sifon 2 ah
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ANALISIS HIDRAULICO DEL SIFON No. 2 DEL CPMI DE LA DERIVADORA PIEDRAS BLANCAS
CON EL ARROYO xxxxxxx EN LA ZONA ESTE DEL POBLADO DENOMINADO FELIPE CARRILLO
PUERTO.
´FEBRERO 2013
Datos hidráulicos del canal alimentador.KM INICIO 21+450KM FINAL 21+682LONGITUD= 232NUMERO DE CONDUCTO 2Q= 21.449 m3/s DOS CONDUCTOSb= 4.000 mn= 0.014 adims= 0.00020 m/mt= 0.00 md= 2.4800 mv= 1.081 m/s
A= 9.920Pm= 8.960 mRh= 1.107 mbl= 0.270 mHT= 2.750 mCarga vel. 0.060 mE. especifica= 2.540 m-kg/kgT= 4.000 mNo. Froude= 0.219 adimRégimen SUBCRITICO
Dimension del conductoSe propone una velocidad en el conducto de:
vel. Prop.= 2.5 m3/s
Área del conducto
A= 8.58 m2
Diámetro del conducto
D= 3.31 m
Un conducto de este diametro es improcedente por lo que se recurrira a 2 conductos
Area de cada conducto
Ac= 4.29 m2
Diámetro del conducto
D= 2.34 m
ANALISIS HIDRAULICO DEL SIFON DEL CPMI DE LA DERIVADORA PIEDRAS BLANCAS CON EL ARROYO DOLORES EN LA ZONA ESTE DEL POBLADO DENOMINADO FELIPE CARRILLO PUERTO.
La continuación de las obras de modernizacion de la zona de riego de los módulo 8 y 9 del DR 097, Lazaro Cárdenas, Michoacán, implican la construcción del Canal Principal Margen Izquierda a partir del km 20+600, teniendo necesidad de cruzar el arroyo xxxxxx, se propone una estructura de sifón a base de tubería de concreto reforzado, para lo cual se realiza este análisis hidáulico.
POR CONDUCTO
m2
Se propone usar 2 conductos a base de tubería marca COMECOP con las siguientes caracteristicas
Díametro Nominal 25002500 mm2860 mm 3.2443244 mm 1.622
Longitud útil (Lu) 5000 mm 3.244Longitud total (Lt) 5210 mm 4.244Enchufe (B) 180 mmLongitud campana (A) 1362 mmJuego (J) 20 mm
38 mm40 min
Peso promedio (Tubo) 22000 kg
DATOS HIDRAULICOS DEL SIFON
Q= 21.449 m3/sn= 0.014D= 2.5 m (dos conductos)A= 9.817 m (dos conductos)P= 15.708 m (dos conductos)Rh= 0.625 m (dos conductos)
0.731v= 2.185 m/shv= 0.243 mhf= 0.002 L
Longitud de trancisión exterior
T= 8.300 mEspacio entre tubos= 1.000 mEspacios extremos= 0.300 mt= 8.088 m
Del Manual de Datos Técnicos de Tubos de Concreto Pretensado de COMECOP en su pag. 20, según Tabla 1. (Características de los tubos COMECOP).
Ø Interior (Di)Ø Exterior (De)Ø Campana (Dc)
Ø Junta (D)Deflexión máxima (α)
Rh2/3=
cottT
L2
α= 12.5cot α= 4.511Lte= 0.478 mSe adopta L= 10 m
o
Longitud de la trancisión interior
Lti= 3.75 mSe adopta Lti= 3.75 m
Determinación de las pérdidas del sifón:
Se aplicará Bernoulli de la sección 1 a la sección 6
De la sección 2 a la 1Elev. 1= 322.677Elev.2=Elev. 3= 321.526Elev.4=Elev. 5= 322.328Elev. 6= 323.477
hts= pérdidas por trancisión de salida
Z1= 1.15100000000001 md1= 2.480 m
hv1= 0.060 m
suponiendo d2= 3.6705b2= 8.088 mA2= 29.687 m2v2= 0.722 m/s
hv2= 0.027 mhts= 0.007 m
Comprobación
3.697 0.000
3.697
La longitud de la transición interior para pasar de una sección rectangular a una circular es igual a 1.5 veces el diámetro interior del conducto.
22 hvd
hv.h ts 20
tsh´hvdz 111
tshhvdzhvd 11122
α= 20cot α= 2.747cos α= 0.940cos α= 2.5
D
D= 2.660
% de ahogamiento= 38.0% > 10 %
De la sección 3 a la 2
hs= pérdidas por salida
d3= 2.5 md2= 3.6705 m
hv3= 0.243 mhv2= 0.027 m
hs= 0.043 mP3/w= 0.997 m
De la sección 4 a la 3
d4= d3hv4= hv3
Z4= 0.802hf= pérdidas por fricciónL= 232 m
hf= 0.406 mhc= pérdidas por codos
o
shhvdw
Phvd 22
333
hv.h s 20
ticf hhhw
Phvd
w
Phvdz 3
334
444
)hv(ch cc
90
c= 0.25
Δ1= 19.97
Δ2= 2.55
Δ3= 17.48
Δ4= 0.00
Δ5= 0.00
Δ6= 0.00hvc= carga de velocidad en el conductohvc= 0.243 m
hc1= 0.029 mhc2= 0.010 mhc3= 0.027 mhc4= 0.000 mhc5= 0.000 mhc6= 0.000 m
hc total= 0.066 m
Pérdida por trancisión de salida
Haciendo una transformación del área rectangular a la entrada del conducto a una sección circular
A= 6.250 m2
2.821 m
hti= Pérdida por trancisión interior de salidaA2= Área de la tubería de mayor diámetroA2= 6.250 m2A1=Área de la tubería de menor diámetroA1= 4.909 m2
k= coeficiente que depende del ángulo con que se efectúa la ampliaciónLti= 3.750 m
tan α= 0.086
α= 4.892
o
o
o
o
o
o
o
A
D4
g
vk
A
Ahti
21
22
1
2
0.14
vg= velocidad en el tubo de mayor diámetro
vg= 1.716 m/s
hti= 0.002 m
Pérdida por trancisión interior de entrada
htie= pérdida por trancisión interior de entradaK= coeficiente que depende del ángulo con que se efectúa la reducción
0.06
vg= velocidad en el tubo de mayor diámetro
htie= 0.009 m
P3/w= 0.997 m
P4/w= 0.678 m
De la sección 5 a la sección 4
hc= pérdida por entrada
d4= 2.5 mhv4= 0.243 m
P4/w= 0.678 m
3.421 m
Suponiendo d5= 3.411 mb5= 8.088 mA5= 27.588 m2v5= 0.777 m/shv5= 0.031 mhc= 0.021 m
Comprobación
3.421 0.000
Para ángulos de 0 a 5 k= ̊ ̊̊
Para ángulos de 0 a 5 k= ̊ ̊̊
g
vgkhtie2
2
434 zhtihchfw
P
w
P
chw
Phvdhvd 4
4455
hv.h c 10
chhvd55
w
Phvd 4
44
3.421
De la sección 6 a la sección 5
hte= Pérdida por trancisión exterior de entrada
d5= 3.426 mhv5= 0.031 mZ6= 1.149 m
2.308 m
Suponiendo d6= 1.962 mA6= 7.848 m2v6= 2.733 m/shv6= 0.381 mhte= 0.035 m
Comprobación
3.492 0.000
3.492
Resumen de pérdidas
Trancisión de entrada= 0.035Entrada= 0.021
Trancisión interior de entrada= 0.009Fricción= 0.406
Codos= 0.066Transición interior de salida= 0.002
Salida= 0.043Transición exterior de salida= 0.007
h total= 0.589 mCarga topográfica= 0.800 mCarga disponible= 0.211 m
Bernoulii entre la sección 6 y la sección 1
3.143
3.128
w
Phvd 4
44
chhvd55
tehhvdhvdZ 55666
hv.h te 10
tehhvd66
666 hvdZ
chhvd55
hhvdhvdZ 11666
66 hvdZ
hdZ 11
EL CÁLCULO ES CORRECTO !!!!!
CAJA DE ENTRADA A LA ZONA DEL SIFON 21+450 DEL CPMI
La condición mas desfavorable de trabajo para los muros será vacío en el interior y empuje de tierra en el exteriorLa condición mas desfavorable de trabajo para la losa será cuando este llena de agua.Geometría de la caja en la zona mas profunda de la misma
espesor losa=altura interna=
espesor muros arriba=espesor muros abajo=
ancho interno=ancho superior=ancho inferior=
El relleno se hará con material permeable cuyas características son:
Peso Vol. Seco= 1875 kg/m3 1.875 ton/m3Peso Vol. Sat.= 2025 kg/m3 2.025 ton/m3
25 ̊̊Cohesion C= 1000 kg/m2 1 ton/m3
EMPUJE DEL TERRENOh= 4.05 m 3.5
0.577 0.406 0.4061.423
6740 kg 5034
1.35 m 1.17
M= 9099 kg-m 5873
REACCIÓN NETA DEL TERRENOALTURA DE MUROS TOTALES ALTURA DE MUROS HASTA 3.5
Peso de muros= 6264 kg Peso de muros= 5040Peso del agua= 28105 kg Peso del agua= 23870
W= 4464 kg/m W= 3755
Angulo de fricción interna φ=
sen
senk
1
1
2
2
1khE
3
hY
33080 kg-m 27826
M total= 32085 kg-m M total= 26918
Vlosa=W x L/2= 17185 kg Vlosa=W x L/2= 14455
DISEÑO DE LA LOSA DE CIMENTACION
Se usará concreto de f´c= 250 kg/cm2acero fs= 2100 kg/cm2
Constantes de cálculo
f’c = 250 kg/cm2 fy = 4200 kg/cm2
fc = 0.45 f’c = 112.5 kg/cm2 fs = 0.5 (fy)= 2100 kg/cm2
n = 8.43
0.311 j = 1 – k/3 = 0.896
15.69
DISEÑO DE LOSA HASTA QUE LOS MUROS ALCANCEN UNA ALTURA DE MUROS DE 3.5 m
41 cm
9 cm
Se propone: d= 40 cmr= 5 cm
M= WL2/8= M= WL2/8=
R = ½ k j fc = kg/cm2
Entonces el momento se calculará como: M = R b d2
cfEc
Es
'15000
102 6
fcn
fsk
1
1
bR
Md
bv
Vdv
c
h= 45 cm
ACERO DE REFUERZO
EN LA LOSA DE CIMENTACION
Refuerzo por momento negativo
M = 26918 kg - m
35.8
Utilizando varillas # 8 5.07 Se colocarán @ 14.2 14
El momento positivo máximo es de
M = 27825.9 kg -m
37.0
Utilizando varillas # 8 5.07 Se colocarán @ 13.7 14
El área de acero mínima por cambios volumétricos es:
As = 0.0018 b h = 8.1
Utilizando varillas # 5 1.99 Se colocarán 24.6 25
DISEÑO DE LOSA HASTA QUE LOS MUROS ALCANCEN SU ALTURA TOTAL
45 cm
12 cm
Se propone: d= 45 cmr= 5 cmh= 50 cm
ACERO DE REFUERZO
EN LA LOSA DE CIMENTACION
Refuerzo por momento negativo
M = 32085 kg - m
37.9
cm2
cm2
cm2
Entonces el momento se calculará como: M = R b d2
cm2
,as= cm2
,as= cm2
,as= cm2cm2
bR
Md
bv
Vdv
c
djfs
MAs
djfs
MAs
djfs
MAs
Utilizando varillas # 8 5.07 Se colocarán @ 13.4 13
El momento positivo máximo es de
M = 33080.2 kg -m
39.1
Utilizando varillas # 8 5.07 Se colocarán @ 13.0 13
El área de acero mínima por cambios volumétricos es:
As = 0.0018 b h = 9
Utilizando varillas # 5 1.99 Se colocarán 22.1 20
DISEÑO DEL MURO ZONA INFERIOR
Determinación del espesor y acero de refuerzo del muro
Diseño de la sección
Cálculo del peralte
24.08 cm
Se adopta un peralte efectivo de 25 cm y un recubrimiento de 5 cm
d = 25 cmr= 5 cm
h = 30 cm
Revisión por cortanteEl esfuerzo permisible al cortante es: 8.4
De los cálculos anteriores, V = Er = 6740 kg
2.70
Acero principal por momento
19.34
Considerando varillas del N° 6
a = 2.850
cm2
cm2
kg/cm2 < al esfuerzo permisible al cortante
cm2
cm2
,as= cm2
,as= cm2
,as= cm2cm2
djfs
MAs
djfs
MAs
Rb
Md
cfvd '53.0
bd
Vv
djfs
MAs
14.7 cm
Se colocarán varillas del N° 6, @ 15 cm
Acero por temperatura
As = 0.0018 b h = 5.40
Considerando varillas del N° 4
a = 1.267
23.5 cm
Se colocarán varillas del N°4, @ 20 cm
DISEÑO DEL MURO ZONA SUPERIOR
Se supone un muro de 2 metros de altura
h= 3.5 m
5034 kg
1.17 m
M= 5873 kg-m
Determinación del espesor y acero de refuerzo del muro
Diseño de la sección
Cálculo del peralte
19.35 cm
Se adopta un peralte efectivo de 10 cm y un recubrimiento de 5 cm
d = 25 cmr= 5 cm
h = 30 cm
Revisión por cortanteEl esfuerzo permisible al cortante es: 8.4
cm2
cm2
As
aS
100
As
aS
100
Rb
Md
cfvd '53.0
2
2
1khE
3
hY
De los cálculos anteriores, V = Er = 5034 kg
2.01
Acero principal por momento
12.48
Considerando varillas del N° 5
a = 1.979
15.9 cm
Se colocarán varillas del N° 5, @ 15 cm
Acero por temperatura
As = 0.0018 b h = 5.40
Considerando varillas del N° 4
a = 1.267
23.5 cm
Se colocarán varillas del N°4, @ 20 cm
En este caso se propone dejar la sección del muro con las dimensiones y armado encontrados en en diseño del muro en la zona inferior.
kg/cm2 < al esfuerzo permisible al cortante
cm2
cm2
cm2
cm2
bd
Vv
djfs
MAs
As
aS
100
As
aS
100
La condición mas desfavorable de trabajo para los muros será vacío en el interior y empuje de tierra en el exterior
altura 1= 4.35 maltura 2= 0 m
espesor losa= 0.3 maltura interna= 4.05 m
altura total 4.35 mespesor muros arriba= 0.3 mespesor muros abajo= 0.3 m
ancho interno= 7.7 mancho superior= 8.3 mancho inferior= 8.3 m
EMPUJE DEL TERRENO EMPUJE DEL AGUAm 4.05 3.5
kg 6661 4805 kg
m 1.22 1.03 m
kg-m 8105 4965 kg-m
mkgkgkg/m
kg-m
kg-m
kg
lecho superior
lecho inferior
longitudinalmente
lecho superior
lecho inferior
longitudinalmente
kg/cm2
kg/cm2
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