Dise is eño de Sis Sistemas temas de Concr on cre eto para Conte ont ención nci ón de d e Líqui Líquidos dos
Tierra y Líquido Líqui dos s Profesor: Diego Villagómez M.
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Prof. Diego Villagómez Molero In eniero Civil – – PUCP Ingeniero Ingenie Ingeniero ro Estructural Estruc Estructura turall – Jefe Jefe de Proye P Proyectos royectos ctos y del SAC. -
“ Diplomatura Diplomatura en Diseño Diseño Estruct ural”
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Prof. Diego Villagómez Molero In eniero Civil – – PUCP Ingeniero Ingenie Ingeniero ro Estructural Estruc Estructura turall – Jefe Jefe de Proye P Proyectos royectos ctos y del SAC. -
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Bibliografía Rivera F., Julio. 2001. Análisis y Diseño de eservor os e oncre o rma o. ma: UNI. UNI. ., . Concret Concrete e Tank Tanks. s. Gray, W.S., Manning, G.P. 1973. Concrete Water Towers, Bunkers, Silos and Other Elevated Structure, 5ta. Edición. Londres: Cement Cement and and PORTLAND CEMENT CEMENT ASSOCIATION. ASSOCIATION. 1993. Circular Concrete Tanks Without Prestressing, Prestressing , ra. ra. c n. . . . .: . “ Diplomatura Diplomatura en Diseño Diseño Estruct ural”
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Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C. 1992. Estructuras Sanitarias de Concreto para el Mejoramiento del Ambiente, 1ra. Edición. México: Instituto Mexicano del Cemento y del , . . Luque Salvador E. 1997. Diseño de un Tanque con Estructura Portante de Fuste Cilíndrico. Lima: Tesis PUCP. PUCP. Diego Villagómez M. 2009. Reservorios Tipo Intze para el Sistema de Agua Potable en Iquitos. Lima: Tesis PUCP. PUCP. “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Capítulo 1
Introducción
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Reservorios según el material: Water Towers of the World
Water Towers of the World School of Engineering, n v ers y o arw c
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Reservorios según lo que almacenan: Montajes Técnicos Escazu S.A.
Engineering Services
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Reservorios según su ubicación respecto al terreno:
Diario El Patagònico
Capital Waterworks
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Ventajas y desventajas del CoAo como material: Ventajas: - Su mantenimiento es menor or lo ue a la lar a son más económicas. - El concreto armado tiene una mayor capacidad de resistir cargas y, por ende, el reservorio podría ser más grande y almacenar un volumen mayor. - En nuestro medio existe mano de obra calificada y procesos constructivos adecuados que hacen posible que la construcción no sea complicada. - Es más durable en ambientes agresivos ya que hay un mejor control de la corrosión ya que el concreto protege al acero de refuerzo. Desventajas: , construcción es mayor y la detección y control de fugas de agua es más complicado. , recuperación es casi nulo. “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Objetivos de los reservorios de líquidos. estructural de los reservorios .
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• Un reservorio circular de potable ubicado en la ciudad de Lima. • Debido a requerimientos hidráulicos, tienen un volumen , diámetro y una altura de 7.00 metros. • El estudio de mecánica de suelos consideró un suelo de , = 0.6 s y factor de suelo S=1.2. “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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• perteneciente a una planta de tratamiento de aguas residuales ubicado en la ciudad de Lima. • Debido a requerimientos r u cos, enen un vo umen de 950 m3, dimensiones en lanta de 15 x 25 m una altura de 3.00 metros. • El estudio de mecánica de sue os cons er un sue o e perfil tipo S3, con un periodo Tp = 0.9 s factor de suelo S=1.4. “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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• ubicado en la ciudad de Iquitos. • hidráulicos, tienen un volumen de 2000 m3 y una altura de 22 me ros. • El estudio de mecánica de perfil tipo S2, con un periodo Tp = 0.6 s y factor de suelo S=1.2. S=1.2.
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Capítulo 2
Consideraciones en Concreto Armado de eservor os
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• ACI 350350-06, Code Re uirements for Environmental Engineering Concrete Structures. for the Analysis, Analysis, Design Design,, • ACI 371371-98, Guide for and Construction of ConcreteConcrete-Pedestal Water Towers.
• ACI 307307-98, Design and Construction of Reinforced Concrete Chimneys.
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Calidad del Concreto:
equ s os para con c ones e expos c n espec a es (ACI 350-06, tabla 4.2.2). “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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φ Resistencia nominal requerida = Factor de durabilidad x ( α CM + β CV + …) . . ws γ fs
Valores para fs. Para cortante: φ VS = Factor de durabilidad . [( α VCM + β VCV + …) - φ VC] “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Factor de Durabilidad (ACI 350350 -01): φ Resistencia nominal requerida = Factor de durabilidad x ( α CM + β CV + …)
Valores para el factor de durabilidad.
φ VS = Factor de durabilidad . [( α VCM + β VCV + …) - φ VC] . “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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b
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Control de la Fisuración por tracción:
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Espesores, Armaduras y Recubrimientos • Espesor mínimo de muros 15 cm ó 20 cm (para tener . • Altura de muro mayor a 3.00m => 30 cm mínimo de espesor (para reservorios rectangulares). • Separación máxima de refuerzo = 30 cm. Mínimo usar varilla de ½”.
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Espesores, Armaduras y Recubrimientos Mínimos:
Cuantías mínimas de acero de refuerzo or contracción y temperatura (ACI 350, tabla 7.12.2.1). “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Espesores, Armaduras y Recubrimientos Mínimos:
Recubrimientos mínimos de concreto ara el refuerzo (adaptado del ACI 350-06, capítulo 7.7.1). “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Manejo de Juntas de Construcción: b e W s e m u b l Á A S A C I P
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Junta de Dilatación
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Junta de Contracción Total
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Junta de Construcción
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Espesor y Armaduras Mínimas: • Espesor mínimo es de 20 cm. • Cuantía mínima depende de la aceleración espectral asociada a un periodo de un segundo, representado por el coeficiente Av.
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Valores de Av y Sa(T=1).
Refuerzo mínimo requerido (ACI 371-98, tabla 4.8.2). “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Refuerzo en Aberturas:
As h 2
s
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≥ =
0.06 f ' c .t .l
f y 0.508.t
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Capítulo 3
Análisis por Solicitaciones
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Estructura Laminar:
• em rana. • Placa. • Cáscara. “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
blogs.levante-emv.com
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Membrana
noticiasvirgi.files.wordpress.com
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Placa
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Cáscara
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Reservorio Circular
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Tanque rectangular
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Reservorio Elevado tipo lntze
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Solicitaciones estáticas
Peso propio
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Presión hidrostática
Sobrecarga
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Peso propio
Presión hidrostática
Sobrecarga
Deformación debido a cargas estáticas.
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Cálculo de las Dimensiones de la Cubierta
f
D
r co para e c cu o e as mens ones p mas e una c pu a (ACI SP-28). “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Predimensionamiento de Espesores • Análisis por esfuerzos de membrana. • . • Esfuerzo admisible en tracción (f t) = 10% de f’c ara cáscaras anillos • Esfuerzo admisible en compresión ((ffc ) = 45% de f’c (sólo para cáscaras) • Esfuerzo admisible en compresión ((ffca ) = 30% de f’c (sólo para anillos)
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Predimensionamiento de Espesores Cubierta:
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Predimensionamiento de Espesores Cubierta:
Expresiones para el predimensionamiento de la cubierta esfèrica.
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Predimensionamiento de Espesores Paredes Cilíndricas:
• Cálculo del espesor :
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e PC
=
T a f t
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Predimensionamiento de Espesores Fuste Cilíndrico: • Diseño gobernado por solicitaciones sísmicas. • Se recomienda espesores de 20 a 30 cm.
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Modelo de Elementos Finitos • Estructura continua => Modelo de Elementos Finitos (MEF). • Elementos Finitos (EF): pequeñas partes unidas en sus nodos. • =
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Construcción del Modelo Representación de las Solicitaciones Estáticas: • El peso propio de las cáscaras y anillos queda definido or: - el peso específico del material - el espesor para el caso de las cáscaras y la sección transversal para el caso de los anillos. • Sobrecarga (carga por unidad de área).
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Construcción del Modelo Representación de las Solicitaciones Estáticas: • La presión hidrostática , que varía linealmente con la altura del líquido sobre el punto en estudio y con el .
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γL
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Capítulo 4
Análisis por Solicitaciones
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Comportamiento Dinámico
• Masa convectiva • Masa impulsiva “ Diplomatura Diplomatura en Diseño Diseño Estruct ural”
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Sistema mecánico equivalente (Graham y Rodríguez, 1952).
Sistema mecánico equivalente simplificado (Housner, (Housner, 1963). “ Diplomatura Diplomatura en Diseño Diseño Estruct ural”
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Modos de Vibración del Sistema
Modo convectivo
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Modo impulsivo
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Modos de Vibración del Sistema Mecánico
Modo convectivo
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Modo impulsivo
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Seismic Desi n of Li uid• ACI 350.3350.3-06, -06, Seismic Containing Cont Contai aini ning ng Concrete Conc Concre rete te Structures. • API Standard 650 Welded Tanks for Oil Storage. Storage.
• EUROC UROCOD ODIG IGO O 8 Dis osiciones ara el Proyecto de Estructuras Sismorresistentes .
•
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Cálculo de las Masas Convectiva e Impulsiva
Expresiones para el cálculo de la masa impulsiva y convectiva.
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Cálculo de Ubicación de Masas Convectiva e Impulsiva
Ubicación de la masa impulsiva y la masa convectiva considerando sólo la presión en las paredes .
Expresiones para el cálculo de h i/HL y hc/HL. “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Cálculo de Ubicación de Masas Convectiva e Impulsiva
Ubicación de la masa impulsiva considerando la presión en las paredes y losa de fondo.
cac n e a masa convec va cons eran o a pres n en las paredes y losa de fondo. “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Cálculo de Ubicación de Masas Convectiva e Impulsiva
Expresiones para el cálculo de h’ i/HL y h’c/HL.
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Cálculo de los Periodos Convectivo e Im ulsivo Periodo convectivo Tc:
i
T=2π(M’/K’)^½
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Cálculo de la ubicación del borde su erior “Freeboard Freeboard”: ”:
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Representación de las Solicitaciones Sísmicas • Por fuerzas o presiones estáticas equivalentes • Por espectro de pseudo pseudo--aceleración - Método Dinámico. • De acuerdo a E.030, la sismicidad local es representada por los factores Z, S, U, C y R. • ACI 350.3350.3-06: 5% de amortiguamiento para modo impulsivo y 0.5% para el convectivo convectivo..
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Representación de las Solicitaciones Sísmicas ACI 350.3350.3-06:
Factor de Reducción R “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Representación de las Solicitaciones Sísmicas
Espectro de diseño
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Representación de ls Solicitaciones Sísmicas
Método Estático:
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Representación de ls Solicitaciones Sísmicas
Método Estático:
W r r
i
Ri
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Representación de ls Solicitaciones Sísmicas Representación de las Solicitaciones Sísmicas en
Representación de la fuerza de , fondo troncocónico y fuste cilíndrico “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
Representación de la fuerza de inercia de la cubierta y del fondo es r co
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Representación de las Solicitaciones Sísmicas
Método Estático: Pi
= ZUC i S ×
Pc
= ZUC c S ×
i
Ri W c c
agramas e pres ones s r uc n ver ca Debido a masas convectiva e impulsiva. “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Representación de las Solicitaciones Sísmicas
Método Estático:
Fuerzas or unidad de lon itud vertical dia ramas e uivalentes Debido a masas convectiva e impulsiva.
Fuerzas por unidad de longitud vertical P cy y Piy. “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Representación de las Solicitaciones Sísmicas
Método Estático:
Distribución de resiones en reservorios rectan ulares en lanta . Debido a masas convectiva e impulsiva.
Presiones en reservorios rectangulares. “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Representación de las Solicitaciones Sísmicas
Método Estático:
Distribución de resiones en reservorios circulares en lanta . Debido a masas convectiva e impulsiva.
Presiones en reservorios circulares. “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Representación de las Solicitaciones Sísmicas Representación de las Solicitaciones Sísmicas en
representar las presiones debidas a la masa convectiva e impulsiva.
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Representación de las Solicitaciones Sísmicas
Método Dinámico:
Espectro de pseudo-aceleración de diseño para el caso de un reservorio e eva o u ca o en a zona s sm ca y en un per e sue o t po . “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Representación de las Solicitaciones Sísmicas
Método Dinámico:
k c
⎛ 2π ⎞ = M c .⎜⎜ ⎟⎟ T
2
c
. “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Representación de las Solicitaciones Sísmicas Representación de las Solicitaciones Sísmicas • El modelo debe reflejar la masa y rigidez de los • La masa impulsiva es asignada a las paredes de la cuba como una masa por unidad de área.
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Representación de las Solicitaciones Sísmicas Representación de las Solicitaciones Sísmicas • Para la masa convectiva es necesario crear un grupo de nodos entre los cuales se distribu e esta masa.
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Representación de las Solicitaciones Sísmicas Representación de las Solicitaciones Sísmicas • Con el modelo dinámico equivalente y el espectro de desplazamientos y las fuerzas internas de la estructura usando procedimientos de superposición espectral. • La superposición modal recomendada es la media cuadrática de los valores individuales (Raíz Cuadrada de . • En los programas de computación debe ingresarse el espectro de diseño de pseudo pseudo--aceleración como una función espectral. “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Capítulo 5
Fuerzas Internas
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Análisis de la Superestructura Fuerzas Internas:
Fuerza Nθ
Fuerza Mϕ
Fuerzas internas en la cubierta y en las paredes cilíndricas. “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Resultados del Análisis Fuerzas y Momentos de Diseño:
Fuerza Nθ (ton / m) debida a la
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Momento M ϕ (ton.m / m) debido a la
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Análisis de la Superestructura Fuerzas Internas:
Fuerzas internas en el fuste.
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Capítulo 6
Análisis de la Cimentación
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Análisis de la Cimentación Representación de las Condiciones de Apoyo:
.
Representación de los pilotes. “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Análisis de la Cimentación Representación de la Zapata :
δ (Asentamiento)
ks.δ (Presión)
Análisis de zapata flexible en cimentaciones superficiales.
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Modelo de la zapata flexible en cimentaciones superficiales.
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Análisis de la Cimentación Representación de la Zapata :
Análisis de zapata flexible en cimentaciones profundas.
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Modelo de la zapata flexible en cimentaciones profundas.
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Análisis de la Cimentación Representación de la Zapata :
δ (Asentamiento)
ks.δ (Presión)
Análisis de zapata rígida en cimentaciones superficiales. “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Análisis de la Cimentación Representación de la Zapata :
Análisis de zapata rígida en cimentaciones
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Análisis de la Cimentación Cimentación Superficial:
Modelo para el análisis de la zapata
Momento Mθ (ton.m / m)debido a la envolvente de diseño. “ Diplomatura en Diseño Estruct ural”
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Análisis de la Cimentación Cimentación Profunda:
Modelo para el análisis de los
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Fuerzas actuantes en los pilotes
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Análisis de la Cimentación Cimentación Profunda:
Momento Mθ (ton.m / m) debido a la envolvente de diseño.
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