MEMORIA DE CÁLCULO TANQUE ELEVADO PARA AGUA CAPACIDAD 30 m3 1. ANTECEDENTES
El tanque elevado que se plantea en esta memoria es parte del proyecto “Sistema de agua potable para la Florida, cantón San Lorenzo”. El alcance de esta memoria de cálculo, no considera el diseño del reservorio metálico, solo el de la estructura de soporte y su cimentación. 2. DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA
La estructura tendrá una altura de 20m y una capacidad de 30m3 de agua, contenidos en un reservorio metálico ubicado en la parte superior, la estructura de soporte estará compuesta por una torre metálica de cuatro patas, con una distancia entre ejes de 6.80m.
6.80
500
0 0 5
6.80 1750
6 25
5 00
6 25
500
0 0 5
0 5 7 1
0 5 7
TANQUE ELEVADO
CIMENTACION
3. CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES
Hormigón Estructural f’c: 210Kg/cm2 Acero fy: 4200kg/cm2 Acero estructural A-36 fy :2400 Kg/cm2 4. CIMENTACIÓN.
4.1 Consideraciones Geotécnicas La capacidad portante del suelo ha sido tomada del estudio de duelos realizado por la compañía GeoConsult realizado en Mayo del 2011 y es de 18 tn/m2., a 5m de profundidad. La cimentación consiste, en vigas tipo T invertidas de 1.00m X 0.40m, con una zapata de 1.75m de ancho y 0.40m de espesor, las mismas que reciben 4 columnas de 0.50x0.50m, en las cuales se anclara la estructura de la torre. El nivel de cimentación será de -3m, y estará cimentada sobre al menos 2m de relleno compactado de buenas características, por lo que la excavación será de al menos 5m. 0.30
0.50
1.00 0.40
1.75
CIMENTACIÓN El relleno deberá estar perfectamente compactado, y tener buenas características, ya que ha sido considerado al momento de calcular la cimentación. La cimentación flexible ha sido calculada, considerando la interacción suelo estructura, mediante la utilización de resortes basados en el coeficiente de balasto del suelo. El coeficiente de balasto se lo calcula tomando en cuenta c uenta las correlaciones estudiadas por Bowles, las cuales arrojan una relación de 120 entre el modulo de balasto y la capacidad portante del suelo, por lo que si multiplicamos la capacidad portante del suelo que es de 18 Tn/m2 por 120, tendremos un coeficiente de balasto de 2160 Tn/m3.
5. TORRE
La torre esta conformada por una estructura de acero tipo celosía, conformada por perfiles laminados en caliente y varillas convencionales. La estructura se encuentra arriostrada cada 2m en los primeros 8m de la estructura y cada 3m en los 12m restantes. Para el cordón principal se utilizaron 2 perfiles tipo L de 100x100x12 , para los primeros 4m y 100x100x10 para el resto del cordón y los arriostramientos. Entre cada vano se han colocado varillas diámetro 32mm en forma de X como templadores, los mismos que funcionan como tensores dependiendo la carga que se aplique a la estructura. Las uniones deberá ser apernadas y los templadores deberán estar tensados.
6. ANÁLISIS ESTRUCTURAL
Para el análisis estructural se utilizaron los programa SAP 2000, SAFE y programas desarrollado particularmente. 6.1 ANÁLISIS DE CARGAS 6.1.1 CARGA MUERTA (M) Peso Propio: El peso propio de la estructura es calculado automáticamente por el programa. Peso tanque elevado
3.600 Kg
6.1.2 CARGA VIVA (L) Personal y equipo Agua en reservorio
50Kg./m2 30.000 Kg
6.1.3 CARGA DE VIENTO (W) V: 85Km/h 6.1.4 CARGA SÍSMICA (E) Se realiza análisis para cortante basal según código ecuatoriano de la construcción capitulo 7.7. Además se toman en cuenta los efectos del movimiento del líquido el cual origina dos tipos de presiones hidrodinámicas: las presiones impulsivas asociadas al impacto del líquido con el recipiente en movimiento y las presiones convectivas asociadas a las oscilaciones del fluido. 6.1.2 Combinaciones de Carga Se utilizaron las combinaciones de carga según el ASI-ASD-96 para los elementos metálicos y ACI 318-05 para el hormigón. ASI-ASD-96 1) D+ L 2) 0.75 (D+L+W) 3) 0.75 (D+L+E) 4) 0.75 (D+W) 5) 0.75 (D+E) 6) D +Q
ACI 318-05 1) 1.4D 2) 1.2D + 1.6L 3) 1.2D + 1L + 1.6W 4) 1.2D + 0.8W 5) D+L+Q 6) 0.9D+Q Las diferentes combinaciones de carga analizadas, intentan recoger todos los posibles estados de carga que soportara la estructura durante su vida útil. 6.2 Modelo estructural El análisis tomo en cuenta las diferentes secciones y estados más críticos de la estructura.
Las columnas fueron modeladas como estructuras de hormigón armado con sus respectivas propiedades. La torre se modelo como elementos línea con perfiles laminados en caliente asignados y varillas convencionales asignadas como tensores. El tensor se modelo como un elemento línea que no transmite ningún tipo de momento y solo trabaja a tensión. La cimentación se la ha considerado flexible por lo que se utilizan resortes en los apoyos para representarla.
El diseño de la cimentación se lo a realizado utilizando elementos finitos.
Se han realizado 6 modelos con distintas configuraciones de torre, columnas, tensores, apoyos, de tal manera de encontrar la estructuración optima.
6.3 RESULTADOS DEL ANÁLISIS La combinación de carga: D + Q, resulto ser la mas critica para el diseño de los elementos metálicos mientras que la combinación #2 y las sísmicas resultaron las mas criticas para los elementos de hormigón. En el Anexo 1 se presentan los esfuerzos de todos los elementos y el diseño de cada uno CARGAS AXIALES MÁXIMAS EN ELEMENTOS METÁLICOS
CARGAS AXIALES MÁXIMAS EN ELEMENTOS DE HORMIGÓN
MOMENTOS MÁXIMOS EN ELEMENTOS HORMIGÓN
Con estos datos se procedió al diseño de los diferentes elementos.
ANEXOS
ANGULOS CONFORMADOS EN CALIENTE fy As
2400 38,3
l1 l2
100 200
lc Kl/r1 Kl/r2
Fa
w TOTAL
38,3 45,12
r1 r2
1,95 3,83
131,42 51,28 52,22
1222,76
46831,83
W tension
55152,00
ANGULOS CONFORMADOS EN CALIENTE fy As
2400 45,12
l1 l2
100 200
lc Kl/r1 Kl/r2
Fa
w TOTAL
38,3 45,12
r1 r2
1,95 3,83
131,42 51,28 52,22
1222,76
55171,07
W tension
64972,80
ANGULOS CONFORMADOS EN CALIENTE fy As
2400 38,3
l1 l2
100 300
lc Kl/r1 Kl/r2
Fa
w TOTAL
38,3 45,12
r1 r2
1,95 3,83
131,42 51,28 78,33
1059,03
40560,98
W tension
55152,00
������ ������� ������ � ������ �����
�������
����������
�
�
� ����
�������
�
� ����
�������
�
� �����
�����
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� �������
������
�
� �������
������
�
� �������
������
�
� �������
�������
�
� ����
�������
�
� ����
�������
�
� �����
������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� �������
������
�
� �������
������
�
� �������
������
�
� �������
�������
�
� ����
�������
�
� ����
������
�
� �����
������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� �������
������
�
� �������
������
�
� �������
������
�
� �������
�������
�
� ����
�������
�
� ����
�������
�
� �����
������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� �������
������
�
� �������
������
�
� �������
�����
�
� �������
�������
�
� ����
�������
�
� ����
�������
�
� �����
������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� ������
�������
�
� �������
������
�
� �������
������
�
� �������
������
�
� �������
�������
��
� ����
�������
��
� ����
�������
��
� �����
������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� �������
������
��
� �������
������
��
� �������
������
��
� �������
�������
��
� ����
�������
��
� ����
�������
��
� �����
������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� �������
������
��
� �������
������
��
� �������
������
��
� �������
�������
��
� ����
�������
��
� ����
�������
��
� �����
�������
��
� ������
�������
��
� ������
��������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� �������
�������
��
� �������
�������
��
� �������
�������
��
� �������
��������
��
� ����
�������
��
� ����
�������
��
� �����
�������
��
� ������
�������
��
� ������
��������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� �������
������
��
� �������
������
��
� �������
�������
��
� �������
��������
��
� ����
�������
��
� ����
�������
��
� �����
�������
��
� ������
�������
��
� ������
��������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� �������
�������
��
� �������
�������
��
� �������
�������
��
� �������
��������
��
� ����
��
� ����
�������
��
� �����
�������
��
� ������
������
��
� ������
��������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
������
��
� ������
������
��
� �������
�������
��
� �������
�������
��
� �������
�������
��
� �������
��������
��
� ����
������
��
� ����
������
��
� �����
�������
��
� ������
������
��
� ������
������
������
��
� ������
������
��
� ������
������
��
� ������
������
��
� ������
������
��
� �������
�������
��
� �������
�������
��
� �������
�������
��
� �������
������
��
� ����
�������
��
� ����
�������
��
� �����
�������
��
� ������
�������
��
� ������
��������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� �������
������
��
� �������
������
��
� �������
�������
��
� �������
��������
��
� ����
�������
��
� ����
�������
��
� �����
�������
��
� ������
�������
��
� ������
��������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� �������
�������
��
� �������
�������
��
� �������
�������
��
� �������
��������
��
� ����
�������
��
� ����
�������
��
� �����
������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� �������
������
��
� �������
������
��
� �������
������
��
� �������
�������
��
� ����
�������
��
� ����
�������
��
� �����
�������
��
� ������
�������
��
� ������
��������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� �������
�������
��
� �������
�������
��
� �������
�������
��
� �������
��������
��
� ����
�������
��
� ����
�������
��
� �����
�������
��
� ������
�������
��
� ������
��������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� �������
�������
��
� �������
�������
��
� �������
�������
��
� �������
��������
��
� ����
��
� ����
������
��
� �����
������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
������
��
� ������
������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� �������
�����
��
� �������
�����
��
� �������
������
��
� �������
�������
��
� ����
�������
��
� ����
�������
��
� �����
������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� �������
������
��
� �������
������
��
� �������
������
��
� �������
�������
��
� ����
�������
�������
��
� ����
�������
��
� �����
������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� �������
������
��
� �������
������
��
� �������
������
��
� �������
�������
��
� ����
�������
��
� ����
�������
��
� �����
�����
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� �������
������
��
� �������
������
��
� �������
������
��
� �������
�������
��
� ����
�������
��
� ����
�������
��
� �����
������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� �������
������
��
� �������
������
��
� �������
������
��
� �������
�������
��
� ����
�������
��
� ����
�������
��
� �����
�����
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� ������
�������
��
� �������
������
��
� �������
������
��
� �������
������
��
� �������
�������
���
� ����
������
���
� ����
������
���
� �����
�������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
������
���
� ����
������
���
� ����
���
� �����
������
���
� ������
������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� �������
������
���
� �������
������
���
� �������
������
���
� �������
�������
���
� ����
�������
���
� ����
�������
���
� �����
�����
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� �������
������
���
� �������
������
���
� �������
������
���
� �������
�������
���
� ����
������
���
� ����
������
���
� �����
�������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� �������
�������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
������
���
� ����
������
���
� ����
������
���
� �����
�������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� �������
������
���
� �������
������
���
� �������
�������
���
� �������
������
���
� ����
�������
���
� ����
�������
���
� �����
�������
���
� ������
�������
���
� ������
������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
������
���
� �������
������
���
� ����
�������
���
� ����
�������
���
� �����
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� �������
������
���
� �������
������
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� ����
�������
���
� ����
�������
���
� �����
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
��������
���
� ����
�������
���
� ����
�������
���
� �����
������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
��������
���
� ����
�������
���
� ����
�������
���
� �����
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
��������
���
� ����
�������
���
� ����
�������
���
� �����
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� �������
������
���
� �������
������
���
� �������
�������
���
� �������
��������
���
� ����
�������
���
� ����
�������
���
� �����
�������
���
� ������
�������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
��������
���
� ����
�������
���
� ����
�������
���
� �����
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
��������
���
� ����
�������
���
� ����
�������
���
� �����
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� ������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
��������
���
� ����
���
� ����
���
� �����
�������
���
� ������
����
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
����
���
� ������
����
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
������
���
� �������
������
���
� ����
������
���
� ����
������
���
� �����
�������
���
� ������
������
���� ������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� �������
�����
���
� �������
�����
���
� �������
�������
���
� �������
������
���
� ����
���
� ����
���
� �����
�������
���
� ������
�����
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
������
���
� ������
�����
���
� ������
�����
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
�������
���
� �������
������
����� ������
DISEÑO DE PAREDES DEL RECIPIENTE DETERMINACION DEL CORTE BASAL Datos: 2
f`c = fy = γ
liq
210 Kg/cm 2 4200 Kg/cm 2 1000 Kg/cm 2 18 T/m 3 2400 Kg/m 3600 Kg 15000 Kg
=
del terr = γ
horm. =
W tanque Westructura
Espesor pared =
Es
=
W agua = 1 3 2 3
W
W
agua
0 , 1 ⋅ W
0,35 m
4 cm γ H
=
1 ,1
⋅
d =
0,31 m
2
2
E
30000,70
= 6661,25
Kg/ml
= 7327,375
Kg/ml
Kg/ml
Incremento debido al Sismo
W Tanque 3600
Kg/ml
10000,23
=
agua
20 m 3,66 m 3,65 m
d = e − rec
altura efectiva : rec min en depositos =
E
Hcol = Htanque = Hagua =
20000,46
=
pared
360
=
PRIMER ESTADO DE CARGAS
e
0,2 w tanque
H 2/3 W agua
Es h/3
H/2
3,24 m
∑ F 1 = Es F1 =
+
2 3
W agua +
27687,84 Kg/ml
0 ,1W pared
SEGUNDO ESTADO DE CARGAS
e
1/3 W agua 0,1 w pared
H Es 5/6 H h/3
3,24 m
∑ F 2
= Es +
1 3
F2 =
W agua −
0 ,1W
pared
16967,61 Kg/ml ANALISIS DE CARGAS
CARGA MUERTA Peso de la Losa Fondo a = 4,5 m b= 8 h = 0,3 m γ horm. = 2400 Wlosa =
Peso de la Pared Htanque = espesor = γ
horm. = Wpared =
25,92 Ton
2m 0,35 m 2400 39,65 Ton
Peso Vigas Wvigas=
5,4
Peso Columnas :
Wcol=
Total CM =
3,60
18,60 Ton
Peso de la Losa Tapa a= 4,5 b= 8 h= 0,15 γ horm. = 2400 Wlosa =
12,96 Ton
CARGA VIVA
30,00 Ton
W agua = W manten =
2 Ton
W granizo=
0 Ton 0 Ton
Wceniza =
32,001 Ton
Total CV =
Analisis Corte Basal
I = Factor de importancia de la estructura Z = Factor de zona sismica W
= Cm
Cm = Cv =
1,5 0,4
+ 25 % Cv
18,6 ton
0,00 ton V =
Aplicando Ec 1
0,6 ⋅ Z ⋅ I ⋅ W
V =
V agua =
6,696 ton
27,69 ton
Piso
Wi
1
18,60
34,38 Ton
Hi
Wi x Hi 2,3
42,78
V total =
34,38 ton
valor mayor entre las dos sumatorias de cacrga calculado anteriormente Wi x Hi/E Wi x Hi Fi ( T ) 1
34,38