diseño estructural de Buzon

DISEÑO DE BUZONES O CÁMARAS DE INSPECCIÓN UBICACIÓN DISEÑO: Para el diseño de los buzones, debemos tener en cuenta los cálculos hidráulicos realizados para la red principal. Podemos describir que las profundidades que se registran están entre 1.20m. y 4.0 por lo que que los los buz buzon ones es se diseña diseñarán rán para para una una altura altura l!m l!mite ite de 4." 4."0 0 m, m, a as! s! dep depend endien iendo do de su profu profu tendremos# $uzo uzones %ta %tanda dard rd o&ipo ipo ' ( .0 .0 m $uzones &ipo $  .0 m y - .0 m

) )

*+ %+ *+ '+

DISEÑO DE LOS BUZONES BUZONES TIPO A: # H ≤ %$&&' ) a) DISEÑO DE LA LOSA DEL TECHO %e diseñará en las dos direcciones principales como una losa simplemente apoyada y se tomará como fran/a de diseño a la que pasa por el centro de la losa, además el máimo momento ocurrirá cuando la carga mil o sobrecarga se encuentre en dicho centro. 3l techo del buzn es una losa remoible de concreto armado y lleará una abertura de acceso de 0.0m de diámetro 56.7.*. 8 &!tulo 9 :.

d

D

1) Metrado de Carga ! CAR"A MUERTA #C$M$) Peso propio#

;pp <

(p/4) * et * gca * (D² - dt²)

;pp <

(p/4) * 0.20 * 2400 * (1.50² - 0.60²)

;pp <

=12."1

>g

Peso tapa# 6eferencia # tapa y marco marco de *?'?, &@P%' ;tap =

120.000

>g

3ntonces#

C.M. =

(%$*1%

+g

! CAR"A ,I,A #C$,$) %e tomará la accin de medio e/e de un tren de de carga tipo A20 %1844, por lo tanto se tiene#

C$,$ -

(&&&

+g

! CAR"A ULTIMA DE DISEÑO #P.) Pu < Pu <

1.4 5*.B.: C 1.= 5*.D: 1.4 52."1: C 1.= 5000:

P. -

1/0*$*

+g

2) Cálculo del Acero de Refuerzo:

Mo'e2to a3t.a2te Pu

L

D.M.F.

Mu

Ea luz de cálculo, de los elementos que no estFn construidos monol!ticamente monol!ticamente con sus apoyos, debe considerarse como la luz libre más la altura del elemento, pero no necesita ser mayor que la distancia entre los centros de los apoyos 57orma '*G 1:. En C et E1< E 1 < 1.20 C 0.20 E1<

1.40

E 2 < En C em E 2 < 1.20 C 0.1"

H H m

H E2<

1."

entonces escogemos el menor alor#

L3ntonces #

Bu <

1 $% *

'

Pu  E 4 Bu < 14="."2  1." 4

m

M. -

/4(%$%

5g6'

Re7.er8o 927er9or  Itilizamos las ecuaciones de flein para secciones rectangulares#

As = Mu / (Ø fy (d - a/2)) ;

a = As * fy / (0.85 * f'c * )

donde# J< b< fMc < fy < et < d< r<

d<

0.K0 100 210 4200 20 et 8 r 8 JO2 4

) Llein cm >gOcm2 >gOcm2 cm cm cm ) Para concreto en contacto con el suelo o epuest al medio ambienteH ≤ J "O . 7orma '*G 1.

20 8 4 8 2."4 N51O2: O2

d<

1"."

cm

3l momento Qltimo será resistido en ambas direcciones por igual, por lo tanto para cada sentido de análisis se repartirá la mitad del total del momento calculado. y as! obtener el momento Qltimo de diseño# Bud < Bud <

M.d -

0." N Bu 0." N 4K.2

/41$(1

5g6'

 'sumimos# a< 6eemplazando alores#

1.04"

cm

As =

/$//1

3' 

a<

1.04"

cm

Derificacin#

Uar :  1;< = &$0* '> e2 3ada e2t9d

*hequeo#  's min <  's min <

0.001 b N d ) 2 2.= cm

Por contraccin o temperatura. 57orma '*G 1:

Re7.er8o .?er9or  %e considera el mayor alor de#  's min <  's min < 3ntonces#

A -

0.001 b N d H 2 2.= cm H

$0

@) DISEÑO DE LA PARED DEL BUZÓN

3' 

's < 's <

 'sC O  1.40

cm2

Uar :  %;(< = &$* '> e2 3ada e2t9do

%e diseñaran para la situacin más desfaborable, esta se da cuando el buzn se encuentra acio. Rebido a la forma cil!ndrica de la estructura, está a a traba/ar como un anillo sometido a esfuerzos normales de compresin que serán absorbidos por el concreto.

W (Tn /m)

X df 

R

ds d Y



P

Rel gráfico # df < ; N ds . . . 5a:

P

ds < 6 N dS . . . 5b:

 'plicamos las ecuaciones de la estática. Rel equilibrio de fuerzas en el e/e @ tenemos#

 - & ; ds senS 8 2P ; ds senS ; 6 dS senST π 

< <

0 2P < 2P

WR ∫0 senθdθ =2 P

. . . reemplazando 5b: . . . integrando de 0 a U

; 6 5 8cosUTC cos 0: < 2P

P-

3ntonces#

R

. . . 51:

Ronde# P< ;< 6<

fuerza actuante en comprensin carga distribuida radio del anillo

1) ANALISIS DE CAR"AS ACTUANTES: E'?.Fe deG terre2o <t< : 3l empu/e que el terreno e/erce sobre las paredes está dado por ;t, llamado presin actia del terreno, la cual es triangular u aumenta con la profundidad.



h

Wt = Ka * g * h

h

Wt = Ka * g * h

$asándonos en la teor!a de 6anVine, tenemos# $asándonos en la teor!a de 6anVine, tenemos# ;t <

>a N γ N h

2 θ −cos 2 φ √   K a =cos θ 2 2 cos θ + √ cos θ − cos φ

cos θ − cos

H

Ronde# ;t < >a < γT < h < JT < S< Para taludes horizontales#

Presin debida al empu/e del terreno *oeficiente de empu/e actio Peso espec!fico del material en grOcm  Profundidad de análisis a partir del 7.&.7. en m. 'ngulo de friccin interna  'ngulo sobre la horizontal del talud del material S < 0

Euego se tiene la siguiente ecuacin #

 K a = tan

2

(

45

º −

 φ 2

)

Para la calicata 0# JT < h< γT <

12.1 .00 1.1

t -

%*(1$*1

? m

)

>a <

0."2

>a <

0."K

grOcm

5g;'

Para la calicata 04# JT < h< γT <

11. 2." 1.0

t -

%1&4$%/%

? m

)

grOcm

5g;'

Pre92 de ag.a <a<

h' N.F. h

N.F. h

Wa = ga * h-h') Para la calicata 0# ;a < ga*(h8hM:

ga < h< hM <

1000 2." 1.10

a -

VgOm m m

1/(& 5g;'

Para la calicata 04# ;a < ga*(h8hM:

ga < h< hM <

1000 .00 1.1"

a -

VgOm m m

1(*& 5g;'

So@re3arga <S;C<

/!

Ws/c = Ka * /!

h

%O* <

1000

Para la calicata 0# >a <

0."2

;3 Para la calicata 04#

*$&1

>gOmW

+g;'

>a <

0."K

;3 -

*($*/

+g;'

Carga totaG << : ; <

;t C ;sOc C ;a

3n resumen#

CaG93ata

t #+g;')

 4

"1."21 10K.4

a #+g;') ;3#+g;')  #+g;') 140.000 1"0.000

"2.01 "."4

"=1."= "1=.K0=

 #+g;') "=1."= "1=.K0=

%e &oma una fran/a de 1m de ancho, y asi calcular el esfuerzo lineal uniformemente distribuido.

) CHEJUEO DEL ESPESOR DE PARED gOcmW, se erificará si el buzn resistirá la carga total actuante. &omando una fran/a de un metro de buzn, la fuerza resistente que tomará el concreto será#

3 -

&$(* !  ! 7 K3 ! e' ! @

Lc <

0." N 0.=0 N 210 N 1" N100

3 -

1(0/*

J < 0.=0 ) *ompresin

+g

Aallando la fuerza actuante de la ecuacin 51:# P <

;6

CaG93ata

 #+g;')

R #')

P #T2)

3 #T2)

 4

"=1."= "1=.K0=

0.=" 0.="

4.2" 4.21

1=.4 1=.4

,er9793a392$ P--Lc P--Lc

3) DISEÑO DE LA LOSA DE ONDO 3l estado en el cual se hallará el buzn que causará los mayores esfuerzos sobre la losa de fondo del mismo, es cuando este se encuentre lleno de aguas negras.

"t D h

"m

) XV. ) XV.

"f 

h < et <

.00

Profundidad de buzn en m.

0.20

3spesor losa de techo de buzn en m.

em < ef  <

0.1"

3spesor de pared de buzn en m.

0.20 1."0 1.20

3spesor losa de fondo de buzn en m. Riámetro eterno del buzn en m. Riámetro interno del buzn en m.

R < d <

2."0

1) Metrado de Carga ! CAR"A MUERTA #C$M$) Peso losa techo#

;& <

Peso losa pared# Peso losa fondo#

<

2."1

>g

;m <

2."1 >g 2   2000NUO4N5R 8d2:N5h8et:

<

"2."

>g

;f <

2400 N UO4 N R  N ef 

<

4.20

>g

C$M$ -

*/%$%&4

+g

< <

4.K 000.000

>g >g

C$,$ -

11/(%$%4(

+g

P2 -

10$0&0

+g

P. -

($/1&

+g

\n <

K4".0

>gOm2

2 -

&$4/0

+g;3'

2

! CAR"A ,I,A #C$,$) 1100 N UO4 N d2 N 5h8et:

Pe. aguas negras# ;an < %obrecarga# ;sOc <

000

! CAR"A NOMINAL ACTUANTE
*.B C *.D

)

! CAR"A ULTIMA ACTUANTE
1.4N*.B C 1.=N*.D

)

) E7.er8o a3t.a2te o@re eG terre2o <2< :

\n <

Pn < 4 Pn  '

U R2

)

Rel estudio de Becánica de %uelos, obtuimos una capacidad portante del terreno para la calicata 0 de t  - 1$1(1 +g;3' , 5para la profundidad de .00m:

Euego se tiene #

&$4/0  1$1(1

)

XV.

H

3ntoces el terreno no fallara

CaG93;-$*(

CM #+g)

C, #+g)

P2 #+g)

P. #+g)

2 #+g;3')

t #+g;3')

4

40=.1=

101.

1"4.4KK

24K14.1

0.=" 0.="-1.14

1.14 ) XV.

%) CG3.Go deG a3ero de re7.er8o$ ! E7.er8o Gt9'o a3t.a2te <.< :

\u <

Pu < 4 Pu  '

)

. -

1*&1$&1/

+g;'

U R2

Rel análisis anterior se deduce que el buzn no fallará por hundimiento y que en caso de producirs la falla del buzn esta será por punzonamiento del mismo, por lo que el refuerzo de la loza de fondo será en dos direcciones. %i consideramos un ancho de 1 m , tenemos# Bu <

\u N E2

H

E < Euz entre centros de apoyos

 Bu <

1"201.014

M. -

%/$4(1

51.20 C 0.1":2 

+g6'

3l momento Qltimo será resistido en ambas direcciones por igual, por lo tanto para cada sentido de análisis se repartirá la mitad del total del momento calculado. y as! obtener el momento Qltimo de diseño# Bud < Bud <

0." N Bu 0." N 42.K1

M.d -

10%1$/41

5g6'

Itilizamos las ecuaciones de flein para secciones rectangulares#

As = M / (Ø fy (d - a/2)) ;

a = As * fy / (0.85 * f'c * )

donde# J< b< fMc < fy < ef < d< r<

d<

0.K0 100 210 4200 20 ef 8 r 8 JO2 =."

) Llein cm >gOcm2 >gOcm2 cm cm cm ) Para concreto aciado contra el suelo y permanentemente epuesto a el. 7orma '*G 1.

20 8 =." 8 2."4 N51O2: O2

d<

11."

cm

 'sumimos# a< 6eemplazando alores#

0.K4

cm

As =

/$&1

3' 

a<

0.K4

cm

Derificacin#

Uar :  1;< = &$0* '> e2 3ada e2t9d

*hequeo#  's min <  's min <

0.001 b N d ) 2 2.1 cm

Por contraccin o temperatura. 57orma '*G 1:

. didad

o

2K2.K4

21.

e

o

DISEÑO DE LOS BUZONES TIPO B: # H Q %$&&' ) a) DISEÑO DE LA LOSA DEL TECHO 3l diseño es similar para la losa de techo de los $uzones &ipo ' , ya q estan epuestas a las mismas condiciones de carga y tienen la misma geometria.

d

D

3n resumen el acero de refuerzo es#

Re7.er8o 927er9or :

Uar :  1;< = &$0* '> e2 3ada e2t9do

Re7.er8o .?er9or :

Uar :  %;(< = &$* '> e2 3ada e2t9do

@) DISEÑO DE LA PARED DEL BUZÓN 1) ANALISIS DE CAR"AS ACTUANTES: E'?.Fe deG terre2o <t< : $asándonos en la teor!a de 6anVine, tenemos# ;t <

>a N γ N h

H

 K a = tan

2

(

45  º −

 φ 2

)

Ronde# ;t < >a < γT < h < JT <

Presin debida al empu/e del terreno *oeficiente de empu/e actio Peso espec!fico del material en grOcm  Profundidad de análisis a partir del 7.&.7. en m. 'ngulo de friccin interna

Para la calicata 01# JT < h< γT <

12.0 4."0 1.K

t -

*0&&$0*

? m

)

>a <

0."4

>a <

0.""

grOcm

5g;'

Para la calicata 02# JT < h< γT <

12.0 ."0 1.1=

t -

/1*$0(1

? m

)

grOcm

5g;'

Pre92 de ag.a <a< Para la calicata 0# ;a < ga*(h8hM:

ga < h< hM <

1000 4.00 1.10

VgOm m m

4&& 5g;'

a Para la calicata 04# ;a < ga*(h8hM:

ga < h< hM <

1000 ."0 1.1"

a -

VgOm m m

%*& 5g;'

So@re3arga <S;C< %O* <

1000

Para la calicata 01# >a <

0."4

;3 -

*/$%/0

Para la calicata 02# >a <

;3 -

>gOmW

+g;'

0.""

**$&/(

+g;'

Carga totaG << : ; <

;t C ;sOc C ;a

3n resumen#

CaG93ata 1 2

t #+g;') a #+g;') ;3#+g;')  #+g;') "=00.=" 41".=1

2K00.000 2"0.000

"4.4= "".04

K2"".022 =1=0.2K

 #+g;') K2"".022 =1=0.2K

%e &oma una fran/a de 1m de ancho, y asi calcular el esfuerzo lineal uniformemente distribuido.

) CHEJUEO DEL ESPESOR DE PARED gOcmW, se erificará si el buzn resistirá la carga total actuante. &omando una fran/a de un metro de buzn, la fuerza resistente que tomará el concreto será#

3 -

&$(* !  ! 7 K3 ! e' ! @

Lc <

0." N 0.=0 N 210 N 1" N100

J < 0.=0 ) *ompresin

3 -

1(0/*

+g

Aallando la fuerza actuante de la ecuacin 51:# P <

;6

CaG93ata

 #+g;')

R #')

P #T2)

3 #T2)

1 2

K2"".022 =1=0.2K

0.=" 0.="

.K41 ".=

1=.4 1=.4

,er9793a392$ P--Lc P--Lc

) XV. ) XV.

) DISEÑO EN CONCRETO ARMADO: Eas cámaras son de seccin circular y segQn los estudios de Dladimir %. >eVach 5Problemas de 3lasticidad :, basadas en hiptesis de >irchoff, donde considera que las tensiones normales en las paredes de una estructura circular son tan ba/as que pueden menospreciarse y sobre todo las cámaras que se comportan como beda gruesa, se presenta a continuacin unos parámetros que determinan el tipo de beda# r O h ≤   - r O h - 20 r O h ] 20

beda gruesa beda de grosor medio beda delgada

Donde :

r< h<

6adio del buzn en m. 'ltura del buzn en m.

Para nuestro proyecto tenemos#

r< h<

0.0 4."0

m m

5para efectos de diseño:.

3ntonces # 6Oh <

0.133

- 

) beda gruesa

3sta relacin entre el radio y altura del buzn demuestra que el buzn es una estructura de tipo beda grues Por lo tanto el esfuerzo principal al que están sometidas las paredes del buzn es el de traccin. Para el diseño, se considerará una altura de 1.0 m y se tiene en cuenta que la parte más desfaorable de la altura del buzn, es la parte del fondo. 's! se tiene# X

W (Tn /m)

df  ds

# 

d Y



T

T

Aacemos el mismo análisis, como se hizo cuando el anillo estaba sometido a esfuerzos de compresin obteniendo la misma frmula, pero en lugar de P, ete se reemplaza por &. 's! se tiene#

T-

r

. . . 52:

Ronde# &< ;<

fuerza actuante en traccin carga distribuida

r<

radio del anillo

T-

Por tanto# Ronde#

γan < h <

γa2!

!r!@

1100 4."00

b < 1.00 m

5ancho de diseño:

VgOm m

& < 1100 N 4."0 N 0.0 N 1.00

T%i consideramos que # & <

40&$&&

5g

's N fs

fs <

0."0 N fy

fs <

2100.00

 's <

& fs

A -

1$/1

fs < H

fy <

esfuerzo de traba/o del acero 4200

VgOcm2

VgOcm2

3ntonces  <

2K=0.00 2100.00

5g;3'

*hequeo por cuant!a m!nima o refuerzo m!nimo en muros 57orma de *oncreto 3structural '*G81:#

 A3ero Hor98o2taG #A) Para barras corrugadas no mayores de la n+ 1 52:

r<  'sh m!n <  'sh m!n < Euego#

0.0020 r m!n N bN em .0

b < em <

100

cm

1"

cm

)

A -

%$&&

3'

)

Uar :

cmW

's - 'sh m!n

3ntonces #

 %;(< = &$* '

 A3ero ,ert93aG #A) Para barras corrugadas no mayores de la n+ 1 52:

r<  's m!n <  's m!n <

0.0012 r m!n N bN em 1.

b < em <

100

cm

1"

cm

1$(&

3'

cmW

Euego#

)

A -

3ntonces #

)

Uar :

 %;(< = &$%* '

3) DISEÑO DE LA LOSA DE ONDO Ea situacin más cr!tica se presentará cuando el buzn se encuentra lleno de aguas seridas 5Peso espec!fico 1100 >gOcm^: , a continuacin calcularemos las cargas que serán soportadas por dicha losa. &enemos#

h < et <

4."0

Profundidad de buzn en m.

0.20

3spesor losa de techo de buzn en m.

em < ef  <

0.1"

3spesor de pared de buzn en m.

0.20 1."0 1.20

3spesor losa de fondo de buzn en m. Riámetro eterno del buzn en m. Riámetro interno del buzn en m.

R < d <

."0

1) Metrado de Carga ! CAR"A MUERTA #C$M$) Peso losa techo# Peso losa pared# Peso losa fondo#

;& <

2."1 >g 2   2400NUO4N5R 8d2:N5h8et: ;m < 2400 N UO4 N R 2 N ef  ;f <

<

2."1

>g

<

"".00

>g

<

4.20

>g

C$M$ -

(/$&//

+g

< <

"4K."04 000.000

>g >g

C$,$ -

1%%/4$*&/

+g

P2 -

1*4*$*/(

+g

P. -

%/%($1(

+g

\n <

12220."0

>gOm2

2 -

1$

+g;3'

"0.4

! CAR"A ,I,A #C$,$) 1100 N UO4 N d 2 N 5h8et:

Pe. aguas negras# ;an < %obrecarga# ;sOc <

000

410".4

! CAR"A NOMINAL ACTUANTE
*.B C *.D

)

! CAR"A ULTIMA ACTUANTE
1.4N*.B C 1.=N*.D

)

) E7.er8o a3t.a2te o@re eG terre2o < 2< :

\n <

Pn < 4 Pn  '

)

U R2

Rel estudio de Becánica de %uelos, obtuimos una capacidad portante del terreno para la calicata 01 de t  - 1$0 +g;3'  . Euego se tiene #

1$  1$0

)

XV.

H

3ntoces el terreno no fallara

CaG93$;-%$*&

CM #+g)

C, #+g)

P2 #+g)

P. #+g)

Eaguna

=1K.20

1210".4

124.

2KK.1

2 #+g;3') t #+g;3') 1.0" 1$14 1.0"-1.1K

)

XV.

%) CG3.Go deG a3ero de re7.er8o$ ! E7.er8o Gt9'o a3t.a2te < .< :

\u <

Pu < 4 Pu

)

. -

14%0*$&4/

+g;'

U R2

 '

Rel análisis anterior se deduce que el buzn no fallará por hundimiento y que en caso de producirse la falla del buzn esta será por punzonamiento del mismo, por lo que el refuerzo de la loza de fondo será en dos direcciones. %i consideramos un ancho de 1 m , tenemos# Bu <

\u N E2

H

E < Euz entre centros de apoyos

 Bu <

1K=".0K4 51.20 C 0.1":2 

M. -

//1%$((4

+g6'

3l momento Qltimo será resistido en ambas direcciones por igual, por lo tanto para cada sentido de análisis se repartirá la mitad del total del momento calculado. y as! obtener el momento Qltimo de diseño# Bud < Bud <

M.d -

0." N Bu 0." N 441.K

&$4//

5g6'

Itilizamos las ecuaciones de flein para secciones rectangulares#

As = M / (Ø fy (d - a/2)) ;

a = As * fy / (0.85 * f'c * )

donde# J< b< fMc < fy < ef < d< r<

d< d<

20

) Llein cm >gOcm2 >gOcm2 cm

ef 8 r 8 JO2 cm =."

cm ) Para concreto aciado contra el suelo y permanentemente epuesto a el. 7orma '*G 1.

20 8 =." 8 2."4 N51O2: O2 11."

cm

1.221

cm

As =

*$1((

3' 

a<

1.221

cm

 's min <

0.001 b N d

 'sumimos# a< 6eemplazando alores#

Derificacin# *hequeo#

0.K0 100 210 4200

)

Uar :  1;< = &$* '> e2 3ada e2t9do

Por contraccin o temperatura.

 's min <

2.1

cm2

57orma '*G 1:

a,