memoria estructuras

7/21/2019 Memoria Estructuras

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II. DISEÑO ESTRUCTURALDE ESTRUCTURAS

HIDRAULICAS

HUANCAVELICA-2014

[email protected]

PROYECTO:“AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DE LOS

SISTEMAS DE AGUA POTABLE Y

ALCANTARILLADO DEL DISTRITO DE PAUCARA,PROVINCIA DE ACOBAMBA, DEPARTAMENTO DE

HUANCAVELICA”



MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PAUCARA

ACOBAMBA - HUANCAVELICA

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

PROYECTO: “AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DEL DISTRITO DE PAUCARA,PROVINCIA DE ACOBAMBA, DEPARTAMENTO DE HUANCAVELICA”

1I.1 ANALSIS SISMICOESTATICO Y DINAMICO DE

RESERVORIO DE 250m3

HUANCAVELICA-2014




HUANCAVELICA”







1. DISEÑO ESTRUCTURAL RESERVORIO DE 250 m3.

1.1. DISEÑO ESTRUCTURAL

1.1. Descripción General.

Geometría. Tipo : Se considerará un reservorio para el almacenamiento de agua para elconsumo humano, según el ACI 350.3-01 sección 2.1.1 se clasificará como tanquecircular de concreto armado con conexión muro-losa noflexible 2.2(1). Volumen: De almacenamiento igual a 250 metros cúbicos. Radio: Interior (D) de 9.50 metros. Alturas: Altura Efectiva para almacenamiento de agua (Hl) igual a 3.60 metros.

Altura Total del muro (Hw) igual a 4.00 metros. Espesor del muro: 0.25 metros. Espesor de la Cúpula: Ce = 0.07 metros con un ensanchamiento a 0.15 metrosa 1 metro de la unión cúpula-muro. Espesor de Fundación: Hz = 0.25 metros. Volado en Fundación: v = 0.50 metros.

Características geométricas Cúpula

Distancia horizontal desde el centro (a) 4.75 m

Flecha de la cúpula esférica a/5 (f) 1.25 m

Espesor de la cúpula f/20 (h) 0.06 mLongitud de ensanche del espesor zona de apoyo (L) 0.96 m

Espesor de la zona de ensanche 1.5h a 2.0h (t) 0.12 m

Radio que se necesita para general la cúpula (R ) 9.65 m

Angulo de generación de la cúpula a/(R-f) 29.54

Características geométricas del muro

Diseño de espesor

Fluencia del Acero (fy) 4200 kg/cm2Resistencia a Compresión del Concreto(f'c) 210 kg/cm2

Altura de la pared cilíndrica (h) 4.00 m

Radio de la pared cilíndrica (a) 4.75 m

ᵞ del liquido 1000 kg/m3

Modulo de elasticidad de acero (Es) 2100000 kg/cm2

Modulo de elasticidad del concreto (Ec) 217370.65 kg/cm2

n=Es/Ec 9.66

Esfuerzo de tracción del acero αat 1050 kg/cm2

Esfuerzo a tracción del concreto αct 16.8 kg/cm2







espesor del muro ( e) 19.22 cm

Espesor del muro tomado( e) 25.00 cm

1.2. Normativa Usada.

Code Requirements for Environmental Engineering Concrete Structures (ACI 350M-01) And Commentary (ACI 350RM-01), Reported By ACI Committee 350.

Seismic Design of Liquid-Containing Concrete Structures (ACI 350.3-01) andCommentary (350.3R-01), Reported by ACI Committee 350.

Design Considerations for Environmental Engineering Concrete Structures (ACI350.4R-04), Reported by ACI Committee 350.

Concrete Structures for Containment of Hazardous Materials (ACI 350.2R-04),Reported by ACI Committee 350.

Tightness Testing of Environmental Engineering Concrete Structures (ACI 350.1-01)

and Commentary (350.1R-01), Reported by ACI Committee 350. Environmental Engineering Concrete Structures (ACI 350.R-89), Reported by ACI

Committee 350.

Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318M-08) andCommentary, Reported by ACI Committee 318.

Norma Técnica de Edificaciones "Diseño Sismoresistente" E-030.

1.2. Análisis (según Metodología del Apéndice A del ACI 350.3-01).

1.3. Análisis Sísmico Estático.Los resultados presentados fueron evaluados en hojas de cálculo en Excel y el programa

Sap2000.

Cálculo de la Masa Efectiva, según ACI 350.3-01 sección 9.5.2:

Carga Muerta

Carga Muerta 98451.2 kg

Sobrecarga 6316.8 kg

REACCION TOTAL 104768 kg

Diametro interno (D) 9.50 m

Altura Efectiva de Líquido (Hl) 3.60 m

Perimetro del reservorio L 29.85 m

Coeficiente de Masa Efectiva (є) (por Peso Propio) 0.680

Peso del agua en el reservorio Wl 255175.86 kg

Masa Efectiva (We) ( por Peso Propio ) 64957.58 kg







Cálculo de la Masa Efectiva del líquido almacenado, componente impulsiva (Wi) ycomponente Convectiva (Wc), según ACI 350.3-01 sección 9.3.1:

D/Hl 2.639

Wi/Wl 0.4286

Wc/Wl 0.5366

Peso Equivalente de la Componente Impulsiva Wi 109372.58 kg

Peso Equivalente de la Componente Convectiva W c 136936.98 kg

Cálculo de la frecuencia de vibración natural combinada (wi) de la estructura y elcomponente impulsivo del líquido almacenado, según ACI 350.3-01 sección 9.3.4:

Hl/D 0.379

Coef. Para det. Frecuencia Fund. Tanque- líquido (Cw) 0.152

Espesor del Muro (tw) 0.25 mRadio circular interno R 4.75 m

Coef. Para det. Frecuencia Fund. Tanque- líquido (Ci) 0.100

Resistencia a Compresión del Concreto ( f'c) 210 kg/cm2

Módulo de Elasticidad del concreto (Ec) 21733.00 Mpa

Densidad del concreto (ρc) 2.40 KN s2/m4

Frec. Circ. Del modo de vibración impulsivo (wi) 83.99 rad/sPeriodo Fund. De Oscilación del Tanque + Comp. Impulsivo(Ti) 0.075 seg







Cálculo de la frecuencia de vibración de la componente convectiva (wc), según ACI 350.3-01sección 9.3.4:

Aceleración debido a la gravedad (g) 9.81 m/seg

ʎ 5.650

Frec. circular de vibración del primer modo Convectiva (wc) 1.83 rad/s

Periodo Natural del primer modo Convectiva (Tc) 3.428 seg

Cálculo de los factores de amplificación espectral Ci y Cc, según ACI 350.3-01 sección 4.2:

Factor de Amplificación Espectral para el mov. HorizontalCi 1.964Factor de Amplificación Espectral para el mov. HorizontalCc 0.511

Cálculo de las alturas al centro de gravedad de la ubicación de las componentes impulsivas yconvectivas, según ACI 350.3-01 sección 9.3.2:







hi/Hl 0.375

Altura al centro de Gravedad de la Comp. Impulsiva (hi) 1.35 m

hc/Hl 0.568

Altura al centro de Gravedad de la Comp. Convectiva (hc) 2.04 m

Cálculo de las fuerzas laterales dinámicas, según ACI 350.3-01 sección 4.1.1:

Factor de zona (Z) 0.3

Factor de uso e importancia (I) 1.5

Factor Suelo (S) 1.4

Reducción Impulsiva (Ri) 1

Reducción Compulsiva (Rc) 2.75

Cálculo del desplazamiento máximo del líquido contenido (dmax), según ACI 350.3-01 sección7.1:

Desplazamiento Máximo Vertical del líquido contenido (dmax) 1.53 m







Cálculo de las fuerzas laterales dinámicas, según ACI 350.3-01 sección 4.1.1:

Fuerza Inercial Lateral por aceleración peso propio (Pw) 57417.86

Fuerza Lateral Impulsiva (Pi) 96,677.55

Fuerza Lateral Convectiva (Pc) 11442.41

Cortante Basal

V=154519.65 kg

Calculo fuerzas Horizontales (laterales en cada Masa)

Calculo fuerzas Horizontales (laterales en cada Masa)

Nivel Pi(kg) hi (m) Pi hi Fi (kg) W (tn/m)

Peso propio 64957.6 kg 1.98 m 128291.21 35661.18076 1.19

Compulsivo 136937 kg 2.04 m 279940.7393 77815.28684 2.61Impulsivo 109373 kg 1.35 m 147652.9848 41043.18435 1.38

555884.9341 154519.652







1.4. Análisis Sísmico Dinámico.

A 1.5

2 0.30

S3 0.90

1.40

2.75

T (s) C i Z ISC / R wi

0.00 1.96 0.4500

0.02 1.96 0.4500

0.04 1.96 0.4500

0.06 1.96 0.4500

0.08 1.96 0.4500

0.10 1.96 0.4500

0.12 1.96 0.4500

0.14 1.96 0.4500

0.16 1.96 0.4500

0.18 1.96 0.4500

0.20 1.96 0.4500

0.25 1.96 0.4500

0.30 1.96 0.4500

0.35 1.96 0.4500

0.40 1.96 0.4500

0.45 1.96 0.4500

0.50 1.96 0.4500

0.55 1.86 0.4266

0.60 1.76 0.4025

0.65 1.67 0.3816

0.70 1.59 0.3632

0.75 1.51 0.3469

0.80 1.45 0.3323

0.85 1.39 0.3191

0.90 1.34 0.3072

0.95 1.29 0.2963

1.00 1.25 0.2864

2.00 0.79 0.1804

3.00 0.60 0.1377

4.00 0.50 0.1136

5.00 0.43 0.0979

6.00 0.38 0.0867

7.00 0.34 0.0783

8.00 0.31 0.0716

9.00 0.29 0.0662

10.00 0.27 0.0617

Rwi

S

Base Articulada o Fija, No Enterrada (1.1, 1.2, 2 .1, 2.2)

Categoria Edificio

Zona Sísmica

Tipo de Suelo

Coeficicente de red.

ESPECTRO DE SISMO SEGÚN ACI 350.3-01 Y NORMA E-030Para el Cálculo de las Fuerzas Inerciales y Componente Impulsivo

I

Z

Tp (s)

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0. 00 1. 00 2. 00 3. 00 4. 00 5. 00 6. 00 7. 00 8. 00 9. 00 10 .0 0

Z I S C / R w i

PERIODO T

ESPECTRO DE SISMO ACI 350.3-01 y NORMA E-030

Sa

sT S T C

sT S C

nEspectral Aceleració xg R

ZISC S

I ii

I i

Wi

I a

31.0 ;/75.2/25.1

31.0 ;/75.2

)(

32







A 1.5

2 0.30

S3 0.90

1.40

1.00

T (s) C c Z IC S/ R wc

0.00 1.96 1.2375

0.02 1.96 1.2375

0.04 1.96 1.2375

0.06 1.96 1.2375

0.08 1.96 1.2375

0.10 1.96 1.2375

0.12 1.96 1.2375

0.14 1.96 1.2375

0.16 1.96 1.2375

0.18 1.96 1.2375

0.20 1.96 1.2375

0.25 1.96 1.2375

0.30 1.96 1.2375

0.35 1.96 1.2375

0.40 1.96 1.2375

0.45 1.96 1.2375

0.50 1.96 1.2375

0.55 1.96 1.2375

0.60 1.96 1.2375

0.65 1.96 1.2375

0.70 1.96 1.2375

0.75 1.96 1.2375

0.80 1.96 1.2375

0.85 1.96 1.2375

0.90 1.96 1.2375

0.95 1.94 1.2223

1.00 1.88 1.1813

2.00 1.18 0.7441

3.00 0.67 0.4200

4.00 0.38 0.2363

5.00 0.24 0.1512

6.00 0.17 0.1050

7.00 0.12 0.0771

8.00 0.09 0.0591

9.00 0.07 0.0467

10.00 0.06 0.0378

Z

Tipo de Suelo Tp (s)

S

Coeficicente de red. Rwc

ESPECTRO DE SISMO SEGÚN ACI 350.3-01 Y NORMA E-030Para el Cálculo del Componente Convectivo

Categoria Edificio I

Zona Sísmica

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

0. 00 1. 00 2. 00 3. 00 4. 00 5. 00 6. 00 7. 00 8. 00 9. 00 10 .0 0

Z I S C / R w i

PERIODO T

ESPECTRO DE SISMO ACI 350.3-01 y NORMA E-030

Sa

sT S T C

sT T C

nEspectral Aceleració xg R

ZISC S

I C C

I C C

WC

C a

40.2 ;/75.2/875.1

40.2 ;/0.6

)(

32

2







Comparación entre el análisis sísmico estático y dinámico

154519.65

1212580.45

123615.72

9.8093

Factor a escalar

V análisis estático (Vd)

V análisis dinámico (Vd)

V análisis estático al 80% (Vd80%)

Factor a escalar

0.0062cm

2.60m

Desplazamiento maximo

Desplazamiento en la direccion XX

en el punto 3 altura

1.5. Diseño de concreto Armado.De ambos códigos se trabaja con el de reciente publicación, el ACI 318M08.

Se indican las siguientes combinaciones de cargas con los factoresde mayo ración de carga:U = 1.4 (D + F)U = 1.2 (D + F) + 1.6 (L + H)U = 1.2 D + LU = 1.2 D + E + LU = 0.9 D + ED = Cargas por Peso Propio, Cargas Muertas.L = Cargas Vivas.

H = Cargas por Presión de Suelos.F = Cargas por Presión de Fluidos.E = Sismo

1.6. Diseño De La CúpulaSe Tomarán las consideraciones indicadas en el capítulo 19: Cáscaras y LosasPlegadas del ACI 318M-08. Según la sección 9.2.11, la resistencia de diseño seráigual a 0.40 f'c. La cuantía mínima a proporcionar será de acuerdo a la sección 7.12,igual a 0.0018. El Refuerzo se proporcionará para resistir los esfuerzos de tracción.Se verificará el diseño para los esfuerzos asociados a la acción de membrana(esfuerzos normales y cortantes) y los esfuerzos asociados a la flexión (momentos

de flexión, torsión y sus cortantes). El refuerzo se proveerá en dos direcciones y enuna sola capa.Para el espesor de 0.07cm As(mín) =0.0018*07*100=1.26 cm2Para el espesor de 0.12cm As(mín) =0.0018*15*100=2.70 cm2







Gráfico 1: SAP200 Refuerzo necesario de la cúpula en sentido tangencial.

Gráfico 2: SAP200 Refuerzo necesario de la cúpula en sentido radial.

1.7. Diseño de la pared del reservorioEn la figuras adjuntas se muestra el modelo idealizado en forma de mallasrectangulares para la aplicación del método de elementos finitos, y la determinaciónde esfuerzos, momentos y cargas axiales en el elemento sell, dichos son necesariospara determinar los refuerzos necesario en la pared del reservorio.Para el espesor de 25cm As(mín) =0.0025*25*100=6.25 cm2 Refuerzo necesario mínimo en la direccióntangencial y radial.







Gráfico 3: SAP2000 Refuerzo necesario en la cara exterior en sentido Radial del reservorio.

Gráfico 4: SAP2000 Refuerzo necesario en la cara exterior en sentido radial del reservorio.

Gráfico 5: SAP2000 Refuerzo necesario en la cara interior sentido Radial del reservorio.







Gráfico 6: SAP2000 Refuerzo necesario en la cara interior sentido Tangencial del reservorio.







2. DISEÑO DE CIMENTACION RESERVORIO

2.1. Pre-dimensionamientoDel análisis de la superestructura se obtienen las reacciones en todos los apoyos, siendo estosvalores los datos necesarios para la asignación de las dimensiones de las cimentaciones, teniendo

como primera etapa el pre-dimensionamiento correspondiente.

2.2. Verificación de esfuerzosPara el presente estudio, el suelo indica un esfuerzo admisible mínimo de 0.85 kg/cm², queequivale a 1.93kg/cm³ (Winkler) siendo éste dato importante para el análisis de la cimentación.

La verificación de los resultados obedece a las combinaciones según el reglamento que exige, secrea una combinación de SERVICIO con el fin de comprobar los esfuerzos del terreno yesfuerzos en la estructura según las dimensiones geométricas de las zapatas asignadas.

Tabla 1: Esfuerzo admisible versus módulo de balasto

Esf Adm Winkler Esf Adm Winkler Esf Adm Winkler

(Kg/Cm2) (Kg/Cm3) (Kg/Cm2) (Kg/Cm3) (Kg/Cm2) (Kg/Cm3)

0.25 0.65 1.55 3.19 2.85 5.70

0.30 0.78 1.60 3.28 2.90 5.80

0.35 0.91 1.65 3.37 2.95 5.90

0.40 1.04 1.70 3.46 3.00 6.00

0.45 1.17 1.75 3.55 3.05 6.10

0.50 1.30 1.80 3.64 3.10 6.20

0.55 1.39 1.85 3.73 3.15 6.30

0.60 1.48 1.90 3.82 3.20 6.40

0.65 1.57 1.95 3.91 3.25 6.50

0.70 1.66 2.00 4.00 3.30 6.60

0.75 1.75 2.05 4.10 3.35 6.70

0.80 1.84 2.10 4.20 3.40 6.80

0.85 1.93 2.15 4.30 3.45 6.90

0.90 2.02 2.20 4.40 3.50 7.00

0.95 2.11 2.25 4.50 3.55 7.10

1.00 2.20 2.30 4.60 3.60 7.20

1.05 2.29 2.35 4.70 3.65 7.30

1.10 2.38 2.40 4.80 3.70 7.40

1.15 2.47 2.45 4.90 3.75 7.50

1.20 2.56 2.50 5.00 3.80 7.60

1.25 2.65 2.55 5.10 3.85 7.70

1.30 2.74 2.60 5.20 3.90 7.80

1.35 2.83 2.65 5.30 3.95 7.90

1.40 2.92 2.70 5.40 4.00 8.00

1.45 3.01 2.75 5.50

1.50 3.10 2.80 5.60

2.3. Verificación Por punzonamientoEl procedimiento que lleva el programa SAFE para los cálculos al corte por punzonamiento sonbastante rigurosos y usa las fórmulas siguientes.

L

e

LS

P q

61

1

L

e

LS

P q

61

2

24321

22d C

qq LS

qq F V X X

U







cap

máx

C

u

V

V

Øv

v RatioShear

11.12.2.1) .....(ACI

'4

'2

'4

2

c f

c f b

d

c f

mínvo

sc

. 20

. 30

. 40

EsquinerasColumnas Para

LateralesColumnas Para

InterioresColumnas Para

s

Ratio: Expresa la relación entre el esfuerzo de corte por punzonamiento (valor máximo) y lacapacidad del esfuerzo de corte por punzonamiento con el factor incluido.

La Capacidad del esfuerzo de corte máximo (Vcap) viene a ser las tres últimas ecuaciones

presentadas anteriormente; cabe mencionar que, el programa SAFE los representa comoesfuerzos, es decir, fuerza sobre área y las ecuaciones en el sistema Inglés son:

Donde β es la relación de las dimensiones de la sección crítica, bo es el perímetro de la sección

crítica y αs es un factor con respecto a la ubicación de la sección crítica.

d b f bcØV C C

0

'2

153.085.0

d b f b

d ØV C C

0

'

0

[email protected]

d b f ØV C C

0

'85.0







Gráfico 7: SAFE Dimensiones de la zapata exterior del reservorio.

Gráfico 8: SAFE Presiones del suelo en (tn/m2).

Gráfico 9: SAFE Presiones del suelo en (tn/m2)- losa que soporta el peso del agua







3. CONCLUSIONES

EL diseño de refuerzos de la estructura se trabajó teniendo en cuenta cuantía mínima según elR.N.E tanto para la cúpula, muro y la cimentación.







1I.1I CRUCE AEREO

HUANCAVELICA-2014




HUANCAVELICA”







4. CRUCE AEREO L=15.00m

4.1. Objetivos.Realizar el modelamiento y los cálculos estructurales necesarios que garanticen lafuncionalidad adecuada de los diversos tipos de estructuras propuestas en el proyecto;asimismo determinar las dimensiones optimas y características de éstos, cumpliendo las

normas sísmicas y de diseño en concreto armado, realizándose el diseño de los elementosde acuerdo a las normas del ACI (American Concrete Institute), pero con los factores demayoración indicados en el Reglamento Nacional de Edificaciones, dentro del Acápite de laNorma E-060, Concreto Armado.

4.2. Análisis Estructural.Con la finalidad de resolver sistemas estructurales hiperestáticos se ha desarrolladométodos no tradicionales, considerando la facilidad en el desarrollo del métodoseleccionado así como su sistematización mediante el uso de computadoras para este casose usará el método de rigidez y el método de los Elementos Finitos (placas y muros), porseguir un procedimiento organizado que sirve para resolver estructuras determinadas eindeterminadas, estructuras linealmente elásticas y no linealmente elásticas.

En la actualidad con el desarrollo de la computación se han desarrollado innumerablesprogramas de cómputo basados en el método general de rigidez y sobretodo el método delos Elementos Finitos, los programas utilizados en el proyecto son los siguientes: SAP2000VERSIÓN 15

Es un programa basado en el método de rigideces por procedimientos matriciales ypor el Método de Elementos Finitos, escrito bajo la hipótesis de la teoría de laelasticidad: continuidad, homogeneidad, isotropía, linealidad y elasticidad.

Teniendo en cuenta estas hipótesis, el programa SAP2000 es capaz de analizar sistemasestructurales formados en base a elementos del tipo marco, cáscara y sólidosrealizando un análisis tridimensional.

Este programa nos permite realizar el modelo idealizado de la estructura; a través deuna interface gráfica, y posteriormente el respectivo análisis tridimensional, realizandola debida combinación de cargas según las diversas solicitaciones estipuladas tanto parael diseño de elementos de Concreto Armado (Norma E.060- sección 10.2) y Acero(Especificaciones AISC – LRFD 93), lo cual nos permite obtener los esfuerzos últimosde diseño de cada elemento. Códigos y Normas

El proceso de estimación de las cargas, así como el análisis y diseño de las estructurashidralicas está basado en los siguientes códigos.

Códigos y Normas.

Norma Técnica E.020, Cargas

Norma Técnica E.050, Suelos y Cimentaciones. Norma Técnica E.060, Concreto Armado. Norma de Construcciones en Concreto Armado ACI 318-08.

Se entiende que todas aquellas normas a las que los códigos hacen referencia, forman parteintegrante de los mismos en tanto sean aplicable a los materiales, cargas y procedimientosusados en el presente proyecto.







4.3. DISEÑO DE PENDOLAS, ANCLAJES







4.4. DISEÑO DE TORRE

Gráfico 10: SAP200:Vista 3D de torre

Gráfico 11: SAP2000:Momento máximo en la torre

Gráfico 12: SAP2000:Área de acero necesario (cm2)







4.1. DISEÑO DE CIMENTACION

Gráfico 13: SAFE: Dimensiones de zapata

Gráfico 14: SAFE: Presiones en el suelo de la zapata

Gráfico 15: SAFE: verificación por punzonamiento.







1I.1I DISE O DE PREFILTRO,

SEDIMENTADOR, FILTROLENTO.

HUANCAVELICA-2014




HUANCAVELICA”

memoria estructuras

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