MEMORIA CALCULO TANQUE

ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

TANQUE DE ALMACENAMIENTO Municipio de Matanza - Santander

Cálculo:

Ing. Freddy A. Calderón Ardila Mat. 68202-56201STD

Bucaramanga, abril de 2007 C

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S

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O

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A

•

C

O

N

S

T

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C

C

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TEL/FAX: 645 40 53 CELULAR: 315 311 2293 / 300 219 4107 E-MAIL: [email protected] Carrera 32 No.37-55 Interior 03 BUCARAMANGA

TABLA DE CONTENIDOANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

TABLA DE CONTENIDO TABLA DE CONTENIDO ....................................................................................................2 INTRODUCCIÓN...............................................................................................................3 Generalidades ..................................................................................................................3 Estructuración y Suposiciones de diseño ............................................................................3 ESPECIFICACIONES..........................................................................................................4 Materiales........................................................................................................................4 A cero de Refuerzo.......................................................................................................4 Concretos ...................................................................................................................4 Cargas........................................................................................................................4 Estudio de Suelos........................................................................................................4 Norma........................................................................................................................ 4 FORMATO DE PRESENTACIÓN DE LAS MEMORIAS ESTRUCTURALES .................................5 A. DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA........................................................................5 B. ANÁLISIS DE CARGAS VERTICALES........................................................................5 C. ANÁLISIS SÍSMICO................................................................................................5 D. CIMENTACIÓN ......................................................................................................6 GEOMETRÍA DEL PROYECTO ............................................................................................7 DISEÑO DE LOS MUROS LATERALES.................................................................................8 Cargas: ......................................................................................................................8 Modelo ....................................................................................................................... 8 DISEÑO DE PLACA DE CUBIERTA.................................................................................... 12 DISEÑO DE LOSA DE PISO ............................................................................................. 12

Memorias de Diseño y Cálculo Estructural / Tanque de Almacenamiento - Matanza

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INTRODUCCIÓNANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

INTRODUCCIÓN Generalidades El municipio de Matanza, dentro de sus programas de adecuación de infraestructura de saneamiento básico, se encuentra desarrollando el proyecto de construcción de un tanque de almacenamiento de 130 metros cúbicos, cuyo análisis y diseño estructural se encuentran consignados en el presente libro. Estructuración y Suposiciones de diseño Fundamentalmente se trata de una estructura de muros y losa de fondo en placa maciza de 20 centímetros de espesor, con losa nervada de cubierta de 30 centímetros de espesor total. Los muros arrancan en vigas de 40x40 centímetros, que les sirven de anclaje al refuerzo principal, y rematan en vigas de 30x30 centímetros, que además de recibir la placa, ancla el refuerzo del muro. Se trabajó con un coeficiente de capacidad de disipación de energía R=7.0, el cual no debió ser afectado por los coeficientes de irregularidad, debido a la regularidad en planta y altura del tanque. El análisis y diseño se realizó con el programa SAP2000® de CSI®. Para el análisis de las cargas verticales y masas, se utilizaron los parámetros definidos en el Título B de la NSR98. Para la obtención de las cargas sísmicas se utilizaron los método de SEED y Mononobe Okabe.


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ESPECIFICACIONESANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

ESPECIFICACIONES Materiales Acero de Refuerzo Fy = 420 Mpa (4200 kg/cm² ó 60000 psi) Concretos Solados: f’c = 7 Mpa (70 kg/cm² ó 1000 psi) Zapatas, columnas y vigas: f’c = 21 Mpa (210 kg/cm² ó 3000 psi) Cargas Carga Viva de diseño: Placa de Cubierta

2.50 KN/m² (250.0 kgf/m²)

Estudio de Suelos Estudio Geotécnico: ConstruSuelos Ltda. – Abril de 2007

Norma Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente – NSR–98 - Ley 400 de 1997 – Decreto 33 de 1998


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FORMATO DE PRESENTACIÓN DE LAS MEMORIAS ESTRUCTURALESANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

FORMATO DE PRESENTACIÓN DE LAS MEMORIAS ESTRUCTURALES A.

DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA

A.1

NOMBRE DE LA OBRA:

A.2

PROPIETARIO:

A.3

TANQUE DE ALMACENAMIENTO Municipio de Matanza – Santander.

INGENIERO CALCULISTA: A.4

FREDDY A. CALDERÓN ARDILA Mat. 68202-56201 STD

GRUPO DE USO:

II

A.5

SISTEMA ESTRUCTURAL:

Muros y losas de concreto reforzado

A.6

NÚMERO DE PLACAS:

2 (Contrapiso + Cubierta)

TIPO DE PLACAS:

A.7

Contrapiso: Cubierta:

A.8

ALTURA MÁXIMA (CIM/CUB.)

3.90 m.

A.9

EDIFICACIONES DE ESTE TIPO:

1

B.

Losa maciza de concreto e=0.20m Losa nervada de concreto e=0.30m

ANÁLISIS DE CARGAS VERTICALES B.1 B.2 B.3 B.4 B.5 B.6 B.7

PESO PROPIO ACABADOS, MAMPOSTERÍA: CARGA VIVA DE SERVICIO TÍPICA: CARGA TOTAL SERVICIO TÍPICA: CARGA TOTAL MAYORADA TÍPICA: FACTOR CARGA TÍPICA: AREA APROXIMADA DE PLACAS:

C.

ANÁLISIS SÍSMICO

C.1

PARÁMETROS SÍSMICOS ACELERACIÓN PICO EFECTIVA, Aa:

C.2

PERIODO FUNDAMENTAL

Tx = Ty =

C.3

TIPO IRREGULARIDAD EN PLANTA:

NO ; Øp = 1.0

C.4

TIPO IRREGULARIDAD EN ALTURA:

NO ; Øa = 1.0

C.5

CAPACIDAD DISIPACIÓN ENERGÍA: COEFICIENTE R= Øp x Øa x Ro:

R = 7.0 R = 7.0

C.6 C.7

COEFICIENTE DE IMPORTANCIA: PERFIL DE SUELO COEFICIENTE DE SITIO:

III S2 1.2

CUBIERTA 2.54 KN/m² 2.46 KN/m² 2.50 KN/m² 7.50 KN/m² 11.25 KN/m² 1.50 88.56 m²

0.25 N/A N/A


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FORMATO DE PRESENTACIÓN DE LAS MEMORIAS ESTRUCTURALESANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL C.8

ESPECTRO DE ACELERACIONES, Sa: DIRECCIÓN X, (Sa x <= 0.6875) DIRECCIÓN Y, (Sa y <= 0.6875)

0.625 0.625

C.9

COEFICIENTE SISMICO, Cs (Sa/R): DIRECCIÓN X; Cs x : DIRECCIÓN Y; Cs y :

0.089 0.089

C.10

MASA DE LA EDIFICACIÓN:

N/A

C.11

CORTANTE SÍSMICO BASAL, Vs: DIRECCIÓN X, Vs x: DIRECCIÓN Y, Vs y:

N/A N/A

C.12

EXCENTRICIDAD ACCIDENTAL

EY (Sismo X) N/A

C.13

DERIVA MÁXIMA INELÁSTICA, D: DIRECCIÓN X, D x: DIRECCIÓN Y, D y:

N/A N/A

C.14

DEFORMACIÓN MÁXIMA INELÁSTICA: DIRECCIÓN X: DIRECCIÓN Y:

N/A N/A

D.

CIMENTACIÓN

D.1

ESTUDIO DE SUELOS:

Estudio Geotécnico: Construsuelos Ltda. – Abril de 2007

D.2

TIPO CIMENTACIÓN:

Losa de cimentación.

D.3

CAPACIDAD PORTANTE:

200 KN/m² (20 ton/m²)

D.4

PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN:

3.90 m.

EX (Sismo Y) N/A

DECLARACIÓN: El diseño estructural del proyecto en referencia cumple con las exigencias de la N.S.R. 98 (Ley 400 de 1997)

_______________________________________ FREDDY ARNALDO CALDERÓN ARDILA Ingeniero Civil- TP.# 68202-56201 STD Bucaramanga, septiembre de 2007


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Diseño de los muros lateralesANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

DISEÑO DE LOS MUROS LATERALES 0,30 0 3 , 0

a r r e i t e d e j u p m E

0 9 . 3

5 0 . 3

Empuje del fluido

0,20

0 2 , 0

Cargas: El muro, esta sometido a los efectos de empuje lateral del suelo y el empuje hidrostático del agua. Modelo Se desarrolla un modelo de viga sencillo para calcular las cuantías de refuerzo necesarias en esta parte de la estructura. Empuje de tierra 1 Peso específico= 18.0 KN/m³ Angulo de fricción = 30 ° Ka = 0.333 Altura del suelo = 1.4 m Presión en la base = 8.40 KN/m²

Empuje de tierra 1 Peso específico= 18.0 KN/m³ Angulo de fricción = 30 ° Ka = 0.333 Altura del suelo = 1.0 m Presión en la base = 6.00 KN/m²

Empuje de hidrostático Peso específico= 10.0 KN/m³ Altura del fluido* = 3.05 m Presión en la base = 30.5 KN/m² * Se tienen en cuenta la condición de rebosamiento


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Diseño de los muros lateralesANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

PARED DE TANQUE Para este caso, el suelo es una arcilla con IP promedio de 20. 1 - sen Ø' -Jaky, 1944Ko= 0.540 0.4+0.007 IP {IP entre 0y40} ó 0.64+0.001 IP {IP entre 40y80} -Brookerγ= 1.80 Ton/m³ h= 3.70 m f'c= 210 kg/cm² fy= 4200 kg/cm² e= 20 cm d= 14.4 cm

CASO 1

CASO 1a

h

=

CASO 1b

+

h

W = Ka x γ x h

W = Ka x γ x h

h

W = Ka x γ x h

W= 3.596 Ton/m² (Ka x Gama x h)

CASO 1a Ma1=Ma2= 0.000 Ton-m/m Va1= 4.436 Ton/m (W x h) / 3 Mmax(+)= 3.151 Ton-m/m (0.064 x W x h²)

Vb1= 2.218 Ton/m (W x h) / 6

CASO 1b

Ma2= 0.00 Ton-m/m

Mb2= 2.87 Ton-m/m (7*W*h²/120) Mmax(+)= 2.09 Ton-m/m (W x h² / 23.6)

Va2= 3.66Ton/m (11 x W x h / 40)

Vb2= 2.99Ton/m (9 x W x h / 40)


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Diseño de los muros lateralesANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL PROMEDIO VALORES CASO 1 Va= 4.05Ton/m Ma= 0.00 Ton-m/m CASO 2

M(+)= 2.62 Ton-m/m

Vb= 2.61Ton/m Mb= 1.44 Ton-m/m

CASO 2a

CASO 2b

h

h

h

=

+

W = Ka * γ * h

W = Ka * γ * h

W = Ka * γ * h

CASO 2a

Ma2= 3.28 Ton-m/m (W*h²/15)

Mb1= 0.00 Ton-m/m Mmax(+)= 1.47 Ton-m/m (W x h²/33.6)

Va1= 5.32Ton/m (2 x W x h/5)

Vb1= 1.33Ton/m (W x h / 10)

CASO 2b

Ma2= 2.46 Ton-m/m (W*h²/20)

Mb2= 1.64 Ton-m/m (W*h²/30) Mmax(+)= 1.06 Ton-m/m (W*h²/46.6)

Va2= 4.66Ton/m (7 x W x h/20)

Vb2= 2.00Ton/m (3 x W x h / 20)

PROMEDIO VALORES CASO 2 Va= 4.99Ton/m Ma= 2.87 Ton-m/m

M(+)= 1.26 Ton-m/m

Vb= 1.66Ton/m Mb= 0.82 Ton-m/m


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Diseño de los muros lateralesANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL PROMEDIOS PARA DISEÑO DEL MURO Los valores se mayorarán por el factor producto 1.7 x 1.3 para empuje de fluidos y por 1.6 para empuje de tierra, según C.20.3.3. A B CASO 1 4.05 Ton/m 2.61 Ton/m CORTANTES CASO 2 4.99 Ton/m 1.66 Ton/m

V Diseño=

V 1.7 x V

4.52 Ton/m 7.68 Ton/m

2.13 Ton/m 4.72 Ton/m

vu =6.28 kg/cm²

MOMENTOS

MDiseño=

CASO 1 CASO 2 M 1.3 x 1.7 x M K ρ

As=

O.K.

A 0.00 Ton-m/m 2.87 Ton-m/m

(+) 2.62 Ton-m/m 1.26 Ton-m/m

B 1.44 Ton-m/m 0.82 Ton-m/m

1.44 Ton-m/m 3.17 Ton-m/m 0.0153 Ton/cm² 0.00426 6.14 cm²/m 1#4 c/ 21 cm



Notas importantes: NSR-98, C.20 tanques y compartimentos estancos, C.20.2.4 Refuerzo de retracción y temperatura: El refuerzo de retracción y temperatura deben ser barras al menos N° 3 (3/8”) para muros y losas de 200 mm de espesor y N° 4 (1/2”) para muros y losas de mas de 200 mm de espesor. La separación máxima del refuerzo es de 300 mm centro a centro de la barra. Cuantías mínimas de retracción de fraguado y retracción de temperatura TABLA C.20-1. •

•

Cuantías mínimas de retracción de fraguado y retracción de temperatura TABLA C.20-1 Separación entre juntas de disipación de retracción, o variación de temperatura, en m. <6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 >18

Fy=240MPa

Fy=420MPa

0.0028 0.0032 0.0036 0.0041 0.0044 0.0047 0.0052 0.0053 0.0054 0.0056 0.0057 0.0058 0.0600

0.0028 0.0028 0.0028 0.0033 0.0035 0.0037 0.0041 0.0042 0.0044 0.0046 0.0047 0.0048 0.0050


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Diseño de placa de cubiertaANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

DISEÑO DE PLACA DE CUBIERTA Torta superior placa aligerada DATOS: MATERIALES f'c = 210 kg{f}/cm² fy = 4,200 kg{f}/cm² SECCIÓN b = 100.0 cm h = 8.0 cm Recubrimiento = 4.0 cm CARGAS Wv = 250 kg{f}/m² Wm = 500 kg{f}/m² Longitud = 0.85 m F. de emp. = 12

ANÁLISIS: ESFUERZOS Wu = 1,125 kg{f}/m² Mu calc = 0.07 ton-m Vu calc = 525.9 kg{f}/m

DISEÑO A FLEXIÓN: d = 4.0 cm Beta = 0.85 m = 23.53 K = 4.23 kg{f}/cm² M máximo = 0.79 ton-m M mínimo = 0.16 ton-m Ro fórmula = 0.00114 CHEQUEO A CORTANTE Ro máximo = 0.01607 Vu = 1.55 kg{f}/cm² Ro mínimo = 0.00270 ρ = 0.00270 Vc = 7.68 kg{f}/cm² O.K. No necesita refuerzo a cortante As = 1.08 cm² Sep. máx. absoluta = 24.0 cm φ = 5.500 mm Separación = 21 cm Colocar 1 Ø 5.5 mm [60KSI] cada 21 cm.

VIGUETAS Momento positivo (Centro) DATOS CARGAS f'c= fy= Mu= b= h= d'= d= As inicial=

Momento negativo (Apoyos) DATOS CARGAS

210 kg/cm² Wv= 250 kg/m² 4200 kg/cm² Wm= 500 kg/m² 2.07 ton-m Longitud= 5.10 m 10.0 cm Aferente= 0.85 m 30.0 cm F. de emp.= 12 5.0 cm Wu= 0.96 ton/m 25.0 cm Mu calc= 2.07 ton-m 0.0 cm² Vu calc= 2.68 ton DISEÑO 0.00993427 REFUERZO A COMPRESIÓN Beta= 0.85 d'= 4.0 cm m= 23.53 Delta M= 0.00 ton-m ρ neto mín= K= 33.16 kg/cm² 0.0185 ρ neto= Mmáx= 3.08 ton-m 0.0099 ρ total= Mmín= 0.75 ton-m 0.0099 ρ máx= 0.0161 As total= 2.48 cm² Ro mín= 0.0033 As'= 0.00 cm² ρ= 0.0099 As= 2.48 cm² As sum/req : 1 #6 1 fila(s) 1.153

f'c= 210 kg/cm² Wv= 250 kg/m² fy= 4200 kg/cm² Wm= 500 kg/m² Mu= 1.04 ton-m Longitud= 5.10 m b= 10.0 cm Aferente= 0.85 m h= 30.0 cm F. de emp.= 24 d'= 5.0 cm Wu= 0.96 ton/m d= 25.0 cm Mu calc= 1.04 ton-m As inicial= 0.0 cm² Vu calc= 5.36 ton DISEÑO 0.004639884 REFUERZO A COMPRESIÓN Beta= 0.85 d'= 4.0 cm m= 23.53 Delta M= 0.00 ton-m ρ neto mín= K= 16.58 kg/cm² 0.0185 ρ neto= Mmáx= 3.08 ton-m 0.0046 ρ total= Mmín= 0.75 ton-m 0.0046 ρ máx= 0.0161 As total= 1.16 cm² Ro mín= 0.0033 As'= 0.00 cm² ρ= 0.0046 As= 1.16 cm² As sum/req : 1 #4 1 fila(s) 1.098

DISEÑO DE LOSA DE PISO Dirección X Y

Longitud

Cuantía

8.50 m 5.00 m

0.0029 0.0028

As / capa 2.90 cm²/m 2.80 cm²/m

Nº barra 3 3


Separación 25 25

As real 2.84 cm²/m 2.84 cm²/m

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MEMORIA CALCULO TANQUE

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