diapositivas tesis1 (2)

TÍTULO:

REFORZAMIENTO DE TANQUES ELEVADOS DE HORMIGÓN ARMADO,

CON TEJIDO DE FIBRA ROVING Y CON FIBRA DE VIDRIO

TRADICIONAL

ELABORADO POR:

LOOR PONCE MARÍA ELISA

SANTANA PACHAY ERIKA KATHERINE

MANTA, AGOSTO DEL 2015

UNIVERSIDAD LAICA ELOY ALFARO DE MANABÍ

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

Formulación del Problema

Actualización de normas Requerimientos de análisis

y diseño exigentes

Incrementos de esfuerzos en los

elementos y mayores

desplazamientos de la estructura

Se deben reforzar y

arriostrar para incrementar

su resistencia y rigidez

Objetivo General

Investigar el uso de fibras de vidrio para el reforzamiento de

tanques elevados, como opción para incrementar la

resistencia a la compresión y la tracción de los elementos

que las componen, y así satisfacer las resistencias

requeridas debido a las exigencias de los nuevos códigos.

Objetivos Específicos

Observar el estado estructural en que se encuentran los

tanques elevados tipo Intze construidos en los barrios de

la Ciudad de Manta.

Conocer el proceso de aplicación de la fibra de vidrio y

los diferentes tipos que se comercializan en el mercado.

Analizar el comportamiento de los tanques elevados

reforzados con la fibra de vidrio tradicional, tejido de

fibra roving.

CONTENIDO

METODOLOGÍA

ANÁLISIS DEL TANQUE ELEVADO.

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LAS FIBRAS DE VIDRIO

ENSAYOS DE LABORATORIO

REFORZAMIENTO CON FIBRA.

CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

METODOLOGÍA


FIBRAS DE VIDRIO UTILIZADAS


REFORZAMIENTO CON FIBRA

CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

METODOLOGÍA

REALIZAR EL ANÁLISIS DEL TANQUE ELEVADO Y EXAMINAR LOS

ELEMENTOS QUE NO SATISFAGAN LAS RESISTENCIAS

REQUERIDAS.

ESTUDIAR LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LAS FIBRAS.

REALIZAR ENSAYOS EN LABORATORIO Y ANALIZAR LOS

RESULTADOS.


ANÁLISIS DEL TANQUE ELEVADO

La configuración del tanque elevado que se analiza, es el

comúnmente utilizado en Manta, al que se le denomina

Tanque Intze, en honor al Ingeniero hidráulico Alemán Otto

Intze, quien fue el que propuso su configuración.

La disposición geométrica de los

elementos estructurales del Tanque

Intze se la realiza procurando que

haya equilibrio entre los empujes

horizontales interiores y exteriores en

la viga de anillo en la parte superior

de las columnas que sostienen el

tanque. Por lo tanto, cuando el

tanque está lleno, no hay esfuerzos

circunferenciales en la viga de anillo.

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Los tanques elevados constan de dos partes principales: la

cuba y la estructura de soporte. METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Para realizar el análisis y diseño del Tanque Elevado se van a

utilizar los siguientes códigos:

Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC 2014)

Seismic Design of Liquid-Containing Concrete Structures and

Commentary (ACI 350.3-06)

Code Requirements for Environmental Engineering Concrete

Structures (ACI 350-06).

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Dimensiones del Tanque

Se señala que al momento de la recolección de datos, hubo la sorpresa de

que las dimensiones de todos los tanques de la tipología presentada en la

investigación, son iguales, pese a que están implantados en diferentes

sectores de la ciudad de Manta.

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

El Dr. Housner en 1963, propuso un modelo matemático que

representa el comportamiento de un tanque bajo la acción

sísmica. Este modelo representa al líquido que se mueve en

conjunto con las paredes mediante una masa, la cual se

denomina masa impulsiva, mientras que el efecto de oleaje

sobre las paredes se la representa mediante una masa y un

resorte, a las que se le denominan masa convectiva y

rigidez convectiva.

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Expresiones del modelo de Housner

Masa Impulsiva 𝑾𝒊

Altura Impulsiva 𝒉𝒊

Para tanque con 𝐷/𝐻𝐿<1.333

Para tanque con 𝐷/𝐻𝐿≥1.333

Masa Convectiva 𝑾𝒄

Altura Convectiva 𝒉𝒄

Rigidez Convectiva 𝑲𝒄

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Parámetros del Análisis

Parámetro Descripción Valor

n Aceleración Espectral. 1,8

z Factor de zona sísmica. 0,5

FaCoeficiente de amplificación de

suelo en la zona de período corto.1,18

Fd Coeficiente de desplazamiento. 1,06

FsCoeficiente de comportamiento

lineal del suelo1,23

I Factor de Importancia Estructural. 1,5

rFactor usado en el espectro de

diseño elastico1

RFactor de reducción de respuesta

estructural.3

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Parámetros de Diseño

Grietas por Tracción Directa

El segmento vertical de la pared del tanque resiste los esfuerzos de

tracción resultantes de las fuerzas circunferenciales, los cuales

producen agrietamiento, lo que debe ser evitado para que no se

produzcan fugas del líquido y no se corroa la armadura. Las grietas

se rigen solamente por la resistencia a la tracción del hormigón,

mientras que los refuerzos controlan el ancho de la grieta y no

impiden que las mismas se produzcan.

El ACI 350-06 controla el agrietamiento de un elemento mediante

una expresión que limita el espesor o peralte del elemento.

El esfuerzo 𝑓𝑠 limita la fluencia del acero para evitar el agrietamiento

excesivo. El ACI 350-06 da expresiones para determinar el valor de

𝑓𝑠, los cuales están en función del tipo de esfuerzo y exposición

ambiental al que está sometido un elemento.

𝑓𝑠=20 𝑘𝑠𝑖 (1400𝑘𝑔/𝑐𝑚²) 𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑥𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙.

𝑓𝑠=17 𝑘𝑠𝑖 (1200𝑘𝑔/𝑐𝑚²) 𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑥𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑠𝑒𝑣𝑒𝑟𝑎.

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Parámetros de DiseñoGrietas por Flexión

El ACI350-06 presenta un método especial para controlar el ancho de

las fisuras de flexión. Este método se basa en el modelo Frosch para

predecir las grietas por Flexión (Frosch, 1999). El modelo especifica

la grieta máxima mediante el espaciamiento de la varillas de

refuerzo. El ACI350- 06 especifica las reglas para la separación de la

armadura a flexión, mediante el control, de que los esfuerzos de

tracción en la armadura de acero no excedan los esfuerzos máximas

admisibles especificados por ACI350-06: 𝑓𝑠 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎≤𝑓𝑠 𝑚𝑎𝑥 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜 𝐴𝐶𝐼.

Los pasos para calcular el esfuerzo en el refuerzo son los siguientes

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Análisis en SAP 2000

Control de Derivas de Piso

El tanque cumple con el control de deriva del NEC 2014. Por lo

tanto el tanque cumple este requerimiento, el cual controla el

daño de los elementos cuando los desplazamientos en los mismos

son grandes.

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Examinación de Resistencia de los Elementos

Pared Cilíndrica

Del análisis estructural realizado en SAP 2000 se obtiene las fuerzas

anulares y momentos últimos en la pared del tanque 𝐹11=291 𝑘𝑔/𝑐𝑚,

𝐹22=46.65 𝑘𝑔/𝑐𝑚, 𝑆11=40.45 𝑘𝑔/𝑐𝑚²,

Verificación de Fisuramiento por Tracción Directa.

El espesor 𝑡=15 𝑐𝑚 de la pared cilíndrica es menor que el necesario

para evitar el fisuramiento, por lo tanto no se cumple con lo

requerido.

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Examinación de Resistencia de los Elementos

Verificación de la Resistencia del Hormigón METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Fibras de Vidrio

La fibra de vidrio es un material fibroso obtenido al hacer fluir

vidrio fundido a través de una pieza de agujeros muy finos que al

solidificarse tiene suficiente flexibilidad como para ser usado

como fibra. Las tres clases más importantes de vidrio utilizados

para fabricar fibras para materiales compuestos son los vidrios E

para usos eléctricos, los vidrios S para refuerzos extremos y los C

para resistencia la corrosión

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Propiedades típicas E-Glass S-Glass

Densidad [g/cm3] 2.60 2.50

Módulo de Young [GPa] 72 87

Tensión admisible [GPa] 1.72 2.53

Tensión de alargamiento [%] 2.4 2.9

Características de las Fibras de Vidrio

Resistencia a la tracción

Resistencia a la compresión

Efecto de la orientación de las fibras

La mayoría de las fibras no son unidireccionales, tienen gran

variedad de orientaciones por ejemplo en un laminado que es

unidireccional, la resistencia será la máxima posible en una

dirección, pero en la dirección transversal tendrá la resistencia

mínima, lo que podría ocasionar la falla prematura en caso de

que alguna carga sea aplicada fuera del eje longitudinal del

laminado. Por el contrario, en los laminados que se presentan

las dos orientaciones puede ser que rompan algunas fibras sin

llegar a la rotura del laminado.

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Características de las Fibras de Vidrio

Resistencia a la flexión

Resistencia a cortante

La resistencia a cortante de un laminado unidireccional es muy

baja. Esto debido a que las fibras no pueden resistir la

deformación en la dirección del cortante máximo. La

resistencia a cortante puede incrementarse significativamente

si hay algunas capas en donde las fibras están orientadas a

±45º con respecto a la carga aplicada

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Fibras de Vidrio Utilizadas

Tejido Roving METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Son filamentos de hilos (roving) cortado a una misma longitud cada

uno de ellos más o menos gruesos, de un número elevado de hilos que

se entrecruzan perpendicularmente y aglomerados entre sí mediante un

ligante químico como son las resinas principalmente el poliéster.

Tejido de fibra de vidrio

roving grueso.

Fibras de Vidrio Utilizadas

Mat (Mantas) METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Mat de superficie o también llamado velo de superficie. Este tipo de

fibra de vidrio son fieltros de hilos cortados, entrelazados

desordenadamente aglomerados, comprimidos, ligados fuertemente y

laminados entre sí.

Fibra de vidrio tradicional (gruesa)

Configuraciones de Fibras Usadas

En la presente Tesis se realizaron varios ensayos experimentales en el

cual se reforzaron cilindros de hormigón con varios tipos y

configuraciones de fibra de vidrio, con el fin de incrementar la resistencia

a la compresión y a la tracción del hormigón. Las configuraciones de

fibra de vidrio usadas son las siguientes:

Fibra de vidrio tradicional: en esta configuración se le coloca una

capa de fibra de vidrio tradicional al cilindro de hormigón.

Tejido de Fibra roving: en esta configuración se le coloca una capa de

tejido de fibra roving al cilindro de hormigón.

Fibra tradicional – Tejido de Fibra Roving – Fibra tradicional: en esta

configuración se le coloca al cilindro tres capas de fibra de vidrio:

primero una capa de fibra de vidrio tradicional, luego una capa de

tejido de fibra roving y por ultimo una capa de fibra de vidrio

tradicional.

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Resultados de Ensayos a Compresión

Ensayos a Compresión del Hormigón con Fibra de Vidrio Tradicional METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES


Ensayos a Compresión del Hormigón con Tejido de Fibra Roving METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES


Ensayos a Compresión del Hormigón con Fibra de Vidrio Tradicional-

Tejido de Fibra Roving-Fibra de Vidrio Tradicional

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Resultados de Ensayos a Compresión METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Resultados de Ensayos a Tracción

Ensayos a Tracción del Hormigón con Fibra de VidrioTradicional

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES


Ensayos a Tracción del Hormigón con Tejido de Fibra Roving METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES


Ensayos a Tracción del Hormigón con Fibra de VidrioTradicional-Tejido de Fibra Roving-Fibra de Vidrio Tradicional

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Resultados de Ensayos a Tracción METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Reforzamiento de Pared Cilíndrica

De los resultados obtenidos experimentalmente se utiliza la

configuración de fibra de vidrio que dio el mayor incremento de

resistencia para el reforzamiento del tanque.

La fibra utilizada es la configuración Fibra de Vidrio Tradicional –

Roving - Tradicional, la cual dio un incremento adicional de resistencia a

la compresión del 81% y a la tracción del 14%.

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

Diseño por Tracción y Verificación por Fisuramiento de la Pared.

El espesor 𝑡=15 𝑐𝑚 de la pared cilíndrica es mayor que el necesario para

evitar el fisuramiento, por lo tanto se cumple con lo requerido.

Verificación del Esfuerzo de Tracción del Hormigón.

CONCLUSIONES

El correcto funcionamiento de la fibra de vidrio para el

reforzamiento depende de la preparación y aplicación de sus

componentes, si se aplican de manera ágil y precisa evitando que

se queme la mezcla (resina y fibra) por el exceso de resina y

catalizador, se obtiene un resultado satisfactorio de los elementos

reforzados. Se señala que la fibra debe quedar en estado seco

visible transparente y no oscura.

La combinación de la fibra de vidrio tradicional, tejido de fibra

roving y fibra de vidrio tradicional como refuerzo estructural

aumenta la resistencia a la compresión en un 80 % más que los

valores normales y que utilizando las dos fibras por separado, en

cuanto a la fibra de vidrio tradicional sólo aumenta un 10 % y el

tejido de fibra roving un 20 %, por lo cual el uso combinación de la

fibra tradicional y la fibra roving es el más acto de la tres

configuraciones de fibras ensayadas para ser usado en el

reforzamiento a compresión de elementos de hormigón.

La combinación de la fibra de vidrio tradicional, tejido de fibra

roving y fibra de vidrio tradicional como refuerzo estructural

aumenta la resistencia a la tracción en un 219.419% más que los

valores normales calculado con la expresión 1.2√𝑓´𝑐, y que utilizando

las dos fibras por separado, en cuanto a la fibra de vidrio tradicional

sólo aumenta un 31.807% y el tejido de fibra roving un 148.591 %%,

por lo cual el uso combinación de la fibra tradicional y la fibra roving

es el más acto de la tres configuraciones de fibras ensayadas para

ser usado en el reforzamiento a tracción de elementos de hormigón.

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

RECOMENDACIONES

Se recomienda reforzar una estructura con fibra de vidrio, siempre

que se necesite incrementar la resistencia del hormigón, es decir,

cuando los esfuerzos en el mismo sean superados.

Se recomienda que haya una mayor difusión e investigación de los

diversos tipos de fibras que hay en el mercado Ecuatoriano para de

esta manera hacer las comparaciones necesarias tanto en costo

como beneficio de los materiales a utilizarse.

Se recomienda trabajar con la fibra de vidrio y el tejido de fibra

roving en lugares abiertos y bajo cubierta, de manera que haya

circulación de aire debido a los fuertes componentes químicos: la

resina y el catalizador elementos fundamentales e indispensables en

la aplicación de las fibras. Es por este motivo que la aplicación debe

hacerlo una persona que tenga conocimiento y experiencia con el

material y con la protección adecuada evitando el contacto

directo de las fibras con los ojos y la piel para evitar enrojecimiento y

picazón.

METODOLOGÍA





CONCLUSIONES

RECOMENDASIONES

diapositivas tesis1 (2)

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