Diseño Captacion y Reservorio

DISEÑO DE LA CAPTACIÓN

CAPTACIÓN DEL MANANTIAL DE LADERA (C1)

1.- DATOS DEL PROYECTO :

Capacidad del manatial: 7.00 lt/s 36.43

Caudal a captar : 2.55 lt/s

2.- DISEÑO :

Cálculo de la distancia entre el punto de afloramiento y la Cámara humeda:

Velocidad :

Velocidad Máxima Recomendada: V = 0.6 m/s

Carga necesaria sobre el orificio de entrada que permiteproducir la velocidad de pase:

Asumido : H = 0.40 m

Reemplazando :V = 2.24 m/s

Como V > 0.6 m/s, por lo tanto se asume para el diseño:

V = 0.50 m/s

La perdida de Carga en el orificio será :

ho =

ho = 0.02 m

La Perdida de Carga será :

Hf = H - ho

Hf = 0.38 m

La longitud de afloramiento :

L = Hf/0.30

L = 1.27 m

Ancho de la Pantalla (b):

Diámetro de la Tubería de Entrada(D) :

V=[2gH/1.56]1/2

1.56V2/2g

A = Q/CdV

Tomando : Cd = 0.80

A = 0.0064

El dimetro del orificio será definido mediante:D =D = 9.01 cmD = 3.55 Pulg

Por lo tanto :D = 4.00 Pulg

Número de Orificios :

Como D > 2", diámetro máximo recomendado se hará orificos.

Tomando : D = 2.00 Pulg

NA =

NA = 5.00 orificios

Ancho de Pantalla :

b = 2(6D) + NAD + 3D(NA-1)

b = 147.32 cmSe tomará :

b = 1.50 m

Altura de la Cámara Húmeda (Ht) .

Ht = A + B + H + D + E

Donde :A = 10.00 cm (mínimo)B = 5.00 cm (Dcanastilla de salida)H = ?? altura de aguaD = 3.00 cm (mínimo)E = 30.00 cm (Se ha tomado 30 cm)

H =

A = Area de la tubería de salidaD = 2.00 PulgA = 0.0020H = 12.586 cmHt = 60.59 cm

Se considerará :Ht = 1.00 m …Altura de la cámara húmeda

m2

(4A/π)1/2

A(Dcalc)2/A(Dasumido)2+1

1.56 Q2/2gA2

m2

Dimensionamiento de la Canastilla :

Diámetro de la Canastilla :

Dc = Diámetro de la Tubería de salida a la Linea de conducción:

Dc = 2.00 Pulg

Dcanastilla = 2DcDcanastilla = 4.00 Pulg

Longitud de la Canastilla :

3Dc < L < 6Dc

L = 3Dc= 15.24L = 6Dc= 30.48

L = 20.00 cm Asumido Ranuras :

Ancho = 5.00 mmLargo = 7.00 mm

Ar = 0.000035Atub.Cond = 0.00203

At = 0.00405

Debe cumplirse que :

At ≤ 50%Ag

Dg = 4.00 PulgL = 20.00 cm

Ag = 0.0102 OK

#Ranuras = At/Ar#Ranuras = 115.82#Ranuras = 116

Rebose y Limpieza :

* Las tuberías de Rebose y Limpieza tienen el mismo diametro

* Las tubería de limpia debera de colocarse con una pendiente de 1.5%

D =

hf = Perdida de Carga Unitaria

hf = 0.015 m/m

m2

m2

m2

0.71 Qmax0.38/hf0.21

D = 2.45 Pulg

D = 3.00 Pulg

Con Cono de Rebose de 3 x 4 pulg.



Capacidad del manatial: 8.00 lt/s

Caudal a captar 4.00 lt/s

2.- DISEÑO :


Velocidad :





Como V ≤ 0.6 m/s, por lo tanto:

Se toma : V = 0.50 m/s


ho =

ho = 0.02 m


Hf = H - ho

Hf = 0.38 m


L = Hf/0.30

L = 1.27 m



A = Q/CdV

Tomando : Cd = 0.80

V=[2gH/1.56]1/2

1.56V2/2g

A = 0.0100

El dimetro del orificio será definido mediante:

D =D = 11.28 cmD = 4.44 Pulg





NA =

NA = 7.25 orificios

N.A = 8.00

Se distribuiran en dos capas para reducir el ancho de pantalla

NA /2 = 4 orificios

Ancho de Pantalla :

b = 2(6D) + NAD + 3D(NA-1)


b = 1.30 m


Ht = A + B + H + D + E

Donde :A = 10.00 cm (mínimo)B = 5.00 cm (Dcanastilla de salida)D = 3.00 cm (mínimo)E = 30.00 cm (Se ha tomado 30 cm)

H =

A = Area de la tubería de salidaD = 2.00 Pulg

A = 0.0020H = 30.968 cmHt = 78.97 cm

Se considerará :Ht = 1.00 m ….. Altura de la cámara húmeda



m2

(4A/π)1/2


1.56 Q2/2gA2

m2


Dc = 2.00 Pulg



3Dc < L < 6Dc

L = 3Dc= 15.24L = 6Dc= 30.48



Ar = 0.000035

Atub.Cond = 0.00203

At = 0.00405


At ≤ 50%Ag

Dg = 4.00 PulgL = 20.00 cm

Ag = 0.0102 OK


Rebose y Limpieza :


* Las tubería de limpia debera de colocarse con una pendiente de 15%

D =


hf = 0.015 m/m

D = 2.90 Pulg

D = 3.00 Pulg


m2

m2

m2

0.71 Qmax0.38/hf0.21



Capacidad del manatial: 10.00 lt/s

Caudal a captar : 7.00 lt/s

2.- DISEÑO :


Velocidad :





Como V > 0.6 m/s, por lo tanto:

Se toma : V = 0.50 m/s


ho =

ho = 0.02 m


Hf = H - ho

Hf = 0.38 m


L = Hf/0.30

L = 1.27 m



A = Q/CdV

V=[2gH/1.56]1/2

1.56V2/2g

Tomando : Cd = 0.80

A = 0.0175

El dimetro del orificio será definido mediante:D =D = 14.93 cmD = 5.88 Pulg





NA =

NA = 10.00 orificios

Se distribuiran en dos capas para reducir el ancho de pantalla

NA /2 = 5 orificios

Ancho de Pantalla :

b = 2(6D) + NAD + 3D(NA-1)


b = 1.50 m


Ht = A + B + H + D + E

Donde :A = 10.00 cm (mínimo)B = 5.00 cm (Dcanastilla de salida)D = 3.00 cm (mínimo)E = 30.00 cm (Se ha tomado 30 cm)

H =

A = Area de la tubería de salidaD = 2.50 PulgA = 0.0032H = 38.846 cmHt = 86.85 cm

Se considerará :Ht = 1.00 m …Altura de la cámara húmeda

m2

(4A/π)1/2


1.56 Q2/2gA2

m2




Dc = 2.50 Pulg



3Dc < L < 6Dc

L = 3Dc= 19.05L = 6Dc= 38.10



Ar = 0.000035Atub.Cond = 0.00317

At = 0.00633


At ≤ 50%Ag

Dg = 5.00 PulgL = 30.00 cm

Ag = 0.0191 OK


Rebose y Limpieza :


* Las tubería de limpia debera de colocarse con una pendiente de 15%

D =


hf = 0.015 m/m

D = 3.59 PulgD = 4.00 Pulg


m2

m2

m2

0.71 Qmax0.38/hf0.21

DISEÑO DE TANQUE DE RECOLECCIÓN

DISEÑO DE LINEA DE CONDUCCIÓN

DATOS:Cota de Captación = 3405.50 msnmCota de Reservorio = 3282.00 msnmQmd = 13.55 L/sLongitud de L.C = 739 m

Carga Disponible = Cota Captación -Cota ReservorioCarga Disponible = 123.50 m

Para la instalación de la linea de condución se proyectta el uso de tuberia de clase 10 yCh = 140Los diametros y longitudes serán definidos mediante calculos hidraulicos considerando velocidades máximas y mínimas de 3.0 m/s y 0.6 m/s respectivamente, mientras para la ubicación de camara de rompe presión, se considera presiones estaticas máximas de 70 m

123.50

La carga diponible entre la camara de captación y reservorio es: 123.50 m. esta valor es mayor que la presión máxima que sopopratarian las tuberias PVC, por lo que es necesario construir una camara rompe presión

1.- Diseño del primer tramo ( camara de captación a camara rompe presión)

Ver figura Nº 01

Cota CPR = 3340.5 m.s.n.m

Carga Disponible = Cota Captación -Camara rompe presión

carga disponible = 3405.50 - 3340.50

carga dispon. = 65.00 m

Longitud = 268.26 m

Calculo preliminar de la perdida de la carga unitaria disponible

hf = carga dispon./Long.

hf = 0.242 m/m

Cálculo del diámetro:

D = 2.574 pulg.

En base a esta información, se proyecta a realizar una combinación de tuberías considerando una presión residual de 10 m. y diametros comerciales de 21/2" y 3"

hf =

D=0 .71∗Q0 .38

hf 0 . 21

Verificamos la velocidad para cada uno de los diámetros

Q/A

2.97 m/sg

Q/A

4.28 m/sg

Como la velocidad del diametro 21/2" está fuera del rango de velocidades, por tanto ya no se realizará la combinación de tuberías ; considerando únicamente el diametro de 3"

D = 3.00 pulg

Cálculo de altura de presiones

hf = 29.13 m

3376.37 m

Alt presión CPR = Cota piez CPR. - CG CPR.

Alt. Pres. CPR = 35.87 m

2.- Diseño del segundo tramo ( camara de rompe presión a Reservorio)

Ver figura Nº 02

Carga Disponible = Cota rompe presión -Cotade reservorio

carga disponible = 3340.50 - 3282

carga dispon. = 58.50 m

Longitud = 475.74 m

Calculo preliminar de la perdida de la carga unitaria disponible

hf = carga dispon./Long.

hf = 0.123 m/m

Calculo del diámetro:

Vø3" =

Vø3" = (conforme VФ3" < 3.0 m/sg)

VФ21/2" =

VФ21/2" = (VФ21/2 >3.00 m/sg)

Cota piez.(CPR) = CG cap - hf

Cota piez.(CPR) =

hf =107∗L∗Q1.85

5 .813∗Ch1.85∗D4 .87

D = 2.969 pulg.

En base a esta información, se considera el diametro de 3"

D = 3.00 pulg.

Cálculo de altura de presiones

hf = 51.66 m

Cota piez.Reservorio= Cota piez.CRP- hf

3324.71 m

Alt presión Reservorio = Cota piez CPR. - CG Reservorio

Alt. Pres. Rev. = 42.71 m

deseño de la linea de conducción total

Ver figura Nº 03

Cota piez.(CPR) =

D=0 .71∗Q0 .38

hf 0 . 21

hf =107∗L∗Q1.85

5 .813∗Ch1.85∗D4 .87

velocidades máximas y mínimas de 3.0 m/s y 0.6 m/s respectivamente, mientras para la ubicación

DISEÑO DE LA CAMARA ROMPE PRESION

1.- DATOS DEL PROYECTO

Q = 13.55 l/sDingreso = 3.00 Pulg

Dsalida = 3.00 Pulg

2.- DISEÑO

2.1.- Carga Requerida para que fluya el gasto(H) :

V = 2.97 m/sH = 0.70 m

Para el diseño se asume una altura de :

H = 0.70 m

2.2.- Altura Total de la Cámara Rompe Presión(Ht) :

Ht = A+H+BL

A = Altura mínima (10cm) 0.10H = Carga de Agua 0.70BL = Borde Libre (mínimo 40 cm) 0.40

Ht = 1.20 m

Se Tomará :

Ht = 1.30 m

Además se considera una sección interna de 0.70 x 0.70 m

H = 1.56 V2/2g

V = 1.9735 Q/D2

DISEÑO DEL RESERVORIO


Pf = 6000 HabitantesDotación = 150 lt/hab/día

Qp = 10.42 lt/sf'c = 175 Kg/m2

2.- CALCULO DEL VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO :

Vol.almacenamiento = V. regulación + V. reserva

2.1.- Volumen de Regulación :

0.25Qp(86.4)

225.07

2.2.- Volumen de Reserva :

Vres = 112.54

2.3.- Volumen de Incendio:

Como la población es menor que 10,000 hab. Por lo tanto no se considera Dotación contra incendios

Vol. Almac. = 337.61

340.00

3.- DIMENSIONAMIENTO DEL RESERVORIO :

Asumiendo:D/h = 2.50

Resulta:h = 4.55 mD = 10.57 mBL = 0.30 m

Resultando:

D = 10.00 mh = 4.60 m

B.L = 0.30 m

4.- DISEÑO ESTRUCTURAL DEL RESERVORIO.

4.2.- Tension en los anillos circulares de la pared del taque base empotrada borde superrior libre sometido a carga triangular

Vreg =

Vreg = m3

Vres = Qp x T , donde: T = 3 hrs

m3

m3

Valm = m3

Se escoge una sección circular (pues Valm = 340.0 m3 > 100m3) :

V =π4∗D2∗h

h=3√ Vol4 .9087

T = coeficiente *wHR ….. (1)

El signo positivo indica tensión

7.053

Coeficientes en el puntoH²/Dt 0.0H 0.1H 0.2H 0.3H 0.4H 0.5H. 0.6H 0.7H 0.8H 0.9H6.0 0.018 0.119 0.234 0.344 0.441 0.504 0.514 0.447 0.301 0.1128.0 0.011 0.140 0.218 0.335 0.443 0.534 0.575 0.530 0.381 0.151

Interpolando y Remplazando en la ecuacion (1)

Tension en el punto (kg)H²/Dt 0.0H 0.1H 0.2H 0.3H 0.4H 0.5H. 0.6H 0.7H 0.8H 0.9H7.053 329.21 2991.38 5188.19 7802.98 10167.23 11955.4 10534.47 11286.41 7892.07 3048.42

4.2.- Momentos flectores en la pared del tanque con base empotrada borde superrior libre sometido a carga triangular

El signo positivo indica tensión en cara exterior

7.053

Coeficientes en el puntoH²/Dt 0.1H 0.2H 0.3H 0.4H 0.5H. 0.6H 0.7H 0.8H 9H 1.0H6.0 0.0001 0.0003 0.0008 0.0019 0.0032 0.0046 0.0051 0.0029 -0.0041 -0.01878.0 0.0000 0.0001 0.0002 0.0008 0.0016 0.0028 0.0038 0.0029 -0.0022 -0.0146


Momentos en el punto (kg-m)H²/Dt 0.1H 0.2H 0.3H 0.4H 0.5H. 0.6H 0.7H 0.8H 9H 1.0H7.053 4.61 18.95 47.11 50.68 229.45 355.47 429.77 282.27 -301.68 -1610.00

4.3.- Fuerza cortante en la base de la pared del tanque sometido a carga triangular

V = coeficiente *wH² ….. (3)

Coeficientes

H²/DtCarga Triangular Carga rectangular Momento en el base empotrada base empotrada borde

6.0 0.197 0.222 -4.4908.0 0.174 0.193 -5.180


Cortantes (kg)

H²/DtCarga Triangular Carga rectangular Momento en el base empotrada base empotrada borde

7.053 3912.20 4374.34 -102697.94

4.4.- Momentos Flectores en losa circular sin apoyo central sometida a carga uniforme

M = coeficiente * pR² ….. ( 4 )

El signo positivo indica compresion en la cara cargada

Coeficientes en el punto0.00R 0.10R 0.20R 0.30R 0.40R 0.50R 0.60R 0.70R 0.80R 0.90R 1.00R

Momento radial Mr0.075 0.073 0.067 0.057 0.043 0.025 0.003 -0.023 -0.053 -0.087 -0.125

Momento Tangencial Mt0.075 0.074 0.071 0.066 0.059 0.050 0.039 0.026 0.011 -0.006 -0.025

El valor H² / Dt = (4.60)^2 / (10.00 * 0.30 ) =

T = coeficiente *wH3 ….. (2)

El valor H² / Dt = 4.60^2 / ( 10.0 * 0.30 ) =

Remplazando en la ecuacion (4)

Momentos en el punto0.00R 0.10R 0.20R 0.30R 0.40R 0.50R 0.60R 0.70R 0.80R 0.90R 1.00R

Momento radial Mr### 4380.00 4020.00 3420.00 2580.00 1500.00 180.00 -1380.00 -3180.00 -5220 -7500

Momento Tangencial Mt### 4440.00 4260.00 3960.00 3540.00 3000.00 2340.00 1560.00 660.00 -360.00 -1500

4.5.- Espesor de la pared

e = [6*M/ftb] ^0.5Donde :

M = -1610.0023 Kg/m. -161000.23 Kg/cm.

ft = 0.85 * (f'c) ^0.5= 11.24 kg/cm2

b = 100.0cm

e = 29cm

Por construcción será:

e= 30 cm

4.6.- Espesor de la losa superior

Espesor de los apoyos: 30cm

Luz interna : 10.0 m

Luz calculo (L): 10.0+2*0.30/2 = 10.3

e = L/36 = 0.29m = 0.30m

Según el RNC en losa maciza en dos sentidos los Momentos flexionantes enlas fajas centrales son: MA = MB = CWL^2

Donde: C = 0.036

Metrado de cargas: PP = 0.25*2400 = 720 Kg/m2

CV = 150 Kg/m2W = 870 Kg/m2

Reemplazando: MA = MB = 3322.739 Kg-m

Peralte efectivo mínimo:d=(M/(R*b))^0.5

Donde:

b = 100.0cmFc = 79.0 kg/cm2Fs = 1400.0 kg/cm2

n = Es/Ec = n = 10.165626k=1/(1+Fs/(n*Fc)) = 0.3645273j = 1-k/3 j = 0.8784909R=0.5*Fc*j*k R = 12.64924

MA = MB =M = 3322.739 Kg-m

d = 16.21cm

El espesor total considerando recubrimiento de 2.5 cm., será igual a:18.71cm siendo menor que el espesor minimo encontrado(e = 30 cm.) diseño, considerando

d = 30 - 2.5 = 0.275 md = 0.275 m e= 0.30cm

4.7.- Espesor de la losa de fondo

MOMENTOS FINALES.Empotramiento(Me) = 1500.00 Kg-m

CHEQUEO DEL ESPESOR (método elástico):

e=(6M/(Ft*b))^0.5Reemplazando: e = 28.291 cm

Considerando recubrimiento de 4cm. Entonces:d= 4.00cme = 30.0cmd = 26.0cm

DISTRIBUCIÓN DEL ACERO(método elástico)

As =M/(Fs*j*d)

Donde.:M= Momento máximo absoluto en Kg-mFs= Fatiga de trabajo en Kg/cm2

j= Relación entre la distancia de la resultante de los esfuerzos decompresión al centro de gravedad de los esf. De tensión.

d= Peralte efectivo en cm.

EN LA PAREDDel cuadro de momentos tenemos.

M = 1610.00 Kg-m

Para resistir los momentos originados por la presión del agua y tener unadistribución de la armadura se cosidera:

Fs = 900 Kg/cm2n = 9 (más recomendable)

Conocido el espesor de 25cm. Y el recubrimiento de 7.5cm. Se define unperalte efectivo d=18.71.5cm. El valor de "j" es igual a 0.85 defido con k=0.441

Asmín.=0.0015*b*e = 4.5Para: b= 100.0cm e= 30.0cm

Los calculos adicionales se muestran en cuadro de resumen:

LOSA DE FONDO:La cuantia minima se determina mediante la siguiente relación:El máximo momento absoluto es: 1500.00 Kg-m

Peralte:d= 26.0cmb = 100.0cm e = 30.0cm

Asmín = 0.0017*b*e = 5.10 cm2


LOSA DE CUBIERTA:Para el diseño se conciderará el momento en el centro de la losaLa cuantia minima se determina mediante la siguiente relación:

M = 3323kg-mFs = 1400 kg/cm2

j = 0.88d = 0.275mb = 100.0cme= 0.300m

Asmín = 0.00017*b*e = 5.10 cm2


4.8.- Chequeo por esfuezo cortante y adherencia

EN LA PARED:

La fuerza cortante total máximo (V) será: Reemplazando: 3912.20187El esfuerzo nominal (v) se calcula del siguiente modo:

v = V/(j*b*d)j = 0.875b= 100.0cmd= 27.50cmv= 1.626 Kg/cm2

El esfuerzo permisible nominal en el concreto, para muros no excederá a:

Vmáx= 0.02*f'c = 3.50 kg/cm2

Por lo tanto, las dimensiones del muro satisfacen las condiciones de diseño.

Adherencia:u=V/(G*j*d)

So: Acero de 3/8" @ 15cm. = 40cmEntonces u 4.065 Kg/cm2

El esfuerzo permisible por adherencia(u máx.) para f'c=175 Kg/cm2es:

u máx. = 0.05*f'c = 8.75 Kg/cm2Como u < u máx entonces. OK !

LOSA DE CUBIERTA:

El esfuerzo cortante máximo (V) es iguaqal a:V=W*S/3 = 2987 Kg/m.

El esfuerzo cortante unitario será:v=V/(b*d) = 1.08618182 Kg/cm2

El máximo esfuerzo cortante unitario (v máx) es:v máx.=0.29*(f'c)^0.5 = 4.2025 Kg/cm2

Como v < v máx entonces. OK !

Adherencia:u=V/(G*j*d) 8.243 Kg/cm2

G= 15u máx. = 0.05*f'c = 10.50 Kg/cm2

Como u < u máx entonces. OK !

Resumen del cálculo estructural y distribución de armadura:

DESCRIPCIONPARED Losa Losa

Vertical Horiz. Cubierta FondoMomentos "M" (Kg-m) 1610.00 1103.16 3322.74 735.00Espesor util "d" (cm) 27.50 27.50 27.50 26.00fs(Kg/cm2) 900.00 900.00 1400.00 900.00 n 9.00 9.00 10.17 9.00fc (Kg/cm2) 79.00 79.00 79.00 79.00k=1/(1+fs/(n*fc)) 0.44 0.44 0.36 0.44j = 1-(k/3) 0.85 0.85 0.88 0.85As=(100*M)/(fs*j*d) (cm2) 7.63 5.23 9.82 3.68C 0.0015 0.0015 0.0017 0.0017b (cm ) 100.00 100.00 100.00 100.00e (cm ) 30.00 30.00 30.00 30.00As mín=C*b*e (cm2)* 4.50 4.50 5.10 5.10 As (cm2) ** 7.81 5.68 5.68 4.26As mín. (cm2) *** 4.26 4.26 3.55 4.26Distribución (3/8")(m) 0.09 0.125 0.125 0.17

* Cuantía mínima** Area efectiva del acero** Area efectiva del acero mínimo.

DISEÑO DE CRUCE SUSPENDIDO

Documents

Diseño Captacion y Reservorio