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