diseño del tanque elevado

DISEÑO TANQUE ELEVADO

Diseño de la placa de concreto en el lado libre de

la columna:

Dimensiones:

DISEÑO FINAL DE LA PLACA (Redimensionamiento)

( ) (

)

CARGAS QUE ACTUAN EN LA COLUMNA:

Carga Muerta:

Carga Viva:

Combinaciones de cargas:

( ) ( )

DISEÑO DE LA COLUMNA:

Se escogió el perfil HE-220B, con las siguientes características:

Especificaciones del catálogo (Dimensiones).

G (kg/m)

h (mm) b (mm) tw (mm) tf (mm) r (mm) A (mm2x102)

hi (mm) d (mm)

71,5 220 220 9,5 16 18 91,0 188 152

Especificaciones del catálogo (Propiedades del perfil)

Eje fuerte x-x

Ix (mm4x104) Sx (mm3x103) Zx (mm3x103) rx (mmx10)

8091 735,5 827,0 9,43

Eje débil y-y

Iy (mm4x104) Sy (mm3x103) Zy (mm3x103) ry (mmx10)

2843 258,5 393,9 5,59

Calculo de la relación de esbeltez:

En este caso se le calcula la relación de esbeltez con respecto al eje débil, y-y:

Calculamos Cc para acero grado-60:

√

Siendo E, el módulo de elasticidad del acero=200.000 Mpa y Fy=420Mpa:

√

Cc<REy, por tanto se comporta como columna larga, se calcula Fe:

( )

( )

Calculamos Fc:

Calculamos la carga crítica:

Ok

De lo anterior:

Entonces de usa la siguiente ecuación:

(

)

MOMENTO REALIZADO POR LA CARGA DE VIENTO:

Calculamos momentos resistentes del perfil:

Ahora calculamos el momento actuante producido por la carga de viento en el

empotrado teniendo en cuenta la altura de la placa de concreto superior y el

tanque, aplicando la carga de viento en la situación más crítica cuando el viento

conecte en ambas caras de la columna:

Teniendo en cuenta lo anterior entonces, :

Tomando la mínima fuerza de viento con base a la NSR-10 de 0,6 kN/m2

b(m) h(m)

Columna 0,22 5

Placa superior 3,60 0,15

Tanque 2,56 2,90

( )[( ) ( ( )) (

( ))]

Ok

Ahora se tiene que:

(

)

(

)

DISEÑO DE LA PLACA DE BASE

Comprobando si se necesita placa de base

Peso de la columna=71,5 kg/m x 5m = 3,5 kN

Tomando la placa que cubra todo el pedestal:

El lado mínimo tomando una sección cuadrada de la placa es de 15x15 cm, pero

para conceder espacio para las uniones con el pedestal se tomara la sección de

30x30 cm con un área=900cm2 > área mínima=200 cm2.

Espesor de la placa:

( )

( )

Se toma el mayor valor m=6,2 cm, entonces:

√

√

DISEÑO DE LA ZAPATA

Si , entonces:

Tomando la zapata de forma cuadrada entonces se tiene que:

Redistribuyendo términos:

Solucionando la ecuación para L:

Se calculan las cargas de diseño

PI = PD + PL

PD = 51,0685 KN

PL = 98 KN

PI = 51,0685 + 98

PI = 149,0665 KN

MX = 23,117 KN-M

MY = 23,117 KN-M

Se determina la carga mayorada

PU = 1,2*PD + 1,6*PL

PU = (1,2*51,0685) + (1,6*98)

PU = 218,0822 KN

MXU = 23,117 KN-M

MYU = 23,117 KN-M

Ahora se determina el espesor (H) de la Zapata

El espesor (H) de la zapata será igual al peralte efectivo, (d), más el recubrimiento,

(r).

De acuerdo con la sección c.15.7, el peralte efectivo, (d), debe cumplir:

D<150 mm……………zapatas sobre el suelo

H = 0,15 + 0,1 entonces H = 0,25 m

Además, el valor de (d) debe ser lo suficientemente grande para que el concreto

absorba todo el cortante y no requerir de refuerzo en ese sentido. Utilizando la

ecuación 2.9-c

d = √

√

d = √

√

d = 0,1542 0,20

Por lo tanto

H = d + 0,1

H = 0,30 m

Determinación de la presión de contacto neta mayorada B = L

B = lado paralelo al eje x (1,5 m)

L = lado paralelo al eje y (1,5 m)

(

)

(

)

Ahora se determinan los esfuerzos en los puntos (1, 2, 3 y 4) para la verificación

del cortante acción como viga y diseño a flexión

Para esto:

yi =

yi = 0,75 m

Xi =

Xi = 0,75 m

Con esto, reemplazando los valores en la ecuación anterior:

Para cada caso(1, 2, 3 y 4)

Ahora se determinan los esfuerzos en los puntos (5, 6, 7 y 8) para la verificación

del cortante acción por funcionamiento.

yi =

yi =

= 0,25

Xi =

yi =

= 0,25

(

)

para cada caso (5, 6, 7 y 8)

Ahora se determina los esfuerzos en los puntos (9, 10, 13 y 14) para la verificación

del cortante como viga

yi =

yi =

= 0,75

Xi =

yi =

= 0,35

(

)


Ahora se determinan los esfuerzos en los puntos (11, 12, 15 y 16) para la

verificación del cortante como viga

yi =

yi =

= 0,35

Xi =

Xi =

= 0,75

(

) (

)


Ahora se verifica la resistencia al corte. Se debe cumplir la ecuación en las

secciones críticas

Ahora se verifica la acción en dos direcciones o funcionamiento

Perímetro de sección critica 1

b0 = 2*(a + b) + (4*d)

b0 = 2*(0,3 + 0,3) + (4*0,2)

b0 = 2 metros

Resistencia de diseño de la sección critica 1

=

= 10

= 1

Teniendo en cuenta que <2, y

<20

(√

)

(√

)

916,51 kn

Fuerza cortante mayorada actuante

Área tributaria (At) = ( ) ( )

Área tributaria (At) = ( ) ( ) = 0,25 m2

Esfuerzo promedio ( ) =

=

= 96,92 kn/m2

( )

( ) = 193,8522

Entonces funciona

Ahora para chequear por cortante como acción como viga, dado que la zapata es

totalmente simétrica se toma una sola sección crítica (2)

(√

)

(√

)

171,85 kn

Área tributaria (At) = (

)

Área tributaria (At) = (

)

Área tributaria (At) = 0,6 M2


=

= 125, 33 kn/m2

( )

( ) = 75,198

Funciona

Por lo tanto es espesor propuesto funciona

DISEÑO A FLEXION

Se buscan las cuantías limites

Con

Dimensiones finales de la

zapata

Ahora por norma las cuantías mínimas, serán:

√

√

Pero no menor que

Se toma como la mínima.

Ahora se empieza el método de trabajo

Este se hace con los esfuerzos en los puntos nombrados (17, 18, 21 y 22)

yi =

yi =

= 0,75

Xi =

Xi =

= 0,15

(

)

Para cada caso (17, 18, 21 y 22)

Para los esfuerzos nombrados (24, 19, 20 y 23) en los puntos

yi =

yi =

= 0,15

Xi =

Xi =

= 0,75

(

)

Para cada caso (24, 19, 20 y 23)

Ahora se calcula el refuerzo requerido en cada dirección de manera

independiente.

Por la simetría de la zapata solo es necesario revisarla en una sola sección crítica.

El refuerzo paralelo al lado L O B se calcula para el momento de la sección

llamada IV


=

= 121,58 KN/m2

Ahora se hace lo siguiente

( ) ( )

( )

( ) ( )

( )

( ) ( )

( )

( ) ( )

( )

Ahora

Por lo tanto para hallar la cuantía se hace lo siguiente

Ahora

Ahora se aplica la ecuación de cuantía necesaria para soportar el momento.

( √

)

( √

)

Ahora por último se chequea que este entre las cuantías limites

Por lo tanto cumple

Ahora se determina el área de acero correspondiente a la cuantía hallada:

Ahora se escoges las varillas que más se adapten al área de acero hallada

Se escogen 10 varillas #4 por cada lado paralelo tanto al eje X y Y

( )

Ahora se calcula el espaciamiento

( )

( )

Espaciamiento = 14,3 > 1 pulgada = 2,54

Funciona, por lo tanto para cada lado, paralelo al eje X y Y, se necesitan 10

varillas #4, espaciadas aproximadamente 14 centímetros.

DISEÑO PLACA SUPERIOR DE CONCRETO

CARGAS

Consideramos (C.M= Peso propio del tanque+Peso propio de la placa, y

C.V=peso del tanque lleno).

Diseñando para carga de servicios:

( ) ( )

Haciendo distribuida la P sobre la placa:

Analizando la placa como viga calculamos el momento máximo actuante en esta:

( )

Diseñamos a flexión:

Con base al diseño de la zapata tenemos las cuantías:

Tomando un recubrimiento de 4 cm:

d=h-4; d=11 cm

Para hallar la cuantía de diseño utilizamos la siguiente formula:

[ √

]

Siendo:

De lo anterior, siendo Fy=420Mpa y F´c=21 Mpa, entonces:

Reemplazando:

[ √

]

Si cumple , así que:

Se escoge las barras:

Como la estructura es simétrica este análisis es válido para ambos tramos de la

seccion transversal y para el lado lateral de la placa.

La placa de base que une la losa de concreto con la columna presenta las mismas

dimensiones que la placa de base en la base inferior de la columna.

DISEÑO FINAL

DISEÑO DE TANQUE ELEVADO

(FLEXO-COMPRESION)

PRESENTADO POR:

DANIEL ALMANZA MERCADO

DARWIN SMITH SOLORZANO GONZALEZ

RONALD YESID GONZALEZ CONTRERAS

ING. CIVIL

VII SEMESTRE

PRESENTADO A:

ING. EMEL MULET RODRIGUEZ

UNIVERSIDAD DE SUCRE

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL

ESTRUCTURAS METALICAS

SINCELEJO, SUCRE

PERIODO II – 2014

diseño del tanque elevado

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