7.- digestor de lodo
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MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL
PROYECTO: “MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DE LA PLANTA DE
TRATAMIENTO DE AGUASRESIDUALES DE LA CIUDAD DE JULIACA, PROVINCIA
DE SAN ROMAN - PUNO"
DEPARTAMENTO: PUNO
PROVINCIA: SAN ROMAN
DISTRITO: JULIACA
REALIZADO PARA:
- _____________________________________________________________
AGOSTO – 2014
“MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA CIUDAD DE JULIACA, PROVINCIA DE SAN ROMAN - PUNO". 2014
I ESTRUCTURAS
CONTENIDO
1. GENERALIDADES
1.1. NORMAS EMPLEADAS
1.2. ESPECIFICACIONES – MATERIALES EMPLEADOS
1.3. CARACTERISTICAS DEL TERRENO Y CONSIDERACIONES DE CIMENTACION
2. IDENTIFICACION
2.1. ESTRUCTURACION
2.1.1. INTERPRETACION ESTRUCTURAL
2.1.2. CONFIGURACION GEOMETRICA
2.1.3. ESTRUCTURACION
3. ESTADOS DE CARGAS Y COMBINACIONES DE CARGAS
3.1.1. ESTADOS DE CARGAS
3.1.2. COMBINACIONES DE CARGAS
3.1.3. ALTERNANCIAS DE CARGAS - DIAFRAGMAS (PLANTAS Y 3D)
4. DISEÑO DE COMPONENTES DE C° A°
4.1. PARAMETROS DE DIMENCIONAMIENTO DE CIMENTACION ESTADO DE CARGA
MUERTA Y ESTADOS DE CARGA VIVA
4.2. DISEÑO DE CIMENTACIONES.
“MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA CIUDAD DE JULIACA, PROVINCIA DE SAN ROMAN - PUNO". 2014
I ESTRUCTURAS
1. GENERALIDADES
La presente Memoria corresponde al análisis y calculo estructural del proyecto
“MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
DE LA CIUDAD DE JULIACA, PROVINCIA DE SAN ROMAN - PUNO".
Componentes de un sistema de tratamiento de aguas servidas como son:
Desarenador, Ecualizador, Parshall, Distribuidor de caudales, Sedimentador primario,
Filtro percolador y Digestor de lodo, con ubicación en la comuna de Juliaca, provincia
de San Román y departamento de Puno y consta según solicitud de estructuras
colocadas sobre un suelo estabilizado.
1.1. NORMAS EMPLEADAS
Se sigue las disposiciones de los Reglamentos y Normas Nacionales e Internacionales
descritos a continuación.
Reglamento Nacional de Edificaciones (Perú) - Normas Técnicas de Edificación
(N.T.E.):
NTE E.020 "CARGAS”
NTE E.060 "CONCRETO ARMADO”
NTE E.070 "ALBAÑILERIA”
NTE E.030 "DISEÑO SISMORRESISTENTE”
NTE E.050 "SUELOS Y CIMENTACIONES”
NTE OS.090 " NTE E.050 "SUELOS Y CIMENTACIONES”
A.C.I. 318 - 2009 (American Concrete Institute) - Building Code Requirements for
Structural Concrete
Se entiende que todos los Reglamentos y Normas están en vigencia y/o son de la
última edición.
1.2. ESPECIFICACIONES – MATERIALES EMPLEADOS
CONCRETO:
Resistencia :(f´c) 210Kg/cm2 (zapatas, camineras, y
cimientos armados) 280 Kg/cm2 muros armados, placas y losas)
Módulo de Elasticidad (E) : 217,000 Kg/cm2 f´c = 210 Kg/cm2)
(E) : 253,000 Kg/cm2 f´c = 280 Kg/cm2)
Módulo de Poisson (u) : 0.30
Peso Específico (γC): 2300 Kg/m3 (concreto simple); 2400 Kg/m3
(concreto armado)
ACERO CORRUGADO (ASTM A605):
Resistencia a la fluencia (fy) : 4,200 Kg/cm2 (Gº 60): “E”: 2100,000 Kg/cm2
RECUBRIMIENTOS MÍNIMOS (R):
Cimientos, zapatas, vigas de cimentación 7.50 cm
Columnas, Vigas, Placas, Muros (Cisternas, Tanques) 4.00 cm
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I ESTRUCTURAS
Losas Aligeradas, Vigas chatas, Vigas de borde 2.50 cm
Losas macizas, Escaleras 2.50 cm
1.3. CARACTERISTICAS DEL TERRENO Y CONSIDERACIONES DE CIMENTACION
Según especificaciones del Estudio de Mecánica de Suelos con fines de Cimentación
se obtuvo los siguientes datos:
CIMIENTO SUPERFICIAL (para ancho de L= variable m)
Capacidad portante (a'T) : 0.63 Kg/cm2, el mismo que será mejorado con material y
enrocado con la finalidad de mejorar esta capacidad.
Capacidad portante (a'T) : 0.63 Kg/cm2 - Desplante de cimiento (DF): 1.80 m
La cimentación considerada está conformada básicamente por zapatas corridas
conectadas hacia muros armados los que contendrán las agua negras a tratar y en
algunos casos agua tratadas. En caso de no encontrar terreno firme se colocaran
sub-zapatas, con la finalidad de llegar a este.
2. IDENTIFICACION
2.1.1. INTERPRETACION ESTRUCTURAL
El sistema estructural planteado para este proyecto, se caracteriza principalmente por
muros armados a doble capa y estas a su vez conectadas a la cimentación
conformada por zapatas y en otras losas de cimentación. A su vez la estructura es
simétrica en su geometría no presentando excentricidades resaltantes.
2.1.2. CONFIGURACION GEOMETRICA
Se ha asumido la topografía del terreno como plano donde se deberá de hacer un
relleno dado que el terreno está al nivel diferencial de la pista existente o buzón de
conexión más cercano. El proyecto está conformado por los elementos antes
mencionados los mismos que son necesarios para el cumplimiento de la función pal
cual son diseñados.
En la propuesta de diseño se ha considerado la parte formal como parte de la
concepción del diseño la que está planteada con elementos puros que le da la
ortogonalidad, en la elevaciones no se denota la claridad de volúmenes entrantes y
salientes, pero todos estos elementos cumplen un papel importante en la
funcionalidad que se priorizo.
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I ESTRUCTURAS
IMAGEN 01: Propuesta Arquitectónica.
2.1.3. ESTRUCTURACION
2.1.3.1. RESEÑA DEL SISTEMA ESTRUCTURAL PROPUESTO
El sistema estructural, propuesto en general está conformado principalmente por un
CONJUNTO DE MUROS ARMADOS.
El objetivo de adoptar todo este sistema estructural es garantizar la seguridad a las
personas y al servicio que brinda, así como optimizar costos.
2.1.3.2. PREDIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA ESTRUCTURAL
Después de haber fijado la forma, ubicación y distribución de los elementos
estructurales, es necesario partir inicialmente de dimensiones que se acerquen lo más
posible a las dimensiones finales requeridas por el diseño.
El pre dimensionamiento se llevó a cabo por el especialista en este tipo de estructuras
los mismos que ya se desarrollaron en el capítulo correspondiente, referente a las
necesidades del tipo de estructuras.
PLANO TOPOGRAFICOESC: 1/2000
Area libre: 14.23Hás
EM-1
S I M B O L O G I A
Viviendas
Laguna Temporal
Rio
Carretera
Planta de Tratamiento
BM
Cerco Perimetrico
Curvas Principales
Curvas Secundaria
Puntos de muestreo
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I ESTRUCTURAS
G).- DIGESTOR DE LODO.
IMAGEN 02: Sistema estructural.
Existen muchos criterios para pre dimensionar los elementos estructurales, unos más
empíricos que otros. Pero finalmente la experiencia y el buen criterio del especialista
primara en la elección de algunos criterios y porque no en la elaboración de otros
propios. Los criterios que asumiremos en adelante serán tratando de cumplir los
requerimientos del R.N.E., E-060. ESTRUCTURACION FINAL
La estructuración final cumple con todos los requisitos de continuidad, ductilidad,
rigidez lateral, así mismo los elementos estructurales cumplen satisfactoriamente las
secciones propuestas para su posterior análisis estructural, en el proceso de análisis se
ha ido mejorando el modelo a analizar. Del pre dimensionamiento inicial ha variado en
algunas secciones.
3. ESTADOS DE CARGAS Y COMBINACIONES DE CARGAS
3.1.1.1. ESTADOS DE CARGAS
CARGAS.- De acuerdo a las Normas NTE. E.020, E060 y al reglamento ACI 318-09, se
consideran los siguientes estados de Carga en la estructura según valores definidos en
R.N.E., además del Espectro definido en el Ítem 1.2:
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I ESTRUCTURAS
Dónde: - LIVE alternancias consideradas para la carga viva total (L).
3.1.1.2. COMBINACIONES DE CARGAS
Definiendo primero las primeras combinaciones auxiliares “COM1” al “COMB3”:
“ENVOL” es la Envolvente de las 10 alternancias de la carga viva, muerta y
nieve total, según cuadro de abajo definidos anteriormente y del Espectro,
según cuadro de abajo.
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I ESTRUCTURAS
De dichos Estados de Cargas se considera las siguientes combinaciones en cuadro
“Define Load Combinations”:
U = CM + CV
U = 1.4 CM +- 1.7 CV
U = CM + CV+ CW
De dichas combinaciones, el diseño Estructural se efectúa → con la “ENVOLVENTE”
definida.
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I ESTRUCTURAS
3.1.1.3. APLICACIÓN DE PATRONES DE CARGA TRIANGULAR CON PE: 1.15
Ton/m3
La aplicación de carga trapezoidal necesaria para el cálculo de estas estructuras se
realizaron median un patrón que varía de acuerdo al tirante de agua por estructura el
mismo que considera un P.E.= 1.15 Ton/m3 para agua negra, proporcionado por el
ingeniero especialista sanitario, y un P.E.= 1.05 Ton/m3 para agua tratada en planta de
tratamiento, como se muestra en las siguientes imágenes realizadas en el programa
SAP2000 v.16.
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G).- DIGESTOR DE LODO.
IMAGEN 03: Aplicación de cargas.
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I ESTRUCTURAS
4. DISEÑO DE COMPONENTES DE C°A°
4.1. DISEÑO DE MUROS Y LOSAS ARMADAS
Diseño de refuerzo longitudinal en los miembros (frame) de C°A° (Se indican áreas “As”
en cm2):
4.1.1.REQUERIMIENTO DE REFUERZO ST1 Y ST2 TOP:
G).- DIGESTOR DE LODO
F).- TANQUE SEDIMENTADOR PRIMARIO
G).- DIGESTOR DE LODO – REQUERIMIENTO DE ACERO TOP DIRECCION 01.
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I ESTRUCTURAS
G).- DIGESTOR DE LODO – REQUERIMIENTO DE ACERO TOP DIRECCION 02.
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I ESTRUCTURAS
G).- DIGESTOR DE LODO – REQUERIMIENTO DE ACERO BOT DIRECCION 01.
“MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA CIUDAD DE JULIACA, PROVINCIA DE SAN ROMAN - PUNO". 2014
I ESTRUCTURAS
G).- DIGESTOR DE LODO – REQUERIMIENTO DE ACERO BOT DIRECCION 01.
“MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA CIUDAD DE JULIACA, PROVINCIA DE SAN ROMAN - PUNO". 2014
I ESTRUCTURAS
DESPLAZAMIENTOS MAXIMOS:
TABLE: Joint Displacements
Joint U1 U2 U3 R1 R2 R3
cm cm cm Radians Radians Radians
DES. Max = 0.0555 0.0555 0.0000 0.0032 0.0032 0.0001
DES. Min = -0.0555 -0.0555 -1.3531 -0.0032 -0.0032 -0.0001
4.2. DISEÑO DE CIMENTACIONES:
4.2.1.PARAMETROS DE DISEÑO:
TERRENO:
Coef. Balasto: Ks = 1.48 kg/cm3
σADM= 0.63 kg/cm2
CARGA MUERTA:
Considerada de la información basada en Programa SAP2000 y diseñada en el párrafo
anterior mediante elección de refuerzo.
Nota: La distribución del refuerzo determinada por el software es referencia. La
distribución más óptima y definitiva es la indicada en los respectivos Planos del
proyecto. ANEXO – RELACION ESFUERZO ADMISIBLE vs COEFICIENTE DE BALASTO
MÓDULOS DE REACCIÓN DEL SUELO (CONOCIDO TAMBIÉN COMO COEFICIENTE DE BALASTO O MODULO DE
WINKLER)
Módulo de Reacción del Suelo
Datos para SAFE
Esf Adm (Kg/Cm2)
Winkler (Kg/Cm3)
0.25 0.65
0.30 0.78
0.35 0.91
0.40 1.04
0.45 1.17
0.50 1.30
0.55 1.39
0.60 1.48
0.65 1.57
0.70 1.66
0.75 1.75
0.80 1.84
0.85 1.93
0.90 2.02
0.76 2.11
1.00 2.20
1.05 2.29
Esf Adm (Kg/Cm2)
Winkler (Kg/Cm3)
1.55 3.19
1.60 3.28
1.65 3.37
1.70 3.46
1.75 3.55
1.80 3.64
1.85 3.73
1.90 3.82
1.95 3.91
2.00 4.00
2.05 4.10
2.10 4.20
2.15 4.30
2.20 4.40
2.25 4.50
2.30 4.60
2.35 4.70
2.40 4.80
Esf Adm (Kg/Cm2)
Winkler (Kg/Cm3)
2.85 5.70
2.90 5.80
2.95 5.90
3.00 6.00
3.05 6.10
3.10 6.20
3.15 6.30
3.20 6.40
3.25 6.50
3.30 6.60
3.35 6.70
3.40 6.80
3.45 6.90
3.50 7.00
3.55 7.10
3.60 7.20
3.65 7.30
3.70 7.40
“MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA CIUDAD DE JULIACA, PROVINCIA DE SAN ROMAN - PUNO". 2014
I ESTRUCTURAS
1.10 2.38
1.15 2.47
1.20 2.56
1.25 2.65
1.30 2.74
1.35 2.83
1.40 2.92
1.45 3.01
1.50 3.10
2.45 4.90
2.50 5.00
2.55 5.10
2.60 5.20
2.65 5.30
2.70 5.40
2.75 5.50
2.80 5.60
3.75 7.50
3.80 7.60
3.85 7.70
3.90 7.80
3.95 7.90
4.00 8.00
Esta tabla se extrajo de la Tesis de maestría “Interacción Suelo-Estructuras: Semi-espacio de Winkler”,
Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona- España. 1993 (Autor Nelson Morrison).
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