Hoja1 (2)DISEO ESTRUCTURAL DE CAISSON1. DIMENSIONAMIENTO DEL
POZO TIPO CAISSON
Calculo del volumen real de pozo tipo caisson para 6 horas de
bombeo continuo, la profundidad del caisson debe garantizar un
tirante mnimo que permita su aprovechamiento en estaciones
crticas.Caudales Considerados: Fuente:Qf =0.22L/sBombeo:Qb
=0.44L/sVARIACION HORARIA DEL CAUDALHorasVolumen de la fuente
(m3)Volumen demanda
(m3)Variacion10.7920020.7920030.7920040.7920050.7920060.7920070.7920080.7920090.7921.584-0.792100.7921.584-0.792110.7921.584-0.792120.7921.584-0.792130.7921.584-0.792140.7921.584-0.792150.79200160.79200170.79200180.79200190.79200200.79200210.79200220.79200230.79200240.79200Total19.0089.504-4.752Calculamos
el volumen pozo inicial (Vpi) con la variacin:Vpi = 4.75m3Segn
CEPIS (2005), recomienda el dimetro interior tendr entre 1.20 2.00
m dependiendo de la profundidad y niveles de fuente.Por las
caeracteristicas del lugar asumimos un dimetro de D igual a:D =1.50
mApi = 1.77m3Altura del pozo inicialHpi =2.69mDe acuerdo a las
caracteristicas de la zona consideramos:Hpi =7.00 m0.20
0.80
7.00
0.50
1.00
1.00Estimaremos el volumen real (Vpr) de la estructura de pozo
tipo caisson:=18.56m32. DISEO ESTRUCTURAL
DIMENSIONAMIENTO DEL CAISSONCaracteristicas de la estructura del
caissonV =18.56m3C =0.243m3Fy =4200kg/cm2F'c =210kg/cm2 =210kg/cm2c
=2.40Ton/m3H2O =10000.00Ton/m3c =1.95Ton/m3DIMENSIONAMIENTO DE
TIRANTE Y DIAMETROSe adopta las siguientes dimensiones del diseo
hidrulicoLa altura del Predimensionamiento esH =4El dimetro
recomendado y adoptado es deD =16Sin embargo la geometra del
reservorio est definida por la siguiente relacin volumtrica:Para H
=4R =8Se adoptan los siguientes valoresDiametro interiorD =16Altura
del caissonH =4Borde libreBL =0.20Altura del aguaHw =4.00CALCULO DE
ESPESORESLos espesores dependern de los esfuerzos que se presenten.
Se considera para el clculo que el agua estar al minino nivel
(Hw=0.0m), que es la condicin ms desfavorable. Esta condicin se
alcanza cuando se realiza la limpieza y mantenimiento del pozo.Se
presentan dos casos:Caso de esfuerzos a tensinCaso de esfuerzos a
compresina.- Dimensionamiento de losa superiorLa losa superior
soportara la carga de la bomba, tubera, agua (dentro de la tubera)
y peso propioEl requerimiento de cargas no es mucho por lo que se
adopta un espesor mnimo:t = 0.10mb.- Dimensionamiento de Pared
Cilndrica o FustePara realizar el dimensionamiento, anlisis y diseo
de la pared cilndrica o fuste del caisson se tiene que entender las
condiciones de trabajo para las cuales la estructura se ver
sometidaEl anlisis se realiza para el caso ms crtico y esto ocurre
cuando el caisson esta vaco es decir solo soporta el empuje lateral
del sueloLa pared cilndrica o fuste presentara mayores esfuerzos
debido a las cargas estticas. Los mayores esfuerzos de traccin se
presentaran en la parte inferior (h/3, aprox), debido al empuje del
agua.Empujes de suelo (Es) y agua (EH2O)Si bien la presin disminuye
mientras decrece "h", no es recomendable disminuir el espesor; segn
el anlisis que se haga, puesto que en el Predimensionamiento no se
considera el anlisis ssmico dinmicoComo consideracin podemos
indicar que el PCA recomienda que para reservorios con pared
circular de concreto armado con una altura de lquido mayor o igual
a 3.00m, se tendr un espesor mnimo de 0.30mAsumimos:
h = 0.30mANALISIS ESTRUCTURALa. Pared Cilndrica o
FusteCARACTERISTICAS DEL
CONCRETOResisietncia:210kg/cm2Recubrimiento:0.04mCoeficiente de
Poisson:0.2Modulo de Elasticidad:218819.79Coeficiente cilindrico de
forma: =0.84m-1CALCULO DE LA PARED EN ESTADO LMITE LTIMO DE
FLEXIONCombinacin de acciones C1: 1.50 x Empuje HidrostticoTabla
4.2. Variacin de MomentoVar
HAlturaMxd14.00-683.19972870094.00-5.36E-100.93.60-1669.53917012149.27-6.98E-100.83.20-3073.48358549888.245.02E-080.72.80-4851.03344830577.21-4.66E-070.62.40-6797.62494123426.188.32E-070.52.00-8458.85696688915.152.86E-050.41.60-9034.6943801064.12cbn
,-3.64E-040.31.20-7301.23228409823.091.50E-030.20.80-1591.65440372162.061.36E-020.150.603374.6290853071.545-5.10E-020.10.4010100.78252215921.03-2.61E-010.050.2018840.29749899780.515-2.58E-0100.0029813.268601.63E+000.500
0.0033333333pe1H105
DI
CALCULO ESTRUCTURAL: CAISSONTARACO1. DIMENSIONAMIENTO DEL POZO
TIPO CAISSON
Calculo del volumen real de pozo tipo caisson para 8 horas de
bombeo continuo, la profundidad del caisson debe garantizar un
tirante mnimo que permita su aprovechamiento en estaciones
crticas.Calculamos el volumen pozo inicial (Vpi) con la
variacin:Vpi = 10.00m3Segn CEPIS (2005), recomienda el dimetro
interior tendr entre 1.20 2.00 m dependiendo de la profundidad y
niveles de fuente.Por las caeracteristicas del lugar asumimos un
dimetro de D igual a:D =1.50 mApi = 1.77m3Altura del pozo
inicialHpi =5.66mDe acuerdo a las caracteristicas de la zona
consideramos:Hpi =7.00 mDimensiones considerados del
caisson0.20
0.80
7.00
0.50
1.00
1.00D=1.50 mEstimaremos el volumen real (Vpr) de la estructura
de pozo tipo caisson:=18.56m3Se adopta las siguientes dimensiones
del diseo hidrulico
Diametro interior:D =1.50 mR =0.75 mAltura del caisson:H =10.50
mBorde libre:BL =0.20 mAltura del agua:Hw =10.30 mAltura del
Suelo:Ht =10.00 m2. PREDIMENSIONAMIENTO DE ESPESORES
CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALESFy =4200kg/cm2F'c =210kg/cm2
=30c =2.40Ton/m3H2O =1.00Ton/m3t =1.95Ton/m3CALCULO DE
ESPESORES
Los espesores dependern de los esfuerzos que se presenten. Se
considera para el clculo que el agua estar al minino nivel
(Hw=0.0m), que es la condicin ms desfavorable. Esta condicin se
alcanza cuando se realiza la limpieza y mantenimiento del pozo.Se
presentan dos casos:Caso de esfuerzos a tensinCaso de esfuerzos a
compresina.- Dimensionamiento de losa superiorLa losa superior
soportara la carga de la bomba, tubera, agua (dentro de la tubera)
y peso propioEl requerimiento de cargas no es mucho por lo que se
adopta un espesor mnimo:t = 0.15mb.- Dimensionamiento de Pared
Cilndrica o FustePara realizar el dimensionamiento, anlisis y diseo
de la pared cilndrica o fuste del caisson se tiene que entender las
condiciones de trabajo para las cuales la estructura se ver
sometida
El anlisis se realiza para el caso ms crtico y esto ocurre
cuando el caisson esta vaco es decir solo soporta el empuje lateral
del suelo
La pared cilndrica o fuste presentara mayores esfuerzos debido a
las cargas estticas. Los mayores esfuerzos de traccin se
presentaran en la parte inferior (h/3, aprox), debido al empuje del
agua.Empujes de suelo (Es) y agua (EH2O)Si bien la presin disminuye
mientras decrece "h", no es recomendable disminuir el espesor; segn
el anlisis que se haga, puesto que en el Predimensionamiento no se
considera el anlisis ssmico dinmicoComo consideracin podemos
indicar que el PCA recomienda que para reservorios con pared
circular de concreto armado con una altura de lquido mayor o igual
a 3.00m, se tendr un espesor mnimo de 0.30m
Sin embargo dada las caracteristicas del proyecto, se puede
adoptar un valor menor (0.20 a 0.30 m)
Asumimos:h = 0.20m
3. ANALISIS ESTRUCTURAL
a. Pared Cilndrica o Fuste
CARACTERISTICAS DEL CONCRETO
Resisietncia:210kg/cm2Recubrimiento:0.04mCoeficiente de
Poisson:0.2Modulo de Elasticidad:217371Coeficiente cilindrico de
forma: =3.364m-1
CALCULO DE LA PARED EN ESTADO LMITE LTIMO DE FLEXION
Combinacin de acciones C1: 1.50 x Empuje HidrostticoTabla 4.2.
Variacin de MomentoVar
HAlturaMxd1.0010.30-5.40E-1610.300.909.272.31E-140.808.24-8.49E-130.707.212.79E-110.606.18-8.21E-100.505.152.13E-080.404.12-4.54E-070.303.090.00000.202.060.00010.151.550.00510.101.03-0.01290.050.52-0.13810.000.000.6631Diagrama
de Momentos verticales: Empuje HidrostraticoEl momento maximo es:M
=0.663Ton-mCombinacin de acciones C2: 1.60 x Empuje de TierrasTabla
4.2. Variacin de MomentoVar
HAlturaMxd1.0010.001.57E-1510.000.909.00-4.30E-140.808.001.11E-120.707.00-2.69E-110.606.005.86E-100.505.00-1.06E-080.404.001.08E-070.303.000.00000.202.00-0.00020.151.50-0.00370.101.000.01160.050.500.09420.000.00-0.4460Diagrama
de Momentos verticales: Empuje del suelo
El momento maximo es:M =0.446Ton-mCLCULO DE LA PARED EN ESTADO
LMITE LTIMO DE ESFUERZO CORTANTECombinacin de acciones C1:
1,50x(Empuje hidrosttico)
Q xd =Tabla 4.2. Variacin de MomentoVar
HAlturaMxd1.0010.304.05E-1510.300.909.27-1.27E-130.808.243.56E-120.707.21-8.60E-110.606.181.58E-090.505.15-7.92E-090.404.12-1.13E-060.303.090.00010.202.06-0.00350.151.55-0.01200.101.030.13370.050.520.14030.000.00-4.5270
Diagrama de Fuerzas Verticales: Empuje HidrostaticoLa cortante
maximo es:Vu =4.527TonCombinacin de acciones C2: 1,60x(Empuje de
tierras)
Q xd =Tabla 4.2. Variacin de MomentoVar
HAlturaMxd1.0010.00-4.63E-1510.000.909.009.29E-140.808.00-1.37E-120.707.00-3.18E-130.606.001.16E-090.505.00-6.52E-080.404.002.71E-060.303.00-0.0000.202.000.0030.151.500.0070.101.00-0.1020.050.50-0.0710.000.003.046Diagrama
de Fuerzas Verticales: Empuje del sueloLa cortante maximo es:Vu
=3.046Ton
4. DISEO ESTRUCTURAL
DISEO DE ACERO CARA INTERIORCARACTERISTICAS DEL ELEMENTO =0.90fy
=4200kg/cm2b =100 cmr =5 cmMmax =0.663fc =210kg/cm2 h =20 cmd =15
cm1 =0.85Elemento de diseoCuantia balanceada:b =0.0214Cuantia
maxima:max =0.0160=24.07cm2
Cuantia minima
min =0.0033=5.00cm2Calculo de Acero
Mmax =66309.1kg-cm
a =0.28cm
As =1.18cm2
El acero minimo requerido:As =5.00cm2
Distribucion del Acero = 1/2"As () =1.29cm2Cantidad =4.00 @
Espaciamiento acero S1 =25.00cm
Por Tanto usar : 1/2" @ 25cm
DISEO DE ACERO CARA EXTERIORCARACTERISTICAS DEL ELEMENTO =0.9fy
=4200kg/cm2b =100 cmr =5 cmMmax =0.446fc =210kg/cm2 h =20 cmd =15
cm1 =0.85Elemento de diseoCuantia balanceada:b =0.0214Cuantia
maxima:max =0.0160=24.07cm2
Cuantia minima
min =0.0033=5.00cm2Calculo de AceroMmax =44595.5kg-cm
a =0.19cm
As =0.79cm2
El acero minimo requerido:As =5.00cm2Distribucion del Acero =
1/2"As () =1.29cm2Cantidad =4.00 @ Espaciamiento acero S1
=25.00cm
Por Tanto usar : 1/2" @ 25cm
Diseo de Acero Tangencial.
Para el acero tangencial se tomara encuenta las recomendaciones
del CEPIS (2005) donde la armadura transversal ser anular en dos
capas, espaciadas a no ms de 30 cm; ser del mismo dimetro que la
armadura longitudinal
Distribucion del Acero considerado = 1/2"As () =1.29cm2Cantidad
=3.00 @ Espaciamiento acero S1 =30.00cm
Por Tanto usar : 1/2" @ 30cm
VERIFICACION POR CORTE4.527Vu =4.53Ton3.046
Vc =11.52OK
2.4. CORONALa corona sera diseada de acuerdo a las
recomendaciones de la Gua de diseo para captaciones especiales
dotado por el Centro Panamericano de Ingeniera Sanitaria Y ciencias
de ambiente (CEPIS-2005).
Dimensioanmiento:
A =10 cmB =5 cmC =0 cmD =15 cmH =60 cmh =10 cm
Caracteristicas de la corona
Determinacion de refuerzo:El refuerzo de la corona debe estar
constituido por una armadura principal en anillos compuesto por
acero corrugado de 1/2" espaciado a no ms de 10cm.
Armadura Principal de CoronaPor Tanto usar : 1/2" @ 10cm
La armadura transversal debe estar compuesta por estribos
cerrados de acero corrugado de 3/8". La armadura adicional que
permitir la unin entre corona y anillo, estar constituida por
varillas de 3/8" espaciadas a no ms del espesor del muroEstribos y
Anclaje en Armadura de CoronaPor Tanto usar :Estribos 3/8" @
25cmAnclajes 3/8" @ 25cm