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• Arteaga Rey Euler

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CALCULOS HIDRAÚLICO Y ESTRUCTURALES DEL DESARENADOR PROYECTO :

“INSTALACIÓN DEL SERVICIO DE AGUA PARA RIEGO EN EL CASERIO LA FLORIDA, DISTRITO DE SUCRE, PR CAJAMARCA”

DISEÑO DE DESARENADOR DE SECCION RECTANGULAR

PROYECTO : INSTALACIÓN DEL SERVICIO DE AGUA PARA RIEGO EN LOS SECTORES DE ROMERO Y LINDERO DATOS:

ES SOLO PARA VER LOS RESUL

Caudal de conducción (Q)

60.00 l/s

Altura del canal de ingreso (h)

0.50 m

Tirante del agua en el canal de ingreso(Y)

0.26 m

Ancho de sección del canal de ingreso (b)

0.50 m

Angulo de divergencia de transición (ß)

12.50 º

Velocidad longitudinal en el desarenador (V)

0.10 m/s

Diámetro mín. de las particulas a decantar (Ø)

0.20 mm

Ancho desarenador en relación altura de agua B =

2H

Coeficiente de seguridad ( C )

1.5

RESULTADOS

1.35 m

ß 0.50 m Q=60.00 l/s

CALCULOS La altura de aguas (H) en el desarenador depende de la velocidad (V), el caudal (Q) y el ancho ( B ) del desarenador ; luego usando la ecuación de continuidad Q = V*B*H, se tiene H =

0.55 m

Luego, el ancho del desarenador resulta

1.10 m

B=

La velocidad de decantación para el diámetro de la partícula definida según el dato experimental de Arkhangeiski es W =

###

Según la ecuación de Stokes y tomando la expresión de Sokolov para el componente normal de turbulencia u=1.52 W, resulta la ecuación siguiente para la longitud del desarenador (L) L = 1.18 * C * h * V / W =

4.50 m

RESULTADOS 1.35 m

PLANTA 4.50 m

ß 0.50 m

Q=60.00 l/s

1.10 m

1.35 m

0.24 m 0.26 m

0.11 m

(p

PERFIL 0.24 m 0.26 m

0.55 m 0.11 m

(para sedimentos)

0.40 m Autor: W. Ríos E.

GO EN EL CASERIO LA FLORIDA, DISTRITO DE SUCRE, PROVINCIA DE CELENDÍIN, REGION CAJAMARCA”

RIEGO EN LOS SECTORES DE ROMERO Y LINDERO ES SOLO PARA VER LOS RESULTADOS DURANTE EL DISEÑO

PLANTA 4.50 m

1.35 m

1.10 m Q=60.00 l/s

PERFIL

0.55 m 0.40 m 0.11 m

(para sedimentos)

CALCULO ESTRUCTURAL DE LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR

d2

A

d2

d2

A

d2

hn = hp =

1.21

d1 =

SECCION

PLANTA

Datos Altura de Muros (m) Longitud de Poza (m) Ancho de Poza (m) Espesor de Losa (m) hp/15 = 0.08 Espesor de Muros (m) hp/15 = 0.08 Altura Neta de Poza (m) : hn = hp + 0.5 * d1 Peso Específico del Suelo de Relleno (Kg/m3) Peso Específico del Concreto (Kg/m3) Peso Específico del Agua (Kg/m3) Angulo de Fricción Interno (°) : Factor de Empuje Activo : tan2(45 - Ø/2) Ancho por metro lineal (m) Recubrimiento de Muros (m) Recubrimiento de Cara Superior de Losa (m) Recubrimiento de Cara Inferior de Losa (m) Resistencia del Concreto (Kg/cm2) Capacidad Portante del Suelo (Kg/cm2) Altura :nivel sup.de poza hasta nivel máximo de agua (m)

hp = L = A = d1 = d2 = hn = ds = dc = da = Ø = Ka = b = rm = rs = ri = f 'c = Gc = v =

1.21 6.70 1.65 0.15 0.15 1.29 1920 2400 1000 32 0.307 1.00 0.03 0.03 0.03 210 1.12 0.19

} Para fines constructivos se adoptarán } espesores mínimos de d = 0.10 m

} Se recomienda Material de relleno Arena Gruesa

Se considera una sola capa, en el centro

Del análisis de laboratorio

Cálculo Estructural de la Poza Disipadora Caso I La poza disipadora se encuentra sin agua, con relleno en todos los muros laterales W es la Sobrecarga peatonal w =

300 Kg/m2

Ps2

CALCULO ESTRUCTURAL DE LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR hp= 1.21

P2

hn = 1.29 Ps1

hp= 1.21 h1= 0.6

h2= 0.4

d1= 0.15

A

P1 A/ 2 0.83

h1 =

hp / 2

d2

h2 =

hp / 3

0.15

hn =

hp + 0.50 * d1

CALCULO ESTRUCTURAL DE LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR

Presión Lateral del Suelo por el Relleno Ps1 (Kg) : Ps2 (Kg) :

(1/2) * Ka * ds * hp^2 Ka * w * hp

Ps1 = Ps2 =

431 111

MA = MB =

257 257

Momentos MA (Kg-m) : (hn / 3 )* Ps1 + (hn / 2) * Ps2

Fuerzas Cortantes

Momento Vertical, (Mv)

Vu1 (Kg) : 1.8 * (Ps1 + Ps2) Tu1 (Kg/cm2) : Vu1 / (b * (d2 - rm)*10000) Tc (Kg/cm2) : Ø * 0.85 * (f 'c)^0.5

Vu1 = Tu1 = Tc =

976 1.00 6.16

Mv = (d2 + A / 2) * P1 + (2 * d2 + A) * P2 / 2 Mv = 1534 Momento Horizontal, (Mh)

Se debe cumplir que :

Tc

>

Tu1

OK !

Presión de la Estructura sobre el Terreno

Mh = ((hp + d1) / 3) * Ps1 + ((hp + d1) / 2) * Ps2 Mh = 270.9

Peso de Losa

Factor Fuerza Fricción o Coef. Rozamiento

P1 (Kg) :

( A + 2 * d2 ) * d1 * dc

P1 =

702

f =

Peso de Muros P2 (Kg) :

0.70 (albañilería sobre albañilería)

Factor de Seguridad al Volteo, (FSV)

2 * hp * d2 * dc

Gt (Kg/cm2) :

(P1 + P2) / [(A + 2 * d2) * 10000]

Debe cumplir que : Gc / Gt > =

2.00

P2 =

871

FSV = Mv / Mh =

Gt =

0.08

Factor de Seguridad al Deslizamiento, (FSD)

Gc/Gt=

14.00

FSD = Fv * f / Fh =

5.66 > =

2.03 > =

1.50

2.00

Caso I I La poza disipadora se encuentra con agua hasta menos 0. 19 m de su altura total, con relleno en todos los muros laterales W es la Sobrecarga por tránsito petaonal Peso del agua

0.2

q = da * (hp-v) = 1020

Kg/m2

w =

300 Kg/m2

Q

Ps2 hp= 1.21

P2

hn = Ps1

Pa

h1= 0.6

h3 = 0.34 d1= 0.15

hp= 1.21

h2= 0.4 A

CALCULO ESTRUCTURAL DE LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR P1 A/ 2 0.83

h1 =

hp / 2

d2

h2 =

hp / 3

0.15

h3 =

(hp - v) / 3

hn =

hp + 0.50 * d1

Presión Lateral del Suelo por el Relleno Ps1 (Kg) : Ps2 (Kg) :

(1/2) * Ka * ds * hp^2 Ka * w * hp

Ps1 = Ps2 =

431 111

CALCULO ESTRUCTURAL DE LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR Presión Lateral del Agua Pa (Kg) :

0.50 * da * (hp - v)^2

Pa =

520

MA = MB =

66 5657

Vu1 (Kg) : 1.8 * (Ps1 + Ps2 - Pa) Tu1 (Kg/cm2) : Vu1 / (b * (d2 - rm)*10000) Tc (Kg/cm2) : Ø * 0.85 * (f 'c)^0.5

Vu1 = Tu1 = Tc =

40 0.00 6.16

Se debe cumplir que :

OK !

Momentos MA (Kg-m) : ((hn - v)/3)*Pa - (hn/3 )*Ps1 - (hn/2)*Ps2 MB (Kg-m) : - MA + (q / 8) * L^2 Fuerzas Cortantes

Momento Vertical, (Mv) Tc

>

Tu1

Presión de la Estructura sobre el Terreno

Mv = Mv =

Peso de Losa

Momento Horizontal, (Mh)

P1 (Kg) :

( A + 2 * d2 ) * d1 * dc

P1 =

702

P2 =

871

(d2 + A / 2) * (P1 + Q) + (2 * d2 + A) * P2 / 2

3175

Mh=((hp+d1)/3)*Ps1+((hp+d1)/2)*Ps2-(((hp+d1)-v)/3)*Pa Mh = 68.07

Peso de Muros Factor Fuerza Fricción o Coef. Rozamiento P2 (Kg) :

2 * hp * d2 * dc

f =

0.70 (albañilería sobre albañilería)

Peso del Agua Factor de Seguridad al Volteo, (FSV) Q (Kg/m) : da * (hp - v)* A

Q =

1683 FSV = Mv / Mh =

Gt (Kg/cm2) :

(P1 + P2 + Q) / [(A + 2 * d2) * 10000]

Debe cumplir que : Gc / Gt > =

2.00

46.64 > =

1.50

Gt =

0.17

Factor de Seguridad al Deslizamiento, (FSD)

Gc/Gt=

6.59

FSD = Fv * f / Fh =

103.60

>=

2.00

Caso I I I La poza disipadora se encuentra con agua, sin relleno en todos los muros laterales W es la Sobrecarga por tránsito peatonal

Peso del agua

0.2

q = da * (hp-v) =

1020 Kg/m2

Q

hp= 1.21 Pa

P2

hn = 1.29

h3 =

hp / 3

hn =

hp + 0.50 * d1

CALCULO ESTRUCTURAL DE LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR h3 = 0.34 d1= 0.15

A

P1 A/ 2

d2

0.83

0.15

CALCULO ESTRUCTURAL DE LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR Presión Lateral del Agua Pa (Kg) :

0.50 * da * (hp - v)^2

Pa =

520

MA = MB =

191 5532

Vu1 (Kg) : 1.8 * Pa Tu1 (Kg/cm2) : Vu1 / (b * (d2 - rm)*10000) Tc (Kg/cm2) : Ø * 0.85 * (f 'c)^0.5

Vu1 = Tu1 = Tc =

936 1.00 6.16

Se debe cumplir que :

OK !

Momentos MA (Kg-m) : ((hn - v)/3)*Pa MB (Kg-m) : - MA + (q / 8) * L^2 Fuerzas Cortantes

Tc

>

Tu1

Momento Vertical, (Mv)

Mv = (d2 + A / 2) * (P1 + Q) + (2 * d2 + A) * P2 / 2 Mv = 3175

Presión de la Estructura sobre el Terreno Momento Horizontal, (Mh) Peso de Losa P1 (Kg) :

( A + 2 * d2 ) * d1 * dc

P1 =

702

Peso de Muros P2 (Kg) :

Factor Fuerza Fricción o Coef. Rozamiento ( f

2 * hp * d2 * dc

P2 =

871

f =

0.70 (albañilería sobre albañilería)

Factor de Seguridad al Volteo, (FSV)

Peso del Agua Q (Kg/m) : da * (hp - v) * A Gt (Kg/cm2) :

Mh = ((hp + d1) -v ) / 3) * Pa Mh = 235.7

Q =

(P1 + P2 + Q) / [(A + 2 * d2) * 10000]

Debe cumplir que : Gc / Gt > =

2.00

1683

FSV = Mv / Mh =

13.47 > =

Gt =

0.17

Factor de Seguridad al Deslizamiento, (FSD)

Gc/Gt=

6.59

FSD = Fv * f / Fh =

{ MA = { { MB =

257

{ MA = { { MB =

66

4.38 > =

1.50

2.00

RESUMEN DE MOMENTOS Caso I

Caso II

Caso III

Poza Sin Agua y Relleno Lateral en los Muros

257

Poza Con Agua y Relleno Lateral en los Muros

5657

{ MA = { { MB =

191 5532

MA = MB =

257 5657

Poza Con Agua sin Relleno Lateral en los Muros

Como se puede observar : Caso I Caso II Datos

CALCULO ESTRUCTURAL DE LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR Esfuerzo de Fluencia del Acero (Kg/cm2) fy = 4200 Módulo de elasticidad del acero (Kg/m2) Es = 2100000 Módulo de elasticidad del concreto (Kg/m2), Ec = 15000*(f 'c)^(0.5) Ec = 217371 Esfuerzo del concreto (Kg/m2) : 0.4 * f 'c Fc = 84 Esfuerzo del acero (Kg/m2) : 0.4 * f y Fs = 1680 r = Fs / Fc = n = Es / Ec = k = n / (n + r) = j = 1 - k/3 =

r n k j

= = = =

20 10 0.333 0.889

CALCULO ESTRUCTURAL DE LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR Determinación del peralte útil del muro (dum) Para nuestro caso, tomaremos el momento en el punto A del Caso I por ser mayor que el del Caso II y III dum (cm) = ( 2 * MA / ( Fc * k * j * b)) ^ 0.5 Asumiendo d 10 cm, para a los 3 cm mínimos solicitados

dum =

5

15 cm que es el espesor, nos da un recubrimiento que excede

Diseño por Carga de Servicio La estructura se diseñará por el método de carga de servicio por estar ésta en contacto con el agua Area de Acero por metro de ancho de Muro El área de acero por metro de ancho de muro para diseño por carga de servicio sería: Asm (cm2) = MA / ( Fs * j * b) =

Asm=

Acero vertical cara exterior (contacto con el relleno lateral)

0.17 0.17 Ø 3/8" @ 1 m 0.24

Acero Minimo asmmín (cm2) :

0.0015 * b * dum

asmmín =

Acero vertical cara interior (contacto con el agua)

1.50 1.50 Ø 3/8" @ 0.20 m 2.11

Acero de Temperatura Atm (cm2) = 0.0025 * b * d2

Atm =

Acero horizontal al sentido del flujo en ambas caras :

3.75 3.75 Ø 3/8" @ 0.20 m 5.28

Determinación del peralte útil de losa (dul) Para nuestro caso, tomaremos el momento en el punto B del Caso II por ser mayor que el del Caso I y III dul (cm) = ( 2 * MB / ( Fc * k * j * b)) ^ 0.5 Asumiendo d 21 cm, para a los 3 cm mínimos solicitados

dul =

21

15 cm que es el espesor, nos da un recubrimiento que excede

Area de Acero por metro de ancho de Losa El área de acero por metro de ancho de losa para diseño por carga de servicio sería: Asl (cm2) = MB / ( Fs * j * b) =

Asl =

Acero perpendicular al sentido del flujo en la cara inferior

3.79 3.79 Ø 3/8" @ 0.20 m 5.34

Acero Minimo aslmín (cm2) :

0.0017 * b * dul

aslmín =

3.57

CALCULO ESTRUCTURAL DE LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR Acero perpendicular al sentido del flujo en la cara superior

3.57 Ø 3/8" @ 0.20 m 5.03

Acero de Temperatura Atl (cm2) =

0.0018 * b * d1

Acero paralelo al sentido del flujo en ambas caras :

Atl =

2.70 2.70 Ø 3/8" @ 0.20 m 3.80

CALCULO ESTRUCTURAL DE LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR

Ø 3/8" @ 0.20 m

Ø 3/8" @ 0.20 m hp = 1.21

Ø 3/8" @ 0.20 m

d1 = 0.15

Ø 3/8" @ 0.20 m A / 2 = 0.83

d2 = 0.15

SECCION TRANSVERSAL : POZA DE SEDIMENTACION

LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR

d2

L

d2

Se recomienda Material de relleno Arena Gruesa

LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR

LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR

((hp + d1) / 3) * Ps1 + ((hp + d1) / 2) * Ps2

Factor Fuerza Fricción o Coef. Rozamiento ( f ) (albañilería sobre albañilería)

Factor de Seguridad al Deslizamiento, (FSD)

s 0. 19 m de su altura total, con relleno en todos los muros laterales

1.29

LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR

LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR

(d2 + A / 2) * (P1 + Q) + (2 * d2 + A) * P2 / 2

Mh=((hp+d1)/3)*Ps1+((hp+d1)/2)*Ps2-(((hp+d1)-v)/3)*Pa

Factor Fuerza Fricción o Coef. Rozamiento ( f ) (albañilería sobre albañilería)

Factor de Seguridad al Deslizamiento, (FSD)

hp + 0.50 * d1

LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR

LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR

(d2 + A / 2) * (P1 + Q) + (2 * d2 + A) * P2 / 2

Factor Fuerza Fricción o Coef. Rozamiento ( f ) (albañilería sobre albañilería)

Factor de Seguridad al Deslizamiento, (FSD)

Poza Sin Agua y Relleno Lateral en los Muros

Poza Con Agua y Relleno Lateral en los Muros

Poza Con Agua sin Relleno Lateral en los Muros

LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR

LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR

LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR

LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR