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Lineamientos Tcnicos para Factibilidades, SIAPA CAP.10 CRITERIOS ESTRUCTURALES Febrero 2014 Hoja 1 de 49

CRITERIOS Y LINEAMIENTOS TCNICOS PARA FACTIBILIDADES.Criterios Estructurales.


CAPITULO 10. CRITERIOS ESTRUCTURALES

10.0. INTRODUCCIN GENERAL.

En este captulo se establecen los lineamientos, que tienen como objetivo conseguir que losproyectos ejecutivos tengan un nivel de seguridad adecuado contra fallas estructurales, as como lograrun comportamiento aceptable de las construcciones en condiciones normales de operacin.

Tomando en cuenta los servicios y obras que realiza el SIAPA en la zona metropolitana de Guadalajara,que cubren la totalidad del municipio de Guadalajara y parte de los municipios de Zapopan, Tlaquepaque yTonal como zona conurbada, para los fines de este captulo, se tomar como base nicamente el Reglamentode Construcciones del Municipio de Guadalajara para contar con un solo criterio de diseo. En el caso quela obra en especfico no sea cubierta por dicho reglamento, se har referencia al ACI-318 o del InstitutoAmericano de la Construccin en Acero (AISC).

Estos lineamientos son aplicables tanto a las construcciones nuevas, como a lasmodificaciones, ampliaciones, obras de refuerzo y reparaciones.

Los lineamientos que se establecen en el presente captulo son el producto de la recopilacin yseleccin de Normas y Especificaciones vigentes, emitidas por Dependencias, Instituciones y AsociacionesTcnicas a nivel Nacional e Internacional as como de reglamentos, manuales y guas de diseo aplicables a losproyectos estructurales para Sistemas de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento a los cuales se puedehacer referencia y que se mencionan a continuacin:

- Ley y Reglamento de Obras Pblicas del Estado de Jalisco.

- Reglamento de Construcciones para el Municipio de Guadalajara.

- Normas y Especificaciones de la Comisin Nacional del Agua (CFE).

- Normas y Especificaciones de la Comisin Federal de Electricidad (CFE).

- Reglamento de las Construcciones del Instituto Americano del Concreto (ACI). ConcretoReforzado ACI 318 y Comentarios.

- Construccin de Losas y Pisos de Concreto ACI 302. (Instituto Americano del concreto).

- Instituto Americano de la Construccin en Acero (AISC).

- Sociedad Americana de Soldadura (AWS).

- Asociacin Americana de Obras de Agua (AWWA).

- Sociedad Americana de Ingenieros Mecnicos (ASME).

- Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (ASCE).

- Asociacin del Cemento Portland (PCA).

- Estructuras Sanitarias de Concreto para el Mejoramiento del Ambiente ACI 350. (InstitutoAmericano del Concreto).

(Dada la gran importancia de sta ltima publicacin, se incluye como anexo en el Apndice al final del captulo).


10.1. CLASIFICACIN GENERAL.

Las construcciones que integran los Sistemas de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento,se deben considerar dentro del Grupo A segn el artculo 210 del Reglamento de Construcciones para elMunicipio de Guadalajara donde se establece que las construcciones del Grupo A son :

"Construcciones cuyo funcionamiento sea especialmente importante a raz de un sismo o que en casode fallar causara prdidas directas o indirectas excepcionalmente altas en comparacin con el costo necesariopara aumentar su seguridad. Tal es el caso de las sub-estaciones elctricas, centrales telefnicas, estacionesde bomberos, archivos y registros pblicos, hospitales, escuelas, estadios, templos, centros de reunin, salasde espectculos, estaciones terminales de transporte, monumentos, museos y locales que alojen equipoespecialmente costoso con relacin a la estructura, as como instalaciones industriales cuya falla puedaocasionar la difusin en la atmsfera de gases txicos, o que puedan causar daos materiales importantes enbienes o servicios".

10.2. CONSIDERACIONES BSICAS DE DISEO Y CLCULO.

10.2.1. Sismo.

El anlisis y diseo por sismo se efectuar conforme al Reglamento de Construcciones para elMunicipio de Guadalajara.

10.2.2. Viento.

El anlisis y diseo por viento de las estructuras se efectuar conforme al Reglamento deConstrucciones para el Municipio de Guadalajara, (si este cdigo lo contempla); y/o al Manual de Diseo deObras Civiles, al captulo Diseo por Viento del Manual respectivo de la Comisin Federal de Electricidad.

10.2.3. Cimentaciones.

La cimentacin deber disearse con las recomendaciones de la mecnica de suelos y lo estipulado enel captulo de geotecnia, contemplando las combinaciones de cargas ms desfavorables, revisando laresistencia del terreno, y limitando los hundimientos diferenciales y el hundimiento medio. Para estructuras quealbergan maquinaria se incluir en el anlisis y diseo los efectos de carga de equipos, vibracin e impacto, enmontaje y operacin.

El tipo de cimentacin y sus caractersticas deben definirse en cada caso particular, con base en lascondiciones y estudios correspondientes.

Es importante registrar el nivel fretico al inicio de la exploracin y al final, y despus, diariamente,durante el mayor tiempo posible. Se registrarn el mximo y mnimo nivel fretico as determinado.

Si las exploraciones indican que el subsuelo soportar la sobrecarga impuesta por la estructura conhundimientos tolerables y sin que haya riesgo de falla por resistencia, se recurrir a una cimentacin somera ybastar retirar los materiales superficiales sueltos o de origen orgnico.

Si el subsuelo resulta dbil o inadecuado para soportar la sobrecarga de la estructura sin sufrirhundimientos excesivos, antes de recurrir a la cimentacin a base de pilotes, pilas u otro tipo de cimentacinprofunda, se recomienda considerar la posibilidad de mejorar las condiciones del subsuelo y cimentarsuperficialmente. Deben evitarse las cimentaciones mixtas en tanques.

El clculo y diseo de las cimentaciones deber llevarse a cabo de acuerdo a las Normas yEspecificaciones del Instituto Americano del Concreto ACI 318.


10.3. ESTRUCTURAS CONSIDERADAS

Las estructuras que componen los Sistemas de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento se puedenagrupar de acuerdo a las normas tcnicas que las rigen en:

a) Edificaciones,b) Estructuras Sanitarias, yc) Estructuras Especiales.

10.3.1. Edificaciones.

Se entender por edificacin en los Sistemas de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento, lasconstrucciones destinadas a satisfacer los requerimientos especficos de un programa de necesidades, comoson:

a.- Oficinas,b.- Laboratorios,c.- Almacenes,d.- Talleres,e.- Servicios generales,f.- Caseta de vigilancia,g.- Cuartos de control,h.- Cuartos de equipos, yi.- Cimentaciones para maquinaria y equipos.

La estructura deber analizarse para las cargas muertas, vivas, accidentales de viento y sismo quepuedan presentarse durante el proceso constructivo y de operacin. El diseo de la estructura se efectuar parala combinacin de cargas mas desfavorable, verificando que las deformaciones de los elementos que lacomponen queden dentro de las (tolerancias especificadas).

El anlisis y diseo de edificios se regir por el Reglamento de Construcciones para el Municipio deGuadalajara; el Reglamento de las Construcciones de Concreto Reforzado ACI 318 y Comentarios, en el casode estructuras de concreto; especificaciones del Instituto Americano de Construcciones de Acero (AISC) ySociedad Americana de Soldadura (AWS), en el caso de estructuras de acero.

El diseo por sismo se efectuar conforme a lo estipulado en la seccin 10.2.1. y el diseo por vientoconforme a lo estipulado en la seccin 10.2.2. y las cimentaciones conforme a la Seccin 10.2.3.

El diseo de pisos de concreto se realizar ajustndose a las especificaciones del Instituto Americanodel Concreto, Construccin de Losas y Pisos de Concreto ACI 302.

Los planos estructurales se elaborarn conforme a lo estipulado en la seccin 10.4.

10.3.2. Estructuras sanitarias.

En los Sistemas de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento, se entender por estructuras sanitariasaquellas obras destinadas a transportar o contener agua o lquidos, tales como:

a.- Tanques y/o depsitos,b.- Conductos cerrados,c.- Canales,d.- Alcantarillas y colectorese.- Crcamos de Bombeof.- Tanques en Plantas Potabilizadores o de Tratamiento.

Las estructuras sanitarias pertenecen a la categora de estructuras en las que los requisitos msimportantes por cumplir son el del agrietamiento mnimo y la impermeabilizacin, adems de su duracin yresistencia.

Las recomendaciones para el diseo estructural, deben considerarse como disposiciones mnimas parauso general. En particular, en el diseo se debern tomar en cuenta los efectos estructurales debido a lasseparaciones entre las juntas, sus detalles y secuencias de construccin.


Las estructuras sanitarias debern analizarse para las cargas muertas, vivas, accidentales de viento ysismo (condicin de tanque vaco y tanque lleno) que puedan presentarse durante el proceso constructivo y deoperacin. El diseo de la estructura se efectuar para la combinacin de cargas mas desfavorable, verificandoque las deformaciones de los elementos que la componen queden dentro de las tolerancias especificadas.

En las estructuras sanitarias de concreto reforzado se debern atender las disposiciones siguientes:

CONCRETO. Se revisar la posible reaccin entre el concreto y el lquido en contacto. Elproporcionamiento del concreto debe dar lugar a una mezcla bien graduada, de alta densidad y mximatrabajabilidad. La resistencia especificada a los 28 das, f?c debe ser mayor o igual a 250 kg/cm2. Serecomienda usar aditivo inclusor de aire.

JUNTAS. Para reducir al mnimo el agrietamiento del concreto debido a cambios volumtricos ymovimientos del elemento o de la estructura, el proyectista debe considerar la posibilidad de especificarel uso de juntas de contraccin y/o expansin. Asimismo, debe sealar las etapas constructivas y lalocalizacin de las juntas de construccin.

En general el anlisis y diseo de las estructuras sanitarias y su cimentacin deber llevarse a cabo deacuerdo a lo estipulado en el Reglamento de Construcciones para el Municipio de Guadalajara. Para laestructura en contacto con el agua, regirn las Normas y Especificaciones del Instituto Americano del Concreto;Estructuras Sanitarias de Concreto para el Mejoramiento del Ambiente ACI 350 y el Reglamento de lasConstrucciones de Concreto Reforzado ACI 318 y Comentarios. Para el anlisis y diseo de tanques elevadosde acero soldado regirn las Normas y Especificaciones de la Asociacin Americana de Obras de Agua AWWAD-100, as como, las especificaciones del Instituto Americano de Construcciones de Acero AISC, de la SociedadAmericana de Soldadura AWS, de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecnicos ASME y de la SociedadAmericana de Ingenieros Civiles ASCE.

El anlisis y diseo por sismo se efectuar conforme a lo estipulado en la seccin 10.2.1.; en el caso detanques, el anlisis de sismo deber realizarse de acuerdo al captulo Tanques y Depsitos del Manual deDiseo de Obras Civiles de la Comisin Federal de Electricidad con las adecuaciones especificadas en lassecciones 10.2.

El anlisis y diseo por viento se efectuar conforme a lo estipulado en la seccin 10.2.2. cuando aplique.

En caso de existir subpresin se verificar que el factor mnimo de seguridad a la flotacin sea de 1. 5.

Los planos estructurales generales y de detalle se elaborarn conforme a lo estipulado en la seccin 10.4.

10.3.3. Estructuras Especiales

Dentro del conjunto de obras que componen los Sistemas de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento,existen algunas estructuras que requieren de un tratamiento especial y estn regidas por normas especificas; tal es elcaso de las Estructuras de Cruce y los Atraques y Silletas.

En la construccin de un acueducto, se entender por estructura de cruce, las obras que nos permitanvencer obstculos tales como: corrientes de agua, barrancas, carreteras, caminos y vas frreas.

Dependiendo del tipo de obstculo por salvar las podemos agrupar de la siguiente manera:

a) Estructura de cruce con ros, arroyos, canales y lagunas,b) Estructuras de cruce con carreteras y caminos,c) Estructuras de cruce con vas frreas, yd) Estructuras de cruce con ductos.

a) Estructuras de Cruce con Ros, Arroyos, Canales y Lagunas.

Las estructuras de cruce con ros, arroyos y lagunas, fundamentalmente son resueltos mediante laconstruccin de puentes, sifones invertidos, puente canal, con tubera area o tubera colocada en el fondo delcauce. Las estructuras de cruce con canales, en general son resueltos mediante la construccin de puentes,sifn invertido, puente canal, con tubera area o mediante tubera hincada.


La solucin por adoptar para este tipo de cruces estar en funcin de la topografa del terreno,condiciones geolgicas, longitud del claro por salvar, procedimiento constructivo y la presencia del agua. Elproyecto estructural deber contar en cada caso con los elementos necesarios para su construccin yproteccin tales como: atraques, silletas, anclaje y lastre. En general, la lnea de conduccin en la zona decruce deber ser con tubera de acero.

De acuerdo a las recomendaciones de mecnica de suelos, se efectuar el anlisis y diseo tomandoen consideracin las cargas interna y externa en la tubera, cargas muertas, vivas, accidentales, empujes deaguas, empujes de tierra y subpresin durante las etapas constructivas y en operacin. El clculo y diseoestructural deber llevarse a cabo de acuerdo a las Normas y recomendaciones de la AWWA Manual paraTubera de Acero M-11, Normas y Especificaciones del AISC, AWS y del Instituto Americano del Concreto ACI318.

Los planos estructurales se elaborarn conforme a lo estipulado en la seccin 10.4., y adems deberncontener lo siguiente:

? La planta general, a escala tal que represente adecuadamente el detalle del cruce, concoordenadas e indicando el norte.

? El corte longitudinal, por el eje de la lnea de conduccin, ubicarlo en la parte inferior de la plantay contendr cadenamiento, rasante de tubera, cota del terreno natural y altura de corte.

? Cortes transversales, por una de las mrgenes y por el eje del ro o arroyo.

? Cortes y detalles de los atraques y de la unin o junta en los cambios de tubera de diferentematerial.

? Detalle de los cambios de direccin en la tubera.

? Cuadro de datos de proyecto.

? Cuadro de cantidades de obra.

? Croquis de localizacin del cruce ubicando en la margen superior derecha.

? Notas importantes.

? Calidad de materiales.

? Procedimiento constructivo.

? Proteccin anticorrosiva.

b) Estructuras de Cruce con Carreteras y Caminos.

En base a la topografa, mecnica de suelos, densidad de trnsito y procedimiento constructivo, sedefinir la solucin a este tipo de cruce, que puede ser con un cajn de concreto reforzado o con camisa detubera de acero instalada en zanja o hincada.

El proyecto estructural, deber contar con los elementos necesarios para su construccin tales como:estructura protectora, muros de cabeza, atraques y silletas. En todos los casos, la tubera de conduccin en lazona de cruce, ser con tubera de acero. En el caso de que la estructura protectora sea colocada en zanja, seelaborar un proyecto de camino de desvo con su trazo geomtrico y sealizaciones de trnsito de acuerdo lasNormas y Especificaciones de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (SCT).


El anlisis y diseo de la estructura protectora cuando es a base de cajn de concreto armado y murosde cabeza de mampostera se efectuar de acuerdo a las Normas y Especificaciones de la SCT (Secretaria deComunicaciones y Transportes), Especificaciones de la AASHTO (Asociacin Americana de FuncionariosEstatales de Caminos), y las Normas y Especificaciones del Instituto Americano del Concreto ACI 318,analizndolas para cargas muertas, cargas vivas, accidentales, cargas rodantes, empujes de agua, empuje detierra y subpresin durante sus etapas constructivas y de operacin.

El anlisis y diseo de la estructura protectora a base de encamisado de tubera de acero deberllevarse a cabo de acuerdo del AWWA, Manual M-11, Normas y Especificaciones del AISC y AWS, tomando enconsideracin las cargas muertas, cargas vivas, accidentales, cargas rodantes, empuje de agua, empuje detierra y subpresin durante sus etapas constructivas y de operacin, as como aplastamiento, corrosin, manejo,transporte y por efectos de deformacin longitudinal en el caso de ser hincada. Para la seleccin del tipo deproteccin se usaran las Normas de PEMEX.

Los planos de estas estructuras, se elaborarn conforme a lo estipulado en la seccin 10.4., yadems debern contener lo siguiente:

La planta general, ubicada en la margen superior izquierda, a escala 1:200 o 1:250 con coordenadas ynorte, se precisar el ngulo de interseccin de la lnea de conduccin con la va de comunicacin, elkilometraje de la lnea de conduccin y el de la carretera con su nombre, dibujndose en la interseccindos crculos concntricos, sealando tanto en la carretera como en la lnea de conduccin por medio deflechas en los extremos, las poblaciones inmediatas a manera de origen y destino. As tambin seindicarn y acotarn los lmites del derecho de va.

Corte longitudinal, por el eje de la lnea de conduccin, indicndose elevacin del terreno natural yrasante del camino, acotacin e indicacin del lmite del derecho de va, los muros de cabeza y lasjuntas de uniones entre tuberas de diferentes materiales. Si la tubera es hincada, indicar la longitudefectiva de hincado. Abajo del corte anterior, ubicar el cuadro que contiene cadenamiento, rasante detubera, cota del terreno natural y altura de corte.

Corte transversal, por el sitio del cruzamiento, cortes y detalles de los muros de cabeza y de lainstalacin de tubera de la lnea de conduccin y la estructura de proteccin detalle de las juntas en loscambios de tubera de diferente material precisamente fuera del derecho de va, cuadro de deflexionesen el caso que los hubiera, cuadro de datos de proyecto, cuadro de cantidades de obra, croquis delocalizacin del cruce ubicado en la margen superior derecha, notas, procedimiento constructivo yproteccin anticorrosiva.

c) Estructuras de Cruce con Vas Frreas.

En base a la topografa, mecnica de suelos y procedimiento constructivo se definir la solucin a estetipo de cruce, que puede ser con cajn de concreto reforzado o con camisa de tubera de acero instalada enzanja o hincada.

El proyecto estructural deber contar con los elementos necesario para su construccin tales como :estructura protectora, muros de cabeza, atraques y silletas. La lnea de conduccin en la zona del cruce deberser con tubera de acero.

El anlisis y diseo de la estructura protectora cuando es a base de cajn de concreto armado y murosde cabeza de mampostera se efectuar de acuerdo a las Normas y Especificaciones de FerrocarrilesNacionales de Mxico, las Normas y Especificaciones del Instituto Americano del Concreto ACI 318,analizndolas para cargas muertas, vivas, accidentales, cargas rodantes y empuje de tierra durante sus etapasconstructivas y de operacin.

El anlisis y diseo de la estructura protectora a base de encamisado de tubera de acero deberllevarse a cabo de acuerdo a las Normas y Especificaciones de Ferrocarriles Nacionales de Mxico, del AWWA,del AISC y AWS, tomando en consideracin las cargas muertas, cargas vivas, accidentales cargas rodantes(COOPER E-110) y empuje de tierra durante sus etapas constructivas y de operacin, as como aplastamiento,corrosin, manejo, transporte y por efectos de deformacin longitudinal en el caso de ser hincada Para laseccin del tipo de proteccin se usarn las normas de PEMEX.

Los planos estructurales se elaborarn conforme a lo estipulado en la seccin 10.4., y debern contenerlo que para su trmite se requiera ante la dependencia correspondiente.


d) Estructuras de Cruce con Ductos.

El proyecto de cruce de la lnea de conduccin con otra tubera conductora de fibra ptica, telfonos,gas natural, derivados de hidrocarburos, de aguas residuales o de agua potable, se elaborar tratando de evitarla posibilidad de afectacin entre ambas tuberas.

En el proceso constructivo al descubrir la tubera instalada se tomar todo tipo de previsiones para nodaarla, soportndola con una estructura provisional a base de madera.

Cuando la lnea de conduccin sea de P.V.C. o de Polietileno de alta densidad, el cruce se efectuarcomo lnea de conduccin, dejando un colchn mnimo entre ambas tuberas de 1.00 m., para dimetromenores de 24" y de 1.50 m., para tuberas de menor dimetro.

Para lneas de conduccin de Concreto Preesforzado y de Asbesto-Cemento el cruce se proyectar deacuerdo a lo indicado en el prrafo anterior y en caso de que el ducto conduzca aguas negras o derivados dehidrocarburos, se elaborar el proyecto de la estructura de proteccin necesaria para evitar la contaminacin encaso de fuga.

Cuando la lnea de conduccin y el ducto sean de Acero, se dejarn los colchones mnimos indicadosanteriormente tomando las medidas necesarias para que el proyecto de cruce prevea la posible afectacin a laproteccin catdica.

El proyecto estructural del cruce con ductos deber contar con todos los elementos necesarios para suconstruccin y proteccin. Por consiguiente, los planos estructurales se elaborarn conforme a lo estipulado enla seccin 10.4. complementando la informacin con cortes y detalles de los atraques, de la unin o junta en loscambios de tuberas de diferente material, procedimiento constructivo y proteccin anticorrosivo.

10.3.4. Atraques y Silletas

Tomando en cuenta la informacin de geotecnia, hidrulica y mecnica se evaluarn las acciones sobreestas estructuras, tales como: el peso propio, peso de la tubera, peso del agua, carga piezomtrica, cargasinternas y externas, empuje de tierra, fuerzas inducidas por cambios de direccin, por fenmenos transitorios,por cambios de temperatura y cargas accidentales.

Se verificar que los esfuerzos inducidos al terreno no rebasen el empuje pasivo para fuerzashorizontales y capacidad de carga de terreno para cargas verticales, revisando la estabilidad del conjunto yverificando que los factores de seguridad a la flotacin y al deslizamiento sean mayor o igual a 1.5respectivamente, y el factor de seguridad al volteo sea mayor o igual 2.0. El diseo se efectuar para lacombinacin de esfuerzos que resulte ms desfavorable.

El anlisis y diseo se har de acuerdo a las Normas y Especificaciones de la Asociacin Americana deObras de Agua AWWA Manual M-11 o al Manual de Diseos de Obras Civiles de la Comisin Federal deElectricidad, en especfico las contenidas en el captulo de Tuberas.

Los planos estructurales se elaborarn conforme a lo estipulado en la seccin 10.4.

10.4. PLANOS ESTRUCTURALES.

Una vez efectuado el anlisis y diseo de las estructuras que componen los Sistemas de Agua Potable,Alcantarillado y Saneamiento, se proceder a crear los planos estructurales generales y de detalle que seannecesarios; elaborados por medios electrnicos con el programa AutoCAD? , versin 2000 posterior enformato DWG, impresos en papel albanene o bond, con forma rectangular de 60 x 90 cm 60 x 110 cm,dejando a la izquierda un margen de 40 mm, y 10 mm para los mrgenes restantes, en un formato de tresplanos tipo y debern contener lo siguiente:

PLANO TIPO No. 1- La planta general.- Corte longitudinal.- Corte transversal.


En la solapa:

- Datos del proyecto.- Resistencia de los materiales; (f?c, fy, tipo de concreto) para estructuras de concreto, (Fy, Fu, tipo de

acero, tipo de electrodos) para estructuras de acero, (resistencia a la compresin de tabiques ymorteros) para estructuras de mampostera.

- Cargas muertas.- Cargas vivas.- Capacidad de carga del terreno.- Coeficiente ssmico.- Factor de comportamiento ssmico.- Velocidad del viento de diseo.- Cantidades de obra global.- Cuadro de referencia con el logotipo del S.I.A.P.A.

En la parte inferior izquierda del plano:- Nombre y firma del jefe de proyecto definitivo.- Nombre y firma del jefe de proyecto preliminar.- Logotipo de la empresa que realiza el anlisis y diseo estructural.- Nombre y firma del perito estructural.- Clave del plano.- Iniciales del dibujante.- Nombre y firma de quien verificar el plano.- Fecha.- Modificaciones.- Observaciones.- Ttulo de Lminas.

PLANO TIPO No. 2

- Todos los elementos y detalles necesarios para la construccin de la obra.- Cuadro de cantidades de obra correspondientes al plano.- Cuadro de detalles del refuerzo.- Cuadro de recubrimientos mnimos para acero de refuerzo.- Cuadro de tamao mnimo de soldaduras de filete, en estructuras de acero.

En la solapa:- Normas y especificaciones de construccin.- Cuadro de referencia con el logotipo del S.I.A.P.A.


PLANO TIPO No. 3

- Todos los elementos y detalles necesarios para la construccin de la obra.- Cuadro de cantidades de obra correspondientes al plano.- Fecha.- Modificaciones.- Observaciones.- Ttulo de Lminas.

Lineamientos Tcnicos para Factibilidades, SIAPA CAP.10 CRITERIOS ESTRUCTURALES Febrero 2014 Hoja 10 de49

En la solapa:

- Cuadro de referencia con el logotipo del SIAPA.



APENDICE

ESTRUCTURAS SANITARIASDE CONCRETO PARA EL

MEJORAMIENTO DEL AMBIENTE

ACI-350

INSTITUTO MEXICANO DEL CEMENTO Y DEL CONCRETO, A.C.


ESTRUCTURAS SANITARIAS DE CONCRETO PARA EL MEJORAMIENTO DEL AMBIENTE

Ttulo original en ingls:Environmental Engineering Concrete Structures? 1989 American Concrete Institute? 1992 Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C.Revisin TcnicaIng. Miguel ngel Santinelli LlabrsM en I. Vctor M. Pavn Rodrguez.Produccin editorial:Arq. Heraclio Esqueda HuidobroIng. Ral Huerta Martnez

Este libro fue publicado originalmente en ingls. Por lo tanto, cuando existan dudas respecto de algnsignificado preciso, deber tomarse en cuenta la versin en ingles. En esta publicacin se respetanescrupulosamente las ideas, puntos de vista y especificaciones que presenta. Por lo tanto el Instituto Mexicanodel Cemento y del Concreto, A.C. no asume responsabilidad alguna (incluyendo, pero no limitando, la que sederive de riesgos, calidad de materiales, mtodos constructivos, etc.) por la aplicacin de los principios oprocedimientos de este volumen.

Copyright ? 1989. American Concrete Institute.Todos los derechos reservados incluyendo los derechos de reproduccin y uso de cualesquier forma o

medio, incluyendo el fotocopiado por cualquier proceso fotogrfico, o por medio de dispositivo mecnico oelectrnico, de impresin, escrito u oral, o grabacin para reproduccin audio o visual o para el uso en cualquiersistema o dispositivo de almacenamiento y recuperacin de la informacin, a menos que exista permiso escritoobtenido de los propietarios del Copyright.

La presentacin y disposicin en conjunto del las ESTRUCTURAS SANITARIAS DE CONCRETOPARA MEJORAMIENTO DEL AMBIENTE son propiedad del editor. Ninguna parte de esta obra puede serreproducida o transmitida, mediante ningn sistema o mtodo, electrnico o mecnico (incluyendo elfotocopiado, la grabacin o cualquier sistema de almacenamiento y recuperacin de informacin), sinconsentimiento por escrito del editor.Derechos reservados:

? 1992 Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C. Av. Insurgentes Sur 1846, Col. Florida, Mxico. D.F. C.P. 01030 Miembro de la Cmara Nacional de la Industria Editorial. 1052Primera edicin: 1992.Impreso en MxicoISBN 968-464-078-1

ESTRUCTURAS SANITARIAS DE CONCRETO PARA EL MEJORAMIENTO DEL AMBIENTECOMIT ACI 350

Frank Klein Robert Little Anand B. GogatePresidente Presidente del subcomit editorial SecretarioJames P. Archibald Donlad L. Dube Glenn E. NobleJon B. Ardahl Anthony L. Felder Pedrag L. PopovicPaul A. Beckmann, Jr Timothy J. Fowler? Satish K. SachdevReginald H. Benton Gerard B. Hasselwander Harold N. SchneiderPatrick J. Creegan Dov Kaminetzky Sudhakar P. VermaAshok K. Dhingra David A. Kleveter Roger H. WoodDonald R. Dressler Nicholas A. Legatos

? Presidente cuando se desarroll el informe del comit ACI 350-83


SINOPSIS

En esta obra se presentan algunas recomendaciones pertinentes para el diseo estructural, materialesy la construccin de tanques, depsitos y otras estructuras de concreto que, comnmente se usan paracontener el agua industrial o domstica o para tratamiento de aguas de desecho, en cuyo caso se requiere deun concreto denso e impermeable, con una alta resistencia al ataque de productos qumicos. Se ha dadoespecial nfasis a los aspectos del diseo estructural que minimicen la posibilidad de agrietamiento y quesoporten el equipo de vibracin y otras cargas especiales. Asimismo, se ha tomado en cuenta el diseo y elespaciamiento entre las juntas. Tambin se describen las proporciones que debe tener la mezcla de concreto,su colado, curado y proteccin contra productos qumicos. Se incluye informacin relativa al diseo ssmico.

NOTAS:Para efectos de utilizacin en el documento general del S.I.A.P.A, se cambio la denominacin de los

captulos originales en este apndice, a subcaptulos, para que no haya confusin con el resto del documento.

Asmismo se conserv la numeracin del documento original para que exista una correspondenciadirecta con el mismo.Tambien, no se incluyo el subcaptulo 4 construcciones de este apndice, por tratar un tema diferente a losobjetivos de estos lineamientos.


CONTENIDOSINOPSIS

SUBCAPTULO 1 REQUISITOS ESPECIALES PARA ESTRUCTURAS DE CONCRETO PARA ELMEJORAMIENTO DEL AMBIENTE1.1. Introduccin1.2. Diseo y anlisis1.3. Impermeabilidad1.4. Durabilidad

SUBCAPTULO 2 CONSIDERACIONES SOBRE EL DISEO ESTRUCTURAL2.1. Introduccin2.2. Principales tipos de estructuras2.3. Condiciones de carga2.4. Tipos de cimentaciones2.5. Consideraciones estructurales2.6. Diseo estructural2.7. Empalmes de acero de refuerzo2.8. Juntas2.9. Impacto, vibracin, momento torsionante y cargas ssmicas

SUBCAPTULO 3 MATERIALES, PROPORCIONAMIENTO DE MEZCLAS Y PRUEBAS3.1. Cementos3.2. Aditivos3.3. Agua3.4. Agregados3.5. Proporcionamiento de mezclas3.6. Evaluacin y aceptacin

SUBCAPTULO 4 CONSTRUCCIONES4.1. Concreto4.2. Colado del concreto4.3. Juntas4.4. Cimbrado4.5. Acabado de superficies expuestas4.7. Prueba de fugas

SUBCAPTULO 5 PROTECCIN CONTRA SUSTANCIAS QUMICAS5.1. Resistencia del concreto y del acero de refuerzo5.2. Necesidad de proteccin5.3. Tipos de proteccin5.4. Revestimientos recomendables5.5. Seleccin de sistema de produccin5.6. Medidas de seguridad5.7. Productos qumicos usados en plantas para tratamiento

SUBCAPTULO 6 REFERENCIAS6.1. Referencias Recomendadas6.2. Referencias citadas6.3. Referencias adicionales

TERMINOLOGA TCNICA


SUBCAPTULO 1. REQUISITOS ESPECIALES PARA ESTRUCTURAS SANITARIASDE CONCRETO PARA EL MEJORAMIENTO DEL AMBIENTE

1.1. INTRODUCCIN

Las estructuras sanitarias para el mejoramiento del medio ambiente presentan algunos problemas queen otros usos del concreto resultan poco frecuentes. En todas las estructuras, los aspectos ms importantesson la resistencia y la estabilidad. En el caso de las estructuras sanitarias de concreto para el mejoramiento delambiente, aquellos aspectos concernientes tanto a la capacidad de servicio, en trminos de agrietamientos ydeflexiones limitadas, como a la durabilidad y la baja permeabilidad, requieren la misma consideracin. Endichas estructuras el concreto que vaya a estar en contacto con aguas residuales deber:

a) Ser extremadamente denso e impermeable para minimizar la contaminacin del abastecimientode agua o del medio ambiente.

b) Proporcionar la mxima resistencia al ataque de sustancias qumicas, ya sean naturales oprocesadas.

c) Proporcionar superficies lisas con el objeto de minimizar la resistencia al flujo.

El concreto es un material particularmente adecuado para las estructuras sanitarias, ya que encondiciones de servicio no se alabea ni sufre cambios dimensionales significativos y, si se le ha diseado ycolado de manera adecuada, es casi impermeable y extremadamente resistente a la corrosin.

Debido a lo estricto de los requisitos de servicio de las estructuras sanitarias de concreto para elmejoramiento del medio ambiente, es necesario que se diseen y se construyan con sumo cuidado. La calidaddel concreto es muy importante, por lo que se deber ejercer un control de calidad muy cuidadoso durante laconstruccin, con el objeto de obtener un concreto impermeable.

1.1.1. OBJETIVO.

La presente obra trata de estructuras sanitarias para el mejoramiento del medio ambiente de concretoreforzado. Las especificaciones se aplican al concreto colado en la obra o prefabricado que se usa en laconstruccin de tanques, represas, pozos de visita, sumideros, atarjeas, cmaras de confluencia, estaciones debombeo y otras estructuras y sistemas similares. Con este trabajo se pretende recomendar mtodos de diseoy construccin que permitan la produccin de concreto estructural que satisfaga no slo los requisitosestructurales comunes sino tambin aquellos mencionados en la seccin 1.1 (a), (b) y (c). Se da especialatencin a los pasos necesarios para aumentar al mximo la resistencia a la corrosin y la impermeabilidad delconcreto, as como a las condiciones especiales de carga que afecten las estructuras de sanidad del medioambiente.

Las recomendaciones que se refieren al concreto preesforzado quedan fuera de alcance de estedocumento. El ACI 344R contiene recomendaciones especficas para tanques circulares de concretopreesforzado.

1.2. DISEO Y ANLISIS

Las cargas de diseo para las estructuras sanitarias para el mejoramiento del medio ambiente sedeterminan a partir de la profundidad y peso especifico del lquido o slidos retenidos, de la presin externa delsuelo y del equipo que va a instalarse. Las cargas vivas en tanques y represas, suelen ser relativamentepequeas si se comparan con la carga del lquido y la carga muerta, conocidas con precisin. Como se sealaen la seccin 2.9, se requiere de un especial cuidado cuando se disea para impacto y para cargas dinmicasproducidas por el equipo mecnico. El anlisis debe ser muy preciso tanto para obtener una descripcin realistade la distribucin de esfuerzos en la estructura como para resistir el agrietamiento en reas de esfuerzomximo. La informacin relativa a la resistencia y compactacin del suelo es de gran importancia, paraminimizar los asentamientos diferenciales que podran causar agrietamiento.

Las estructuras sanitarias de concreto para el mejoramiento del ambiente deben disearse paraminimizar las fugas. Por consiguiente, deber emplearse un mtodo de diseo que elimine las grietas anchas uotras fuentes potenciales de fuga. Es posible utilizar mtodos de diseo basados en las teoras de resistencia


ltima o de esfuerzos de trabajo. En las estructuras sanitarias de concreto para el mejoramiento del ambiente eldesempeo de las cargas de servicio tiene gran importancia.

Muchas de las actuales ayudas de diseo se basan en el mtodo de diseo por resistencia. Para eldiseo por resistencia de las estructuras sanitarias de concreto para el mejoramiento del ambiente, en estetexto se introduce el concepto de coeficiente de durabilidad al ambiente. Estos coeficientes proporcionanesfuerzos conservadores de carga de servicio con acero grado 40. y grado 60, los cuales se seleccionaron conel objeto de proporcionar un control de agrietamiento similar al que se obtiene con el diseo de esfuerzos detrabajo.

1.3. IMPERMEABILIDAD.

Las estructuras sanitarias de concreto para la contencin, el tratamiento o la conduccin de agua,aguas negras u otros fluidos, deben estar diseadas y construidas de tal manera que sean esencialmenteimpermeables y que tengan una prdida mnima de volumen del contenido bajo condiciones de servicio normal(Ver la seccin 4.7 de este informe respecto a las pruebas de filtracin).

Para muchas aplicaciones industriales, la Agencia de Proteccin del Medio Ambiente de los EstadosUnidos de Amrica, exigir sistemas de deteccin de contenido y de fugas.

La capacidad de una estructura para retener lquidos estar razonablemente asegurada si:

a) La mezcla de concreto esta bien proporcionada y el concreto esta bien consolidado sinsegregacin.

b) Se reduce al mnimo el ancho de las grietas.c) Las juntas tienen el tamao adecuado y estn apropiadamente espaciadas, diseadas y

construidas.d) Se usan revestimientos impermeables de proteccin cuando sean necesarios.e) Se proporciona el acero de refuerzo adecuado.

Por lo general resulta ms econmico y confiable contrarrestar la infiltracin de los lquidos mediante eluso de concreto de buena calidad y el diseo apropiado de los detalles de las juntas, y un refuerzo adecuadomediante barreras o recubrimientos impermeables.

Se obtendr una permeabilidad mnima en el concreto si se utilizan las ms bajas relacionesagua/cemento que sean compatibles con una trabajabilidad satisfactoria y una buena compactacin. A medidaque pasa el tiempo, la impermeabilidad del concreto aumenta y mejora con periodos prolongados de curadohmedo. Por otra parte, el tratamiento de las superficies es muy importante y se obtienen buenos resultadoscon el acabado de las superficies por medio de llana y con el uso de cimbras lisas. La inclusin de aire reducela segregacin y el sangrado, aumenta la trabajabilidad, y proporciona resistencia a los efectos de los ciclos decongelacin y deshielo, por lo que la utilizacin de un agente inclusor de aire da como resultado un concretomejor compactado y permite usar una relacin agua/cemento menor. Otros aditivos tales como agentesreductores de agua y puzolanas, son tiles cuando tienden a aumentar la trabajabilidad y la compactacin conrelaciones agua/cemento menores. Las puzolanas tambin reducen la permeabilidad.

El agrietamiento puede mantenerse al mnimo por medio de un diseo apropiado, distribucin del acerode refuerzo y espaciamiento de las juntas. Tambin puede minimizarse el agrietamiento debido a la contraccinpor secado usando concreto en el que la contraccin est compensada pero, para que el diseo sea exitoso, elingeniero debe reconocer las caractersticas y propiedades de este tipo de concreto, tal como se describe en elACI 223. En el concreto normal siempre se producir cierta contraccin y se requiere que las juntas y elrefuerzo se diseen de un modo que la compensen. En el diseo de las juntas tambin deben tomarse encuenta los movimientos resultantes de los cambios trmicos dimensionales y de los asentamientosdiferenciales.

Es conveniente que las juntas que permiten movimientos a lo largo de planos de controlpredeterminados y que deben formar una barrera para el paso de los lquidos, incluyan dispositivos pararetencin de agua. Tambin es esencial contar con buenas operaciones de colado, con una consolidacinadecuada y sistemas de curado apropiados para controlar el agrietamiento en estructuras sanitarias de concretopara el mejoramiento del ambiente. Si se desea informacin adicional sobre agrietamiento puede consultarse elinforme del Comit ACI 224R.


1.4. DURABILIDAD.

La durabilidad del concreto que se usa en estructuras sanitarias para el mejoramiento del medioambiente, se define como la resistencia de la estructura contra los efectos deteriorantes del medio ambiente. Enparticular, el concreto debe ser resistente a la accin de las sustancias qumicas, al mojado y secadoalternados, a la congelacin y deshielo y a la exposicin a los elementos atmosfricos. Se debe usar aireincluido en exposiciones de congelacin y deshielo. Se puede mejorar la resistencia al ataque qumico usandoconcreto de buena calidad, tipos de cemento que mejoren la resistencia a los agentes qumicos y proporcionenacabados de superficies lisas. Tambin debe tenerse el cuidado de proporcionar un recubrimiento adecuadopara el acero de refuerzo y usar accesorios que no se oxiden ni daen al concreto. El relleno y el resanado delos orificios de amarre tal como se recomienda en la seccin 4.5.4.1. de este reporte son necesarios paraasegurar durabilidad a largo plazo del concreto. El uso apropiado de ceniza volante de buena calidad en lamezcla, puede dar como resultado una mejor trabajabilidad, relaciones ms bajas de agua-cemento, resistenciaa la corrosin y una resistencia mayor al ataque de sulfatos. Tambin debe considerarse el uso de un cementomoderadamente resistente a sulfatos como el tipo II y V o ciertos cementos tipo K, como aquellos que se hacereferencia en la parte 3.1.2.

La mayora de las estructuras de concreto sanitarias para el mejoramiento del ambiente estarnexpuestas a los fenmenos ambientales, por lo que se requiere tomar las medidas necesarias para evitar daoscausados por aguas torrenciales, lluvia, nieve, congelacin y deshielo. En algunos casos, slo se puede lograruna durabilidad adecuada usando barreras especiales de proteccin (vase el captulo 5). Las estructurasexpuestas a lquidos en movimiento deben ser resistentes a la erosin. En el informe del Comit ACI 201.2Rpuede encontrarse informacin adicional sobre la durabilidad.


SUBCAPTULO 2. CONSIDERACIONES SOBRE EL DISEO ESTRUCTURAL.

2.1. INTRODUCCIN

El diseo de estructuras sanitarias debe ejecutarse en cuatro fases consecutivas o traslapadas, de lasiguiente manera:

1. Diseo funcional.2. Esquema fsico de la planta.3. Diseo hidrulico.4. Diseo estructural.

Diversos textos autorizados y varios manuales sobre ingeniera de la ASCE1-3 ayudarn en las primerastres fases del diseo, las cuales debern haberse ejecutado, en la mayor parte, antes de emprender la cuartafase. Sin embargo deben proveerse recomendaciones sobre estructuras durante todas las fases del diseo y laconstruccin de la obra. A menos que se indique lo contrario en este captulo, el diseo estructural deberseguir, en general los lineamientos del Reglamento ACI 318.

Para el diseo estructural de tanques circulares o rectangulares hechos de concreto reforzado, existenvarias publicaciones tiles5,6,7 de la Portland Cement Association. Para los tanques circulares de concretopreesforzado, es conveniente consultar el informe del Comit ACI 344R.

Las recomendaciones contenidas en las publicaciones antes mencionadas pueden requerir de algunosajustes para que cumplan con el Reglamento ACI 318 y con esta publicacin, as como con el reglamento deconstruccin aplicable en la localidad.

2.2. PRINCIPALES TIPOS DE ESTRUCTURAS.

Por lo general, las instalaciones sanitarias para el mejoramiento del medio ambiente son destinadaspara el tratamiento de agua o aguas residuales y estn compuestas de varias unidades separadas, como semuestra a continuacin:

Plantas para el tratamiento de agua.Estructuras de captacin.Cmaras separadoras.Cmara de mezclado rpido.Tanques de floculacin.Tanques de sedimentacin.Conductos.Clorinadores.Instalaciones clorinadoras.Clarificadores.Filtros.Galera de filtracin.Depsito de agua clarificada.Estaciones de bombeo.Depsito de distribucin.Almacn de productos qumicos.Edificio para oficinas y laboratorios.

Plantas para el tratamiento de aguas residuales, industriales y domsticas.Desarenador.Tanques primarios de sedimentacin.Tanques de sedimentacin final.Digestores.Espesadores.Tanques aereadores.Tanques de retencin de lodos.Filtros precoladores.


Instalaciones de cribado.Cmaras de clorinacin por contacto.Estaciones de bombeo y ventilacin.Gasmetros.Filtros al vaco y centrifugadoras.Instalaciones de eliminacin de lodos.Almacn de productos qumicos.Edificio para oficinas y laboratorio.Filtros terciarios.Instalaciones para abonos.Canales y tneles.Las estructuras mencionadas pueden clasificarse tambin de la forma siguiente:Tanques, depsitos y estructuras que contengan agua o lquido.Conductos y canales de interconexin y alcantarillas coladas en obra.Cimentaciones para maquinaria y equipo.Alojamientos de proteccin, pisos, almacenes, pasarelas y escaleras.

2.3.- CONDICIONES DE CARGA

2.3.1.- CARGA MUERTA.

Existen muchas listas de referencias, como la de la ANSI A58.1, disponibles para calcular las cargasmuertas de materiales convencionales de construccin.

2.3.2.- CARGA VIVA.

Los siguientes son valores conservadores para cargas vivas, los cuales deben considerarse en eldiseo estructural.

Aguas negras sin tratar ..................................................................1 010 kg/m3Gravilla excavada del desarenador ...............................................1 800 kg/m3Cieno digerido, aerbico.................................................................1 050 kg/m3Cieno digerido, anaerbico ............................................................1 120 kg/m3Cieno engrosado o deshidratado dependiendodel contenido de humedad ............................................... 1 000 a 1 400 kg/m3

En la ANSI A58.1 se presentan recomendaciones para otras cargas vivas; los requisitos mnimos seespecifican en los reglamentos locales de construccin. Se debe pedir al fabricante informacin sobre el pesoreal del equipo. Si difieren los pesos proporcionados por varios fabricantes, en el diseo estructural deberusarse el ms pesado de ellos.

Las cargas vivas en pasarelas y escaleras, y en pisos de oficinas y laboratorios deben ser de un mnimode 500 kg/m2. En los cuartos para equipo pesado donde las mquinas pueden desarmarse y almacenarse en elpiso, se aconseja disear las losas para un mnimo de carga viva de 1 500 kg/m2. Para disear las vigas de pisodeben usarse los pesos reales de la maquinaria y de otros equipos, incluyendo los efectos de cargas mviles.Las cargas vivas deben incluir los pesos de las tuberas y vlvulas de gran dimetro tomando en cuenta eltamao, nmero y espaciamiento de los tubos incluyendo las cargas actuales y considerando ampliacionesplaneadas.

Al evaluar las cargas vivas para tanques cerrados el ingeniero debe considerar las presiones internas ovacos que ocurren bajo condiciones normales de operacin y verificar la capacidad de servicio o deflexiones.Deben usarse los ajustes mximo/mnimo para las vlvulas aliviadoras de presin y las vlvulas aliviadoras devaco, as como la carga viva de servicio para el diseo del acero de refuerzo. Debe tenerse cuidado paraasegurar que los respiraderos y vlvulas de alivio no se tapen, se congelen o se cierren por la corrosin. Enclimas fros, esto puede requerir cables de calentamiento en los respiraderos y las vlvulas. Las vlvulas dealivio de cuello de ganso podran requerir anticongelante.

La carga viva para los techos de los tanques enterrados debe incluir el recubrimiento de tierra as comotambin una carga viva superficial de 500 kg/m2. Dependiendo del uso del rea del techo podra requerirse una


carga viva superficial de diseo ms grande. Los patrones de carga pueden ser muy importantes para lostechos enterrados. Un claro puede ser descubierto (no hay tierra o carga viva superficial), mientras que losclaros adyacentes estn sujetos a cargas totales de tierra y carga viva superficial. Estos efectos sonparticularmente importantes en los sistemas de techos de losas planas. Los planos de la construccin debenindicar cualesquiera restricciones sobre la colocacin, el tipo o peso del equipo que ha de emplearse, as comola secuencia de las capas de tierra.

En los cuartos de control elctrico lo mejor es calcular el rea de cimentacin y el peso del equipo. Sedebe de suponer que el peso de una unidad se puede aplicar en cualquier sitio de la sala de control, ya que elequipo se puede trasladar de su lugar, original a otros sitios, o se puede incluir ms equipo despus. En lamayora de los casos, una carga viva supuesta de 1 250 kg/m2, cubrir la carga normal del equipo.

En las construcciones para almacenaje de productos qumicos, pueden usarse las cargas vivas queaparecen en la tabla 2.3.2. Es preciso tomar las precauciones necesarias, como son bordillos o barreras, paraaislar y evitar que los productos qumicos se esparzan o se derramen. el ingeniero estructural debe decidir cuales la altura razonable de apilado cuando disee losas, vigas y otros elementos de soporte. Se recomienda quela carga viva especificada para el diseo, incluyendo maquinaria, equipo, cargas de tuberas, y bases de cadauna de las partes del piso, se indique en los planos y se exhiba en el rea de su aplicacin.

2.4.- TIPOS DE CIMENTACIONES

Las estructuras que cubren grandes reas pueden apoyarse sobre varios suelos de cimentacin o en laroca.

Las cimentaciones pueden estar:a) nicamente en suelo granular.b) Slo en suelo cohesivo.c) nicamente en roca.d) En cualquier combinacin de los tres anteriores.

Los tipos de cimentaciones pueden ser:a) Pilotes,b) Pilas de cimentacin,c) Losas de cimentacin,d) Zapatas aisladas o continuas.

Si la cimentacin de una estructura descansa exclusivamente en un tipo suelo o roca, no se dificulta eldiseo de la cimentacin ni de la estructura misma. Los problemas de diseo se complican cuando la estructuradescansa sobre ms de un tipo de suelo. La mayora de las estructuras sanitarias para el mejoramiento delmedio ambiente son tanques y depsitos contenedores de agua o de lquido, que no toleran los asentamientosdiferenciales que causan grietas y fugas. De este modo, los diseadores de estructuras sanitarias de concretopara el mejoramiento del ambiente, debern evitar cuidadosamente los asentamientos diferenciales en lasestructuras. De ser necesario, las losas podrn cubrir los espacios entre las contratrabes, los muros decimentacin y las pilas. En general, las estructuras se deben disear para minimizar los asentamientosdiferenciales o disearse para asimilar los asentamientos como vigas sobre apoyos elsticos. Las estructurasadyacentes con cargas y funciones diferentes debern estar separadas fsicamente por medio de juntas deexpansin y/o construcciones de doble pared.

En el diseo de las cimentaciones en suelos granulares u otros suelos compresivos o elsticos, debentomarse en cuenta no slo las variaciones de compresibilidad de los materiales del suelo y los diferentesespesores de los estratos del suelo, sino tambin las variaciones en la carga producidas por el llenado yvaciado alternados de los tanques, recipientes o depsitos adyacentes.

Es necesario hacer perforaciones de prueba y anlisis de muestras de suelo para determinar laresistencia y contenido de sulfatos. Para los primeros 930 m2 del rea de planta, debe hacerse un mnimo decuatro perforaciones y por lo menos dos perforaciones adicionales por cada 930 m2 adicionales. Adems,puede ser pertinente ubicar perforaciones extra de pruebas adicionales en sitios en los que se concentren mscargas, como la cimentacin para columnas centrales de clarificadores de gran dimetro o cimentaciones paraequipos pesados. Se recomienda la investigacin por, y la consulta con, un ingeniero geotcnico.


Si se trata de cimentaciones rocosas irregulares o estratos de apoyo poco comunes, tal vez seanecesario hacer perforaciones adicionales para la prueba de suelos. Es importante observar y registrar la alturadel nivel del manto de aguas freticas y cualquier variacin peridica y estacional. La elevacin mxima ymnima del nivel del manto de aguas freticas en el rea de la planta debe determinarse usando los criterios deinundacin y sequa de cien aos, en cada caso. Se debe determinar la elevacin mxima y mnima a del niveldel manto de aguas freticas dentro del rea de planta, puesto que un manto de agua muy alto ejercer unasubpresin que podra levantar y daar las losas de cimentacin y reducir la capacidad de apoyo del suelo. Silas estructuras se apoyan en pilotes, se puede considerar la, posibilidad de usar pilotes contra subpresin. En laseccin 2.5 se incluyen consideraciones adicionales referentes a las subestructuras.


TABLA 2.3.2 Pesos de productos qumicos para diseo estructural

PRODUCTO DATOS DE PESO EN kg/m3QUMICO EMBARQUE Y EXCEPTO QUE SE

ALMACENAJE INDIQUE OTRA UNIDADcido fluorhdrico Tambor de acero de

75.7, 114 y 379 litros;a granel

cido fluosilcico? Cuete de 18.91; tambor Al 30%, 1 260 gr/lcon recubrimiento debrea de 1 891; barrilrecubierto con cauchode 191 kg

cido sulfrico Botella, garrafn de Densidad relativa18.91, 49.21; tambor de de 1.81, 1 809 gr/l2081, 4161, suelto agranel

Alumbre Iquido? Fabricado cerca de la a 15.6 C la densidadobra, costos de acarreo relativa es 1.285;impiden envo a 1 280 gr/ldistancia; 22 700 a30 300 litros encarros-tanque de acero;7 570 a 15 100 litros encamiones-tanque deacero con revestimientode caucho.

Aluminato de sodio Costal con triturador de Alta pureza 800,22.7 y 45.4 kg; normal 960Iquido en tambores

Amoniaco, Cilindro de acero de La densidadanhidro. NH3 22.7, 45.4 y 68.0 kg; relativa del lquido

carros-tanque de 220 y es 0.68 a -33.3 C680 kg

Amoniaco, agua Garrafn de 18.9 y 37.9 litros; A 15.6 C latambor de 170 y 340 kg; densidad relativacarros-tanque de es 0.897430 300 litros.

Bentonita Saco de 22.7 y 45.4 kg; Polvo de 720 a 960,a granel granulado de 1 050 a 1 200

Bicarbonato de sodio Saco de 45.4 kg y tambores 950 a 1000Bisulfato de sodio Saco de 45.4 kg, 1 120 a 1 280

tambor de 45.4 y 181 kgBixido de carbono Cilindro de acero para gas

comprimido de 68 kg; hieloseco, entregado segn serequiera y evaporado en elsitio en grandes cilindros deacero

Bromo Botella de vidrio de 2.95 kg, Densidad relativa 3.119,botellas de cermica 3 120 gr/l

Cal clorinada Tambor de 45.4, 136 y 363 kg, 750 a 800almacnese en lugar fresco yseco

Cal dolomtica Saco de 22.7 kg; Granular de 960 abarril, a granel 1 040; molida de 800

a 1200; grumo de

? Accin agresiva en el concreto


800 a 1 040; polvo de600 a 1 040;promedio 960

Cal dolomtica hidratada Saco de 22.7 kg; 480 a 800. Parabarril, a granel calcular la capacidad

de la tolva sese 640Carbn activado? Saco de 15.9 kg Polvo de 130 a 450,

(7.62 x 5.33 x 9.91 promedio 190cm); tambor de 2.27y 11.3 kg a granel.

Carbonato de bario Caja de 11.3 kg; 850 a 1 250cuete de 45.4 kg,saco de 90.7 kg

Carbonato de calcio Saco de 22.7 kg; Polvo de 560 a 960,tambores, a granel granulado de 1 600 a

1 850Carbonato de sodio Saco de 45.4 kg; Denso 1 040, medio

tambor de 11.3 kg y 640, ligero 480barril de 45.4 kg, a granel

Clorito de sodio Tambor de 45.4 kg 1 040 a 1200Cloro Cilindro de acero de Densidad respecto al

45.4 y 68.0 kg; aire 2.49recipientes de 13.6 t;carros-tanque de 13.6, 14.5,27.2 y 49.9 t

Cloruro de sodio Saco de 45.4 kg, Roca de 800 a 960,barril, tambor de cristal de 930 a 1 12011.3 kg a granel

Cloruro frrico En solucin garrafn En solucin de 5.08de 18.9 y 49.2 litros a 5.62 kg, cristal decamin, 960 a 1 030: anhidrocarro-tanque; de 720 a 960cristales-cuete de45.4, 181 y 204 kg;tambor de 68.0, 159y 286 kg

Diatomita Saco de 22.7 kg, a Natural de 80 a 290;granel calcinada de 50 a 100;

calcinada fluida de 160 a 400Dixido de azufre Cilindro de acero de

45.4, 68 y 90.7 kgFluoruro de sodio Saco de 45.4 kg; Polvo 1 040 a 1 600,

tambor de 11.3 kg, granulos de cristal56.7 y 170 kg 1 440 a 1 700

Fosfato disdico Saco de 45.4 kg; Cristal hidratado decuete de 56.7 kg; 1 280 a 1 440;tambor de 11.3, 45.4, anhidro de 850 a 1 00056.7, 147 y 159 kg

Fosfato trisdico Saco de 45.4 y 90.7 kg; Cristal de 880 a 960,barril de 147 y 181 kg; monohidrato 1 040cuete de 56.7 kg

Hexametafosfato de sodio Saco de 45.4 kg; Vidrio de 1 030 atambor 45.4, 136 y 1 600, polvo y145 kg. granulado de 700 a 960

Hidrxido de calcio Saco de 22.7 kg; 320 a 800. Parabarril de 45.4 kg; a calcular la capacidad



granel, almacnese de la tolva, use 640.en lugar seco.

Hidrxido de sodio Tambor de 11.3 kg, Bolitas de 960 a 1 120,12.7, 159, 181 y 318 kg, escamas de 740 a 1 000solucin suelta a granel

Hipoclorito de calcio Barril de 188 kg; lata de Granulado 1 090 a 1 280,2.27, 6.80, 45.4 y 136 kg; polvo de 510 a 800tambor de 363 kg,almacnese en lugar frescoy seco, evtese el contactocon materia orgnica

Hipoclorito de sodio Garrafn de 18.9 y 49.2 litros; AI 15%, 1 220 gr/ltambor de 114 litros; suelto.

Oxido de calcio Costal a prueba de 880 a 1 120. Parahumedad de 45.4 kg, calcular la capacidadbarril de madera, a granel; de la tolva, sese 960.C/L, almacnese en lugarseco, mximo 60 das,mantngase el recipientecerrado

Permanganato de potasio (USP), 11.3, 49.9 y 56.7 kg; 1 380 a 1 630.cuete de acero; paratecnologa 11.3, 49.4y 272 kg; en tamborde acero.

Pirofosfato tetrasdico Saco de 45.4 y 97.7 kg; Cristal de 800 a 1 120,barril de 159 kg; tambor polvo de 740 a 1 060de 113, 136 y 159 kg;cuete de 56.7 kg.

Polielectrolito o polmero Disponible en seco y En seco de 120 a 1 410,en forma de solucin. Iquido de 990 a 1 475Se emplean varios tiposde recipientes.

Silicato de sodio Tambor de 3.79, 18.9 Densidad relativa dey 208 litros; a granel. 1.39; 1 390 gr/l,

1.41; 1 405 gr/lSlice activada? Del orden de 1 390 gr/lSilicofluoruro de amonio Paquete de 1.81 a 1 120 a 1 280.

12.0 kg; cuete de45.4 kg; barril otambor de 181 kg.

Silicofluoruro de sodio Saco de 45.4 kg; Granular de 1 360 a 1 680,tambor de 11.3 kg, polvo granular de 960 a 1 54056.7 y 170 kg

Solucin de cloruro Garrafones; Densidad relativa dede aluminio camiones-tanque 1.15 a 1.16.

con revestimiento de caucho.Sulfato Amnico de aluminio? Tambores de fibra, 960 a 1 120.

cuetes de 45.4 a 181 kg;sacos de 45.4 kg; a granel

Sulfato de aluminio Saco de 45.4 y 90.7 Kg.; 960 a 1 200 (el polvo es msbarril de 147 y 181 kg; ligero). Para calcular latambor de 11.3, 45.4 y 113 kg, capacidad de la tolvaa granel utilice 960

Sulfato de amonio? Caja de 11.3 kg; 960cuete de 45.4 kg;sacos de 45.4 Kg;



barril de 136 y 181 kg;a granel.

Sulfato de cobre? Saco de 45.4 kg; Cristal de 1 200 a 1 440;barril de 204 kg; tambores polvo de 960 a 1 090

Sulfato de sodio Saco, barril, tambor, cuete 1 120 a 1 600Sulfato frrico Saco de 45.4 kg; 1 120 a 1 150

tambor de 181 y 193 kg;a granel.

Sulfato ferroso Saco de 45.4 kg 1 010 a 1 060barril de 181 kg; a granel.

Sulfato potsico de aluminio? Saco de 45.4 y 113 kg; 960 a 1 120barril de 159 kg;tambor de 45.4 y 159 kg;a granel.

Tiosulfato de sodio Saco, barril, tambor, cuete 850 a 960Vitriolo verde clorinado Vanse cloro y sulfato ferroso

como reactivos necesarios

2.5.- CONSIDERACIONES ESTRUCTURALES

Los grandes depsitos de concreto reforzado sobre suelo compresible pueden ser considerados comovigas o trabes sobre apoyos elsticos. Los muros laterales de los tanques y depsitos rectangulares se puedendisear como si fuesen muros en voladizo empotrados en su parte inferior o bien como muros apoyados en doso ms bordes. Casi siempre los tanques circulares resisten la presin de su contenido principalmente por mediode tensin circunferencial.

La elevacin del nivel del manto de aguas freticas y las condiciones del agua de inundaciones, sonaspectos bsicos para el diseo, y tales cargas deben considerarse de la misma manera que las cargas delIquido interno. el nivel del manto de aguas freticas local, se puede elevar artificialmente por medio de fugas deagua de tanques o tuberas cercanos. Los muros que soportan tanto las cargas interiores de agua como lascargas exteriores de tierra deben ser diseados para soportar tanto el efecto total de la presin interior del aguacomo el efecto total de la presin exterior mxima de tierra, sin considerar que una carga podra minimizar elefecto de la otra. Si fuese necesario que el rea del depsito quedara sellada, los muros que rodean laestructura y el fondo de sta deben soportar las presiones combinadas laterales y verticales del agua y delsuelo, y toda la estructura deber resistir la flotacin.

La reaccin del suelo sobre una losa elstica es muy diferente de la reaccin del suelo sobre una losams rgida. Los muros en voladizo desde una losa flexible sobre suelos compresibles presentan un problema deinfluencia mutua del suelo y la estructura.

Las losas de fondo que salvan claros entre muros laterales paralelos no es siempre una tarea fcil. Alaumentar el espesor de la losa se contrarresta la fuerza de la subpresin con el aumento del peso del concretoy se reduce la cantidad de refuerzo requerida. No obstante, este enfoque puede enfrentar limitacioneseconmicas; las vigas invertidas o los muros transversales colocados sobre la losa de cimentacin puedenreducir los claros de las losas y permitir un espesor econmicamente aceptable.

Se debe suponer que todas las estructuras que contengan agua estn vacas: para llevar a cabo losclculos de flotacin y esfuerzos de la presin externa. Se debe investigar el efecto de las cargas alternas degravedad y de la subpresin. En algunos casos, se puede limitar la fuerza de subpresin en la base de la losade cimentacin:

1. Por medio de columnas reguladoras que automticamente verteran agua dentro del tanque,cuando se rebase cierto nivel del manto de aguas freticas.

2. Instalando sistemas automticos de presin en la losa de base o muros laterales donde seaposible.


3. Haciendo descender el nivel del manto de agua freticas con tubos de drenaje perforados ysistemas colectores. Dependiendo de las condiciones del suelo tambin pueden usarse pilotescontra la subpresin o anclas fijadas en condiciones apropiadas de suelo/roca para resistir laspresiones de la subpresin.

En caso de que ninguno de estos mtodos sea prctico, se debe considerar la posibilidad de usar algnsistema de alarma. Cuando se llegara a un nivel de aguas freticas que fuera peligroso, el sistema de alarmapodra alertar al operador para que, de inmediato, pusiera en prctica las medidas necesarias para empezar allenar los tanques y as equilibrar la subpresin. Se deber contar, por lo menos, con dos sistemasindependientes de alarma. Tales sistemas deben probarse a intervalos frecuentes.

Los tanques que se encuentren bajo el nivel del terreno por lo general se prueban para determinar suhermeticidad antes de colocar el relleno y, siempre que sea pertinente, hay que considerar esta condicin en eldiseo estructural.

Los tanques de gran dimetro se expanden y se contraen de manera considerable a medida que sellenan o se vacan; la conexin entre la cimentacin y el muro debe permitir ese tipo de movimientos, o bien serlo bastante fuerte como para resistirlos sin agrietarse. Cuando el muro tenga Iibertad de movimiento y no estinterconectado a otras estructuras o tanques, los detalles de las juntas y cubierta deben estar cuidadosamenteplaneados y ejecutados.

Los anlisis de muros rectangulares apoyados en tres o cuatro lados quedan bien explicados en lasreferencias 6 y 7, las cuales contienen coeficientes de diseo tabulados. Cuando los paneles de los muros sonrectangulares y las relaciones dimensionales exceden a las dadas en las tablas de coeficientes, las tablas anpueden ser de alguna utilidad; los extremos del panel del muro rectangular pueden ser diseadas con base enlos coeficientes para la relacin ms cercana en la tabla. Determine los momentos de los extremos en lasintersecciones de los muros. La porcin media restante del muro se disea como un claro en una direccin o envoladizo. Como una alternativa puede usarse un anlisis elstico.

Los muros verticales reforzados soportados en la parte superior y en la inferior tambin se usan conmucha frecuencia. Presentan ventajas especiales cuando se trata de un tanque rectangular relativamenteangosto o cuando el tanque est apoyado en pilotes. Tal vez sea conveniente disear los muros laterales de untanque para dos condiciones: como un muro en voladizo o como uno soportado arriba y abajo. La razn parahacer este doble diseo consiste en que dichos muros laterales, cuando el tanque se construye en un reaexcavada, con frecuencia sern rellenados antes que se haya construido el soporte de arriba. Cabe sealarque las juntas de expansin colocadas en los pisos de los tanques eliminarn la continuidad entre los murosopuestos. Por lo tanto el diseador debe investigar cuidadosamente los deslizamientos, incluyendo la reduccinde friccin debido a la flotacin por fugas.

Los muros de concreto reforzado con altura mnima de 3.00 m y que estn en contacto con lquidosdeben tener un espesor mnimo de 30 cm. En trminos generales, el espesor mnimo de cualquier elementoestructural de las obras sanitarias y para el mejoramiento del medio ambiente es de 15 cm. Se requerir unmnimo de 20 cm en donde se desee un recubrimiento de concreto de 5 cm. Sin embargo, cuando se usendispositivos de retencin de agua y la posicin del acero de refuerzo pueda afectar adversamente un coladoapropiado, debe considerarse un espesor ms grande. Hay que recordar que el problema de la cua decortante, analizado en la seccin 2.8.4., es particularmente severo en los muros delgados. Para controlar elagrietamiento, es preferible usar gran nmero de varillas de dimetro pequeo para refuerzo principal, en lugarde una rea igual de refuerzo con varillas gruesas. La separacin mxima entre varillas no deber exceder de30 cm. En la seccin 10.6.4 del Reglamento ACI 318, se proporcionan los Iineamientos para el limite en eldimetro de las varillas.

La cantidad de refuerzo por contraccin y temperatura que se deba suministrar est en funcin de ladistancia entre las juntas de movimiento, que disiparn la contraccin y los esfuerzos causados por latemperatura en la direccin del refuerzo. Adems, la cantidad de refuerzo por contraccin y temperatura est enfuncin de la mezcla especfica de concreto, la cantidad de agregado, el espesor del muro, su refuerzo y lascondiciones ambientales de la obra. Estos factores se han tomado en cuenta al aplicar el mtodo de anlisisdesarrollado por Vetter8 para las estructuras sanitarias de concreto para el mejoramiento del medio ambiente, ylas recomendaciones contenidas en el resto de la presente seccin se basan en dicho trabajo9.


El refuerzo por contraccin y temperatura no deber ser menor del porcentaje dado en la figura 2.5,excepto cuando se use concreto de contraccin compensada. Las separaciones entre las juntas de movimientodel orden de hasta 23.00 m, se han utilizado con xito con concreto de contraccin compensada y un 0.3 % deacero de refuerzo. Cuando se utilice concreto de contraccin compensada, los detalles constructivos sedesarrollarn de acuerdo con las recomendaciones del ACI 223. Puede tomarse en cuenta la reduccin de lacantidad de refuerzo por contraccin y temperatura mostrado en la figura 2.5. Las secciones de concreto de 60cm o de mayor espesor pueden tener el mnimo de refuerzo por contraccin y temperatura en cada cara, conbase en un espesor de 30 cm.

El refuerzo por temperatura y contraccin debe estar espaciado a distancias no mayores de 30 cmcentro a centro, dividido en partes iguales entre las dos superficies de la seccin de concreto. EL acero derefuerzo de la parte inferior de las losas de base que est en contacto con el suelo, puede reducirse hasta un 50% del valor dado en la figura 2.5.

El refuerzo mnimo para el recubrimiento de proteccin del concreto debe ser como se muestra en latabla 2.5

Las estructuras sanitarias de concreto para el mejoramiento del ambiente necesariamente cubrengrandes extensiones y el techado de los lechos filtrantes y de los tanques puede causar problemas. AI disearel techo, debe tomarse en cuenta que ste quedar expuesto a una atmsfera interior hmeda y posiblementecorrosiva, debe permitirse que haya juntas de movimiento en los muros. Esto ltimo puede lograrse haciendopasar las juntas por el techo. Los apoyos diseados para permitir el deslizamiento de concreto sobre concretofrecuentemente da como resultado problemas tales como descascaramiento de las salientes, que se apoyan envigas, muros y losas por lo que no son recomendables. Las superestructuras de las estructuras sanitarias parael mejoramiento del medio ambiente, que no sean tanques, no se tratan aqu debido a que son similares aaquellas estructuras convencionales. En algunas instalaciones, los gases generados pueden ser txicos ytambin presentan un riesgo de explosin. Puede requerirse ventilacin adicional, respiraderos de presin,alarmas contra gases y provisiones para respiraderos de explosin. En los casos en que los edificios o loscuartos de equipo estn localizados sobre la parte superior de los tanques o digestores, los tanques puedenrequerir proteccin contra gases por medio de revestimientos y/o de la instalacin de equipo de deteccin degases.


0 10 20 30 40 50 60

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0

STcoef

icie

nte

bh=

A

Longitud entre las juntas para disipar la contraccion en m.

Grado 28

Grado 42

Minimo

18.5

.0028

Fig. 2.5.- Relacin de acero de refuerzo para contraccin y temperatura para concreto hecho de acuerdocon ASTM C 150 y C 595 cementos. el refuerzo mnimo por temperatura y por contraccin debe ser devarillas del # 4; la separacin mxima debe ser de 30 cm centro a centro en cada cara.


2.6.- DISEO ESTRUCTURAL.

2.6.1.- GENERALIDADES.

El Reglamento ACI 318 contiene requisitos generales para las construcciones de concreto reforzadoque tambin son vlidos para las estructuras sanitarias de concreto para el mejoramiento del medio ambiente.El ingeniero encargado del diseo, deber establecer los criterios de diseo para una estructura especfica,dentro de las limitaciones del Reglamento ACI 318 o de los reglamentos de construccin locales, con base enlos requisitos especiales de las estructuras sanitarias del medio ambiente.

Por lo general, las estructuras sanitarias del medio ambiente pertenecen a la categora de estructurasen las que el requisito ms importante es el del agrietamiento mnimo. Con el objeto de proteger la saludpblica, es necesario evitar las fugas hacia el agua potable o a partir de instalaciones de agua contaminada. Porlo tanto, los diseadores experimentados en esas estructuras han establecido esfuerzos permisibles un tantoms conservadores para ese tipo de estructuras de concreto reforzado.

La deformacin de las varillas de refuerzo que se encuentren sujetas a esfuerzo, se transferir alconcreto adyacente. Un esfuerzo bajo del acero de refuerzo que soporta cargas de servicio, tender a minimizarla cantidad de grietas.

Las recomendaciones para el diseo estructural aqu contenidas, deben considerarse comodisposiciones mnimas para uso general. Cualquier caracterstica estructural especial, combinaciones pococomunes de cargas o condiciones especiales de exposicin pueden requerir precauciones especificas en eldiseo que sean ms conservadoras que las disposiciones mnimas. En particular, en el diseo se deberntomar en cuenta los efectos estructurales debido a las separaciones entre las juntas, sus detalles y secuenciasde construccin.

Debe prestarse consideraciones especiales de diseo con relacin a los detalles y especificacionesdebido a los posibles efectos de riesgo y corrosin por oxgeno, ozono, hidrgeno, sulfuro y gases metano entanques cerrados. Esto es especialmente importante cuando los espacios habitables se localizan encima deltanque.

Tabla 2.5 - Recubrimiento mnimo de concreto para el refuerzo

Losas y largueros:varillas superiores e inferiores para condiciones secas

varillas # 14 y # 18 4 cmvarillas # 11 y menores 2 cm

Superficies de concreto expuestas a tierra agua oclima y sobre o en contacto con aguas negras y para laparte inferior que se apoya en plataformas o losas quesoportan un relleno de tierra.

varillas # 5 y ms pequeas 4 cmvarillas # 6 hasta # 18 5 cm

Vigas y columnaspara condiciones secas:

estribos, espirales y anillos 4 cmrefuerzo principal 5 cm

expuestas a tierra, agua, aguas negras y climaestribos y anillos 5 cmrefuerzo principal 6.5 cm

Muros:para condiciones secas:

varillas # 11 y ms pequeas 2 cmvarillas del # 14 hasta # 18 4 cm

superficies de concreto expuestas a tierra, agua,aguas negras, clima o en contacto con suelo:

tanques circulares con tensin anular 5 cmtodas las dems 5 cm


Zapatas y losas de base:en la superficie y en el fondo de losapoyos de losas de concreto 5 cmen superficies sin moldear y bases encontacto con la tierra 7 cmparte superior de zapatas igual que en laslosas sobre la parte superior de los pilotes 5 cm

2.6.2.- REQUISITOS DE DISEO.

Las estructuras sanitarias de concreto reforzado deben disearse tanto por resistencia como paracapacidad de servicio.

2.6.3.- MTODOS.

En la prctica suelen aceptarse dos mtodos de diseo estructural para secciones de concretoreforzado; ambos se pueden aplicar a las estructuras sanitarias de concreto para mejoramiento del medioambiente, estos mtodos se describen detalladamente en el Reglamento ACI 318.y son:

1. Diseo por resistencia, usando cargas factorizadas U, resistencias especificadas de acero yconcreto fy y f?c y factores de reduccin de capacidad ?.

2. Diseo por esfuerzos de trabajo (Mtodo alternativo de diseo, Reglamento ACI 318, apndiceA), usando cargas de servicio y esfuerzos de trabajo permisibles (reducidos).

2.6.4.- LIMITACIONES ESPECIALES.

Ambos mtodos requieren de Iimitaciones especiales para su aplicacin a las estructuras sanitarias deconcreto para el mejoramiento del ambiente, con el objeto de asegurar la resistencia contra las fugas deIiquidos y una larga vida bajo condiciones de exposicin del servicio sanitario del medio ambiente.

Si se desea informacin adicional sobre el diseo cuando se utiliza concreto fabricado con cemento decontraccin compensada, se puede consultar el captulo 3 del informe del Comit ACI 223.

2.6.5.- DISEO POR RESISTENCIA.

Los factores de carga prescritos en el Reglamento ACI 318 se pueden aplicar directamente a lasestructuras sanitarias de concreto para el mejoramiento del medio ambiente con un ajuste. Los factores decarga tanto para la presin lateral de la tierra, H, y para la presin lateral del lquido, F, se de tomar como 1.7.Las combinaciones de cargas factorizadas para la carga de diseo factorizada total, U, tal y como se prescribeen el Reglamento ACI 318, debe incrementarse por los coeficientes de durabilidad sanitaria para estructurassanitarias de concreto para el mejoramiento del ambiente de la siguiente manera:

a) En el clculo del acero de refuerzo en flexin, la resistencia requerida debe ser 1.3 U.b) En el clculo del acero de refuerzo en tensin directa incluyendo tensin anular, la resistencia

requerida debe ser 1.65 U.c) En el clculo del acero de refuerzo en tensin diagonal (cortante), la resistencia requerida se

obtiene al multiplicar por el coeficiente de durabilidad sanitaria de 1.3 al exceso de cortante. Elexceso de cortante se define como la diferencia entre el cortante factorizado en la seccin, Vu,y la resistencia proporcionada por el concreto ?Vc. Esto es ?Vs ? 1.3 (Vu - ?Vc), donde ?Vs esla capacidad de diseo del refuerzo por cortante.

d) En el clculo de la zona de compresin por flexin y compresin por carga axiales, y para todaslas cargas que soporta el concreto, la resistencia requerida debe ser 1.0 U.

e) Para los factores a utilizar en el diseo ssmico, consulte el ACI 318.

Como se seal antes, los coeficientes de durabilidad se desarrollaron a partir de los mtodos de clculo delancho de grieta.


2.6.6. CAPACIDAD DE SERVICIO PARA EXPOSICIN A CONDICIONES SANITARIASNORMALES.?

Excepto en los casos indicados en la presente seccin, los requisitos de capacidad de servicio delReglamento ACI 318, para controlar las deflexiones calculadas y el ancho de grietas, son aplicables a lasestructuras sanitarias de concreto para el mejoramiento del medio ambiente. Para el acero de refuerzo porflexin ubicado en una sola parrilla, la cantidad de Z no deber exceder de 20 537 kg/cm. Los valores de Z seestablecieron para recubrimientos que no excedan los 5 cm y debern basarse en ese valor cuando elrecubrimiento sobrepase los 5 cm. El recubrimiento adicional se puede considerar como una mayorproteccin.10,11

3

El factor Z y el ancho de la grieta son funcin del recubrimiento de concreto y del espesor total de unelemento de flexin y son vlidos nicamente para elementos en flexin en una sola direccin. El diseadordebe usar la ecuacin bsica Gergley-Lutz tal como se recomienda en el comentario a la seccin 10.6.4 del ACI318 para elementos en flexin en una direccin.

Para elementos sujetos a tensin directa puede usarse un coeficiente de durabilidad sanitaria de 1.65para todos los grados del acero de refuerzo10,11. EL factor Z no tiene relacin directa con este estado de tensin.

El acero de refuerzo para un elemento en flexin en dos direcciones (ejemplo, losas y muros) puede serproporcionado en cada direccin en base a la seccin 2.6.5, ya que en este momento no se dispone deecuaciones confiables de ancho de grieta para tales elementos.11,12

Para disear de acuerdo con el mtodo de esfuerzos de trabajo de la seccin 2.6.7, las varillascorrugadas o el alambre deben tener una separacin tal que la cantidad de Z no exceda de 20 537 kg/cm, comose muestra en las figuras 2.6.7a y 2.6.7b, y las separaciones no deben ser de ms de 30 cm centro a centro. Entodos los dems elementos en flexin, la separacin entre varillas debe limitarse de manera que los valorescalculados de Z no excedan de 20 537 kg/cm. Los espacios entre las varillas corrugadas y el alambre no debenexceder de 30 cm centro a centro. De preferencia, los dimetros de las varillas no deben exceder el de la # 11.

Para los casos de exposicin a condiciones sanitarias severas?, el diseo estructural debe cumplir conlo estipulado en la seccin 2.6.6., con la cantidad Z que no exceda 16 965 kg/cm, y la superficie o alguna otraproteccin debe ser apropiada a las condiciones particulares de exposicin.

2.6.7. MTODO ALTERNATIVO DE DISEO ACI 318 APNDICE A (DISEO POR ESFUERZOSDE TRABAJO).

Excepto lo que se hace notar ms abajo, el mtodo alternativo de diseo debe estar de acuerdo con elACI 318 apndice A. Las tensiones para concreto y acero recomendadas para el diseo en cargas de servicio,se presentan en las tablas 2.6.7a y 2.6.7 b. Estos esfuerzos son para: un espaciamiento mximo de varillas de3O cm y se han establecido para controlar los anchos de las grietas en superficies de concreto expuestas a lascondiciones encontradas en estructuras de concreto para el mejoramiento de medio ambiente. Los esfuerzospara espaciamientos de varillas de 30 cm, no deben exceder 1 900 kg/cm2 para refuerzo de grado 42, ni 1460kg/cm2 para refuerzo de grado 28.

En las figuras 2.6.7a y 2.6.7b se presentan espaciamientos menores y una gama ms amplia de valoresde Z. Las longitudes de desarrollo y los anclajes deben cumplir con los requisitos del ACI 318.

2.7.- EMPALMES DE ACERO DE REFUERZO

Los empalmes en varillas corrugadas de refuerzo deben cumplir con lo estipulado en los requisitosgenerales del Reglamento ACI 318. En los tanques circulares diseados para tensin circunferencial, es precisoalternar la ubicacin de los empalmes. Los empalmes adyacentes de varilla de refuerzo en zuncho deben estaralternados horizontalmente a una distancia de (centro de traslape a centro de traslape) por lo menos una

? Las exposiciones sanitarias severas son las condiciones en las cuales se exceden


longitud de traslape, no menor de 90 cm y no debe coincidir en arreglos verticales ms frecuentemente quecada tercera varilla.

Debe notarse que debido a las losas inusualmente gruesas encontradas en algunas estructuras pararetencin de Lquidos, las losas de fondo con varillas en la parte superior pueden requerir longitudes de traslapede "varillas superiores". Los requisitos para las varillas superiores se exponen en ACI 318.

2.8.- JUNTAS

2.8.1.- CAMBIOS VOLUMTRICOS.Generalmente los cambios de volumen en el concreto son causados por contraccin o expansin, como

respuesta al flujo plstico, a los cambios de temperatura o de contenido de humedad. Las variaciones detemperatura son, en cierto modo, ms regulares y previsibles que los cambios de humedad, debido a que sondiarias y estacionales.

La contraccin debida a la evaporacin del exceso de agua comienza durante o despus del periodo decurado, dependiendo de la calidad y el control de la humedad y de la temperatura. La contraccin puedecontinuar durante varios aos, como se muestra en la figura 2.8.1, a menos que se aada agua al concretoendurecido durante periodos prolongados. Sin embargo, en las estructuras sanitarias que han sido diseadaspara contener lquido, la contraccin puede detenerse cuando la estructura se pone en servicio e incluso hastase podra invertir cuando el clima es clido y hmedo.

Con el fin de compensar los cambios volumtricos de manera que se minimice el dao al concreto, elingeniero diseador deber incluir en la estructura, juntas de movimiento y acero de refuerzo. Los planos dediseo debern mostrar todas las juntas. El informe del comit ACI 504 contiene recomendaciones adicionalessobre juntas.

Por otra parte, para reducir el agrietamiento por contraccin en las estructuras sanitarias, se puedeutilizar concreto hecho con cemento de contraccin compensada, aunque este comit todava no se encuentrapreparado para recomendar requisitos detallados para el uso de este tipo de concreto. El reporte del comit ACI223, contiene informacin detallada adicional concerniente al cemento de contraccin compensada. Esnecesario hacer notar que se debe poner ms cuidado y ejercer mejor control durante las etapas de diseo yconstruccin.

TABLA 2.6.7.a Esfuerzos permisibles recomendados para el concreto en estructuras sanitarias para elmejoramiento del ambiente que deben ser hermticas y resistentes a los productos qumicos.

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