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DISEÑO HIDRÁULICO DE LA CAPTACIÓN MANANTIAL DE LADERA

PROYECTO: "MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE RIEGO SUB CUENCA DEL RIO HUALLAGA,

DISTRITO DE AMBO Y HUANUCO, PROVINCIA DE AMBO Y HUANUCO EN EL

DEPARTAMENTO DE HUANUCO"

UBICACIÓN: TOMAYKICHWA - AMBO - HUANUCO

CANAL: TOMA - GRANERO

a .- Datos del Proyecto:Caudal del manantial : 7.50 lt /s.Caudal de diseño: 3.76 lt /s.

b .- Diseño:b.1.- Calculo de la distancia entre el afloramiento y la caja de captación :

Asumiendo:H = 0.40 m. La altura mínima recomendada es H = 0.30 m.V = 0.50 m/s. La velocidad máxima recomendada es V = 0.6 m/s.

Cd = 0.80 Coeficiente de descarga

Calculo de la carga necesaria sobre el orificio de entrada que permite producir la velocidad de pase.

1.562 g

0.02 m.

Calculo de la perdida de carga.

0.38 m.

Calculo de la Longitud de Afloramiento

L = 1.267 m.

b.2.- Calculo del ancho de la pantalla ( b ) :

b.2.1.- Calculo del diámetro de la tuberia de entrada ( D ) :

Sabemos que :

A = Cd * V

A = 7.50

0.8 * 0.5

A = 0.0188

ho = V2

ho =

Hf = H - ho

Hf =

L = Hf / 0.30

Q max

m2

Ademas :

D = p

D = 15.45 cm.

D = 6.08 Pulg.

b.2.2.- Calculo del número de orificios :

D = 1.50 Pulg.

número de orificios (NA) sera :

NA =Área del diámetro calculado

+ 1Área del diámetro asumido

NA = + 1

NA = 17.45 orificios.

NA = 18.00 orificios. los distribuiremos en TRES capaz de 6 orificios cada uno para reducir el ancho de la pantalla

NA/2 = 6.00 orificios.

b.2.3.- Calculo del ancho de la pantalla :

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

b = 125.73 cm.

b = 1.26 m.

b.3.- Calculo de la altura de la cámara húmeda (Ht) :

Ht = A + B + H + D + E

Donde :A = 10.00 cm. ( minimo )B = 3.81 cm. ( 1/2 de D canastilla de salida )D = 3 cm. + 3D + D ( minimo 3 cm. ) ( por ser dos ileras )D = 18.24 cm.E = 30.00 cm. ( asuminos )

H = 1.56 V = Q

4 * A 1/2

como el diámetro máximo recomentado es D £ 2" Tomamos :

Dc 2

Da

V2

H = 1.562 g

V =Ac

Ac = Area de la tubería de salida

Dc = 1.50 Pulg.

Ac = 0.00114

V = 3.298 m/s.

H = 86.481 cm.

Ht = 148.531 cm.

Ht = 1.5 m Altura de la cámara húmeda

b.4.- Dimensionamiento de la canastilla :

b.4.1.- Diámetro de la canastilla :

Dc = Diámetro de la tuberia de salida a la linea de Conducción

Dc = 1.50 Pulg.

3.00 Pulg.

b.4.2.- Longitud de la canastilla :

3*Dc < L < 6 * Dc

L = 3 * Dc = 11.43 cm.L = 6 * Dc = 22.86 cm.

L = 20.00 cm. Asuminos

b.4.3.- Ranuras :

Ancho de las Ranuras = 5.00 mm.Largo de las Ranuras = 7.00 mm.

Ar = 0.00004

Ac = 0.00114

At = 2 Ac

At = 0.00228

Nº Ranuras = At / Ar

Nº Ranuras = 65.15

m2

D canastilla = 2 Dc

D canastilla =

m2

m2

m2

Nº Ranuras = 65

b.5.- Dimensionamiento de la tuberia de Rebose y Limpieza :

Las tuberias de limpieza y rebose tendran el mismo diámetro y se colocaran con una pendiente de 0.015 m/m. para garantizar la rápida evacuación de las aguas.

D = 0.71Perdida de carga unitaria

0.015 m/m. ( se asume este valor para garantizar la rapida evacuación de las aguas )

D = 3.688 Pulg.

D = 4.00 Pulg.

Cono de rebose de 4 x 4 Pulg.

Q max. 0.38 hf =

hf 0.21

hf =

Abastecimiento de Agua y Alcatarillado

docente: Ing. M. Loli Silva

6.3.- DISEÑO ESTRUCTURAL DEL RESERVORIO.

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

T = coeficiente *wHR ….. (1)

El signo positivo indica tensión

7.317

Coeficientes en el puntoH²/Dt 0.0H 0.1H 0.2H 0.3H 0.4H 0.5H. 0.6H 0.7H 0.8H 0.9H

6.0 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 0.9H7.317 254.55 2525.00 4247.94 6426.61 8408.23 9956.32 10534.47 9536.22 6723.28 2617.26

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

El valor H² / Dt = 4.372 / ( 8.70 * 0.30 ) =

T = coeficiente *wH3 ….. (2)



El signo positivo indica tensión en cara exterior

7.317

Coeficientes en el puntoH²/Dt 0.1H 0.2H 0.3H 0.4H 0.5H. 0.6H 0.7H 0.8H 9H 1.0H

6.0 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 1.0H7.317 2.85 14.05 33.79 98.11 179.12 284.97 354.17 242.02 -237.75 -1335.27

6.3.3.- 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

7.317 3472.86 3874.83 -94422.04

6.3.4.- 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

Remplazando en la ecuacion (4)

El valor H² / Dt = 4.372 / ( 8.70 * 0.30 ) =



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 Mr3406.05 3315.22 3042.74 2588.60 1952.80 1135.35 136.24 -1044.52 -2406.94 -3951.02 -5676.75

Momento Tangencial Mt3406.05 3360.64 3224.39 2997.32 2679.43 2270.70 1771.15 1180.76 499.55 -272.48 -1135.35

6.3.5.- Espesor de la pared

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

M = -1335.27 Kg/m. -133526.78 Kg/cm.

ft = 0.85 * (f'c) ^0.5=12.32 kg/cm2

b = 100.0cm

e = 26cm

Por construcción será:

e= 30 cm

6.3.5.- Espesor de la losa superior

Espesor de los apoyos: 30cm

Luz interna : 8.70m

Luz calculo (L): 7.0+2*0.30/2 = 9.00m

e = L/36 = 0.25m = 0.25m

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 = 600 Kg/m2

CV = 150 Kg/m2W = 750 Kg/m2

Reemplazando: MA = MB =2187.000 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 = 9.279904k=1/(1+Fs/(n*Fc)) 0.343682j = 1-k/3 j = 0.885439R=0.5*Fc* R = 12.02023

MA = MB =M =2187.000 Kg-m

d = 13.49cm

El espesor total considerando recubrimiento de 2.5 cm., será igual a:15.99cm siendo menor que el espesor minimo encontrado(e = 25 cm.) diseño, considerando

d = 25 - 2.5 = 0.225 md = 0.225 m e= 0.25cm

6.3.5.- Espesor de la losa de fondo

MOMENTOS FINALES.Empotramiento(Me) 1135.35 Kg-m

CHEQUEO DEL ESPESOR (método elástico):

e=(6M/(Ft*b))^0.5Reemplazando: e = 23.517 cm

Considerando recubrimiento de 4cm. Entonces:d= 4.00cme = 25.0cmd = 21.0cm

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 = 1335.27 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=17.5cm. El valor de "j" es igual a 0.85 defido con k=0.441

Asmín.=0.0015*b*e 4.50 cm2Para: 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: 1135.35 Kg-m

Peralte:d= 21.0cmb = 100.0cm e = 25.0cm

Asmín = 0.0017*b*e = 4.25 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 = 2187kg-mFs = 1400 kg/cm2

j = 0.89d = 0.225mb = 100.0cme= 0.250m

Asmín = 0.00017*b*e4.25 cm2


6.3.5.- Chequeo por esfuezo cortante y adherencia

EN LA PARED:

La fuerza cortante total máximo (V) será: Reemplazando: 3472.9kgEl esfuerzo nominal (v) se calcula del siguiente modo:

v = V/(j*b*d)j = 0.875

b= 100.0cmd= 27.50cmv= 1.443 Kg/cm2

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

Vmáx= 0.02*f'c 4.20 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 3.608 Kg/cm2

El esfuerzo permisible por adherencia(u máx.) para f'c=210 Kg/cm2es:

u máx. = 0.05*f'c = 10.5 Kg/cm2Como u < u máx entonces. OK !



LOSA DE CUBIERTA:

El esfuerzo cortante máximo (V) es iguaqal a:V=W*S/3 = 2175 Kg/m.

El esfuerzo cortante unitario será:v=V/(b*d) = 0.966667 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* 7.336 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) 1335.27 914.91 2187.00 735.00Espesor util "d" (cm) 27.50 27.50 22.50 21.00fs(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) 6.33 4.33 7.90 4.56C 0.0015 0.0015 0.0017 0.0017b (cm ) 100.00 100.00 100.00 100.00e (cm ) 30.00 30.00 25.00 25.00As mín=C*b*e (cm2)* 4.50 4.50 4.25 4.25 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.

Acontinuacion realizaremos los calculos de los consumos en cada tramo de la localidad.

Tramo: 1-2Datos: Pob = 66 hab

Pf = 89.76 hab Qp = 0.12 Lt/seg.Qm.h = 0.22 Lt/seg.














Pf = 136 hab Qp = 0.19 Lt/seg.Qm.h = 0.34 Lt/seg.
































Pf = 68 hab Qp = 0.09 Lt/seg.

Qm.h = 0.17 Lt/seg.Tramo: 15-14

Datos: Pob = 65 hab Pf = 88.4 hab

Qp = 0.12 Lt/seg.Qm.h = 0.22 Lt/seg.



En resumen:

Tramo Tramo

1-2 0.50 11-12 0.172-3 0.17 12-1 0.143-4 0.17 1-13 0.434-5 0.19 12-14 0.515-6 0.20 11-15 0.436-7 0.17 10-16 0.567-8 0.43 9-17 0.506-9 0.43 8-18 0.545-10 0.34 18-17 0.174-11 0.56 17-16 0.223-12 0.58 16-15 0.178-9 0.17 15-14 0.229-10 0.22 14-13 0.1410-11 0.17

Qm.d lt/seg

Qm.d lt/seg

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