diseño y construcción de una cisterna
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Diseño y construcción de una cisterna
Para diseñar una cisterna se requieren varios datos, como ser las presiones laterales, la reacción de la losa de fondo, la sobrecarga en la losa de la tapa, así como también es necesario tener un estudio de suelo en donde indique que empuje activo resultará que afectaran las presiones laterales, principalmente también tener en cuenta lo que establecen los reglamentos y las demás disposiciones legales en vigor, porque para ello es importante evitar totalmente la contaminación del agua almacenada, haciendo esto con una base principalmente impermeable y de establecer algunas distancias mínimas con los linderos, a las bajadas de aguas negras, tomar en cuenta también el terreno disponible y la cantidad de agua requerida. Se pueden diseñar cisternas por celdas, pero se requiere realizar análisis y diseño de cada uno de los elementos. En los siguientes párrafos detallo cada uno de los elementos mencionados arriba:
Pasos que debemos tener en cuenta:
Análisis de cargas unitarias.
Análisis estructural.
Diseño estructural de los elementos según el código que utilices.
Planos y revisión.
Memoria y revisión.
Recomendaciones importantes antes de construir una cisterna:
Al lindero más próximo debe de ser 1.0 m como mínimo.
A la cloaca deben ser 3.0 m.
A las bajadas de aguas negras 3.0 m., cuya distancia puede
reducirse hasta 60 cm. Cuando la evacuación de las mismas es en
tubo de hierro fundido.
La altura interior de la cisterna se debe incrementar un mínimo de 40
cm. Para la libre operación de flotadores así como de los elementos
de control, además de evitar en alguna forma que se sude
demasiado el lecho bajo de la losa que nos sirve de tapa.
Las cisternas pueden construirse de ladrillos, tabique en plantilla de
fondo de muros y losa de concreto, pero lo más idóneo es construir
las cisternas de concreto armado.
Las cisternas deberán ser completamente y tener registros con
cierre hermético y sanitario.
Deben ubicarse a 3 m cuando menos de cualquier tubería permeable
de aguas negras y a 1 m de colindancias.
El volumen de diseño será igual por lo menos de 205 m3 por día de
agua de reserva.
Las dimensiones de las cisternas varían de acuerdo al volumen de
almacenamiento y a las características del espacio donde se va a
ubicar y deberán contener las ¾ partes o el 75% aproximadamente
de su capacidad, con una altura promedio mínimo de 1.60 m a 2 m
para una eficiente función.
Toda cisterna deberá tener una puerta ventana (registro) de 60×60
cm como mínimo y de 20 a 30 cm de lecho inferior de la losa al nivel
máximo del agua con una pendiente hacia la tubería de succión, la
cual estará conectada a la bomba.
Como diseñar una cisterna:
Se calcula el número de personas que habitaran la vivienda.
Se calcula tanto la demanda por día (d/d) como la reserva (r) para
conocer la capacidad mínima de la cisterna.
Con los valores obtenidos en los dos puntos anteriores y de acuerdo
a las características del terreno, se diseña la cisterna definiendo sus
valores en cuanto a profundidad, largo y ancho.
Con el valor calculado de la capacidad de la cisterna se diseña esta , indicando
medidas interiores y tomando en cuenta el piso y muros de concreto reforzado, sin
olvidar que para cisternas de poco volumen y como consecuencias de
profundidades que no rebasen los 2.0 m ni sean menores de 1.60 m de altura
interior ; la altura del agua en su máximo llenado no debe de rebasar las 3/4 partes
.
Considerando que no se tiene problema con la dureza del terreno ni con los
niveles freáticos y tomando en cuenta el reducido volumen requerido, se dará para
este caso un valor a la altura total interior de la cisterna de H=1.60 m para la
mayoría de los casos.
Hay muchas cosas que se deben considerar, atención a las
siguientes recomendaciones:
Capacidad:
Depende del gasto diario promedio y de cuanta reserva se desea
tener en el caso de que el suministro se suspendiera. Por ejemplo,
para una casa habitación de 5 habitantes podemos considerar un
gasto diario de un metro cúbico y necesitaríamos una cisterna de 30
m3 si queremos reservas para un mes.
Ubicación:
Si es posible, no construirla totalmente bajo el nivel del suelo. Pero
no tan arriba que se afecte demasiado la presión con que llega de la
calle para llenarla y además se reduce la distancia a un tanque
elevado al que haya que bombearla. Esto también facilita su
limpieza, ya que en el fondo se debe colocar una salida (mediante
una válvula) para que periódicamente se desagüe hacia el drenaje,
pero no tan directamente para evitar una contaminación, al piso
habrá que darle una inclinación hacia la salida de un 2% como
mínimo.
Material:
Preferiblemente que sea de concreto reforzado, así se denomina al
concreto cuando se le coloca acero de refuerzo. Si es posible cuando
se esté preparando agregar al concreto un aditivo
impermeabilizante.
Acceso:
Dejar en la parte superior un acceso por el que se pueda entrar a
hacerle limpieza. Esa entrada deberá tener una tapa muy segura
(con candado) para evitar que algún menor se meta y ocurra un
accidente.
Cierre automático:
Mediante una válvula con flotador se consigue que la entrada del
agua se cierre cuando ha llegado a una determinada altura en la
cisterna.
La fabricación:
La deben hacer personas con conocimientos en el área.
Se requiere tener mucho cuidado a la hora de empezar a rellenar.
Una buena cisterna demanda tiempo, es preferible construirla de
hormigón.
No se recomienda colocar cerámica en lo que servirá como piso, ya
que este material es más propenso a recibir hongos, y aunque se le
dé una buena limpieza la bacteria se reproduce rápidamente.
Construir la cisterna con cemento de calidad para evitar que se
cuarteen las paredes.
Nunca deje niños cerca de una cisterna abierta, para evitar alguna
desgracia.
Debe cerrar la cisterna con una tapa hermética e instalar una bomba
de agua.
Constantemente debe limpiar su fondo manualmente para evitar que
se ensucie.
Procedimiento de construcción de la cisterna:
Colocar o bañar con una lechada dentro de las paredes de la
cisterna.
Para el calculo de bloques que se necesita puedes revisar este
artículo: Cálculo de bloques y mortero en paredes
Para aplicar el repello siempre se tirará la mezcla fuerte con la
cuchara para asegurar que se pegue bien.
Tenemos que asegurarnos que las paredes estén a plomo.
Aplicar siempre varias capas delgadas de repello hasta llegar a un
espesor de aproximadamente 2 cm; no es recomendable aplicar una
capa gruesa ya que esta capa se caerá debida a su peso en muy
poco tiempo, causando grietas rápidamente.
El repello se aplicara comenzando de abajo hacia arriba.
Después de aplicar la última capa de repellado se pasa la regla de
madera apoyada en posición vertical para tener un mejor nivelado
en las paredes de la cisterna.
La regla se pasara después de aplicar la última capa de repellado sin
dejar pasar tiempo para que la capa no se endurezca.
Tipos de reservorio
Los reservorios de almacenamiento pueden ser elevados, apoyados y enterrados. Los elevados, que pueden tomar la forma esférica, cilíndrica, y de paralelepípedo, son construidos sobre torres, columnas, pilotes, etc; los apoyados, que principalmente tienen forma rectangular y circular, son construidos directamente sobre la superficie del suelo; y los enterrados, de forma rectangular y circular, son construidos por debajo de la superficie del
suelo (cisternas). Para capacidades medianas y pequeñas, como es el caso de los proyectos de abastecimiento de agua potable en poblaciones rurales, resulta tradicional y económica la construcción de un reservorio apoyado de forma cuadrada o circular.
Ubicación del reservorio
La ubicación está determinada principalmente por la necesidad y conveniencia de mantener la presión en la red dentro de los límites de servicio, garantizando presiones mínimas en las viviendas más elevadas y presiones máximas en las viviendas más bajas, sin embargo debe priorizarse el criterio de ubicación tomando en cuenta la ocurrencia de desastres naturales.
De acuerdo a la ubicación, los reservorios pueden ser de cabecera o flotantes. En el primer caso se alimentan directamente de la captación, pudiendo ser por gravedad o bombeo y elevados o apoyados, y alimentan directamente de agua a la población. En el segundo caso, son típicos reguladores de presión, casi siempre son elevados y se caracterizan porque la entrada y la salida del agua se hacen por el mismo tubo.
Considerando la topografía del terreno y la ubicación de la fuente de agua, en la mayoría de los proyectos de agua potable en zonas rurales los reservorios de almacenamiento son de cabecera y por gravedad.
El reservorio se debe ubicar lo más cerca posible y a una elevación mayor al centro poblado.
Diseño estructural
a) Reservorios de concreto armado de sección circular Cálculo de la pared cilíndrica El cálculo se realiza utilizando los coeficientes de “Circular Concrete Tanks Without Prestressing” del Portland Cement Association (PCA) u otros métodos racionales. - Tensiones horizontales La tensión es obtenida mediante la siguiente fórmula, se entra a la tabla del PCA:
El valor de “C” se obtiene de la tabla I del PCA, mediante la siguiente relación:
Cálculo del refuerzo De acuerdo al diagrama de tensiones anulares, se calculará el refuerzo a cada tercio de la altura, según la relación siguiente:
Dado que todo el anillo trabaja a tracción, el concreto sólo es recubrimiento del acero, por lo que se considerará fs = 1,000 kg/cm2
Cálculo de momentos verticales
Con el valor del factor de selección, entramos a la tabla VII del PCA:
Verificación por Corte
Metrado de cargas Asumiendo un espesor de losa, se realiza el metrado de cargas para determinar el momento último Wu.
- Determinación de los momentos y su corrección por rigidez de la pared cilíndrica