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SEDIMENTADOR DE CONCRETO

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  • MEMORIA DE CLCULO ESTRUCTURAL

    1

    MEMORIA DE CLCULO

    DE ESTRUCTURAS

    SEDIMENTADOR

    PROYECTO:

    PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA

    POTABLE PARA LA LOCALIDAD DE ALERTA

    EN EL DISTRITO DE TAHUAMANU "

    UBICACION:

    DISTRITO: TAHUAMANU

    DEPARTAMENTO: MADRE DE DIOS

    2014

  • MEMORIA DE CLCULO ESTRUCTURAL

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    1. DESCRIPCION

    Se calculara la estructuras del Sedimentador de la Planta de Tratamiento de Agua Potable

    para la Localidad de Alerta en el distrito de Tahuamanu, tendr una profundidad de 2.70 m.

    2. CDIGOS Y NORMAS APLICABLES

    El anlisis y diseo estructural se realiz conforme se indica en las siguientes normas,

    contenidas en el Reglamento Nacional de Construcciones:

    Norma Tcnica de Edificacin E-020 CARGAS.

    Norma Tcnica de Edificacin E-050 SUELOS Y CIMENTACIONES.

    Norma Tcnica de Edificacin E-060 CONCRETO ARMADO.

    3. CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES

    Concreto Armado: es el concreto que tiene acero de refuerzo distribuido en el

    elemento para que pueda resistir los esfuerzos a los que se encuentre sometido. Las

    propiedades varan de acuerdo al tipo de concreto y acero, para este edificio se

    utiliz:

    Resistencia a la compresin: f'c = 210kg/cm2

    Mdulo de Poisson: = 0.15

    Mdulo de Elasticidad: Ec =15,000 f'c kg/cm2 =217,371kg/cm2

    Acero de Refuerzo: debido a que el concreto tiene poca resistencia a la traccin se

    coloca acero en el concreto para que soporte estas tracciones, adems contribuye a

    resistir la compresin y corte. El acero que se usa son barras de acero corrugado de

    Grado 60. Las principales propiedades de estas barras son las siguientes:

    Lmite de Fluencia: Fy = 4,200 kg/cm2

    Mdulo de Elasticidad: Es = 2'000,000 kg/cm2

  • MEMORIA DE CLCULO ESTRUCTURAL

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    Datos a considerar:

    4. CARGAS DE DISEO

    Las cargas a la que se encuentra sometida la estructura de Sedimentador es la debida a la

    presin hidrosttica del volumen de agua que contiene y es la debida al empuje de tierras.

    4.1. Presin Hidrosttica.

    Como caractersticas relevantes del comportamiento de la presin hidrosttica se tienen:

    Depende del peso especfico () del lquido.

    Varia directamente proporcional a la profundidad desde un valor P=0 en su

    superficie libre a la atmosfera, hasta su valor mximo en el fondo de la estructura P

    =*h (Figura 1).

    Tiene un valor constante en un mismo plano horizontal.

    Las anteriores propiedades descartan el factor de forma en planta como relevante para el

    anlisis estructural de modelos de piscinas. Un caso especial es el de tanques o piscinas

    completamente circulares, en cuyas paredes se presenta el fenmeno de traccin anular, que

    amerita un anlisis diferente.

    =

    =ka = =

    Fc =

    Fy =

    Ws =

    t =

    Datos:

    1900 kg/m3

    23

    tg2(45-/2) 0.438210 kg/cm2

    4200 kg/cm2

    250 kg/m2

    0.93 kg/cm2

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    Figura 1. Distribucin de la presin hidrosttica en paredes y fondo de la

    estructura de una piscina.

    4.2. Empuje Lateral de Suelos.

    La teora del empuje de tierras establece tres estados bajo los cuales puede presentarse este

    fenmeno: estado de reposo, estado activo y estado pasivo.

    Figura 2. Esquema empuje lateral de suelos.

  • MEMORIA DE CLCULO ESTRUCTURAL

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    5. CONDICIONES DE DISEO

    El diseo se efectuar para las dos condiciones siguientes, tanto para la estabilidad general

    como para dimensionar los muros, la cimentacin y la losa de cubierta:

    a) Estructura del Sedimentador sin ningn empuje lateral externo

    b) Estructura de Sedimentador Vaca

    Bajo la accin del empuje del relleno exterior, con la sobrecarga superficial

    correspondiente y la supresin del agua fretica.

    6. MTODO DE DISEO.-

    Todos los elementos de concreto armado se disean mediante el mtodo de Diseo por

    Resistencia, que consiste en aplicar factores de amplificacin a las cargas de servicio, y

    factores de reduccin de resistencia nominal a la seccin del elemento.

    Los factores de amplificacin de cargas estn establecidos en el artculo 10.2 de la norma

    E.060. Son 2 combinaciones aplicables al presente diseo que dependen del tipo de carga

    actuante: Empuje del Terreno (ET), Carga Muerta (CM) y Empuje del agua (EA).

    COMB1 1.4CM + 1.7EA

    COMB2 1.4CM + 1.7ET

    Los factores de reduccin de resistencia () se establecen en el artculo 9.3 de la norma

    E.060. Su valor depende del tipo de cargas actuantes sobre el elemento:

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    6.1. MODELO ESTRUCTURAL

    El Anlisis Estructural realizado corresponde a un modelo mediante el software Sap2000,

    el cual se realiz en base a elementos finitos tipo Shell para la conformacin de los muros

    y losas.

    Modelo estructural del muro

    6.2. DISEO DE MUROS

    a) Condicin en que el tanque est lleno y no se tiene colaboracin del suelo para

    resistir la carga del agua, esta condicin se da cuando el tanque es probado en busca

    de fugas antes de rellenar el terreno.

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    Condicin en que solo existe carga hidrosttica.

    Verificacin por Cortante

    Vu = 8.28 tn/m

    Vc = 0.53*Fc*b*d = 9.98 tn

    Vu < Vc Ok

  • MEMORIA DE CLCULO ESTRUCTURAL

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    Calculo de acero longitudinal

    As = 0.088 cm2/cm

    Usando 3/8

    S =0.71cm2/0.088 cm2/cm = 8 cm.

    3/8@8cm

    Usando 1/2

    S =1.27 cm2/0.088 cm2/cm = 15 cm.

    1/2@15cm

    b) Condicin en que el tanque est vaco y se tiene carga solamente producida por la

    presin lateral del suelo, esta condicin se da durante el funcionamiento del tanque.

  • MEMORIA DE CLCULO ESTRUCTURAL

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    Condicin en que solo existe presin lateral de tierras.

    Verificacin por Cortante

    Vu = 6.92 tn/m

    Vc = 0.53*Fc*b*d = 9.98 tn

    Vu < Vc Ok

  • MEMORIA DE CLCULO ESTRUCTURAL

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    Calculo de acero longitudinal

    As = 0.085 cm2/cm

    Usando 3/8

    S =0.71cm2/0.085 m2/cm = 8 cm.

    3/8@19cm

    Usando 1/2

    S =1.27cm2/0.085 m2/cm = 15 cm.

    1/2@15cm

    Acero mnimo Vertical:

    As = 0.0015*b*e

    As = 0.0015*100*20= 3.0 cm2/m

    Usando 3/8

    S = 0.71cm2/3.0cm2/m

    S = 0.23 m = 23 cm.

    3/8@20cm

    Acero mnimo Horizontal:

    As = 0.0020*b*e

    As = 0.0020*100*20= 4.0 cm2/m

    Usando 3/8

  • MEMORIA DE CLCULO ESTRUCTURAL

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    S = 0.71cm2/4.0cm2/m

    S = 0.1775 m = 18 cm.

    3/8@15cm

    Usar:

    Acero Vertical: 1/2@15cm

    Acero Horizontal: 3/8@15cm

    6.3. LOSA DE FONDO

    Asumiendo el espesor de la losa de fondo:

    Espesor asumido losa de fondo: e= 20.00 cm

    Tenemos: Peso propio del agua: 2700 kg/m2

    Peso propio del concreto: 480 kg/m2

    Peso total: W= 3180 kg/m2

    La losa de fondo ser analizada como una placa flexible y no como una placa rgida,

    debido a que el espesor es pequeo en relacin a la longitud; adems consideraremos

    apoyada en un medio cuya rigidez aumenta con el empotramiento. Dicha placa estar

    empotrada en los bordes.

    Debido a la accin de cargas verticales actuantes para una luz interna de:

    Luz interna: L= 2.60 m

    Se originan los siguientes momentos:

    Momento de empotramiento en los extremos:

    = 2

    192

    M = -112 kg.m

    Momento de empotramiento en la zona media:

    = +2

    384

    M = 56 kg.m

    Chequeamos el espesor, mediante el mtodo elstico sin agrietamiento considerando como

    mximo momento absoluto:

  • MEMORIA DE CLCULO ESTRUCTURAL

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    M = 112 kg.m

    Es as con el momento mximo absoluto, obtenido anteriormente que chequeamos con la

    siguiente frmula:

    = 6

    Dnde:

    Momento Mximo Absoluto: Mmx= 112 kg-m

    Resistencia del C: f'c= 210.00 kg/cm2

    Esfuerzo de traccin por flexin: ft= 12.32 kg/cm2

    Anlisis realizado en 1m: b= 100 cm

    Por tanto: Espesor de la pared calculado: e= 7.39 cm

    Siendo el Espesor Calculado menor que el Espesor Asumido, tomamos el Asumido

    Inicialmente.

    Calculo de acero longitudinal

    M = 0.112 tn.m

    b = 100 cm

    d = 14 cm

    As = 0.21 cm2/m

    Usando 3/8

    S =0.71cm2/0.21cm2/m = 3.38 m. = 338 cm.

    3/8@ 338cm

    F`c = 210 Kg/cm2

    Fy = 4200 Kg/cm2

    B1 0.85

    MU = 11,200.00 kg.cm

    0.9

    B1=0.85 para F`c 280

    kg/cm2 disminuye 0.05 por

    cada 70 kg/cm2 por encima

    de 280kg/cm2

  • MEMORIA DE CLCULO ESTRUCTURAL

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    Acero mnimo:

    As = 0.0018*b*e

    As = 0.0018*100*20= 3.60 cm2/m

    Usando 3/8

    S = 0.71cm2/3.60cm2/m

    S = 0.20 m = 20 cm.

    Usar 3/8@20cm

    RESUMEN DE CLCULO ESTRUCTURAL

    Acero en Muros

    Acero Vertical: 1/2@15cm

    Acero Horizontal: 3/8@15cm

    Acero en Losa de Fondo

    Acero Longitudinal: 3/8@20cm

    Acero Transversal: 3/8@20cm