MEMORIA DE CALCULO DE UN TANQUE ELEVADO DE CO NCR ETO AR MADO PARA
UNA CAPACIDAD DE 10 m 3
MEMORIA DE CÁLCULO MEMORIA CÁLCULO DE UN TANQUE TANQU E ELEV ELEVADO ADO DE CO NC NCR R ETO ARMADO P ARA UNA CAP ACIDAD DE 10m3 Desar roll roll ado según r e po r te tes del Comité ACI 350
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MEMORIA DE CALCULO DE UN TANQUE ELEVADO DE CO NCR ETO AR MADO PARA
UNA CAPACIDAD DE 10 m 3
MEMORIA DE CALCULO DE UN TANQUE ELEVADO DE CO NCR ETO AR MADO PARA
UNA CAPACIDAD DE 10 m 3
DISEÑO DE UN TANQUE ELEVADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m 3 1. Datos Generales. 1.1.
Geometría.
Tipo
:
Se el
considerará
un
almacenamiento
de
TANQUE ELEVADO agua
para
el
para
consumo
humano, según el ACI 350.3-01 sección 2.1.1 se
clasificará
concreto
como
armado
con
tanque
rectangular
conexión
muro-losa
de no-
flexible 2.2(1). Volumen
:
De almacenamiento igual a 10 m3
Lado
:
Lado
de 3 metros.
Alturas
:
Altura Efectiva para almacenamiento de agua (Hl) igual a 18.50 metros. Profundidad
enterrada
(He)
igual
a
2. 50 metros. Altura Total metros.
del
Espesor de Muros
:
tw = 0.20 metros.
Espesor de Techo
:
Ce = 0.15 mínimo
Espesor de Fundació n
:
Hz = 0.80 metros.
Volado en Fundación
:
v
muro
(Hw)
igual
a
= 1.10 metros.
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A N LI SIS Y DISE O DE UN TANQUE ELEVADO DE CO NCR ETO AR MADO PARA UNA CAP ACID AD DE 10 m3
2.15
A N LI SIS Y DISE O DE UN TANQUE ELEVADO DE CO NCR ETO AR MADO PARA UNA CAP ACID AD DE 10 m3
1.2.
Materiales. Resistencia del Concreto
:
Es del Concreto =
f'c = 210 Kg/cm
:
a los 28 días.
De acuerdo a ACI 350M-01 sección 8.5.1 15100 √ f ′ c
1.3.
2
2
= 218819.79 Kg/cm .
Normativa Usada. Code Structures
Requirements
(ACI 350M-01) Committee
And
for
Environmental
Commentary
(ACI
Engineering
350RM-01),
Concrete
Reported
By
ACI
350. Seismic Design of Liquid-Containing Concrete Structures (ACI 350.3-
01) and Commentary (350.3R-01), Reported by ACI Committee 350. Design Concrete
Considerations
for
Environmental
Engineering
Structures (ACI 350.4R-04), Reported by ACI Committee 350. Concrete
Structures
for
Containment
of
Hazardous
Materials
(ACI 350.2R-04), Reported by ACI Committee 350. Tightness Structures
Testing
(ACI 350.1-01) Committee
and
of
Environmental
Commentary
Engineering
(350.1R-01),
Reported
Concrete by
ACI
350.
Environmental
Engineering
Concrete
Structures
(ACI
350.R-89),
Reported by ACI Committee 350. Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318M-08)
and Commentary, Reported by ACI Committee 318. Norma Técnica 030actualizada.
de
Edificaciones
3
"Diseño Sismoresistente"
E-
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2. Análisis Estatico conservador. 2.1.
Análisis Sísmico Estático. Los resultados presentados fueron evaluados en el programa Sap2000. Parámetros para el Cálculo de la Fuerza Sísmica, según ACI 350.301 sección 4.2 y NTE E-030: El factor de zona que corresponde a la Zona Sísmica del ACI 350.3 es
similar
2.1.
Por
a
los
valores
encontrarse
en
especificados la
zona
de
en
mayor
la
NTE
E-030
amenaza
sección
sísmica,
se
tomará como Zona 4 con una aceleración de 0.45 g (según NTE E-030)
Como
valor
para
el
parámetro
del
suelo,
según
la
NTE
E-030
le corresponde el Tipo S3 con un valor de 1.05
La
NTE
E-030,
categoriza
a
los
TANQUE
ELEVADO
como
Edificación
Esencial (A) al que le corresponde el factor 1.5 El Coeficiente de reducción de fuerza sísmica toma un valor de 8
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A N LI SIS Y DISE O DE UN TANQUE ELEVADO DE CO NCR ETO AR MADO PARA UNA CAP ACID AD DE 10 m3
Cálculo sección
de
las
fuerzas
laterales
estaticas,
según
ACI
350.3-01
4.1.1:
2.4.
Cargas
por
Peso
Propio, Cargas
Vivas,
Presión
del
Agua
y
Empuje
Activo del Suelo. Las
cargas
por
peso
propio
serán
las
que
aporten
los
muros
del TANQUE ELEVADO y el techo. Como sobrecarga de diseño se asignará una carga mínima de 50 Kg/m2 sobre la cúpula del TANQUE ELEVADO. La presión del agua se modelará aplicando en todo el contorno de las paredes del TANQUE ELEVADO.
2.5.
Resumen del Análisis Estructural
A continuación se detallan las cargas consideradas en el análisis por gravedad: Concreto Armado
2,500 kg/m3
Peso del agua en cuba
10 tn
Las características de los materiales consideradas en el análisis y diseño estructural fueron: Concreto Acero Corrugado:
f’c = 210
kg/cm2 fy = 4200 kg/cm2 con elongación mínima del 9%.
Los parámetros empleados para el cálculo del Espectro de Respuesta fueron: Factor de Zona Z = 0.45 (Zona 4) Factor de Uso U = 1.5 (Categoría A - TANQUE ELEVADO) Factor de Suelo S = 1.05 (Perfil de Suelo Tipo S2) Periodo que define la Plataforma del Espectro Ts = 0.6 Periodo fundamental de la estructura T= h/Ct = 18.5/35 = 0.53 Factor de Amplificación Sísmica C= 2.5 Cx = 2.5 Cy =2.5 Factor de Reducción de Fuerza Sísmica Sistema Dual Rx = 8 Ry = 8
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Cálculo de la Cortante y el Momento Total en la Base, según ACI 350.3-01 sección 4.1.2 y 4.1.3: La Cortante Basal será igual a la suma de las fuerzas inerciales del TANQUE ELEVADO, más las fuerzas que promueven las componentes impulsiva
y
convectiva,
más
la
fuerza
producida
por
la
masa
de
suelo; la combinación de estas fuerzas se hará con el criterio de la raiz cuadrada de la suma de los cuadrados.
Con estos valores el cortante basal resulta en 20.12 tn En el cálculo de la masa de la estructura se consideró el 100% de la carga viva (Art. 16.3 NTE E.030). El programa SAP calculó el total y el peso debido a cargas vivas: Peso debido a carga muerta Peso debido a carga viva
NIVEL TANQUE LEVADO Segundo Nivel Primer Nivel TOTAL
de peso debido
= =
a
cargas
muertas
89.92 Ton 0.90 Ton
Pi tn
hi m
Pi.hi
Fi tn
55.66 15.33 15.33
18.50 11.00 6.00
1,029.71 168.63 91.98 1,290.32
15.26 2.50 1.36
86.32
3. Diseño del TANQUE ELEVADO. 3.1. Factores de Mayoración de Carga y Reducción de Resistencia. Según ACI 350M-01 y ACI 318M-08. De ambos códigos se trabaja con el de reciente publicación, el ACI 318M-08. Se indican las siguientes combinaciones de cargas con los factores de mayoración de carga: U = 1.4 (D + F) U = 1.2 (D + F) + 1.6 (L + H) + 0.5 Lr U = 1.2 D + 1.6 Lr + L U = 1.2 D + E U = 0.9 D + E D = Cargas por Peso Propio, Cargas Muertas. L = Cargas Vivas. Lr = Cargas de Techo. H = Cargas por Presión de Suelos. F = Cargas por Presión de Fluidos.
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Los factores de reducción de Resistencia con: Tensión Controlada = 0.9 Compresión Controlada, miembros con refuerzo en espiral = 0.75 Compresión Controlada, otros tipos de refuerzo = 0.65 Cortante y Torsión = 0.75 Cortante en zonas sísmicas = 0.60 Juntas y reforzamiento diagonal en vigas = 0.85
3.2.
Diseño del TANQUE ELEVADO . Se tomarán las consideraciones indicadas Cáscaras y Losas Plegadas del ACI 318M-08.
en
el
capítulo
19:
Según la sección 9.2.11, la resistencia de diseño será igual a 0.40 f'c. La cuantía mínima a proporcionar será de acuerdo a la sección 7.12, igual a 0.0018. El Refuerzo se proporcionará para resistir los esfuerzos de tracción. Se verificará el diseño para los esfuerzos asociados a la acción de membrana (esfuerzos normales y cortantes) y los esfuerzos asociados a la flexión (momentos de flexión, torsión y sus cortantes). El refuerzo se proveerá en dos d irecciones y en dos capas. El resultado del cálculo se muestra en los planos.
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3.2.1.
Tapa de 0.15 m.
Los datos iniciales son los que se muestran en la tabla a continuación: D is e ñ o d e la C ú p u la Superior, e sp e so r = 1 0 . 0 0 c m
F l uen c ia d el A cero (f y ) R es i s t en cia a C om p res i ó n d el C oncreto (f ' c) M ódu lo d e E l a s ti ci d a d d el co ncreto ( Ec) Es pes o r d e la Tap a Es pes o r p r om ed io d e la Tap a R es i s t en cia a C om p res i ó n d e Di señ o d el C oncreto (f ' d c) (1 9.2.11) C u a n t ía M í n i m a ρ ( 7.12) F a c t o r d e R ed ucc i ó n a Tr a cc i ó n (ϕ ) En
ambas
direcciones
(radial
y
tangencial)
4200.00 k g /cm 2 210.00 k g /cm 2 218819.79 k g /cm 2 0.15m 0.15 m 110 k g /cm 2 0.0018 0.90 se
trabajan
con
cuantías mínimas.
3.2.2.
R e f u e rz o R a d i a l (A cc i on es M em b ra n a ) Es f u e rz o d e Tr a cc i ó n Ra d i a l S 11 Lon g it u d d el e l em en to a e v a l u a r Á rea d e acero req ue ri d a Á rea d e acero m í n i m a req ue ri d a Á rea d e acero us a d a Di á m etro d e b a rra Á rea d e la b a rra C a n ti d a d d e b a rr a s C a n ti d a d d e b a rr a s a us a r S ep a ra ci ó n S ep a ra ci ó n m á xi m a S ep a ra ci ó n a U s a r S e co l oca rá v a ril l a s ϕ 3/8” @ 0.20 m
29 Tn/m 2 1m 0.35 cm 2 2.70 cm 2 2.70 cm 2 3/8 ” 0.713 cm 2 3.78 5.00 0.200 m 0.450 m 0.200 m
Re f u e rz o T a n g en c i a l (A cc i on es M em b ra n a ) Es f u e rz o d e Tr a cc i ó n T a n g en c i a l S 22 Lon g it u d d el e l em en to a e v a l u a r Á rea d e acero req ue ri d a Á rea d e acero m í n i m a req ue ri d a Á rea d e acero us a d a Di á m etro d e b a rra Á rea d e la b a rra C a n ti d a d d e b a rr a s C a n ti d a d d e b a rr a s a us a r S ep a ra ci ó n S ep a ra ci ó n m á xi m a S ep a ra ci ó n a U s a r S e co l oca rá v a rill a s ϕ 3/8 ” @ 0.20 m
28 Tn/m 2 1.00 m 0.35 cm 2 2.70 cm 2 2.70 cm 2 3/8 ” 0.713 cm 2 3.78 5.00 0.200 m 0.450 m 0.200 m
Losa fondo de 0.20 m.
Los datos iniciales son los que se muestran en la tabla a continuación:
D is e ñ o d e l a P a r e d , e sp e so r = 2 5 c m
F l uen c ia d el A cero (f y ) R es i s t en cia a C om p res i ó n d el C oncreto (f ' c) M ódu lo d e E l a s ti ci d a d d el co ncreto ( Ec) Es pes o r d e la Par ed Es pes o r p r om ed io d e la Par ed R es i s t en cia a C om p res i ó n d e Di señ o d el C oncreto (f ' d c) (1 9.2.11) C u a n t ía M í n i m a ρ ( 7.12) F a c t o r d e R ed ucc i ó n a Tr a cc i ó n (ϕ )
8
4200.00 k g /cm 2 210.00 k g /cm 2 218819.79 k g /cm 2 0.20m 0.20 m 110.00 k g /cm 0.0018 0.90
A N LI SIS Y DISE O DE UN TANQUE ELEVADO DE CO NCR ETO AR MADO PARA UNA CAP ACID AD DE 10 m3
En
ambas
direcciones
(radial
y
tangencial)
se
trabajan
con
cuantías mínimas.
R e f u e rz o R a d i a l (A cc i on es M em b ra n a ) Es f u e rz o d e Tr a cc i ó n Ra d i a l S 11 Lon g it u d d el e l em en to a e v a l u a r Á rea d e acero req ue ri d a Á rea d e acero m í n i m a req ue ri d a Á rea d e acero us a d a Di á m etro d e b a rra Á rea d e la b a rra C a n ti d a d d e b a rr a s C a n ti d a d d e b a rr a s a us a r S ep a ra ci ó n S ep a ra ci ó n m á xi m a S ep a ra ci ó n a U s a r S e co l oca rá v a ril l a s ϕ 3 / 8 ” @ 0.20 m Re f u e rz o T a n g en c i a l (A cc i on es M em b ra n a ) Es f u e rz o d e Tr a cc i ó n T a n g en c i a l S 22 Lon g it u d d el e l em en to a e v a l u a r Á rea d e acero req ue ri d a Á rea d e acero m í n i m a req ue ri d a Á rea d e acero us a d a Di á m etro d e b a rra Á rea d e la b a rra C a n ti d a d d e b a rr a s C a n ti d a d d e b a rr a s a us a r S ep a ra ci ó n S ep a ra ci ó n m á xi m a S ep a ra ci ó n a U s a r S e co l oca rá v a ril l a s ϕ 3 / 8 ” @ 0.20 m
313 Tn / m2 1.00 m 3.54 cm 2 3.60 cm 2 3.60 cm 2 3/8 ” 0.713 cm 2 5.05 5.00 0.20 m 0.450 m 0.200 m
308 Tn / m2 1.00 m 3.41 cm 2 3.60 cm 2 3.60 cm 2 3/8”
0.713 cm 2 5.05 5.00 0.20 m 0.450 m 0.200 m
3.2.6. Diseño de la Losa Solida Circular de Cimentación
Del Sap haciendo metrado de cargas (Por mt.): Fuerza Axial Total = 95.25 tn Momentos Flectores Total = 42 txm (llevando de estado ultimo a estado de cargas de servicio) La cimentación cuadrada tiene un lado de 5.60m, luego su área es de A= 31.36 m2 y su momento de inercia es I= 81.95 m4 De acuerdo al estudio de suelos la capacidad portante del suelo para una cimentación cuadrada a una profundidad de 2.50m es de 1.88 kg/cm2. A una profundidad mayor la capacidad portante del terreno aumentara. Los esfuerzos en el terreno en cargas de servicio son: P = (95.25/31.36) +/- (42*2.80) / (81.95) = 3.04t/m2 y +1.43t/m2 Estos valores son menores a los de la capacidad portante del terreno de 19 tn/m2 Con estos valores se diseña la losa de cimentación. La zona critica es la parte central. El momento flexionante en el apoyo es de 4.02 txm y el cortante en los apoyos es de 6.89tn.
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A N LI SIS Y DISE O DE UN TANQUE ELEVADO DE CO NCR ETO AR MADO PARA UNA CAP ACID AD DE 10 m3
Cortante diseño en servicio
=
6.89 tn
Momento diseño en servicio
=
4.02 txm
Tomando una altura de losa de 0.80m, calculamos que el valor del acero a
colocar
estructuralmente
tiene
un
valor
de
3.03
cm2/m.
El
acero
mínimo es de 0.0018*100*80= 14.40cm2, entonces se colocara en dos capas 7.20 cm2/m que equivale a fierro de 1/2
” cada 0.20m
Analizando el corte vemos que el esfuerzo cortante actuante es de va= 6.89x1e+03/(100*70) = 0.98 kg/cm2 El esfuerzo cortante resistente es de 0.29*raíz (210) = 4.20 kg/cm2 Puesto que el esfuerzo cortante resistente es mayor que el esfuerzo cortante actuante entonces no necesita estribos.
4. BIBLIOGRAFÍA
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Norma ACI, ACI 350, ACI 318M-08. Norma Técnica de Edificación E.020 Cargas. Norma Técnica de Edificación E.030 Diseño Sismo resistente. Norma Técnica de Edificación E.050 Suelos y Cimentaciones. Norma Técnica de Edificación E.060 Concreto Armado. Norma Técnica de Edificación E.070 Albañilería. Informe Técnico. Estudio de Suelos con fines de Cimentación.
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A N LI SIS Y DISE O DE UN TANQUE ELEVADO DE CO NCR ETO AR MADO PARA UNA CAP ACID AD DE 10 m3
MOMENTO 3-3
MOMENTO 2-2
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A N LI SIS Y DISE O DE UN TANQUE ELEVADO DE CO NCR ETO AR MADO PARA UNA CAP ACID AD DE 10 m3
FUERZA CORTANTE 2-2
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A N LI SIS Y DISE O DE UN TANQUE ELEVADO DE CO NCR ETO AR MADO PARA UNA CAP ACID AD DE 10 m3
FUERZA CORTANTE 3-3
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A N LI SIS Y DISE O DE UN TANQUE ELEVADO DE CO NCR ETO AR MADO PARA UNA CAP ACID AD DE 10 m3
ESFUERZOS S11
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A N LI SIS Y DISE O DE UN TANQUE ELEVADO DE CO NCR ETO AR MADO PARA UNA CAP ACID AD DE 10 m3
ESFUERZOS S22
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A N LI SIS Y DISE O DE UN TANQUE ELEVADO DE CO NCR ETO AR MADO PARA UNA CAP ACID AD DE 10 m3
ACERO ASt1
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A N LI SIS Y DISE O DE UN TANQUE ELEVADO DE CO NCR ETO AR MADO PARA UNA CAP ACID AD DE 10 m3
ACERO ASt2
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A N LI SIS Y DISE O DE UN TANQUE ELEVADO DE CO NCR ETO AR MADO PARA UNA CAP ACID AD DE 10 m3
FUERZA AXIAL
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