diseÑo estructural asoprounion
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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