10) ing. cimentaciones - clase 10(16-02-16) (2)

8/19/2019 10) ING. CIMENTACIONES - CLASE 10(16-02-16) (2)

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INGENIERÍA DE CIMENTACIONES

CLASE 10

docente

MSc. -ing. Natividad Sánchez Arévalo17/02/2016 1


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17/02/2016 MSc. Ing. Civil Natividad Sánchez A. 2

CONTENIDO

1. Aclaraciones referidas a la estabilidad aldeslizamiento (factor de seguridad, dentellones)

2. Aclaraciones referidas al diseño

3. Escaleras

3. Muros de Sótano

4. Losas macizas


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Aclaraciones referidas a la estabilidad aldeslizamiento (factor de seguridad, dentellones)

1) K. Terzaghi, R. Peck, «Mecánica de Suelos en laIngeniería Práctica »

Segunda Edición. Editorial El Ateneo. Buenos Aires.

2)Peck-Hanson-Thornburn «Ingeniería deCimentaciones». 1996. editorial Limusa. México

3) A. Nilson, «Diseño de Estructuras De Concreto

Armado». 12 edición. Mc Graw Hill. México

4) J. Calavera, «Muros de Contención y Muros de

Sótano». 2ª edición, Intemac, Madrid-España


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17/02/2016MSc. Ing. Civil Natividad Sánchez A.

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Nilson, «Si hay dudas con

respecto a la confiabilidad

del relleno por encima de lapunta, debe suponerse mas

conservadoramente que la

superficie libre del terreno,

se ubica en el nivel superiorde la zapata, en cuyo caso

el empuje pasivo se toma a

partir de ese nivel»

Calavera, «La profundidad mínima de cimentación debe ser

1.00 m y el proyectista debe asegurarse de que el terreno

existe frente al muro en distancia suficiente igual a 2hf»


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1. Aclaraciones referidas a la estabilidad al deslizamiento (factor deseguridad, dentellones)

• El factor de seguridad al deslizamiento es 1.5 (Terzaghi ,fundador de la

Mecánica de Suelos). Peck (primero coautor del libro publicado conTerzaghi y después coautor del libro publicado con Hanson y

Thornburn) dice: «El factor de deslizamiento no debe ser menor que

1.5. Además la presión pasiva de tierra debe despreciarse al calcular el

factor de seguridad, a menos que las condiciones locales permitan

obtener una evaluación segura del valor de su límite inferior y a menosque se asegure la existencia de la presión durante la colocación del

relleno detrás del muro»

• Continúa Peck, «Si el factor de seguridad contra deslizamiento es

menor que 1.5, debe modificarse el proyecto. Puede aumentarse la

resistencia al deslizamiento usando un dentellón que se incruste en el

suelo, debajo de la base o puede aumentarse la base para aumentar la

superficie de deslizamiento. Para el mismo volumen de concreto,

ordinariamente se considera el dentellón más efectivo que el aumento

del ancho de la base, pero, por otra parte, el ancho de la base puede

aumentarse con un costo menor.»


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2. Influencia de los sismos en laestabilidad de los muros en voladizo

Existen los métodos de Seed y el de Monobe-Okave,ambos se basan en suponer la superficie de fallaplana. Emplearemos el método de Seed por ser massimple, aún cuando sea menos exacto.


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MÉTODO DE SEEDEs una simplificación delmétodo de Monobe Okabe.Se usa para terrenosgranulares ordinarios(Calavera)

f.s deslizamiento sismo = 1.2(Calavera, también Morales)

El método supone superficie de

rotura plana, que se extiende hasta

un punto A, cuya distancia

horizontal a la coronación es 0.75H la altura del muro.

Se supone también que el

incremento de empuje debido a laacción sísmica es horizontal, igual

a la fuerza de inercia de la cuña

del suelo, de lo que resulta que el

empuje por sismo «Es» :

Es = 0,5wH²(0.75 S); S = 0.5ZZ es el factor de zona (Nte-030)(recomendación Ing. Antonio Blanco)


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respecto a la confiabilidad del

relleno por encima de la

punta, debe suponerse mas

conservadoramente que lasuperficie libre del terreno, se

ubica en el nivel superior de

la zapata, en cuyo caso el

empuje pasivo se toma a



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Diseño de los dentellones

Los dentellones se diseñancomo vigas en voladizo

sometidas a flexión o como

braquetes según se cumplan las

siguientes relaciones:

a/(H-6) < 1 Braquetes

a/(H-6) > 1 viga volado

Si resulta viga en volado, ya

saben como diseñar


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LOS BRAQUETES

Ó MÉNSULAS


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Avf = Vu/(0.85fyµ)


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a

DISEÑO DEBRAQUETES

El dentellón tiene un ancho mínimo de 0.40 y una altura de

0.30 a 0.40 m. MacCormac,recomienda altura entre 2/3 a 1 del

peralte total de la zapata.

-Verificar : a/d < 1; diseñar como braquete; si sucede lo

contrario se diseña como viga esbelta, tal como aprendieron en

concreto.

-Se encuentra la ubicación y la resultante «a» y Pp.

-Calcular Vu = Pp x 1.7; Vn = Vu/ϕ; ϕ = 0.85

-Vn ≤ menor valor de 0.2f ́cbd o 55bd.

-Calcular Mu = Vu*a y se calcula el refuerzo Af

-Calcular el refuerzo por corte fricción Avf = Vu/(0.85fyµ); µ=0.6

( concreto - concreto endurecido)El -área de refuerzo principal de tracción Asc es el mayor entre

Af; 2/3Avf; y 0.04f´c/fy

-El área total Ah≥ 0.5 Asc y se distribuye en los 2/3d


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Hp

Hp= 6075


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Af = 1.02 cm2


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Asc

Ah


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DIMENSIONAMIENTOS


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Medidas de contrapasos:

Monumentales, 13 a 15 cmEdificios, 15 a 17.5 cmSecundarias, 18 a 20 cm

Medida mínima de pasos:

En general = 25 cm


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ESCALERAS DE UN TRAMO


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ESCALERAS CONVENCIONALESDE DOS TRAMOS


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ESCALERA CON PELDAÑOS EN VOLADIZO


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ESCALERA TIPO ALFOMBRA


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ESCALERA UCCI


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ESCALERAHELICOIDALCONPELDAÑOSEN VOLADIZO


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ESCALERA AUTOPORTANTE


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PREDIMENSIONAMIENTO LOSA: LUZ HORIZONTAL/25 Ó 20

PARA EL METRADO DE CARGAS TENER EN CUENTA:

PARA 1 M HORIZONTAL CORRESPONDE UNA DETERMINADACANTIDAD DE LONGITUD INCLINADA OBTENIDA DE LAHIPOTENUZA QUE CORRESPONDE A LOS CATETOS PASO YCONTRAPASO.

SE EFECTUARÁ UN TALLER CONJUNTO CON LOS ALUMNOS


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MUROS DE S TANO LOSAS Y


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Mag. Nati vi dad Sánc hez

MUROS DE SÓTANO, LOSAS Y

TANQUES


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DIFERENCIA ENTRE LOS MUROS EN

VOLADIZO Y LOS MUROS DE SÓTANO


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TIPOS DE EMPUJE


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TIPOS DE EMPUJE •La presión del terreno sobre un mu ro está muy condic ionada po r la

deformabi l idad del muro. Esta deform abi l idad se ref iere no sólo a la

qu e experimenta el mu ro , sin o también a la deformabil id ad que

produc e el mu ro en el terreno.

•En la interacc ión entre el muro y el terreno s obre el que cim ienta

puede ocur rir que las deform acion es sean práctic amente nulas, de

lo qu e se puede deducir q ue la masa se encuentra en estado de

reposo y se está en el caso del empu je al reposo . En este caso s eencuentran los muros de sótano.


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•Si el mu ro se desplaza, permit iendo la expansión lateral del suelo, se

pro du ce un fallo p or co rte del suelo y la cuña de rotur a avanza hacia

el muro y desciend e. El empu je se reduc e desde el valor del empuje al

reposo h asta el denom inado valo r de empuje activo , qu e es el mínim o

valor posib le del empu je.

•Por el con trario , si se aplic an fu erzas al mu ro d e forma que éste

empuje al relleno, el fallo se p rod uce med iante un a cuña mu cho m as

amplia, que exper imenta un ascenso . Este es el empu je pasivo. Es el

mayor valor que puede alcanzar el empu je.

•Por lo tanto , el empuje al reposo es de valor intermedio entre el

empu je act ivo y el empu je pasivo


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MUROS DE SÓTANO


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Ó

Son muros d i ferentes a los que hemo s venido estudiando, porque estos

tienen mínim amente apoy os en la base y en la parte superio r. El empuje que

reciben estos mu ros es de los suelos en reposo . Se puede simpl i f icar con

una var iación de empu je uniform emente repart ido equ ivalente a 0.65 ca wH,

para suelos de bu ena cal idad

•Este tipo de muro ya no es un voladizo, ya no se puede voltear, ya No


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recibe empuje activo, sino otro tipo de empuje, denominado de lossuelos en reposo (ko = 0.5, 0.8).•Si no se va ha voltear no necesita talón•Para que se produzca empuje tiene que haber deformación

(desplazamiento). En este caso no ocurrirá porque hay techo.•Los espesores que generalmente se usan en los muros de sotano,son generalmente de 25 cm para un sotano; de 30 cm para dossotanos; de 35 cm para tres sotanos. Estos valores son para alturasnormales, de piso a piso de 2.80 m a 3.00 m.•El muro de sotano se calcula como una losa de uno o mas tramos

HIPOTESIS DE DISEÑO EN MUROS DE SÓTANO


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HIPOTESIS DE DISEÑO EN MUROS DE SÓTANO

1) No se produce empuje y las cargas verticales son

máximas. Esto se puede dar en el caso de muros desótano que no están sometidos a empuje y sirvende apoyo a muros portantes. Ej. EdificioAdministrativo - UNCP

2) Se produce empuje y las cargas verticales sonmínimas. Esto se puede dar en estructuras depórticos ó duales con sótano.

3) Se produce empuje y las cargas verticales sonsignificativas. Esto se puede dar en estructuras demuros portantes con sótano que soporta empujesdel suelo.


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CASOS EN LOSCOMPORTAMIENTOSDE LAS LOSA DE LOSMUROS DE SOTANO

MUROS DE SÓTANO CON COMPORTAMIENTO


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UNIDIRECCIONAL (CASO 1)

0.65 ca wH



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UNIDIRECCIONAL (CASO 2)

MUROS DE SOTANO CON LOSAS DE


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MUROS DE SOTANO CON LOSAS DECOMPORTAMIENTO BIDIRECCIONAL

Se trabaja con el empuje promedio recomendado por el

Ing. Harmsen


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Un muro de sótano de 3.00 m de altura de piso a piso, estará

sometido fundamentalmente a fuerzas de empuje del terreno.

Teniendo en consideración que las columnas que enmarcan el muro

están distanciadas a 9 m. entre sí. Se pide:

1)Diseñar el muro de contención, sólo, para los empujes del suelo

2) Diseñar el muro para empujes y sobrecarga equivalente a 500

k/m2.3) Si las columnas estuvieran distanciadas entre sí a 5 m. ¿Cómo lo

resolverias?. Justifique su respuesta.

DATOS: qadm. = 3 k/cm2; ɸ=300 ; w = 2000 kg/m3; µ = 0.45.

LOSAS CON COMPORTAMIENTO BIDIRECCIONAL


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LOSAS CON COMPORTAMIENTO BIDIRECCIONAL

LAS LOSAS QUE TIENEN SUS BORDES APOYADOS


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Losas apoyadas en vigas.

(www.ing.unlp.edu.ar)

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lc LL

Lc

LAS LOSAS QUE TIENEN SUS BORDES APOYADOSEN VIGAS O MUROS


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LAS LOSAS MACIZAS DE CONCRETO

ARMADO

Si los paños son cuadrados, sedeforman con igual curvatura enlas dos direcciones.

Si los paños son rectangulares conrelaciones largo/ancho menor o iguala 2, las losas macizas continúantrabajando en dos direcciones, perola mayor curvatura es hacia el ladomás corto y la menor curvatura eshacia el lado más largo.

Si los paños rectangulares tienenla relación largo/ancho mayorque 2, las losas macizas trabajan

en la dirección corta lc.

DISEÑO DE UNA LOSA MACIZA EN DOS


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DIRECCIONES


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TABLA DE COEFICIENTES PARA EL CALCULO DE LOS


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MOMENTOS DE DISEÑO DE LOSAS APOYADAS EN VIGAS

JOINT COMITEE ASLE-ACI 1940)


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1. Aclaraciones referidas a la estabilidad al deslizamiento (factor deseguridad, dentellones)


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segu dad, de te o es)1) K. Terzaghi, R. Peck, «Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica »

Segunda Edición. Editorial El Ateneo. Buenos Aires.

2)Peck-Hanson-Thornburn «Ingeniería de Cimentaciones». 1996. editorial Limusa. México

3) A. Nilson, «Diseño de Estructuras De Concreto Armado». 12 edición.

Mc Graw Hill. México4) J. Calavera, «Muros de Contención y Muros de Sótano». 2ª edición, Intemac, Madrid-España



relleno por encima de la punta,

debe suponerse mas


superficie libre del terreno, se

ubica en el nivel superior de la

zapata, en cuyo caso el empuje

pasivo se toma a partir de ese

nivel»

Calavera, «La profundidad mínima debe ser 1.00 m y el proyectista debe asegurarse

de que el terreno existe frente al muro en distancia suficiente igual a 2hf»

1. Aclaraciones referidas a la estabilidad al deslizamiento (factor deseguridad dentellones)


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seguridad, dentellones)

• El factor de seguridad al deslizamiento es 1.5 (Terzaghi ,fundador de la

Mecánica de Suelos). Peck (primero coautor del libro publicado con

Terzaghi y después coautor del libro publicado con Hanson y

Thornburn) dice: «El factor de deslizamiento no debe ser menor que

1.5. Además la presión pasiva de tierra debe despreciarse al calcular el

factor de seguridad, a menos que las condiciones locales permitan

obtener una evaluación segura del valor de su límite inferior y a menos

que se asegure la existencia de la presión durante la colocación delrelleno detrás del muro»

• Continúa Peck, «Si el factor de seguridad contra deslizamiento es

menor que 1.5, debe modificarse el proyecto. Puede aumentarse la

resistencia al deslizamiento usando un dentellón que se incruste en el

suelo, debajo de la base o puede aumentarse la base para aumentar lasuperficie de deslizamiento. Para el mismo volumen de concreto,

ordinariamente se considera el dentellón más efectivo que el aumento

del ancho de la base, pero, por otra parte, el ancho de la base puede

aumentarse con un costo menor.»

2 Influencia de los sismos en la


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2. Influencia de los sismos en laestabilidad de los muros en voladizoExisten los métodos de Seed y el de Monobe-Okave,ambos se basan en suponer la superficie de fallaplana. Emplearemos el método de Seed por ser massimple

MÉTODO DE SEED El método supone superficie de


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Es una simplificación delmétodo de MonobeOkabe. Se usa para

terrenos granularesordinarios (Calavera)

El f.s deslizamiento = 1.2(Calavera, también Morales)

p p

rotura plana, que se extiende hasta

un punto A, cuya distancia

horizontal a la coronación es 0.75 Hla altura del muro.

Se supone también que el

incremento de empuje debido a la

acción sísmica es horizontal esigual a la fuerza de inercia de la

cuña del suelo, de lo que resulta

que el empuje por sismo Es :

Es = 0,5wH²(0.75 S); S = 0.5ZZ es el factor de zona (Nte-030)(recomendación Ing. Antonio Blanco)



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relleno por encima de la

punta, debe suponerse mas


superficie libre del terreno, se

ubica en el nivel superior de

la zapata, en cuyo caso el

empuje pasivo se toma a



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LOS BRAQUETESÓ MÉNSULAS


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Avf = Vu/(0.85fyµ)

En el caso de los dentellones, no existe la fuerza «Nu».

Por tanto se sigue el siguiente proceso:


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Por tanto se sigue el siguiente proceso:

1) Generalmente, según algunos autores, el dentellón tiene

un ancho mínimo de 0.40 y una altura de 0.30 a 0.40 m.

Otros autores, como por ejemplo, Mac Cormac,

recomienda que la altura del dentellón esté entre 2/3 alperalte total de la zapata.

2) Debe verificarse que a/d < 1; caso contrario se diseña

como viga esbelta (esto ya sabe el alumno). Lo que

continua está especificado para braquetes(a/d < 1)

3) Se encuentra la ubicación y la resultante Pp y la

distancia a. Se encuentra Vu = Pp x 1.7; Vn = Vu/ϕ; ϕ =0.85

4) El valor límite de Vn, es el menor valor entre 0.2f´cbd o

55bd.

5) Se calcula Mu = Vu*a y se calcula el refuerzo Af

6) Se calcula el refuerzo por corte fricción Avf =

Vu/(0.85fyµ); µ=0.6 (el concreto de la zapata serácolocado sobre concreto endurecido del dentellón)

7) El área de refuerzo principal de tracción Asc es el mayor

entre Af; 2/3Avf; y 0.04f´c/fy

8) El área total Ah≥ 0.5 Asc y se distribuye en los 2/3d

DISEÑO DE DEPÓSITOS RECTANGULARES DE AGUA


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. El diseño de estas estructuras requiere que además de

satisfacer requisitos de resistencia, deben tambiénsatisfacer requisitos de utilidad. Un tanque debesoportar las fuerzas generadas por el agua sin fisuras, paraevitar fugas de agua.

El objetivo de diseñar y construir un tanqueestructuralmente efectivo sin presentar fisuras se consigue:1)proporcionando la cantidad y distribución necesaria derefuerzo; 2) el espaciamiento apropiado y el detallado de las

juntas de costrucción; y 3) el uso de concreto de buenacalidad, usando prácticas de construcción apropiadas,

CODIGO ACI 350-ESTRUCTURAS DE CONCRETO ENINGENIERÍA AMBIENTAL


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INGENIERÍA AMBIENTAL

• Métodos de diseño: Existen 02 métodos de diseño: a)

diseño por resistencia; y b)diseño por esfuerzos admisibles

• El ACI-350, recomienda procedimientos para el usocombinado del método de esfuerzos admisibles , con elmétodo de la resistencia para las estructuras de losdepósitos de retención de líquidos.

• El análisis con el método de esfuerzos admisibles, bajocargas en estado de servicio incluye cálculo de los anchos

de las fisuras y sus efectos a largo tiempo en la estructuraen términos de su estabilidad y desempeño funcional.

MODIFICACIONES DEL CODIGO ACI 350 EN ¨LOS MËTODOS DE DISEÑO


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• El factor de carga a ser usado para la presión de líquidos laterales(F), es 1.7

• Los componentes del tanque, tienen que ser diseñados para alcanzar la

cantidad de fuerza ultima (U) de acuerdo al método de la resistencia en laNTE-060. Pero el ACI 350, requiere que el valor de U de los momentosflectores, sea incrementado usando un un amplificador adicional llamadocoeficiente sanitario. El coeficiente sanitario, incrementará las cargas dediseño para proporcionar un diseño mas conservador con menos fisuras. Deesa manera la FUERZA REQUERIDA es:

1. Los coeficientes sanitarios son:

1.30, para flexión1.65, para tracción directa1.30, para fuerza cortante

DURABILIDAD


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DURABILIDAD (CONTINÚA)


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Condiciones de Carga


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CONTROL DE FISURAS

El h d l fi ti l í i ibl d d l


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El ancho de las fisuras tiene que ser lo mínimo posible, para cada uno de loscomponentes del tanque, para prevenir fugas y corrosión de refuerzo. Uncriterio para limitar el ancho de las fisuras lo da el ACI, en función de un

parámetro z

z = parámetro límite para la distribución del refuerzo de tracción por flexiónfs = esfuerzo del acero bajo cargas de servicio ≈ 0.6 fydc= espesor del recubrimiento de concreto, medido desde la fibra extrema en

tracción al centro de gravedad del acero traccionado a esa fibra.A = área efectiva del concreto en tracción (cm²), que rodea al refuerzo principalde tracción y cuyo centroide coincide con el de dicho refuerzo. Cuandotomamos en cuenta el espaciamiento S.A = 2dcS; S o bw = espaciamiento máximo. S o bw, se obtiene de reemplazar ,A, en la expresión de Z, tal como se muestra:

Los valores de z de acuerdo al Aci-350


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Para tanques z ≤ 20580 k/cm, que corresponde a

rajaduras de 0.025 cm

Para condiciones severas z ≤ 17000 k/cm, quecorresponde a rajaduras de 0.02 cm

También el código ambiental recomienda que la longitudmáxima de la pared de un tanque no debe exceder de 18m. El rango de longitud máxima debe estar entre 9 a 15m.


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