4d_me_reservorio Tipo Intze Eps Huacho_2012 v.2

E.P.S EMAPA HUACHO S.A

MEMORIA ESTRUCTURAL

Propietario : EPS EMAPA HUACHO S.A.

Proyecto : “CONSTRUCCIÓN DE RESERVORIO, REHABILITACIÓN DE REDES MATRICES DE AGUA POTABLE, ALCANTARILLADO Y CONEXIONES DOMICILIARIAS DE LA URB. HUACHO, SAN PEDRO Y ZONA ADYACENTE - DISTRITO HUACHO”

Dirección : Urbanización Huacho – San Pedro, Distrito Huacho,

Provincia Huaura, Departamento Lima. Fecha : Agosto 2012 Responsable : Ing. Pedro Daniel Flores Sintecala

Telf. 952-888885 RPM *818526, Jr. Mariátegui 123 Dpto. 401, Barranco – Lima /Perú

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INDICE

1. Generalidades.

2. Procedimiento de Analisis.

3. Características de los Materiales.

4. Metrado de Cargas.

5. Predimensionamiento.

6. Consideraciones Sísmicas.

6.1. Zonificación.

6.2. Parámetros del Suelo.

6.3. Factor de Amplificación Sísmica.

6.4. Categoría de las edificaciones.

6.5. Sistemas Estructurales.

6.6. Aceleración Espectral.

7. Análisis Sismorresistente de la Estructura.

8. Diseño

9. Cimentación


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Propietario : EPS EMAPA HUACHO S.A. Atención : “CONSTRUCCIÓN DE RESERVORIO, REHABILITACIÓN DE REDES

MATRICES DE AGUA POTABLE, ALCANTARILLADO Y CONEXIONES DOMICILIARIAS DE LA URB. HUACHO, SAN PEDRO Y ZONA ADYACENTE - DISTRITO HUACHO”

Dirección : Urbanización Huacho – San Pedro, Distrito Huacho, Provincia Huaura, Departamento Lima.

1. Generalidades La finalidad del presente documento es realizar el ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL del Reservorio Elevado Tipo Intze de 300 m3, ubicado en la Urbanización San Pedro, Distrito Huacho, Provincia Huaura, Departamento Lima. El reservorio elevado tipo Intze es de concreto armado con fuste de forma circular de capacidad de 300m3, tiene un diámetro de 10m. , y posee una altura de fuste de 18.00m. Los demás elementos estructurales fueron predimensionados y se pueden apreciar en la presente memoria. Se considera en el ANALISIS ESTRUCTURAL los análisis sugeridos en el Capítulo E0.30-2003 (Norma Sismorresistente), las cargas sugeridas en el Capítulo E-0.20 (Norma de Cargas), el Capítulo E-0.60-2009 (Norma de Concreto Armado), asi como las normas internaciones ACI 350-06 (Code Requirements for Environmental Engineering Concrete Structures), ACI 371-98 (Guide for the Analisys, Design and Construction of Concrete-Pedestal Water Towers), ACI 307-98 (ACI 307-98, Designand Constructionof ReinforcedConcrete Chimneys) y el ACI 350.3-06 (Seismic Design of Liquid-Containing Concrete Structures).

2. Procedimiento de Análisis Se verificará el comportamiento dinámico de la estructura frente a cargas sísmicas mediante un análisis espectral indicado en las ACI-350.3-06 y E030, con ese propósito se genera un modelo matemático para el análisis respectivo. Este modelo será realizado usando el programa de cálculo de estructuras SAP2000.

3. Características de los materiales Los materiales usados deberán tener como mínimo las siguientes características: CONCRETO: - Resistencia a la compresión en elementos en general, f’c = 210 kg/cm2

- Resistencia a la compresión en elem. en contacto c/agua, f’c = 245 kg/cm2 - Modulo de elasticidad, E = 15000 √f’c - Módulo de Poisson, υ = 0.15

ACERO: - Resistencia a la fluencia del acero grado 60, fy = 4200 kg/cm2

4. Metrado de Cargas Cargas por peso propio: Son cargas provenientes del peso de los materiales, dispositivos de servicio, y otros elementos que forman parte de la estructura y/o se consideran permanentes.


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Cargas vivas: Cargas que provienen de los pesos no permanentes en la estructura, que incluyen a los ocupantes, materiales, equipos muebles y otros elementos móviles estimados en la estructura. Teniendo en cuenta que la edificación es de tipo escencial, se considera el 100% de la carga viva para el análisis sísmico. Cargas producidas por sismo: Análisis de cargas estáticas o dinámicas que representan un evento sísmico y están reglamentadas por la norma sismorresistente E.030 y el ACI-350. Cargas Muertas: Peso propio elementos de concreto armado = 2400 kg/m3 Peso propio terminado = 100 kg/m2 Cargas Vivas: Sobrecarga en cúpula = 50 kg/m2 Cargas de Sismo: Según norma de diseño sismorresistente:

gR

ZUCSSa =

5. Predimensionamiento:


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6. Consideraciones Sísmicas Las consideraciones adoptadas para poder realizar un análisis dinámico de la estructura son mediante movimientos de superposición espectral, es decir, basado en la utilización de periodos naturales y modos de vibración que podrán determinarse por un procedimiento de análisis que considere apropiadamente las características de rigidez y la distribución de las masas de la estructura. Además del comportamiento Hidrodinamico de la masa convectiva e impulsiva producidos por los sismos. Entre los parámetros de sitio usados y establecidos por la norma Sismorresistente E-0.30 son: 6.1 Zonificación La zonificación propuesta se basa en la distribución espacial de la sismicidad observada, las características esenciales de los movimientos sísmicos, la atenuación de estos con la distancia y la información geotécnica obtenida de estudios científicos. De acuerdo a lo anterior la Norma E-0.30 de diseño sismorresistente asigna un factor “Z” a cada una de las 3 zonas del territorio nacional. Este factor representa la aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 años.


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Para el presente estudio, la zona en la que está ubicada la edificación corresponde a la zona 3 y su factor de zona Z = 0.4. 6.2 Parámetros del Suelo Los perfiles de suelo se clasifican tomando en cuenta sus propiedades mecánicas, el espesor del estrato, y la velocidad de propagación de las ondas de corte. Según el estudio de suelos y de referencias, y para efectos de la aplicación de la norma E-0.30 de diseño sismorresistente, se considera que el perfil de suelo en donde se encuentra ubicada la estructura es de tipo (S2), el periodo predominante, Tp, asociado con este tipo de suelo es de 0.60 seg., y el factor de amplificación del suelo se considera S= 1.2. 6.3 Factor de amplificación Sísmica De acuerdo a las características de sitio, se define al factor de amplificación sísmica (C) por la siguiente expresión:

5.2);(5.2 ≤= CTTC P

6.4 Categoría de las edificaciones Cada estructura debe ser clasificada de acuerdo a la categoría de uso de la edificación. En este caso debido a que dentro de la edificación sólo se encuentran equipos de comunicaciones, se le considera una edificación escencial, Categoría A, por la tanto su factor de importancia es igual a U = 1.5, que es el que se tomará para este análisis. 6.5 Sistemas estructurales Los sistemas estructurales para el fuste es predominado por muros de concreto armado, pero con poca posibilidad de disipar energía. De acuerdo a la clasificación de una estructura se elige un factor de reducción de la fuerza sísmica (R). Por tanto el factor de reducción de la fuerza sísmica es igual a R = 3 (Masa Impulsiva) y R=1 (Masa Convectiva). 6.6 Aceleración Espectral Para poder calcular la aceleración espectral para cada una de las direcciones analizadas se utiliza un espectro inelástico de pseudos-aceleraciones definido por:

gR

ZUCSSa =

donde: Z = 0.4 (Zona 3 – Huacho) U = 1.5 (Categoría A – Estructura Escencial) S = 1.2 (Tp = 0.6 s) Ri = 3 (Impulsivo) Rc = 1 (Convectivo) g = 9.81 (aceleración de la gravedad m/s2) C = 2.5 x (Tp / T ) ; C ≤ 2.5 El ACI 350.3-06 recomienda un 5% de amortiguamiento para modo impulsivo y 0.5% para el convectivo.


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Con estos parámetros sismorresistente se elaboró el espectro inelástico de pseudo-aceleraciones de acuerdo a la norma E-030, para realizar el análisis lineal dinámico. Se ha considerado el mismo espectro de pseudos-aceleraciones para ambas direcciones debido a que en ambas direcciones el sistema estructural predominante es el mismo.

Figura 1. Espectro Inelástico de Pseudo Aceleraciones.


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7. Análisis Sismorresistente de la Estructura De acuerdo a los procedimientos señalados y tomando en cuenta las características de los materiales y cargas que actúan sobre la estructura e influyen en el comportamiento de la misma ante las solicitaciones sísmicas, se muestra a continuación el análisis realizado.

7.1 Modelo Estructural Adoptado El comportamiento dinámico de las estructuras se determina mediante la generación de modelos matemáticos. Las fuerzas de los sismos son del tipo inercial y proporcional a su peso, por lo que es necesario precisar la cantidad y distribución de las masas en la estructura. Los apoyos han sido considerados como fijos al suelo. El modelo se ha hecho tomando en cuenta el levantamiento de las dimensiones de los elementos estructurales. El modelo estructural para evaluar el comportamiento dinámico de la estructura se presenta en las siguientes figuras:


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Figura 2. Modelo tridimensional de la Estructura.

7.2 Análisis Modal de la Estructura

Según los lineamientos de la norma de diseño sismorresistente E.030 – 2003, que forma parte del RNE, y considerando las cargas indicadas anteriormente se ha hecho el análisis modal de la estructura total. Para el cálculo del peso de la estructura se ha considerado el 100% de la carga muerta y debido a la importancia de la edificación se ha considerado el 100% de la carga viva, por tratarse de una estructura escencial tipo A. El programa SAP2000 calcula los periodos para cada modo de vibración de la estructura. En el análisis tridimensional se ha empleado la superposición de los modos de vibración representativos de la estructura siguiendo el criterio de combinación indicado por la norma ACI-350.1:

SRSS En la siguiente tabla se muestran los resultados de los periodos de vibración con su porcentaje de masa participante, que indicará la importancia de cada modo:

Tabla 1. Periodos y factores de participación de masa.

TABLE: Modal Participating Mass Ratios StepNum Period UX UY UZ SumUX SumUY SumUZ

Mode Sec Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless 1.000 3.666 0.237 0.000 0.000 0.237 0.000 0.000 2.000 0.280 0.582 0.000 0.000 0.819 0.000 0.000 3.000 0.222 0.000 0.700 0.000 0.819 0.700 0.000 4.000 0.078 0.000 0.000 0.000 0.819 0.700 0.000 5.000 0.056 0.000 0.000 0.000 0.819 0.700 0.000 6.000 0.056 0.000 0.000 0.000 0.819 0.700 0.000 7.000 0.052 0.008 0.000 0.002 0.827 0.700 0.002 8.000 0.051 0.082 0.000 0.000 0.909 0.700 0.002 9.000 0.050 0.000 0.151 0.000 0.909 0.851 0.002

10.000 0.045 0.000 0.000 0.798 0.909 0.851 0.800 11.000 0.044 0.000 0.000 0.000 0.909 0.851 0.800 12.000 0.042 0.000 0.000 0.000 0.909 0.851 0.800


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13.000 0.041 0.000 0.000 0.000 0.909 0.851 0.800 14.000 0.041 0.000 0.000 0.000 0.909 0.851 0.800 15.000 0.040 0.004 0.000 0.000 0.913 0.851 0.800 16.000 0.029 0.000 0.000 0.000 0.913 0.851 0.800 17.000 0.029 0.000 0.000 0.000 0.913 0.851 0.800 18.000 0.029 0.000 0.000 0.000 0.913 0.851 0.800 19.000 0.027 0.000 0.000 0.000 0.913 0.851 0.800 20.000 0.027 0.000 0.000 0.000 0.913 0.851 0.800 21.000 0.027 0.000 0.000 0.000 0.913 0.851 0.800 22.000 0.026 0.000 0.002 0.018 0.913 0.854 0.817 23.000 0.026 0.000 0.053 0.001 0.913 0.907 0.818 24.000 0.026 0.033 0.000 0.000 0.946 0.907 0.818 25.000 0.024 0.000 0.015 0.000 0.946 0.922 0.818 26.000 0.024 0.008 0.000 0.000 0.954 0.922 0.818 27.000 0.024 0.000 0.000 0.000 0.954 0.922 0.819 28.000 0.024 0.000 0.000 0.000 0.954 0.922 0.819 29.000 0.024 0.000 0.000 0.004 0.954 0.922 0.823 30.000 0.023 0.000 0.000 0.000 0.954 0.922 0.823 31.000 0.023 0.000 0.000 0.000 0.954 0.922 0.823 32.000 0.023 0.000 0.000 0.000 0.954 0.922 0.823 33.000 0.023 0.000 0.000 0.000 0.954 0.922 0.823 34.000 0.022 0.000 0.000 0.000 0.955 0.922 0.823 35.000 0.022 0.000 0.001 0.000 0.955 0.922 0.823 36.000 0.021 0.000 0.000 0.000 0.955 0.922 0.823 37.000 0.021 0.000 0.000 0.000 0.955 0.922 0.823 38.000 0.021 0.000 0.000 0.000 0.955 0.922 0.823 39.000 0.021 0.000 0.000 0.000 0.955 0.922 0.823 40.000 0.020 0.000 0.000 0.000 0.955 0.922 0.823

Los modos con una mayor participación de masa fueron el modo 1 (masa convectiva) y el modo 2 (de la estructura). Entonces para la estructura los periodos fundamentales son: T x-x = 3.66 s. T y-y = 0.28 s. Se muestra a continuación los gráficos con las deformadas de los modos 1 y 2.


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Figura 3. Periodo para la masa impulsiva

Figura 4. Periodo fundamental de la estructura.


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8.0 Diseño A continuación se muestra el diseño de los elementos estructurales del tanque elevado:


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9.0 Cimentación


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El diseño de la cimentación se realizó de manera de no exceder el esfuerzo admisible para el suelo de 2.87 Kg/cm2 como se indica en el estudio de mecánica de suelos (entregado por el propietario). Se calculó la presión considerando cargas de gravedad y sismo.

Fig.5 Presiones en Cimentación por cargas de Servicio en (kg/cm2)

Fig.6 Presiones en Cimentación por cargas de Sismo en (kg/cm2), el capacidad portante se aumenta por 1.33 para este caso.


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Fig.7 Envolvente de Momentos radial , Mu=104.09 Ton.m tomado a la cara del fuste.

Fig.8 Envolvente de Momentos anular, Mu=58.6 Ton.m


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Fig.9 Envolvente al Corte radial, Vu= 65 Ton.m a d de la cara.

Ing. Estructural Pedro D. Flores Sintecala

CIP 122766

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