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20 abril 2011

Diseño de la Cimentación de un Tanque de Almacenamiento de Combustible

Introducción. Dentro de la gran actividad industrial y de suministros de servicios básicos de un país se utilizan elementos de almacenamiento de materias primas o procesadas. Un tipo de estos elementos son los estanques verticales de almacenamiento de líquido apoyados en el suelo.
El aseguramiento del buen funcionamiento de estas estructuras durante su vida útil y, más Importante aún, frente a un sismo, es de vital importancia para la seguridad de las estructuras mismas, las personas y el medio ambiente.

 
 
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Propuesta Tecnológica para el mejoramiento del Comportamiento Sísmico de Reservorio Elevado con Estructura de Soporte Tipo Marco Caso: Reservorio - Nazca - Ica - Perú

Resumen. El sismo de Pisco demostró la vulnerabilidad de los reservorios elevados con estructura de soporte tipo marco, como es el caso del reservorio de agua elevado de villa Bisambra (provincia de nazca-departamento de Ica) de 500 m3 de capacidad, con una altura es de 13.5m, el cual presentó daños importantes en la estructura de soporte (concentración de esfuerzos en los nudos, viga-columna), ocasionado principalmente por los excesivos desplazamientos laterales, resultado de su poca rigidez lateral.
Frente a los resultados de los desplazamientos obtenidos, del análisis modal en el SAP 2000 V12, se propone dos alternativas de reforzamiento: arriostres diagonales, y ensanches de columnas con aletas laterales, para incrementar la rigidez lateral. Es necesario tener especial cuidado en el diseño y protección de estructuras esenciales como es el caso de los reservorios elevados de agua; las cuales no deben interrumpir su función después de que ocurra un sismo dentro de las consideraciones establecidas en la norma E-030-2006.



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Diseño de un Almacén de Soya

Resumen. El Proyecto Final que se adjunta a continuación se denomina: DISEÑO DE UN ALMACÉN DE SOYA.
En este proyecto se ha realizado el diseño, cálculo de la estructura y de la cimentación del almacén de soya mediante los programa de cálculo estructural Etabs 2000 Ver. 12 y de acuerdo a la normativa vigente (Reglamento Nacional de Edificaciones).
También se ha desarrollado la documentación necesaria para la correcta ejecución del almacén: memoria descriptiva, memoria de cálculo, y planos.
Se trata de un almacén de soya de 2736 m2 construidos en planta, cuyas dimensiones son: 72.00 m de longitud, 38.00 m de ancho, 10,00 m de altura máxima (entre el nivel del suelo y la cumbrera).
La estructura está compuesta por cimentación y muros de concreto armado, columnas, vigas y tijerales de acero A36 con uniones soldadas con electrodo de rutilo y la Tipología seleccionada ha sido pórticos con vigas, siendo la cubierta de la nave a dos aguas.
La cimentación está formada por zapatas conectadas de concreto f’c = 280 kg/cm2, calculadas para un terreno de resistencia a 1,0 Kg/cm2.

 
 
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Diseño en Acero de un Módulo de Aulas cimentado sobre Pilotes

Resumen. El proyecto consiste en el análisis y diseño de módulos independientes de acero estructural destinado para el uso de aulas en zonas de difícil acceso, en las que no sea posible disponer de los insumos necesarios para la construcción de los mismos utilizando materiales convencionales.
El proyecto se ubica en la ciudad de Chimbote, provincia de Santa, Departamento de Ancash, en el asentamiento humano de San Isidro.
Los módulos tienen una longitud de 14.80m y 7.30m de ancho, poseen dos niveles y dentro de ellos se habilitarán 4 aulas. Los muros interiores serán de drywall, ya que es un material liviano y posee características termo acústicas, lo que no representa problema alguno ante las condiciones climáticas. El espesor de los muros es de 25 cm, dentro de los cuales se encuentra la estructura de acero protegida del ambiente; además de ello, ésta se encuentra recubierta por un sistema de pintura epóxicas con un espesor total de12 mils, lo que garantiza la protección ante la corrosión.
La capacidad portante del terreno a una profundidad de 4m es de 0.70Kg/cm2. Razón por la cual la cimentación se resolvió por medio del uso de pilotes de concreto prefabricado de 6m de longitud y 60cm de diámetro. Estos penetran 2 m dentro del terreno resistente.
Tanto el análisis como el diseño de la estructura de acero y de los elementos de concreto están basados en la normativa vigente presente en el reglamento nacional de edificaciones. También se utilizó la manual del AISC para el diseño de los elementos de acero y sus conexiones. Todas las conexiones son empernadas, lo que otorga el beneficio adicional de desmontaje en el caso que así se requiera.
Como resultado se determinó que es posible el empleo de los módulos en zonas con similares condiciones de viento presentes en la costa; Cabe señalar que las condiciones con las que cuenta el terreno son poco favorables y que en este caso en particular la solución fue el empleo de pilotes; sin embargo, para otras condiciones el posible el empleo de la cimentación más conveniente.
Por otro lado, debido a la exigente demanda estructural requerida por los centros educativos, los módulos pueden también ser empleados en diversas funciones fuera del ámbito educativo, ya que su diseño cubre un amplio espectro de demanda.



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Diseño de Reservorio Elevado Tipo Fuste


PARTE 1 ESTADO DEL ARTE
RESERVORIO TIPO FUSTE
1.1 DEFINICIÓN
Son sistemas estructurales de almacenamiento y regulacion de liquidos; forman parte fundamental en una red de abastecimiento comprendida complementariamente por otros
sistemas, como las redes de impulsion y las redes de distribucion.
Para su construccion precisan fundamentalmente la aplicacion de la Ingenieria Civil, complementada por la Ingenieria Hidraulica.
Los reservorios se clasifican entre si por una amplia gana de factores, dependiendo de los liquidos y su aplicacion, la capacidad, la ubicacion y el tipo de materiales para su
construccion.
Nuestro diseno esta dirigido a determinar el reservorio adecuado para la dotacion de agua potable a una poblacion rural-urbana, ubicada en el distrito de Pachacutec, en la ciudad de Ica, Peru. Nuestra evaluacion se concentrara en los modelos existentes, definiendo finalmente el tipo de reservorio para nuestro diseno.
1.2 CLASIFICACIÓN
A. Tipo de Funcionamiento
• Tanque de Agua

Los tanques de agua funcionan mediante un sistema de niveles de arranque y parada, es decir que cuando el nivel de agua llega al nivel maximo, el sistema de bombeo se detiene, y cuando llega al nivel minimo se activa, normalmente cuando hay poco consumo (como en la noche) se llenan, y cuando el consumo es maximo (como, por ejemplo, a la hora de cocinar) se vacian.
• Reservorio
Los reservorios de agua, al igual que los tanques elevados son fundamentales en una red de abastecimiento de agua potable. Difieren en el funcionamiento de un tanque de agua en que el caudal de ingreso es constante durante casi todo el tiempo, es decir el nivel de agua en un reservorio siempre sera el maximo. Para ello, la captacion en la mayoria de casos es un pozo tubular del cual se obtiene caudal de bombeo constante de acuerdo a un estudio hidrogeologico y al analisis de la demanda de la poblacion.
B. Tipo de Uso
• Público
Son de uso publico cuando estan localizados de forma tal en la ciudad que pueden abastecer a un amplio sector de esta.
• Privado
Son de uso privado cuando se encuentran al interior de las viviendas, o en el terreno de un edificio de apartamentos, y sirven exclusivamente a los moradores de este.
C. Tipo de Ubicación
• Enterrados o Subterráneos
Normalmente denominados cisternas, es un tipo de estructura de almacenamiento que no está ligada directamente con el sistema de distribución de una red de agua, en casi la totalidad de casos es un almacenamiento primario el cual deriva a otra estructura de regulación.
• Apoyados
Se usan cuando la presión del sistema puede ser obtenida de la topografía de la zona de servicio y no de la estructura de almacenamiento en sí.
• Elevados
Se usan cuando la presión del sistema puede ser obtenida de la topografía de la zona de servicio y no de la estructura de almacenamiento en sí.
D. Tipo de Material
• Concreto Armado
Se utilizan cuando es requerida una estructura rígida ante eventos sísmicos o de viento.
• Acero
Se utiliza el acero como material en reservorios pre-fabricados de poco volumen de almacenamiento y en zonas donde sea aceptable su aplicación.

1.3 NORMATIVIDAD PARA EL DISEÑO
Cuando se analizan reservorios, debe pensarse que se tiene un sistema compuesto por mínimo dos materiales (el líquido contenido, que normalmente es agua y la estructura contenedora) y que por tanto estos elementos tienen diferentes características y comportamientos que definitivamente aportan sus materias cuantificadas y propiedades cuando se ejecutan la concepción, el análisis y diseño por un Ingeniero Civil, las cuales muchas veces son omitidas por falta de conocimiento, lo que conlleva a errores y problemas posteriores.
Cuando se ejecuta el análisis, estas estructuras deberán ser evaluadas o sometidas a por lo menos 3 estados de carga, a saber las cargas gravitacionales (CM y CV), la carga hidrostática
(CF) y la carga de sismo (CS), obviamente existen otro estados de carga como la carga de viento (CW) que no serán tratados en este estudio, pero que si deben ser consideradas en el análisis y diseño.
Como se puede intuir y bajo criterio del diseñador, las cargas gravitacionales serán aportes debido al peso propio de la estructura, al peso del líquido contenido y sobrecargas reglamentarias aplicadas. Asimismo y cuando el reservorio está parcial o completamente lleno de líquido (agua), este liquido estancado ejerce presiones hidrostáticas sobre las paredes del tanque contenedor las cuales pueden ser calculadas como una función proporcional con la profundidad y con el peso específico del líquido contenido (agua).
En cuanto a la evaluación de cargas de Sismo, y esto es lo más importante, debe entenderse que nuestra Norma Sismorresistente E.030 (NTE.30), no dispone o no se contempla una reglamentación para ejecutar el análisis sísmico de los reservorios y que por tanto debemos recurrir a otros códigos internacionales donde si se otorgan la reglamentación correspondiente.
El código americano ACI 350 Seismic Design of Liquid.Containing Concrete Structures (ACI 350.3-01) and Commentary (350.3R-01) son los que gobiernan y otorgan los parámetros y modelos dinámicos para un correcto análisis sísmico, que se otra forma no se podría ejecutar.
Nuestro objetivo es usar nuestro criterio para poder compatibilizar los Códigos Extranjeros con los parámetros NTE.030 peruanos de tal manera que se pueda obtener un correcto estudio sísmico para Reservorios, utilizando modelos dinámicos establecidos en el código ACI 350 y sus comentarios.
1.4 ANÁLISIS SÍSMICO
A. - Análisis Hidrodinámico
La figura 1 representa el comportamiento dinámico del conjunto líquido–estructura durante una perturbación sísmica, si observamos bien, podemos distinguir que el total de la masa del agua contenida en el tanque, sea este apoyado o elevado, una parte de la masa de agua queda impregnada rígidamente en las paredes del reservorio y además que esta se encuentra confinada y se ubica en la parte inferior contados a partir del piso del tanque. A esta masa se le conoce como masa fija o impulsiva.
Asimismo el complemento de la masa impulsiva que se ubica ciertamente sobre esa, al no encontrarse confinada (ya que tiene libertad por un borde libre) oscila durante la perturbación sísmica generándose en ella un oleaje. A esta masa complementaria se le conoce como masa
móvil o convectiva.
Es fácil observar que la cantidad de la masa impulsiva es mayor que la masa convectiva. Para tener en cuenta los efectos hidrodinámicos se utiliza el Sistema Mecánico Equivalente de Housner (1963), que se muestra en la figura 2, en la cual se aprecia la existencia de la masa fija
o impulsiva (mi) que se adhiere rígidamente a las paredes interiores del tanque (sea reservorio apoyado o elevado) y que dicha masa al estar totalmente confinada, deberá unirse a las paredes del tanque a través de resortes cuya rigidez es infinita.
…Continúa…



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Diseño Sísmico de una Nave Industrial con Puente Grúa

Prólogo. Con este trabajo aplicativo final se pretende presentar una información práctica y resumida para el diseño sísmico de una nave industrial con un puente grúa, desde uso de tablas, fórmulas, de un software de diseño, hasta su aplicación. La información contenida en este trabajo, es resultado del empleo de la norma peruana E.030 para el diseño sísmico de estructuras metálicas, siendo esta no específica para el diseño de naves industriales con puente grúa, por lo cual se tomaron como apoyo algunas normas extranjeras como la norma europea (euro código 3), norma norte americana (ASCE 7-05) y sur americana (NCh2369.of2003) de donde se obtuvieron especificaciones sobre el DRIFT y algunos conceptos generales para el diseño de estructuras metálicas industriales.
El nombre del tema y título de este trabajo aplicativo responde a la amplia gamma del empleo de las naves industriales en los diferentes sectores de la industria peruana y extranjera; mas aun si esta cuenta con un puente grúa para la carga, descarga y traslado práctico de diferentes cosas o productos.
La estructura general del presente trabajo está dividida en 3 capítulos:
El capítulo 1 es la introducción, donde se detalla los antecedentes, objetivo, alcances y conceptos generales que serán usados para el Diseño Sísmico de una Nave Industrial con un Puente Grúa.
El capitulo 2 trata de las consideraciones generales que se deben tomar en cuenta para el diseño; se describe el cálculo estructural sísmico de una nave industrial con un puente grúa mediante un análisis dinámico por combinación modal espectral para cada uno de las direcciones horizontales analizadas, también el cálculo y verificación de los elementos estructurales importantes. En este capítulo se trata de mostrar que el tema principal de este trabajo aplicativo final es el Diseño Sísmico de una Nave Industrial con un Puente Grúa; donde el problema será resuelto por el método de análisis dinámico mediante el empleo de una herramienta de cálculo estructural (sap2000 v14).
El capitulo 3 trata en forma particular del diseño de la viga principal tipo cajón del puente grúa, donde se realizarán los cálculos por resistencia mecánica y por estabilidad. De esta manera introductoria se quiere dar a conocer este trabajo aplicativo, donde la viga principal del puente grúa como elemento estructural y como complemento de las naves industriales son muy solicitados en su conjunto en los diferentes sectores industriales y de esta manera estaríamos cumpliendo en forma integral el diseño y la construcción estructural de la edificación sin la contratación de terceros.
Con respecto al sistema de unidades, en este trabajo aplicativo final, primará el Sistema Internacional de Unidades; pero también en algunos casos serán representados por el sistema ingles dado que la información referencial es americana (USA) y estando establecido tácitamente que en el mercado se trabaja con ambos sistemas.

 
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Análisis Comparativo de Cimentación con Zapatas y Losa de Cimentación del Bloque "B" del Nuevo Hospital Regional de Ica

Resumen. Las condiciones geotécnicas del suelo de Ica ocasionaron un adicional en la construcción del Nuevo Hospital Regional de Ica debido a que era necesario encofrar todas las zapatas y vigas de cimentación, la solución planteada por el contratista fue reemplazar las zapatas por losa de cimentación, en este trabajo se desarrollara el diseño de la losa de cimentación y como conclusión se hará una análisis comparativo técnico y económico de los dos tipos de cimentación.


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Diseño de un Edificio Comercial con Estructura de Acero considerando un Espectro de Diseño que incluye el Sismo de Pisco 2007

Resumen. El presente trabajo comprende el diseño estructural en acero de un edifico comercial de 6 niveles, destinando los 3 primeros niveles a uso de tienda por departamentos y los 3 niveles superiores a uso de estacionamiento. El sistema resistente de dicha estructura está conformado por una combinación de pórticos arriostrados en todo el perímetro de la estructura y pórticos internos simplemente conectados. Este edificio está ubicado en la ciudad de Lima, cuyo suelo local es un suelo intermedio entre suelo rígido y suelo flexible. En el análisis elástico de la estructura se han considerado dos espectros de diseño inelástico de aceleración que han sido derivados de las componentes de aceleración horizontal de los registros sísmicos, la primera en base a 6 registros usados para establecer el Espectro de Diseño de nuestra Norma Técnica E.030 y el segundo en base a los 6 registros ya mencionados y 2 registros adicionales correspondientes al Sismo de Pisco 2007, en ambos casos para una razón de amortiguamiento de 2% el cual es correspondiente al sistema resistente de nuestra estructura conformado por marcos de acero con arriostramiento. Del análisis comparativo de los 2 espectros de diseño de aceleraciones considerado en este trabajo se deduce que para estructuras ubicadas en suelo intermedio que presentan periodos fundamentales menores a 0.6 segundos no hay incidencia en utilizar cualquiera de los espectros debido a que estas estructuras se encontraran aun en la plataforma del espectro, pero para las estructuras con periodos fundamentales mayores a 0.6 segundos tendrán una mayor demanda sísmica para el segundo espectro de diseño debido a que el periodo que define la plataforma del espectro es de 0.75 segundos, en tal efecto en el Capítulo III se realizara una comparación de los desplazamientos que se obtienen al considerar cada espectro de diseño mencionado procediendo a realizar el diseño definitivo de la estructura para el Espectro de Diseño que incluye los registros del Sismo de Pisco 2007.


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