memoria tanque

DISEÑO ESTRUCTURAL DE TANQUE IMHOFF
1.1 NORMAS UTILIZADAS
Para el presente sustento estructural se utilizaron
diversas normas del
Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE), las
cuales se indican a
continuación:

Norma E.020 Cargas

Norma E.030 Diseño sismorresistente

Norma E.050 Suelos y cimentaciones

Norma E.060 Concreto armado

Norma IS.010 Instalaciones sanitarias para edificaciones

Norma ACI 318
1.2 ESTRUCTURACIÓN
La estructura del tanque IMHOFF está conformada predominantemente por
elementos de concreto armado. Los muros estructurales resisten la cargas
sísmicas actuantes; en la dirección YY y en la dirección XX.
1.4 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Concreto
Resistencia a la compresión:
f`c = 210 kg/cm2
Peso específico
2400 kg/m3
:
Acero
Acero de refuerzo grado 60:
fy = 4200 kg/cm2
Peso específico
7850 kg/m3
:
1.5 CARGAS CONSIDERADAS
Las cargas consideradas son carga muerta, carga viva y carga sísmica, las
cuales detallamos a continuación
Carga muerta:
1
Peso de la losa maciza 0.20 m de espesor
480 kg/m2
Peso de acabados
100 kg/m2
Carga viva:
1000 kg/m2
Sobrecarga (agua)
1.6 COMBINACIONES DE CARGAS
Se emplearon las siguientes combinaciones:

1.5 x Carga Muerta +1.8 x Carga Viva

1.25 x (Carga Muerta + Carga viva) + / - Carga Sísmica

0.9 x Carga Muerta +/- Carga sísmica
1.7 METRADO DE CARGAS
Concreto armado
2400 kg/m3
Agua
1000 kg/m3
Peso específico neto suelo sumergido
1100kg/m3
Luego los pesos de carga muerta expresados en unidad de superficie:
Losa maciza
h = 20 cm
480 kg/m2
Acabado
e = 5 cm
100 kg/m2
1.8
DISEÑO DE TANQUE
1.8.1 DISEÑO POR FLEXIÓN
Para realizar el diseño del tanque procedemos a realizar los metrados de
cargas:
Tapa :
Peso propio 0.30x 2400 = 720 kg/m2
= 100 kg/m2
Acabados
CM
= 820 kg/m2
CV = 200 kg/m2
Fondo:
720 kg/m2
Peso propio 0.30 x 2400 =
Acabados
=
100 kg/m2
2
CM
= 820 kg/m2
s/c = CV = 1000 x 3.50 = 3500 kg/m2
(agua de cisterna)
Paredes laterales:
De acuerdo a
ubicación propia del tanque encontramos que un lado del
mismo se encuentra enterrado (4.50 m aproximadamente) y el otro lado
expuesto.
Cabe señalar que procederemos al dimensionamiento para los casos donde:
1. El tanque se encuentre vacío y las acciones del empuje de la tierra
incidan sobre el muro del tanque,
2. El otro caso sería de la acción neta del agua del tanque sobre la pared
del tanque en el lado donde no está enterrado
De esta manera consideramos los dos casos críticos, pues de presentarse
ambos en un solo muro las fuerzas al ser opuestas se podrían contrarrestar.
Para el tanque IMHOFF consideramos el espesor de 0.30 m para
las
paredes laterales y fondo. Se procede a calcular el coeficiente para
determinar las presiones laterales sobre la placa (muro) del tanque
Ka = tg2(45-Ɵ/2) = 0,3
Los empujes serán calculados de la siguiente forma:
w= Ka x γ x H
donde:
Empuje de terreno
(Et)
:
w = 0.30 x 2000 x 4.50 = 2700 kg/m2
Empuje de sobrecarga (Es/c) :
w = 0.30 x 200 = 60.00 kg/m2
Empuje del agua
w = 1 x 1000 x 4.00= 4000 kg/m2
(Ea)
:
Diseño de paredes laterales del tanque
3
Figura 1
Se observa que la situación más crítica para el diseño de las paredes
laterales se presentará cuando la cisterna se encuentre vacía, en el lado en el
que se encuentre enterrado, y 2da crítica donde la presión de agua este
sobre el lado libre .También sabemos que las cargas ultimas además de
amplificarse por los
coeficientes
de la norma, deberán amplificarse
adicionalmente por 1.3, según ACI-350 (elementos en contacto permanente o
temporal con el agua), por lo que tenemos:
Caso 1: Tanque vacío y presión lateral del suelo.
Wu= 1.3 ( 1.8x Es/c + 1.8 x Et )
Wu = 1.3 x (1.8x 0.06 + 1.8 x 2.70) = 6.45 ton
Mmax= 0.1283x(WuxLn/2)xLn = 0.1283 x ( 6.45x4.50/2) x 4.50 = 8.38
tonxm
Con b = 100 cm y d = 30 – 7 =23 cm con lo cual tenemos que el As = 10.17cm2
Por lo tanto se colocará 5/8” @ .20 m (As=12 cm2) en el sector interior y
exterior , pues la presión puede ser ejercido por ambos lados de la pared
lateral.
4
Verificación por cortante
Vsup = Wu x Ln/6 = 6.45 x 4.50 / 6 = 4.84 ton
Vinf = Wu x Ln/3 = 6.45 x 4.50 / 3 = 9.68ton
ø VC =0.85x0.53 x√210 x 100 x23
= 15015.2 kg = 15.01 ton
Por lo tanto se comprueba que:
ø Vc
> Vu
, es correcto
Caso 2 : Tanque lleno y sin presión lateral del suelo.
Wu= 1.3 (1.8 x Ea )
Wu = 1.3 x (1.8 x 4.00) = 9.36 ton
Mmax= 0.1283x(WuxLn/2)xLn = 0.1283 x ( 9.36x4.00/2) x 4.00 = 9.60
tonxm
Con b = 100 cm y d = 30 – 7 =23 cm con lo cual tenemos que el As = 11.75
cm2
Por lo tanto se colocará 5/8” @ .20 m (As=12 cm2) en el sector interior y
exterior, pues la presión puede ser ejercido por ambos lados de la pared
lateral.
Verificación por cortante
Vsup = Wu x Ln/6 = 9.36x 4.00/ 6 = 6.24 ton
Vinf = Wu x Ln/3 = 9.36 x 4.00 / 3 = 12.48 ton
ø VC =0.85x0.53 x√210 x 100 x23
= 15015.2 kg = 15.01 ton
Por lo tanto se comprueba que:
ø Vc
> Vu
, es correcto
1.9 ANÁLISIS DE TANQUE EXISTENTE
Se procede a realizar el cálculo de los momentos resistentes de, encontramos
que las paredes y fondo del tanque existe es de 0.25 m , no se conoce las
dimensiones del acero , pero en las siguiente se estima cual acero debió ser
coloca utilizando dicha sección :
5
Los empuje de terreno y aguas serán los mismas
Empuje de terreno
(Et)
:
w = 0.30 x 2000 x 4.50 = 2700 kg/m 2
Empuje de sobrecarga (Es/c) :
w = 0.30 x 200 = 60.00 kg/m2
Empuje del agua
w = 1 x 1000 x 4.00= 4000 kg/m2
(Ea)
:
Caso 1: Tanque vacío y presión lateral del suelo.
Wu
= 16.45 ton
Mmax
= 8.38 tonxm
Con b = 100 cm y d = 25– 7 =18 cm con lo cual tenemos que el As = 13.51cm2
Por lo tanto se tendría que haber colocado 3/4” @ .25 m (As=14.20 cm2)
en el sector interior y exterior , pues la presión puede ser ejercido por
ambos lados de la pared lateral.
Verificación por cortante
Vsup = Wu x Ln/6 = 6.45 x 4.50 / 6 = 4.84 ton
Vinf = Wu x Ln/3 = 6.45 x 4.50 / 3 = 9.68ton
ø VC =0.85x0.53 x√210 x 100 x18
= 11751 kg = 11.75 ton
Por lo tanto se comprueba que:
ø Vc > Vu, es
correcto
Caso 2: Tanque lleno y sin presión lateral del suelo.
Wu = 9.36 ton
Mmax= 9.60 tonxm
Con b = 100 cm y d = 25– 7 =18 cm con lo cual tenemos que el As = 15.73 cm2
Por lo tanto, se tendría que haber colocado 3/4” @ .20 m (As=17.04 cm2)
en el sector interior y exterior, pues la presión puede ser ejercido por ambos
lados de la pared lateral.
Verificación por cortante
Vsup = Wu x Ln/6 = 9.36x 4.00/ 6 = 6.24 ton
6
Vinf = Wu x Ln/3 = 9.36 x 4.00 / 3 = 12.48 ton
ø VC =0.85x0.53 x√210 x 100 x18
= 11751 kg = 11.75 ton
Por lo tanto se comprueba que:
ø Vc
> Vu, NO CUMPLIRÍA, por lo que
se tendría que aumentar la sección de la pared, para resistir las fuerzas
cortantes, ejercidas por el líquido del tanque
1.10 REFORZAMIENTO DE TANQUE EXISTENTE
Como se apreció en el análisis anterior, el tanque bajo las condiciones
actuales, no soportaría las presiones ejercidas sobre las paredes, por lo cual
se procede a realizar el planteamiento de reforzamiento de la estructura.
Se plantea columnas rectangulares con refuerzos tipo contrafuertes en su
parte inferior como se aprecia en la Figura 2 y 3
Figura 2
7
Figura 3
Las placas existente son de espesor de 25 cm y de unas sola malla, por lo que
no es recomendable picar la placa para poder hallar el acero para conectarlo
con las columnas planteadas pues se debilitaría el muro, por lo que las
columnas tendrían que estar pegado a la cara exterior de la placa, recibiendo
de esta manera las columnas una carga de la losa entera.
Se ha ubicado estratégicamente las columnas de manera que se puedan
distribuir las cargas sobre las columnas, por lo cual se aprecian las zonas
tributarias en la figura 4, y en la figura 5 las cargas ejercidas sobre el muro
y las columnas
Figura 4
8
Procedemos a analizar las columnas tipos contrafuertes si cumplen con los
factores de volteo y deslizamiento
Figura 5
Fuerza del agua = 4000 kg = 4000 kg
Momento producido = 4000 x 1.60 = 6400 kg
Fuerzas y momento de columna
F
0.35x5.00x2400
M
= 4200 kg
x 1.325m
= 5565.00 kgxm
1.15x1.90x2400/2 = 2622 kg
x 0.77 m
= 2018.94 kgxm
1.15x0.60x2400
= 1656 kg
x 1.15/2 m
= 952.20 kgxm
0.60x1.50x2000
= 1800 kg
x 1.50/2 m
= 1350.00 kgxm
Total Fuerzas resistentes
= 10270 kg
Total Momentos resistentes = 9886.14 kg/m
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Deslizamiento : Fresis / Fact = 10270 / 4000
Volteo
= 2.57
: Mresis/ Mact = 9886.14/ 6400 = 1.54
Por lo tanto cumple el predimensionamiento es correcto.
Se realiza el análisis para el caso crítico de las cargas (presión del líquido), y
para el lado crítico, donde las columnas se encuentran mas separadas
Caso 2: Tanque lleno y sin presión lateral del suelo.
Wu= 1.3 (1.8 x Ea )x Long tributaria
Wu = 1.3 x (1.8 x 4.00) x 2.68 = 25.08 ton
Mmax= 0.1283x(WuxLn/2)xLn = 0.1283 x (25.08x4.00/2) x 4.00 = 25.74
tonxm
Este momento negativo se presenta aproximadamente a 1/3 de la base y
aproximadamente ahí tenemos una sección de columna de 70 cm
Con b = 35 cm y d = 70-5 =65 cm con lo cual tenemos que el As = 11.12 cm2
Por lo tanto se colocará 4 f 3/4” en la parte externa de la columna, la cual
trabajará como una viga en voladizo, donde su momento mayor se encuentra
cerca a la base. La distribución se aprecia en la figura 6
Verificación por cortante, en la base donde se desarrolla la mayor fuerza
cortante
Vsup = Wu x Ln/6 = 25.08x 4.00/ 6 = 16.72 ton
Vinf = Wu x Ln/3 = 25.08 x 4.00 / 3 = 33.44 ton
ø VC =0.85x0.53 x√210 x 35x150
= 34273 kg = 34.27 ton
Por lo tanto se comprueba que:
ø Vc
> Vu
, es correcto
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Figura 6
Además de este refuerzo se ha arriostrado las dos columnas mediante dos
vigas peraltadas de 0.35x0.30 en tres niveles, para dar mayor estabilidad a
las dos columnas además de reforzar recibir parte de las cargas tributarias y
repartirlas a las columnas. Figura 7
Figura 7
Figura 6
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