DISEÑO TANQUE ELEVADO
Diseñ o d e la plac a de co nc reto en el lad o lib re de la colum na:
Dimensiones:
DISEÑO FINAL DE LA PLACA (Redimensionamiento)
()
CARGAS QUE ACTUAN EN LA COLUMNA:
Carga Muerta:
Carga Viva:
Combinaciones de cargas:
DISEÑO DE L A COLUMNA:
Se escogió el perfil HE-220B, con las siguientes características:
Especificaciones del catálogo (Dimensiones). G (kg/m) 71,5
h (mm)
b (mm)
t w (mm)
t f (mm)
r (mm)
220
220
9,5
16
18
A (mm2x102) 91,0
hi (mm)
d (mm)
188
152
Especificaciones del catálogo (Propiedades del perfil) Eje fuerte x-x Ix (mm4x104) 8091
Sx (mm3x103) 735,5
Zx (mm3x103) 827,0
rx (mmx10) 9,43
Sy (mm3x103) 258,5
Zy (mm3x103) 393,9
ry (mmx10) 5,59
Eje débil y-y Iy (mm4x104) 2843
Calculo de la relación de esbeltez:
En este caso se le calcula la relación de esbeltez con respecto al eje débil, y-y:
Calculamos Cc para acero grado-60:
Siendo E, el módulo de elasticidad del acero=200.000 Mpa y Fy=420Mpa:
Cc
Calculamos Fc:
Calculamos la carga crítica:
Ok
De lo anterior:
Entonces de usa la siguiente ecuación:
MOMENTO REAL IZADO POR L A CA RGA DE VIENTO:
Calculamos momentos resistentes del perfil:
Ahora calculamos el momento actuante producido por la carga de viento en el empotrado teniendo en cuenta la altura de la placa de concreto superior y el
tanque, aplicando la carga de viento en la situación más crítica cuando el viento conecte en ambas caras de la columna: Teniendo en cuenta lo anterior entonces,
:
Tomando la mínima fuerza de viento con base a la NSR-10 de 0,6 kN/m2 Columna Placa superior Tanque
b(m) 0,22 3,60 2,56
h(m) 5 0,15 2,90
[ ] Ok
Ahora se tiene que:
( )
DISEÑO DE LA PL ACA DE B ASE
Comprobando si se necesita placa de base
Peso de la columna=71,5 kg/m x 5m = 3,5 kN
Tomando la placa que cubra todo el pedestal:
El lado mínimo tomando una sección cuadrada de la placa es de 15x15 cm, pero para conceder espacio para las uniones con el pedestal se tomara la sección de 30x30 cm con un área=900cm2 > área mínima=200 cm2 . Espesor de la placa:
Se toma el mayor valor m=6,2 cm, entonces:
DISEÑO DE LA ZAPATA
Si
, entonces:
Tomando la zapata de forma cuadrada entonces se tiene que:
Redistribuyendo términos:
Solucionando la ecuación para L:
Se calculan las cargas de diseño
PI = PD + PL PD = 51,0685 KN PL = 98 KN PI = 51,0685 + 98 PI = 149,0665 KN MX = 23,117 KN-M MY = 23,117 KN-M Se determina la carga mayorada
PU = 1,2*PD + 1,6*P L PU = (1,2*51,0685) + (1,6*98) PU = 218,0822 KN MXU = 23,117 KN-M MYU = 23,117 KN-M Ahora se determina el espesor (H) de la Zapata El espesor (H) de la zapata será igual al peralte efectivo, (d), más el recubrimiento, (r). De acuerdo con la sección c.15.7, el peralte efectivo, (d), debe cumplir: D<150 mm……………zapatas sobre el suelo
H = 0,15 + 0,1
entonces
H = 0,25 m
Además, el valor de (d) debe ser lo suficientemente grande para que el concreto absorba todo el cortante y no requerir de refuerzo en ese sentido. Utilizando la ecuación 2.9-c
d= d=
√ √
d = 0,1542 0,20 Por lo tanto H = d + 0,1 H = 0,30 m Determinación de la presión de contacto neta mayorada B = L B = lado paralelo al eje x (1,5 m) L = lado paralelo al eje y (1,5 m)
( ) ( )
Ahora se determinan los esfuerzos en los puntos (1, 2, 3 y 4) para la verificación del cortante acción como viga y diseño a flexión Para esto:
yi = Xi =
yi = 0,75 m Xi = 0,75 m
Con esto, reemplazando los valores en la ecuación anterior:
Para cada caso(1, 2, 3 y 4)
Ahora se determinan los esfuerzos en los puntos (5, 6, 7 y 8) para la verificación del cortante acción por funcionamiento.
X =
= 0,25 y = = 0,25 yi =
y i =
i
i
( )
para cada caso (5, 6, 7 y 8)
Ahora se determina los esfuerzos en los puntos (9, 10, 13 y 14) para la verificación del cortante como viga
X =
= 0,75 y = = 0,35
yi =
yi =
i
i
( )
para cada caso (9, 10, 13 y 14)
Ahora se determinan los esfuerzos en los puntos (11, 12, 15 y 16) para la verificación del cortante como viga
X =
= 0,35 X = = 0,75
yi =
yi =
i
i
( )
para cada caso (11, 12, 15 y 16)
Ahora se verifica la resistencia al corte. Se debe cumplir la ecuación en las secciones críticas
Ahora se verifica la acción en dos direcciones o funcionamiento Perímetro de sección critica 1
b0 = 2*(a + b) + (4*d) b0 = 2*(0,3 + 0,3) + (4*0,2) b0 = 2 metros
Resistencia de diseño de la sección critica 1
= = 10
= 1
Teniendo en cuenta que
√ <2, y
<20
√ 916,51 kn
Fuerza cortante mayorada actuante
Área tributaria (At) = Área tributaria (At) = Esfuerzo promedio (
= 0,25 m2
)=
=
= 96,92 kn/m2
Entonces funciona
= 193,8522
Ahora para chequear por cortante como acción como viga, dado que la zapata es totalmente simétrica se toma una sola sección crítica (2)
√ √ 171,85 kn
Área tributaria (At) = Área tributaria (At) =
Área tributaria (At) = 0,6 M2
Esfuerzo promedio (
)=
=
= 125, 33 kn/m2
Funciona
= 75,198
Por lo tanto es espesor propuesto funciona
Dimensiones finales de la zapata
DISEÑO A FLEXION Se buscan las cuantías limites
Con
Ahora por norma las cuantías mínimas, serán:
Pero no menor que
Se toma como la mínima.
√
Ahora se empieza el método de trabajo
Este se hace con los esfuerzos en los puntos nombrados (17, 18, 21 y 22)
X = yi = i
= 0,75 X = = 0,15 ( ) yi = i
Para cada caso (17, 18, 21 y 22)
Para los esfuerzos nombrados (24, 19, 20 y 23) en los puntos
X = yi = i
= 0,15 X = = 0,75 ( ) yi = i
Para cada caso (24, 19, 20 y 23)
Ahora se calcula el refuerzo requerido en cada dirección de manera independiente. Por la simetría de la zapata solo es necesario revisarla en una sola sección crítica. El refuerzo paralelo al lado L O B se calcula para el momento de la sección llamada IV
= = 121,58 KN/m2
Esfuerzo promedio (
)=
Ahora se hace lo siguiente
Ahora
Por lo tanto para hallar la cuantía se hace lo siguiente
Ahora
Ahora se aplica la ecuación de cuantía necesaria para soportar el momento.
)
)
Ahora por último se chequea que este entre las cuantías limites Por lo tanto cumple Ahora se determina el área de acero correspondiente a la cuantía hallada:
Ahora se escoges las varillas que más se adapten al área de acero hallada Se escogen 10 varillas #4 por cada lado paralelo tanto al eje X y Y
Ahora se calcula el espaciamiento
Espaciamiento = 14,3 > 1 pulgada = 2,54
Funciona, por lo tanto para cada lado, paralelo al eje X y Y, se necesitan 10 varillas #4, espaciadas aproximadamente 14 centímetros.
DISEÑO PLA CA SUPERIOR DE CONCRETO
CARGAS
Consideramos (C.M= Peso propio del tanque+Peso propio de la placa, y C.V=peso del tanque lleno).
Diseñando para carga de servicios:
Haciendo distribuida la P sobre la placa:
Analizando la placa como viga calculamos el momento máximo actuante en esta:
Diseñamos a flexión:
Con base al diseño de la zapata tenemos las cuantías:
Tomando un recubrimiento de 4 cm: d=h-4; d=11 cm
Para hallar la cuantía de diseño utilizamos la siguiente formula:
Siendo:
De lo anterior, siendo Fy=420Mpa y F´c=21 Mpa, entonces:
Reemplazando:
Si cumple
, así que:
Se escoge las barras:
Como la estructura es simétrica este análisis es válido para ambos tramos de la seccion transversal y para el lado lateral de la placa.
La placa de base que une la losa de concreto con la columna presenta las mismas dimensiones que la placa de base en la base inferior de la columna.
DISEÑO FINAL
DISEÑO DE TANQUE ELEVADO (FLEXO-COMPRESION)
PRESENTADO POR: DANIEL ALMANZA MERCADO DARWIN SMITH SOLORZANO GONZALEZ RONALD YESID GONZALEZ CONTRERAS
ING. CIVIL VII SEMESTRE
PRESENTADO A: ING. EMEL MULET RODRIGUEZ
UNIVERSIDAD DE SUCRE FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL ESTRUCTURAS METALICAS SINCELEJO, SUCRE PERIODO II – 2014
