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UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES
FACULTAD DE INGENIERA
DEPARTAMENTO DE HIDRULICA
CTEDRA DE "CONSTRUCCIONES HIDRULICAS"
HIDRAULICA DE PUENTES
VERSIN AL 18/09/2007
Ing. Adolfo GUITELMAN
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HHIIDDRRUULLIICCAADDEEPPUUEENNTTEESS
1. EFECTOS DE LA CONTRACCIN:
Se concentran Sin cambiosdestacables
Qc=2800 cfs Qa=2800 cfsQb=8400 cfs
F G
H I
D C
N O
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La contraccin del flujo causa una prdida de energa, la mayor parte ocurre enla re-expansin de aguas abajo.
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TRANSPORTE:
Por ecuacin de Chezy-Manning:
2/1
0
3/21
SRAnq =
3/21RA
nK = (para una pendiente constante)
RELACIN DE APERTURA DEL PUENTE: (Utilizada para los grficos ytablas)
La seccin irregular en cursos naturales y la variacin de la rugosidad, resulta enuna variacin en la velocidad en la seccin transversal del ro:
Expresada en funcin de caudales:
Q
Q
QQQ
QM b
cba
b =++
=
Siendo los caudales de cada subseccin de la primer figura
Expresada en funcin de relaciones de transporte, asumiendo que todas lassubsecciones tienen la misma pendiente:
K
K
KKK
KM b
cba
b =++
=
RELACIN DE APERTURA DEL PUENTE: (Utilizada para los grficos ytablas)
COEFICIENTE DE ENERGA CINTICA:
( )2
1
2
1VQ
Vq
=
gA
Q
g
V
2
1
2
2
1
21
=
En la seccin de la contraccin:( )
22
2
2VQ
Vq
= se obtiene de la siguiente
tabla:
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TIPOS DE FLUJO:
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2. ECUACIN DE ENERGA Y DETERMINACIN DE h1*:
h1* = Verdadera influencia del puente
An1
A1
An2
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b=An2/y
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HIPTESIS:
-
Canal recto- rea transversal uniforme
-
La pendiente de fondo es aproximadamente constante entre 1 y 4.-
El flujo est libre de contracciones y expansiones- No hay erosin apreciable en el lecho de la contraccin- Flujo subcrtico (FLUJO TIPO I)
Igualando energas entre las secciones 1 y 4:
Thg
Vy
g
VyLS +
+=
++ 22
244
4
211
1410
Siendo hTla prdida total de energa entre las secciones 1 y 4
410
211
244
41 22 +
= LSh
g
V
g
Vyy T
reemplazando:
bhgV
gVh +=
22211244*
1
Las prdidas pueden expresarse como producto de un coeficiente de prdida, K*y la altura de velocidad en la seccin 2:
g
VKh nb
2
222* =
Siendo Vn2la velocidad media en la seccin contrada, para el nivel de aguanormal, antes de construido el puente.
Reemplazando:
g
VK
g
V
g
Vh n
222
222*
211
244*
1
+
=
Asumiendo que las secciones transversales en 1 y 4 son iguales, 4= 1Por condicin de continuidad:
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224411 nn VAVAVA ==
Las velocidades son proporcionales a las reas, luego puede expresarse:
g
VK
g
V
A
A
A
Ah nnnn
22
222*
22
2
1
2
2
4
2*1
+
=
Representa la diferencia de energa cintica entre la seccin 1 y 4
Variables:
h1* = remanso totalK*= coeficiente de prdidas totales en el remanso1= coeficiente de correccin de altura de velocidad en las seccin 1 y 4.2= coeficiente de correccin de altura de velocidad en la contraccin.An2= rea mojada en la contraccin con nivel de agua normal.Vn2= Q/An2: Velocidad media en la contraccin con tirante normalA4= rea mojada en la seccin 4 (luego de restablecido el rgimen
normal)A1= rea mojada en la seccin 1 (con la contraccin)
Hallar h1*es un PROCESO ITERATIVO:
1 Se estima:g
VKh n
2
222**
1
2 Se determina: A1= f (h1*)
3 Se calcula: gVK
gV
AA
AAh nnnn
22222*22
2
1
2
2
4
2*1
+
=
4 Se compara h1*con el estimado.
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Determinacin del coeficiente de prdidas K*:
sepb KKKKK +++=
*
El smbolo Kbes el coeficiente de remanso para un puente en el que slo seconsidera la relacin de apertura M.
- El valor total del coeficiente K*, tambin se ve afectado por :- Nmero, tamao, forma y orientacin de pilas en la contraccin-
Excentricidad o posicin asimtrica del puente con respecto a la seccintransversal
-
Inclinacin o ngulo entre el eje del camino y el eje del canal.
Kb: Tiene en cuenta la LOS ESTRIBOS (Curvas base):
El valor de Kbaumenta al disminuir M (aumenta la contraccin)
Para puentes de longitud mayor a 60 m, independientemente de la forma delestribo, se utiliza la curva ms baja, porque la geometra del estribo tiene menos
importancia cuando la luz del puente aumenta.
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Kp: Tiene en cuenta el EFECTO DE PILAS:
Kp, depende de:- la relacin entre el rea de las pilas y el rea de apertura del puente:
2n
p
A
AJ=
-
El tipo de pilas- El valor de la relacin de apertura: M- La angularidad de las pilas con la direccin del flujo.
Kp= .K
Para cruces inclinados, se utilizan los mismos grficos y se vara el clculo de J,n2y M.
K
J
M
Tipo de pila
Tipo de pila
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Ke: Tiene en cuenta el EFECTO DE EXCENTRICIDAD:
Ks: Tiene en cuenta EFECTO DE INCLINACIN.
Kspuede ser positivo o negativo.
Respecto del cruce normal, se modifican los valores de:-
M- An2- Vn2= f(An2)
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M
Ks
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El cruce inclinado con ngulos hasta 20 produce resultados objetables paracualquier tipo de estribos para ngulos mayores, la concentracin del flujo en losestribos produce remolinos, reduciendo la eficiencia del canal e incrementandolas posibilidades de erosin.
La longitud H-I y N-O puede definirse arbitrariamente o un valor no mayor a 2luces del puente.
3. DETERMINACIN DE h3*:
Partiendo de un dato fcilmente mesurable h, se puede trazar la curva deremanso:
La diferencia en la elevacin de la superficie del agua entre aguas arriba y aguasabajo del puente en la proximidad de los estribos h, no es el remansoprovocado por el puente.Puede definirse el nuevo nivel de agua, conociendo h3
*. La estimacin es vlidasiempre que el perfil no ascienda por estancamiento desde aguas abajo o por
planicies de inundacin restringido.
)11
(**3 =b
bD
hh
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g
VKh nbb
=
2
222*
Existen correcciones por efecto de pila y de excentricidad. (De tablas en formasimilar a lo explicado).
4. DIFERENCIA DE NIVEL EN LA SUPERFICIE DEL AGUA ATRAVS DEL PUENTE :
Conocidos h3* y h1*, se puede calcular:
31
*
1
*
3 ++= LShhh o
pero se debe determinar primero: L 1-3
5. Distancia al punto de mximo remanso:
L* desde el punto de encuentro del nivel del agua con el terrapln de aguasarriba.
Cruce Normal:
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Proceso iterativo:
1 Se estima:*3
*1 hh
y
h+
2 Se obtiene de tablas: Lb
L
*
3 Se calcula nuevamente:y
h
4 Se compara h con el estimado.
Luego se determina: L 1-3 (Ver figura 13).
Existen correcciones por excentricidad e inclinacin que se calculan pormedio de tablas. (Ver Hydraulics of Bridge Waterways).
En el caso de Flujo Tipo II, se procede en forma similar, calculando todoslos valores y luego se corrigen entrando en Fig. 34.
El presente escrito , ha sido elaborado para comprender los criterios de calculo de la conocidaHEC -18 y las bases de calculo que emplea el programa HEC-RAS
BIBLIOGRAFIAHydraulics of Bridge Waterways HEC 18
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