3. CRITERIOS ESTRUCTURALES
En el diseño estructural de obras
de riego, se debe de preveer de :
-Adecuado espesor de
concreto.
-Apropiado reforzamiento
de acero.
-Apropiada selección de
materiales
Finalidad
Que las estructuras
resistan :
-Los momentos de
volteo.
-Deslizamientos.
......
4. Juegan papel importante las cargas que
inciden sobre las diversas estructuras :
*Cargas muertas.
*Cargas vivas o S/C.
*Presiones laterales.
*Sub-presiones.
*Efectos de sismo., etc.
7. SUELO :
En la mayoría de
cargas anotadas,
juega papel
preponderante el
material “Suelo “ y
se le debe conocer
sus características,
para llegar a realizar
un diseño estructural
aceptable.
Nivel del terreno natural
Nivel de cimentación
8. EQUIPO DE MUESTREO
POSTEADORA (Barreno)
ANILLO
TOMAMUESTRA
EQUIPO DE PENETRACION
ESTANDAR ( SPT )
Realizar como mínimo una perforación /
calicata en el sitio de la construcción de
cada obra de arte, hasta la profundidad de
por lo menos 2 m. , por debajo del nivel
de la cimentación de la estructura.
Debe anotarse la ubicación
del N.F., hallado durante el
muestreo.
9. Se debe evaluar :
a.- La textura ( Clasificación SUCS , AASHTO ).
b.-Peso unitario del material seco, d , Kg / m3.
c.-Peso unitario del material bajo agua, sat , Kg / m3.
d.-Angulo de fricción interna , 0º .
e.-Obtener la capacidad portante del suelo, t , Kg / cm2.
f.-Presiones laterales, Empujes.
Nota :
El diseño definitivo, debe realizarse en base a datos
obtenidos en el campo.
10. C – 3 PRESIONES ADMISIBLES Y CARACTERISTICAS
GENERALES DE ALGUNOS SUELOS
TIPO DE MATERIAL adm. Kg / cm2
Arena fluida 0.5
Arena mojada 2.0
Arena fina, firme y seca 2.5 – 3.0
Arena gruesa muy firme 3.0 – 6.0
Arcillas 0.6 – 4.0
PARA EFECTOS DE ORIENTACION PARA EL DISEÑO PRELIMINAR, SON UTILES
12. C-5 : Si no se dispone de facilidades para muestreo
o ensayos de laboratorio, en el diseño de pequeñas
estructuras hidráulicas puede usarse :
CARGA PESO ESPECIFICO:T /M3
Agua 1.00
Relleno seco 1.60
Relleno húmedo 1.80
Relleno compactado :
- Seco 1.92
- Saturado 2.16
Concreto 2.40
13. C-6 : Pesos específicos y angulos de fricción de suelos (Escuela superior de
Administración de Aguas”Charles Sutton”-Diseño y construcción de defensas
ribereñas):
Clase de terreno , Ton / m3 0
Tierra de terraplen seca 1.40 37º
Tierre de terraplen húmeda 1.60 45º
Tierra de terraplen empapada 1,80 30º
Arena seca 1.40 33º
Arena húmeda 1.80 40º
Arena empapada 2.00 25º
Arcilla seca 1.60 45º
Arcilla húmeda 2.00 22º
Gravilla seca 1.83 37º
Gravilla húmeda 1.86 25º
Grava de cantos vivos 1.80 45º
Grava de cantos rodados 1.80 30º
14. C-7 :Taludes recomendados
La inclinación de las paredes de los
canales dependen de la geología de los
materiales de excavación y relleno por los
que atraviesan
Conglomerado 1 : 1
Suelos Arcillosos 1 : 1
Suelos Areno Limosos 1.5 : 1
Suelos Arenosos 2 : 1
Suelos de Arena Suelta 3 : 1
Roca Alterada 0.5 : 1
Roca Sana ¼ : 1
Tierra 1.5 : 1
Suelos Arenosos 3 : 1
Para cortes en Talud.
Para rellenos :
Ing. Arturo Rosell Calderón.- ACI Diseño de Obras Hidráulicas.
15.
16.
17. PRESIONES LATERALES ( EFECTO DEL SUELO )
El tratamiento es amplio, mas no obstante es aceptable
utilizar la teoría de RANKINE, la resultante del empuje de
tierras será diferente según sea la condición de la
estructura.
Algunos casos :
*Muros de retención verticales y sin sobrecarga.
*Muros de retención vertical con sobrecarga a media ladera.
*Muros de retención vertical con sobrecarga lineal.
18. A.- Muros de retención vertical sin sobrecarga
pi
ps
pi
pi
.h / 3
.h
N.T.N.
N.T.N.
t =Peso específico del terreno, T/m3.
.hi = profundidad de calculo
Ka =Coeficiente activo de presión de tierras.
= Angulo de reposo del suelo.
.pi =Presión en el punto a la profundidad, hi.
Es
2
/
*
* m
Ton
h
K
p i
t
a
i
)
2
45
(
2
Tang
Ka
φ
19. El empuje resultante, Es, es :
Si el talud de reposo es, Z : 1, y se construye un muro de
retención vertical en ese tipo de suelo, se puede lograr los
siguientes valores :
Talud reposo, Z:1 Es = C. t.h2
0.5 : 1 (65º 26’)
1 : 1 (45º )
1.5 : 1 (33º 42’ )
2 : 1 (26º 34’ )
2
2
2
*
*
*
*
)
2
45
(
tan
*
2
1
i
t
i
t
s h
C
h
g
E
2
*
*
028
.
0 i
t h
2
*
*
086
.
0 i
t h
2
*
*
143
.
0 i
t h
2
*
*
191
.
0 i
t h
20. B.- Muros de retención vertical con sobrecarga a media ladera
pi
.h / 3
.h
Es
Puede usarse la expresión:
Talud reposo, Z:1
0.5 : 1 (63º 26’)
1 : 1 (45º )
1.5 : 1 (33º 42’ )
2 : 1 (26º 34’ )
2
2
*
*
*
*
*
2
1
h
C
Cos
h
E t
t
s
2
*
* i
t
s h
C
E
2
*
*
2236
.
0 i
t h
2
*
*
353
.
0 i
t h
2
*
*
416
.
0 i
t h
2
*
*
447
.
0 i
t h
21. C.- Muros de retención vertical con sobrecarga lineal
pi
.h / 3
.h
Es
Talud reposo, Z:1
1 : 1 (45º )
1.5 : 1 (33º 42’ )
S / C
Puede usarse la expresión:
Siendo .
Sen
Sen
h
h
h
E t
s
1
1
*
)
2
(
*
*
*
2
1
1
t
c
s
w
h
/
1
Sen
Sen
h
h
h
E t
s
1
1
*
)
2
(
*
*
*
2
1
1
)
*
2
(
*
*
*
086
.
0 1
h
h
h
t
)
*
2
(
*
*
*
143
.
0 1
h
h
h
t
22. CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES
Caracter1sticas de los materiales a usarse para la construcción
Material Propiedad
Concreto (Armado ) .f’c = 210 Kg / cm2
Concreto (ciclópeo) f’c = 140 Kg / cm2
Refuerzo ( Armadura) .fy = 4200 Kg / cm2.
Concreto, densidad P.e.= 2400 Kg / m3.
Cemento Según condición de lugar.(I....V )
26. *EN MUROS
Refuerzo mínimo
-La cuantía de refuerzo horizontal no será menor de ... 0.002
-La cuantía de refuerzo vertical no será menor de …… 0.0015
NOTA: Los Muros con espesor > 20 cm, colocar refuerzo en
cada dirección colocado en 2 capas paralelas a las caras el Muro.
El refuerzo vertical y horizontal no debe estar espaciado:
e ≤ 3*emuro
emax = 40 cm
27.
28. ANALISIS DE SOLICITACIONES :
1.- POZA SIN AGUA Y NAPA FREATICA FINAL ALTA ( CASO I )
2.- POZA CON AGUA HASTA NIVEL SUPERIOR Y NIVEL
FREATICO POR DEBAJO DE LA CIMENTACION ( CASO II )
29.
30. h
e2
x1 e1 b/2
b/2 b/2
b
P2 P3
B
A
Q
Sub presión =q= γ a*( H +e2)Kg/m2
Es1
Es2
Es3 Ea
N.F.
N.T.N
.
P1
Presión terreno Presión del agua
h/3+2H/3
H/3 H/3
H
γ s Ka(h-H)
Poza sin agua
SISTEMA DE CARGAS
H/2
h-H
γa*H
Ka*γsat*H
31. SISTEMA DE CARGAS
CARGAS: P1 = ( b + 2e1 + 2x ) e2. γ c
P2 = e1. h γc
P3 = x h γs
P1, P2, P3 , en Kg o Ton.
γc , peso específico del concreto, 2.4 Ton/m3
.
γs, peso específico del suelo, Ton/ m2
EMPUJES:
ES1 =(1/2). γs.Ka( h –H )2 Kg/ ml
E S2 = γs Ka. H. ( h – H ) Kg / ml.
ES3 = (1 / 2 ) γsat . Ka. H2 Kg / ml
Ea = 0.5*γa*H2
γsat , Peso específico del suelo saturado, Ton/m3
.
Ka = tang. 2 ( 45º - Ø/2 )
32. SUBPRESION : Por presencia del N.F.
Q = q. ( b + 2 e1 + 2 x ), Kg / m.
MOMENTO EN A:
MOMENTO EN B:
.
.
3
*
3
*
2
*
*
3
1
* 3
2
1 m
Kg
H
E
H
E
H
E
H
h
H
E
M a
S
S
S
A
m
Kg
e
b
q
M
M A
B
.
)
(
*
*
8
1 2
1 Este puede ser “+” o “-“.
Para determinar los momentos en “A” y “B”, puntos de interés en
cálculos pueden ser útiles los siguientes esquemas y expresiones:
33. .
.
3
*
3
*
2
*
*
3
1
* 3
2
1 m
Kg
H
E
H
E
H
E
H
h
H
E
M a
S
S
S
A
MOMENTO SIN MAYORAR CARGAS
m
Kg
e
b
q
M
M A
B
.
)
(
*
*
8
1 2
1
Este puede ser “+” o “-“.
34.
35. Para asegurarse que los efectos de sub presión no sean
perjudiciales, puede tomarse como mínimo el siguiente
valor:
Si se obtiene un valor menor; aumentar peso de estructura.
La acción de presión de la estructura sobre el terreno,
puede evaluarse por:
.
Se debe verificar que :
σe < σt
P, Q : Kg / m ; e, b, x : m
σt : Puede ser calculado a base de ensayo de corte directo, triaxial, SPT
36.
37.
38. Por efecto del pre dimensionado de la estructura:
P1 = γc*Vol = γc*(b+2*e1+2*x)*e2 en Kg o Ton
P2 = γc*Vol = γc*(h*e1) en Kg o Ton
P3 = γs*Vol = γs*(h*x) en Kg o Ton
Q = γa*h*b en Kg. o Ton
Solicitaciones horizontales por efectos del suelo y presencia de agua
dentro de canal:
Empuje Suelo ES = 0.5*Ka*γs*h2 Kg/m o Ton/m.
Empuje del agua Ea = 0.5*γa*h2 (dentro de canal).. Kg/m o Ton/m.
40. Para determinar los momentos en “A” y “B”, puntos de interés en
cálculos pueden ser útiles los siguientes esquemas y expresiones:
Momento en “A” :
.
3
*
3
*
h
E
h
E
M S
a
A
Kg-m
Momento en “ B “ :
.
*
*
8
1 2
A
B M
b
q
M
Kg-m
q = γa * h Kg/m2
41. ENUNCIADO 01.- : Aplicado en una obra tipo caída con poza amortiguadora y
Nivel Freático a 0.60 m bajo nivel del terreno natural.
Se adjunta Planta, elevación y Sección Transversal con dimensiones, útil para
cálculos.
44. CARACTERISTICAS POZA DE DISIPACION CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES
Elev. del piso + 23.33msnm
Altura de paredes (h) 2.35m
Ancho de Poza ( .b ) 1.95m
Nivel terreno natural + 25.68msnm
Espesor piso y paredes 0.20,m(asumido)
El nivel freático se encuentra en su nivel
máximo, a una profundidad de 0.60 m, por
debajo del nivel de terreno natural, luego
H = 2.35-0.60 = 1.75m
Suelo Arenoso (Arena)
Densidad seca 1650 Kg/m3
Densidad saturada 1020 Kg/m3
Angulo fricción interna 30º
Resistencia suelo:
σt seco 2.5 Kg/cm2
σsat 0.5 Kg/cm2
Coef. Permeabilidad 4x10-3cm/seg
Densidad del agua(γa) 1000Kg/m3
Densidad concreto(γc) 2.4 Ton/m3
Fluencia acero(fy) 4200Kg/cm2
Resistencia concreto (f’c) 210 Kg/cm2
Factor presión activa: construcción
flexible, muro contención.
33
.
0
)
2
30
45
(
tan
)
2
45
(
tan
1
1 2
2
g
g
sen
sen
Ka
