calculo estructural tanque

5/8/2018 calculo estructural tanque - slidepdf.com

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ANEXOI

MEMORIA TECNICA Y DE CALCULOSESTRUCTURALES



MEMORIA DESCRIPTIV A DE DISENO ESTRUCfURAL

1. GENERALIDADES

La vulnerabilidad fisiea de los componentes de los sistemas de agua potable puede producirse por eldiseno estructural inadecuado de los mismos. Las dimensiones y el tipo de material, datos

recopilados en la visita de campo a los seis sistemas de agua potable rurales mencionados en el

infonne, han sido usados para verificar si las obras hidraulicas cumplen con los requisites

estructurales de resistencia y serviciabilidad,

Para cumplir con el objetivo propuesto, usando las nonnas aceptadas para el calculo de estrncturas

de hormigon, los metodos de disefio estrnctural validos en dichas normas y ciertas caracteristicas

asumidas para los materiales de las obras y del suelo donde estas se encuentran, se ha realizado el

analisisy diseiio de muros y tanques.

2. NORMAS DE DISENO

Los diseiios estructurales de las obras hidraulicas de los seis sistemas de agua potable, deben

satisfacer los requisitos de disefio contenidos en el Codigo Ecuatoriano de 1 a Construccion CEC-

1993 (referencia 1), elAmerican Concrete Institute ACI-318-83 (referencia 2).

3. METODO DE DISENO ESTRUCTURAL

Todas las estructuras han sido disefiadas de acuerdo a los metodos de "diseiio por resistencia

Ultima", 0, "disefio por esfuerzos de trabajo"

En el primer metodo, el refuerzo de acero es calculado para resistir las cargas de servicio

multiplicadas por factores de carga especificados en norma, y las resistencias nominales calculadas

muhiplicados por factores de reduccion de resistencia especificados en normas

En el segundo metcdo, el esfuerzo de trabajo es resistido por el hormigon,

Para el calculo de las solicitaciones de los elementos estructurales, se ha considerado uncomportamiento elastico lineal de estos elementos y se ha satisfecho las condiciones de equilibrio

por compatibilidad geometrica

4. MATERIALES

Las caracteristicas tanto del hormigon como del acero de refuerzo y el acero de los elementos

estructurales han sido asumidas.

Las estructuras en general estan construidas con hormigon ciclopeo, simple 0 armado, lascaracteristicas asumidas de los materiales constitutivos son:



Hormigon

Acero conugado :

fc =210 Kg/ern- resistencia a compresion

f Y = 4200 Kg/cnf resistencia a fluencia, grado A62, segun nOID]a INEN

102

La mezcla y colocacion del hormigon y los detaIles de refuerzo debieron ser hechos de acuerdo a

los procedimientos y especificaciones del CEC.

5 . PLANTEAMJENTO, ANALISIS Y DISENO ESTRUcrURAL

EI calculo de muros y tanques (rectangulares y circulares), se 10 ha hecho considerando las

siguientes fuerzas:

Empuje activo del suelo, considerando una d is tr ibucion t ri angul ar , s iendo cero en el borde

superior del muro 0 tanque y max ima en el borde inferior.

Para el calculo del empuje activo del suelo se ha asumido lID angulo de friccion intema en elsuelo de 29° y el peso especifico del suelo de 1.7 thn3.

Empuje debido a1 sismo, considerando una aceleracion max ima de OAg.

El peso especifico del hormig6n para el calculo del peso de la estructura es de 2.4 tlrn3

(para hormigon armado).

El calculo tiene como objetivo verificar si las estructuras necesitan °no de acero de refuerzo y cual

es la capacidad resistente minima que tiene el suelo que esta soportanto la estructura.

En caso de que el acero calculado sea inferior a tres veces el acero minimo requerido, se comprueba

que no se necesita acero de refuerzo (CEC-l 0 5)

La cuantia min ima de acero requerida para muros y paredes de tanques es:

vertical: 0.0015 (112 en cada cara)

horizontal 0.0025 (2/3 en la cara expuesta y 1/2 en la otra)

La cuantia min ima de acero en las cimentaciones de tanques es:

p = 0.0018 (la mitad en cada cam)

Para el calculo de momentos y cortante en tanques, se ha hecho uso de los coeficientes para placas

de Timoshenko (referencia 3) y para tanques circulares los coeficientes de 1a PORTLANDCEl\I IENT ASSOCIATION, peA, (referenda. 4).

5.1 MUROS

Los criterios adoptados para el disetio son:

Muros de hormigon de varias alturas; se ha considerado una altura maxima de 1.50 m para

verificar la necesidad 0no de acero de refuerzo en un muro de esta caracteristica.

Espesores de mums variando entre 10 em y 15 em.Para el calculo del empuje se desprecia la cohesion posible de los suelos (dato

desconocido); can esta hipotesis, se mayora el empuje activo y se minora el pasivo.



Se supone que diversos factores climaticos provocan erosion del suelo hasta el borde

inferior del mum, por tanto se desprecia el empuje pasivo del suelo en la parte baja del

muro.

Se considera como c on dic io n c rit ic a para ver if ic ar c ap ac id ad del suelo, el peso del mum .

El empuje del suelo mas sismo, como condicion critic a para el analisis de volcamiento,

El empuje del suelo mas sismo, como c on dic io n c rit ic a para el analisis de deslizamiento.

5.2 TANQUES

Los eriterios adoptados para el disefio son:

Tanques de hormigon de varias alturas y secciones. Se ha heche el diseiio de un tanque

tipico rompepresi6n de 1 illde altura y 0.80*0.80 (m') de seccion can 10 em de espesor de

paredes. Los tanques de a1macenamiento han sido anaIizados de aeuerdo a sus

dimensiones,

Para el calculo de las fuerzas se usa elmismo criterio que para muros.Para el calculo del empuje se desprecia la cohesion posible de los suelos (dato

desconocido); con esta hipotesis, se mayora el empuje activo y se minora en pasivo.

Se eonsidera como condicion critica para verificar capacidad del suelo, el peso del tanque

lleno con agua

Empuje del suelo mas sismo, como condicion critica para e l ana li s is por volcamiento.

Empuje del suelo mas sismo, como condici6n critica para el analisis por deslizamiento,

Momentos Y cortantes son estimados a partir de los coeficientes de momento Y cortante

encontrados en tablas. Para el calculo de tanques rectang ulares se usan los coeficientes para

placas de la referenda 3. Para el calculo de tanques circulares se usan los eoeficientes para

tanques circulares de 1areferencia 4.

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Ninguno de los muros estructurales usados en las captaciones de los sistemas de agua

potable de los sistemas estudiados, necesitan de acero de refuerzo pOI calculo 0 por

requerimientos minimos.

Considerando que hubo fal ia en algunos de estos muros, se debe concluir que debi6 ser por

fallas en la preparacion de las mezclas de hormigon 0 en la calidad de los materiales de

construcci6n

Tanques pequefios como los de captacion, repartidores 0 rompepresion, no necesitan de

acero de refuerzo pOl' calculo 0 pDf requerimientos minimos. Muchos de estos tanques

pueden ser constnridos inclusive con rnamposteria de bloque 0 ladrillo, 1 0 eual disminuiria

costos y se reduciria e l r ie sgo de errores en la preparacion de las mezclas de hormigon ,

Tanques grandes usados en el componente tratamiento-almacenamiento han sido

comparados con los tanques tipo de 1a referencia 5. Los calculos demuestran que el acero

previsto en los disefios tipo de estos tanques, SOll suficientes para soportar las solicitaciones

a que estan sometidos.

Se recomienda tener cuidado con el uso indiscriminado de estos tanques, especialmente los

de gran capacidad, pues las condiciones locales donde van a ser construidos no son las

mismas y las cargas asumidas pueden variar radicalmente.



7. REFERENCIASBIBLIOGRAFICAS

ACI 318-83, "Reglamento de las Construcciones de Concreto Reforzado y Comentarios",

1983, 595p

2 CODIGO ECUATOruANO DE LA CONSTRUCCION (CEC), "Requisitos de Disefio del

Hormigon Annado", Quinta Edicion, mEN, Quito-Ecuador, 1993

3 TIl\fOSHENKO , "Theory of Plates and Shel ls " , 1992

4 PORTLAND CEMENT ASSOCIATION (peA), "R ec ta ng ula r Conc re te T an ks , ST-63",

St ruc tu ra l And Railways Bureau, 1968

5 PROYECTO WASHED, CONVENIO SSA-USAID N° 518-008], "PIanos Tipo de Agua

Potable, Saneamienro y Desechos S6lidos", Documento tecnico N° 01-ESTD de la SSA,Quito-Ecuador, 1995.



CALCULOS ESTRUCTURALES

1. lUUROS

Datos: sa = 20 t/m' esfuerzo admisible del suelof = 29° coeficiente de friccion del suelo

ts =1.7 t/m' peso especifico del suelo

th =2.4 t/m' peso especifico del hormigon armado

Ka=0.35 tg2( 45-£12) coeficiente de presion activa

Kp =2 88 tg2(45+fl2) coeficiente de presion pasiva

m =0.351 tg(2*£I3) coeficiente de friccion muro-suelo

Fuerzas actuantes:

Peso actuante sabre eI sueloW =t s* h'* (b -a )/2 + th *h '* (a +b )1 2 +t s* h'* cl + th *( c +b+c l )* dl+ ta *h 2 *c

Empuje del suelo

E =ts*h2*Kal2

Empuje por sismo considerando una dovela de falIa en 30°

Es = : : : 0.4*th*(a+b)*h'/2+O.4*ts*h'2*tan(300)!2

Revision de capacidad del snelo

s m a x =2*W/(b+c+cl) < sa; smin =0

Revision de estabilidad a1deslizamiento

revision al deslizatniento s in s ismo

fs des =(W*m+Fp)/E >1.5 (si curnple es estable)

revision al deslizam iento con sism o

fs sis =(W*m+Fp)/(E+Es) >1.5

Momento de volcamiento en A

Mv=E*bJ3

Momento estabilizante en A

Me= th*h'*(b+a)*[c+(b+a)l2] + ts*(b-a)*h'*(c+2*b/3+af3) + ts*h'*cl*(c+b+c1l2) +

th*(c+b+c 1Y * d1*/2

Revision de estabilidad al volcamiento

Fs vole =Me/Mv >20 (si cumple es estable)

Diseiio de PantaHa del Muro

Cortante en cada tercio h/3,2b13,h (h{ 1,2,3})

vu{ 1,2,3} = l.7*ts*Ka*h{l,2,3/2 }/(lm*d)<. 85*. 53*Ofc

Momento en cada tercio h {1,2,3}

Mu = 1.7*ts*Ka*h{1,2,3}2/6

Calculo del acero de refuerzo en cada tercio con Mu

Ac. minimo del hormigon Asminh""0.0025*lOO*d, la mitad en cada cara

Ac. minimo ver Asminv=Q,Q015* lOO*d 2/3 en cada cara, por unifurmidad de acero

en cada cara



2. TANQUES

Datos: sa=20 t/m' esfuerzo a dm i sib le d el su elo

f= 2 9° co efieiente d e friccio n d el suelo

ts = 1.7 t/m' peso espedfico del suelo

th =2 .4 t1 m 2 peso especifico del h orm igon arm a do

Ka = 0.35 tg2(45-fi2) e oe fieien te d e p re sio n a et iv a

Kp =2 .88 tg2 (45 +£ '2 ) co eficien te d e p res io n p asiv a

m =0 .351 tg(2*£ '3) coeficiente de fiicion muro-sue lo

Fue rz as a ct ua nt es :

Peso actuante sobre el suelo

W = ts*h'*(b-a )/2+th * h'* ( a +b )/2 + ts *h '* c 1 +t h* ( c+ b+ c 1 )* d 1+ ta * h2*c

E rnp uje d el suelo

E = ts*h2*KaJ2Em puje por sism o considerando una dovela de falla en 30°

Es = 0.4*th*(a+b)*h'/2+0.4*ts*h'2*tan(300)/2

Revision de capaeidad del suelo

smax =2*W/(b+c+cl ) < sa ; smin = 0

Calculo de Momentos y Cortantes

calculo de la relacion larg o/aneho . Se calculo la relacion bib p ara usar las tab las.calculo de la relacion espesorllargo. Se calcula la relacion elh para usaf las tablas.

Con las relaciones ealculadas se usan las tablas de las referencias 3 y 4 Y s e ob ti en en

lo s m em e nto s y cortantes, los m ism o s que son m a yorad os.

M u = 1 .7 M tab la

Vu = 1 .7 V ta bla

Calculo del aeero de refuerzo en punto de calculo.

verificar si el aeero calculado es m enor que 1 a tercera parte del acero m inim o

verificar si el aeero de refuerzo calculado es m enor que el aeero propuesto para

tanques tipo, de la referencia 3 .

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