Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II INDICE 1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 2 2. ANTECEDENTES ............................................................................................................... 2 2.1. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. PLANOS FUNCIONALES ...................................................................................................... 2 MODELACIÓN ESTRUCTURAL .................................................................................... 2 GEOMETRÍA. ...................................................................................................................... 3 MODELACIÓN .................................................................................................................... 4 CLASIFICACIÓN DE LA ESTRUCTURA ............................................................................... 6 MATERIALES ...................................................................................................................... 6 SUELO ................................................................................................................................. 6 4. CARGAS (ACCIONES) DE DISEÑO ............................................................................... 7 5. ANALISIS ESTRUCTURAL ........................................................................................... 10 5.1. 5.2. 6. COMBINACIONES DE CARGA ........................................................................................... 10 5.2 RESULTADO DEL ANÁLISIS ANTE COMBINACIONES DE CARGA DE DISEÑO ............ 11 MUROS............................................................................................................................... 20 1 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II 1. INTRODUCCIÓN En este documento se realiza el análisis y el diseño estructural de una caja de descarga, ubicado el emisor de aguas residuales en Nogales, Sonora, consta de 4 muros, losa y tapa de concreto, en este tanque se ubican ocho vigas de acero y dos tuberías, una de salida y otra de llegada con un diámetro de 76 cm de diámetro cada una. Se elabora un modelo estructural con el programa de computadora SAP 2000 V 10 (Structural Analysis Program), se modela la geometría, el material del que está conformado, o sea concreto y acero, y las cargas a las que está sometido. Con los resultados obtenidos del análisis se elabora del diseño estructural, esto con base en el Reglamento de Construcción de Nogales, Sonora y sus Normas Técnicas Complementarias. 2. ANTECEDENTES 2.1. Planos funcionales EB-NOG-FEC-1 Funcional y Estructural, Caja de Descarga de la Línea de Presión Colosio. 3. MODELACIÓN ESTRUCTURAL El tanque mostrado en la figura 3 está formado por un cajón a base de muros, losa y tapa de concreto, se encuentra ubicado en una zona sísmica B según la regionalización sísmica de la Comisión Federal de Electricidad y es una estructura tipo A. Se encuentra desplantado a una profundidad de 3.54 m, las dimensiones en planta del tanque son de 2.5 por 2.0 m. La capacidad de carga del terreno según el estudio de mecánica de suelos proporcionado, es de qa= 22.0 t/m2. Figura 3. Vista general en 3D de la caja. 2 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II 3.1. Geometría. En las figura 3.1 se muestra una planta y un corte de la estructura. Figura 3.1ª Planta. 3 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II Figura 3.1b Cortes laterales (A y B). 3.2. Modelación Para utilizar el programa SAP200 se realiza una modelación del tanque la cual se realizó mediante una malla de elementos finitos cascaron que representan las losas, la tapa y los muros de la caja como se muestra en la figura 3.2.1. Estos elementos cascaron se forman con puntos nodales y tienen su propio sistema de referencia como se muestra en la figura 3.2.2. 4 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II Figura 3.2.1 Elementos finitos cascarón de la caja. Figura 3.2.2 Ejes locales y puntos nodales del elemento cascarón. 5 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II Fig 3.2.3 Elemento resorte. 3.3. Clasificación de la estructura El Tanque pertenece al grupo A. La caja pertenece al grupo A y se ubica en la zona sísmica B, esto según el Manual de Diseño de Obras Civiles Diseño por Sismo. 3.4. Materiales Las características de los materiales con los que se va a diseñar son: Concreto clase I. Resistencia a la compresión del Concreto, f`c= 250 kg/cm2 Módulo de Elasticidad del Concreto, = 14000 250 c E ; Ec= 221359.4 kg/cm2 Acero de refuerzo. Resistencia a la fluencia del acero, Fy=4200 kg/cm2. Módulo de Elasticidad del acero, Es= 2039000 kg/cm2. Módulo de Cortante del acero, Gs= 784000 kg/cm2. 3.5. Suelo El terreno donde se apoya tiene una capacidad de carga de 22.0 t/m2 según el estudio de mecánica de suelos proporcionado, para este tipo de terreno se considera una relación lineal esfuerzo-deformación y por ello se pueden considerar soluciones analíticas cerradas. El suelo se sustituye por una cama de resortes, cada uno de los cuales actúa independiente de los demás. Este tipo de modelo fue propuesto por Winkler, con el cual se obtienen valores del modulo de reacción del Suelo (conocido también como Coeficiente de Balasto o Modulo de Winkler) en función de la resistencia admisible del terreno en cuestión. 6 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II El módulo de reacción de este terreno, según su capacidad de carga, es k= 4.4 Kg/cm3, el cual se utiliza en el programa para poder interpretar la interacción suelo estructura. 4. CARGAS (ACCIONES) DE DISEÑO Cargas muertas CPPEL. Ver figura 4.1.1 Cargas debidas al empuje de suelo CEMPSUE. Ver figura 4.2.1 Cargas debidas al empuje de sobrecargas CEMPSOB. Ver figura 4.2.1 Cargas debidas al agua en operación normal CHIDE. Ver figura 4.4.1 4.5 Cargas debidas al sismo. SISMOX=1.0ESPECTROX + 0.5ESPECTROY SISMOY=1.0ESPECTROY + 0.5ESPECTROY Ver figura 4.5.1 Espectro de diseño para la zona C. 4.6 Efectos hidrodinámicos. Masas virtuales debidas al agua en dirección del eje X (tabla 4.6.1). Masas virtuales debidas al agua en dirección del eje Y (tabla 4.6.2). 4.7 Efectos de los rellenos debidos al sismo. Cargas debidas al empuje del suelo debido a sismo CEMPSUS. 4.8 Efectos bidireccionales debidos a sismo. Se indican en el inciso 4.5. 7 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II Figura 4.1.1 CPPEL. Figura 4.2.1 CEMSUE. 8 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II Figura 4.4.1 CHIDE. Tabla 4.5.1 espectro de diseño sísmico para una zona b de acuerdo con comisión federal de electricidad. Zona B Suelo Est tipo A0 c Ta (s) Tb (s) r B II A 0.08 0.3 0.3 1.5 2/3 TABLA 4.6.1 parámetros para cuantificar loe efectos hidrodinámicos sismo en la dirección del eje X. 9 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. H (m) 0.97 2L (m) 2.5 B (m) 2.0 PV (t/m3) 1.0 M0 0.222 V (m3) 4.9 No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II g (m/s2) 9.81 H0 0.37 W (t) 4.9 M1 0.282 M (t/s2) 0.5 α β 0 1 H1 0.561 L (m) 1.25 ζ=L/H 1.3 K1 2.92 Repartidos a todo alrededor del tanque en los puntos nodales, y son 37 por lo que: PN 37 M0 0.006 H0 0.369 PN 35.00 M1 0.008 H1 0.561 K1 0.083 TABLA 4.6.2 Parámetros para cuantificar loe efectos hidrodinámicos sismo en la dirección del eje Y. H (m) 0.97 2L (m) 2.0 B (m) 2.5 PV (t/m3) 1.0 M0 0.268 V (m3) 4.9 H0 0.37 g (m/s2) 9.81 W (t) 4.9 M1 0.244 M (t/s2) 0.5 H1 0.59 α β 0.0 1.0 L (m) 1.0 ζ=L/H 1.0 K1 3.41 Repartidos a todo alrededor del tanque en los puntos nodales, y son 37 por lo que: PN 37.0 M0 0.007 H0 0.369 PN 35.00 M1 0.007 H1 0.586 K1 0.097 5. ANALISIS ESTRUCTURAL 5.1. Combinaciones de carga La seguridad de una estructura deberá verificarse para el efecto combinado de todas las acciones que tengan una probabilidad no despreciable de ocurrir simultáneamente. 5.1.1 PERTANLL = PERMANENTE TANQUE LLENO 5.1.2 PERTANV = PERMANENTE TANQUE VACIO 5.1.3 PERSISX =PERMANENTE + SISMO EN LA DIRECCIÓN X 5.1.4 PERSISX =PERMANENTE + SISMO EN LA DIRECCIÓN Y 10 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II Para la consideración de las cargas que actúan se tomaran los siguientes factores de carga y las combinaciones de las acciones permanentes con las diferentes acciones variables. Comb PERTANLL PERTANV PERSISX1 PERSISX2 PERSISY1 PERSISY2 CPPEL CEMPSUE CEMPSOB 1.4 1.4 1.1 1.1 1.1 1.1 1.7 1.3 1.3 1.3 1.3 1.7 1.3 1.3 1.3 1.3 CHIDE CEMPSUS SISMOX 1.3 1.3 1.3 1.3 1.1 -1.1 SISMOY 1.7 1.3 1.3 1.3 1.3 1.1 -1.1 5.2. 5.2 Resultado del análisis ante combinaciones de carga de diseño Los resultados se muestran en figuras donde los colores sobre los elementos cascaron muestran la intensidad de los elementos mecánicos;, se muestran los momentos M11 y M22 y el cortante en la losa V13, V23 según los ejes locales de los cascarones, las unidades están en toneladas metro y los valores numéricos se muestran en la barra inferior de las imágenes. (Figuras 5.2.1 a 5.2.22). 11 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II Figura 5.2.1 M11 PERTANLL. Figura 5.2.2 M22 PERTANLL. 12 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II Figura 5.2.3 M11 PERTANV Figura 5.2.4 M22 PERTANV 13 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II Figura 5.2.5 M11 PERSISX1. Figura 5.2.6. M22 PERSISX1. 14 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II Figura 5.2.7 M11 PERSISX2. Figura 5.2.8 M22 PERSISX2. 15 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II Figura 5.2.9 M11 PERSISY1. Figura 5.2.10 M22 PERSISY1. 16 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II Figura 5.2.11 M11 PERSISY2. Figura 5.2.12 M22 PERSISY2. 17 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II Figura 5.2.13 M11 PERTANLL. Figura 5.2.14 M22 PERTANLL. 18 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II Figura 5.2.15 M11 PERTANV. Figura 5.2.16 M22 PERTANV. 19 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II Figura 5.2.17 M11 PERSISX1. Figura 5.2.18 M22 PERSISX1. 6. MUROS. Muros exteriores Los muros se revisan como una columna de un ancho unitario con su respectivo armado. La sección transversal es una de 100 cm de ancho por 25 cm de espesor con recubrimiento de siete cm con varillas del número cinco a cada 30 cm (var # 5 @ 30) en ambos lechos. Se 20 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II obtiene la relación de capacidad última contra resistente (U/R) la cual no vede exceder de 1.0. 21 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural Proyecto Ejecutivo del Cárcamo de Bombeo y Emisor de Aguas Residuales para Nogales, Sonora. No. de Contrato CONTA08-019 Tarea II 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. El armado de muros y losa se realizará estrictamente conforme a lo indicado en esta memoria respetando longitudes de espaciamientos y números de varillas. La losa de fondo tiene un espesor de 30 cm con un armado de varillas del número cinco a cada 30 cm en ambos lechos, la losa tapa de 20 cm y un armado del número cuatro con espaciamientos de 30 cm en ambos lechos y los muros del tanque tienen un espesor de 25 con varillas del número cinco a cada 30 cm. El recubrimiento en todos los elementos es de siete cm debido al tipo de estructura y a la ubicación en el terreno. En la zona donde se encuentran los tubos se colocarán placas de acero para reforzar esa zona. Por debajo del nivel del desplante de cimentación, previamente sobre el terreno natural se deberá colocar una plantilla de concreto de 150 kg/cm², de 5cm, con la finalidad de uniformizar a la superficie que recibirá la cimentación. 22 de 22 Sección 5: Proyecto Estructural