diseño reservorio elevado cuadrado. 50 m3
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CALCULO ESTRUCTURAL DEL TANQUE ELEVADO
DISEO Y CALCULO ESTRUCTURAL DE UN RESERVORIO1. DATOS DEL DISEO.-
1.1 PESOS ESPECIFICOS.
_ Peso especfico del hormign armado................... 2500 kg/m3.
_ Peso especfico del hormign ................................2400 kg/m3.
_ Peso especfico del mortero....................................2200 kg/m3.
_ Peso especfico del agua..........................................1000 kg/m3.
_ Peso especfico del ladrillo .....................................1800 kg/m3.
1.2 SOBRECARGA DE USO.
_ Sobrecarga de la losa de techo...................................150 kg/m2.
1.3 COEFICIENTES DE SEGURIDAD Y TENSION DE ROTURA.
_ Acero.......................................1,15
;fyk = 5000 kg/cm2.
_ Hormign ............................... 1,50
;fck = 210 kg/cm2.
_ Mayoracin de acciones ......... 1,60
1.4 SECCIONES ADOPTADAS.
RESISTENCIA DE TERRENO : 1.2 kg/cmB= largo del muro : 4.40
H= altura de agua : 2.80
_ Losa de techo................................... h = 15 cm.
_ Pared lateral .................................... e = 15 cm.
_ Losa de fondo ................................. h = 25 cm.
_ Viga de seccin rectangular ............ 30 / 50 cm.
_ Columna de seccin rectangular...... 30 / 50 cm.
PARED LATERAL .
Momento = coeficiente = K x 1,000 x (28) = 21,952 K
Amplificacin de cargas por resistencia
M = 1.8 x 21,952K = 39,513K
Amplificacion por durabilidad
M = 1.3 x 39,513K = 51,367K b/hx/hY=0Y=b/4Y=b/2
MxMyMxMyMxMy
1.5000107902560 -2,054
4111079205360-426-2,260
822822514411-480-2,157
154308154205-256-1,326
1-3,802-616-2,106-41100
Mx = momento vertical My = momento horizontal
Armadura vertical :Mr > M act.
Falla x traccin
Disea simplemente reforzada
S
3/8 @ 0.075 m
Asmin = 4 cmAst = 0.002 x b x d = 2.4 cm
As = 4 + 2.4 = 6.4 cm
S=
3/8 @ 0.10 cm
Armadura horizontal :Acero interior :
Mmax = -2,260 kg-m
Ast = 0.002 x b x d = 0.002 x 100 x 13As = 5.21 cm
S =
3/8 @ 0.125mAcero exteriorr :
Mmax = 1,079 kg-m
As = 2.43 cm
As = 2.43 + 4.00 = 6.43 cm
S =
3/8 @ 0.10mLOSA DE FONDO .
La losa de fondo esta constituida por dos elementos que son: voladizo y la losa. Como se muestra en la figura los que se calculan en de la siguiente manera.
M resistente = 0.167 x fc b d
= 0.167 x 210 x 100 x 12
Metrado :
P.P.0.15 x 1.00 x 2.4 tn/m = 0.36 tn/m
Acabado 0.100 x 1.00 =
0.10 tn/m
0.46 tn/m
WL = 1 tn/m x 2.80 x 1.00 = 2.80 tn/m
Amplificacion por resistencia
Wu = 0.64 + 5.04 = 5.73 tn/m
Amplificaion por durabilidad
= 0.9 + 6.55 = 7.5 tn/mmomentos:
Md = 0.036 x 0.9 x (4.20) = 0.57 tn/m
Ml = 0.036 x 6.55 x (4.20) = 4.15 tn/m
4.72 tn/m.
Franja centralAs = 11.55 cm
S = 10 cm
@ 0.10 cm
Franja de columna
S = 1.5 S = 16.5 cm
@ 0.15 m
Acero negativo
As- = 1/3 As+
As- = 1/3(11.5) = 3.8 cm
S = 15 cm
3/8 @ 0.15 cm
Franja de columna
As- = 1/3 (16.5) = 5.5 cm
S = 13 cm
3/8 @ 0.125
DIMENSIONAMIENTO DE VIGA DE SOPORTE DEL TANQUE.Las vigas se dimensionan considerando un peralte del orden de 1/10 a 1/12 de la luz libre, esta altura incluye el espesor de la losa de entrepiso o techo.
El ancho puede variar de 0.3 a 0.5 de la altura, la norma establece que las vigas deben tener un ancho mnimo de 0.30 m, en caso que estas formen parte de prticos sismo resistentes.
H(altura)L/10L: luz libre
B(ancho)AT/20AT: ancho tributario
EJEVIGALUZ LIBREHANCHO TRIBUTARIOBUSAR
HB
1,2V-14.400.444.400.220.500.30
V-24.400.444.400.220.500.30
V-34.400.444.400.220.500.30
A,BV-44.200.424.200.210.500.30
V-54.200.424.200.210.500.30
V-64.200.424.200.210.500.30
Las dimensiones de las vigas sern: ( 0.30 x 0.50 ) mDIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS.Columnas del nivel 1.Ag =
Ag = rea bruta
PG = peso bruto
A = rea tributaria
W = carga de servicio la columna
Nivel 3
L(m)B(m)H(m)N VECESPESO UNIT.PESO (KG)
VIGA X-X2.100.300.5012400756.00
VIGA Y-Y2.200.300.5012400792.00
ACABADOS2.202.101100462.00
S/CARGA2.202.101150693.00
LOSA1.952.05124009594.00
12297.00
A=
Nivel 2
L(m)B(m)H(m)N VECESPESO UNIT.PESO (KG)
VIGA X-X2.100.300.5012400756.00
VIGA Y-Y2.200.300.5012400792.00
ACABADOS2.202.101100462.00
S/CARGA2.202.101150693.00
COLUMNA0.300.503.00124001080.00
LOSA1.952.05124009594.00
13377.00
A=
Nivel 1
L(m)B(m)H(m)N VECESPESO UNIT.PESO (KG)
VIGA X-X2.100.300.5012400756.00
VIGA Y-Y2.200.300.5012400792.00
ACABADOS2.202.101100462.00
S/CARGA2.202.101150693.00
COLUMNA0.300.503.00124001080.00
LOSA1.952.05124009594.00
13377.00
A=
La seccin de las columnas es (0.30 x 0.50) m
DISEO POR SISMOTabla N1
FACTORES DE ZONA
ZONAZ
30,4
20,3
10,15
El Z a utilizar ser: Z = 0,4
Condiciones Geotcnicas
Tabla
Parmetros del Suelo
TipoDescripcinTp (s)S
S1Roca o suelos muy rgidos0,41,0
S2Suelos intermedios0,61,2
S3Suelos flexibles o con estratos de gran espesor0,91,4
S4Condiciones excepcionales**
(*) Los valores de Tp y S para este caso sern establecidos por el especialista, pero en ningn caso sern menores que los especificados para el perfil tipo S3.
Asum que mi terreno es un tipo S2, suelo flexible por lo que elegir Tp =0.6; S =1.2.
FACTOR U
1,5
El factor U a utilizar ser debido a que la edificacin es considerada de categora A el cual ser:
Factor de Amplificacin Ssmica
De acuerdo a las caractersticas de sitio, se define el factor de amplificacin ssmica por la siguiente expresin:
; C(2,5
Perodo Fundamental
El periodo fundamental para cada direccin se estimar con la siguiente expresin:
Donde:CT = 35 para edificios cuyos elementos resistentes en la direccin considerada sean nicamente prticos.
CT = 45 para edificios de concreto armado cuyos elementos sismo resistentes sean prticos y las cajas de ascensores y escaleras.
CT = 60 para estructuras de mampostera y para todos los edificios de concreto armado cuyos elementos sismo resistentes sean fundamentalmente muros de corte.
Calculando el periodo fundamental de la estructura.
Ct = 35 elegido segn reglamento.
hn= 3 m + 3 m + 3.7 m = 9.7 m
Reemplazando en:
; C(2,5
Como es mayor al mximo admisible queda C = 2.5
Sistemas Estructurales
R = 8
Fuerza Cortante en la Base
La fuerza cortante total en la base de la estructura, correspondiente a la direccin considerada, se determinar por la siguiente expresin:
Debiendo considerarse para C/R el siguiente valor mnimo:
Reemplazando
Distribucin de la Fuerza Ssmica en Altura
Calculando las cargas de sismo en cada nivel:
PISOPi(Tn)hi(m)HiPi.HiFi(Tn)
368.8639.7667.9422.51
268.8636.7461.3615.55
169.873.73.7256.528.71
1385.82
METRADOS DE CARGA
CARGA MUERTA
TAB. MOVIL
0.100
P.P LOSA
0.600
RECUBRIMIENTO0.100
TOTAL
0.800 T/m2
CARGA VIVA
SOBRECARGA
0.15 T/m2
AGUA
51.74 Tn
TOTAL
51.89 Tn/m2ANALISIS ESTRUCTURAL DEL PORTICO
El diseo estructural se realizar de manera que las cargas puedan ser soportadas en forma segura, adems de cumplir con los siguientes objetivos esenciales:
Que la estructura sea funcional, as como esttica.
Seleccin de elementos estructurales para soportar adecuadamente las cargas.
Combinaciones Cargas
Se consideran las siguientes alternativas de combinacin de carga:
1.4D1.2D+1.6L+0.5(S Lr R)
1.2D+1.6(Lr S R)+(0.5L 0.8W)
1.2D+1.3W+0.5L+0.5 (Lr S R)
1.2D+1.5E+(0.5L 0.2S)
0.9D(1.3W 1.5E)
W = Viento
S = Carga de nieve
R = Carga inicial de lluvia en techos planos cuando falla el desage.
DISEO DE VIGAS
- Diseando la Viga mas Desfavorable
Caractersticas generales
H= 0.5
D= 0.45B= 0.3
Fc = 210 kg/cm2
1 = 0.85
Fy = 4200 kg/cm2
Es = 2 E+6 kg/ cm2
Cuanta y acero mnimo
Cuanta y acero mximo
Momento nominal
Mmax = 47.04
Mact=31.97 < Mmax=47.04
Mtodo del tanteo
1 tanteoa=d/5=45/5 = 9
Mu=AsFy(d-a/2)
31.97 x 10^5=0.90 x As x 4200 (45-9/2)
As = 20.88
2 tanteoa= 16.37
Mu=AsFy(d-a/2)
31.97 x 10^5=0.90 x As x 4200 (45-16.37/2)
As = 22.97
3 tanteoa= 18.02
Mu=AsFy(d-a/2)
31.97 x 10^5=0.90 x As x 4200 (45-18.02/2)
As = 23.50
4 tanteoa= 18.43
Mu=AsFy(d-a/2)
31.97 x 10^5=0.90 x As x 4200 (45-18.43/2)
As = 22.97
5 tanteoa= 18.53Mu=AsFy(d-a/2)
31.97 x 10^5=0.90 x As x 4200 (45-18.53/2)
As = 23.67
As calculado = 23.67 > As min = 4.50
As = 23.67 cm2
1-------- As=5.07cmN varillas = 23.67/5.07
= 4.66 = 4 1 , 2
3/8 4 @ 0.05, 2 @ 0.10, rest @ 0.25
Esto se aplica a todas la vigas que actan en el diseo del tanque elevado
DISEO DE COLUMNAS
Verificando la carga en el primer nivel
En la direccin del prtico
Dimensionamiento de columnas
B = 0.5
H = 0.3
Fy= 4200
Fc = 210 kg/cm
Es = 2 E+6 kg/cm2
As1 = 10.14d1 = 3.27
As2 = 3.98d2 = 25
As3 = 10.14d3 = 46.73
a) condicin de carga concntrica
Ag = 30*50=1500 cm2; Ast=24.26 cm2
Pno = 0.85fcAg+AstfY =369.64 t
b) condicin balanceada
Ey=fy/Es=0.0021
Cb/d=(6000*46.73)/(6000+4200)=27.48 cm
1=0.80
Ab=0.8*cb = 21.98
Esi = 0.003((c-di)/c)
fy/Es=0.0021
Esi = 0.003((27.48-3.27)/27.48) = 0.0026 > 0.0021fy = 4200
Esi = 0.003((27.48-25)/27.48) = 0.00027 < 0.0021fy = 540
Esi = 0.003((27.48-46.73)/27.48) = 0.0021 = 0.0021fy = 42000.85fc= 0.85*210 = 178.5 kg/cm2
A=1c = 0.85*27.48 = 23.40
Pu=0.85fc ab fsi*Asi (h/2-di)
Pu = (0.85 x 210 x23.4 x 50)+(4200-178.5)*5.07*2+1*1.99 = 174087.79
+(4200-178.5)*5.07*2+1*1.99 = 174087.79
348.17 tn
Mu = Pue=0.85fc ab ( h/2-b/c ) + fsi hsi ( h/2-di )
Mu = Pue=0.85(210) (23.4)(30) ( 30/2-23.4/2 ) + 4878.79 ( 30/2-3.27 ) = 47041.30
+ 4878.79 ( 30/2-46.72 ) = 15475.21
568.26 tn
e= 568.16/345.17 = 1.63 m
Pu = Pu = 0.7 * 345.17 = 241.61
Mu = Mu = 0.7 * 568.16 = 397.71
= (50-12.5)/50 = 0.75
Del diagrama de interaccin para columnas : se obtiene Pg=0.023
Pu/bt = (241610)/(50*30) = 161.04
Mu/bt = (397710)/(50*30) = 8.83Pg = Ast/bt
Ast = Pg * b *t
Ast = 0.023 * 30 * 50 = 34.5 cm2 (repatir 25% en cada cara )
Se colocara acero de la siguiente manera : 6 1
2 5/8
Estribos 3/8 2 @ 0.05, 2 @ 0.10, 2 @ 0.15 , rest. @ 0.25
DIMENSIONAMIENTO DE LA ZAPATA DE FUNDACION.
Area de la columna : 0.3 x 0.5 6 1
2 5/8
t =1.2 kg/cm2fc = 210 kg/cm2
Del metrado de cargas se obtiene :
Pd = 37.4 tn
Pl = 13.95 tn
1.- dimensionado en planta ( con cargas de servicio)Pu = 37.4 + 13.95 = 51.34 tn
tpeso dela zapata
44%
36%
28%
110%
Pt = 51.34 + 1.10% = 56.47 tn.
Area de la zapata :
Az = Pt/t = 56.47/12 = 4.71 m
2.30 x 2.10 >4.71 m2
M1 =(A-b)/2 = 0.90 m
M2 = (B-t)/2 = 0.90 m
2.- dimensionado en elevacin ( con cargas amplificadas)
Pu = 1.5(37.4) + 1.8(13.95) = 81.21 tn.Wu = 81.21/(2.30x2.10) = 16.81 tn/m
1) criterio por flexin
M1-1 = Wu x (Bxm)/2
= 16.81 x (2.30(0.9))/2 = 15.65 x 10^5 kg/cm1
Mresistente = 0.85 x fc x amax x b (d-(amax/2)
Amax=0.5ab
ab=6000/(6000+fy) x 1d
Mresistente = 0.167 x fc x b x d2
0.167 x fc x b x d = 15.65 x 10^50.167 x 210 x 0.5 x d = 15.65 x ^5
d= 29.87 cm
2) criterio por corte
=0.85
Vadm = 6.53 x b x d .1
Cortante actuante :
Vu = Wu x ( m-d ) x B
Vu = 6.53 x (90-d) x B..2
B = 2.30
6.53 x ( 90-d ) x 2.30 = 6.53 x (2.30 ) x d
1351.71 = 30.038 d
d=45 cm3) criterio por longitud de desarrollo
Lu = 0.004 x d x b x fy
Ld = 0.08 x fy x db/fy
Ld = > 20 cm
1
Ld = 0.004 x 2.54 x 4200
=
dmin = 59 cm.
Peralte obtenidos en m al mn recomendado
hmin=60 cm.
d=60-/2-recub.
d = 60-2.54/2-7 = 51.73 cm.
Diseo del acero
Mact.
M1-1 = Wu x B x m/2 = 15.62 tn-m
M2-2 = Wu x A x m/2 = 52.36 tn-m
Mr = 0.167 x fc x b x d = 0.167x 210 x 0.5 x 0.59
= 610.39 tn-m
Mr > M act.
Se diseo como simplemente armada
Vu = 6.53 x
Vadm = 0.5x
a = d (d - w )^1/2
a = 51.73 (51.73 - 1301.52 )^1/2 = 14.66
230---------------40
---------------2 cm
= (2.30x2)/40 = 11.5 cm
5/8 @ 0.10 cm
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
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