TANQUE ELEVADO TIPO INTZE

I.- DEFINICIÓNSon sistemas estructurales de almacenamiento y regulación de líquidos; forman parte fundamental en una red de abastecimiento comprendida complementariamente por otros sistemas, como las redes de impulsión y las redes de distribución.Para su construcción precisan fundamentalmente la aplicación de la ingeniería Civil, complementada por la Ingeniería Hidráulica.Los reservorios se clasifican entre sí por una amplia gana de factores, d ependiendo de los líquidos y su aplicación, la capacidad, la ubicación y el tipo de materiales para su construcción

II.- CLASIFICACIÓN

A.- Tipo de Funcionamiento

Tanque de aguaLos tanques de agua funcionan mediante un sistema de niveles de arranque y parada, es decir que cuando el nivel de agua llega al nivel máximo, el sistema de bombeo se detiene, y cuando llega al nivel mínimo se activa, normalmente cuando hay poco consumo (como en la noche) se llenan, y cuando el consumo es máximo (como, por ejemplo, a la hora de cocinar) se vacían.

ReservorioLos reservorios de agua, al igual que los tanques elevados son fundamentales en una red de abastecimiento de agua potable. Difieren en el funcionamiento de un tanque de agua en que el caudal de ingreso es constante durante casi todo el tiempo, es decir el nivel de agua en un reservorio siempre será el máximo. Para ello, la captación en la mayoría de casos es un pozo tubular del cual se obtiene caudal de bombeo constante de acuerdo a un estudio hidrogeológico y al análisis de la demanda de la población.

B.- Tipo de Uso Público

Son de uso público cuando están localizados de forma tal en la ciudad que pueden abastecer a un amplio sector de esta.

PrivadoSon de uso privado cuando se encuentran al interior de las viviendas, o en el terreno de un edificio de apartamentos, y sirven exclusivamente a los moradores de este.

C.- Tipo de Ubicación

Enterrados o SubterráneosNormalmente denominados cisternas, es un tipo de estructura de almacenamiento que no está ligada directamente con el sistema de distribución de una red de agua, en casi la totalidad de casos es un almacenamiento primario el cual deriva a otra estructura de regulación.

ApoyadosSe usan cuando la presión del sistema puede ser obtenida de la topografía de la zona de servicio y no de la estructura de almacenamiento en sí.

ElevadosSe usan cuando la presión del sistema puede ser obtenida de la topografía de la zona de servicio y no de la estructura de almacenamiento en sí.

D.- Tipo de Material Concreto Armado

Se utilizan cuando es requerida una estructura rígida ante eventos sísmicos o de viento.

AceroSe utiliza el acero como material en reservorios pre-fabricados de poco volumen de almacenamiento y en zonas donde sea aceptable su aplicación.

III.- NORMATIVIDAD PARA EL DISEÑO

Cuando se analizan reservorios, debe pensarse que se tiene un sistema compuesto por mínimo dos materiales (el líquido contenido, que normalmente es agua y la estructura contenedora) y que por tanto estos elementos tienen diferentes características y comportamientos que definitivamente aportan sus materias cuantificadas y propiedades cuando se ejecutan la concepción, el análisis y diseño por un Ingeniero Civil, las cuales muchas veces son omitidas por falta de conocimiento, lo que conlleva a errores y problemas posteriores.

Cuando se ejecuta el análisis, estas estructuras deberán ser evaluadas o sometidas a por lo menos 3 estados de carga, a saber las cargas gravitacionales (CM y CV), la carga hidrostática (CF) y la carga de sismo (CS), obviamente existen otro estados de carga como la carga de viento (CW) que no serán tratados en este estudio, pero que si deben ser consideradas en el análisis y diseño.

Como se puede intuir y bajo criterio del diseñador, las cargas gravitacionales serán aportes debido al peso propio de la estructura, al peso del líquido contenido y sobrecargas reglamentarias aplicadas. Asimismo y cuando el reservorio está parcial o completamente lleno de líquido (agua), este liquido estancado ejerce presiones hidrostáticas sobre las paredes del tanque contenedor las cuales pueden ser calculadas como una función proporcional con la profundidad y con el peso específico del líquido contenido (agua).

En cuanto a la evaluación de cargas de Sismo, y esto es lo más importante, debe entenderse que nuestra Norma Sismorresistente E.030 (NTE.30), no dispone o no se contempla una reglamentación para ejecutar el análisis sísmico de los reservorios y que por tanto debemos recurrir a otros códigos internacionales donde si se otorgan la reglamentación correspondiente.

El código americano ACI 350 Seismic Design of Liquid.Containing Concrete Structures (ACI 350.3-01) and Commentary (350.3R-01) son los que gobiernan y otorgan los parámetros y modelos dinámicos para un correcto análisis sísmico, que se otra forma no se podría ejecutar.

Nuestro objetivo es usar nuestro criterio para poder compatibilizar los Códigos Extranjeros con los parámetros NTE.030 peruanos de tal manera que se pueda obtener un correcto estudio sísmico para Reservorios, utilizando modelos dinámicos establecidos en el código ACI 350 y sus comentarios.

IV.- DISEÑO DEL TANQUEPara el presente diseño partimos con los siguientes datos:

Volumen 400 m3

Altura del Fuste 20.00 m

Capacidad portante 0.90 kg/cm3

Peso específico del C° 2400 kg/m3

1.- cálculo del diámetro interior D

asumir H=

mts

3.5 mts

D= 10.4 mts

asumir D= 10

2.-Calculo del radio de curvatura Rc

a=D/2= 3.5 mts

Rc=

mts5

10.3 mts

3.-cálculo de la flecha mínima f en la cúpula

f= Ó

f=

asumir f=

1.29 mts

1

1 mts

mts

4.- Cálculo del espesor de la cúpulaPerímetro: p= ∏ x D

Ó

asumir e 1 =

p= 31.42 mts

e= 0.17 mts

e= 0.33 mts

0.25 mts

5. Pre dimensionamiento de viga superior V1

5.1.- Peralte Pv1= (0.20 - 0.60) mts

5.2.- base bv1 ≥ Pv 1 /2

asumir Bv1= 0.30 mts

asumir Pv1= 0.30 mts

6.-Predimensionamiento de viga inferior o viga intermedia V2

6.1.- Peralte Pv2= (0.25 - 0.60)mts

6.2.- base bv2 ≥ Pv2/2

asumir Pv2= 0.50 mts

asumir bv2= 0.30 mts

7.-Predimensionamiento de viga de inferior V3

7.1.- Peralte Pv3= (0.25 - 0.60) mts

7.2.- base bv3 ≥ Pv3/2

asumir Pv3= 0.50 mts

asumir bv3= 0.30 mts

8.-Cálculo del diámetro interior del fuste L=

L= 0.6 x D ó 0.667 x D

L= 6.0 mts

asumir L= 6.4 mts

9.-Cálculo de la flecha del fondo de la losa fc=

fc= (D - L) / 2

10.-Predimensionamiento del espesor de la cuba

Altura total del tanque Ht=

e2=(7+2Ht)/100

fc= 1.80 mts

Ht=H+fc= 5.30 mts

e2= 0.176 mts

asumir e2= 0.25 mts

11.-Predimensionamiento de la losa de fondo

Losa cónica y losa esférica Perímetro: p= ∏x D

Ó

mts

p= 31.42 mts

e= 0.17 mts

e= 0.33 mts

asumir e3= 0.25

12.-Predimensionamiento del espesor del fuste e4Adoptamos como mínimo

13.-Diametro interior de la chimenea di=(0.6 - 2.4)m ts

0.25e4=

asumimos di= 1.5 mts

14.-Espesor de la chimenea e5=

Asumir el mismo de la cuba

15.-altura de la chimenea

Asumir = 1.15 m

0.25e5=

16.-viga de amarre de la chimenea

Mínimo 25cmx25cm

17.-Diametro medio de la escotilla d1=

asumimos d= 1.5 mts

18.-viga de amarre de la escotillaMínimo 20cmx20cm

19.- altura del fuste Hf

Hf= 20 mts

23.27. MODELAMIENTO EN EL SAP2000

A) DIBUJAMOS EL RESERVORIO EN EL SAP2000

1. Abrimos el programa damos doble click al programa.

2. Cambiamos las unidades, damos click en la pestaña inferior derecha y buscamos las unidades tnf,m,C.

3. Creamos una nueva ventana, luego doble click en una plantilla en blanco.

Cambio de unidades

4. Click derecho en la pantalla y editamos los datos de la malla.

5. En la siguiente ventana doble click en modificar datos (3 opción)

Click en una plantilla en blanco

Editamos datos de la malla

6. Llenamos los datos de la malla en la dirección “X”, “Z”.

7. Restauramos la vista ambos lados, en el plano 2d ponemos en vista xy.

8. Click derecho en la tercera opción del lado izquierdo, para empezar a dibujar con la gráfica del lado derecho.

9. Dibujamos la mitad de los bordes de las dimensiones del tanque.

Click, y empezamos a dibujar

10. Editamos la línea posterior para dibujar la cúpula

11. Modificamos las siguientes opciones para dibujar la geometría curva de la cúpula

12. Verificamos la división de las 16 partes iguales en la cúpula

13. Eliminamos la mitad de puntos que conforma la cúpula

Opción curveada

Dividimos en 16 prtes

Altura total del tanque

Elegimos la 2da opción

Click en opción invisible

14. Dibujamos el fondo esférico con una línea curva dividiéndola en 12 partes, con los mismos pasos realizados para la cúpula.

15. Cortamos por la mitad a la línea curva del fondo esférico de tal manera; seleccionamos línea por línea y un punto desde donde vamos a empezar a cortar.

Opción curveada

Dividimos en 16 prtes

Altura total del tanque

Elegimos la 2da opción

16. Seguimos la siguiente ruta para cortar dicha parte del fondo esférico.

17. A continuación quedaría dividido el fondo esférico

1º línea seleccionada

2º línea seleccionada

Punto inicial por donde cortar

18. Seleccionamos todas las líneas del tanque, luego vamos a editar, extrude y extrude lines to áreas.

19. En la ventana siguiente: Radial, eje Z, ángulo en 8 grados y numero en 45 partes y click en “delete source objects”

20. Tenemos al reservorio dibujado en su totalidad

B) DEFINIMOS LOS MATERIALES

1. Definimos los materiales

Luego sale la siguiente ventana y click en modificar (4º opción)

2. Cambiamos los siguientes datos para el concreto a emplear en la siguiente ventana

3. Añadimos nuevo material click en new material

Luego modificamos dicho material añadido, click en modificar

nombre

Peso volumétrico =2.4

Módulo de elasticidad = 150000*sqr (210)

Concreto 2100

Click en opción rebar

Cambiamos los datos en la siguiente ventana

Finalmente click en “ok”

Click en opción modify

nombre

Peso volumétrico = 7.85

Módulo de elasticidad = 21000000

Esfuerzo fluencia

C) DEFINIMOS LAS SECCIONES DEL RESERVORIO

1. Definimos las secciones a través de la ruta siguiente

Añadimos una nueva sección en la siguiente ventana

- Creamos la sección para la cúpula, cambiamos los datos en la siguiente ventana. Click en “ok”

- Creamos la sección para la viga superior, cambiamos los datos en la siguiente ventana. Click en “ok”.

Click new section

nombre

Tipo membrana

Espesor de la cúpula

- Creamos la sección para la cuba, cambiamos los datos en la siguiente ventana. Click en “ok”.

- Creamos la sección para la viga intermedia, cambiamos los datos en la siguiente ventana. Click en “ok”.

nombre

Tipo Shell-thin

Espesor de la v.sup

nombre

Tipo Shell-thin

Espesor de la cuba

- Creamos la sección para el fondo cónico, cambiamos los datos en la siguiente ventana. Click en “ok”.

- Creamos la sección para la viga inferior, cambiamos los datos en la siguiente ventana. Click en “ok”.

nombre

Tipo Shell-thin

Espesor de la v.int

nombre

Tipo Shell-thin

Espesor del f. cónico

- Creamos la sección para el fondo esférico, cambiamos los datos en la siguiente ventana. Click en “ok”.

- Creamos la sección para el fuste, cambiamos los datos en la siguiente ventana. Click en “ok”.

nombre

Tipo Shell-thin

Espesor de la v.inf

nombre

Tipo Shell-thin

Espesor del fondo esférico

Finalmente al concluir con las secciones de cada elemento del reservorio, click en “ok”

D) ASIGNAMOS LAS SECCIONES DEL RESERVORIO

1) Primero solo seleccionaremos cada elemento del tanque, dejando solo que se vea dicho elemento y ocultando los demás elementos para poder asignar las secciones correspondientes, lo haremos de la siguiente manera; click en set limits para cada elemento.

nombre

Tipo Shell-thin

Espesor del fuste

Click en “ok”

a) Fuste a.1) Colocamos la altura para el fuste = 15.40 m en el eje “Z”; en la siguiente ventana. Luego “ok”

a.2) Después de solo verse la parte del fuste, seleccionamos las 45 áreas y seguimos la siguiente ruta que se repartirá para asignar todas las secciones siguientes. Luego “ok”

Click en “set limits”

Altura máx. = 15.40m

Alt. Max. = 15.40 m

a.3) En la siguiente ventana click en la opción fuste para asignar la sección respectiva. Luego “ok”

b) Viga inferior

b.1) Colocamos la altura para la viga inferior desde 15.40 – 16 m en el eje “Z”; en la siguiente ventana. Luego “ok”

Opción: fuste

b.2) Después de solo verse la parte del fuste, seleccionamos las 45 áreas y seguimos la ruta anterior de la figura a.2. (Mismo paso para asignar todas las secciones). Luego “ok”

a.3) En la siguiente ventana click en la opción viga inf. Para asignar la sección respectiva y luego “ok”

c) Fondo cónico

c.1) Colocamos la altura para el fondo cónico 16 – 18.50 m en el eje “Z”; en la siguiente ventana. Luego colocamos en vista “XY” y seguimos la siguiente ruta.

Alt. Para vig. Inf

Opción: Vig. inf

Luego, aparece la siguiente ventana y click en vista “XY”. Luego “ok”

Luego, seleccionamos las áreas color rojo que son en total de 45 áreas

Opción: Vista “XY”

c.2) Luego de estar seleccionadas dichas áreas, seguimos la ruta siguiente

c.3) En la siguiente ventana click en la opción fondo cónico para asignar la sección respectiva y luego “ok”

d) Fondo cónico

d.1) click en la opción que se está señalada en la siguiente imagen, para volver a seleccionar las áreas del fondo cónico.

d.2) Click en la siguiente opción de la imagen

Click en esta casilla

Opción: fondo cónico

Luego quedara así

d.3) Seleccionamos todas áreas con un total 270, y luego seguimos la siguiente ruta

Click en esta opción

Luego aparecerá la siguiente ventana para asignar su sección, click en fondo esférico. Luego “ok”

e) Viga intermedia

e.1) Colocamos la altura para la viga intermedia 18.50 – 19 m en el eje “Z”; en la siguiente ventana, y seguimos la siguiente ruta.

e.2) Después de solo verse la parte de la viga intermedia, seleccionamos las 45 áreas y seguimos la ruta anterior de la figura a.2. (Mismo paso para asignar todas las secciones).

Luego aparecerá la siguiente ventana para asignar su sección, click en viga intermedia. Luego “ok”

Alt. Para vig. Int

f) Cuba

f.1) Colocamos la altura para la cuba 19 – 21.65 m en el eje “Z”; en la siguiente ventana, y seguimos la siguiente ruta.

f.2) Después de solo verse la parte de la cuba, seleccionamos las 45 áreas y seguimos la ruta anterior de la figura a.2. (Mismo paso para asignar todas las secciones).

Alt. Para la cuba

Opción: Vig. int

Luego aparecerá la siguiente ventana para asignar su sección, click en cuba. Luego “ok”

g) Viga superior

g.1) Colocamos la altura para la viga superior 21.65 – 22 m en el eje “Z”; en la siguiente ventana, y seguimos la siguiente ruta.

Opción: click en cuba

g.2) Después de solo verse la parte de la viga superior, seleccionamos las 45 áreas y seguimos la ruta anterior de la figura a.2. (Mismo paso para asignar todas las secciones).

Luego aparecerá la siguiente ventana para asignar su sección, click en la viga superior. Luego “ok”

Alt. Viga superior

h) Viga superior

h.1) Colocamos la altura para la cúpula 22 – 23.50 m en el eje “Z”; en la siguiente ventana, y seguimos la siguiente ruta.

h.2) Después de solo verse la parte de la cúpula, seleccionamos las áreas y seguimos la ruta anterior de la figura a.2. (Mismo paso para asignar todas las secciones).

Opción: click en vig. sup

Luego aparecerá la siguiente ventana para asignar su sección, click en la cúpula. Luego “ok”

E) MODIFICAR LA DIRECCION DE LAS PRESIONES

Primero dividimos el tanque por la mitad por el eje “Y”, como a continuación se presenta. Luego “ok”

Opción: click en vig. sup

Mostramos el eje “Z” de la dirección de presiones, luego “ok”

Luego tenemos lo siguiente

Opción: local axes

Modificamos la dirección de la presión del fondo cónico, viga intermedia, cuba, viga superior; ya que en la imagen anterior la dirección de las presiones están hacia dentro y lo correcto sería hacia afuera. A continuación invertiremos el área de presiones, seguimos la ruta siguiente

Seleccionaremos las 4 secciones: viga, intermedia, cuba, fondo cónico, viga superior. En la siguiente ventana, luego “ok”

Luego invertimos la presión que se ejerce sobre las secciones ya mencionadas, seguimos la siguiente ruta

A continuación nos sale una ventana y simplemente en la primera opción click “ok”

Y finalmente las presiones ejercidas quedaran hacia afuera, como a continuación se presenta

F) DIBUJAMOS LA MALLA CILINDRICA

Editamos los datos de la malla, seguimos la ruta

Click aquí

Luego click en modificar (tercera opción)

Creamos un dibujo rápido

Opción: click aquí

Llenamos los datos en las siguientes casillas, luego “ok”

Luego “ok”

1º click aquí2º click en cylindrical

Nº de partes iguales

Nº de espaciamientoAngulo = 8 grados

Luego editamos nuevamente la malla, seguimos la siguiente ruta

Llenamos los datos, a continuación se aprecia en la imagen

Luego tenemos lo siguiente

Nuevamente vamos a editar la malla con los pasos anteriores para poder generar dicha malla hasta la altura máxima del tanque. Obtenemos la siguiente ventana y agregamos un dato más en “Z” que es z6 = 23.50

Colocamos 4.5 Colocamos 7

Tenemos lo siguiente

F) DIBUJAMOS LOS PLANOS DE LAS FUERZAS SISMICAS

Abrimos una nueva ventana, seguimos la ruta

Colocamos z6=23.5

Luego tenemos

En el plano 3D, editaremos nuevamente los datos de la malla para poder agregar las alturas que nos faltan

Click y abrimos nueva ventana

Luego

Luego llenamos en las casillas siguientes del eje “Z” los siguientes datos

Click en modificar

4

Alt. Impulsiva = 18.11

Alt. Cen. Grav = 19.98

Alt. Convectiva = 21.22