Upload
mances8054
View
1.147
Download
16
Embed Size (px)
Citation preview
DISEÑO ESTRUCTURAL DE TANQUE IMHOFF
1.1NORMAS UTILIZADAS
Para el presente sustento estructural se utilizaron diversas normas del
Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE), las cuales se indican a
continuación:
Norma E.020 Cargas
Norma E.030 Diseño sismorresistente
Norma E.050 Suelos y cimentaciones
Norma E.060 Concreto armado
Norma IS.010 Instalaciones sanitarias para edificaciones
Norma ACI 318
1.2ESTRUCTURACIÓN
La estructura del tanque IMHOFF está conformada predominantemente
por elementos de concreto armado. Los muros estructurales resisten la
cargas sísmicas actuantes; en la dirección YY y en la dirección XX.
1.4 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Concreto
Resistencia a la compresión: f`c = 210 kg/cm2
Peso específico : 2400 kg/m3
Acero
Acero de refuerzo grado 60: fy = 4200 kg/cm2
Peso específico : 7850 kg/m3
1.5 CARGAS CONSIDERADAS
Las cargas consideradas son carga muerta, carga viva y carga sísmica,
las cuales detallamos a continuación
Carga muerta:
Peso de la losa maciza 0.20 m de espesor 480
kg/m2
Peso de acabados 100 kg/m2
Carga viva:
Sobrecarga (agua) 1000 kg/m2
1.6 COMBINACIONES DE CARGAS
1
Se emplearon las siguientes combinaciones:
1.5 x Carga Muerta +1.8 x Carga Viva
1.25 x (Carga Muerta + Carga viva) + / - Carga Sísmica
0.9 x Carga Muerta +/- Carga sísmica
1.7 METRADO DE CARGAS
Concreto armado 2400 kg/m3
Agua 1000 kg/m3
Peso específico neto suelo sumergido 1100kg/m3
Luego los pesos de carga muerta expresados en unidad de superficie:
Losa maciza h = 20 cm 480 kg/m2
Acabado e = 5 cm 100 kg/m2
1.8 DISEÑO DE TANQUE
1.8.1 DISEÑO POR FLEXIÓN
Para realizar el diseño del tanque procedemos a realizar los metrados
de cargas:
Tapa :
Peso propio 0.30x 2400 = 720 kg/m2
Acabados = 100 kg/m 2
CM = 820 kg/m2 CV = 200 kg/m2
Fondo:
Peso propio 0.30 x 2400 = 720 kg/m2
Acabados = 100 kg/m 2
CM = 820 kg/m2
s/c = CV = 1000 x 3.50 = 3500 kg/m2 (agua de cisterna)
Paredes laterales:
De acuerdo a ubicación propia del tanque encontramos que un lado
del mismo se encuentra enterrado (4.50 m aproximadamente) y el
otro lado expuesto.
Cabe señalar que procederemos al dimensionamiento para los casos
donde:
1. El tanque se encuentre vacío y las acciones del empuje de la tierra
incidan sobre el muro del tanque,
2
2. El otro caso sería de la acción neta del agua del tanque sobre la
pared del tanque en el lado donde no está enterrado
De esta manera consideramos los dos casos críticos, pues de
presentarse ambos en un solo muro las fuerzas al ser opuestas se
podrían contrarrestar.
Para el tanque IMHOFF consideramos el espesor de 0.30 m para las
paredes laterales y fondo. Se procede a calcular el coeficiente para
determinar las presiones laterales sobre la placa (muro) del tanque
Ka = tg2(45-Ɵ/2) = 0,3
Los empujes serán calculados de la siguiente forma:
w= Ka x γ x H
donde:
Empuje de terreno (Et) : w = 0.30 x 2000 x 4.50 = 2700
kg/m2
Empuje de sobrecarga (Es/c) : w = 0.30 x 200 = 60.00 kg/m2
Empuje del agua (Ea) : w = 1 x 1000 x 4.00= 4000 kg/m2
Diseño de paredes laterales del tanque
Figura 1
3
Se observa que la situación más crítica para el diseño de las paredes
laterales se presentará cuando la cisterna se encuentre vacía, en el
lado en el que se encuentre enterrado, y 2da crítica donde la presión
de agua este sobre el lado libre .También sabemos que las cargas
ultimas además de amplificarse por los coeficientes de la norma,
deberán amplificarse adicionalmente por 1.3, según ACI-350
(elementos en contacto permanente o temporal con el agua), por lo
que tenemos:
Caso 1: Tanque vacío y presión lateral del suelo.
Wu= 1.3 ( 1.8x Es/c + 1.8 x Et )
Wu = 1.3 x (1.8x 0.06 + 1.8 x 2.70) = 6.45 ton
Mmax= 0.1283x(WuxLn/2)xLn = 0.1283 x ( 6.45x4.50/2) x 4.50 = 8.38
tonxm
Con b = 100 cm y d = 30 – 7 =23 cm con lo cual tenemos que el As
= 10.17cm2
Por lo tanto se colocará 5/8” @ .20 m (As=12 cm2) en el sector
interior y exterior , pues la presión puede ser ejercido por ambos lados
de la pared lateral.
Verificación por cortante
Vsup = Wu x Ln/6 = 6.45 x 4.50 / 6 = 4.84 ton
Vinf = Wu x Ln/3 = 6.45 x 4.50 / 3 = 9.68ton
ø VC =0.85x0.53 x√210 x 100 x23 = 15015.2 kg = 15.01 ton
Por lo tanto se comprueba que: ø Vc > Vu , es correcto
Caso 2 : Tanque lleno y sin presión lateral del suelo.
Wu= 1.3 (1.8 x Ea )
Wu = 1.3 x (1.8 x 4.00) = 9.36 ton
Mmax= 0.1283x(WuxLn/2)xLn = 0.1283 x ( 9.36x4.00/2) x 4.00 = 9.60
tonxm
Con b = 100 cm y d = 30 – 7 =23 cm con lo cual tenemos que el As
= 11.75 cm2
4
Por lo tanto se colocará 5/8” @ .20 m (As=12 cm2) en el sector
interior y exterior, pues la presión puede ser ejercido por ambos lados
de la pared lateral.
Verificación por cortante
Vsup = Wu x Ln/6 = 9.36x 4.00/ 6 = 6.24 ton
Vinf = Wu x Ln/3 = 9.36 x 4.00 / 3 = 12.48 ton
ø VC =0.85x0.53 x√210 x 100 x23 = 15015.2 kg = 15.01 ton
Por lo tanto se comprueba que: ø Vc > Vu , es correcto
1.9 ANÁLISIS DE TANQUE EXISTENTE
Se procede a realizar el cálculo de los momentos resistentes de,
encontramos que las paredes y fondo del tanque existe es de 0.25 m ,
no se conoce las dimensiones del acero , pero en las siguiente se
estima cual acero debió ser coloca utilizando dicha sección :
Los empuje de terreno y aguas serán los mismas
Empuje de terreno (Et) : w = 0.30 x 2000 x 4.50 = 2700
kg/m2
Empuje de sobrecarga (Es/c) : w = 0.30 x 200 = 60.00 kg/m2
Empuje del agua (Ea) : w = 1 x 1000 x 4.00= 4000 kg/m2
Caso 1: Tanque vacío y presión lateral del suelo.
Wu = 16.45 ton
Mmax = 8.38 tonxm
Con b = 100 cm y d = 25– 7 =18 cm con lo cual tenemos que el As
= 13.51cm2
Por lo tanto se tendría que haber colocado 3/4” @ .25 m (As=14.20
cm2) en el sector interior y exterior , pues la presión puede ser
ejercido por ambos lados de la pared lateral.
Verificación por cortante
Vsup = Wu x Ln/6 = 6.45 x 4.50 / 6 = 4.84 ton
Vinf = Wu x Ln/3 = 6.45 x 4.50 / 3 = 9.68ton
ø VC =0.85x0.53 x√210 x 100 x18 = 11751 kg = 11.75 ton
5
Por lo tanto se comprueba que: ø Vc > Vu, es correcto
Caso 2: Tanque lleno y sin presión lateral del suelo.
Wu = 9.36 ton
Mmax= 9.60 tonxm
Con b = 100 cm y d = 25– 7 =18 cm con lo cual tenemos que el As =
15.73 cm2
Por lo tanto, se tendría que haber colocado 3/4” @ .20 m (As=17.04
cm2) en el sector interior y exterior, pues la presión puede ser ejercido
por ambos lados de la pared lateral.
Verificación por cortante
Vsup = Wu x Ln/6 = 9.36x 4.00/ 6 = 6.24 ton
Vinf = Wu x Ln/3 = 9.36 x 4.00 / 3 = 12.48 ton
ø VC =0.85x0.53 x√210 x 100 x18 = 11751 kg = 11.75 ton
Por lo tanto se comprueba que: ø Vc > Vu, NO CUMPLIRÍA, por lo
que se tendría que aumentar la sección de la pared, para
resistir las fuerzas cortantes, ejercidas por el líquido del
tanque
1.10 REFORZAMIENTO DE TANQUE EXISTENTE
Como se apreció en el análisis anterior, el tanque bajo las condiciones
actuales, no soportaría las presiones ejercidas sobre las paredes, por lo
cual se procede a realizar el planteamiento de reforzamiento de la
estructura.
Se plantea columnas rectangulares con refuerzos tipo contrafuertes en
su parte inferior
como se aprecia en
la Figura 2 y 3
6
Figura 2
Figura
3
Las placas existente son de espesor de 25 cm y de unas sola malla, por
lo que no es recomendable picar la placa para poder hallar el acero
para conectarlo con las columnas planteadas pues se debilitaría el
muro, por lo que las columnas tendrían que estar pegado a la cara
exterior de la placa, recibiendo de esta manera las columnas una carga
de la losa entera.
Se ha ubicado estratégicamente las columnas de manera que se
puedan distribuir las cargas sobre las columnas, por lo cual se
aprecian las zonas tributarias en la figura 4, y en la figura 5 las cargas
ejercidas sobre el muro y las columnas
Figura 4
7
Procedemos a analizar las columnas tipos contrafuertes si cumplen
con los factores
de volteo y
deslizamiento
Figura 5
Fuerza del agua = 4000 kg = 4000 kg
Momento producido = 4000 x 1.60 = 6400 kg
Fuerzas y momento de columna
F M
0.35x5.00x2400 = 4200 kg x 1.325m = 5565.00 kgxm
8
1.15x1.90x2400/2 = 2622 kg x 0.77 m = 2018.94 kgxm
1.15x0.60x2400 = 1656 kg x 1.15/2 m = 952.20 kgxm
0.60x1.50x2000 = 1800 kg x 1.50/2 m = 1350.00 kgxm
Total Fuerzas resistentes = 10270 kg
Total Momentos resistentes = 9886.14 kg/m
Deslizamiento : Fresis / Fact = 10270 / 4000 = 2.57
Volteo : Mresis/ Mact = 9886.14/ 6400 = 1.54
Por lo tanto cumple el predimensionamiento es correcto.
Se realiza el análisis para el caso crítico de las cargas (presión del
líquido), y para el lado crítico, donde las columnas se encuentran mas
separadas
Caso 2: Tanque lleno y sin presión lateral del suelo.
Wu= 1.3 (1.8 x Ea )x Long tributaria
Wu = 1.3 x (1.8 x 4.00) x 2.68 = 25.08 ton
Mmax= 0.1283x(WuxLn/2)xLn = 0.1283 x (25.08x4.00/2) x 4.00 =
25.74 tonxm
Este momento negativo se presenta aproximadamente a 1/3 de la base
y aproximadamente ahí tenemos una sección de columna de 70 cm
Con b = 35 cm y d = 70-5 =65 cm con lo cual tenemos que el As =
11.12 cm2
Por lo tanto se colocará 4 f 3/4” en la parte externa de la columna, la
cual trabajará como una viga en voladizo, donde su momento mayor se
encuentra cerca a la base. La distribución se aprecia en la figura 6
Verificación por cortante, en la base donde se desarrolla la mayor
fuerza cortante
Vsup = Wu x Ln/6 = 25.08x 4.00/ 6 = 16.72 ton
Vinf = Wu x Ln/3 = 25.08 x 4.00 / 3 = 33.44 ton
ø VC =0.85x0.53 x√210 x 35x150 = 34273 kg = 34.27 ton
Por lo tanto se comprueba que: ø Vc > Vu , es correcto
9
Figura 6
Además de este refuerzo se ha arriostrado las dos columnas mediante
dos vigas peraltadas de 0.35x0.30 en tres niveles, para dar mayor
estabilidad a las dos columnas además de reforzar recibir parte de las
cargas tributarias y repartirlas a las columnas. Figura 7
Figura 7
10
Figura 6
11