Estructuras de Cruce - Apuntes de Ingeniería Civil

Vista previa del material en texto

ESTRUCTURAS DE CRUCE
SIFON
1
Puente canal
alcantarilla
acueducto
Introducción general 
2
Fuente: Imágenes de google de acuerdo a su descripción.
ALCANTARILLA.
PUENTE CANAL.
ACUEDUCTO.
SIFON.
SON ESTRUCTURAS HIDRAÚLICAS EMPLEADAS PARA TRANSMITIR, CONTROLAR, MEDIR Y PROTEGER EL FLUJO DEL AGUA A VARIOS LUGARES DE UN SISTEMA DE RIEGO Y DRENAJE.
ALCANTARILLA
FUENTES DE INVESTIGACIÓN:
MANUAL: CRITERIOS DE DISEÑOS DE OBRAS HIDRÁULICAS PARA LA FORMULACIÓN DE PROYECTOS HIDRÁULICOS MULTISECTORIALES Y DE AFIANZAMIENTO HÍDRICO - AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA (ANA).
CAPI (CENTRO DE ACTUALIZACIÓN PROFESIONAL PARA INGENIEROS) ESTRUCTURAS DE CRUCE.
ESTRUCTURAS DE CRUCE – ING. GIOVENE PÉREZ CAMPOMANES.
3
Fuente: Imágenes de google de acuerdo a su descripción.
TIPOS DE SALIDA EN LA ALCANTARILLA:
4
Fuente: ESTRUCTURAS DE CRUCE – ING. GIOVEVE PÉREZ CAMPOMANES..
Consideraciones hidráulicas
Se debe tener en cuenta los siguientes factores:
Pendiente del lecho de la corriente aguas arriba y aguas abajo del lugar.
Tipo de entrada.
Altura del remanso de salida.
5
Fuente: Imágenes de google de acuerdo a su descripción, TEXTO DE CAPI (CEBTRO DE ACTUALIZACIÓN PROFESIONAL PARA INGENIERIAS.
CRITERIOS DE DISEÑO
El diseño hidráulico de una alcantarilla consiste en la selección de su diámetro de manera que resulte una velocidad promedio de 1.25 m/seg.
La cota de fondo de la alcantarilla en la transición de la entrada, se obtiene restando a la superficies normal del agua, el diámetro del tubo mas de 1.5 veces la carga de la velocidad del tubo cuando este fluye lleno o el 20% del tirante en la alcantarilla.
La pendiente de la alcantarilla tiene que ser igual a la pendiente del canal.
El relleno encima de la alcantarilla o cobertura mínima de terreno para caminos parcelarios es de 0.60m y para cruces con la panamericana de 0.9m.
En cruce de canales con camino, las alcantarillas no deben diseñarse en flujo supercrítico.
La pendiente minima de la alcanatrilla es de 0.005. o el 0.5% .
Las perdidas de energía máximas pueden ser calculadas según la formula: 
6
Fuente: Imágenes de google de acuerdo a su descripción, TEXTO DE CAPI (CEBTRO DE ACTUALIZACIÓN PROFESIONAL PARA INGENIERIAS.
TIPOS DE ALCANTARILLA POR SU CAPACIDAD
DONDE:
Lt: longitud de transición.
Di: diámetro interno mínimo. b: Plantilla del canal.
1. ALCANTARILLA DE UN TUBO: Para caudales iguales o menores a 1.2 m3/s.
 
2. ALCANTARILLA DE DOS TUBOS: Para caudales que oscilan entre 0.5 m3/seg.
Longitud de protección en la entrada y salida, respectivamente.
7
Fuente: ESTRUCTURAS DE CRUCE – ING. GIOVEVE PÉREZ CAMPOMANES..
3. ALCANTARILLA DE 02 OJOS: Para caudales que oscilan entre 1.5 m3/s. y 4.5 m3/s.
4. ALCANTARILLA DE 03 OJOS: Para caudales que oscilan entre 2.3 m3/s. y 10.5 m3/s.
Longitud de protección en la entrada y salida, respectivamente.
8
Fuente: ESTRUCTURAS DE CRUCE – ING. GIOVEVE PÉREZ CAMPOMANES..
COLLARINES PARA LOS TUBOS
9
Fuente: MANUAL- CRITERIOS DE DISEÑO DE OBRAS HIDAULICA – AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA - ANA.
10
Fuente: MANUAL- CRITERIOS DE DISEÑO DE OBRAS HIDAULICA – AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA - ANA.
11
Fuente: ESTRUCTURAS DE CRUCE – ING. GIOVEVE PÉREZ CAMPOMANES..
INTRODUCCION
12
CUANDO EN LA TRAYECTORIA DE UN CANAL SE PRESENTA UNA DEPRESIÓN EN EL TERRENO NATURAL SE HACE NECESARIO SUPERAR ESA DEPRESIÓN CON UN SIFÓN O CON UN PUENTE CANAL O ACUEDUCTO. LA DECISIÓN QUE SE DEBE TOMAR SOBRE CUAL DE LAS DOS ESTRUCTURAS ES MEJOR EN UN CASO DETERMINADO DEPENDE DE CONSIDERACIONES DE TIPO ECONÓMICO Y DE SEGURIDAD.
 ACUEDUCTO
ACUEDUCTO ROMANOS
13
EN LA ANTIGUA ROMA, LA FUENTE DEL SUMINISTRO DE AGUA PARA SU POBLACIÓN FUE EL RÍO TÍBER, PERO A FINALES DEL SIGLO IV A.C., CUANDO LOS ROMANOS LUCHABAN EN LA SEGUNDA GUERRA SAMNITA, SE ENCONTRARON CON LA NECESIDAD DE UN SUMINISTRO ALTERNATIVO.
 ACUEDUCTO ROMANOS
14
EL AGUA ERA LLEVADA A ROMA POR UNA RED DE 420 KM. DE CANALES Y TUBERÍAS DESDE MANANTIALES, LAGOS Y RÍOS SITUADOS EN LAS MONTAÑAS DE LOS ALREDEDORES; EL SUMINISTRO ERA CONTINUO, PUES NO HABÍA MANERA DE REGULARLO. PARA LOS ROMANOS, FUE EL ACUEDUCTO UNO DE SUS LOGROS MÁS PERFECTOS. 
CONSIDERACIONES GENERALES
15
.
	ACUEDUCTOS.
El acueducto es un conducto, que fluye como canal de un puente diseñado, para resistir la carga de agua y su propio peso para atravesar una vía de transporte o para cruzar una depresión o curso de agua no muy profundo.
DISEÑO DE ACUEDUCTO.
16
DEPENDERÁ DE LA TOPOGRAFÍA, LAS SOLUCIONES ESTRUCTURALES QUE PUEDEN DARSE AL PUENTE, SE DISEÑAN: DE CONCRETO ARMADO CON VIGAS DE VARIOS TRAMOS, PUENTES COLGANTES, DE TIPO ARCO, DE CONCRETO ARMADO CICLÓPEO (ACUEDUCTOS ROMANOS), TUBOS METÁLICOS, Y CON SOPORTE DE MADERA.
DISEÑO DE ACUEDUCTO.
17
LOS APOYOS DEL PUENTE DEBEN CALCULARSE TENIENDO EN CUENTA TODAS LAS CARGAS Y ASEGURAR QUE SOPORTEN TODOS LOS ESFUERZOS DE LA SUPERESTRUCTURA. LOS APOYOS EXTREMOS SE LLAMAN ESTRIBOS Y LOS INTERIORES PILARES. 
DISEÑO DE ACUEDUCTO.
18
En algunos casos se diseñan secciones rectangulares con altura 1.5 VECES del ancho y cada cierto tramo se unen las vigas laterales con vigas arriostradas.
DISEÑO DE ACUEDUCTO.
19
ES IMPORTANTE DETERMINAR EL ANCHO DE ACUEDUCTO, QUE NO PRODUZCA REMANZAMIENTOS EN EL CANAL DE AGUAS ARRIBA, PARA LO CUAL SE DEBE VERIFICAR MEDIANTE LA FÓRMULA DE BERNOULLI LOS NIVELES DE FLUJO.
EL ACUEDUCTO ES CONSIDERADO UNA DE LAS MÁS IMPORTANTES OBRAS DE INGENIERÍA DE LA AMÉRICA PRECOLOMBINA Y DEMUESTRA EL AVANCE DE LA CULTURA CHAVÍN. 
DISEÑO DE ACUEDUCTO.
20
EN EL CASO DE CRUCE CON VÍAS DE TRASPORTE SE USARA ACUEDUCTOS CUANDO LA RASANTE DE LA VÍA PERMITA UNA ALTURA LIBRE PARA EL PASO DE LOS VEHÍCULOS DE TRANSPORTE, EN ESPECIAL CAMIONES DE CARGA.
CRITERIOS HIDRAULICOS
21
Con este objeto después de diseñar la sección más conveniente del acueducto se determina las transiciones de entrada y salida para empalmar la sección del canal con la sección del acueducto y respectivamente a la salida.
La información mínima para el diseño hidráulico consiste de:
	- Las características hidráulicas del canal de riego.
	- Las elevaciones del fondo del canal de riego, tanto aguas arriba como aguas debajo de la estructura.
En cuanto a la ubicación del acueducto debe asegurarse que el flujo de agua hacia la estructura sea lo más uniforme posible, orientar y alinear el acueducto de tal forma que no sea obstáculo ni para le canal que pasa por el ni para le canal que cruza.
Un acueducto se diseña para las condiciones del flujo subcrítico (aunque también se puede diseñar para flujo supercrítico), por lo que el acueducto representa una singularidad en el perfil longitudinal del canal, que crea efectos hacia aguas arriba.
22
FOTOS ACUEDUCTOS EN HUANUCO
23
FOTOS ACUEDUCTOS EN HUANUCO
24
FOTOS ACUEDUCTOS EN HUANUCO
25
FOTOS ACUEDUCTOS EN HUANUCO
PUENTE CANAL.
26
Es una estructura que permite el cruce de un canal atreves de depresiones poco profundas del terreno, ríos arroyos e incorpora condiciones y limites especiales y particulares a un canal y consiste esencialmente en un tramo del conducto soportado por encima del terreno mediante pilas y caballetes. 
Fuente: internet (Scribd)
Fuente: internet ( slideShare )
Conducto de puente canal.
27
En un puente canal el conducto puede ser:
Abierto
Cerrado
Fuente: internet ( slideShare )
Fuente: internet ( slideShare )
Partes Estructurales e Hidráulicas de un Puente Canal.
28
Sub-estructura
Super-estructura
Fuente: internet 
ELEMENTOS HIDRÁULICOS DE UN PUENTE CANAL.
29
Transición de entrada
Une por un estrechamiento progresivo el canal con el puente canal, lo cual provoca un cambio gradual de la velocidad del agua en el canal.
Conducto elevado
Generalmente tiene una sección hidráulica más pequeña que la del canal. La pendiente de este conducto, debe ajustarse lo más posible a la pendiente del canal, a fin de evitar cambios en la rasante de fondo del mismo
Transición de salida 
Une el puente canal con el canal.
30
Fuente: internet 
clasificación de un puentecanal .
31
Puente canal o canoa
Puente canal de madera
Puente canal de conducto metálico
Puente canal de concreto
Fuente: internet ( slideShare )
Fuente: internet ( slideShare )
32
Fuente: internet 
CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO HIDRÁULICO.
33
Material
 El material utilizado para la construcción del puente canal puede ser
Forma de la sección transversal 
 Por facilidades de construcción se adopta una sección rectangular.
Fuente: libro diseño de estructuras hidráulicas – Máximo Villon 
CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO HIDRÁULICO.
34
Ubicación de la sección de control 
 Por lo general, un puente canal cuya vista en planta se diseña para las condiciones del flujo subcrítico (aunque también se puede diseñar para flujo supercrítico), por lo que el puente canal representa una singularidad en el perfil longitudinal del canal, que crea efectos hacia aguas arriba.
Fuente: libro diseño de estructuras hidráulicas – Máximo Villon 
CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO HIDRÁULICO.
35
La ubicación de una sección de control, resulta importante para definir el sentido de los cálculos hidráulicos.
Diseño del conducto elevado
Por condiciones económicas el ancho debe ser lo menor posible, pero manteniendo siempre el mismo tipo de flujo. A fin de que las dimensiones sean las mínimas posibles se diseña para condiciones cercanas a las críticas. 
Fuente: libro diseño de estructuras hidráulicas – Máximo Villon 
CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO HIDRÁULICO.
36
Cálculo de la transición de salida
 Para el caso de una transición recta la ecuación utilizada es:
Cálculo de las pérdidas en las transiciones
Las pérdidas predominantes en las transiciones (por su corta longitud) corresponden a las pérdidas por cambio de dirección, siendo su ecuación:
donde: 
hl_2= pérdidas por transición entre 1 y 2
K = coeficiente de pérdidas en la transición, 
Cálculo de los efectos de la curva de remanso
El efecto de la curva de remanso incide en los tirantes de las secciones (1), (2), (3) Y(4).
37
6. 3.5. CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO HIDRÁULICO
Cálculo de los efectos de la curva de remanso.
El efecto de curva de remanso incide en los tirantes de las secciones. 
Calculo y3
Calculo y2
Calculo y1
6. 3.2. DISEÑO DE PUENTE CANAL.
38
Cálculo de altura de remanso
La altura de remanso producido por: 
6. 3.2. DISEÑO DE PUENTE CANAL.
39
Fuente: libro diseño de estructuras hidráulicas – Máximo Villon 
Sifón.
SON ESTRUCTURAS HIDRAULICAS:
usan en canales.
FINALIDAD:
CONDUCIR EL AGUA ATRAVEZ DE OBSTACULOS 
DEPRESION DE TERRENO 
QUEBRADAS.
RÍOS.
CRUCE TÚNELES,.
CANALIZACIÓN DE AGUAS PLUVIALES.
40
TIPOS DE SIFON:
SIFON (NORMAL) ----- presión atmosférica
SIFON INVERTIDO ----presión.
A
B
son estructuras cerradas.
Trabajan: presión.
Utilizan:
 transporte del agua por debajo de depresiones, canales y vías!
41
FUENTE: MANUAL DE MANTENIENTOS DE INFRAESTRUCTURAS DE RIEGO.
FUENTE: https://www.youtube.com/watch?v=3ZUeEw2KPbU
FUENTE: DISEÑOS DE SIFON..
Los SIFONES…
Los sifones pueden ser construidos .
Estruturas Superficialés:
Son aquellas estructuras que se apoyan sobre el suelo.
Trincheras
Túneles
Galerías
Estructuras enterradas.
Ventaja:
Simples, menor costo.
Desventaja:
El mantenimiento resulta mas complicado
42
SECCIONES RECOMENDABLES…
SECCION RECTANGULAR: 
RELACION H/B= 1.25
H: 1.00 m.
B= 0.80 m 
Sección Circular : diámetro mínimo de 30’.
PARA EL DISEÑO DE LOS SIFONES INVERTIDOS EN...
Cruce de carreteras
Cruce de vías férreas
Cruce con canal o dren
Cruce de ríos y arroyos
El relleno con tierra sobre la tubería debe ser mayor de 0.6 m, para evitar daños por las cargas que producen los vehículos.
Los sifones deben tener un diámetro superior a (30’’)para facilitar su limpieza.
43
OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
La limpieza puede ser efectuada por diversos procedimientos.
a) Limpieza manual, utilizando raspadores con cables
b) Lavado con agua proveniente de camiones succión-presión
44
Bucket-Machine 
Sewer Jetting Machine
Velocidad…
LA MAGNITUD DE LA VELOCIDAD DEL CONDUCTO QUE CONFORME EL SIFÓN VARIA.
 ENTRE 2 Y 4 M/S.
VELOCIDAD DE FLUJO – AL TIPO DE MATERIAL DEL CONDUCTO.
CONDUTOS DE FÁBRICA ---1.0 A 1.5 M/S.
TUBOS DE HORMIGÓN ---- 1.5 A 2.5 M/S.
45
PARTES DE UN SIFON invertido:
46
CALCULO HIDRAULICO…
LOS CALCULOS NECESARIOS PARA EL PROYECTO DE SIFON SON:
cálculo de pérdidas de carga PARA DETERMINAR EL DESNIVEL NECESARIO ENTRE LA ENTRADA Y LA SALIDA.
PERDIDA DE CARGA POR TRANSICION DE ENTRADA
PERDIDA DE CARGA POR ENTRADA AL CONDUCTO
PERDIDA DE CARGA POR FRICCION DENTRO DEL CONDUCTO.
PERDIDA DE CARGA POR TRANSICION DE SALIDA.
CALCULO DE LAS TRANSICIONES 
VERIFICAION DEL AHOGMIENTO EN LA ENTRADA
ELECCION DEL DIAMETRO DE LA TUBERIA EN FUNCION ACEPTABLE DE LA VELOCIDAD.
47
cálculo de pérdidas de carga PARA DETERMINAR EL DESNIVEL NECESARIO ENTRE LA ENTRADA Y LA SALIDA
PERDIDA DE CARGA POR TRANSICION DE ENTRADA.
Hin = perdida de carga por transición de entrada.
V1 = vel. En el inicio de la transicon.
V2 = vel. Al final de la transición. 
PERDIDA DE CARGA POR ENTRADA AL CONDUCTO.
H3 = perdida de carga por entrada al conducto.
V1 = coeficiente que depende del tipo de entrada
V2 = vel. En la entrada al conducto.
Tubo entrante. ke = 0.78
Entrada con arista a 90. kE = 0.50
Entrada con arista ligeramente redondeada kE = 0.23
Entrada abocinada kE = 0.04
48
cálculo de pérdidas de carga PARA DETERMINAR EL DESNIVEL NECESARIO ENTRE LA ENTRADA Y LA SALIDA
PERDIDA DE CARGA POR FRICCION DENTRO DEL CONDUCTO..
hf = perdida de carga por fricción.
f = coeficiente de fricción – material.
l= longitud de tubería.
V= vel. Del agua en el conducto
D = diámetro interior de la tubería.
49
cálculo de pérdidas de carga PARA DETERMINAR EL DESNIVEL NECESARIO ENTRE LA ENTRADA Y LA SALIDA
PERDIDA DE CARGA POR TRANSICION DE SALIDA.
hf = perdida de carga por transición de salida.
V3= vel. En el inicio de la transición
V3= vel. En el final de la transición
50
Verificación del ahogamiento…
51
Ejemplo de sifones
52
Canal de irrigación cozo – marabamba
SIFON COZO
53
Estructura de ingreso
54
55
56
SIFON amarilis
57
Proyectos de sifon en Perú… piúra
58
 sifón región Junín
59
PROYECTO DE OBRAS DE SISTEMAS SANITARIOS 
60
ConclusiOnES
61
CON LA REALIZACIÓN DEL PRESENTE TRABAJO SE COMPRENDE QUE EL DISEÑO DE ESTRUCTURA ESPECIALES TALES COMO ACUEDUCTOS, ALCANATRILLAS, ETC. NOS PERMITE UNA FORMACIÓN INTEGRAL EN CUANTO AL CAMPO DE LA INGENIERÍA EN ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS.
ACORDE AL TRABAJO, DISEÑO DE CRUCE (PUENTE CANAL) CUMPLEN CON LAS RECOMENDACIONES DADAS POR LA NORMA (ANA) PARA EL DISEÑO GEOMÉTRICO DEL CANAL, LO CUAL PERMITIRÁ UN ADECUADO FUNCIONAMIENTO HIDRÁULICO DE TODO EL SISTEMA PROYECTADO DEL CANAL.
Recomendación.
62
EL DESARROLLO DE DIMENSIONAMIENTO DE UN ACUEDUCTO SE DEBE HACER EN CONCORDANCIA A LAS NORMAS TÉCNICAS VIGENTES Y LA BUENA PRÁCTICA DE LA INGENIERÍA ESTRUCTURAL, INGENIERÍA HIDRÁULICA Y LA INGENIERÍA MECÁNICA PARA GARANTIZAR EL BUEN FUNCIONAMIENTO DEL ACUEDUCTO
PARA LA MODELACIÓN DE UN PUENTE CANAL, OBRAS DE ARTE U OTRO SISTEMA HIDRÁULICO ES MUY IMPORTANTE LA INTRODUCCIÓN DE INFORMACIÓN DE CALIDAD TANTO GEOMÉTRICA, COMO DE LAS CONDICIONES DE DISEÑO.
HandBrake 1.2.2 2019022300
HandBrake 1.2.2 2019022300