Memorias de Calculo Tanque
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APLICACIONES INFORMATICAS A LA INGENIERIA ESTRUCTURAL ING. CRISTIAN BOLÍVAR Tanque anaerobio
COD: 9012004 FECHA: JUNIO 1
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MANIZALES
FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA
ESPECIALIZACION EN ESTRUCTURAS
APLICACIONES INFORMATICAS
TRABAJO FÍNAL TANQUE ANAEROBIO
Trabajo Presentado por:
CRISTIAN DAVID BOLIVAR BUITRAGO
Trabajo Presentado a:
INGENIERO OSCAR DIEGO CALVO OROZCO
MANIZALES, (CALDAS), JUNIO DE 2012
APLICACIONES INFORMATICAS A LA INGENIERIA ESTRUCTURAL ING. CRISTIAN BOLÍVAR Tanque anaerobio
COD: 9012004 FECHA: JUNIO 2
DISEÑO ELEMENTOS SHELL Y FRAME
TANQUE ANAEROBICO
1 DESCRIPCIÓN
La estructura ubicada en el Municipio de Cali consiste en un tanque (filtro
anaeróbico) constituido por columnas de 35 cm x 35 cm de 8 metros de altura
separadas radialmente a 45 grados para un total de 8 columnas, vigas en la
base, parte media y final del tanque con sección transversal de 23 cm x 35 cm,
Paredes de 23 cm de espesor y losa de 35 cm de espesor.
Los elementos anteriores fueron modelados en SAP 2000 V14 para elementos
frame y shell.
APLICACIONES INFORMATICAS A LA INGENIERIA ESTRUCTURAL ING. CRISTIAN BOLÍVAR Tanque anaerobio
COD: 9012004 FECHA: JUNIO 3
2 ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCIÓN
Las siguientes son las
especificaciones mínimas establecidas para los materiales utilizables en lacons
trucción:
(a) Concreto - El concreto debe tener una resistencia a la compresión a los 28
días, f ´c, igual o superior a 28 Mpa,
(b) Acero de refuerzo - El acero de refuerzo longitudinal puede ser liso o
corrugado. En ningún caso, el acero de refuerzo puede tener un límite de
fluencia, fy, inferior a240 MPa. Se dispuso el uso de acero de 60.000 psi.
La placa de contrapiso llevará malla electro soldada de 6.0 mm.
3 CARGAS Kg/2
Carga de viento 25
Carga Lateral 112,65
CARGA MUERTA
Como no tiene carga muerta sobrepuesta, se considera el peso propio de la
estructura.
kg/m2
Peso propio de la estructura 21207
Carga por empuje de agua 4800
Total 26007
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COD: 9012004 FECHA: JUNIO 4
4 SISMO (ANALISIS DINAMICO)
ESPECTRO DE DISEÑO
Espectro calculado y establecido para la zona 6
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COD: 9012004 FECHA: JUNIO 5
5 DITRIBUCIONES DE CARGA
La losa se modelo con elementos Shell, el cual se encarga de distribuir las
cargas.
6 COMBINACIONES DE CARGA
TABLE: Combination Definitions
ComboName ComboType AutoDesign CaseType CaseName ScaleFactor
Text Text Yes/No Text Text Unitless
COMB1 Linear Add No Linear Static DEAD 1,4
COMB1 Linear Static PRES_AGUA 1,4
COMB2 Linear Add No Linear Static DEAD 1,2
COMB2 Linear Static PRES_AGUA 1,2
COMB2 Linear Static VIVA 1,6
COMB3 Linear Add No Linear Static DEAD 1,2
COMB3 Linear Static VIENTO 0,8
COMB4 Linear Add No Linear Static DEAD 1,2
COMB4 Linear Static VIENTO 1,6
COMB5 Linear Add No Linear Static DEAD 1,2
COMB5 Response Spectrum SISX 1
COMB6 Linear Add No Linear Static DEAD 1,2
COMB6 Response Spectrum SISY 1
COMB7 Linear Add No Linear Static DEAD 0,9
COMB7 Linear Static VIENTO 1,6
COMB8 Linear Add No Linear Static DEAD 0,9
COMB8 Response Spectrum SISX 1
COMB9 Linear Add No Linear Static DEAD 0,9
COMB9 Response Spectrum SISY 1
COMB10 Linear Add No Linear Static DEAD 1,4
COMB10 Linear Static VIVA 1,7
COMB10 Linear Static PRES_AGUA 1,7
COMB11 Linear Add No Linear Static DEAD 0,9
COMB11 Linear Static PRES_AGUA 1,7
ENVELOPE Envelope No Response Combo COMB1 1
ENVELOPE Response Combo COMB2 1
ENVELOPE Response Combo COMB3 1
ENVELOPE Response Combo COMB4 1
ENVELOPE Response Combo COMB5 1
ENVELOPE Response Combo COMB6 1
ENVELOPE Response Combo COMB7 1
ENVELOPE Response Combo COMB8 1
ENVELOPE Response Combo COMB9 1
ENVELOPE Response Combo COMB10 1
ENVELOPE Response Combo COMB11 1
APLICACIONES INFORMATICAS A LA INGENIERIA ESTRUCTURAL ING. CRISTIAN BOLÍVAR Tanque anaerobio
COD: 9012004 FECHA: JUNIO 6
7 ANALISIS Y CÁLCULO ESTRUCTURAL
La estructura se analizó utilizando el programa de
computador SAP2000 V14 Non Linear, que analiza las
combinac iones de carga : carga muer ta , carga v iva , s i smo
sent ido 1 , sismo sentido 2, y las cargas vivas personifican una
combinación de la carga, y los sismos representan sentidos
ortogonales de llegada.
Las combinaciones de carga se muestran en la tabla anterior
Las condiciones de apoyo se muestran en la siguiente grafica:
APLICACIONES INFORMATICAS A LA INGENIERIA ESTRUCTURAL ING. CRISTIAN BOLÍVAR Tanque anaerobio
COD: 9012004 FECHA: JUNIO 7
Diseño de la losa
A l a n a l i z a r e l m o d e l o e s t r u c t u r a l c o n f o r m a d o c o n
l o s d a t o s anter iores , an tes de d iseñar los d is t in tos
e lementos es tructura les , ver i f i camos e l l ími te de la der iva de
acuerdo a la Norma NSR-10, v iendo que se cumpla d icha
norma (Deriva <= 1.0%.h):
S i l a der iv a es >= 1 .0% .h Es necesar io R ig id izar l a
Es truc tura para obtener una Deriva aceptable a la Norma.
8 E V A L U A C I Ó N D E L A D E R I V A M Á X I M A
L a d e r i v a m á x i m a e n c u a l q u i e r p u n t o d e l p i s o i ,
s e o b t i e n e c o m o l a d i f e r e n c i a e n t r e l o desp lazami
entos hor izonta l es to ta les máximos de l punto en e l p i so i y
los desplazamientos horizontales totales máximos de un punto
APLICACIONES INFORMATICAS A LA INGENIERIA ESTRUCTURAL ING. CRISTIAN BOLÍVAR Tanque anaerobio
COD: 9012004 FECHA: JUNIO 8
Joint OutputCase CaseType StepType U1 U2 U3 R1 R2 R3
Text Text Text Text cm cm cm Radians Radians Radians
1 ENVELOPE Combination Max 0 0 0 0 0 0
1 ENVELOPE Combination Min 0 0 0 0 0 0
2 ENVELOPE Combination Max 0 0 0 0 0 0
2 ENVELOPE Combination Min 0 0 0 0 0 0
3 ENVELOPE Combination Max 0,054838 0,054838 -0,000252 0,00021 0,000206 4,292E-13
3 ENVELOPE Combination Min -0,054838 -0,054838 -0,005598 -0,000206 -0,00021 -4,292E-13
4 ENVELOPE Combination Max 0,054838 0,054838 0,000548 0,00016 0,000253 4,292E-13
4 ENVELOPE Combination Min -0,054838 -0,054838 -0,006398 -0,00016 -0,000258 -4,292E-13
5 ENVELOPE Combination Max 0 0 0 0 0 0
5 ENVELOPE Combination Min 0 0 0 0 0 0
6 ENVELOPE Combination Max 0,054838 0,054838 0,000548 0,000258 0,00016 4,292E-13
6 ENVELOPE Combination Min -0,054838 -0,054838 -0,006398 -0,000253 -0,00016 -4,292E-13
7 ENVELOPE Combination Max 0 0 0 0 0 0
7 ENVELOPE Combination Min 0 0 0 0 0 0
8 ENVELOPE Combination Max 0,054838 0,054838 -0,000252 0,00021 0,00021 4,292E-13
8 ENVELOPE Combination Min -0,054838 -0,054838 -0,005598 -0,000206 -0,000206 -4,292E-13
9 ENVELOPE Combination Max 0 0 0 0 0 0
9 ENVELOPE Combination Min 0 0 0 0 0 0
10 ENVELOPE Combination Max 0,054838 0,054838 0,000548 0,00016 0,000258 4,292E-13
10 ENVELOPE Combination Min -0,054838 -0,054838 -0,006398 -0,00016 -0,000253 -4,292E-13
11 ENVELOPE Combination Max 0 0 0 0 0 0
11 ENVELOPE Combination Min 0 0 0 0 0 0
12 ENVELOPE Combination Max 0,054838 0,054838 -0,000252 0,000206 0,00021 4,292E-13
12 ENVELOPE Combination Min -0,054838 -0,054838 -0,005598 -0,00021 -0,000206 -4,292E-13
13 ENVELOPE Combination Max 0 0 0 0 0 0
13 ENVELOPE Combination Min 0 0 0 0 0 0
14 ENVELOPE Combination Max 0,054838 0,054838 0,000548 0,000253 0,00016 4,292E-13
14 ENVELOPE Combination Min -0,054838 -0,054838 -0,006398 -0,000258 -0,00016 -4,292E-13
15 ENVELOPE Combination Max 0 0 0 0 0 0
15 ENVELOPE Combination Min 0 0 0 0 0 0
16 ENVELOPE Combination Max 0,054838 0,054838 -0,000252 0,000206 0,000206 4,292E-13
16 ENVELOPE Combination Min -0,054838 -0,054838 -0,005598 -0,00021 -0,00021 -4,292E-13
17 ENVELOPE Combination Max 0,118796 0,118796 -0,000662 0,00016 0,000158 2,829E-13
17 ENVELOPE Combination Min -0,118796 -0,118796 -0,008842 -0,000158 -0,00016 -2,829E-13
18 ENVELOPE Combination Max 0,118796 0,118796 0,000548 0,000131 0,000186 2,829E-13
18 ENVELOPE Combination Min -0,118796 -0,118796 -0,010051 -0,000131 -0,000189 -2,829E-13
19 ENVELOPE Combination Max 0,118796 0,118796 0,000548 0,000189 0,000131 2,829E-13
19 ENVELOPE Combination Min -0,118796 -0,118796 -0,010051 -0,000186 -0,000131 -2,829E-13
20 ENVELOPE Combination Max 0,118796 0,118796 -0,000662 0,00016 0,00016 2,829E-13
20 ENVELOPE Combination Min -0,118796 -0,118796 -0,008842 -0,000158 -0,000158 -2,829E-13
21 ENVELOPE Combination Max 0,118796 0,118796 0,000548 0,000131 0,000189 2,829E-13
21 ENVELOPE Combination Min -0,118796 -0,118796 -0,010051 -0,000131 -0,000186 -2,829E-13
22 ENVELOPE Combination Max 0,118796 0,118796 -0,000662 0,000158 0,00016 2,829E-13
22 ENVELOPE Combination Min -0,118796 -0,118796 -0,008842 -0,00016 -0,000158 -2,829E-13
23 ENVELOPE Combination Max 0,118796 0,118796 0,000548 0,000186 0,000131 2,829E-13
23 ENVELOPE Combination Min -0,118796 -0,118796 -0,010051 -0,000189 -0,000131 -2,829E-13
24 ENVELOPE Combination Max 0,118796 0,118796 -0,000662 0,000158 0,000158 2,829E-13
24 ENVELOPE Combination Min -0,118796 -0,118796 -0,008842 -0,00016 -0,00016 -2,829E-13
25 ENVELOPE Combination Max 0,157865 0,157865 -0,000977 0,000091 0,000083 5,749E-13
25 ENVELOPE Combination Min -0,157865 -0,157865 -0,009993 -0,000083 -0,000091 -5,749E-13
26 ENVELOPE Combination Max 0,157865 0,157865 0,000344 0,000065 0,000103 5,749E-13
26 ENVELOPE Combination Min -0,157865 -0,157865 -0,011314 -0,000065 -0,000115 -5,749E-13
27 ENVELOPE Combination Max 0,157865 0,157865 0,000344 0,000115 0,000065 5,749E-13
27 ENVELOPE Combination Min -0,157865 -0,157865 -0,011314 -0,000103 -0,000065 -5,749E-13
28 ENVELOPE Combination Max 0,157865 0,157865 -0,000977 0,000091 0,000091 5,749E-13
28 ENVELOPE Combination Min -0,157865 -0,157865 -0,009993 -0,000083 -0,000083 -5,749E-13
29 ENVELOPE Combination Max 0,157865 0,157865 0,000344 0,000065 0,000115 5,749E-13
29 ENVELOPE Combination Min -0,157865 -0,157865 -0,011314 -0,000065 -0,000103 -5,749E-13
30 ENVELOPE Combination Max 0,157865 0,157865 -0,000977 0,000083 0,000091 5,749E-13
30 ENVELOPE Combination Min -0,157865 -0,157865 -0,009993 -0,000091 -0,000083 -5,749E-13
31 ENVELOPE Combination Max 0,157865 0,157865 0,000344 0,000103 0,000065 5,749E-13
31 ENVELOPE Combination Min -0,157865 -0,157865 -0,011314 -0,000115 -0,000065 -5,749E-13
32 ENVELOPE Combination Max 0,157865 0,157865 -0,000977 0,000083 0,000083 5,749E-13
32 ENVELOPE Combination Min -0,157865 -0,157865 -0,009993 -0,000091 -0,000091 -5,749E-13
TABLE: Joint Displacements - Absolute
APLICACIONES INFORMATICAS A LA INGENIERIA ESTRUCTURAL ING. CRISTIAN BOLÍVAR Tanque anaerobio
COD: 9012004 FECHA: JUNIO 9
9 MODELADO DE LA ESTRUCTURA TOTAL
La estructura se modelo en tres pasos.
El primero contempló la modelación de los elementos frame (vigas y columnas)
y los elementos Shell (paredes de la estructura).
Seguido de esto, se modeló la losa de cimentación siguiendo los fundamentos
vistos en clase para una zapata.
Después se calcularon los pilotes que ha de necesitar la estructura.
Losa de cimentación diseñada en el programa SAP 2000
9 DISEÑO DE LOS ELEMENTOS
Vigas
Refuerzo Mínimo - El refuerzo mínimo de las vigas de amarre debe ser
el siguiente:
(a) Refuerzo longitudinal - El refuerzo longitudinal de las vigas de amarre se
debe disponer de manera simétrica respecto a los ejes de la sección, mínimo
en dos filas. El refuerzo longitudinal no debe ser inferior a 4 barras N° 5 (5/8"),
d ispues tos en forma rec tangular para anchos de v iga igua l a
180 mm. Y para anchos inferiores a 90 mm.
APLICACIONES INFORMATICAS A LA INGENIERIA ESTRUCTURAL ING. CRISTIAN BOLÍVAR Tanque anaerobio
COD: 9012004 FECHA: JUNIO 10
(b) Refuerzo transversal - Considerando como luz el espacio
comprendido entre co lumnas de amarre ub icadas en e l e j e de la
v iga , o en tre muros estruc tura les transversales al eje de la viga, se
deben utilizar estribos de barra N" 3 (3/8") espaciados a 100 mm en los
primeros 1000 mm de cada extremo de la luz yespaciados a 150 mm en
el resto de la luz. Se dispuso de flejes de 3/8”, espaciados 10 centímetros en el
primer metro de la viga, vecindario a los bordes, y el resto en flejes espaciados
a 15 centímetros.
Columnas
En general, las columnas se construirán en concreto reforzado. Las
columnas deben anclarse a la cimentación, pudiendo utilizarse
empalmes por traslapo en la base de la columna, y deben rematarse
anclando el refuerzo en la viga de amarre superior. Cuando una columna
tenga dos niveles, se puede realizar un empalme
por t ras lapo en cada n ive l . Las co lumnas se deben vac iar con
posterioridad al alzado de los muros y directamente contra ellos.
Dimensiones - La sección transversal de las columnas debe tener un área no
inferior a 122500 mm2 (350 cm2}, sobresaliendo 12 cm de la cara
exterior del tanque.
(a) Refuerzo longitudinal - El refuerzo longitudinal de las columnas se debe
disponer de manera simétrica respecto a los ejes de la sección, mínimo en dos
filas. El refuerzo longitudinal no debe ser inferior a 6 barras N° 5 (5/8"),
d ispues tos en forma rec tangular .
(b) Refuerzo transversal
Debe u t i l i zarse refuerzo t ransversa l cons i s tente en estribos
cerrados mínimo de diámetro N° 3 (3/8"), espaciados a 200 200 mm.
Los primeros seis estribos se deben espaciar a 100 mm en las zonas
adyacentes a los elementos horizontales de amarre.
APLICACIONES INFORMATICAS A LA INGENIERIA ESTRUCTURAL ING. CRISTIAN BOLÍVAR Tanque anaerobio
COD: 9012004 FECHA: JUNIO 11
Muros
Los muros se modelaron con un espesor de 25cm en concreto de 28 Mpa. Para
las solicitaciones inducidas en el modelo se analizó el tanque por anillos, es
decir, se tomaron franjas del mismo para ir asignando acero de refuerzo.
Primer anillo (anillo inferior)
Para esta zona del tanque se requiere acero 13 varillas # 6 @ 7,5cm en las dos
direcciones formando una malla. Estas especificaciones son por metro de muro
Segundo anillo (anillo intermedio)
Para esta zona del tanque se requiere acero 13 varillas # 4 @ 7,5cm en las dos
direcciones formando una malla. Estas especificaciones son por metro de muro
Tercer anillo (anillo final)
Para esta zona del tanque se requiere acero 13 varillas # 4 @ 7,5cm en las dos
direcciones formando una malla. Estas especificaciones son por metro de muro
Losa de cimentación
La losa se modeló en SAP 2000 con un espesor de 35cm en concreto de 28
MPa. Para las solicitaciones inducidas, la losa se modelo siguiendo los pasos
que se siguen para modelar y diseñar una zapata, se obtuvieron los datos
necesarios para conocer las cuantías necesarias cuyos datos son los siguientes.
10 varillas Acero # 7 @ 10 cm en las dos direcciones.
APLICACIONES INFORMATICAS A LA INGENIERIA ESTRUCTURAL ING. CRISTIAN BOLÍVAR Tanque anaerobio
COD: 9012004 FECHA: JUNIO 12
Pilote
UBICACIÓN: CALI
PILOTE
c= 3,00 ton/m2 (Cohesión)
Df= 6 m (Profundidad de desplante)
γ= 1,60 ton/m3 (Gamma del suelo)
R= 0,15 m (Radio del pilote)
φ= 25,00 ° (Angulo de fricción)
Nc= 24,00 (Factor de capacidad de carga)
Nq= 12,00 (Factor de capacidad de carga)
Nγ= 10,00 (Factor de capacidad de carga)
qc= 210 ton/m2 Area pilote= ,071 m2 qc= 15 ton
Ko= 0,5
δ= 16,667º
qf= 4,06 ton
1,5
qadm= 12,62 Ton
PROYECTO TANQUE ANAEROBIO
Datos de entrada
Calculo de los valores admisibles
Elemento a calcular:
Teoria de Terzaghi
F.S.=
Calculo de la capacidad por punta
Calculo de la capacidad por fricción
Parametros de suelo
6
PILOTE
1,5
APLICACIONES INFORMATICAS A LA INGENIERIA ESTRUCTURAL ING. CRISTIAN BOLÍVAR Tanque anaerobio
COD: 9012004 FECHA: JUNIO 13
Vientos
APLICACIONES INFORMATICAS A LA INGENIERIA ESTRUCTURAL ING. CRISTIAN BOLÍVAR Tanque anaerobio
COD: 9012004 FECHA: JUNIO 14
APLICACIONES INFORMATICAS A LA INGENIERIA ESTRUCTURAL ING. CRISTIAN BOLÍVAR Tanque anaerobio
COD: 9012004 FECHA: JUNIO 15
APLICACIONES INFORMATICAS A LA INGENIERIA ESTRUCTURAL ING. CRISTIAN BOLÍVAR Tanque anaerobio
COD: 9012004 FECHA: JUNIO 16
APLICACIONES INFORMATICAS A LA INGENIERIA ESTRUCTURAL ING. CRISTIAN BOLÍVAR Tanque anaerobio
COD: 9012004 FECHA: JUNIO 17