UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO. FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA. PROYECTOS ESTRUCTURALES GRUPO Nº 4
TEMA: ESTUDIO Y DISEÑO DE UN MURO PARA PISCINA Y CISTERNAS. INTEGRANTES:
MARIA FERNANDA CASTILLO CASTILLO
ANA GABRIELA GARZÓN FREIRE.
RITA PAULINA OROZCO TOAPANTA
BYRON DIEGO ANDAGANA TAPIA.
ÁNGEL DARIO DÁVILA LEMA.
NOVENO SEMESTRE. PARALELO: “A”.
FECHA: 23/04/2013.
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1. OBJETIVOS. 1.1. Objetivo General. Realizar el estudio y diseño de un muro para uuna na piscina o cisterna.
1.2. Objetivos Específicos
Determinar los parámetros de cálculo de muros para piscinas y cisternas.
Establecer un método de cálculo cálculo o diseño del muro.
2. DESARROLLO DEL TEMA. PISCINAS
Piscina a aquel espacio artificialmente creado en un terreno en el cual se abre un pozo que se cubre con concreto o con otros materiales firmes y se rellena con agua con fines recreativos. Hay infinitas posibilidades en lo que respecta a las formas y a los tamaños de las piscinas, elementos que variarán de acuerdo al fin que se le otorgue a cada una las que sean para fines recreativos exclusivamente pueden contar con diseños más irregulares, las que sean para nadar o para realizar algún tipo de deporte deben contar con c on medidas específicas y por lo general son de forma cuadrangular.
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CISTERNAS
Una cisterna es un depósito subterráneo o elevado que se utiliza para recoger y guardar agua de lluvia o procedente de un río o manantial. También se denomina cisterna a los receptáculos usados para contener líquidos, generalmente agua. Su capacidad va desde unos litros a miles de metros cúbicos.
EL PROCESO DE CONSTRUCCIÓN. 1) Excavación del pozo Teniendo en cuenta las dimensiones y la forma que va a tener la piscina o la cisterna, se tiene que realizar la excavación del hueco. El hueco de la piscina se debe realizar con una profundidad 50 cm mayor de lo que se desea que tenga la piscina o cisterna terminada. Lo mismo sucede con el ancho: el hueco tiene que tener 40 cm más de las dimensiones interiores de la piscina o la cisterna terminada. Al realizar el pozo, es importante que las paredes estén lo más verticales posible, de ese modo se evitará un mayor gasto de material en las paredes para conseguir un muro perfectamente vertical. vertical.
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2) La base de la piscina o cisterna Se debe tirar una capa de unos 10 cm de alto de hormigón pobre para que la base se realice sobre una superficie pareja. La base de hormigón debe tener unos 40 cm de espesor, para tener seguridad en que está correctamente ejecutada. Puede tener una armadura en el centro, o mejor aún si se coloca doble armadura: una cerca de la base y la otra cerca de la zona superior. Posteriormente se realiza el hormigonado de la base. Una recomendación es la de utilizar hormigón de planta, porque se realiza con un estricto control de calidad y es un material confiable. Si se realiza a pie de obra es muy factible que falle.
3) Los muros de la piscina o cisterna. Cuando el hormigón de la base ha fraguado se puede continuar con la construcción de los muros de la piscina o de la cisterna. El primer paso es colocar las armaduras de los cuatro muros. Para las piscinas también se tiene que realizar el pasado de todas las instalaciones, eléctrica si la piscina va a tener luz, y todo lo referido a depuradora y desagües. Concluido esto se completa los muros. Se puede hacer un muro interior de ladrillos que sirva como enconfrado para luego verter hormigón de planta para formar el muro de la piscina. Pero la forma más recomendable y más utilizada actualmente es el gunitado, que consiste en la proyección de hormigón sobre la armadura. Con este sistema se gana Grupo N°4
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tiempo a la vez que se consiguen mejores resultados. Se pueden hacer muros más delgados y eficaces.
La piscina se concluye con el revestimiento que se desee, mientras que a la cisterna se la puede impermeabilizar.
REQUISITOS ESENCIALES
Estabilidad y Durabilidad
La estabilidad del vaso, enterrado o semienterrado, debe asegurarse en función del terreno de apoyo, teniendo en cuenta los asentimientos previsibles. La estabilidad de las fugas de agua la debe garantizar el vaso del hormigón encofrado o proyectado. Al vaso se le solicita ―durabilidad‖ lo que viene a ser el mantenimiento de sus propiedades con el transcurso del tiempo. Para asegurar una durabilidad adecuada de la estructura, se debe considerar los factores interrelacionados: La utilización de la estructura. Los criterios de comportamiento requerido. Grupo N°4
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La composición, propiedades y comportamiento de los materiales. Las condiciones medioambientales. La calidad de la mano de obra y el nivel de control de calidad. Las playas deben separarse del vaso por una junta que equilibre la dilatación entre ambas, dilatación ocasionada por el gradiente de temperaturas que puede darse entre agua de la piscina y la cimentación. Consultar normativa vigente. Las playas no deben presentar deformaciones retardadas, incompatibles con el buen uso del conjunto. Las piscinas deben permanecer llenas de agua, salvo para reparaciones o limpieza general.
Resistencia
La estructura debe ser capaz de resistir los esfuerzos exteriores. Por este motivo en el momento de hacer el cálculo del vaso se debe tener en cuenta los siguientes factores: - Empuje lateral del terreno circundante. - Empuje del agua. - Peso propio. - Efecto sísmico. - Altura / Profundidad del vaso de la piscina o de la cisterna.
ELEMENTOS ESTRUCTURALES Los elementos estructurales que tienen todas las piscinas son:
LA SOLERA
El fondo o solera de la piscina tiene que ofrecer un piso firme, compacto, resistente e impermeable. Soporta la mayor carga del agua, y donde se asientan los muros laterales. Realizada la excavación para la solera, pondremos una capa de 10 cm. de hormigón de regulación u hormigón pobre. Si se quiere evitar filtraciones pondríamos una capa de 20 cm. de espesor de hormigón poroso o una capa granular. La solera se debe construir con una pendiente para facilitar el vaciado y limpieza. Está pendiente se debe dar con el hormigón de la solera y no echando un mortero posteriormente para conseguir está pendiente. Grupo N°4
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Entre la zapata de los muros y la solera se debe colocar una junta. En caso de vasos de piscina construidos con hormigón armado.
EL SUMIDERO
Deben construirse con material resistente a la corrosión, y estarán adecuadamente protegidos mediante rejas de seguridad, que en ningún caso podrán quitarse sin herramientas. La distancia máxima entre las barras de la reja no debe ser superior a 8 mm. El agua de salida de la piscina se ha de evacuar al alcantarillado u otro punto de vertido autorizado por las autoridades competentes. Es conveniente que la piscina desagüe por gravedad.
LAS JUNTAS
Es importante prever una junta de dilatación entre el vaso y la playa colindante ya que se producen grandes tensiones al rellenar y vaciar la piscina y también por las distintas contracciones entre la playa y el hormigón del vaso.
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LOS MUROS. Los muros son obras destinadas a la contención de tierras en general; en particular pueden contener granos, agua, etc. Como resulta evidente en los muros que se encuentran a la intemperie, la lluvia se filtra a través de la tierra entonces el muro pasa a sostener los efectos de empuje dados por la tierra y el agua, por lo que es necesario tener en cuenta para su cálculo. Esencialmente un muro es aquel que es capaz de resistir cargas laterales. El diseño de un muro será tanto más complejo cuanto mayor sea el número de factores tenidos en cuenta.
Se levantarán verticalmente respecto al fondo, al menos en su parte interior, cuidando que la junta sea plana y se adapte al suelo.
En el momento de su construcción se deberá relacionarse proporcionalmente su resistencia y solidez con el empuje que deban recibir por metro lineal.
Los muros soportan la presión el agua y la presión del terreno. La segunda cualidad que se debe tener en cuenta es su impermeabilidad.
MURO EN CANTILIVER
MURO PARA PISCINAS O CISTERNAS
Posee talón como elemento de la No posee talón como elemento de la estructura.
estructura.
Se construyen directamente sobre el
Se construyen sobre una capa de
suelo.
hormigón pobre.
La pantalla sirve para sostener el suelo
La pantalla se coloca junto a una capa
que se puede deslizar.
granular la cual sostiene dicha capa que sirve como un drenaje
Se puede producir una falla por No deslizamiento
se
puede
deslizamiento
producir
sino
más
falla
por
bien
por;
volcamiento o asentamiento.
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CONSIDERACIONES DEL CÓDIGO ACI 318-2005 PARA MUROS. 7.6.5 — En muros y losas, exceptuando las losas nervadas, la separación del refuerzo principal por flexión no debe ser mayor de 3 veces el espesor del muro o de la losa, ni de 450 mm. 11.10.9.2 — La cuantía de refuerzo horizontal para cortante, ρt , no debe ser menor que 0.0025. 11.10.9.3 — El espaciamiento del refuerzo horizontal para cortante no debe exceder el menor de lw/ 5, 3h ó 450 mm, donde l w es la longitud total del muro. 14.3.4 — Los muros con un espesor mayor que 450 mm, excepto los muros de sótanos, deben tener el refuerzo en cada dirección colocada en dos capas paralelas a las caras del muro de acuerdo con: (a) Una capa consistente en no menos de 1/2, y no más de 2/3 del refuerzo total requerido para cada dirección debe colocarse a no menos de 50 mm ni a más de 1/3 del espesor del muro a partir de la superficie exterior. (b) La otra capa, consistente en el resto del refuerzo requerido en esa dirección, debe colocarse a no menos de 20 mm ni a más de 1/3 del espesor del muro a partir de la superficie interior. 14.3.5 — El refuerzo vertical y horizontal debe espaciarse a no más de tres veces el espesor del muro, ni de 450 mm.
14.5.3 — Espesor mínimo de muros diseñados por el método empírico de diseño 14.5.3.1 — El espesor de muros de carga no debe ser menor de L/25 de la altura o longitud del muro, la que sea menor, ni tampoco puede ser menor que 100 mm. 14.5.3.2 — El espesor de los muros exteriores, de sótanos y cimentaciones no debe ser menor que 190 mm.
14.6 — Muros no portantes 14.6.1 — El espesor de los muros que no sean de carga no debe ser menor de 100 mm, ni menor de 1/30 de la distancia mínima entre elementos que le proporcionen apoyo lateral.
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MUROS PARA PISCINAS O CISTERNAS. Este tipo de muro resiste el empuje lateral de la presión de la tierra por medio de la acción de la pantalla. La base está cargada por el momento y el esfuerzo cortante del muro, la presión ascendente del suelo, su propio peso.
El fallo del muro puede producirse por: 1. Giro. 2. Asiento causado por una sobrecarga que actué sobre el pie del muro (generalmente se combina con los empujes y el resultado es una inclinación hacia adelante). Para muros de altura constante, es conveniente diseñar y analizar una faja de 1 metro de longitud. El muro se proyecta para resistir los momentos de flexión y el cortante debido al empuje de la tierra después se selecciona el tamaño de la losa de base (dedo), para resistir los requisitos de resistencia a la volcadura y para mantener la presión contra el suelo dentro de lo permisible.
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Por lo general el muro se hace más grueso de lo requerido en la parte inferior para el esfuerzo cortante y el esfuerzo balanceado para momentos debido al ahorro de acero dado que el momento disminuye de abajo hacia arriba.
CARGAS DE DISEÑO. La principal carga a la que se encuentran sometidas las estructuras de piscinas es la debida a la presión hidrostática del volumen de agua que contienen. Otra carga importante, pero que no siempre está presente, es la debida al empuje de tierras. Otro esfuerzo al que pueden verse sometidos estas estructuras son las supresiones en el fondo debido a variaciones en el nivel freático en suelos expansivos.
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO: 1. Iniciar el pre diseño del muro en función del diseño arquitectónico y de los parámetros solicitados en el código. 2. Verificar el factor de seguridad al volcamiento (FSV). 3. Determinar que la resistencia de los pesos este ubicado en el tercio medio (3/2) de la base. 4. El esfuerzo real del suelo deberá ser menor al esfuerzo admisible del suelo. También se deberá hacer:
6. Diseño a corte. 7. Diseño flexión.
PARTES DEL MURO • • •
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• • • • •
FACTORES QUE INGRESAN AL DISEÑO DEL MURO DE UNA PISCINA O DE UNA CISTERNA. Empuje Lateral de Suelos. La teoría del empuje de tierras establece tres estados bajo los cuales puede presentarse este fenómeno: estado de reposo, estado activo y estado pasivo. Las dos últimas condiciones suelen presentarse bajo estados tensiónales de falla de suelos de laderas y controlan el diseño de las estructuras de contención necesarias para su estabilidad. La condición necesaria para que se genere el estado de reposo de empuje de tierras es que exista un confinamiento lateral que impida la deformación en ese sentido del suelo, mientras que, existen condiciones que provocan la deformación vertical del mismo. Caso general de paredes de sótanos o piscinas con construcciones aledañas que imponen sobrecarga al terreno y generan el empuje lateral de suelos Esquema de condición necesaria para el estado de reposo del empuje lateral de suelos.
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Teoría de Rankine. La teoría de Rankine, desarrollada en 1857, es la solución a un campo de tensiones que predice las presiones activas y pasivas del terreno. Esta solución supone que el suelo está cohesionado, tiene una pared que está friccionando, la superficie suelo-pared es vertical, el plano de rotura en este caso sería planar y la fuerza resultante es paralela a la superficie libre del talud. Las ecuaciones de los coeficientes para presiones activas y pasivas aparecen a continuación. Observe que Φ es el ángulo de rozamiento del suelo y la inclinación del talud respecto a la horizontal es el ángulo β.
Empuje activo. - Es el que ejerce la tierra que es sostenida. Por el muro y que para dicho fin se construye este. El estado activo ocurre cuando existe una relajación en la masa de suelo que lo permite moverse hacia fuera del espacio que limitaba la tensión del suelo (por ejemplo un muro de tierra que se rompe); esto es que el suelo está fallando por extenderse. Ésta es la presión mínima a la que el suelo puede ser sometida para que no se rompa.
Para el caso en que β sea 0, las ecuaciones de arriba se simplifican como:
( ) Empuje pasivo. - El empuje pasivo contrarresta la acción del empuje activo, y es el producido por un terreno que absorbe la acción producida por Ia estructura. el estado
pasivo ocurre cuando la masa de suelo está sometida a una fuerza externa que lleva al suelo a la tensión límite de confinamiento. Esta es la máxima presión a la que puede ser sometida un suelo en el plano horizontal.
( ) Grupo N°4
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3. EJERCICIO DE APLICACIÓN. Datos iniciales:
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1.
PREDIMENCIONAMIENTO.
( )
Grupo N°4
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FACTOR DE SEGURIDAD AL VOLCAMIENTO (FSV)
Coeficiente activo
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( )
√ √ 16
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PRESIONES.
SUELO.
AGUA
FUERZAS.
SUELO.
Como es para un metro de ancho, entonces:
AGUA
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Como es para un metro de ancho, entonces:
Momento de volteo.
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√ Grupo N°4
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, NO SE NECESITAN ESTRIBOS
Momento estabilizador. FIGURA AREA VOLUMEN
PESO
DISTANCIA
M est.
1
0,48
0,48
1,14
2,38
2,71
2
1,00
1,00
2,40
1,25
3,00
1,48
3,54
5,71
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3. RESULTANTE EN EL TERCIO MEDIO
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) ( ( ) ) (
Momento producido por la excentricidad.
Esfuerzos de trabajo del suelo
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Diseño de la pantalla
( )
Esfuerzos t-m
Fuerzas
Centro de
Momentos
t
gravedad
t-m
m p1=
2,792
Fo1=
3,2100
ho1=
1,53
M1=
4,92
p2=
2,31
Fo2=
2,1945
ho2=
1,27
M2=
2,79
p3=
1,53
Fo3=
0,9639
ho3=
0,84
M3=
0,81
p4=
0,76
Fo4=
0,2394
ho4=
0,42
M4=
0,10
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Peralte
Coeficiente k
Porcentaje de acero
Área de acero cm2
d1=
0,20
k1=
d2=
0,20
k2=
d3=
0,20
k3=
d4=
0,20
k4=
0,06507936 5 0,03690476 2 0,01071428 6 0,00132275 1
Área de acero
δ1=
0,00339
As1=
6,8
δ2=
0,001887
As2=
6,8
δ3=
0,000539
As3=
6,8
δ4=
6,62E-05
As4=
6,8
Área colocada cm2
cm2
Grupo N°4
As1=
6,8
5Φ14mm
7,70
As2=
6,8
5Φ14mm
7,70
As3=
6,8
5Φ14mm
7,70
As4=
6,8
5Φ14mm
7,70
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Diseño del dedo
) ( ( ) ) ( ( ) Grupo N°4
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( ) Grupo N°4
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DISEÑO A FLEXION.
Grupo N°4
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PROYECTOS ESTRUCTURALES
Diseño a corte.
Grupo N°4
√ 28
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4. CONCLUSIONES.
La piscina y cisternas se diseña para la condición más crítica (totalmente vacía), ya que los esfuerzos que prevalecen son los del suelo.
Los muros de piscinas y cisternas no poseen talón como elemento estructural.
Los muros de piscinas y cisternas no se asemejan a ningún tipo de muro.
Para obtener el diagrama de corte y momento se puede emplear el método de diseño como un pórtico invertido.
A medida que el dedo de la piscina se va proyectando su sección disminuye.
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