MEMORIA DE CLCULO

Proyecto Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de la ciudad de Ambato

MEMORIA DE CLCULODEL DISEO ESTRUCTURAL

Tanque de Digestin Primaria

Contrata:

Abril - 2013

Cuenca - Ecuador

CONTENIDO DEL INFORME

MEMORIA DE CLCULO DEL DISEO ESTRUCTURAL1

1Antecedentes y alcance del estudio12Reglamento utilizado23Condiciones de resistencia y de servicio24Idealizacin del modelo estructural45Idealizacin de las cargas o acciones sobre la estructura46Resultados del modelo47Especificaciones de materiales6

ESTUDIOS DE CONSULTORA ESTRUCTURAL DE PROYECTO PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA CIUDAD DE AMBATO

Responsable del Proyecto: Ing. Fernando Zalamea Len PhD.Pgina 5

MEMORIA DE CLCULO DEL DISEO ESTRUCTURAL

TANQUE DE DIGESTIN PRIMARIA

ANTECEDENTES Y ALCANCE DEL ESTUDIO

Este trabajo recoge un resumen de las principales consideraciones realizadas durante el clculo y diseo del Tanque de Digestin Primaria del Proyecto Planta de Tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Ambato ubicado en el cantn Ambato de la provincia de Tungurahua.ACSAM Consultores, proporcion el diseo hidrulico del tanque, en funcin de los requerimientos del proyecto.La estructura se va a edificar en un terreno a la orilla izquierda del ro Ambato.Las cargas de diseo para las estructuras hidrulicas se determinan a partir de la posicin con respecto al terreno y peso especfico del lquido o slidos retenidos, de la presin externa del suelo y del equipo que por proyecto se le deba instalar.La estructura hidrulica de concreto fue diseada para evitar filtraciones, por lo tanto, los espesores y el refuerzo colocado busca que adems de resistir las cargas de diseo, eviten la fisuracin de la seccin.Se ha considerado los efectos de las cargas muertas, cargas vivas, y carga ssmica, para el diseo de toda la estructura y cada una de sus partes, se ha buscado cumplir lo siguiente: Tener seguridad adecuada contra la aparicin de todo estado lmite de falla posible ante las combinaciones ms desfavorables que puedan presentarse durante su vida til. No rebasar ningn estado lmite de servicio ante combinaciones de acciones que correspondan acondiciones normales de servicio.Se considera como estado lmite de falla cualquier situacin que corresponda al agotamiento de la capacidad de carga de la estructura o de cualesquiera de sus componentes, incluyendo la cimentacin, o al hecho de que ocurran daos irreversibles que afecten significativamente la resistencia ante nuevas aplicaciones de carga.- Las Normas Tcnicas Complementarias establecen los estados lmites de falla ms importantes para cada estructura.Las fuerzas internas y las deformaciones producidas por las acciones se determinan mediante el anlisis estructural realizado, por el reconocido mtodo de los elementos finitos, que toma en cuenta las propiedades de los materiales componentes, geometra, interaccin de los elementos estructurales como tambin del suelo.Durante el proceso de construccin, deber evitarse cargas vivas transitorias que puedan producirse daos, como por ejemplo: peso de los materiales que se almacenen temporalmente, el de vehculos y equipos, etc.A travs del clculo realizado se determin las dimensiones y refuerzo estructural requerido 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.REGLAMENTO UTILIZADOPara el clculo y diseo de los diferentes elementos estructurales del Tanque de Aireacin del Proyecto Planta de Tratamiento de aguas residuales se consideraron los siguientes cdigos: La Norma Ecuatoriana de la Construccin NEC 2011, y el reglamento para el diseo y construccin de contenedores sanitarios de concreto (ACI 350).CONDICIONES DE RESISTENCIA Y DE SERVICIOPara el diseo se consideran las principales fuerzas que actan sobre los tanques para agua con superficie libre y a presin, son: carga muerta, empuje hidrosttico, empuje del terreno, cargas vivas, maquinaria, viento y sismo.Para nuestro caso las cargas que intervienen en la estructura son las siguientes:Carga muertaEn las cargas muertas se deber considerar el peso de los equipos incluyendo la carga dinmica del agua, el peso de las tuberas y del agua en su interior, vlvulas, atraques y silletas, tomando en consideracin las futuras ampliaciones.En recipientes enterrados, el peso del material de relleno sobre la cubierta se considerar con un espesor no menor de 60 cm de altura.Empuje hidrosttico (carga viva)Para considerar el empuje debido al agua, se deber considerar la altura del agua en el recipiente hasta el nivel de vertido de excedencias con un peso volumtrico de 1,000 kg/m3.Al evaluar las deformaciones en la estructura y en la cimentacin de tanques de regulacin y crcamos de bombeo, se supone que el recipiente est lleno al 70% de su capacidad; en este caso y en general en los recipientes utilizados en los procesos de potabilizacin, que normalmente vierten por la parte superior, se consideran llenos al 100% de su capacidad.Es conocido adems que para el anlisis de recipientes enterrados o semienterrados, ubicados en terrenos donde el nivel de aguas freticas se encuentre temporal o permanentemente arriba de la losa de fondo, se deber tener en cuenta el empuje hidrosttico lateral del agua sobre los muros y el efecto de flotacin del conjunto, considerando el nivel de aguas freticas mximo esperado en el sitio. Adems, se considera que el nivel de aguas freticas local puede elevarse por fugas de agua de los recipientes o tuberas cercanas.Empuje del terreno (carga viva)Se tiene presente que en el anlisis de recipientes enterrados o semienterrados, se deber tener en cuenta el empuje activo del terreno y considerando la sobrecarga que pueda presentarse por efecto de cargas vivas rodantes.Cargas vivasLas cargas vivas en estructuras hidrulicas suele actuar en las cubiertas de los recipientes, pasillos de operacin, plataformas y escaleras. Las cargas vivas recomendadas para el anlisis de la cubierta de los recipientes, son las siguientes:- Las losas que soporten equipos de bombeo se debern disear para una carga viva mnima de 1,465 kg/m2, debido a que en el montaje o al efectuar reparaciones, los equipos pueden quedar depositados provisionalmente sobre la cubierta.- En recipientes que se construyan sobre el nivel del terreno, en un rea de acceso restringida, con cubiertas de pendiente igual o menor al 5%, la carga viva en la losa de cubierta se deber considerar igual o mayor que 120 kg/m2.- En recipientes enterrados, la carga viva en la losa de cubierta no ser menor que 500 kg/m2.- En recipientes a presin, se considera como carga viva a la presin interior, la cual es la carga por unidad de superficie, generada por la accin del agua, alimentado al interior del recipiente.En escaleras, pasillos de operacin y plataformas, se considera una carga viva de 500 kg/m2. Los barandales se disean para una carga viva concentrada de 100 kg actuando en cualquier punto de pasamanos y en cualquier direccin.Maquinaria (carga viva)Las acciones debidas a maquinaria tales como impacto, par de arranque, vibraciones, arranque y frenado de gras viajeras, se debern considerar como cargas variables. Para evaluarlas se debern conocer las caractersticas del equipo proporcionadas por el fabricante.SismoPara el diseo ssmico de tanques, es necesario tener en cuenta dos tipos de solicitaciones: presiones hidrodinmicas sobre las paredes y el fondo, y fuerzas de inercia en la masa del tanque. A su vez, el movimiento del lquido origina dos tipos de presiones hidrodinmicas: las presiones impulsivas asociadas al impacto del lquido con el recipiente en movimiento y las presiones convectivas asociadas a las oscilaciones del fluido. En este caso no se considera ya que la estructura se encuentra enterrada

Para elementos de hormign la combinacin de resistencia es: Cu = 1.2CM + 1.6CV Cu = 1.2CM + 1CV Cu = 0.9CM

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 en donde se encuentran: maquinaria, empuje del terreno y empuje hidrosttico. IDEALIZACIN DEL MODELO ESTRUCTURALPara el anlisis estructural del edificio se opt por la realizacin de un modelo tridimensional idealizado a travs del Mtodo de los Elementos Finitos (MEF). Al modelar la estructura de forma tridimensional se tiene la ventaja de obtener de forma precisa la interaccin de los diferentes elementos de la estructura.

Ilustracin 2.- Modelo tridimensional de los murosIDEALIZACIN DE LAS CARGAS O ACCIONES SOBRE LA ESTRUCTURAComo se mencion las cargas que se consideraron en el modelo son la carga muerta (CM) o permanente, la carga viva (CV) o de uso. Para la carga muerta se tom en cuenta el peso de los elementos de hormign armado.La carga viva o de uso en donde se encuentran: maquinaria, empuje del terreno y empuje hidrosttico en donde el peso especfico del lquido es 1000 kgf/m3 (agua) y del terreno 1800 kgf/m3 con un ngulo de friccin interna del suelo de 28. RESULTADOS DEL MODELOPara la determinacin de las dimensiones y el refuerzo requerido en cada uno de los elementos se analiz el efecto de las diferentes combinaciones de carga, realizando el diseo para la condicin ms desfavorable. El propsito del presente documento no es presentar toda esta informacin, puesto que es demasiado extensa, sino ms bien presentar de manera grfica algunos de los resultados obtenidos. En la siguiente figura se presenta la deformacin de los muros del modelo cuando se carga completamente la estructura.

Ilustracin 3.- Deformaciones de la estructura bajo carga muerta y viva.

En la Ilustracin 4 se presenta el diagrama de momentos. Este diagrama presenta el diagrama de momentos en la direccin 1-1. Esto para un mejor entendimiento de la figura. En la ilustracin 5 se presenta el diagrama de momentos en la direccin 2-2. Para el diseo estructural se considera los mayores esfuerzos en cada uno de los elementos.

Ilustracin 4.- Esquema de momentos sobre las paredes y losa de fondo, bajo la combinacin de carga viva mas carga muerta.

Ilustracin 5.- Esquema de momentos sobre las paredes y losa de fondo, bajo las mismas condiciones que la Ilustracin 4

ESPECIFICACIONES DE MATERIALES

Adjunto a este documento se entregan los planos estructurales que sintetizan los resultados del estudio realizado, as como las cantidades de obras y planillas respectivas para la construccin de los elementos necesarios.El suelo donde se cimentar la estructura corresponde rellenos antrpicos que sobre yacen al depsito aluvial, con una resistencia que no deber ser menor a los 1 kg/cm2 (10 ton/m2). En el caso que no se encuentre suelo adecuado en el momento de la construccin, se deber sobre excavar 50 cm y reponer con material de reposicin compactado en capas de 25 cm, hasta conseguir el 95% del proctor modificado.Para la construccin de todos los elementos de hormign de la estructura se utilizar hormign con una resistencia de fc=300 kg/cm2. Para mejorar la impermeabilidad y el comportamiento frente al ataque de sulfatos, se utilizar inclusor de aire (5%), y una relacin agua/material cementante menor o igual a 0.42.El espesor de los muros de concreto de tanques, torres de oscilacin y en general, recipientes contenedores de agua en cualquiera de sus modalidades, sean estos enterrados, semienterrados o superficiales ser de 25 cm como mnimo.El recubrimiento del armado para los muros de concreto que estn en contacto con humedad permanente ser, no menor de 5 cm.El recubrimiento del armado para los muros de concreto con paramento en contacto con nivel fretico no ser menor de 7 cm.En el caso que no se especifique en los planos, el traslape mnimo es de 60 veces el dimetro de la varilla.Ing. Fernando Zalamea L. PhDResponsable del Proyecto