Tanques Elevados

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  • 1. USO DE TANQUES METLICOS PARA AGUA Y SUS VENTAJAS

    1.1. Uso de tanques metlicos para agua

    El uso del tanque puede ser muy variado principalmente en:

    Hospitales, centros de salud, etc. Bomberos y polica: estaciones de bomberos, polica, crceles, etc. Edificios pblicos: edificios del estado, municipalidades, museos, etc. Edificios que contienen qumicos y explosivos Edificios educativos: universidades, colegios, escuelas, etc. Edificios de comercio e industria: centros comerciales, oficinas, agroindustria,

    etc.

    Vivienda: lotificaciones, condominios, colonias, etc.

    1.2. Ventajas de los tanques metlicos para agua

    Entre las ventajas ms importantes pueden mencionarse

    Economa en consumo elctrico en distribucin por gravedad. Conservacin de agua y presin por la altura del tanque, inclusive cuando falta

    energa elctrica.

    Conservacin de la potabilidad del agua por oxigenacin. Menor inversin en construccin y operacin de un tanque metlico elevado; al

    compararlo con un tanque elevado de concreto o con un tanque subterrneo

    con sistema de bombeo a presin.

    Facilidad de reparacin, mantenimiento y limpieza general. Facilidad de deteccin y control de fugas de agua. Facilidad de desmontaje y recuperacin de la estructura metlica hasta un

    90%, aproximadamente.

    Nota : al construir un tanque metlico elevado para servicios pblicos y/o comerciales

    se puede utilizar el cuerpo exterior del tanque para publicidad.

    0

  • 2. PROCEDIMIENTO PARA EL DISEO

    El procedimiento general incluye los siguientes renglones:

    a) Elementos bsicos o preliminares

    Inspeccin ocular del rea donde se va a localizar el tanque Determinacin del uso al que se destinar el tanque Capacidad: se define un volumen segn la necesidad Altura de la torre: se define dependiendo de la presin mnima y mxima de la

    localizacin del tanque en el rea.

    b) Elementos de diseo

    Levantamiento topogrfico: esto se realiza por el hecho de que se puede encontrar distintas condiciones de terreno, laderas, veredas, caminos, planicies

    pretendiendo ubicar el tanque en los puntos ms altos

    Estudio de suelos se determinar por medio de pruebas en el campo el valor soporte del suelo y sus caractersticas.

    c) Diseo estructural

    Diseo del tanque Diseo de la torre y accesorios Diseo de la cimentacin Planos arquitectnicos de diseo y de taller para fabricacin y campo.

    d) Realizacin de obra

    Mtodo y los alcances de fabricacin de tanque, torre y cimentacin Trabajo de campo: cimentacin y supervisin Trabajo en fbrica: realizacin de elementos prefabricados (compra, cortado,

    rolado y soldadura)

    Transporte de elementos prefabricados al campo: reconocimiento de la ruta desde la fbrica a la obra, determinacin del medio de transporte segn el

    1

  • recorrido. Transportar la torre en piezas y el tanque segn condiciones del

    terreno

    Montaje en el campo segn condiciones existen de los mtodos de armado y ereccin, manuales y/o equipo pesado (gras), erecin de la torre, supervisin

    detallada de soldaduras y colocacin de accesorios

    Realizacin de la cimentacin y pruebas de laboratorio Ereccin de la torre Colocacin del cuerpo del tanque Colocacin de accesorios

    e) Acabados y pruebas: llenar el tanque a especificacin del ingeniero de suelos,

    limpieza y lavado del interior del tanque, tuberas, pruebas de vlvulas y fugas,

    vaciar y llenar completo el tanque

    Pintura final interior, exterior, vaciar y llenar por completo el tanque Limpieza general

    f) Elementos de proteccin:

    f.1) Cerca perimetral

    f.2) Puerta y sealizacin

    f.3) Engramado

    2.1 Factores a considerar en el diseo de tanques metlicos

    Algunos factores en el diseo de un tanque metlico elevado son la localizacin,

    exploracin del entorno, dimensiones previas, estudio de suelos y planos.

    2.1.1 Localizacin

    Es importante conocer las caractersticas y dimensiones del lugar donde se va a

    construir el tanque, buscando la localizacin y orientacin adecuada.

    2

  • 2.1.2 Exploracin del entorno

    De ser posible deben tenerse los datos ms actuales de las condiciones

    naturales, accesos, proximidades a cambios geogrficos, localizacin de factor de

    sismo en el mapa de macrozonificacin de zona ssmica, vientos ms comunes en los

    ltimos 20 aos, etc.

    2.1.3 Dimensiones previas

    Por medio del estudio del ingeniero hidrulico, se determina la capacidad del

    tanque, la altura de la torre entre el suelo y la parte inferior del tanque; y del proyectista:

    topografa del lugar, localizacin y exploracin del entorno.

    2.1.4 Estudio de suelos Es uno de los principales factores para empezar a desarrollar el diseo del

    tanque metlico elevado. Se investiga la capacidad soporte del suelo que se va a

    utilizar, sus caractersticas mecnicas y el factor de importancia del tanque metlico

    elevado segn su uso. Este estudio, previo al proyecto y a la construccin, es

    necesario para saber qu sistema y procedimiento de construccin se va a seguir; se

    har un muestreo del suelo en toda el rea que ser ocupada por la cimentacin o que

    le afecte directa o indirectamente y en la profundidad que llegar la influencia del

    tanque elevado.

    Para lograr obtener los datos definitivos sobre las caractersticas del suelo es

    necesario un estudio serio del mismo para llegar a asegurarse que el tanque ser

    estable. Es preciso obtener en forma adecuada las muestras de suelo, para realizar las

    pruebas correspondientes. Como resultado de lo anterior, se liga estrechamente el

    muestreo y la realizacin de las pruebas de laboratorio.

    2.1.5 Pasos a seguir para la realizacin del estudio de suelos 1) Determinar el sitio donde se construir el tanque y localizacin de muestras.

    3

  • 2) Realizar las perforaciones para obtener las muestras. Se determina el mnimo de

    dos perforaciones, que se marcarn en posicin diagonal a las columnas del tanque,

    tendrn de 4 a 6 metros de distancia o separacin en cada extremo de las

    columnas. Para estas perforaciones se recomiendan los pozos de cielo abierto

    realizados a mano, como mnimo de 4.00 metros, de profundidad y 0.90 metros de

    dimetro.

    3) Identificar visualmente la conformacin del suelo de cada una de las perforaciones y

    registrarlas en grficas; se anotan los estratos del suelo de cada perforacin. En el

    caso de haber nivel fritico, indicar la cota.

    4) La obtencin de muestras se formar de estas perforaciones donde se extraern de

    las paredes de los pozos muestras inalteradas de los estratos, tratando de

    aproximarlos a la cimentacin del tanque. (estas muestras se recubren de parafina y

    se trasladan a un laboratorio de suelos para analizarlas.)

    5) Ensayos de laboratorio: con estas muestras se determina el contenido natural de

    humedad, el tipo de estrato del subsuelo, identificndolos con sus caractersticas

    propias como tipo, color, plasticidad, contenidos orgnicos, suelo natural o relleno y

    peso.

    6) Se determina la capacidad soporte permisible del suelo, y se realizan ensayos de

    corte directo rpido, drenado y consolidado, de identificacin y compresin.

    7) Se determina el tipo de cimiento a utilizarse con base en los resultados del estudio

    de suelos, peso de la estructura del tanque, torre y cimiento aproximado; se redefine

    el factor de seguridad y el tipo de cimentacin que debe utilizarse (aislada,

    combinada, continua o con pilotes).

    8) Se determina la cota mnima y mxima del cimiento, que ser producto del anlisis

    de los estratos del suelo y las curvas de capacidad permisibles.

    4

  • 9) El informe de suelos deber contener por lo menos: el croquis de localizacin del

    tanque; perforaciones e influencias externas; descripcin detallada de la perforacin

    con los estratos del suelo por capas; resumen de resultados con diagramas, grficas

    y reportes de laboratorio. Se har una recomendacin de las necesidades de los

    tratamientos previos a la fundicin de la cimentacin, as como de la forma y tiempo

    del llenado del tanque para controlar los posibles asentamientos en los cimientos.

    Con lo descrito el estudio de suelos ser significativo para el diseo de tanques

    metlicos elevados.

    10) En el momento de la excavacin de la cimentacin, el ingeniero debe aclarar las

    condiciones de sta y verificar que sean lo ms parecidas a las perforaciones del

    estudio de suelos, para ver si existen cambios en las condiciones y asegurar la

    estabilidad de la obra.

    2.1.6 Planos de diseo y de taller a) Planos de arquitectura: estos han de contener el diseo completo con medidas,

    secciones y localizacin relativa de los diversos miembros. Se busca que estn los

    dibujos en forma secuencial a la realizacin del proyecto, plantilla de cimientos,

    detalles de cimientos, cuerpo de la torre con tanque, detalles de la torre y del

    tanque; todo ser acotado a ejes y proyecciones exteriores, se deben de acotar los

    niveles de la torre. En los detalles de uniones en cimientos, torre, tanque y

    accesorios, han de dibujarse a una escala suficientemente grande para mostrar en

    forma adecuada la informacin. Estos planos son para el proyectista, cliente,

    constructor, supervisor y las autoridades municipales. Deben contener las firmas de

    responsabilidad del diseador, y del fabricante del tanque metlico elevado.

    b) Grficos, diagramas, y memoria de diseo: estos han de contener el diseo

    completo con medidas, secciones, proyecciones, detalles y localizacin de todos los

    miembros. Se acotarn todos los componentes. Han de dibujarse para mostrar en

    forma adecuada toda la informacin. En ellos se indicar el tipo de construccin

    segn su destino, las cargas supuestas de las fuerzas cortantes, momentos y

    fuerzas axiales que han de ser resistidos por todos los miembros y sus conexiones,

    5

  • las juntas ensambladas con tornillos de alta resistencia, tipos de soldadura con

    dimensiones requeridas, para resistir esfuerzos cortantes entre las partes unidas.

    Se debe precisar el tipo de conexin que contendr todos los datos requeridos para

    la preparacin adecuada de los planos de taller.

    c) Planos de taller: antes de iniciar propiamente la fabricacin de la estructura, debern

    prepararse los planos de taller. Estos debern contener la informacin completa

    para la fabricacin de los elementos de la estructura, dado por los grficos,

    diagramas y memoria del diseador, incluyendo la localizacin, tipo y dimensiones

    de todos los elementos como remaches, tornillos y soldaduras. En los planos debe

    indicarse, cmo se efectuarn los cortes, soldaduras y de qu tipo, as como

    dimensiones de elementos a utilizarse y la indicacin del material sobrante y su

    cuantificacin, con el objetivo de evaluar costos reales. Se utilizarn las ms

    modernas prcticas vigentes en el pas, se deber tener en cuenta la rapidez,

    economa en la fabricacin y el montaje de la estructura. En el caso de las

    soldaduras debe indicarse las longitudes efectivas.

    NOTA: en los planos de arquitectura, grficos, diagramas, memoria de clculo y planos

    de taller, se incluirn smbolos normalizados, de preferencia de la Sociedad Americana

    de Soldadura (AWS).

    6

  • 3. DISEO DE TANQUES METLICOS ELEVADOS

    En el diseo se deben de tomar en cuenta los elementos que se describen a

    continuacin:

    3.1 Cargas y fuerzas 3.1.1 Carga muerta

    La carga muerta en el diseo consistir en la suma de los pesos del acero

    utilizado, concreto reforzado de la cimentacin, agua potable del cilindro lleno y

    accesorios.

    3.1.2 Carga viva

    La carga viva, es la sumatoria del peso de las personas que interviene en el

    montaje del tanque, o el mantenimiento y reparaciones del mismo, tomndose el valor

    mayor de ambas.

    3.1.3 Cargas de viento

    Se deber prever en el diseo los esfuerzos causados por el viento durante el

    montaje, as como despus de terminada la obra.

    La carga de viento se ha tomado en cuenta en este trabajo, para estructuras

    elevadas de la siguiente manera. La presin por viento P est determinada por la

    frmula

    P C C q Ie q s w=

    donde:

    P = Diseo de presin de viento en lbs/pie2.

    7

  • Ce = Coeficiente de exposicin que depende de la altura, factor de rfaga de

    viento, etc. (ver tabla I)

    Cq = Coeficiente de presin. (ver tabla II)

    qs= Valor normalizado de presin de viento. (ver tabla III)

    Iw = Factor de importancia para viento. (ver tabla IV)

    El coeficiente de exposicin y factor de rfaga de viento (Ce), es el

    coeficiente que incorpora estas influencias por un nmero de efectos de

    exposicin basado en la altura de la estructura arriba del nivel del suelo y

    expuesto a la condicin del lugar, por lo que esta combinacin entre altura,

    exposicin y el coeficiente de factor de rfaga de viento es variable segn las

    explicaciones siguientes:

    Exposicin B: se caracteriza por localizarse en terreno donde hay edificios

    y, bosques y superficies irregulares, con diferencias de 20

    pies en altura y cubriendo el 20% del rea en una milla a la

    redonda 1.6 kilmetros

    Exposicin C: se caracteriza por localizarse en terreno donde hay edificios

    por lo menos a 1 millas de distancia 2.4 kilmetros

    Exposicin D: representa una localizacin donde hay mucha exposicin

    directa a la estructura cercana a grandes cuerpos de agua,

    donde pueden haber fuerzas muy grandes de viento como

    huracanes, tornados, ventarrones, etc.

    8

  • Tabla I. Coeficientes (Ce) de exposicin y rfaga de viento

    Altura desde el terreno a la

    parte superior del tanque

    Exposicin

    D

    Exposicin

    C

    Exposicin

    B

    Pies Metros

    15 4.57 1.39 1.06 0.62

    20 6.10 1.45 1.13 0.67

    25 7.62 1.50 1.19 0.72

    30 9.14 1.54 1.23 0.76

    40 12.20 1.62 1.31 0.84

    60 18.29 1.73 1.43 0.95

    80 24.39 1.81 1.53 1.04

    100 30.48 1.88 1.61 1.13

    120 36.58 1.93 1.67 1.20

    El coeficiente de presin Cq sirve para determinar la resistencia del sistema

    principal y de los componentes estructurales donde su valor vara de 1.4 a

    0.8 segn tabla II

    Tabla II. Coeficientes de presin (Cq)

    Estructura o parte

    de ella misma

    Forma de la base del

    tanque

    Coeficiente de

    presin en cualquier

    direccin

    Cuadrada o rectangular 1.4

    Tanques Hexagonal u octogonal 1.1

    Circular o elptica 0.8

    El valor normalizado en libras por pies cuadrado (psf) de presin de viento

    (qs) est determinado por la frmula:

    200256.0 vqs = donde: v= velocidad de diseo del viento en millas por hora.

    9

  • Estimar para Guatemala, v = 80 millas/h = 129 Km/h, a excepcin de los

    caones de Paln y la Sierra de Las Minas, donde puede estimarse una

    velocidad hasta de 112 millas/h = 180 Km/h. Se utilizar la tabla III como base

    de presiones estandarizadas de viento (qss)) para diferentes velocidades de

    viento:

    Tabla III. Presin estndar de viento(qs) aproximado:

    Millas por hora 70 80 90 100 110 120 130

    Kilmetros por hora 113 129 145 161 177 193 210

    Presin qs (psf) 12.6 16.4 20.8 25.6 31.0 36.9 43.3

    El factor de importancia de viento(Iw) sirve para incrementar el valor de diseo

    segn el tipo de edificaciones que presta el servicio de agua. Los tanques

    elevados caen en la categora de instalaciones esenciales.

    Tabla IV. Factor de importancia de viento (Iw) segn el tipo de edificaciones

    que alimenta el tanque metlico elevado

    Tipo de edificacin Factor de importancia

    (Iw)

    Hospitales 1.15

    Bomberos y polica 1.15

    Edificios pblicos 1.15

    Edificios que contiene qumicos y explosivos 1.15

    Edificios escolares 1.00

    Comercio e industria 1.00

    Vivienda 1.00

    3.1.4 Cargas de sismo y otras fuerzas

    Las estructuras sujetas a sismos, huracanes y otras condiciones extraordinarias,

    se disearn para tales condiciones que tienen que resistir esos efectos. Los

    procedimientos y limitaciones para el diseo de estructuras deben determinarse por la

    10

  • localizacin zonal, caractersticas, tipo de edificaciones que sirve o alimenta

    (ocupacin), sistema estructural segn altura y seccin. El mnimo diseo de fuerzas

    ssmicas, se determina por la fuerza esttica lateral y sus efectos relacionados.

    Diseo por cortante basal (UBC 941).

    El cortante basal total con una direccin determinada est dado por la siguiente

    frmula:

    WR

    CIZVw

    e =

    donde:

    V = Cortante basal, en libras.

    Z = Factor Z de zona ssmica. (ver tabla V)

    Ie = Factor de importancia de sismo. (ver tabla VI)

    C = Factor de fuerza horizontal.

    Rw = Factor de estructuras de pndulo invertido que es 3 constante.

    W = Peso propio de la estructura en libras.

    El factor de fuerza horizontal C est dado por la frmula:

    32

    25.1

    T

    SC s=

    donde:

    C = no se puede exceder de 2.75

    Ss = Factor que depende del tipo de suelo, segn clasificacin (ver tabla VII)

    T = Perodo fundamental de vibracin de la estructura en segundos

    11

  • Figura 7. Mapa de macrozonificacin ssmica de la repblica de Guatemala

    Tabla V. Factor (Z) de zona ssmica (ver figura 7)

    Zona Z

    2A 0.15

    2B 0.20

    3 0.30

    4 0.40

    Tabla VI. Factor de importancia de sismo(Ie) segn edificaciones que alimenta el

    tanque de agua

    12

  • Tipo de edificacin Factor de importancia (Ie)

    Hospitales 1.25

    Bomberos y polica 1.25

    Edificios pblicos 1.25

    Edificios que contiene qumicos y explosivos 1.25

    Edificios escolares 1.00

    Comercio e industria 1.00

    Vivienda 1.00

    Tabla VII. Factor (Ss) que depende del tipo del suelo, segn clasificacin

    Tipo de

    Suelo Descripcin del perfil o tipo del suelo

    (ver figura 8)

    Factor

    (Ss)

    S1

    Suelo con cualquiera de las siguientes caractersticas:

    A) Roca de cualquier clase con velocidades de onda de corte

    mayores de 2500 pies por segundo (762 m/s)

    B) Medio firme a firme o medio rgido a rgido donde el suelo

    est a menos de 200 pies (60960 mm)

    1.0

    S2

    Suelo con predominio de granular medio denso y denso o limos

    densos y depsitos de cenizas volcnicas donde estn a ms

    de 200 pies (60960 mm)

    1.2

    S3

    Perfil del suelo conteniendo ms de 20 pies (6096 mm) de

    arcilla blanda o semiblanda, pero no ms de 40 pies (12192

    mm) de arcilla blanda.

    1.5

    S4

    Perfiles del suelo conteniendo ms de 40 pies (12192 mm) de

    arcilla blanda caracterizada por su velocidad de onda de corte

    menor que 500 pies por segundo (152.4 m/s). Para determinar

    este factor, hay necesidad de consultar con un ingeniero

    gelogo

    2.0

    Aprox.

    El perodo (T) fundamental de vibracin de la estructura, en segundos, se determina por

    medio de la siguiente frmula

    13

  • ( )T C ht n= 34 donde:

    Ct = 0.035 constante.

    hn = Altura desde el terreno a la parte superior del tanque en pies.

    Figura 8. Comportamiento de diferentes perfiles del suelo (Ss y T)

    3.2 Materiales 3.2.1 Acero estructural El material que se ajuste a las siguientes normas, podr ser usado bajo estas

    especificaciones:

    Acero estructural con lmite de fluencia mnimo de 29.5 Kg/mm2 y con un espesor mximo de 12.7 mm, ASTM A529

    Tubos de acero, con o sin costura, negros y galvanizados, por inmersin en caliente, ASTM A53

    Tubos de acero al carbono para usos estructurales, formados en fro, con o sin costura, de seccin circular o de otras formas, ASTM A500

    Acero estructural, ASTM A36

    14

  • Lmina de acero de baja aleacin y alta resistencia, laminada en caliente y laminada en fro, resistente a la corrosin, ASTM A606

    Lmina de acero al carbono laminada en caliente, para uso estructural, ASTM A570

    El fabricante deber presentar los informes certificados de las pruebas de

    laboratorio de los materiales a usar, de acuerdo con normas ASTM A6 o ASTM A568,

    para el uso aceptable de estos materiales.

    3.2.2 Remaches Los remaches de acero cumplirn con la ltima edicin de la siguiente norma:

    Remaches de acero estructural, ASTM A502 La certificacin del fabricante constituir evidencia suficiente de que el material cumple

    con la norma.

    3.2.3 Tornillos

    Los tornillos de acero cumplirn con la ltima edicin de una de las siguientes

    normas:

    Sujetadores estndar de acero al bajo carbono, roscados interna o externamente, ASTM A307

    Tornillos de alta resistencia para conexiones de acero estructural, incluyendo tuercas y arandelas, ASTM A325

    Tornillos de acero de aleacin templado y endurecido para conexiones de acero estructural, ASTM A490

    La certificacin del fabricante constituir evidencia de que el material cumple con la

    norma.

    3.2.4 Electrodos y fundentes

    Segn el caso, los electrodos y fundentes para soldadura, cumplirn con la

    ltima edicin de una de las siguientes normas de la Sociedad Americana de Soldadura

    (AWS)

    15

  • Electrodos de acero al carbono, recubiertos para soldadura por arco elctrico, AWS A5.1

    Electrodos de acero de baja aleacin, recubiertos, para soldadura por arco elctrico, AWS A5.5

    Electrodos de acero al carbono para soldadura, por arco con electrodo tubular continuo, AWS A5.20

    La certificacin del fabricante constituir suficiente evidencia de conformidad con las

    especificaciones.

    3.2.5 Pernos conectores de cortante Los pernos conectores de cortante, cumplirn con los requisitos de los artculos

    relativos del Cdigo de Soldadura Estructural, AWS D1.1 de la Sociedad Americana de

    Soldadura (AWS)

    La certificacin del fabricante constituir suficiente evidencia de que el material cumple

    con el cdigo.

    3.3 Mtodo de diseo Todos los componentes de la estructura sern diseados de tal manera que los

    esfuerzos, no excedern los valores permisibles siguientes

    Acero estructural Tensin: Ft no exceder de 0.60 Fy en el rea total, ni de 0.50 Fut en el rea neta

    efectiva

    donde:

    Ft = esfuerzo en tensin

    Fy = esfuerzo permisible en tensin

    Fut = esfuerzo ltimo en tensin

    Cortante: en el rea efectiva de la seccin transversal que resiste el esfuerzo

    cortante,

    Fuc = 0.40 Fy

    16

  • donde:

    Fy = esfuerzo permisible cortante

    Fuc = esfuerzo ltimo cortante

    En perfiles laminados y en perfiles armados, el rea efectiva para

    resistir cortante podr calcularse como el producto del peralte total por

    el espesor del alma.

    Compresin: En la seccin total de miembros cargados en compresin axial, cuya

    seccin transversal cumple con las disposiciones de relacin ancho-

    espesor, cuando Kl/r, la mayor reaccin de esbeltez efectiva de

    cualquier segmento no arriostrado como se define en la estabilidad y

    relaciones de esbeltez, es menor que cc:

    Fa

    Kl rCc

    F

    Kl rC

    Kl rCc

    y

    c

    =

    +

    12

    53

    38 8

    2

    2

    3

    3

    ( / )

    ( / ) ( / )

    en donde:

    CE

    Fc y= 2

    2

    En la seccin total de miembros en compresin axial, cuando Kl/r

    excede Cc :

    FE

    Kl ra= 12

    23

    2

    2

    ( / )

    en la seccin total de arriostramientos y en miembros secundarios cargados

    axialmente cuando L/r excede 120,

    FF

    lr

    asa=

    16200

    .

    con estas expresiones se calculan las capacidades de las columnas que se

    encuentran en el apendice.

    Esfuerzos a tensin: de acuerdo a AISC, en cualquier fuerza el esfuerzo mximo de trabajo a tensin no ser mayor a 0.45 Fy, para la seccin neta.

    17

  • Esfuerzos a cortante: de acuerdo a AISC, para secciones laminadas el esfuerzo cortante permisible se calcula como 0.40 Fy.

    Esfuerzo a flexin: de acuerdo a AISC, para esfuerzos permisibles, deben cumplirse las relaciones siguientes,

    0.1+b

    b

    a

    a

    Ff

    Ff

    3.4 Diseo del tanque El diseo del tanque se analiza en los siguientes cinco componentes: capacidad, techo,

    cuerpo, fondo, base del tanque para la torre, siguiendo el mtodo de diseo indicado en

    el punto.

    3.4.1 Diseo de capacidad o volumen

    Para disear la capacidad del tanque se necesita estimar el volumen de agua en

    litros o galones, se hace con relacin entre altura y base del cilindro (h/b), donde la

    mnima recomendable es 1/1 y la mxima 1.4/1. Se hace un primer tanteo para la altura

    hasta llegar a medidas comerciales; luego se hace un primer tanteo con el permetro del

    tanque hasta llegar a medidas comerciales para evitar cortes hasta dejar fijo el dimetro

    de la base. Luego se calcula la capacidad final del tanque, dentro de las relaciones

    altura sobre base indicadas. Con estas medidas se determinan las dimensiones de

    lminas a utilizarse en el tanque, para obtener el mayor ahorro posible de soldaduras,

    cortes y mano de obra.

    Las lminas en el mercado guatemalteco estn clasificadas por ancho, longitud y

    espesor. En el caso de diseo por capacidad, lo que interesa son medidas de lminas

    de 3, 4, 6 y 8 pies de ancho por 10 o 20 de longitud, pero se pueden conseguir de

    longitudes hasta de 40 pies de longitud, y de 1/16, 3/32, 1/8, 5/32, 3/16, 1/4, 5/16,

    3/8, 1/ 2, 5/8 pulgadas de espesor.

    18

  • Figura 9. Diagrama de Capacidad del Tanque

    Volumen del tanque

    hDV = 24

    3.4.2 Diseo del cuerpo del tanque

    Donde, V = volumen en pies3 D1 = dimetro del cilindro en

    pies h = altura del cilindro en pies h1 = altura inicial del primer

    tanteo en pies P = permetro en pies P1= permetro inicial del

    primer tanteo en pies Wagua= Peso del agua en

    libras

    Variables: H, D, V, Wagua

    hD == 7854.0

    4

    37854.0 hV =

    37854.0Vh =

    3 2732.1 Vh =

    3 3 3Pasar de galones a pies o metros a pies , encontrar una altura inicial h1 como primer tanteo

    30839.11 Vh =

    hVD = 7854.01

    Aproximar h1 a enteros de mltiplos variados entre 4, 6, 8 pies, h y encontrar el dimetro inicial D1

    Encontrar permetro P1 en

    = 11 DP 30839.1 Vh =

    Aproximar P1 en largos de lmina en pies enteros

    PD =

    Encontrar volumen V,

    hDV = 24

    19

  • El cuerpo es un cilindro vertical que se calcula como un depsito de pared

    delgada, el cual va a contener agua a una presin p en libras/pie2; est sometido a

    fuerzas de tensin segn su seccin transversal, y las paredes han de resistir estas

    fuerzas para evitar que colapse. Se considera primeramente la seccin A-A que es un

    corte diametral del cilindro y el segundo diagrama de cuerpo libre de una de las mitades

    del cilindro. Aqu se representa la fuerza elemental, que acta normalmente a un

    elemento diferencial de la pared del cilindro, a un ngulo del dimetro vertical, que es

    dF pdA pLDd= =

    2

    Por simetra respecto al plano vertical que pasa por el eje del cilindro, a cada dF

    le corresponde otra, cuyo componente vertical ser igual, pero de sentido contrario, por

    lo que todas las parejas de componentes verticales se equilibran y la fuerza total F que

    tiende a separar una mitad del cilindro de la otra, es la suma de las componentes

    verticales de dichas fuerzas elementales:

    [ ]F pL D d sen pL D= = 2 20 0

    cos

    que se reduce a: F pDL= evidentemente y para mantener el equilibrio del medio cilindro, la fuerza total F, que acta normalmente al plano A-A, es resistida por las

    fuerzas iguales P que actan en las dos secciones cortadas de la pared del cilindro, por

    tanto,

    [ V = 0] F pDL P= = 2 Un procedimiento ms sencillo para determinar la fuerza F resultante de todas las

    fuerzas elementales en una direccin, es el indicado en la figura anterior. La mitad

    inferior del cilindro est ocupada por fluido y puesto que ste transmite por igual las

    presiones en todas las direcciones, la distribucin de presiones y de las fuerzas

    elementales es la misma.

    20

  • Figura 10. Seccin transversal del tanque

    en donde se representa el diagrama de cuerpo libre correspondiente a la mitad inferior

    del cilindro, es evidente que la fuerza F es igual a la presin por el rea en la que acta.

    Como esta rea es la superficie libre de fluido, o sea DL se obtiene como antes, que

    F=pDL.

    El esfuerzo en la seccin longitudinal que soporta la fuerza F resulta de dividir

    sta entre el rea de las dos secciones de corte. Por tanto,

    Este esfuerzo se llama esfuerzo circunferencial que puede usarse para calcular el

    cilindro y el cono inferior fondo.

    t

    DPS 2

    =

    ( ) ( )

    SDht

    tDhS

    t

    DpuhpuPie

    puPie

    PieLbs

    tdPS

    =

    =

    ==

    60.2

    6000.2

    2

    lg12lg12lg12

    4.62

    2

    2

    t pDLtLpDt

    = =2 2

    21

  • Figura 11. Diagrama de clculo de paredes del cuerpo

    Variables:

    h,D,V,P agua, A cilindro

    81

    1281

    6.0,#22000

    1 +

    =+

    =

    ==

    ypies

    agua

    y

    agua

    yby

    fDW

    fPW

    t

    fff p hF p D

    tF

    f

    piesLbs

    pies

    pies pies

    piesppie y

    = =

    =

    +

    62 4

    12

    121

    8

    3

    2

    2

    .#

    #

    lg

    Revisar t1 Revisar

    t2

    Colocar el mayor entre t1 y t2 en pulg /16

    Constantes: h,D,V,P agua,

    A

    22

  • 3.4.3 Diseo de cubierta o techo

    La funcin principal del techo es cubrir el depsito de la intemperie y de los rayos del

    sol, para evitar que se formen algas en el agua o que caiga material contaminante.

    Figura 12. Longitud radial de la cubierta

    El techo puede ser de forma plana o cnica. La forma plana necesita vigas internas

    y refuerzos, mientras que la cnica slo necesita de estos, segn el criterio del

    diseador. En el techo de forma cnica (Figura 12) las pendientes del mismo pueden

    ser desde 1/6 hasta 3/8, donde se relaciona la altura del cono del techo sobre la base

    ho/(D/2).

    Las placas del techo no sern menores de 3/16 de espesor, pero se debe de

    incrementar un factor de grosor adicional por corrosin de 1/8 en lugares con grado de

    humedad o salinidad relativos mayores que la normal y por condiciones extremas de

    lluvia, granizo o nieve. El techo de un tanque deber soportar una carga viva mnima

    de diseo de W=20 lbs/pie2, que ser igual a la carga de servicio para techos sin

    acceso. El techo se disea dependiendo del dimetro y normalmente se calcula sin

    refuerzos. Si fuere necesario calcular con refuerzos, estos pueden ser vigas radiales,

    las cuales produce mayor rigidez, al igual a un anillo de cerramiento.

    Para disear la cubierta o techo, se toma sin el saliente o voladizo de los extremos.

    La longitud l se calcula con: ( ) ( )l h Do= +2 22 Donde,

    l = longitud radial de cubierta o techo

    ho = altura del cono

    D = Dimetro del cilindro

    23

  • Cuando se necesita reforzar este techo, se utiliza una estructura con vigas o

    refuerzos internos radiales para tratar de conservar la lmina delgada. El cono del

    techo visto en planta es una circunferencia y sta se divide en secciones radiales que

    estn inscritas en la circunferencia. Se plantea inicialmente el clculo con cuatro

    secciones, luego se toma el centro de cada seccin para calcular el refuerzo (figura 13),

    y se divide por franjas de 1 para ver cul es el lugar ms dbil de la seccin.

    Normalmente no se toma la primera puesto que estar soldada con el cuerpo del

    tanque por lo tanto se toma la 2da. despus del borde se calcula si resiste. Si cumple

    con las condiciones de clculo, se determina el nmero de refuerzos y sus condiciones.

    Figura 13. Diseo de 2da franja

    Si esta primera prueba no cumple con las condiciones se subdividen las secciones

    simtricamente y se vuelve a realizar el clculo, as hasta conseguir un refuerzo

    econmico y adecuado.

    Para el clculo del refuerzo se toma la longitud de curva de la seccin y el radio

    de sta y se disear la franja ms crtica.

    Para disear la franja ms crtica se determina la longitud de radio como l . Para

    determinarlo se utiliza

    [ ]l

    D piesn

    "( .= 2 15 donde D

    = dimetro del tanque y n = lados inscritos en crculo

    Para determinar el peso total (W)

    24

  • vivaaL

    viva

    aLMnimoaL

    WWw

    mnimapielbsW

    pielbs

    pupiest

    pielbsW

    +==

    ==

    min

    2

    2min

    3min

    20

    lg12490

    Para la franja l ( ) pieWWw vivaal 1min += , con este valor calcular el espesor por flexin considerando apoyos en el borde y en el vrtice del cono formado,

    sreq F

    MSnLWM == ,

    2

    , despus despejar el espesor t

    Para

    disear las ( )[ ]vigas o

    refuerzos se

    utiliza

    fMS

    SMf

    SM

    w l

    Sb h

    h

    w l

    b

    = = = =

    =

    =

    180008

    18000 6

    818000 6

    2

    2

    2 , despejar h

    h>=3/16

    Anillo de cerramiento: En la parte alta del tanque se necesita un elemento estructural que conecte el

    techo a las paredes del cilindro llamado anillo estructural o viga - anillo. El mdulo

    de seccin en pulgadas cbicas, ser el mayor valor que se encuentre por la frmula

    siguiente:

    250

    2

    1DZ = donde,

    [ ] ( ){ }

    W W W W

    W

    r h r

    n

    r h r

    nr h

    Total Techo Viva Viga

    Total

    o

    o

    = + +

    =

    +

    +

    +

    +

    2 2

    2 2

    38

    112 490

    2014

    112 490

    25

  • Z1 = Mdulo de seccin (pulgadas cbicas)

    D = Dimetro del tanque (pies)

    En general, el anillo estructural es un angular soldado en la parte alta del tanque del

    lado exterior, as el techo tiene un lugar firme donde soldarse.

    14. Detalle del anillo de cerramiento

    3.4.4 Diseo del fondo Existen varios tipos de fondo en los tanques metlicos elevados, pero en este

    trabajo, se utilizar el fondo suspendido. Entre los ms utilizados en nuestro medio,

    estn los cnicos ya que por su pendiente permiten evacuar los sedimentos que

    recolecta el agua en el fondo y as removerlos por medio de vlvulas de lavado. Cuando

    se disea el tanque, se tiene que tomar en cuenta la posicin de las arriostras de la

    torre para que stas no doblen el fondo del tanque. El diseo del espesor de la lmina

    del fondo se hace por tensin ya que se considera que otra condicin es poco probable,

    y se usa el esfuerzo circunferencial deducido.

    t

    dPS

    agua 2

    =

    Figura 15. Comparacin entre fondo y refuerzos de la torre

    26

  • ( ) ( )( ) ( )

    ( )Corrosion

    hConofinal

    fondoque

    puAlturapupuagua

    tttS

    dht

    tdhh

    S

    t

    dhPiePiePieLbs

    tdP

    S

    +=

    =

    +=

    ==

    sec60.2

    sec6000.2

    2

    121212

    4.62

    2tan

    lglglg

    2

    27

  • Figura 16. Diagrama de clculo de tanque

    Constantes: h, D, V, Pagua,

    Acilindro, tcilindro y tfondo

    Encontrar reas y pesos de la tapadera, Fondo, Cilindro

    y accesorios

    tapatapatapa tAP = fondofondofondo tAP =

    cilindrocilindrocilindro

    cilindrocilindro

    PhADP

    Cilindro

    ==

    ( )( )

    4

    2

    2

    38

    1

    4

    44

    24

    2

    4

    4

    cilindrotapa

    cilindro

    piescilindro

    pies

    DDA

    rD

    hDr

    Dh

    Tapa

    ==

    +

    =

    ( )( )

    4

    2

    2

    5.44

    2

    3

    33

    23

    2

    3

    3

    cilindrofondo

    cilindro

    cilindropies

    DDA

    rD

    hDr

    piesDh

    Fondo

    ==

    +

    =

    cilindrocilindrocilindro tAP =

    fondocilindrotapatotal PPPP ++=

    Accesorios son el 10% del Ptotal

    28

  • 3.4.5 Diseo de base del tanque para la torre El diseo de la base del tanque depende de los apoyos de la torre, depender de

    los esfuerzos de carga normal, con sismo y viento juntos.

    Esta base est formada por esquineros por dentro del tanque en cada columna,

    comunmente se colocan en la parte interna, o externo del tanque, deben de tener la

    altura del corte de la columna como mnimo. Para tener un apoyo que transmita los

    momentos y fuerzas de sismo y otras cargas se refuerza con una placa llamada aletn

    que va por debajo del fondo y la columna, normalmente est soldado a la columna y en

    el campo se suelda al tanque. En base tienen que coincidir la arista del tanque con el

    eje de la columna y entre ms acople de la columna, mejor. Normalmente va soldado

    en el lugar y depende de cada tanque.

    Figura 17. Placa entre columna y tanque

    3.5 Diseo de la torre

    La torre es una armazn estructural de gran altura con la funcin de sostener un

    tanque para agua a una altura determinada. Est compuesta de un conjunto de

    elementos (columnas, riostras o arriostas y tensores) unidos entre s por medio de

    29

  • placas. Cada uno de estos elementos debe estar diseado lo ms simple posible; las

    uniones entre estos elementos pueden ser soldadas, pernadas o remachadas.

    Figura 18. Diseo de torre en perspectiva

    Las columnas son elementos sujetos a

    compresin, su funcin principal es de

    sostener el tanque; estas columnas son

    colocadas verticalmente o ligeramente

    inclinadas con el zenit; est inclinacin

    depende del diseo de viento y sismo.

    Las columnas tienen una seccin constante,

    esta seccin puede ser un perfil estructural

    con forma tubular (redondas, cilndricas

    cuadradas, rectangulares) o tipo I, T que

    son compuestas. El eje de las columnas

    no debe desviar su inclinacin del zenit, por

    ms del 10% de pendiente de su longitud y el mnimo dimetro exterior de una columna

    tubular, exceder el 2% del dimetro nominal exterior; la seccin debe estar libre de

    abolladuras y si existieran, no deben ser mayores que el espesor de la seccin.

    Los tubos y las secciones tubulares (redondas, cuadradas o rectangulares), se

    recomiendan para cargas medianas en las columnas, por lo fcil de calcular. Algunas

    de las ventajas de estas secciones tubulares son:

    El miembro sujeto a compresin ms eficiente, es aquel que tiene el radio de giro constante con respecto a cualquier eje que pase por su centroide, propiedad

    exclusiva de secciones tubulares y redondas.

    Las superficies lisas permiten pintarse con mayor facilidad Tienen excelente resistencia a la torsin Las superficies son bastante atractivas Presentan menor resistencia cuando quedan expuestas a la accin del viento.

    30

  • 3.5.1 Centro de gravedad El centro de gravedad del tanque se toma en cuenta desde el centro geomtrico del

    cilindro y el centro de gravedad del cono infertido de fondo hasta el nivel del suelo.

    Componente Volumen en metros3 Z en metros Z x volumen

    Cilindro V r hCilindro Cilindr= 2

    Ztierra=1/2xhCilindro +

    Ztorre

    Htierra x VCilindro

    Cono V

    r hCono

    Cono= 2

    3Ztierra=3/4xhcono + Ztorre Htierra x VCono

    Volmenes ( ) VolmenesZ ( )

    =VolmenesVolmenesZ

    Z

    3.5.2 Diseo de columnas Diseo para miembros sujetos a compresin (columna):

    Suponer que el 200,4836 ==rKlksiFksiF yy

    Suponer una seccin tentativa que normalmente se encuentran en el manual de AISC, en la seccin de columnas. Entonces escoger una seccin, anotar el rea y

    radio de giro (r)

    Calcular la relacin de esbeltez Klr siendo l la longitud de la columna desde nudo a

    nudo sin soporte, en pies, r es el radio de giro, K se le da un valor igual a uno.

    Con la relacin de esbeltez, se calcula el esfuerzo unitario permisible en la tabla de esfuerzos permitidos para miembros a compresin, en el manual AISC.

    Fa

    Multiplicar la , encontrada en el paso anterior por el rea transversal, este producto dar la carga permisible sobre la seccin de la columna.

    Fa

    31

  • Comparar la carga permisible encontrada en el paso anterior con la carga de diseo, si la carga permisible en la seccin propuesta es menor que la de diseo, probar

    una seccin mayor y revisar de la misma manera, hasta encontrar la indicada.

    3.5.3 Diseo de arriostras horizontales

    Los miembros horizontales son llamados arriostras y los miembros inclinados son

    llamados tensores o arriostras inclinadas; cualquiera de estos elementos estn

    sometidos principalmente a fuerzas de tensin, se encuentran unidos a las columnas y

    su funcin principal es aumentar la resistencia de la armazn manteniendo fijas a las

    columnas.

    Estos miembros sometidos a tensin, se caracterizan por no sufrir pandeo. La

    seccin de la pieza que est sujeta a fuerza de tensin no puede exceder de Ft=0.60 Fy

    segn el cdigo AISC (Seccin D). Esto hace simple el clculo de la seccin de cada

    elemento, por lo que el rea de la seccin es igual a la fuerza (F) dentro del esfuerzo

    permisible (Ft)

    AFFrequerida t

    = donde: Areq = rea requerida (pulg2), F = Fuerza de la arriostra o tensor, desde nudo

    inicial al nudo final (lbs), Ft = Esfuerzo de tensin permisible de la seccin en (lbs/pulg2)

    donde Ft= 0.60 (36,000) = 21,600 lbs/pulg2

    El tipo de pieza a usar puede ser canal, tensor, t, angular, en todos estos casos

    depende de la unin de conexin en los extremos, por lo que pueden estar perneados o

    soldados.

    Figura 19. Detalles entre placa, columna y tanque

    32

  • Figura 20. Detalles entre placa, arriostres y columna

    Figura 21. Detalles entre placa, arriostres y columna

    33

  • 3.5.4 Diseo de arriostras inclinadas

    Son piezas que estn a tensin o compresin, la funcin principal de los tensores es

    resistir la fuerza de sismo o viento extremo en la estructura. Se desprecia la condicin a

    compresin ya que al sufrir pandeo deja a las piezas a tensin toda la accin de

    resistencia.

    Si estn a compresin calcular con el procedimiento indicado en el punto 3.5.2

    como si fuesen columnas y si estn a tensin por medio d formulas de tensin, como en

    lo indicado en el punto.

    3.5.5 Diseo de placas para riostras y columnas Solo se escoge una placa que geomtricamente permita colocar con facilidad las

    piezas que llegan a esa unin y se determina el espesor por tensin, ya que va soldada

    a todos los miembros.

    3.5.6 Diseo de placas de base de torres La unin entre la columna de acero y el pedestal de concreto del cimiento es una

    placa metlica asegurada con pernos de anclaje.

    Figura 22. Detalles de placa de base de torres

    34

  • Se usa el pedestal para mantener la columna de metal por encima del terreno para

    prevenir la corrosin.

    La placa de base y el extremo de la columna que est en contacto con dicha placa

    se pueden alisar para efectuar la transferencia de carga por asiento directo. La placa

    de base se asienta sobre la cimentacin usando una lechada de cemento, la cual tiene

    como objetivo igualar un desajuste entre la cimentacin y la columna

    Se pueden usar angulares para atornillar o soldar la placa de base a la columna con

    pernos anclados a la cimentacin siempre y cuando se diseen para resistir fuerzas que

    traten de levantar la columna. Es ventajoso usar atiesadores en el diseo de las bases

    de columnas, esto determina el tamao y el espesor de las placas. El tamao se

    determina por el rea de apoyo requerida sobre la cimentacin y el espesor se obtiene

    con el esfuerzo de flexin en la placa, que no exceda el valor permisible.

    Las dimensiones de las placas de base requeridas dependen de la presin unitaria

    permisible de contacto de la cimentacin. El espesor de la placa de base depende de

    la presin de contacto de la placa de base, y produce flexin en la seccin crtica.

    Cuando la base de la columna resiste un momento, deben ajustarse las

    dimensiones de la placa de manera que

    35

  • F fPA

    MSP p

    = donde: S es el mdulo de seccin de la placa rectangular de base con respecto al eje

    de momentos.

    El rea de la placa de base de la columna es

    B CPFp

    =

    Se puede obtener un nmero de combinaciones para los lados B y C, pero se debe

    usar la combinacin que haga que m n .

    Figura 23. Detalle de seccin de columna con base

    Se obtiene el espesor de la placa de base considerando la flexin en una seccin crtica

    a la distancia m o n del borde libre correspondiente. Para una presin uniforme y una

    franja m o n x 1 unidad de ancho x un espesor t, se tiene M q mm= ( )2

    o M q nn= ( )2

    usando el valor mayor de M y notando que si m = n estos momentos son iguales, se

    tiene f FMS

    Mtb b

    = = = 6 2 Resolviendo para t, se obtiene

    ( )t

    MF

    q m nFb b

    = =

    6 3 2 2o

    donde = presin real de contacto, q F Fb y= 0 75.

    Para pernos de anclaje, suponiendo que deban de soportar todo el momento aun

    cuando la fuerza axial reducir considerablemente el momento, donde TMd

    = y

    36

  • F Ft y= 0 6. por lo que el rea requerida es A TFrequerida t= donde: DA

    n

    requerida=

    4

    donde n =

    nmero de pernos requeridos en tensin

    3.6 Diseo de cimentacin Figura 24. Planta de cimientos individuales

    3.6.1 Diseo de zapatas Procedimiento para diseo de zapatas

    Determinar la capacidad permisible de apoyo del suelo, con base en los datos de las perforaciones de pruebas del sitio y de las investigaciones del suelo.

    Determinar las cargas de servicio que actan en la base de las columnas que soportan la estructura. Seleccionar la combinacin de cargas de servicio y

    momentos ms desfavorables, si existe una combinacin de carga y momento

    flexionante.

    37

  • Calcular el rea necesaria de la zapata, dividiendo la carga total de servicio entre la capacidad permisible de apoyo que se seleccion para el suelo, si la carga es axial

    o tambin tomando en cuenta los esfuerzos de flexin ms desfavorables, si existe

    una combinacin de carga y momento flexionante.

    Figura 25. Planta y armado de zapata para cimientos

    Calcular las cargas y momentos factorizados para las condiciones determinantes y encontrar los valores nominales de resistencia que se requieren, dividiendo las

    cargas y los momentos factorizados entre los factores de resistencia pertinentes.

    Determinar por prueba y ajuste, el peralte efectivo d que se requiere en la seccin para que cuente con una capacidad adecuada para resistir el cortante por

    penetracin a una distancia 0.5d de la cara de apoyo, revisar la capacidad cortante

    como viga en cada direccin, en los planos situados a una distancia d de la cara de

    la columna de apoyo.

    Calcular el momento resistente factorizado Mu en un plano en la cara de la columna de apoyo hasta el extremo de la zapata. Encontrar Mn = Mu/0.9 y selecionar un

    rea total de refuerzo As con base en Mn y el peralte efectivo aplicable.

    38

  • Determinar el tamao y la separacin del refuerzo por flexin de las direcciones larga y corta: distribuir uniformemente el acero en todo el ancho de la zapata, en

    cualquier direccin. Verificar que el rea de acero, en cada direccin principal de la

    zapata en planta, exceda al valor mnimo necesario por contraccin y temperatura.

    Revisar la longitud disponible de desarrollo y anclaje, para comprobar si se satisfacen los requerimientos de adherencia.

    Revisar los refuerzos de aplastamiento en la columna y en la zapata en sus reas de contacto.

    Determinar la cantidad y tamao de las varillas de dovela que transfieren la carga de la columna a la losa de la zapata.

    3.6.2 Diseo de pedestales

    La seccin del pedestal tendr desde 2.54 cm. (1 pulg.) hasta 3 cms. (1 pulg.) de

    la columna a la placa base en todo su alrededor y sta ser la seccin del pedestal.

    El pedestal debe de trabajar para el cimiento como columna corta por lo tanto la

    relacin de esbeltez tiene que ser menor o igual a 22.

    Figura 26. Seccin de armado de pedestal

    39

  • La capacidad nominal de la seccin del pedestal a compresin ser considerando

    un rea bruta de la seccin transversal Ag de ancho b y un peralte total h, que est

    reforzada con un rea total de acero Ast repartida en todas las caras de la columna. El

    rea neta de la seccin transversal de concreto es Ag - Ast. Por lo tanto para obtener la

    capacidad mxima de carga axial para la columna sumando la contribucin del

    concreto, siendo ( Ag - Ast) 0.85 fc y la contribucin del acero, que es Astfy, en las que Ag es el rea bruta total de la seccin de concreto y Ast el rea del acero = As + As se

    obtiene

    P f c A A Ao g st fst y= +085. ' ( )

    El refuerzo lateral para columnas se requiere para prevenir el desplazamiento del

    concreto o el pandeo local de las varillas longitudinales. El refuerzo lateral se puede

    lograr con estribos distribuidos uniformemente en la altura de la columna a intervalos

    especficos, por lo tanto debe de cumplir con que:

    El tamao del estribo no debe ser menor que una varilla de No. 3 (9.5 mm). Si el tamao de la varilla longitudinal es mayor al No. 10 (32 mm), entonces los estribos

    debern ser por lo menos del No. 4 (12 mm).

    K lr donde l h

    K hr

    r lKhl

    hl

    hl

    uu

    = >==

    = =

    22

    0 2508 10

    0 2522 22 0 25 55

    55

    .( . . )

    .. .

    .

    La separacin vertical de los estribos no debe exceder a 48 veces el dimetro del estribo, 16 veces el dimetro de la varilla longitudinal y la menor dimensin lateral de

    la columna.

    40

  • Figura 27. Relacin de altura y seccin de pedestal

    Figura 28. Armados de pedestales

    3.6.3 Diseo de vigas cimiento La viga cimiento es una viga que acta para absorber la fuerza lateral, por lo tanto

    slo se disea a tensin. Se coloca en la parte alta del pedestal y se toman el 10% de

    los esfuerzos mximos de la fuerza cortante basal, esto hace que se disee slo con

    refuerzo de acero pero al estar sometida a intemperie y al suelo se recubre con 2

    pulgadas de concreto, por lo tanto, sale una viga armada simple con refuerzo. El

    tamao de la seccin debe ser con las condiciones de una viga simplemente reforzada

    y que cumpla con las condiciones de concreto mnimo para el rea de acero.

    Figura 29. Armado de viga de amarre

    41

  • 42

    1. USO DE TANQUES METLICOS PARA AGUA Y SUS VENTAJAS 1.1. Uso de tanques metlicos para agua 1.2. Ventajas de los tanques metlicos para agua 2. PROCEDIMIENTO PARA EL DISEO 2.1 Factores a considerar en el diseo de tanques metlicos 2.1.1 Localizacin 2.1.2 Exploracin del entorno 2.1.3 Dimensiones previas 2.1.4 Estudio de suelos 2.1.5 Pasos a seguir para la realizacin del estudio de suelos 2.1.6 Planos de diseo y de taller

    3. DISEO DE TANQUES METLICOS ELEVADOS 3.1 Cargas y fuerzas 3.1.1 Carga muerta 3.1.2 Carga viva 3.1.3 Cargas de viento Kilmetros por horaTipo de edificacin

    3.1.4 Cargas de sismo y otras fuerzas

    Figura 7. Mapa de macrozonificacin ssmica de la repblica de Guatemala 3.2 Materiales 3.2.1 Acero estructural 3.2.2 Remaches 3.2.3 Tornillos 3.2.4 Electrodos y fundentes 3.2.5 Pernos conectores de cortante

    3.3 Mtodo de diseo Acero estructural

    3.4 Diseo del tanque 3.4.1 Diseo de capacidad o volumen 3.4.2 Diseo del cuerpo del tanque

    3.4.3 Diseo de cubierta o techo 3.4.5 Diseo de base del tanque para la torre

    3.5 Diseo de la torre 3.5.1 Centro de gravedad 3.5.2 Diseo de columnas 3.5.3 Diseo de arriostras horizontales

    Figura 19. Detalles entre placa, columna y tanque 3.5.4 Diseo de arriostras inclinadas 3.5.5 Diseo de placas para riostras y columnas 3.5.6 Diseo de placas de base de torres

    3.6 Diseo de cimentacin 3.6.1 Diseo de zapatas

    3.6.2 Diseo de pedestales

    Figura 26. Seccin de armado de pedestal 3.6.3 Diseo de vigas cimiento