diseño estructural de un tanque de elevación

7/26/2019 Diseo Estructural de un tanque de elevacin

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I. Introduccin

El presente escrito expone el clculo y diseo estructural de un tanque

de elevacin utilizado para el abastecimiento de agua potable en la

delegacin Benito Jurez de la ciudad de Mxico.

!istricamente el "istrito #ederal $a sido a%ectado por m&ltiples sismos

que $an causado cuantiosas prdidas $umanas y econmicas' por lo

cual se deben tomar en cuenta consideraciones especiales de diseo de

acuerdo a la localizacin y tipo de suelo en la que se plane construir

una estructura.

(odemos considerar a una estructura como un sistema. )n con*unto de

elementos que se combinan de %orma ordenada para cumplir con una

%uncin determinada' de modo que al transmitir dic$as %uerzas al terreno

donde estar desplantada' se tenga la satis%accin de traba*ar dentro de

en un entorno de estabilidad. "ebemos concebir el diseo estructural

como un con*unto de actividades que nos permitan determinar las

caracter+sticas %+sicas de una estructura' para que de esta manera

garantice un buen %uncionamiento en las di%erentes etapas de su vida

&til.

(or lo tanto nuestro principal ob*etivo al disear una estructura' es que

el diseo propuesto pueda resistir las %uerzas a las que estar sometida

la estructura' sin colapso o mal comportamiento' y que de esta %orma

lograr seguridad' econom+a y esttica.

En las siguientes pginas se muestra el desarrollo del diseo de un

tanque de elevacin' la modelacin anal+tica de sus elementos y laeleccin de las secciones adecuadas para traba*ar acorde a nuestra

,loso%+a de diseo. En el diseo propuesto de los elementos se deber

revisar los estados l+mites de %alla y los estados l+mites de servicio

$aciendo uso del -eglamento de onstrucciones del "istrito #ederal en


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su versin vigente /001 2-"#013 y sus 4ormas 5cnicas

omplementarias 2456s013.

7897I:9I84;

El proyecto se localizara en la delegacin Benito Jurez' olonia (ortales

8riente' en el cruce de las calles (residente (lutarco El+as alles y 9venida de

los Montes. "e acuerdo a la zoni,cacin del "istrito #ederal como

menciona el art+culo


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9. "escripcin de la onstruccin.

@e presenta a continuacin el diseo estructural de un 5anque de

Elevacin el cual ser construido en el "istrito #ederal' la obra ser

destinada para el almacenamiento y abastecimiento de agua potable'

esto con el ob*etivo de satis%acer esta necesidad primordial de la cual los

$abitantes presentan escasez. 7as condiciones topogr,cas locales en

las que se desplantara la estructura son un terreno prcticamente plano'

lacustre de consistencia ,rme.

(odemos interpretar a la construccin como un sistema de elementos

columnasAtrabes que se encuentran conectadas por un sistema de

marcos d&ctiles no arriostrados. El sistema de piso' en la azotea'

est %ormado por losas de concreto re%orzado armadas en un solo

sentido' la cual en con*unto su %uncin principal ser la de soportar el

peso de


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con capacidad de G'D00 7 cada uno' adems en su per+metro se

encuentra colocado un muro de mamposter+a.

En la direccin longitudinal' est delimitada por los e*es;


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III; Estudios 9nal+ticos

El propsito %undamental de la ingenier+a civil en el rea de estructuras' eslograr una edi,cacin segura' econmica y %uncional.

omo parte del anlisis de una estructura' el ingeniero civil' se en%renta adi%erentes problemticas en la representacin de los modelos anal+ticosH resulta

evidente que nunca pude llevarse a cabo un anlisis >exacto?' por lo tanto esnecesario idealizar el comportamiento estructural por medio de suposicionesingenieriles bien %undamentadas' de %orma que se obtengan resultados muyaproximados a los que en realidad se presentan.

9dems la edi,cacin puede estar su*eta a acciones que no pueden sercalculadas con exactitud' as+ como otras variables que son di%+cilmentecontrolables y cuanti,cables. (or ello es necesario contar con $abilidad y buen

*uicio para modelar e idealizar una estructura y realizar asi un anlisis prcticoy sencillo.

9. Bases y especi,caciones de anlisis

@e realiz un modelo computarizado con el ,n de obtener una representacinlo ms cercana a la realidad' para conocer el comportamiento de la estructuraante las di%erentes acciones a las cuales puede estar sometida y lascorrespondientes combinaciones de estas' con el ob*etivo de comparar losresultados obtenidos con el -"#01 y as+ de,nir su buen %uncionamiento.

B. Modelacin anal+tica

@e adopt una $iptesis de diseo que considera un comportamientoelsticoAlineal del material' y se elabor un modelo tridimensional a ,nde considerar los e%ectos de las acciones permanentes' accionesvariables e instantneas.


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7a estructura se dise en su totalidad a base de elementos de concretoarmado; trabes principales' trabes secundarias' columnas y sistemas depiso.

7a revisin de los elementos estructurales se llev acabo con el -"#01

y sus 456s01 re%erentes su cap+tulo de diseo por @ismo.

(or &ltimo' se utiliz un programa de anlisis y diseo estructural'@599" (ro vKi' para la modelacin tridimensional completa de laestructura con el ,n de obtener los resultados del anlisis y revisin delos elementos de las armadurasH con un sistema Llobal de dos e*es$orizontales 2' :3 y un e*e vertical 2N3.

. Modelacin de la estructura

7a estructura se modelo anal+tica y matemticamente mediante un con*untotridimensional de C0 nudos y KC elementos barra; columnas 210 elementos3 ytrabes 21C elementos3' como se muestran en a ,gura III.< y III./


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en las ,guras G.< a G.G

9qu+ va planos de staad

". (ropiedades mecnicas de los materiales

7as propiedades mecnicas en el caso del acero estructural dependen

principalmente de su composicin qu+mica' los procesos de laminado y

el tratamiento trmico' y para el concreto' es importante mencionar que

su resistencia aumenta con el paso del tiempo.

(ara el diseo del proyecto se consideraron elementos de concreto

re%orzado' cuyas caracter+sticas se presentan a continuacin en lastablas III.< y III./

Tabla III.1. Propiedades del concreto

Concreto , Clase 1 f'c = 350 [Kgf/cm]

EsO261,916Pg%QcmF

Mdulo deelasticidad

RsO 2.40ton%QmSF (eso volumtricoTsO 0.1


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%yO 4,200Pg%QcmF

Es%uerzo de Uuenciaacero

EsO2.06%106Pg%QcmF

Mdulo deelasticidad

RsO .&5ton%QmSF (eso volumtricoTsO 0.3


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#. 9nlisis de argas


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@e muestran las di%erentes cargas bsicas a la que est sometida la

estructura del 5anque de Elevacin

C01 C Carga muertaC02 C(m)% Carga viva mximaC03 C(a Carga viva instantanea

C04 *+Sismo esttico en direccin

X

C05 *+-Sismo esttico en direccin

Z

C06 % Torsin debido a SEXC0 $ Torsin debido a SEZ

#.< arga Muerta 2M3

Carga #erta C. @e considera carga muerta al peso de todos los

elementos constructivos' de los acabados y de todos los elementos que

ocupan una posicin permanente y tienen un peso que no cambia

sustancialmente con el tiempo.

5omando en cuenta lo anterior se tom en cuenta el peso propio de cadauno de los elementos de la estructura y de elementos adicionales como

los tanques que se encuentran en la azotea y acabados comoimpermeabilizantes.

#./. arga Viva Mxima 2Vmx3.

Carga (a. @e considera carga viva a las %uerzas que se producen por

el uso y ocupacin de las edi,caciones y que no tienen carcter

permanente. @e divide en tres; arga Viva Mxima' arga Viva Media y

arga Viva Instantnea.

Para fbricas y bodegas

CV mx=0.8350=280 [kgf/m ]


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Carga (a )%ma Cm)%. @e deber emplear para diseo

estructural por %uerzas gravitacionales y para calcular asentamientos

inmediatos en suelos' as+ como para el diseo estructural de los

cimientos ante cargas gravitacionales.


CV mx=350[kgf/m]

#.G. arga Viva Instantnea 2Va3.

Carga (a nstant)nea Ca. @e considera' aquella que podr+a estar

presente al mismo tiempo que ocurriera un evento accidental como es elcaso de sismo o viento. @e usar para diseo s+smico y por viento y

cuando se revisen distribuciones de carga ms des%avorables que la

uni%ormemente repartida sobre toda el rea.


CV a=0.9 (350 )=315 [kgf/m ]


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L. ombinaciones de arga.

7a seguridad de la construccin se debe veri,car para el e%ecto

combinado de todas las acciones que tengan una probabilidad no

despreciable de ocurrir simultneamente' estas combinaciones se $acen

para revisar estados l+mites de servicio y estados l+mite de %alla' que

estn a%ectadas por un %actor que depende del reglamento empleado' en

nuestro caso' empleamos %actores del -"#01;

ondiciones bsicas de carga

C01 C Carga muertaC02 C(m)% Carga viva mximaC03 C(a Carga viva instantneaC04 *+ Sismo esttico en direccin XC05 *+- Sismo esttico en direccin ZC06 % Torsin debido a SEXC0 $ Torsin debido a SEZ

-evisin de estados l+mite de servicio

En este caso adems se tendr que multiplicar por el %actor de comportamiento s+smicodenominadas sismo en direccin denominadas @ismo direccin 2@E3' @ismo direcci 25x3 y torsin debido a :.

CC0&


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CC16


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De acuerdo con la zonicacin

-ona a

!actor de comportamiento s"smico:

7=2

#oeciente s"smico:

Cs= 0.6

84"II84E@ "E -EL)79-I"9".

(ara que una estructura pueda considerarse regular debe satis%acer lossiguientes requisitos.

ondicin de regularidad


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paralelamente a la aberturaHlas reas $uecas no ocasionanasimetr+as signi,cativas nidi,eren en posicin de un pisoa otro' y el rea total de

aberturas no excede en ning&nnivel del /0Z del rea de laplanta

=3 El peso de cada nivel'incluyendo la carga viva quedebe considerarse para diseos+smico' no es mayor que


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excentricidad torsionalcalculada estticamente' es''excede del


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Col#mnas 8(el 1

m m - : ;eso


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#ro ala Castllos mermeal$antenstalacone

s;eso ;eso ;eso ;eso ;eso

D./1C


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9nexos

C!?CE?F + ?F*! +8 E8! @+CCF8(ara el diseo de la losa se ocuparon las recomendaciones e

indicaciones que marca el -"#01 y sus 45"E' adems' para el

armado de la misma' %ue necesario el apoyo del libro >9spectos

%undamentales del concreto re%orzado? del autor Lonzales uevas.


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29W)^ V9 E7 "IB)J8 I4"I94"8 E7 5amao "E 79 78@9 N 78@ EJE@ "E79 MI@M9@3

"atos;

7osa expuesta a la intemperie. lasi,cacin 9 de la estructura. oncreto lase < con %\cO /D0 _g%QcmF. -ecubrimiento m+nimo G cmF 9poyos monol+ticos

etermnacGn "el eralte "e la losa >.

(rimer tanteo

$OlQ/0 para losas macizas' libremente apoyada.

lOG/D cmF A


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;eso "el concreto

Wc=s h=2400[ kgfm3 ]0.12 [ m ]=288 [ kgfm2 ]

Wc=240 [ kgfm2 ]+Sobrecarga (RCDF04 )=288[kgfm2 ]+40 [ kgfm2 ]=328[ kgfm2 ];eso "el ag#a

Wagua= 56000kgf

(13 [ m ])(13 [ m ])=332[kgfm2 ]

;eso "e los tnacos

Wtinaco= (75kgf)(16)(13 [ m ])(13 [m ] )

=7.1 [ kgfm2 ];eso "el mermeal$ante H "e las nstalacones

10[kgfm2 ]+10[kgfm2 ]=20[kgfm2 ]Carga "e ser(co Ds

Ws=328[kgfm2 ]+332[kgfm2 ]+7.10[ kgfm2 ]+20 [ kgfm2 ]=688[kgfm2 ]Carga ((a

Wv=350 [ kgfm2 ](Setrato como si fuese unabodega)

Carga Iltma

!C 31&


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Wu=1.2CM+1.6CV=(1.2 )(688[kgfm2 ])+ (1.6 )(350[kgfm2 ])=1386[kgfm2 ]+ste eso ser) ara #na franJa "e 1 m "e anc>o, or lo tanto

tenemos B#e

Wu=1386[ kgfm]=1.39[on

m]

Aactor D#ln2

ln claro lre= 325 [cm] 100 [cm] = 225 [cm]

(1.39)(2.25)(2.25)=7.04[ onm]

Aactores ara c)lc#lo "e momentos segLn la $ona "e an)lss

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omento negat(o en e%tremos

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omento negat(o en otros aoHos

1/14

omento ost(o en el claro e%tremo est) restrng"oor la (ga "el eJe !

1/16

omento ost(o en claros nterores

!7EM ! E8 NEOF 8C!8F ?! *+CCF8 C!?CE?F + !@+!*+ !C+@F ;F@ A+?F8

1 CoePcentes "e omentos.

4EL95IV8


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3 alores #/Q"2fRcGn"e fRc=250 [Sg/cm2]

= anc>o= 100 [cm] "= eralte efect(o= 9[cm]

Q=0.90 !C

4EL95IV8

0.0


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?a searacGn entre arras no "ee e%ce"er 45 [cm] n3>=36 [cm], n 5>= 60 [cm] ara ref#er$o or contraccGn Htemerat#ra.!, se roonen arrar "el 8o 3!= 0.1 [cm2]

4EL95IV8

/D /D /D

(8@I5IV8 /D /D

& !cero or contraccGn H temerat#raY=0.003!s= X"= 0.0031009=2.[cm2/cm]*=[1000.1/2.]=25cm

-evisin por cortante.

Vu=1.15Wu!u

2

Vu=1.15(1386 )(2.25)

2 =1794 kg

Vc=0.5f'

c bd=0.5250 (100) (9 )=7115 kg

VcO20.KD32=


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diseño estructural de un tanque de elevación

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