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Diseo estructural de un acueducto aereo

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DISEO ESTRUCTURAL DE OBRAS HIDRAULICAS PARA PROYECTOS DE RIEGO

GEOMETRIA DEL ACUEDUCTO AEREO

SECCION TRANSVERSAL DATOS : H= A= L= bw = hf = h= 2.30 3.40 18.00 0.30 0.30 1.58 m m m m m m

Hh

hfbw

A

bw

SECCION LONGITUDINAL

Junta

Junta

L

DISEO DE LA LOSA LONGITUDINALMENTENomenclatura y Parmetros de Diseo: f 'c (kg/cm2) = gc (kg/m3) = fy (kg/cm2) = r (m) = 210 2400 4200 0.05 Esfuerzo del concreto a la compresin Peso especifico del concreto Esfuerzo de fluencia del acero Recubrimiento de losas y paredes

Clculo del acero inferior : La estructura puede ser idealizada como una viga de seccin U, simplemente apoyada. El anlisis se realizar por el mtodo de cargas de servicio.w x L

Peso del acueducto =

5760

kg/m

DISEO ESTRUCTURAL DE OBRAS HIDRAULICAS PARA PROYECTOS DE RIEGO

Peso del agua = Carga total repartida w =

5372 11132

kg/m kg/m

Predimensionamiento por cargas de servicio : Momento mximo = 1 * w * L2 8 = 450846 kg-m

Como : fc (kg/cm2) = fs (kg/cm2) = n = d (m) = 94.50 1680 9 2.23 Esfuerzo permisible del concreto para cargas de servicio ( 0,45*f 'c ) Esfuerzo permisible del acero para cargas de servicio ( 0,4*fy ) Relacin de mdulos de elasticidad Peralte efectivo

k

fc fs f n

c

0.336

j 1

k 3

0.888

entonces : As = M fs*j*d = 135.52 cm21

N del acero a usar : N de varillas a usar : Espaciamiento :

8 27 0.15

m

USAR f

1'' @

0.15

As1

Determinacin del Punto de Corte : El punto de corte terico del acero se da cuando el espaciamiento entre varillas es igual al doble de espaciamiento del diseo anterior:

Distancia (x) (m) 2.57

Momento (kg-m) 220720.29

As (cm2) 66.35

f del Acero pulg 1''

Espaciamiento (m) 0.30

# de varillas 14

Entonces el punto de corte real del acero se calcular mediante la siguiente expresin:

Siendo: Lr = x - 12db 12* db = Por lo tanto : Lr = 2.25 m 0.30 m db : Dimetro de la varilla principal

Entonces la distribucin del acero es la siguiente:f

DISEO ESTRUCTURAL DE OBRAS HIDRAULICAS PARA PROYECTOS DE RIEGO

f12db Lr

1'' @ 0.30

f

1'' @ 0.30

Lt

Clculo del acero superior : El acero mnimo no adyacente al terreno y expuesta directamente al sol es: Asmin = 0,0020*b*hf = 6.00 cm2/m Siendo b =1.00m; para obtener acero por metro lineal

N de acero a usar Espaciamiento

= =

4 0.20

USAR f

1/2'' @

0.20

(As2)

DISEO DE LA LOSA TRANSVERSALMENTEConsiderando la losa como simplemente apoyada en los muros Peso de la losa mas el agua : Momento generado el mismo : Reemplazando en Pero : Asmin = 0,0018*b*hf = 5.40 cm2/m siendo b = 1.00m para obtener acero por metro lineal 1 tenemos : As = 10.81 cm2/m w1 = Mto = 2300 3936 kg/m kg-m por metro lineal de profundidad

N de acero a usar Espaciamiento

= =

6 0.25

USAR f

3/4'' @

0.25

(As3)

Distribucin de esfuerzos en el Acueducto ( verificacin de diseo por cargas ltimas)bw

0.003

DISEO ESTRUCTURAL DE OBRAS HIDRAULICAS PARA PROYECTOS DE RIEGO

bw d1 d2 As6-2 di As6-3 As6 -i dnAs5 As6

0.003

Cs1 As6-1 s Cf a Cs2 Cs3 Ti As4 As3 As2 Tn-1 As6-n-1Tn As6-n

esi

Cc

Ti+1

As1

s = Espaciamiento entre refuerzos a = Altura del bloque equivalente de esfuerzos a compresin Cf = Profundidad del eje neutro medida a partir de las fibras externas de compresin (bloque real de esfuerzos) bw = Ancho de la viga en la cara en compresin

DISEO DE LAS PAREDESClculo de la fuerza esttica del agua : M1: Momento generado por la presin del agua en la base de la pared del acueducto M1 = ga * h3 = 6 657 kg-m / m ga : Peso especifico del agua

Clculo de la fuerza ssmica generada por el agua :

C

Cm y y (2 h ) 2 h

y y (2 ) h h

a b

Pe = C * l * ga *h Me = 0,299 * Pe * y l =2

c

Aceleracin del Terremoto Aceleracin de la Gravedad

Siendo : Me = C= l= Cm = y= At (m/s2) = Ag (m/s2) = Momento total de vuelco generado por la fuerza ssmica del agua Coeficiente adimensional que da la distribucin y magnitud de las presiones Intensidad del terremoto Valor mximo de C para un talud constante dado (ver Figura N5.1) Distancia vertical de la superficie hasta la elevacin en cuestin 0.24 1.00 Aceleracin del terremoto Aceleracin de la gravedad

De la Figura N5.4 tenemos que: para un f = 0 La fuerza del sismo ser mxima cuando y = h : Reemplazando en a tenemos : C= 0.73 Cm = 0.73

DISEO ESTRUCTURAL DE OBRAS HIDRAULICAS PARA PROYECTOS DE RIEGO

Reemplazando en

b

tenemos : Pe = 277 158 kg/m2 kg-m / m

Reemplazando en

c

tenemos : Me =

Clculo de la fuerza ssmica debido al peso propio de la pared : Sabemos que : Fs = Z * U * S * C * Pp R Siendo : Z U S C R Pp = = = = = = d 0.40 1.50 1.40 2.50 7.50 1440 tenemos : 406 kg / md

kg / m

Reemplazando en

Fs = Por lo tanto el momento actuante debido a esta fuerza es : Ms = Fs * h 2 =

321

kg - m / m

El momento total actuante sobre la pared es : M = M1+Me + Ms = El acero mnimo vertical es : Amin vertical Reemplazando en 1 tenemos : As4 = 3.12 cm2/m < Amin vertical = 0,0015*b*bw = 4.50 cm2/m 1136 kg-m / m

N de acero a usar Espaciamiento

= =

4 0.25

USAR fEl As5 ser tomado como acero mnimo vertical : As5 = N de acero a usar Espaciamiento = = 4 0.25

1/2'' @

0.25

(As4)

4.50

cm2/m

USAR f

1/2'' @

0.25

(As5)

El acero mnimo As6 no adyacente al terreno y expuesta directamente al sol es : Amin = 0,0020*b*bw = 6.00 cm2/m

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N de acero a usar Espaciamiento

= =

4 0.20

USAR f

1/2'' @

0.20

(As6)

Determinacin del Momento Ultimo Confiable del Acueducto # de capas Ali = a = Cf = 62 72 Csi = As6-i * fsi Tsi = As6-i * fsi fsi = 6000*( Cf - di )Cf

12 sabemos que : cm cm Cc = Cc = 0,85*f 'c*2bw*a Fuerza de compresin 659746 kg

4200 kg/cm2

# de capa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Area de acero As6-i (cm2) 5.067 5.067 5.067 5.067 5.067 5.067 5.067 5.067 5.067 5.067 10.160 136.890

di (cm) 5.64 25.64 45.64 65.64 85.64 105.64 125.64 145.64 105.64 125.64 205.64 223.73

Calculado f si (kg/cm2) 5533 3878 2222 566 -1090 -2746 -4401 -6057 -2746 -4401 -11025 -12523

Asumido fsi (kg/cm2) 4200 3878 2222 566 -1090 -2746 -4200 -4200 -2746 -4200 -4200 -4200

Csi (kg) 21282 19648 11258 2868 0 0 0 0 0 0 0 0 55056

Tsi (kg) 0 0 0 0 -5522 -13912 -21282 -21282 -13912 -21282 -42672 -574938 714802

Total en valor absoluto = La condicin de equilibrio a cumplirse es la siguiente : R = S Csi + Cc - S Tsi R = Momento nominal Momento ltimo confiable Momento ltimo requerido Siendo: 0 kg Mn = Muc = 0,90*Mn = Mur = 1276186.16 1148567.54 905390.46 kg-m kg-m kg-m < Muc ok = 0

Mur = ( 1,7*( Peso del agua) + 1,4*( Peso del acueducto ) )*1,3 * L2 8 Nota : Para estructuras retenedoras de lquidos, las cargas amplificadas evaluadas, sern incrementadas por los coeficientes de durabilidad que a continuacin se presentan. Solicitacin Refuerzo provisto por flexin Refuerzo provisto para tensin pura Coeficiente de Durabilidad 1.30 1.65

Clculo del Control de Fisuracin : El refuerzo de traccin por flexin deber distribuirse adecuadamente en las zonas de traccin mximas de un elemento de tal modo de obtener un valor " Z " menor o igual 17000 kg/cm que corresponde a una fisura igual a 0,02cm. Estos valores son menores que los que d el ACI - 318.

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El valor de " Z " de acuerdo al ACI - 350 se calcular mediante la siguiente expresin:

Z fs * 3 dc * A' 17000 Kg / cm

Segn el RNC (11.7.2), fs puede estimarse como:

fs

0.90 * d ' *As

M

0.60*fy

Donde: fs (kg/cm2) = dc (cm) = A' (cm2) = M (kg-m) = d' (cm) = As (cm2) = Luego tenemos : Z (kg /cm) =

1023 5.64 281.75 1136 24.37 5.07

Esfuerzo de trabajo del acero. Distancia de la fibra exterior en traccin al centro de la varilla ms cercana a ella. Area efectiva en traccin del concreto que rodea al refuerzo principal de traccin y que tiene el mismo centroide que este refuerzo, dividido entre el nmero de barras. Momento flector en condiciones de servicio. Peralte efectivo. Area del refuerzo en traccin.

19434

Mal! > 17000 Por lo tanto reduciremos el espaciamiento del As4 a 0,20m

Entonces el nuevo "Z" es: Z (kg /cm) = 14433 Ok! < 17000

EN RESUMEN TENEMOS :As4

As1 As2 As3 As4 As5 As6

1'' @ 1/2'' @ 3/4'' @ 1/2'' @ 1/2'' @ 1/2'' @

0.15 0.20 0.25 0.20 0.25 0.20

As6 As2As3

As5

As1

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Mc 4641435 3892241 2005028 453421 0 0 0 0 0 0 0 0

Mt 0 0 0 0 -762579 -1642973 -2087630 -1661995 -1642973 -2087630 -772150 0

10992125 ########

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