memorias[1]

ELABORACIÓN DE LOS DIAGNOSTICOS, DISEÑOS Y PLANES DE OBRAS E

INVERSIONES DE LOS SISTEMAS DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO PARA LOS MUNICIPIOS DE FUNDACIÓN, PLATO, ARACATACA, ARIGUANI, NUEVA

GRANADA, CERRO DE SAN ANTONIO, ALGARROBO, PUEBLO VIEJO, GUAMAL, SANTA BARBARA DE PINTO, SAN SEBASTIAN DE BUENAVISTA , ZONA

BANANERA Y CORREGIMIENTO DE PALERMO (MUNICIPIO DE SITIO NUEVO) EN EL DEPARTAMENTO DEL MAGDALENA

METROAGUA S.A E.S.P. FASE II – MUNICIPIO DE ARACATACA Página 1 de 14

MEMORIAS DISEÑO ELEMENTOS EN CONCRETO REFORZADO EBAR ARACATACA Descripción General de La Estructura. La estructura consiste en un tanque enterrado de que será empleado para el rebombeo de las aguas residuales a la laguna de oxidación. La estructura está constituido por muros que contendrán el liquido almacenado. Estos elementos transmitirán al suelo las cargas producida por el efecto de las fueras horizontales (efecto del sismo y presiones del terreno) y las cargas verticales (peso propio, peso del agua y la carga viva).

Configuración general del tanque

Código de Diseño El código aplicado para el diseño de los elementos estructurales es “Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente (NSR-98) y Seismic Design of Liquid-Containing Concrete Structures (ACI 350.3-01) and Commentary (350.3R-01) Materiales a emplear Los materiales utilizados para los elementos reforzados son los siguientes: Concreto: 3000 psi (210 Kg/cm2) Acero: 60000 psi (4200 Kg/cm2) Densidad del Concreto Reforzado: 2400 Kg/m3 Densidad del Acero: 7850 Kg/m3 Software de Modelación El Software empleado será el SAP 2000 Non Linear (Estructural Anayisis Program). El modelo idealiza el comportamiento de los elementos de la siguiente manera: Muros: mediante elementos SHELL. Columnas y vigas: mediante elementos FRAME. Capases de resistir los esfuerzos de flexión, cortante y axial.






Propiedades del Suelo Capacidad portante del Suelo: 5 Ton/m2 φ = Angulo de fricción interna: 25° δ = Angulo de fricción entre el muro y el suelo: 25° I = Angulo de Inclinación del terreno: 0° β = Angulo de inclinación del parámetro interior del muro o estribo: 0° γ = Peso especifico seco del suelo =1.2 Ton/m3 Predimensionamiento de la estructura Para el dimensionamiento de los elementos estructurales, tenemos Voladizos: l/10: 3.00/10= 0.30 Losas con un apoyo continuo: l/24: 4.70/24= 0.20 Losas con un ambos apoyos continuos: l/28: 5.20/28= 0.20 Dimensiones: Muros Tanque: 40 cm Losa Superior: 20 cm Tipos de Carga Carga Muerta (D): El peso de los muros y losa es el volumen de la masa de concreto por su peso específico. El peso específico para el concreto es de 2.4 Ton/m3. El peso del agua es el volumen del agua que circula por el canal por su peso específico. El peso específico para el agua es de 1.0 Ton/m3. Carga Horizontal (H): Presión del suelo ejercida sobre los muros. Se considera una carga de forma triangular aumentando hacia el fondo del terreno. H =0.5 Ka γ h2 Donde γ = Peso especifico del suelo =1.2 Ton/m3 Ka = Coeficiente de empuje activo = 0.406 h = Altura del terreno sobre los muros.

Carga Horizontal (F): La presión del agua ejercida sobre las paredes. Se considera una carga de forma triangular aumentando hacia el fondo del terreno La ecuación para determinar el empuje del flujo es: F =0.5 γ h2






Donde γ = Peso especifico del agua = 1 Ton/m3 h = Altura del fluido sobre los muros. Carga Horizontal (Q): Sobre Presión ejercido por la acción del sismo. Se considera una carga de forma triangular aumentando hacia superficie del terreno. Para el cálculo de la sobrepresión ejercida por el sismo, se empleo la formulación de Mononobe Y Okabe:

[ ] adv KKhQ −××= 15.0 2γ

Donde: Q = Empuje ocasionado por el sismo γ = Peso especifico del suelo =1.8 Ton/m3 h = Altura del terreno sobre los muros. Kv = Coeficiente de sismo vertical. Kad = Coeficiente de empuje activo dinámico. Para el cálculo del empuje activo dinámico se obtiene con la siguiente expresión:

2

2

2

)cos()cos()sin()sin(1)cos(coscos

)(cos

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−×++−−×+

+++××

−−=

βθβδθφδφθβδβθ

βθφ

ii

Kad

Donde: φ = Angulo de fricción interna. δ = Angulo de fricción entre el muro y el suelo. I = Angulo de Inclinación del terreno. β = Angulo de inclinación del parámetro interior del muro o estribo. θ = Angulo en función de los coeficientes sísmicos. Se obtiene con la siguiente expresión:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−=

KvKharctag

1θ

Donde: Kh = Coeficiente de sismo horizontal. Flotación: La presión del agua ejercida hacia arriba sobre La estructura de cimentación (Zapatas). Presión = γ h Donde γ = Peso especifico del agua = 1 Ton/m3 h = Altura del nivel freático.






Combinaciones de Carga. Carga Muerta. D Carga Viva: L Presiones Horizontales: H Flotación: B Sismo en la Dirección X: Sx Sismo en la Dirección Y: Sy Viento: W

BHLDComb

HLDComb

SyLDCombSyLDComb

SxLDComb

SxLDCombLDComb

LDComb

LDComb

7.17.17.14.1:8

7.17.14.1:7

28.105.1:628.105.1:5

28.105.1:4

28.105.1:328.105.1:3

7.14.1:2

:1

+++++

−+++−+++

++

+

Ecuaciones para el diseño a Flexión y Cortante de los elementos. La metodología empleada para el diseño de los elementos es el de la Resistencia Última. Ecuaciones de Diseño para elementos a Flexión.

29.0 bd

MuK =

FcFym85.0

=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−−=

FyKm

m2111ρ

Donde: Mu = Momento Ultimo o Momento de Diseño b = ancho del muro. d = peralte, que se obtiene como la diferencia entre el espesor del muro y el recubrimiento. m = relación de esfuerzos. Fy = Esfuerzo de fluencia del acero. Fc = Esfuerzo del concreto. Ecuación de diseño para elementos a Cortante.

fcVc ××= 53.0φφ






bdVu

=υ

Donde: φVc = Esfuerzo a cortante del concreto. υ = Esfuerzo cortante de diseño. Vu = Carga ultima. El tanque está conformado por losa en concreto reforzado que resistirán las cargas de presión terreno, fluido y cargas sísmicas producidas por el empuje dinámico del terreno.

Modelación de la Estructura: La estructura se modelo en SAP 2000 Non Linear

Modelo Estructural en SAP 2000






Resultados de la Modelación. Revisión Losa Fondo: Escogemos los valores de mayor incidencia

Momentos Máximo y mínimos en la Losa de Fondo

Para la losa Fondo tenemos: Espesor: 45cm Acero: 4200 Kg/cm2 Concreto: 210 Kg/cm2 Diseño a Flexión Mmax: 14.11 Ton-m Mnin: 25.32 Ton-m

5323210850

4200850

...

=×

==Fc

Fym

222

/58.17401009.0

100100032.25

9.0cmKg

bd

MuK =

××××

==

00442.0==ρ 268.174010000587.0 cmdbAs =××=××= ρ

Usando Acero Ø 3/4 (2.85 cm2) Usemos Ø 3/4 @ 18 cm






Revisión a Cortante Escogemos el valor de mayor Incidencia

Cortante Máximo en la Losa de Fondo

Vu = 25.70 ton

2/43.640100100070.25

cmkgVu =××

=φ

2536210530850530 cmkgfcVc /.... =××=××= φφ

VuVc φφ > Por tanto el espesor y la resistencia del concreto cumplen. Revisión Muro Para el muro tenemos Espesor: 35cm Acero: 4200 Kg/cm2 Concreto: 210 Kg/cm2 Diseño a Flexión Mmax: 15.42 Ton-m Mnin: 19.77 Ton-m






Momentos Máximo y mínimos en la Losa de Fondo

5323210850

4200850

...

=×

==Fc

Fym

222

/93.17351009.0

100100077.19

9.0cmKg

bd

MuK =

××××

==

00451.0==ρ 280.153510000451.0 cmdbAs =××=××= ρ

Usando Acero Ø 3/4 (2.85 cm2) Usemos Ø 3/4 @ 18 cm Revisión a Cortante Escogemos el valor de mayor Incidencia

Cortante Máximo en la Losa de Fondo






Vu = 21.63 ton

2/18.635100100063.21

cmkgVu =××

=φ

2536210530850530 cmkgfcVc /.... =××=××= φφ

VuVc φφ > Por tanto el espesor y la resistencia del concreto cumplen. Revisión Losa Superior Para el muro tenemos Espesor: 20cm Acero: 4200 Kg/cm2 Concreto: 210 Kg/cm2 Diseño a Flexión Mmax: 6.05 Ton-m Mnin: 6.30 Ton-m

Momentos Máximo y mínimos en la Losa de Superior

5323210850

4200850

...

=×

==Fc

Fym

222

/11.31151009.0

100100030.6

9.0cmKg

bd

MuK =

××××

==

00820.0==ρ 230.121510000082.0 cmdbAs =××=××= ρ

Usando Acero Ø 5/8 (1.98 cm2) Usemos Ø 5/8 @ 18 cm






Revisión a Cortante Escogemos el valor de mayor Incidencia

Cortante Máximo en la Losa de Superior

Vu = 9.30 ton

2/20.615100

100030.9cmkgVu =

××

=φ

2536210530850530 cmkgfcVc /.... =××=××= φφ

VuVc φφ > Por tanto el espesor y la resistencia del concreto cumplen. Revisión Vigas y Columnas Para el diseño de los elementos se empleara los resultados de la modelación.






Diseño elementos Nivel Cubierta

Diseño elementos Columnas






Diseño Losa De Cimentación Capacidad portante del suelo: 5 ton/m2 Tipo de Cimiento: Losa de Fono para el tanque y Zapatas aisladas para las columnas de la caseta de bombeo.

Configuración geométrica de la zapata La zapata debe tener el área mínima para que las cargas bajantes de las columnas sean menores que la capacidad portante del suelo.

Configuración de la Zapata

La siguiente tabla muestra las cargas y los esfuerzos en la losa por el efecto de las reacciones de la estructura. La capacidad portante se chequea con el valor de carga de servicio.

Donde: σ: Esfuerzo en Ton/m2. P: carga en columnas. A: área en m2. Mxx, Myy: momentos alrededor del eje X y Eje Y respectivamente. (Ton-m) Ixx, Iyy. Momentos de inercia alrededor del eje X y eje Y del centroide de la losa. X, Y: coordenadas del punto de evaluación.






Se escoge combinaciones de carga última sobre la columna y esfuerzo bajo ella para chequeo del punzonamiento y efecto de viga ancha. Dimensión columna: Base=0.30 m. Altura: 0.30 m Espesor de la losa de cimentación: 0.30 m Espesor efectivo: 0.23 m (recubrimiento de 7 cm) Pu Max sobre columna: 7.70 ton Presión de Contacto: : 8.31 ton Por lo cual no se necesita pedestal. Esfuerzo ultimo sobre la columna: Gu: 8.91 ton/m2

Bo: Perímetro resistente: 2.12 m

Ao: Área resistente: 0.281 m2

Cortante de Punzonamiento: 5.27 ton

Esfuerzo máximo de punzonamiento en el concreto: 129.84 ton/m2

Punzonamiento por la carga: 81.53 ton/m2

Por lo cual se puede concluir que el espesor de la losa de cimentación cumple con el efecto de punzonamiento. Para la revisión por viga ancha tenemos:






Ao: Área resistente: 0.23 m2

Cortante: 8.91 ton

Esfuerzo máximo de cortante por viga ancha en el concreto: 64.92 ton/m2

Cortante por viga ancha 38.74 ton/m2

Por lo cual se puede concluir que el espesor de la losa de cimentación cumple con el efecto de cortante viga ancha. Para el diseño de la zapata, se trabaja como una losa invertida. Resultados: Diseño a Flexión Mmax: 4.46 Ton-m

5323210850

4200850

...

=×

==Fc

Fym

222

/36.9231009.0

100100046.4

9.0cmKg

bd

MuK =

××××

==

0022.0==ρ Usemos cuantía mínima 0033.0min ==ρ

225.8231000033.0 cmdbAs =××=××= ρ Usando Acero Ø 1/2 (1.28 cm2) Usar Usemos Ø1/2@ 15 cm

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