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• Victor Carrasco Aviles

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PROYECTO: “AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS DE EDUCACIÓN INICIAL DE LAS INSTITUCIONES EDUCATIVAS N° 391- PUERICULTORIO, N° 432-131 FE Y ALEGRIA 50-P CARE, N° 432-159 SAN LUIS DE TINAJERAS, N° 432-48 EL BOSQUE, DISTRITO DE SAN JUAN BAUTISTA, PROVINCIA DE HUAMANGA – AYACUCHO”

INGENIERIA DEL PROYECTO TANQUE ELEVADO

INGENIERÍA DEL PROYECTO – ESTRUCTURAS

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PROYECTO: “AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS DE EDUCACIÓN INICIAL DE LAS INSTITUCIONES EDUCATIVAS N° 391- PUERICULTORIO, N° 432-131 FE Y ALEGRIA 50-P CARE, N° 432-159 SAN LUIS DE TINAJERAS, N° 432-48 EL BOSQUE, DISTRITO DE SAN JUAN BAUTISTA, PROVINCIA DE HUAMANGA – AYACUCHO”

1. INFORMACION BASICA La información básica para el análisis y diseño estructural del módulo proyectado se ha basado en los siguientes estudios básicos y sus respectivos resultados. 1.1. TOPOGRAFIA La topografía del terreno de ubicación del módulo según lo indicado en los respectivos planos de levantamiento topográfico presenta las siguientes características: 

La zona presenta pendientes planos tal como se indica en los planos topográficos.



Se realiza el levantamiento topográfico con curvas de nivel a cada metro.



Se presenta perfiles longitudinales de calles para mostrar la variación del terreno.



Secciones transversales indicando los cortes para plataforma, en las áreas en donde se ubicarán los diseños proyectados.

1.2. MECANICA DE SUELOS Los resultados obtenidos luego de los respectivos trabajos de campo y laboratorio, por profesionales de la especialidad de geotécnica y de mecánica de suelos a ser usados en el diseño estructural, son las siguientes: 

La zona determinada por el EMS se encuentra con estratos en la superficie de material orgánico de aproximadamente 0.00m a 0.40 m de altura.



La parte inferior del terreno es de tipo grava limosa con arena.



La resistencia o capacidad portante a ser usada es de 1.20 kg/cm2.



La profundidad mínima de cimentación es de 1.50m para zapatas.



La densidad natural del estrato analizado es: Ɣt =1650 kg/m3



Los coeficientes de parámetros indicado en el estudio de mecánica de suelos son: S=1.15, TP=0.60 seg., TL =2.0 seg.



Se ha determinado que el suelo resistirá al peso de la estructura requiriéndose zapatas o losas de cimentación.

1.3. ELEMENTOS ESTRUCTURALES CONSIDERADOS Para el diseño del tanque elevado se considera los siguientes elementos estructurales: 

Losas : macizas en muros, techo y pisos del cisterna y tanque elevado



Vigas : principales



Columnas de sección cuadradas

Para la estructuración de las columnas se busca que la ubicación esté orientada al lado que ofrezca mayor rigidez posible. En el caso de las vigas se colocará buscando que repose sobre su menor dimensión. El espesor de la losa está en función a las cargas y esfuerzo a ser soportados por estos. Las cimentaciones, se diseñan de acuerdo

a la capacidad de soporte del terreno de

fundación (capacidad portante).

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2. NORMATIVIDAD ESTRUCTURAL Los criterios de diseño estructural a ser usados se han obtenido del Reglamento Nacional de Edificaciones, dadas por las siguientes normas a ser aplicadas para el caso de diseño y análisis estructural: 2.1. NORMA E 020 La normatividad respecto a las cargas a ser usadas en el presente análisis y diseño estructural son los siguientes: Cargas vivas: 

Por electrobombas

: 350 kg/m2



Techos

: 100 kg/m2 (para techos planos)

Cargas muertas: 

Pisos

(e=0.05m)

: 100 kg/m2



Cielorrasos

(e=0.015m)

: 30 kg/m2



Cobertura ladrillo pastelero

: 40 kg/m2



Muro ladrillo macizo

: 1800 kg/m3



Concreto armado

: 2400 kg/m3



Losa maciza (h=0.15m)

: 360 kg/m2

Cargas por agua: 

Peso agua

: 1000 kg/m3

Cargas por empuje de terreno: 

Densidad del suelo

: 1650 kg/m3



Angulo de fricción del suelo

: 18.04°



Cohesión del suelo

: 0.12



Capacidad portante del suelo

: 1.20 kg/cm2



Coeficiente de balasto

: 0.96 kg/cm3

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2.2. NORMA E 030 La normatividad respecto a los parámetros sísmicos a ser usadas en el presente análisis y diseño estructural son los siguientes: a) Parámetros de sitio

La ubicación de la zona del proyecto nos indica la utilización del valor: Z=0.35 (Zona 03) b) Condiciones geotécnicas La información proporcionada en el estudio geotécnico y/o de mecánica de suelos nos indica la utilización de los siguientes valores: S = 1.15 (Suelo Intermedio S2) Tp = 0.60 TL = 2.00 c) Factor de amplificación sísmica Según la normativa vigente (año 2014) el factor de amplificación sísmica está dado por las siguientes formulas:

d) Categoría de la estructura Para el tanque elevado la categoría según la norma es del tipo estructura esencial, por tanto el coeficiente de importancia de uso está dado por: U = 1.5 (Estructura esencial)

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e) Sistemas estructurales Para el presente diseño estructural se ha considerado el sistema estructural del tipo pórtico de concreto armado irregular. Se toma el siguiente coeficiente de reducción en el análisis: Rx = 8.0 (pórticos) Ry = 8.0 (pórticos) f)

Desplazamientos laterales permisibles Se deberá cumplir las siguientes restricciones indicadas según norma: Para concreto :

0.007

(Di / hei)

Para albañilería:

0.005

(Di / hei)

g) Peso de la estructura En cumplimiento a lo indicado en la normatividad, para estructuras tipo tanque elevado, se calculara el peso de la estructura según se detalla: Carga permanente o carga muerta

 100%

Carga viva o sobrecarga en pisos

 50%

h) Desplazamiento lateral Para estructuras regulares, los desplazamientos laterales se calcularán multiplicando por 0,75R los resultados obtenidos del análisis lineal y elástico con las solicitaciones sísmicas reducidas. Para estructuras irregulares, los desplazamientos laterales se calcularán multiplicando por R los resultados obtenidos del análisis lineal elástico. i)

Análisis dinámico Por ser la estructura del tipo convencional, se realizara el análisis dinámico mediante el procedimiento

de

análisis

estático,

tomando

se

en

cuenta

las

siguientes

recomendaciones indicadas en la norma: 

Periodo fundamental: El periodo fundamental para cada dirección se calculará mediante la siguiente expresión:

Siendo CT = 45 (para estructuras de concreto armado), y h n, altura total de la estructura.

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

Fuerza cortante mínima en la base Para cada una de las direcciones analizadas la fuerza cortante no podrá ser menor que el 80% (estructuras regulares) ó 90% (estructuras irregulares) del valor calculado por la fórmula: V = (ZUCS/R) * P donde: C/R ≥ 0.125



Efectos de torsión Se considerará una excentricidad accidental perpendicular a la dirección del sismo equivalente a 0.05 la dimensión de la estructura en la dirección perpendicular a la dirección del análisis.

2.3. NORMA E 060 La normatividad respecto a los parámetros de diseño de concreto armado a ser usadas en el presente análisis y diseño estructural son los siguientes: a) Recubrimientos mínimos 

Concreto colocado contra el suelo y en contacto permanente:

7.0 cm



Concreto en contacto permanente con suelo e intemperie Ø≤ 5/8”: 4.0 cm



Concreto en contacto permanente con suelo e intemperie Ø≥3/4”: 5.0 cm



Concreto no expuesto (losas, muros, viguetas) 1 11/16”≤Ø≤ 2 1/4”: 4.0 cm



Concreto no expuesto (losas, muros, viguetas) Ø ≤ 1 3/8”:

2.0 cm



Concreto no expuesto (vigas columnas):

4.0 cm



Concreto no expuesto (cascaras, losas plegadas):

2.0 cm

b) Refuerzo transversal 

El diámetro mínimo de los estribos para elementos sometidos a compresión y flexión será de 8mm para barras longitudinales hasta 5/8”.



El diámetro mínimo de los estribos para elementos sometidos a compresión y flexión será de 3/8” para barras longitudinales mayores a 5/8” y menores e iguales a 1”.



Ninguna barra longitudinal estará separada más de 0.15m.

c) Módulo de elasticidad del concreto- coeficiente de poisson Para concreto de peso específico 2400 kg/m3 se usará la fórmula:

Por tanto para f’c=210 kg/cm2 se tiene: 231683.43 kg/cm2 Coeficiente de poisson: 0.20

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d) Resistencia requerida El diseño en elementos de concreto armado considerará la siguiente resistencia requerida: 

1.4CM + 1.7 CV

(CM: carga muerta , CV: carga viva)



1.25CM + 1.25CV +1.0 CS

(CS: carga sismo)



0.90CM + 1.0 CS



1.4CM + 1.7CV+1.7 CE

(CE: carga empuje suelos)



1.4CM + 1.7CV+1.4CL

(CL: carga empuje de líquidos)

e) Resistencia de diseño La resistencia de diseño (ØRn) es la obtenida del cálculo de la resistencia nominal (obtenida con los parámetros indicados en la norma E 060) multiplicada por el factor de reducción, cumpliéndose siempre Ru ≤ ØRn. Los factores de reducción a ser usados son:

f)



Flexión sin carga axial:

0.90



Carga axial de tracción c/s flexión

0.90



Carga axial de comprensión c/s flexión (refuerzo en espiral)

0.75



Carga axial de comprensión c/s flexión (refuerzo otros)

0.70



Para elementos en flexo comprensión

0.90



Para cortante y torsión

0.85



Para aplastamiento del concreto

0.70



Para concreto estructural simple

0.65



Zona de anclaje de postensado

0.85



Secciones en flexión elementos pretensados

0.75

Resistencia mínima del concreto estructural Para elementos de responsabilidad sísmica según normativa la resistencia mínima será f’c=210 kg/cm2 (zapatas, vigas, columnas, losas macizas, muros, placas).

g) Control de deflexiones Los peraltes o espesores mínimos para elementos de concreto de peso normal (2400 kg/m3), para no verificar la deflexión estarán dados por:

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h) Refuerzo mínimo por tracción El refuerzo mínimo para vigas de secciones rectangulares y T sometidas a tracción estará dado por:

Para fc=210 kg/cm2, fy=4200 kg/cm2 se tiene: As min =0.0024 (b w.d) i)

Refuerzo mínimo por compresión El refuerzo mínimo para elementos sometidos a compresión (columnas) no debe ser menor 0.01AG ni mayor a 0.06AG

2.4. NORMA E 070 La normatividad respecto a los parámetros de diseño de albañilería confinada a ser usadas en el presente análisis y diseño estructural son los siguientes: a) Tipo de ladrillo de arcilla para fines estructurales El ladrillo a ser usado para fines estructurales será el TIPO IV de fabricación industrial o artesanal con una resistencia a la compresión de f’ b=145 kg/cm2. La resistencia a la compresión del bloque o prisma de muro de albañilería será: f’m=35 kg/cm2 para ladrillos artesanales y de f’m=65 kg/cm2 para ladrillos industriales. b) Características constructivas para albañilería confinada 

En el caso de emplearse una conexión dentada, la longitud de la unidad saliente no excederá de 5 cm y libre de desperdicios de mortero y partículas sueltas antes de vaciar el concreto de la columna de confinamiento.



En el caso de emplearse una conexión a ras, deberá adicionarse mechas de anclaje (salvo que exista refuerzo horizontal continuo) compuestos por varillas de 6 mm de diámetro, que penetren por lo menos 40 cm al interior de la albañilería y 12,5 cm al interior de la columna más un doblez vertical a 90° de 10 cm; la cuantía a utilizar será 0,001.



El refuerzo horizontal, cuando sea requerido, será continuo y anclará en las columnas de confinamiento 12,5 cm con gancho vertical a 90° de 10 cm.



Los estribos a emplear en las columnas de confinamiento deberán ser cerrados a 135°, pudiéndose emplear estribos con 3/4 de vuelta adicional, atando sus extremos con el refuerzo vertical, o también, zunchos que empiecen y terminen con gancho estándar a 180° doblado en el refuerzo vertical.



Los traslapes del refuerzo horizontal o vertical tendrán una longitud igual a 45 veces el mayor diámetro de la barra traslapada. No se permitirá el traslape del refuerzo vertical en el primer entrepiso, tampoco en las zonas confinadas ubicadas en los extremos de soleras y columnas. INGENIERÍA DEL PROYECTO – ESTRUCTURAS

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

El concreto deberá tener una resistencia a compresión mayor o igual a f’c=175kg/cm2. La mezcla deberá ser fluida, con un revenimiento del orden de 12,7 cm (5 pulgadas) medida en el cono de Abrams. En las columnas de poca dimensión, utilizadas como confinamiento de los muros en aparejo de soga, el tamaño máximo de la piedra chancada no excederá de 1,27 cm (½ pulgada).



El concreto de las columnas de confinamiento se vaciará posteriormente a la construcción del muro de albañilería; este concreto empezará desde el borde superior del cimiento y no del sobre cimiento. las juntas de construcción entre elementos de concreto serán rugosas, humedecidas y libre de partículas sueltas.



El recubrimiento mínimo de la armadura (medido al estribo) será 2 cm cuando los muros son tarrajeados y 3 cm cuando son caravista.

c)

Normatividad estructural para albañilería confinada 

El módulo de elasticidad a ser usada estará dada por la fórmula: Em = 500 f’m



Se verificara la necesidad de refuerzo en la albañilería confinada



Se verificara los agrietamientos diagonales en los entrepisos superiores.



Se diseñara los elementos de confinamiento (columnas).



Diseño de los muros para cargas ortogonales al plano del muro.

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3. ANALISIS ESTRUCTURAL 3.1. PREDIMENSIONAMIENTO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES 3.1.1. LOSA PARA TANQUE ELEVADO PREFABRICADO Se aplica los siguientes planteamientos: Para el pre dimensionamiento se plantea sólo la losa de piso apoyado, considerando las siguientes cargas: Peso del agua

: 1000 kg/m3

Peso del concreto

: 2400 kg/m3

Sobrecarga techo

: 100 kg/m2

Cielorrasos

: 30 kg/m2

(e=0.015m)

Pisos (e=0.05m)

: 100 kg/m2

Combinación: 1.4CM + 1.7CV + 1.4CL Realizando un modelamiento previo para la obtención de los momentos generados por la aplicación de las cargas tenemos:

Con los valores previos obtenidos calculamos el espesor de las paredes y el fondo, teniendo en cuenta los momentos y los esfuerzos de tracción generados por la flexión y usando el método elástico sin agrietamiento mediante el siguiente valor:

Dónde: M= momento debido a flexión en Kg.m Ft= 0.85 (f’c)1/2 B = ancho de losa = 1.0 m Del análisis se obtiene los siguientes valores: 

Para losa fondo

:

M=0.90 Tn.m



Para muros de tanque:

M= 0.08 Tn.m

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Para los datos anteriores tenemos: 

Losa de fondo tanque elevado: e = 20.93 cm  20.00 cm



Muros tanque elevado

e = 6.24 cm  20.00 cm

3.1.2.TANQUE CISTERNA Se toma en cuenta las siguientes cargas: 

Peso del agua

: 1000 kg/m3



Peso del concreto

: 2400 kg/m3



Sobrecarga techo

: 350 kg/m2



Piso (e=0.10m)

: 100 kg/m2



Carga por empuje de suelo

: 1650 kg/m3



Coeficiente de balasto

: 0.96 kg/cm3

Combinación: 1.4CM + 1.7CV + 1.4CL Combinación: 1.4CM + 1.7CV + 1.7CE Realizando un modelamiento previo para la obtención de los momentos generados por la aplicación de las cargas tenemos:

Con los valores previos obtenidos calculamos el espesor de las paredes y el fondo, teniendo en cuenta los momentos y los esfuerzos de tracción generados por la flexión y usando el método elástico sin agrietamiento mediante el siguiente valor:

Dónde: M= momento debido a flexión en Kg.m Ft= 0.85 (f’c)1/2 B = ancho de losa = 1.0 m

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Del análisis se obtiene los siguientes valores: 

Para losa fondo

:

M=2.6 Tn.m



Para losa tapa

:

M= 1.02 Tn.m



Para muros de tanque:

M= 1.17 Tn.m

Para los datos anteriores tenemos: 

Losa de fondo tanque cisterna: e = 35.58 cm  40.00 cm



Losa techo tanque cisterna

e = 22.28 cm  15.00 cm



Muros tanque cisterna

e = 21.87 cm  25.00 cm

3.1.3.COLUMNAS Las columnas se diseñan para soportar el peso del tanque elevado y los esfuerzos generados por la carga sísmica, la cual se recomienda que siempre sea mayor que 20% de las cargas verticales. Para su predimensionamiento se asume que toda la estructura del reservorio es una viga en voladizo. Bajo esta suposición, las cargas axiales en las columnas se determinan en función a la distancia del elemento al eje neutro del conjunto, el cual es también su eje de simetría. El momento de inercia de las columnas respecto al eje neutro, despreciando la inercia propia de las columnas es: I= 4Av2

La carga axial en la columna más esforzada estará dado por: P= (W/4) + (Hh/4V) Dónde: W H h V

: peso total del tanque elevado incluyendo todas las cargas : fuerza sísmica 0.25W : distancia entre punto de aplicación del sismo y la base de la estructura portante. : distancia entre el eje neutro y el eje de columna.

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a. Pre dimensionamiento: Se calcula el área minina para la columna proyectada que soporta el sistema de tanque elevado conjuntamente con todas las cargas aplicadas: 

Peso de la estructura: 1. 2. 3. 4. 5.

Peso de tanque prefabricado: = 1.5 Tn Peso de piso : 1.50 x 1.50 x 0.20 x 2.4 = 1.08 Tn Peso de muros : 1.80 x 0.20 x 0.4 x 4.0 x 2.4 = 1.38 Tn Peso de acabado: 1.7 x 1.7 x 0.10 = 0.29 Tn Peso s/c = 1.7 x 1.7 x 0.10 = 0.29 Tn

El peso total tenemos: (1.08 + 1.38 + 0.29) x 1.4= 3.85 Tn (carga muerta) 0.29 x 1.7 = 0.50 Tn (carga viva) 1.5 x 1.4 = 2.1 Tn (carga por agua) W = 6.45 Tn 

Cálculo de parámetros sísmicos: H = 0.25 x W = 0.25 x 6.45 = 1.62 Tn h = 0.40 / 2 + 9.75 = 9.95 m V = 2.1 / 2 – 0.20 = 0.85 m



Cálculo de carga axial en columna: P = (6.45/4)+(1.62 x 9.95/(4 x 0.85)) = 6.35 Tn



Cálculo de sección columna: Según norma E-060 capítulo 9.3.2.2 se tiene: ØPn=0.1 x f’c x Ag Ag = Pu/(0.1 x f’c) = 6350 / (0.1 x 210) = 302.38 cm2 Asumiendo b x b = 27 x 27 =729 ≥ 302.38  cumple condición

b. Resumen: Las columnas a ser utilizadas en el tanque elevado serán: 

Columna cuadrada

: 27 x 27

3.1.4.VIGAS Los principios fundamentales del pre dimensionado de vigas lo comprenden: 1. Las vigas se diseñan suponiendo que todos los esfuerzos de tracción los absorbe el acero, y los de compresión los absorbe el concreto. 2. Depende de la geometría de la estructura (forma y tamaño generales), de los tipos de apoyo y de las cargas aplicadas sobre la estructura. 3. Depende de los valores de la fuerza cortante y el momento flector y de las propiedades de la sección transversal. a. Pre dimensionamiento: Se obtiene los peraltes mínimos para las vigas principales, según lo exigido en la norma E-060: INGENIERÍA DEL PROYECTO – ESTRUCTURAS

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L/8 = 1.5/8 = 0.19  se asumirá h=0.40 m El ancho de viga será mayor igual a 0.25  b = 0.27 m Verificando relación ancho/altura: b/h = 0.27/0.4 = 0.675 > 0.30  cumple b. Resumen: Las vigas a ser utilizadas en el tanque elevado proyectado serán: 

Viga rectangular

: 27 x 40

3.1.5. LOSA MACIZA Aplicando la normatividad 9.6.3.2 de la E-060 para losas macizas en dos direcciones se tiene: Peralte losa = (h/30) = 1.5/30 =0.05 Altura asumida de losa = 0.15m 3.2. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA DISEÑO ESTRUCTURAL Según la disposición especial para el diseño sísmico (Norma 21.0 de la E-060) se opta: a.

Elementos estructurales: Zapatas : Vigas : Columnas : Losas macizas: Muros :

f’c=210 kg/cm2, fy=4200 kg/cm2 f’c=210 kg/cm2, fy=4200 kg/cm2 f’c=210 kg/cm2, fy=4200 kg/cm2 f’c=210 kg/cm2, fy=4200 kg/cm2 f’c=210 kg/cm2, fy=4200 kg/cm2

3.3. CONSIDERACIONES PARA EL ANALISIS ESTRUCTURAL En concordancia con lo especificado en la norma ACI y lo indicado en el Reglamento Nacional de Edificaciones (Normas E-060, E-030, E-070, E-020), el presente proyecto estará basado en el método de diseño por resistencia. El diseño por resistencia presenta la ventaja que los factores de seguridad de los elementos analizados puede ser determinado. El código ACI así

como el Reglamento Nacional de

Edificaciones, introducen los factores de seguridad en el diseño a través de la amplificación de cargas de servicio y la reducción de la resistencia teórica del elemento analizado. Las cargas de servicio se estima haciendo uso de los códigos, reglamentos o normas y el análisis estructural se hace bajo la hipótesis de un comportamiento elástico de la estructura. El código del ACI y el Reglamento Nacional de Edificaciones, clasifican las cargas en: permanentes, sobrecarga, sismos, viento, empuje del suelo, proponiendo expresiones para calcular la carga última de diseño. Las expresiones que permiten determinar la carga última se denominan combinaciones de cargas, de acuerdo a las solicitaciones que actúan sobre un elemento, se propone un juego de combinaciones. Se evaluará cada una de ellas y se desarrollará el diseño haciendo uso de las solicitaciones más críticas. Simultáneamente a la amplificación de las cargas de servicio, el código propone la reducción de la resistencia teórica de los elementos de concreto armado como un medio para incrementar el factor de seguridad del diseño. La resistencia teórica o nominal de una pieza INGENIERÍA DEL PROYECTO – ESTRUCTURAS

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PROYECTO: “AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS DE EDUCACIÓN INICIAL DE LAS INSTITUCIONES EDUCATIVAS N° 391- PUERICULTORIO, N° 432-131 FE Y ALEGRIA 50-P CARE, N° 432-159 SAN LUIS DE TINAJERAS, N° 432-48 EL BOSQUE, DISTRITO DE SAN JUAN BAUTISTA, PROVINCIA DE HUAMANGA – AYACUCHO”

es la determinada haciendo uso de los principios presentados en el Reglamento Nacional de Edificaciones y el código del ACI. La naturaleza mismas del concreto armado y fundamentalmente su procedimiento constructivo generan que la resistencia calculada teóricamente, no sea igual a la verificada en la realidad. Posteriormente al diseño de la estructura, las normas citadas proponen una verificación de las condiciones de servicio de los elementos: control de fisuras y control de deflexiones., siendo quizá necesario, el replanteo del diseño original planteado. Para el análisis estructural se hará uso del SAP2000, por tanto se definirán los siguientes parámetros: 3.3.1. GEOMETRIA DE LA ESTRUCTURA La geometría de la estructura se define mediante los ejes X, Y, Z tal como se muestra en la figura:

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3.3.2. PROPIEDAD DE LOS MATERIALES Se definirán las propiedad para el concreto estructural y el ladrillo tipo IV que intervienen en el análisis: Las propiedades de los materiales se basaran a lo especificado en el Reglamento Nacional de Edificaciones. (Ver ítem 2.3 y 2.4 del presente documento) Para concreto estructural f’c=210 kg/cm2 las unidades (Tn/m)

Para ladrillo tipo IV: las unidades (Tn/m)

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3.3.3.DEFINICION DE LAS SECCIONES Las secciones consideradas en el análisis a partir del predimensionamiento realizado son los siguientes: Tanque elevado: Columnas rectangulares de 30 x 30 Vigas principales de 30 x 40 Muros cisterna espesor 25cm Piso cisterna espesor 50 cm Techo cisterna espesor 15 cm Muros tanque elevado espesor 20 cm Piso tanque elevado espesor 20 cm Losa maciza de caseta espesor 15cm 3.3.4.DEFINICION Y ASIGNACION DE CARGAS 1) CARGAS ACTUANTES Las cargas consideradas en el diseño son:     

Carga muerta (CM) Carga viva (CV) Carga por sismo (CS) Carga por empuje de terreno (CE) Carga por empuje de líquidos (CL)

2) COMBINACION DE CARGAS Las combinaciones de cargas a ser consideradas según norma para el diseño son: COMB1: 1.4CM + 1.7CV COMB2: 1.4CM + 1.7CV + 1.4CL COMB3: 1.4 CM + 1.7CV + 1.7CE COMB4: 1.25CM + 1.25CV ± CSx COMB5: 1.25CM + 1.25CV ± CSy COMB6: 0.9CM ± CSx COMB7: 0.9CM ± CSy COMB8: COMB1, COMB3, COMB4, COMB5,… COMB7 (sin agua) COMB9: COMB1, COMB2, COMB3, COMB4,… COMB7 (con agua) 3) METRADO DE CARGAS El programa SAP2000 calcula el peso propio de vigas, columnas, losas por tanto estas se incluyen en el análisis automáticamente. Se usa el sistema de losa macizas, mediante el programa ETABS se asignara directamente en las losas las cargas muertas por pisos (100 kg/m2), cobertura tipo ladrillo pastelero (40 kg/m2) y tarrajeos (30 kg/m2) y sobrecargas según el tipo de estructura considerado para tanque elevado (techos = 100 kg/m2, sobre losa de cisterna =350 kg/m2). Así mismo se asigna las cargas estáticas debido al empuje de terreno en la cisterna y el empuje estático del agua en el tanque elevado y cisterna. Los muros que aportan al sistema estructural son incluidos automáticamente por el programa ETABS.

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3.3.5.MODELAMIENTO PARA EL ANALISIS 1) ANALISIS SISMICO ESTATICO El método es indicado por la NTE-E.030 a ser usado en el presente análisis es el de tipo estático que es más conservador. Se usara así mismo los parámetros dados en la norma ACI 350.3-01 Diseño sísmico de elementos que contienen elementos líquidos. El análisis hidrodinámico representa el comportamiento dinámico del conjunto liquido-estructura durante una perturbación sísmica, el cual esta genera una masa de agua fija o impulsiva y una masa de agua oscilante o móvil llamada convectiva. 2) DEFINICION DE PARAMETROS SISMICOS Teniendo en cuenta que la masa impulsiva está adherida rígidamente a las paredes del reservorio, este se comporta como un cuerpo rígido inercial de gran rigidez y de desplazamiento muy pequeños que son inversamente proporcionales con la rigidez, por tanto los periodos menores estarán asociados a esta masa impulsiva. Con respecto a la masa convectiva cuyos resortes tiene rigidez (K) que depende del módulo de elasticidad del agua (200000 tn/m2) y cuyos valores son pequeños y sus periodos son mayores. Para todo sistema de análisis se usa la NORMA E-030 (valores de Z, U, C, S), y los valores R de manera irregular por la distribución de masas irregular. Por tanto el espectro de pseudo aceleración (Sa) es dependiente de los periodos (T) tanto cortos (debido a la masa impulsiva) y periodos largos (debido a la masa convectiva), es decir se puede usar los parámetros indicados en la Norma E-030.

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

Parámetros para el análisis sísmico dinámico

3) METODO DE ANALISIS Durante el sismo el terreno es acelerado y la perturbación sísmica es transmitida al tanque elevado atreves de la vibración de la torre de soporte o fuste. Las cargas de sismo que se inducen son proporcionalmente con las masas implicadas y con el amortiguamiento de cada uno de los elementos del sistema. Por tanto se considera la masa del sistema contenedor y la masa del líquido contenido. Teniendo en cuenta que el tanque elevado es de concreto armado su masa total (reservorio vacío) calculada o masa estática tendrá una rigidez que soportara una cierta fuerza lateral o de corte. De lo expresado en ítems anteriores, los impactos de agua contra las paredes del elemento contenedor, se traducen en presiones impulsivas y convectivas que son los efectos hidrodinámicos que deben ser considerados adicionalmente a los efectos hidrostáticos. Los efectos hidrodinámicos son indispensables para determinar la cortante basal y el momento a ser transmitido al sistema de apoyo para su respectivo diseño.

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a) Modelamiento 3D

b) MODELAMIENTO SISMO X-X

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c) MOMENTOS POR COMB9 (ENVOLVENTE)

d)

CORTANTES POR COMB9 (ENVOLVENTE)

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4) DESPLAZAMIENTOS MAXIMOS SEGÚN NORMA E-030 Aplicando la normatividad tenemos para cada eje de análisis: 

PARA EL EJE X-X: El valor de reducción es de R=8.0 Tenemos: (Δi/Li) . R . 3/4 ≤ 0.007 Por tanto todos los valores (Δi/Li) deberán ser menores que 0.00116 Del análisis realizado mediante el ETABS tenemos:



PARA EL EJE Y-Y: El valor de reducción es de R =8.0 Tenemos: (Δi/Li) . R . 3/4 ≤ 0.007 Por tanto todos los valores (Δi/Li) deberán ser menores que 0.00116 Del análisis realizado mediante el ETABS tenemos:

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ANEXO 01 DISEÑO DE ZAPATA ANEXO 02 DISEÑO DE COLUMNAS ANEXO 03 DISEÑO DE VIGAS ANEXO 04 DISEÑO DE LOSA MACIZA-SAFE (CISTERNA-TANQUE ELEVADO-CASETA)

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