Memoria Calculo Tanque Elevado 10m3 - 92.docx 5z1d2b

MEMORIA DE CALCULO DE UN TANQUE ELEVADO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m 3

MEMORIA DE CÁLCULO DE UN TANQUE ELEVADO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10m3 Desarrollado según reportes del Comité ACI 350

1

MEMORIA DE CALCULO DE UN TANQUE ELEVADO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m 3

DISEÑO DE UN TANQUE ELEVADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m3 1. Datos Generales. 1.1.

Geometría. Tipo

:

Se

considerará

un

el almacenamiento de

TANQUE ELEVADO agua

para

el

para

consumo

humano, según el ACI 350.3-01 sección 2.1.1 se clasificará como tanque rectangular de concreto armado con conexión muro-losa noflexible 2.2(1). Volumen

:

De almacenamiento igual a 10 m3

Lado

:

L a d o de 3 metros.

Alturas

:

Altura Efectiva para almacenamiento de agua (Hl) igual a 18.50 metros. Profundidad

enterrada

(He)

igual

a

2 . 5 0 metros. Altura Total metros. Espesor de Muros

:

del

tw = 0.20 metros.

Espesor de Techo

:

Ce = 0.15 mínimo

Espesor de Fundación

:

Hz = 0.80 metros.

Volado en Fundación

:

v

= 1.10 metros.

2

muro

(Hw)

igual

a

2.15

ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN TANQUE ELEVADO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m3

1.2.

Materiales. Resistencia del Concreto Es del Concreto =

f'c = 210 Kg/cm2 a los 28 días.

: :

De acuerdo a ACI 350M-01 sección 8.5.1 15100 √f ′ c = 218819.79 Kg/cm2.

1.3.

Normativa Usada.  Code Structures

Requirements

(ACI 350M-01) Committee

And

for

Environmental

Commentary

(ACI

Engineering

350RM-01),

Concrete

Reported

By

ACI

350.  Seismic Design of Liquid-Containing Concrete Structures (ACI 350.301) and Commentary (350.3R-01), Reported by ACI Committee 350.  Design Concrete

Considerations

for

Environmental

Engineering

Structures (ACI 350.4R-04), Reported by ACI Committee 350.  Concrete (ACI

Structures

for

Containment

of

Hazardous

Materials

350.2R-04), Reported by ACI Committee 350.  Tightness Structures

Testing

(ACI 350.1-01) Committee

and

of

Environmental

Commentary

Engineering

(350.1R-01),

Reported

Concrete by

ACI

350. 

Environmental

Engineering

Concrete

Structures

(ACI

350.R-89),

Reported by ACI Committee 350.  Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318M-08) and Commentary, Reported by ACI Committee 318.  Norma Técnica 030actualizada.

de

Edificaciones

3

"DiseñoSismoresistente"

E-

ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN TANQUE ELEVADO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m3

2. Análisis Estatico conservador. 2.1.

Análisis Sísmico Estático. Los resultados presentados fueron evaluados en el programa Sap2000. Parámetros para el Cálculo de la Fuerza Sísmica, según ACI 350.301 sección 4.2 y NTE E-030: El factor de zona que corresponde a la Zona Sísmica del ACI 350.3 es similar a 2.1.

Por

los

valores especificados en

encontrarse en

la

zona

de

mayor

la

NTE

E-030 sección

amenaza

sísmica,

se

tomará como Zona 4 con una aceleración de 0.45 g (según NTE E-030)

Como

valor

para

el

parámetro

del

suelo,

según

la

NTE

E-030

le corresponde el Tipo S3 con un valor de 1.05

La

NTE

E-030, categoriza a

los

TANQUE

ELEVADO como

Edificación

Esencial (A) al que le corresponde el factor 1.5 El Coeficiente de reducción de fuerza sísmica toma un valor de 8

4

ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN TANQUE ELEVADO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m3

Cálculo sección

de

las

fuerzas

laterales

estaticas,

según

ACI

350.3-01

4.1.1:

2.4.

Cargas por Peso Propio, Cargas Vivas, Presión del Agua y Empuje Activo del Suelo. Las

cargas

por

peso

propio

serán

las

que

aporten

los

muros

del TANQUE ELEVADO y el techo. Como sobrecarga de diseño se asignará una carga mínima de 50 Kg/m2 sobre la cúpula del TANQUE ELEVADO. La presión del agua se modelará aplicando en todo el contorno de las paredes del TANQUE ELEVADO. 2.5.

Resumen del Análisis Estructural A continuación se detallan las cargas consideradas en el análisis por gravedad: Concreto Armado Peso del agua en cuba

2,500 kg/m3 10 tn

Las características de los materiales consideradas en el análisis y diseño estructural fueron: Concreto Acero Corrugado:

f’c = 210 kg/cm2 fy = 4200 kg/cm2 con elongación mínima del 9%.

Los parámetros empleados para el cálculo del Espectro de Respuesta fueron: Factor de Zona Z = 0.45 (Zona 4) Factor de Uso U = 1.5 (Categoría A - TANQUE ELEVADO) Factor de Suelo S = 1.05 (Perfil de Suelo Tipo S2) Periodo que define la Plataforma del Espectro Ts = 0.6 Periodo fundamental de la estructura T= h/Ct = 18.5/35 = 0.53 Factor de Amplificación Sísmica C= 2.5 Cx = 2.5 Cy =2.5 Factor de Reducción de Fuerza Sísmica Sistema Dual Rx = 8 Ry = 8

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ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN TANQUE ELEVADO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m3

Cálculo de la Cortante y el Momento Total en la Base, según ACI 350.3-01 sección 4.1.2 y 4.1.3: La Cortante Basal será igual a la suma de las fuerzas inerciales del TANQUE ELEVADO, más las fuerzas que promueven las componentes impulsiva

y

convectiva, más

la

fuerza producida por

la

masa

de

suelo; la combinación de estas fuerzas se hará con el criterio de la raiz cuadrada de la suma de los cuadrados.

Con estos valores el cortante basal resulta en 20.12 tn En el cálculo de la masa de la estructura se consideró el 100% de la carga viva (Art. 16.3 NTE E.030). El programa SAP calculó el total y el peso debido a cargas vivas: Peso debido a carga muerta Peso debido a carga viva

NIVEL TANQUE LEVADO Segundo Nivel Primer Nivel TOTAL

de peso debido

= =

a

cargas

muertas

89.92 Ton 0.90 Ton

Pi tn

hi m

Pi.hi

Fi tn

55.66 15.33 15.33

18.50 11.00 6.00

1,029.71 168.63 91.98

15.26 2.50 1.36

86.32

1,290.32

3. Diseño del TANQUE ELEVADO. 3.1. Factores de Mayoración de Carga y Reducción de Resistencia. Según ACI350M-01 y ACI 318M-08. De ambos códigos se trabaja con el de reciente publicación, el ACI 318M-08. Se indican las siguientes combinaciones de cargas con los factores de mayoración de carga: U = 1.4 (D + F) U = 1.2 (D + F) + 1.6 (L + H) + 0.5 Lr U = 1.2 D + 1.6 Lr + L U = 1.2 D + E U = 0.9 D + E D = Cargas por Peso Propio, Cargas Muertas. L = Cargas Vivas. Lr = Cargas de Techo. H = Cargas por Presión de Suelos. F = Cargas por Presión de Fluidos.

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ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN TANQUE ELEVADO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m3

Los factores de reducción de Resistencia con: Tensión Controlada = 0.9 Compresión Controlada, con refuerzo en espiral = 0.75 Compresión Controlada, otros tipos de refuerzo = 0.65 Cortante y Torsión = 0.75 Cortante en zonas sísmicas = 0.60 Juntas y reforzamiento diagonal en vigas = 0.85

3.2.

Diseño del TANQUE ELEVADO. Se tomarán las consideraciones indicadas Cáscaras y Losas Plegadas del ACI 318M-08.

en

el

capítulo

19:

Según la sección 9.2.11, la resistencia de diseño será igual a 0.40 f'c. La cuantía mínima a proporcionar será de acuerdo a la sección 7.12, igual a 0.0018. El Refuerzo se proporcionará para resistir los esfuerzos de tracción. Se verificará el diseño para los esfuerzos asociados a la acción de membrana (esfuerzos normales y cortantes) y los esfuerzos asociados a la flexión (momentos de flexión, torsión y sus cortantes). El refuerzo se proveerá en dos direcciones y en dos capas. El resultado del cálculo se muestra en los planos.

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ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN TANQUE ELEVADO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m3

3.2.1.

Tapa de 0.15 m.

Los datos iniciales son los que se muestran en la tabla a continuación: D ise ñ o d e la C ú p u la Superior, e sp e so r = 1 0 . 0 0 c m

F lu en cia d el A cero ( f y ) Res is ten cia a C o m p res ió n d el C o n creto ( f ' c) M ó d u lo d e Ela s ticid a d d el co n creto ( Ec) Es p es o r d e la Tapa Es p es o r p ro m ed io d e la Tapa Res is ten cia a C o m p res ió n d e Dis eñ o d el C o n creto ( f ' d c) ( 19.2.11) C u a n tía M ín im a ρ ( 7.12) F a cto r d e Red u cció n a Tra cció n (ϕ )

En

ambas

direcciones

(radial

y

tangencial)

4200.00 k g / cm 2 210.00 k g / cm 2 218819.79 k g / cm 2 0.15m m 0.15 m 110 k g / cm 2 0.0018 0.90

se

trabajan

con

cuantías mínimas.

3.2.2.

Ref u erz o Ra d ia l ( A ccio n es M em b ra n a ) Es f u erz o d e Tra cció n Ra d ia l S 11 Lo n g itu d d el elem en to a ev a lu a r Á rea d e a cero req u erid a Á rea d e a cero m ín im a req u erid a Á rea d e a cero u s a d a Diá m etro d e b a rra Á rea d e la b a rra C a n tid a d d e b a rra s C a n tid a d d e b a rra s a u s a r S ep a ra ció n S ep a ra ció n m á x im a S ep a ra ció n a U s a r S e co lo ca rá v a rilla s ϕ 3/8” @ 0.20 m

29 Tn / m 2 1m 0.35 cm 2 2.70 cm 2 2.70 cm 2 3/8” 0.713 cm 2 3.78 5.00 0.200 m 0.450 m 0.200 m

Ref u erz o Ta n g en cia l ( A ccio n es M em b ra n a ) Es f u erz o d e Tra cció n Ta n g en cia l S 22 Lo n g itu d d el elem en to a ev a lu a r Á rea d e a cero req u erid a Á rea d e a cero m ín im a req u erid a Á rea d e a cero u s a d a Diá m etro d e b a rra Á rea d e la b a rra C a n tid a d d e b a rra s C a n tid a d d e b a rra s a u s a r S ep a ra ció n S ep a ra ció n m á x im a S ep a ra ció n a U s a r S e co lo ca rá v a rilla s ϕ 3/8” @ 0.20 m

28 Tn / m 2 1.00 m 0.35 cm 2 2.70 cm 2 2.70 cm 2 3/8” 0.713 cm 2 3.78 5.00 0.200 m 0.450 m 0.200 m

Losa fondo de 0.20 m.

Los datos iniciales son los que se muestran en la tabla a continuación: D ise ñ o d e la P a r e d , e sp e so r = 2 5 c m

F lu en cia d el A cero ( f y ) Res is ten cia a C o m p res ió n d el C o n creto ( f ' c) M ó d u lo d e Ela s ticid a d d el co n creto ( Ec) Es p es o r d e la Pared Es p es o r p ro m ed io d e la Pared Res is ten cia a C o m p res ió n d e Dis eñ o d el C o n creto ( f ' d c) ( 19.2.11) C u a n tía M ín im a ρ ( 7.12) F a cto r d e Red u cció n a Tra cció n (ϕ )

8

4200.00 k g / cm 2 210.00 k g / cm 2 218819.79 k g / cm 2 0.20m m 0.20 m 110.00 k g / cm 2 0.0018 0.90

ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN TANQUE ELEVADO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m3

En

ambas

direcciones

(radial

y

tangencial)

se

trabajan

con

cuantías mínimas.

Ref u erz o Ra d ia l ( A ccio n es M em b ra n a ) Es f u erz o d e Tra cció n Ra d ia l S 11 Lo n g itu d d el elem en to a ev a lu a r Á rea d e a cero req u erid a Á rea d e a cero m ín im a req u erid a Á rea d e a cero u s a d a Diá m etro d e b a rra Á rea d e la b a rra C a n tid a d d e b a rra s C a n tid a d d e b a rra s a u s a r S ep a ra ció n S ep a ra ció n m á x im a S ep a ra ció n a U s a r S e co lo ca rá v a rilla s ϕ 3 / 8 ” @ 0.20 m

313 Tn / m2 1.00 m 3.54 cm 2 3.60 cm 2 3.60 cm 2 3/8” 0.713 cm 2 5.05 5.00 0.20 m 0.450 m 0.200 m

Ref u erz o Ta n g en cia l ( A ccio n es M em b ra n a ) Es f u erz o d e Tra cció n Ta n g en cia l S 22 Lo n g itu d d el elem en to a ev a lu a r Á rea d e a cero req u erid a Á rea d e a cero m ín im a req u erid a Á rea d e a cero u s a d a Diá m etro d e b a rra Á rea d e la b a rra C a n tid a d d e b a rra s C a n tid a d d e b a rra s a u s a r S ep a ra ció n S ep a ra ció n m á x im a S ep a ra ció n a U s a r S e co lo ca rá v a rilla s ϕ 3 / 8 ” @ 0.20 m

308 Tn / m2 1.00 m 3.41 cm 2 3.60 cm 2 3.60 cm 2 3/8” 0.713 cm 2 5.05 5.00 0.20 m 0.450 m 0.200 m

3.2.6. Diseño de la Losa Solida Circular de Cimentación Del Sap haciendo metrado de cargas (Por mt.): Fuerza Axial Total = 95.25 tn Momentos Flectores Total = 42 txm (llevando de estado ultimo a estado de cargas de servicio) La cimentación cuadrada tiene un lado de 5.60m, luego su área es de A= 31.36 m2 y su momento de inercia es I= 81.95 m4 De acuerdo al estudio de suelos la capacidad portante del suelo para una cimentación cuadrada a una profundidad de 2.50m es de 1.88 kg/cm2. A una profundidad mayor la capacidad portante del terreno aumentara. Los esfuerzos en el terreno en cargas de servicio son: P = (95.25/31.36) +/- (42*2.80) / (81.95) = 3.04t/m2 y +1.43t/m2 Estos valores son menores a los de la capacidad portante del terreno de 19 tn/m2 Con estos valores se diseña la losa de cimentación. La zona critica es la parte central. El momento flexionante en el apoyo es de 4.02 txm y el cortante en los apoyos es de 6.89tn.

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ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN TANQUE ELEVADO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m3

Cortante diseño en servicio Momento diseño en servicio

= =

6.89 tn 4.02 txm

Tomando una altura de losa de 0.80m, calculamos que el valor del acero a colocar estructuralmente tiene un valor de 3.03 cm2/m. El acero mínimo es de 0.0018*100*80= 14.40cm2, entonces se colocara en dos capas 7.20 cm2/m que equivale a fierro de 1/2” cada 0.20m Analizando el corte vemos que el esfuerzo cortante actuante es de va= 6.89x1e+03/(100*70) = 0.98 kg/cm2 El esfuerzo cortante resistente es de 0.29*raíz (210) = 4.20 kg/cm2 Puesto que el esfuerzo cortante resistente es mayor que el esfuerzo cortante actuante entonces no necesita estribos.

4. BIBLIOGRAFÍA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Norma ACI, ACI 350, ACI 318M-08. Norma Técnica de Edificación E.020 Cargas. Norma Técnica de Edificación E.030 Diseño Sismo resistente. Norma Técnica de Edificación E.050 Suelos y Cimentaciones. Norma Técnica de Edificación E.060 Concreto Armado. Norma Técnica de Edificación E.070 Albañilería. Informe Técnico. Estudio de Suelos con fines de Cimentación.

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ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN TANQUE ELEVADO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m3

MOMENTO 3-3

MOMENTO 2-2

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ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN TANQUE ELEVADO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m3

FUERZA CORTANTE 2-2

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ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN TANQUE ELEVADO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m3

FUERZA CORTANTE 3-3

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ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN TANQUE ELEVADO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m3

ESFUERZOS S11

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ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN TANQUE ELEVADO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m3

ESFUERZOS S22

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ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN TANQUE ELEVADO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m3

ACERO ASt1

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ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN TANQUE ELEVADO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m3

ACERO ASt2

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ANÁLISIS Y DISEÑO DE UN TANQUE ELEVADO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE 10 m3

FUERZA AXIAL

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