8538-MCA-ES-001-Rev B

ESTANQUE SEMI

ENTERRADO 50M3

Fecha:16 de Diciembre de 2010

Página 1 de 31

Proyecto: 8538 No. Doc: 8538-MCA-ES-001

Rev. B

8538-MCA-ES-001

MEMORIA DE CÁLCULO

“ESTANQUE SEMI ENTERRADO DE 50 m³ - HORMIGÓN ARMADO”

DISEÑO ESTRUCTURAL.

REVISION FECHA OBJETO DE LA REVISIÓN

A 27/05/2010 PARA COMENTARIOS

B 16/12/2010 SE ACOGE COMENTARIOS DEL REVISOR

Preparado por: PATRICIO PINEDA NALLI

INGENIERO CIVIL

Revisado por: CLAUDIO CASTILLO CH.

JEFE DEPTO. INGENIERÍA

Aprobado por: HERNAN GONZALEZ R.

GERENTE DE INGENIERÍA

Aprobado por:

Aprobado por:

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

Referencia:

Documento No. 8538-MCA-ES-001 Rev. B

2

INDICE

ITEM CONTENIDO PAGINA

1. ALCANCE .................................................................................................. 3

2. NORMAS Y DOCUMENTOS DE REFERENCIA ........................................ 3

3. MATERIALES............................................................................................. 4

4. BASES DE DISEÑO ................................................................................... 4

5. GEOMETRÍA. ............................................................................................. 7

6. ESTADOS Y COMBINACIONES DE CARGAS .......................................... 7

7. ANALISIS DE FUERZAS ............................................................................ 8

8. DISEÑO DEL MANTO .............................................................................. 16

9. DISEÑO DE LA LOSA SUPERIOR .......................................................... 24

10. DISEÑO DE VIGAS SUPERIORES .......................................................... 27

11. DISEÑO DE LA LOSA DE FONDO .......................................................... 29

12. CUBICACIÓN ........................................................................................... 31

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


3

1. ALCANCE

La presente memoria de cálculo contiene el diseño estructural a nivel de

ingeniería de detalles para el estanque de 50 m³ de capacidad, propiedad de la empresa

Aguas Andinas S.A.

De acuerdo a indicaciones de Aguas Andinas, el estanque se encontrará

ubicado sobre el nivel de terreno natural por lo que sólo las fundaciones estarán

enterradas.

2. NORMAS Y DOCUMENTOS DE REFERENCIA

En el diseño del estanque se consideran los siguientes documentos:

2.1 Documentos

- Minuta Estanques Tipo Semi Enterrados. Información para el Diseño.

- Criterios Generales de Diseño para Estructuras. Grupo Aguas.

- Empresa Metropolitana de Obras Sanitarias S.A. Especificación Técnica para la

Construcción de Estanques Tipo, Circulares, Semi Enterrados. V=2.500 m³.

- Correos electrónicos con aclaraciones de bases de diseño.

2.2 American Concrete Institute

- ACI 318-05. Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural (ACI 318S-05) y

Comentario (ACI 318SR-05).

- ACI 224R-01. Control of Cracking in Convrete Structures.

2.3 Normas para Diseño de Estanques

- NZS 3106. New Zealand Standard. Code of Practice for Concrete Structures for

the Storage of Liquids.

- Seismic Design of Storage Tanks. Recommendations of a Study Groups of the

New Zealand National Society for Earthquake Engineering. December 1986.

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


4

- Norma Chilena Oficial NCh 2369.Of2003. Diseño sísmico de estructuras

industriales.

2.4 Normas Chilenas

- NCh 170.Of.1985 Hormigón – Requisitos Generales.

- NCh 430.Of. 2008 Hormigón armado – Requisitos de diseño y cálculo.

3. MATERIALES

Se utilizan los siguientes materiales para la construcción del estanque:

Hormigón armado para la estructura del estanque: Grado H30 2

250cm

kgfC

(Dosificación mínima de 320 kg cemento / m³)

Hormigón emplantillado: Grado H10

Acero de refuerzo: A630-420 H 2

4200cm

kgf y

4. BASES DE DISEÑO

4.1 Introducción

En estas bases se establecen los criterios que se utilizarán en el diseño de

acuerdo a las referencias indicadas en el párrafo 2.0.

El estanque es una estructura de hormigón armado de geometría cilíndrica

semi enterrado, con muros de 18 cm, losa superior de 16 cm y losa inferior de 16 cm de

espesor.

La estanqueidad del estanque se debe lograr con el hormigón, no se

permitirá el uso de revestimientos que puedan desprenderse.

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


5

4.2 Sistemas de Unidades

El sistema de unidades que se utiliza en esta memoria de cálculo será el

sistema métrico decimal (m, cm, mm, ton, kg).

4.3 Métodos de cálculo

Para el análisis estructural del estanque se utilizarán los criterios de la

norma Neocelandesa NZS 1986.

Para el diseño de los elementos se aplicarán los criterios de la norma ACI

318, y para la verificación del ancho de grieta se usará el código ACI 240.

4.4 Parámetros de cálculo

Los parámetros de cálculo que serán aplicados en el diseño del estanque,

incluidos en las bases de diseño de Aguas Andinas y en correos electrónicos, son los

indicados a continuación:

35,2

m

tonh peso específico del hormigón armado.

30250'2

Hcm

kgf C resistencia característica del hormigón

2

5,13

276699'14,0cm

kgf

kg

mE ChC módulo de elasticidad del hormigón

2

6101,2cm

kgES módulo de elasticidad del acero de refuerzo

24200

cm

kgf y tensión de fluencia del acero de refuerzo

cmr 5 recubrimiento

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

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6

31

m

tonW peso específico del agua contenida

32000

m

tonkS coeficiente de balasto

21

cm

kgest tensión admisible estática

233,133,1

cm

kgdinestdin tensión admisible dinámica

2192

cm

kgGS módulo de corte del suelo (arena)

3,0S coeficiente de Poisson del suelo

15,0h coeficiente de Poisson de hormigón

s

mVS 200 velocidad de ondas de corte del suelo

2,1I coeficiente de importancia

21,0

m

tonqSC sobrecarga de uso

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HORMIGÓN ARMADO

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7

5. GEOMETRÍA.

altura media de aguas hw2 = 2,550 m

revancha mínima rv2 = 0,500 m

diámetro interior del estanque Di2 = 5,000 m

altura muros hm2 = 3,050 m

espesor muros em2 = 0,180 m

espesor losa superior es2 = 0,160 m

espesor losa fondo ef2 = 0,160 m

diámetro exterior estanque De2 = 5,360 m

radio medio estanque rm2 = 2,590 m

6. ESTADOS Y COMBINACIONES DE CARGAS

6.1 Estados de Cargas Normales

E1n: Peso propio del estanque y equipos.

E2n: Peso propio del agua contenida en condición normal de operación (lleno 100%).

E3n: Empuje hidrostáticos interiores.

6.2 Estados de Cargas Eventuales

E1e: Sobrecarga = 100 kg/m².

E2e: Fuerzas sísmicas originadas por la inercia de la masa del peso propio y fracción de la

sobrecarga (25%).

E3e: Empuje hidrodinámicos del agua contenida.

6.3 Combinaciones de Cargas

C1 = E1n. + E2n + E3n + E1e

C2 = E1n. + E2n + E3n + E1e + E26 + E3e

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HORMIGÓN ARMADO

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8

7. ANALISIS DE FUERZAS

7.1 Estimación de Cargsa Verticales

7.1.1 Estanque

7.1.2 Agua Contenida

Vw2 = 50,069 m³

Ww2 = 50,069 t

7.1.3 Sobrecarga

7.1.4 Resumen de Cargas

Losa superior: Vs2 = 3,610 m³

Ps2 = 9,026 t

zs2 = 3,290 m

Muro: Vm2 = 8,934 m³

Pm2 = 22,335 t

zm2 = 1,685 m

Losa fondo: Vf2 = 3,610 m³

Pf2 = 9,026 t

zf2 = 0,080 m

Estanque: Ve2 = 16,155 m³

We2 = 40,387 t

ze2 = 1,685 m

Normal - operación: Nop2 = 92,712 t

qsc = 0,100 t/m²

Psc2 = 2,256 t/m²

zsc2 = 3,370 m

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

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HORMIGÓN ARMADO

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HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


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HORMIGÓN ARMADO

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ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

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ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


14

7.5 Esfuerzos de corte

Impuls ivo Vi Ci I mi mm ms Vi 23.88ton

Convectivo Vc Cc I mc Vc 1.971ton

7.6 Momentos Volcantes

Impuls ivo Mi Ci I mi hi ef mm

hm

2ef ms ef hm .5es Mi 40.606ton m

Convectivo Mc Cc I mc hc Mc 3.114ton m

7.7 Esfuerzos Finales

V Vi2

Vc2

V 23.961ton

M Mi2

Mc2

M 40.725ton m

zfM

Vzf 1.7 m

7.8 Tensiones de Terreno

Ac .5 De2

Ac 22.564m2

Ic

De4

64Ic 40.516m

4

zc .5 De zc 2.68 m

Neves We Ww Psc Prip io Neves 97.643ton

Nevs1 Neves Cv I We Ww .25Psc Nevs1 122.418ton

Nevs2 Neves Cv I We Ww .25Psc Nevs2 72.868ton

min

Nevs2

Ac

M zc

Icmin 0.536

ton

m2

max

Nevs1

Ac

M zc

Icmax 8.119

ton

m2

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


15

7.9 Deslizamiento

Frev Nevs2 Frev 40.077ton

FSdev

Frev

VFSdev 1.673

7.10 Volcamiento

Mrev Nevs2

De

2Mrev 195.286mton

FSvev

Mrev

M FSvev 4.795

7.11 Ola Sismica-Revancha

dmax

De

2.84 Cc

2.07 Cc

2dmax 16.491cm

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HORMIGÓN ARMADO

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16

8. DISEÑO DEL MANTO

Area de acero total necesaria en la dirección horizontalAsH 5.9cm2

AsH max As1H As2H

Area de acero necesaria para poder resistir la tracción maxima

obtenidaAs2H 5.9cm

2

As2H

Tmaxt

ss

Tensión admisible para acero A63-42H, según Criterios de

Diseño (caso eventual, traccion pura)ss 1600

kg

cm2

Traccion maxima obtenida en la direccion radialTmaxt 9.5 ton

i.2) Caso estatico + sismico

Area de acero total necesaria para poder resistir la tracción

estaticaAs1H 3.5cm

2

As1H

Tmaxe

se


Diseño (caso normal, traccion pura)se 1300

kg

cm2

Traccion maxima obtenida en la direccion radial, caso estáticoTmaxe 4.5 ton

i.1) Caso estatico

i) Verificaciones para esfuerzos en la dirección horizontal del manto

Diseño Armadura Estanque 50 m 3 Aguas Andinas

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HORMIGÓN ARMADO

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h1adm 19kg

cm2

h1 2.4kg

cm2

h1

Tmaxe

Ah 10 Aa

- Para Traccion pura

Area de acero proporcionada (por metro de ancho)Aa 7.9cm2

Aa AspropH

Area de hormigónAh 1800cm2

Ah b e

Anális is por metro de anchob 100 cm

Espesor del muro del estanquee 18 cm

Este anális is se realiza para las solicitaciones sobre los elementos hidráulicos (en

contacto con el agua) para combinaciones de cargas normales (caso estático).

Las fórmulas uti lizadas para el cálculo de la tensión de trabajo y admisible son las

indicadas en los criterios de diseño.

i.3) Verificación tensiones en Fase I

Area de acero total que se esta proporcionando en la direccion

horizontalAspropH 7.9cm

2

AspropH

2

4

ancho

esp2

ancho 1 m

esp 200 mm

10 mm

Se util izará como armadura horizontal una malla compuesta por:

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


18

Recubrimiento al eje de las armadurasdc 6.5cm

dc Rec3

2

Recubrimiento a utilizarRec 5 cm

Tensión en el acero para cargas de serviciofs 573kg

cm2

fsTmaxe

AspropH

Según lo señalado en los criterios de diseño (se cita al código ACI 318-95 para control de

fisuración local producida por flexión), la fisuración se verificará para cargas de servicio

(PP+PH).

i.4) Verificación de la fisuración

msg2 "OK"

msg2 "OK" h2 h2admif

"Cambiar sección o armadura" h2 h2admif

h2adm 23kg

cm2

h2 5.5kg

cm2

h2

C Ea Aa Tmaxe

Ah 10 Aa

Modulo de elasticidad del aceroEa 2.1 106 kg

cm2

Retracción de fraguado del hormigón C 0.00035

- Para Tracción pura de muros circulares

msg1 "OK"



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HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


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k 0.17153

b1

Mmaxe

se

a1

2 nb d

2

d 11.5cm

d e dc

b 100 cm

n 10


Diseño (flexion pura o flexocompresion)se 1400

kg

cm2

Momento maximo obtenido en la direccion vertical, caso

estático (analisis conservador, se desprecia la compres ion en

el hormigon)

Mmaxe 0.31 ton m

ii.1) Caso estatico

Conservadoramente, estos analisis se realizaran cons iderando flexion pura (se despreciaran

las posibles compresiones que pudieran existir en los muros)

ii) Verificaciones para esfuerzos en la dirección vertical del manto

msg3 "OK"

msg3 "OK" z 15ton

cmif

"Cambiar armadura por fisuracion" z 15ton

cmif

z 6.8ton

cm

z fs dc A( )

1

3

Area cobaricentrica de las armadurasA 260cm2

A 2 dc esp

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


20

b1

Mmaxs

ss

a1

2 nb d

2

d 11.5cm

b 100cm

n 10


Diseño (flexion pura o flexocompresion)ss 1700

kg

cm2

Momento maximo obtenido en la direccion vertical, caso

estatico + s ismico (analis is conservador, se desprecia la

compres ion en el hormigon)

Mmaxs 0.71 ton m

ii.2) Caso estatico + sismico

msg4 "OK"

msg4 "OK" c1 110kg

cm2

if

"Cambiar seccion o armadura " c1 110kg

cm2

if

c1 29kg

cm2

c11

n

k

1 kse

Area necesaria por cada cara del manto, caso estaticoAs1V 2cm2

As1V1

2 nb d

k2

1 k

Se debe iterar el valor de k hasta que la

ecuacion sea igual a cero!!!

a

3k3

a k2

b1 k b11

cm3

0

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


21

Area de acero proporcionada por cada caraAspropV 3.9cm2

AspropV

2

4

ancho

esp

ancho 1 m

esp 200 mm

10 mm

Se util izará como armadura vertical una malla compuesta por:

Area necesaria por cada cara del mantoAsV 3.9cm2

AsV max As1V As2V

msg5 "OK"

msg5 "OK" c2 130kg

cm2

if

"Cambiar seccion o armadura " c2 130kg

cm2

if

c2 50.7kg

cm2

c21

n

k

1 kss

Area necesaria por cada cara del manto, caso eventualAs2V 3.9cm2

As2V1

2 nb d

k2

1 k

Se debe iterar el valor de k hasta que la

ecuacion sea igual a cero!!!

a

3k

3a k

2b1 k b1

1

cm3

0

k 0.22955

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


22

n 10

3.415 103

AspropV

b d

Según lo señalado en los criterios de diseño (se cita al código ACI 318-95 para control de

fisuración local producida por flexión), la fisuración se verificará para cargas de servicio

(PP+PH).

ii.4) Verificación de la fisuración

msg6 "OK"



h1adm 22kg

cm2

h1 3.4kg

cm2

h1 0.6Mmaxe

W

- Para Traccion por flexion

Modulo estatico de la pared del estanqueW 5400cm3

W1

6b e

2

Anális is por metro de anchob 100cm

Espesor del muro del estanquee 18cm

Este anális is se realiza para las solicitaciones sobre los elementos hidráulicos (en

contacto con el agua) para combinaciones de cargas normales (caso estático).

Las fórmulas utilizadas para el cálculo de la tensión de trabajo y admis ible son las

indicadas en los criterios de diseño.

ii.3) Verificación tensiones en Fase I

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


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msg7 "OK"

msg7 "OK" z 15ton

cmif

"Cambiar armadura por fisuracion" z 15ton

cmif

z 8.9ton

cm

z fs dc A( )

1

3

Area cobaricentrica de las armadurasA 260cm2

A 2 dc esp

Recubrimiento al eje de las armadurasdc 6.5cm

dc Rec3

2

Recubrimiento a utilizarRec 5cm

Tensión en el acero por flexion para cargas de serviciofs 743.3kg

cm2

fsMmaxe

AspropV j d

j 0.924

j 1k

3

k 0.229

k n2

2 n n

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


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9. DISEÑO DE LA LOSA SUPERIOR

De acuerdo a recomendaciones de PCA, los estanques de diámetros

menores a 30 pies (9,14 m) no se requiere de apoyos interiores.

mrD m 180,52

Para una losa en 2 direcciones:

cmD

h 7,1533

Se usará un espesor de losa de 16 cm.

9.1 Cargas

Peso propio losa: 400 kg/m² (qpp)

Peso ripio (relleno): 220 kg/m² (qrell)

Sobrecarga: 100 kg/m² (qsc)

9.2 Combinación de Cargas

screllppu qqqq 6,12,1

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


25

USAR: 10@15 en ambas direcciones

OKMu 1tonf m>Mn 1.976tonf mMn 0.9 As fy da

2

a 1.035cmaAs fy

0.85 fc b

As Aprov

COMPROBACION DE ARMADURA:

Aprov 5.236cm2

Aprov 6.67 0.785( ) cm2

Amin 3.443cm2

Areq 2.582cm2

Amin min

14kgf

cm2

fy

b d

4

3Areq

Areq

0.85 fc a b

fy

Diseño de refuerzo de flexion en Losa Superior para estanque de 50 m 3

Se realizó un modelo de la losa de cubierta y vigas corrspondiente a estanque de 50 m3

Datos:

b 100 cm h 16 cm e 5.5 cm 1 0.85

fc 250kgf

cm2

fy 4200kgf

cm2

Es 2100000kgf

cm2

ARMADURA CARA INFERIOR LOSA

Mu 1 tonf m Valor obtenido de programa SAP2000

Mn

Mu

0.9

d h e

a d d2

2 Mn

0.85 fc ba 0.51cm

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


26

ARMADURA CARA SUPERIOR LOSA

Para armadura superior se colocara la minima de retraccion

= 0.0018

Aret b h 0.0018

Aret 2.88cm2

USAR: 10@20 en ambas direcciones

OKVu 4.9 tf >0.85 Vc 7.4tf

0.85 Vc 7.4tfVc 8.7tfVc

Rfc

6bw d

Resis tencia al corte hormigón

fy 4200kgf

cm2

Rfc 50kgf

cm2

Rfc fc10 kgf

cm2

fc 250kgf

cm2

0.85

d 10.5 cmbw 100 cmVu 4.9 tf

Se realizo un modelo de la losa de cubierta y vigas correspondiente a estanque de 50 m3

Diseño de refuerzo de Corte en Viga Superior para estanque de 50 m 3

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


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10. DISEÑO DE VIGAS SUPERIORES

USAR: 2 16 (armadura inferior viga)

OKMu 3.01tonf m>Mn 4.773tonf mMn 0.9 As fy da

2

a 3.178cmaAs fy

0.85 fc b

As Aprov

COMPROBACION DE ARMADURA:

Aprov 4.02cm2

2 16 OKAprov 2 2.01( ) cm2

Amin 2.75cm2

Areq 2.487cm2

Amin min

14kgf

cm2

fyb d

4

3Areq

Diseño de refuerzo de flexion en Viga Superior para estanque de 50 m 3

Se realizó un modelo de la losa de cubierta y vigas correspondiente a estanque de 50 m3

Datos:

b 25 cm h 40 cm e 7 cm 1 0.85

fc 250kgf

cm2

fy 4200kgf

cm2

Es 2100000kgf

cm2

Mu 3.01 tonf m Valor obtenido de programa SAP2000

Mn

Mu

0.9

d h e

a d d2 2 Mn

0.85 fc ba 1.966cm

Areq

0.85 fc a b

fy

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


28

USAR:

E 8@15 en extremo de viga

E 8@20 en centro de viga

avmin 2cm

2

mavmin

bw

0.3cm

2

kgffy

Armadura mínima de corte:

Verificación de las cuantías

av 3.857cm

2

mav

VuVc

fy d==>av

Av

s

Dimensionamiento de la armadura de corte

Vs 0tfVs if Vs 0 tf 0 tf VsVs

VuVc

Resis tencia al corte proporcionada por la armadura de corte

0.85 Vc 5.8tfVc 6.9tfVc

Rfc

6bw d

Resis tencia al corte hormigón

fy 4200kgf

cm2

Rfc 50kgf

cm2

Rfc fc10 kgf

cm2

fc 250kgf

cm2

0.85

d 33 cmbw 25 cmVu 1.3 tf

Se realizó un modelo de la losa de cubierta y vigas correspondiente a estanque de 50 m3

Diseño de refuerzo de Corte en Viga Superior para estanque de 50 m 3

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


29

11. DISEÑO DE LA LOSA DE FONDO

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


30

ESTANQUE DE 50 M3

HORMIGÓN ARMADO

Referencia:


31

12. CUBICACIÓN

Documents

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