MEMORIA DISEÑO ESTRUCTURAL ABASTECIMIENTO

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1 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA Doc. 001 Rev. 001 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 7 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA MEMORIA DISEÑO ESTRUCTURAL ABASTECIMIENTO JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio 2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente:

2 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA Doc. 001 Rev. 001 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 2 de 7 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL CÁMARAS ROMPE PRESIÓN JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio 2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente: 2

3 ÍNDICE 1 CÁMARA ROMPE PRESIÓN GENERALIDADES UBICACIÓN CÁMARAS ROMPE PRESIÓN RED DISTRIBUCIÓN UBICACIÓN CÁMARAS ROMPE PRESIÓN LÍNEA CAPTACIÓN CABRACANCHA - PTAP UBICACIÓN CÁMARAS ROMPE PRESIÓN LÍNEA CAPTACIÓN PALLJARUTA - PTAP CÁLCULO ESTRUCTURAL... 5 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Ubicación Cámaras Rompe-Presión Red distribución... 4 Tabla 2. Ubicación Cámaras Rompe-Presión línea conducción Cabracancha-PTAP... 4 Tabla 2. Ubicación Cámaras Rompe-Presión línea conducción Palljaruta -PTAP

4 1 CÁMARA ROMPE PRESIÓN 1.1 GENERALIDADES En este documento se presentan los cálculos de las estructuras denominadas Cajas Rompe Presión, estas cámaras tienen como objetivo hidráulico bajar la presión en ciertos puntos de la red para conseguir una eficacia en el trabajo. Se proyectan tres grupos de cámaras según su función; 3 Cámaras Rompe - presión proyectadas para la línea de conducción que lleva el agua desde la captación Cabracancha hasta la PTAP, otras 2 cámaras Rompe-Presión para la línea de conducción Palljaruta - PTAP y las 12 cámaras que se colocarán en la red de distribución que sirven como cámaras de sectorización. 1.2 UBICACIÓN CÁMARAS ROMPE PRESIÓN RED DISTRIBUCIÓN X_UTM (m E) Y_UTM (m S) Identificación Cota Terreno (m) Cámara Rompe Presión Cámara Rompe Presión Cámara Reductora Presión Cámara Reductora Presión Cámara Reductora Presión Cámara Reductora Presión Cámara Reductora Presión Cámara Reductora Presión Cámara Reductora Presión Cámara Reductora Presión Cámara Reductora Presión Cámara Reductora Presión Tabla 1. Ubicación Cámaras Rompe-Presión Red distribución 1.3 UBICACIÓN CÁMARAS ROMPE PRESIÓN LÍNEA CAPTACIÓN CABRACANCHA - PTAP X_UTM (m E) Y_UTM (m S) Identificación Cota Terreno (m) Cámara Rompe Presión Cámara Rompe Presión Cámara Rompe Presión Tabla 2. Ubicación Cámaras Rompe-Presión línea conducción Cabracancha-PTAP 4

5 1.4 UBICACIÓN CÁMARAS ROMPE PRESIÓN LÍNEA CAPTACIÓN PALLJARUTA - PTAP X_UTM (m E) Y_UTM (m S) Identificación Cota Terreno (m) Cámara Rompe Presión Cámara Rompe Presión Cámara Rompe Presión Tabla 3. Ubicación Cámaras Rompe-Presión línea conducción Palljaruta -PTAP La cámara rompe-presión 3 es la misma que la de la línea de conducción Cabracancha PTAP. Además sirve como punto de reunión de ambas líneas. 1.5 CÁLCULO ESTRUCTURAL En la siguiente figura se muestra un esquema de las cámaras romp-presión. Ilustración 1 Planos de Cámaras Rompe- Presión 5

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7 ARMADURA La estructura al ser de 1.50 m de altura y tener el relleno a la mitad de la altura en todo su perímetro, solo requiere armadura mínima. ARMADURA TECHO 10cm: As min = x 100 x 10 = 1.80 cm²/m una cara As colocada Φ 3/8 c/25 = 2.84 cm²/m Cumple ARMADURA VERTICAL MURO 15cm: As min = x 100 x 15 = 2.70 cm²/m una cara As colocada Φ 3/8 c/25 = 2.84 cm²/m Cumple ARMADURA HORIZONTAL MURO 15cm: As min = x 100 x 15 = 2.70 cm²/m una cara As colocada Φ 3/8 c/20 = 3.55 cm²/m Cumple ARMADURA LOSA FONDO 20cm: As min = x 100 x 20 = 4.00 cm²/m dos caras As colocada Φ 3/8 c/25 = 2.84 cm²/m Cumple 7

8 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA Doc. 001 Rev. 001 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 78 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA MEMORIA DISEÑO ESTRUCTURAL PTAP JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio 2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente:

9 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA Doc. 001 Rev. 001 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 10 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA PARÁMETROS DE DISEÑO ESTRUCTURAL PTAP JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio 2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente:

10 ÍNDICE 1 INTRODUCCIÓN NORMATIVA UTILIZADA PARÁMETROS GEOTÉCNICOS MATERIALES CARGAS Y SOBRECARGAS Cargas sísmicas Cargas de Viento Cargas de Nieve Fluidos y presión Cargas muertas Cargas vivas ANÁLISIS SÍSMICO ESTRUCTURAS CONTENEDORAS DE LÍQUIDO EMPUJE DE TIERRA COMBINACIONES DE CARGA BASES DE CÁLCULO CRITERIOS GENERALES DESPLAZAMIENTOS ORGANIZACIÓN DE LAS ARMADURAS Y CUANTÍAS MÍNIMAS... 9 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1. Mapa sísmico del Perú. Fuente E030 Diseño sismo-resistente Ilustración 2. Sistema mecánico equivalente de Housner... 7 Ilustración 3. Esquema para el método de Mononobe-Okabe

11 1 INTRODUCCIÓN En este documento se presentan los parámetros generales para el diseño estructural de los elementos proyectados en la PTAR. El armado final de cada estructura proyectada se incluye en archivos específicos de cada uno. 2 NORMATIVA UTILIZADA Las normas que se aplican al diseño y construcción de la presente estructura son las del Reglamento Nacional de Edificaciones: E-050 Norma Técnica de suelos y cimentaciones. E-020 Norma Técnica de Cargas. E-030 Norma Técnica de Diseño Sismo Resistente. E-060 Norma Técnica de Concreto Armado. ACI 318. ACI 350.3/350.3 R-17 Diseño Sísmico de estructuras contenedoras de líquido. 3 PARÁMETROS GEOTÉCNICOS A continuación se presentan los parámetros geotécnicos obtenidos del informe geológico geotécnico de la zona. En concreto los resultados se corresponden con la calicata C-10 del informe. - % Finos % Arenas % Gravas Angulo de fricción = 28 - Cohesión cc = 8.9 kkkk/mm 2 - Peso unitario del suelo γγ = kkkk/mm 3 - Humedad W = 27.67% - Índice Plasticidad I.P.= Tensión admisible (FS=3) σσ = 2.84 kkkk/cccc2 En los trabajos realizados en la zona de estudio se observa humedad media, mas no se encontró el Nivel freático. 3

12 Cálculo coeficiente de balasto vertical: Hacemos uso de la fórmula de Bowles: Siendo FS el factor de seguridad empleado para minorar la tensión admisible. Sustituyendo en la fórmula se obtiene un valor Kv = 3408 Ton/m3 Cálculo coeficiente de balasto horizontal Para los suelos arenosos el módulo elástico E del suelo aumenta con la presión efectiva de confinamiento, el valor de kh puede ser aproximado con la utilización de la siguiente ecuación: Se utiliza la fórmula propuesta por Terzaghi para el valor de nh En esta ecuación C es un coeficiente que varía entre valores mínimo del orden de 100 para arenas Sueltas, a un valor de 2100 para arenas Densas, y que puede ser aproximado en función de los resultados del SPT por la siguiente ecuación: Para nuestro suelo se asume un valor Nc = 7.53 El coeficiente de balasto horizontal queda por tanto de la siguiente forma: Obteniéndose una relación de Kh= z/b [Ton/m3] 4 MATERIALES Los materiales empleados en las diferentes estructuras son los siguientes: Concreto simple: Solados f c =100 kg/cm² 4

13 Concreto estructural Concreto armado f c =280 kg/cm². Según se indica en la Tabla 4.2 de la norma E.060, para concretos que se pretenda tengan baja permeabilidad en exposición al agua, la resistencia a compresión f c deberá ser como mínimo 28 MPa Acero de refuerzo, f y 4200 kg/cm2. 5 CARGAS Y SOBRECARGAS 5.1 Cargas sísmicas De acuerdo al mapa de zonificación sísmica de la Norma de Diseño Sismo- resistente E 030, el lugar se encuentra en la zona sísmica 4, ya que así lo indica el RNE. De acuerdo a esto el coeficiente de zonificación para la determinación de las cargas de sismo es Z= 0,45 que representa la máxima aceleración horizontal con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 años. La fuerza sísmica vertical se considerará como una fracción del peso. Para las zonas 2 y 3, esta fracción será de 2/3 Z. Para la zona 1 no será necesario considerar este efecto. Ilustración 1. Mapa sísmico del Perú. Fuente E030 Diseño sismo-resistente. 5.2 Cargas de Viento La carga exterior (presión o succión) ejercida por el viento se supondrá estática y perpendicular a la superficie sobre la cual se actúa. Se calculará mediante la expresión: 5

14 Siendo, Vh = velocidad de diseño a la altura h, en Km/h y C = factor de forma adimensional. 5.3 Cargas de Nieve No se ha considerado la posibilidad de este fenómeno en la zona del proyecto, por tanto las estructuras y/o elementos con tapa no están expuestos a la acción de carga de nieve. 5.4 Fluidos y presión Correspondientes al empuje lateral de los fluidos sobre las paredes del elemento que corresponde, también tiene en cuenta el empuje del suelo sobre las paredes del elemento enterrados que lo contiene considerando además el efecto de la sobrecarga y/o presiones hidrostáticas que actúen sobre él. 5.5 Cargas muertas Se ha considerado como cargas muertas al peso de los materiales, dispositivos de servicios equipos, tabiques y otros elementos soportados incluyendo el peso propio de la estructura. 5.6 Cargas vivas Se ha considerado como cargas vivas al peso de todos los ocupantes, materiales, equipos, y otros elementos móviles soportados por las estructuras. 6 ANÁLISIS SÍSMICO 6.1 ESTRUCTURAS CONTENEDORAS DE LÍQUIDO El análisis sísmico se efectuó siguiendo las indicaciones de la norma Seismic Design of Liquid- Containing Concrete Structures (ACI ). Los criterios de Housner están ya establecidos en el reglamento ACI , con lo cual como alternativa se puede usar este para el cálculo de los parámetros sísmicos para el análisis de reservorios. En este modelo la masa impulsiva (Wi) representa a la masa de agua que permanece quieta durante la solicitación sísmica y la masa convectiva es la que olea, presentándose chapoteo en las paredes del reservorio esta masa vibra con un periodo diferente al de la estructura y al de la masa impulsiva. En el modelo la masa impulsiva se encuentra actuando a una altura hi y esta actúa moviéndose con el mismo periodo de vibración que el reservorio, es por este motivo que esta masa se aplicara en las paredes del reservorio con una magnitud de mitad en cada una de las dos 6

15 paredes en que actué el sismo, por su parte la masa convectiva al tener un periodo diferente que el resto de la estructura se modela con resortes unidos a las paredes del reservorio, estos resortes tiene la rigidez calculada con las fórmulas correspondientes. Ilustración 2. Sistema mecánico equivalente de Housner 6.2 EMPUJE DE TIERRA Mononobe y Okabe (M-O) desarrollaron las bases de un análisis pseudo-estático con el fin de estimar las presiones que ejercen los suelos sobre los muros de contención durante un movimiento sísmico. Este método incluye en el cálculo la valoración de aceleraciones pseudoestáticas horizontales y verticales, actuantes sobre la cuña activa de Coulomb. El empuje dinámico (sísmico) del suelo, se obtiene entonces a partir del equilibrio de la cuña luego de chocar esta, con la pantalla del muro. Empuje Dinámico (Mononobe-Okabe). Para aplicar este método debemos conocer el peso específico (ᵞ), el ángulo de fricción (ø) del suelo de relleno, ángulo de fricción (ᵟ) entre el suelo de relleno y el trasdós del muro, el ángulo (i) entre el talud de relleno y la horizontal y el ángulo (β) de inclinación de la superficie del trasdós del muro. Además se define el ángulo θθ = aaaaaa. tttttt ( KKh ) 1 KKKK Donde (Kh) será el coeficiente sísmico horizontal y (Kv) el coeficiente sísmico vertical, correspondientes a la zona para la cual se diseñará el muro. El método de Mononobe-Okabe, como ya se indicó anteriormente, considera el empuje del suelo de relleno como la acción de una cuña triangular activa de suelo sobre la pantalla del muro, este empuje se calculará así: 7

16 Ilustración 3. Esquema para el método de Mononobe-Okabe Se define el coeficiente de empuje activo dinámico igual a: Y el empuje activo total como: EEEEEE = 1 2 Ɣ HH2 (1 KKKK) KKKKKK El empuje activo total se puede dividir en una componente estática que actúa a H/3 sobre la base del muro, y una componente dinámica que actúa a 0.6H. La fórmula propuesta presenta valores del lado de la seguridad respecto a la descomposición en componente estática y dinámica. 7 COMBINACIONES DE CARGA Las combinaciones de carga serán aplicadas según las cargas que actúen en cada elemento estructural. 8 BASES DE CÁLCULO 8.1 CRITERIOS GENERALES Las estructuras fueron analizadas y calculadas estructuralmente de acuerdo a los siguientes criterios generales: La resistencia nominal del concreto f c se consideró igual a 280 kg/cm². Para el acero se supuso un esfuerzo de fluencia de 4200 kg/cm² con un módulo de elasticidad igual a Kg/cm². Los pesos de los elementos se estimaron a partir de sus dimensiones reales, considerando un 8

17 peso específico de 2.40 Ton/m3. El diseño para los elementos de concreto armado se efectúa empleando criterios de diseño a la rotura según las indicaciones de la Norma Peruana de Concreto Armado E-060. Se han creado modelos de todas las estructuradas proyectadas en el software Sap2000, ampliamente reconocido en el campo del cálculo estructural. 8.2 DESPLAZAMIENTOS Los elementos de concreto reforzado sometidos a flexión deben diseñarse para que tengan una rigidez adecuada con el fin de limitar cualquier deformación que pudiese afectar adversamente la resistencia o el funcionamiento de la estructura bajo condiciones de servicio. El máximo desplazamiento relativo de entrepiso (calculado según el capítulo 5.2 de la NTE E.030 atualizada, de Diseño Sismorresistente), dividido entre la altura de entrepiso, no deberá exceder de 0, ORGANIZACIÓN DE LAS ARMADURAS Y CUANTÍAS MÍNIMAS Recomendaciones por fisuración Como armaduras se utilizaran barras corrugadas con separación no superior a 3 veces el espesor del muro o losa analizada o 40cm, la que sea menor. Las cuantías geométricas de las armaduras, tanto verticales como horizontales, deberán tener un valor mínimo con objeto de prevenir posibles fisuras debidas a la retracción y a las variaciones de temperatura. Es recomendable adoptar los siguientes valores, por cada cara y dirección. W (ancho fisura)=0.1mm, propio de ambientes agresivos, en flexión la cuantía mínima será del de la sección total del hormigón. W (ancho fisura)=0.2mm, en flexión la cuantía mínima será del de la sección total del hormigón. 9

18 Además de las cuantías mínimas, para evitar problemas de fisuración se mantendrá un recubrimiento de 7cm en las paredes que tengan posible contacto con agua. Cuantías mínimas por elementos El código NTE E.060 de Concreto Armado contempla las siguientes cuantías mínimas referidas a cada uno de los elementos. Para el caso de muros: Refuerzo principal: 1.5 por mil del área de concreto en cada cara. Para la cuantía de la armadura a compresión se suele adoptar un valor del 30% del valor de la armadura a tracción, o la cuantía mínima en su defecto. Refuerzo transversal: 2 por mil del área de concreto en cada cara El código ACI adopta un valor de 4 por mil y añade que al menos la mitad de esta armadura horizontal se dispondrá en la cara exterior y al menos un tercio en la interior. Para el caso de la solera (placa de fondo): 2 por mil de área de hormigón en ambas direcciones y a repartir en ambas caras. Cuando el acero mínimo se distribuya en las dos caras de la losa, deberá cumplirse que la cuantía de refuerzo en la cara en tracción por flexión no sea menor de

19 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA Doc. 001 Rev. 001 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 6 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL FLOCULADORES JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio 2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente:

20 ÍNDICE 1 GENERALES FLOCULADORES DIMENSIONES ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA ARMADURA... 4 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: Planta Floculadores... 3 Ilustración 2: Secciones transversal Ilustración 3: Diagrama Ast1 (m2/m), Máximo Absoluto. Floculadores Sap Ilustración 4: Diagrama Ast2 (m2/m), Máximo Absoluto. Floculadores Sap

21 1 GENERALES En este documento se presentan los cálculos de las estructuras denominadas floculadores de la Planta de Tratamiento de Aguas Potables (PTAP). 2 FLOCULADORES 2.1 DIMENSIONES Como se puede ver en las imágenes adjuntas y en los planos correspondientes, las dimensiones interiores de los floculadores son de 2.60 x 2.15 m2. Se proyectan 3 floculadores consecutivos. La profundidad máxima del agua en los mismos es de 1m. Ilustración 1: Planta Floculadores 3

22 Ilustración 2: Secciones transversal. 2.2 ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA Para los floculadores habrá que tener en cuenta el peso propio, empuje de tierras, el empuje hidrostático y el sismo. Las combinaciones a estudiar son las siguientes: Estado limite último 1.4CM 0.9CM + SPx 0.9CM + SPy 1.25CM + SPx 1.25CM + SPy 1.4CM ET 1.4CM PH 1.4CM ET PH ENVOLVENTE Estado limite servicio CM+ET CM+ET+ PH Siendo: CM: Carga muerta SPx: Carga de sismo según eje X SPy: Carga de sismo según eje Y ET: Presión terreno PH: Presión hidrostática del agua 2.3 ARMADURA La estructura al ser de altura reducida y tener terreno en todo su perímetro solo requerirá de 4

23 armadura mínima. Esto se ha comprobado haciendo un modelo en el software Sap2000, donde se aprecia que la cantidad de armadura necesaria es inferior a la mínima. Por tanto se dispone armadura mínima. Ilustración 3: Diagrama Ast1 (m2/m), Máximo Absoluto. Floculadores Sap2000 Ilustración 4: Diagrama Ast2 (m2/m), Máximo Absoluto. Floculadores Sap2000 5

24 Muros: Armadura horizontal: As min = x 100 x 15 = 3.00 cm²/m (una sola capa) As Colocada Φ 3/8 c/20 = 3.55 cm²/m Cumple Armadura vertical: As min = x 100 x 15 = 2.25 cm²/m (una sola capa) As Colocada Φ 3/8 c/25 = 2.84 cm²/m Cumple Losa de fondo: Armadura horizontal para ambas direcciones: As min cara traccionada = x 100 x 20 = 2.40 cm²/m As min losa = 0.002x 100 x 20 = 4.00 cm²/m; 2.0 cm2/m por cara As colocada parte traccionada (parte inferior) Φ 3/8 c/25 = 2.84 cm²/m Cumple As colocada parte comprimida (parte superior) Φ 3/8 c/25 = 2.84 cm²/m Cumple 6

25 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA Doc. 001 Rev. 001 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 7 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL SEDIMENTADORES JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio 2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente: 1

26 ÍNDICE 1 GENERALES SEDIMENTADORES DIMENSIONES ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA ARMADURA... 5 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: Planta Sedimentadores... 3 Ilustración 2: Secciones transversal Sedimentadores... 3 Ilustración 3: Diagrama Ast1 (m2/m), Máximo Absoluto. Sedimentador Sap Ilustración 4: Diagrama Ast2 (m2/m), Máximo Absoluto. Sedimentador Sap

27 1 GENERALES En este documento se presentan los cálculos de las estructuras denominadas sedimentadores de la Planta de Tratamiento de Aguas Potables (PTAP). Se proyectan dos sedimentadores que trabajan en paralelo. 2 SEDIMENTADORES 2.1 DIMENSIONES Como se puede ver en las imágenes adjuntas y en los planos correspondientes, las dimensiones interiores de los floculadores son de 3.00 x m2. La profundidad máxima del agua en los mismos es de 3m. Ilustración 1: Planta Sedimentadores Ilustración 2: Secciones transversal Sedimentadores 3

28 2.2 ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA Para los sedimentadores habrá que tener en cuenta el peso propio, empuje de tierras, el empuje hidrostático y el sismo. Las combinaciones a estudiar son las siguientes: Estado limite último 1.4CM 0.9CM + SPx 0.9CM + SPy 1.25CM + SPx 1.25CM + SPy 1.4CM ET 1.4CM PH 1.4CM ET PH ENVOLVENTE Estado limite servicio CM+ET CM+ET+ PH Siendo: CM: Carga muerta SPx: Carga de sismo según eje X SPy: Carga de sismo según eje Y ET: Presión terreno PH: Presión hidrostática del agua 4

29 2.3 ARMADURA A continuación se muestran los diagramas de armado obtenidos en SAP2000. Ilustración 3: Diagrama Ast1 (m2/m), Máximo Absoluto. Sedimentador Sap2000. Ilustración 4: Diagrama Ast2 (m2/m), Máximo Absoluto. Sedimentador Sap

30 Muros largos: Ast1 máx. (Sap 2000) = 5.5 cm2/m Ast2 máx. (Sap 2000) = 7.9 cm2/m Armadura horizontal: As min = x 100 x 25 = 5.00 cm²/m (dos capas) As Colocada Φ 1/2 c/20 = 6.35 cm²/m Cumple Armadura vertical: As min = x 100 x 15 = 2.25 cm²/m (dos capas) As Colocada Φ 1/2 c/15 = 8.47 cm²/m Cumple Muros cortos: Ast1 máx. (Sap 2000) = 3.7 cm2/m Ast2 máx. (Sap 2000) = 4.1 cm2/m 6

31 Armadura horizontal: As min = x 100 x 25 = 5.00 cm²/m (dos capas) As Colocada Φ 1/2 c/25 = 5.08 cm²/m Cumple Armadura vertical: As min = x 100 x 15 = 2.25 cm²/m (dos capas) As Colocada Φ 1/2 c/25 = 5.08 cm²/m Cumple Losa de fondo: Ast1 máx. (Sap 2000) = 4.1 cm2/m Ast2 máx. (Sap 2000) = 4.5 cm2/m Armadura horizontal para ambas direcciones: As min cara traccionada = x 100 x 20 = 2.40 cm²/m As min losa = 0.002x 100 x 20 = 4.00 cm²/m; 2.0 cm2/m por cara As colocada parte traccionada (parte inferior) Φ 1/2 c/25 = 5.08 cm²/m Cumple As colocada parte comprimida (parte superior) Φ 1/2 c/25 = 5.08 cm²/m Cumple 7

32 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA Doc. 001 Rev. 001 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 9 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL PRE FILTROS DE GRAVA JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio 2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente: 1

33 ÍNDICE 1 GENERALES PREFILTROS DE GRAVA DIMENSIONES ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA ARMADURA... 5 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: Filtro Percolador Ilustración 2: Sección transversal Ilustración 3: Diagrama Ast1 (m2/m), Máximo Absoluto. Filtro Percolador Sap Ilustración 4: Diagrama Ast2 (m2/m), Máximo Absoluto. Filtro Percolador Sap

34 1 GENERALES En este documento se presentan los cálculos de las estructuras denominadas Prefiltros de grava de la Planta de Tratamiento de Aguas Potables (PTAP). Se proyectan dos filtros de grava trabajando en paralelo. 2 PREFILTROS DE GRAVA 2.1 DIMENSIONES Como se puede ver en las imágenes adjuntas y en los planos correspondientes, las dimensiones interiores de los prefiltros son de 6.30 x 5.20 m2. Se proyectan 2 prefiltros en paralelo. La profundidad máxima del agua en los mismos es de 2.20 m. Ilustración 1: Planta Prefiltros de Grava 3

35 Ilustración 2: Secciones transversales. 2.2 ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA Para los prefiltros habrá que tener en cuenta el peso propio, empuje de tierras interior y exterior, el empuje hidrostático y el sismo. Las combinaciones a estudiar son las siguientes: Estado limite último 1.4CM 0.9CM + SPx 0.9CM + SPy 1.25CM + SPx 1.25CM + SPy 1.4CM ET 1.4CM PH 1.4CM ET PH ENVOLVENTE Estado limite servicio CM+ET CM+ET+ PH Siendo: CM: Carga muerta SPx: Carga de sismo según eje X SPy: Carga de sismo según eje Y ET: Presión terreno PH: Presión hidrostática del agua 4

36 2.3 ARMADURA En las siguientes imágenes se muestran los diagramas de armadura necesaria obtenidos mediante Sap2000. En el modelo realizado se han incluido los dos prefiltros y la cámara de lodos. Ilustración 3: Diagrama Ast1 (m2/m), Máximo Absoluto. Prefiltros Grava Sap2000 Ilustración 4: Diagrama Ast2 (m2/m), Máximo Absoluto. Prefiltros Grava Sap2000 5

37 Muros lado largo: Ast1 máx (Sap 2000) = 5.63 cm2/m Ast2 máx (Sap 2000) = 6.42 cm2/m Armadura horizontal: As min = x 100 x 15 = 3.00 cm²/m (una sola capa) As Colocada Φ 1/2 c/20 = 6.35 cm²/m Cumple Armadura vertical: As min = x 100 x 15 = 2.25 cm²/m (una sola capa) As Colocada Φ 5/8 c/30 = 6.60 cm²/m Cumple Muros exteriores lado pequeño: Ast1 máx (Sap 2000) = 5.14 cm2/m Ast2 máx (Sap 2000) = 5.20 cm2/m 6

38 Armadura horizontal: As min = x 100 x 15 = 3.00 cm²/m (dos capas) As Colocada Φ 1/2 c/20 = 6.35 cm²/m Cumple Armadura vertical: As min = x 100 x 25 = 2.25 cm²/m (dos capas) As Colocada Φ 1/2 c/20 = 6.35 cm²/m Cumple Muros interiores lado pequeño: Ast1 máx (Sap 2000) = 3.43 cm2/m Ast2 máx (Sap 2000) = 6.72 cm2/m Armadura horizontal: As min = x 100 x 15 = 3.00 cm²/m (dos capas) As Colocada Φ 1/2 c/25 = 5.08 cm²/m Cumple Armadura vertical: As min = x 100 x 25 = 3.75 cm²/m (dos capas) As Colocada Φ 5/8 c/25 = 7.92cm2/m en los extremos de los muros y durante una longitud de 2m, para el resto del muro se diponen Φ 5/8 c/35 = 5.66 cm2/m 7

39 Losa de fondo: Ast1 máx (Sap 2000) = 4.87 cm2/m Ast2 máx (Sap 2000) = 4.31 cm2/m Armadura horizontal para ambas direcciones: As min cara traccionada = x 100 x 25 = 3.00 cm²/m As min losa = 0.002x 100 x 25 = 5.00 cm²/m; 2.5 cm2/m por cara As colocada parte traccionada (parte inferior) Φ 1/2 c/25 = 5.08 cm²/m Cumple As colocada parte comprimida (parte superior) Φ 1/2 c/25 = 5.08 cm²/m Cumple Losa fondo canaletas inferiores de recogida de lodos: Ast1 máx (Sap 2000) = 7.41 cm2/m Ast2 máx (Sap 2000) = 2.19 cm2/m 8

40 Armadura horizontal para ambas direcciones: As min cara traccionada = x 100 x 25 = 3.00 cm²/m As min losa = 0.002x 100 x 25 = 5.00 cm²/m; 2.5 cm2/m por cara Ast1 colocada (parte inferior) Φ 5/8 c/25 = 7.92 cm²/m Cumple Ast1 colocada (parte superior) Φ 1/2 c/25 = 5.08 cm²/m Cumple Ast2 (parte superior e inferior) Φ 1/2 c/25 = 5.08 cm²/m Cumple 9

41 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA Doc. 001 Rev. 001 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 7 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL FILTROS LENTOS DE GRAVA JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio 2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente: 1

42 ÍNDICE 1 GENERALES FILTROS LENTOS DIMENSIONES ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA ARMADURA... 5 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: Planta filtros lentos... 3 Ilustración 2: Secciones transversal... 4 Ilustración 3: Diagrama Ast1 (m2/m), Máximo Absoluto. Filtro lento Sap Ilustración 4: Diagrama Ast2 (m2/m), Máximo Absoluto. Filtro lento Sap

43 1 GENERALES En este documento se presentan los cálculos de las estructuras denominadas sedimentadores de la Planta de Tratamiento de Aguas Potables (PTAP). Se proyectan dos sedimentadores que trabajan en paralelo. 2 FILTROS LENTOS 2.1 DIMENSIONES Como se puede ver en las imágenes adjuntas y en los planos correspondientes, las dimensiones interiores de los filtros son de x 9.28 m2. Se proyectan 2 filtros que trabajan en paralelo. La profundidad máxima del agua en los mismos es de 2.30m. Ilustración 1: Planta filtros lentos 3

44 Ilustración 2: Secciones transversal. 2.2 ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA Para los sedimentadores habrá que tener en cuenta el peso propio, empuje de tierras, el empuje hidrostático y el sismo. Las combinaciones a estudiar son las siguientes: Estado limite último 1.4CM 0.9CM + SPx 0.9CM + SPy 1.25CM + SPx 1.25CM + SPy 1.4CM ET 1.4CM PH 1.4CM ET PH ENVOLVENTE Estado limite servicio CM+ET CM+ET+ PH Siendo: CM: Carga muerta SPx: Carga de sismo según eje X SPy: Carga de sismo según eje Y ET: Presión terreno PH: Presión hidrostática del agua 4

45 2.3 ARMADURA En las siguientes imágenes se muestran los esquemas de armado para los filtros. Ilustración 3: Diagrama Ast1 (m2/m), Máximo Absoluto. Filtro lento Sap2000 Ilustración 4: Diagrama Ast2 (m2/m), Máximo Absoluto. Filtro lento Sap2000 5

46 Muros lado L = 14m: Ast1 máx (Sap 2000) = 9.60 cm2/m Ast2 máx (Sap 2000) = cm2/m Armadura horizontal: As min = x 100 x 25 = 5.00 cm²/m (dos capas) As Colocada Φ 3/4 c/25 = cm²/m Cumple Armadura vertical: As min = x 100 x 25 = 3.75 cm²/m (dos capas) As Colocada Φ 1 c/20 = cm²/m Cumple Muros lados L = 9.28m : Ast1 máx (Sap 2000) = cm2/m Ast2 máx (Sap 2000) = cm2/m Armadura horizontal: As min = x 100 x 25 = 5.00 cm²/m (dos capas) As Colocada Φ 3/4 c/20 = cm²/m Cumple 6

47 Armadura vertical: As min = x 100 x 25 = 3.75 cm²/m (dos capas) As Colocada Φ 1 c/20 = cm²/m Cumple Losa de fondo: Ast1 máx (Sap 2000) = cm2/m Ast2 máx (Sap 2000) = cm2/m Armadura horizontal para ambas direcciones: As min cara traccionada = x 100 x 25 = 3.00 cm²/m As min losa = 0.002x 100 x 25 = 5.00 cm²/m; 2.5 cm2/m por cara As colocada parte traccionada (parte inferior) Φ 3/4 c/20 = cm²/m Cumple As colocada parte comprimida (parte superior) Φ 3/4 c/20 = cm²/m Cumple 7

48 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA Doc. 001 Rev. 001 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 13 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL UNIDAD DE DESINFECCIÓN Y SALA DOSIFICACIÓN QUÍMICOS PTAP JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio 2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente: 1

49 ÍNDICE 1 GENERALES CASETA CLORACIÓN DIMENSIONES ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA MODELADO SAP ARMADURA COLUMNAS: VIGAS: PLACA CIMENTACIÓN CÁMARA DE CONTACTO DIMENSIONES ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA ARMADURA ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: Planta Unidad desinfección... 3 Ilustración 2: Secciones transversal Ilustración 3: Esquema Modelo Estructural Caseta cloración - Sap Ilustración 4: Cámara de Contacto Ilustración 5: Sección transversal Ilustración 6: Diagrama Ast1 (m2/m), Máximo Absoluto. Cámara contacto Sap Ilustración 7: Diagrama Ast2 (m2/m), Máximo Absoluto. Cámara contacto Sap

50 1 GENERALES En este documento se presentan los cálculos de las estructuras de la caseta de cloración y cámara de contacto de la Planta de Tratamiento de Aguas Potables (PTAP). La caseta de cloración presenta mismas dimensiones que la sala de dosificación de químicos, luego el diseño es similar. 2 CASETA CLORACIÓN 2.1 DIMENSIONES Como se puede ver en las imágenes adjuntas y en los planos correspondientes, las dimensiones interiores de la caseta de cloración es de 3.00 x 2.50 m2, con un solo piso de altura mínima igual a 2.45m y una altura máxima de 2.75m, con techo a un sólo agua Ilustración 1: Planta Unidad desinfección 3

51 Ilustración 2: Secciones transversal. 2.2 ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA Para la caseta de vigilancia habrá que tener en cuenta las acciones del peso propio, carga viva sobre el techo, viento y sismo. Las combinaciones a estudiar son las siguientes: Estado limite último 1.4CM 0.9CM + SPx 0.9CM + SPy 1.25CM + SPx 1.25CM + SPy 1.4CM ET 1.4CM PH 1.4CM ET PH ENVOLVENTE Estado limite servicio CM+ET CM+ET+ PH Siendo: CM: Carga muerta CV: Carga viva SPx: Carga de sismo según eje X 4

52 SPx: Carga de sismo según eje Y Cw: Carga debida al viento 2.3 MODELADO SAP 2000 En la siguiente imagen se muestra el modelo de la caseta de vigilancia realizado en Sap2000 Ilustración 3: Esquema Modelo Estructural Caseta cloración - Sap2000 Soportes de concreto fc=210kg/cm2 con dimensiones 25x25 cm2 Vigas de concreto fc=210kg/cm2 con dimensiones 25x30 cm2 5

53 2.4 ARMADURA COLUMNAS: Los máximos momentos obtenidos del modelo realizado en Sap2000 son: Md=1.1Ton*m Nd=2.29 Ton Vd=0.45Ton Se dispone la siguiente armadura longitudinal 2 φ 1/2 (2.54cm2) en las esquinas de las columnas y como estribos φ 3/8, con una separación de 7cm en bordes y el resto cada 20cm. 6

54 2.4.2 VIGAS: Los máximos momentos obtenidos del modelo realizado en Sap2000 Para las vigas son: Md=1.08Ton*m Nd=0.07 Ton Vd=1.24 Ton Se dispone la siguiente armadura longitudinal 3 φ 1/2 (3.39cm2) en la cara inferior y superior. La armadura superior deja de ser necesaria en el centro de la viga, pero dada las longitudes reducidas de las vigas y por facilidad constructiva, se mantiene. Como estribos φ 3/8, con una separación de 7cm en bordes y el resto cada 20cm. 7

55 2.4.3 PLACA CIMENTACIÓN Se proyecta placa de cimentación para la caseta de cloración. Las cargas que se transmiten a la cimentación son pequeñas, dadas las dimensiones de la caseta de cloración. Espesor losa cimentación: Se elige un espesor de 25cm suficientemente grande para que no sea necesario armar a punzonamiento. Comprobación por punzonamiento: Comprobación presión admisible: La carga admisible del terreno es de 2.84kg/cm2, cumpliendo sobradamente las presiones que transmite la caseta al terreno. Armado losa cimentación: < 8

56 La armadura máxima necesaria según los diagramas obtenidos en SAP2000, es de Ast1=3.25cm2/m y Ast2=3.37cm2/m. Armadura horizontal para ambas direcciones: As mín. cara traccionada = x 100 x 25 = 3.00 cm²/m As mín. losa = 0.002x 100 x 25 = 5 cm²/m; 2.5cm2/m por cara As colocada (parte inferior) Φ 3/8 c/20 = 3.55 cm²/m Cumple As colocada (parte superior) Φ 3/8 c/20 = 3.55 cm²/m Cumple 9

57 3 CÁMARA DE CONTACTO 3.1 DIMENSIONES La cámara de contacto tiene dimensiones en planta de 5.10 m x 3.50 m y una profundidad máxima de 2.10 m, con 1.50 m de nivel del agua. La cámara se encuentra dividida en varios compartimentos por muros interiores. Ilustración 4: Cámara de Contacto. Ilustración 5: Sección transversal. 10

58 3.2 ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA Para la cámara de contacto habría que tener en cuenta el peso propio, empuje de tierras, el empuje hidrostático y sismo. Las combinaciones a estudiar son las siguientes: Estado limite último 1.4CM 0.9CM + SPx 0.9CM + SPy 1.25CM + SPx 1.25CM + SPy 1.4CM ET 1.4CM PH 1.4CM ET PH ENVOLVENTE Estado limite servicio CM+ET CM+ET+ PH Siendo: CM: Carga muerta SPx: Carga de sismo según eje X SPy: Carga de sismo según eje Y ET: Presión terreno PH: Presión hidrostática del agua 11

59 3.3 ARMADURA Se ha hecho un modelo en el software Sap2000, obteniendo la cantidad de armadura necesaria. En la siguiente imagen se pueden apreciar los diagramas de armado. Ilustración 6: Diagrama Ast1 (m2/m), Máximo Absoluto. Cámara contacto Sap2000 Ilustración 7: Diagrama Ast2 (m2/m), Máximo Absoluto. Cámara contacto Sap

60 Como se ha podido comprobar en los diagramas anteriores, las cuantías de armadura necesarias son inferiores a las cuantías mínimas, por tanto son estas las que se disponen: Muros exteriores: Armadura horizontal: As min = x 100 x 25 = 5 cm²/m por cara As Colocada Φ 1/2 c/25 = 5.08 cm²/m Cumple Armadura vertical: As min = x 100 x 25 = 3.75 cm²/m por cara As Colocada Φ 1/2 c/30 = 4.23 cm²/m Cumple Muros interiores: Armadura horizontal: As min = x 100 x 15 = 3.0 cm²/m por cara As colocada Φ 3/8 c/20 = 3.55 cm²/m Cumple Armadura vertical: As min = x 100 x 15 = 2.25 cm²/m por cara As colocada Φ 3/8 c/25 = 2.84 cm²/m Cumple Losa de fondo: Armadura horizontal para ambas direcciones: As mín. cara traccionada = x 100 x 25 = 3.00 cm²/m As mín. losa = 0.002x 100 x 25 = 5 cm²/m; 2.5cm2/m por cara As colocada (parte inferior) Φ 3/8 c/20 = 3.55 cm²/m Cumple As colocada (parte superior) Φ 3/8 c/20 = 3.55 cm²/m Cumple 13

61 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA Doc. 001 Rev. 001 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 9 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL CASETA VIGILANCIA PTAP JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio 2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente: 1

62 ÍNDICE 1 GENERALES CASETA DE VIGILANCIA DIMENSIONES ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA MODELADO SAP ARMADURA COLUMNAS: VIGAS: PLACA CIMENTACIÓN... 8 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: Planta caseta vigilancia... 3 Ilustración 2: Secciones transversal Ilustración 3: Esquema Modelo Estructural Caseta Vigilancia - Sap

63 1 GENERALES En este documento se presentan los cálculos de las estructura denominada caseta de vigilancia de la Planta de Tratamiento de Aguas Potables (PTAP). 2 CASETA DE VIGILANCIA 2.1 DIMENSIONES Como se puede ver en las imágenes adjuntas y en los planos correspondientes, las dimensiones interiores de la caseta de vigilancia son de 3.65x 2.50 m2, con un solo piso de altura mínima igual a 2.60m y una altura máxima de 2.90 m, con techo a un sólo agua. Ilustración 1: Planta caseta vigilancia 3

64 Ilustración 2: Secciones transversal. 2.2 ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA Para la caseta de vigilancia habrá que tener en cuenta las acciones del peso propio, carga viva sobre el techo, viento y sismo. Las combinaciones a estudiar son las siguientes: Estado limite último 1.4CM 0.9CM + SPx 0.9CM + SPy 1.25CM + SPx 1.25CM + SPy 1.4CM ET 1.4CM PH 1.4CM ET PH ENVOLVENTE Estado limite servicio CM+ET 4

65 CM+ET+ PH Siendo: CM: Carga muerta CV: Carga viva SPx: Carga de sismo según eje X SPx: Carga de sismo según eje Y Cw: Carga debida al viento 2.3 MODELADO SAP 2000 En la siguiente imagen se muestra el modelo de la caseta de vigilancia realizado en Sap2000 Ilustración 3: Esquema Modelo Estructural Caseta Vigilancia - Sap2000 Soportes de concreto fc=210kg/cm2 con dimensiones 25x25 cm2 Vigas de concreto fc=210kg/cm2 con dimensiones 25x30 cm2 5

66 2.4 ARMADURA COLUMNAS: Los máximos momentos obtenidos del modelo realizado en Sap2000 son: Md=1.31Ton*m Nd=2.48 Ton Vd=0.51Ton Se dispone la siguiente armadura longitudinal 2 φ 1/2 (2.26 cm2) en cada una de las caras de las columnas y como estribos φ 3/8, con una separación de 7cm en bordes y el resto cada 20cm. 6

67 2.4.2 VIGAS: Los máximos momentos obtenidos del modelo realizado en Sap2000 Para las vigas son: Md=1.32 Ton*m Nd=0.11 Ton Vd=1.33 Ton Se dispone la siguiente armadura longitudinal 3 φ 1/2 (3.39 cm2) en la cara inferior y superior. La armadura superior en el centro de la viga se puede reducir a la mínima cuantía; al tener sólo 3m de longitud, se mantiene. Como estribos φ 3/8, con una separación de 7cm en bordes y el resto cada 20cm. 7

68 2.4.3 PLACA CIMENTACIÓN Se proyecta placa de cimentación para la caseta de vigilancia. Las cargas que se transmiten a la cimentación son pequeñas, dadas las dimensiones de la misma. Espesor losa cimentación: Se elige un espesor de 25cm suficientemente grande para que no sea necesario armar a punzonamiento. Comprobación por punzonamiento: Comprobación presión admisible: La carga admisible del terreno es de 2.84kg/cm2, cumpliendo sobradamente las presiones que transmite la caseta al terreno. Armado losa cimentación: < 8

69 La armadura máxima necesaria según los diagramas obtenidos en SAP2000, es menor a las cuantías mínimas, luego se diseña en base a estas. Armadura horizontal para ambas direcciones: As mín. cara traccionada = x 100 x 25 = 3.00 cm²/m As mín. losa = 0.002x 100 x 25 = 5 cm²/m; 2.5cm2/m por cara As colocada (parte inferior) Φ 3/8 c/20 = 3.55 cm²/m Cumple As colocada (parte superior) Φ 3/8 c/20 = 3.55 cm²/m Cumple 9

70 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA Doc. 001 Rev. 001 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 7 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL MURO DE CONTENCIÓN JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio 2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente: 1

71 ÍNDICE 1 Muro contención Análisis Material de la estructura Geometría de la estructura Datos de entrada Acciones actuantes Verificación estabilidad Dimensionamiento de la armadura... 6 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1. Geometría del muro de contención... 4 INDICE DE TABLAS Tabla 1. Coeficientes de diseño muro contención... 3 Tabla 2. Distribución de presiones trasdós. Muro contención... 5 Tabla 3. Distribución de presión activa cara trasdós. Muro contención... 5 Tabla 4. Fuerzas que actúan sobre el Muro contención... 5 Tabla 5. Cargas de diseño actuando en el centro del fondo de la zapata. Muro contención... 6 Tabla 6. Resumen de armado muro contención

72 1 Muro contención En este informe se incluye los cálculos estructurales del muro de contención de la PTAP, situado junto a los floculadores. 1.1 Análisis Para el análisis del muro de contención de la PTAP, se ha utilizado el software GeoStructural Analysis. Calculo de la presión activa de la tierra: Colulomb Calculo de la presión pasiva de la tierra: Caquot-kerisel Análisis sísmico: Mononobe-okabe Forma de la cuña de la tierra: calculo oblicuo Clave base: Considerada como fondo de la zapata inclinada Excentricidad permitida Metodología de verificación Factores de seguridad (ASD) Diseño Situación permanente Situación diseño sísmico Frente al vuelco Frente al deslizamiento Capacidad portante Tabla 1. Coeficientes de diseño muro contención Después de analizar las dos situaciones con el software mencionado, se observa como es más desfavorable el caso sísmico. Se presentan los resultados para esta situación. 1.2 Material de la estructura Peso unitario 23KN/m3 Hormigón f c=210kg/cm2 Acero de refuerzo Fy=4200kg/cm2 3

73 1.3 Geometría de la estructura Muro de 1.0 m de longitud y 0.20m de espesor. El muro lleva una zapata de 0.20m de espesor y 0.65m de longitud. El terreno se sitúa a una profundidad de 0.15m en el intradós y de 1m en el intradós. Ilustración 1. Geometría del muro de contención 1.4 Datos de entrada Datos de suelos Arenas C-10 Peso unitario: γ = kn/m3 Estado de tensión: Efectivo Ángulo de fricción interna: ϕ ef = 28,00 Cohesión del suelo c ef = 8,9 kpa Ángulo de fricción estructura-suelo : δ = 28,00 Suelo Granular Cimentación. Parámetros de contacto Zapata-suelo Coeficiente de fricción base-suelo: 0.4 Influencia del agua El nivel freático está ubicado debajo de la estructura. Sismo Factor de aceleración horizontal Kh = Factor de aceleración vertical Kv = El agua debajo del N.F. está confinada 4

74 1.5 Acciones actuantes Distribución de presión en reposo en la cara delantera de la estructura Capa Inicio [m] σz σw Presión Comp. Horiz. Comp. Vert. No. Fin [m] [kpa] [kpa] [kpa] [kpa] [kpa] Tabla 2. Distribución de presiones trasdós. Muro contención Distribución de presión activa detrás de la estructura (sin sobrecarga) Capa Inicio [m] σz σw Presión Comp. Horiz. Comp. Vert. No. Fin [m] [kpa] [kpa] [kpa] [kpa] [kpa] Tabla 3. Distribución de presión activa cara trasdós. Muro contención Fuerzas que actúan sobre la construcción Nombre Fhor Pto. Aplic. Fvert Pto. Aplic. [kn/m] Z [m] [kn/m] X [m] Peso-Muro Sismo - construcción Resistencia del frente Peso - cuña de tierra Sismo cuña de suelo Presión activa Sismo- presión activa Tabla 4. Fuerzas que actúan sobre el Muro contención. 1.6 Verificación estabilidad Verificación de la estabilidad de vuelco Momento estabilizador Mres = 3.19 knm/m Momento de vuelco Movr = 2.10 knm/m Factor de seguridad = 1.52 > 1.00 Muro para vuelco es aceptable Verificación deslizamiento Fuerza horizontal resistente Hres = 4.22 kn/m Fuerza horizontal activa Hact = 3.61 kn/m Factor de seguridad = 1.17 > 1.00 Muro para deslizamiento es aceptable 5

75 Capacidad portante del terreno de cimentación Momento Fuerza normal Resistencia al corte Excentricidad Tensión N [knm/m] [kn/m] [kn/m] [m] [kpa] Tabla 5. Cargas de diseño actuando en el centro del fondo de la zapata. Muro contención Verificación de la capacidad portante del terreno de cimentación Verificación de excentricidad Máx. excentricidad de fuerza normal e = mm Máx. Excentricidad permitida ealw = 333 mm Excentricidad de la fuerza norma ES ACEPTABLE Verificación de la capacidad portante del fondo de la zapata Máx. Tensión en el fondo de la σ = kpa zapata Capacidad portante del terreno de Rd = kpa cimentación La capacidad portante del terreno de cimentación es aceptable Estabilidad global-capacidad portante del terreno de cimentación es aceptable 1.7 Dimensionamiento de la armadura Verificación armadura vertical traccionada Refuerzo y dimensiones de la sección transversal Recubrimiento = 50.0 mm Ancho sección = 1.00 m transversal Profundidad sección = 0.25 m transversal Momento último MRd = knm > 2.23 knm = MEd Fuerza de corte última VRd = kn > 6.02 kn = VEd Los esfuerzos son muy pequeños, luego resulta más restrictivo el armado por cuantías mínimas Armadura horizontal: As min = x 100 x 25 = 5 cm²/m por cara As Colocada Φ 1/2 c/25 = 5.08 cm²/m Cumple Armadura vertical: As min = x 100 x 25 = 3.75 cm²/m por cara As Colocada Φ 1/2 c/30 = 4.23 cm²/m Cumple 6

76 Verificación armadura punta zapata Refuerzo y dimensiones de la sección transversal Recubrimiento = 70.0 mm Ancho sección = 1.00 m transversal Profundidad sección = 0.40 m transversal Momento último MRd = knm > 0.49 knm = MEd Fuerza de corte última VRd = kn > 5.49 kn = VEd La sección transversal es ACEPTABLE Verificación armadura talón zapata Refuerzo y dimensiones de la sección transversal Recubrimiento = 70.0 mm Ancho sección = 1.00 m transversal Profundidad sección = 0.40 m transversal Momento último MRd = knm > 0.33 knm = MEd Fuerza de corte última VRd = kn > 2.54 kn = VEd Los momentos son muy pequeños, luego resulta más restrictivo el armado por cuantías mínimas. Armadura horizontal para ambas direcciones: As min cara traccionada = x 100 x 20= 4 cm²/m As min losa = x 100 x 20=4 cm²/m; 2 cm2/m por cara As colocada (2 capa/ 2 direcciones) Φ 3/8 c/25 = 2.84 cm²/m Cumple En la siguiente tabla resumen se incluyen los diámetros a utilizar: Muro Armadura Armadura vertical Trasdós Ø 0.30m Intradós Ø 0.30m Armadura Horizontal Trasdós Ø 0.25m Intradós Ø 0.25m Zapata Armadura Armadura transversal capa superior e inferior Ø 0.25m Armadura longitudinal superior en inferior Ø 0.25m Tabla 6. Resumen de armado muro contención 7

77 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA Doc. 001 Rev. 001 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 9 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL ALMACÉN PTAP JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio 2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente: 1

78 ÍNDICE 1 GENERALES ALMACÉN DIMENSIONES ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA MODELADO SAP ARMADURA COLUMNAS: VIGAS: PLACA CIMENTACIÓN... 8 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: Planta Almacén... 3 Ilustración 2: Secciones transversal Ilustración 3: Esquema Modelo Estructural almacén - Sap

79 1 GENERALES En este documento se presentan los cálculos de las estructura denominada almacén de la Planta de Tratamiento de Aguas Potables (PTAP). 2 ALMACÉN 2.1 DIMENSIONES Como se puede ver en las imágenes adjuntas y en los planos correspondientes, las dimensiones del almacén son de 4.00 x 6.50 m2, con un solo piso de altura mínima igual a 2.60m y una altura máxima de 3.05m, con techo a un sólo agua. Ilustración 1: Planta Almacén 3

80 Ilustración 2: Secciones transversal. 2.2 ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA Para la caseta de vigilancia habrá que tener en cuenta las acciones del peso propio, carga viva sobre el techo, viento y sismo. Las combinaciones a estudiar son las siguientes: Estado limite último 1.4CM 0.9CM + SPx 0.9CM + SPy 1.25CM + SPx 1.25CM + SPy 1.4CM ET 1.4CM PH 1.4CM ET PH ENVOLVENTE Estado limite servicio CM+ET CM+ET+ PH Siendo: CM: Carga muerta 4

81 CV: Carga viva SPx: Carga de sismo según eje X SPx: Carga de sismo según eje Y Cw: Carga debida al viento 2.3 MODELADO SAP 2000 En la siguiente imagen se muestra el modelo de la caseta de vigilancia realizado en Sap2000 Ilustración 3: Esquema Modelo Estructural almacén - Sap2000 Soportes de concreto fc=210kg/cm2 con dimensiones 25x25 cm2 Vigas de concreto fc=210kg/cm2 con dimensiones 25x30 cm2 5

82 2.4 ARMADURA COLUMNAS: Los máximos momentos obtenidos del modelo realizado en Sap2000 son: Md = 1.75 Ton*m Nd = 3.4 Ton V22 = V33 = 0.7Ton Se dispone la siguiente armadura longitudinal 3 φ 1/2 (3.39 cm2) en cada una de caras de las columnas y como estribos φ 3/8, con una separación de 7cm en bordes y el resto cada 20cm. 6

83 2.4.2 VIGAS: Los máximos momentos obtenidos del modelo realizado en Sap2000 Para las vigas son: Md=1.72Ton*m Nd=0.15 Ton Vd=1.44 Ton Se dispone la siguiente armadura longitudinal 3 φ 1/2 (3.39 cm2) en la cara inferior y superior. La armadura superior en el centro de la viga se puede reducir a la mínima cuantía; al tener sólo 3m de longitud, se mantiene. Como estribos φ 3/8, con una separación de 7cm en bordes y el resto cada 20cm. 7

84 Esf. Fluencia acero fy= 4200 kg/cm 2 Ancho B = 1.25 m Ampliación y Mejoramiento del Sistema de Agua Potable y Alcantarillado Sanitario en la PLACA CIMENTACIÓN Se proyecta cimentación con zapatas aisladas bajo cada columna, por resultar más económico que losa cimentación en toda el área del almacén. El nivel de piso se proyecta con una pequeña losa soporte de 15cm de espesor. La misma lleva cuantías mínimas para evitar la aparición de grietas, pero no tiene misión estructural. A continuación se presentan los resultados del cálculo de las zapatas. DATOS GENERALES Propiedades del suelo Dimensiones de columna Cargas en servicio obtenidas del modelo Presión admisible qadm = 2.56 kg/cm 2 b= 0.25 m (SAP 2000) Peso específico ϒ= 1.48 t/m 3 h= 0.25 m Prof. de cimentación Df= 0.75 m (a fondo de zapata) Vert (t) M22 (t.m) M33 (t.m) CM CV Datos adicionales Geometría de la zapata Sismo X Espesor de losa de piso t= 0.15 m Longitud del volado C= 0.5 m Sismo Y Sobrecarga S/C= 0.1 t/m 2 Peralte de la zapata H= 0.3 m Altura de Falsa Zapata hfz 0 m Propiedades del concreto armado Res. a la comp. concreto f'c= 280 kg/cm 2 Esfuerzos admisibles del suelo Largo L = 1.25 m sin sismo qadm = 25.6 t/m Area A = m 2 con sismo 1.3 x qadm = t/m 2 (a) 1.25 Momento de inercia 22 I22 = m 4 Momento de inercia 33 I33 = m Carga vertical adicional: peso propio, suelo, losa de piso, sobrecarga 2.5 t 1.25 Nota: las cargas de sismo se reducen por 0.8 según referencia (b) DESARROLLO Para el dimensionamiento de la zapata Cálculo de presiones en el suelo usando combinaciones en servicio ec. 1: e_max=l/3 P/(7.5 q _..(c) adm B) Momento 22 Momento 33 P M22(xx) ey emax σ22 M33(yy) ex emax σ33 CM + CV ec. 2: Si e L/6: CM + CV + 0.8*Sx CM + CV - 0.8*Sx σ=p/a+6m/(bl^2 ) CM + CV + 0.8*Sy Si e>l/6: CM + CV - 0.8*Sy σ=2p/3b(l/2 e) Para el diseño en concreto armado Cálculo de presiones últimas en el suelo usando combinaciones amplificadas Pu Mu 22 Mu33 σu 22 σu CM+1.7 CV P: suma de las cargas verticales según la combinación de cargas 1.25(CM+CV) + Sx M: Suma de los momentos según la combinacion de cargas 1.25(CM+CV) - Sx e: excentricidad = M/P 0.9 CM + Sx emax: excentricidad maxima según ec CM - Sx σ: presión sobre el suelo según ec (CM+CV) + Sy (CM+CV) - Sy CM + Sy CM - Sy σu máx = t/m 2 8

85 DISEÑO EN CONCRETO ARMADO VERIFICACIONES Carga distribuida adicional que no ocasiona flexión ni cortante: wa= t/m 2..(1) Esfuerzos en el suelo BIEN Carga distribuida última w_u= σu _máx no superan el q admisible w_a wu= t/m Excentricidad no mayor a la máxima BIEN Corte Flexión Peralte efectivo d = 20 cm Momento último Mu = 4.65 t.m Resistencia al corte φvc = t Acero requerido As = 6.33 cm 2 Diseño en concreto armado BIEN Cortante último Vu = t Acero mínimo As min = 3.6 cm 2 Punzonamiento REFUERZO EN LA ZAPATA Perimetro secc. crítica b 0 = 180 cm Resistencia al corte φvc t 200 mm Cortante último Vu t Se proyecta por tanto zapatas de 1.25x1.25m2 con 0.5m de volado en ambas direcciones y espesor de 0.3m. La profundidad de la cimentación es de 0.75m respecto al nivel del terreno. 9

86 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA Doc. 001 Rev. 001 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 62 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA MEMORIA DISEÑO ESTRUCTURAL PTAR JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio 2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente:

87 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA Doc. 001 Rev. 001 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 10 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA PARÁMETROS DE DISEÑO ESTRUCTURAL PTAR JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio 2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente: 1

88 ÍNDICE 1 INTRODUCCIÓN NORMATIVA UTILIZADA PARÁMETROS GEOTÉCNICOS MATERIALES CARGAS Y SOBRECARGAS Cargas sísmicas Cargas de Viento Cargas de Nieve Fluidos y presión Cargas muertas Cargas vivas ANÁLISIS SÍSMICO ESTRUCTURAS CONTENEDORAS DE LÍQUIDO EMPUJE DE TIERRA COMBINACIONES DE CARGA BASES DE CÁLCULO CRITERIOS GENERALES DESPLAZAMIENTOS ORGANIZACIÓN DE LAS ARMADURAS Y CUANTÍAS MÍNIMAS... 9 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1. Mapa sísmico del Perú. Fuente E030 Diseño sismo-resistente Ilustración 2. Sistema mecánico equivalente de Housner... 7 Ilustración 3. Esquema para el método de Mononobe-Okabe

89 1 INTRODUCCIÓN En este documento se presentan los parámetros generales para el diseño estructural de los elementos proyectados en la PTAR. El armado final de cada estructura proyectada se incluye en archivos específicos de cada uno. 2 NORMATIVA UTILIZADA Las normas que se aplican al diseño y construcción de la presente estructura son las del Reglamento Nacional de Edificaciones: E-050 Norma Técnica de suelos y cimentaciones. E-020 Norma Técnica de Cargas. E-030 Norma Técnica de Diseño Sismo Resistente. E-060 Norma Técnica de Concreto Armado. ACI 318. ACI 350.3/350.3 R-17 Diseño Sísmico de estructuras contenedoras de líquido. 3 PARÁMETROS GEOTÉCNICOS A continuación se presentan los parámetros geotécnicos obtenidos del informe geológico geotécnico de la zona. En concreto los resultados se corresponden con la calicata C-23 del informe. - % Finos 16.33% - % Arenas % Gravas 12.21% - Angulo de fricción = Cohesión cc = 7.9 kkkk/mm 2 - Peso unitario del suelo γγ = 13.31kkkk/mm 3 - Humedad W = 17% - Índice Plasticidad I.P.=1.6 - Tensión admisible (FS=3) σσ = 2.59 kkkk/cccc2 En los trabajos realizados en la zona de estudio se observa humedad media, mas no se encontró el Nivel freático. 3

90 Cálculo coeficiente de balasto vertical: Hacemos uso de la fórmula de Bowles: Siendo FS el factor de seguridad empleado para minorar la tensión admisible. Sustituyendo en la fórmula se obtiene un valor Kv = 3108 Ton/m3 Cálculo coeficiente de balasto horizontal Para los suelos arenosos el módulo elástico E del suelo aumenta con la presión efectiva de confinamiento, el valor de kh puede ser aproximado con la utilización de la siguiente ecuación: Se utiliza la fórmula propuesta por Terzaghi para el valor de nh En esta ecuación C es un coeficiente que varía entre valores mínimo del orden de 100 para arenas Sueltas, a un valor de 2100 para arenas Densas, y que puede ser aproximado en función de los resultados del SPT por la siguiente ecuación: Para nuestro suelo se asume un valor Nc = 7.53 El coeficiente de balasto horizontal queda por tanto de la siguiente forma: Obteniéndose una relación de Kh= z/b [Ton/m3]. Se toma un valor de 58.3 Ton/m3. 4 MATERIALES Los materiales empleados en las diferentes estructuras son los siguientes: Concreto simple: Solados f c =100 kg/cm² 4

91 Concreto estructural Concreto armado f c =280 kg/cm². Según se indica en la Tabla 4.2 de la norma E.060, para concretos que se pretenda tengan baja permeabilidad en exposición al agua, la resistencia a compresión f c deberá ser como mínimo 28 MPa Acero de refuerzo, f y 4200 kg/cm2. 5 CARGAS Y SOBRECARGAS 5.1 Cargas sísmicas De acuerdo al mapa de zonificación sísmica de la Norma de Diseño Sismo- resistente E 030, el lugar se encuentra en la zona sísmica 4, ya que así lo indica el RNE. De acuerdo a esto el coeficiente de zonificación para la determinación de las cargas de sismo es Z= 0,45 que representa la máxima aceleración horizontal con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 años. La fuerza sísmica vertical se considerará como una fracción del peso. Para las zonas 2 y 3, esta fracción será de 2/3 Z. Para la zona 1 no será necesario considerar este efecto. Ilustración 1. Mapa sísmico del Perú. Fuente E030 Diseño sismo-resistente. 5.2 Cargas de Viento La carga exterior (presión o succión) ejercida por el viento se supondrá estática y perpendicular a la superficie sobre la cual se actúa. Se calculará mediante la expresión: 5

92 Siendo, Vh = velocidad de diseño a la altura h, en Km/h y C = factor de forma adimensional. 5.3 Cargas de Nieve No se ha considerado la posibilidad de este fenómeno en la zona del proyecto, por tanto las estructuras y/o elementos con tapa no están expuestos a la acción de carga de nieve. 5.4 Fluidos y presión Correspondientes al empuje lateral de los fluidos sobre las paredes del elemento que corresponde, también tiene en cuenta el empuje del suelo sobre las paredes del elemento enterrados que lo contiene considerando además el efecto de la sobrecarga y/o presiones hidrostáticas que actúen sobre él. 5.5 Cargas muertas Se ha considerado como cargas muertas al peso de los materiales, dispositivos de servicios equipos, tabiques y otros elementos soportados incluyendo el peso propio de la estructura. 5.6 Cargas vivas Se ha considerado como cargas vivas al peso de todos los ocupantes, materiales, equipos, y otros elementos móviles soportados por las estructuras. 6 ANÁLISIS SÍSMICO 6.1 ESTRUCTURAS CONTENEDORAS DE LÍQUIDO El análisis sísmico se efectuó siguiendo las indicaciones de la norma Seismic Design of Liquid- Containing Concrete Structures (ACI ). Los criterios de Housner están ya establecidos en el reglamento ACI , con lo cual como alternativa se puede usar este para el cálculo de los parámetros sísmicos para el análisis de reservorios. En este modelo la masa impulsiva (Wi) representa a la masa de agua que permanece quieta durante la solicitación sísmica y la masa convectiva es la que olea, presentándose chapoteo en las paredes del reservorio esta masa vibra con un periodo diferente al de la estructura y al de la masa impulsiva. En el modelo la masa impulsiva se encuentra actuando a una altura hi y esta actúa moviéndose con el mismo periodo de vibración que el reservorio, es por este motivo que esta masa se aplicara en las paredes del reservorio con una magnitud de mitad en cada una de las dos 6

93 paredes en que actué el sismo, por su parte la masa convectiva al tener un periodo diferente que el resto de la estructura se modela con resortes unidos a las paredes del reservorio, estos resortes tiene la rigidez calculada con las fórmulas correspondientes. Ilustración 2. Sistema mecánico equivalente de Housner 6.2 EMPUJE DE TIERRA Mononobe y Okabe (M-O) desarrollaron las bases de un análisis pseudo-estático con el fin de estimar las presiones que ejercen los suelos sobre los muros de contención durante un movimiento sísmico. Este método incluye en el cálculo la valoración de aceleraciones pseudoestáticas horizontales y verticales, actuantes sobre la cuña activa de Coulomb. El empuje dinámico (sísmico) del suelo, se obtiene entonces a partir del equilibrio de la cuña luego de chocar esta, con la pantalla del muro. Empuje Dinámico (Mononobe-Okabe). Para aplicar este método debemos conocer el peso específico (ᵞ), el ángulo de fricción (ø) del suelo de relleno, ángulo de fricción (ᵟ) entre el suelo de relleno y el trasdós del muro, el ángulo (i) entre el talud de relleno y la horizontal y el ángulo (β) de inclinación de la superficie del trasdós del muro. Además se define el ángulo θθ = aaaaaa. tttttt ( KKh ) 1 KKKK Donde (Kh) será el coeficiente sísmico horizontal y (Kv) el coeficiente sísmico vertical, correspondientes a la zona para la cual se diseñará el muro. El método de Mononobe-Okabe, como ya se indicó anteriormente, considera el empuje del suelo de relleno como la acción de una cuña triangular activa de suelo sobre la pantalla del muro, este empuje se calculará así: 7

94 Ilustración 3. Esquema para el método de Mononobe-Okabe Se define el coeficiente de empuje activo dinámico igual a: Y el empuje activo total como: EEEEEE = 1 2 Ɣ HH2 (1 KKKK) KKKKKK El empuje activo total se puede dividir en una componente estática que actúa a H/3 sobre la base del muro, y una componente dinámica que actúa a 0.6H. La fórmula propuesta presenta valores del lado de la seguridad respecto a la descomposición en componente estática y dinámica. 7 COMBINACIONES DE CARGA Las combinaciones de carga serán aplicadas según las cargas que actúen en cada elemento estructural. 8 BASES DE CÁLCULO 8.1 CRITERIOS GENERALES Las estructuras fueron analizadas y calculadas estructuralmente de acuerdo a los siguientes criterios generales: La resistencia nominal del concreto f c se consideró igual a 280 kg/cm². Para el acero se supuso un esfuerzo de fluencia de 4200 kg/cm² con un módulo de elasticidad igual a Kg/cm². Los pesos de los elementos se estimaron a partir de sus dimensiones reales, considerando un 8

95 peso específico de 2.40 Ton/m3. El diseño para los elementos de concreto armado se efectúa empleando criterios de diseño a la rotura según las indicaciones de la Norma Peruana de Concreto Armado E-060. Se han creado modelos de todas las estructuradas proyectadas en el software Sap2000, ampliamente reconocido en el campo del cálculo estructural. 8.2 DESPLAZAMIENTOS Los elementos de concreto reforzado sometidos a flexión deben diseñarse para que tengan una rigidez adecuada con el fin de limitar cualquier deformación que pudiese afectar adversamente la resistencia o el funcionamiento de la estructura bajo condiciones de servicio. El máximo desplazamiento relativo de entrepiso (calculado según el capítulo 5.2 de la NTE E.030 actualizada de Diseño Sismorresistente), dividido entre la altura de entrepiso, no deberá exceder de 0, ORGANIZACIÓN DE LAS ARMADURAS Y CUANTÍAS MÍNIMAS Recomendaciones por fisuración Como armaduras se utilizaran barras corrugadas con separación no superior a 3 veces el espesor del muro o losa analizada o 40cm, la que sea menor. Las cuantías geométricas de las armaduras, tanto verticales como horizontales, deberán tener un valor mínimo con objeto de prevenir posibles fisuras debidas a la retracción y a las variaciones de temperatura. Es recomendable adoptar los siguientes valores, por cada cara y dirección. W (ancho fisura)=0.1mm, propio de ambientes agresivos, en flexión la cuantía mínima será del de la sección total del hormigón. W (ancho fisura)=0.2mm, en flexión la cuantía mínima será del de la sección total del hormigón. 9

96 Además de las cuantías mínimas, para evitar problemas de fisuración se mantendrá un recubrimiento de 7cm en las paredes que tengan posible contacto con agua. Cuantías mínimas por elementos El código NTE E.060 de Concreto Armado contempla las siguientes cuantías mínimas referidas a cada uno de los elementos. Para el caso de muros: Refuerzo principal: 1.5 por mil del área de concreto en cada cara. Para la cuantía de la armadura a compresión se suele adoptar un valor del 30% del valor de la armadura a tracción, o la cuantía mínima en su defecto. Refuerzo transversal: 2 por mil del área de concreto en cada cara El código ACI adopta un valor de 4 por mil y añade que al menos la mitad de esta armadura horizontal se dispondrá en la cara exterior y al menos un tercio en la interior. Para el caso de la solera (placa de fondo): 2 por mil de área de hormigón en ambas direcciones y a repartir en ambas caras. Cuando el acero mínimo se distribuya en las dos caras de la losa, deberá cumplirse que la cuantía de refuerzo en la cara en tracción por flexión no sea menor de

97 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA Doc. 001 Rev. 001 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 5 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL SISTEMA DE PRETRATAMIENTO JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio 2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente: 1

98 ÍNDICE 1 INTRODUCCIÓN DIMENSIONES ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA ARMADURA... 4 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: Diseño en Planta Cámara Rejas-Desarenador-Parshall-Buzón Repartidor... 3 Ilustración 2: Diseño en Alzado Cámara Rejas-Desarenador-Parshall-Buzón Repartidor

99 1 INTRODUCCIÓN En este documento se presentan los cálculos de las estructuras de Cámara de Rejas, Desarenador y buzón de repartición de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR). El medidor de caudal Parshall será prefabricado, ya que las dimensiones del mismo son difíciles de conseguir en obra. 2 DIMENSIONES Las dimensiones de los diferentes elementos quedan definidas en la siguiente imagen y en el correspondiente plano. Ilustración 1: Diseño en Planta Cámara Rejas-Desarenador-Parshall-Buzón Repartidor Ilustración 2: Diseño en Alzado Cámara Rejas-Desarenador-Parshall-Buzón Repartidor 2.1 ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA Para las estructuras en cuestión habría que tener en cuenta el peso propio, empuje de tierras, el empuje hidrostático y sismo. Las combinaciones a estudiar son las siguientes: Estado limite último 1.4CM 0.9CM + SPx 3

100 0.9CM + SPy 1.25CM + SPx 1.25CM + SPy 1.4CM ET 1.4CM PH 1.4CM ET PH ENVOLVENTE Estado limite servicio CM+ET CM+ET+ PH Siendo: CM: Carga muerta SPx: Carga de sismo según eje X SPy: Carga de sismo según eje Y ET: Presión terreno PH: Presión hidrostática del agua 2.2 ARMADURA Las estructuras en cuestión son de dimensiones reducidas, luego las cuantías mínimas cubren sobradamente los esfuerzos que se generan. Muros exteriores: Armadura horizontal: As min = x 100 x 15 = 3 cm²/m por cara As Colocada Φ 3/8 c/20 = 3.55 cm²/m Cumple Armadura vertical: As min = x 100 x 15 = 2.25 cm²/m por cara As Colocada Φ 3/8 c/25 = 2.84 cm²/m Cumple Muro interior: Armadura horizontal: As min = x 100 x 20 = 4 cm²/m por cara As Colocada Φ 3/8 c/15 = 4.73 cm²/m Cumple Armadura vertical: As min = x 100 x 20 = 3.00 cm²/m por cara 4

101 As Colocada Φ 3/8 c/20 = 3.55 cm²/m Cumple Losa de fondo: Armadura horizontal para ambas direcciones: As min cara traccionada = x 100 x 15 = 1.80 cm²/m As min losa = x 100 x 15 =3 cm²/m As colocada (1 capa; 2 direcciones) = Φ 3/8 c/20 (3.55cm2/m) 5

102 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA Doc. 001 Rev. 001 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 13 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL TANQUE IMHOFF JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio 2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente: 1

103 ÍNDICE 1 INTRODUCCIÓN ANÁLISIS SÍSMICO ANÁLISIS (según Metodología del Apéndice A del ACI ) Modelamiento de la masa impulsiva y convectiva Empuje dinámico del suelo COMBINACIONES DE CARGA CÁLCULO ESTRUCTURAL DIMENSIONES CÁLCULO DE ESPESOR DE MUROS Y LOSA ARMADURA MUROS LOSA DE FONDO ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: Tanque Imhoff Ilustración 2: Sección Transversal Ilustración 3: Modelo Tanque Imhoff Sap

104 1 INTRODUCCIÓN En este documento se presentan los cálculos de la estructura denominada Tanque Imhoff de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR). La estructura se diseñará para resistir las presiones hidráulicas y sobrecargas que les impongan como consecuencia de su uso previsto. Estas actuarán en las combinaciones indicadas según la normativa y no causarán esfuerzos que excedan los admisibles a nivel de cargas de trabajo. 2 ANÁLISIS SÍSMICO Para el análisis de las estructuras de almacenamiento de agua se ha aplicado programas de cómputo SAP2000, que basados en aplicación de los conceptos de elementos finitos, determinan los esfuerzos resultantes de los elementos que compone la estructura debido a las aplicaciones de cargas a las que serán sometidas. El análisis sísmico se efectuó siguiendo las indicaciones de la norma Seismic Design of Liquid- Containing Concrete Structures (ACI ) Para el análisis, la estructura fue modelada con una malla de elementos finitos tipo shell, la cual representa tanto los muros y las losas. La malla posee tanto las propiedades del material empleado (concreto) como los espesores de los muros y losas. Las cargas hidrostáticas y de empuje de tierra fueron asignadas a los muros y losas por medio de joint patterns teniendo en consideración la gradiente en la distribución de las presiones. Para el análisis sísmico dinámico se modeló el movimiento del agua con un conjunto de puntos a los cuales les fueron asignados la masa convectiva del agua y un constrain tipo equal con un grado de libertad traslacional en la dirección de análisis. Estos puntos fueron unidos a las paredes cilíndricas para transmitirles la fuerza sísmica por medio de resortes con una rigidez obtenida a partir de la masa de agua convectiva y el periodo convectivo hallados con la norma ACI En todos los nudos de los elementos shell se consideraron, además, los grados de libertad estáticos correspondientes y se les asignaron las masas impulsivas halladas con la norma ACI

105 2.1 ANÁLISIS (según Metodología del Apéndice A del ACI ) Modelamiento de la masa impulsiva y convectiva Se construyó un modelo tridimensional y se asignó un nudo central para asignar el peso de la componente impulsiva (Muro L=3.9m Wi = Ton; Muro L=7.8m Wi = Ton), a una altura (Muro L=3.9m hi =3.56m; Muro L=7.8m hi =3.24m). Los nudos al nivel de hi se modelaron para que tengan un mismo desplazamiento y simular la masa Wi en movimiento con las paredes del tanque. La componente convectiva se modeló con el peso (Muro L=3.9m Wc = 28.84Ton; Muro L=7.8m Wc =62.48 Ton), a una altura de (Muro L=3.9m hc = 6.64m ; Muro L=7.8m hc =5.61 m). Este peso irá unido a las paredes del tanque con 2 resortes, que tendrán una rigidez (Muro L=3.9m K = Ton/m ; Muro L=7.8m k =65.26 Ton/m). Se analiza el sismo según la dirección x, esto es perpendicular al muro de longitud mayor (L=7.8m), por ser el caso más desfavorable. Parámetros para el cálculo de la fuerza sísmica Factor de zona (Z) 0.45 Factor de importancia (I) 1.50 Coeficiente representativo de las caracterisitcas suelo (S) 1.20 Factor de Amplificación espectral mov. Horizontal Ci 2.20 Factor de Amplificación espectral mov. Horizontal Cc 1.10 Desplazamiento max. Vertical del líquido contenido; m 1.54 Calculo de las fuerzas laterales dinámicas Rwi, coeficiente de reducción de fuerza sísmica impulsiva 2.75 Rwc, coeficiente de reducción de fuerza sísmica convectivo 1.00 Fuerza inercial lateral por aceleración del muro (Pw) Fuerza lateral impulsiva (Pi); kg Fuerza lateralconvectiva (Pc); kg Análisis dinámico espectral horizontal Factor de zona (Z) 0.45 Factor de importancia (I) 1.50 Coeficiente representativo de las caracterisitcas suelo (S) 1.20 Rwi, coeficiente de reducción de fuerza sísmica impulsiva 2.75 Rwc, coeficiente de reducción de fuerza sísmica convectivo 1.00 Factor de Amplificación espectral mov. Horizontal Ci 2.01 Factor de Amplificación espectral mov. Horizontal Cc

106 2.1.2 Empuje dinámico del suelo Peso específico suelo; Ton/m Profundidad a la que está enterrada reservorio; m 7.9 Inclinación muro 0 Ángulo fricción (rozamiento) suelo 28.2 Ángulo fricción muro-suelo 18.8 Pendiente de inclinación del suelo 0 a max kad 0.64 kactivo COMBINACIONES DE CARGA Las combinaciones a estudiar son las siguientes: Estado limite último 1.4CM 0.9CM + SPx 0.9CM + SPy 1.25CM + SPx 1.25CM + SPy 1.4CM ET 1.4CM PH 1.4CM ET PH ENVOLVENTE Estado limite servicio CM+ET CM+ET+ PH Siendo: CM: Carga muerta SPx: Carga de sismo según eje X SPy: Carga de sismo según eje Y ET: Presión terreno PH: Presión hidrostática del agua 5

107 4 CÁLCULO ESTRUCTURAL 4.1 DIMENSIONES La cámara de contacto tiene dimensiones en planta de 5.25 m x 1.80 m y una profundidad de 1.80 m, con 1.30 m de nivel del agua. La cámara se encuentra dividida en varios compartimentos por muros interiores. Ilustración 1: Tanque Imhoff. Ilustración 2: Sección Transversal. 6

108 Ilustración 3: Modelo Tanque Imhoff Sap CÁLCULO DE ESPESOR DE MUROS Y LOSA Se calcula un espesor suficiente de muros y losa que sea capaz de resistir los esfuerzos cortantes en las secciones más desfavorables, sin necesidad de armadura. Muros: Los muros se ven afectados por el empuje hidrostático del agua y el empuje del terreno. En este caso el terreno llega hasta la parte superior del muro, existiendo un borde libre de 0.2m, mientras que el nivel del agua deja un borde libre de 0.6m. Por esta razón resulta más restrictivo considerar sólo el empuje del terreno. Cortante producido por el agua (6.9 mca): VV max PPPP, mmmmmmmmmmmmmmmm = kkkkkk Ɣww HH2 = 38.5 TTTTTT mm Cortante máximo que aguanta el muro: (Según apartado de la normativa de Concreto armado E060 ) ØVVVV = 0.17 ffff bbbb dd Donde: fc : resistencia característica del hormigón, 280 kg/cm2 bw: ancho de sección de cálculo, se toma un metro lineal d: canto útil; (e-7cm) Para obtener un valor mayor al cortante producido por el agua de 38.5 Ton/m, es necesario 7

109 un espesor de 50 cm, obteniendo un cortante resistivo del muro de 38.7Ton/m. Por tanto se dispone un muro de sección variable con 30 cm en coronación y 50cm en la base del muro situada a 7.5m de profundidad. Losa de fondo: Se calcula el cortante que produce el peso del agua en la parte de losa inclinada y en la parte horizontal. Cortante producido por el agua parte inclinada: Se tiene una ley trapezoidal con 6.9Ton/m en la parte superior y 7.9 Ton/m en la parte inferior, con una longitud de 2.02m. VV max PPPP, mmmmmmmmmmmmmmmm = 1.4 ( ) = TTTTTT mm Cortante producido por el agua parte horizontal: Se tiene un empuje de 7.9 Ton/m y una longitud de 0.4m. VV max PPPP, mmmmmmmmmmmmmmmm = 1.4 ( ) = 4.4 TTTTTT mm Cortante máximo que aguanta el muro: (Según apartado de la normativa de Concreto armado E060 ) Donde: ØVVVV = 0.17 ffff bbbb dd fc : resistencia característica del hormigón; 280 kg/cm2 bw: ancho de sección de cálculo, se toma un metro lineal d: canto útil; (h-7cm recubrimiento) Para obtener un valor mayor al cortante producido por el agua de Ton/m, es necesario un espesor de 35cm, obteniendo un cortante resistivo de la losa de Ton/m. Por tanto se dispone losa de fondo de espesor 35cm, tanto en la parte inclinada como en la parte horizontal, por facilidad constructiva. 8

110 4.3 ARMADURA Se dispone la armadura que se obtiene mediante el modelo realizado en sap2000. En las siguientes imágenes queda detallada la armadura MUROS Momento 11 Máximo (Tonf-m/m) Momento 11 Mínimo (Tonf-m/m) Área de acero 11 (m2/m) - Cara Inferior Área de acero 11 (m2/m) - Cara Superior 9

111 Momento 22 Máximo (Tonf-m/m) Momento 22 Mínimo (Tonf-m/m) Área de acero 22 (m2/m) - Cara Inferior Área de acero 22 (m2/m) - Cara Superior 10

112 Armadura horizontal: As min coronación = x 100 x 30 = 6 cm²/m por cara As min base muro = x 100 x 45 = 9 cm²/m por cara As colocado ambas caras - 2 Niveles de armado (Con Z = 0 base del Tanque Imhoff) Nivel 1 [Z = 1m Z = 6 m] Φ 1 c/25 = cm2/m (lado 3.9m) Φ 1 c/25 = cm2/m (lado 7.8m) Nivel 2 [Z = 6 m Z = 8.5m] Φ 3/4 c/20 = cm2/m (lado 3.9m) Φ 3/4 c/20 = cm2/m (lado 7.8m) Armadura vertical: As min coronación = x 100 x 30 = 4.5 cm²/m por cara As min base muro = x 100 x 45= 6.75 cm²/m por cara As colocado ambas caras Muro L=7.8m - 2 niveles de armado (Con Z = 0 base del Tanque Imhoff) Nivel 1 [Z = 1m Z = 6m] Φ 1 c/20 = cm2/m Nivel 2 [Z = 6m Z = 8.5m] Φ 3/4 c/25 = 11.4 cm2/m As colocado ambas caras Muro L=3.9m - 2 niveles de armado (Con Z = 0 base del Tanque Imhoff) Nivel 1 [Z = 1m Z = 6m] Φ 3/4 c/25 = 11.4 cm2/m Nivel 2 [Z = 6m Z = 8.5m] Φ 1/2 c/25 = 5.08 cm2/m 11

113 4.3.2 LOSA DE FONDO Momento 11 Máximo (Tonf-m/m) Momento 11 Mínimo (Tonf-m/m) Área de acero 11 (m2/m) - Cara Inferior Área de acero 11 (m2/m) - Cara Superior 12

114 Momento 22 Máximo (Tonf-m/m) Momento 22 Mínimo (Tonf-m/m) Área de acero 22 (m2/m) - Cara Inferior Área de acero 22 (m2/m) - Cara Superior Armadura horizontal para ambas direcciones: As min cara traccionada = x 100 x 35 = 4.20 cm²/m As min losa = 0.002x 100 x 35 = 7 cm²/m; 3.5cm2/m por cara As colocada ambas caras y ambas direcciones Φ 1 c/30 = cm2/m 13

115 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA Doc. 001 Rev. 001 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 6 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL FILTRO PERCOLADOR JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio 2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente: 1

116 ÍNDICE 1 GENERALES FILTRO PERCOLADOR DIMENSIONES ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA ARMADURA... 5 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: Filtro Percolador Ilustración 2: Sección transversal Ilustración 3: Diagrama Ast1 (m2/m), Máximo Absoluto. Filtro Percolador Sap Ilustración 4: Diagrama Ast2 (m2/m), Máximo Absoluto. Filtro Percolador Sap

117 1 GENERALES En este documento se presentan los cálculos de las estructura denominada Filtro Percolador de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR). 2 FILTRO PERCOLADOR 2.1 DIMENSIONES Como se puede ver en las imágenes adjuntas y en los planos correspondientes, las dimensiones del tanque de lecho de secados son de 9.40 m x m en planta y una profundidad máxima de 2.45 m en la sección de salida del agua. Ilustración 1: Filtro Percolador. 3

118 Ilustración 2: Sección transversal. 2.2 ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA Para el filtro percolador habrá que tener en cuenta el peso propio, empuje de tierras interior y exterior y sismo. Para el empuje interior se suponen condiciones saturadas del material, resultando un peso específico de 2.6 Ton/m3. Las combinaciones a estudiar son las siguientes: Estado limite último 1.4CM 0.9CM + SPx 0.9CM + SPy 1.25CM + SPx 1.25CM + SPy 1.4CM ET ext 1.4CM ET int 1.4CM EText ET int ENVOLVENTE Estado limite servicio CM+ET CM+ET ext + ET int Siendo: CM: Carga muerta SPx: Carga de sismo según eje X SPy: Carga de sismo según eje Y ET ext: Presión terreno ET int: Presión material interior de filtro 4

119 2.3 ARMADURA La estructura al ser de altura reducida y tener terreno en todo su perímetro solo requerirá de armadura mínima. Esto se ha comprobado haciendo un modelo en el software Sap2000, donde se aprecia que la cantidad de armadura necesaria es inferior a la mínima. Por tanto se dispone armadura mínima. Ilustración 3: Diagrama Ast1 (m2/m), Máximo Absoluto. Filtro Percolador Sap2000 Ilustración 4: Diagrama Ast2 (m2/m), Máximo Absoluto. Filtro Percolador Sap2000 5

120 Muros: Armadura horizontal: As min = x 100 x 25 = 5 cm²/m una cara As Colocada Φ 1/2 c/25 = 5.08 cm²/m Cumple Armadura vertical: As min = x 100 x 25 = 3.75 cm²/m una cara As Colocada Φ 1/2 c/30 = 3.94 cm²/m Cumple Losa de fondo: Armadura horizontal para ambas direcciones: As min cara traccionada = x 100 x 25 = 3.00 cm²/m As min losa = 0.002x 100 x 25 = 5 cm²/m; 2.5cm2/m por cara As colocada parte traccionada (parte inferior) Φ 3/8 c/20 = 3.55 cm²/m Cumple As colocada parte comprimida (parte superior) Φ 3/8 c/25 = 2.84 cm²/m Cumple 6

121 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA Doc. 001 Rev. 001 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 13 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL UNIDAD DE DESINFECCIÓN PTAR JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio 2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente: 1

122 ÍNDICE 1 GENERALES CÁMARA DE CONTACTO DIMENSIONES ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA ARMADURA CASETA DE CLORACIÓN DIMENSIONES ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA ARMADURA COLUMNAS: VIGAS: PLACA CIMENTACIÓN ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: Cámara de Contacto Ilustración 2: Sección transversal Ilustración 3: Diagrama Ast1 (m2/m), Máximo Absoluto. Cámara contacto Sap Ilustración 4: Diagrama Ast2 (m2/m), Máximo Absoluto. Cámara contacto Sap Ilustración 5: Esquema Modelo Estructural Caseta cloración - Sap

123 1 GENERALES En este documento se presentan los cálculos de la estructura denominada Unidad de desinfección de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR). La misma incluye una cámara de contacto y una caseta de cloración. 2 CÁMARA DE CONTACTO 2.1 DIMENSIONES La cámara de contacto tiene dimensiones en planta de 5.25 m x 1.80 m y una profundidad de 1.80 m, con 1.30 m de nivel del agua. La cámara se encuentra dividida en varios compartimentos por muros interiores. Ilustración 1: Cámara de Contacto. 3

124 Ilustración 2: Sección transversal. 2.2 ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA Para la cámara de contacto habría que tener en cuenta el peso propio, empuje de tierras, el empuje hidrostático y sismo. Las combinaciones a estudiar son las siguientes: Estado limite último 1.4CM 0.9CM + SPx 0.9CM + SPy 1.25CM + SPx 1.25CM + SPy 1.4CM ET 1.4CM PH 1.4CM ET PH ENVOLVENTE Estado limite servicio CM+ET CM+ET+ PH Siendo: CM: Carga muerta SPx: Carga de sismo según eje X 4

125 SPy: Carga de sismo según eje Y ET: Presión terreno PH: Presión hidrostática del agua 2.3 ARMADURA Se ha hecho un modelo en el software Sap2000, obteniendo la cantidad de armadura necesaria. En la siguiente imagen se pueden apreciar los diagramas de armado. Ilustración 3: Diagrama Ast1 (m2/m), Máximo Absoluto. Cámara contacto Sap2000 Ilustración 4: Diagrama Ast2 (m2/m), Máximo Absoluto. Cámara contacto Sap2000 5

126 Muros exteriores: La cantidad de armadura necesaria obtenida con SAP2000 es inferior a las cuantías mínimas de armadura. Ast1 máx. (SAP2000) = 3.7cm2/m Ast2 máx. (SAP2000) = 2.4 cm2/m Armadura horizontal: As min = x 100 x 25 = 5 cm²/m por cara As Colocada Φ 1/2 c/25 = 5.08 cm²/m Cumple Armadura vertical: As min = x 100 x 25 = 3.75 cm²/m por cara As Colocada Φ 1/2 c/30 = 4.23 cm²/m Cumple Muros interiores: 6

127 Ast1 máx. (SAP2000) = 3.5cm2/m Ast2 máx. (SAP2000) = 3.75 cm2/m Armadura horizontal: As min = x 100 x 15 = 3.0 cm²/m por cara As colocada Φ 3/8 c/20 = 3.55 cm²/m Cumple Armadura vertical: As min = x 100 x 15 = 2.25 cm²/m por cara As colocada Φ 1/2 c/30 = 4.23 cm²/m Cumple Losa de fondo: Armadura horizontal para ambas direcciones: As mín. cara traccionada = x 100 x 25 = 3.00 cm²/m As mín. losa = 0.002x 100 x 25 = 5 cm²/m; 2.5cm2/m por cara Ast1 máx. (SAP2000) = 5.9 cm2/m Ast2 máx. (SAP2000) = 3.6 cm2/m Ast1 colocada (parte inferior) Φ 1/2 c/20 = 6.35 cm²/m Cumple Ast1 colocada (parte superior) Φ 1/2 c/30 = 4.23 cm²/m Cumple Ast2 colocada Φ 3/8 c/20 = 3.55 cm²/m Cumple 7

128 3 CASETA DE CLORACIÓN 3.1 DIMENSIONES La caseta tiene unas dimensiones en planta de 2.70 m x 2.70 m con un solo piso de altura mínima igual a 2.70m y una altura máxima de 3.00 m, con techo a un sólo agua. 3.2 ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA Para la caseta habrá que tener en cuenta las acciones del peso propio, carga viva sobre el techo, viento y sismo. Las combinaciones de carga a estudiar son las siguientes: Estado limite último 1.4CM+1.7CV 1.25(CM+CV+Cw) 0.9CM Cw 1.25(CM+CV) + SPx 1.25(CM+CV) + SPy 0.9CM + SPx 0.9CM + SPy ENVOLVENTE Estado limite servicio CM+CL Siendo: CM: Carga muerta CV: Carga viva SPx: Carga de sismo según eje X SPx: Carga de sismo según eje Y Cw: Carga debida al viento 8

129 Ilustración 5: Esquema Modelo Estructural Caseta cloración - Sap2000 Soportes de concreto fc=210kg/cm2 con dimensiones 25x25 cm2 Vigas de concreto fc=210kg/cm2 con dimensiones 25x30 cm2 9

130 3.3 ARMADURA COLUMNAS: Los máximos momentos obtenidos del modelo realizado en Sap2000 son: Md=1.32Ton*m Nd=2.42 Ton Vd=0.49Ton Se dispone la siguiente armadura longitudinal 2 φ 1/2 (2.26cm2) en las esquinas de las columnas y como estribos φ 3/8, con una separación de 7cm en bordes y el resto cada 20cm. 10

131 3.3.2 VIGAS: Los máximos momentos obtenidos del modelo realizado en Sap2000 Para las vigas son: Md=1.32Ton*m Nd=0.026 Ton Vd=1.33 Ton Se dispone la siguiente armadura longitudinal 3 φ 1/2 (3.39cm2) en la cara inferior y superior. En el centro de la viga, la armadura superior deja de ser necesaria, pero como las longitudes de las vigas son reducidas y por facilidad constructiva, se mantienen. Como estribos se disponen φ 3/8, con una separación de 7cm en bordes y el resto cada 20cm. 11

132 3.3.3 PLACA CIMENTACIÓN Se proyecta placa de cimentación para la caseta de cloración. Las cargas que se transmiten a la cimentación son pequeñas, dadas las dimensiones de la caseta de cloración. Espesor losa cimentación: Se elige un espesor de 25cm suficientemente grande para que no sea necesario armar a punzonamiento. Comprobación por punzonamiento: Comprobación presión admisible: La carga admisible del terreno es de 2.84kg/cm2, cumpliendo sobradamente las presiones que transmite la caseta al terreno. Armado losa cimentación: 12

133 La armadura máxima necesaria según los diagramas obtenidos en SAP2000 es inferior a las cuantías mínimas, por tanto se dimensiona por esas cuantías. Armadura horizontal para ambas direcciones: As mín. cara traccionada = x 100 x 25 = 3.00 cm²/m As mín. losa = 0.002x 100 x 25 = 5 cm²/m; 2.5cm2/m por cara As colocada (parte inferior) Φ 3/8 c/20 = 3.55 cm²/m Cumple As colocada (parte superior) Φ 3/8 c/20 = 3.55 cm²/m Cumple 13

134 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA Doc. 001 Rev. 001 INFORME FINAL Fecha Julio 2017 Cliente SERVICIO DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE AREQUIPA S.A. Página 1 de 7 AMPLIACIÓN Y MEJORAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO SANITARIO EN LA LOCALIDAD DE CHUQUIBAMBA, DISTRITO DE CHUQUIBAMBA, PROVINCIA DE CONDESUYOS, DEPARTAMENTO Y REGIÓN DE AREQUIPA MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL LECHO DE SECADO JULIO 2017 CONTROL DE EMISIÓN Y CAMBIOS Rev. Fecha Descripción Elaborado Revisado Aprobado 1 Julio 2017 DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR DOCUMENTO EMITIDO PARA INFORMACIÓN DEL CLIENTE LKS LKS SEDAPAR Firmas de la Revisión Vigente: 1

135 ÍNDICE 1 GENERALES LECHO DE SECADO DIMENSIONES ACCIONES Y COMBINACIONES DE CARGA ARMADURA... 5 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: Lecho de Secado Ilustración 2: Vista en planta Ilustración 3: Diagrama Ast1 (m2/m), Máximo Absoluto. Lecho Secado Sap Ilustración 4: Diagrama Ast2 (m2/m), Máximo Absoluto. Lecho secado Sap

136 1 GENERALES En este documento se presentan los cálculos de las estructura denominada Lecho de secado de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR). 2 LECHO DE SECADO 2.1 DIMENSIONES Como se puede ver en las imágenes adjuntas y en los planos correspondientes, las dimensiones del tanque de lecho de secados son de 10 m x 6.85 m en planta y una profundidad máxima de 1.45m en la sección de salida del agua. Ilustración 1: Lecho de Secado. 3