CRUCE AEREO EN AGUA Y DESAGUE (CALCULO).xls

DISEÑO DE CRUCES DE RIO Y QUEBRADAS PARA REDES DE AGUA POTABLE Proyecto : Puente :

Construcción Sistema de Agua Potable 04 Barrios, Distrito de Nuevo Occoro - Huancavelica - Huancavelica

17.00 m.

KM 9+429.580

DISEÑO DE CRUCE DE QUEBRADA DATOS PARA EL DISEÑO DEL CRUCE DE QUEBRADA DATOS: en ml. y/o kg/ml. Luz del puente " L " Peso unit. de la tubería " x " Peso unit. de los cables " y " Peso unit. de pendolas " z " Separación de péndolas " s " Altura mayor de pendola " h " F.Seg. de Cables " F.S.1 " F.Seg. de Pendolas " F.S.2 " " f " del puente Separacion entre Cable y Tuber." c " Peso Especifico del Concreto Concreto f'c Fierro Esfuerzo del Terreno

cant. 17.00 6.93 0.39 0.28 2.00 2.33 3.00 3.00 1.80 0.30 2.30 175.00 4200.00 1.00

ml. kg/ml. kg/ml. kg/ml. ml. m.

DIAM.

PESOS EN KG/ML. Tub. Cable F.G. Acero

1/4" 5/16" 3/8" 1/2" 9/16" 5/8" 3/4" 1" 1 1/2" 2" 2.5" 3" 4"

m. m. Tn/m3. kg/cm2. kg/cm2. kg/cm2.

0.17 0.28 0.39 0.69 0.88 1.08 1.54 2.75 6.20 10.82

1.30 2.40 3.20 4.00 4.80 5.20 6.93

SOLUCION: A.- DISEÑO DE LA PENDOLAS 1.- Longitudes de las Péndolas y' Cuando:

=

s + ((4/ l^2) * x^2)(f + f'))

s = es una constante

s= f = f' =

0.30 1.80 0.00

x 0 2 4 6

m. m. m.

y 0.300 0.400 0.699 1.197

x

y

x = Distancia del centro a la péndola (m.) y = Altura de la péndola (m.) 3.- Datos para el Diseño P. Tubería P. Accesorios P. Pendola Factor de Seguridad 2 H > Pndola

6.93 5.00 0.28 3.00 2.10

kg/ml. kg/ml. kg/ml. m.

4.- Peso Total / Pendola Peso Total por Pendola

24.45 kg.

5.- Tensión Máxima en la Péndola " Tp ". T máx. en Péndolas

=

Pseo Total*F.S.2/1000

T p máx.

6.- Diámetro de las Péndolas Diámetro Cantidad

¼ " 7 Und.

6.1.- Diámetro Comercial se Recomienda Diámetro Cantidad

5/16 " 7 Und.

Tipo BOA 6 x 19

=

0.073 Tn.

ALMA ACERO Resist. Efect. a Rot. en Ton. 2.74 4.25 6.08 10.68 13.20 16.67 23.75 41.71 91.80 159.66

DISEÑO DE CRUCES DE RIO Y QUEBRADAS PARA REDES DE AGUA POTABLE Proyecto : Puente :

Construcción Sistema de Agua Potable 04 Barrios, Distrito de Nuevo Occoro - Huancavelica - Huancavelica

17.00 m.

KM 9+429.580

DISEÑO DE CRUCE DE QUEBRADA B.- DISEÑO DEL CABLE PRINCIPAL 1.- Peso Total del Puente " P " / ml., 1.1.- Peso del Cable Principal P.cable

0.39 kg/ml.

Peso del Cable +Accesorios

12.60 kg/ml.

1.2.- Peso del Viento P.viento = 0.005x0.7x Velocidad viento^2xancho del puente P.viento

7.88 kg/ml.

1.3.- Peso del Sismo P.sismo = 0.18 x Peso P.sismo

2.27 kg/ml.

1.4.- Peso por Unidad de Longitud Máxima Wtotal

=

P.cable + P.Viento + P.sismo Wtotal

=

22.74 kg/ml.

M.max.ser

=

0.82

Tn - m.

T.max.ser

=

0.46

Tn.

T.max.ser.real

=

0.50

Tn.

1.5.- Momento Máximo por Servicio M.max.ser = Peso x un. Long. Max. x Long. del Puente^2/8

1.6.- Tensión Máximo por Servicio Horizontal 1.7.- Tensión Máximo por Servicio Horizontal Real

2.- Tensión Horizontal Izquierdo" H' ". 8.50 ß

ß a

1.80

ht

tg ß = ß =

0.211764706 12.13 °

3.- Tensión Máxima de Rotura del Cable 3.1- Tensión Horizontal " H " Calculado anteriormente: H

=

0.50 Tn.

DISEÑO DE CRUCES DE RIO Y QUEBRADAS PARA REDES DE AGUA POTABLE Proyecto : Puente :

Construcción Sistema de Agua Potable 04 Barrios, Distrito de Nuevo Occoro - Huancavelica - Huancavelica

17.00 m.

KM 9+429.580

DISEÑO DE CRUCE DE QUEBRADA 3.2.-Tensión Horizontal por Temperatura" H t". Como aún no se diseñado la cámara de anclaje, no se conoce la distancia de anclaje a anclaje, por lo tanto no se puede calcular la Tensión Horizontal por Temperatura, para efecto de calculo de la cámara y cable consideraremos la Tensión Horizontal por Temperaturadel orden del 1.5 % de la tensión Horizontal. Ht

=

1.5 % (H) Ht

=

0.01 Tn.

Hm

=

0.50 Tn.

3.3- Tensión Maxima Horizontal " Hm ". Hm

=

H + Ht

3.5.-Tensión Máxima de Rotura a Cada Lado Tr = Hm x C.S. Donde: Tr = Tensión Máxima de Rotura C.S. = Coeficiente de Seguridad =

3.00

Luego: =

Tr

1.51 Tn.

3.6.-Diámetro del Cable Diseñado (en la Tabla): Diam. Diseñado Cantidad Sección Tc.

¼ 1 0.32 2740.00

" Und. cm2. kg.

Nota: Para la obra se recomienda usar Cable de Ø 1/2" Diámetro del Cable a Utilizar Tipo BOA 6 x 19 Diam. Recom. Cantidad Sección Tc = Tr =

3/8 1 0.71 6080.00

" Tipo BOA 6 x 19 Und. cm2. kg.

3.7- Tensión Vertical " V ". V

=

Hm x 4*f / L = Tr x tg ß

Teorico

V

=

0.11

Practico

V

=

1287.53

C.- DISEÑO DE LAS CAMARAS DE ANCLAJE 1.- Datos para diseño Peso Estimado de Cámara de anclaje Medidas (m) H. c.a. 1.00 m. B. c.a. 1.20 m. b. c.a. 1.20 m. Angulo O° 45.00 Grados Volumen 1.44 m3. Peso Anclaje 3.31 Ton. 1509.37

Altura de la cám ara de anclaje Ancho de la cám ara de anclaje (Paralela a lalongitud del puente) Profundidad de la cám ara de anclaje (Perpendicular al ancho). Se recom ienda este ángulo para efectos constructivos. Peso por lado del puente

<

3312.00

CONFORME

DISEÑO DE CRUCES DE RIO Y QUEBRADAS PARA REDES DE AGUA POTABLE Proyecto : Puente :

Construcción Sistema de Agua Potable 04 Barrios, Distrito de Nuevo Occoro - Huancavelica - Huancavelica

17.00 m.

KM 9+429.580

DISEÑO DE CRUCE DE QUEBRADA Para nuestro caso utilizaremos una cámara de concreto ciclopeo sólida H T V

1.00

1.20

1.20 2.- Esfuerzo que Actuan a) Por Efecto del Puente Tensión Maxima Horizontal " Hm ". Hm =

0.50 Tn.

b) Por Peso Propio de la Cámara Pp cámara

=

3.31 Tn.

Descomposición de Fuerzas Tm ax.ser SEN O = Tm ax.ser COS O =

0.36 Ton-m 0.36 Ton-m

3.- Calculo de la Excentricidad d=

d=

e=

(Wp*b/2-Tmax.serSEN(O)*b/4-Tmax.serCOS(O)*3/4H) Wp-Tmax.serSEN(O) 1.6136494 2.96 b/2-d

0.55 m

0.05 < b/3 =

0.40

Ok

Verficación de la excentricidad de fuerzas

0.5

Coeficiente de fricción del terreno

4.- Chequeo del Deslizamiento y Volteo Factores de Seguridad al Deslizamiento y Volteo

F.S.D.=

F.S.V.=

F.S.V.=

U*(Wp-Tmax.serSEN(O)) Tmax.serCOS(O)

U=

1.48

4.15

>1.75

Ok

Verificación al deslizamiento de la cámara de anclaje

5.32

>2.00

Ok

Verificación al volteo de la cámara de anclaje

0.36

Wp*b/2 Tmax.serSEN(O)*b/4+Tmax.serCOS(O)*3H/4 1.99 0.37

DISEÑO DE CRUCES DE RIO Y QUEBRADAS PARA REDES DE AGUA POTABLE Proyecto : Puente :

Construcción Sistema de Agua Potable 04 Barrios, Distrito de Nuevo Occoro - Huancavelica - Huancavelica

17.00 m.

KM 9+429.580

DISEÑO DE CRUCE DE QUEBRADA D.- DISEÑO DE LA TORRE DE ELEVACION 1.- Datos para el Diseño

8.50 O

ß 3.00 ht

tg ß = ß =

0.352941176 20.22 °

O2 en grados =

20.22 °

Torre

d d H p.e. cto. Wp

0.40 0.40 2.80 2.40 1.08

m m m Ton/m3 Ton

Zapata

hz b prof. p.e.cto. Wz

0.80 1.00 1.00 2.40 1.92

m m m Ton/m3 Ton

S U C Z Rd H (cortante basal)

1.20 1.00 0.40 1.00 4.00 0.13

O2=

11.95656

Lados de la sección de la Tmax.ser SEN O2 columna o torre (cuadrada) Tmax.ser COS O2 Tmax.ser SEN O peso específico del cto. a. Tmax.ser COS O

= = = =

0.12 0.33 0.25 0.25

Altura de la zapata Ancho de la zapata (paralela a la longitud del puente) Profundidad de la zapata (perpendicular al ancho) peso específico del cto. a. Cálculo de las cargas de sismo Nivel hi (m) pi (Ton) pi*hi Factor de suelo 3 2.80 0.36 1.00 Factor de importancia 2 1.87 0.36 0.67 Coeficiente sísmico 1 0.93 0.36 0.33 Factor de zona 2.01 Factor de ductilidad Ton

Ton Ton Ton Ton

Fsi (Ton) 0.06 0.04 0.02 0.13

2.- Calculo de la Excentricidad e = b/2 - d =

0.12

< b/3 =

0.33

Ok

Verficación de la excentricidad de fuerzas

d = (Wp*2b/3+Wz*b/2+Tmax.ser*SEN(O2)*2b/3+Tmax.ser*SEN(O)*2b/3-(Tmax.ser*COS(O2)-Tmax.serCOS(O))*(H+hz)-Fs3*(H+hz)-Fs2*2*(H+hz)/3-Fs1*(H+hz)/3 Wp+Wz+Tmax.ser*SEN(O)+Tmax.ser*SEN(O2)

d=

1.27 0.377 3.37 3.- Chequeo del Deslizamiento y Volteo Factores de seguridad al deslizamiento y volteo

m

F.S.D. =

(Wp+Wz+Tmax.ser*SEN(02)+Tmax.ser*SEN(O))*U (Tmax.ser*COS(O2)-Tmax.ser*COS(O)+Fs3+Fs2+Fs1)

F.S.V. =

(Wp*2b/3+Wz*b/2+Tmax.ser*SEN(O2)*2b/3+Tmax.ser*SEN(O)*2b/3+Tmax.ser*COS(O)*(H+hz)) (Tmax.ser*COS(O2)*(H+hz)+Fs3*(H+hz)+Fs2*2*(H+hz)/3+Fs1*(H+hz)/3) F.S.V. =

1.68 0.21

2.83 1.56

7.97

1.81

> 1.5 Ok Verificación al deslizamiento de la zapata

> 1.75 Ok Verificación al volteo de la zapata

DISEÑO DE CRUCES DE RIO Y QUEBRADAS PARA REDES DE AGUA POTABLE Proyecto : Puente :

Construcción Sistema de Agua Potable 04 Barrios, Distrito de Nuevo Occoro - Huancavelica - Huancavelica

17.00 m.

KM 9+429.580

DISEÑO DE CRUCE DE QUEBRADA E.- CALCULO DE LA LONGITUD DEL CABLE PRINCIPAL 1.- Longitud del Cable " L1 " Lc

=

l *( (1 + ((8/3)*n^2) - ((32/5)*n^4))

Donde: Lc = Longitud de Curva del Cable f = Flecha del Cable n=f/l

= =

Remplazando valores 2.- Altura de la Torre " ht ":

1.80 m. 0.1059

Lc

ht

=

=

f + c + h'

c = Distancia entre cable y tubería f = Flecha de la Tubería h` = Altura de la tubería hasta la zapata ht

=

2.80 m.

3.- Longitud de los Fiadores

ß

O L1 ht

ß l1 Del gráfico: L1

=

Tg ß = ht / l1

(ht^2) + (l1)^2 l1 = ht / Tg

Donde: L1 = Longitud del fiador l1 = Longitud horizontal del fiador l2 = Longitud horizontal del fiador

= =

1.80 m. 1.95 m.

tg = (8 x f x X) / l1^2 = (8 x f x l1) / l1^2 = 4xf / l1 = 4 x n Sustituyendo datos:

O tg O

= =

l1

=

45.00 1.00 2.80 m.

L1 = 3.96 m. Para nuestro caso se usaran las siguientes dimenciones por tener una sección con pendiente fuerte L1 = Longitud del Fiador Izquierdo L2 = Longitud del Fiador Derecho

= =

3.25 m. 2.10 m.

17.49 m.

DISEÑO DE CRUCES DE RIO Y QUEBRADAS PARA REDES DE AGUA POTABLE Proyecto : Puente :

Construcción Sistema de Agua Potable 04 Barrios, Distrito de Nuevo Occoro - Huancavelica - Huancavelica

17.00 m.

KM 9+429.580

DISEÑO DE CRUCE DE QUEBRADA 4.- Longitud de los Fiadores A) Cámara de Anclaje Margen Derecha 2.40 Lh1 Por Semejanza de Triángulo L1 3.25

1.8

L1

=

4.33

1.00 a

1.20

1.80

b B) Cámara de Anclaje Margen Izquierda 2.55 Lh2 Por Semejanza de Triángulo L2 2.10

1.95

1.00

1.20

1.95

b Luego: Longitud de Fiadores L1 L2

= =

4.33 m. 2.75 m.

Longitud Horizontal de Fiadores Lh1 = 2.40 m. Lh2 = 2.55 m. Donde : L1 = Longutud del Fiador Derecho L2 = Longitud del Fiador Izquierdo Lh1 = Longutud Horizontal del Fiador Derecho Lh2 = Longitud Horizontal del Fiador Izquierdo

L2

=

2.75

m.

DISEÑO DE CRUCES DE RIO Y QUEBRADAS PARA REDES DE AGUA POTABLE Proyecto : Puente :

Construcción Sistema de Agua Potable 04 Barrios, Distrito de Nuevo Occoro - Huancavelica - Huancavelica

17.00 m.

KM 9+429.580

DISEÑO DE CRUCE DE QUEBRADA 5.- Flecha de Montaje 5.1 Aumento de Flecha Por Alargamiento del Cable entre Torres

fm f1 l' Sabemos que: 15 f1

=

L

(A)

16 n1(5 - 24 n1^2) H'ypp x l1 L

=

(1 + 16/3 x n^2)

(B)

ExA Donde: f1= L= E= A=

Aumento de flecha por alargamiento de cable entre torres. Aumento de longitud de cable entre torres Modulo de elasticidad del cable Area del cable n1 = fm / l' n = f / l'

Hvpp =

Tensión Horizontal verdadera por peso propio total H'vpp = Hvpp / 2

A cada lado del puente

5.2 Aumento de Flecha Por Disminución de Luz entre Torres f'1

l-

l1 -

12

f'2

L1

L2 L2+ L2 L1+

L1

L+

L

l1

l'

l2

Sabemos que: 15 - 40x n^2 + 288xn^4 f2

=

l' 16 n1(5 - 24 n1^2) H'ypp (l1 + l2)

l'

=

sec ^3ß ExA

DISEÑO DE CRUCES DE RIO Y QUEBRADAS PARA REDES DE AGUA POTABLE Proyecto : Puente :

Construcción Sistema de Agua Potable 04 Barrios, Distrito de Nuevo Occoro - Huancavelica - Huancavelica

17.00 m.

KM 9+429.580

DISEÑO DE CRUCE DE QUEBRADA Donde: l1,2 = f2 = sec ß = sec^3 ß = E = A = 0.9f =

Longitud horizontal de fiador Aumento de flecha por disminución de la luz entre torres 7.26911 384.09992 16900000 Tn/cm2. 0.0127 m2. 1.62 Hm

Donde: ß sec = 1 + tg² ß n tg ß = 4 x n1

= =

0.11 7.20000

sec ß Hpor columna

= =

7.26911 0.50 Tn.

Vm

Tm

5.3 Cálculo de la flecha de Montaje La flecha de montaje se cálcula por aproximaciones sucesivas f f

=

fm+

f

=

f1+

f2

f

=

fm +

f1 +

f2

.(01)

Primer Tanteo Para este primer tanteo consideraremos una flecha de montaje igual a 9/10 de la flecha del cable n1

=

0.9* f / l'

n1

=

0.0952941

Sustituyendo: En B:

L

=

0.0000059 m.

En D:

l'

=

0.0044569 m.

Luego: En A:

f1

=

0.0000121 m.

En C:

f2

=

0.0089615 m.

H'ypp (l1 + l2) ExA

Reemplazando en 01: f 1.80

=

fm +

=

1.6290

0.17

m.

f1 +

f2

Diferencia en 01:

0.17

<

0.05

RECALCULAR

DISEÑO DE CRUCES DE RIO Y QUEBRADAS PARA REDES DE AGUA POTABLE Proyecto : Puente :

Construcción Sistema de Agua Potable 04 Barrios, Distrito de Nuevo Occoro - Huancavelica - Huancavelica

17.00 m.

KM 9+429.580

DISEÑO DE CRUCE DE QUEBRADA Segundo Tanteo fm

=

f m primer tanteo + diferencia

fm n/1

= =

1.7910 0.1054

Sustituyendo: En B:

L

=

0.000042 m.

En D:

l'

=

0.003376 m.

Luego: En A:

f1

=

0.000079 m.

En C:

f2

=

0.006174 m.

Reemplazando en 01: 1.80

=

1.7973

Diferencia en 01: 0.00 m. 0.002720

<

0.05

CONFORME

6.- Longitudes de Cable en Montaje Lm

=

Lm

=

Lc +

l+

17.50 m.

7.- Longitudes Total del Cable (Incluido los Fiadores)"Ltc" Ltc

=

Lm + L1 + L2

Ltc

=

24.58

m.

RESUMEN: a.- Cables : b.- Péndolas : c.- Cámara : anclaje

El proyecto se diseñará con 1 cables de 3/8" Suficiente con 5/16" a cada 2 metros. Las camaras de anclaje debe ser de 1.20 x 1.50 x 1.50 Se tiene un peso de 3.31 ton.

L

DISEÑO DE CRUCES DE RIO Y QUEBRADAS PARA REDES DE AGUA POTABLE Proyecto : Puente :

Construcción Sistema de Agua Potable 04 Barrios, Distrito de Nuevo Occoro - Huancavelica - Huancavelica

17.00 m.

KM 9+429.580

DISEÑO DE CRUCE DE QUEBRADA F- DISEÑO DE LOS CARROS DE DILATACION 1.- Peso Propio Peso propio Wd=

22.74 Kg

2.- Empuje Empuje =pl^2/8f=H

456.44

3.- Desplazamiento del carro en cada torre por carga muerta D=HL(Seca1)^2/EA E=2/3(2100000) A=seccion Total cable

1400000.00 0.71 cm2

ANGULOS FORMADOS EN EL PUENTE Angulo con el cable principal a= Angulo del fiador izquierdo a1= Angulo del fiador derecho a2=

RADIANES GRADOS Arc Tang( 4f/L) 0.40 22.95 Arc Tang( L1/LH1) 1.07 61.02 Arc Tang( L2/LH2) 0.82 47.12

Longitud del fiador izquierdo (L1) Longitud del fiador derecho (L2) Lh1 = Longutud Horizontal del Fiador Derecho Lh2 = Longitud Horizontal del Fiador Izquierdo D= D=

4.33 2.75 2.40 2.55

m. m. m. m.

0.84 cms Desplazamiento en portico izquierdo 0.27 cms Desplazamiento en portico derecho

Desplazamiento maximo con sobrecarga y temperatura la tension horizontal maxima es 495.69 Kg El desplazamiento sera D1=Seca1( cxtxL1+HL1x(Seca1)^2/(EA) c= 0.000012 t= D1= 2.16 cms Luego el desplazamiento neto es D=D1-D 2.00 La plancha metalica debe tener un minimo de

25 C*

2.00 cms a cada lado del eje de la torre

DISEÑO DE CRUCES DE RIO Y QUEBRADAS PARA REDES DE AGUA POTABLE Proyecto : Puente :

Construcción Sistema de Agua Potable 04 Barrios, Distrito de Nuevo Occoro - Huancavelica - Huancavelica

17.00 m.

KM 9+429.580

DISEÑO DE CRUCE DE QUEBRADA 4.- Presion vertical sobre la torre P=HxTg(a+a1)= 1104.93 Kg Presion en la columna (P)= Esfuerzo admisible (Fa) Diámetro de rodillos (d) Número de rodillos (n)

1.1 Tn 1.10 7.5 7.5 3

Tn Tn/cm2 cms u

5.- Ancho de la platina Ancho de la platina(A) = 760xP/(Fa^2nd) A= 0.66 cms Dejando 2,5 cms de borde a cada lado Ap=A+2*2,5 6.00 cms

Presion en la plancha=P/AL P= 5.58

6.- Largo de platina Largo de platina = (n-1)*(d+1)+2*8 = Si la plancha superior se desplaza La distancia extrema aumentara

33

Cm. 2.00 cms

4

cms

a

6 cms

El momento que se produce en el volado sera =( M) =P/A*B M= 100.45 f= C= Larg.plat./2 = 7.- Radio de la parte curva r=(f^2+c^2)/(2f)= y=(r^2-^x^2)^0,5 E`=f-(r-y)+2

r= y= E`=

10 cms 16.5

18.61 17.62 11.01

Considerando una faja de 1 cm de ancho y el espesor en la seccion E` S=ab^2/6 S= 20.19 cm2 R=M/S R= 4.98 kg/cm2 Es

R