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DESCRIPCIÓN

Se desea construir un tanque de agua elevado para suplir lasnecesidades de la comunidad.

El consultor en hidráulica, ha propuesto una geometría interna deltanque que es un hexágono, inscrito en un círculo de 12m de diámetro,las paredes son de 25cm de espesor y tienen 4.5m de altura sin contarla placa de !ondo, la placa de !ondo tiene un espesor de 45cm, el niveldel agua proyectado es hasta el "5# de la altura li$re del tanque.

El tanque está apoyado en una columna cuadrada hueca que tiene 2mde lado exterior, y un espesor de pared de %&.5cm.

'a cota de la parte superior de la placa de !ondo es la %4.5" m.s.n.m y lacota del nivel del terreno es la 1(.%4 m.s.n.m, el nivel !reático )uct*a en

super+cie desde los .5m hasta los 2.m seg*n la hora del día en la quese mida.

En el sitio se reali- una serie de per!oraciones como se presenta acontinuacin, la separacin hori-ontal entre per!oraciones es de 15m/ enla -ona, las mareas tienen incrementos del nivel del agua hasta la cota2%.45m.

0 continuacin se presenta

1. El diseo de la !undacin del tanque.2. 'a descripcin cuantitativa de la incidencia de las !uer-asconvectivas en el tanque y en las !undaciones.

%. 3eri+cacin de las !undaciones en condiciones dinámicasutili-ando la aceleracin ori-ontal del municipio de asto.

4. 'os diagramas de de!ormacin, momento y cortante para laspilas.

5. 6iseo de pilas a tensin. lanos de construccin

&. 7antidades de o$ra

". 8ecomendaciones de construccin

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DESARROLLO

Información Disponible

En la ta$la 1 se presenta el registro de las per!oraciones reali-adas en la-ona de estudio que permitirán la caracteri-acin del material yde+nicin de parámetros para reali-ar el diseo de cimentaciones.

Tabla 1. Registro de Perforaciones Realizadas

ara nuestro caso puntual se utili-arán los datos de la per!oracin cuyacota es 1(,%4. msnm/ se presume que esta es la más cercana a nuestraárea de in)uencia 9$ase de la columna cuadrada de 2m x 2m: de$ido aque la cota coincide con la del terreno, la otra per!oracin al estar a 15

metros de distancia, no es de tanta utilidad teniendo en cuenta el áreaespecí+ca con la que cuenta la estructura. 'a estratigra!ía de+nida parael per+l de suelo de !undacin es

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Estratigrafía.

Capa Vegetal (0,00 a 0,50 m)

 Arcilla limosa Verde oscuro (0,50 a 2,00 m)

 Arena blanca na (2,00 a ,00 m)

!imo areno arcillo "erde claro (,00 a #5,00 m)

 Arcilla arenosa ro$o magenta (#5,00 a 2%,00 m)

7on lo anterior se de+nirán los parámetros de resistencia paracaracteri-ar el per+l de suelo, 'a determinacin de los parámetros de sereali-a mediante el m;todo aproximado de evaluacin de los parámetros

e!ectivos de resistencia c< y =9?on-ále- ?. @lvaro, 1(((:, teniendo en cuenta el nivel !reático en ,5metros para considerar la situacin más des!avora$le. En la Aigura 1 semuestra la grá+ca de Es!uer-o 7ortante vs. resin Bormal para la arcillalimosa verde y la arena $lanca +na respectivamente/ a partir de lapendiente y el intercepto de la curva se hallan los parámetros del suelo.ara la determinacin de los parámetros de la arcilla verde oscura de$icomplementarse la in!ormacin con el dato de pro!undidad y n*mero degolpes de la otra per!oracin de$ido a la poca in!ormacin que se tiene.

6e los estratos restantes se tienen ensayos de corte que permitendirectamente determinar los parámetros de resistencia.

ig!ra 1. C;todo aproximado de evaluacin de los parámetros e!ectivos deresistencia c< y =a$la 2 se muestra la recopilacin de parámetros para todos los estratosdel per+l estudiado.

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Tabla ". arámetros de resistencia del suelo

Estrato(ton/m3)

c(ton/m2) (°)

 Arcilla LimosaVerde

1.83 0.38 24

 Arena Fina Blanca 1.80 0.00 31

Limo Areno arcilloVerde

1.75 3.00 18

 Arcilla Arenosarojo magenta

1.87 2.00 21

Cargas

 >eniendo en cuenta las consideraciones geom;tricas del enunciado seestiman las cargas muertas y vivas además de las cargas sísmicas/ elmaterial del tanque es concreto. En el caso de las cargas vivas, seconsideran las variaciones de nivel de agua en el tanque hasta ."5veces la altura de las paredes del mismo. En la +gura 2 se presenta elesquema del tanque planteado.

ig!ra ". Es#!e$a en Planta % Per&l del dise'o en (ilasconsiderado.

ara las cargas sísmicas se utili-a para este eDercicio los coe+cientes deaceleracin del municipio de asto seg*n la BS81 90aF.25, 0vF.25:.En la +gura % se presentan las expresiones que permiten determinar el

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espectro de diseo seg*n la BS81 y en la +gura 4 el espectrocalculado mediante estas ecuaciones.

ig!ra ). Es(ectro de dise'o seg*n la nor$a NSR+1,

.5 1 1.5 2 2.5 % %.5 4 4.5 5.

.1

.2

.%

.4

.5

.

.&

."

 >iempo 9s:

Sa 9g:

ig!ra -. Es(ectro (ara consideracin de carga s/s$ica

Se ingres el espectro en el So!tGare S0 así como las dimensiones deltanque y la densidad de los materiales 92,4 tonHm% para el concreto y 1,tonHm% para el agua del tanque en la consideracin de la carga viva:, conel +n de determinar las cargas y momentos en la $ase. En las +guras 5 y se muestran los resultados arroDados por el so!tGare.

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ig!ra 0. Cargas de sericio

ig!ra 2. Cargas de sericio co$binadas.

El momento de servicio en la $ase de la estructura es de &(( >on.m, lacarga de servicio es de (1 ton distri$uídas en 4m 2. or lo cual setransmite a trav;s de nuestro sistema de cimentaciones 1&2.&2 tonHm2.

Diseño de las cimentaciones.

 >eniendo en cuenta que la altura de la columna cuadrada que sostendráel tanque es de aproximadamente 15 metros 9alrededor de 5 pisos:,además de la disposicin de p;ndulo invertido de la estructura queimplica un centro de gravedad elevado, el tanque eventualmente podráestar sometido a cargas laterales signi+cativas en caso de sismo9coe+cientes de aceleracin para -ona de amena-a sísmica 0'>0: quegenerará momentos de volcamiento importantes a nivel de la !undacin,ra-n por la cual se considera adecuada la proyeccin de una

cimentacin de tipo indirecta o pro!unda que permita garanti-ar laesta$ilidad de esta in!raestructura.

ara el tipo de terreno de !undacin encontrado 9material de playa degranulometría gruesa I material arenoso:, es necesario precisar estaalternativa de !undacin en pilotes hincados, ya que la idea de pilamanual 9tradicional en Cedellín y en el 3alle de 0$urrá: es

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constructivamente invia$le, además de la presencia de niveles !reáticosaltos o inclusive por encima del nivel actual del terreno, invalidancualquier intento de excavacin manual 9colapso de las paredes de laexcavacin, !allas de !ondo por gradientes hidráulicos, lavado de +nos,etc.:.

Se recomienda entonces cimentar la estructura en pilotes hincadosagrupados por una losa )otante, es decir, sin tener en consideracin lacapacidad portante que pueda o!recer el suelo.

'a dimensin de cada pilote como unidad, así como del encepado o losaque agrupará los pilotes dependerá de las solicitaciones de la estructuray el estado de es!uer-os. 'as recomendaciones siguientes seránorientadas a determinar el diámetro y la longitud de los pilotes.

Jna ve- caracteri-ado el per+l del suelo, se anali-an las propiedades decada estrato, por medio de las cuales se determina las condiciones máscríticas de diseo.

6e$ido a que la situacin más crítica que predomina es a largo pla-o,entonces se decide tra$aDar en t;rminos de es!uer-os e!ectivos 9cK y LK:.

Se espaciarán los pilotes de manera que la capacidad de carga del grupono sea menor que la suma de las capacidades de carga de los pilotesindividuales. >eniendo en cuenta que el diámetro máximo por tratarsede pilotes hincados es .5 m, tenemos entonces un total de ( pilotes enun arreglo de %mM%m espaciados 1 metro en am$os sentidos, cadapilote soporta una carga de &.&" ton.

0 continuacin en la +gura & se muestra la variacin del estado dees!uer-os del suelo con la pro!undidad, teniendo en cuenta la posicindel nivel del agua más crítico 94,11 metros por encima de la super+ciedel terreno: y el nivel !reático a .5 m.

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ig!ra 3. Estado de esf!erzos efectios del s!elo s (rof!ndidad

Se calcula entonces la resistencia de los pilotes mediante la expresin.

Qu=Qb+Q s

6onde N$ es la resistencia por punta y Ns la resistencia por !uste. 7omoel diámetro será pequeo respecto a la longitud total del pilote sedetermina la resistencia por punta como.

Qb= Ab Pd ( Nq−1 )

6onde 0$ es el @rea de la punta y d el es!uer-o e!ectivo en ese nivel. OBq sale de la +gura ".

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ig!ra 4. actor de ca(acidad de carga N#

'a resistencia por !uste se determina como

Qs=  ´ K s∗ Pd∗ A s∗tanδ 

6onde Ps es el coe+ciente de !riccin suelo pilote, 0s es la super+cie delpilote enterrada. O Q es el ángulo de !riccin suelo pilote. 'os valores de

Ps y Q, se extraen de la >a$la %.

Tabla ). 5alores de 6s % 7

Se seleccionan PsF1.5 y QF%H4R.

En la ta$la 4 se presenta el cálculo de la capacidad de carga para lospilotes, cada uno de estos como se ve de$en tener una pro!undidad de% metros para cumplir con la carga de servicio utili-ando un !actor deseguridad de %.

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Tabla -. Dise'o de Pilotes