CALCULO SEDIMENTADOR sahuate

CALCULO ESTRUCTURAL DE LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR Pág. 1

d2 A d2 d2 A d2

d2

hn =

hp = 4.00 L

d1 = d2

SECCION PLANTA

Datos

Altura de Muros (m) hp = 4.00Longitud de Poza (m) L = 7.00Ancho de Poza (m) A = 4.50Espesor de Losa (m) hp/15 = 0.27 d1 = 0.35 } Para fines constructivos se adoptaránEspesor de Muros (m) hp/15 = 0.27 d2 = 0.25 } espesores mínimos de d = 0.20 mAltura Neta de Poza (m) : hn = hp + 0.5 * d1 hn = 4.18Peso Específico del Suelo de Relleno (Kg/m3) ds = 1800Peso Específico del Concreto (Kg/m3) dc = 2400Peso Específico del Agua (Kg/m3) da = 1000Angulo de Fricción Interno (°) : Ø = 35 } Se recomienda Material de relleno Arena Gruesa

Ka = 0.271Ancho por metro lineal (m) b = 1.00Recubrimiento de Muros (m) rm = 0.05Recubrimiento de Cara Superior de Losa (m) rs = 0.04Recubrimiento de Cara Inferior de Losa (m) ri = 0.075Resistencia del Concreto (Kg/cm2) f 'c = 210Capacidad Portante del Suelo (Kg/cm2) Gc = 1.00Altura :nivel sup.de poza hasta la corona del vertedero (m) v = 1.00

Cálculo Estructural de la Poza Disipadora

Caso I

La poza disipadora se encuentra sin agua, con relleno en todos los muros laterales

W es la Sobrecarga por tránsito semitrayler HS-20w = 2000 Kg/m2

Ps2

hp= 4.00 P2 hn = 4.18

Ps1 hp= 4.00

h1= 2.0

h2= 1.33

d1= 0.35 A

P1 h1 = hp / 2

Factor de Empuje Activo : tan2(45 - Ø/2)

CALCULO ESTRUCTURAL DE LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR A / 2 d2 h2 = hp / 3

2.25 0.25 hn = hp + 0.50 * d1

Pág. 2

Presión Lateral del Suelo por el Relleno

Ps1 (Kg) : (1/2) * Ka * ds * hp^2 Ps1 = 3902Ps2 (Kg) : Ka * w * hp Ps2 = 2168

Momentos

MA (Kg-m) : (hn / 3 )* Ps1 + (hn / 2) * Ps2 MA = 9968MB = 9968

Fuerzas Cortantes

Vu1 (Kg) : 1.8 * (Ps1 + Ps2) Vu1 = 10926 Mv = (d2 + A / 2) * P1 + (2 * d2 + A) * P2 / 2Tu1 (Kg/cm2) : Vu1 / (b * (d2 - rm)*10000) Tu1 = 5.00 Mv = 22500Tc (Kg/cm2) : Ø * 0.85 * (f 'c)^0.5 Tc = 6.16

Se debe cumplir que : Tc > Tu1 OK !Mh = ((hp + d1) / 3) * Ps1 + ((hp + d1) / 2) * Ps2

Presión de la Estructura sobre el Terreno Mh = 10373

Peso de Losa

P1 (Kg) : ( A + 2 * d2 ) * d1 * dc P1 = 4200 f = 0.70 (albañilería sobre albañilería)

Peso de Muros

P2 (Kg) : 2 * hp * d2 * dc P2 = 4800 FSV = Mv / Mh = 2.17 > = 1.10

Gt (Kg/cm2) : (P1 + P2) / [(A + 2 * d2) * 10000] Gt = 0.18

Debe cumplir que : Gc / Gt > = 2.00 Gc/Gt= 5.56 FSD = Fv * f / Fh = 1.04 > = 2.00

Caso I I

La poza disipadora se encuentra con agua hasta menos 1. 0 m de su altura total, con relleno en todos los muros laterales

W es la Sobrecarga por tránsito semitrayler HS-20

Peso del agua q = da * (hp-v) = 3000 Kg/m2 w = 2000 Kg/m2

1.0 Q

Ps2

hp= 4.00 P2 hn = 4.18

Ps1 hp= 4.00

Pa h1= 2.0

h3 = 1.00 h2= 1.33

d1= 0.35 A

P1 h1 = hp / 2

A / 2 d2 h2 = hp / 3

2.25 0.25 h3 = (hp - v) / 3

hn = hp + 0.50 * d1

Momento Vertical, (Mv)

Momento Horizontal, (Mh)

Factor Fuerza Fricción o Coef. Rozamiento ( f )

Factor de Seguridad al Volteo, (FSV)

Factor de Seguridad al Deslizamiento, (FSD)

CALCULO ESTRUCTURAL DE LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR

Presión Lateral del Suelo por el Relleno

Ps1 (Kg) : (1/2) * Ka * ds * hp^2 Ps1 = 3902Ps2 (Kg) : Ka * w * hp Ps2 = 2168

Pág. 3

Presión Lateral del Agua

Pa (Kg) : 0.50 * da * (hp - v)^2 Pa = 4500

Momentos

MA (Kg-m) : ((hn - v)/3)*Pa - (hn/3 )*Ps1 - (hn/2)*Ps2 MA = 5198MB (Kg-m) : - MA + (q / 8) * L^2 MB = 13177

Fuerzas Cortantes

Vu1 (Kg) : 1.8 * (Ps1 + Ps2 - Pa) Vu1 = 2826Tu1 (Kg/cm2) : Vu1 / (b * (d2 - rm)*10000) Tu1 = 1.00Tc (Kg/cm2) : Ø * 0.85 * (f 'c)^0.5 Tc = 6.16

Se debe cumplir que : Tc > Tu1 OK !Mv = (d2 + A / 2) * (P1 + Q) + (2 * d2 + A) * P2 / 2

Presión de la Estructura sobre el Terreno Mv = 56250

Peso de Losa

P1 (Kg) : ( A + 2 * d2 ) * d1 * dc P1 = 4200Mh = 5348

Peso de Muros

P2 (Kg) : 2 * hp * d2 * dc P2 = 4800f = 0.70 (albañilería sobre albañilería)

Peso del Agua

Q (Kg/m) : da * (hp - v)* A Q = 13500FSV = Mv / Mh = 10.52 > = 1.10

Gt (Kg/cm2) : (P1 + P2 + Q) / [(A + 2 * d2) * 10000] Gt = 0.45


Caso I I I

La poza disipadora se encuentra con agua, sin relleno en todos los muros laterales

W es la Sobrecarga por tránsito semitrayler HS-20

Peso del agua q = da * (hp-v) = 3000 Kg/m2

1.0 Q

hp= 4.00 P2 hn = 4.18 h3 = hp / 3

hn = hp + 0.50 * d1

Pa

h3 = 1.00

d1= 0.35 A



Mh=((hp+d1)/3)*Ps1+((hp+d1)/2)*Ps2-(((hp+d1)-v)/3)*Pa

Factor Fuerza Fricción o Coef. Rozamiento ( f )




P1

A / 2 d2

2.25 0.25

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Presión Lateral del Agua

Pa (Kg) : 0.50 * da * (hp - v)^2 Pa = 4500

Momentos

MA (Kg-m) : ((hn - v)/3)*Pa MA = 4770MB (Kg-m) : - MA + (q / 8) * L^2 MB = 13605

Fuerzas Cortantes

Vu1 (Kg) : 1.8 * Pa Vu1 = 8100Tu1 (Kg/cm2) : Vu1 / (b * (d2 - rm)*10000) Tu1 = 4.00Tc (Kg/cm2) : Ø * 0.85 * (f 'c)^0.5 Tc = 6.16

Se debe cumplir que : Tc > Tu1 OK ! Mv = (d2 + A / 2) * (P1 + Q) + (2 * d2 + A) * P2 / 2Mv = 56250

Presión de la Estructura sobre el Terreno

Peso de LosaMh = ((hp + d1) -v ) / 3) * Pa

P1 (Kg) : ( A + 2 * d2 ) * d1 * dc P1 = 4200 Mh = 6525

Peso de Muros Factor Fuerza Fricción o Coef. Rozamiento ( f )

P2 (Kg) : 2 * hp * d2 * dc P2 = 4800 f = 0.70 (albañilería sobre albañilería)

Peso del Agua

Q (Kg/m) : da * (hp - v) * A Q = 13500 FSV = Mv / Mh = 8.62 > = 1.10

Gt (Kg/cm2) : (P1 + P2 + Q) / [(A + 2 * d2) * 10000] Gt = 0.45


RESUMEN DE MOMENTOS{ MA = 9968

Caso I { Poza Sin Agua y Relleno Lateral en los Muros{ MB = 9968

{ MA = 5198

Caso II { Poza Con Agua y Relleno Lateral en los Muros{ MB = 13177

{ MA = 4770Caso III { Poza Con Agua sin Relleno Lateral en los Muros

{ MB = 13605

Como se puede observar :Caso I MA = 9968Caso III MB = 13605

Datos





CALCULO ESTRUCTURAL DE LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR Esfuerzo de Fluencia del Acero (Kg/cm2) fy = 4200Módulo de elasticidad del acero (Kg/m2) Es = 2100000Módulo de elasticidad del concreto (Kg/m2), Ec = 15000*(f 'c)^(0.5)

Ec = 217371Esfuerzo del concreto (Kg/m2) : 0.4 * f 'c Fc = 84Esfuerzo del acero (Kg/m2) : 0.4 * f y Fs = 1680

r = Fs / Fc = r = 20n = Es / Ec = n = 10k = n / (n + r) = k = 0.333j = 1 - k / 3 = j = 0.889

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Para nuestro caso, tomaremos el momento en el punto A del Caso III por ser mayor que el del Caso I y II

dum (cm) = ( 2 * MA / ( Fc * k * j * b)) ^ 0.5 dum = 28

Asumiendo d 40 cm, para 25 cm que es el espesor, nos da un recubrimiento que excede a los 3 cm mínimos solicitados

Diseño por Carga de Servicio

La estructura se diseñará por el método de carga de servicio por estar ésta en contacto con el agua

Area de Acero por metro de ancho de Muro

El área de acero por metro de ancho de muro para diseño por carga de servicio sería:

Asm (cm2) = MA / ( Fs * j * b) = Asm= 6.67

Acero vertical cara exterior (contacto con el relleno lateral) 6.67 Ø 5/8" @ 0.23 m

Acero Minimo

asmmín (cm2) : 0.0015 * b * dum asmmín = 6.00

Acero vertical cara interior (contacto con el agua) 6.00 Ø 5/8" @ 0.28 m

Acero de Temperatura

Atm (cm2) = 0.0025 * b * d2 Atm = 6.25

Acero horizontal al sentido del flujo en ambas caras : 6.25 Ø 5/8" @ 0.15 m

Para nuestro caso, tomaremos el momento en el punto B del Caso I por ser mayor que el del Caso II

dul (cm) = ( 2 * MB / ( Fc * k * j * b)) ^ 0.5 dul = 33

Asumiendo d 40 cm, para 35 cm que es el espesor, nos da un recubrimiento que excede a los 3 cm mínimos solicitados

Area de Acero por metro de ancho de Losa

El área de acero por metro de ancho de losa para diseño por carga de servicio sería:

Asl (cm2) = MB / ( Fs * j * b) = Asl = 9.11

Acero perpendicular al sentido del flujo en la cara inferior 9.11 Ø 3/4" @ 0.16 m

Determinación del peralte útil del muro (dum)

Determinación del peralte útil de losa (dul)

CALCULO ESTRUCTURAL DE LAS OBRAS DE CABECERA : DESARENADOR Acero Minimo

aslmín (cm2) : 0.0017 * b * dul aslmín = 6.8

Acero perpendicular al sentido del flujo en la cara superior 6.8 Ø 5/8" @ 0.25 m

Acero de Temperatura

Atl (cm2) = 0.0018 * b * d1 Atl = 6.30

Acero paralelo al sentido del flujo en ambas caras : 6.30 Ø 5/8" @ 0.22 m

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Ø 5/8" @ 0.15 m

Ø 5/8" @ 0.28 m Ø 5/8" @ 0.23 m

hp = 4.00

Ø 5/8" @ 0.25 m

d1 = 0.35

Ø 5/8" @ 0.22 m Ø 3/4" @ 0.16 m

A / 2 = 2.25 d2 = 0.25

SECCION TRANSVERSAL : POZA DE SEDIMENTACION


PROYECTO: AMPLIACION Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE E INSTALACIÓN DE LETRINAS EN EL CASERIO SAHUATE

ENTIDAD: MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE HUARMACA

SEDIMENTADOR

CALCULO HIDRAULICO DE SEDIMENTADOR

d2 L= 3.00 e L1 d2 d2 L e L1 d2

d2

v

Cámara

A= 1.10 SEDIMENTADOR de Carga h'p hi hd hp

hver

d2 d1

PLANTA SECCION TRANSVERSAL

Criterios de Diseño Hidráulico

- La capacidad de desarenación debe de ser : Vts = 1.5 a 2.0 veces la capacidad teórica- La sección transversal del sedimentador se diseña para velocidades de agua vs = 0.10 a 0.40 m/s- La profundidad neta del sedimentador estará en hver = 1.50 a 4.00 m- La pendiente longitudinal del fondo del sedimentador debe de estar entre ss = 0.02 a 0.06- La velocidad máxima sobre la cresta del vertedero debe ser v v < = 1.0 m/s

0.25 m- La carga de agua sobre la cresta del vertedero es crítica igual a: Hc = 0.585 * H- El vertedero de cresta ancha se debe considerar como vertedero de pared intermedia y trabaja sumergido- El diámetro de las partículas se considera : d > = 0.30 mm, determinando velocidad de sedimentación:w>= 0.03 m/s- La Longitud del desarenador es a su Ancho : L = 5 * A- La altura de sedimentación no debe ser mayor a : hd = 1.00 m- En el Vertedero, la relación de su altura total a su longitud de cresta es : hver / A = 1.5- Velocidad de arrastre de sólidos como arenas finas y gruesas, según DUBUAT debe ser : vc = 0.160 y 0.216 m/sFuente de Consulta: - Diseño Hidráulico págs. 127 - 137 (Sviatoslav Krochin)

- Manual de Mini y Microcentrales Hidráulicas págs. 74 - 79 (F. Coz, T. Sánchez y J. Ramírez)

- Para el diseño se tomará un caudal de (Q) de diseño es : 0.08 m3/s

A) Longitud de Transición (Lt)

Lt = ( A - A1 ) / ( 2 * tan 12.5° ) Lt = 0.23Asumir : Lt = 0.00 m (valor mínimo para transiciones)

B ) Dimensionamiento del Desarenador

Caudal (m3/s) Q = 0.080Diámetro medio de particulas a decantar (mm) d = 1.000Velocidad de decantación (m/s) w = 0.1080

- La carga de agua aguas arriba del vertedero no debe ser mayor a : H <

CALCULO HIDRAULICO DE SEDIMENTADORVelocidad de arrastre para arena fina (m/s) vc = 0.160

a)CUADRO N° 01

as (m2) : Q / vc as = 0.50 Diámetro de Velocidades de

Partículas Sedimentación

b) d w

(mm) (cm/s) (m/s)

A (m) : as = A * hver = 1.5 A = 0.58 0.05 0.178 0.0018

Asumimos : A = 1.10 0.10 0.692 0.0069

0.15 1.56 0.0156

0.20 2.16 0.0216

c) Altura del Vertedero (hver), en el desarenador 0.25 2.70 0.0270

0.30 3.24 0.0324

hver (m) : as = A * hver = 1 * A hver = 1.10 0.35 3.78 0.0378

Asumimos : hver = 1.20 0.40 4.32 0.0432

0.45 4.86 0.0486

d) Longitud (L), y altura inicial (hi), en el desarenador 0.50 5.40 0.054

0.55 5.94 0.0594

L (m) : f * hd * vc / w f = 2.00 L = 2.96 0.60 6.48 0.0648

Asumimos : L = 3.00 0.70 7.32 0.0732

0.80 8.07 0.0807

hi (m) : hver - ss * L ss = 0.015 hi = 1.16 1.00 9.44 0.0944

2.00 15.29 0.1529

e) 3.00 19.25 0.1925

5.00 24.9 0.249

Vts (m3) : L * A * (hver + hi) / 2 Vts = 4.00

f) Limpieza de desarenador

- Peso específico de la arena (Kg/m3) par = 2750 CUADRO N° 02

- Concentración promedio de arena (gr/l) cs = 0.70 D = 0.00

- Contenido de sedimentos en desarenador (Kg/día)s (Kg/día) : cs * Q * 86400 s = 4838 0.35 3.78

- Volumen de sedimentos en tanque (m3/día) 0.30 3.24

V (m3/día) : s / par V = 1.76 0.05 0.54

- Número de días : Vts / V D = 2.27 0.35 w

Asumimos : D = 1.00 w = 3.78

Se concluye que cada D = 1 días, se debe limpiar el desarenador tomaremos: 0.08 m3/s.

w = 10.80

Las Dimensiones Finales del desarenador son :Lt = 0.00 m Longitud de transiciónL = 3.00 m longitud de desarenadorA = 1.10 m Ancho del desarenador y/o Ancho de la Cámara de Cargahver = 1.20 m Altura del vertederohp = 1.85 m Altura total al final de desarenadorh'p = 1.81 m Altura total al final de la transiciónh"p = 1.81 m Altura al inicio de la transición

La cámara de carga es una estructura hidráulica que se construirá entre el final del desarenador y la iniciación de la tubería a presión; y cumple las siguientes funciones :

- Proporciona la conexión necesaria para unir la tubería de presión con el desarenador- Las dimensiones de esta cámara de carga es igual en ancho al desarenador y de longitud práctica L1 = 1.00 m- Impide la entrada en la tubería de presión de materiales sólidos de arrastre y flotantes como basura- Mantiene sobre la tubería una altura de agua suficiente para evitar la entrada de aire, la misma que se calcula mediante

la fórmula, ha = k * (vtub) ^ 2 / (2 * g) , normalmente la velocidad en la tubería varia : 2 m/s < = vtub < = 8 m/s y laaltura varía : 0.31 m < = ha < = 4.90 m ; en la práctica se recomienda que a 1.50 m, así mismo los valores de "k" : 2 < = k < = 3 en nuestro caso usaremos k = 2

Los diámetros internos han sido determinados considerando una velocidad de : vtub = 1.50 m/s por consiguiente :

Area del sedimentador (as)

Ancho del sedimentador (A)

* A2

Volumen total del sedimentador (Vts)

C ) Dimensionamiento de la Cámara de Carga

"ha" no baje de 1.0 m para diámetros >>

CALCULO HIDRAULICO DE SEDIMENTADORAltura normal de agua sobre la tubería (m) ha = 0.23 0.23

Asumimos : ha = 0.30

Para evitar la formación de remolinos en al entrada de agua a la tubería debe cumplir :

Asumir un diámetro (m) : Di = 0.30

ha (m) > 0.5 * Di * ( vtub / ( 2 * Di ) ^ 0.5 ) ^ 0.55 ha = 0.22 < 0.30 O.K !

- Longitud Efectiva del Vertedero con Contraciones (Ao)

Considerando el vertedero como pared gruesa y con contracciones, la velocidad sobre la cresta es v v = 1.0 m/sla fórmula de la longitud efectiva (Ao) es : A - 2 * Ka * H

Coeficiente por contracción por muros extremos : Ka = 0.20Ao (m) : Ao = 0.98

Asumiendo : Ao = 0.90

Por consiguiente, longitud efectiva del vertedero con contracciónes es : Ao = 0.90 m

D) Dimensionamiento del Aliviadero en el Desarenador

Aliviadero en el Desarenador

El diseño del aliviadero será realizado tomando en cuenta las siguientes consideraciones:

- La longitud de la cresta del aliviadero (La) debe ser inferior a la longitud del desarenador- La evacuación será para el caudal 2 veces el caudal de diseño- La altura de descarga debe ser igual a la mitad del bordo libre; (el bordo libre es 0.45 m)- La fórmula para descargas en vertederos laterales es :

Asumir : Coeficiente de descarga Cd = 0.61Altura de descarga (m) h = 0.25

La (m) = 15 * Q / (4 * C * (2 * g)^0.5 * h^1.5 La = 0.89

Asumir : La = 0.90

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CALCULO SEDIMENTADOR sahuate