DISEÑO ESTRUCTURAL ESTRUCTURA L DE POZA DISIPA DISIPA DORA PROYECTO: "Mejoramiento "Mej oramiento y Rehabilitación Rehabilitaci ón del Servic io de agua oara oara riego de la comunidad comuni dad de Maycunaca, distrito de Ichuña, Gral. Sanchez Cerro, Moquegua"
En el proyecto se han pro proyectado yectado la construcción const rucción de 14 pozas disipadoras disipadoras de enegía de concreto c oncreto armado armado f'c= 210 kg/cm2, kg/c m2, de s sección ección rectangula rect angularr, de ancho igual a 0.60m y altura de poza igual a 0.60m. El E l predimensionamiento predimensionamiento de las pozas se han realizado con el diseño hidraulico.
1) DATOS i) Dimensiones de la sección de la poza: Altura de muro de poza, poza, h
h 0.60m
Ancho de la poza, b
b 0.60m
Espesor de muro, d1
d1 0.15m
Espesor de piso, d2
d2 0.15m
Ancho de la "oreja", X
X 0.0m
X
b
X
h
Fig. 01 Sección de la poza
ii ) Cara Características cterísticas físicas del su elo y el con creto: Peso unitario del material seco
γs 1850
kg m
Angulo de fricción interna Capacidad portante del terreno seco
3
ϕ 34.1° σc 1.46
γc 2400
Peso unitario del concreto
kg m
Carga externa, sobrecarga
3
Scarga 500
2
Peso específico del agua
2
m
kg cm
kg
γa 1000
kg m
3
2) DISEÑO ESTRUCTURAL En el cálculo estructural se consideran los siguientes casos extremos que pueden presentarse durante la vida util de la obra de arte: b X 2 Sobrecarga a) CASO I: Nivel de terreno La poza de disipación se encuentra sin agua, con relleno a ambos lados de las paredes paredes laterales de la poza, sin presencia de nivel freático por debajo de la cimentación de la estructura.
P2 P3
h Ps
A
h 3
B P1
Fig. 02 Diagrama de Fuerzas
PRESII N NEU PRES NEUTR TRA A DEL TERRENO
i) SOBRECARGA Altura equivalente por sobrecarga, he he
Scarga γs
0.27m
h h he 0.87m
;altura de diseño
ii) FACTOR PRESION NEUTRA Factor de presión neutra del terreno λ n: λ n ( 1 sin ( ϕ) ) 0.439
ii i) EMPUJE SOBRE LAS PAREDES Cálculo de la presión neutra del terreno: Ps
1 2
2
λ n γs h 1m 307.802 kg
iv) FUERZA CORTANTE TOTAL MAXIMA, Vm Vm Ps 307.802 kg
v) ESFUERZOS CORTANTES Y MOMENTOS EN LAS PAREDES V ( y)
M ( y)
y
y yy
h
1 2 1 6
λ n γs ( h y)
2
λ n γs ( h y)
h
500 49
h
3
yy
h
h
500 30
h
1
1
0.8
0.8
0.6
y yy
0.4 0.2 0
0.6 0.4 0.2
0
100
200
300
400
V( y) V( yy)
Fig. 03 Diagrama de Esfuerzos Cortantes
0
0
20
40
60
80
100
M( y) M( yy)
Fig. 04 Diagrama de Momentos
vi) ESFUERZOS CORTANTES Y MOMENTOS EN LA LOSA FONDO Momento en el punto A: h M1 A Ps 89.29 kg m 3 Momento en el punto B: M1B M1 A 89.29 kg m MA M1 A w 0 m L b 0.6 m
V ( x) w
L x 2 w x
M ( x) MA L
x
L
L
( L x)
L
500 49
xx
2
L
500 30
L
1 0.5 V( x) V( xx)
0
0.5 1
0
0.2
0.4
0.6
x xx
Fig. 05 Diagrama de Esfuerzos Cortantes
89.2 M ( 0) 89.29 m kg
89.25 M( x) M( xx)
M ( L) 89.29 m kg
89.3
89.35 89.4
0
0.2
0.4 x xx
Fig. 06 Diagrama de Momentos
0.6
vii) PRESION DE LA ESTRUCTURA SOBRE EL TERRENO Peso de la losa de fondo, P1 kg P1 b 2 d1 2 X d2 γc 324 m
Peso del muro, P2 kg P2 d1 h γc 313.297 m Peso del suelo sobre la oreja "X", P3 P3 γs h X 0 Presión de la estructura sobre el terreno σt
( P1 2 P2 2 P3)
b 2 d1 2 X
0.1056
kg 2
cm
Factor de seguridad, Fp Fp
σc σt
13.823
if (Fp 2 "Ok" "Corregir" ) "Ok"
b) CASO II: La poza de disipación esta con agua hasta la cota superior de la pared lateral, con relleno a ambos lados de las paredes laterales, s in la presencia de nivel freático por debajo de la cimentación de la estructura. PESO DEL AGUA
q=γa x h = Peso del agua
Q b 2
X
Sobrecarga Nivel de terreno
P2 P3
h Pa
Ps
A
h 3
B P1 PRESI N DEL AGUA
PRESI N NEUTRA DEL TERRENO Fig. 07 Diagrama de Fuerzas
i) EMPUJES SOBRE LAS PAREDES Presión neutra del terreno: Ps
1 2
2
λ n γs h 1m 307.802 kg
Presión del agua: Pa
1 2
2
γa h 1m 378.685 kg
ii) ESFUERZOS CORTANTES Y MOMENTOS EN LAS PAREDES V ( y)
M ( y) h
y
1 2 1 6
2
λ n γs ( h y) 3
λ n γs ( h y)
h
500 49
h
yy
1 2 1 6 h
γa ( h y)
2
γa ( h y)
h
500 30
3
h
1
1
0.8
0.8
0.6
y yy
y yy
0.4 0.2 0
80
0.6 0.4 0.2
60
40
20
0
0
30
20
V( y) V( yy)
Fig. 08 Diagrama de Esfuerzos Cortantes
10
0
M( y) M( yy)
Fig. 09 Diagrama de Momentos
iii) ESFUERZOS CORTANTES Y MOMENTOS EN LA LOSA FONDO En la c ondición de la poza llena de agua el momento en el punto A es debido a las fuerzas de empuje del terreno y del agua.
Momento en el punto A: 1 1 M2 A h Pa h Ps 20.562 kg m 3 3
Momento en el punto B: q γa h 0.087
kg 2
cm
1 2 M2B M2 A q b 1m 18.6 kg m 8 MA M2 A w q m L b 0.6 m
V ( x) w
L x 2 w x
M ( x) MA L
x
2
L
L
500 49
xx
L
( L x)
L
500 30
L
400 200 V( x) 0
V( xx)
200 400
0
0.2
0.4
0.6
x xx
Fig. 10 Diagrama de Esf uerzos Cortantes 30
M ( 0) 20.562 m kg
20
M( x)
10
M( xx)
M
0
M ( L) 20.562 m kg
10 20
0
L 18.6m kg 2
0.2
0.4
0.6
x xx
Fig. 11 Diagrama de Momentos
iv) PRESION DE LA ESTRUCTURA SOBRE EL TERRENO El factor de seguridad Fp, con respect o a la c apacidad portante del terreno tiene que ser mayor o igual a 2.00, o sea. El cálculo de los pesos se hace sobre 1m de losa de fondo.
Peso de la losa de fondo, P1 P1 324
kg m
Peso del muro, P2 P2 313.297
kg m
Peso del suelo sobre la oreja "X", P3 P3 0 Peso del agua, Q kg Q γa h b 522.162 m Entonces : σt
Fp
( P1 2 P2 2 P3) Q
b 2 d1 2 X σc σt
kg
0.1636
2
cm
8.922
if (Fp 2 "Ok" "Corregir" ) "Ok"
3) CALCULO DEL PERALTE EFECTIVO
Resistencia del concreto y el acero: f´c 210
kg
f y 4200
2
cm
kg 2
cm
Esfuerzo de c ompresión del c oncreto armado: kg
f c 0.4 f´c 84
2
cm
Esfuerzo permisible en el ac ero: f s 0.4 fy 1680
kg 2
cm
Módulo de elasticidad en el c oncreto: Ec 15000
210
kg 2
217370.651
cm
kg 2
cm
Módulo de elasticidad del acero: 6
Es 2.1 10
kg 2
cm
Relación módulo de elastic idad del acero y el concreto: n
Es Ec
9.661
Relación de las tensiones del acero y el concreto: f s
τ
Factor adimensional: n
k
20
f c
n τ
Factor adimensional: j 1
0.326
k 3
0.891
Peralte efectivo : M M1 A 2M
d
f c j k 100cm
2.706 cm
Espesor de muro, em : Ø
3 8
;diámetro de acero
in
r 5cm em d
;recubrimiento Ø 2
r 8.182 cm
espesor_de_muro "Se acepta el espesor de muro propuesto"
4) RESUMEN DE MOMENTOS M A
MB
CASO I:
M1 A 89.29 m kg
M1B 89.29 m kg
CASO II:
M2 A 20.562 m kg
M2B 18.6m kg
5) CALCULO DE REFUERZO ESTRUCTURAL i) Condic iones generales
En los muros, el refuerzo principal se calculará según: - Con momento " M A"
CASO I
En el piso, el refuerzo se calculará según: - Con momento " M A" ó " MB"
CASO I y II, el más crítico.
Cuantía de refuerzo mínimo y recubrimiento (r): - Muros:
As min=0.0015xbxd
r=5cm, d=dT - r
- Piso:
As min=0.0017xbxd
r=5cm, d=dT - r
Refuerzo por contracción y temperatura: - Muros:
As TEMP=0.0025xbxdT
dT=Peralte total
- Piso:
As TEMP=0.0018xbxdT
dT=Peralte total
ii) Cálculo del refuerzo pri ncipal vertical en los m uros Φ 0.90
r 5 cm b 100cm d d1 r 10 cm Momento último, Mu Mu 1.8 M1 A 160.723 kg m 2
W root Mu Φ b d f´c W ( 1 0.59 W) W 0.00001 1
ρ W
ρ
f´c f y
0.00043
0.0015 if ρ 0.0015 ρ if ρ 0.0015
ρ 0.0015
As
ρb d
1m
1.5
1 m
2
cm
Seleccione el diámetro del acero a utilizar:
Diámetro Area
Diámetro "Ø 3/8" Ø 1/4 Ø 3/8 Ø 1/2 Ø 5/8 Ø 3/4 Ø 7/8 Ø1
espaciamiento Round
As As m 2
as Area cm
Usar_acero "Ø 3/8" @40 cm"
iii ) Cálculo del refuerzo hori zontal en los muros Refuerzo por c ontracción y temperatura en los muros: ρ 0.0025
As
ρ b d1
1m
3.75
1 m
2
cm
Seleccione el diámetro del acero a utilizar:
Area cm2
As
5cm 45 cm
Diámetro Area
Diámetro "Ø 3/8" Ø 1/4 Ø 3/8 Ø 1/2 Ø 5/8 Ø 3/4 Ø 7/8 Ø1
espaciamiento Round
Area cm2
As
5cm 20 cm
Usar_acero "Ø 3/8" @20 cm"
iv) Cálculo del refuerzo del piso de la poza r 5 cm b 100cm d d1 r 10 cm Momento último, Mu
Mu 1.8 max M1 A M1B M2 A M2B
160.723 m kg
2
W root Mu Φ b d f´c W ( 1 0.59 W) W 0.00001 1
ρ W
ρ
f´c f y
0.00043
0.0017 if ρ 0.0017 ρ if ρ 0.0017
ρ 0.0017
As
ρ b d
1m
1.7
1 m
2
cm
Seleccione el diámetro del acero a utilizar:
Diámetro Area
Diámetro "Ø 3/8" Ø 1/4 Ø 3/8 Ø 1/2 Ø 5/8 Ø 3/4 Ø 7/8 Ø1
espaciamiento Round
Usar_acero "Ø 3/8" @40 cm"
v) Cálculo del refuerzo horizontal en piso Refuerzo por contracción y temperatura en piso: ρ 0.0018
Area cm2
As
5cm 40 cm
As
ρ b d2
1m
2.7
1 m
2
cm
Seleccione el diámetro del acero a utilizar:
Diámetro Area
Diámetro "Ø 3/8" Ø 1/4 Ø 3/8 Ø 1/2 Ø 5/8 Ø 3/4 Ø 7/8 Ø1
espaciamiento Round
Area cm2
As
5cm 25 cm
Usar_acero "Ø 3/8" @25 cm"
ϕ2 "Ø 3/8" @20 cm" ϕ1 "Ø 3/8" @40 cm"
ϕ4 "Ø 3/8" @25 cm"
ϕ3 "Ø 3/8" @40 cm"
Fig. 12 Detalle de refuerzos en poza disipadora
6) CHEQUEO POR ESFUERZO CORTANTE Y ADHERENCIA
Esfuerzo cortante La fuerza cortante total máxima Vm es: Vm 307.802 kg El esfuerzo cortante nominal (ν) será: ν
Vm d 100cm
0.308
kg 2
cm
El esf uerzo permisible nominal en el c oncreto, para muros no excederá a: Vmáx 0.02 f´c 4.2
kg 2
cm
if ( ν Vmáx "Ok" "Corregir" ) "Ok"
Esfuerzo de adherencia 2
As 1.5 cm
2
as 0.71 cm Pas 2
Σo
u
π as 2.987 cm
Pas As as Vm
Σo j d
6.311 cm
5.472
kg 2
cm
El esfuerzo permisible por adherencia ( umáx) es: kg umáx 0.05 f´c 10.5 2 cm
if u umáx "Ok" "Corregir" "Ok"
