Obras de Arte _planillas en Excel
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OBRAS HIDRAULICAS I
Datos de Entrada Cota Inicial= Cota final= L=
1287.00 1284.690 463.76 0.1 0.005 0.015
Qd = So = n =
[m.s.n.m.] [m.s.n.m.] [m] m3/s [m/m] [Hormigón Ciclópeo]
Prog.inicial=0+ 0.00 Prog.Final=0+ 463.76
Vmax = Vmin =
3 0.6
m/s m/s
DIMENSIONAMIENTO DE LA SOLERA DEL CANAL: Máxima Eficiencia Canales Rectangulares
Q
2 3
1 A R So n b=
1 2
b Y
0.433
m.
2
Asumimos Constructivamente
b=
0.50
m.
0.10
m
Cálculo del Tirante Normal con la base asumida
Si Yn = 0.021
0.19 =
m 0.021
Ok!!! Se Iguala
Cálculo del Borde libre: BL = 0.06 m Se asumirá un borde libre constructivo de: BL = Yn= Yc=
0.19 0.160
[m] [m]
A= P= R= T= D= NF= E= V=
0.094 0.876 0.107 0.500 0.188 0.784 0.246 1.064
[m2] [m] [m] [m] [m] [adim] [m] [m/s]
Régimen Subcrítico Ok Cumple!!!
RODRIGO WAYAR CRUZ
OBRAS HIDRAULICAS I
Dimensiones Constructivas: b= h= e=
0.50 0.29 0.2
m m m
Detallamiento Final:
1287.00 Yn=0,19 Prog=0+000
So =0,005 (+)
1284.69
Prog=1+464
Dimensionamiento Final:
BL= 0,1m h = 0,29m Yn =0,19 m
e= 0,2 m e = 0,2m
b = 0,5 m
e= 0,2 m
Datos de Entrada Cota Inicial= Cota final= L=
1281.70 1279.330 592.75 0.1 0.004 0.015
Qd = So = n =
[m.s.n.m.] [m.s.n.m.] [m] m3/s [m/m] [Hormigón Ciclópeo]
Prog.inicial=0+ 573.85 Prog.Final=1+ 166.6
Vmax = Vmin =
DIMENSIONAMIENTO DE LA SOLERA DEL CANAL: Máxima Eficiencia Canales Rectangulares 2
1
1 Q A R 3 So 2 n
b Y
2
RODRIGO WAYAR CRUZ
3 0.6
m/s m/s
OBRAS HIDRAULICAS I b=
0.451
m.
Asumimos Constructivamente
b=
0.50
m.
0.10
m
Cálculo del Tirante Normal con la base asumida
Si Yn =
0.21
0.024
=
m 0.024
Ok!!! Se Iguala
Cálculo del Borde libre:
BL = 0.1 m Se asumirá un borde libre constructivo de: BL = Yn= Yc=
0.21 0.160
[m] [m]
A= P= R= T= D= NF= E= V=
0.103 0.910 0.113 0.500 0.205 0.688 0.254 0.976
[m2] [m] [m] [m] [m] [adim] [m] [m/s]
Régimen Subcrítico Ok Cumple!!!
Dimensiones Constructivas: b=
0.50
m
h= e=
0.31 0.2
m m
Detallamiento Final:
1281.70 Yn=0,21 Prog=1+574
So =0,004 (+)
1279.33
Prog=3+167
RODRIGO WAYAR CRUZ
OBRAS HIDRAULICAS I
Dimensionamiento Final: BL= 0,07m h = 0,31m Yn =0,21 m
e= 0,2 m e = 0,2m
b = 0,5 m
e= 0,2 m
Datos de Entrada Cota Inicial= Cota final= L=
1278.80 1276.140 876.50 0.1 0.003 0.015
Qd = So = n =
[m.s.n.m.] [m.s.n.m.] [m] m3/s [m/m] [Hormigón Ciclópeo]
Prog.inicial=1+ 261.80 Prog.Final=2+ 138.3
Vmax = Vmin =
3 0.6
m/s m/s
DIMENSIONAMIENTO DE LA SOLERA DEL CANAL: Máxima Eficiencia Canales Rectangulares 2
1
1 Q A R 3 So 2 n b=
0.476
b Y m.
2
Asumimos Constructivamente
b=
Cálculo del Tirante Normal con la base asumida
Si Yn = 0.027
0.23 =
m 0.027
Ok!!! Se Iguala
RODRIGO WAYAR CRUZ
0.50
m.
OBRAS HIDRAULICAS I Cálculo del Borde libre:
BL = 0.1 m Se asumirá un borde libre constructivo de: BL = Yn= Yc=
0.23 0.160
[m] [m]
A= P= R= T= D= NF= E= V=
0.113 0.950 0.118 0.500 0.225 0.598 0.265 0.889
[m ]
0.10
m
2
[m] [m] [m] [m] [adim] [m] [m/s]
Régimen Subcrítico Ok Cumple!!!
Dimensiones Constructivas: b= h= e=
0.50 0.33 0.2
m m m
Detallamiento Final:
1278.80 Yn=0,23 Prog=1+262
So =0,003 (+)
1276.14
Prog=3+138
Dimensionamiento Final: BL= 0,1m h = 0,33m Yn =0,23 m
e= 0,2 m e = 0,2m
b = 0,5 m
e= 0,2 m
RODRIGO WAYAR CRUZ
OBRAS HIDRAULICAS I
Datos de Entrada Cota Inicial= Cota final= L=
1275.89 1273.270 1356.30 0.1 0.002 0.015
Qd = So = n =
[m.s.n.m.] [m.s.n.m.] [m] m3/s [m/m] [Hormigón Ciclópeo]
Prog.inicial=2+ 168.00 Prog.Final=3+ 524.3
Vmax = Vmin =
3 0.6
m/s m/s
DIMENSIONAMIENTO DE LA SOLERA DEL CANAL: Máxima Eficiencia Canales Rectangulares 2
Q
1
1 A R 3 So 2 n b=
b Y
0.513
m.
2
Asumimos Constructivamente
b=
0.60
m.
0.10
m
Cálculo del Tirante Normal con la base asumida
Si Yn =
0.23
0.034
=
m 0.034
Ok!!! Se Iguala
Cálculo del Borde libre:
BL = 0.1 m Se asumirá un borde libre constructivo de: BL = Yn= Yc=
0.23 0.141
[m] [m]
A= P= R= T= D= NF= E= V=
0.135 1.050 0.129 0.600 0.225 0.499 0.253 0.741
[m2] [m] [m] [m] [m] [adim] [m] [m/s]
Régimen Subcrítico Ok Cumple!!!
RODRIGO WAYAR CRUZ
OBRAS HIDRAULICAS I Dimensiones Constructivas: b= h= e=
0.60 0.33 0.2
m m m
Detallamiento Final:
1275.89 Yn=0,23 Prog=1+168
So =0,002 (+)
1273.27
Prog=3+524
Dimensionamiento Final: BL= 0,1m h = 0,33m Yn =0,23 m
e= 0,2 m e = 0,2m
b = 0,6 m
e= 0,2 m
RODRIGO WAYAR CRUZ
OBRAS HIDRAULICAS I
Datos de Entrada Cota Inicial= Cota final= L=
1260.00 1259.880 40.00 0.1 0.003 0.015
Qd = So = n =
[m.s.n.m.] [m.s.n.m.] [m] m3/s [m/m] [Hormigón Ciclópeo]
Prog.inicial=0+ 780 Prog.Final=0+ 820
Vmax = Vmin =
3 0.6
m/s m/s
DIMENSIONAMIENTO DE LA SOLERA DEL CANAL: Máxima Eficiencia Canales Rectangulares 2
1
1 Q A R 3 So 2 n b=
b Y
0.476
m.
2
Asumimos Constructivamente
b=
0.50
m.
0.10
m
Cálculo del Tirante Normal con la base asumida
Si Yn =
0.23
0.027
=
m 0.027
Ok!!! Se Iguala
Cálculo del Borde libre:
BL = 0.1 m Se asumirá un borde libre constructivo de: BL = Yn= Yc=
0.23 0.160
[m] [m]
A= P= R= T= D= NF= E= V=
0.113 0.950 0.118 0.500 0.225 0.598 0.265 0.889
[m2] [m] [m] [m] [m] [adim] [m] [m/s]
Régimen Subcrítico Ok Cumple!!!
RODRIGO WAYAR CRUZ
OBRAS HIDRAULICAS I
Dimensiones Constructivas: b= h= e=
0.50 0.33 0.2
m m m
Detallamiento Final:
1260.00 Yn=0,23 Prog=1+780
So =0,003 (+)
1259.88
Prog=3+820
Dimensionamiento Final: BL= 0,1m h = 0,33m Yn =0,23 m
e= 0,2 m e = 0,2m
b = 0,5 m
e= 0,2 m
RODRIGO WAYAR CRUZ
OBRAS HIDRAULICAS I
RODRIGO WAYAR CRUZ
DATOS DEL CANAL DE ENTRADA CAUDAL DE DISEÑO (Q)= COEFICIENTE DE RUGOSIDAD (n)= PENDIENTE DEL CANAL (So)= EL ANCHO DEL CANAL (T)= Yn = COTA DE LA SOLERA EN EL CANAL DE ENTRADA= PROGRESIVA EN EL CANAL DE ENTRADA= VELOCIDAD EN EL CANAL DE ENTRADA= DATOS DEL CANAL DE SALIDA CAUDAL DE DISEÑO (Q)= COEFICIENTE DE RUGOSIDAD (n)= PENDIENTE DEL CANAL (So)= EL ANCHO DEL CANAL (T)= Yn = COTA DE LA SOLERA EN EL CANAL DE SALIDA PROGRESIVA EN EL CANAL DE SALIDA= VELOCIDAD EN EL CANAL DE SALIDA=
0.1 0.013 0.005 0.50
m³/s [Zampeado de Piedra] m/m m 0.19 m 1284.690 m.s.n.m. 0+ 463.76 1.064 m/s
0.1 0.013 0.0040 0.50 0.21 1281.70
m³/s [Zampeado de Piedra] m/m m m m.s.n.m. 0+ 573.85 0.976 m/s
DISEÑO DEL SIFON INVERTIDO
A F 16,74 m β1
C
D
8,98 m
β2 2
88,12 m DATOS Cota A = 1284.690 m.s.n.m. Cota F= 1281.701172 m.s.n.m. Cota C= 1277.18 m.s.n.m. Cota D= 1276.07 m.s.n.m.
Calculo de la longitud del tubo. LA-C = m. 16.74 LC-D =
88.12
m.
LD-F=
8.98
m.
Progresiva A= Progresiva F= Progresiva C= Progresiva D=
0+ 0+ 0+ 0+
463.76 573.85 478.72 566.83
m m m m
Aplicando el software AutoCAD, se tienen los siguientes datos:
LT =
113.84
m.
Cálculo del desnivel: ΔZ = Cota A - Cota D
ΔZ =
2.989
m.
Determinación de la Velocidad en el ducto: 2 m/s < Vd < 3 m/s Vd= 2.5 m/s
Asumido
Cálculo del área del ducto Ad = Qd/Vd
0.04
m2
Ad =
0.051
m
Vd =
2.0
Ad =
determinación del material y la forma del sifón: Forma: Circular Material: Plástico (PVC)
Rugosidad relativa (ε): 0.00002 Cálculo del diámetro de la tubería:
Diámetro Comercial:
D=
0.226
m
D= D=
10 0.254
pulg. m.
Cálculo de la nueva área del ducto:
D2 * Ad 4
2
Cálculo de la nueva Velocidad del ducto:
Q Ad
Vd
m/s
Determinación de la pérdida de carga por la rejilla de salida: LA FÓRMULA DE KIRSHMMER: 4 3
eb Vc 2 hre F * * sen Sb 2 g F = eb = sb =
1.79 3/8"
=
5 cm
=
φ=
83
factor de forma; igual a 1.79 para barras circulares
0.0095 0.05
m m
diámetro en barras circulares espacio libre entre barras(1/6del diámetro del tubo)
˚
ángulo que forman las barras con la horizontal
hre = 1,79 * ((0,0095 / 0,05)^(4/3)) * ((1,06439595529537^2) / (2*9,81))*SENO((83))= hre =
0.011
m
Determinación de la longitud de transición a la entrada: 𝑳𝑻=(𝑻−𝑫)/(𝟐 𝐭𝐚𝐧𝜶 ) LT = ? T = D = α=
Solera del canal Diámetro del sifón ° ángulo de transición
0.5 0.254 22.5
LT= 0,5 - 0,254 = 2tan (22,5º) LT=
Por motivos constructivos se asume:
0.3
m
0.3
m
0.056
m
h) LA PÉRDIDA DE CARGA POR LA TRANSICIÓN DE ENTRADA:
hte
0.4 * Vd Vc 2g 2
2
hte=
Cálculo del nivel de agua en el punto B
NAB NAA hre hte NAA=
NAA= Cota solera del canal de entrada + tirante normal NAB=
1284.811
msnm
Cálculo de la proyección vertical del diámetro de entrada
D e DPe = ? α=
59
D cos
° Obtenido por software AutoCAD Dpe=
0.49
m
0.30
m
Cálculo de la altura de carga mínima:
Hmin =
1284.878
msnm
Cálculo del ahogamiento:
a=
0.051
m
a=
10.38
% Cumple!!!
Porcentaje de ahogamiento 10% < a < 50%
Determinación de la cota en B: Cota B =
1284.27
msnm
Esquema a la entrada del ducto:
Yn=0.19
0.05
A=1284,69msnm 0.49
a
1284,27msnm B=
59°
R rejilla Lt=0,3m
D=0,254m
D=10"
Cálculo de la pérdida de carga a la entrada del ducto: 2
V he K e d 2g Ke = 0.5
Arista en ángulo Recto he =
0.099
m
Cálculo de pérdidas localizadas:
2
V hm km d 2g
Km Válvula de retención, completamente abierta = 2.5
Codo de 45˚ = 0.42 ∑ Km = 6.62
Codo de radio corto = 1.8 Codo de 90˚ = 0.9 Compuerta Abierta= 1 ∑ hm =
1.314
m.
Determinación de la pérdida de carga por fricción en el Ducto:
n= L= Q= D=
0.009 113.84 0.1 0.254
hf =
1.42
m m3/s m m
Cálculo de la pérdida de carga a la salida del ducto: Datos del canal de salida:
Vsalida
b= yn=
m m
0.50 0.21
Q Asalida
A=
Vsalida=
0.98
m/s
hs=
0.051
m.
La perdida de carga por ampliación de salida es:
hs
2 Vd Vsalida
2g
0.10
m2
hs
2 Vd Vsalida
2g
Cálculo de la pérdida de carga por rejilla de salida: LA FÓRMULA DE KIRSHMMER:
e hrs F b Sb F = eb = sb =
1.79 3/8"=
φ=
75
4
3 Vsalida 2 * * sen 2g factor de forma; igual a 1.79 para barras circulares
0.0095 0.05
5 cm=
m m
diámetro en barras circulares espacio libre entre barras(1/6del diámetro del tubo)
˚
ángulo que forman las barras con la horizontal
hrs = 1,79 * ((0,0095 / 0,05)^(4/3)) * ((0,975609756097561^2) / (2*9,81))*SENO((75))= hrs =
0.009
m
Cálculo de la pérdida total de la carga
hT hte hre he h f hm hs hrs m hT =
2.958
m.
Cálculo de la cota de la solera del cal de salida.
CotaF CotaA 1.10hT msnm Cota F =
1281.44
msnm
Determinación del nivel de aguas en la salida:
CotaNAF CotaF yF hrs msnm
CotaNAF =
1281.65
msnm
Cálculo de la cota del nivel de agua en el punto E:
Cota NAE =
1281.701
msnm
Cálculo de D/6 D/6 =
0.04
as =
m.
0.08
m.
Proyección del diámetro a la salida del ducto:
D S β = 83
D cos
Ángulo de inclinación a la salida del ducto obtenido por AutoCAD 14
Dps=
0.262
m.
Determinación de la cota del punto E:
CotaE CotaNAE D S aS msnm Cota E = 1281.359 msnm
Yn= F= E= Yn=
ß
D= Esquema a la salida del ducto:
E=
ß
D=
F=
0.08
0,21 m 1281,4 msnm
0,262m
1281,4 msnm
10"
rejilla
Lt=
83
rejilla Lt=
0,3 m
EL DESNIVEL ∆Z = hT = Progresiva inicial (Prog.in)= Progresiva final (Prog.fin)= Cota inicial (C. in)= Cota final (C.fin)=
3.11
m
2.96
m.
0+ 0+ 1284.811 1281.701
ΔZ=3,11m
C D
463.76 573.85 msnm msnm
D
DATOS DEL CANAL DE ENTRADA CAUDAL DE DISEÑO (Q)= COEFICIENTE DE RUGOSIDAD (n)= PENDIENTE DEL CANAL (So)= EL ANCHO DEL CANAL (b)= Yn = COTA DE LA SOLERA EN EL CANAL DE ENTRADA= PROGRESIVA EN EL CANAL DE ENTRADA= VELOCIDAD EN EL CANAL DE ENTRADA= DATOS DEL CANAL DE SALIDA CAUDAL DE DISEÑO (Q)= COEFICIENTE DE RUGOSIDAD (n)= PENDIENTE DEL CANAL (So)= EL ANCHO DEL CANAL (b)= Yn = COTA DE LA SOLERA EN EL CANAL DE SALIDA PROGRESIVA EN EL CANAL DE SALIDA= VELOCIDAD EN EL CANAL DE SALIDA= ENERGÍA EN EL CANAL DE SALIDA = DATOS DEL ACUEDUCTO CAUDAL DE DISEÑO (Q)= COEFICIENTE DE RUGOSIDAD (n)= LONGITUD DEL ACUEDUCTO (L)= PENDIENTE DEL PUENTE CANAL (So)=
0.1 0.015 0.003 0.50
m³/s [Hormigón Ciclópeo] m/m m 0.23 m 1276.140 m.s.n.m. 2+ 138.30 0.889 m/s
0.1 0.015 0.0020 0.60 0.225 1275.89
m³/s [Hormigón Ciclópeo] m/m m m m.s.n.m. 2+ 168.00 0.741 m/s 0.253 m
0.1 0.013 29.77 0.005
m³/s [Hormigón Armado]
Emin =
0.253
m
B=
0.461
m
B=
0.50
m
m m/m
CÁLCULO DE LA BASE DEL ACUEDUCTO
Asumimos: Calculo de la longitud de transición:
LT
bB 2 * Tan(22.5)
LT= Se asumirá:
m
0.12 LT=
0.2
m
Esquema del Puente Canal:
b=0,5m
B=0,5m
B=0,5m
LT=0,2m
B=0,6m
Lts=29,77m
LT=0,2m
1 3
2
4
Cálculo del Tirante de Agua en la sección 3 Aplicando la ecuación de energía entre la sección 3 y 4 (1)
ΔZ3-4= S*LT
V 2 V 2 V2 V2 Z 3 4 Y 3 3 Y 4 4 Ks * 3 4 2g 2g 2g ΔZ3-4=
Siendo:
0.0004
Donde:
LT= 0.20 S= 0.0020 Y4= 0.23
[m]
Además: Ks= Coeficiente que depende del tipo de transición, para nuestro caso la transición es: Transición Línea recta
Ks= 0.5
Para la sección 3
A= B*Y3 = 0,5*Y3 Entonces:
V3=0,1/(0,5*Y3)
Sustituyendo a la ecuación (1) e iterando se tiene: Y3=
0.223
V3=
m
0.897
m/s
Cálculo del Número de Froude:
Fr3 =
0.606
< 0,8 Ok!!! R3 =
0.118
m
Cálculo del Tirante de Agua en la sección 2 Aplicando la ecuación de energía entre la sección 2 y 3 (2)
Z 2 3 Y 2
V2 V 22 Y 3 3 hf 2 3 2g 2g
ΔZ2-3=
Siendo: hf 2 3 S E * L
Donde:
Para la sección 2:
0.149
L= Sa= Y 3=
Donde:
[m]
29.77 0.005 0.22 0.50
B=
0 . 7937 * V * n S E 2/3 R
[m] [m/m] [m] [m]
V 2 V 3 V 2
2
A2= B*Y2 = 0,55*Y2
Entonces:
ΔZ2-3= Sa*L
Además:
R2 R3 R 2
V2=Qd/(0,55*Y2)
V2= 0,2/Y2
Sustituyendo a la ecuación (2) e iterando se tiene:
Y 2=
0.15
[m]
V2=
1.33
[m/s]
Cálculo del Número de Froude:
Fr2 =
1.099
< 1 Régimen Sub Crítico
Cálculo del Tirante de Agua en la sección 1 Aplicando la ecuación de energía entre la sección 1 y 2: (3) V 2 V22 V2 V2 Z 1 2 Y 1 1 Y 2 2 Ke * 1 2g 2g 2 g Donde: ΔZ1-2=
Siendo: Ke= 0.3 Para la sección 1
ΔZ1-2= S*LT LT= 0.200 S= 0.0030 Y2= 0.1500 b= 0.50 V2= 1.333
0.0006 [m] Transición Línea recta V1=Qd/A1
-->
Sustituyendo a la ecuación 3 se tiene:
V1 = 0,1/(0,5*Y1) Y 1=
0.233
[m]
Calculo de la altura de curva de remanso. hremanso =
0.01
m
Nota: Entonces no se requiere el aumento del borde libre en el canal de entrada. hrem= 0.01 ≤ BL = 0,20
m m/m m m m/s²
DATOS DEL CANAL DE ENTRADA CAUDAL DE DISEÑO (Q)= COEFICIENTE DE RUGOSIDAD (n)= PENDIENTE DEL CANAL (So)= EL ANCHO DEL CANAL (b)= EL DESNIVEL ∆Z = Progresiva inicial (Prog.in)= Progresiva final (Prog.fin)= Cota inicial (C. in)= Cota final (C.fin)=
0.1 0.015 3.0 0.50 1 0+ 0+ 1260.00 1259.88
m³/s %o m m 780 820 m m
DATOS NECESARIOS DEL CANAL DE ENTRADA PARA EL DISEÑO DE LA CAIDA VERTICAL DATOS: 0.225 0.160 0.100 0.003 0.015 0.265 0.500
m [m] [m^3/s] [m/m] [adim] [m] [m]
Emin =
0.265
m
B=
0.429
m
B=
0.45
m
Yn= Yc= Qd= S= n= E= T= CÁLCULO DE LA SECCIÓN DE CONTROL.-
Asumimos: Q2 B2g
Yc=
0.17
m
Vc g * Yc
Vc=
1.29
m/s
Yc 3
La longitud de la transición de entrada será.
LT
bB 2 * tan( 22 .5 º )
LT= 0,5-0,45 = 2*tan(22,5º) LT=
0.2
0,1
m
0.33
m
m
La profundidad del colchón disipador será. e=
∆Z
= ___1__ 3
3 por motivos constructivos e=
0.4
m
Para el cálculo de la longitud del colchón disipador, calculamos el numero de caídas.
h Z e D
Q2 B2 * g * h3
ººº
=_______0,1²____= 0,45² * 9,81 * (1+0,4) D=
1.000
0.0018
m
m
L h * (12.6 * D 0.27 2.7 * D 0.425 ) L=
3
m
Otro criterio, el procedimiento se calcula con el tiempo de caída del chorro de agua. t
t=
2 * (Z e) g
0.53
s
Con este valor se calcula la distancia horizontal recorrida por el chorro de agua en su caída libre:
X n Vc * t Xn=
0.7
m
L=2*Xn = L=
1.4
m
DIMENSIONAMIENTO FINAL DE LA CAIDA VERTICAL
∆Z
?
So
LE
DATOS PARA LA GRAFICA Yn ( m) Yc ( m) T ( m) 0.225 0.160 0.50
B ( m) So ( m/m) 0.45 0.0030
LT ( m) 0.2
∆Z ( m) 1
e(m) 0.4
Xn(m) 0.7
L ( m) 1.4
Según la topografía del terreno por donde pasa nuestra aducción, se ha optado por colocar cuatro caidas de manera consecutiva cuyo diseño es el mismo para las cuatro, por lo que la siguiente planilla nos indicara la ubicación de cada uno de ellos CAIDA
1
Cota inicial Cota final Prog Inicial
1260.00
Prog Final
1258.60 4+882,02 4+884,62
h ( m)
L ( m)
1.4
1.4
DATOS DEL CANAL DE ENTRADA CAUDAL DE DISEÑO (Q)= COEFICIENTE DE RUGOSIDAD (n)= PENDIENTE DEL CANAL (So)= EL ANCHO DEL CANAL (T)= Yn = COTA DE LA SOLERA EN EL CANAL DE ENTRADA= PROGRESIVA EN EL CANAL DE ENTRADA= VELOCIDAD EN EL CANAL DE ENTRADA= DATOS DEL CANAL DE SALIDA CAUDAL DE DISEÑO (Q)= COEFICIENTE DE RUGOSIDAD (n)= PENDIENTE DEL CANAL (So)= EL ANCHO DEL CANAL (T)= Yn = COTA DE LA SOLERA EN EL CANAL DE SALIDA PROGRESIVA EN EL CANAL DE SALIDA= VELOCIDAD EN EL CANAL DE SALIDA=
0.86 0.013 0.005 #REF!
m³/s [Zampeado de Piedra] m/m m #REF! m #REF! m.s.n.m. 7+ #REF! #REF! m/s
0.86 0.013 0.0030 #REF! #REF! #REF!
m³/s [Zampeado de Piedra] m/m m m m.s.n.m. 7+ #REF! #REF! m/s
DISEÑO DEL SIFON INVERTIDO
A F 57,61 m β1
C
D
50,56 m
β2 2
76,96 m DATOS Cota A = Cota F= Cota C= Cota D=
#REF! #REF! 2080.47 2077.08
m.s.n.m. m.s.n.m. m.s.n.m. m.s.n.m.
Calculo de la longitud del tubo. LA-D = 57.61 m. LC-D =
76.96
m.
LD-B =
50.56
m.
Progresiva A= Progresiva F= Progresiva C= Progresiva D=
7+ 7+ 7+ 7+
#REF! #REF! 360.18 433.13
m m m m
Aplicando el software AutoCAD, se tienen los siguientes datos:
LT =
185.13
m.
Cálculo del desnivel: ΔZ = Cota A - Cota D
ΔZ =
#REF!
m.
Determinación de la Velocidad en el ducto: 2 m/s < Vd < 3 m/s Vd= 2.5 m/s
Asumido
Cálculo del área del ducto Ad = Qd/Vd
0.34
m2
Ad =
0.283
m
Vd =
3.0
Ad =
determinación del material y la forma del sifón: Forma: Circular Material: Plástico (PVC)
Rugosidad relativa (ε): 0.00002 Cálculo del diámetro de la tubería:
Diámetro Comercial:
D=
0.662
D= D=
24 0.6
m pulg. m.
Cálculo de la nueva área del ducto:
Ad
D2 * 4
2
Cálculo de la nueva Velocidad del ducto:
Q Ad
Vd
m/s
Determinación de la pérdida de carga por la rejilla de entrada: LA FÓRMULA DE KIRSHMMER: 4 3
eb Vc 2 hre F * * sen S 2 g b F = eb = sb =
1.79 3/8"
=
5 cm
=
m m
diámetro en barras circulares espacio libre entre barras(1/6del diámetro del tubo)
75 ˚
φ= hre
factor de forma; igual a 1.79 para barras circulares
0.0095 0.05
ángulo que forman las barras con la horizontal
#REF! hre =
#REF!
m
Determinación de la longitud de transición a la entrada: 𝑳𝑻=(𝑻−𝑫)/(𝟐 𝐭𝐚𝐧𝜶 ) LT = ? T = D = α=
Solera del canal Diámetro del sifón ° ángulo de transición
#REF! 0.6 22.5
LT=
#REF! 2tan (22,5º) LT=
Por motivos constructivos se asume:
#REF!
m
#REF!
m
#REF!
m
h) LA PÉRDIDA DE CARGA POR LA TRANSICIÓN DE ENTRADA:
0.4 * Vd Vc hte 2g 2
2
hte=
Cálculo del nivel de agua en el punto B
NAB NAA hre hte NAA=
NAA= Cota solera del canal de entrada + tirante normal NAB=
#REF!
msnm
Cálculo de la proyección vertical del diámetro de entrada
D e DPe = ? α=
33
D cos
° Obtenido por software AutoCAD Dpe=
0.72
m
Hmin =
0.71
m
a=
0.350
m
a=
48.87
% Cumple!!!
Cálculo de la altura de carga mínima:
Cálculo del ahogamiento:
Porcentaje de ahogamiento 10% < a < 50%
#REF!
msnm
Determinación de la cota en B: Cota B =
#REF!
msnm
Esquema a la entrada del ducto:
#REF!
Yn= #REF! #REF! A=
0.72
a
B=
#REF!
33°
D= 24"
R rejilla
Lt=#REF!
D=0,6m
Cálculo de la pérdida de carga a la entrada del ducto: 2
V he K e d 2g Ke = 0.5
Arista en ángulo Recto he =
0.236
m
Cálculo de pérdidas localizadas:
2
V hm km d 2g Válvula de retención, completamente abierta = Codo de 45˚ = Codo de 90˚ = Compuerta Abierta= 2.263
∑ hm =
Km 2.5 0.4 0.9 1
∑ Km = 4.8
m.
Determinación de la pérdida de carga por fricción en el Ducto:
n= L= Q= D=
185.13 0.86 0.6
0.009
hf =
1.74
m m3/s m m
Cálculo de la pérdida de carga a la salida del ducto: Datos del canal de salida:
Vsalida
b= yn=
#REF! #REF!
m=
0.5
Q Asalida
m m
A=
Vsalida=
#REF!
m/s
hs=
#REF!
m.
#REF!
La perdida de carga por ampliación de salida es:
hs
2 Vd Vsalida
2g
Cálculo de la pérdida de carga por rejilla de salida: LA FÓRMULA DE KIRSHMMER:
e hrs F b Sb F = eb = sb =
1.79 3/8"=
φ=
75
4
3 Vsalida 2 * * sen 2g factor de forma; igual a 1.79 para barras circulares
0.0095 0.05
5 cm=
˚
m m
diámetro en barras circulares espacio libre entre barras(1/6del diámetro del tubo) ángulo que forman las barras con la horizontal
#REF!
hrs
hrs =
#REF!
m
Cálculo de la pérdida total de la carga
hT hte hre he h f hm hs hrs m hT =
#REF!
m.
Cálculo de la cota de la solera del cal de salida.
CotaF CotaA 1.10hT msnm Cota F =
#REF!
msnm
Determinación del nivel de aguas en la salida:
CotaNAF CotaF yF hrs msnm
CotaNAF =
#REF!
msnm
Cálculo de la cota del nivel de agua en el punto E:
Cota NAE =
#REF!
msnm
Cálculo de D/6 D/6 =
0.10
as =
m.
0.08
m.
Proyección del diámetro a la salida del ducto:
D S β = 14°
D cos
Ángulo de inclinación a la salida del ducto obtenido por AutoCAD 14
Dps=
0.618
m.
Determinación de la cota del punto E:
CotaE CotaNAE D S aS msnm Cota E =
#REF!
msnm
Esquema a la salida del ducto:
0.08
0,618m
E= E=
#REF!
#REF!
ßß
D= D=24"
F= F=
Yn= Yn=
14°
rejilla rejilla
Lt= #REF!
Lt=
24"
EL DESNIVEL ∆Z = hT = Progresiva inicial (Prog.in)= Progresiva final (Prog.fin)= Cota inicial (C. in)= Cota final (C.fin)=
#REF!
m
#REF!
m.
7+ #REF! 7+ #REF! #REF! msnm #REF! msnm
#REF!
C D
#REF!
D
a
1.57
DISEÑO HIDRAULICO FACTORES A TENER EN CUENTA Prog. Inicial: 0+450 Prog. final: 0+451 3 m /s Qd = 0.1 T= 10 ˚C
[Caudal de Diseño] [Temperatura del agua]
2
ν= d=
0.01306 0.3
cm /s mm
S=
2.65
gr/cm
3
[Peso Específico de la arena]
gr/cm
3
[Peso Específico del agua]
C=
1
Viscosidad del agua [Diámetro de la partícula a remover (Arena)]
1.- VELOCIDAD HORIZONTAL DE LA PARTÍCULA:
VALORES DEL COEFICIENTE DE DECANTACION diametro (d) Coeficiente a D < 0,1 mm 51 0,1 mm < D < 1 mm 44 D > 1 mm 36
Vd =
24.10
Valor Elegido
cm/s
2.- ANCHO DE LA SOLERA:
Se asume un ancho de solera de:
B=
0.60
m
3.- CÁLCULO DE LA PROFUNDIDAD DEL DESARENADOR:
H=
0.7
m
0,8 < B/H = 0,9 < 1 4.- DETERMINACIÓN DEL TIPO DE FLUJO:
Re =
3861037
>2000 Flujo Turbulento
5.- CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE SEDIMENTO (FLUJO TURBULENTO):
Vs =
8.05
cm/s
6.- CÁLCULO DEL TIEMPO DE RETENCIÓN:
ts =
8.59
seg
L=
138
cm
L=
1.5
m
7.- CÁLCULO DE LA LONGITUD DE LA CÁMARA:
K= 2
Asumimos constructivamente:
8.-CALCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICION : α = B= b=
22.5 ˚ 0.60 m 0.50 m
[Angulo de Transicion] [Base de la cámara] [Base del canal de entrada]
β
2b T
1
B 1T
t LT L
LT
B b1 2 tan g
LT =
0.1
mts.
7.-DIMENSIONAMIENTO FINAL :
0.1 0.50
0.60 m
1,5 m
H = 0,7 m
B = 0,6 m
DISEÑO HIDRAULICO FACTORES A TENER EN CUENTA Prog. Inicial: 0+000 Prog. final:0+001 m3/s Qd = 0.1 T= 10 ˚C ν = 0.01306 cm2/s d= 0.3 mm gr/cm3 S= 2.65 C=
gr/cm
1
[Caudal de Diseño] [Temperatura del agua] Viscosidad del agua [Diámetro de la partícula a remover (Arena)] [Peso Específico de la arena]
3
[Peso Específico del agua]
1.- VELOCIDAD HORIZONTAL DE LA PARTÍCULA:
VALORES DEL COEFICIENTE DE DECANTACION diametro (d) Coeficiente a D < 0,1 mm 51 0,1 mm < D < 1 mm 44 D > 1 mm 36
Vd =
24.10
Valor Elegido
cm/s
2.- ANCHO DE LA SOLERA:
Se asume un ancho de solera de:
B=
0.60
m
3.- CÁLCULO DE LA PROFUNDIDAD DEL DESARENADOR:
H=
0.7
m
0,8 < B/H = 0,9 < 1 4.- DETERMINACIÓN DEL TIPO DE FLUJO:
Re =
3861037
>2000 Flujo Turbulento
5.- CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE SEDIMENTO (FLUJO TURBULENTO):
Vs =
8.05
cm/s
6.- CÁLCULO DEL TIEMPO DE RETENCIÓN:
ts =
8.59
seg
L=
138
cm
L=
1.5
m
7.- CÁLCULO DE LA LONGITUD DE LA CÁMARA:
K= 2
Asumimos constructivamente:
8.-CALCULO DE LA LONGITUD DE TRANSICION : α = B= b=
22.5 ˚ 0.60 m 0.50 m
[Angulo de Transicion] [Base de la cámara] [Base del canal de entrada]
β
2bT
1
B 1T
t LT L
LT
B b1 2 tan g
LT =
0.1
mts.
7.-DIMENSIONAMIENTO FINAL :
0.1 0.50
0.60
1,5 m
H = 0,7 m
B = 0,6 m
m
DATOS :
Progresiva: 0+440
Q1=
0.1 0.120
m3/s 3 m /s
[Caudal de Diseño] [Caudal máximo calculado]
Qv = h= b= n= So = L= d=
0.02 0.29 0.50 0.015 0.005 ? 0.15
m3/s m m
[Asumo Caudal que se Vierte] [Altura del canal de entrada] [Base del Canal] [Coef. de Rugosidad de Mannig] [Pendiente del Canal] [Longitud de la Cresta del Vertedero] [Altura de la Cresta del Vertedero] Asumido
Qd =
m/m m m
DETERMINACIÓN DEL TIRANTE AGUAS ARRIBA: Suponiendo la situación más crítica de una inundación total del canal de conducción donde el nivel aguas arriba es igual a la altura total de del mismo canal, con lo dicho se tiene:
Iterando se tiene:
Y1=Yn = 0.026
0.22 =
m 0.026
Ok!!! Se Iguala
yc1 =
0.180
m
yc1 < yn1
VERIFICACIÓN DEL ESTADO DEL FLUJO:
Ok Cumple!!!
DETERMINACION DEL TIRANTE AGUAS ABAJO : Q4 =
m3/s
0.100
Iterando se tiene:
Caudal luego de pasar el vertedero lateral.
Y4=Yn4 =
0.19 =
0.021
m 0.021
Ok!!! Se Iguala
VERIFICACION DEL TIPO DE REGIMEN:
Yn 4
3
Q2 2 b * g
Yn4
>
Yc
0.19
>
0.16
Ok cumple!!! Determinación de la energía despues del aliviadero: A4 = Y4*B A4 = V4 =Q4/A4
V4 = V24 /2g =
0.060
E4 =Y4 + V24 /2g
0.0925
m2
1.081
m/s
0.245
m.
0.186
m.
0.036
m
m
E4 =
Cálculo del tirante de agua al comienzo del vertedero: E 4 = E2 Y2 =
Iterando se tiene:
CALCULO DE LA LONGITUD DE LA CRESTA DEL VERTEDERO :
H1 =Y2-d =
0.036
m Hmed =
H2 =Y4-d =
0.035
m Asumiendo C = 1.9
𝐿=
𝑄𝑣 3
𝐶 ∗ 𝐻𝑚𝑒𝑑 2 L=
0.70
m
DIMENSIONAMIENTO FINAL: ´ L = 0,7 m
H2=0,035 m
H1=0,036 m
Yn1=0,22 m Y2=0,186 m
S = 0,15 m
Yn4=0,185m
DATOS :
Progresiva: 0+000
Q1=
0.1 0.120
m3/s m3/s
[Caudal de Diseño] [Caudal máximo calculado]
Qv = h= b= n= So = L= d=
0.02 0.29 0.50 0.015 0.005 ? 0.15
m3/s m m
[Asumo Caudal que se Vierte] [Altura del canal de entrada] [Base del Canal] [Coef. de Rugosidad de Mannig] [Pendiente del Canal] [Longitud de la Cresta del Vertedero] [Altura de la Cresta del Vertedero] Asumido
Qd =
m/m m m
DETERMINACIÓN DEL TIRANTE AGUAS ARRIBA: Suponiendo la situación más crítica de una inundación total del canal de conducción donde el nivel aguas arriba es igual a la altura total de del mismo canal, con lo dicho se tiene:
Iterando se tiene:
Y1=Yn = 0.026
0.22 =
m 0.026
Ok!!! Se Iguala
0.180
m
yc1 < yn1
VERIFICACIÓN DEL ESTADO DEL FLUJO:
yc1 =
Ok Cumple!!!
DETERMINACION DEL TIRANTE AGUAS ABAJO : Q4 =
3
m /s
0.100
Iterando se tiene:
Caudal luego de pasar el vertedero lateral.
Y4=Yn4 =
0.19 =
0.021
m 0.021
Ok!!! Se Iguala
VERIFICACION DEL TIPO DE REGIMEN:
Yn 4
3
Q2 b2 * g
Yn4
>
Yc
0.19
>
0.16
Ok cumple!!! Determinación de la energía despues del aliviadero: A4 = Y4*B
A4 =
0.0925
m2
V4 =Q4/A4
V4 =
1.081
m/s
0.245
m.
0.186
m.
0.036
m
V24 /2g =
0.060
E4 =Y4 + V24 /2g
m E4 =
Cálculo del tirante de agua al comienzo del vertedero: E4 = E 2 Y2 =
Iterando se tiene:
CALCULO DE LA LONGITUD DE LA CRESTA DEL VERTEDERO :
H1 =Y2-d =
0.036
m Hmed =
H2 =Y4-d =
0.035
m Asumiendo C = 1.9
𝐿=
𝑄𝑣 3
𝐶 ∗ 𝐻𝑚𝑒𝑑 2 L=
0.70
m
DIMENSIONAMIENTO FINAL: ´ L = 0,7 m
H2=0,035 m
H1=0,036 m
Yn1=0,22 m Y2=0,186 m
S = 0,15 m
Yn4=0,185m
CALCULO HIDRAULICO PUENTE COLGANTE 1 Caudal de Diseño :
0.100
Longitud de Tuberia :
85.490
COTA INICIO : 1279.33
m
Velocidad de Autolimpieza :
1.500
m/s
Desnivel Topografico (z) :
0.540
m
Pendiente :
0.63%
n = 0.009
PROGRESIVA DE INICIO : 1+166,32
m3/s
PROGRESIVA FIN : 1+251,81 COTA FIN : 1278.79 CODIGO: PCOL-1
PVC
Cálculo de la sección de la tubería para velocidad de Autolimpieza : Diámetro del Conducto
A
Q v
D=
0.291
m
D=
11.470
"
Diámetro comercial adoptado
12
"
Pérdidas de carga en el conducto Utilizaremos el Metodo de HAZEN-WILLIAMS Donde : C=
140
D=
304.8 mm
Q=
100.0 l/s
1.21957 *1010 h f 1.852 4.87 * L * Q1.852 C *D
hf =
0.4470
m.
0.540
m
Condición para que trabaje a presión Desnivel topografico altura de carga estatica Z
Z Hf 0.540
>
0.447
OK
Cámara de Entrada y Salida de Tubería
Sección Circular parcialmente llena: Capacidad Máxima:
y 0.9381180877 85 f 0.3352819641 ´ f Qmax n
8
3
´S
1
2
f
y=yn
f
0.9381180877 85
0.3352819641 ´ f Qmax n Tirante normal:
1 . 316 n ´ Q y n 0 . 356 1 f S 2
8
3
´S
1
2
y=y
0 . 508
yn = 0.2062 m
y/ f = 0.677 Qmax = 0.125 m3/s Revisar el tipo de flujo
0.561 * Q 0.503 Yc f 0.258
Observación: para tubería (s) de
-------> -------> =
OK! OK!
0.2371
m.
12''
PVC
1.-Caracteristicas del canal: Canal de ingreso:
Canal de salida:
Yn= A= P= R= T= D= F= E= V= S= b=
0.188 0.094 0.876 0.107 0.500 0.188 0.784 0.246 1.064 0.005 0.500
[m] [m^2] [m] [m] [m] [m] [adim] [m] [m/s] [m]
Yn= A= P= R= T= D= F= E= V=
0.205 0.103 0.910 0.113 0.500 0.205 0.688 0.254 0.976
[m] [m^2] [m] [m] [m] [m] [adim] [m] [m/s]
S= b=
0.0040 0.50
[m]
1279.33 304.8 mm 12'' 1+166,32 0.2062 m 1278.79 1+251,81
DATOS DEL CANAL DE ENTRADA CAUDAL DE DISEÑO (Q)= COEFICIENTE DE RUGOSIDAD (n)= PENDIENTE DEL CANAL (So)= EL ANCHO DEL CANAL (b)= EL DESNIVEL ∆Z = Progresiva inicial (Prog.in)= Progresiva final (Prog.fin)= Cota inicial (C. in)= Cota final (C.fin)=
0.1 0.015 3.0 0.50 0.5 0+ 0+ 1260.00 1259.88
m³/s %o m m 780 820 m m
DATOS NECESARIOS DEL CANAL DE ENTRADA PARA EL DISEÑO DE LA CAIDA VERTICAL DATOS: 0.225 0.160 0.100 0.003 0.015 0.265 0.500
m [m] [m^3/s] [m/m] [adim] [m] [m]
Emin =
0.265
m
B=
0.429
m
B=
0.43
m
Yn= Yc= Qd= S= n= E= T= CÁLCULO DE LA SECCIÓN DE CONTROL.-
Asumimos: Q2 B2g
Yc=
0.18
m
Vc g * Yc
Vc=
1.33
m/s
Yc 3
La longitud de la transición de entrada será.
LT
bB 2 * tan( 22 .5 º )
LT= 0,5-0,43 = 2*tan(22,5º) LT=
0.2
0,1
m
0.17
m
m
La profundidad del colchón disipador será. e=
∆Z
= ___0,5__ 3
3 por motivos constructivos e=
0.2
m
Para el cálculo de la longitud del colchón disipador, calculamos el numero de caídas.
h Z e D
Q2 ººº B 2 * g * h3
=_______0,1²____= 0,43² * 9,81 * D=
1.000
0.0161
m
m
L h * (12.6 * D 0.27 2.7 * D 0.425 ) L=
2.6
m
Otro criterio, el procedimiento se calcula con el tiempo de caída del chorro de agua. t
t=
2 * (Z e) g
0.38
s
Con este valor se calcula la distancia horizontal recorrida por el chorro de agua en su caída libre:
X n Vc * t Xn=
0.5
m
L=2*Xn = L=
1
m
DIMENSIONAMIENTO FINAL DE LA CAIDA VERTICAL
∆Z
?
So
LE
DATOS PARA LA GRAFICA Yn ( m) Yc ( m) T ( m) 0.225 0.160 0.50
B ( m) So ( m/m) 0.43 0.0030
LT ( m) 0.2
∆Z ( m) 0.5
e(m) 0.2
Xn(m) 0.5
L ( m) 1
Según la topografía del terreno por donde pasa nuestra aducción, se ha optado por colocar cuatro caidas de manera consecutiva cuyo diseño es el mismo para las cuatro, por lo que la siguiente planilla nos indicara la ubicación de cada uno de ellos CAIDA
1 2 3 4
Cota inicial Cota final Prog Inicial
1260.00 2115.11 2113.64 2112.18
1259.30 2114.41 2112.94 2110.43
4+882,02 4+951,98 5+021,95 5+091,92
Prog Final
h ( m)
L ( m)
4+884,62 4+954,58 5+024,55 5+094,52
0.7 0.7 0.7 1.75
1 1 1 2.6
DATOS DEL CANAL DE ENTRADA CAUDAL DE DISEÑO (Q)= COEFICIENTE DE RUGOSIDAD (n)= PENDIENTE DEL CANAL (So)= EL ANCHO DEL CANAL (b)= EL DESNIVEL ∆Z = Progresiva inicial (Prog.in)= Progresiva final (Prog.fin)= Cota inicial (C. in)= Cota final (C.fin)=
0.1 0.015 5.0 0.50 1.5 0+ 0+ 1257.16 1250.00
m³/s %o m m 780 820 m m
DATOS NECESARIOS DEL CANAL DE ENTRADA PARA EL DISEÑO DE LA CAIDA VERTICAL DATOS: 0.190 0.170 0.100 0.005 0.015 0.246 0.500
m [m] [m^3/s] [m/m] [adim] [m] [m]
Emin =
0.246
m
B=
0.440
m
B=
0.45
m
Yn= Yc= Qd= S= n= E= T= CÁLCULO DE LA SECCIÓN DE CONTROL.-
Asumimos: Q2 B2g
Yc=
0.17
m
Vc g * Yc
Vc=
1.29
m/s
Yc 3
La longitud de la transición de entrada será.
bB 2 * tan( 22 .5 º )
LT LT=
0,5-0,45 = 2*tan(22,5º)
LT=
0.1
0,1
m
0.5
m
m
La profundidad del colchón disipador será. e=
∆Z
= ___1,5__ 3
3 por motivos constructivos e=
0.5
m
Para el cálculo de la longitud del colchón disipador, calculamos el numero de caídas.
h Z e D
Q2 ººº B 2 * g * h3
=_______0,1²____= 0,45² * 9,81 * D=
0.0006
0.0006
m
m
L h * (12.6 * D 0.27 2.7 * D 0.425 ) L=
3.2
m
Otro criterio, el procedimiento se calcula con el tiempo de caída del chorro de agua. t
t=
2 * (Z e) g
0.64
s
Con este valor se calcula la distancia horizontal recorrida por el chorro de agua en su caída libre:
X n Vc * t Xn=
0.8
m
L=2*Xn = L=
1.6
m
DIMENSIONAMIENTO FINAL DE LA CAIDA VERTICAL
∆Z
?
So
LE
DATOS PARA LA GRAFICA Yn ( m) Yc ( m) T ( m) 0.190 0.170 0.50
B ( m) So ( m/m) 0.45 0.0050
LT ( m) 0.1
∆Z ( m) 1.5
e(m) 0.5
Xn(m) 0.8
L ( m) 1.6
Según la topografía del terreno por donde pasa nuestra aducción, se ha optado por colocar cuatro caidas de manera consecutiva cuyo diseño es el mismo para las cuatro, por lo que la siguiente planilla nos indicara la ubicación de cada uno de ellos CAIDA
1 2 3 4
Cota inicial Cota final Prog Inicial
1257.16 1255.16 1253.16 1251.16
1255.16 1253.16 1251.16 1249.16
0+780 4+951,98 5+021,95 5+091,92
Prog Final
h ( m)
L ( m)
0+781,6 4+954,58 5+024,55 5+094,52
2 2 2 2
1.6 1.6 1.6 1.6
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