diseÑo estructural de tanque imhoff

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DISEO ESTRUCTURAL DE TANQUE IMHOFF1.1 NORMAS UTILIZADAS Para el presente sustento estructural se utilizaron Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE), las continuacin: Norma E.020 Cargas Norma E.030 Diseo sismorresistente Norma E.050 Suelos y cimentaciones Norma E.060 Concreto armado Norma IS.010 Instalaciones sanitarias para edificaciones Norma ACI 318 diversas normas del cuales se indican a

1.2 ESTRUCTURACIN La estructura del tanque IMHOFF est conformada predominantemente por elementos de concreto armado. Los muros estructurales resisten la cargas ssmicas actuantes; en la direccin YY y en la direccin XX.

1.4 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Concreto Resistencia a la compresin: Peso especfico Acero Acero de refuerzo grado 60: Peso especfico : fy = 4200 kg/cm2 7850 kg/m3 : f`c = 210 kg/cm2 2400 kg/m3

1.5 CARGAS CONSIDERADAS Las cargas consideradas son carga muerta, carga viva y carga ssmica, las cuales detallamos a continuacin Carga muerta:

1

Peso de la losa maciza 0.20 m de espesor Peso de acabados Carga viva: Sobrecarga (agua) 1.6 COMBINACIONES DE CARGAS Se emplearon las siguientes combinaciones: 1.5 x Carga Muerta +1.8 x Carga Viva 1.25 x (Carga Muerta + Carga viva) + / - Carga Ssmica 0.9 x Carga Muerta +/- Carga ssmica

480 kg/m2 100 kg/m2

1000 kg/m2

1.7 METRADO DE CARGAS Concreto armado Agua Peso especfico neto suelo sumergido 2400 kg/m3 1000 kg/m3 1100kg/m3

Luego los pesos de carga muerta expresados en unidad de superficie: Losa maciza Acabado h = 20 cm e = 5 cm 480 kg/m2 100 kg/m2

1.8

DISEO DE TANQUE

1.8.1 DISEO POR FLEXIN Para realizar el diseo del tanque procedemos a realizar los metrados de cargas: Tapa : Peso propio 0.30x 2400 = 720 kg/m2 Acabados CM Fondo: Peso propio 0.30 x 2400 = Acabados = 720 kg/m2 100 kg/m2 = 100 kg/m2 = 820 kg/m2 CV = 200 kg/m2

2

CM

= 820 kg/m2

s/c = CV = 1000 x 3.50 = 3500 kg/m2 Paredes laterales: De acuerdo a

(agua de cisterna)

ubicacin propia del tanque encontramos que un lado del

mismo se encuentra enterrado (4.50 m aproximadamente) y el otro lado expuesto.

Cabe sealar que procederemos al dimensionamiento para los casos donde: 1. El tanque se encuentre vaco y las acciones del empuje de la tierra incidan sobre el muro del tanque, 2. El otro caso sera de la accin neta del agua del tanque sobre la pared del tanque en el lado donde no est enterrado

De esta manera consideramos los dos casos crticos, pues de presentarse ambos en un solo muro las fuerzas al ser opuestas se podran contrarrestar.

Para el tanque IMHOFF consideramos el espesor de 0.30 m para

las

paredes laterales y fondo. Se procede a calcular el coeficiente para determinar las presiones laterales sobre la placa (muro) del tanque Ka = tg2(45-/2) = 0,3

Los empujes sern calculados de la siguiente forma: w= Ka x x H donde: Empuje de terreno (Et) : w = 0.30 x 2000 x 4.50 = 2700 kg/m2 w = 0.30 x 200 = 60.00 kg/m2 w = 1 x 1000 x 4.00= 4000 kg/m2

Empuje de sobrecarga (Es/c) : Empuje del agua (Ea) :

Diseo de paredes laterales del tanque

3

Figura 1

Se observa que la situacin ms crtica para el diseo de las paredes laterales se presentar cuando la cisterna se encuentre vaca, en el lado en el que se encuentre enterrado, y 2da crtica donde la presin de agua este sobre el lado libre .Tambin sabemos que las cargas ultimas adems de amplificarse por los coeficientes de la norma, debern amplificarse

adicionalmente por 1.3, segn ACI-350 (elementos en contacto permanente o temporal con el agua), por lo que tenemos:

Caso 1: Tanque vaco y presin lateral del suelo. Wu= 1.3 ( 1.8x Es/c + 1.8 x Et ) Wu = 1.3 x (1.8x 0.06 + 1.8 x 2.70) = 6.45 ton Mmax= 0.1283x(WuxLn/2)xLn = 0.1283 x ( 6.45x4.50/2) x 4.50 = 8.38 tonxm Con b = 100 cm y d = 30 7 =23 cm con lo cual tenemos que el As = 10.17cm2 Por lo tanto se colocar 5/8 @ .20 m (As=12 cm2) en el sector interior y exterior , pues la presin puede ser ejercido por ambos lados de la pared lateral.

4

Verificacin por cortante Vsup = Wu x Ln/6 = 6.45 x 4.50 / 6 = 4.84 ton Vinf = Wu x Ln/3 = 6.45 x 4.50 / 3 = 9.68ton

VC =0.85x0.53 x210 x 100 x23Por lo tanto se comprueba que:

= 15015.2 kg = 15.01 ton

Vc

> Vu

, es correcto

Caso 2 : Tanque lleno y sin presin lateral del suelo.

Wu= 1.3 (1.8 x Ea ) Wu = 1.3 x (1.8 x 4.00) = 9.36 ton Mmax= 0.1283x(WuxLn/2)xLn = 0.1283 x ( 9.36x4.00/2) x 4.00 = 9.60 tonxm Con b = 100 cm y d = 30 7 =23 cm con lo cual tenemos que el As = 11.75 cm2 Por lo tanto se colocar 5/8 @ .20 m (As=12 cm2) en el sector interior y exterior, pues la presin puede ser ejercido por ambos lados de la pared lateral. Verificacin por cortante Vsup = Wu x Ln/6 = 9.36x 4.00/ 6 = 6.24 ton Vinf = Wu x Ln/3 = 9.36 x 4.00 / 3 = 12.48 ton

VC =0.85x0.53 x210 x 100 x23Por lo tanto se comprueba que:

= 15015.2 kg = 15.01 ton

Vc

> Vu

, es correcto

1.9 ANLISIS DE TANQUE EXISTENTE

Se procede a realizar el clculo de los momentos resistentes de, encontramos que las paredes y fondo del tanque existe es de 0.25 m , no se conoce las dimensiones del acero , pero en las siguiente se estima cual acero debi ser coloca utilizando dicha seccin :

5

Los empuje de terreno y aguas sern los mismas Empuje de terreno (Et) : w = 0.30 x 2000 x 4.50 = 2700 kg/m 2 w = 0.30 x 200 = 60.00 kg/m2 w = 1 x 1000 x 4.00= 4000 kg/m2

Empuje de sobrecarga (Es/c) : Empuje del agua (Ea) :

Caso 1: Tanque vaco y presin lateral del suelo. Wu Mmax = 16.45 ton = 8.38 tonxm

Con b = 100 cm y d = 25 7 =18 cm con lo cual tenemos que el As = 13.51cm2 Por lo tanto se tendra que haber colocado 3/4 @ .25 m (As=14.20 cm2) en el sector interior y exterior , pues la presin puede ser ejercido por ambos lados de la pared lateral. Verificacin por cortante Vsup = Wu x Ln/6 = 6.45 x 4.50 / 6 = 4.84 ton Vinf = Wu x Ln/3 = 6.45 x 4.50 / 3 = 9.68ton

VC =0.85x0.53 x210 x 100 x18Por lo tanto se comprueba que:

= 11751 kg = 11.75 ton

Vc > Vu, es

correcto

Caso 2: Tanque lleno y sin presin lateral del suelo. Wu = 9.36 ton Mmax= 9.60 tonxm Con b = 100 cm y d = 25 7 =18 cm con lo cual tenemos que el As = 15.73 cm2 Por lo tanto, se tendra que haber colocado 3/4 @ .20 m (As=17.04 cm2) en el sector interior y exterior, pues la presin puede ser ejercido por ambos lados de la pared lateral. Verificacin por cortante Vsup = Wu x Ln/6 = 9.36x 4.00/ 6 = 6.24 ton

6

Vinf = Wu x Ln/3 = 9.36 x 4.00 / 3 = 12.48 ton

VC =0.85x0.53 x210 x 100 x18Por lo tanto se comprueba que:

= 11751 kg = 11.75 ton

Vc

> Vu, NO CUMPLIRA, por lo que

se tendra que aumentar la seccin de la pared, para resistir las fuerzas cortantes, ejercidas por el lquido del tanque

1.10 REFORZAMIENTO DE TANQUE EXISTENTE Como se apreci en el anlisis anterior, el tanque bajo las condiciones actuales, no soportara las presiones ejercidas sobre las paredes, por lo cual se procede a realizar el planteamiento de reforzamiento de la estructura. Se plantea columnas rectangulares con refuerzos tipo contrafuertes en su parte inferior como se aprecia en la Figura 2 y 3

Figura 2

7

Figura 3 Las placas existente son de espesor de 25 cm y de unas sola malla, por lo que no es recomendable picar la placa para poder hallar el acero para conectarlo con las columnas planteadas pues se debilitara el muro, por lo que las columnas tendran que estar pegado a la cara exterior de la placa, recibiendo de esta manera las columnas una carga de la losa entera. Se ha ubicado estratgicamente las columnas de manera que se puedan distribuir las cargas sobre las columnas, por lo cual se aprecian las zonas tributarias en la figura 4, y en la figura 5 las cargas ejercidas sobre el muro y las columnas Figura 4

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Procedemos a analizar las columnas tipos contrafuertes si cumplen con los factores de volteo y deslizamiento

Figura 5

Fuerza del agua = 4000 kg = 4000 kg Momento producido = 4000 x 1.60 = 6400 kg Fuerzas y momento de columna F 0.35x5.00x2400 = 4200 kg x 1.325m x 0.77 m x 1.15/2 m x 1.50/2 m M = 5565.00 kgxm = 2018.94 kgxm = 952.20 kgxm = 1350.00 kgxm

1.15x1.90x2400/2 = 2622 kg 1.15x0.60x2400 0.60x1.50x2000 = 1656 kg = 1800 kg

Total Fuerzas resistentes

= 10270 kg

Total Momentos resistentes = 9886.14 kg/m

9

Deslizamiento : Fresis / Fact = 10270 / 4000 Volteo

= 2.57

: Mresis/ Mact = 9886.14/ 6400 = 1.54

Por lo tanto cumple el predimensionamiento es correcto. Se realiza el anlisis para el caso crtico de las cargas (presin del lquido), y para el lado crtico, donde las columnas se encuentran mas separadas Caso 2: Tanque lleno y sin presin lateral del suelo. Wu= 1.3 (1.8 x Ea )x Long tributaria Wu = 1.3 x (1.8 x 4.00) x 2.68 = 25.08 ton Mmax= 0.1283x(WuxLn/2)xLn = 0.1283 x (25.08x4.00/2) x 4.00 = 25.74 tonxm Este momento negativo se presenta aproximadamente a 1/3 de la base y aproximadamente ah tenemos una seccin de columna de 70 cm Con b = 35 cm y d = 70-5 =65 cm con lo cual tenemos que el As = 11.12 cm2 Por lo tanto se colocar 4 f 3/4 en la parte externa de la columna, la cual trabajar como una viga en voladizo, donde su momento mayor se encuentra cerca a la base. La distribucin se aprecia en la figura 6 Verificacin por cortante, en la base donde se desarrolla la mayor fuerza cortante Vsup = Wu x Ln/6 = 25.08x 4.00/ 6 = 16.72 ton Vinf = Wu x Ln/3 = 25.08 x 4.00 / 3 = 33.44 ton

VC =0.85x0.53 x210 x 35x150Por lo tanto se comprueba que:

= 34273 kg = 34.27 ton

Vc

> Vu

, es correcto

10

Figura 6 Adems de este refuerzo se ha arriostrad

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