Higashi Luy

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS CONSIDERACIONES DE DISEÑO Y DETALLADO

PREPARADO POR HIGASHI INGENIEROS Ing. Julio Higashi Luy Ing César Romero Ortiz

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS

TANQUES RECTANGULARES DE CONCRETO

TANQUES CIRCULARES DE CONCRETO EN CONSTRUCCION

OBJETIVOS Serviciabilidad Durabilidad Limitación de deflexiones Control de fisuras

REFERENCIAS ACI 350-01 Code Requirements for Environmental Engineering Concrete Structures ACI 350.4-04 Design Considerations for Environmental Engineering Concrete Structures ACI 224.3-95 Joints in Concrete Construction

REFERENCIAS ACI 504-90 Guide to Sealing Joints in Concrete Structures ACI 318-05 Building Code Requirements for Structural Concrete BUREAU OF RECLAMATION, Design Criteria for Retaining Walls BUREAU OF RECLAMATION, Water Convenyance Systems, General Structural Considerations

REQUISITOS

REQUISITOS DEL CONCRETO Ø Máxima relación agua-cemento = 0.45 Ø Resistencia mínima = 280 kg/cm² a 28

días Ø Máximo Slump = 4 pulgadas Ø Tamaño máximo del agregado grueso = 1 pulgada (ASTM C33)

REQUISITOS PARA CONDICIONES DE EXPOSICION ESPECIALES ACI 350-01 table 4.2.2 Máxima relación f'c mínimo CONDICIONES DE EXPOSICION

agua / cemento

(kg/cm²)

en peso Concreto que se pretende tenga baja permeabilidad en exposición al agua,

0.45

280

0.42

315

0.40

350

aguas servidas y gases corrosivos. Concreto expuesto a congelamiento y deshielo en condición de húmeda ó a productos químicos descongelantes. Para proteger el refuerzo en el concreto de la corrosión cuando está expuesto a cloruros en tanques que contienen agua salobre, agua de mar o salpicaduras del mismo origen.

Influencia de la relación agua/cemento en la curva esfuerzo-deformación del concreto a compresión

ACERO DE REFUERZO Las barras de refuerzo deben ser corrugadas ASTM A615 grado 60 fy = 4200 kg/cm² fu = 6300 kg/cm² ASTM A706 grado 60 (soldable) fy = 4200 kg/cm² fu = 5600 kg/cm²

REFUERZO MINIMO En losas y muros donde el refuerzo a flexión se extiende en una sola dirección, se debe colocar un refuerzo mínimo perpendicular al refuerzo a flexión para resistir los esfuerzos debidos a retracción y temperatura. El reforzamiento de retracción y temperatura debe ser con barras de por lo menos Φ ½” y deben estar espaciados a no mas de 30cm.

REFUERZO DE RETRACCION Y TEMPERATURA LONGITUD ENTRE JUNTAS DE MOVIMIENTO

CUANTIA MINIMA POR RETRACCION Y TEMPERATURA

L < 6.10m

0.0030

6.10m < L < 9.15m

0.0030

9.15m < L < 12.2m

0.0040

L > 12.2m

0.0050

ACI 350-01 table 7.12.2.1

REFUERZO DE RETRACCION Y TEMPERATURA COLOCADO EN DOS CAPAS ESPESOR MURO

CUANTIA MINIMA

CUANTIA MINIMA

CUANTIA MINIMA

t (cm)

ρ = 0.0030

ρ = 0.0040

ρ = 0.0050

20

1/2" @ 0.30 1/2" @ 0.30 1/2" @ 0.25

25

1/2" @ 0.30 1/2" @ 0.25 1/2" @ 0.20

30

1/2" @ 0.25 1/2" @ 0.20 5/8" @ 0.25

35

1/2" @ 0.20 5/8" @ 0.25 5/8" @ 0.20

40

5/8" @ 0.30 5/8" @ 0.25 5/8" @ 0.20

RECUBRIMIENTO DEL REFUERZO Recubrimiento Mínimo a) Concreto vaceado contra el suelo y 7.5cm permanentemente expuesto a él b) Concreto vaceado contra encofrado ó expuesto al suelo, liquido o intemperie • Muros y losas 5.0cm • Vigas y columnas Armadura principal 6.25cm Estribos y espirales 5.0cm ACI 350-01 table 7.7.1

DISEÑO POR RESISTENCIA

FILOSOFIA DE DISEÑO Controlar y minimizar las fisuras es esencial para el funcionamiento de las estructuras hidráulicas. Los esfuerzos a la tracción en el acero deben ser mantenidos tan bajos como sea práctico. Se preferirán varillas de menor diámetro a espacios mas cortos. Las juntas y secuencias de vaceado son muy importantes que deberán ser indicados y especificados en los planos.

RESISTENCIA REQUERIDA U = 1.4D + 1.7L U = 1.4D + 1.7L +1.7H U = 0.9D + 1.7H U = 1.4D + 1.7L + 1.7W U = 0.9D + 1.7W U = 1.05D + 1.275L ± 1.4E U = 0.9D ± 1.43E

U = Carga factorizada D = Carga muerta o permanente L = Carga viva E = Carga de sismo H = Carga de presión del suelo W = Carga de presión de agua

RESISTENCIA DE DISEÑO Factor de reducción por resistencia φ § Flexión § Cortante § Compresión § Tracción

0.90 0.85 0.70 0.90

FACTORES DE DURABILIDAD En las estructuras hidráulicas la durabilidad y larga vida de servicio son primordiales; por lo tanto se introducen los factores de durabilidad ambiental S, para reducir los esfuerzos en los refuerzos y los anchos de fisuras, bajo condiciones de servicio. US = S x U § Resistencia a la flexión § Fracción del cortante

S = 1.30

tomado por el refuerzo § Tracción

S = 1.30 S = 1.65

DISEÑO DE MUROS GENERALIDADES La cuantía mínima vertical debe ser de 0.0030 La cuantía mínima horizontal depende de la longitud entre las juntas de movimiento El espesor mínimo de muros de 3m o mas de altura debe ser de 30cm Se debe colocar refuerzo en dos capas para muros con espesor mayor o igual a 25cm

DISEÑO DE MUROS CONDICIONES DE DISEÑO Empuje de agua sin considerar el suelo Empuje de suelo para tanque vacio

EMPUJE LATERAL DE AGUA Condiciones de carga a verificar 1) Empuje de agua a nivel de operación + empuje hidrodinámico 2) Empuje de agua a nivel de inundación (con esfuerzo permisible adicional de ⅓) 3) Combinación de compartimientos llenos y vacíos

EMPUJE HIDRODINAMICO SOBRE MURO RIGIDO Definido en 1933 por Westergaard en “Water Pressures on Dams During Earthquakes” Transactions ASCE, vol.98 Los valores Ce para los ratios H/T se pueden obtener de tablas

1) Empuje de agua a nivel de operación + empuje hidrodinámico Fuerza Pto. aplicación ⅓h Pw = ½ γw h² 0.4h PwE = ⅔ γw h² Khd U = 1.3(1.275W 1.3(1.275 +1.4E) Khd = Ceαh αh = 0.24 (Espectro inelástico de pseudo-aceleraciones Sa = 0.24g)

2) Empuje de agua a nivel de inundación (Se incluye factor de ¾ equivalente a tener un esfuerzo permisible adicional de ⅓) Fuerza Pto. aplicación Pw = ½ γw H² ⅓H U = ¾ 1.3(1.7W)

3) Combinación de compartimientos llenos y vacíos

EMPUJE LATERAL DE SUELO 1) 2)

Condiciones de carga a verificar Empuje activo + acción sísmica +empuje de sobrecarga Empuje de suelo en reposo +empuje de sobrecarga

PRESION LATERAL DE SUELO INCLUYENDO ACCION SISMICA (MONONOBE-OKABE 1926) La fuerza activa total, PAE, durante un sismo es obtenida adicionando una componente de fuerza dinámica, ΔPAE, a la fuerza activa estática PA. ΔPAE = ½ gs Hs² ΔKAE (ΔKAE = KAE – KA) ΔKAE = coeficiente de incremento dinámico de presión activa de suelo KAE = coeficiente de presión activa total

1) Empuje activo + acción sísmica + sobrecarga Fuerza Pto. aplicación ⅓ Hs P = ½ gs Hs² KA ⅔ Hs ΔPAE = ½ gs Hs² ΔKAE ½ Hs Ps/c = KA s/c Hs U = 1.3(1.275H + 1.275L + 1.4E) 2) Empuje de suelo en reposo + sobrecarga Fuerza Pto. aplicación Po = ½ gs Hs² Ko ⅓ Hs Ps/c = KA s/c Hs ½ Hs U = 1.3(1.7H + 1.7L)

JUNTAS JUNTAS DE CONSTRUCCION JUNTAS DE MOVIMIENTO JUNTAS DE CONTRACCION qJunta de contracción total qJunta de contracción parcial JUNTAS DE EXPANSION

JUNTAS DE CONSTRUCCION Ø Son generalmente

localizados en las naturales interrupciones del vaceado de concreto, tales como la interface entre losas y muros, y a longitudes limitadas por los volúmenes de vaceado o tiempos de trabajo. Ø Debe transcurrir por lo menos 48 horas entre vaceados de paños adyacentes para disipar efectivamente los esfuerzos de retracción.

JUNTAS DE MOVIMIENTO Permiten cambios de dimensiones en el concreto debido a cargas, expansión térmica, retracción o asentamientos diferenciales JUNTAS DE CONTRACCION JUNTAS DE EXPANSION

JUNTAS DE CONTRACCION Ø Son frecuentemente usados para disipar los

esfuerzos de retracción y para controlar la fisuración Ø Deben ser localizados a intervalos que no excedan los 9m Junta de contracción total Todos los refuerzos se interrumpen en la junta Junta de contracción parcial Por lo menos el 50% de los refuerzos se interrumpen en la junta

JUNTAS DE EXPANSION Son generalmente usados en estructuras muy largas (típicamente de mas de 45m) o donde hay cambios bruscos de configuración geométrica Es buena practica ubicarlos en los cambios de dirección de losas y muros en estructuras con forma L, T, y U

WATERSTOPS Son perfiles elásticos a base de PVC, de gran resistencia a la tracción, gran coeficiente de alargamiento a la ruptura, impermeables, resistentes al envejecimiento y agentes químicos agresivos

TANQUES RECTANGULARES DE CONCRETO EN CONSTRUCCION

MUROS EN CONSTRUCCION

MUCHAS GRACIAS

Setiembre del 2006