memoria calculo reservorio

ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

TANQUE DE ALMACENAMIENTO

Municipio de Matanza - Santander

Cálculo: Ing. Freddy A. Calderón Ardila

Mat. 68202-56201STD

Bucaramanga, abril de 2007

C O N S U L T O R Í A • C O N S T R U C C I Ó N

TEL/FAX: 645 40 53 CELULAR: 315 311 2293 / 300 219 4107 E-MAIL: [email protected] Carrera 32 No.37-55 Interior 03 BUCARAMANGA

TABLA DE CONTENIDOANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

Memorias de Diseño y Cálculo Estructural / Tanque de Almacenamiento - Matanza Página 2 de 12

TABLA DE CONTENIDO TABLA DE CONTENIDO ....................................................................................................2 INTRODUCCIÓN...............................................................................................................3 Generalidades ..................................................................................................................3 Estructuración y Suposiciones de diseño ............................................................................3 ESPECIFICACIONES..........................................................................................................4 Materiales........................................................................................................................4

Acero de Refuerzo.......................................................................................................4 Concretos ...................................................................................................................4 Cargas........................................................................................................................4 Estudio de Suelos........................................................................................................4 Norma........................................................................................................................4

FORMATO DE PRESENTACIÓN DE LAS MEMORIAS ESTRUCTURALES .................................5 A. DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA........................................................................5 B. ANÁLISIS DE CARGAS VERTICALES........................................................................5 C. ANÁLISIS SÍSMICO................................................................................................5 D. CIMENTACIÓN ......................................................................................................6 GEOMETRÍA DEL PROYECTO ............................................................................................7 DISEÑO DE LOS MUROS LATERALES.................................................................................8

Cargas: ......................................................................................................................8 Modelo .......................................................................................................................8

DISEÑO DE PLACA DE CUBIERTA.................................................................................... 12 DISEÑO DE LOSA DE PISO ............................................................................................. 12

INTRODUCCIÓNANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL


INTRODUCCIÓN

Generalidades

El municipio de Matanza, dentro de sus programas de adecuación de infraestructura de saneamiento básico, se encuentra desarrollando el proyecto de construcción de un tanque de almacenamiento de 130 metros cúbicos, cuyo análisis y diseño estructural se encuentran consignados en el presente libro.

Estructuración y Suposiciones de diseño

Fundamentalmente se trata de una estructura de muros y losa de fondo en placa maciza de 20 centímetros de espesor, con losa nervada de cubierta de 30 centímetros de espesor total. Los muros arrancan en vigas de 40x40 centímetros, que les sirven de anclaje al refuerzo principal, y rematan en vigas de 30x30 centímetros, que además de recibir la placa, ancla el refuerzo del muro. Se trabajó con un coeficiente de capacidad de disipación de energía R=7.0, el cual no debió ser afectado por los coeficientes de irregularidad, debido a la regularidad en planta y altura del tanque. El análisis y diseño se realizó con el programa SAP2000® de CSI®. Para el análisis de las cargas verticales y masas, se utilizaron los parámetros definidos en el Título B de la NSR-98. Para la obtención de las cargas sísmicas se utilizaron los método de SEED y Mononobe Okabe.

ESPECIFICACIONESANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL


ESPECIFICACIONES

Materiales

Acero de Refuerzo

Fy = 420 Mpa (4200 kg/cm² ó 60000 psi)

Concretos Solados: f’c = 7 Mpa (70 kg/cm² ó 1000 psi) Zapatas, columnas y vigas: f’c = 21 Mpa (210 kg/cm² ó 3000 psi)

Cargas Carga Viva de diseño: Placa de Cubierta 2.50 KN/m² (250.0 kgf/m²)

Estudio de Suelos Estudio Geotécnico: ConstruSuelos Ltda. – Abril de 2007

Norma Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente – NSR–98 - Ley 400 de 1997 – Decreto 33 de 1998

FORMATO DE PRESENTACIÓN DE LAS MEMORIAS ESTRUCTURALESANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL


FORMATO DE PRESENTACIÓN DE LAS MEMORIAS ESTRUCTURALES

A. DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA A.1 NOMBRE DE LA OBRA: TANQUE DE ALMACENAMIENTO A.2 PROPIETARIO: Municipio de Matanza – Santander. A.3 INGENIERO CALCULISTA: FREDDY A. CALDERÓN ARDILA

Mat. 68202-56201 STD A.4 GRUPO DE USO: II A.5 SISTEMA ESTRUCTURAL: Muros y losas de concreto reforzado A.6 NÚMERO DE PLACAS: 2 (Contrapiso + Cubierta) A.7 TIPO DE PLACAS: Contrapiso: Losa maciza de concreto e=0.20m Cubierta: Losa nervada de concreto e=0.30m A.8 ALTURA MÁXIMA (CIM/CUB.) 3.90 m. A.9 EDIFICACIONES DE ESTE TIPO: 1

B. ANÁLISIS DE CARGAS VERTICALES

C. ANÁLISIS SÍSMICO C.1 PARÁMETROS SÍSMICOS ACELERACIÓN PICO EFECTIVA, Aa: 0.25 C.2 PERIODO FUNDAMENTAL Tx = N/A Ty = N/A C.3 TIPO IRREGULARIDAD EN PLANTA: NO ; Øp = 1.0 C.4 TIPO IRREGULARIDAD EN ALTURA: NO ; Øa = 1.0 C.5 CAPACIDAD DISIPACIÓN ENERGÍA: R = 7.0 COEFICIENTE R= Øp x Øa x Ro: R = 7.0 C.6 COEFICIENTE DE IMPORTANCIA: III C.7 PERFIL DE SUELO S2 COEFICIENTE DE SITIO: 1.2

CUBIERTA B.1 PESO PROPIO 2.54 KN/m² B.2 ACABADOS, MAMPOSTERÍA: 2.46 KN/m² B.3 CARGA VIVA DE SERVICIO TÍPICA: 2.50 KN/m² B.4 CARGA TOTAL SERVICIO TÍPICA: 7.50 KN/m² B.5 CARGA TOTAL MAYORADA TÍPICA: 11.25 KN/m² B.6 FACTOR CARGA TÍPICA: 1.50 B.7 AREA APROXIMADA DE PLACAS: 88.56 m²

FORMATO DE PRESENTACIÓN DE LAS MEMORIAS ESTRUCTURALESANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL


C.8 ESPECTRO DE ACELERACIONES, Sa: DIRECCIÓN X, (Sa x <= 0.6875) 0.625 DIRECCIÓN Y, (Sa y <= 0.6875) 0.625 C.9 COEFICIENTE SISMICO, Cs (Sa/R): DIRECCIÓN X; Cs x : 0.089 DIRECCIÓN Y; Cs y : 0.089 C.10 MASA DE LA EDIFICACIÓN: N/A C.11 CORTANTE SÍSMICO BASAL, Vs: DIRECCIÓN X, Vs x: N/A DIRECCIÓN Y, Vs y: N/A C.12 EXCENTRICIDAD ACCIDENTAL EY (Sismo X) EX (Sismo Y) N/A N/A C.13 DERIVA MÁXIMA INELÁSTICA, D: DIRECCIÓN X, D x: N/A DIRECCIÓN Y, D y: N/A C.14 DEFORMACIÓN MÁXIMA INELÁSTICA: DIRECCIÓN X: N/A DIRECCIÓN Y: N/A

D. CIMENTACIÓN

D.1 ESTUDIO DE SUELOS: Estudio Geotécnico: Construsuelos Ltda. – Abril de 2007 D.2 TIPO CIMENTACIÓN: Losa de cimentación. D.3 CAPACIDAD PORTANTE: 200 KN/m² (20 ton/m²) D.4 PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN: 3.90 m. DECLARACIÓN: El diseño estructural del proyecto en referencia cumple con las exigencias de la N.S.R. 98 (Ley 400 de 1997) _______________________________________ FREDDY ARNALDO CALDERÓN ARDILA Ingeniero Civil- TP.# 68202-56201 STD Bucaramanga, septiembre de 2007

GEOMETRÍA DEL PROYECTOANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL


GEOMETRÍA DEL PROYECTO

PLANTA DE CUBIERTA ESCALA 1:25

SECCIÓN LONGITUDINALESCALA 1:25

PLANTA LOSA CONTRAPISOESCALA 1:25

.30 .75

.10

.75

.10

.75

.10

.75

.10

.75

.10

.75

.10

.75

.10

.75.10

.60

.10

.80 .30

.30

2.35

.10

2.35

.30

VIG

UET

A TÍ

PICA

VIG

UET

A TÍ

PICA

VIG

UET

A TÍ

PICA

VIG

UET

A TÍ

PICA

VIG

UET

A TÍ

PICA

VIG

UET

A TÍ

PICA

VIG

UET

A TÍ

PICA

VIG

UET

A TÍ

PICA

VIG

UET

A TÍ

PICA

RIOSTRA

V-CUB (0.30x0.30)

V-CUB (0.30x0.30)

V-CU

B (0

.30x

0.30

)

V-CU

B (0

.30x

0.30

)

RIOSTRA

8.90

5.40

8.10

.20

.20

3.20

.30

.40

4.60

.40

.20

5.00

.20

Proyección Viga Cimiento 40x40

Columna de esquina

Pared del tanque

Viga Cimiento 40x40

Pared del tanque

Losa de Fondo

Placa de Cubierta

Viga Cubierta 30x30

Pasos Escalera de Gato para acceso al tanque

Realce perimetral en claraboya de acceso

Claraboya de acceso 0.80x0.80

Escalera de Gato para acceso

.10.80

.10.20.2

0.1

0.8

0.1

0

Tapa metálica 0.85x0.85

.40

.40.40

.20

1#4 c/.15 L=4.20

1#4 c/.20 L=4.20 3.80

.20

.20

3.80

Refuerzo de repartición horizontal1#3 C/0.30 Contínuo / ambas caras

.20

.20

Claraboya de acceso 0.80x0.80

Realce perimetral en claraboya de acceso

1#3 C/0.30 Contínuo / ambos sentidos / arriba y abajo


1#4 c/.20 L=4.20 1#4 c/.15 L=4.20

1#4 c/.20 L=4.20 1#4 c/.15 L=4.20

1#4 c/.20 L=4.20

1#4 c/.15 L=4.20

1#4 c/.20 L=4.20

1#4 c/.15 L=4.20



.10 .80 .10

Columna de esquina

Columna de esquinaColumna de esquina

Diseño de los muros lateralesANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL


DISEÑO DE LOS MUROS LATERALES

3.05

Empuje del fluido0,

30

0,30

3.90

0,200,

20

Empu

je d

e tie

rra

Cargas:

El muro, esta sometido a los efectos de empuje lateral del suelo y el empuje hidrostático del agua.

Modelo

Se desarrolla un modelo de viga sencillo para calcular las cuantías de refuerzo necesarias en esta parte de la estructura.

Empuje de tierra 1 Empuje de tierra 1Peso específico= 18.0 KN/m³ Peso específico= 18.0 KN/m³

Angulo de fricción = 30 ° Angulo de fricción = 30 °Ka = 0.333 Ka = 0.333

Altura del suelo = 1.4 m Altura del suelo = 1.0 mPresión en la base = 8.40 KN/m² Presión en la base = 6.00 KN/m²

Empuje de hidrostáticoPeso específico= 10.0 KN/m³

Altura del fluido* = 3.05 mPresión en la base = 30.5 KN/m²

* Se tienen en cuenta la condición de rebosamiento



PARED DE TANQUEPara este caso, el suelo es una arcilla con IP promedio de 20.

Ko= 0.540γ= 1.80 Ton/m³

h= 3.70 mf'c= 210 kg/cm²fy= 4200 kg/cm²e= 20 cmd= 14.4 cm

CASO 1 CASO 1a CASO 1b

= +

W= 3.596 Ton/m²(Ka x Gama x h)

CASO 1a

Ma1=Ma2= 0.000 Ton-m/mVa1= 4.436 Ton/m Vb1= 2.218 Ton/m

(W x h) / 3 (W x h) / 6Mmax(+)= 3.151 Ton-m/m

(0.064 x W x h²)

CASO 1b

Mb2= 2.87 Ton-m/m(7*W*h²/120)

(W x h² / 23.6)Va2= 3.66Ton/m Vb2= 2.99Ton/m(11 x W x h / 40) (9 x W x h / 40)

1 - sen Ø' -Jaky, 1944-0.4+0.007 IP {IP entre 0y40} ó 0.64+0.001 IP {IP entre 40y80} -Brooker-

Ma2= 0.00 Ton-m/m

Mmax(+)= 2.09 Ton-m/m

h

W = Ka x γ x h

h

W = Ka x γ x h

h

W = Ka x γ x h



PROMEDIO VALORES CASO 1

Va= 4.05Ton/m Vb= 2.61Ton/mMa= 0.00 Ton-m/m M(+)= 2.62 Ton-m/m Mb= 1.44 Ton-m/m

CASO 2 CASO 2a CASO 2b

= +

CASO 2a

Mb1= 0.00 Ton-m/m(W*h²/15)

(W x h²/33.6)Va1= 5.32Ton/m Vb1= 1.33Ton/m

(2 x W x h/5) (W x h / 10)

CASO 2b

Mb2= 1.64 Ton-m/m(W*h²/20) (W*h²/30)

(W*h²/46.6)Va2= 4.66Ton/m Vb2= 2.00Ton/m(7 x W x h/20) (3 x W x h / 20)

PROMEDIO VALORES CASO 2

Va= 4.99Ton/m Vb= 1.66Ton/mMa= 2.87 Ton-m/m M(+)= 1.26 Ton-m/m Mb= 0.82 Ton-m/m

Ma2= 3.28 Ton-m/m

Ma2= 2.46 Ton-m/m



h

W = Ka * γ * h

h

W = Ka * γ * h

h

W = Ka * γ * h



PROMEDIOS PARA DISEÑO DEL MURO

A BCORTANTES CASO 1 4.05 Ton/m 2.61 Ton/m

CASO 2 4.99 Ton/m 1.66 Ton/m

V 4.52 Ton/m 2.13 Ton/mV Diseño= 1.7 x V 7.68 Ton/m 4.72 Ton/m

vu =6.28 kg/cm² O.K.

A (+) BMOMENTOS CASO 1 0.00 Ton-m/m 2.62 Ton-m/m 1.44 Ton-m/m

CASO 2 2.87 Ton-m/m 1.26 Ton-m/m 0.82 Ton-m/m

M 1.44 Ton-m/m 1.94 Ton-m/m 1.13 Ton-m/mMDiseño= 1.3 x 1.7 x M 3.17 Ton-m/m 4.29 Ton-m/m 2.49 Ton-m/m

K 0.0153 Ton/cm² 0.0207 Ton/cm² 0.0120 Ton/cm²ρ 0.00426 0.00588 0.00331

As= 6.14 cm²/m 8.46 cm²/m 4.77 cm²/m1 # 4 1 # 4 1 # 4

c/ 21 cm c/ 15 cm c/ 27 cm

Los valores se mayorarán por el factor producto 1.7 x 1.3 para empuje de fluidos y por 1.6 para empuje de tierra, según C.20.3.3.

Notas importantes:

• NSR-98, C.20 tanques y compartimentos estancos, C.20.2.4 Refuerzo de retracción y temperatura: El refuerzo de retracción y temperatura deben ser barras al menos N° 3 (3/8”) para muros y losas de 200 mm de espesor y N° 4 (1/2”) para muros y losas de mas de 200 mm de espesor. La separación máxima del refuerzo es de 300 mm centro a centro de la barra.

• Cuantías mínimas de retracción de fraguado y retracción de temperatura TABLA C.20-1.

Separación entre juntas de disipación de retracción, o

variación de temperatura, en m.Fy=240MPa Fy=420MPa

<6 0.0028 0.00287 0.0032 0.00288 0.0036 0.00289 0.0041 0.003310 0.0044 0.003511 0.0047 0.003712 0.0052 0.004113 0.0053 0.004214 0.0054 0.004415 0.0056 0.004616 0.0057 0.004717 0.0058 0.0048

>18 0.0600 0.0050

Cuantías mínimas de retracción de fraguado y retracción de temperatura TABLA C.20-1

Diseño de placa de cubiertaANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL


DISEÑO DE PLACA DE CUBIERTA

Torta superior placa aligeradaDATOS: ANÁLISIS: DISEÑO A FLEXIÓN:MATERIALES ESFUERZOS d = 4.0 cm

f'c = 210 kg{f}/cm² Wu = 1,125 kg{f}/m² Beta = 0.85fy = 4,200 kg{f}/cm² Mu calc = 0.07 ton-m m = 23.53

Vu calc = 525.9 kg{f}/m K = 4.23 kg{f}/cm²SECCIÓN M máximo = 0.79 ton-m

b = 100.0 cm M mínimo = 0.16 ton-mh = 8.0 cm Ro fórmula = 0.00114

Recubrimiento = 4.0 cm CHEQUEO A CORTANTE Ro máximo = 0.01607Vu = 1.55 kg{f}/cm² Ro mínimo = 0.00270

CARGAS Vc = 7.68 kg{f}/cm² ρ = 0.00270Wv = 250 kg{f}/m² As = 1.08 cm²

Wm = 500 kg{f}/m² Sep. máx. absoluta = 24.0 cmLongitud = 0.85 m φ = 5.500 mm

F. de emp. = 12 Separación = 21 cm

O.K. No necesita refuerzo a cortante

Colocar 1 Ø 5.5 mm [60KSI] cada 21 cm.

VIGUETAS

Momento positivo (Centro) Momento negativo (Apoyos)DATOS CARGAS DATOS CARGAS

f'c= 210 kg/cm² Wv= 250 kg/m² f'c= 210 kg/cm² Wv= 250 kg/m²fy= 4200 kg/cm² Wm= 500 kg/m² fy= 4200 kg/cm² Wm= 500 kg/m²

Mu= 2.07 ton-m Longitud= 5.10 m Mu= 1.04 ton-m Longitud= 5.10 mb= 10.0 cm Aferente= 0.85 m b= 10.0 cm Aferente= 0.85 mh= 30.0 cm F. de emp.= 12 h= 30.0 cm F. de emp.= 24d'= 5.0 cm Wu= 0.96 ton/m d'= 5.0 cm Wu= 0.96 ton/md= 25.0 cm Mu calc= 2.07 ton-m d= 25.0 cm Mu calc= 1.04 ton-m

As inicial= 0.0 cm² Vu calc= 2.68 ton As inicial= 0.0 cm² Vu calc= 5.36 tonDISEÑO 0.00993427 REFUERZO A COMPRESIÓN DISEÑO 0.004639884 REFUERZO A COMPRESIÓN

Beta= 0.85 d'= 4.0 cm Beta= 0.85 d'= 4.0 cmm= 23.53 Delta M= 0.00 ton-m m= 23.53 Delta M= 0.00 ton-mK= 33.16 kg/cm² ρ neto mín= 0.0185 K= 16.58 kg/cm² ρ neto mín= 0.0185

Mmáx= 3.08 ton-m ρ neto= 0.0099 Mmáx= 3.08 ton-m ρ neto= 0.0046Mmín= 0.75 ton-m ρ total= 0.0099 Mmín= 0.75 ton-m ρ total= 0.0046ρ máx= 0.0161 As total= 2.48 cm² ρ máx= 0.0161 As total= 1.16 cm²

Ro mín= 0.0033 As'= 0.00 cm² Ro mín= 0.0033 As'= 0.00 cm²ρ= 0.0099 ρ= 0.0046

As= 2.48 cm² As sum/req : As= 1.16 cm² As sum/req :1 # 6 1 fila(s) 1.153 1 # 4 1 fila(s) 1.098

DISEÑO DE LOSA DE PISO Dirección Longitud Cuantía As / capa Nº barra Separación As real

X 8.50 m 0.0029 2.90 cm²/m 3 25 2.84 cm²/mY 5.00 m 0.0028 2.80 cm²/m 3 25 2.84 cm²/m

memoria calculo reservorio

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