ContenidoPROYECTO TANQUE ENTERRADO...........................................................................................................1

1 Introducción......................................................................................................................................1

1.1 Concepción del Metodo de Elementos Finitos..........................................................................1

1.2 Características y uso de los tanques en la Ingeniería Civil.........................................................1

2 Objetivos...........................................................................................................................................1

2.1 Objetivo general........................................................................................................................1

2.2 Objetivos específicos.................................................................................................................2

3 Modelado y Solicitaciones................................................................................................................2

3.1 Modelado..................................................................................................................................2

3.1.1 Presiones se suelo y supresión..........................................................................................2

3.1.2 Estados de Carga...............................................................................................................3

3.1.3 Coeficiente de balasto.......................................................................................................4

3.1.4 Modelado SAP 2000..........................................................................................................4

3.2 Solicitaciones.............................................................................................................................6

3.2.1 Estado 1 – Caso 1: peso propio + tanque lleno..................................................................6

3.2.2 Estado 2 – Caso 2: peso propio + presiones de suelo + tanque vacío................................7

3.2.3 Estado 3 – Caso 3: peso propio + tanque lleno + presiones de suelo................................7

4 Diseño...............................................................................................................................................8

4.1 Memoria de Calculo..................................................................................................................8

5 Planos................................................................................................................................................9

6 Conclusiones y Recomendaciones....................................................................................................9

I

IMAGENES

Imagen 1 asignación de signos y tanque modelado.................................................................................4Imagen 2 Modelo 3D (Shells)...................................................................................................................4Imagen 3 Tanque con espesor.................................................................................................................5Imagen 4 Vista lateral Tanque..................................................................................................................5Imagen 5 Tanque con carga de suelo.......................................................................................................5Imagen 6 Tanque con cargas de agua......................................................................................................6Imagen 7 Momento 11 - Caso 1...............................................................................................................6Imagen 8 Momento 22 - Caso 2...............................................................................................................6Imagen 9 Momento 11 - Caso 2...............................................................................................................7Imagen 10 Momento 22 - Caso 2.............................................................................................................7Imagen 11 Momento 11 - Caso 3.............................................................................................................7Imagen 12 Momento 22 - Caso 3.............................................................................................................7

II

PROYECTO TANQUE ENTERRADO

1 Introducción

1.1 Concepción del Metodo de Elementos Finitos.La idea general del método de los elementos finitos es la división de un continuo en un conjunto de pequeños elementos interconectados por una serie de puntos llamados nodos.

Las ecuaciones que rigen el comportamiento del continuo regirán también el del elemento.

De esta forma se consigue pasar de un sistema continuo (infinitos grados de libertad), que es regido por una ecuación diferencial o un sistema de ecuaciones diferenciales, a un sistema con un número de grados de libertad finito cuyo comportamiento se modela por un sistema de ecuaciones, lineales o no.

1.2 Características y uso de los tanques en la Ingeniería Civil.Dentro de la ingeniería civil y sus diferentes ramas los tanques contenedores de líquidos constituyen un rol muy importante para el almacenamiento, abastecimiento y tratamiento de distintos tipos de líquidos como agua, hidrocarburos, líquidos especiales, aguas residuales etc.

Los tanques son utilizados para el almacenamiento y abastecimiento de agua para grandes y pequeños asentamientos poblacionales, para grandes cantidades del líquido se necesita tanques de mayor tamaño construidos de materiales que sean resistentes a las presiones impuestas por el líquido y otras presiones externas que se puedan presentar. Para pequeñas cantidades de líquido se usa tanques cisternas de hormigón armado o tanques plásticos elevados de menor capacidad, evitando el desabastecimiento en ocasiones en que el líquido no sea provisto de manera regular.

En la ingeniería hidráulica los tanques son de gran utilidad para los diversos tratamientos que sirven para la potabilización de agua en los que se necesita controlar caudales o almacenar agua cruda por un determinado periodo de tiempo para continuar el proceso por sus distintas fases como: aireación, pre cloración, coagulación floculación, sedimentación, floculación, cloración y almacenamiento previo su distribución.

Dentro de la ingeniería sanitaria se utilizan tanques para facilitar los distintos procesos de tratamiento de aguas residuales y como fosas sépticas en el caso de viviendas en donde no exista un sistema de captación de aguas residuales.

Otro uso muy frecuente sirve para el almacenamiento o procesos de producción y transporte de hidrocarburos o líquidos especiales a pequeña o grande cantidades, en estos casos se deberá tener en cuenta los materiales que se usaran para la construcción de la estructura debido a la reacción que puede provocarse entre el líquido y los elementos, evitando que se produzca fugas o infiltraciones que pudieran ocasionaría un gran impacto ambientan en el entorno.

2 Objetivos

2.1 Objetivo general Realizar el diseño de un tanque enterrado utilizando el método de elementos finitos, apoyados

en el programa SAP 2000.

1

2.2 Objetivos específicos Analizar las presiones del suelo y del agua que afectan al tanque enterrado. Calcular la supresión del agua que afectara al tanque enterrado. Modelar según las solicitaciones calculadas y los planos dados, la estructura en el SAP 2000. Después del modelado de la estructura, establecer los momentos que afectan a la estructura. Establecer la cantidad de acero que requiere la estructura. Determinar la disposición de armaduras necesarias para el tanque enterrado. Representar todos los resultados plasmados en los planos. Establecer las conclusiones y recomendaciones.

3 Modelado y Solicitaciones

3.1 Modelado

3.1.1 Presiones se suelo y supresión Datos de entrada:

a. MATERIALES

Los principales materiales a usarse son los siguientes:

Los materiales principales serán:

HORMIGÓN:

Hormigón: H-25 fc28 = 25 [MPa]

Resistencia cilíndrica característica a los 28 días

ACERO DE CONSTRUCCIÓN:

Acero: AH – 420 fy= 420 [MPa]

b. TERRENO

En cuanto al terreno solo tenemos el dato de la capacidad de soporte del mismo el cual tiene el siguiente valor:

Tensión admisible del terreno: σt= 1.2 [Kg/cm2]

Para la determinación de solicitaciones se realizara una modelación con el programa SAP 2000 para el cual utilizaremos los siguientes datos q a continuación se detallan:

Peso específico del suelo seco se tomara el siguiente valor:

Peso específico suelo seco γ = 14.0 [KN/m3]

Peso específico del suelo saturado de agua se tomara el siguiente valor:

Peso específico saturado γ sat= 22.0 [KN/m3]

2

Nivel de aguas freáticas: es determinado por medio de un estudio de suelos in situ, lo cual se adoptara un valor de -0.8 m del nivel del terreno.

Nivel freático NF= -0.8 [m]

Angulo de fricción interna del suelo:

Angulo de fricción = 30⁰

Presiones y supresión Este cálculo se lo realizo mediante el cálculo de presiones activas de Rankine en el cual pudimos calcular tanto el empuje de suelo y del agua. Se calculó también la supresión del agua la cual afectara al diseño del tanque.

h Nφ σ'0 3 0

0,8 3 3,733333334,8 3 33,0666667

7,95 3 56,1666667

Presiones del suelo

h Nφ σ0 3 0

0,8 3 04,8 3 44

7,95 3 78,65

Presiones de agua

3.1.2 Estados de CargaPara realizar el modelado de la estructura tomaremos en cuenta los siguientes estados:

Estado 1 – Caso 1: peso propio + tanque lleno Estado 2 – Caso 2: peso propio + presiones de suelo + tanque vacío Estado 3 – Caso 3: peso propio + tanque lleno + presiones de suelo

3

3.1.3 Coeficiente de balastoPara modelar la acción del suelo sobre la base de la estructura se colocaron resortes en la cara inferior de la base, la resistencia de estos resortes corresponde al valor del coeficiente de Balasto para un tipo de arcilloso gravoso.

Es necesario conocer el valor del coeficiente de Balasto, bien sea aproximado por tablas, ecuaciones u obtenido mediante el ensayo de carga con placa normalizada, en este caso el coeficiente de balasto es tomado es tomado de “Geotecnia y Cimientos III de Jiménez Salas y otros y corresponde a un valor orientativo de: 𝑘1 = 5 𝑘𝑔/𝑐𝑚3

3.1.4 Modelado SAP 2000

Imagen 1 asignación de signos y tanque modelado

Imagen 2 Modelo 3D (Shells)

4

Imagen 3 Tanque con espesor Imagen 4 Vista lateral Tanque

Imagen 5 Tanque con carga de suelo

5

Imagen 6 Tanque con cargas de agua

3.2 Solicitaciones

3.2.1 Estado 1 – Caso 1: peso propio + tanque lleno

Imagen 7 Momento 11 - Caso 1 Imagen 8 Momento 22 - Caso 2

6

3.2.2 Estado 2 – Caso 2: peso propio + presiones de suelo + tanque vacío

Imagen 9 Momento 11 - Caso 2 Imagen 10 Momento 22 - Caso 2

3.2.3 Estado 3 – Caso 3: peso propio + tanque lleno + presiones de suelo

Imagen 11 Momento 11 - Caso 3 Imagen 12 Momento 22 - Caso 3

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4 Diseño

4.1 Memoria de CalculoSe realizó la disposición de armaduras median un programa en Excel propio, a continuación mostramos el cálculo de armadura para el momento más crítico el cual se encuentra en el Estado 2:

DATOS

= 19,125 * a * ( 0,15 - 0,5 * a )

Ordenando la ecuacion tenemos

0,5 = 0

Valores hallados `para (a)

Area de acero requerida

8 Ø 20 C/

0,0496 m20,0496 m2

0,2504 m2

0,0062-0,15 m

0,119 MN m

25,08694875

12,523

0,15

m1,00 m

25 MPa

420 MPa

12,11 Tn-m

0,15 m

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[��௨ൌܯ Ͳǡ�ͷ � � � � ൌ�Ͳǡ�ͷ

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ሺ�ଶሻ ሺ�ሻ

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8

5 PlanosLos planos obtenidos del diseño se encuentran en los anexos, los cuales están adjuntados al informe.

6 Conclusiones y Recomendaciones Las presiones tanto del suelo como del agua (supresión) son importantes según las

dimensiones de nuestro tanque así como también tomando en cuenta el tipo de suelo en el que estamos trabajando.

Para el modelado se debe ser minucioso en ingresar los datos, ya que el no tomar en cuenta alguna de estos influye de gran manera en el modelado de la estructura, tomando más tiempo del requerido y en ciertos casos herrando el diseño.

El coeficiente de balasto se tomó en cuenta una arcilla gravosa. el estado mas critico al que se encuentra sometido el tanque es cuando este esta vacio y solo

actúan el peso propio del tanque y las presiones del suelo y aguas asi como también la supresión del agua.

El análisis de este tipo de estructuras es de mucha ayuda en cuestión académica para lograr tener una concepción más clara de lo que es el diseño en SAP 2000.

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