Predimensionamiento de Reservorio

INTRODUCCIÓN

 Durante mucho tiempo el hombre, para lograr una adecuada utilización y

racionalización del agua para las poblaciones presentes y futuras, se ha visto obligado a ejecutar obras hidráulicas que garanticen el abastecimiento, transporte, almacenamiento y conducción del líquido más importante para la conservación de la vida humana.  En este trabajo nos enfocaremos en la parte del almacenamiento, netamente

reservorios, su definición, características, tipos y su proceso constructivo.

OBJETIVOS:

 Elección del tipo adecuado del reservorio a diseñar.  Plantear dimensiones adecuadas para el diseño de reservorios.  Establecer criterios para el diseño de reservorios de almacenamiento de agua potable.  Adecuado proceso constructivo.

CAPÍTULO I. GENERALIDADES

RESERVORIO DE ALMACENAMIENTO  Es la unidad destinada al “almacenamiento y regulación” de agua para mantener el normal

abastecimiento en periodos de mayor consumo o por un determinado lapso de tiempo por eventuales interrupciones del sistema de producción o alimentación.

 La importancia del reservorio radica en garantizar el funcionamiento hidráulico del sistema y

el mantenimiento de un servicio eficiente, en función a las necesidades de agua proyectadas y el rendimiento admisible de la fuente.

CLASIFICACIÓN DE LOS RESERVORIOS Según su geometría o forma Reservorio cilíndricos  Por teoría se conoce que los reservorios cilíndricos

son los más convenientes ya que para una altura y volumen dados, se tiene un perímetro mínimo.  Generalmente son tanques metálicos o de hormigón

armado.

Reservorio rectangulares y cuadrados  Tiene la ventaja de reducir grandemente los costos de

encofrado; sin embargo, al ser sus paredes rectas producen momentos que obligan a espesores y refuerzos estructurales mayores.

Reservorio esféricos Los reservorio esféricos generalmente se construyen sobre la superficie, elevados en torres, la altura que pueda tener aumenta la carga hidrostática para facilitar la distribución del líquido. Presenta la menor cantidad de área de paredes para un volumen determinado y toda ella está sometida a esfuerzo de tensión y comprensión simples, lo cual se refleja en menores espesores. (*)Su mayor desventaja es en el aspectos de construcción, lo cual obliga a encofrados de costos elevados.

SEGÚN SU UBICACIÓN

Reservorios elevados  Los elevados, que generalmente tienen

forma esférica, cilíndrica y de paralelepípedo, son construidos sobre torres, columnas, pilotes, etc.

LOS RESERVORIOS ELEVADOS SON DE DOS TIPOS

Reservorios de cabecera  Se alimentan directamente de la fuente o planta

de tratamiento mediante gravedad o bombeo.

Reservorios flotantes Se ubican en la parte más alejada de la red de distribución con relación a la captación o planta de tratamiento, se alimentan por gravedad o por bombeo.

Reservorio superficiales  Son aquellos reservorios que se construyen

directamente apoyados sobre la superficie del suelo.



Los tanques superficiales son de fácil mantenimiento, instalación, operación y mantenimiento de las tuberías.

Reservorio enterrados y semienterrados  Son aquellos reservorios que se constituyen

totalmente o parcialmente bajo la superficie del terreno.  Es favorable cuando el terreno es adecuado

para el funcionamiento hidráulico de la red de distribución

SEGÚN LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Reservorio de mampostería Su principal característica es que no cuenta con refuerzos, La principal desventajas es el agrietamientos, al no poseer acero para contrarresten tensiones. Pueden ser utilizadas como fosas sépticas o para el almacenamiento de agua.

Reservorio de hormigón armado Los tanques de hormigón armado pueden tomar cualquier geometría siendo capaces de resistir grandes presiones en los cuales el refuerzo de acero contrarresta las tensiones que se producen por el líquido o por el suelo, evitando de esta manera agrietamientos en las juntas.

Reservorio de plástico Son las estructuras más livianas que sirven para almacenar cualquier tipo de líquido. El plásticos usado debe tener algunos recubrimiento de materiales como polietileno o fibras resistentes que ayuden a contrarrestar las presiones. Esto tanques son de fácil y rápida instalación, pueden tener varias formas.

 Reservorio metálicos

Son estructuras livianas comparadas a los tanques de hormigón armado Sirven para resistir grande presiones debido a la gran resistencia de las planchas de acero estructural y las uniones soldadas que usadas para su construcción.

UBICACIÓN DEL RESERVORIO

 La ubicación está determinada principalmente por la necesidad y conveniencia de mantener la presión

dinámicas en la red de distribución  Debe garantizar presiones mínimas en las viviendas más elevadas y presiones máximas en las viviendas

más bajas.

PARTES DEL RESERVORIO

Tanque de almacenamiento Caseta de válvulas

INTERIOR LA CASETA DE VÁLVULA

CASETA DE VÁLVULA

1.5. PERÍODO Y CAUDALES DE DISEÑO

Período de diseño • Las obras de agua potable no se diseñan para satisfacer sólo una necesidad del momento, sino que deben prever el crecimiento de la población en un período de tiempo prudencial que varía entre 10 y 40 años; siendo necesario estimar cuál será la población futura al final de este período. Con la población futura se determina la demanda de agua para el final del período de diseño.

Período y caudales de diseño

• El período de diseño puede definirse como el tiempo en el cual el sistema será 100% eficiente, ya sea por capacidad en la conducción del gasto deseado o por la existencia física de las instalaciones. • Para determinar el período de diseño, se consideran factores como: Durabilidad o vida útil de las instalaciones, factibilidad de construcción y posibilidades de ampliación o sustitución, tendencias de crecimiento de la población y posibilidades de financiamiento.

• El proyectista adoptará el criterio más adecuado para determinar la población futura, tomando en cuenta para ello datos censales y proyecciones oficiales u otra fuente que refleje el crecimiento poblacional, los que serán debidamente sustentados.

Cálculo de población de diseño

Demanda de agua • La importancia del reservorio radica en garantizar el funcionamiento hidráulico del sistema y el mantenimiento de un servicio eficiente, en función a las necesidades de agua proyectadas y el rendimiento admisible de la fuente.

• Factores que afectan el consumo • Los principales factores que afectan el consumo de agua son: El tipo de comunidad, factores económicos y sociales, factores climáticos y tamaño de la comunidad. • Independientemente que la población sea rural o urbana, se debe considerar el consumo doméstico, el industrial, el comercial, el público y el consumo por pérdidas. • Demanda de dotaciones • Considerando los factores que determinan la variación de la demanda de consumo de agua en las diferentes localidades rurales; se asignan dotaciones con valores definidos para cada una de las regiones del país.

• Variaciones periódicas • La variación de consumo está influenciada por diversos factores, tales como: tipo de actividad, hábitos de la población, condiciones de clima, etc. • La dotación o la demanda per cápita, es la cantidad de agua que requiere cada persona de la población, expresada en litros/habitante/día. Conocida la dotación, es necesario estimar el consumo promedio diario anual, el consumo máximo diario y el consumo máximo horario. El consumo diario anual servirá para el cálculo del volumen del reservorio de almacenamiento y para estimar el consumo máximo diario y horario.

Caudales de diseño Demanda de agua

Consumo promedio diario anual (Qm)

El consumo máximo diario corresponde al máximo volumen de agua consumido en un día a lo largo de los 365 días del año; mientras que el consumo máximo horario, es el máximo caudal que se presenta durante una hora en el día de máximo consumo. Los coeficientes recomendados y más utilizados son del 130% para el consumo máximo diario (Qmd) y del 200%, para el consumo máximo horario (Qmh). * Consumo máximo diario (Qmd) = 1,3 Qm (l/s) * Consumo máximo horario (Qmh) = 2,0Qm (l/s

Consumo máximo diario (Qmd) y horario (Qmh)

El consumo promedio diario anual, se define como el resultado de una estimación del consumo per cápita para la población futura del período de diseño, expresada en litros por segundo (l/s.).

Según las NORMAS DE SANEAMIENTO que rigen actualmente nuestro país el volumen total de almacenamiento estará conformado por el volumen de regulación, volumen contra incendio y volumen de reserva. Norma OS 030. 𝑉𝐴𝑙𝑚𝑎𝑐𝑒𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑉𝑅𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 + 𝑉𝑖𝑛𝑐𝑒𝑛𝑑𝑖𝑜 + 𝑉𝑅𝑒𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎𝑠

VOLUMEN DE REGULACIÓN Vr=CQm Dónde:  Vr = Volumen de regulación en m3.  C = Coeficiente de regulación 0,20 – 0,25.  Qm = Consumo promedio diario anual en m3

Para los proyectos de agua potable por gravedad, el Ministerio de Salud recomienda una capacidad de regulación del reservorio del 20 al 25% del volumen del consumo promedio diario anual (Qm).

 Para 𝑉𝑅𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (gravedad) =15%𝑄𝑚

 Para 𝑉𝑅𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (bombeo) = 20% − 25% 𝑄𝑚 ; considerando el volumen de regulación por bombeo.

 Según norma, de comprobarse la no disponibilidad de datos para conformar el diagrama masa, se deberá

adoptar como mínimo el 25% del promedio anual de la demanda como capacidad de regulación  𝑉𝑅𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (bombeo) =25%𝑄𝑚

VOLUMEN DE RESERVA: Según norma, deberá justificarse un volumen adicional de reserva, siendo considerada por la norma Ministerio de Salud como el 33% de suma del volumen de regulación más volumen de incendio.  𝑉𝑟𝑒𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎 = 33%(𝑉𝑟𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 + 𝑉𝑖𝑛𝑐𝑒𝑛𝑑𝑖𝑜 )

 En la mayoría de las poblaciones rurales no se cuenta con información que permita utilizar los métodos

mencionados, pero si podemos estimar el consumo medio diario anual. En base a esta información se calcula el volumen de almacenamiento de acuerdo a las normas del Ministerio de Salud.

Reserva para emergencias por incendios

 Para poblaciones menores a 10000 habitantes no son necesarios y resulta antieconómico el proyectar demanda

contra incendios: sin embargo, el proyectista podrá considerar este aspecto cuando sea justificado técnicamente.  En los casos que se juzgue convenientemente considerar demanda contra incendio se requerirá una capacidad

adicional en los reservorios equivalente a 2horas o más del consumo estimado para incendio, determinado la base del número de hidrantes en uso simultáneo y el gasto de estos.

Población < 10,000

Extinción -

10,000-100,000

2grifos: 𝑡𝑚𝑖𝑛 = 2ℎ𝑟𝑠.

>100,000

1 en zona residencial en 2grifos, 1 en zona residencial en 3grifos : 𝑡𝑚𝑖𝑛 = 2ℎ𝑟𝑠.

1.7. PRE DIMENSIONAMIENTO

 Las dimensiones se calculan teniendo en cuenta la relación del diámetro

con la altura de agua (d/h), la misma que varía entre 0,50 y 3,00.  En el caso de un reservorio de sección rectangular, para este mismo rango de valores, se considera la relación del ancho de la base y la altura (b/h).  A continuación se muestra otras relaciones que se pueden tomar en cuenta Volumen 20 m3 D/h D h h+0.3 dif=(d - ht)

RESEVORIO CIRCULAR 0.5 2.34 4.67 4.97 2.64

0.75 2.67 3.56 3.86 1.19

1 2.94 2.94 3.24 0.30

1.25 3.17 2.54 2.84 -0.33

1.5 3.37 2.25 2.55 -0.82

1.75 3.55 2.03 2.33 -1.22

2 3.71 1.85 2.15 -1.55

2.25 3.86 1.71 2.01 -1.84

2.5 3.99 1.60 1.90 -2.10

2.75 4.12 1.50 1.80 -2.32

3 4.24 1.41 1.71 -2.53

2. PRE DIMENSIONAMIENTO http://agua01nuevomirafloressjl.bligoo.com.pe/

Volumen (m3) 500 1500 2000

Altura (m) 2 3 4

http://aahhsacachispa20131.wordpress.com/diseno/diseno-de-la-cisterna-y-el-reservorio/

2. PRE DIMENSIONAMIENTO The Water Treatments Profundidad más económica es, por lo tanto, determinada por las técnicas de optimización de uso de programas informáticos, teniendo en cuenta la instalación y los costos de operación y mantenimiento de todo el sistema. Las profundidades recomendadas para diferentes capacidades de los depósitos de almacenamiento están decoradas en continuación de la Tabla :

Lakh es una unidad en el sistema numérico indio, se traduce como cien mil http://www.thewatertreatments.com/water/water-tank-storage-reservoirs/

2. PRE DIMENSIONAMIENTO

Diseño de acueducto y alcantarillado – Ricardo Alfredo Lopez Cualla

2. PRE DIMENSIONAMIENTO Sistemas de agua potable por gravedad para poblaciones rurales [Thomas D Jordan, Jr.]


2. PRE DIMENSIONAMIENTO RECOMENDACIÓN DE ALTURAS SEGÚN SEDALPAL PARA SECCION CIRCULARES MIN 2.5 M MAX 8 M

PRESFREEED CONCRETE CYLINDRICAL TANKS – L. R. GRESSEY 1961


2. PRE DIMENSIONAMIENTO Reservorio de Cabrapata V=300 m3 Hallando la constante k para la relacion D/h para valores entre 0.5 - 3 D/h K D h HT=h+0.3

0.500 5.759 5.759 11.518 11.818

0.750 2.197 6.592 8.790 9.090

1.000 7.256 7.256 7.256 7.556

1.250 1.563 7.816 6.253 6.553

1.500 2.769 8.306 5.537 5.837

1.750 1.249 8.744 4.996 5.296

2.000 4.571 9.142 4.571 4.871

2.250 1.056 9.508 4.226 4.526

2.500 1.969 9.847 3.939 4.239

2.750 0.924 10.165 3.696 3.996

3.000 3.488 10.464 3.488 3.788

Asumiendo alturas recomendadas para un V=300 m3 h_asu = Inc h=h_asu+in D Ht=H+0.3 D/h

3m 0.000 0.100 3.000 3.100 11.284 11.100 3.300 3.400 3.76 3.58

0.200 3.200 10.925 3.500 3.41

0.300 3.300 10.759 3.600 3.26

0.400 3.400 10.599 3.700 3.12

0.500 3.500 10.447 3.800 2.98

0.600 3.600 10.301 3.900 2.86

0.700 3.700 10.160 4.000 2.75

0.800 3.800 10.026 4.100 2.64

0.900 3.900 9.897 4.200 2.54

1.000 4.000 9.772 4.300 2.44

h_asu = 3m Inc 0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 h=h_asu+in 3.000 3.100 3.200 3.300 3.400 3.500 3.600 3.700 3.800 2. PRE DIMENSIONAMIENTO D 11.284 11.100 10.925 10.759 10.599 10.447 10.301 10.160 10.026 m3 4.100 Ht=H+0.3 3.300 3.400Reservorio 3.500 3.600de Cabrapata 3.700 3.800 V=300 3.900 4.000 D/h 3.76 3.41 k para 3.26la relacion 3.12 D/h 2.98 2.86 entre2.75 Hallando3.58 la constante para valores 0.5 - 3 2.64 D/h K D h h_asu = HT=h+0.3

Inc h=h_asu+in Ah_asu = Inc R h=h_asu+in LD Ht=H+0.3 D D/h D/h

0.900 3.900 9.897 4.200 2.54

0.500 0.750 1.000 1.250 1.500 1.750 2.000 2.250 2.500 2.750 Según el libro sistemas de agua potable por gravedad para poblaciones rurales de Thomas d. J. 5.759 2.197 7.256 1.563 2.769 1.249 4.571 1.056 1.969 0.924 5.759 6.592 7.256 7.816 8.306 8.744 9.142 9.508 9.847 10.165 11.518 3 m8.790 7.256 6.253 5.537 4.996 4.571 4.226 3.939 3.696 11.818 9.090 7.556 6.553 5.837 5.296 4.871 4.526 4.239 3.996

1.000 4.000 9.772 4.300 2.44 3.000 3.488 10.464 3.488 3.788

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000 Asumiendo recomendadas 3.000 3.100 3.200alturas 3.300 3.400 para 3.500 un V=300 3.600 m33.700 3.800 3.900 4.000 100.0003 m 96.774 93.750 90.909 88.235 85.714 83.333 81.081 78.947 76.923 75.000 0.000 5.640 0.100 5.548 0.200 5.461 0.300 5.378 0.400 5.298 0.500 5.222 0.600 5.149 0.700 5.079 0.800 5.011 0.900 4.947 1.000 4.884 3.000 3.100 3.200 3.300 3.400 3.500 3.600 3.700 3.800 3.900 4.000 35.419 11.284 34.843 11.100 34.294 10.925 33.771 10.759 33.271 10.599 32.792 10.447 32.333 10.301 31.893 10.160 31.471 10.026 31.065 9.897 30.674 9.772 3.300 11.097 3.400 10.922 3.500 10.755 3.600 10.596 3.700 10.443 3.800 10.297 3.900 10.157 4.000 10.023 4.100 4.200 11.280 9.893 4.300 9.769 3.76 3.58 3.41 3.26 3.12 2.98 2.86 2.75 2.64 2.54 2.44 3.76 3.58 3.41 3.26 3.12 2.98 2.86 2.75 2.64 2.54 2.44

3. DISEÑO ESTRUCTURAL


Concreto armado – Harmsen (cap 18)










DISEÑO RESERVORIOS ELEVADOS

Los reservorios elevados son estanques de almacenamiento de agua que se encuentran por encima del nivel del terreno natural y son soportados por columnas y pilotes o por paredes. Desempeñan un rol importante en los sistemas de distribución de agua, tanto desde el punto de vista económico, así como del funcionamiento hidráulico del sistema y del mantenimiento de un servicio eficiente.

LOS RESERVORIOS ELEVADOS CUMPLEN DOS FUNCIONES PRINCIPALMENTE:

 Compensar las variaciones de los consumos que se producen durante el día.

 Mantener las presiones de servicio en la red de distribución.

CARACTERÍSTICAS DEL RESERVORIO ELEVADO.

Son estructuras en las cuales se puede distinguir 2 elementos fundamentales, los cuales detallaremos a continuación:  La estructura de soporte o fuste.  La Cuba o depósito de almacenamiento.

LA ESTRUCTURA DE SOPORTE O FUSTE.

 Está relacionada con la altura de nivel de agua para obtener la presión hidrostática requerida con la finalidad de

poder abastecer.  Esta estructura su función primordial es recibir la carga de del depósito incluido el peso del líquido.

LA CUBA.

 Es el recipiente que Contiene el volumen del líquido almacenado y su capacidad esta

función de la demanda existente. La geometría de los depósitos varia, desde los más comunes (cuadrados, rectangulares, cilíndricos), hasta los más complejos, dependiendo de la propuesta arquitectónica.

 TIPOS DE RESERVORIOS ELEVADOS

RESERVORIOS DE CABECERA

 Se alimentan directamente de la fuente o planta de tratamiento mediante gravedad o

bombeo. Causa una variación relativamente grande de la presión en las zonas extremas de la red de Distribución

RESERVORIOS FLOTANTES

 Se ubican en la parte más alejada de la red de distribución con relación a la captación o planta de tratamiento, se

alimentan por gravedad o por bombeo. Almacena agua en las horas de menor consumo y auxilia el abastecimiento de la ciudad durante las horas de mayor consumo.

DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE REGULACIÓN

 Los reservorios deben permitir que las demandas máximas que se producen en el consumo sean satisfechas

cabalmente, al igual que cualquier variación en los consumos registrados en las 24 horas del día, proveyendo presiones adecuadas en la red de distribución.  Los reservorios tienen la función de almacenar el agua sobrante cuando el caudal de consumo sea menor que el

de abastecimiento y aportar la diferencia entre ambos cuando sea mayor el de consumo.

MÉTODO BASADO EN LA CURVA DE CONSUMO

 Para determinar la capacidad mínima de un reservorio elevado mediante este método, se precisa disponer de

datos suficientes sobre las variaciones de consumo horarias y diarias de la población del proyecto o de una comunidad que presente características semejantes en términos de desenvolvimiento socio-económico, hábitos de población, clima y aspectos técnicos del sistema.  Asimismo, debe conocerse o fijarse el régimen de alimentación del reservorio: continúo o discontinuo, número de

horas de bombeo, caudal de bombeo, etc.

MÉTODO EMPÍRICO

Para sistemas por bombeo, el volumen de regulación deberá estar entre el 20 a 25% del caudal promedio diario, dependiendo del número y duración de las horas de bombeo, así como de los horarios en los que se realicen dichos bombeos.  Por tanto, el volumen debe ser determinado utilizando la siguiente expresión:

Vr =C Qm Donde: Vr = Volumen de regulación en m3.

C = Coeficiente de regulación 0,20 – 0,25. Qm = Consumo promedio diario anual en m3

Reserva para emergencias por incendios Para poblaciones menores a 10000 habitantes no son necesarios y resulta antieconómico el proyectar demanda contra incendios: sin embargo, el proyectista podrá considerar este aspecto cuando sea justificado técnicamente.

2.1. MÉTODOS DE DISEÑO a) Método de las secciones  El diseño por el método de las secciones considera que los tanques están conformados por

losas que constituyen su tapa, base y muros y estos elementos a su vez están sometidos a cargas uniformemente distribuidas tanto rectangulares como triangulares según sea el caso (Diseño de estructuras de concreto, Harsem). Los diferentes elementos del tanque pueden presentar flexión en una o dos direcciones dependiendo de sus dimensiones.

 Para calcular las fuerzas internas en los diferentes elementos del tanque es necesario realizar

cortes transversales en el mismo con el fin de conseguir secciones de diseño, esto se hace en las zonas críticas, de preferencia en donde las cargas sean más altas o donde las deflexiones puedan ser mayores. Los cortes pueden ser horizontales o verticales dependiendo de las características del tanque.

 De preferencia se diseñarán los tanques para que la fuerza cortante que se produce sea

resistida solamente por la sección de hormigón utilizada. Además se debe calcular el refuerzo necesario para absorber las cargas axiales que se presenten, en caso de que esto sea necesario estos refuerzos serán sumados a los refuerzos de flexión.

 Además de la verificación de que las secciones sean aptas para resistir las fuerzas internas y

del cálculo de los refuerzos que conformarán el tanque, es necesario analizar si la capacidad portante del suelo no es excedida para cargas de servicio y si la fuerza de flotación debido al nivel freático existente puede ser compensada solamente con el peso de la estructura.

b) Diseño por el método de la PCA  El método de diseño de la PCA está basado en tablas de las que se obtiene los valores de

deflexión (𝐶𝑑), cortante (𝐶𝑠) y momentos (𝑀𝑥,,𝑀𝑥𝑦) para diferentes condiciones de borde y de cargas. Estas tablas se encuentran en la publicación Rectangular Concrete Tanks de Javeed A. Munshi

 Los valores que presentan las tablas corresponden a un análisis de elementos finitos de placas

bidimensionales sujetas a cargas fuera del plano utilizando el programa SAP 90.

 Los coeficientes que presentan las tablas para el caso de que las paredes del tanque sean

continuas, se aplican directamente en caso de que los muros tengan las mismas dimensiones y los espesores de los elementos sean iguales. En caso de que no sea así y la sección del tanque es rectangular o los espesores de los elementos es diferente, es necesario realizar redistribuciones de momentos teniendo en cuenta las rigideces de los muros.

c) Diseño mediante el uso de programas auxiliares  El diseño mediante cálculo integral se realiza utilizando programas para diseño estructural,

en este caso se usó el programa SAP 2000.

 El programa determina a través del método de elementos finitos la respuesta en términos de

fuerzas, esfuerzos y deformadas en los elementos de áreas y sólidos. En relación al análisis No Lineal se puede obtener la curva de capacidad de una estructura a través de la aplicación de un Pushover y la definición de rotulas plásticas en los extremos de los elementos. Esta curva de capacidad permite estudiar los mecanismos de falla que representa un determinado modelo obteniendo la ductilidad, Capacidad ultima, máxima deformación inelástica, etc. todos estos aspectos según las normas correspondientes.

2.1. DISEÑO ESTRUCTURAL DEL RESERVORIO APOYADO

Para el diseño estructural de reservorios de pequeñas y medianas capacidades se recomienda utilizar el método de Portland Cement Association (ref. Nro. 15 y 19), que determina momentos y fuerzas cortantes como resultado de experiencias sobre modelos de reservorios basados en la teoría de Plates and Shells de Timoshenko, donde se consideran las paredes empotradas entre sí.

De acuerdo a las condiciones de borde que se fijen existen tres condiciones de selección, que son:  Tapa articulada y fondo articulado.  Tapa libre y fondo articulado.

 Tapa libre y fondo empotrado.

 En los reservorios apoyados o superficiales, típicos para poblaciones rurales, se utiliza

preferentemente la condición que considera la tapa libre y el fondo empotrado. Para este caso y cuando actúa solo el empuje del agua, la presión en el borde es cero y la presión máxima (P), ocurre en la base (ver Figura 6.5)

 𝑃 = 𝛾𝑎 ℎ  El empuje del agua es:  𝑃=

𝛾𝑎 ℎ2 𝑏 2

Dónde:  ya = Peso específico del agua.  h = Altura del agua.

 b = Ancho de la pared.

Para el diseño de la losa de cubierta se consideran como cargas actuantes el peso propio y la carga viva estimada; mientras que para el diseño de la losa de fondo, se considera el empuje del agua con el reservorio completamente lleno y los momentos en los extremos producidos por el empotramiento y el peso de la losa y la pared.

A) CALCULO DE MOMENTOS Y ESPESOR (E)

Paredes  El cálculo se realiza cuando el reservorio se encuentra lleno y sujeto a la presión del agua.  Para el cálculo de los momentos se utilizan los coeficientes (k) que se muestran en el Anexo H

(Cuadro H.5) se ingresa mediante la relación del ancho de la pared (b) y la altura de agua (h). Los límites de la relación de b/h son de 0.5 a 3.0.

Los momentos se determinan mediante la siguiente formula: 

𝑀 = 𝑘 ∗ 𝛾𝑎 ℎ3

 Coeficientes (k) para cálculo de momentos de las paredes de reservorios cuadrados-tapia

libre y fondo empotrado.

 El espesor de la pared (e) originado por un momento "M" y el esfuerzo de tracción por

flexión (ft) en cualquier punto de la pared, se determina mediante el método elástico sin agrietamiento, cuyo valor se estima mediante:

6𝑀 𝑒= 𝑓𝑡 ∗ 𝑏

1/2

Losa de cubierta La losa de cubierta será considerada como una losa armada en dos sentidos y apoyada en sus cuatro lados.

𝑒=

𝑃𝑒𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 180

≥ 9𝑐𝑚

 El espesor de la pared (e) originado por un momento "M" y el esfuerzo de tracción por

flexión (ft) en cualquier punto de la pared, se determina mediante el método elástico sin agrietamiento, cuyo valor se estima mediante:

6𝑀 𝑒= 𝑓𝑡 ∗ 𝑏

1/2

Losa de cubierta La losa de cubierta será considerada como una losa armada en dos sentidos y apoyada en sus cuatro lados.

𝑒=

𝑃𝑒𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 180

≥ 9𝑐𝑚

 Según el Reglamento Nacional de Construcciones para losas macizas en dos direcciones,

cuando la relación de las dos es igual a la unidad, los momentos flexionantes en las fajas centrales son:

MA=MB=CWL2 Dónde: C=0.036 W=peso total (carga muerta y carga viva) en kg/cm2

L: luz de calculo  Conocidos los valores de los momentos, se calcula el espesor útil “d” mediante el método

elástico con la siguiente relación:

𝑀 𝑑= 𝑅𝑏

1/2

𝑒𝑛 𝑐𝑚

M=MA=MB b = 100 cm., 𝑅 =

1 2

× 𝑓𝑠 × 𝑗 × 𝑘

n(1) =10

k(2) =0.361 j=1-k/3 = 0.879

Losa de fondo La losa de fondo será analizada como una placa flexible y no como una placa rígida, debido a que el espesor es pequeño en relación a la longitud; además la consideraremos apoyada en un medio cuya rigidez aumenta con el empotramiento. Dicha placa estará empotrada en los bordes.

Debido a la acción de las cargas verticales actuantes para una luz interna de L, se originan los siguientes momentos:  Momento de empotramiento en los extremos:

𝑀=

𝑊𝐿2 − 192

 Momento en el centro:

𝑀=

𝑊𝐿3 384

Para losas planas rectangulares armadas con armaduras en dos direcciones, Timoshenko(') recomienda los siguientes coeficientes:  Para un momento en el centro = 0.0513  Para un momento de empotramiento = 0.529

 Momentos finales:

Empotramiento (Me)=0.529*M Centro (Mc) = 0.0513*M

en Kg-m

en Kg-m

 Chequeo del espesor:

El espesor se calcula mediante el método elástico sin agrietamiento considerando el máximo momento absoluto (M = 69.40 Kg-m) con la siguiente relación: 𝑃 𝑒= ≥ 9𝑐𝑚 180

𝑒 =

6𝑀 1/2 𝑓𝑡∗𝑏

Distribución de una armadura Para determinar el valor del área de acero de la armadura de la pared, de la losa de cubierta y de fondo, se considera la siguiente relación: 𝐴𝑠 =

𝑀 𝑓𝑠∗𝑗∗𝑑

Dónde: M = Momento máximo absoluto en Kg-m. fs = Fatiga de trabajo en Kg/cm2.

j = Relación entre la distancia de la resultante de los esfuerzos de compresión al centro de gravedad de los esfuerzos de tensión. d = Peralte efectivo en cm.

Pared Para el diseño estructural de la armadura vertical y horizontal de la pared, se considera el momento máximo absoluto. La cuantía mínima se determina mediante la siguiente relación:  As min.=0.0015*b*e

Losa de cubierta  Para el diseño estructural de armadura se considera el momento en el centro de la losa

cuyo valor permitirá definir el área de acero en base a la ecuación: 𝑀 𝐴𝑠 = 𝑓𝑠 𝑗 𝑑

 La cuantía mínima recomendado es:  As min = 0.0018b*e

Pared Para el diseño estructural de la armadura vertical y horizontal de la pared, se considera el momento máximo absoluto. La cuantía mínima se determina mediante la siguiente relación:  As min.=0.0015*b*e

Losa de cubierta  Para el diseño estructural de armadura se considera el momento en el centro de la losa

cuyo valor permitirá definir el área de acero en base a la ecuación: 𝑀 𝐴𝑠 = 𝑓𝑠 𝑗 𝑑

 La cuantía mínima recomendado es:  As min = 0.0018b*e

Losa de cubierta Para el diseño estructural de armadura se considera el momento en el centro de la losa cuyo valor permitirá definir el área de acero en base a la ecuación. Para el cálculo se consideran: o M = 208.11 Kg-m. o fs = 1400 Kg/cm2. o j =0.879. o d = 7.5 cm.

Los valores de M, fs, j y d fueron desarrollados en el item 6.4a. La cuantía mínima recomendada es:  As min.= 0.0017 b x e = 1.70 cm2. Para: b = 100 y e = 10 cm.

Losa de fondo Se considera una cuantía mínima de:

As min. = 0.0017 x b x e = 2.55 cm2 En todos los casos, cuando el valor de área de acero (As) es menor a la cuantía mínima (As min.), para la distribución de la armadura se utilizara el valor de dicha cuantía.

CAPÍTULO III. CONSTRUCCIÓN DEL RESERVORIO  Es una estructura que sirve, por un lado, para

almacenar el agua y abastecer a la población, y por otro, para mantener una presión adecuada en las redes y dar un buen servicio.  El reservorio de almacenamiento consta de dos

partes: la primera, el depósito de almacenamiento; y la segunda, la caseta de válvulas donde se encuentran las válvulas de control de entrada y salida del agua.

 Construcción de reservorio apoyado de concreto armado de forma cuadrada o circular

Descripción

• Es importante conocer la forma, las dimensiones y el volumen del reservorio, los cuales se encuentran descritos en los planos respectivos. • El reservorio consta delas siguientes partes: • Losa de fondo de concreto armado, muros de sección rectangular de concreto armado, losa de cubierta de concreto armado provista de buzón de inspección. • Además, constará de una caseta de válvulas y escalera interior.

• Se ejecutará la excavación llegando a terreno de fundación estable, de acuerdo a la resistencia del suelo. La excavación será bien nivelada y cualquier exceso se rellenará con concreto de f’c = 100kg/cm2. Excavación l

Encofrados

• Los encofrados serán prácticamente indeformables y estancos, y estarán constituidos por elementos metálicos, de madera o triplay y los plazos para los desencofrados serán los siguientes: • Muros............................. 3 días. • Losa de cubierta............. 21 días.


Losa de fondo

Muros l

• Previo al vaciado de la losa de fondo, se ejecutará el vaciado de un solado de 0,10 m, de espesor, con concreto cuya resistencia llegue a f’c = 100 kg/cm2. • Será de concreto armado cuyo espesor, dimensiones, diámetro y espaciamiento del acero de refuerzo, resulta del diseño respectivo indicado en los planos.

• Luego del vaciado de la losa de fondo, se procede al habilitado y colocado de la armadura de acero, cuyos diámetros y espaciamientos serán de acuerdo al diseño respectivo. Después se encofrará la parte interna y externa de las paredes de los muros; estando preparadas las formas se procede al vaciado de los muros con concreto f’c= 210 kg/cm2.

• Constituido por escalines de fierro galvanizado adosados al muro. Servirá para el ingreso al reservorio. En el vaciado de los muros se anclarán los peldaños de 3/4” de diámetro por cada 0,30 m. Escalera interior

 Construcción de reservorio apoyado de concreto armado de forma cuadrada o circular • Se utilizará cemento fresco, sin terrones y en buenas condiciones de estacionamiento; la piedra será de los diámetros requeridos, según los espesores de concreto a vaciar; la arena a emplear será limpia. Materiales

Recubrimientos l

• Se respetarán los siguientes recubrimientos en las siguientes estructuras: • Losa de fondo: 1,5 cm • Muros: 1,5 cm • Losa de cubierta: 1,5 cm

Instalación de tuberías y válvulas

• Se instalará el sistema de tuberías indicado en el plano correspondiente a “caseta de válvulas”. • Válvula de ingreso • Válvula de salida • Válvula de limpia • Válvula de by pass


Prueba hidráulica

• Se llenará el reservorio lentamente con agua y se observará atentamente si hay fugas, debido a porosidad del concreto, juntas de construcciones y otros. La prueba a tanque lleno durará 24 horas. Si se producen filtraciones se harán los resanes necesarios y se repetirá la prueba hasta obtener resultados satisfactorios.

• Después de realizar la prueba hidráulica, si se obtiene resultados satisfactorios, se procede a realizar el enlucido impermeabilizante en la totalidad del área interior. • El preparado con impermeabilizante debe emplearse dentro de 3 ó 4 horas desde su preparación. Impermeabilización • Se impermeabilizarán las superficies en contacto con el agua hasta los 10 cm por encima del nivel del rebose.

Otros

• En general, los morteros deberán ser bien elaborados con la menor relación agua-cemento que haga la mezcla trabajable, (se recomienda 0,5), lo que dará resistencia con la granulometría adecuada para evitar porosidades. • Las secciones vaciadas no deberán sufrir vibraciones durante tres días. • Debe tenerse cuidado con la retracción del concreto, para lo que se recomienda la desecación rápida haciendo un curado enérgico o el uso de compuestos especiales.

PROCESO CONSTRUCTIVO DE TANQUES ELEVADOS

Consideraciones

Relleno y Compactación

Estructuras que componen los reservorios elevados

Pruebas Hidráulicas y desinfección

Replanteo

Excavaciones y Cortes

Suministro de instalación de tuberías

Suministro e instalación de accesorios

La construcción de los reservorios elevados deberá realizarse de acuerdo con los planos aprobados del proyecto. Todo cambio en los mismos, debe ser consultado cuando éste modifique la concepción base del proyecto dándose las razones que puedan motivar tales cambios. Las pequeñas modificaciones deben figurar en los planos de construcción indicando la ubicación definitiva de las obras.

NORMAS TÉCNICAS A ADOPTARSE EN LA CONSTRUCCIÓN  La construcción de la obra, se efectuará de conformidad con las siguientes Normas y Reglamentos:

- Reglamento Nacional de Construcciones. - Norma ITINTEC (Instituto de Investigación Tecnología,

Industrial y de Normas Técnicas).

- Normas Peruanas de Concreto. - Normas A.C.I (American Concrete Institute).

- Normas A.S.T.M. (American Society for testing and Materials). - Norma A.A.S.H.O. (American Association of State Highway Officials).

REPLANTEO

 El replanteo consiste en llevar sobre el terreno, los ejes y niveles establecidos en los planos; la ubicación y

dimensiones del reservorio de almacenamiento; las marcas y señales de referencia, fijas y temporales.  Cuando la construcción vaya a realizarse sobre un terreno rústico, es recomendable emparejar el terreno antes

del replanteo. Las demarcaciones deberán ser exactas, claras y seguras. El replanteo se deberá realizar antes o después de las excavaciones para los cimientos.

EXCAVACIONES Y CORTES

 Cortes

La excavación en corte abierto tiene como finalidad retirar las elevaciones, montículos, así como los cortes de taludes. Se deberá realizar manualmente o con maquinaria, a trazos anchos y profundidades necesarias para la construcción, de acuerdo a los planos replanteados en obra y/o presentes en las especificaciones.

ESPACIAMIENTO DE EXCAVACIONES

 El espaciamiento de la excavación con respecto a las paredes de los componentes de toda infraestructura de

alcantarillado, dependerá de la profundidad, el tipo de terreno, el procedimiento constructivo, etc.; recomendándose que en el fondo de toda excavación se mantengan los siguientes espaciamientos:

- En reservorios, cisternas, estaciones de bombeo y rebombeo: 0,60 – 1,00 m. - En tuberías y ductos: 0,15 – 0,30 m.

DRENAJE

En todo momento, durante el período de excavación hasta su terminación e inspección final y aceptación, se proveerá de medios y equipos adecuados mediante los cuales se pueda extraer en forma inmediata toda el agua que entre en el momento de la excavación en las diferentes partes de la obra. No se permitirá que suba el agua o se ponga en contacto con la estructura, hasta que el concreto y/o mortero haya obtenido fragua satisfactoria y, de ninguna manera antes de seis (06) horas de haber colocado el concreto y/o mortero. El agua bombeada o drenada de la obra, será eliminada de una manera adecuada, sin daño a las propiedades adyacentes, pavimentos, veredas u otra obra en construcción.

RELLENO Y COMPACTACIÓN

Comprende el relleno con material removido, extraído de la zona y colocación, perfilándola hasta lograr un grado de compactación que se indica en los planos de cimentación. Se tomarán las previsiones necesarias para la consolidación del relleno, que protegerá las estructuras enterradas. El relleno podrá realizarse con el material de la excavación, siempre que cumpla con las características establecidas en las definiciones del "Material Selecto" y/o "Material Seleccionado". Si el material de la excavación no fuera el apropiado, se reemplazará por "Material de Préstamo".

ESTRUCTURAS QUE COMPONEN LOS RESERVORIOS ELEVADOS

 Las estructuras de concreto armado que componen los reservorios elevados son:

- La cimentación. - La estructura de soporte, que puede ser - La cuba de almacenamiento.

columnas arriostradas o un fuste cilíndrico.

SUMINISTRO DE INSTALACIÓN DE TUBERÍAS

Las tuberías podrán ser fierro galvanizado o hierro dúctil. En los planos de instalaciones hidráulicas se especifica el material y el diámetro de las tuberías.

SUMINISTRO E INSTALACIÓN DE ACCESORIOS

PRUEBAS HIDRÁULICAS Y DESINFECCIÓN

La finalidad de las pruebas hidráulicas y desinfección, es verificar que todas las líneas de agua potable y estructuras de almacenamiento, hayan quedado correctamente instaladas, probadas contra fugas y desinfectadas, listas para prestar servicio.

Con el presente trabajo se logró conocer y diferenciar los tipos de reservorios. También se conoció los criterios y métodos utilizados para el diseño estructural del reservorio.

Se observó que los reservorios más construidos son los elevados de sección cilíndrica y de los reservorios apoyados son de sección rectangular y circular; mientras que para los enterrados son las cisternas, esto se debe a que son más económicos y de fácil construcción.

se diferenció el proceso constructivo de un reservorio elevados con los apoyados y enterrados; puesto que para reservorios elevados y enterrados la construcción es parecidos.







DISEÑO ESTRUCTURAL





Predimensionamiento de Reservorio

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