/c
m2
Ay = 3.94 cm2
El numero de estribos calculado es:
Seleccione valilla: 1/4
Areadevarilla: 0.32
n = 6.2 varillas
Caculando el espaciamiento entre estribos (e):
e = 8.938 cm
Se colocaran estribos de 1/4 a una distancia de: 5.0
Sobre toda la longitud de la viga
Las cuatro reacciones Ru son reemplazadas por una reaccion Rtotal en el centro de la columna.
R tot = 4 Ru R tot = 49468 Kg

21. Cargas que actuan sobre la columna:
- Reacciones (R) de las vigas laterales
- Peso propio G3 y G4.
G3 = (m) (c) (b+2d) ; ; G4 = (a)(c)(g)
Donde:
m : Altura de la viga (m) = 50
C : Espesor de la columna (m) = 0.4
b : Ancho de la caja (m) = 1.25
a : Ancho de la columna (m) = 0.40
g : Altura de la columna (m) = 3.25 d :
Espesor de las vigas laterales de la caja (m) = 0.25
??c : Peso específico del concreto (Kg/m3) = 2400
- Peso propio de la viga superior:
Para lo cual necesitamos saber la longitud dela viga lateral: 2.14
G3 = 1027.2 Kg
- Peso propio de la Columna:
G4 = 1248.0 Kg
Carga Ultima:
Pu = R tot + 1.5(G3 + G4) Pu =
52881 Kg
Ademas de la carga ultima, la columna debe resistir tambien un Mu = (Pu)(e), Don siendo e
la excentricidad minima
a = 40.00 cm
Mu = 211523.
2
Kg -
cm
Los efectos de la Esbeltez pueden despreciarse cuando el factor: KL/n < 22
K = 2.0 Para el concreto
= 213333 cm4
A = a*c = 1600 cm2

22. hallando n:
n = 11.55
Fac
tor
KL/
n :
= 56.29 SI se
considera los efect
- La carga critica de la columna Pcr es calculada como
sigue:
;
;
=
Ec = 148507.63
=
EI =
12672
65099
9 Kg -
cm2
Pcr =
29603
3.26
Kg
momento ultimo debe de ser simplificado:
Pu =
52881 Mu =

23. 211523
Mc =
1.2(Mu
)
Mc =
25382
7.84
Kg - cm
La columna
debe de
diseñarse
para soportar
las cargas
calculadas
anteriorment
e:
Pu = 52881 Kg
Mc
253827.8
4
cm
Acero
minimo:
E
l
a
c
e
r
o
m
i
n
i
m
o
d
e
b
e
ser no menro del 1% de la seccion de la
colu
As mínimo = 16 cm2
Para el calculo de teoria:
Ancho (K) : 2.8 m
Longitud : 2.8 m
Espesor(d) : 0.4 m
CONDICION
- La presion de la zapata debe ser menor que la capacidad de carga del
terreno considerando un f mayor que 3.0 ,osea σc /σt es mayor o
igual a3.0

24. - El casa de este ejemplo es solo el diseño de una zapata cuadricular.
CALCULOS
Peso propio de la zapata:
G5
??c =
G
5
= 7526.4 (SIN
AGUA)G
5
= 4390.4 (BAJO
AGUA)
K
CASO I : DREN CON AGUA
Sistema de carga simetrica, la presion de la zapata sobre el terreno esta dada por:
?? t = 0.463 R :
?? c =
?? c / ?? t = 3.238 es mayor que 3.00 OK
Donde: σt : La presion de la zapata sobre el terreno
R : Reaccion de la viga lateral hacia la columna (Kg) G3 :
Peso Propio de la viga Superior en la columna G4 : Peso
propio de la columna.
G5 : Peso proprio de la zapata
σc : Capacidad de carga del terreno
CASO II :
Condicion importante, ubicación del resultante de todos las cargas, tanto de las reacciones (R) asi como
el momento generado por la excentricidad de estas reacciones.
Momento generado por la excentricidad.
Donde:
R : Reaccion viga lateral C :
Ancho de columna
Reemplazando valores tenemos:

25. M = 148260 Kg - cm
La excentricidad de las cargas verticales para el caso del dren con agua:

26. e = 6.899 cm
Si excentricidad es menor que K/6 las presiones se calculan con:
?? 1 = (Rv / K*K) + (M / W) Bajo agua G5 = 4390.4
Rv = 21491.6
?? 2 = (Rv / K*K) - (M / W)
Rv = 2R + G3 + G4 + G5
M = 2R (0.25 C)
K*K = Area de la zapata (cm2)
W = Modulo de la seccion (cm3) w = K^3
/ 6
Entonces: K / 6 = 46.67 cm
Como :
e
< K / 6
Usar formulas dadas para ?? 1 y
w = 3658666.
7
cm3
?? 1 = 0.315 Kg / cm2
?? 2 = 0.234 Kg / cm3
Factor de seguridad
??c / ??1 = 4.77 es mayor que 3.00 OK
Si la relacion anterior se cumple El calculo estructural se realizara con la base del caso I
que es el caso mas critico y en base a la fuerza ultima: Vu = 4Ru
+ 1.5(G3 + G4)
Vu = 52880.8 Kg
Carga unitaria sobre la parte inferior
??u = 0.6745 Kg/cm2
La seccion perimetrica "a b c d"esta ubicada a una distancia de d/2 = 20
de la cara de la columna
Area = 6400 cm2
A B

27. La fuerza ultima Vu1:
Vu1 = ??u (K^2 - Aabcd) Vu1 =
48564 Kg
D
C
El esfuerzo cortante es:
τu1 = Vu1 / (Bc * d) Bc : longitud de la seccion critica "abcd" d :
Espesor de la zapata
τu1 = 3.794 Kg/cm2
τu1 es menor que 6.16 Kg/cm2 OK
Fuerza ultima Vu2:
Vu2 = A*??u A : Area de la zapata
??u : Presion sobre el terreno calculado ant.
Vu2 = 15108.8 Kg
El esfuerzo cortante es:
τu2 = Vu2 / (K*d)
τu2 = 1.349 Kg/cm2
τu2 es menor que 6.16 Kg/cm2 OK El
refuerzo de la zapata se calculo en base eal momento:
Mu = 0.25(A*??u)(K-C)
Mu = 1359792 Kg/cm
Refuerzo en la Zapata:
Seleccione valilla: 1/2
Area de varilla: 1.29
Diametro de varilla : 1.27
Recubrimiento: 7
.
Recomendado
(ACI)
d = 30.60 cm d : Peralte
efectivob = 280.0
0
cm

28. As = 11.76 cm2/
m
Acero minimo: 14.563 cm2
As es menor que 14.563 SE COLOCARÁ EL ACERO MINIMO
As : 14.563
SE NECESITAN : 11.29 VARILLAS DE 1/2 PULGADA

29. LLENAR DATOS
SELECCIONAR
h
R R
d
m
G3
a
g
G4
d
G5
K
2R 2R

30. cm

31. h
R R
d
m
m
G3
a
g
G4
de e=0.10 a,
d
G5
K

32. os de ESBELTEZ
210
2.4
Kg
Kg - cm
mna:
actor de seguridad

33. d
7413
1.5

34. cm

41. Sin agua Bajo agua