Analisis y Diseno de Tanques

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Ingenieria Civil

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  • UNIVERSIDAD MAYOR REAL Y PONTIFICIA DE SAN FRANCISCO XAVIER DE CHUQUISACA ___________________________________________________________________________________

    __________________________________________________________________________________ ESTRUCTURAS ESPECIALES TANQUES DE HORMIGN ARMADO Pgina 1

    1.- Introduccin

    Las recomendaciones contenidas en el siguiente documento son aplicables al

    anlisis y diseo estructural y la construccin de los depsitos de Hormign Armado

    para el almacenamiento de agua potable. Estos depsitos vistos en planta, pueden

    presentar una geometra rectangular, circular o poligonal ya sean depsitos enterrados

    o elevados. Sin embargo, en este tratado haremos hincapi en los depsitos regulares,

    esto es: ya sea de planta cuadrada o rectangular enterrados y elevados.

    Se ha tenido en mente proporcionar a los estudiantes involucrados en el diseo

    estructural de los depsitos de Hormign Armado, algunas recomendaciones,

    sugerencias y lineamientos, para mejorar y facilitar la realizacin de los proyectos

    estructurales. Analizando las acciones que deben considerarse en el clculo del

    depsito. Se exponen los criterios a emplear en un tema tan sensible como es la

    abertura mxima de fisura permitida en el depsito. As como las armaduras mnimas

    que debemos considerar con objeto de prevenir posibles fisuraciones debidas a

    retraccin del fraguado, variaciones de temperatura y otras acciones no contempladas

    en el clculo. Seguidamente se aborda el clculo de la pared de depsitos

    rectangulares de hormign armado. La manera de evaluar los esfuerzos de flexin,

    cortante y traccin combinados con la fisuracin, para al final, poder disponer las

    armaduras de manera correcta.

    2.- Tanques de almacenamiento

    2.1.- Definicin

    Para el desarrollo del presente trabajo se har una descripcin de tanques,

    sus tipos, siendo este ltimo la base principal para el diseo estructural de los

    mismos; debido a que se presenta en el comportamiento de estas estructuras cuando

    hay cargas axiales como lo es el peso muerto ms el volumen del agua generando

    un empuje a travs de las columnas asa el suelo y cuando exista oscilacin se

    incrementa los momentos que castigan a los elementos portantes aumentando los

    esfuerzos a los suelos donde se encuentran ubicadas estas estructuras.

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    Los tanques de almacenamiento son estanques de agua o de cualquier otro lquido

    que se pueden encontrar por encima del nivel del terreno natural o por debajo, los

    que se encuentran por encima son soportados por columnas, pilotes o por paredes.

    Estas estructuras desempean un rol importante en los sistemas de distribucin y

    almacenamiento de agua, tanto desde el punto de vista econmico, as como del

    funcionamiento hidrulico del sistema y del mantenimiento de un servicio eficiente.

    2.2.- Tipos de tanques de almacenamiento

    Considerando el tipo de alimentacin de los tanques elevados podemos

    mencionar dos tipos:

    2.2.1.- Tanques de cabecera

    Se alimentan directamente de la fuente o planta de tratamiento mediante

    gravedad o bombeo. Causa una variacin relativamente grande de la presin en las

    zonas extremas de la red de distribucin.

    2.2.2.- Tanques flotantes

    Se ubican en la parte ms alejada de la red de distribucin con relacin a la

    captacin o planta de tratamiento, se alimentan por gravedad o por bombeo.

    Almacena agua en las horas de menor consumo y auxilian el abastecimiento de

    la ciudad durante las horas de mayor consumo.

    Los profesionales han demostrado que estos tanques tienen un funcionamiento

    hidrulico deficiente, ya que dada las condiciones de operacin de la red de

    distribucin, durante el da no se llenan ms que en la noche, incumpliendo su

    rol de regulador de presin. Por este motivo no es recomendable su empleo en el

    rea rural.

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    Figura 1. Localizaciones de tanques cabeceras y flotantes

    Figura extrada de guas para el diseo de reservorios elevados de

    agua potable.

    2.2.3.- Capacidad del tanque de almacenamiento

    La capacidad del almacenamiento de un tanque en el rea urbana y/o rural es

    en funcin principalmente, del volumen de regulacin para atender las variaciones

    del consumo de la poblacin.

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    2.2.4.- Determinacin del volumen de regulacin

    Los tanques deben permitir que las demandas mximas que se producen en

    el consumo sean satisfechas cabalmente, al igual que cualquier variacin en los

    consumos registrados en las 24 horas del da, proveyendo presiones adecuadas en

    la red de distribucin.

    Los tanques tienen la funcin de almacenar el agua sobrante cuando el caudal de

    consumo sea menor que el de abastecimiento y aportar la diferencia entre ambos

    cuando sea mayor el de consumo.

    La capacidad as requerida se denominar de regulacin o de capacidad mnima.

    Para determinar el volumen de regulacin de los tanques podran emplearse los

    mtodos siguientes:

    a) Mtodo basado en la curva de consumo

    Para determinar la capacidad mnima de un tanque mediante este mtodo, se

    precisa disponer de datos suficientes sobre las variaciones de consumo horarias y

    diarias de la poblacin del proyecto o de una comunidad que presente

    caractersticas semejantes en trminos de desenvolvimiento socio-econmico,

    hbitos de poblacin, clima y aspectos tcnicos del sistema.

    Asimismo debe conocerse o fijarse el rgimen de alimentacin del tanque: continuo o

    discontinuo, nmero de horas de bombeo, caudal de bombeo, etc.

    El mtodo consiste en graficar las curvas del caudal horario de consumo y del caudal

    de abastecimiento para el da ms desfavorable o de mayor consumo.

    Determinar en este grfico las diferencias en cada intervalo entre los volmenes

    aportados y consumidos.

    La mxima diferencia ser la capacidad terica del tanque. Esta capacidad puede

    ser determinada tambin con la ayuda del diagrama de masas o curva de consumos

    acumulados construida sobre la base de la curva de caudales horarios de

    consumo. En este diagrama, la capacidad del tanque se determina mediante la suma

    de los segmentos verticales C1 y C2 ver figura 2.

    Debe considerarse que la capacidad del tanque estar determinada por el tiempo de

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    bombeo y por el perodo de bombeo.

    A mayor tiempo de bombeo menor capacidad del tanque y viceversa; sin embargo,

    al aumentar el perodo de bombeo aumenta tambin los costos de operacin y

    mantenimiento, de modo que la solucin ms conveniente estar definida por

    razones econmicas y de servicio.

    Para un mismo tiempo de bombeo existirn diferencias en funcin a los horarios o

    periodos que se seleccionan para el bombeo. La seleccin en los turnos de bombeo

    debe ser hecha tomando en cuenta los horarios que menos desajustes provoquen a

    los horarios normales de trabajo o al menos aquellos que no signifiquen excesivos

    costos de operacin ver figura 3.

    Es conveniente que el proyectista seale en la memoria descriptiva los turnos de

    bombeo aconsejables para la fase de operacin.

    Segn la organizacin Panamericana de la Salud, en el volumen del tanque debe

    preverse tambin una altura libre sobre el nivel mximo del nivel de aguas, a fin de

    contar con un espacio de aire ventilado; es recomendable que esta altura sea mayor

    o igual a 0.20 m .

    Figura 2. Determinacin del volumen de regulacin de un tanque e

    mediante el diagrama de masa

    Figura extrada de guas para el diseo de reservorios elevados de agua

    potable.

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    Figura 3. Curva de consumos acumulados y tasas de bombeo A, B, C,

    determinantes de las diferentes capacidades del tanque al variar el tiempo de

    bombeo

    Figura extrada de guas para el diseo de reservorios elevados de agua

    potable.

    b) Mtodo emprico

    Para sistemas por bombeo el volumen de regulacin deber estar entre el 20 a

    25% del caudal prome