M.Sc. Ing. Carlos Córdova Rojas
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CONTENIDO PARTE 1: 1.1 Introducción 1.2 Tipos de tanques 1.3 Reglamentos Técnicos, Normas Metrológicas y/o Sanitarias PARTE 2: 2.1 Pre dimensionamiento 2.2 Metrado de cargas 2.3 Combinaciones de carga
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CONTENIDO PARTE 1: 1.1 Introducción 1.2 Tipos de tanques 1.3 Reglamentos Técnicos, Normas Metrológicas y/o Sanitarias PARTE 2: 2.1 Pre dimensionamiento 2.2 Metrado de cargas 2.3 Combinaciones de carga
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CONTENIDO PARTE 3: 3.1 3.2 3.3 3.4
Análisis Análisis Análisis Análisis
Sísmico Sísmico Estático Sísmico Dinámico Simplificado Método CCR
PATE 4: 4.1 Análisis y diseño de tanque elevado de 2000m3 4.2 Análisis de esfuerzos y verificación de espesores 4.3 Diseño de elementos
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PARTE 1: 1.1 Introducción
LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE AGUA SON ESTRUCTURAS ESENCIALES EN UNA RED DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE, SIRVEN PARA COMPENSAR O REGULAR LAS VARIACIONES HORARIAS DE LA DEMANDA DE AGUA EN UNA LOCALIDAD.
1.3 Reglamentos Técnicos, Normas Metrológicas y/o Sanitarias
ACI 350 Seismic Design of Liquid Containing Concrete Structures (ACI 350.3 - 01) and Commentary (350.3R-01) Diseño Sismorresistente NTE E.030 American Concrete Institute (ACI)
1.- Calculo del peso de los muros del reservorio (W w): Para calcular el peso de los muros con influencia del agua en las paredes, se necesita conocer las dimensiones hidráulicas y luego Determinar el factor de corrección (ε) dado por la siguiente Formula:
Donde: D = Diámetro interior del reservorio HL = Altura máxima del agua almacenada en el reservorio
2.- Cálculo de los pesos del liquido almacenado W i y Wc: Las componentes del liquido almacenado según el ACI 350.3-01, esta compuesta por el peso impulsivo W i y la componente conectiva Wc dada por la siguiente expresión:
Donde: WL = Peso total del agua almacenada en el reservorio
3.- Ubicación de la altura del centro de gravedad de los pesos efectivos del liquido almacenado h i y hc: La ubicación de del centro de gravedad de los pesos impulsivo y convectivo del liquido, medido desde la base del reservorio, esta dada por la siguiente expresión:
4.- Determinación de las cargas sísmicas estáticas: Se determina las cargas sísmicas estáticas reducidas, de acuerdo a lo establecido en las Normas de diseño sísmico de cada país, utilizando como factor de reducción R, los indicados en la siguiente tabla:
5.- Determinación de la fuerza cortante total en la base: Una vez determinadas las fuerzas debido al peso de la estructura, al peso impulsivo y convectivo del liquido, se determina la fuerza cortante total en la base, de acuerdo a la siguiente expresión:
Donde: Pi = Fuerza debido al peso impulsivo del liquido. Pw = Fuerza debido al peso de la paredes del reservorio. Pr = Fuerza debido al peso de la cúpula. Pc = Fuerza debido al peso convectivo del liquido.
PARTE 2: 2.1 Predimensionamiento
VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO
D=
18.40
m
Diametro reservorio
H1 =
6.36
m
Altura del muro
H2 =
2.46
m
Altura del tronco conico
r1 =
9.20
m
Radio mayor del cono
r2 =
6.25
m
Radio menor del cono
f=
2.46
m
Flecha cupula inferior
V 1 = 1691.15 m³ V 2 =
466.52
m³
V 3 =
158.50
m³
VT = 1,999.17 m³
Nivel superior del agua Nivel del peso convectivo Wc Nivel del peso impulsivo Wi
Volumen del liquido (V)
He =
4V D
2
PARTES DEL TANQUE ELEVADO: 1.- Cúpula superior f ( D/8, D/10)
PARTES DEL TANQUE ELEVADO: 2.- Anillo Superior
PARTES DEL TANQUE ELEVADO: 3.- Pared cilíndrica
PARTES DEL TANQUE ELEVADO: 4.- Anillo Inferior
PARTES DEL TANQUE ELEVADO: 5.- Losa de fondo cónico
PARTES DEL TANQUE ELEVADO: 6.- Cúpula Inferior
f ( D/5, D/6)
PARTES DEL TANQUE ELEVADO: 7.- Anillo de fondo
PARTES DEL TANQUE ELEVADO: 7.- Fuste cilíndrico
PREDIMENSIONAMIENTO CONSIDERANDO EL AGRIETAMIENTO VERIFICACION DEL ESPESOR DEL CONCRETO PARA EVITAR AGRIETAMIENTO f'c = f ct = Fy = Es = Ec = n=
280 28 4,200 2.10E+06 250,998 8
kg/cm² kg/cm² kg/cm² kg/cm² kg/cm² cm
ESPESOR DE ELEMENTOS
e cup. sup. = e anillo sup. = e pared = e anillo inf. 1 = e tronco = e cup. inf. = e anillo inf. 2 = e fuste =
Cuantias
Ac (cm²)
n As
P (ton)
7.5
cm
0.004
750
24
22
40
cm
0.008
2,000
128
60
30
cm
0.018
3,000
432
96
60
cm
0.018
6,000
864
192
35
cm
0.02
3,500
560
114
30
cm
0.01
3,000
240
91
40
cm
0.01
2,800
224
85
22.5
cm
0.003
2,250
54
65
2.2 Metrados de Carga Estados de carga a considerar: -
Carga muerta (D)
-
Carga viva
-
Carga de empuje hidrostático (EH)
-
Carga de sismo (EQ)
(L)
Pesos obtenidos del modelo matemático
2.3 Combinaciones de carga Servicio: -
D + L + EH + EQ
Ultimo: -
1.4 D + 1.7 L + 1.4 EH
-
1.25 D + 1.25 L + 1.25 EH ± EQ
-
0.90 D ± EQ
PARTE 3: 3.1 Análisis Sísmico 3.2 Análisis Sísmico Estático
3.3 Análisis Sísmico Dinámico
Wc
Wi
3.4 Análisis Simplificado método CCR
PARTE 4: 4.1 Análisis y diseño de un tanque elevado de 2000m3 4.1 Análisis de esfuerzos y verificación de espesores 4.2 Diseño de elementos En esta parte se desarrollará un ejemplo de aplicación del análisis y diseño integral de un tanque elevado tipo INTZE de 2000m3. De acuerdo a los resultado obtenidos y a las combinaciones de carga realizadas, se evaluarán los esfuerzo y espesores de los diferentes elementos que constituyen el tanque elevado, así mismo se realizará el diseño de los elementos, esta parte se desarrollará directamente del programa SAP2000 y hojas de calculo.