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Estudio Definitivo y Expediente Técnico: “Ampliación y Mejoramiento de los Sistemas de Agua Potable y Alcantarillado del Esquema Pucusana”

INFORME DE DISEÑO ESTRUCTURAL

RESERVORIOS APOYADOS PROYECTADOS

ÍNDICE

1.0 MEMORIA DESCRIPTIVA1.1 INTRODUCCION

1.2 ESTRUCTURACION

1.3 CIMENTACION

1.4 CARGAS Y SOBRECARGAS

1.5 NORMAS UTILIZADAS EN EL DISEÑO ESTRUCTURAL

2.0 MEMORIA DE CÁLCULO2.1 RESERVORIO APOYADO PROYECTADO RAP-01

2.2 RESERVORIO APOYADO PROYECTADO RAP-02

2.3 RESERVORIO APOYADO PROYECTADO TN-1



Consorcio Saneamiento Lima Sur


1.0 MEMORIA DESCRIPTIVA

1.1 INTRODUCCION

En el presente informe se desarrollarán los aspectos que involucran al diseño

estructural de los Reservorios Apoyados que forman parte del proyecto del sistema de

agua potable.

La estructura se diseñará para resistir las presiones hidráulicas y sobrecargas que les

impongan como consecuencia de su uso previsto. Estas actuarán en las

combinaciones indicadas según la normativa y no causarán esfuerzos que excedan los

admisibles a nivel de cargas de trabajo.

1.2 ESTRUCTURACION

Para fines de análisis y diseño se ha divido en partes la siguiente estructura:

Reservorio apoyado:

Cimentación

Pared Cilíndrica de la Cuba

Anillo de apoyo de la Cúpula

Cubierta de Cúpula Esférica

1.3 CIMENTACION

Para los reservorios apoyados RAP-01 Y RAP-02 se ha previsto una cimentación de

tipo platea con cimiento de borde en forma de anillo circular de concreto armado a un

nivel de profundidad de 0.70m, medido respecto del nivel de la explanación. Se

cimentará sobre la roca fresca.

Para los reservorios apoyados TN-1, TN-2 Y TN-3 que se ubican dentro de la planta

de agua potable se ha previsto una cimentación de tipo platea con cimiento de borde

en forma de anillo circular de concreto armado a un nivel de profundidad de 0.70m,

medido respecto del nivel de la explanación. Se cimentará sobre un material de relleno

mejorado y seleccionado.



1.4 CARGAS Y SOBRECARGAS

Las cargas Verticales consideradas para el diseño son las siguientes:

PERMANENTES.

Peso propio de los elementos de concreto Armado: 2400 Kg/m³.

Peso del agua: 1000 Kg/m³.

VIVAS DE OCUPACION.

De acuerdo a la norma E.020, capituló 3, Articulo 7, ítem 7.1, literal C, indica: para

techos curvos la carga viva será: 50 kg/m2

Las Cargas horizontales consideradas son las siguientes:

Empuje Hidrostático: 1000*H Kg/m².

1.5 ANALISIS SISMICO

Para el análisis de las estructuras de almacenamiento de agua se ha aplicado

programas de cómputo SAP2000, que basados en aplicación de los conceptos de

elementos finitos, determinan los esfuerzos resultantes de los elementos que compone

la estructura debido a las aplicaciones de cargas a las que serán sometidas.

El análisis sísmico se efectuó siguiendo las indicaciones de la norma Seismic Design

of Liquid-Containing Concrete Structures (ACI 350.03-06)

Para el análisis, la estructura fue modelada con una malla de elementos finitos tipo

shell, la cual representa tanto los muros y las losas. La malla posee tanto las

propiedades del material empleado (concreto) como los espesores de los muros y

losas.

Las cargas hidrostáticas fueron asignadas a los muros y losas por medio de joint

patterns teniendo en consideración la gradiente en la distribución de las presiones.



Para el análisis sísmico dinámico se modeló el movimiento del agua con un conjunto

de puntos a los cuales les fueron asignados la masa convectiva del agua y un

constrain tipo equal con un grado de libertad traslacional en la dirección de análisis.

Estos puntos fueron unidos a las paredes cilíndricas para transmitirles la fuerza

sísmica por medio de resortes con una rigidez obtenida a partir de la masa de agua

convectiva y el periodo convectivo hallados con la norma ACI 350.03-06. En todos los

nudos de los elementos shell se consideraron, además, los grados de libertad

estáticos correspondientes y se les asignaron las masas impulsivas halladas con la

norma ACI 350.03-06

Para efectos de comprobación se usó además una representación estática de las

solicitaciones sísmicas obtenidas con la norma ACI 350.03-06, hallándose valores muy

similares a los del análisis dinámico, por lo que el diseño se realizó con los resultados

de este último

Luego la respuesta sísmica se obtuvo empleando el método de superposición

espectral considerando como criterio de combinación la “Combinación Cuadrática

Completa”, (CQC) de los efectos individuales de todos los modos.

1.6 COMBINACIONES DE CARGA

Los elementos que componen las estructuras de almacenamiento de agua se diseñan

por el método a la rotura. Para el diseño de los elementos de concreto se empleó la

norma peruana NTE-060 y el ACI.

Las combinaciones empleadas para el diseño a la rotura fueron las siguientes:

1.4 CM + 1.4 EH + 1.7 CV

1.25 CM + 1.25 CV + 1.25 EH ± 1.0 CS

0.9 CM + 0.9 EH ± 1.0 CS

Donde:

EH: Empuje Hidrostático del agua

CS: Carga Sísmica

CM: Carga Muerta.

CV: Carga Viva.



Por consideraciones de durabilidad, la envolvente de estas combinaciones fue

amplificada por un factor de 1.3 (en los casos de flexión y corte) y 1.65 (en los casos

de tracción) para los elementos en contacto con el agua, tal como lo indica el ACI.

1.7 NORMAS UTILIZADAS EN EL DISEÑO ESTRUCTURAL

Las normas que se aplican al diseño y construcción de la presente estructura son las

del Reglamento Nacional de Construcciones:

E-050 “Norma Técnica de suelos y cimentaciones”

E-020 “Norma Técnica de Cargas”

E-030 “Norma Técnica de Diseño Sismo Resistente”

E-060 “Norma Técnica de Concreto Armado “

ACI 318

ACI 350 R



ZONIFICACIÓN SÍSMICA



2.0 MEMORIA DE CÁLCULO

2.1 RESERVORIO APOYADO PROYECTADO RAP-01 (V=1200 M3)

PARAMETROS DE DISEÑO

PARAMETROS SISMICOS



MODELO ESTRUCTURAL

VISTA DE RESULTADO PARA FUERZAS ANULARES EN CUBA – F11



VISTA DE RESULTADOS PARA MOMENTOS FLECTORES EN CUBA – M22

DISEÑO ANULAR DEL MURO DE CONCRETO ARMADO





DISEÑO EN FLEXION DEL MURO DE CONCRETO ARMADO





DISEÑO DE LA CUPULA ESFERICA DE CONCRETO ARMADO



DISEÑO DE LA VIGA DE APOYO DE CONCRETO ARMADO



DISEÑO DEL ANILLO DE CIMENTACION



LOSA DE FONDO



2.2 RESERVORIO PROYECTADO APOYADO RAP-02 (V=600 M3)


PARAMETROS SISMICOS



MODELO ESTRUCTURAL
























LOSA DE FONDO



2.3 RESERVORIO APOYADO PROYECTADO TN-1 (V=1000 M3)


PARAMETROS SISMICOS

MODELO ESTRUCTURAL


























LOSA DE FONDO



RESERVORIO APOYADO PROYECTADO TN-2 (V=4000 M3)


PARAMETROS SISMICOS



MODELO ESTRUCTURAL










ANALISIS Y DISEÑO EN FLEXION DEL MURO DE CONCRETO ARMADO







ANALISIS Y DISEÑO DE LA CUPULA ESFERICA DE CONCRETO ARMADO





ANALISIS Y DISEÑO DE LA VIGA DE APOYO DE CONCRETO ARMADO



ANALISIS Y DISEÑO DEL ANILLO DE CIMENTACION

LOSA DE FONDO



DISEÑO DEL MURO SEPARADOR

El muro divisorio fue analizado y calculado para el caso en el que solo un lado del

reservorio se encuentra completamente lleno. Así mismo, se han utilizado cinco

contrafuertes de apoyo para modificar el comportamiento estructural del muro y

reducir los esfuerzos producidos por la presión hidráulica. De esta manera el muro se

comportará de manera similar a una losa continua de 6 tramos.

Resultado de momentos en el sentido vertical:

Resultado de momentos en el sentido horizontal:





DISEÑO DE CONTRAFUERTES

Resultado de tensiones diagonales en el contrafuerte:



2.4 RESERVORIO APOYADO PROYECTADO TN-3 (V=200 M3)


PARAMETROS SISMICOS



MODELO ESTRUCTURAL
























LOSA DE FONDO


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