MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE CONCHUCOS EXPEDIENTE TÉCNICO TÉCNICO DE LA OBRA: “M EJO EJORAM RAMIENTO IENTO DE CANAL DE RIEGO CASERIO CASERIO SAN FELIPE, DI STRITO DE CONCHUCO CO NCHUCOSS - PALL PALLASC ASCA A - ANC ANCASH: ASH: I ETAPA” ETAPA”
DISEÑO DE LA CÁMARA ROMPE PRESIÓN TIPO 6 (CRP-6) I. DISEÑO HIDRÁULICO DE LA CÁM CÁM ARA ROM ROM PE PRESIÓN PRESIÓN TIPO 6 (CRP-6 (CRP-6)) DATOS: CAUDAL MA XIMO DIARIO DIÁMETRO DE LA TUBERÍA DE ENTRADA DIÁMETRO DE LA TUBERÍA DE SALIDA
Qmd Dent Dsal
= = =
1 5 .2 2 3 .0 0 3 .0 0
L it/ s eg " "
A.- CÁLCULO DE LA CARGA CARGA REQUERIDA REQUERIDA (H) ( H) PARA P ARA QUE QUE EL GASTO GASTO DE SALIDA PUEDA FLUIR Para determinar determinar la altura de la Cámara Rom pe Presión (CRP-6 ), es n ecesario con ocer la VELOCIDAD VELOCIDAD DEL FLUJO FLUJO "V", para ello se determina m ediante lala siguiente fórmula: = 1.97 1.9735 35
D V
= =
3.00 3.34
" m/seg
Conocida la Velocidad d el Flujo, Flujo, s e puede determinar determinar la altura de la Cámara Ro mpe Presión ( CRP-6) conoc iendo la CARGA REQUERIDA REQUERIDA "H", para ello se determina mediante la siguiente fórmula: = 1.56 2
g = H = H asumida
=
9 .8 1 0.89 0 .9 0
m/seg 2 ; Aceleración gravitacional m m ; A s um im im ooss u n a A ltu ra
0 .1 0 0.90 0 .4 .4 0 1.40
m ; A ltu ra m ín im a d e 1 0 c m m ; Carga de Agua m ; Bo rd e Libre, m ín ínim o de 3 0 c m m
B.- CÁLCULO DE LA ALTURA TOTAL TOTAL DE LA CÁM CÁMARA ARA ROM ROM PE PRESIÓN (H T)
= + +
A H BL HT
= = = =
C.- DIMENSIONAMIENTO Por facilidad, en el proceso constructivo y en la instalacion de accesorios, se consideraran las siguientes dimensiones (internas): CÁMARA HÚMEDA L1 L2 A H BL HT
= = = = = =
0 .6 0 0 .8 0 0.10 0.90 0.40 1.40
m; m; m; m; m; m
An c h o L ar g o Altura Altura mínima de 10 cm Carga de Agua Borde Libre, Libre, mínimo mínimo de 30 cm
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DISEÑO DE LA CÁMARA ROMPE PRESIÓN TIPO 6 (CRP-6) C.- REPRESENTACIÓN GRÁFICA
0.80
0.60
A
A
CÁMARA ROMPE PRESIÓN TIPO 6 (CRP-6): VISTA EN PLANTA
0.80 0.20 0.15
0.40
1.40 0.90
S = 1%
0.10
CÁMARA ROMPE PRESIÓN TIPO 6 (CRP-6): CORTE A-A
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DISEÑO DE LA CÁMARA ROMPE PRESIÓN TIPO 6 (CRP-6) II. DISEÑO ESTRUCTURAL DE LA CÁMARA ROMPE PRESIÓN TIPO 6 ( CRP-6) Para el diseño estruc tural de la Cámara Rom pe Presión TIPO 6, se utilizará el método Portland Cement As soc iation, que determina m om entos y f uerzas cortantes como resultado de experiencias sobre modelos basados en la teoría de "Plates and Shells de Timoshenco, donde se consideran la partes empotradas entre si. Para este tipo de sis tema, típicos para pob laciones rurales, s e utiliza preferentemente la condición q ue cons idera la tapa libre y el fondo empotrado. Para este caso cuando actúa solo el empuje del agua, la presión en el borde es cero y la presión máxima (P), ocurre en la base. = ℎ
= ℎ
El empuje del agua es:
2
Donde: = =
Gt =
1000.00 Kg/m 3 1800.00 Kg/m 3 1.00 Kg/cm²
; Peso especifico del agua ; Peso especific o del terreno ; Capacidad Portante del terreno
A.- CÁLCULO DE MOM ENTOS Y ESPESORES A.1) PAREDES A.1.1) CÁLCULO DEL MOMENTO DE DISEÑO DE LA PARED El calculo se realiza cuando la Cámara Rom pe Presión TIPO 6 se encuentra llena y s ujeta a la presión de agua. h= b=
0.90 0.80
m m
Relación :
b/h = 0.89
Para la relación b/h, se presentan los coeficientes (K) para el calculo de los momentos. b/h
x/h
1.00
0 1/ 4 1/ 2 3/ 4 1
Y= 0 Mx 0.000 0.002 0.009 0.008 -0.035
Y = b/4 My 0.009 0.011 0.013 0.008 -0.007
Los momentos se determinan mediante la siguiente formula: Conocidos los datos s e calcula:
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ℎ =
Mx 0.000 0.000 0.005 0.005 -0.022 M
Y = b/2 My 0.002 0.003 0.005 0.004 -0.005
Mx 0.000 -0.005 -0.006 -0.004 0.000
My -0.018 -0.023 -0.029 -0.020 0.000
= ℎ
729.00 Kg
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DISEÑO DE LA CÁMARA ROMPE PRESIÓN TIPO 6 (CRP-6) MOMENTOS (Kg-m) DEBIDO AL EMPUJE DEL AGUA b/h
x/h
1.00
0 1/ 4 1/ 2 3/ 4 1
Y= 0 Mx 0.00 1.46 6.56 5.83 -25.52
Y = b/4 My 6.56 8.02 9.48 5.83 -5.10
Del cuadro anterio r se obtiene el Máxim o Momento Absoluto: A.1.2) CÁLCULO DEL ESPESOR DE LA PARED Se determina m ediante la siguiente form ula: Donde: f'c = e = 6 ft = b = Reemplazando valores s e tiene: e =
175.00 11.24 100.00 3.69
Y = b/2
Mx 0.00 0.00 3.65 3.65 -16.04
My 1.46 2.19 3.65 2.92 -3.65
M =
Kg/cm² Kg/cm² cm cm
Mx 0.00 -3.65 -4.37 -2.92 0.00
My -13.12 -16.77 -21.14 -14.58 0.00
25.52 Kg-m
; Resistencia del concreto ft =
0.85 ′
Se asume e =
15.00 cm
A.2) LOSA DE FONDO: A.2.1) CÁLCULO DEL MOMENTO DE DISEÑO DE LA LOSA DE FONDO Asum iendo un espesor de la losa de fondo . Y conoc ida la altura de agua, el valor de P será: Se asum e E = 15.00 cm METRADO DE CARGAS: Peso propio del agua: Peso del concreto:
ℎ = =
W =
900.00 Kg/m² 360.00 Kg/m² 1260.00 Kg/m²
La losa de fondo será analizada com o una placa flexible y no c omo una placa rígida, debido a que el espesor es pequeño en relación a la longitud; además se considerará apoyada en un medio cuya rigidez aumenta con el empotramiento. Dicha placa estará empotrada en los bordes. Debido a la acción de las cargas verticales actuantes para una luz interna, se originan los siguientes momentos: MOMENTO DE EMPOTRAMIENTO EN LOS EXTREMOS: L = 0.80 m = −
192
Entonces M =
-4.20 Kg-m
Entonces M =
2.10 Kg-m
MOMENTO EN EL CENTRO: =
384
Para losas planas rectangulares armadas con armaduras en dos direcciones, se recomienda los siguientes factores:
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DISEÑO DE LA CÁMARA ROMPE PRESIÓN TIPO 6 (CRP-6) Para un momento en el centro: Para un momento de empotramiento:
0.0513 0.5290
MOMENTOS FINALES: Empotramiento: M (e) = 0.5290 x M -2.22 Kg-m Centro: 0.11 Kg-m M (c) = 0.0513 x M Por lo tanto el Máximo Momento Absoluto de los mom entos finales obtenidos es :
M=
2.22 Kg-m
A.2.2) CÁLCULO DEL ESPESOR DE LA LOSA DE FONDO El espesor se calcula mediante el método elástico sin agrietamiento, considerando el máximo momento absoluto de los momento finales obtenidos Se determina m ediante la siguiente form ula:
e =
6
Donde: f'c = ft = b =
Reemplazando valores s e tiene: e = Recubrimiento = Para el diseño se considera:
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175.00 11.24 100.00 1.09 4.00
Kg/c m² Kg/cm² cm cm cm
; Res is tenc ia del c onc reto ft =
0.85 ′
Se asume e =
15.00 cm
d = e - recub. =
11.00 cm
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DISEÑO DE LA CÁMARA ROMPE PRESIÓN TIPO 6 (CRP-6) B.- DISTRIBUCIÓN DE LA ARMADURA: Para determinar el valor del área de Acero de la armadura d e la pared, de la losa de cubierta y de fondo, s e cons idera la siguiente relación: =
Donde:
M ; M om ento m áxim o absoluto en Kg-m fs; Fatiga de trabajo en Kg/cm² j ; Relación entre la distanc ia de la resu ltante de los esfuerzos de c om pres ión al c entro de gravedad de los esfuerzos de tensión. d ; Peralte efectivo en (c m) .
B.1) DISTRIBUCIÓN DE LA ARMADURA EN LA PARED: Para la armadura vertical, resulta un mom ento: Para la armadura horizontal el momento:
Mx = My =
-25.52 Kg-m -13.12 Kg-m
Para resistir los momentos originados por la presión del agua y tener una distribución de la armadura, se considera: fs = 0.4 Fy = Es = = 15,000 =
n = fc = b = e = recubrimiento = Peralte efectivo (d) = Fy = f'c =
1680.00 2,1 00,0 00.0 0 198,431.35 10.58 78.75 100.00 15.00 7.50 7.50 4,200.00 175.00
Kg/cm²; fatiga de Trabajo
Kg/cm² cm cm cm cm Kg/cm²; Esfuerzo de Fluencia del Acero Kg/c m² ; Resistencia a la Comp resión del Concreto
1
= 1+
0.33
0.89
= 1 −
3
As mi n= 0.0015 (b)(e)
2.25 cm ²
ACERO VERTICAL =
As adecuado = Se usará acero de diámetro: Área Varilla = Espaciamiento =
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0.23 cm ² 2.25 cm ² 3/8"
DISTRIBUCIÓN:
Ø 3/8" @ 30 cm
0.71 cm ² 30.00 cm
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DISEÑO DE LA CÁMARA ROMPE PRESIÓN TIPO 6 (CRP-6) ACERO HORIZONTAL =
0.12 cm ² 2.25 cm ²
As adecuado = Se usará acero de diámetro: Área Varilla = Espaciamiento =
DISTRIBUCIÓN:
Ø 3/8" @ 30 cm
3/8" 0.71 cm ² 30.00 cm
B.2.- DISTRIBUCIÓN DE LA ARMADURA EN LA LOSA DE FONDO: Como en el caso del calculo de la armadura de la pared, en la losa de fondo se considera un máximo momento absoluto de Mab : fs = 0.4 Fy = n = fc = b = e = recubrimiento = Peralte efectivo (d) = Fy = f'c =
2.22 Kg-m 1,680.00 10.58 78.75 100.00 15.00 4.00 11.00 4,200.00 175.00
Kg/cm²; fatiga de Trabajo Kg/cm² cm cm cm cm Kg/c m² ; Esfuerzo de Fluencia del Acero Kg/c m² ; Resistencia a la Comp resión del Concreto
1
= 1+
0.33
0.89
= 1 −
3
As mi n= 0.0017 (b)(e)
2.55 cm ²
ACERO LONGITUDINAL Y TRANSVERSAL =
As adecuado = Se usará acero de diámetro: Área Varilla = Espaciamiento =
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0.01 cm ² 2.55 cm ² 3/8"
DISTRIBUCIÓN:
Ø 3/8" @ 25 cm
0.71 cm ² 25.00 cm
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DISEÑO DE LA CÁMARA ROMPE PRESIÓN TIPO 6 (CRP-6) C . - CHEQUEO POR ESFUERZO CORTANTE Y ADHERENCIA: El chequeo por esfuerzo c ortante tiene la finalidad de verificar si la estruc tura requiere estribos o no; y el chequeo por adherencia sirve para verificar s i existe una perfecta adhesión entre el conc reto y el acero de refuerzo. C.1.- CHEQUEO DE LA PARED: ESFUERZO CORTANTE: La fuerza cortante total máxima (V), será:
Esfuerzo cortante Nominal (v):
=
=
El esfuerzo permisible nominal en los muros, no excederá a:
ℎ 2
V=
405.00
Kg
v=
0.61
Kg/cm²
Vmax = 0.02 x f'c =
3.50
Kg/cm²
Como Vmax > v = = = = = = > las dimensiones del muro por corte, satisfacen las condiciones de diseño, OK!!! ADHERENCIA: Para elementos s ujetos a flexión, el esfuerzo de adherencia en cualquier punto de la sección se calcu la mediante: Adh = perím etro de la varilla de fierro x Numero de varill as = Para Ø = 3/8" La Adherencia será: 2.99 ℎ Espaciamiento = Ø 3/8" @ 30 cm N° varillas = 3.33 u= 6.08 Kg/cm² El esfuerzo permis ible por adherencia (um ax) es: umax = 0.05 x f'c = 8.75 Kg/cm² Como umax > u = = = = = = > las dimensiones del muro por adherencia, satisfacen las condiciones de diseño OK!!!
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DISEÑO DE LA CÁMARA ROMPE PRESIÓN TIPO 6 (CRP-6) D. - REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA DISTRIBUCIÓN DE LA ARM ADURA
0.10 0.15 Ø 3/8" @ 30 cm
Ø 3/8" @ 30 cm
0.60
0.90
0.15 0.10 0.15 0.10
0.80
0.15
1.10
0.10
CÁMARA ROMPE PRESIÓN TIPO 6 (CRP-6): VISTA EN PLANTA - DISTRIBUCIÓN DE ARMADURA
0.10
1.10 0.15
0.80
0.10 0.15
Ø 3/8" @ 30 cm
Ø 3/8" @ 30 cm
1.40
Ø 3/8" @ 25 cm 0.15 0.10 CÁMARA ROMPE PRESIÓN TIPO 6 (CRP- 6) : CORTE A-A - DISTRIBUCIÓN DE ARMADURA
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