DISEÑO ESTRUCTURAL

RESERVORIO R-2 (V = 250 m³)

PARA EL PROYECTO:“MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE DEL

DISTRITO DE COALAQUE PROVINCIA GRA.S. CERRO REGION MOQUEGUA”

SOLICITADO: Municipalidad Distrital Coalaque

UBICACIÓN: Distrito de Coalaque

HECHO POR: Ing. ALEJANDRO A. AYALA COCHON

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RESERVORIO R-2 (V = 250 m3)

VERIFICACIÓN DEL DISEÑO ESTRUCTURAL

RESERVORIO R- 2 (V = 250 m³)

1.0 DESCRIPCION ESTRUCTURAL DEL RESERVORIO R-2

1.00 GENERALIDADES La Municipalidad Distrital de Coalaque, siendo el órgano gestor y promotor del

desarrollo de su jurisdicción ha visto la necesidad de priorizar y gestionar la

elaboración y posterior ejecución del proyecto “Mejoramiento del Sistema de Agua

Potable Primera Etapa del Distrito de Coalaque – Provincia General Sanchez Cerro -

Región Moquegua”, en su componente LÍNEA DE ADUCCIÓN DE 4152.93 ml. Y

CONSTRUCCION DE RESERVORIO CIRCULAR APOYADO DE 250 m3, con el

único fin de brindar mejores condiciones de vida a la población. Asumiendo con este

propósito, su compromiso de gestionar el financiamiento ante las diferentes

entidades públicas y privadas u otras para su posterior ejecución.

El proyecto comprende la ejecución de la línea de Aducción, de 4152.92 metros

lineales de Tubería HDPE de 110mim.

Así mismo se construirá un Reservorio Circular Apoyado de 250 m3 para agua

potable que busca como fin de mejorar las condiciones de vida de la población del

área de influencia con adecuados sistemas de abastecimiento un ser vicio de

calidad oportuno, de mayor cobertura y con calidad de agua para para que cumplan

los estándares, para el consumo humano se trata de construir un reservorio circular

de 250m3 de capacidad neta, dicho reservorio será de concreto armado con una

resistencia a la compresión de 280kg/cm2 con espesores de muros de 0.20m, tipo

“apoyado” sobre el terreno, pero debido a las condiciones geotécnicas de la zona

donde se halla ubicado, y de acuerdo con las recomendaciones ejecutadas por el

estudio de mecánica de suelos, esta estructura tiene la particularidad de que su losa

no está directamente en contando con el terreno, sino que está apoyada o descansa

sobre sendas vigas de concreto armado (emparrillado) de tal manera que futuras

expansiones del terreno no puedan afectar a la losa de fondo y tales deformaciones

puedan ser controladas por tales vigas.

Otra característica importante del proyecto, es la ejecución de un corte horizontal

desde el punto más bajo del reservorio, para luego conformar un terraplén

compactado y totalmente controlado que sirva de base para el reservorio, dicho

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terraplén de acuerdo con los estudios de mecánica de suelos, deben ser ejecutados

con material propio del lugar en capas de 0.25m.

Se colocara falsa zapata que deberá funcionar como un colchón disipador, las

recomendaciones especiales del estudio de mecánica de suelos, sugieren una

profundidad de desplante de la cimentación de 2.00m y que las presiones que se

transmitan al suelo deberán ser menores que la capacidad portante encontrada y

mayores que el potencial expansivo del terreno.

El reservorio R-2 tiene una altura importante de hasta 2.85 desde el nivel del terreno

compactado hasta la cúspide del domo circular de cobertura, y debido a ello tiene 01

viga de tracción en la intersección del domo con las paredes verticales de la cuba

(Ver planos de estructuras). Se observa en los planos de instalaciones sanitarias, las

características de las tuberías de ingreso y salida del reservorio con todos sus

accesorios.

El proyecto también consta de la construcción de la caseta de las válvulas, y un

cerco perimétrico metálico.

CONSTRUCCIÓN DE RESERVORIO DE 250M3

Reservorio circular de 250m3 de capacidad neta, dicho reservorio será de concreto

armado con una resistencia a la compresión de 280kg/cm2 con espesores de muros

de 0.20m, tipo “apoyado” sobre el terreno, pero debido a las condiciones geotécnicas

de la zona donde se halla ubicado, y de acuerdo con las recomendaciones

ejecutadas por el estudio de mecánica de suelos, esta estructura tiene la

particularidad de que su losa no está directamente en contando con el terreno, sino

que está apoyada o descansa sobre sendas vigas de concreto armado (emparrillado)

de tal manera que futuras expansiones del terreno no puedan afectar a la losa de

fondo y tales deformaciones puedan ser controladas por tales vigas.

Otra característica importante del proyecto, es la ejecución de un corte horizontal

desde el punto más bajo del reservorio, para luego conformar un terraplén

compactado y totalmente controlado que sirva de base para el reservorio, dicho

terraplén de acuerdo con los estudios de mecánica de suelos, deben ser ejecutados

con material propio del lugar en capas de 0.25m.

Se colocara falsa zapata que deberá funcionar como un colchón disipador, las 3

recomendaciones especiales del estudio de mecánica de suelos, sugieren una

profundidad de desplante de la cimentación de 2.00m y que las presiones que se

transmitan al suelo deberán ser menores que la capacidad portante encontrada y

mayores que el potencial expansivo del terreno.

El reservorio R-2 tiene una altura importante de hasta 2.80 desde el nivel del terreno

compactado hasta la cúspide del domo circular de cobertura, y debido a ello tiene 2

vigas de tracción, una a en la intersección del domo con las paredes verticales de la

cuba y el otro situado en la zona de máximo empuje debido a las presiones

hidrostáticas (Ver planos de estructuras). Se observa en los planos de instalaciones

sanitarias, las características de las tuberías de ingreso y salida del reservorio con

todos sus accesorios.

El proyecto también consta de la construcción de la caseta de las válvulas, y un

cerco perimétrico metálico.

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FUNCIÓN DEL RESERVORIO Compensar las variaciones durante el día (Vregulación)

Mantener las presiones de servicio de la red

Mantener almacenado cierta cantidad de agua para emergencias (incendios, falla de bombas, etc)

VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO 1.1 El volumen de regulación (Vregulación) se obtiene del diagrama masa en forma

analítica o cuando no se tiene datos de consumo horario se puede obtener como un porcentaje del consumo promedio (25 %).

CALCULO DE CAUDALES Y VOLUMEN DE RESERVORIO

DATOS PARA DISEÑO DE RESERVORIO De acuerdo ala información obtenida

Actualmente existen 300 conexiones domiciliarias

DETERMINACION DE LA POBLACION ACTUALDe acuerdo RNE se consideran 5.5 habitantes por vivienda

Pa = 300 x 5.5Pa = 1650 habitantes consumidores

DETERMINACION DE LA POBLACION FUTURA O POBLACION DE DISEÑO

Pf = Pa ( 1+rt /1000)

Pf = 1650 (1+ 10x 20 /1000)Pf = 1980 habitantes

Pf = población futuraPa = PoblacionActualr = Coeficiente de crecimiento anual x 1000 hat = periodo de diseño por año

DEMANDA DE DOTACION DE AGUA.Según el MINSA se toma como base la población anual

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Hasta 5000hab 60 lit/diaHasta 1000 hab 60 – 80 lit/diaHasta 2000 hab 80 – 100 lit/dia

VARIACION DEL CONSUMOLa Norma de Saneamiento del Perú indica

Consumo máximo diario de 120% @ 150% del caudal promedio anual, por no contar con el registro de los consumidores de agua diario y horaria de la localidad se considera el mayor consumo del RNC para efectos de la variaciones del consumo.

Las siguientes relaciones con respecto al promedio anual de la demanda

MAXIMO ANUAL DE LA DEMANDA DIARIA

1.2@ 1.5 se considera K1 = 1.5

DETERMINACION DEL CAUDALEl diseño para 20 años del reservorio para agua potable se necesita estimar el caudal de diseño de la dotación de agua en función de la consideración para un servicio de 24 horas.

Qmd = K1 x D x Pf Dia

Qmd = 1.5 x 100 x 1980/86400

Qmd = 3.43 lit/seg.

K1 = coeficiente de variaciónQmd = coeficiente máximo diarioDi = Dotacion de AguaPf = poblacion futura proyectada

DISEÑO HIDRAULICO DE LA CAPACIDAD DE RESERVORIOLos proyectos de agua potable por gravedad el MINSA recomienda una capacidad d regulación de reservorio de 25% al 30% del volumen de consumo promedio anual.

CONSUMO PROMEDIO ANUAL

Qp = Pf x DotacionQp = 1980 x100Qp = 198000 lit/dia

VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO

Valm = Vreg + Vreg

VOLUMEN DE REGULACION

Vreg = 30% QpV reg = 0.30 x 3.43 x 86400Vreg. = 88905.6 lit

V reg= 88 m3

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VOLUMEN DE RESERVA

Vresv. = 0.25 x 3.43 x 86400V resv = 74m3Cálculo de Volumen Para Incendio (Vinc) En los casos que se considere demanda contra incendio deberá asignarse un volumen adicional adoptando el siguiente criterio:

- Para áreas destinadas netamente a viviendas se considerara volumen para incendio igual a 50 m³

Total del volumen será de 200m3 @ 250m3

2.0 MODELAMIENTO ESTRUCTURAL

Fig. 01 Modelo estructural del Reservorio

3.0 CARGAS APLICADAS

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Fig. 02 Carga Hidrostática aplicada en las paredes del reservorio

4.0 DEFORMACIONES

Fig. 03 Deformada debido a carga muerta, carga viva y carga hidrostática

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5.0 DISEÑO DE LOS MUROS VERTICALES DEL RESERVORIO

1. CHEQUEO DE LA FISURACION

Según la norma ACI 224.2R, indica que para miembros es tensión máxima el valor de “Z” máximo debe ser 132 kips/in = 23600 kg/cm

Dónde:

Z = valor de carga máxima por fisuración.

fs = 0.50fy

s = separación típica entre aceros de refuerzo.

dc = distancia de la fibra extrema al centroide del acero.

Ac = área efectiva que rodea a una varilla de refuerzo (Ac = 2*dc*s)

Para una separación máxima de s = @ 0.20 m

dc = 5.0 cm, s = 20 cm, Ac = 2*dc*s = 200 cm², fy = 4200 kg/cm²

Z = 0.5*fy *(dc*Ac)^(1/3)

Z = 2,100. tn/m < 2,360 tn/m “Cumple con tensión máxima”

Por lo tanto:

La separación máxima posible para pasar el chequeo de control de grietas para superficies expuestas a agua es:

Para Ø 5/8” separación máxima posible @ 0.20 m.

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Para Ø 1/2” separación máxima posible @ 0.20 m.

6.0 DISEÑO DE LOS MUROS VERTICALES

Diseño por Tracción pura (acero vertical)

t = 0.25 m (espesor de muro)

d = 0.25 – 0.06 = 0.19 m (peralte efectivo del muro)

b = 1.00 m

S22 = 69.06 tn/m², Fd = 1.7, Ø = 0.9

F22 = Fd * S22 * b * t

F22 = 29.35 tn

As = F22 / (ø.fy) = 7.76 cm²

Usando Ø=5/8” → s = 0.25 m

Usamos Ø 5/8” @ 0.20 m. considerando la máxima separación por fisuración.

Diseño por Tracción anular (acero horizontal anular)

t = 0.25 m (espesor de muro)

d = 0.25 – 0.06 = 0.19 m (peralte efectivo del muro)

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S22 =69.06 t/m²

b = 1.00 m

S11 = 36.04 tn/m², Fd = 1.7, Ø = 0.9

F11 = Fd * S22 * b * t

F11 = 15.32 tn

As = F22 / (ø.fy) = 4.05 cm²

Usando Ø=1/2” → s = 0.31 m

Usamos Ø 1/2” @ 0.20 m. considerando la máxima separación por fisuración.

Diseño por Esfuerzo cortante S23 Normal al Plano de análisis

t = 0.25 m (espesor de muro)

d = 0.25 – 0.06 = 0.19 m (peralte efectivo del muro)

b = 1.00 m

Cortante Resistente del concreto

ØVc = ø 0.53 *√f’c * b *d , ø 0.85

ØVc = 14.32 tn

Esfuerzo cortante actuante

S23 = 6.35 tn/m², Fd = 1.3, Ø = 0.9

Vu = Fd * S23 * b * t

Vu = 2.06 tn

Por lo tanto: ØVc > Vu , “Ok Cortante”

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S11 =36.04 t/m²

7.0 DISEÑO DE LA COBERTURA

ACERO RADIAL (Superior e inferior)

t = 0.15 m (espeso de losa)

d = 0.15 – 0.03 = 0.12 m (peralte efectivo)

b = 1.00 m

S22 = 32.15 tn/m², Ø = 0.9

F22 = S22 * b * t

F22 = 4.83 tn

As = F22 / (ø.fy) = 1.28 cm²

Usando Ø=3/8” → s = 0.55 m

Usamos Ø 3/8” @ 0.20 m. ambas caras

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S23 =6.35 t/m²

S22 =32.15 t/m²

ACERO CIRCUNFERENCIAL (Superior e inferior)

t = 0.10 m (espeso de losa)

d = 0.10 – 0.03 = 0.07 m (peralte efectivo)

b = 1.00 m

S11 = 40.21 tn/m², Ø = 0.9

F11 = S22 * b * t

F11 = 4.02 tn

As = F11 / (ø.fy) = 1.06 cm²

Usando Ø=3/8” → s = 0.66 m

Usamos Ø 3/8” @ 0.25 m. ambas caras

8.0 DISEÑO DE LA VIGA COLLAR

V (.30 x .50)

T = 8.56. tn

b= 0.30 m

h = 0.50 m.

f’c = 280 kg/cm², fy = 4200 kg/cm²

As = T / (ø.fy) = 2.26 cm²

= 0.0024 (cuantía mínima vigas)

Asmin = *b*d = 3.17 cm²

Usando Ø=1/2” → colocamos: 6 ø 1/2” (Acero)

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S11 =40.21 t/m²

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Axial =8.56 tn