Presentacion Tesis Reservorios Elevado Intze
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTNFACULTAD DE INGENIERA CIVIL
Escuela Profesional de Ingeniera Civil
Anlisis y Diseo Ssmico de un ReservorioElevado Tipo Intze de 600m3
Bach. Ebherlin Bruno Quispe Apaza
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Anlisis y Diseo Ssmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3
Contenido
Captulo 01: Introduccin
Captulo02: Investigaciones y Normativa Existente
Captulo03: Anlisis Estructural
Captulo04: Diseo Estructural en Concreto Armado
Captulo05: Memoria Descriptiva Reservorio Elevado
Conclusiones y Recomendaciones
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Anlisis y Diseo Ssmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3
Captulo 01: Introduccin
Losprincipales objetivos yalcances deestatesis son: Realizar el Anlisis y Diseo Estructural de un reservorio tipo Intze de 600m3 ubicado en el
reade Ingenierasdel Campus Universitariode laUniversidadNacional deSanAgustn. Revisar la Normativa Nacional, las Normas y Estndares Internacionales sobre Diseo
SsmicodeReservorios.
Comoobjetivosyalcancessecundarios tenemos: Mostrar brevemente las consideraciones principales e investigaciones realizadas sobre el
tema. Realizar la verificacin de los resultados obtenidos mediante el uso de elementos finitos a
travsdel SAP2000. Brindar losrequerimientos mnimosdeconstruccindel reservorio enestudio.
Objetivos y alcance
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Captulo 01: Introduccin
Los Reservorios o Tanques son estructuras especialmente diseadas y construidas con elpropsito de:
Almacenar f lu idos tales como agua, combustibles, productos qumicos, y puedenalmacenar sustanciaspeligrosas (corrosivas oexplosivas)
Compensar las variaciones de los consumos que seproducen duranteel daen sistemas
dedistribucindeagua. Almacenamiento de agua durante interrupcin por daos a tuberas de aduccin o
estacionesdebombeoen situaciones de emergencia como incendios, eventosssmicos. Reducircostos de reposicin encasode falla. Evitar desastres ambientales queunaccidentepuedeprovocar.
Por lo tanto, dada la necesidad de que continen operando despus de un eventossmico, hacequesea importante el estudio desucomportamiento.
Importancia de los Reservorios
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Captulo 01: Introduccin
ReservoriosenSistemadeAbastecimiento deAgua
Importancia de los Reservorios
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Captulo 01: Introduccin
Uno de los reservorios ms importantes de nuestro pas se encuentra ubicado en la Planta deLicuefaccin de Gas Natural, Pampa Melchorita, a 170 kilmetros al sur de Lima en un terrenodesrtico de 521 hectreas de extensin, donde se reduce el volumen del gas unas 600 vecesparaconvertirloasuestado lquido, trasunprocesodepurificacinyenfriamiento. El gasnaturalllega a la planta desde el lote 56 del yacimiento de Camisea, Cusco, e ingresa al gasoducto de408kilmetros de largoa laalturade lazonadeChiquintirca, en la regindeAyacucho, rumboa
PampaMelchorita.
La planta cuenta con instalaciones de refrigeracin y licuefaccin que permiten que el gasnatural ingrese a los dos tanques de almacenamiento, que tienen una capacidad de 130,000 m3cada uno, a una temperatura de 163C bajo cero. Una vez convertido en lquido, el gas naturales embarcadoenbuquesmetanerosqueatracarnenel muelle decarga,
Importancia de los Reservorios
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Captulo 01: IntroduccinImportancia de los Reservorios
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Captulo 01: IntroduccinClasificacin de los Reservorios
RESERVORIOS
MATERIAL
CONCRETOARMADO
CONCRETOPRESFORZADO
ACERO
GEOMETRA
CUBICO
CILINDRICO
ESFERICO
INTZE
ALTURAPROFUNDIDAD
ELEVADO
APOYADO
ENTERRADO
CIMENTACIN
RGIDA
FLEXIBLE
PROFUNDA
AISLADORSISMICO
CUBIERTA
SINCUBIERTA
NORMAL
FLOTANTE
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Captulo 01: IntroduccinClasificacin de los Reservorios
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Captulo 01: IntroduccinClasificacin de los Reservorios
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Captulo 01: IntroduccinReservorios y Eventos Ssmicos en el Mundo
Incendio en Tanque de Almacenamiento de Petrleo por Sismo, Japn
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Captulo 01: Introduccin
Reservorios y Eventos Ssmicos en el Per
Evaluacin de Reservorios tras el sismo de Pisco 15 de Agosto 2007 (Fuente: J. Kuroiwa 2012)
tem Reservorios Volumen
(m3) Ao EstadoActual Tipo
1 AngosturaLimn 350 1,989 Regular Elevadoconfuste
2 AngosturaLimn 400 2,005 Regular Apoyado3 Urb.SanJoaqun 1,000 1,966 Regular Elevadoconfuste
4 BalnearioHuacachina 375 1,966 Enmalestado Apoyado
5 Urb.SanIsidro 350 1,966 Daadorequiere
rehabilitacinElevadoconvigasy
columnas
6 Urb.JosdelaTorreU. 1,500 1,971 Req.rehabilitacin Elevadoconfuste
7 EstadioJosPicassoP. 1,500 1,971 Bueno Elevadoconfuste
8 AA.HH.ADICSA 1,000 1,989Req.
reforzamientoenbase
Apoyado
9 Urb.AngosturaAlta 600 1,982 Bueno Elevadoconfuste
10 CaserodeCachiche 20 1,982 Enmalestado Elevadoconvigasy
columnas11 P.J.Sta.RosadeLima 500 1,991 Regular Apoyado
12 ReservorioCentral 1,200 1,994 Enmalestado Elevadoconvigasy
columnas
13 P.J.SeordeLuren 160 1,991 Regular Apoyado
Totalenm3 8,955m3
EstadoCapacidad
(m3) %Mal 4,445 49.6%
Regular 2,410 26.9%Bien 2,100 23.5%
Total(m3) 8,955 100.0%
Mal50%Regular
27%
Bien23%
COMPORTAMIENTODERESERVORIO
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Captulo 01: Introduccin
Reservorios y Eventos Ssmicos en el Per
Tanque Elevado Daado 1,500m3. Data de 1,960 fue el reservorio ms afectado tras el sismoqued fuera de servicio, Sismo 15 Agosto 2007 Pisco (J. Kuroiwa 2012)
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Captulo 01: Introduccin
Reservorios y Eventos Ssmicos en el Per
Tanque elevado en la sede central de EMAPICA con daos en extremos de vigas y columnas. Estfuera de servicio Sismo 15 Agosto 2007 Pisco (J. Kuroiwa 2012)
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Captulo 01: Introduccin
Reservorios y Eventos Ssmicos en el Per
Reparacin de nudos daados en vigas y columnas de Tanque Elevado Sismo Nazca 12Noviembre 1,996 (San Bartolom Et al 1996)
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Captulo 01: Introduccin
Reservorios y Eventos Ssmicos en Arequipa
Detalle de Reservorios en Arequipa (Fuente: Sedapar Plan Estratgico 2013-2017)
11
3 49
133
58
717
3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2014-2010
2010-20052005-20002000-19951995-19901990-19851985-19801980-1975
1975-19701970-19651965-19601960-19551955-19501950-19451945-19401940-19351935-19301930-19251925-1920
CONSTRUCCIN RESERVORIOS AREQUIPA
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Captulo 01: Introduccin
Reservorios y Eventos Ssmicos en Arequipa
Reservorio R2 daado por Sismos recurrentes y reparado parcialmente Miraflores, Arequipa
(Fuente INDECI)
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Captulo 01: Introduccin
Reservorios y el Inadecuado Diseo y Construccin en el Per
Reparacin de Grietas durante el proceso de llenado del tanque, Reservorio Elevado R-4, Iquitos y
Filtraciones en etapa de operacin Reservorio Elevado Hualmay Lima
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Captulo 01: Introduccin
Reservorios y el Inadecuado Diseo y Construccin en Arequipa
Mala operacin, inadecuado mantenimiento reservorios en Arequipa
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Captulo 01: Introduccin
Reservorios y el Inadecuado Diseo y Construccin en Arequipa
Mala operacin, inadecuado mantenimiento reservorios en Arequipa
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Captulo 02: Investigaciones y Normativa Existente
Revisin de la Normativa Nacional
La Norma Peruana de diseo sismo resistente E.030-2006 en sus distintas versiones ha sidoelaboradacomo respuesta alas lecciones aprendidas de lossismosocurridos enel Per
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Captulo 02: Investigaciones y Normativa Existente
Revisin de la Normativa Nacional
1970
PRIMERA NORMAPERUANA DESPUES DEL
SISMO3 0.702 1.001 1.20
1
997
REVISION NORMA1977DESPUES DE SISMO
3 0.402 0.301 0.15
/ 0.10
2003
REVISION NORMA1997DESPUES DE SISMO
3 0.402 0.301 0.15
/ 0.125 /1.25
2014
ACTUALIZACIONNORMA 20034 0.453 0.352 0.251 0.10
1977
REVISION NORMA1970DESPUES DE SISMO
3 0.302 0.701 1.00
CORTANTEBASAL:
COEFICIENTE PORPESO
1
914
17/10/66
Lima
13/01/60
Arequ
ipa
15/01/58
Arequ
ipa
21/05/50
Cusco
M
agn
itu
d=
7.0
1,5
81Muertos
M
agn
itu
d=
7.3
228Muertos
M
agn
itu
d=
7.5
687Muertos
M
agn
itu
d=
7.5
220Muertos
Jun
n
09/12/70
Piura
01/10/69
31/05/70
Ancas
h
M
agn
itu
d=
7.0
1
,300Muertos
M
agn
itu
d=
7.9
10
0,0
00Muertos
M
agn
itu
d=
7.1
1
,167Muertos
03/10/74
Lima
M
agn
itu
d=
7.2
252Muertos
12/11/96
Nazca
29/05/90
San
Mart
n
M
agn
itu
d=
7.0
400Muertos
M
agn
itu
d=
7.7
20Muertos
23/06/01
Arequ
ipa,
Atico
M
agn
itu
d=
8.4
240Muertos
24/08/11
Ucaya
li,
Puca
llpa
15/08/07
Ica,
Pisco
25/09/05
San
Mart
in,
Lamas
M
agn
itu
d=
7.5
10Muertos
M
agn
itu
d=
7.9
519Muertos
M
agn
itu
d=
7.0
2Muertos
1968
PRIMER REGLAMENTOMUNICIPAL APROBADO
POR LA COMISIONTECNICA MUNICIPAL DELIMA SE PROPONE AL
MINISTERIO DEFOMENTO Y OBRASPUBLICAS SE USE A
NIVEL NACIONAL
1950 2014
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Captulo 02: Investigaciones y Normativa Existente
Revisin de la Normativa Nacional
NORMA DE DISEO SISMORRESISTENTE E.030
Respectoa los reservorios dealmacenamientode lquidos enelArtculo 2: Alcances, indica losiguiente:
Para el caso de estructuras especiales tales comoreservorios, tanques, silos, puentes, torres
de transmisin, muelles, estructuras hidrulicas, plantas nucleares y todas aquellas cuyocomportamiento difiera del de las edificaciones, se requieren consideraciones adicionalesque complementen las exigencias aplicables de la presente Norma.
Adems de lo indicado en esta Norma, se deber tomar medidas de prevencin contra losdesastres que puedan producirse como consecuencia del movimiento ssmico: fuego, fuga de
materiales peligrosos, deslizamiento masivo de tierras u otros. (NormaE.030-2006)
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Captulo 02: Investigaciones y Normativa Existente
Revisin de la Normativa Nacional
En el Artculo 7: Factor de Amplificacin Ssmica, cuando se tratade determinar el Factor deAmplificacin Ssmica que se interpreta como el factor de amplificacin de la respuesta
estructural respecto de la aceleracin en el suelo y en elArtculo 17.2: Periodo Fundamental sepresentan lasecuaciones:
2.5
; 2.5 ,
Estas ecuaciones no son aplicables para reservorios, en el siguiente apartado se indican losvalores para el factor de Amplificacin Ssmica y el periodo para estructuras sometidas acomportamiento hidrodinmico que dependen bsicamente de la geometra del tanque (circularo rectangular) y laubicacin del tanque respectodel nivel del suelo (tanque apoyado, enterradoo elevado)
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Captulo 02: Investigaciones y Normativa Existente
Revisin de la Normativa Nacional
En el Artculo 10: Categora de las Edificaciones indica que los reservorios sonEdificaciones Esenciales, por tantoasignaunFactor deusoe Importancia . ,
Parareservorios elevados podemos sealar quepresenta irregularidadenalturadeacuerdoa laTabla N4 de la Norma: Irregularidades Estructurales en Altura, donde indica Irregularidad deMasa: Se considera que existe irregularidad de masa, cuando la masa de un piso es mayor que
el 150% de la masa de un piso adyacente. No es aplicable en azoteas. (Norma E.030-2006)
De acuerdo al Artculo 12: Sistema Estructural en el caso de Reservorios Enterrados yApoyados es comn asignarerrneamente a primera impresin de acuerdo a la Tabla N6Sistemas Estructurales unFactor de Reduccin de Fuerza Ssmica R=6, correspondiente aMuros Estructurales. Enel casodeReservoriosElevadosapartir deestatablano se precisa elfactor a utilizar, indicando Estos coeficientes se aplicarn nicamente a estructuras en las quelos elementos verticales y horizontales permitan la disipacin de la energa manteniendo la
estabilidad de la estructura. No se aplican a estructuras tipo pndulo invertido. (Norma
E.030-2006)
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Captulo 02: Investigaciones y Normativa Existente
Revisin de Normas y Estndares Internacionales
Entre lasReglamentos y estndares ms importantes sobreel tema tenemos:- EstndarACI 350.32001 (USA)
- EstndarACI 350.32006 (USA)- Reglamento IBC2012 (USA)- ASCE2010 (USA)- ReglamentoNZSEE2008 (NUEVAZELANDA)- ReglamentoEUROCDIGO82004 (EUROPA)
- Reglamento IITKGSDMA2007 (INDIA)
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Captulo 02: Investigaciones y Normativa Existente
Adaptacin de Normas y Estndares a Nuestro Pas
Modelo Masa Resorte para el Anlisis SsmicoCuando un tanque que contiene lquido con una superficie libre se somete a un movimiento ssmico
horizontal, la pared del tanque y el lquido se somete a una aceleracin horizontal. El lquido en laregin inferior del tanque se comportacomo una masa que est conectada rgidamente a la pared deltanque. Esta masa lquida se denomina como lamasa impulsivaque acelera junto con la pared einduce la presin hidrodinmica impulsivaen la pared del tanque y del mismo modo en labase. Lamasa lquida en la regin superior del tanque se somete a movimiento de chapoteo. Esta masa
se denomina como la masa convectivay ejerce la presin hidrodinmica convectivaen la pareddel tanque y labase.
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Captulo 02: Investigaciones y Normativa Existente
Adaptacin de Normas y Estndares a Nuestro Pas
Modelo Masa Resorte para el Anlisis SsmicoLos parmetros del modelo de masa resorte se derivaron originalmente porHousner (1963) para
tanques con paredes rgidas. Haroun y Housner (1981) y Veletsos (1984) desarrollaron modelos paratanques con paredes flexibles. Los modelos masa resorte para los tanques con paredes flexibles sonms difciles de utilizar . Investigaciones posteriores han demostrado que la diferencia en losparmetros obtenidos apartir demodelos de tanques rgidos y flexibles no es sustancial ( Jaiswal et al.(2004b)). Los reglamentos Eurocdigo 8 (2004) y IITK GSDMA (2007, India) recomiendan los
parmetros correspondientes a lostanques conpared rgidapara todos los tipos de tanques.
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Captulo 02: Investigaciones y Normativa Existente
Adaptacin de Normas y Estndares a Nuestro Pas
Modelo Masa Resorte para el Anlisis Ssmico
Figura 2-02, Descripcin cualitativa de la distribucin de la presin hidrodinmica en la pared del
tanque y la base
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Captulo 02: Investigaciones y Normativa Existente
Adaptacin de Normas y Estndares a Nuestro PasModelo Masa Resorte para el Anlisis Ssmico
Tanque Circular Tanque Rectangular
tanh0.866
0.866
tanh0.866
0.866
0.375
0.75
0.375
0.75
0.5 0.09375
0.75
0.5 0.09375
0.75
0.866
2 0.866
0.125
1.33
0.866
2 0.866
0.125
1.33
0.45
1.33
0.45
1.33
0.23tanh3.68
0.264tanh3.16
1 cosh 3.68
1
3.68 3.68
1 cosh 3.16
1
3.16 3.16
1
cosh 3.68
2.01
3.68
3.68
1
cosh 3.16
2.01
3.16
3.16
0.836
3.68
0.833
3.16
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Captulo 02: Investigaciones y Normativa Existente
Adaptacin de Normas y Estndares a Nuestro PasModelo Masa Resorte para el Anlisis Ssmico
Presin idrodinmica
Tanque Presin Lateral en la Pared Presin Vertical en la Base
Circular 0.866 1.732
0.866
0.866 1
0.866
Rectangular
0.866 1
0.866
1.732
0.866
Tanque Presin Lateral en la Pared Presin Vertical en la Base
Circular 1
1
3
0.5625cosh 3.674
cosh 3.674
1.125
4
3
3.674
Rectangular
0.4165 3.162
3.162
1.25 4
3
3.162
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Captulo 02: Investigaciones y Normativa Existente
Adaptacin de Normas y Estndares a Nuestro Pas
Modelo Idealizado para Tanque ElevadoSemuestran losmodelos idealizados paradistintos tipos dereservorios.
S
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Captulo 02: Investigaciones y Normativa Existente
Adaptacin de Normas y Estndares a Nuestro Pas
Interaccin Suelo estructuraPara los tanques que descansan sobre suelo blando, el efecto de la flexibilidad del suelo puede
considerarse al evaluar el perodo. En general, la flexibilidad del suelo no afecta el periodo del modoconvectivo. Sinembargo, la flexibilidad del suelopuedeafectar el perodomododel impulsivo.La interaccinsuelo estructura tiene dos efectos:- primer lugar, se alarga el perodo del modo impulsivoy en- segundo lugar, aumenta la amortiguacin total del sistema.
El aumento en la amortiguacin se debe principalmente al efecto de amortiguacin radial del medio detransmisin del suelo. Un enfoque simple peroaproximado paraobtener el perodo demodo impulsivoyamortiguacindel sistema de tanque-suelo es proporcionado por Veletsos (1984). Este sencillo enfoquehasidoutilizado enel Eurocdigo 8(2004) (verFigura 2-09) y Priestley et al. (1986).
De manera referencial citamos de la Figura 2-09, los valores de y representan la rigideztraslacional equivalente y la rigidez rotacional de la cimentacin que se puede modelar con resorteslineales y rotacionales. Estos se adjuntan al punto central de la base circular rgida. Las rigideces de y para cimentaciones circulares rgidas soportadas por un suelo homogneo se pueden obtener apartir de las ecuaciones dadas enel FEMA:
A li i Di S i d R i El d Ti I t d 600 3
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Captulo 02: Investigaciones y Normativa Existente
Adaptacin de Normas y Estndares a Nuestro Pas
Interaccin Suelo estructura
8
2 ,
8
3 1
Donde Radiode la cimentacin Mdulodecortedel medio MdulodePoisson
y son coeficientesadimensionalesque dependendel periodo de excitacin, dimensin de la cimentaciny laspropiedadesdel suelohomogneoyseobtienendel FEMA.
A li i Di S i d R i El d Ti I t d 600 3
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Tanque Elevado IntzeLa forma del reservorio tipo Intze, en honor al ingeniero hidrulico alemn Otto Intze, realiza una
disposicin geomtrica de los elementos estructurales procurando que todos los elementos trabajen acompresin, esto permite optimizar la capacidad de almacenamiento y espesores de los elementos.
Los parmetros de los modelos masa resorte (es decir, , , , , ,
y ) estn disponiblesslo para tanques circulares y rectangulares. Para tanques de otras formas, el valor de / deber
corresponder a la de un tanque circular equivalente del mismo volumen y dimetro los parmetros semiden desde la parte superior del nivel del lquido.
Del mismo modo, para los tanques de forma cnica truncada, el Eurocdigo 8 (2004) ha sugeridotambin la aproximacin al tanque circular equivalente. Sobre este tema se han realizado diferentes
investigaciones, Sanjay P. Joshi (2000) con ayuda del mtodo del elemento finito ha demostrado queesta aproximacin da resultados satisfactorios para los tanques Intze
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Tanque Elevado Intze
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Amortiguamiento y Fraccin del Amortiguamiento CrticoEl Amortiguamiento en el modo convectivo para todos los tipos de lquidos y para todos los tipos de
tanques, se considera 0,5%del amortiguamiento crtico y el Amortiguamiento en el modo impulsivo setomarn como 2%del amortiguamiento crtico para tanques de acero y 5%del amortiguamiento crticopara tanques deconcreto.
La mayora de cdigos considera un 5% del amortiguamiento crtico para la elaboracin del espectro de
aceleraciones, por otro lado la fraccin de amortiguamiento en modo convectivo es 0.5%, de modo quepara fines de diseo se considera un solo espectro de aceleraciones, para un intervalo de periodospertenecientes al modo convectivo se utilizar un factor de escala. No se puede interpolar linealmentelos valores de los factores de multiplicacin porque los valores de aceleracin espectral varan comouna funcin logartmica de amortiguamiento (Newmark y Hall, 1982).
Estndar/Reglamento Factor Escalamiento
ACI 350.3 (2006) y FEMA 368 1.500
Eurocdigo 8 (2004) 1.675
IITK GSDMA (2007) India 1.750
Tabla 2-02, Factor de Escalamiento por amortiguamiento.
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Amortiguamiento y Fraccin del Amortiguamiento Crtico
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Coeficiente de Diseo Ssmico HorizontalEn los Estndares de diseo ssmico de los Estados Unidos ya no se utilizan las zonas ssmicas. El
Cdigo Uniforme de Construccin (UBC 1997 y ediciones anteriores) deriva fuerzas de diseo ssmicode las zonas ssmicas, factores dezona. El Cdigo Internacional deConstruccin (IBC2000y edicionesposteriores) derivan fuerzas ssmicas de diseo a partir de dos parmetros de movimiento de tierra (y ), clase de sitio, y el perodo de transicin a largo plazo (). Por lo tanto, los cdigos deconstruccin actuales utilizan parmetros de diseo ssmicas con valores que varan de forma continua
a travs de un rea geogrfica, a diferencia de las zonas con lmites geogrficos distintos. Actualmenteninguna de las herramientas dediseo ssmicoenel sitio webdel USGSidentifica zonas ssmicas.
El USGS (United States Geological Surveys) y el FEMA (Federal Emergency Management Agency) atravs de su website proporciona valores de diseo ssmico para cualquier posicionamiento mundial
ingresando valores de latitud y longitud, proporcionando los parmetros y (aceleracionesespectrales paraen0.2y 1.0segundo) parasuusoconel IBC-2013 (International Building Code)
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Coeficiente de Diseo Ssmico HorizontalOtros pases como el nuestro prefieren utilizar en su reglamento una Zonificacin Ssmica. El
Coeficiente de diseo ssmico horizontal, se puede obtener mediante la siguiente expresin,
,
Donde
Factor de Zona Factor de Uso e Importancia Factor de Suelo Coeficiente de Amplificacin Ssmica Factor de Reduccin de respuesta ssmica
Los subndices corresponden al modo impulsivo (i) y modo convectivo (c)
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Coeficiente de Amplificacin Ssmica ()Este coeficiente se interpreta como el factor de amplificacin de la respuesta estructural respecto de la
aceleracin en el suelo, los valores para el coeficiente impulsivo y convectivo se muestran en la Tabla2-03. El ACI 350.3 (2006) indica que el comportamiento hidrodinmico del tanque ocurre en cuando elperiodo es mayor a 2.4 segundos.
Coeficiente Amplificacin Ssmica
Modo Impulsivo () Modo Convectivo ()
2.5
2.5
Tabla 2-03, Coeficiente de Amplificacin Ssmica
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Factor de Reduccin de Respuesta ()El Factor de Reduccin de Respuesta (), representa la proporcin de la fuerza ssmica mxima sobre
una estructura durante un evento ssmico especfico si fuera a permanecer elstica a la fuerza ssmicade diseo. Por lo tanto, las fuerzas ssmicas reales se reducen por un factor para obtener fuerzas dediseo. Esta reduccin depende de la Sobrerresistencia, laRedundancia y laDuctilidad de laestructura (ver Figura 2-11). En general, los tanques que contienen lquidos poseen baja sobreresistencia, redundancia y ductilidadencomparacincon losedificios. En losedificios, loscomponentes
no estructurales contribuyen sustancialmente a la sobrerresistencia; en tanques, tales componentes noestructurales no estn presentes. Los edificios con estructuras de tipo prtico tienen una altaredundancia, los tanques de tierra y tanques elevados con soporte cilndrico tienen comparativamentebaja redundancia. Por otra parte, debido a la presencia de elementos no estructurales como muros dealbailera, la capacidad de absorcin de energa de los edificios es mucho ms alta que la de los
tanques. En base a estas consideraciones, el valor de para tanques tiene que ser inferior a la deedificios. Todos los cdigos internacionales queespecifican los valores muchoms bajos de paralostanques comparado con lade los edificios.
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Factor de Reduccin de Respuesta ()
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Factor de Reduccin de Respuesta ()Como un ejemplo, valores de utilizados en IBC(2012) se muestran en la Tabla 2-04. Se ve que para
un edificio con momento resistente para prticos el valor de R es 8.0, mientras que, para un tanqueelevado con pedestal tipo prtico (es decir, las vigas y columnas arriostrados), el valor de es 3.0.Adems, tambin sepuede sealar queel valor de paratanques varadesde3.0hasta1.5.
Tipo de estructura R
Edificios aporticados con reforzamiento especial de concreto armado 8.0
Edificios aporticados con reforzamiento intermedio de concreto armado 5.0Edificios aporticados con reforzamiento ordinario de concreto armado 3.0
Edificios aporticados de acero con reforzamiento especial 8.0
Tanques elevados soportados por pedestal de vigas y columnas 3.0
Tanques elevados por pedestal tipo fuste 2.0
Tanques soportados en torres estructurales similares a los edificios 3.0Planta inferior plana apoyada tanques de acero anclados 3.0
Planta inferior plana apoyada tanques de acero no anclados 2.5
Tanques de concreto armado o pretensado con base flexible anclada 3.0
Tanques de concreto armado o pretensado con base no corrediza reforzada 2.0
Tanques de concreto armado o pretensado con base flexible y no anclados no restringida 1.5
Tabla 2-04, Valores de Factor de Reduccin de Respuesta (R) utilizado en el IBC (2012)
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Factor de Reduccin de Respuesta ()Por otro lado el estndar ACI 350.3 (2001) recomienda por ejemplo: un factor de reduccin de respuesta
4.5 para reservorios apoyados, posteriormente en el ACI 350.3 (2006) modifica el valor a 3.25 y para reservorios elevados en el ACI 350.3 (2001) se recomienda un factor de reduccin derespuesta 3, posteriormente en el ACI 350.3 (2006) modifica el valor a R=2, ver Tabla 2-05.
Tabla 2-05, Valores de Factor de Reduccin de Respuesta (R) utilizados en el ACI 350.3 (2001) y ACI 350.3 (2006)
ACI 350.3 (2001) ACI 350.3 (2006)
Tipo de Estructura
Sobre terreno Enterrado * Sobre terreno Enterrado *
Tanques con base flexible y anclados a ella 4.5 4.5 1 3.25 3.25 1
Tanques monolticos o empotrados a la base 2.75 4 1 2 3 1
Tanques no anclados, llenos o vacos ** 2 2.75 1 1.5 2 1
Reservorios Elevados 3 - 1 2 - 1
* Un tanque enterrado se define como un tanque cuya superficie mxima en reposo se encuentra por debajodel nivel del suelo. Para tanques parcialmente enterrados, el valor de puede ser linealmente interpoladoentre los valores indicados para los tanques sobre el terreno y los enterrados.
** Los tanques de este tipo no deben construirse en lugares altamente ssmicos.
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Factor de Reduccin de Respuesta ()El reglamento IITK GSDMA(2007) de la India recomienda utilizar los valores de que figuran en la
Tabla 2-06 estos se basan en los estudios de Jaiswal et al. (2004). En este estudio se presenta unarevisin exhaustiva de los factores de reduccin de respuesta utilizadas en diversos cdigosinternacionales.
Cabe sealar que entre los diversos cdigos internacionales como el AWWAD-100, AWWAD-103 y D-
115 AWWA, IITK GSDMA (2007) India usan el mismo valor de para los modos impulsivo yconvectivo, mientras que, el ACI 350.3 (2006) y Eurocdigo 8 (2004) sugieren valor de 1 paramodo convectivo. El valor de para el componente convectivo todava se est debatiendo por losinvestigadores y suele utilizarse para simplicidad de anlisis el mismo valor de para el componenteimpulsivoy convectivo.
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Factor de Reduccin de Respuesta ()Tipo de Tanque R
Tanque Elevado
Tanque soportado por fuste de albaileraa) Fuste de albailera reforzada con bandas horizontales 1.3
b) tallo albailera reforzada con bandas horizontales y barras verticales en las esquinas y montantes de las aberturas 1.5
Tanque soportado por fuste de concreto armado
Fuste de concreto armado con dos cortinas de refuerzo, teniendo cada uno reforzamiento horizontal y vertical 1.8
Tanque soportado por prtico de concreto armado
a) Prticos no conformados por detalle dctil, es decir, el momento ordinaria resistir marco (OMRF) 1.8
b) Marco conforme al detalle dctil, es decir, el momento especial de marco resistente (SMRF) 2.5
Tanque soportado por prtico de acero 2.5
Tanque apoyado en tierra
Tanque de albailera
a) Muro de ladrillo con reforzamiento horizontal 1.3
b) Muro de ladrillo con reforzamiento y confinamiento horizontal y vertical 1.5Tanque de concreto armado y presforzado
a) Base anclada, empotrada 2.0
b) Base flexible sin anclar 2.5
c) Base sin anclar en tanque con y sin contenido 1.5
Tanque de acero
a) Base sin anclar 2.0
b) Base anclada 2.5
Tanque de concreto armado y acero enterrados 4.0
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Captulo 02: Investigaciones y Normativa Existente
Adaptacin de Normas y Estndares a Nuestro Pas
Factor de Reduccin de Respuesta ()
Figura 2-12, Espectro de aceleraciones para comportamiento hidrodinmico de reservorios
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Capitulo 03: Anlisis Estructural
Predimensionamiento
/ / / /
8.00 2.50 5.00 1.50
Dimensin Calculada Asumida
600.00 660.00 12.41 12.50 5.00 5.00 1.56 1.60
8.33 8.35 1.67 1.70
Predimensionamiento
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Capitulo 03: Anlisis Estructural
Predimensionamiento
Compensacin de Volmenes
El empujede lacpulaesfrica tiendea abrir el anillo intermedio, mientrasque el peso de la parte cnica en elvoladizo somete al anillo acompresiones y estas fuerzas llegana equilibrarse sobre el anillo inferior,de maneraque sobrel solo actuaranfuerzas verticales, debe cumplirse lacondicindeequilibrio:
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Capitulo 03: Anlisis Estructural
Anlisis Estatico
Anlisis Esttico - Metrado de CargasEn la Tabla 3-03 se realiza el metrado de los elementos estructurales del reservorio elevado de acuerdo
al predimensionamiento anteriormente realizado.Descripcin Peso
Domo Superior
12.60
8
4 1.60
12.60
12.60
1.60 13.20,
2 13.20 1.60 0.115 2.40/3 37Viga Anillo Superior
12.60 0.35 0.35 0.45 2.40/3 15Pared Cilndrica Ext. 12.85 0.25 4.02 2.40/3 97Pared Cilndrica Int. 1.60 0.20 4.78 2.40/3 12
Viga Anillo Interm. 12.60 0.40 0.40 0.80 2.40/3 31
Domo Inferior
8.65
8
4 1.42
8.65
8.65
1.42 7.30,
2 7.38 1.42 0.30 2.40/3 47Fondo Troncnico 11.17 0.35 1.99 2.40/3 59
Viga Anillo Inferior 8.65 0.45 0.45 0.95 2.40/3 29
Fuste 9.10 0.30 21.40 2.40/3 440
Agua 2 3.69 26.18 1.00/3 606
Tabla 3-03, Metrado de Cargas del Reservorio
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Capitulo 03: Anlisis Estructural
Anlisis Estatico
Anlisis Esttico - Centro de GravedadEn la Tabla 3-04 se realiza el clculo del Centro de Gravedad CG del Tanque respecto de la base de la
viga anillo inferior, as tenemos:
Tabla 3-04, Calculo del CG de la Tanque Elevado
Luego tenemos que el CG viene dado por
1,153.
327
3.53
Descripcin W y Wy
Domo Superior 37 7.89 292 Viga Anillo Superior 15 6.98 105
Pared Cilndrica Exterior 97 4.75 461 Pared Cilndrica Interior 12 4.47 54 Viga Anillo Intermedio 31 2.34 73 Domo Inferior 47 1.52 71 Fondo Troncnico 59 1.40 83 Viga Anillo Inferior 29 0.48 14
Total 327 1,153
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Capitulo 03: Anlisis Estructural
Anlisis Estatico
Anlisis Esttico - Centro de GravedadEn la Tabla 3-04 se realiza el clculo del Centro de Gravedad CG del Tanque respecto de la base de laviga anillo inferior, as tenemos:
Tabla 3-04, Calculo del CG de la Tanque Elevado
Luego tenemos que el CG viene dado por
1,153.
327
3.53
Descripcin W y Wy
Domo Superior 37 7.89 292 Viga Anillo Superior 15 6.98 105
Pared Cilndrica Exterior 97 4.75 461 Pared Cilndrica Interior 12 4.47 54 Viga Anillo Intermedio 31 2.34 73 Domo Inferior 47 1.52 71 Fondo Troncnico 59 1.40 83 Viga Anillo Inferior 29 0.48 14
Total 327 1,153
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Capitulo 03: Anlisis Estructural
Anlisis Estatico
Anlisis Esttico Reservorio EquivalenteCalculamos el tanque cilndrico equivalente y tenemos que para un volumen 6003 y un dimetro interior 12.60 y obtenemos la altura equivalente
2
4
4 6003
12.60 2 4.81
Para 4.81 , 12.60 y 600 tenemos,
0.382
2.620
Masa impulsiva
tanh 0.866
0.866
0.431 259
0.375 1.80
0.866
2 0.866
0.125 1.034 4.97
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Capitulo 03: Anlisis Estructural
Anlisis Estatico
Anlisis Esttico Reservorio EquivalenteMasa convectiva
0.23 tanh3.68
0.534 320
1
cosh 3.68
1
3.68
3.68
0.569 2.74
1
cosh 3.68
2.01
3.68
3.68
0.944 4.54
Rigidez del resorte masa convectiva
0.836
2 3.68
82 /
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Capitulo03:AnlisisEstructural
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Capitulo 03: Anlisis Estructural
Anlisis Estatico
Rigidez Lateral del SoporteConsideramos al fuste como un pndulo invertido con una altura de 21.40 medida desde laparte superior de la cimentacin hasta el fondo del tanque del reservorio, es decir la viga de anilloinferior del tanque, del anlisis estructural sabemos que la rigidez lateral s viene dada por la siguienteexpresin.
s3
3
Donde: : :
15,000
15,000 280/2 2,509,980/2
9.40 4 8.80 4
64 88.874
Entonces tenemos,
s 68,285/
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Anlisis Estatico
Periodo modo impulsivoCalculamos el periodo para el modo impulsivo con,
2 2 259 620
68,285/9.812/ 0.23
Periodo modo convectivoSe puede calcular el periodo del modo convectivo con cualquiera de las siguientes expresiones:
2
,
,
2
3.68tanh 3.68
Reemplazando tenemos
2 32082
9.812
3.97, 3.48 12.60
9.81/2 3.94
2
3.68tanh 3.68
4.81
12.60
3.48
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Anlisis Estatico
Coeficiente de Diseo Ssmico Horizontal Modo Impulsivo
0.40, 1.50, 1.20, 0.60 , 2.00, 0.27
Para 0.27 corresponde al modo impulsivo tenemos un amortiguamiento de 5%, 2.5
0.40 1.50 2.50 1.20
2.00 0.90
Coeficiente de Diseo Ssmico Horizontal Modo Convectivo
0.40, 1.50, 1.20, 0.60 , 1.00, 3.97 Para 3.97 corresponde al modo impulsivo tenemos un amortiguamiento de 5%, para escalar a un
amortiguamiento de 0.5% es necesario multiplicar por 1.5 as tenemos 0.38 1.5 0.57
0.40 1.50 0.57 1.20
1.00 0.41
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Capitulo03:AnlisisEstructural
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Capitulo 03: Anlisis Estructural
Anlisis Estatico
Cortante en la Base Modo ImpulsivoCalculamos la fuerza cortante con la siguiente expresin:
0.90 259 620 791
Cortante en la Base Modo ConvectivoCalculamos la fuerza cortante con la siguiente expresin:
0.42 320 131
Cortante Total en la Base
2
2
791 2 131 2
802Podemos apreciar que el crtate ssmico en la base es cerca del 66% de la fuerza ssmica total
1,191
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Capitulo03:AnlisisEstructural
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Capitulo 03: Anlisis Estructural
Anlisis Estatico
Momento de Volteo en Modo ImpulsivoEl momento de volteo en Modo Impulsivo viene dado por
0.90 259 4.97 21.40 620 21.40 3.53
20,063
Momento de Volteo en Modo ConvectivoEl momento de volteo en Modo Convectivo viene dado por
0.42 320 4.54 21.40
3,394 Momento de Volteo Total en la Base
El momento total se obtiene combinando el momento en el modo impulsivo y convectivo a travs de la
raz cuadrada de la suma de los cuadrados (SRSS) y se da de la siguiente manera
2
2
19,405 2 3,394 2
20,348
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Capitulo03:AnlisisEstructural
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Capitulo 03: Anlisis Estructural
Anlisis Dinmico
Anlisis Dinmico Tiempo Historia (ADTH)Realizamos el AnlisisDinmicoTiempoHistoriaconunmodelodeungradode libertad1GDL, tal comose muestra en la Figura 3-09 con dos de los registros ssmicos con los cuales se ha elaborado elespectro de la norma E.030-2003, el primero es el sismo del 03 de Octubre de 1974 y el segundo es elsismodel 17deOctubrede1966ambos registrados muy cercaa laciudad deLima.
Anlisis y Diseo Ssmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3
Capitulo03:AnlisisEstructural
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Capitulo 03: Anlisis Estructural
Anlisis Dinmico
Anlisis Dinmico Tiempo Historia (ADTH)METODODENEWMARKACELERACINPROMEDIOSISMO03/10/74
M= 124.36 tonfs2/m = 1/2K= 68285.31 tonf/m = 1/4T= 0.27 s 0= 0.00 m/s2= 23.43 rad/s t= 0.05 s = 0.05 K'= 278922.47 tonf/m
c= 291.41 tonfs/m a= 10531.86 tonfs/mU0= 0.00 m b= 248.73 tonfs2/m0= 0.00 m/s T/tr= 0.13P0= 0.00 tonf
tr= 2.00 s 0.00939m 0.18417m/s 4.44899m/s2 Mximo
1.57 rad/s 0.01056m 0.20856m/s 4.57807m/s2 Mnimo
METODODENEWMARKACELERACINPROMEDIOSISMO17/10/66
M= 124.36 tonfs2/m = 1/2K= 68285.31 tonf/m = 1/4T= 0.27 s 0= 0.00 m/s2= 23.43 rad/s t= 0.04 s = 0.05 K'= 393763.20 tonf/mc= 291.41 tonfs/m a= 13019.12 tonfs/m
U0= 0.00 m b= 248.73 tonfs2/m
0= 0.00 m/s T/tr= 0.13P0= 0.00 tonf
tr= 2.00 s 0.01214m 0.25841m/s 5.88284m/s2 Mximo
1.57 rad/s 0.01254m 0.29683m/s 6.38523m/s2 Mnimo
300
200
100
0
100
200
300
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00
Pi(tonf)
t(s)
HISTORIADECARGA SISMO03/10/74
400.00
200.00
0.00
200.00
400.00
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00
Pi(tonf)
t(s)
HISTORIADECARGASISMO17/10/66
Registro Ssmico 03/10/74, 1.06
68,285
1.06 10
721 721 24.93
17,971
Registro Ssmico 17/10/66, 1.25
68,285
1.06 10
857 857 24.93
21,354
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Anlisis Dinmico
Anlisis Dinmico Tiempo Historia (ADTH)
1.50
1.00
0.50
0.00
0.50
1.00
1.50
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00
U(cm)
t(s)
DESPLAZAMIENTOSISMO03/10/74
30.0
20.0
10.0
0.0
10.0
20.030.0
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00
(
cm/s)
t(s)
VELOCIDADSISMO03/10/74
600.0
400.0
200.0
0.0
200.0
400.0
600.0
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00
(cm/s2)
t(s)
ACELERACIN03/10/74
1.50
1.00
0.50
0.00
0.50
1.00
1.50
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00
U(cm)
t(s)
DESPLAZAMIENTOSISMO17/10/66
40.0
20.0
0.0
20.0
40.0
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00
(
cm/s)
t(s)
VELOCIDADSISMO17/10/66
1000.0
500.0
0.0
500.0
1000.0
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00
(cm/s2)
t(s)
ACELERACINSISMO17/10/66
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Anlisis Dinmico
Modelo de Varios Grados de LibertadUno de los modelos ms utilizados en nuestro medio fue planteado por el Ing. Julio RiveraFeijoo en ladcada en1990
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Anlisis Dinmico
Modelo de Varios Grados de LibertadANALISIS MODAL VARIOS GRADOS DE LIBERTAD
m8 1.65Datos
k8
3064750.4
h8 3.06
m7 39.56
k7 3064750.4
h7 3.47 m9 27.4m6 23.45 k9 81.81k6 3064750.4 h9 25.85h6 2.85
m5 9.02k5 57277.28
h5 4.41
m4 9.02
k4 57277.28
h4 4.41
m3 9.02
k3 57277.28
h3 4.41
m2 9.02
k2 57277.28
h2 4.41
m1 9.02
k1 57277.28
h1 2.21
ANALISISMODALESPECTRALEspectro de aceleraciones
SA t( ) Z 0.40
U 1.50
S 1.20
g 9.81
tp 0.60
Rw 2 t 2.4if
1 otherwise
C2.5tp
t
2.5tp
t2.5if
2.5 otherwise
Z U S C g
Rw
0 0.6 1.2 1.8 2.4 3 3.6 4.2 4.8 5.4 60
2
4
6
8
10
Espectro de Aceleraciones
SA t( )
t
SD t( ) Z 0.40
U 1.50
S 1.20
g 9.81
tp 0.60
Rw
2 t 2.4if
1 otherwise
C2.5tp
t
2.5tp
t2.5if
2.5 otherwise
Z U S C g
Rw2
2
0 0.6 1.2 1.8 2.4 3 3.6 4.2 4.8 5.4 60
0.5
1
1.5
2
Espectro de Desplazamientos
SD t( )
t
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Anlisis Dinmico
Modelo de Varios Grados de LibertadANALISIS MODAL VARIOS GRADOS DE LIBERTAD
m8 1.65Datos
k8
3064750.4
h8 3.06
m7 39.56
k7 3064750.4
h7 3.47 m9 27.4m6 23.45 k9 81.81k6 3064750.4 h9 25.85h6 2.85
m5 9.02k5 57277.28
h5 4.41
m4 9.02
k4 57277.28
h4 4.41
m3 9.02
k3 57277.28h3 4.41
m2 9.02
k2 57277.28
h2 4.41
m1 9.02
k1 57277.28
h1 2.21
Matriz de Rigidez (tonf/m)
K
k1 k2
k2
0
0
0
0
0
0
k2
k2 k3
k3
0
0
0
0
0
0
k3
k3 k4
k4
0
0
0
0
0
0
k4
k4 k5
k5
0
0
0
0
0
0
k5
k5 k6
k6
0
0
0
0
0
0
k6
k6 k7
k7
0
0
0
0
0
0
k7
k7 k8
k8
0
0
0
0
0
0
k8
k8
114554.56
57277.28
0
0
0
0
0
0
5727
11455
5727
0
0
0
0
0
K
114554.56
57277.28
0
0
0
0
0
0
57277.28
114554.56
57277.280
0
0
0
0
0
57277.28
114554.56
57277.28
0
0
0
0
0
0
57277.28114554.56
57277.28
0
0
0
0
0
0
57277.28
3122027.68
3064750.4
0
0
0
0
0
0
3064750.4
6129500.8
3064750.4
0
0
0
0
0
0
3064750.4
6129500.8
3064750.4
0
0
0
0
0
0
3064750.4
3064750.4
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Modelo Tridimensional con Elementos Finitos en SAP2000
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Modelo Tridimensional con Elementos Finitos en SAP2000
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Modelo Tridimensional con Elementos Finitos en SAP2000
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Modelo Tridimensional con Elementos Finitos en SAP2000
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Modelo Tridimensional con Elementos Finitos en SAP2000
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Comparativo
Comparacin de Resultados Anlisis Global
0
200
400
600
800
1,000
1,200
802
9681,043
857 895
FuerzaCortanteB
asal(kgf)
TipodeModelo
CORTANTEBASAL
0
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
20,34820,70922,173
21,35422,186
MomentodeVoleto(kgfm)
TipodeModelo
MOMENTODEVOLTEO
AnalisisEstaticoNormaACI,IITKGSDMA,EurocodigoAnalisisDinamicoModalde
UnGradodeLibertadAnalisisDinamicoModalVariosGradosdeLiertadAnalisisDinamicoTiempoHistoria1GDLAnalisisDinamicoElementosfinitosSAP2000
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Criterios Generales
Normas de ReferenciaPara el diseo estructural en concreto armado hacemos referencia a la Norma Peruana y a losestndares del American Concrete Institute sobre el tema estos son,
Norma de Diseo en Concreto Armado E.060ACI 350-06, CodeRequirements for Environmental EngineeringConcrete Structures (Publicacin
2006)ACI 371-08, Guide for theAnalysis, Design, and Construction of Concrete Pedestal Water Towers
(Publicacin 2008)ACI 307-08, Designand Construction of Reinforced Concrete Chimneys (Publicacin 2008)ACI 350.3-06, SeismicDesignof Liquid- Containing Concrete Structures and Comentary
(Publicacin 2006)
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Criterios Generales
Calidad del ConcretoEl ACI 350-06 (en la tabla 4.2.2, ACI 350-06) recomienda una mxima relacin agua cemento y unaresistencia a la compresin mnima segn la condicin de exposicin a la que estar sometida la
estructura, para nuestro reservorio ubicado en el campus universitario es adecuada una relacinagua/cemento de 0.45 y un 280/ ver Tabla 4-01.
Condicin de ExposicinMxima relacin
agua/cemento
Resistencia a lacompresin f'c
(kg/cm2)Concreto que se pretende tenga baja permeabilidad enexposicin al agua, aguas residuales y gases corrosivos
0.45 280
Concreto expuesto al congelamiento y deshielo encondicin humedad o a productos qumicos descongelantes
0.42 315
Para proteger el refuerzo en el concreto de la corrosincuando est expuesto a cloruros de sales descongelantes,sal, agua salobre o salpicaduras del mismo origen
0.40 350
Tabla 4-01, Requisitos para condiciones de exposicin especiales
(Adaptado de la Tabla 4.2.2, ACI 350-06)
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Criterios Generales
Determinacin lmites de exposicinEn el ACI 350-06, para la retencin de lquidos, la exposicin ambiental normal se define como laexposicina lquidos conunpHsuperior a5, o laexposicina soluciones desulfatomenor a1000. Una
exposicinambiental severaexcedeestos lmites.
Espesores mnimosParaunadecuadocomportamiento el ACI 350-06 recomienda: Espesor mnimodemuros 15cmo20cm(paraconseguir por lo menos 5cmderecubrimiento) Muros conalturamayor a3.00mutilizar unespesor deparedde30cmcomomnimo. Separacinmximadel refuerzo 30cm, utilizar comomnimovarilla de 1/2
Recubrimientos mnimos
Se define como recubrimiento mnimo al espesor de concreto de proteccin para el acero de refuerzo, elACI 350-06 (en la tabla 7.7.1, ACI 350-06) recomienda para concreto no presforzado los recubrimientosmnimos descritos en la Tabla 4-02.
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Criterios Generales
Recubrimientos mnimos
CondicionesRecubrimiento mnimo
(cm)
LOSAS- Para condiciones secas:Varillas #11 y menores 2.00Varillas #14 a #18 4.00
- Superficies de concreto en contacto con el terreno, agua, intemperie y/o aguas servidas vaciadas contraencofrado; y concreto en elementos apoyados sobre losas de cimentacin o que soportan terreno:
Varillas #5 y menores 4.00
Varillas #6 a #18 5.00MUROS
- Para condiciones secas:Varillas #11 y menores 2.00Varillas #14 a #18 4.00
- Superficies de concreto en contacto con el terreno, agua, intemperie y/o aguas servidas vaciadas contra
encofrado:Tanques circulares. 5.00Otros. 5.00
ZAPATAS Y PLATEAS-En la superficie y en el fondo de losas de concreto vaciadas contra encofrado. 5.00- Superficies de concreto vaciadas contra terreno y en contacto con l. 7.50- Parte superior de zapatas y zapatas sobre pilotes. 5.00
Tabla 4-02, Recubrimientos mnimos de concreto para el refuerzo (Adaptado de la tabla 7.7.1, ACI 350-06)
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Criterios Generales
Refuerzo mnimo por contraccin y temperaturaEl ACI 350-06 (en la tabla 7.12.2.1, ACI 350-06) nos indica una cuanta mnima de refuerzo porcontraccin y temperatura, para nuestro reservorio la cuanta mnima adoptada es 0.004 de acuerdo a laTabla 4-03
Longitud entre juntas (m)Cuanta mnima de acero por contraccin y temperatura
Grado 40 Grado 60Menos de 6 0.003 0.003
Entre 6 y 9 0.004 0.003Entre 9 y 12 0.005 0.004Ms de 12 0.006* 0.005*
*Mxima cuanta de refuerzo por contraccin y temperatura cuando no se tengan juntas.Nota: Esta tabla se aplica a la distancia entre las juntas de dilatacin y/o de contraccin totales. Cuando se utiliza juntasdecontraccinparcial, la cuanta mnima se determina multiplicacin la longitud entre juntas de contraccin parcial por 1.50
Tabla 4-03, Cuantas mnimas de acero de refuerzo por contraccin y temperatura (Adaptado de la tabla
7.12.2.1 ACI 350-06)
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Criterios Generales
Factor de durabilidadLas combinaciones de carga ltima deben multiplicarse por el factor de durabilidad , El ACI 350-06define el factor como:
1.0,
Donde: es el Factor de Reduccin de Esfuerzo y tiene los siguientes valores para:
Tensin controlada =0.90Compresin controladaRefuerzo en espiral =0.70Otros tipos de refuerzo =0.65Corte y torsin =0.75
Soportes sobre el concreto =0.65
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Criterios Generales
Factor de durabilidadComo referencia la versin anterior (ACI 350-01), recomienda los valores de la Tabla 4-05
Tabla 4-04, Valores referenciales de factor de durabilidad, versin anterior del ACI (ACI 350-01)
Tipo Esfuerzo Factor de Durabilidad
Flexin 1.30Traccin Directa 1.65
Compresin 1.00
Esfuerzo PermisibleEl ACI 350-06 (Apartado 9.6.2.1, ACI 350-06) limita la fluencia del acero para evitar el fisuramiento yagrietamiento excesivo en estructuras contenedoras de lquidos de acuerdo al tipo de esfuerzo traccin,corte y flexin para exposiciones normal y severa, estos valores permisibles se indican en la Tabla 4-06.
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Criterios Generales
Esfuerzo PermisibleTipo Esfuerzo permisible (ksi)
Traccin (exposicin normal) 20 1400 /
Traccin (exposicin severa) 17 1200 /Corte (exposicin normal) 24 1650 /Corte (exposicin severa) 20 1400 /
Flexin (exposicin normal) 20
320
4 2 2
36
Flexin (exposicin severa) 20
260
4 2
2
36
Tabla 4-05, Esfuerzos permisibles en el acero segn la exposicin del concreto (Adaptado del
apartado 9.6.2.1, ACI 350-06)
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Criterios Generales
Verificacin de Fisuramiento por TraccinVerificaremos los elementos por fisuramiento, con la siguiente expresin
Donde:
: Espesor del elemento:Ancho del elemento: Coeficiente de fisuramiento del concreto reforzado 0.0003
: Mdulo de elasticidad del acero: Esfuerzo permisible del acero por fisuramiento: Relacin entre mdulo de elasticidad del acero y concreto: Esfuerzo permisible del concreto por fisuramiento: Fuerza de tensin del elemento
Realizamos la verificacin para la pared exterior del tanque del reservorio, para la presente
investigacin consideramosunconcretoexpuesto acondiciones ambientales normales y tenemos:
0.0003 2,000,000
1,400
2,000,000
15,000 280 0.1 280
100 1,400
0.1 280
0.46
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Criterios Generales
Verificacin de Fisuramiento por FlexinVerificaremos loselementos
20 320
25 36
,320
1.35 5.2825 32.6 2,282
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Criterios Generales
Combinaciones de CargaElACI 350-06 Code Requirements for Environmental Engineering Concrete Structures, recomienda lassiguientes combinaciones de carga para estructuras que almacenan lquidos y estn expuestas al
medio ambiente.
1.4 1.2 1.6 0.5 1.2 1.6 1.0 0.8 1.2 1.6 1.0 0.5 1.2 1.0 1.0 0.2 0.9 1.6 1.6 0.9 1.0 1.6
Donde, Carga Muerta, Carga de Sismo, Carga por presin lateral del Fluido Carga Viva, Carga de Techo, Carga debido al peso y presin lateral del suelo, Carga de Lluvia, Carga de nieve, Fuerzas debido al esfuerzo propio tales como la retraccin, contraccin de fragua
y temperatura, Carga de viento.
Anlisis y Diseo Ssmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3
Capitulo 04: Diseo Estructural
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Diseo de Vigas
Envolvente de Fuerzas y MomentosLos resultados obtenidos para cada una de las combinaciones se procesan en una tabla y graficamos laenvolvente de fuerzas y momento para la viga anillo intermedia
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Anlisis y Diseo Ssmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3
Capitulo 04: Diseo Estructural
Di d Vi
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Diseo de Vigas
Diseo por traccin y verificacin de fisuramientoEl espesor mnimo para evitar el fisuramiento por traccin viene dado por:
0.0003 2,000,000
1,400
7.97 28
100 1,400
28
91,000
91.66Asumimos un peralte 95.00,Calculamos el acero por traccin requerido
58,000
0.90 1,400/ 72.22
121" 65/8"
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Capitulo 04: Diseo Estructural
Di d Vi
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Diseo de Vigas
Diseo por CortantePara
58,000
0.53 0.53 280
45 89
35,519
5/8"
4 1.98 1,400
89
58,0000.75
35,519 23.60
5/8" @20
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Capitulo 04: Diseo Estructural
Di d lT
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Diseo del TanqueEnvolvente de Fuerzas y MomentosLa envolvente de fuerzas y momentos en la pared del tanque se muestra en la Figura 3-38
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Capitulo 04: Diseo Estructural
DiseodelTanque
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Diseo del TanqueResultados del AnlisisDel anlisis estructural obtenemos que las fuerzas anulares y momentos ltimos en la pared del tanqueson 55.00 , 15.00 , 6.00 , 1.00 , 0.03 , 9.00
Diseo por traccin y verificacin de fisuramientoPara
100
280
0.1 28
4,200
1,400
0.33
15,000
250,998
2,000,000
2,000,000
250,998
7.97
0.0003
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Capitulo 04: Diseo Estructural
DiseodelTanque
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Diseo del TanqueDiseo por traccin y verificacin de fisuramientoEl espesor mnimo para evitar el fisuramiento por traccin viene dado por:
0.0003 2,000,000
1,400
7.97 28
100 1,400
28
55,000
24.93 25
Calculo del acero por traccin:
55,000
0.90 1,400
43.65
Espaciamientoen2capasde3/4"
3/4" 2.85
10043.65/2
13.06
3/4"@12.5
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Capitulo 04: Diseo Estructural
DiseodelTanque
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Diseo del TanqueDiseo por Flexin
280
0.45 126
4,200
2,250
0.54
0.85 100
15,000
250,998
2,000,000
2,000,000
250,998
7.97
0.0003
1.4
0.90
FactordeDurabilidad
, 1
0.90 4,200
1.4 2,250
1.20
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Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo del Tanque
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Cuanta de refuerzo
0.85
6,000
6,000
0.85 0.85280
4,200
6,000
6,000
4,200
0.02833
2
1
1
126
2 2250
1
1 2250
7.97 126
0.00864
0.305
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Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo del Tanque
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Cuanta de refuerzo
1 0.5
0.85
0.00864 4,200
1 0.5 0.00864
4,200
0.85 280
33.52
1
1.20 600,000 . 1
0.90 33.52
100
14.10
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Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo del Tanque
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Espesor mnimo 1.00 14.10 5.00 1.00 20.10
El espesor por traccin requerido en el punto anterior es de 25 1.00 25.00 5.00 1.00 19.00
1.20 600,000.
0.90 100 19.00 18.47
0.85
1 1 2
0.85
0.85
280
1 1 2
18.47
0.85 280
4,200
0.00458
0.00458 100 19 8.71
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Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo del Tanque
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Acero mnimo
max 3 1.00
, 200 1.00
max3 280
1
4,200
100 19 , 200 1 100 19
4,200
6.36
Espaciamiento
5/8" 1.98
8.71100 22.74
5/8"@20
Por requerimientos de tensin, se calcul previamente3/4"@12.5.
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Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo del Tanque
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Verificacin de FisuramientoVerificamos el Fisuramiento con el acero realmente colocado es 3/4"@12.5, esto es:
2.85
12.5100 22.80
19 3,570
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Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo del Tanque
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Verificacin de Fisuramiento
2
1 1
2 19 100
7.97 22.80 1 1
1007.97 22.80
6.70
3
19 6.70
3 16.82
6.7019
0.352
3,570
17.12 22.80 932
1
932
7.97
0.352
1 0.352 63
0.226
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Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo del Tanque
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Verificacin de FisuramientoFactor Z
2.85
25 19 6
2
2 25 19 100
22.80
2.85
148.81
932
6 148.81
8,947 20,540
115
Calculo del ancho promedio por la ecuacin de Gergeley-Lutz
25 6.70
19 6.70
1.48
0.076
0.001 0.076
1.48 8,947
0.001
0.1433 0.3
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Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo del Tanque
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Diseo por traccin y verificacin de fisuramientoCalculo del acero por traccin vertical
15,000
0.90 1,400
11.91
Espaciamiento en 2 capas de 5/8"
5/8" 1.98 100
11.91/2 33.26
5/8"@30
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Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo del Fuste
Di E t t l d l F t
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Diseo Estructural del FusteEl fuste del reservorio est sometido a flexocompresin tal como vimos en el anlisis estructuraldesarrollado en el captulo 03, el ACI 371-08 (Tabla 5.2, ACI 371-08) recomienda una cuanta mnimavertical de 0.0050 y una cuanta mnima horizontal de 0.0030, verTabla 4-06, estas debido a la pocaductilidad que tieneel fusteanteuneventossmicopor ser unelementoesbeltoyhueco.
Tipo de perfil
de Suelo
Zona Ssmica
3 2 1
1 0.16 (0.40) 0.12 (0.30) 0.06 (0.15)
2 0.29 (0.72) 0.22 (0.54) 0.11 (0.27)3 0.50 (1.26) 0.38 (0.95) 0.19 (0.47)
Coeficiente Ssmico Coeficiente Ssmico
Parmetros de reforzamiento . . Reforzamiento Mnimo 7 7
Vertical
Varillas #11 o
menores 0.0015 0.0050 0.0050
Horizontal
Varillas #5 o
menores 0.0020 0.0025 0.0025
Varillas #6 o
mayores 0.0025 0.0025 0.0030
Mximo esfuerzo de fluencia fy 420 420
Tabla 4-06, Reforzamiento Mnimo en Fuste Tanque Elevado ACI 371-08, Tabla 5.2
Anlisis y Diseo Ssmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3
Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo del Fuste
A i ti l l f t
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Acero mnimo vertical en el fusteEl acero mnimo vertical viene dado por:
0.0050 100 30
15.00
7.50
5/8" 1.98100
7.50 26.4
5/8" 25De lo anterior podemos deducir que para 100, 30 y una cuanta 0.0025 porcapa tenemos un 9.24 correspondienteaunmomentode flexinltimoensentidovertical 8.32 parauna franjadeunmetro, siendo:
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Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo del Fuste
Acero mnimo vertical en el fuste
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Acero mnimo vertical en el fusteEl acero mnimo vertical viene dado por:
0.0050 100 30
15.00
7.50
5/8" 1.98100
7.50 26.4
5/8" 25De lo anterior podemos deducir que para 100, 30 y una cuanta 0.0025 porcapa tenemos un 9.24 correspondienteaunmomentode flexinltimoensentidovertical 8.32 parauna franjadeunmetro, siendo:
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Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo del Fuste
Acero mnimo horizontal en el fuste
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Acero mnimo horizontal en el fusteEl acero mnimo horizontal viene dado por:
0.0030 100 30 9.00
4.50
1/2" 1.27100
4.50 28.2
1/2" 25
De lo anterior podemos deducir que para 100, 30 y una cuanta 0.0015 porcapa tenemos un 5.59 correspondiente a un momento de flexin ltimo en sentido horizontal 5.04 para una franja de un metro.
Anlisis y Diseo Ssmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3
Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo del Fuste
Diagrama de Interaccin para el Fuste
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Diagrama de Interaccin para el FusteDel anlisis estructural y las hiptesis de carga tenemos las cargas totales ltimas en el fuste de 1,500 y 22,000 , ensayamos una distribucindeacerovertical con una malla3/4"@12.5 en dos capas y obtenemos los diagrama de interaccin nominal y diseo utilizandodos softwares comerciales (CSICOL y XTRACT) los parmetros de ingreso para la obtencin de estosdiagramas se muestran paso a paso en el Apndice B, el resultado se muestra en la Figura 4-01, elpunto y caendentrodel diagrama, por loqueseconsideracorrectaestadistribucin derefuerzo.
DIAGRAMA DE INTERACIN UTILIZANDO CSICOLIngresamos los parmetros y propiedades de la seccin, con un dimetro exterior de 9.40 y unespesor de pared de 0.30, resistencia a compresin del concreto de 280/ como semuestra en la Figura B-01 y se importan los dimetros y coordenadas de las varillas de reforzamientover Figura B-02.
Anlisis y Diseo Ssmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3
Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo del Fuste
DIAGRAMA DE INTERACIN UTILIZANDO CSICOL
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DIAGRAMA DE INTERACIN UTILIZANDO CSICOL
Anlisis y Diseo Ssmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3
Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo del Fuste
DIAGRAMA DE INTERACIN UTILIZANDO XTRACT
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G C U O C
Anlisis y Diseo Ssmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3
Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo del Fuste
DIAGRAMA DE INTERACIN UTILIZANDO XTRACT
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Anlisis y Diseo Ssmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3
Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo del Fuste
DIAGRAMA DE INTERACIN UTILIZANDO XTRACT
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Anlisis y Diseo Ssmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3
Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo de la Cimentacin
Diseo Estructural de la Cimentacin
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Seplanteaunacimentacinrgidacongeometracircular/cilndricaconunperalte de 1.80 aprox. estodebido a que en la base del fuste se tiene un momento de volteo elevado del orden de22,000 esto trae consigo la necesidad de generar un contrapeso en la base a fin degarantizar la estabilidad de la estructura, esta verificacin la realizamos en el presente apartado y en elApndice D conayudadel SoftwareAllpile,
Verificacin de esfuerzosRealizamos el equilibrio de fuerzas en la zapata segn se muestra en el diagrama de cuerpo libremostrado en la Figura 4-02, de la Resistencia de Materiales tenemos la ecuacin para flexocompresinsiguiente:
Reemplazando las propiedades para una circunferencia tenemos:
4
2
64
1
8
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Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo de la Cimentacin
Diseo Estructural de la Cimentacin
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El esfuerzo crtico se tiene cuando 0
1 8
0
8
Luego para /8, tenemos:
,
1
8
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Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo de la Cimentacin
Diseo Estructural de la Cimentacin
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Para /8, previamente indicamos el volumeny la coordenada del centro de gravedad para la cua cilndrica mostrada en la Figura 4-03,
3 3
3 1
3 5 2
4 3 2
Por lo tanto hacemos la analoga para la zapata mostrada en la Figura 4-02y tenemos
3 5 2
4 3 2
3 3
3 1
3
1
3 3
Anlisis y Diseo Ssmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3
Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo de la Cimentacin
Diseo Estructural de la Cimentacin
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Del anlisis estructural tenemos 22,000 y 3,860 y 9.00
22,000
3,860
5.70
8
18.00
8
2.25
3 5 2
4 3 2 Resolviendo la ecuacin tenemos
1.459 83.58
Reemplazando tenemos
3
1
3 3
3 3,860
9.00 1 cos1.459
31.459 31.459cos1.459 1.459
84.12
8.41
1.33 1.33 12.37
16.45
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Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo de la Cimentacin
Diseo por Flexin
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Determinamos una regin caracterstica sujeta a flexin, como el mostrado en la Figura 4-04 y tenemosque la longitud de volado respecto de la cara exterior del fuste y el ensanche en la zapata es:
2
18.00 9.40
2 1.50 2.80
El momento flector para este volado es:
2 78.87
2.80 1.00
2.80
2 309
Diseamos por flexin para los siguientes valores 280/
, 4,200/ y un
peralte efectivo 1.68 tenemos:
30,900,000/
100 168 10.95
0.00298
Anlisis y Diseo Ssmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3
Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo de la Cimentacin
Diseo por FlexinEl fl l d
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Elmomentoflectorparaestevoladoes:
2
78.87 2.80 1.00 2.80
2 309
Diseamosporflexinparalossiguientesvalores 280/, 4,200/
yun
peralteefectivo 1.68tenemos:
30,900,000/
100 168 10.95
0.00298
Elreadeaceroparalafranja 1.00mostradoenlaFigura405.
0.00298 100 168 50.05
Elespaciamientolorealizaremosendoscapas
1" 3/4" 5.07 2.85 100
50.05 15.82
1" 3/4" @0.15
Anlisis y Diseo Ssmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3
Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo de la Cimentacin
Diseo por FlexinEl A i fl i d t i 0 0018 t t
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El Acero mnimo por flexin se determina con 0.0018, entonces tenemos: 0.0018 100 168
30.24
1" 5.07 100
30.24 16.77
1" 0.15
Diseo por Corte por FlexinCalculamos el cortante por flexin, verificando la expresin siguiente segn se muestra en la Figura 4-06.
, 0.53
0.53 280
100 168 149
Anlisis y Diseo Ssmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3
Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo de la Cimentacin
Diseo por Corte por Flexin
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78.87
1.00 1.40 118
Como
nosernecesariounrefuerzoporcorte
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Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo de la Cimentacin
Diseo por Corte por PunzonamientoCalculamos el cortante por punzonamiento verificando la expresin:
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Calculamos el cortante por punzonamiento, verificando la expresin:
2 0.50
9.40
2 0.50 1.68 5.54
5.54 96.42 2 2 5.54 34.81 9.00 254.47
254.47 96.42 158.05
158.05 84.12
13,30
0.53 1.1 0.53 1.1 280 3,481 16,800
15,950 0.85 15,950 13,558
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Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo de la Cimentacin
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Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo de la Cimentacin
Verificacin de EstabilidadCon ayuda del SoftwareAllpilev65Ede CivilTechSoftware realizamos la verificacin ingresando las
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Con ayuda del Software Allpilev6.5E de CivilTechSoftware realizamos la verificacin ingresando lascaractersticas del Reservorio Elevado y el EMS, en la Figura D-01, elegimos la cimentacin superficial.
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Capitulo 04: Diseo EstructuralDiseo de la Cimentacin
Verificacin de EstabilidadCon ayuda del SoftwareAllpilev6.5Ede CivilTechSoftware realizamos la verificacin ingresando las
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Con ayuda del Software Allpilev6.5E de CivilTechSoftware realizamos la verificacin ingresando lascaractersticas del Reservorio Elevado y el EMS, en la Figura D-01, elegimos la cimentacin superficial.
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8/10/2019 Presentacion Tesis Reservorios Elevado Intze
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Anlisis y Diseo Ssmico de un Reservorio Elevado Tipo Intze de 600m3
Capitulo 05: Memoria DescriptivaCostos y Presuesto
Costos y Presupuesto
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8/10/2019 Presentacion Tesis Reservorios Elevad