COMISIN NACIONAL DEL AGUA

SUBDIRECCIN GENERAL TCNICA

DISEO ESTRUCTURAL DE RECIPIENTES

Noviembre, 1996

GERENCIA DE INGENIERA BSICA Y NORMAS TCNICAS

INTRODUCCIN El presente Manual de Diseo de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento, ser el instrumento de referencia y consulta de los proyectistas, dependencias, empresas y organismos operadores relacionados al sector agua potable para la elaboracin de los proyectos para las obras nuevas, reparaciones, mantenimiento o ampliaciones de recipientes de mampostera de piedra braza, concreto reforzado y presforzado, acero y resina reforzada con fibra de vidrio. En esta parte del Manual se cubren, los recipientes superficiales, elevados y a presin que se utilizan para los sistemas de agua potable, alcantarillado y saneamiento. En apoyo al Programa Nacional Hidrulico, donde se plantea la necesidad de incrementar y mejorar los servicios de agua a nivel nacional, se vio la necesidad de elaborar el presente Manual, con el propsito de proporcionar a los tcnicos relacionados con la materia, los lineamientos para la elaboracin de los proyectos estructurales de los recipientes utilizados en los sistemas de agua potable, alcantarillado y saneamiento. En el presente Manual se han recopilado el material y las normas actualizadas, tanto nacionales como extranjeras, que rigen a ese tipo de estructuras y que se consideran tiles para el anlisis y diseo estructural de los recipientes, procurando reunirlas en una sola publicacin, dando las recomendaciones que se consideran pertinentes para lograr un buen diseo y construccin. se anexan tablas y figuras para proporcionar un auxiliar de diseo al proyectista, as mismo se incluyen las referencias de la literatura consultada y que puede resultar de ayuda al usuario para lograr una mayor profundidad en algn tema en especfico al aplicar sus conocimientos. El contenido de este Manual esta ntimamente relacionado con las diferentes reas que rigen a los recipientes, por lo que para el diseo funcional, mecnico, hidrulico y geotcnico debern consultarse las diferentes secciones. De acuerdo con la posicin relativa al terreno, los recipientes pueden clasificarse como superficiales y elevados, y en cuanto a su diseo pueden ser recipientes sujetos a la presin atmosfrica y recipientes a presin mayor que la atmosfrica. Los recipientes superficiales se construyen apoyados directamente sobre el terreno. Cuando el terreno sobre el que se va a desplantar tiene la capacidad de carga necesaria para soportar las cargas impuestas, sin sufrir deformaciones importantes, y tienen la ventaja de que su mantenimiento es mnimo y la facilidad de instalacin, operacin y mantenimiento de las tuberas de entrada y salida. Los recipientes enterrados se emplean cuando su desplante es adecuado para el funcionamiento hidrulico de la red de distribucin y es necesario excavar hasta encontrar un estrato de soporte ms resistente. Tienen la ventaja de conservar el agua a resguardo de las variaciones fuertes de temperatura, no alteran el paisaje y sus cubiertas pueden utilizarse para las ms diversas funciones, tales como: reas jardinadas; canchas de juego para deportes e incluso como helipuertos. Los recipientes elevados se utilizan para dar carga hidrulica a la red de distribucin y normalmente se requiere cuando la topografa es sensiblemente plana,

Los recipientes a presin se utilizan como estructuras de proteccin a la lnea de conduccin, conocidos tambin como cmaras de aire. La segunda edicin consta de un volumen el cual contiene los requisitos de los materiales empleados en la fabricacin de los recipientes, las acciones a las que van a estar sometidos, el anlisis y diseo, y los lineamientos para los recipientes superficiales, elevados y a presin. Como anexo contiene las tablas de ayuda de diseo para recipientes elaborado por la Asociacin de Cemento Portland (Portland Cement Asociation (PCA).

ALCANCE En este documento se pretenden establecer lineamientos y recomendaciones para el anlisis y diseo estructural de los diferentes tipos de recipientes requeridos para los sistemas de agua potable, alcantarillado y saneamiento a cargo de la Comisin Nacional del Agua. Con la informacin proporcionada en este Manual se espera que el diseador cuente con' una herramienta que facilite y haga homogneos los criterios para el diseo de recipientes atmosfricos, superficiales y elevado as como de recipientes a presin, dentro del marco normativo vigente. El alcance cubre desde recomendaciones para la seleccin, manejo, preparacin y aceptacin de materiales e insumos para la construccin de los recipientes, tratando de proporcionar de forma sencilla las experiencias obtenidas en el diseo y construccin, describindose al mismo tiempo los elementos y caractersticas constructivas, Para el diseo estructural se dan las bases para que con mtodos reconocidos de ingeniera que considere las acciones permanentes, variables y accidentales; particularmente los efectos de viento y sismo sin embargo para acciones no usuales o condiciones de exposicin no comunes se requieren diseos especiales ms conservadores. Los recipientes a presin fabricados con acero al carbn se incluyen como estructuras de proteccin para las lneas de conduccin en los sistemas de, agua potable y alcantarillado. En ste alcance se consider su diseo tanto para posicin vertical como horizontal y se analizan y dimensionan los diferentes elementos que los componen. DEFINICION DE TERMINOS Arriostrar Dar mayor estabilidad a un elemento estructural impidiendo su desplazamiento en alguna direccin. Carga Factorizada Accin para anlisis estructural aumentada por un factor de carga establecido en un Cdigo de diseo. Estanqueidad Caracterstica de un cuerpo de no permitir el paso de algn lquido a travs de sus paredes, ni de sus uniones. Estudio de Riesgo Ssmico Anlisis para determinar las mximas intensidades ssmicas esperadas en un sitio, en funcin de las, fuentes generadoras de temblores de influencia sobre el rea de inters. Inclusin de Escona

Material slido no metlico, atrapado en el metal de soldadura, o entre el metal de soldadura y el metal base. Inspeccin con Lquido Penetrante Mtodo de inspeccin no destructivo, utilizado para detectar fallas sobre la superficie de material. Las fallas tpicas detectables por este mtodo son: grietas, fracturas, astillas y porosidades. Inspeccin con Partcula Magntica Es un mtodo de deteccin de grietas o discontinuidades del material, sobre la superficie o cerca de sta, en materiales como hierro y aleaciones magnticas de acero, Consiste en aprovechar las propiedades magnticas del material, aplicando partculas imantadas finamente divididas que forman patrones indicativos de la discontinuidad del material. Inspeccin Ultrasnica Mtodo no destructivo utilizado para localizar e identificar fallas internas por la deteccin de la reflexin que produce el material a las vibraciones ultrasnicas emitidas por un aparato. Inspeccin por Radiografa Proceso que consiste en hacer pasar radiaciones electrnicas a travs de un objeto, obteniendo sobre una pelcula, el registro del estado interno de dicho cuerpo. Interaccin Suelo-Estructura Anlisis para determinar el cambio de las propiedades dinmicas de un sistema estructural por efecto de la flexibilidad del suelo donde se sustenta. Isotacas Lneas que unen puntos de igual velocidad. Junta en ngulo Unin entre dos miembros, localizados en diferentes planos que se interceptan entre 1800 (junta a tope) y 900 (junta de rincn). Junta de Rincn Unin entre dos miembros, localizados aproximadamente a 900 uno del otro, en forma de L.. Junta de Orilla Unin entre los extremos de dos o ms miembros paralelos. Junta en Te Unin entre dos miembros localizados aproximadamente a 90% uno de otro, en forma de T. Metal Base Para ser soldado o cortado. Relevado de esfuerzos

Es el calentamiento uniforme de una pieza o parte de ella, a una temperatura inferior a la critica durante un tiempo suficiente, seguido de un enfriamiento uniforme y controlado, con el fin de eliminar la mayor parte de los esfuerzos residuales. Resistencia Reducida Resistencia nominal de un elemento estructural, afectada por un factor de reduccin establecido en un Cdigo de diseo. Metal de Aporte Metal que es adicionado en la fabricacin, durante un proceso de soldadura. Modo Fundamental Configuracin ms desfavorable, para la estabilidad, que adopta una estructura sujeta a excitaciones dinmicas. Contiene el periodo de, vibracin ms alto. Nivel de Vertido de Excedencias Altura mxima que puede alcanzar un lquido dentro de recipiente que o contiene. Cuando el volumen de lquido tiende a sobrepasar el nivel, ste es desalojado del depsito a travs del vertedor de excedencias. Normalizado Proceso en el cual un metal ferroso es calentado a una temperatura mayor que la crtica, y posteriormente enfriado en aire quieto hasta la temperatura ambiente. Operacin Normal Operacin dentro de los lmites mximos de trabajo y para la cual, el recipiente debe de estar marcado. Penetracin en la Junta Profundidad mnima de una soldadura de ranura cuya longitud se mide desde su cara hacia el interior de la junta, excluyendo el refuerzo de soldadura. Recocido Total Es un proceso de ablandamiento que consiste en el calentamiento de un metal o aleacin con base hierro a una temperatura sostenida durante un perodo definido y seguido de un enfriamiento lento y controlado hasta abajo de dicha temperatura. Refuerzo de Soldadura Metal de soldadura, sobre la cara de una soldadura de ranura, en exceso del metal necesario para el tamao especificado de la soldadura. Relevado de Esfuerzos Es el calentamiento uniforme de una pieza o parte de ella, a una temperatura inferior a la crtica durante, un tiempo suficiente, seguido de un enfriamiento uniforme y controlado, con el fin de eliminar la mayor parte de los esfuerzos residuales. Resistencia Reducida, Resistencia nominal de un elemento estructural, afectada por un factor de reduccin establecido en un Cdigo de diseo. Respaldo

Material (Metal, soldadura metlica, fndente granular, asbesto, carbn, etc.), que sirve de soporte para depositar metal de aporte y facilitar tanto la operacin de soldado como la obtencin de una soldadura sana en la raz. Soldadura Automtica Soldadura con equipo, el cual realiza la operacin total de soldado sin la observacin y ajuste constante de los controles, por un operador. El equipo podr o no ejecutar la, carga o descarga del material; llamndose, operador, a la persona que maneja las mquinas o equipos automticos para soldadura, Soldadura Semiautomtica de Arco Soldadura de arco con equipo, que controla nicamente la alimentacin del metal de aporte. El avance de la soldadura es controlado manualmente por un soldador. Soldadura con Arco, Metal Protegido Proceso de soldadura donde la unin es producida por el calentamiento, mediante un arco elctrico entre el electrodo metlico cubierto, y el metal base. La proteccin de la soldadura es producida por la descomposicin de la cubierta del electrodo. En este proceso no se utiliza presin y el metal de aporte es obtenido del electrodo. Soldadura de Arco Metlico con Gas(MGAZO) Proceso de soldadura donde la fusin es producida por el calentamiento, mediante un arco elctrico entre el metal de aporte y el metal base, El medio de proteccin es un gas o mezcla de gases, (que puede contener un gas inerte, o una mezcla de gas y fndente). Este proceso algunas veces es llamado MIG. Temperatura Critica Es la temperatura arriba de la cual se inicia la formacin de una solucin autentica durante el calentamiento de un metal con base hierro y se transforma esta durante el enfriamiento, Estos lmites de temperatura son diferentes y algunas veces traslapan, pero nunca coinciden, Estas temperaturas dependen de la composicin de la aleacin y sobre todo, de la velocidad de cambio de temperatura en el lmite, particularmente durante el enfriamiento; esta temperatura sirve de base para el tratamiento trmico. Tratamiento Trmico Despus de la Soldadura Es un relevado de esfuerzos que se efecta posteriormente a la soldadura. Temperatura de Trabajo Temperatura que puede mantenerse en el metal de la pared del recipiente para una operacin especfica. Tirante Distancia Vertical entre la superficie del agua y el fondo del recipiente. Vlvula de Relevo Es un dispositivo relevador automtico de presin, actuado por la presin esttica aplicada sobre la vlvula, que abre en proporcin al incremento de presin sobre la presin de apertura.

CAPITULO 1. MATERIALES

1.1 GENERALIDADES

En el presente captulo, se tratan los materiales que se utilizan con ms frecuencia en la construccin de los recipientes que componen los sistemas de agua potable, alcantarillado y saneamiento, los cuales son: mampostera de piedra braza, mampostera de piezas prismticas artificiales macizas (hechas a mano o en maquina), concreto, reforzado, concreto presforzado, acero y plstico reforzado con fibra de vidrio. Los materiales que se usen para la construccin de los recipientes debern cumplir con lo mencionado en la ltima revisin de 1996, de las normas de la Direccin General de Normas de la Secretara de Comercio y Fomento Industrial (Norma Oficial Mexicana, NOM) y (Norma Mexicana, NMX) y/o las de la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (American Society for Testing and Materials, ASTM); en la obra se debern efectuar las pruebas de los materiales utilizados, para garantizar que cumplan con la calidad especificada en el proyecto.

1.2 MAMPOSTERIA (15) En esta unidad se hace referencia a la mampostera de piedra braza (del tipo conocido como de tercera), que est formada con piedras naturales sin labrar ligadas con mortero cemento - arena, y a la mampostera de piezas prismticas artificiales macizas (hechas a mano o en mquina) y unidas por un mortero cemento - arena.

1.2.1 Piedra La piedra braza que se utilice en la construccin de los muros de los recipientes deber ser de buena calidad, homognea, fuerte, durable y resistente a la accin de los agentes atmosfricos, sin grietas ni partes alteradas se desecharn las piedras redondas y los cantos rodados sin fragmentar. Las piedras que se, utilicen debern estar limpias y exentas de costras. Si sus superficies tienen materia extraa que reduzca la adherencia, se limpiarn o lavarn y sern rechazadas si tienen grasas, aceites y/o si las materias extraas no pueden ser removidas. La piedra braza deber cumplir con los siguientes especificaciones: a) Una resistencia mnima a la compresin de 150 kg/cm2 en direccin normal a los

planos de formacin. b) Una resistencia mnima a la compresin de 100 kg/cm2 en la direccin paralela a los

planos de formacin. c) Una absorcin n de humedad, mxima del 4 por ciento. d) Resistencia al Intemperismo una, prdida mxima de peso del 10 por ciento, despus

de 5 ciclos en solucin saturada de sulfato, de sodio. Estas propiedades se podrn verificar por medio de las siguientes pruebas:

!"Para la absorcin de humedad y la densidad de las piedras naturales, ASTM C 97; !"Para el mdulo de rotura de las piedras naturales, ASTM C 99; !"Para la resistencia a la compresin de las piedras naturales, ASTM C 170; !"Para la resistencia a la abrasin, ASTM C 241; y !"Para la resistencia a la flexin de las piedras naturales, ASTM C 880-

1.2.2. Piezas prismticas artificiales Las piezas empleadas debern cumplir los requisitos especificados en la norma NMX C 6 para ladrillos cermicos de barro, arcilla o similares y en la norma NMX C 10 para ladrillo y tabicones de concreto. No se permite el uso de piezas huecas. Las piezas macizas prismticas artificiales debern cumplir con las siguientes especificaciones: a) Una resistencia mnima de 60 kg/cm2 a la compresin para tabique rojo recocido y de

100 kg/ cm2 para tabicn. b) Una absorcin mxima de agua durante 24: h de entre 13 y 18% para tabique y de

entre 101:y 19% para tabicn. La absorcin mxima inicial en tabiques y tabicones no deber exceder de 30 gramos por minuto, de acuerdo con el mtodo de prueba para tabiques especificado en la norma ASTM C 6791.

c) El mdulo de, rotura no deber ser menor de, 6 y 8 kg/cm2 para tabiques y tabicones,

respectivamente. d) Los tabiques y tabicones deben cumplir como mnimo 25 aos de duracin al

Intemperismo. La mxima prdida de peso ser del 10 por ciento, despus de 5 ciclos en solucin saturada de sulfato de sodio.

1.2.3 Mortero

Los morteros que se empleen para ligar la mampostera, de piedra-braza natural, y de piezas artificiales macizas cumplirn con los siguientes requisitos: a) La relacin volumtrica entre el cemento y la arena ser de 1:3 proscribindose el uso

de mortero de cal. b) La resistencia mnima a la compresin ser de 50 c) El mezclado y la mezcla cumplirn con lo establecido en ASTM C 476 d) La resistencia de los morteros se determinar de conformidad con la norma NIVIX C

61.

e) El cemento deber cumplir con lo establecido en el inciso 1.3.1 de este manual. f) La arena deber cumplir con lo establecido en ASTM C 33 g) Los morteros se elaborarn con la cantidad de agua mnima necesaria para obtener

un material manejable y debern cumplir con la norma NMX,C, 283 FR1.

1.2.4 Proteccin ala mampostera

Las superficies internas de los muros de un tanque de mampostera tendrn que revestirse con un aplanado, de mortero con impermeabilizante integral, que cumpla con la especificaciones mencionadas en el inciso 1.2.3. Dependiendo de las condiciones corrosivas a las que estarn expuestas las superficies, ser necesario aplicar un tipo de proteccin. Algunos revestimientos recomendables son mencionados en el inciso 1.3.5.1.

1.3 CONCRETO El concreto es un material compuesto, que consiste esencial mente de un medio aglutinante en el que se encuentran partcula o fragmentos de agregado. En el concreto hidrulico el aglutinante es una mezcla de cemento Portland y agua. El concreto premezclado deber mezclarse y entregarse de acuerdo con los requisitos de la Norma ASTM C 94 o ASTM C 685 El concreto deber transportarse de la mezcladora al sitio final de colocacin, empleando mtodos que eviten la segregacin o prdida de materiales. El concreto mezclado en obra se realizar de 'acuerdo a las disposiciones aplicables de la Norma ASTM C 94, para el manejo, dosificacin y mezclado de materiales. El concreto tendr el revenimiento requerido debindose comprobar con la frecuencia que se considere necesaria, basndose en las Normas ASTM C 94 y ASTM C 143. El peso, volumtrico y el contenido de aire del concreto fresco, debern determinarse rutinariamente conforme a los mtodos de las Normas ASTM C 138 y ASTM C 237 respectivamente, cuando se emplee un, aditivo inclusor de aire. Se tomarn muestras de ensaye de concreto con la frecuencia que se considere necesaria, pero llenando los requerimientos de las Normas ASTM C 31, ASTM C 39 y ASTM C 617. Las evaluaciones pertinentes de las pruebas podrn verificarse de acuerdo a las Normas ASTM C 318. El colado se har en forma continua, sin interrupciones, hasta terminar totalmente lo programado del elemento estructura y dejando nicamente aquellas juntas de colado que indique el proyecto.

La compactacin y acomodo del concreto se har de tal manera que se llenen totalmente los moldes sin dejar huecos dentro de la masa del concreto y cubriendo de una manera efectiva el acero de refuerzo. No se efectuarn colados cuando este lloviendo. Durante el colado del concreto, la altura de vaciado mxima permisible, ser de 1.20 m. La colocacin del concreto no deber ser directa sobre embebidos, emparrillados muy cerrados o cualquier objeto que provoque la segregacin. El curado es el control de la humedad y temperatura durante un lapso determina lo para que el concreto adquiera la resistencia de proyecto. Dependiendo de las condiciones climticas del lugar y las caractersticas particulares del concreto de que se trate se recomiendan los siguientes procedimientos: !"Humedecimiento continuo de las superficies coladas, con agua limpia exenta de cido

y de cualquier otra clase de sustancias nocivas, por un periodo de 7 das para concreto normal y 14 das para concreto masivo.

!"Aplicacin de membranas, impermeables cuya calidad, clase y forma de aplicacin

debern ser previamente aprobadas. !"Cubriendo las superficies coladas con arena, costales o mantas que debern

mantenerse continuamente hmedas durante el perodo que s especifique. Las disposiciones de este captulo se aplican al concreto reforzado con varillas corrugadas de acero y/o malla de acero electrosoldada, e incluyen al concreto elaborado en sitio, prefabricado y presforzado.

1.3.1 Cemento

Dependiendo de la obra por construir, deber elegirse entre los diferentes tipos de cemento Portland segn sea el caso: !"Tipo I, para utilizarse cuando no se requieran propiedades especiales. !"Tipo II para uso general, cuando se requiera una resistencia, moderada a, los sulfatos

o un moderado calor de hidratacin. Este cemento tiene uso generalizado en las estructuras que conforman las plantas de tratamiento de aguas residuales.

!"Tipo III, cemento de alta resistencia rpida. !"Tipo, V, cuando se requiera una alta resistencia a los sulfatos que cumpla con la

norma NMX C 1 -80 0, ASTM C 150-91. Estos diferentes tipos de cementos, no debern intercambiarse en los elementos o partes de la obra. Cuando el cemento se reciba envasado en sacos, stos debern llevar el titulo Cemento Portland el tipo de cemento, marca, y el peso contenido en cada saco. Cuando el cemento es con inclusor de aire, deber tener el ttulo Inclusor de aire", marcado en el

saco. La misma informacin contendr los documentos del lote de cemento a granel o en saco. En estos ltimos citados, deber garantizarse su envasado de fbrica En el cemento envasado en sacos se deber revisar el peso neto. Si los sacos de cemento contienen menos del 2% del peso marcado en el saco, stos sern rechazados. En un lote de sacos de cemento, se tomar al azar una muestra representativa y se pesar, si el resultado es menor a lo marcado en los sacos, el lote entero ser rechazado. El cemento en sacos debe ser almacenado de manera que permita un fcil acceso para inspeccin e identificacin de cada lote, y un local que lo proteja adecuadamente contra la accin de los agentes atmosfricos y la humedad. El sitio de almacenamiento deber estar bien drenado. Ningn cemento podr emplearse cuando el tiempo de almacenamiento exceda de 3 meses, excepto que cumpla con los requisitos de nuevas pruebas de laboratorio que indiquen que sigue vigente su buena calidad. El cemento deber utilizarse conforme al orden cronolgico de recepcin en la obra. El: cemento empleado en la obra, deber corresponder con el que se ha tomado como base para la dosificacin del concreto. Algunos cementos hidrulicos expansivos (de contraccin compensada) hechos con clinker de cemento Portland tipo II, o tipo IV adecuadamente sulfatados, proporcionan una suficiente resistencia a tos sulfatos. Las caractersticas de las puzolanas deben estar de acuerdo con la norma ASTM C 618-92a. y tendrn una prdida en ignicin de al menos el 3 por ciento. No todas las puzolanas son adecuadas para resistir los sulfatos. Las puzolanas no deben exceder el 25 por ciento en peso del cemento ms las puzolanas, para evitar la absorcin errtica de aditivos. El cemento con bajo contenido de lcalis se utilizar en los casos en que los agregados puedan reaccionar con los lcalis.

1.3.2 Agregados Es todo material granular, tal como la arena, grava o piedra triturada, empleado con algn medio cementante, para producir ya sea un concreto o un mortero. Los agregados para el concreto, debern cumplir con, las especificaciones NMX C30-1986, NMXC 111-1988 y/o ASTMC33-90. En general los agregados, tambin, debern cumplir con la seccin 1.4, del informe de Comit ACI 301 (Especificaciones para el Concreto Estructural para Edificios). Se puede obtener luna mayor informacin en relacin a los agregados en la Gua para la Utilizacin de Agregados de Peso Normal en el Concreto (ACI 221 R). Los agregados, se dividen en agregados grueso y fino. El agregado grueso es aqul que queda retenido en la malla No. 4 (paso de 4.75 mm). El agregado fino es el que pasa la

malla No. 4 (paso de 4.75 mm) y que queda predominantemente retenido en 1a malla con paso igual 75 m (No. 200). Los agregados que no cumplan con: estas especificaciones que hayan demostrado por pruebas especiales o por experiencia prctica, que producen un concreto de resistencia y durabilidad adecuados podrn utilizarse cuando as lo autorice la direccin de la obra. Se seleccionarn agregados que tengan una, baja contraccin por secado y una baja absorcin. Se recomienda el uso de agregados compuestos de materiales a base de slice (cuarzo y feldespato). Se tendr precaucin con la posibilidad de reacciones lcali-agregado procedentes de los cementos con alto contenido de lcalis y de otras fuentes. Dichas reacciones pueden tener efectos adversos para la durabilidad del concreto. El tamao nominal mximo de los agregados no debe ser mayor que un quinto de la menor distancia horizontal entre las caras de los moldes, un tercio de peralte del elemento, ni tres cuartos de la separacin libre mnima entre las varillas de refuerzo, paquetes de varillas o cables tendones de presfuerzo.

1.3.3 Agua El agua empleada en el mezclado del concreto deber ser limpia y estar libre de cantidades perjudiciales de aceites, cidos, sales, material orgnico y otras sustancias que puedan ser nocivas al concreto o al acero de refuerzo, y deber cumplir con la norma NMX C 283-1981. El agua de mezclado para concreto presforzado o para concreto que contenga elementos de aluminio ahogados, incluyendo la parte de agua de mezclado con la que contribuye a la humedad libre de los agregados, no debe contener cantidades perjudiciales de iones de cloruro. Se podr utilizar agua no potable, si los cilindros muestreados con concreto hechos con este tipo de agua, resultan con resistencias a los 7 y 28 das de por lo menos el 90 por ciento de los de especmenes similares hechos con agua potable, cuando se ensayen de conformidad con ASTM C 109.

1.3.4 Aditivos Se define como aditivo a aquel material que no sea agua, agregados o cemento hidrulico, que se utiliza como ingrediente del concreto el cual se agrega inmediatamente antes o durante el mezclado para modificar las propiedades del concreto en forma tal, que lo hagan ms manejable, ms econmico o para otros propsitos, en beneficio de la calidad y la Trabajabilidad del concreto (ASTM C 494-92).

Los aditivos que se empleen en el concreto, sern de acuerdo con lo indicado en el proyecto y del tipo que no provoquen agrietamientos, ni calor de, hidratacin en exceso ni aquellos que ataquen al acero o al concreto, Principalmente, los aditivos se clasifican de la siguiente manera: !"Aditivos acelerantes o retardantes del fraguado (ASTM C 494-92). !"Aditivos inclusores de aire (NMX C 200-1978 y/o ASTM C 260-86). !"Aditivos reductores del agua de mezclado e para control del fraguado (NMX C

255-1981 y/o ASTM C 494-92. Se incluyen en esta clasificacin los agentes puzolnicos.

En adicin, podrn usarse otros tipos miscelneos de aditivos para: !"Generarla expansin del concreto (NMXC 140-1978y NMXC 117-1978). !"Mejorar la adherencia entre el concreto y el acero de refuerzo. !"Facilitar el bombeo del concreto. !"Reducir la permeabilidad del concreto. !" Impedir la corrosin del acero de refuerzo. Deber prestarse una cuidadosa atencin a las instrucciones suministradas por el fabricante de los aditivos. Los aditivos no debern emplearse antes de una apropiada evaluacin de sus efectos y de las condiciones que se pretenden con su aplicacin. Los aditivos inclusores de aire, debern cumplir con lo estipulado en la norma ASTM C 260. Se ha descubierto que esta clase de aditivos tiene efectos benficos. Adems de mejorar la resistencia a los efectos de los ciclos de congelacin y deshielo, mejoran la trabajabilidad con un revenimiento constante, disminuyen el sangrado y se obtiene una mejor estructura de la pasta, adems de reducir la contraccin. Como resultado, contribuyen a lograr una estructura densa e impermeable y se recomienda usarlos en los concretos para la construccin de recipientes en los sistemas de agua potable, alcantarillado y saneamiento. Los aditivos de tipo impermeabilizante integral tambin se recomiendan en la construccin de recipientes ya que son hidrfugos, impidiendo la penetracin del lquido en las fisuras, logrando con esto una proteccin adicional al acero de refuerzo. En caso de que se apruebe el empleo de aditivos qumicos, stos debern cumplir con los requisitos estipulados en la norma ASTM C 494, y las puzolanas debern emplearse de acuerdo con los requisitos de la norma ASTM C 618. El uso de todos los aditivos debe hacerse de acuerdo con el ACI 211-2 (Comit ACI-212, Aditivos para concreto), y deben ser aprobados por la Direccin de la obra. Los aditivos que se deseen emplear con cemento de contraccin compensada, se debern utilizar con conocimiento previo y con la aprobacin del fabricante del cemento.

Deben emplearse solamente aquellos aditivos establecidos expresamente por el fabricante como libres de cloruro. El contenido mximo de cloruro soluble en agua, expresado como un porcentaje del cemento formado con a contribucin de todos los ingredientes de la mezcla de concreto, incluyendo agua, agregados, materiales cementantes y aditivos, no exceder al 0.06 por ciento para el concreto presforzado 0.10 por ciento para todos los otros tipos de concreto. Si la estructura va a estar expuesta a cloruros, el contenido mximo de cloruro soluble al agua ser de 0. 10 por ciento expresado y medido en forma similar. En el caso de que la estructura est expuesta a concentraciones de cloruro mayores al 0.10 de cloruros contenidos en el agua, sta se deber proteger mediante recubrimientos especiales, tales como pinturas epxicas o productos similares. La escoria de Alto Horno que cumple con la Norma ASTM C 989, es empleada como un aditivo en el concreto de manera muy similar a como se emplea la ceniza volante. Generalmente, deber utilizarse con, cementos tipo Portland que cumplan con la Norma ASTM C 150 y slo en excepcionales ocasiones, ser apropiado usar escoria con un cemento combinado, el cual ya tiene puzolana o escoria.

1.3.5 Proteccin al concreto

Las condiciones corrosivas que requieren se proteja la superficie del concreto, van desde situaciones comparativamente ligeras hasta muy severas, dependiendo del tipo de productos qumicos que se usen y los desechos domsticos e industriales encontrados. El tipo de proteccin empleado contra el ataque de productos qumicos tambin vara, de acuerdo con la clase y concentracin de producto qumico, la frecuencia del contacto y las condiciones fsicas como temperatura, presin, desgaste mecnico o abrasin y ciclos de congelacin y deshielo. Existen muchos tipos de revestimiento protector que evitan el contacto de la superficie, del concreto con el agente corrosivo. Para que estos revestimientos sean efectivos, deben garantizar una completa adherencia a la superficie del concreto y adems de ser completamente impermeables. Entre estas protecciones se encuentran varios revestimientos del tipo termoplsticos o termofraguante, cermicas, morteros resistentes al ataque qumico, pelculas o materiales de recubrimiento y barreras compuestas. Si las condiciones son lo suficientemente severas como para deteriorar un concreto de buena calidad, ser difcil proporcionar proteccin completa y duradera, an con esos tipos de revestimientos. En estos casos, se debe considerar la posibilidad d neutralizar esos lquidos de desecho, altamente agresivos.

1.3.5.1 Revestimientos Recomendables. !"Planta de Tratamiento de Aguas Generalmente, las concentraciones normales de productos qumicos usadas en las plantas para tratamiento de aguas, para el control de coagulacin, sabor, olor y

desinfeccin, no afectan al concreto, excepto si se trata de alumbre lquido, que requiere de una barrera continua e inerte como el PVC o el caucho por lo menos de 0.508 mm de espesor. !"Plantas para Tratamiento de aguas de desecho industrial En ocasiones, el tratamiento de desechos industriales involucra desechos de cido con PH tan bajo, que llega a ser de 10. El tipo de mortero que puede usarse es mortero resistente al ataque qumico, ladrillos o mosaicos resistentes al cido, revestimientos bituminosos gruesos, epxicos y capas pesadas o lminas de caucho o plstico. !"Proteccin de los Pisos en las Plantas de Tratamiento Los pisos de concreto en los que a veces puede haber derrames de cidos deben protegerse con laca de vinil, epxico, hule clorinado o revestimientos fenlicos. Como precaucin es necesario investigar la toxicidad de cualquier producto. Para la aplicacin: de los revestimientos debern tomarse en cuenta, los requisitos de seguridad establecidos por el fabricante.

1.4 ACERO DE REFUERZO

Para refuerzo del concreto debern usarse varillas corrugadas de acero que cumplan con las normas NMX B 69 B. 18, B 32 y B 294 y/o ASTM A 615, A 616, A 617 y A 706. Tambin podr utilizarse como refuerzo la malla de acero electrosoldada que cumpla con las especificaciones ASTM A 497. El acero para presfuerzo deber cumplir con alguna de las especificaciones ASTM siguientes: A 421, A 416 A 722. Se podrn utilizar alambres, torones o varillas no detalladas especficamente en las normas ASTM arriba citadas, siempre que se demuestre que no poseen propiedades que los hagan menos satisfactorios que, las, normas ASTM A 421, ASTM A 416 ASTM A 722. Cuando se requiera tomar, precauciones especiales para proteger el acero de refuerzo contra la corrosin, se podrn utilizar varillas recubiertas con galvanizado o con un material epxico. Las varillas galvanizadas para refuerzo de concreto, debern cumplir con la especificacin ASTM A 767. Las varillas recubiertas con epoxico, debern cumplir con la especificacin ASITM A775. En el caso de que el acero de refuerzo se recubra con alguno de los materiales mencionados, se deber tener en cuenta en el diseo que debe suministrarse un incremento en el anclaje, ya que estos recubrimientos reducen la adherencia entre la varilla y el concreto.

1.5 ACERO ESTRUCTURAL

El acero estructura que se utilice en los recipientes, sus aditamentos o partes de ellos, cumplir con las especificaciones ASTM A 36. Todos los materiales utilizados para acero tipo estructural sern nuevos y de primera. Se podrn utilizar los materiales para los que no se encuentren definidas su composicin y caractersticas, siempre y cuando hayan sido ensayados y calificados mediante pruebas de laboratorio y se hayan determinado todas sus propiedades fsicas, dimensionales y qumicas que cumplan con las Normas aplicables indicadas en cada caso. (ASTM A 668, AWWAID 102, AWS2A 1.4, AWS A 5. 1, AWS D 1. l.). Las placas de refuerzo cumplirn con las especificaciones ASTM.A 36; A 131 grados A y B; A 283 grados A, B, C y D; A 573 grado 58. El acero tipo ASTM A 283 grado D no podr utilizarse en placas de espesor mayor a 19 mm. La placa empleada en la construccin de los cuerpos y tapas de recipientes a presin, deber cumplir las especificaciones correspondientes de la seccin 11 del cdigo ASME3 o su equivalente ASTM. Los perfiles de acero estructura cumplirn las Normas ASTM A 36. Para otras formas, como las tubulares, que se utilicen en componentes estructurales, tales como columnas, puntales, etc., se cumplirn, las, especificaciones ASTM A 500 y A 501. Se podrn utilizar tuberas de acero como miembros tubulares estructurales, siempre qu, cumplan las. Normas ASTM A 319 grado B; A 53 tipo E o S grado B; o API 5L grado B, proporcionando el espesor mnimo, de acuerdo con las especificaciones de diseo. Los tornillos y anclas cumplirn las Normas ASTM A 307, grado B. Se puede considerar como Material alternativo para anclas, las barras de material tipo que cumpla con la especificacin ASTM A 36. Cuando no sea posible utilizar tornillos de clase ASTM A 307, se podrn substituir por los de clase ASTM A 325. Los tornillos cumplirn con las especificaciones ASTM A 325 A 490. 1 American Water works Association 2 American Weiding Society 3 American Society of Mechanical Engineers a) Los procedimientos para efectuar las conexiones atornilladas cumplirn con las

especificaciones del Instituto Americano de la Construccin en Acero (AISC). Las barras lisas y corrugadas podrn emplearse para unir partes a presin, tales como anillos de bridas, anillos de refuerzo, marcos para aberturas reforzadas, tirantes y tornillos, atiesadores o riostras y partes similares. Los materiales para barras lisas y corrugadas debern cumplir los requisitos para barras, tornillos o remaches. Los pasadores debern cumplir con las Normas ASTM A 307 grado B; A 108 grado 1018 1025; A 36.

Se podr emplear material fundido en la construccin de recipientes a presin y partes de recipiente. Las piezas fundidas, debern cumplir tambin las especificaciones ASTM A 27 grado 60-30. Se podr emplear material forjado y laminado en la construccin de recipientes a presin, siempre y cuando haya sido trabajado lo suficiente para eliminar las imperfecciones del lingote. Las piezas, forjadas debern cumplir adems, las especificaciones ASTM A 668 clase D; A 181 grado 11; A 1 05. Las bridas de tubera forjada y laminadas sern con forme lo especifica la ANS1413 16.5. Para los recipientes a presin se podrn emplear tubos, con o sin costura, que cumplan las especificaciones dadas en la seccin 11 del cdigo ASME o su equivalente ASTM, para los recipientes a presin. El cdigo ASME indica la forma de suministro de los materiales ms utilizados para recipientes a presin, la cual va implcita en su especificacin. A continuacin, se dan algunos ejemplos de materiales, su especificacin y forma de suministro. Los electrodos y fundentes para soldadura estarn de acuerdo con lo que sealan las Normas AWS D1.1.

TABLA CUADRO DE NORMAS

1.6 PLSTICO REFORZADO CON FIBA DE VIDRIO (12)

Este subcaptulo cubre el plstico reforzado con fibra de vidrio de fraguado trmico empleado en la construccin de recipientes. Estos recipientes sern de forma cilndrica, verticales, colocados superficialmente, sujetos la presin atmosfrica y dotados de ventilacin. Se deber evaluarla aplicabilidad, para utilizarse, como laminado, a la combinacin exacta de resina y refuerzo que habr de usarse para condiciones especficas, tanto qumicas como, estructurales. Esto se har mediante ensayes o a partir de los antecedentes de servicio que hayan mostrado un resultado adecuado para el ambiente. La fabricacin de los recipientes de plstico reforzado con fibra de vidrio de fraguado trmico, se define mediante, el mtodo de manufactura (tipo) y las materias primas que se utilizan en su construccin (grado). Tipo I: Moldeo de contacto. Es un mtodo de manufactura en el que se obtiene un laminado de refuerzo de fibra de vidrio, ya sea aplicado a mano o mediante el uso de una pistola especial de rociado que proyecta fibras cortas y resina catalizada que se van acumulando en la superficie del, molde. Los requerimientos para este procedimiento estn dados por el standard PS.15 (ref. 12).

CUADRO DE NORMAS

COMPONENTES MATERIALES NORMA

Cuerpo Acero al carbono ASTM A 285 Gr

Tapas Acero al carbono ASTMA 285 Gr

Soportes Acero al carbono ASTM A 36

Tornillos Acero al carbono ASTM A 193

Tuercas Acero al carbono ASTM A 194

Empaques Asbesto

Interiores Acero al carbono ASTM A 53

Conexiones Acero al carbono ASTM A 105

Bridas Acero al carbono ASTM A 181

Tipo ll: Recubrimiento con filamento Es un mtodo de manufactura, mediante el cual se coloca un refuerzo continuo de hebras de fibras de vidrio junto con una resina, siguiendo un patrn determinado sobre un mandril hecho exprofeso, hasta que se haya aplicado un nmero suficiente de capas, de tal manera que quede integrado un laminado. Este procedimiento esta dado por la especificacin ASTM-3299 (ref. 13). Grado 1 Resina polister ortoftlica o de uso general, resina Isoftlica, bisfenlica y epxica. Grado 2 Otra materia prima diferente al grado 1. Los materiales que se usen para construir los recipientes no contendrn ingredientes solubles al agua que puedan ser txicos, y slo se aceptarn los de Grado 1.

1.6.1 Resina Las resinas especificadas para el Grado 1 y para ambos, mtodos de fabricacin tipo I y tipo II se combinarn en un laminado, con material de refuerzo constituido por: fibra de, vidrio, ya sea filamentos continuos, tela, colcha o petatillo, dependiendo del Mtodo de fabricacin. En ningn caso la resina contendr rellenos o pigmentos, excepto los que se indican a continuacin: Para el control de la viscosidad, se podr agregar hasta 5 por ciento en peso de un agente tixotrpico que no interfiera con las inspecciones visuales. Para mejorar la resistencia al Intemperismo, se te podrn adicionar absorbentes ultravioleta al recubrimiento final de la resina. Las resinas no debern contener pigmentos o colorantes, a menos que as se convenga entre el fabricante y el comprador del recipiente. Para mejorar la resistencia al fuego se podrn agregar agentes retardaste. La resina se evaluar de conformidad con la especificacin ASTM C581, para las condiciones del medio qumico, incluyendo la temperatura de servicio. Requisitos complementarios que debern cumplir los recipientes de fibra de vidrio: Laminado Un arreglo tpico usual de un laminado se muestra en la fig. 1.1 y consiste de los siguientes elementos: 1. Capa interior

La capa interior, por especificacin, debe tener un espesor de 0.25 a 0.50 mm conn contenido mximo del 20% en peso de fibra de vidrio, debiendo ser vidrio qumico resistente, grado comercial con un agente acoplante; excepto para las condiciones de servicio en donde el ambiente qumico ataque a la fibra de vidrio, se podr usar conforme a las normas de referencia, un material sinttico,

2. Capa de Sello

A manera de barrera impermeabilizante y de sello, para impedir filtraciones hacia el interior de las capas posteriores que componen el laminado, se aplicarn dos capas con un espesor total de 2.0 a 2,5 mm; el contenido de fibra de vidrio estar comprendido entre el 20 y 30% de (peso total de la capa de sello y el espesor combinado con la capa interior, no ser menor de 2.5 mm.

A estas dos primeras capas (capa interior y capa de sello) comnmente se les

denomina barrera anticorrosion. 3. Capa Estructural

Otra capa consecutiva a las dos primeras, impartir rigidez estructural y es propiamente la que define las propiedades mecnicas del laminado, y sus caractersticas varan de acuerdo a los mtodos de fabricacin; con el tipo II esta capa ser formada por filamentos mltiples continuos de fibra de vidrio impregnados previamente o durante el proceso; con el procedimiento tipo I, la capa estructural estar constituida a su vez, de multicapas fabricadas mediante, colchas integradas tejidas con fibra de vidrio, colocadas de manera alternada hasta lograr el espesor que resulte del clculo de acuerdo con su resistencia especificada y las frmulas indicadas en el Captulo 3, Seccin 3.4.3.

4. Superficie exterior Finalmente, una capa para recubrimiento exterior es necesaria para proteger a la capa

estructural contra el ataque del medio ambiente; esta capa puede formarse incorporando a la resina un velo superficial o simplemente una capa de resina de 0.7 mm de espesor minino.

Fig. 1.1 SECCION TRANSVERSAL DE UN LAMINADO DE PLASTICO

REFORZADO CON FIBRA DE VIDRIO.

1.7 MATERIALES PARA SELOS DE JUNTAS Los materiales para rellenar las juntas en los recipientes de concreto para agua potable, alcantarillado y saneamiento debern reunir los siguientes, requisitos: a) Hermetismo al paso del agua. b) Compresibilidad. c) Evitar que se expandan al contacto con el agua. Los materiales que se usarn para lograr el hermetismo en las juntas se dividen en las siguientes categoras: 1) Tapajunta. Es una barrera que se coloca en la seccin de la junta durante el proceso

de construccin para construir un diafragma resistente al paso de agua. Pueden ser de hule natural, de cobre, de acero o de cloruro de polivinilo (NMX 249).

Para los recipientes de agua se recomienda el uso de banda de cloruro de polivinilo (PVC) de 9.5 mm y 23 cm de ancho. Una ventaja del cloruro del polivinilo es la sencillez con que se empalma cuando se aplica calor. 2) Relleno Compresible Es una tira de material compresibie que se utiliza para rellenar y

tapar el espacio en una junta de expansin, proporcionar una base para el sellador de la junta y permitir el movimiento de expansin del concreto. Este material debe ser elstico y no interferir con el sellador. Se puede usar corcho, neopreno, caucho, espuma de poliestireno expandido, as como otros materiales que cumplan con las normas ASTM D 994, D 1751, D 1190 Y D 1752. En nuestro medio se ha usado con buenos resultados la espuma de poliestireno expandido.

3) Sellador de la Junta. Se usa para evitar el paso del agua o de algn material extrao a

travs de la junta. Deber ser impermeable y deformable para permitir los movimientos, as como para recuperar sus propiedades y forma original despus de las deformaciones cclicas, manteniendo la integridad de la junta y su adherencia con los cambios de temperatura durante la vida til de la estructura. Se recomienda el uso de elastmeros, desechando los materiales a base de asfaltos.

CAPITULO 2.0 ACCIONES 2.1 GENERALIDADES

En este captulo se tratan las acciones que pueden afectar y llevar a un comportamiento estructural no deseado, a los recipientes que componen los sistemas de, agua potable:, alcantarillado y saneamiento. Tales acciones incluyen tanto as cargas como las deformaciones impuestas. Las acciones se clasifican de acuerdo con la duracin en que actan con intensidad mxima. As, pueden distinguirse las acciones permanentes, variables y accidentales. Para el diseo estructural de los recipientes para agua potable alcantarillado y saneamiento, se tomarn en cuenta los efectos de las cargas permanentes, variables y accidentales, o los que resulten de la combinacin de carga ms desfavorable que pueda presentarse durante su vida til.

2.2 ACCIONES PERMANENTES

Las acciones permanentes son las que actan en forma continua sobre la estructura y cuya intensidad puede considerarse constante en el tiempo. Las acciones permanentes que debern tomarse en cuenta para el diseo de recipientes son las siguientes:

2.2.1 Cargas Muertas Las cargas muertas son los, pesos de los elementos que componen el recipiente y corresponden al valor calculado con las dimensiones establecidas en los planos estructurales y las densidades nominales de los materiales. Los reglamentos locales de construccin podrn suministrar valores de los pesos volumtricos de los materiales empleados. Para los casos en que las cargas permanentes sean favorables a la

estabilidad del conjunto, como en la revisin por volteo, deslizamiento o flotacin se debern utilizar los valores de densidad mnimos probables. En 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.

2.2.2 Cargas del agua Para determinar la magnitud de las cargas debidas al agua, se deber considerar la altura del agua en el recipiente hasta, el nivel de vertido de, excedencias con los siguientes pesos volumtricos: Aguas claras 1,000 kg/m3 Aguas negras sin tratar 1,010 kg/ m3 Gravilla excavada del desarenador 1,760 kg / m3 Cieno digerido, aerbico 1,040 kg/ m3 Cieno digerido, anaerbico 1,120 kg / m3 Cieno engrosado o deshidratado, dependiendo del contenido de humedad 960 a 1,360 kg/ m3 Al evaluar las deformaciones en la estructura y en la cimentacin de tanques de regulacin y crcamos de bombeo, se supondrn que el recipiente est lleno al 70 porciento de su capacidad; en los recipientes utilizados en los procesos de potabilizacin y tratamiento, que normalmente vierten por la parte superior, se considerarn llenos al ciento por ciento de su capacidad. 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 la accin hidrosttica lateral del agua sobre los muros y el efecto de la flotacin del conjunto, considerando el nivel de aguas freticas mximo esperado en el sitio. Se deber tener en cuenta que el nivel de aguas freticas local puede elevarse, por fugas de agua de los recipientes o tuberas cercanas.

2.2.3 Cargas del terreno

En el anlisis de los muros exteriores de los 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.

2.2.4 Cargas por presfuerzo. En elemento o sistema estructura sujeto a cargas, por presfuerzo, ya sea pretensados o postensados, deber realizarse el diseo basado en la resistencia de los materiales que lo constituye, as como el comportamiento de ese elemento o sistema para todas las etapas de carga a las que estar sujeto durante su vida til. El diseo deber contemplar la revisin de la concentracin de esfuerzos y comportamiento a todo, lo largo de los elementos presforzados, as como su interaccin con los dems sistemas estructurales ya sean presforzados o no.

2.2.5 Deformaciones y desplazamientos impuestos

Se debern considerar las deformaciones y desplazamientos impuestos a la estructura que varan poco con el tiempo, como los debidos al presfuerzo o a movimientos diferenciales de los apoyos de la construccin, as como por efecto de la presin interior en recipientes a presin.

2.3 ACCIONES VARIABLES Las acciones variables inciden sobre el recipiente en un lapso considerable pero con una intensidad que vara de manera significativa con el tiempo, como la carga viva y los efectos de los cambios de temperatura. Adems, se incluyen en este tipo de cargas a las deformaciones impuestas y los hundimientos diferenciales que tengan una intensidad variable con el tiempo; y las acciones debidas al funcionamiento de maquinaria y equipo, incluso los efectos dinmicos que puedan presentarse debido a vibraciones impacto o frenaje.

2.3.1 Cargas vivas Las cargas vivas actan 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 bombe se debern disear para una carga viva,

mnima de 1,465 kg/ m2, debido que en el montaje o al efectuar reparaciones los equipos pueden quedar depositados provisional ment 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 fluido (lquido o gaseoso), alimentado al interior del recipiente.

En escaleras, pasillos de operacin y plataformas, se deber considerar una carga viva de 500 kg/ m2 Los barandales se debern disear para una carga viva concentrada de 100 kg actuando en cualquier punto del pasamanos y en cualquier direccin.

2.3.2. Efectos de temperatura.

Los efectos debidos a los cambios de temperatura, podrn evaluarse de acuerdo con los reglamentos y condiciones locales, pero con una diferencia de temperatura no menor a los 20C considerando los siguientes coeficientes de dilatacin lineal (para otros materiales se debern utilizar valores publicados por instituciones reconocidas u obtenidos de pruebas de laboratorio):

Concreto 0.0000143 x C Mampostera de piedra, 0.0000063 x C Mampostera de tabique rojo 0.0000055 x C Acero A-36 0. 0000132 x C Se deber poner especial atencin a la variacin volumtrica, por efecto del, gradiente de temperatura, entre las partes superior e inferior de tanques enterrados a poca profundidad o semienterrados.

2.3.3 Otras acciones variables

Las acciones debidas a maquinaria tales como impacto, par de arranque, vibraciones, arranque y frenaje de gras viajeras, se debern considerar como cargas variables. Para valuarlas se debern conocer las caractersticas del equipo proporcionadas por el fabricante, as como las especificaciones de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecnicos (ASME).

2.4 ACCIONES ACCIDENTALES

Las acciones accidentales son las que no se deben al funcionamiento normal de la construccin y que pueden alcanzar intensidades significativas slo durante lapsos breves. Pertenecen a esta categora: las acciones ssmicas y de viento; nieve, granizo, explosiones, incendios y otros fenmenos que pueden presentarse en casos extraordinarios. Ser necesario tomar precauciones en la estructura, su cimentacin y en los detalles constructivos, a fin de evitar: un comportamiento catastrfico de. la estructura en el caso de que ocurran estas acciones.

2.4.1 Viento Los efectos del viento sobre los recipientes se debern evaluar tomando en cuenta las presiones y/o succiones estticas o dinmicas. Para estructuras con relacin de esbeltez (definida como el cociente entre la altura y la dimensin mnima en planta) mayor que 5 y con periodo de vibracin superior a 1seg, se debern incluir las acciones dinmicas causadas por la turbulencia del viento. Para los recipientes que adems de sus caractersticas de esbeltez tienen una forma en, su seccin transversal aproximadamente cilndrica o prismtica que propicie la generacin de vrtices, tales como las torres de oscilacin, se revisar su, capacidad para resistir los empujes dinmicos transversales generados por el desprendimiento peridico de vrtices alternantes. Para tomar en cuenta los efectos anteriores se debern utilizar las recomendaciones establecidas en, la referencia 14. Para determinar el perodo de vibracin de los recipientes se podr utilizar la siguiente expresin.

T = 2 m (2-1) K

donde m es la masa (en kg S2/m) y k la rigidez lateral (en kg/m) de la estructura. Para el clculo de la rigidez, de recipientes superficiales se pueden suponer estos como vigas en

cantilver empotradas en su extremo inferior. Es importante considerar en adicin a la rigidez a la flexin su respectiva rigidez al corte: K= 1 (2-2) L3 + L 12B GA G= E (2-3) 2(1 + ) En las expresiones anteriores E y G representan el mdulo de elasticidad y mdulo de rigidez al corte, respectivamente, y es el coeficiente de Poisson del material. A e I son el rea y el momento de inercia de la seccin transversal del recipiente, y L la altura de sus paredes. Para recipientes elevados, la rigidez lateral quedar definida por las caractersticas de la estructura de soporte y su clculo necesitar de mtodos mas detallados. Los recipientes que se utilizan en los sistemas de agua potable, alcantarillado y saneamiento se debern analizar considerando que pertenecen: al grupo A y con velocidades de viento con un periodo de recurrencia de 2001 aos. En el anlisis y diseo de los recipientes, tendr especial importancia el efecto del viento sobre el rea expuesta de la estructura, en relacin a los estados lmite de volcamiento o deslizamiento, cuando el recipiente se encuentre vaco. El factor de seguridad para ambos efectos, deber ser mayor o igual a dos. Cuando se considere el efecto del viento simultneamente con el peso del agua, deber suponerse que el recipiente se encuentra lleno al ciento por ciento de su capacidad, excepto en los tanques de regulacin y crcamos de bombeo que se debern considerar al 80 por ciento de su capacidad. Tambin se deber tomar en cuenta el efecto del viento durante el montaje de los tableros prefabricados de los recipientes, cuando se encuentren provisionalmente sostenidos, en tanto se conectan en forma definitiva al resto de la construccin. En los recipientes con tapa se deber revisar la estabilidad de la cubierta y de sus anclajes. En los recipientes rectangulares o cuadrados, se supondr que el viento puede actuar por lo menos en dos direcciones perpendiculares entre s. A continuacin se transcribe, bajo permiso otorgado por la Comisin Federal de Electricidad, el mtodo esttico para el anlisis por viento que aparece en el Manual de Diseo de Obras Civiles. La presin actuante sobre una construccin determinada, p, en kg/m2, se obtiene tomando, en cuenta principalmente: su forma, y se calcula con la siguiente expresin

pz= Cp qz (2-4) donde

cp es el coeficiente de presin, su valor depende de la geometra de la estructura y

se puede obtener en las tablas 2.1, 2.2 y 2.3, para recipientes de forma rectangular, cilndrica y torres con seccin transversicular, respectivamente. Para otros casos se puede consultar la referencia 14. Los valores positivos de coeficiente cp indican presin, mientras que aquellos con signo negativo indican succin.

qz es la presin dinmica de base a una altura z sobre el nivel del terreno en KgIM2, y se determina con la siguiente expresin

qz = 0.0048 GVD2 (2-5) donde G es el factor de correccin por temperatura y por altura con respecto al nivel del mar, adimensionl, y VD es la velocidad de diseo, en km/h. El factor de 0.0048 corresponde a un medio de la densidad de aire y el valor G se obtiene con la siguiente expresin G= 0.392 (2-6) 273 + donde es la presin baromtrica, en mm de Hg, y es la temperatura ambiental, en C. En la tabla 2.4, se presenta la relacin entre los valores de la altitud, hm, en metros sobre el nivel del mar (msnm) y la presin, baromtrica, Q, en mm de Hg. La velocidad de diseo, VD, es la velocidad a partir de la cual se calculan, los efectos de viento sobre la estructura o sobre un componente de la misma. La velocidad de diseo, en km/h, se obtendr d acuerdo con la siguiente expresin VD= FT F VR donde FT es un factor que depende de la topografa del sitio, adimensional. F es el factor que toma en cuenta el efecto combinado de las caractersticas locales de exposicin, de tamao de la construccin y de la variacin de la velocidad con la altura adimensional, y VR es la velocidad regional, que le corresponde al sitio en donde se construir la estructura, en km/h. La velocidad regional del viento, VR, es la mxima velocidad media probable que puede ocurrir con un cierto perodo de torno en una, zona o regin determinada de pas.

TABLA 2.1

COEFICIENTE DE PRESION PARA RECIPIENTE CERRADOS DE FORMA PRISMATICA RECTANGULAR

Techo muro sotavento Muro lateral H muro d Barlovento D direccin en que se mide dvp Incidencia del viento SUPERFICIE d/b H/d dpv coeficiente de presin CP Barlovento Cualquiera - - 0.8

1 - -0.5 =2 - -0.3

Sotavento

4

Cualquiera

- -0.2 0 a 1H -0.65 1H a 2H -0.5 2H a 3H -0.3

Muros Laterales

Cualquiera Cualquiera

> 3H -0.2 0 a 1H -0.9

1H a 2H-0.5 2H a 3H -0.3

0.5

> 3H -0.2 0 a H/2 -1.3

Techo

Cualquiera

1.0 > H/2 -0.7

NOTAS: dpv es la distancia horizontal sobre el muro lateral o techo medida a partir de la arista del muro barlovento. Para valores intermedios de d/b y H/d se puede interpolar linealmente

TABLA 2.2. COEFICIENTE DE PRESION PARA RECIPIENTE CILINDRICO CON

RELACIN ALTURA DIAMETRO ENTRE 0.25 Y 4.

SUPERFICIE COEFICIENTE DE PRESION

OBSERVACIONES

Cp PAREDES Cp= Ks Cpi Cp= 0.5 + 0.4 cos + 0.8

cos 2+ 0.3 cos 3 -0.1 cos 4 -0.05 cos5 Ks= 1.0 para Cpl -0.15 Ks= 1.0 0.55(Cpl + 0.15)log

10 (he/b) para Cpl >0.15 TECHO -0.8 ZONA A -0.5 ZONA B NOTAS: es el ngulo entre la direccin del viento y un punto sobre la pared del recipiente Y es el ngulo de inclinacin del techo Los coeficientes son vlidos para recipientes desplantados al nivel del terreno o soportados por columnas cuya altura no sea mayor que la de la de ellos mismos (he)

TABLA 2.3

COEFICIENTES DE PRESIN PARA TORRES CILINDRICAS

Relacin H/b b*VD Tipo de superficie 1 7 25 40

Lisa o poco rugosa (d'/b = 0) 0.5 0.6 0.7 0.7

Rugosa (d'/b = 0.02) 0.7 0.8 0.9 1.2 6m2/S

muy rugosa (d'/b >7.08) 0.8 1.0 1.2 1.2 8m2/S Cualquiera 0.7 0.8 1.2 1.2

NOTAS: b es el dimetro de la estructura incluyendo la rugosidad de la pared. d' es la dimensin que sobresale de las rugosidades tales como costillas o "espoilers" en m. VD es la velocidad de viento de diseo ( convertida a m/s) evaluada para dos tercios de la altura total. Se puede interpolar linealmente para valores intermedios de H/b y de d'/b.

TABLA 2.4

RELACIN ENTRE LA ALTITUD Y LA PRESIN BAROMTRICA

Altitud (hm)

(msnm) Presin baromtrica ()

(mm de Hg) 0 760

500 720 1000 675 1500 635 2000 600 2500 565 3000 530 3500 495

Nota: Puede interpolarse para valores intermedios de hm.

El mapa de isotacas que se incluye (figura .2. 1), es para un perodo de retorno de 200 aos que corresponde a las estructuras de Grupo A.. Dicha velocidad se refiere a condiciones homogneas para una altura de 10 m sobre la superficie, de suelo en terreno plano, es decir, no considera las caractersticas locales de rugosidad del terreno ni la topografa especfica del sitio. Asimismo, dicha velocidad se asocia con rfagas de 3 seg y toma en cuenta la posibilidad de que y se presenten vientos debidos a huracanes en zonas csteras. El factor F, refleja la variacin de la velocidad del viento con respecto a la altura Z. Asimismo, considera l tamao de la construccin' o de los elementos de recubrimiento y las caractersticas de exposicin. Este factor se calcula con la siguiente expresin F= FCFrz donde Fc es el factor que determina la influencia del, tamao de la construccin, adimensional,

TABLA 2.1 COEFICIENTES DE PRESIN PARA RECIPIENTES CERRADOS DE FORMA PRISMATICA RECTANGULAR

TABLA 2.2 COEFICIENTES DE PRESIN PARA RECIPIENTES CILINDRICOS CON

RELACIN ALTURA DIAMETRO ENTRE 0.25 Y 4.

TABLA 2.3 COEFICIENTES DE PRESIN PARA TORRES CILINDRICAS

TABLA 2.4 RELACIN ENTRE LA ALTITUD Y LA PRESIN BAROMTRICA. FIG. 2.1 VELOCIDADES REGIONALES EN LA REPUBLICA MEXICANA CFE- IIE 1993

Frz es el factor que establece la variacin de la velocidad del viento con la altura z en funcin de la rugosidad del terreno de los alrededores, adimensional. En el caso de los recipientes, el factor Fc tiene un valor de 1.0 debido a que corresponden al Grupo A. El factor de rugosidad y la altura, Frz establece la variacin de la velocidad, del viento con la, altura Z. Dicha variacin est en funcin de la categora del terreno y del tamao de la construccin. Se obtiene de acuerdo con las siguientes expresiones: Frz= 1.56 10 si Z 10 (2-9) Frz= 1.56 10 si 10< Z

TABLA 2.5

CATEGORIA DEL TERRENO SEGN SU RUGOSIDAD

Cat Descripcin Ejemplos Limitaciones 1 Terreno abierto,

prcticamente plano y sin obstrucciones

Franjas costeras planas, zonas de pantanos, campos areos pastizales y tierras de cultivos, sin setos o bardas alrededor. Superficies nevadas planas

La longitud minina de este tipo de terreno en la direccin del viento debe ser de 2000 m o 10 veces la altura de la construccin por disear, la que sea mayor.

2 Terreno plano u ondulado con pocas obstrucciones

Campos de cultivo, o granjas con pocas obstrucciones tales como setos o bardas alrededor, arboles y construcciones dispersas

Las obstrucciones tienen alturas de 1.5 a 10m, en una longitud mnima de 1500 m.

3 Terreno cubierto por numerosas obstrucciones estrechamente espaciadas

Areas urbanas, suburbanas y de bosques, o cualquier terreno con, numerosas obstrucciones estrechamente espaciadas. El tamao de las construcciones corresponde al de las casas y viviendas,

Las obstrucciones presentan alturas de 3 a 5 m. La longitud mnima de este tipo de terreno en la direccin del viento debe ser de 500 m o 10 veces la altura de la construccin, la que sea mayor.

4 Terrenos con numerosas obstrucciones, largas, altas y estrechamente espaciadas.

Centros de grandes ciudades y complejos industriales bien desarrollados.

Por lo menos el 50% de los edificios tiene. una altura mayor que 20 m. Las obstrucciones miden de 10 a 30 m de altura. La longitud mnima de ese tipo de terreno en la direccin del viento, debe ser la mayor entre 400 m y 10 veces la Altura de la construccin.

TABLAS 2.6

CLSE DE ESTRUCTURAS SEGN SU TAMAO

Clase Descripcin A Todo elemento de recubrimiento de fachada, de ventanearas y de

techumbresy sus respectivos sujetadores . Todo elemento estructural aislado, expuesto directamente a la accin del viento. Asimismo, todas las construcciones cuya mayor dimensin, ya sea horizontal o vertical, sena menor que 20m.

B Todas las construcciones cuya mayor dimensin, ya sea horizontal o vertical vare entre 20 y 50 m.

C Todas las construcciones cuyas mayor dimensin , ya sea horizontal o vertical sea mayor que 50m.

TABLA 2.7

VALORES DE Y , PARA ESTRUCTURAS DEL GRUPO A

Categora de terreno

(m)

1 0.099 245 2 0.128 315 3 0.156 390 4 0.170 455

TABLA 2.8

FACTOR DE TOPOGRAFIA LOCAL FT

Sitios Topografa FT

Protegidos Base de promontorios y faldas de serranas del lado de sotavento. Valles cerrados.

0.8

0.9

Normales Terreno prcticamente plano, campo abierto, ausencia de cambios topogrficos importantes, con pendientes menores que el 5%'

1.0

Expuestos

Terrenos inclinados con pendientes entre 5 y 10%, valles abiertos y litorales planos. Cimas de, promontorios, colinas o montaas, terrenos con pendientes mayores que 10%, caadas cerradas y valles que formen un embudo o can, islas.

1.1

1.2

constante a esta altura se le conoce como altura gradiente; y Z estn dadas en metros, y

es el exponente que determina la forma de la variacin de la velocidad del viento con la altura y es adimensional. Los coeficientes y estn en funcin de la rugosidad del terreno (tabla2.5) y del tamao de la construccin (tabla 2.6). En la tabla 2.7 se consignan los valores que se aconsejan para estos coeficientes en el caso de estructuras del grupo A. El factor de topografa FT toma en cuenta el efecto topogrfico local del sitio en donde se desplantar la estructura. As por ejemplo, si la construccin se localiza en las laderas o cimas de colinas o montaas de altura importante con respecto al nivel general del terreno de los alrededores, es muy probable que se generen aceleraciones del flujo del viento y, por consiguiente, deber incrementarse la velocidad regional.

TABLA 2.5 CATEGORIA DEL TERRENO SEGN SU RUGOSIDAD.

TABLA 2.6 CLASE DE ESTRUCTURA SEGN SU TAMAO.

TABLA 2.7 VALORES DE Y PARA ESTRUCTURAS DEL GRUPO A

TABLA 2.8 FACTOR DE TOPOGRAFA LOCAL FT En la tabla 2.8 se muestran los valores que se recomiendan con base en la, experiencia para el factor de topografa, de acuerdo con las caractersticas; topogrficas del sitio. Tanto en el procedimiento de anlisis esttico corno en el dinmico intervienen factores que dependen de las condiciones topogrficas y de exposicin locales del sitio en donde se desplantar la construccin, as como del tamao de sta. Por lo tanto, a fin de evaluar correctamente dichos factores, es necesario establecer clasificaciones de carcter prctico. En la tabla 2.5 se consignan cuatro categoras de terrenos atendiendo al grado de rugosidad que se presenta alrededor de la zona de desplante. En la tabla 2.6 se dividen a las estructuras y a los elementos que forman parte de ellas en tres clases, de acuerdo con su tamao. En la direccin del viento que se est analizando, el terreno inmediato a la estructura deber presentar la misma rugosidad (categora), cuando menos en una distancia denominada longitud mnima de desarrollo, la cual se consigna en la tabla 2.5 para cada categora de terreno. Cuando no exista esta longitud mnima, el factor de exposicin F, deber modificarse para tomar en cuenta este hecho. En este caso, el diseador podr seleccionar, entre las categoras de los terrenos que se encuentren, en una direccin de: anlisis dada, la que provoque los efectos ms desfavorables y determinar el factor de exposicin para tal categora, o seguir un procedimiento analtico ms refinado a fin de corregir el factor de exposicin.

2.4.2 Sismo

Los reglamentos locales suministrarn informacin en cuanto a los coeficientes ssmicos y los espectros de diseo aplicables, de conformidad con la sismicidad local y las caractersticas de suelo donde se construyan los recipientes. El reglamento local a que se hace referencia debe ser el aprobado por la Comisin de Seguridad Estructural con ediciones posteriores a 1990. En caso de que este reglamento no exista, se recurrir a lo indicado, en el Manual de Diseo de Obras Civiles, Diseo por Sismo, que a continuacin se transcribe bajo licencia de la Comisin Federal de Electricidad. Con base en un estudio de riesgo ssmico, la Repblica Mexicana se dividi para fines de diseo en cuatro zonas segn se indica en la figura 2.2. Las fronteras entre zona coinciden con curvas de igual aceleracin mxima del terreno; la zona A, es la de menor intensidad ssmica, mientras que la de mayor es la zona D.

Fig. 2.2 Regionalizacin ssmica de la Repblica Mexicana Las ordenadas del espectro de aceleraciones para diseo ssmico, a, expresadas como fraccin de la aceleracin de la gravedad, estn dadas por las siguientes expresiones: a = a0 + (c-a0) T si T Tb (2-14) T donde a0 es el coeficiente, de aceleracin del terreno, c es el coeficiente ssmico, T es el perodo natural de inters, Ta y Tb son los perodos caractersticos que delimitan la meseta, y r es el exponente que define, la parte curva del espectro de diseo. Los valores de estos parmetros se presentan en la tabla 2.9 para las diferentes zonas ssmicas y los distintos tipos de terreno de cimentacin (terreno firme, tipo I; terreno intermedio, tipo II; terreno blando, tipo III).

TABLA 2.9 ESPECTROS DE DISEO PARA ESTRUCTURAS DEL GRUPO B

Los espectros de diseo especificados son aplicables a estructuras del Grupo B. Para las estructuras que componen los sistemas de agua potable, que pertenecen al Grupo A los valores de las: ordenadas espectrales debern multiplicarse por 1.5, a fin de tener en cuenta la importancia de la estructura. En sitios en que se conozca el periodo dominante M suelo, Ts, se permitirn algunas modificaciones en las ordenadas espectrales. Para ello, tratndose de terrenos tipo II y III

TABLA 2.9

ESPECTROS DE DISEO PARA ESTRUCTURAS DEL GRUPO B

ZONA SISMICA

TIPO DE SUELO ao C

Ta (S)

Tb (S) r

A l ll lll

0.02 0.04 0.05

0.08 0.16 0.20

0.2 0.3 0.6

0.6 1.5 2.9

1/2 2/3 1

B l ll lll

0.04 0.08 0.09

0.14 0.30 0.36

0.2 0.3 0.6

0.6 1.5 2.9

1/2 2/3 1

C l ll lll

0.36 0.64 0.64

0.36 0.64 0.64

0.0 0.0 0.0

0.6 1.4 1.9

1/2 2/3 1

D l ll lll

0.50 0.86 0.86

0.50 0.86 0.86

0.0 0.0 0.0

0.6 1.2 1.7

1/2 2/3 1

se podrn modificar los periodos caractersticos del espectro de diseo como se indica a continuacin:

TERRENO TIPO I No se admiten modificaciones en el espectro de diseo.

TERRENO TIPO II Zonas ssmicas A y B (2-15) Zona ssmica C (2-16) Zona ssmica D (2-17)

TERRENO TIPO III Zonas ssmicas A y B (2-18) Zona ssmica C (2-19) Zona ssmica D (2-20) Para el diseo ssmico de los recipientes, es necesario tener en cuenta los efectos hidrodinmicos del lquido almacenado en adicin a los efectos de inercia de, la masa del conjunto. Las paredes y el fondo de un recipiente necesitan disearse ante presiones hidrodinmicas generadas por movimientos impulsivos y convectivos del fluido. Las presiones impulsivas son debidas al impacto del lquido con el recipiente en movimiento, en tanto, que las presiones convectivas se deben a las oscilaciones del fluido. Los efectos de inercia se pueden tratar en forma semejante al caso de estructuras de edificios. Para ello, se establecen las ecuaciones de equilibrio, dinmico de un sistema equivalente y se obtienen respuestas de diseo mediante la aplicacin del mtodo modal espectral. Para tratar los efectos hidrodinmicos el fluido almacenado se puede reemplazar por dos masas virtuales ligadas al recipiente: una masa impulsiva, ligada rgidamente que representa los efectos hidrodinmicos debidos al movimiento del cuerpo rgido del recipiente; y una masa convectiva ligada flexiblemente, que representa los efectos hidrodinmicos debidos al modo fundamental de vibracin del lquido. Las recomendaciones que se estipulan en el presente captulo tienen por objeto determinar las fuerzas ssmicas, que actan sobre los recipientes sometidos a movimientos telricos que se especifican mediante los espectros de diseo establecidos para estructuras de edificios. Tales fuerzas son funcin de la masa del recipiente, de la masa, y flexibilidad de la plataforma de soporte en el caso de tanques elevados, de las

;2.1 sb TT = 48.16.0

masas impulsiva y convectiva que simulan el fluido, as como de las aceleraciones espectrales derivadas del espectro de diseo correspondiente a la zona ssmica y al tipo de terreno en que se ubicar la estructura. Se tratarn solamente recipientes con base de forma rectangular y circular. Para recipientes de caractersticas distintas a las sealadas ser necesario recurrir a mtodos apropiados de anlisis ssmico a fin de determinar las solicitaciones de diseo. Cuando un recipiente es sometido a excitacin, se generan dos tipos de solicitaciones: presiones hidrodinmicas sobre las paredes y el fondo, y fuerzas de, inercia en la masa del recipiente. A su vez, el movimiento del lquido origina dos tipos de presiones hidrodinmicas: las presiones convectivas asociadas a los modos, de vibracin y las impulsivas asociadas al modo de cuerpo rgido. En trminos de su magnitud, las presiones convectivas resultan ser menos, importantes que, las impulsivas, ms por esto, no se pueden despreciar, salvo en el anlisis de interaccin, suelo-estructura. En un depsito con paredes fondo supuestos rgidos, las presiones hidrodinmicas, y las fuerzas de inercia se podrn determinar con, base en l modelo equivalente que se muestra en la figura 2.3. En esta analoga de masas virtuales adheridas, el fluido se sustituye por las masas M0 y M1,colocadas a las alturas H0 y H1, respectivamente, sobre el fondo del depsito; M0 est unida rgidamente y simula los efectos de las presiones impulsivas, mientras que M1 est unida mediante un resorte lineal de rigidez K1 y simula los efectos de las presiones convectivas debidas exclusivamente al modo fundamental de vibrar del lquido.

FIGURA 2.3 ANALOGIA DE LAS MASAS VIRTUALES

Para depsitos circulares y rectangulares, los parmetros del modelo equivalente se pueden determinar de manera aproximada de acuerdo con las siguientes expresiones: Depsitos circulares con

5.1RH

MHRHRtanhM

/7.1)/7.1(

0 =

MRH

RHtanhM/8.1

)/8.1(71.01 =

+= 1138.00

0 MMHH

Depsitos rectangulares con

donde g es la aceleracin de la gravedad, R es el radio de la base de recipiente, 2L es la dimensin del recipiente en la direccin, del movimiento del terreno, H es el tirante, M es la masa almacenada del fluido, y , son los coeficientes para determinar la presin hidrodinmica en el fondo del

recipiente. En ambos casos, =1.3 y =2.0, si se requiere incluir en el clculo el momento hidrodinmico sobre el fondo del recipiente; o bien, = 0 y =1, si slo interesan los efectos de la presin hidrodinmica que acta sobre las paredes del depsito. Cuando H/R o H/L sean mayores que 1.5, los parmetros equivalentes M1, H1, y K1, se calcularn aplicando las expresiones anteriores, sin modificar la masa ni el tirante del lquido. En cambio, el clculo de los parmetros equivalentes M0 y H0, se llevar a cabo suponiendo que el lquido que se encuentra por debajo de la profundidad 1.5L o 1.51R medida, desde la superficie del lquido, se mueve unido rgidamente al depsito de modo

+

= 115.055.021.01

2

1

2

11 HM

RMHR

HR

MMHH

2

21

175.4MR

HgMK =

5.1LH

MHLHLtanhM

/7.1)/7.1(

0 =

MLH

LHtanhM/6.1

)/6.1(83.01 =

+= 1138.00

0 MMHH

+

= 128.063.033.01

2

1

2

11 HM

MLHL

HL

MMHH

2

21

13ML

HgMK =

que las expresiones anteriores se aplicarn slo a la porcin de lquido situada arriba de esa cota. Presiones hidrodinmicas Para llevar a cabo un anlisis de esfuerzos detallado de las paredes y el fondo de un depsito, es necesario conocer tanto la distribucin como la magnitud de las presiones hidrodinmicas Iocales. Para ello cabe acudir a procedimientos rigurosos. Sin embargo, para fines prcticos se puede recurrir a un procedimiento aproximado que consta de los siguientes pasos: 1. Determinar la fuerza cortante y el momento, de volteo de diseo en la base del

depsito de acuerdo con lo siguiente: Fuerzas de inercia Para valuar el esfuerzo cortante mximo en las paredes del depsito es necesario conocer la fuerza cortante de diseo en la base, mientras que el esfuerzo axial mximo en las paredes de depsito se puede evaluar conocido el momento de volteo de diseo en la base. Para la cimentacin, el momento de volteo de diseo es la suma de los momentos que provienen de las presiones hidrodinmicas, que actan tanto en las paredes como en el fondo del depsito. Por tal razn, tambin es necesario conocer el momento de volteo de diseo en el fondo. La fuerza cortante y el momento del volteo impulsivos en la base V0 y M0, se calcularn teniendo en cuenta la interaccin lquido-recipiente y la interaccin suelo-estructura mediante las siguientes expresiones:

donde T es el perodo efectivo de la estructura con base flexible, a[T0] es la ordenada espectral, Q[T0] es el factor reductivo por ductilidad correspondiente al periodo efectivo de la

estructura con base flexible, y es el factor de amortiguamiento, en funcin del amortiguamiento efectivo El coeficiente es el factor por el que se multiplican las ordenadas del espectro, de diseo, con amortiguamiento 0 con objeto de obtener las que corresponden amortiguamiento efectivo 0, y se obtiene con las siguientes expresiones

[ ][ ]0

000 ~

~

TQTa

gMV =

000 HVM =

aTT

El exponente k depende del tipo de terreno sobre el que se sustenta la estructura y puede adoptar los siguientes valores: k=O.4 para suelo tipo I, k=O.5 para suelo tipo II y k=O.6 para suelo tipo III. La interaccin suelo-estructura se deber considerar en recipientes sustentados en terrenos tipo II y III sin ser rigurosa su inclusin en el anlisis ssmico. La fuerza de inercia que acta en el centro de gravedad de la masa de las paredes y fondo del recipiente se puede considerar como un efecto impulsivo adicional. Para ello, al fuerza cortante y el momento de volteo en la base asociado a dicha fuerza se debern obtener con expresiones similares a las del modo impulsivo pero sustituyendo M0 y H0 por los parmetros apropiados. La fuerza cortante y el momento de volteo convectivos en la base, V1 y M1, se calcularn sin tener en cuenta la interaccin lquido-recipiente ni la interaccin suelo-estructura, mediante las siguientes expresiones:

donde a[T1], es la ordenada espectral y Q[T1] el factor reductivo por ductilidad correspondiente al perodo fundamental de vibracin del lquido T1, el cual es igual a:

Para calcular la fuerza cortante y el momento de volteo de diseo en la base de recipientes elevados, se utilizar un modelo equivalente con dos grados de libertad definidos por los desplazamientos laterales X0 y X1 de las masas M0+Mp y M1, respectivamente. La masa Mp corresponde a la suma de las masas del recipiente y de la plataforma de soporte, su posicin estar dada por la localizacin del centro de gravedad de sus componentes. Para la solucin del sistema se deber utilizar el mtodo moda espectral, descrito ampliamente en la referencia 13.

FIGURA 2.4 MODELO EQUIVALENTE PARA RECIPIENTES ELEVADOS

a

k

TT0

0

~1~

05.01

+=

k

=

0~05.0 aTT

Las mximas respuestas impulsiva y convectiva no ocurren simultneamente, por lo que la fuerza cortante y el momento de volteo mximos probables se debern obtener mediante la combinacin de los efectos impulsivo y convectivo, de acuerdo con la siguiente expresin:

donde S0 y S1 representan las fuerzas cortantes o los momentos de volteo en la base asociados a los efectos impulsivos y convectivos, respectivamente. 2. Calcular las solicitaciones de diseo por unidad de longitud correspondientes a la

fuerza cortante y el momento de volteo del paso no. 1 de acuerdo a lo siguiente: Sean Vs y Ms respectivamente la fuerza constante y el momento de volteo de diseo en la base del deposito, proveniente de las fuerzas de inercia asociadas a las masas impulsivas, convectivas y de las paredes del deposito. Para evaluar las presiones hidrodinmicas locales se requiere conocer la fuerza cortante Vs y el momento de volteo ms por unidad de longitud en trminos de Vs y Ms, respectivamente. Tales fuerzas y momento por unidad de longitud se determinan con las siguientes expresiones:

Cuando se trate de depsito circular, o bien con:

en caso de depsito rectangular siendo 2B su dimensin en la direccin perpendicular a la direccin del movimiento del terreno. 3. Distribuir las solicitaciones de diseo del paso 2 a lo largo de la altura del,

depsito, suponiendo para esto una distribucin de presin lineal equivalente. En la figura 2.4 se muestra la distribucin de presin, lineal equivalente que se propone para valuar las presiones hidrodinmicas locales. Usando esttica simple se tiene que la presin es equivalentes p0 y pH en los extremos de las paredes del depsito, se encuentran al resolver el siguiente sistema de ecuaciones algebraicas

[ ] 212120 SSS +=

RV

V ss

=

RM

m ss

=

BV

V ss 4=

BM

m ss 4=

( ) sH VHpp =+ 20

conocidos los valores de P0 Y PH, las presiones hidrodinmicas locales sobre las

paredes del depsito se calculan con:

cuando se trate de depsito circular, o bien con:

en caso de depsito rectangular. En las expresiones anteriores: z y son las coordenadas del punto donde se evala la presin; la profundidad z se mide con respecto a la superficie libre del lquido en reposo y la desviacin con respecto a un eje paralelo y de igual sentido que el movimiento del terreno considerado.

Figura 2.5 perfil lineal equivalente de presiones Presin hidrodinmica sobre el fondo Por lo que se refiere a las presiones hidrodinmicas sobre el fondo M depsito, se puede suponer que su distribucin es lineal sin que por ello se introduzca un error excesivo. Para el efecto de volteo de conjunto de la estructura, as como para el anlisis y diseo de la cimentacin, se debern calcular las presiones hidrodinmicas sobre el fondo. Altura de onda La mxima altura de onda del movimiento convectivo se puede estimar a partir del mximo desplazamiento lateral de la masa convectiva con respecto a las paredes del recipiente, de acuerdo con las siguientes expresiones:

( ) sH mHpp =+ 622

0

( ) cos0

+=

Hzpppp HH

( ) cos0

+=

Hzpppp HH

Recipientes circulares

Recipientes rectangulares

donde Z es el desplazamiento vertical de la superficie del lquido medido con

respecto al nivel de reposo, X1=Q[x1 x0], es el desplazamiento lateral de la masa convectiva con respecto a

las paredes del recipiente, eliminando la reduccin por ductilidad mediante el factor de comportamiento ssmico Q.

Factores de Comportamiento Ssmico Para el diseo de los recipientes superficiales se recomiendan los factores de comportamiento ssmico, Q, indicados en la tabla 2.10. Para el caso de recipientes elevados, el factor de reduccin por ductilidad depender de la estructuracin y material de la plataforma de soporte, y podrn emplearse los valores de Q para estructuras de edificios que se indican en la referencia 13.

TABLA 2.10 FACTORES DE COMPORTAMIENTO SISMICO

PARA RECIPIENTES SUPERFICIALES

Fotografa. Planta de tratamiento de Aguas Residuales.

CAPITULO 3. ANALISIS Y DISEO

3.1 GENERALIDADES

tulo contiene las r e com endaciones par a el anlisis y diseo de los re cipient es suje t os a presin atmosfrica que se utilizan en los sistemas de agua potable,

alcantarillado y saneamiento.

12

1

1~1

~

92.01

69.0~

1

1

1 X

gMRK

ZXR

RKgM

=

12

1

1~1

~

92.01

69.0~

1

1

1 X

gMRK

ZXR

RKgM

=

TABLA 2.10

FACTORES DE COMPORTAMIENTO SISMICO PARA RECIPIENTES SUPERFICIALES

Material de construccin del

recipiente Q

Acero 2.0 Plstico reforzado con fibra de vidrio 2.0 Concreto 1.5 Mampostera de tabique (confinada) 1.5 Mampostera de piedra 1.0

Las recomendaciones para el anlisis y diseo, estructural que aqu se presentan, se consideran como requisitos mnimos para una aplicacin general. Los aspectos estructurales especiales, las combinaciones de las acciones: no usuales, o las condiciones de exposicin no comunes, podrn requerir diseos especiales ms conservadores. El propsito de diseo es el de lograr un nivel aceptable de seguridad y servicio, para que la estructura no sufra deterioros que demeriten el uso para la que fue destinada. Los recipientes debern disearse de tal manera que se evite la fuga de agua. Por consiguiente, se emplearn mtodos de diseo que minimicen las grietas. Con ese criterio, los mtodos de diseo reconocidos para estructuras de concreto reforzado, han sido modificados para cumplir con el requisito adicional de estanqueidad mediante la reduccin de la profundidad y el ancho de las grietas, para evitar la corrosin del acero de refuerzo y, las fugas de agua. En el caso de recipientes de acero estructural, se presentan recomendaciones de diseo para el buen funcionamiento de sus paredes, fondo y cubierta, y para el aseguramiento de la calidad y eficiencia de las uniones entre las placas del recipiente.

3.2 ANLISIS Y DISEO El anlisis estructural de los recipientes se efectuar mediante los mtodos reconocidos por la ingeniera estr