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  • Proyecto Planta de Tratamiento de Agua Residuales - PTAR

    MEMORIA DE CLCULO DEL DISEO ESTRUCTURAL

    Contratante: Empresa Pblica Municipal de Desarrollo

    Econmico de Cuenca EDEC EP

    Consultor: Ing. Fernando Zalamea Len PhD.

    Marzo 2014

    Cuenca - Ecuador

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    Contenido 1 ANTECEDENTES Y ALCANCE DEL ESTUDIO .................................................................... 2

    2 DESCRIPCIN ........................................................................................................................... 3

    3 IDEALIZACIN DEL MODELO ESTRUCTURAL ............................................................... 7

    4 RESULTADOS DE CLCULO ............................................................................................... 12

    5 PROCESO CONSTRUCTIVO ................................................................................................. 24

    6 ESPECIFICACIONES DE MATERIALES .............................................................................. 25 Tabla de Ilustraciones Ilustracin 1.- Espectro de respuesta para la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales. ............ 5 Ilustracin 2.- Modelo tridimensional de Canal de Ingreso y Tanque Homogenizador .................. 7 Ilustracin 3.- Modelo tridimensional de elementos shell del Tanque Imhoff ................................ 8 Ilustracin 4.- Modelo tridimensional de elementos shell de Tanque de Lodos Activados ............ 8 Ilustracin 5.- Modelo tridimensional de elementos shell del Clarificados Secundario ................. 9 Ilustracin 6.- Modelo tridimensional de elementos Shell y frame de Eras de Secado ................... 9 Ilustracin 7.- Modelo tridimensional de elementos Shell del tanque de Desinfeccin ................ 10 Ilustracin 8.- Modelo tridimensional de elementos frame de la caseta de oficina y laboratorio . 10 Ilustracin 9 Modelo tridimensional de elementos frame de gradas metlicas. ......................... 11 Ilustracin 10.- Deformacin esquemtica del Canal de Ingraso y Tanque Homogenizador ....... 12 Ilustracin 11.- Deformacin esquemtica del Tanque Imhoff ..................................................... 13 Ilustracin 12.- Deformacin esquemtica del Tanque de Lodos Activados ................................ 13 Ilustracin 13.- Deformacin esquemtica del Tanque Clarificador Secundario .......................... 14 Ilustracin 14.- Deformacin esquemtica de los tanques Eras de Secado ................................... 14 Ilustracin 15.- Deformacin esquemtica del tanque de Desinfeccin ........................................ 15 Ilustracin 16.- deformacin esquemtica de caseta de oficinas y laboratorio ............................. 15 Ilustracin 17.- Deformacin esquemtica de gradas metlicas .................................................... 16 Ilustracin 18.- Momentos mximo del Canal de Ingreso y Tanque Homogenizador .................. 16 Ilustracin 19.- Momentos mximo del Tanque Imhoff ................................................................ 17 Ilustracin 20.- Momento mximo del Tanque de Lodos Activados ............................................ 17 Ilustracin 21.- Momento mximo del Tanque Clarificador Secundario ...................................... 18 Ilustracin 22.- Momento mximo de los tanques Eras de Secado ............................................... 18 Ilustracin 23.- Momentos mximos del tanque de Desinfeccin ................................................. 19 Ilustracin 24.- Momentos Mximos de caseta de oficinas y laboratorio ..................................... 19 Ilustracin 25.- Momentos Mximos de gradas metlicas ............................................................ 20 Ilustracin 26.- Cortantes mximos del Canal de Ingreso y Tanque Homogenizador .................. 20 Ilustracin 27.- Cortante mximo del Tanque Imhoff ................................................................... 21 Ilustracin 28.- Cortante mximo del Tanque de Lodos Activados .............................................. 21 Ilustracin 29.- Cortante mximo del Tanque Clarificador Secundario ........................................ 22 Ilustracin 30.- Cortante mximo de los tanques Eras de Secado ................................................. 22 Ilustracin 31.- Cortantes mximos del tanque de Desinfeccin ................................................... 23 Ilustracin 32.- Cortantes Mximos de caseta de oficinas y laboratorio ....................................... 23 Ilustracin 33.- Cortantes Mximos de gradas metlicas .............................................................. 24

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    1 ANTECEDENTES Y ALCANCE DEL ESTUDIO Este trabajo recoge un resumen de las principales consideraciones realizadas durante el clculo y diseo del complejo denominado Planta de Tratamiento de Aguas Residuales, ubicada dentro del parque industrial de Chauyallacu, en la parroquia Tarqui, en la provincia del Azuay. La Empresa Pblica Municipal de Desarrollo Econmico de Cuenca EDEC EP, proporcion el diseo hidrulico y arquitectnico del complejo en funcin de los requerimientos del proyecto. La estructura se va a edificar en un lote de una superficie de aproximadamente de 1500 m. A travs del clculo realizado se determin dimensiones y refuerzo estructural requeridos en los diferentes elementos, de manera que la estructura cumpla satisfactoriamente las condiciones de resistencia y servicio para la cual fue proyectada. El resultado del diseo estructural se sintetiza en los planos adjuntos, los cuales contienen todos los detalles necesarios para la construccin, incluyendo planillas de hierros y cantidades de obra. 2 DESCRIPCIN 2.1 Reglamento utilizado Para el clculo y diseo de los diferentes elementos estructurales de los edificios se consideraron los siguientes cdigos:

    - El Cdigo Ecuatoriano de la Construccin NEC 11. - La normativa para edificaciones en acero AISC. - El reglamento para construcciones de concreto reforzado del American Concrete Institute

    (ACI-318). - El reglamento de ingeniera medioambiental para estructuras de concreto del American

    Concrete Institute (ACI-350). 2.2 Condiciones de resistencia y de servicio Los elementos estructurales fueron calculados y diseados verificando las condiciones de resistencia y servicio especificadas por la normativa. Se utiliz un diseo a resistencia ltima, por cuanto se mayora las cargas de servicio por factores de seguridad segn la combinacin de carga. Para el diseo de los elementos se consider las siguientes combinaciones de carga para verificar la resistencia de la estructura:

    Cu = 1.4CM Cu = 1.2CM + 1.6CV Cu = 1.2CM + 0.5CV 1.0CSx Cu = 1.2CM + 0.5CV 1.0CSy Cu = 0.9CM 1.0CSx Cu = 0.9CM 1.0CSy

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    Para el anlisis a servicio se consider las siguientes combinaciones:

    Cu = CM Cu = CM + CV

    En donde, Cu es la carga ltima o de diseo, CM corresponde a la carga muerta o permanente, CV es la carga viva o de uso, CSx la carga debida al sismo en direccin X y CSy la carga debida al sismo en direccin Y. Ambas solicitaciones ssmicas consideran el 30% de la carga en sentido transversal. 2.3 Espectro de diseo Para la Parroquia Tarqui, la Norma Ecuatoriana de la Construccin NEC-11 en su captulo 2 correspondiente al Peligro Ssmico y Requisitos de Diseo Resistente, establece una carga ssmica equivalente a una aceleracin de 0.25g. Para el anlisis del comportamiento ssmico se prefiri realizar un anlisis modal espectral. Los parmetros del suelo se obtuvieron de estudios geotcnicos realizados con anterioridad en zonas aledaas al sitio del proyecto, llegando a obtener un suelo tipo C segn la tabla 2.3 del captulo 2 de la Norma NEC-11. De acuerdo a los requerimientos del cdigo ecuatoriano se especfica lo siguiente:

    FACTORES PARA EL ESPECTRO DE DISEO

    Zona ssmica adoptada para el terreno Zona II

    Factor de zona Z = 0.25

    Coeficientes de amplificacin dinmica

    Fa = 1.4

    Fd = 1.7

    Fs =1.25

    Factor por irregularidades en planta

    pa = 1

    pb = 1

    p = 1

    Factor por irregularidades en elevacin

    ea = 1

    eb = 1

    e = 1

    Coeficiente de reduccin de respuesta estructural R = 6

    Factor de importancia I = 1.3

    Tabla 2.1 Datos para el espectro de diseo del complejo

    El espectro obtenido al utilizar estos datos, se puede observar en la Figura 2.1

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    Perodo inicial

    = 0,1Fs !"!"= 0.152 seg

    Perodo crtico

    = 0,55Fs !"!"= 0.835 seg

    Perodo mximo

    ! = 2,4Fd 4s = 4.00 seg

    Ilustracin 1.- Espectro de respuesta para la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales.

    2.4 Lmites de la deriva El valor de M debe calcularse mediante:

    EM R No pudiendo M superar los valores establecidos en la Tabla 2.2

    Estructuras de: M mxima Hormign armado, estructuras metlicas y de madera.

    0.020

    De mampostera. 0.010

    Tabla 2.2 Valores de M mximos, como fraccin de la altura de piso

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    2.5 Cortante Basal de diseo El cortante basal total de diseo V a ser aplicado a una estructura en una direccin dada se determinar mediante las expresiones:

    WRZICV

    EP

    TSCS25.1

    Dnde:

    C No debe exceder del valor de mC establecido ( mC = 3) y no debe ser menor a 0.5, pudiendo utilizarse para cualquier estructura. S Su valor y el de su exponente son 1

    P Factor de configuracin estructural en planta.

    E Factor de configuracin estructural en elevacin. R Factor de reduccin de la respuesta estructural. 2.6 Periodo de vibracin

    El valor del periodo de vibracin de T ser determinado a partir de las siguientes consideraciones:

    - para estructuras de edifi