Caisson

CAISSON -

Es una estructura de concreto que permite mantener un nivel mínimo de agua, para su utilización mediante equipos de bombeo. Estructura de concreto armado, generalmente hincada, que permite captar agua subterránea o superficial.

CAPTACIÓN TIPO CAISSÓN DENTRO DEL CAUCE DEL RÍO -

Es una toma de agua superficial mediante orificios y/o ventanas. La estructura de concreto debe contar con orificios y/o ventanas ubicadas de manera que permitan el pase del agua en cualquier época del año. Las ventanas se forman mediante niples que son fijados al encofrado previo al vaciado.

 ALCANCES PARA EL DISEÑO DE CAPTACIONES ESPECIALES GENERALES -

La captación se debe diseñar para el caudal máximo diario y para el de bombeo, en caso de requerir equipos de impulsión. Debe ubicarse en zonas protegidas para reducir la vulnerabilidad a inundaciones o a crecidas intempestivas. Se debe verificar la zona en prevención a una posible contaminación.

PARA AGUAS SUPERFICIALES -

Verificar la permanencia del cauce de la fuente Estudiar la variabilidad de niveles de la fuente por lo menos en los últimos 10 años. Estudiar la duración estacional de la variación de niveles durante un año.

 DISEÑO DE CAISSON CONSIDERACIONES -

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El diámetro interior tendrá entre 1,20 y 2,00 m dependiendo de la profundidad y niveles de la fuente. El volumen útil debe garantizar que, en condiciones críticas, la canastilla de succión o impulsores de la bomba tenga por lo menos un tirante de agua mínimo equivalente a 6 veces el diámetro de los impulsores o canastilla de succión. La distancia media a la fuente de recarga en suelos semi gruesos, no debe ser mayor a 15 m. La profundidad del caisson debe garantizar un tirante mínimo que permita su aprovechamiento en estaciones críticas.

CORONA -

La corona o uña será diseñada para permitir el hundimiento gradual del caisson y reducir al mínimo el rozamiento entre el suelo y la estructura. La corona tendrá las siguientes características: El refuerzo de la corona debe estar constituido por una armadura principal en anillos compuesto por acero corrugado de 1/2” espaciado a no más de 10 cm. La armadura trasversal debe estar compuesta por estribos cerrados de acero corrugado de 3/8”.

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La armadura adicional que permitirá la unión entre corona y anillo, estará constituida por varillas de 3/8” espaciadas a no más del espesor del muro. Esta armadura estará dispuesta en ambas caras de la corona. La calidad del concreto no deberá tener un f ´c menor de 210 kg/cm2.

ANILLOS – TRAMOS INTERMEDIOS -

Los anillos constituyen el cuerpo del caisson, y son vaciados sucesivamente sobre la corona. Serán de concreto armado, vaciados en tramos de 1 m como mínimo, y de diámetro interior coincidente con el diámetro interior superior de la corona. El concreto deberá tener una resistencia mínima f ´c de 175 kg/cm2.

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El refuerzo longitudinal será de 3/8” en dos capas, espaciado a un espesor menor del muro. Este refuerzo se extenderá 30 veces su diámetro encima de la longitud de vaciado para permitir el empalme con el siguiente tramo de anillo a vaciar. La armadura transversal será anular en dos capas, espaciadas a no más de 30 cm; será del mismo diámetro que la armadura longitudinal.

CUBIERTA -

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La cubierta del caisson es circular, de concreto armado de una resistencia no menor de f´c= 175 kg/cm2. La cubierta se diseñará como una losa armada en dos sentidos u otro método racional y debe ser capaz de soportar las cargas establecidas en las características arquitectónicas de la estructura. La cubierta tendrá un buzón de inspección de 0,60 m de diámetro. El buzón de inspección deberá contar con una tapa metálica, concreto u otro material que brinde un sello sanitario.

MATERIAL FILTRANTE -

En captaciones de aguas subterráneas, el fondo del caisson se debe proteger con material permeable dispuesto en capas. La granulometría de las capas de grava seleccionada, podrá tener la siguiente configuración:

TUBERÍAS Y VENTANAS COLECTORAS -

Las tuberías serán diseñadas por Manning para conducir el caudal de bombeo, para las condiciones de niveles máximo y mínimo de la fuente. Las tuberías podrán ser de PVC o de concreto armado. El diámetro mínimo será de 4” o su equivalente. Se recomienda velocidades menores a 3,0 m/s pero con un valor mínimo de 0,6 m/s. La pendiente debe variar entre 0,001 a 0,005 m/m, para evitar la acumulación de sedimentos en el conducto y facilitar su auto limpieza. Los colectores contarán con los dispositivos que permitan el aprovechamiento selectivo de los niveles máximo y mínimo. Los puntos de toma serán protegidos con dados y rejillas que permitan la retención de materiales sólidos que pueda arrastrar la corriente. Las ventanas u orificios en el muro deben garantizar el caudal requerido para la población y deben estar ubicadas 30 cm por debajo del nivel mínimo.

CASETA DE BOMBEO -

La caseta se debe ubicar sobre el caisson. Las dimensiones de la caseta estarán en función del tipo de equipamiento y los espacios mínimos requeridos para su operación y mantenimiento. Se deben elevar 1,00 m por encima del nivel máximo de crecida de la fuente para reducir su vulnerabilidad.

EQUIPAMIENTO -

La captación estará equipada con un sistema de bombeo, que permita elevar el agua a niveles adecuados para su utilización. La selección del equipo de bombeo será de acuerdo con los requerimientos de caudal de bombeo, la altura dinámica total y el NPSH requerido del sistema. La tubería de succión contará con una válvula de pie y una canastilla o filtro de succión.

 DISEÑO HIDRÁULICO DE CAPTACIÓN TIPO CAISSON DESCRIPCIÓN DE LOS CRITERIOS DE DISEÑO Estructura de concreto armado, generalmente hincada, que permite captar agua subterránea o superficial. 

PARA CAUDAL DE BOMBEO DE 1.0 LPS

Gasto máximo diario: 𝑄𝑚𝑑 = 0.50 𝑙𝑝𝑠 Gasto máximo de la fuente: 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 10.00 𝑙𝑝𝑠 Gasto mínimo de la fuente: 𝑄𝑚𝑖𝑛 = 7.50 𝑙𝑝𝑠 DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE FILTRACIÓN Conductividad hidráulica: 𝐼 = 0.001

𝑚 𝑠

Espesor estático del acuífero: 𝐻 = 3.00 𝑚 Transmisibilidad: 𝑇=𝐼∗𝐻 𝑇 = 0.00347

𝑚2 𝑠

Profundidad de la zona de filtración: 𝑄 𝑇 (𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜) ℎ = 0.14 𝑚 ℎ=

ℎ = 0.50 𝑚 (𝑎𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑦𝑒𝑐𝑡𝑖𝑠𝑡𝑎) DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE ANILLOS Y ORIFICIOS EN LA ZONA DE FILTRACIÓN Profundidad de la zona de filtración: ℎ = 0.50 𝑚 Separación entre anillos: 𝑠 = 100.00 𝑚𝑚 Número de orificios por anillos: 𝑁𝑂𝐴 = 8 𝑢𝑛𝑑 Número de anillos: ℎ 𝑠 𝑁𝐴 = 5 𝑢𝑛𝑑 𝑁𝐴 =

Número de orificios: 𝑁𝑂 = 𝑁 ° 𝑎𝑛𝑖𝑙𝑙𝑜𝑠 𝑥 𝑁 ° 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑎𝑛𝑖𝑙𝑙𝑜 𝑁𝑂 = 40 𝑢𝑛𝑑 DETERMINACIÓN DEL ÁREA ABIERTA EN LA ZONA DE FILTRACIÓN Diámetro de los orificios: 𝐷𝑂 = 29.40 𝑚𝑚 Área por Orificio: 𝜋𝐷2 𝑜 𝐴𝑂 = 4 𝐴𝑜 = 0.00068 𝑚2 Área total de los orificios: 𝐴𝑇𝑂 = 𝑁𝑂 ∗ 𝐴𝑂 𝐴𝑇𝑂 = 0.02715 𝑚2 Verificación de la velocidad del agua a través de las aberturas: 𝑐𝑚 𝑐𝑚 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑒 2.50 − 5.00 2 2 Caudal de diseño: 𝑄 = 0.50 𝑙𝑝𝑠 Coeficiente de contracción: 𝐶 = 0.55 𝑄 𝑉𝑒 = 𝐶 ∗ 𝐴𝑇𝑂 𝑐𝑚 𝑉𝑒 = 3.35 2 RESUMEN Diámetro del Caisson: D= 1.50 m (entre 1.20 m – 2.50 m) Prof. Zona de filtración: h= 0.50 m N° total de orificios: NO= 40.00 und Diámetro de los orificios: DO= 29.40 mm