memoria desarenador ricaurte

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

LUIS HUMBERTO ORTIZ CABRERA Ing. CIVIL 1

DISEÑO ESTRUCTURAL

TANQUE DESARENADOR

ACUEDUCTO CABECERA MUNICIPAL

RICAURTE

DEPARTAMENTO DE NARIÑO



CONTENIDO

1. MATERIALES

2. PLANTEAMIENTO , ANALISIS Y DISEÑO ESTUCTURAL

3. GEOMETRÍA DEL TANQUE Y CARACTERÍSTICAS GENERALES

4. CARGAS UTILIZADAS

5. ANÁLISIS SÍSMICO

6. RESULTADOS DEL ANÁLISIS Y DISEÑO DE REFUERZO



MEMORIA TECNICA Y ANALISIS ESTRUCTURALES

La vulnerabilidad física de los componentes de agua potable pueden producirse

por el diseño estructural inadecuado de los mismos. Las dimensiones, el tipo de

material y el no apyo de la tecnología al servicio de cálculos estructurales por

medio de métodos apropiados como los elementos finitos, el no apoyarse de estas

ayudas acompañado de un analisis de una sola parte del componente que se

desea anlizar y diseñar, se traduce en diseños defectuosos que se evidencian con

el paso de la edad de la infraestructura y por consiguiente su deterioro y eventual

falla en sus elementos estructurales.

NORMA DE DISEÑO

Los diseños estructurales del presente elemento debe satisfacer los requisitos de

diseño contenidos en la norma NSR 10 y apyandose en el documento ACI 318S-

08. Centrándose en el capitulo C 23 TANQUES Y ESTRUCTURAS PARA

INGENIERIA AMBIENTAL DE CONCRETO.

METODO DE DISEÑO

La estructura ha sido diseñada de acuerdo a los métodos de diseño por estados

limtes de resistencia. En le primer método, el refuerzo es calculado para resistir las

cargas de servicio multiplicads por factores de carga especificados en la norma

NSR 10 y documentos de apoyo ACI 318, y las resistencias nominales calculadas

multiplicadas por factores de reducción de resistencia especificadas en la norma

con el fin de controlar el agrietamiento y fisuracion.

En el segundo método, el esfuerzo de trabajo es resistido por el hormigón.



7. MATERIALES

Las características del concreto y el acero de refuerzo se los asume con las

siguientes características :

Concreto : f`c = 210 Kg/cm²

Acero corrugado . 4200 Kg/cm²

8. PLANTEAMIENTO , ANALISIS Y DISEÑO ESTUCTURAL

El calculo de muros y lozas se lo han hecho considerando las siguientes fuerzas:

Empuje activo del suelo, considerando una distribución triangular, siendo cero en

el borde superior del muro y el máximo obedeciendo a un factor de seguridad en el

borde inferior.

Para el calculo del empuje activo se asume un valor del angulo de friccion interna

en el suelo de 35 grados y el peso especifico del suelo de 1.6 Ton/m³, mayorando

con un factor de seguridad con valor de 3

El peso especifico del concreto de 2.4 Ton/m³

El objetivo del análisis es verificar si las estructuras necesitan o no el acero de

refuerzo y cual es la capacidad resistente minima de la estructura e implementarle

la cantidad de acero de refuerzo minima exigida por norma y al mismo tiempo que

resista los esfuerzos a que la estructura será sometida.



9. GEOMETRÍA DEL TANQUE Y CARACTERÍSTICAS GENERALES

Presenta las siguientes características : lado, ancho y altura libres. Del cuerpo

principal

Lado 11 mt

Ancho 2.25 mt

Altura 2.25 mt máxima Altura minima =1.1 m

Espesor de muros = 25 cm

Espesor de loza de fondo 25 cm

El espesor del muro se ha asumido por el capitulo C23 – C 14. 3. El espesor del

muro no debe ser menor a 200 milimetros, y si estos superan una altura de 3

metros el espesor minimo será de 300 milimetros.

El espaciemiento del refuerzo de retracciion no debe exeder los 300 mm y el

tamaño minimo de barra será No 4. Para los elementos principales. Para cajillas y

tabiques, estructuras de entrada y salida de fluidos el espesor se adoptara 100

milimetros.

De conformidad con la unidad 10.5.1 de ACI 318-08, el refuerzo mínimo en

cualquier sección sujeta a flexión será igual a:

𝑠 =05

𝑑𝑐² 𝑍

𝑓𝑠 ³

𝑍 = 𝑓𝑠 𝑑𝑐𝐴3

Donde :s = la separación de las varillas, en cm

Z = el ancho límite superficial promedio (tabla 4.2)

A = 2dcS

fs = esfuerzo en el acero en condiciones de servicio, en kg/cm2

dc = recubrimiento del concreto medido desde la fibra extrema de tensión, al

centro de la varilla más próxima a ella, en cm.



Tabla 4.2. Esfuerzos recomendados bajo cargas de servicio, para una separación

máxima de 30 cm de las varillas de refuerzo, en las estructuras de los depósitos

* La exposición sanitaria normal se define como la exposición a la retención hermética (estanca) de líquidos

con pH > 5 o exposición a soluciones sulfatadas de menos de 1 500 ppm. Las exposiciones sanitarias severas

son aquellas condiciones en que se rebasan los límites que definen la exposición sanitaria normal.

** Los valores de Z mencionados, se definen en el Reglamento ACI 318 y en estas Recomendaciones se

expresan en kg/cm. La deducción de las fórmulas de control de agrietamiento están contenidas en los

Comentarios al Reglamento ACI 318R. (Véanse la ecuaciones 3-2-8 y 3-2-8.1 de nuestras

Recomendaciones).

*** Este valor de fs es mayor al permitido según el artículo A.3.2 (b) de ACI-318-95, el cual considera un

máximo de 1 680 kg/cm² para acero con fy = 4200 kg/cm² o mayor, así como para la malla de alambre

soldado.

‡Las varillas del # 7 al #11, con fy = 2 800 kg/cm², han sido suprimidas de la Norma ASTM A 615.



Adicionalmente de l,os muros mencionados se a acompañado el elemento de seis

columnas en las esquinas y en los intermedios de cada muro con el fin de soportar

eficientemente la carga muerta y viva de la loza superior que tiene una área de 9.6

x 9.6 y un espesor de 15 cm, de igual manera dichos elementos beneficiaran a la

estructura al soportar los empujes de suelo y los empujes hidroestaticos causados

por el fluido contenido,Las columnas se fijan a la loza de piso que actuara como

una loza de cimentación, pero reforzando cada pie de zapata con una parrilla

Armada con acero No 5 en ambos sentidos como se muestra en los laminas

estructurales de detalles.

10. CARGAS UTILIZADAS

DL=Dead Load

F=FLUIDO

E=EARTH

SX=SISM X

SZ=SISM Z

MU=1.82DL+2.21F+2.08E+SX+SZ FLEXION

PU1=3.81DL+2.805F+2.64E+SX+SZ TENSION

PU2=1.4DL+1.7F+1.6E+SX+SZ COMPRESION

VU1=1.4DL+1.7F+1.6E+SX+SZ CORTE

VU2=1.69DL+2.2F+2.08E+SX+SZ CORTE EN EL ALA DEL ELEMENTO

Nota: no se utiliza carga viva ya que la estructura es de tipo ambiental, por tanto no se admite un mino de

carga viva, únicamente por el tiempo de construcción durante 7 dias como máximo.



F= carga del fluido = 1.25TON /M² teniendo en cuenta el volumen de la

estructura para losa de fondo.

Para los muros se tendrá en cuenta el siguiente analisis

Distribuyendo las cargas de la siguiente manera

𝑃3 =𝐷𝐸𝑁𝑆𝐼𝐷𝐴𝐷𝐷𝐸𝐹𝐿𝑈𝐼𝐷𝑂𝑥𝐻𝑖

2=1

𝑡𝑜𝑛

𝑚3𝑥2.5𝑚 + 1

𝑡𝑜𝑛

𝑚3𝑥1.66𝑚

2= 2.08𝑡𝑜𝑛/𝑚²

P1= 0.375TON/M²

P2= 1.13 TON/M²

P3= 1.8 TON/M²



E= carga del suelo :densidad 1.6 TON /M3

Ka=0.27 Ø= 35°

P =1/2 ɣ x Ka x H²

P1= 0.12 TON /M²

P2= 0.49 TON /M²

P2= 1.1 TON /M²



Cargas Sísmicas.

La evaluación de la carga sísmica se realiza a partir del método análisis Dinámico

Modal Espectral. El espectro utilizado en el estudio es el dado por la NSR-10, con

los parámetros sugeridos en resumen y la clasificación y estudio de suelos

suministrado:

Espectro elástico de aceleraciones NSR-10

Aa = 0.35 (Zona de Amenaza Sísmica Alta – Figura A.2.3-2 NSR 10)

Av = 0.3 (Zona de Amenaza Sísmica Alta – Figura A.2.3-3 NSR 10)

Perfil del suelo tipo E

Coeficiente Fa = 1.05

Coeficiente Fv = 2.8

I = 1.5 (Coeficiente de importancia de Grupo de uso I V– Tabla A.2.5-1 NSR 10)

Fa Fv

TIPO DE SUELO= 5 1.05 2.8

Coeficiente de Importancia= 1 1.5 1.5

Aceleracion y velocidad Pico E.= 0.35 0.3

To= 0.22857143 TC= 1.09714286

TL= 6.72

T0 = 0.1 Av*Fv/Aa*Fa = 0.22 seg

TC = 0.48 Av*Fv/Aa*Fa = 1.098 seg

TL = 2.40 Fv = 6.72 seg



11. ANÁLISIS SÍSMICO

El diseño sísmico resistente de estructuras ambientales tienen muchos puntos de

vista comunes con el diseño de estructuras para edificaciones, pero parte de dos

premisas diferentes que hacen que deban enfocarse de forma diferentes algunos

aspectos particulares del diseño sísmico resistente.

a) En las estructuras ambientales la fisuracion afecta la estanqueidad y la vida

útil de la estructura a un punto que debe evitarse a toda costa.

b) Las estructuras ambientales excepto las recreativas, son fundamentales

para la recuperación de la comunidad despues de un sismo.

Las dos premisas anteriores afectan, por una parte, el uso de la disipación de la

energía como una forma aceptable de reducir las fuerzas sísmicas pero a costa de

permitir a la estructura que trabaje fuera del rango inelastico con una

correspondientre fisuracion, y el echo de permitir a la estructura entrar alguna vez

al rango no lineal de respuesta de operatividad de la misma pudiendo cuestionar

su operatividad.

Por lo anterior la posibilidad de utilizar la fuerzas de diseño reducidas por un

coeficiente de modificación de respuesta R comparativamente alto, no es

aconsejable y por ende a un detallado conducente de la disipación de energía no

es aconsejable, esta situación la han tomado varias normas de diseño sismo

resistente de estructuras ambientales pero a su vez no debe tomarse como

licencia para no detallar adecuaamente la estructura ambiental y afectar su

operación.

Del apéndice a 1 del titulo a de la NSR 10 , tomamos los requisitos para este tipo

de estructuras, para cumplir con una capacidad de disipación de energía espacial

minima.

La presente estructura es un tanque semi enterrado por lo tanto la norma no nos

exige cumplir con el analisi sísmico, pero al mismo tiempo debemos cumplir con

un diseño estructural que resista un eventual sismo, por tanto se realiza el anlisis

siguiente:



Análisis Sísmico

Análisis Modal Espectral

____________________________________________________________________________________________________________________________

MASAS:

Nudo Masa X Masa Y Masa Z Iner.XX Iner.YY Iner.ZZ

[Kg] [Kg] [Kg] [Kg*cm2] [Kg*cm2] [Kg*cm2]

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

197 18973.29 0.00 18973.29 0.00 1.827555E0 0.00

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

FRECUENCIAS POR MODO:

MODO W T

[RAD/SEG] [SEG]

----------------------------------------------------------------

1 599.11 0.01049

2 1209.44 0.00520

3 1297.49 0.00484

----------------------------------------------------------------



PORCENTAJE DE PARTICIPACION DE MASAS

Participación Modal

MODO Part.X Part.Y Part.Z Rot.X Rot.Y Rot.Z

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1 0.00 0.00 98.12 0.00 1.88 0.00

2 0.03 0.00 1.88 0.00 98.09 0.00

3 99.97 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

TOTAL: 100.00 0.00 100.00 0.00 100.00 0.00

MASA TOTAL

GDL Masa Total

[Kg/cm*Sec2]

------------------------------------------

TX 19.36

TY 0.00

TZ 19.36

RX 0.00

RY 1864852.00

RZ 0.00

------------------------------------------



ESPECTRO DE RESPUESTA SISMICA

T[Seg] a/g

------------------------------------------

0.00000 0.97

0.10000 0.97

0.15000 0.97

0.20000 0.97

0.25000 0.97

0.30000 0.97

0.35000 0.97

0.40000 0.97

0.45000 0.97

0.50000 0.97

0.55000 0.97

0.60000 0.97

0.65000 0.97

0.70000 0.97

0.75000 0.97

0.80000 0.97

0.85000 0.97

0.90000 0.97

0.95000 0.97

1.00000 0.97

1.10000 0.96

1.20000 0.88

1.30000 0.81

1.40000 0.76

1.50000 0.71

1.60000 0.66

1.70000 0.62



1.80000 0.59

1.90000 0.56

2.00000 0.53

2.10000 0.50

2.20000 0.48

2.30000 0.46

2.40000 0.44

2.50000 0.42

2.60000 0.41

2.70000 0.39

2.80000 0.38

2.90000 0.37

3.00000 0.35

3.10000 0.34

3.20000 0.33

3.30000 0.32

3.40000 0.31

3.50000 0.30

3.60000 0.29

3.70000 0.29

3.80000 0.28

3.90000 0.27

4.00000 0.27

4.10000 0.26

4.20000 0.25

4.30000 0.25

4.40000 0.24

4.50000 0.24

4.60000 0.23

4.70000 0.23

4.80000 0.22



4.90000 0.22

5.00000 0.21

5.10000 0.21

5.20000 0.20

5.30000 0.20

5.40000 0.20

5.50000 0.19

5.60000 0.19

5.70000 0.19

5.80000 0.18

5.90000 0.18

6.00000 0.18

6.10000 0.17

6.20000 0.17

6.30000 0.17

6.40000 0.17

6.50000 0.16

6.60000 0.16

6.70000 0.16

------------------------------------------



MODOS DE VIBRAR

Desplazamientos normalizados a PHI*M*PHI=1

Modo de vibrar : 1

--------------------------------

W = 599.11 [RAD/SEG] PERIODO = 0.01049 [SEG]

DESPLAZAMIENTOS

Nudo Tras.X Tras.Y Tras.Z Rot.X Rot.Y Rot.Z

[phi] [phi] [phi] [phiRot] [phiRot] [phiRot]

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

197 9.80E-05 0.00E+00 2.25E-01 0.00E+00 -1.01E-04 0.00E+00

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Modo de vibrar : 2

--------------------------------


DESPLAZAMIENTOS



----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

197 3.91E-03 0.00E+00 3.12E-02 0.00E+00 7.25E-04 0.00E+00

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Modo de vibrar : 3

--------------------------------




DESPLAZAMIENTOS



----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

197 2.27E-01 0.00E+00 -6.34E-04 0.00E+00 -1.24E-05 0.00E+00

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------



12. RESULTADOS DEL ANÁLISIS

El diseño de la estructura se la ha realizado por medio de el método de los

elementos finitos en el programa RAM ADVANSE versión 9.0 . Programado

computacionalmente para calcular el campo de desplazamientos y,

posteriormente, a través de relaciones cinemáticas y constitutivas las

deformaciones y tensiones respectivamente, cuando se trata de un problema de

mecánica de sólidos deformables o más generalmente un problema de mecánica

de medios continuos. El método de los elementos finitos es muy usado debido a

su generalidad y a la facilidad de introducir dominios de cálculo complejos (en dos

o tres dimensiones), adicionalmente se realizo un chequeo de las cuantias de

acero requeridas por medio de los requqrimientos de diseño de hormigón armado

de NSR 10 y ACI 318

Se anexa los datos de esfuerzos máximos y minimos y su posterior calculo de

cuantias de acero

DISEÑO :

LUIS HUMBERTO ORTIZ CABRERA

M.P. 52202-244719 COPNIA

memoria desarenador ricaurte

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