UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

DISEO DE UNA BOVEDA PARA RESERVORIO12

BVEDASUnabvedaes unelemento constructivosuperficial, generalmente elaborado enmamposteraofbrica, en el que sus piezas y componentestrabajan acompresin. Las bvedas poseen una forma geomtrica generada por elmovimientode unarcogeneratriza lo largo de uneje. Por regla general este elemento constructivo sirve para cubrir elespaciocomprendido entre dosmuroso una serie depilaresalineados.Su problemtica constructiva consiste en averiguar el grosor, o resistencia de los muros adyacentes, con el objeto de que puedan soportar elempujelateral de las bvedas que soportan. En muchos casos su superficie poseenerviosen los que se dirigen y concentran las lneas de empuje. A pesar de su uso extendido en la construccin, su funcionamiento no fue comprendido y explicado por la ciencia hasta bien entrados en el siglo XIX. Se suele encontrar en algunas edificaciones comoplazas porticadas,claustros,catedralesy tambin engalerassubterrneas, en las infraestructuras delmetro,minera. En la actualidad, con el advenimiento de nuevos materiales como es elhormign armado, la forma clsica y disposicin de las bvedas con sus elementos trabajando en compresin, ha dejado de realizarse tan habitualmente en construccin, permitiendo la construccin de superficies adinteladas (bvedas planas).CaractersticasLa forma geomtrica de la bveda se genera mediantetraslacinen el espacio de arcos iguales, adecuadamente trabados, para obtener finalmente un elemento constructivo "superficial". Es decir que el arco es lageneratrizde la bveda. Las bvedas sonestructurasapropiadas para cubrir espacios arquitectnicos amplios mediante el empleo de piezas pequeas.Su geometra puede ser de simple o doblecurvatura, un ejemplo de geometra simple se encuentra entre lasbvedas de can, y en las de curvatura ms compleja las dearista(cruce de dos bvedas de can). En muchos casos la bveda posee unaplantaentre cuadrada orectangular.Suele construirse con soportes en su interior en forma dearcos formerosy que se cubren conplementera. En edificaciones modernas el trmino bvedase ha extendido, y por herencia del concepto de bveda de fbrica, se aplica aestructurasconstruidas concubiertas curvadas, en las que el espesor es muy pequeo comparado con el ancho y el largo, tambin denominadascscarasocascarones.Mientras en las bvedas de fbrica las piezas trabajan a compresin, en estas modernas estructuras el trabajo es fundamentalmente en flexin.FbricaLas bvedas tradicionales se han construido con materiales de fbrica.Los materiales empleados tradicionalmente en su construccin ha sido lapiedra, elladrillo. Todos ellos son materiales que forman los elementos constructivos de una bveda clsica, siendo muy adecuados a 'trabajar' en compresin. Estos materiales son adecuados igualmente para construir arcos. En el caso de las bvedas de piedra, era necesario el conocimiento de loscanterosenestereotoma, con el objeto de poder tallar las piedras de loslienzosde plementera, as como los diversos elementos de los nervios. En la actualidad se emplea igualmente como material constructivo de bvedas elacero, y elhormign armado, etctera. Las dovelas pueden ir aparejadas "a hueso", esto es, sin trabazn, aunque lo habitual es que se unan con un materialaglomeranteomortero.Teora de las bvedasTanto en las antiguas bvedas como en las modernas la solicitacin predominante en sus elementos es decompresin. Sus tensiones se asemejan a las de unarco, o un conjunto de arcos conformando una superficie. Las fuerzas de una bveda se van transformando en un empuje horizontal que debe ser contrarrestado con el objeto de mantener la estructura en equilibrio. El elemento estructural suele ser uncontrafuerte, oestribo. En algunas ocasiones se confa en ms de un elemento de contrarresto. El problema a resolver cuando se emplean bvedas es dimensionar correctamente los muros de contencin de los permanentes empujes horizontales. Empujes que surgen desde la lnea de unin entre la bveda y el muro. sta es la razn por la que el diseo en planta de los edificios con grandes bvedas era necesario considerar el contrarresto, por una o varias formas, de este empuje.En algunas ocasiones se emplea, por seguridad, el diseo de ms de un sistema de contencin. Cuando sedescimbrala bveda el empuje tiende a sacar afuera el arranque de la bveda. Los arquitectos romanos empleaban gruesosmuros de contencin. En la teora de bvedas se muestra que un simple muro es insuficiente para soportar el empuje de las bvedas. En la arquitectura gtica se emplearonarbotantesybotareles. Los soportes de las bvedas contra los muros no deben ser muy robustos, el empuje lateral disminuye la carga de las bvedas. ConstruccinDesde sus inicios se ha practicado en su construccin el empleo de estructuras auxiliares de carcter provisional cuya funcin era la de soporte de las piezas que forma la superficie de la bveda. Estas estructuras, denominadascimbras, encarecan la construccin de bvedasEran generalmente de madera y requeran de la participacin decarpinterosaltamente especializados. A veces la cimbra era de gran tamao, al menos, tan grande como lo era la bveda. Debido a este inconveniente, desde los inicios de la construccin de bvedas, se ha intentado mejorar las tcnicas constructivas con el objeto de evitar el uso de cimbras (en lo que se denomina construccin 'al aire'), o reduciendo su uso lo ms posible. El coste de la cimbra puede alcanzar al coste del arco. La mayora de las bvedas clsicas se han elaborado con cimbras.Este uso se extendi hasta elromnico, en el que se cubren lasnavescon bvedas de crucera entre fuertesarcos fajonesy connerviosde seccinprismtica.Losromanosempleaban cimbras slo en losarcos torales. En este esfuerzo por minimizar los costes de las cimbras nacen lasbvedas tabicadasque emplean pocas muy pocasestructuras cimbradas(o cerchas) en su construccin.Los elementos sobre los que se soporta y asienta la bveda, a modo demnsula, se denominapechina.10HistoriaEn lahistoria de la arquitecturalas bvedas de fbrica, es decir elaboradas con ladrillo o piedra, tuvieron un papel preeminente en la edificacin que han ido perdiendo protagonismo con la generalizacin de las tcnicas y materiales de construccin modernos: primero el empleo delaceroy posteriormente elhormign armado.Posibilitando edificacionesadinteladasde grandes lucesque soportan el trabajo enflexin, donde antes slo era posible construir superficies abovedadas que trabajen a compresin. No obstante, las bvedas dehormign armadoson utilizadas profusamente en ingeniera civil para construir galeras, tneles, cubiertas de grandes luces y, en general, todas aquellas obras donde los elementos trabajan a flexin resultan desventajosas desde un punto de vista tcnico y econmico.La arquitectura romana empleaba cimbras que soportaban slo losarcos toralesde labrillo entre las losetas. El resto de la bveda se haca de hormign sin prensar. En la arquitectura gtica se redujo considerablemente el empleo de cimbras, debido a que slo se elaboraba para losnervios.12La arquitectura romana fue evolucionando desde las bvedas de can a lasbvedas de arista(interseccin de doscaones).Tipos de bvedasDependiendo de la forma del intrads de la bveda existen diversas disposiciones o tipologas. Dependiendo de lageneratrizdel arco, por ejemplo lasbvedas de canse generan empleando como generatriz unarco de medio puntocon formacilndrica. Si el arco empleado como generatriz esrebajado(es decir con un arco elptico o similar) se denominabveda rebajadaque llega hasta la bveda plana. Si se emplea unarco apuntadosimilarmente se denominabveda apuntada. Un tipo de bveda especial es lacpulaque se forma mediante rotacin de un arco sobre un eje, formando una semiesfera.14Existen algunos autores preocupados en la clasificacin taxonmica de las bvedas, en muchos tratados desde finales del siglo XIX se hacen frecuentes menciones al tema.6Elementos de la bvedaLas bvedas se componen de diversas partes, cuya denominacin tradicionalmente es: Apoyos:son las partes de los muros o pilares sobre los que descansa la bveda. Puntos de arranque:son los de los arcos que componen la bveda. Dovelas:son las piezas elementales que componen la bveda. Clave:es la dovela central que cierra la bveda. Salmeres:son las dovelas en las lneas de arranque de la bveda. Nervios:son los arcos de dovelas independientes de los tmpanos en las aristas. Luneto:es la abertura practicada en la bveda de otra bveda que penetra en ella.DimensionesEn el diseo y construccin de bvedas se refiere a menudo a las dimensiones caractersticas de las mismas, que tradicionalmente se han venido denominando como: Luz:como la distancia libre entre los apoyos o arranques de la bveda. Flecha:es la altura desde el arranque a laclave. Espesor:es la distancia entre eltrasds(exterior) y elintrads(interior) de la bveda.RESERVORIOSLas instalaciones de almacenamiento de agua tratada desempean una funcin vital en el abastecimiento de agua segura, adecuada y confiable. Las escuelas, hospitales, asilos, fbricas y casas particulares dependen de un abastecimiento constante y confiable de agua segura. Si no se logra mantener la integridad estructural y sanitaria de las instalaciones de almacenamiento, se pueden producir prdidas en la propiedad, enfermedades y muerteALMACENAMIENTO POR GRAVEDADTipos: Las instalaciones (tanques) de almacenamiento por gravedad se deben colocar en un lugar elevado para mantener la presin suficiente en el sistema a fin de atender a todos los usuarios del rea de servicio. Esa elevacin se logra al: Montar el tanque en soportes estructurales sobre el terreno. Construir el tanque en una colina o promontorio

Preferencia por tanques de gran dimetro: En sistemas que utilizan almacenamiento por gravedad, la presin de carga del sistema de distribucin flucta segn el nivel de agua del tanque. Se prefieren los tanques de almacenamiento poco profundo y de mayor dimetro que aquellos profundos y de menor dimetro porque los primeros tienen ms agua por metro de descenso de nivel y, por ende, son menos propensos a los cambios de presin.

Materiales: Los tanques de almacenamiento se construyen usualmente con acero o concreto reforzado. Las torres de agua y tanques elevados prefabricados tienen diversas capacidades. Los tanques de concreto pre comprimido son comunes a nivel del terreno y subterrneos. Son muy populares ya que requieren menos mantenimiento que los de acero.Componentes: Adems del tanque bsico, los reservorios (para tanques elevados y pozos de agua clara) incluyen algunos o todos estos componentes:

COMPONENTES Y PROPOSITOSCOMPONENTESPROPOSITOSCubierta o techoProtege contra la lluvia y sustancias extraas (aves, excrementos de aves, hojas, etc.). No debe haber ninguna brecha entre las uniones del techo y las paredes lateralesVentilacinLos tanques por gravedad deben respirar mientras se llenan y vacan. Un orificio de ventilacin obstruido puede causar dao estructural en el tanque debido a un vaco o exceso de presin. La ventilacin debe tener una rejilla para evitar el ingreso de aves, insectos y mamferosTubera de rebosePreviene el exceso de presin y el dao estructural en el tanque y sistema de distribucin si no se apagan las bombas de suministro. En el rea de rebose se requiere una rejilla para evitar el ingreso de aves, insectos y mamferosTubera de entrada y salida Conexin del sistema de distribucin para llenar y vaciar el tanque.Tubera de drenajeVaca la instalacin de almacenamiento (pero no en el sistema distribucin).Vlvulas esclusasAsla el tanque del sistema distribucinTapas de accesoPara la inspeccin y mantenimientoPlacas de proteccin catdicaAcceso a las varillas de proteccin catdica.Escaleras y pasillosPara la inspeccin y mantenimiento del interior y exterior. Los pasillos interiores deben tener un piso slido con bordes elevados para evitar que el agua se ensucie.CercaPara la vigilancia y seguridadEscala hidromtrica con flotador Para medir el nivel de agua en el tanque.Sensor ultrasnico Para medir el nivel de agua en el tanque.Manmetro Para medir la presin o carga ejercida por el agua.Sistema de control Mantiene el nivel de agua en el tanque.Vlvula reguladora de nivelPreviene el desborde de un tanque situado en una menor elevacin, a la vez que permite el llenado de un tanque ubicado en un lugar ms elevado.Caja de vlvulas Contiene una vlvula reguladora de nivel, vlvula de aislamiento y vlvulas de drenaje.Sistema de alarmaDetecta niveles de agua inaceptables por ser excesivamente altos o bajos y enva seales a los operadoresVentajasUn sistema de almacenamiento por gravedad ofrece varias ventajas en comparacin con otros sistemas (por ejemplo, hidroneumticos): mayor flexibilidad para satisfacer las demandas mximas con menor variacin de presin almacenamiento en caso de control de incendios almacenamiento de uno a cinco das para satisfacer la demanda de agua uso de pozos de baja capacidad (pozos no requeridos para satisfacer la demanda mxima del sistema) dimensionamiento adecuado de las bombas para aprovechar los descuentos en las tarifas elctricas (capacidad de bombeo durante las horas de menor demanda y costo) reduccin del ciclo de encendido y apagado de las bombas.Requisitos para el llenado de reservoriosCuando el almacenamiento es por gravedad, el sistema de bombeo debe suministrar la demanda promedio diaria (DPD) durante 18 horas sin usar la bomba ms grande.Dos mtodos de llenado y uso de reservorioSe puede bombear directamente a un tanque de almacenamiento por gravedad de donde el agua fluye a los puntos de uso de acuerdo con la demanda. Este diseo se denomina bombeo directo. Este mtodo se puede disear para proporcionar tiempo de contacto del cloro para la desinfeccin.

Tambin se puede bombear agua al sistema de distribucin desde un tanque ubicado a varias millas del tanque principal con la ayuda de un tanque flotante en el sistema

RIESGOS SANITARIOS DEL ALMACENAMIENTO POR GRAVEDAD1. El sistema de almacenamiento est diseado para bombeo directo o para flotacin en el sistema de distribucin?Los sistemas de bombeo directo, a diferencia de los sistemas flotantes, tienen un tanque de almacenamiento que proporciona un tiempo de contacto adicional del cloro. Tambin tienen mayor fluctuacin en la presin de carga que los sistemas flotantes. En los sistemas flotantes, el agua tratada se enva directamente al usuario a travs del sistema de distribucin. Si la desinfeccin en la planta de tratamiento no es adecuada, puede representar un riesgo sanitario

2. La capacidad de almacenamiento es adecuada?En sistemas de almacenamiento por gravedad, la capacidad total de almacenamiento debe ser igual a la demanda promedio diaria de uno a cinco das. El tanque de almacenamiento debe tener capacidad de reserva para superar condiciones extremas, como los cortes de electricidad, lo cual inhabilitara a las bombas a menos que exista energa de reserva. Las instalaciones sin almacenamiento adecuado corren el riesgo de perder la presin del sistema.3. El reservorio est sobredimensionado?Por el contrario, los reservorios que estn sobredimensionados corren el riesgo de producir agua con sabor y olor desagradables. El cloro residual se puede perder si no se usa y reemplaza el agua en forma regular.4. La capacidad de bombeo es adecuada?La capacidad de bombeo se debe disear para suministrar agua que satisfaga la demanda mxima normal y posible incendio, a la vez que previene la prdida excesiva de presin de carga en el tanque. La mayora de sistemas pequeos no se disean para satisfacer la demanda de un incendio.5. La elevacin del tanque es suficiente para mantener la presin de distribucin en todo el sistema?El tanque de agua se debe ubicar por encima del sistema de distribucin para producir presiones mnimas de operacin de 2,4 kgf/cm2 (35 psi) (cerca de 24 m (81 pies) de columna de agua), pero de preferencia de 2,7 a 4,1 kgf/cm2 (40-60 psi) (de 27 a 41 metros (92-139 pies) de columna de agua), aunque esto depender de las reglamentaciones estatales.6. Existe la necesidad de crear zonas de presin separadas?Las presiones no deben exceder de 7 kgf/cm 2 (100 psi) (70 m) (231 pies). En comunidades con topografa variable, los usuarios que viven en las zonas ms altas podran experimentar condiciones de presin baja si el sistema de almacenamiento por gravedad no se disea con zonas de presin separadas.El inspector no debe asumir que por el hecho de que la capacidad de almacenamiento est bien diseada, realmente se use. Durante la inspeccin sanitaria, el inspector debe evaluar la estrategia de operacin del sistema de almacenamiento.7. El operador comprende los controles?El operador debe comprender las funciones de los sistemas de control y ser capaz de hacer ajustes menores. Debe haber un registro que indique a qu elevacin y presin se controla cada fase del ciclo de bombeo y con qu presin se activan las alarmas.En el caso de vlvulas reguladoras de nivel y sistemas de tanques mltiples, el operador debe poder tomar lecturas del nivel de presin y agua, y ajustar las vlvulas para controlar los niveles del tanque.8. Existe una distancia mnima de subida y bajada adecuada?Los controles automticos de la bomba de suministro deben mantener al mnimo la distancia de subida y bajada del nivel de agua en el tanque para mantener un volumen adecuado de agua y una presin constante en el sistema de distribucin. Sin embargo, el ascenso y descenso deben ser adecuados para prevenir un exceso de ciclos de la bomba durante las horas de mayor uso.Se puede permitir que el nivel de agua en el tanque suba lo ms cerca de la tubera de rebose antes de detener las bombas de suministro. Sin embargo, el nivel mximo de agua no debe exceder ese lmite a fin de evitar derrames durante la operacin automtica.9. Los sistemas de control son confiables y estn protegidas adecuadamente?Determine si los controles son confiables y si funcionan adecuadamente. Cada reservorio se debe equipar con un interruptor de nivel y un sistema de alarma que advierta los niveles bajos de agua y fallas en la bomba. El inspector debe verificar la correcta condicin de los dispositivos de control del cableado. Verifique que haya proteccin adecuada contra rayos y otros factores externos.10. El indicador del nivel de agua es exacto?Todos los tanques de almacenamiento se deben equipar con un instrumento confiable para medir el nivel de agua. El indicador de nivel ms confiable es una escala hidromtrica con flotador, siempre que se mantenga adecuadamente. Los manmetros se usan para determinar el nivel de agua, pero se deben realizar chequeos visuales ocasionales del tanque para comprobar la exactitud del manmetro.11. Existe un programa de mantenimiento?El mantenimiento de los sistemas de control requiere experiencia en controles industriales. El operador debe estar capacitado en esa rea o debe contar con la ayuda de un experto para solucionar cualquier falla en el sistema.

ANALISIS Y DISENO DE UN RESERVORIO DE CONCRETO ARMADO PARA UNA CAPACIDAD DE

DATOS GENERALES.- Geometra: Se considerara un reservorio para el almacenamiento de agua para el consumo humano, clasificado como tanque circular de concreto armado con conexin muro-losa no- flexible Volumen: De almacenamiento igual a 115 metros cbicos. Radio: Interior (D) de 7.00 metros. Alturas: Altura Efectiva para almacenamiento de agua (Hl) igual a 3.00 metros. Profundidad enterrada (He) igual a 1.00 metros. Altura Total del muro (Hw) igual a 4.00 metros. Flecha de diseo para la cpula (Fc) igual a la Luz sobre 10, por lo tanto Espesor de Muros: tw = 0.20 metros. Espesor de la Cpula: Ce = 0.10 metros con un ensanchamiento a 0.15 metros a 1 metro de la unin cpula-muro. Espesor de Fundacin: Hz = 0.25 metros. Volado en Fundacin:

Materiales.- Resistencia del Concreto: a los 28 das. Es del Concreto

RESISTENCIA DE MATERIALES IIUNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO|Ingeniera Mecnica