1 Mecánica de Suelos III y Cimentaciones
ANÁLISIS Y MODELAMIENTO EN SAP2000 DE L “TANQUE ELEVADO” DE FEREÑAFE (PICSI) I.
Introducción:
Los tanques de agua son un elemento ele mento fundamental en una red de abastecimiento de agua potable, para potable, para compensar las variaciones horarias de la demanda de agua potable. Desde el punto de vista de su localización, los tanques de agua pueden ser: Enterrados (subterráneos), Apoyados sobre el suelo o Elevados. El tanque elevado de Ferreñafe es una de las más grandes obras construidas en la provincia, ya que hace el equivalente a un edificio de 14 pisos. Esta obra se encuentra ubicada en la provincia de Ferreñafe, departamento de Lambayeque en el local de la compañía prestadora de servicio EPSEL de dicha provincia, este tiene una capacidad de 3500m3.
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II.
Objetivo:
El objetivo del trabajo es modelar y analizar la estructura en Sap2000 el modelado incluye la representación de la platea de cimentación y la colocación de pilotes a la misma, además de realizar el cálculo de las constantes de resortes para el modelado de los pilotes III.
Descripción:
1. La estructura consta de una cuba cuya capacidad es de 3500 m3, un fuste de 22.95 m de altura conformado por vigas superiores de 0.40x0.80 e inferiores de 0.40x0.80
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4 Mecánica de Suelos III y Cimentaciones 2. La cimentación esta conformada por una platea circular hueca
3. Los pilotes de la estructura tienen la siguiente configuración:
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IV.
MODELADO
FUSTE ( la parte de abajo del tanque)
Espesor : 25 cm Altura : 14m
Piedra chancada de ½” … concreto premezclado
Se hacia la vibración c/40cm y se hacia 2.40 m diario de altura … se desencofraba al
otro dia Se uso cemento tipo I Los primeros 4.60m de altura la separación de varillas verticales fue de 11 cm … de ai para arriba 22cm La proporción q se utilizo fue : 1:3:2 ( cemento:piedra:arena)
CUBA(la parte de arriba del tanque)
Espesor : 25cm Altura:11m
………………………….
Profundidad de cimentación fue de 5m
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No se encontraron sales ni otros inconvenientes para que se use otra clase de cemento Nivel freático : 1.50m Capacidad : 500m3 La altura del tanque (fuste + cuba = 25m ) depende de la cantidad que abastecerá
Se usaron tuberías de 4”
Fierro galvanizado en la tubería vertical , las demás tubería pvc.
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Se hace el análisis en solo una dirección del sismo, al ser un elemento axisimetrico.
Se consignan las cargas en todas las alturas, cada 1 metro aprox.
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Consignamos las masas, de tal manera que tomamos solo una porción de altura del tanque, la cual soporta las presiones del agua.
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Analizamos la estructura bajo un espectro de diseño, en dirección X, de la siguiente manera.
En los casos modales tener un especial cuidado en poner el número máximo de modos, mínimo 150, para que los resultados no se distorsionen.
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Corremos el programa y analizamos los resultados:
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Cortante Basal:
Se muestra la distribución de los esfuerzos en todo el tanque y reacciones en los apoyos; por CARGA MUERTA.
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Se muestra la distribución de los esfuerzos en todo el tanque y reacciones en los apoyos; por PRESION DE AGUA.
Se muestra la distribución de los esfuerzos en todo el tanque y reacciones en los apoyos; por SERVICIO.
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REACCIONES EN LOS APOYOS SIN CONSIDERAR PILOTES:
CON ESTOS DATOS DE CORTANTES EN LOS APOYOS TANTO HORIZONTALES COMO VERTICALES PROCEDEMOS A DISEÑAR LOS PILOTES.
Para el análisis de la cimentación se ha usado pilotes:
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Pilotes
(sobre
medios elásticos)
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Modelación de pilotes en SAP2000 haciendo uso de las constantes de resorte las cuales se hallaron con el ángulo de fricción interna.
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16 Mecánica de Suelos III y Cimentaciones V.
Cálculos realizados para el modelamiento en Sap2000:
Para el diseño de los pilotes:
El número de golpes considerado es:
Para profundidad 1.50 m
5 golpes
Para profundidad 8.00 m
24 golpes
Al aplicar la corrección, obtenemos N corregido
, = ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ cuyos coeficientes para cada caso son:
PROFUNDIDAD NF CN n1 n2 n3 n4 n5 N60
1.50 8 1.35 1 0.75 1 1 1 8
8.00 24 0.9 1 0.95 1 1 0.81 16
Según Hatanaka y Uchida, el ángulo de fricción para cada caso es:
20 +20=∅
Para 1.50 m
°
∅ = √ 20 8+20 ∅ =32.65° °
°
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17 Mecánica de Suelos III y Cimentaciones Para 8.00 m
√ 20 16+20=37.89 ∅ =37.89° °
Luego, empleando fórmulas de Meyerhoff, obtenemos la resistencia de cada pilote:
Primero determinaremos la capacidad de carga del fuste, cuyo valor de Nq se obtiene de la grafica siguiente:
Para el Nivel de fondo de la cimentación:
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∗
Nq = 63
∗ Abase =
=
.∗ =0.159 m2
= ( ∗ ) ∗ =1.8 ∗ 8 ∗ 63 ∗ 0.159 = 144.24
=1.8 =0.45
Donde:
∅=37.89° ahora:
= 3 = 48.08 Hallamos Qs (Fricción, para 37.89°):
=0.5∗ =18.95° K=1
= ∗ =1.8 ∗ 8 = 14.4 /
= ∗ ∗
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=11.309 = ∗ ∗∗ ∗ 18.95° ∗11.3092 = 1 ∗ 14.4 2 = 55.91
ahora:
= 3 = 18.65 Para cada una de las 8 partes que vamos a dividir nuestra fuerza de fricción, tenemos:
A por m del inicio del pilote:
Q s
1 m 2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m
0.2914 T 0.8742 T 1.4570 T 2.0398 T 2.6227 T 3.2055 T 3.7883 T 4.3711 T
Finalmente hallamos K: En Arenas
= 7.62
= 8 A 1.50 m
= 1.05 /
Finalmente:
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20 Mecánica de Suelos III y Cimentaciones Profundidad 8.00 Diámetro Nivel 1 2 3 4 5 6 7 8
VI.
0.45 Profundidad (m) 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
Kv (ton/m3) 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000
Kh (ton/m3) 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
Área (m2) 0.565 0.565 0.565 0.565 0.565 0.565 0.565 0.565
Rv (ton/m) 212.06 424.12 636.17 848.23 1060.29 1272.35 1484.40 1696.46
Rh (ton/m) 106.03 212.06 318.09 424.12 530.14 636.17 742.20 848.23
Resultados:
A continuación se presentan los diagramas que resultan del análisis del sap2000.
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