Conectiva e Impulsiva Calculo

8/13/2019 Conectiva e Impulsiva Calculo

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UNIVERSIDADDECUENCA_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________AUTORES:CARLOSNIETOABADWILMERZHAAYLEDESMA 1

RESUMEN

El presente trabajo es acerca del diseo de un tanque apoyado deFerrocemento para la comunidad de Santa Rosa de Chinchn, para el cual se

ha hecho uso de los requisitos del Cdigo Ecuatoriano de la construccin y elCdigo para Diseo Ssmico de Estructuras contenedoras de Lquidos (ACI350.3-01) y Comentarios (350.3r-01) para lo que a las cargas del sismo serefieren.

Una vez calculadas las cargas a las cuales estar sometida el tanque seprocede a un pre diseo y posteriormente a la modelacin en el programaSAP2000, con los resultados del anlisis del programa procedemos al diseocon la teora enseada en clases por el Ing. Hugo Wainshtok Rivas en lactedra Ferrocemento del curso de grado, y siguiendo la teora de losesfuerzos admisibles. Los elementos del tanque han sido diseados parasoportar efectos de traccin y sobre todo efectos de un posible sismo.

A continuacin se detalla el proceso constructivo del tanque y se elaborar elpresupuesto del mismo.

Todo lo que se encuentra en este trabajo est dentro de las normas estudiadasy bajo la supervisin del profesor director de tesina Ing. Hugo Wainshtok Rivas.


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INDICE

INTRODUCCION ............................................................................................... 6

CAPITULO I: GENERALIDADES ...................................................................... 7

1.1 DEFINICIONES......................................................................................... 7

1.2 INFORMACIN GENERAL....................................................................... 8

CAPITULO II. BASES Y CRITERIOS DE DISEO ........................................... 9

2.1 PERODOS Y ETAPAS DE DISEO........................................................ 9

2.2 POBLACIN DE DISEO ........................................................................ 9

2.2.1 POBLACIN ACTUAL........................................................................ 9

2.2.2 POBLACIN FUTURA ..................................................................... 10

2.3 DEMANDA DE SERVICIOS.................................................................... 11

2.4 DISEOS DEFINITIVOS ........................................................................ 12

2.4.1 NIVEL DE SERVICIO ....................................................................... 12

2.4.2 DOTACIONES BSICAS.................................................................. 12

2.4.3 CONSUMO Y CAUDALES ............................................................... 13

2.4.4 CAPACIDAD Y DIMENSIONAMIENTO DEL TANQUE .................... 13

CAPITULO III. DISEO ESTRUCTURAL........................................................ 16

3.1 ESTRUCTURACIN DEL TANQUE....................................................... 16

3.2 DETERMINACIN DE LOS PARMETROS DE DISEO ..................... 17

3.3 CARGAS DE DISEO ........................................................................... 19

3.4 CALCULO DE LAS CARGAS DE DISEO............................................. 20

3.4.1 CARGA MUERTA............................................................................. 20

3.4.2 CARGA VIVA.................................................................................... 21

3.4.2 CARGA SISMICA ............................................................................. 22


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3.5 REALIZACIN DEL MODELO ESTRUCTURAL Y ASIGNACION DECARGAS EN EL SOFTWARE SAP 2000 ..................................................... 32

3.5.1 DEFINICIN DE LA GEOMETRA DEL RESERVORIO APOYADO 32

3.5.2 DEFINICIN DE LAS PROPIEDADES DEL TIPO DE MATERIAL AUTILIZARSE (FERROCEMENTO) ............................................................ 36

3.5.3 DEFINICIN DE LAS SECCIONES DE LOS ELEMENTOSESTRUCTURALES ................................................................................... 37

3.5.4 ASIGNACIN DE LAS SECCIONES A LOS ELEMENTOS............. 38

3.5.5 ASIGNACIN DE LAS CARGAS...................................................... 40

3.5.6 DEFINICIN DE COMBINACIONES DE CARGA............................ 45

3.5.7 ASIGNACIN DE CONDICIONES DE APOYO ............................... 46

3.5.8 RESULTADOS ................................................................................. 47

3.6 DISEO DE LOS ELEMENTOS ............................................................. 48

3.6.1 MTODO DE DISEO ..................................................................... 48

3.6.2 CRITERIOS PARA EL DISEO ....................................................... 49

3.6.3 DISEO DE LA TAPA DEL TANQUE............................................... 503.6.4 DISEO DE LAS PAREDES DEL TANQUE .................................... 51

3.6.5 DISEO DE LA LOSA DE FONDO DEL TANQUE........................... 54

CAPITULO IV: CONSTRUCCION DEL RESERVORIO .................................. 55

4.1 REQUERIMIENTOS DE CONSTRUCCION ........................................... 55

4.1.1 CALIDAD DEL MORTERO............................................................... 55

4.2 PROCESO CONSTRUCTIVO................................................................. 56

4.2.1 TERRENO ........................................................................................ 56

4.2.2 REPLANTILLO ................................................................................. 57

4.2.3 ARMADO DE LA CANASTA............................................................. 57

4.2.3 ARMADO DE LA PARRILLA PARA EL PISO DEL TANQUE........... 57

4.2.4 UNION DE LA CANASTA CON LA PARRILLA DEL PISO............... 58

4.2.5 COLOCACIN DE LAS TELAS DE MALLA..................................... 59


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4.2.6 RECUBRIMIENTO DE LAS PAREDES DE LA CANASTA CONMEZCLA.................................................................................................... 59

4.2.7 COLADO DEL PISO ......................................................................... 60

4.2.8 IMPERMEABILIZACIN Y CURADO............................................... 60

4.2.9 CONSTRUCCION DE LA CUBIERTA .............................................. 60

CAPITULO V: PRESUPUESTO Y ESPECIFICACIONES TECNICAS............ 64

5.1 PRESUPUESTO DEL TANQUE DE FERROCEMENTO........................ 64

5.2 ESPECIFICACIONES TECNICAS.......................................................... 64

CONCLUSIONES............................................................................................. 68

BIBILOGRAFIA ................................................................................................ 69


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UNIVERSIDAD DE CUENCA

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA CIVIL

DISEO DE UN TANQUE APOYADO DE FERROCEMENTO PARA LACOMUNIDAD DE SANTA ROSA DE CHICHIN, PERTENECIENTE A LA

PARROQUIA JADN DEL CANTN GUALACEO

Trabajo de Graduacin previo a la obtencin delttulo de Ingeniero Civil

AUTORES:

CARLOS OSWALDO NIETO ABAD

WILMER ANDRES ZHAAY LEDESMA

DIRECTOR:

Dr. Ing. HUGO WAINSHTOK

Ing. JULVER PINO

Cuenca Ecuador

2011


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INTRODUCCION

El ferrocemento, como se conoce, es un tipo de hormign armado en forma delmina delgada comnmente construido con mortero de cemento y reforzadocon capas de telas de mallas, poco separadas entre s, y formadas poralambres continuos y de relativamente pequeo dimetro.

El ferrocemento se usa en estructuras de espesores delgados tales comotanques de reserva, silos, coberturas, filtros para plantas de tratamiento, etc. endonde la resistencia y rigidez se desarrollan mediante la forma del elemento.

La ejecucin de depsitos de bajo costo en pases en vas de desarrollo seest llevando a cabo desde hace aos. La posibilidad de combinar mano de

obra poco calificada y materiales de bajo costo es lo que hace del ferrocementoun material especialmente interesante para este tipo de estructuras.

Este mtodo constructivo para depsitos es particularmente adecuado parautilizar en comunidades rurales con pocos ingresos por las siguientes razones:

Materiales habitualmente disponibles. Las materias primas bsicascomo agua, arena, cemento y alambre de refuerzo estn disponibles enla mayora de regiones.

Pocos conocimientos necesarios. Los conocimientos prcticos

necesarios para utilizar los materiales son habitualmente conocidos porlas comunidades y trabajadores no entrenados pueden trabajarsatisfactoriamente bajo la supervisin de un tcnico calificado.

Participacin de los propios usuarios. Los usuarios del tanquepueden ayudar en la obtencin de arena para el mortero y en hacer lamayor parte del trabajo de construccin.

Equipo necesario bsico. Las tcnicas de construccin son simples yno requieren el uso de maquinaria cara y sofisticada ni el suministro deenerga. Las filtraciones resultantes de un trabajo mal hecho u otros

daos pueden ser reparadas con relativa facilidad y el mantenimientonecesario despus de la construccin es mnimo.

Costo compartido del encofrado. El encofrado necesario empleadodurante la construccin puede ser hecho a base de materiales localescomo madera o bien prefabricado con materiales ms resistentes deforma que se pueda llevar de un sitio a otro para poder ejecutar diversostanques.


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CAPITULO I: GENERALIDADES

1.1 DEFINICIONES

Acero de armazn:Se emplea para dar forma a la estructura y sobre ella secolocan las capas de malla de alambre o refuerzo. La caracterstica delarmazn es que los aceros que lo constituyen se distribuyen uniformemente yse separan hasta un mximo de 30 cm entre ellos, generalmente no sonconsiderados como parte del refuerzo estructural, sino como varillas deseparacin para los refuerzos de la malla.

El dimetro de estos elementos, es mayor que el acero de refuerzo.

Aditivo: Material que no sea cemento Prtland, agregado o agua, que seaade al concreto para modificar sus propiedades.

Agregado:Material inerte que se mezcla con cemento Prtland y agua paraproducir concreto. El agregado a emplearse en estructuras de ferrocemento esel agregado fino (arena natural), que no deber exceder de 5 mm de dimetroni menor de 2 mm.

Agua: El agua empleada en ferrocemento deber ser fresca y limpia. Enningn caso podr emplearse agua de mar o similar.

Armadura de refuerzo: Es el refuerzo total del sistema que puede estarconformado por la malla de refuerzo y el acero del armazn o solamente laprimera.

Generalmente se considera al acero del armazn como parte del refuerzo totalcuando las separaciones de las varillas que lo conforman estn a no ms de 15cm de centro a centro, como sucede en las estructuras como botes,embarcaciones, secciones tubulares, tanques, etc. Las varillas del armazn

que son espaciadas ms all de esta distancia no son consideradas comoparte del refuerzo total.

La Malla de refuerzogeneralmente consiste en alambres delgados, entretejidoso soldados; una de las caractersticas ms importantes es que sea losuficientemente flexible para poderla doblar en las esquinas agudas. La funcinprincipal de estas mallas es la de actuar como marco para sostener el morteroen estado fresco, as como absorber los esfuerzos de tensin en el estadoendurecido que el mortero por s colono podra soportar.

Direccin longitudinal:Se define as a la direccin en la cual se encuentra

aplicada la carga de diseo en la estructura de ferrocemento.


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Direccin transversal:Se define as a la direccin perpendicular a la direccinlongitudinal.

Ferrocemento: Se define al ferrocemento como un tipo de construccin deconcreto reforzado, con espesores delgados, en el cual generalmente el

mortero est reforzado con capas de telas de mallas continuas de dimetrorelativamente pequeo. La malla puede ser metlica o de otros materialesadecuados.

Mortero:Es la mezcla de cemento y arena. Debido a que este mortero estsometido a grandes tensiones, es necesario que su dosificacin sea no menora una parte de cemento por 1,5 a 2 partes de arena y 0,3 partes de agua.1.2 INFORMACIN GENERAL

La Comunidad de Santa Rosa de Chichin, perteneciente a la Parroquia Jadndel Cantn Gualaceo. Geogrficamente est ubicada dentro de las siguientescoordenadas aproximadas: 739600 a 741800 Longitud Este y 9680000 a9682200 Latitud Norte, segn coordenadas de elipsoide PSAD56.

Segn resultados del Censo de Poblacin y Vivienda realizado en noviembredel ao 2001 por el INEC, la parroquia Jadn tiene una poblacin de 3.658habitantes, de los cuales 1.995 son mujeres (54.54%) y 1.663 hombres(45.46%). La poblacin parroquial representa el 10.28% del total cantonal.

El nmero total de hogares identificados en el rea del proyecto es de 162.


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CAPITULO II. BASES Y CRITERIOS DE DISEO

Para el diseo del presente trabajo se utilizaron los documentos de la Ex-Subsecretaria de Saneamiento Ambiental SSA, y las guas de las OpcionesTcnicas, Documentos de la Organizacin Panamericana de la Salud, elCdigo Ecuatoriano de la Construccin y el cdigo (ACI 350.3-01) ycomentarios (350.3r-01) Diseo ssmico de estructuras contenedoras deLquidos

2.1 PERODOS Y ETAPAS DE DISEO

El perodo de diseo depende, de entre otros factores, de la vida til de losmateriales a usarse en el sistema, pero se considera un perodo que satisfagalas necesidades de la poblacin y adems que guarde relacin con el niveleconmico de la poblacin, por lo tanto, el perodo de diseo para el AguaPotable definido es de 15 aos.

En todo caso, el final del perodo de diseo del proyecto ser el ao 2025.

2.2 POBLACIN DE DISEO

Esta se calcul en base a la poblacin actual; adems para la proyeccin de

crecimiento se utiliz tres mtodos conocidos como son. Mtodo Aritmtico,Mtodo Geomtrico, y Mtodo Exponencial.

2.2.1 POBLACIN ACTUAL

Los datos de la poblacin fueron obtenidos del Diagnstico y Lnea Base delInforme Tcnico Social para la implementacin de la planta de tratamiento deagua potable realizados por el Municipio de Gualaceo.

VARIABLE NMERO PORCENTAJEHombres 213 39.38%

Mujeres 194 35.85%Nios 73 13.49%Nias 61 11.28%

TOTAL 541 100%

Tabla 1: Poblacin Actual En El Area De Cobertura Del Sistema De AguaPotable

Variable Nmero PorcentajeOcupada 122 75.30%Ocupadas 40 24.70 %


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eventualmenteTOTAL 162 100%

Tabla 2: Viviendas Existentes En El Area De Cobertura Del S.A.P

De esta informacin se desprende que existe una poblacin en la zona decobertura del sistema actual de agua potable de 541 habitantes pertenecientesa 162 hogares o familias, con un promedio de 3.4 personas por familia.

Adems en el rea del proyecto existe la escuela Teresa Morales con unnmero de 119 escolares.

Para objeto de la estimacin de una poblacin futura se considera a unapoblacin actual igual a la poblacin real existente ms un 15% de la poblacin

estudiantil como poblacin flotante en el rea del proyecto:

2.2.2 POBLACIN FUTURA

Luego de la revisin de las normas vigentes y de acuerdo a lasconsideraciones se harn las proyecciones de crecimiento por tres mtodos:

Mtodo Aritmtico Mtodo Geomtrico Mtodo Exponencial

Para la proyeccin se utiliz el ndice de crecimiento de 1.0 % dado por la SSA

para la sierra.

Mtodo Ari tmtico

MTODOARITMTICOr 1.0

Po 559t 15


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Pf 643

Mtodo Geomtrico

MTODOGEOMTRICO

r 1.0Po 559t 15

Pf 649Mtodo Exponencial

MTODOEXPONENCIALr 1.0

Po 559t 15

Pf 650

El Cdigo de Prctica para el Diseo de Sistemas de Abastecimiento de AguaPotable, Disposicin de Excretas y Residuos Lquidos en el rea Rural CPE INEN5 (Normas SSA)1, estipula que al momento de calcular la poblacin futura dediseo en base al perodo de diseo propuesto y a la tasa de crecimientopoblacional determinada o asumida, esta poblacin resulta mayor a 1,25 vecesla poblacin actual, deber asumirse un perodo de diseo menor, de maneraque la poblacin de diseo no supere en ms del 25 % la poblacin actual. Locual no ocurre para este caso con un perodo de diseo de 15 aos.

La poblacin futura segn nuestro criterio est dado en base al mtodoExponencial, debido a que se acerca ms al lmite aceptado segn la norma,por lo que la poblacin futura para Chichin ser de 650 habitantes.

2.3 DEMANDA DE SERVICIOS

Para determinar la demanda actual y futura de la poblacin servida, se debeestablecer una dotacin media por habitante, para lo cual se tiene queestablecer un nivel de servicio. Se asume que el nivel de servicio para diseocorresponde a la clasificacin IIb dado por la SSA.

1NormasdadasporlaSubsecretaradeAguaySaneamiento,SSA,delMIDUVI.


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Para este nivel de servicio la dotacin media para la sierra es de 75 l/hab/da.

2.4 DISEOS DEFINITIVOS

2.4.1 NIVEL DE SERVICIO

Se toma de las opciones tcnicas y niveles de servicio para abastecimientos deagua y saneamiento en el Ecuador. Aspectos tcnicos, socio econmicos,culturales e infraestructura existente permiten identificar el nivel de servicio aproyectar. La consulta efectuada en la comunidad permite conocer el nivel deservicio actual y el deseado. Dicha comunidad ha concertado un servicio deconexiones domiciliarias con ms de un grifo por casa.

En nuestro pas la Subsecretara de Saneamiento Ambiental, seala lossiguientes criterios para el rea rural.

NIVEL SISTEMA DESCRIPCINSistemas individuales. Disear de acuerdo a las disponibilidades tcnicas,0 APusos previstos del agua, preferencias y capacidad econmica del usuario

AP Grifos pblicos o distribucin mediante vehculos.Ia

EE Letrinas sin arrastre de agua.AP Grifos pblicos ms unidades de agua para el lavado de ropa y bao.IbEE Letrinas sin arrastre de agua.AP Conexiones domiciliarias con un grifo por casa.IIaEE Letrinas con o sin arrastre de agua.AP Conexiones domiciliarias con ms de un grifo por casa.IIb

ERL Sistema de alcantarillado sanitario.

2.4.2 DOTACIONES BSICAS

En el cuadro se presentan las dotaciones correspondientes a los diferentesniveles de servicio.

Dotaciones por Nivel de Servicio

Norma Recomendadas*Nivel deServicio

Clima FroL/hab/da

Clima ClidoL/hab/da

Clima FroL/hab/da

Clima ClidoL/hab/da

0Ia

IbIIa

25

5060

30

6585

1020

2540

2025

3050


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Ilb 75 100 60 85

Al ser nuestro nivel de servicio IIb tomaremos una dotacin bsica (Norma) de75 L/(hab*da).

2.4.3 CONSUMO Y CAUDALES

Caudal Promedio (Qp): Es el caudal de agua incluido prdidas por fugas,consumido en promedio por la comunidad.

Representa el consumo promedio anual incluido fugas, y se expresa medianteel producto de la poblacin y la demanda media futura al final de periodo dediseo, como se indica en la siguiente expresin:

Qp = f x Pf x Dmf / 86400

Porcentaje De FugasNivel

ServicioFactor: f

Ia - IbIIa - IIb

10%20%

Caudal Mximo Diario (QMD): Es el caudal medio consumido, en el da demximo consumo en el ao, se obtiene multiplicando el caudal promedio por unfactor de mayoracin KMD, el mismo que tiene un valor igual a 1,30 para todos

los niveles de servicio.Caudal Mximo Horario (QMH): Es el caudal medio consumido, durante lahora de mximo consumo en el ao, se obtiene multiplicando el caudalpromedio por un factor de mayoracin KMH, el mismo que tiene un valor igual a3 para todos los niveles de servicio.

Caudales De Diseo

2.4.4 CAPACIDAD Y DIMENSIONAMIENTO DEL TANQUE

CAPACIDAD DEL TANQUE

El Cdigo de Prctica para el Diseo de Sistemas de Abastecimiento de AguaPotable, Disposicin de Excretas y Residuos Lquidos en el rea Rural CPE INEN5 en el numeral 5.5 dice que la capacidad del almacenamiento del tanque serdel 50% del volumen medio diario futuro. En ningn caso, el volumen dealmacenamiento ser inferior a 10 m3.

DESCRIPCION Q UNIDQm 0.68 lit/seg

Q.M.D. 0.88 lit/segQ.M.H. 2.04 lit/seg


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Volumen de Reserva = 50% del volumen medio diario futuro

Volumen Medio Diario Futuro = factor de fugas (adimensional) x PoblacinFutura(habitantes) x Dotacin Futura(litros/habitante/dia).

En este caso tendramos que:

f 1.2Pf 650 habDf 75 lit/hab/da

V.MedioDiario

58500 lit/da

V.Reserva 29250 lit/da

El volumen de almacenamiento segn nuestro criterio ser de 30 m3.

DIMENSIONAMIENTO DEL TANQUE

El tanque ser cilndrico.

Donde:

V: Volumen del TanqueD: Dimetro del tanque.H: Altura del tanque.

Nos imponemos una altura h igual a 2.2 metros, entonces el valor del dimetroser de 4.20 m.

Dimetro: 4.20 m.Al tura: 2.20 m.

DIMENSIONAMIENTO DE LA TAPA

La tapa tendr la forma de un domo esfrico.

Dimetro: 4.20 m.Al tura: 0.65 m.


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CAPITULO III. DISEO ESTRUCTURAL

3.1 ESTRUCTURACIN DEL TANQUE

El modelo analizado es un tanque cilndrico vertical de ferrocemento deespesor constante, lleno de agua en toda su altura, apoyado en todo supermetro al suelo.

El tanque es cerrado en su parte superior por medio de una cubierta en formade cpula y que es empotrada en la parte superior del cilindro.

Las Dimensiones para el modelo son:

DimensionesDENOMINACION(m)

Dimetro del Cilindro 4.20Altura del Cilindro 2.20Espesor del Cilindro 0.03Dimetro de Cubierta 4.20Altura de Cubierta 0.65Espesor de la Cubierta 0.03Radio de la Esfera de la

Cpula

3.72

Angulo barrido de lavertical a la horizontal.

34.37

Nivel del Lquido 2.20


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3.2 DETERMINACIN DE LOS PARMETROS DE DISEO

El modulo de elasticidad del ferrocemento a traccin E ft, es de 21000MPa y 3300 Mpa despus del agrietamiento.

El coeficiente de deformacin lineal de temperatura btdel mortero en unintervalo de (-40) hasta (+50) se admite igual a 1x10-5/C.

El modulo de deformacin transversal (coeficiente de Poisson) se admiteque sea igual a 0,2.

La resistencia a compresin del mortero ser de 280 kg/cm2.

La densidad depende de la cantidad de armadura reticulada que seemplee, si el elemento est compuesto por una tela de malla pequea,la densidad media es de 2300 kg/m3, si son dos telas de malla 2400kg/m3 y para un nmero mayor el valor de la variable aumenta en 50kg/m3 por cada tela adicional.

Los valores mnimos efectivo longitudinal y transversal para lasdiferentes mallas de refuerzos son:

Factor de Volumen (Vr)

El factor de volumen del refuerzo, es la relacin del volumen del refuerzo alvolumen del compuesto, el volumen del refuerzo incluye el acero del esqueletoen el caso de traccin directa.

En caso de tela de malla rectangular o cuadrada el Factor de Volumen puedeser calculada por la ecuacin siguiente:

Donde:


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Para tela de malla cuadrada , entonces el factor de volumen es:

Superficie especif ica (S)

La superficie especfica del refuerzo es la relacin entre el rea total superficialdel refuerzo en contacto con el mortero y el volumen del compuesto, o sea, elrea superficial del refuerzo por unidad de volumen de compuesto.

Para una tela de mallas con dimetro del alambre dr, se tiene la siguienteexpresin:

Donde:

Si multiplicamos y dividimos por 4dr se obtiene lo siguiente.

Para tela de malla cuadrada entonces la superficie especfica es:


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3.3 CARGAS DE DISEOConsideraciones generales

De conformidad con la duracin con la cual actan con una intensidad mximasobre la estructura, las acciones o cargas de diseo se clasifican en trescategoras: permanentes, variables y accidentales.

La evaluacin de las acciones de diseo se efectuar como se especifica acontinuacin.

Las acciones permanentes son las que actan en forma continua sobre laestructura y cuya intensidad vara poco con el tiempo. Las principales accionesque pertenecen a esta categora, son: la carga muerta; la carga de equipos ytuberas.

Las acciones variables son las que actan sobre la estructura con unaintensidad que vara significativamente con el tiempo. Las principales accionesque corresponden a esta categora, son: la carga viva; el empuje esttico dellquido y de tierras; los efectos de los cambios de temperatura.

Las acciones accidentales son las que no se deben al funcionamiento normal

de la construccin y slo durante lapsos breves pueden alcanzar intensidadessignificativas. Pertenecen a esta categora: las acciones ssmicas, explosiones,incendios y otros fenmenos que pueden presentarse en casos extraordinarios.

Efectos de las cargas permanentes, variables y accidentales

En el diseo se tomarn en cuenta los efectos de las cargas muertas, lascargas vivas, carga de presin de agua y las provocadas por el sismo.

Acciones permanentes

Las acciones permanentes que debern tomarse en cuenta para el diseo dedepsitos, son las siguientes:

Cargas muertas

Se considerar el peso de los elementos que constituyen el depsito.

Los reglamentos locales de construccin podrn suministrar valores de lospesos volumtricos de los materiales empleados, para calcular el peso propiode los elementos que son parte del depsito.

Acciones variables


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La presin interior del agua

La altura del nivel de agua que se considerar en el diseo ser hasta el nivelde vertido de excedencias.

Un depsito cilndrico que contenga un fluido, est sometido a fuerzas detensin en su seccin transversal, y las paredes han de resistir estas fuerzaspara evitar que estalle.

En este caso el fluido que va a estar contenido en el depsito es agua, cuyodiagrama de esfuerzos que actan en la pared del tanque son los indicados enla figura, las fuerzas de traccin F que actan en la pared del tanque deben serabsorbidas por el acero de refuerzo.

Carga viva sobre la cubiertaLa carga debida a la accin de mantenimiento del tanque es de 80 kg/m2.

Acciones accidentales

Sismo

Se ha comprobado que durante los sismos, los depsitos que contienen algnfluido pueden fallar y derramar el lquido contenido.

3.4 CALCULO DE LAS CARGAS DE DISEO

ANALISIS (SEGN METODOLOGA DEL APENDICE A DEL ACI 350.3-01)

3.4.1 CARGA MUERTA

CALCULO DEL PESO DE LA CPULADATOS

Unidades OBSERVACIONESR 3.7173 m RADIO DE LA CUPULA

f 0.65 m ALTURA DE LA CUPULAt 0.03 m ESPESOR DE LA CUPULA


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CALCULOSCV 1214.54 Kg CV=CV'*A

3.4.2 CARGA SISMICA

PESO TOTAL EN LAS PAREDES DELRESERVORIO

OBSERVACIONESCARGA MUERTA= 5615.47 Kg SUMATORIA DE CARGAS

MUERTASCARGA VIVA= 1214.54 Kg CARGA VIVAWw= 6830.01 Kg CARGA MUERTA + CARGA

VIVA

PESO DEL MURO CON INFLUENCIA DEL AGUADATOS

Unidades OBSERVACIONESHL= 2.2 m ALTURA DE AGUAD= 4.20 m DIAMETRO DEL TANQUEL= 13.19 m PERIMETRO; L=*D

H2O= 1000.00 Kg/m3 PESO ESPECFICO DEL AGUACALCULOS

Unidades OBSERVACIONESV= 30.48 m3 VOLUMEN DE AGUA ALMACENADO

WL= 30479.73 Kg PESO DEL AGUA

FACTOR DE CORRECCIN

Segn ACI 350.3_01 seccin 9.5.2

9.5 Coeficiente de masa efectiva

9.5.2 Estanques Circulares

Donde:D=Dimetro del Tanque.HL= Altura del nivel de agua.

En el diseo este valor ser: =0.72

CALCULO DE LOS PESOS EFECTIVOS DEL LQUIDO ALMACENADOCOMPONENTE IMPULSIVA (Wi) Y COMPONENTE CONVECTIVA (Wc)


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Segn ACI 350.3_01 seccin 9.3.1:

9.3 Estanques circulares.

9.3.1 Masas equivalentes de lquidos acelerados.

En nuestro diseo:

Como el valor de WL= 30479.73 Kg entonces tenemos:

CALCULO DE LAS ALTURAS AL CENTRO DE GRAVEDAD DE LAUBICACN DE LAS COMPONENTES IMPULSIVAS Y CONVECTIVAS


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9.3.2 Alturas a centros de gravedad (Excluyendo la presin de la base)

CALCULO DE LA FRECUENCIA DE VIBRACIN NATURAL COMBINADA(i) DE LA ESTRUCTURA Y EL COMPONENTE IMPULSIVO DEL LQUIDOALMACENADO


9.3.4 Propiedades dinmicas

Para estanques tipo 2.1 y 2.2:


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CALCULO DE LA FRECUENCIA DE VIBRACIN NATURAL COMBINADA (wi)D 2.1 mHL 2.2 m

HL/ D 1.05Coef. Para det. Frecuencia Fund. Tanque-lquido (Cw) 0.162


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Espesor del Muro (tw) 0.03 mRadio circular interno R 2.1 mCoef. Para det. Frecuencia Fund. Tanque-lquido (Cl) 0.00791

6

Resistencia a Com presin del Concreto (f'c) 280 Kg/cm2Mdulo de Elasticidad del concreto (Ec) 21000 MpaDensidad del concreto (c) 2.4 kN .s2/m

4Frec. Circ. Del m odo de vibracin im pulsivo (wi) 10.64 rad/sPeriodo Fund. De Oscilacin del Tanque + Com p. Impulsivo (Ti)

0.5904 s

CLCULO DE LA FRECUENCIA DE VIBRACIN DE LA COMPONENTECONVECTIVA (WC)


En el sistema internacional


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CALCULO DE LA FRECUENCIA DE VIBRACIN DE LA COMPONENTECONVECTIVA (wc)

HL 2.2 mD 4.2 mAceleracin debido a la gravedad (g) 9.81 m/s2 5.883Frec. circular de vibracin del primer modo convectivo (wc) 2.87 rad/sPeriodo Natural del primer modo convectivo (Tc) 2.19 s

PARMETROS PARA EL CLCULO DE LA FUERZA SSMICA, SEGN ACI350.3-01 SECCIN 4.2 Y EL CODIGO ECUATORIANO DE LACONSTRUCCIN (PARTE SSMICA)

ZONAS SSMICAS Y FACTOR DE ZONA Z

El sitio donde se construir la estructura determinar una de las cuatro zonasssmicas del Ecuador, de acuerdo con la definicin de zonas de la figura. Unavez identificada la zona ssmica correspondiente, se adoptar el valor del factorde zona Z, segn la tabla. El valor de Z de cada zona representa la aceleracinmxima efectiva en roca esperada para el sismo de diseo, expresada comofraccin de la aceleracin de la gravedad.


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El valor de z se tomar como Zona II con una aceleracin de 0.25 g.

GEOLOGA LOCAL Y PERFILES DE SUELO. COEFICIENTE S Y C

Como valor para el parmetro del suelo, segn el Cdigo Ecuatoriano de laConstruccin le corresponde el Tipo S2 con un valor de 1.2

Perfil tipo S2: Suelos intermedios.- Suelos con caractersticas intermedias oque no se ajustan a los perfiles de suelos tipo S1 y S3.


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Ccse determina como se indica a continuacin:

En la prctica, Tc, usualmente ser mayor que 2.4 segundos.

En los casos en que Tc < 2.4 s, puede aproximarse usando la siguienteecuacin:

Ci o Cc puede ser tomado de una forma conservadora como 2.75/S, paracualquier estanque.

CALCULO DE LOS FACTORES DE AMPLIFICACIN ESPECTRAL Ci Y CcPeriodo Fund. De Oscilacin del Tanque + Com p. Impulsivo (Ti) 0.5904 sFactor de Amplificacin Espectral para el mov. Horizontal Ci 1.776Periodo Natural del primer modo convectivo (Tc) 2.19 sFactor de Amplificacin Espectral para el mov. Horizontal Cc 1.112

CLCULO DE LAS FUERZAS LATERALES DINMICAS

Segn ACI 350.3-01 seccin 4.1.1

4.1.1 Fuerzas dinmicas lateralesLas fuerzas dinmicas laterales sobre la base sern determinadas como sigue:


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CALCULO DE FUERZAS DINAMICAS LATERALESFactor de Correccin 0.7117Factor de zona (Z) 0.25Factor de Importancia (I) 1.5Coeficiente representativo de las caractersticas del Suelo (S) 1.2Coef. De Modificacin de Respuesta Fuerzas Impulsivas (Rwi) 2.75Coef. De Modificacin de Respuesta Fuerzas Convectivas(Rwc)

1

Peso Efectivo del Muro del Tanque (.W w) 4861 Kg

Peso de la Cpula Tanque (W r) 1093.08 KgPeso Equivalente de la Componente Impulsiva W i 17132.8 KgPeso Equivalente de la Componente Convectiva W c 12828.4 KgFactor de Amplificacin Espectral para el mov. Horizontal Ci 1.776Factor de Amplificacin Espectral para el mov. Horizontal Cc 1.112Fuerza Inercial Lateral por aceleracin del Muro (Pw) 1413 KgFuerza Inercial Lateral por aceleracin de la Cpula (Pr) 318 KgFuerza Lateral Im pulsiva (Pi) 4980 KgFuerza Lateral Convectiva (Pc) 6420 Kg

CALCULO DEL CORTANTE BASAL

Segn ACI 350.3-01 seccin 4.1.1

4.1.2 Corte basal total, ecuacin general

El corte basal debido a fuerzas ssmicas aplicado en el fondo del estanque serdeterminado por la siguiente ecuacin:


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CORTANTE BASALPi 4980 KgPw 1413 Kg

Pr 318 KgPc 6420 KgV 9287 Kg

DISTRIBUCION VERTICAL DE FUERZAS LATERALES

El cortante basal debe ser distribuido sobre la altura de la estructura, deacuerdo con la expresin:

Donde:

F x =La fuerza en el nivel x de la estructura que debe aplicarse sobre toda elrea del tanque en ese nivel, de acuerdo a su distribucin de masa en cadanivel.

wi =Es el peso asignado a cada nivel de la estructura, siendo una fraccin de lacarga reactiva W.

NIVEL Pi (Kg) hi (m) Pi.hi Fi (Kg) W=Fi/LPESO

PROPIO4861 1.1 5347.01 1349.40 102.27

CONVECTIVO 12828 1.35 17318.34 4370.56 331.24IMPULSIVO 17133 0.825 14134.56 3567.08 270.34

= 36799.91 9287.04

3.5 REALIZACIN DEL MODELO ESTRUCTURAL Y ASIGNACION DECARGAS EN EL SOFTWARE SAP 2000

3.5.1 DEFINICIN DE LA GEOMETRA DEL RESERVORIO APOYADO

Para generar el modelo estructural de la estructura del reservorio apoyado,utilizaremos las plantillas que tiene el SAP2000. Luego de cargar el programa,en la parte inferior derecha de la pantalla principal seleccionamos como unidadde trabajo Kgf, m, C. luego hacemos clic derecho en el men File yseleccionamos con un clic la opcin New Model, tal como se muestra en lafigura.


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El programa nos mostrar las diferentes plantillas que tiene incorporado. Deestas plantillas seleccionamos la plantilla Grid Only, tal como se muestra en lafigura.

Se ingresa el nmero y espaciamiento de las grillas que servirn para generarel modelo base del reservorio.

Para ingresar el espaciamiento de la grilla en la direccin Z, ingresamos en laopcin Edit Grid en la cual podemos digitar los espaciamientos necesarios paragenerar el modelo.


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La capa Z1 pertenece al origen en el sistema de coordenadas, la capa Z2corresponde a la altura de la pared del reservorio, mientras que la capa Z3tiene como valor la altura de la pared ms la altura de la cpula.

Con la opcin de dibujar elementos frame vamos a crear la generatriz de la

pared circular, adicionalmente se dibuja un elemento que nos va a servir deapoyo en la parte superior la cual la vamos a replicar en la misma longitud delradio de la cpula de la siguiente manera:


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El punto sealado lo vamos a rotar con la ayuda de la opcin Edit-Extrude-Extrude Points to Frames/Cables, con esto vamos a extruir puntos a lneas deforma radial alrededor del eje Y, y en la casilla de Point Z ingresamos el valordel punto replicado anteriormente, el ngulo lo vamos a dividir en ocho partes.Posteriormente se borra las lneas que nos sirvieron de base para formar lageometra de la cpula y de esta manera ya tenemos armada la generatriz denuestro reservorio tal como se muestra a continuacin.

Sealamos todo el modelo y extruimos las lneas a areas en forma radialalrededor del eje Z mediante la opcin Edit-Extrude-Extrude Lines to Areas, alngulo lo vamos a dividir en 16 partes sealamos la opcin de borrar el objeto

fuente como se muestra a continuacin:


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3.5.2 DEFINICIN DE LAS PROPIEDADES DEL TIPO DE MATERIAL AUTILIZARSE (FERROCEMENTO)

Para ello hacemos clic en el men Define Materials. A continuacin se nosmostrar la ventana con los diferentes tipos de materiales con los que trabaja elprograma. En este caso debemos seleccionar la opcin Add New Material endonde debemos ingresar las propiedades correspondientes al Ferrocemento.


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3.5.3 DEFINICIN DE LAS SECCIONES DE LOS ELEMENTOSESTRUCTURALES

Las secciones que se utilizan en este diseo, corresponden a secciones de

elementos Shell para la CUBA y membrana para la cpula con espesores de 3cm en ambos casos.

Para definir las secciones vamos al men Define seccin Properties AreaSections.

En esta ventana seleccionamos la opcin Add New Section, entonces se abrela ventana de definicin de secciones en la cual ingresamos la geometra de laseccin a definir, tal como se explica. Primero ingresaremos el nombre de laseccin, la seccin de la cuba lo llamaremos CUBA y en la seccin Typeseleccionamos Shell-Thin, en el caso de la cpula la llamaremos CUPULA y enla seccin Typeseleccionaremos Membrane. En Material Name seleccionamosel material antes definido FEROCEMENTO; y finalmente ingresamos elespesor del elemento.


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3.5.4 ASIGNACIN DE LAS SECCIONES A LOS ELEMENTOS

Para asignar las secciones definidas anteriormente, lo haremos mediante laopcin View-Set Limits, donde se ingresa las coordenadas desde donde se

extiende el elemento en las coordenadas Z para asignar la seccin mediante laopcinAssign-Area-Area Section.


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A la pared del reservorio la vamos a dividir en areas con la ayuda del comandoEdit- Divide Areas, en esta oportunidad lo vamos a dividir en 5 partes como semuestra en la figura.


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3.5.5 ASIGNACIN DE LAS CARGAS

Las cargas que van a actuar en el reservorio son ingresadas mediante laopcin de Define-Load Cases, En esta se ingresa el tipo de cargas queintervienen en el anlisis, carga muerta, carga viva, carga ssmica, empuje

hidrosttico.CARGA MUERTA: El peso propio no es necesario ingresarlo ya que elprograma de estructuras Sap2000, calcula dicho peso en funcin de laspropiedades ingresadas y de los espesores de los elementos.

CARGA VIVA: la carga viva se la ingresar como una carga distribuida entoda la superficie de la cpula; y el valor de esta ser de 80 Kg/m2.

Para el caso de la cpula se selecciona la opcin Assign-Area Load-Uniform(Shell), en esta se aplica la carga viva.


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CARGA DE AGUA

Para el caso de la presin hidrosttica sobre las paredes del tanque se debepreviamente en la opcin Define-Join Patterns definir un patrn de cargas, lodenominamos PH.

Para asignar el patrn de nudos definido, lo que vamos a realizar esseleccionar las paredes del reservorio y luego ir al men Assing JointPatterns.

Aparecer la ventana de datos de patrones, donde debemos indicar losvalores de la funcin de presin hidrosttica que ser ejercida sobre el murodel reservorio. La altura a la cual se encontrar el nivel mximo del agua serde 2.20 m. sobre la base. En la casilla Pattern Name, seleccionamos el nombre

antes definido (PH), como se observa en la figura antes mencionada, la presinse expresa en funcin de las tres coordenadas globales (X, Y, Z)

P = Ax + By + Cz + D

Como la presin del agua en las paredes no depende de las coordenadas X eY por lo cual las constantes A y B son iguales a cero, con lo cual la expresinde la presin se reduce a:

P = Cz + D

Tenemos dos incgnitas (C y D), por lo cual necesitamos de datos, estos son:


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1. La presin en la base es mxima (Z=0, P=2200 Kg).

2. La presin en la parte superior del nivel de agua es cero (Z=2.2, P=0)

De lo cual los valores de C y d son -1000 y 2200 respectivamente.

En la seccin Restrictions,seleccionar Zero Negative Values.

Para asignar las cargas de presin ir al menAssign _ Area Loads SurfacePressure. En la ventana de carga de presin de superficie, primero debemosseleccionar el estado de carga donde est actuando la presin (PH), acontinuacin, en la seccin Pressure, seleccionar By Joint Pattern y desplegarla lista para seleccionar el patrn de nudos antes definido (PH).

Adems, en la seccin Face, debemos seleccionar en que cara esta actuandola presin (5).


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CARGA DE SISMOTenemos que ubicar las diferentes masas con sus respectivas alturas para estohacemos uso de elementos Frameque no tienen peso ni tampoco masa; estoselementos sirven solamente para ayudar y para poder proporcionar las cargasImpulsiva, Convectiva y de Peso propio al tanque.

Luego de crear los elementos Frame en las respectivas alturas asignamos lacarga Convectiva, Inpulsiva y de Peso propio para esto seleccionamos elelemento Frame al cual vamos a cargar y vamos a Assign - Frame Cable Tendon Loads luego al sub men Distributed. En Load Case Namecolocamos en SX, en la direccin colocamos X y en Load ingresamos lascargas.


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3.5.7 ASIGNACIN DE CONDICIONES DE APOYO

En la vista en planta, seleccionar todos los nudos del nivel Z=0 y luego ir almen Assing Joint Retraints, como se muestra en la figura.

A continuacin nos mostrar el cuadro de restriccin de nudos donde debemosseleccionar las restricciones que tendrn lo nudos seleccionados, en este casoempotraremos los nudos de la base, para ello hacer clic en el cono deempotramiento tal como se muestra en la figura.


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3.5.8 RESULTADOS

La formulacin para el clculo y diseo de tanques cilndricos de pared delgadase basa en el estudio de tensiones normales en dos direcciones, las queactan en direccin del eje geomtrico del cilindro las denominamos axiales o

longitudinales, y las que lo hacen en una direccin perpendicular, tangenciales.

Debido a que el espejo de agua se encuentra en contacto con la atmsfera porel volumen de seguridad o ventilacin, no se produce tensin longitudinal,quedando nicamente el clculo de la tensin tangencial, es por eso que seconsiderar en el diseo solo las fuerzas F11 (ANULARES) dadas por elSap2000. LAS UNIDADES SON Kg/m.

Los resultados obtenidos del Sap2000 son para las combinaciones de cargaanalizados son:

CARGA VIVA + CARGA MUERTA + CARGA DE PRESION DEL AGUA

Como se puede observar en la figura la mayor carga de traccin (color azul)ocurre ms o menos a un tercio de la altura del tanque medido desde la base, y

el valor de este es de 3435 Kg/m. Un alto valor de traccin tambin ocurre en launin de las paredes con la cpula, el valor de este es 2392 Kg/m.

Tambin se puede apreciar que la cpula est trabajando en su mayora acompresin excepto en la unin con las paredes. La mxima fuerza decompresin es de 1087 Kg/m.

CARGA DE SISMO


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Segn se ve en la figura la mxima fuerza de traccin es de 97 Kg/m, y lamayor fuerza de compresin es 97 Kg/m.

Debido a que las mayores fuerzas tanto de compresin como de traccinocurren en la primera combinacin de carga (CM + CV + PH), asumiremosestas fuerzas para el diseo del tanque.

3.6 DISEO DE LOS ELEMENTOS

3.6.1 MTODO DE DISEO

Los componentes que conforman el tanque de reserva se disean usandocargas de servicio y esfuerzos permisibles de carga de servicio.

MTODOS DE DISEO POR ESFUERZOS ADMISIBLES

El ferrocemento es considerado un material homogneo y elstico hasta laocurrencia de la primera grieta.

Aunque el diseo en estructuras de ferrocemento esta a menudo basado enlimitaciones a los esfuerzos o criterios de resistencia, el concepto deserviciabilidad, aceptable comportamiento bajo carga de servicio durante lavida til de la estructura, se est haciendo comn.

La serviciabilidad se relaciona con el comportamiento al agrietamiento y elancho de grietas, en traccin directa y en flexin la resistencia al agrietamientose incrementa con la superficie especfica del acero en la direccin cargada.

En general, la resistencia al agrietamiento del ferrocemento aumenta desde elvalor lmite inferior que coincide con la resistencia del mortero, hasta valores

mayores proporcionales a la superficie especifica.


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Es recomendable que el valor mximo del ancho de grieta sea menor que 50(0,05 mm) para depsitos de agua.

3.6.2 CRITERIOS PARA EL DISEO

Para el diseo se utilizar telas de malla cuadradas soldadas de x N16. Es decir alambres con una separacin de 12.7 mm y de 1.3 mmde dimetro.

La fraccin de volumen de refuerzo Vr (relacin volumen deacero/volumen de la matriz) en ambas direcciones, no debe ser menorde 1,8.

La superficie especifica total del refuerzo S (relacin entre el rea

superficial del acero y el volumen de la matriz), no debe estar por debajode 0,5cm-1. Se recomienda usar, como mnimo, para depsitos de aguaentre 0.8 cm-1 y 1.6 cm-1.

El recubrimiento mnimo para el refuerzo es de 4mm, es decir para unambiente expuesto.

El mtodo empleado es el elstico, los esfuerzos permisibles para losmateriales constitutivos (), son los especificados:

a=0,5Ra (Esfuerzo de tensin permisible para el acero de estructurassanitarias)

Para elementos de ferrocemento sometido a traccin, una tensinpermisible para el conjunto es de agr = 5MPa para el caso de unamalla cuadrada.

El esfuerzo de compresin permisible en el compuesto es de 0,45Rb.

El nmero mnimo de telas de malla es de 2.

El acero de esqueleto no ocupa ms de 50% del espesor de la pared deltanque.


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Para la proteccin contra la corrosin y el aseguramiento de laadherencia entre la armadura y el mortero, la resistencia de este nodebe ser menor a 25 MPa.

3.6.3 DISEO DE LA TAPA DEL TANQUE

El tipo de cubierta a emplear en el tanque es un domo es decir un casqueteesfrico. Los techos autosoportados ya sean tipo cnico, domo, o sombrilla,tiene la caracterstica de estar apoyados nicamente en su periferia, calculadosy diseados para que su forma geomtrica, en combinacin con el espesormnimo requerido, absorban la carga generada por su propio peso ms lascargas vivas.

La cubierta es un elemento que est sometido a esfuerzos de compresin entoda su rea salvo en el sector de la unin con las paredes del tanque dondeexiste esfuerzos de traccin, para el diseo se verifica que el mortero resista elesfuerzo a compresin generado y las telas de malla mnimas colocadasabsorban los esfuerzos de traccin.

Fuerza de Compresin = 1087 Kg/m

La carga resistente de un elemento de ferrocemento sometida a compresin seconsidera igual a la que tomara solo la matriz del mortero.

Entonces la fuerza de compresin que puede resistir el ferrocemento es:

Como la fuerza resistente del ferrocemento es mucho mayor a la fuerzaactuante, entonces el ferrocemento resiste.

Fuerza de Traccin = 2392 Kg/m.

Espesor

El espesor de la pared es determinado a partir del esfuerzo de tensinadmisible del conjunto para que no sufra agrietamiento.

Observacin: El espesor asignado en el modelo generado cumple con

satisfaccin la resistencia al agrietamiento por lo que se mantiene el espesorde 3 cm.


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rea de acero requerida

Debido a que el tanque es diseado empleando las formulaciones deresistencia de materiales, la capacidad del acero debe ser minorada, en estecaso se ha reducido a la mitad de su capacidad.

Numero de alambres por metro de malla

rea de acero por metro de mal la

Numero de telas de malla requeridas

Observacin:Por norma se debe colocar mnimo 2 telas de mallas.

3.6.4 DISEO DE LAS PAREDES DEL TANQUE

Fuerza de traccin

Un depsito cilndrico que contenga un fluido, est sometido a fuerzas detensin en su seccin transversal, y las paredes han de resistir estas fuerzaspara evitar que estalle.

MATERIALES DISPONIBLES

Diametro d [mm] 1.3Tela de malla cuadrada soldadaEspaciamiento

[mm]12.7

Diametro d1 [mm] 6Acero de esqueletoEspaciamiento

[mm]100

Resistencia del acero a traccion Ra [Kg/cm2] 4550Resistencia del mortero a compresion Rb [Kg/cm2] 280

Tension permisible del conjunto agr [Kg/cm2] 50


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Espesor

El espesor de la pared es determinado a partir del esfuerzo de tensinadmisible del conjunto para que no sufra agrietamiento.

Observacin: El espesor asignado en el modelo generado cumple consatisfaccin la resistencia al agrietamiento por lo que se mantiene el espesorde 3 cm.

rea de acero requerida

Debido a que el tanque es diseado empleando las formulaciones deresistencia de materiales, la capacidad del acero debe ser minorada, en estecaso se ha reducido a la mitad de su capacidad.

Numero de alambres por metro de malla

rea de acero por metro de mal la

Numero de alambrones en armadura de esqueleto

rea de acero por metro en armadura de esqueleto

rea de acero requer ida en tela de mal la


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Al utilizar acero de esqueleto, se tendr en cuenta para disminuir el nmero detelas de malla.

Numero de telas de malla requeridas

Observacin:Por norma se debe colocar mnimo 2 telas de mallas.

Factor de Volumen:

Para el clculo del factor de volumen consideraremos tambin el del acero deesqueleto.

Superficie especifica

Como este valor no est entre 0.8 < S < 1.6 cm-1, entonces no cumple con lasdos condiciones y aumentamos el nmero de telas de malla a 3.

Realizando nuevamente el clculo tenemos:


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Factor de Volumen:

Superficie especifica

Como este valor est entre 0.8 < S < 1.6 cm-1, entonces cumple con las doscondiciones y por lo tanto el material se comporta como ferrocemento.

3.6.5 DISEO DE LA LOSA DE FONDO DEL TANQUE

El diseo del fondo de los tanques de almacenamiento depende de lassiguientes consideraciones:

Los cimientos usados para soportar el tanque, el mtodo que se utilizar paradesalojar el producto almacenado, la corrosin del fondo y el tamao deltanque. Lo que nos conduce al uso de un fondo plano, donde la resistenciapermisible del suelo es de 1,5 Kg /cm2

La losa de fondo tendr un dimetro de 4,2m y un espesor de 3cm.

La losa de fondo, no se disea si la construccin se hace adecuadamente, unbuen relleno compactado o un buen terreno que permita asimilar la presinhidrosttica del tanque, permitira que el Ferrocemento acte como una capaimpermeable sometida solo a compresin, excepto en la zona cercana a lasparedes donde el refuerzo debe ser similar a la de estas, en el resto con lasdos capas de mallas mnimas sera suficiente. No debe existir sub presiones,as que el manto fretico debe estar al menos 20 cm. por debajo del fondocuando est a su nivel mximo, para cumplir con sta condicin de sernecesario deber construirse un dren perimetral; de lo contrario habr que

mantener el tanque con agua para contrarrestar esa sub presin.


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CAPITULO IV: CONSTRUCCION DEL RESERVORIO

4.1 REQUERIMIENTOS DE CONSTRUCCION

4.1.1 CALIDAD DEL MORTERO

Requerimientos generales

Para obtener un mortero que cumpla con las resistencias de diseo, se debetener un control estricto en la seleccin de los materiales, dosificacin,preparacin del mortero, mtodos de colocacin y curado, con la finalidad deque el producto resultante permita obtener una adecuada resistencia a lacompresin, impermeabilidad, resistencia al ataque de agentes internos yexternos para prolongar la durabilidad de la estructura.

Propiedades del mortero

Densidad media del mortero m 2.200 kg/m3

Tamao mximo del agregado = 5 mm.

Capacidad de absorcin del agua < 8%

La densidad del mortero que debe tomarse para el clculo depende de lacantidad de acero de armadura utilizada, por ejemplo:

m = 2.300 kg/m3 (cuando las celdas de las mallas son pequeas)

m = 2.400 kg/m3 (cuando se usan dos mallas)

m, se incrementa 50 kg/m3 por cada malla adicional

Valores de la resistencia de diseo fc

Las estructuras de ferrocemento, trabajaran a una resistencia especificada a lacompresin mnima, ensayada a los 28 das de curado en ambientes hmedos:

fc 250 kg/cm2 (25 MPa), en cilindros de de 75 por 150 mm

fc 300 kg/cm2 (30 MPa), en testigos Cubos de 100 mm

Seleccin de la proporcin de mortero

Para la preparacin del mortero, la cantidad de materiales debepreferiblemente estar determinada por peso, debe responder a los resultados

obtenidos de los ensayos para una resistencia determinada de diseo,debiendo estar entre los siguientes rangos:


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Relacin en peso de agregado/cemento: 1,5 a 2; es decir, debe emplearse unaproporcin en peso equivalente a una parte de cemento por 1,5 a dos partes dearena.

Relacin en peso de agua/cemento (a/c): 0,35 a 0,5; puede optarse por:

0,4 si la arena es bien graduada, y se vibra

0,5 si se coloca a mano y la arena es angulosa

La relacin agua-cemento debe mantenerse lo ms baja posible, para darle almaterial calidad y trabajabilidad adecuada, por lo cual se recomienda que larelacin a/c 0,45.

Consistencia del mortero

Una buena compacidad del mortero se consigue cuando la mezcla es lo msdensa posible y sea capaz de aplicarse en su totalidad al interior de las mallas.

4.2 PROCESO CONSTRUCTIVO

4.2.1 TERRENO

SeleccinEl lugar donde se emplazar el tanque de reserva debe tener buenaresistencia, y de preferencia suelo seco (1.5 - 2.0 kg/cm2).

Preparacin

Medir y sealar un rea circular cuyo dimetro exceda 0.20 metros al dimetrodel tanque a construirse.

Excavar sta rea hasta encontrar terreno firme y nivelarlo. Se recomienda

hacer esta excavacin mnimo 30 cm de profundidad.

Sealar el permetro del tanque, con una cuerda del largo de su radio.

NOTA: Para mantener una referencia fija durante el proceso constructivo, serecomienda colocar una varilla de hierro de 10 - 12 mm x 40 cm, en el centrode la circunferencia.


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4.2.2 REPLANTILLO

Para que el acero de refuerzo no se contamine con tierra debe colocarse unacapa de cemento-arena proporcion 1:5 de 3 cm de espesor, o una capa deconcreto pobre de 5 cm de espesor denominado replantillo. Debe tenersecuidado de no perder la varilla que seala el centro del circulo y tambien lospequeos tramos de varillas que sealan el perimetro.

4.2.3 ARMADO DE LA CANASTA

Para saber cuanto mide la circunferencia del tanque se debe multiplicar eldimetro del tanque por .

Como el tanque diseado tiene un dimetro de 4.2 m, entonces el valor de lacircunferencia es 13.20 m. como queremos 30 cm para los traslapes entoncesdebemos cortar 13.50 m de malla electrosolda.

Cortar todas las cruces de las 2 primeras filas del lado del techo y tambien lasdel piso. Asi se tendran 40 cm de malla para amarrar la canasta con con elfondo y con el techo.

Marcar la medida original 13.20 m en la malla electrosoldada. Empatar elextremo de la malla con la marca de manera que se forme una canasta de 2.20

m de altura, y amarrar todas las cruces donde empatan los dos lados.Recordando que la canasta tiene que estar bien sentada y nivelada.

4.2.3 ARMADO DE LA PARRILLA PARA EL PISO DEL TANQUE

En una superficie plana se clava en el terreno una estaca y con un hilo o cordelse traza la circunferencia del tanque, sealndola con pequeos tramos devarillas. Se corta por separado 13.50 m de varilla y se envuelve en las varillasclavadas amarrndola en su extremo. Este proceso se repite para formar unacircunferencia de 1.26 m (crculo de 0.40 m. de dimetro).

Se corta varios tramos de varilla que se amarran en los crculos de 0.40 y 4.20m. de dimetro doblando 20 cm. en el extremo que va a ir unido a las paredes.


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4.2.4 UNION DE LA CANASTA CON LA PARRILLA DEL PISO

Una vez que este lista la malla comenzar a amarrar en todas las cruces de lacanasta y el piso.

Colocar la parrilla encima del firme y despus la canasta encima de la parrilla.Si todo est bien se puede amarrar la canasta a la parrilla en todas las cruces,asegurando que se vea bien redonda y recta la canasta.


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4.2.5 COLOCACIN DE LAS TELAS DE MALLA

El siguiente paso es fijar las capas de mallas en todo el interior de la canasta.Para esto utilizaremos capas de telas de mallas cuadradas soldadas conalturas de 1.00 m y 1.50 m.

A la malla electro soldada ya colocada, se le adhiere por el lado que ser laparte externa, dos capas de telas de mallas y por la parte interna una tela demallas, sostenindolas con amarres de alambre, colocando primero las franjade 1.50 m de altura y luego la capa de 1.00 m. de altura es decir quedando untraslape entre mallas de 30 cm.

4.2.6 RECUBRIMIENTO DE LAS PAREDES DE LA CANASTA CON MEZCLA

Antes de empezar, asegurarse que la canasta este a plomo o sea vertical. Encaso de que no lo este, con una cuerda jalar la parte de arriba de la canasta.

Sistema con acero de armazn o sin encofrado

A esa estructura de acero se le aplica el mortero por un lado, forzndolo a salirhacia el otro lado, segn lo descrito por el mtodo de una etapa o desde losdos lados como lo descrito en la tcnica de dos etapas.

El embarrado se hace colocando con cuidado la mezcla de afuera haciaadentro para llenar bien los espacios entre las mallas. Siempre trabajando deabajo hacia arriba y alrededor de la canasta.

Dejar secar un rato la mezcla de las paredes de la canasta para poder echarms mezcla y emparejar la pared.

Por ltimo darle una pasada con las planas de madera a las paredes.

Se repasar el mortero colocado tanto afuera como adentro, para llenar loshuecos y donde el mortero no penetr bien entre las mallas. Utilizar la reglapara enderezar toda la pared y el plomo para asegurar que las paredes seanverticales.

Empezando primero adentro del tanque y una vez terminado se realizara laparte de afuera.Una vez terminado el embarrado se dejara secar la mezcla.


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4.2.7 COLADO DEL PISO

Limpiar el piso sacando toda la mezcla o basura que haya cado dentro deltanque.

Se realiza el mismo procedimiento que para las paredes.

Al principio pueden trabajar 2 o 3 personas dentro del tanque, pero mientrasvayan terminando con el piso tendrn que ir saliendo hasta que quede unapersona adentro, que es la que va a terminar con el colado del piso.

4.2.8 IMPERMEABILIZACIN Y CURADO

Una vez que la fundicin exterior est relativamente seca, se procede a enlucirla superficie interior del tanque, utilizando mortero ms un aditivoimpermeabilizante de masa.

Mantener el tanque mojado interior y exteriormente durante siete das.

4.2.9 CONSTRUCCION DE LA CUBIERTA

Para la construccin de la tapa o cubierta del tanque de 4.2 m, se recomiendahacerlo por separado siguiendo el proceso que se describe a continuacin:

En una superficie plana se clava en el terreno una estaca que sobresalga laaltura del domo (flecha) y con un hilo o cordel se traza la circunferencia deltanque, sealndola con pequeos tramos de varillas. Se corta por separado13.50 m de varilla y se envuelve en las varillas clavadas amarrndola en suextremo. Este proceso se repite para formal otros crculos de dimetrosmenores.


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Dependiendo de la altura de la cubierta o domo (flecha), se corta un tramo devarilla o alambrn y se coloca sobre la estaca doblando los extremos 20 cm;esto se repite varias veces para formar los meridianos. Se colocan los crculosformados anteriormente sobre los meridianos para formar el esqueleto deldomo como se indica en la figura, amarrando las uniones con alambre N 20.

Posteriormente los huecos se van cubriendo con tramos de tela de malla,tejindolos para no tener "bolsas".

Revestimiento de la cubierta

La cubierta hay que hormigonarla cuando el armazn de la cubierta ya estcolocada sobre las paredes del tanque, pues si se hormigona en el piso harafalta una gra para levantarla.

El objetivo es aplicar una capa de mortero a la tela de malla tan delgada comosea posible. Esto, a la prctica, representa un espesor de entre 15 y 25mm,con una media de 20mm.

Primero se aplica por arriba y despus al cabo de un da, por abajo.

Si se hace el proceso sobre un plstico, el mortero que caiga durante elemplastecido puede ser reutilizado.


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Para que el trabajo se pueda llevar a cabo tanto de arriba como de abajo hayque elevar la estructura, colocndola al menos sobre 6 cajas o soportes paraque se mantenga estable y pueda resistir la presin ejercida durante elrevestimiento. Adems, en el centro tambin hay que colocar un soporte paraevitar que fleche durante el emplastecido.

Para preparar la mezcla, se emplea una relacin arena/cemento de 3:1. Lascantidades hay que medirlas con cuidado en un recipiente, por ejemplo uncubo. La arena es angulosa con un tamao de grano moderado y el cementoes del tipo Portland Ordinario.

La consistencia debe ser lo suficientemente seca como para no caerseatravesando las mallas pero tambin lo suficientemente trabajable como parapoderla extender con la paleta en la estructura. Aadiendo un plastificante selograr mantener una relacin agua/cemento moderada con suficientetrabajabilidad.

La relacin agua/cemento debe ser aproximadamente de 0,4. A la prctica elobjetivo es lograr la plasticidad deseada con la mnima agua posible; con unaproporcin baja se logra una mejor aplicacin del mortero en la malla sin quese caiga y adems se logra incrementar la resistencia del mortero.

Curado

Una vez acabada la estructura, se cubre con un plstico y se deja curar durante7 das.

Durante el curado se ir humedeciendo dos veces al da para mantener unahumedad alta en el proceso. ste es uno de los puntos ms importantes en laejecucin de la cubierta.

Colocacin de la cubierta en el tanque

En cuanto a la colocacin de la cubierta en el tanque, depender de lascaractersticas del cuerpo de ste.

Como la cubierta va a ir sobre la pared de ferrocemento entonces hay que atar

la estructura que sale de la pared a la estructura de la cubierta.


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CAPITULO V: PRESUPUESTO Y ESPECIFICACIONES TECNICAS

5.1 PRESUPUESTO DEL TANQUE DE FERROCEMENTO

UNIVERSIDAD DE CUENCA

DISEO DE TANQUE DE FERROCEMENTO PARA EL SISTEMA DE AGUA POTABLE DE LA COMUNIDAD DECHICHIN

Ubicacin: COMUNIDAD DE CHICHIN DE LA PARROQUIA JADAN

Fecha: JULIO 2011

PRESUPUESTO PARA CONTRATACION DE OBRAS

Item Codigo Descripcion Unidad Cantidad P.Unitario P.Total

1.01 RESERVA NUEVA 30 M3 3,417.89

1 501148 EXCAVACION A MANO M3 32.00 5.20 166.31

2501169

REPLANTILLO DE PIEDRA e = 20 cm M2 15.00 10.87 163.053 501168 HORMIGON SIMPLE F`C 210 KG/CM2 M3 3.70 134.41 497.31

4 501157 PINTURA LATEX M2 45.40 2.45 111.33

5 501154 ENLUCIDO CEMENTO ARENA 1:2 + IMPERMEABILIZANTE M2 43.75 6.49 283.96

6 501153 ENLUCIDO CEMENTO ARENA 1:2 M2 49.00 5.92 289.93

7 501132 ESCALERA DE TUBO HG 3/4" U 1.00 30.27 30.27

8 501130 ACERO DE REFUERZO Fy = 4200 kg/cm2 KG 75.00 1.51 113.46

9 501129 DRENES D=110 mm PVC/S DESAGUE M 12.50 12.43 155.40

10 501127 MALLA CUADRADA SOLDADA 1/2" H = 1.50 M ML 67.00 5.25 351.48

11 501126 MALLA CUADRADA SOLDADA 1/2" H = 1.00 M ML 67.00 4.12 276.28

12 501083 MALLA ELECTROSOLDADA TIPO 3.10 M2 32.40 5.49 177.88

13 501079 MORTERO CEMENTO ARENA 1:2 M3 2.70 250.59 676.59

14 501009 TAPA DE TOOL 100x100 cm U 1.00 70.28 70.28

SUBTOTAL 3,417.89

IVA 12% 410.15TOTAL 3,828.03

5.2 ESPECIFICACIONES TECNICAS

Cemento

El cemento a utilizarse ser el cemento Portland Tipo I, se lo conoce comocemento portland ordinario, que es el de mayor utilizacin en el mercado. Se lo

utiliza en hormigones normales que no estarn expuestos a sulfatos en elambiente, en el agua o en el agua del subsuelo.

Agregados

El rido utilizado en la elaboracin del mortero ser arena con un tamaomximo de 5 mm, preferentemente se utilizar el rido que pasa el tamiz N 8(2.38 mm de abertura).

El agregado fino puede estar conformado de arena natural, manufacturada o

una combinacin de ambas y sus partculas deben ser limpias, fuertes, de perfilpreferentemente angular, libres de sustancias perjudiciales como polvo,


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terrones, pizarras, sales, lcalis, esquistos, materia orgnica u otras sustanciasdainas y deben ser capaces de producir una mezcla lo suficientementetrabajable con una relacin agua - cemento mnima .

Agua

El agua de mezclado del mortero que conforma una estructura de ferrocementodebe ser potable, evitar las impurezas para no interferir en las propiedades delmortero.

En los casos de no se cuente con agua potable, el agua disponible debercumplir con los siguientes requisitos:

Ser limpia y libre de sustancias perjudiciales tales como sales, cidos, aceites,materia orgnica u otras sustancias dainas para el mortero, acero del

armazn, malla de refuerzo y otros elementos embebidos.

Malla de refuerzo

a)El comportamiento del ferrocemento depende en gran medida del tipo, gradode concentracin, orientacin, resistencia del refuerzo y de las dimensiones delas mallas.

b) Las mallas de refuerzo estn formadas de alambres tejidos, trenzados osoldados, que se distribuyen uniformemente en la masa del mortero, y comoprincipales caractersticas deben ser manuales y flexibles para adaptarse adiversas formas.

c) Para la construccin de ferrocemento se emplearn como refuerzo,cualquiera de las mallas indicadas en las tablas 1,2 y 3, de acuerdo al tipo desolicitaciones a que va a estar sometida la estructura.

d) Las mallas hexagonales, mallas cuadradas entretejidas, mallas cuadradassoldadas y mallas de metal expandido, deben ser resistentes a la corrosin.


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Acero del armazn

El acero de armazn esta conformaba por alambrones o barras que sirve parala conformacin del esqueleto del ferrocemento y sustenta las mallas, debecumplir los siguientes criterios:

Debe procurar usar barras de acero de dimetros entre 3,4 6,35 mm.

Deben estar unidas y amarradas por alambre N 16 BWG.

La tabla 4, muestra las principales caractersticas de las varillas de acero yamarre utilizados para conformar el acero de armazn:

Aditivos

Definicin.- Se entender por aditivos, a los productos qumicos que seaaden en ocasiones a los morteros de cemento y hormigones, con el


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propsito de crear propiedades especiales, de neutralizar caractersticasnormales del hormign o de corregir algunas deficiencias de los morteros.

Especificaciones.- La utilizacin de aditivos en morteros servirn por logeneral para dar impermeabilidad a enlucidos interiores de tanques de

almacenamiento o estructuras que vayan a estar en contacto con el agua.Los aditivos que sirvan para impermeabilizar estructuras en contacto con elagua se los utilizar de acuerdo a lo que se indique en el proyecto y/o porrdenes del Ingeniero Fiscalizador, y stos debern ser de primera calidad,producidos por acreditado fabricante y sometidos a la previa aprobacin delIngeniero Fiscalizador.

CONCLUSIONES

La correcta aplicacin de normas establecidas en lo que se refiere a

abastecimiento de agua investigadas para la realizacin de esteproyecto nos permite tener dimensiones acorde a la realidad del mediodonde se realizara el proyecto, de esta manera se evitansobredimensionamientos y gastos econmicos innecesarios, o peor aundimensiones menores a las requeridas convirtindola en inadecuada ypoco funcional para cumplir con las expectativas de la poblacin.

Los programas computacionales de clculo estructural que se disponeen la actualidad nos permiten tener obtener los resultados en forma

rpida, la base del xito es saber plasmar los modelos a los efectos quesuceden en la realidad.

El mtodo de clculo de los esfuerzos admisibles nos ha permitidodimensionar el tanque de forma tal que las tensiones de traccin y elagrietamiento no sobrepasen las permisibles para este tipo de obra

El tener claro el comportamiento de los materiales cuando sonsometidos a esfuerzos nos lleva a diseos que cumplen las normas decalidad y de correcto funcionamiento.

La metodologa empleada para el diseo nos permite tener un control decada uno de los aspectos que involucran el comportamiento de losmateriales cuando son sometidos a esfuerzos lo que da como resultadoun correcto diseo.


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El tener un adecuado control de la estructura durante de la construccinpermitir obtener un deposito seguro, y cumplir con los mantenimientosde rutina sern de gran ayuda para realizar pequeas reparaciones conel nico fin de prolongar su vida til.

El ferrocemento nos abre nuevos caminos en lo que se refiere a diseo yconstruccin de estructuras, ya que su diseo no requiere deelaboradas formulaciones y en cuanto a construccin evita el empleo decomplejos mtodos constructivos.

El proyecto realizado nos ha enseado que no se requieren grandesinversiones para poder acceder a un bien que ser de completobeneficio para la comunidad.

BIBILOGRAFIA

FERROCEMENTO DISEO Y CONSTRUCCION Dr. Ing. HugoWainshtok

DISEO SSMICO DE ESTRUCTURAS CONTENEDORAS DELQUIDOS (ACI 350.3-01) Y COMENTARIOS (350.3R-01)

CDIGO ECUATORIANO DE LA CONSTRUCCIN 2002 PELIGROSSMICO, ESPECTROS DE DISEO Y REQUISITOS MNIMOS DECALCULO PARA DISEO SISMO-RESISTENTE.

Apuntes de Clase del mdulo Ferrocemento dictado en el curso degraduacin.

http://www.itacanet.org/esp/agua/Seccion%205%20Tanques/Ejecuci%C3%B3n%20de%20tanques%20de%20ferrocemento.pdf
http://www.itacanet.org/esp/agua/Seccion%205%20Tanques/Ejecuci%C3%B3n%20de%20tanques%20de%20ferrocemento.pdfhttp://www.itacanet.org/esp/agua/Seccion%205%20Tanques/Ejecuci%C3%B3n%20de%20tanques%20de%20ferrocemento.pdfhttp://www.itacanet.org/esp/agua/Seccion%205%20Tanques/Ejecuci%C3%B3n%20de%20tanques%20de%20ferrocemento.pdfhttp://www.itacanet.org/esp/agua/Seccion%205%20Tanques/Ejecuci%C3%B3n%20de%20tanques%20de%20ferrocemento.pdf


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ANEXOS

Anlisi s de Prec ios Unitar ios

Cdigo: 501168

Descrip.: HORMIGON SIMPLE F`C 210 KG/CM2

Unidad: M3

Especific.:

COSTOS DIRECTOS

Equipo y herramienta

Cdigo Descripcin Unidad Cantidad Precio Rendim. Total

101003 Herramientas menores HORA 1.0000 0.40 1.0000 0.40

101010 Concretera hora 1.0000 2.50 1.0000 2.50

101011 Vibrador hora 1.0000 2.00 1.0000 2.00

Subtotal de Equipo: 4.90

Materiales

Cdigo Descripcin Unidad Cantidad Precio Total

201005 Cemento kg 350.0000 0.12 42.00

201006 Arena m3 0.7000 25.00 17.50

201007 Grava m3 0.8500 25.00 21.25

Subtotal de Materiales: 80.75

Transporte

Cdigo Descripcin Unidad Cantidad Tarifa/U Distancia Total

Subtotal de Transporte: 0.00

Mano de Obra

Cdigo Descripcin Nmero S.R.H. Rend

Documents

Conectiva e Impulsiva Calculo