Tanques-de-Concreto-Armado.pdf

ANALISIS Y DISEÑO DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE AGUA

M.Sc. Ing. Carlos Córdova Rojas

www.cordovaingenieros.com

CONTENIDO PARTE 1: 1.1 Introducción 1.2 Tipos de tanques 1.3 Reglamentos Técnicos, Normas Metrológicas y/o Sanitarias PARTE 2: 2.1 Pre dimensionamiento 2.2 Metrado de cargas 2.3 Combinaciones de carga

M.Sc. Ing. Carlos Córdova Rojas

www.cordovaingenieros.com

CONTENIDO PARTE 3: 3.1 3.2 3.3 3.4

Análisis Sísmico Análisis Sísmico Estático Análisis Sísmico Dinámico Análisis Simplificado Método CCR

PATE 4:

4.1 Análisis y diseño de tanque elevado de 2000m3 4.2 Análisis de esfuerzos y verificación de espesores 4.3 Diseño de elementos

M.Sc. Ing. Carlos Córdova Rojas

www.cordovaingenieros.com

PARTE 1: 1.1 Introducción

LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE AGUA SON ESTRUCTURAS ESENCIALES EN UNA RED DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE, SIRVEN PARA COMPENSAR O REGULAR LAS VARIACIONES HORARIAS DE LA DEMANDA DE AGUA EN UNA LOCALIDAD.

1.2 TIPOS DE TANQUES 1.- TANQUES ENTERRADOS O SUBTERRANEOS (CISTERNAS)

CIRCULARES

RECTANGULARES

2.- TANQUES APOYADOS SOBRE EL TERRENO

CIRCULARES

RECTANGULARES

3.- TANQUES ELEVADOS

1.3 Reglamentos Técnicos, Normas Metrológicas y/o Sanitarias  ACI 350 Seismic Design of Liquid Containing Concrete Structures (ACI 350.3 - 01) and Commentary (350.3R-01)  Diseño Sismorresistente NTE E.030  American Concrete Institute (ACI)

1.- Calculo del peso de los muros del reservorio (Ww): Para calcular el peso de los muros con influencia del agua en las paredes, se necesita conocer las dimensiones hidráulicas y luego Determinar el factor de

corrección (ε) dado por la siguiente Formula:

Donde:

D = Diámetro interior del reservorio HL = Altura máxima del agua almacenada en el reservorio

2.- Cálculo de los pesos del liquido almacenado Wi y Wc: Las componentes del liquido almacenado según el ACI 350.3-01, esta compuesta por el peso impulsivo Wi y la componente conectiva Wc dada por la

siguiente expresión:

Donde:

WL = Peso total del agua almacenada en el reservorio

3.- Ubicación de la altura del centro de gravedad de los pesos efectivos del liquido almacenado hi y hc: La ubicación de del centro de gravedad de los pesos impulsivo y convectivo del liquido, medido desde la base del reservorio, esta dada por la siguiente expresión:

4.- Determinación de las cargas sísmicas estáticas: Se determina las cargas sísmicas estáticas reducidas, de acuerdo a lo establecido en las Normas de diseño sísmico de cada país, utilizando como

factor de reducción R, los indicados en la siguiente tabla:

5.- Determinación de la fuerza cortante total en la base: Una vez determinadas las fuerzas debido al peso de la estructura, al peso impulsivo y convectivo del liquido, se determina la fuerza cortante total en la base, de acuerdo a la siguiente expresión:

Donde: Pi = Fuerza debido al peso impulsivo del liquido.

Pw = Fuerza debido al peso de la paredes del reservorio. Pr = Fuerza debido al peso de la cúpula.

Pc = Fuerza debido al peso convectivo del liquido.

PARTE 2: 2.1 Predimensionamiento

VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO

D= H1 = H2 = r1 = r2 = f=

18.40 6.36 2.46 9.20 6.25 2.46

m m m m m m

V 1 = 1691.15 m³ V 2 = 466.52 m³ V 3 = 158.50 m³

VT = 1,999.17 m³

Diametro reservorio Altura del muro Altura del tronco conico Radio mayor del cono Radio menor del cono Flecha cupula inferior

Nivel superior del agua Nivel del peso convectivo Wc Nivel del peso impulsivo Wi

Volumen del liquido (V)

He =

4V D

2

PARTES DEL TANQUE ELEVADO: 1.- Cúpula superior f ( D/8, D/10)

PARTES DEL TANQUE ELEVADO: 2.- Anillo Superior

PARTES DEL TANQUE ELEVADO: 3.- Pared cilíndrica

PARTES DEL TANQUE ELEVADO: 4.- Anillo Inferior

PARTES DEL TANQUE ELEVADO: 5.- Losa de fondo cónico

PARTES DEL TANQUE ELEVADO: 6.- Cúpula Inferior

f ( D/5, D/6)

PARTES DEL TANQUE ELEVADO: 7.- Anillo de fondo

PARTES DEL TANQUE ELEVADO: 7.- Fuste cilíndrico

PREDIMENSIONAMIENTO CONSIDERANDO EL AGRIETAMIENTO VERIFICACION DEL ESPESOR DEL CONCRETO PARA EVITAR AGRIETAMIENTO f'c = fct = Fy = Es = Ec = n=

280 28 4,200 2.10E+06 250,998 8

kg/cm² kg/cm² kg/cm² kg/cm² kg/cm² cm

ESPESOR DE ELEMENTOS

e cup. sup. = e anillo sup. = e pared = e anillo inf. 1 = e tronco = e cup. inf. = e anillo inf. 2 = e fuste =

Cuantias

Ac (cm²)

n As

P (ton)

7.5

cm

0.004

750

24

22

40

cm

0.008

2,000

128

60

30

cm

0.018

3,000

432

96

60

cm

0.018

6,000

864

192

35

cm

0.02

3,500

560

114

30

cm

0.01

3,000

240

91

40

cm

0.01

2,800

224

85

22.5

cm

0.003

2,250

54

65

2.2 Metrados de Carga Estados de carga a considerar: -

Carga muerta (D)

-

Carga viva

-

Carga de empuje hidrostático (EH)

-

Carga de sismo (EQ)

(L)

Pesos obtenidos del modelo matemático

2.3 Combinaciones de carga Servicio: -

D + L + EH + EQ

Ultimo:

-

1.4 D + 1.7 L + 1.4 EH

-

1.25 D + 1.25 L + 1.25 EH ± EQ

-

0.90 D ± EQ

PARTE 3: 3.1 Análisis Sísmico 3.2 Análisis Sísmico Estático

3.3 Análisis Sísmico Dinámico

Wc Wi

3.4 Análisis Simplificado método CCR

PARTE 4: 4.1 Análisis y diseño de un tanque elevado de 2000m3 4.1 Análisis de esfuerzos y verificación de espesores 4.2 Diseño de elementos En esta parte se desarrollará un ejemplo de aplicación del

análisis y diseño integral de un tanque elevado tipo INTZE de 2000m3. De acuerdo a los resultado obtenidos y a las

combinaciones de carga realizadas, se evaluarán los esfuerzo y espesores de los diferentes elementos que

constituyen el tanque elevado, así mismo se realizará el diseño de los elementos, esta parte se desarrollará directamente del programa SAP2000 y hojas de calculo.

TANQUE TIPO INTZE DE 2000m3

e=0.075m

e=0.30m

(0.40 x 0.50)

(0.50 x 1.00)

(0.30 x 0.50)

e=

0.3

5m

e=0.225m

(0.40 x 0.70)

m

.30

e=0