Memoria Diseño Estructural Tanque Almacenamiento Puerto Esperanza

DISEÑO ESTRUCTURAL - TANQUE DE ALMACENAMIENTO AGUA POTABLE DEPARTAMENTO DE GUAINíA GUAINíA MUNICIPIO MUNICIPIO DE INIRIDA CENTRO EDUCATIVO PUERTO ESPERANZA

MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURA TANQUE DE ALMACENAMI ALMACENAMIENTO ENTO ING. ELKIN M BARRERA

Tabla de contenido 1.

INTRODUCCION ........................................................................................................................... 3 2.

MODELAMIENTO ESTRUCTURAL ............................................................................................. 4

2.1

Discretización ...................................................................................................................... 4

2.2

Materiales ........................................................................................................................... 5

2.3

Condiciones de Frontera ..................................................................................................... 5

3.

EVALUACIÓN DE CARGAS ........................................................................................................ 5

3.1

Carga Muerta....................................................................................................................... 5

3.2

Carga Viva ............................................................................................................................ 5

3.3

Carga Hidrostática ............................................................................................................... 5

3.4

Presiones de tierras ............................................................................................................. 7

3.5

Cálculo de Sub-presión. ....................................................................................................... 8

3.6

Combinaciones de Carga ..................................................................................................... 9

3.6.1

1.4 CM ............................................................................................................................. 9

3.6.2

1.2 CM + 1.6 CV .............................................................................................................. 9

3.6.3

1.2 CM + 1.6 EMPUJE ..................................................................................................... 9

3.6.4

1.2 CM + 1.6 EMPUJE + 1.6 CV ...................................................................................... 9

3.6.5

1.2 CM + 1.6 HIDROSTATICA .......................................................................................... 9

3.6.6

1.2 CM + 1.6 HIDROSTATICA + 1.6 CV ........................................................................... 9

3.6.7

1.2 CM + 1.6 EMPUJE + 1.6 HIDROSTATICA + 1.6 CV .................................................... 9

3.6.8

ENVOLVENTE ................................................................................................................... 9

3.7

Esfuerzos y momentos máximos sobre muros y losas de fondo ........................................ 9

4.1.1

PLACA DE FONDO ............................................................................................................ 9

4.1.2

MUROS PERIMETRALES ................................................................................................ 11

4.1.3

TAPA AEREA ................................................................................................................... 13

4.

DISEÑO DE ELEMENTOS ........................................................................................................ 15

4.1

DISEÑO DE VIGAS .............................................................................................................. 15

4.2

DISEÑO MUROS, LOSA DE FONDO Y TAPA ........................................................................ 15

4.3

DISEÑO TAPA DE ACCESO .................................................................................................. 16

1. INTRODUCCION La siguiente memoria de cálculo corresponde al diseño estructural de “TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE AGUA POTABLE” el cual se desarrollara en el departamento de Guainía en el municipio de Inírida y está se realizara según el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10. La estructura se realiza para el almacenamiento de agua potable del proyecto “CENTRO EDUCATIVO PUERTO ESPERANZA” en la misma ubicación. Esté tanque cuenta con las siguientes dimensiones definidas por la arquitectura garantizando el volumen de agua necesario para la población estimada, y son: Ancho 4.50m, Largo 4.50m y altura de 2.50m.Además, se cuenta con una tapa de acceso para su eventual mantenimiento o limpieza.

Para el diseño de dicho tanque se ha tenido en cuenta las siguientes acciones de cargas:    

Cargas Muertas Cargas Vivas Presión Hidrostática (interna – Externa) Empujes de Tierra (Estáticos y Dinámicos)

Los cuales se describen mejor más adelante. También se han evaluado tres hipótesis de diseño, la primera en el caso de que el tanque se encuentre construido en su totalidad y se encuentre con el cien por ciento de su almacenamiento de agua. La segunda en donde el tanque se encuentre construido en su totalidad pero se encuentre sin almacenamiento de agua, por posible mantenimiento o limpieza, además de considera la existencia de nivel freático para considerarlo de manera más crítica. En la tercera Hipótesis se considera la etapa constructiva, esto quiere decir que el tanque se encuentra con la losa de fondo y los muros perimetrales en su mayor altura, pero no se ha construido la tapa del tanque la cual genera algo de apoyo a los muros perimetrales, se considera la presencia de nivel freático y como en todas las hipótesis anteriores el empuje de tierras.

_____________________________ ING. ELKIN M. BARRERA ROA Matricula No 25202155916 CND

3 MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURA TANQUE DE ALMACENAMIENTO ING. ELKIN M. BARRERA

2. MODELAMIENTO ESTRUCTURAL 2.1 Discretización Para el análisis de la estructura se utilizó el programa de computador SAP 2000, realizando un modelo elástico estático apoyado sobre una cimentación elástica conformada por Springs o resorte. El modelo se conforma por medio de Shells de 25 x 25 cm. Con seis grados de libertad en cada uno de sus nudos. Estos shells están colocados de tal manera que los ejes locales tengan una continuidad, logrando que el eje local 3, siempre se encuentre saliendo del volumen.

Figura N° 1: Discretización del modelo matemático

Figura N° 2 : Ejes locales del shell


2.2 Materiales Los materiales utilizados para el análisis, los cuales deben ser los mismos a utilizar en el momento de la construcción tienen las siguientes características: Resistencia a la Compresión f `c = 21 MPa. Modulo de elasticidad E c = 21538,1 MPa Peso por unidad de volumen  = 2400 ton/m3 Densidad del Suelo  = 1.9 Ton/ m3 2.3 Condiciones de Frontera Para la modelación de una cimentación elástica, se hace necesario utilizar apoyos sobre resortes con una rigidez correspondiente a la del suelo de apoyo. El módulo de reacción vertical del suelo K, se calcula por medio de una formula empírica: K= 40 x qult con qult en KN/m² qult = qadm x F.S. qult = 102 KN/m² x 3.0 = 306 KN/m² K= 40 x 306 KN/m² = 12240 KN/m² = 1224000 Kg/m² El valor de la rigidez colocado a cada resorte, corresponde al valor de k (módulo de reacción vertical del suelo), multiplicado por el área aferente del nudo de análisis. En este caso, el área aferente de cada nudo es 0.0625m 2, con lo cual se obtiene: Kresorte = 0.0625 m2 x 1224000 Kg/m² = 76500 Kg

3. EVALUACIÓN DE CARGAS Las cargas para las cuales se diseñó el tanque son las siguientes: 3.1 Carga Muerta La carga muerta corresponde al peso propio de los muros, la losa de fondo y la tapa de protección, el peso del material (concreto) es de 2400 Kg/m³. 3.2 Carga Viva La carga viva corresponde a una carga de 50 Kg/m², por mantenimiento ocasional del tanque. 3.3 Carga Hidrostática La carga hidrostática se aplica teniendo en cuenta que se presenta almacenamiento en la capacidad total del tanque, presencia de nivel freático para cada una de las hipótesis planteadas, y la densidad del agua es 1000 Kg/m³; dando como resultado la siguiente distribución de presiones


Figura N° 3 : Distribución de Presión hidrostática Hipótesis Uno

Figura N° 6: Distribución de Presión hidrostática Hipótesis Dos y Tres.

La carga se aplica con la ayuda de pattern Joints, aplicando una carga de presión sobre los Shells en las caras internas y externas del tanque según la hipótesis analizada.

Figura N° 4 : Presión Hidrostática


3.4 Presiones de tierras La presión sobre las paredes del tanque, provocado por el terreno natural de 2.50 m de altura, con una densidad de 1900 Kg/mᶟ método Pseudoestático para el cálculo de presiones en los muros. La aplicación de la carga en el modelo también se realiza por medio de pattern joints, aplicando una carga de presión sobre la cara exterior (cara 6) de los shell.

Figura N° 5 : Empuje de Tierras

Figura N° 6 : Análisis de muros ϴ = Arctan (KH / (1-Kv) )  

KH = Ka = Tan² (45- ɸ/2) = 0.33 Kv = 2/3 KH  

     

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ΔEad = Ead – Ea = 15755.17 Kg - 8608 Kg = 7147.17 Kg

+ 3.5 Cálculo de Sub-presión. Empuje del Agua: 1000 Kg/mᶟ * 2.5m*4.5m*4.5 = 50625 Kg Ascendentes Peso Propio del Tanque(sin Agua): 2400 Kg/mᶟ *(Losa Fondo (4.5*4.5*0.25)+Muros Perimetrales (4.5*2.5*0.25*4)+Tapa Aérea (4.5*4.5*0.20)+Vigas Aéreas (2*0.30*0.30*4.5)) = 50814 Kg Descendentes. Chequeo de Capacidad Portante: Almacenamiento de agua + Peso propio = 50625 Kg + 50814 Kg = 101439 Kg / (4.5m x 4.5m) = 5009 Kg/m² = 5 Ton/ m² ˂ 10.2 Ton/ m² CUMPLE.


3.6 Combinaciones de Carga 3.6.1 1.4 CM 3.6.2 1.2 CM + 1.6 CV 3.6.3 1.2 CM + 1.6 EMPUJE 3.6.4 1.2 CM + 1.6 EMPUJE + 1.6 CV 3.6.5 1.2 CM + 1.6 HIDROSTATICA 3.6.6 1.2 CM + 1.6 HIDROSTATICA + 1.6 CV 3.6.7 1.2 CM + 1.6 EMPUJE + 1.6 HIDROSTATICA + 1.6 CV 3.6.8 ENVOLVENTE RESULTADOS DE LOS ANALISIS 3.7 Esfuerzos y momentos máximos sobre muros y losas de fondo 4.1.1 PLACA DE FONDO

Momento Flector MMAX Hipótesis Uno (kg-m) 180

Hipótesis Dos (kg-m) 203

Hipótesis Tres (kg-m) 195


Hipótesis Uno (kg/m²) 161717

Esfuerzos S22 y S11 Hipótesis Dos (kg/m²) Hipótesis Tres (kg/m²) 158092 242581

Área de refuerzo longitudinal As1 Hipótesis Uno (cm²/m) Hipótesis Dos (cm²/m) Hipótesis Tres (cm²/m) 2.2 1.5 3.4



4.1.2

MUROS PERIMETRALES

Momento Flector MMAX Hipótesis Uno (kg-m) Hipótesis Dos (kg-m) Hipótesis Tres (kg-m) 1669.35 1203.4 1515 11 MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURA TANQUE DE ALMACENAMIENTO ING. ELKIN M. BARRERA


Esfuerzos S22 y S11 Hipótesis Dos (kg/m²) Hipótesis Tres (kg/m²) 235273 366618




4.1.3

TAPA AEREA

Momento Flector MMAX Hipótesis Uno (kg-m) Hipótesis Dos (kg-m) Hipótesis Tres (kg-m) 307 437 N.A. 13 MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURA TANQUE DE ALMACENAMIENTO ING. ELKIN M. BARRERA


Esfuerzos S22 y S11 Hipótesis Dos (kg/m²) Hipótesis Tres (kg/m²) 158092 N.A.

Área de refuerzo longitudinal As1 Hipótesis Uno (cm²/m) Hipótesis Dos (cm²/m) Hipótesis Tres (cm²/m) 1.5 1.5 N.A.



4. DISEÑO DE ELEMENTOS 4.1 DISEÑO DE VIGAS

Frame Text 1

DesignSect Text Vigas (30x30)

Length cm 450

Area de Refuerzo 2.97

Refuerzo Colocado 3 No 4

FBotArea Refuerzo cm2 Colocado 2,97 3 No 4

VRebar cm2/cm 0,02

Refuerzo Colocado 1 No 3c/15cm

Tabla 1 : Diseño de vigas

4.2 DISEÑO MUROS, LOSA DE FONDO Y TAPA DISEÑO POR MOMENTO

ELEMENTO

TAPA LOSA FONDO MUROS

ESPESOR cm 0.20 0.25 0.25

MOMENTO MAXIMO Kg-m 437 203 12.20

As requerido cm²/m 1.5 3.4 5.5

Refuerzo Colocado 1 No.3 c/25cm 1 No.4 c/25cm 1 No.4 c/20cm


CHEQUEO POR CORTANTE ELEMENTO

ESPESOR

Tapa Losa Fondo Muros

0.20 0.25 0.25

CORTANTE Vu (Kg) 10948 15162 22914

Resistencia Hormigón Vc (Kg) 11520 15361 15361

Av (cm²/m) Mínima Mínima 2 cm²

Chequeo. Cumple Cumple Cumple

4.3 DISEÑO TAPA DE ACCESO La tapa de acceso está apoyada sobre ángulos que tienen una longitud de 1.10m y soporta una carga de diseño de 50 Kg/m², que multiplicada por un factor de mayoración queda una carga de diseño se 80 Kg/m². Como momento máximo se toma w*l²/8.

Longitud 1.10 m

Carga W 88 Kg/m

Momento Mu Sx Necesario 1331 Kg-cm 0.59 cmᶟ

Sección Útil L 2”x1/8”

Sx Seccion 2.13 cmᶟ


Memoria Diseño Estructural Tanque Almacenamiento Puerto Esperanza

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