DISEÑO ESTRUCTURAL CAPTACION ASOPROUNION

En el diseño estructural de la bocatoma de fondo se considero el empuje del agua, la fuerza causada por los sedimentos depositados en la base del muro normal al flujo, la fuerza debidas al impacto de sólidos flotantes y la fuerza sísmica. Para el diseño de la bocatoma de fondo se considera el análisis de una franja de 1 [m].

Ancho de garganta: 4.40 [m]

Altura de la lamina de agua: 0.65 [m]

especifico del sedimento sumergido: 18 [KN/m3]

concreto: 24 [KN/m3]

concreto ciclópeo: 20 [KN/m3]

Peso de solido flotante: 7[KN]

Velocidad promedio de la fuente: 2[m/seg]

Coeficiente de fricción bocatoma- suelo :0.65[-]

Fuerzas desestabilizantes

Fs: Fuerza debida al empuje de sedimentos

Fimp: Fuerza de impacto

FH1: Fuerza debida al empuje del agua aguas arriba

FH2: Fuerza debida al empuje del agua aguas abajo

Fsp: Fuerza de subpresión

Fsis: Fuerza sísmica

FH masa de agua: Fuerza sísmica (masa de agua)

Fuerzas resistentes

W: Peso propio de la estructura

Ws: Peso del agua sobre la planta de la bocatoma aguas arriba

Ff: Fuerza de fricción

Figura 1. Esquema Captación de fondo.

En el análisis de la estructura no se considera la fuerza de viento y deshielo. La figura 1 esquematiza la bocatoma de fondo, las dimensiones se encuentran consignadas en la tabla 1.

Tabla 1. Dimensiones Captación ASOROSARIO

3.26 [m]

0.25 [m]

1.65 [m]

0.9 [m]

0.65 [m]

0.61 [m]

0.55 [m]

0.51 [m]

0.25 [m]

0.25 [m]

10 [KN/m3]

CDEF

del agua

IJ

GH

AB

Asumiendo las dimensiones de la tabla 1 se procede al calculo del peso de la estructura, las fuerzas y momentos de las fuerzas resistentes al volcamiento sobre cada plano.

Tabla 2. Peso propio de la estructura

[KN] [m] [KN-m] [m] [KN-m]1 25.560 1.630 41.663 0.125 3.1952 3.768 1.575 5.934 0.575 2.1663 3.189 1.025 3.269 0.527 1.6794 5.508 0.600 3.305 0.434 2.392

BRAZO en Y MOMENTO

1.4250.248

PESO PROPIO

PESO BRAZO MOMENTO

XTRAZO

FIGURA

YTRAZO

Tabla 3. Momentos resistentes al volcamiento

[KN] [m] [KN-m]Ws 10.725 2.525 27.081W 38.025 1.425 54.171

Fsis -1.550 1.425 -2.209Fsp -8.15 2.173 -17.713SFV 39.049 SMR 61.33

FUERZA

MOMENTOS RESISTENTES AL VOLCAMIENTO

MAGNITUD BRAZO MOMENTO

Tabla 4. Momentos actuantes al volcamiento

[KN] [m] [KN-m]Fs 3.8025 0.467 1.775Fimp 3.568 0.900 3.211FH1 2.113 0.467 0.986FH2 -0.05 0.283 -0.014Fsis 2.326 0.248 0.577FHmasa agua 3.218 0.248 0.798

SFH 14.976 SMV 7.33

FUERZA MAGNITUD BRAZO MOMENTO

MOMENTOS DE VOLCAMIENTO

Tabla 5. Factores de seguridad y esfuerzos en la base de la captación

FSD FV*/FH 1.69FSV MR/MV 8.36M SMR - SMV 54.00Xo M / FV 1.38e B/2 - Xo 0.25B/6 B/6 0.54

qa1=SFV/B*(1+6e/B)17.43qa2=SFV/B*(1-6e/B)6.53

Esfuerzo 1 q1 12.58F subpresion 1 Fsp 1 3.625

CHEQUEO - OK

Reacciones del suelo

VERIFICACION DE DISEÑO

Para el análisis de las fuerza internas debido a las cargas actuantes en la bocatoma se divide la estructura en 3 partes, llevándose a cabo el análisis para cada elemento con restricción de empotrado en el extremo.

DATOS GENERALES:

Norma de Diseño : NSR-98

Estados de carga considerados:

C1 = 1.4CM+1.7CV+1.4Pp

C2 = 1.05CM+1.28CV+1.05Pp+SISx+SISz

C3 = 1.05CM+1.28CV+1.05Pp+SISx-SISz

C4 = 1.05CM+1.28CV+1.05Pp-SISx+SISz

C5 = 1.05CM+1.28CV+1.05Pp-SISx-SISz

C6 = 0.9CM+0.9Pp+SISx+SISz

C7 = 0.9CM+0.9Pp-SISx+SISz

C8 = 0.9CM+0.9Pp+SISx-SISz

C9 = 0.9CM+0.9Pp-SISx-SISz

Riesgo sísmico : Riesgo ALTO

Materiales

Hormigón, f'c : 21100.00 [KN/m2]

Acero longitudinal, fy :420000.00 [KN/m2]

Tipo de concreto :Normal

Acero transversal, fyt :420000.00 [KN/m2]

Módulo de elasticidad hormigón :1.791455E07 [K...

Módulo de elasticidad acero :1.999469E08 [K...

Peso unitario : 24.00 [KN/m3]

ELEMENTO 1

En la siguiente figura se muestran las cargas de la combinación 1 para el elemento 1, el diagrama de envolventes para diseño y el diagrama de envolventes de cortante para diseño a cortante se esquematizan en la grafica 1.

Base 1 [m] ρ 0.0022313Altura 0.25 [m] K 821.3296204Area 0.25 [m^2] ΦMn 29.6499993ΦMn 29.65 [Kn-m] error 0.00f´c 21.1 [Mpa] ρmin 0.0033fý 420 [Mpa] As 6.27 [cm^2]d´ 0.06 [m] Separacion 20.6 [cm]d 0.19 [m] Barra N° 4

Debe diseñarse en lo posible para que no lleve ESTRIBOS debido a su alto costo, por lo tano se se realiza la verificación por cortante.

Vd=36 .05[ KN ]

Vu=36 .051∗0 .25

=0 .144[Mpa ]

Vuc=φ√ f ' c6

=0 .85√21.16

=0 .65 [Mpa ]

Vu<Vucok

El cortante de diseño es menor que el cortante que soporta la sección de concreto reforzado por lo cual no necesita refuerzo por cortante.

Grafica 1. Diagrama de envolventes de momentos y cortante para diseño elemento 1

ELEMENTO 2

En la siguiente figura se muestran las cargas de diseño para el elemento 2, el diagrama de envolventes para diseño y el diagrama de envolventes de cortante para diseño a cortante se esquematizan en la grafica 2.

Base 1 [m] ρ 0.0004309Altura 0.25 [m] K 162.0522018Area 0.25 [m^2] ΦMn 5.850084483ΦMn 5.85 [Kn-m] error 0.00f´c 21.1 [Mpa] ρmin 0.0018fý 420 [Mpa] As 3.42 [cm^2]d´ 0.06 [m] Separacion 20.8 [cm]d 0.19 [m] Barra N° 3

Verificación por cortante.

Vd=9 .07[ KN ]

Vu=9 .071∗0 .25

=0 .036[Mpa ]

Vuc=φ√ f ' c6

=0 .85√21.16

=0 .65 [Mpa ]

Vu<Vucok

Grafica 2. Diagrama de envolventes de momentos y cortante para diseño elemento 2

ELEMENTO 3

En la siguiente figura se muestran las cargas de la combinación 1 para el elemento 32, el diagrama de envolventes para diseño y el diagrama de envolventes de cortante para diseño a cortante se esquematizan en la grafica 3.

Base 1 [m] ρ 0.0007131Altura 0.25 [m] K 267.3127458Area 0.25 [m^2] ΦMn 9.649990125ΦMn 9.65 [Kn-m] error 0.00f´c 21.1 [Mpa] ρmin 0.0018fý 420 [Mpa] As 3.42 [cm^2]d´ 0.06 [m] Separacion 37.7 [cm]d 0.19 [m] Barra N° 4

Verificación por cortante.

Vd=16 .38[KN ]

Vu=16 .381∗0 .25

=0 .06[Mpa ]

Vuc=φ√ f ' c6

=0 .85√21.16

=0 .65 [Mpa ]

Vu<Vucok

El cortante de diseño es menor que el cortante que soporta la sección de concreto reforzado por lo cual no necesita refuerzo por cortante.

Grafica 3. Diagrama de envolventes de momentos y cortante para diseño elemento 3

Se debe colocar una armadura por temperatura para controlar el agrietamiento por repartición en todos los elementos analizados.

Para el elemento 1 y 3

ρmin=0 .0018[−]Asreparticion=0 .0009∗100∗30=2 .7 [cm

2 /m ]S=25[ cm ]

BARRA N°3

Para el elemento 2

ρmin=0 .0018[−]Asreparticion=0 .0009∗100∗25=2 .7 [cm

2 /m ]S=30[ cm ]

BARRA N°3

DISEÑO ESTRUCTURAL DESARENADOR ASOPROUNION

Para el diseño estructural del desarenador se empleara el método de losas apoyadas sobre muros, con condiciones de borde considerando cada pared lateral como una losa apoyada en tres de sus cuatro lados y un empuje activo de terreno adyacente al desarenador. La presión del terreno tendrá la siguiente distribución.

En el siguiente esquema se muestra el tipo de apoyo considerado para cada pared, 3 con restricción y 1 libre.

Donde:

La: Altura del desarenador

Lb: Luz de la pared de la losa

M1x: Momento central paralelo a X con Cb

M1y: Momento central paralelo a Y con Ca

M2x: Momento en el borde de la placa en X

M2Y: Momento en el borde de la placa en Y

La formula de momento es:

Ma,b=Ca,b*Pa*l2a,b

Para este caso Ca=0.089, Cb=0.010

H 1.50 [m] La 1.50 [m]f 32 [°] Lb 11.00 [m]Ka 0.31 [-] B 2.60 [m]SUELO 20 [KN/m3] La/Lb 0.58 [-]P a 6.98 [KN]

M1x 16.04 [KN-m] M2x 5.35 [KN-m]

M1y 1.40 [KN-m] M2y 0.47 [KN-m]

EMPUJE ACTIVO DIMENSIONES

MOMENTOS FRANJA CENTRAL MOMENTOS FRANJA DE APOYO

DISEÑO FLEXION

M1x = M1y= M2x= M2y, Se realizo la siguiente consideración debido a la baja magnitud de los momentos distintos a M1x

Base 1 [m] ρ 0.0017299Altura 0.2 [m] K 640.6139807Area 0.2 [m^2] ΦMn 16.39971791ΦMn 16.4 [Kn-m] error 0.00f´c 21.1 [Mpa] ρmin 0.0018fý 420 [Mpa] As 2.88 [cm^2]d´ 0.04 [m] Separacion 24.7 [cm]d 0.16 [m] Barra N° 3

LOSA DE FONDO

CONCRETO 24 [KN/m3]e 0.2 [m]Pp 4.8 [KN/m]Peso agua 12.753 [KN/m]LD 4.8 [KN/m]LL 12.753 [KN/m]C1 28.40 [KN/m]MA 26.03 [KN-m]MC 13.02 [KN-m]

DISEÑO A FLEXIÓN

Se colocara la armadura con mas área de acero para la construcción de la parrilla de la losa de fondo del desarenador.

MA = MB

Base 1 [m] ρ 0.0027808Altura 0.2 [m] K 1016.796946Area 0.2 [m^2] ΦMn 26.03000181ΦMn 26.03 [Kn-m] error 0.00f´c 21.1 [Mpa] ρmin 0.0033fý 420 [Mpa] As 5.28 [cm^2]d´ 0.04 [m] Separacion 24.4 [cm]d 0.16 [m] Barra N° 4

MC

Base 1 [m] ρ 0.0013675Altura 0.2 [m] K 508.6123733Area 0.2 [m^2] ΦMn 13.02047676ΦMn 13.02 [Kn-m] error 0.00f´c 21.1 [Mpa] ρmin 0.0033fý 420 [Mpa] As 5.28 [cm^2]d´ 0.04 [m] Separacion 24.4 [cm]d 0.16 [m] Barra N° 4

DATOS DE MATERIALES:f 32Ka 0.31 20 [KN/m2]P a 35.00 [KN] cocreto 22 [KN/m3]H 2.8 [m]Nivel Freatico 0 [m]

DISEÑO DE MUROS A GRAVEDAD

Fv6

R

A

Fv4

Fv1 Fv3 Fh1

Fv5 Fh2Fv2

B

q2

H

Z= 0.15H- 0.20H

I=0.1H- 0.15H

b= 0.30H-0.40H

A=0.30 min

B= 2/3H

1

2

3

5

4

N.F

SOBRECARGA

M UNIDADES i =2Luz L 0.00 [m] 0.00Altura Relleno R 2.80 [m] 2.80Altura Pantalla H 2.80 [m] 2.80Long. Zapata B 1.87 [m] 1.90Long.Pié I 0.28 [m] 0.30Espesor sup pantalla A 0.30 [m] 0.40Espesor inf. pantalla b 0.84 [m] 1.50Espesor zapata Z 0.56 [m] 0.70Altura Muro h 3.36 [m] 3.50Long.Talón a 0.75 [m] 0.10

DIMENSIONAMIENTO DEL MURO A GRAVEDAD

CALCULOS:

Vol. Hormigón [m3] 2.64 3.99

0.00 [KN] 0.00

FH= 0.5*suelo*H2*Ka 35.00 [KN] 37.98S FH 35.00 37.98

Fh1*h/2 0.00 [KN- m] 0.00FH2*h/3 39.20 [KN- m] 44.30

SMV 39.20 44.30Fv1= A*H*c.c 18.48 [KN] 24.64Fv2 = Z*B*c.c 23.00 [KN] 29.26Fv3 = a*H* 41.81 [KN] 5.60Fv4 = (b-A)*H/2*c.c 16.63 [KN] 33.88Fv5 = (b-A)*H/2* 15.12 [KN] 30.80Sobrecarga 0.00 [KN] 0.00

S FV 115.04 124.18Fv1*(I+A/2) 7.95 [KN- m] 12.32Fv2 * B/2 21.46 [KN- m] 27.80Fv3 * (I+b+a/2) 62.44 [KN- m] 10.36Fv4*((I+A+((b-A)/3))) 12.64 [KN- m] 36.14Fv5*(b-A)/3+A+I 14.21 [KN- m] 44.15Fv6*(l+A/2) 0.00 [KN- m] 0.00

SME 118.70 130.76

FSD FV/FH 3.29 [-] 2.13

FSV ME/MV 3.03 [-] 2.95

MR SME - SMV 79.51 c 86.46

Xo MR / FV 0.69 [m] 0.70

e B/2 - Xo 0.24 [m] 0.25

B/6 B/6 0.31 [m] 0.32Reacciones del qa1=SFV/B(1+6e/B) 109.61 [KN/m2] 117.73suelo qa1 y qa2 qa2=SFV/B(1-6e/B) 13.65 [KN/m2] 12.98

BASE DE LA PANTALLA 333.31 [KN/m2] 94.52f EN LONGITUD DEL PIE 95.22 [KN/m2] 101.19Momento L. pie 3.92 [KN- m] 4.80 EN LONGITUD DEL PIE 75.01 [KN/m2] 58.80

CHEQUEO NO CUMPLE CUMPLE

ESFUERZOS DE TRACCIÓN EN EL

MURO

Momentos Estabilizadores

Fuerzas Verticales

Fuerzas Horizontales

Momentos Volcantes

Concepto Fórmula Resultados Unidades Resultados