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ÍNDICE. 1. Introducción………………………………………………………………… … 3,4 2. Uso Del Concreto Pretensado En La Construcción De Tanques Elevados De Agua Potable……………………………………………………………5 3. Usos de los tanques elevados de concreto pretensado para agua potable……………………………………………………………………….5 4. Análisis estructural de los tanques de concreto pretensado……6,7,8 5. Parámetros de Diseño…………………………………………………….8 6. Materiales Empleados en Tanques de Almacenamiento……… 9,10,11 7. Conclusión…………………………………………………………………13 8. Bibliografía…………………………………………………………………14 9. Anexos………………………………………………………………..15.16,17 INTRODUCCIÓN. 2

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ÍNDICE.

1. Introducción………………………………………………………………… … 3,4

2. Uso Del Concreto Pretensado En La Construcción De Tanques Elevados De Agua Potable……………………………………………………………5

3. Usos de los tanques elevados de concreto pretensado para agua potable……………………………………………………………………….5

4. Análisis estructural de los tanques de concreto pretensado……6,7,8

5. Parámetros de Diseño…………………………………………………….86. Materiales Empleados en Tanques de Almacenamiento………

9,10,11 7. Conclusión…………………………………………………………………138. Bibliografía…………………………………………………………………149. Anexos………………………………………………………………..15.16,17

INTRODUCCIÓN.

Desde tiempos en que se registran civilizaciones y asentamientos, a lo largo de la historia, madera, cerámica y piedra han sido utilizadas

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como depósitos de agua. Estos fueron todos de origen natural y artificial y algunos tanques están todavía en servicio. La civilización del valle del Indo, hizo uso de graneros y depósitos de agua. Castillos medievales necesitan tanques de agua para los defensores de resistir un asedio. Un tanque de agua de madera se encuentra en la Reserva Estatal de Ao Nuevo fue restaurado a la funcionalidad tras ser declarado totalmente cubierto de hiedra. Había sido construido en 1884. El crecimiento de la población, así como la actividad industrial han creado la necesidad de construir estanques cada vez de mayor capacidad, haciendo cada vez mal altas las exigencias de diseño en el correcto uso de los materiales y las técnicas de construcción. Cómo solución a estas exigencias mecánicas de los tanques de gran capacidad, se comenzó a hacer uso del concreto postensado para la construcción de tanques.

El uso del concreto postensado en la construcción de estanque, se limita generalmente a tanques de gran capacidad, que por las exigencias mecánica del agua almacenada, suponen muy costoso y poco eficiente el uso de concreto armado convencional. El uso de este tipo de concreto armado en la construcción de tanques de gran capacidad, tiene ciertas limitantes que marcan una tendencia en cuanto a diseño y funcionalidad, cómo es el diseño cilíndrico de estos, que cuentan con unas columnas de tensión, en donde se encuentran los componentes de tensión de los cables de refuerzo.

En Venezuela la mayoría de estos estanques elevados de agua potable de gran capacidad hechos en concreto postensado para el servicio público, fueron realizados por I.N.O.S entre las décadas de 1970 y 1980, otros de estos estanques se siguen construyendo actualmente, pero en general por empresas privadas para la industria.

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USO DEL CONCRETO PRETENSADO EN LA CONSTRUCCIÓN DE TANQUES ELEVADOS DE AGUA POTABLE.

Se entiende por tanques elevados aquellos que están por encima de la cota rasante del suelo, el que sean de agua potable define el uso de este, y al ser de concreto pretensado refiere el método constructivo, y que se usa generalmente en tanques de gran capacidad. Por lo que al escuchar de un tanque elevado de concreto pretensado para agua potable, podemos intuir que se trata de un tanque de gran capacidad.

Usos de los tanques elevados de concreto pretensado para agua potable:

Los tanques de concreto pretensado para agua potable, son tanques de gran capacidad que se usan para el almacenaje de agua potable, este tipo de tanques son usados sobre todo en actividades industriales de muchos tipos, y en asentamientos urbanos de alto índice poblacional, y que no cuentan con espacios en los que se puedan construir un número amplio de tanques zonificados. Este tipo de tanques son de gran complejidad constructiva y de diseño, lo que los hace también bastante costosos, razones que crean un amplio debate en cuanto a la factibilidad de su uso, en la realidad actual de la construcción civil en Venezuela. El uso del concreto pretensado en la construcción de estos tanque elevados, se ve influenciado principalmente por las exigencias dotacionales del tipo de complejo, urbano o industrial, que hará uso de esta, los requisitos dotacionales serán los que definirán la capacidad necesaria del estanque, de donde se partirá en función del peso específico del agua a calcular las exigencias mecánicas del tanque, y finalmente a la escogencia del método constructivo y los materiales ideales para su construcción.

Análisis estructural de los tanques de concreto pretensado.

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Toda estructura de concreto, madera o acero, parten del mismo principio mecánico, que es la estabilidad de las reacciones de las fuerzas. Para ello paso inicial para el análisis estructural es el de conocer las cargas que actuaran sobre la estructura, el tanque en este caso, comenzando por definir las cargas permanentes o cargas muertas, y las cargas vivas o variables y de servicio, y la posterior mayoración de estas usando los factores de seguridad establecidos por las normativas Venezolanas.

Tal como si se tratara de un edificio hay que considerar que los tanques constan de una estructura de sostén, cómo pueden ser columnas, de losas, una en la base del tanque, y la que hace parte del techo, y paredes, por lo que deben ser analizados los requisitos mecánicos de cada uno de estos elementos y la interacción entre los mismos.

Análisis de cargas: para el análisis de las cargas, debe comenzarse por el dimensionamiento del tanque, este se hará en función de la capacidad que el mismo debe tener. Teniendo ya las dimensiones del tanque se calculan las cargas de sus elementos de la siguiente manera:

Losa de techo: se toma como carga permanente el peso propio de la losa, que será maciza, el peso de la impermeabilización y el peso de la compuerta. Como carga viva se usara la especificada para una azotea por la norma COVENIN 2002:88.

Paredes del tanque: para el cálculo de las paredes se deberá calcular la presión hidrostática sobre toda la pared a diferentes alturas de la misma P=γ∗h donde “h” será la altura desde la zona de presión hasta la línea “cero” del agua y “γ” peso específico del agua, para poder fijar el patrón de carga sobre la pared, que además considerando un tanque cilíndrico será uniforme a una misma altura en todo el perímetro interno de la pared.

Losa de base del tanque: la carga permanente será la suma del peso propio de la losa y el peso del nivel máximo de agua. Para esta se despreciara la carga viva.

En cada uno de los casos presentados anteriormente se deberán mayorar las cargas de acuerdo al apartado 3.5 de la Norma COVENIN 2002:88 Criterio y Acciones Mínimas para el Proyecto de Edificaciones, y de acuerdo a las disposiciones del Capítulo 8 de la Norma COVENIN 1753-1987 Estructuras de Concreto Armado para Edificaciones Análisis y

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Diseño, y las disposiciones del capítulo 8 de la Norma COVENIN 1753:06 Proyecto y Construcción de Obras en Concreto Estructural.

Calculo de las reacciones: una de las características principales de los tanques cilíndricos, es la uniformidad en la que las cargas son distribuidas, es por ello que es la forma mayormente utilizada en la construcción de tanques, ahora describiremos estas características a detalle.

En el diseño de las losas: si observamos en planta la forma circular de una losa de un tanque cilíndrico, podremos observar que la proyección de una recta de extremo a extremo que pase por el centro del circulo tendrá siempre la misma magnitud, partiendo de esta característica, podemos intuir que el momento máximo estará en el centro de la losa desde cualquier dirección que se le mire lo que facilita el cálculo de las reacciones.

En el diseño de las paredes: en cambio en las paredes, se tendrá un esfuerzo uniforme en el eje “X” a una misma altura en “Y”, esfuerzo que será cada vez mayor en de forma proporcional en los ejes “X” y “Y” al acercarse cada vez más a la base del tanque.

Teniendo en cuenta la estas características podemos calcular de manera ordinaria los esfuerzos cortantes y de momentos flectores en las losas y paredes del tanque, teniendo presente la geometría del mismo.

Escogencia del refuerzo: de acuerdo a los esfuerzos ya calculados procederemos a calcular los refuerzos de acero de acuerdo a lo establecido en las normas, y solo entonces podremos definir la necesidad o no de usar concreto pre o postensado. La generalidad es encontrar una combinación de armado de barras o cabillas y cables de acero en los ejes críticos de la estructura, esto debido a la uniformidad con la que la presión hidrostática ejercida por el agua ejerce sobre las paredes del tanque. A continuación podremos ver el detalle de armado de un tanque de concreto postensado para agua potable.

Parámetros de Diseño

- Periodo de diseño

Considerando los siguientes factores:

Vida útil de la estructura de almacenamiento.

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Grado de dificultad para realizar la ampliación de la infraestructura. – Crecimiento poblacional.

Economía de escala.

Es recomendable adoptar los siguientes periodos de diseño:

Reservorio de almacenamiento : 20 años

Equipos de bombeo : 10 años

Tubería de impulsión : 20 años

Materiales Empleados en Tanques de Almacenamiento.

Para el mejor diseño, cálculo y manufactura de tanques de almacenamiento es importante seleccionar el material adecuado dentro de la variedad de aceros que existen en el mercado.

ESTÁNDAR A.S.T.M. (AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND

MATERIALS).

- A-36.- ACERO ESTRUCTURAL.

Sólo para espesores iguales o menores de 38 mm. (1 1/2 pulg.). Este material es aceptable y usado en los perfiles, ya sean comerciales o ensamblados de los elementos estructurales del tanque.

- A-131.- ACERO ESTRUCTURAL.

GRADO A para espesor menor o igual a 12.7 mm (1/2 pulg.)

GRADO B para espesor menor o igual a 25.4 mm. (1 pulg.)

GRADO C para espesores iguales o menores a 38 mm. (1-1/2 pulg.)

GRADO EH36 para espesores iguales o menores a 44.5 mm. (1-3/4 pulg.)

- A-283.- Placas de acero al carbón con medio y

Bajo esfuerzo a la tensión.

GRADO C Para espesores iguales o menores a 25 mm. (1 pulg.).

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Este material es el más socorrido, porque se puede emplear tanto para perfiles estructurales como para la pared, techo, fondo y accesorios del tanque.

- A-285.- Placa de acero al carbón con medio y

Bajo esfuerzo a la tensión.

GRADO C Para espesores iguales o menores de 25.4 mm. (1 pulg.). Es el material recomendable para la construcción del tanque (cuerpo, fondo, techo y accesorios principales), el cual no es recomendable para elementos estructurales debido a que tiene un costo relativamente alto comparado con los anteriores.

- A-516.- PLACA DE ACERO AL CARBÓN PARA

Temperaturas De Servicio Moderado.

GRADOS 55, 60, 65 y 70. Para espesores iguales o menores a 38mm.

(1-1/2 pulg.). Este material es de alta calidad y, consecuentemente, de un costo elevado, por lo que se recomienda su uso en casos en que se requiera de un esfuerzo a la tensión alta, que justifique el costo.

- A- 53.- GRADOS A Y B. Para tubería en general.

- A-106.-GRADOS A Y B. Tubos de acero al carbón sin costura para servicios de alta temperatura.

En el mercado nacional, es fácil la adquisición de cualquiera de estos dos materiales, por lo que puede usarse indistintamente, ya que ambos cumplen satisfactoriamente con los requerimientos exigidos por el estándar y la diferencia no es significativa en sus propiedades y costos.

- A-105.- FORJA DE ACERO AL CARBÓN PARA ACCESORIOS DE ACOPLAMIENTO DE TUBERÍAS.

- A-181.- FORJA DE ACERO AL CARBÓN PARA USOS EN GENERAL.

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- A-193.- GRADO B7. Material para tornillos sometidos a alta temperatura y de alta resistencia, menores a 64mm. (2-1/2 (pulg.), de diámetro.

- A-194.- GRADO 2H. Material para tuercas a alta temperatura y de alta resistencia.

- A-307.- GRADO B. Material de tornillos y tuercas para usos generales.

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Cómo podemos ver en la gráfica arriba se tiene una combinación de barras de acero y cables en el refuerzo de este tanque.

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CONCLUSIÓN.

La construcción de un tanque supondrá siempre un reto, por la gran cantidad de elementos que hacen parte del diseño, y los altos estándares de seguridad establecidos por las normas para el diseño de estos. En la construcción de hoy en el país siempre el costo económico de los proyectos será el factor crítico a considerar en la ejecución de las obras, esto representa un gran reto para el ingeniero en las pretensiones de hacer uso de un tanque fabricado en concreto armado, siendo esta la última opción ante la necesidad de construir un tanque elevado en una zona de gran población, por sus altos costos de construcción, lo que representa una desventaja para este sistema constructivo, siendo su durabilidad el más resaltante factor a favor de su uso. Es por esta razón que en un país con los servicios tan maltratados como en el nuestro pocas veces se verán este tipo de estructuras que fueron ampliamente usadas por INOS en las décadas de 1970 y 1980, siendo ahora un método constructivo relegado a la industria que por sus amplios ingresos puede costearlos.

Para el ingeniero en la actualidad representa un gran reto tener caro la factibilidad del uso del concreto pre y postensado en la construcción de tanques elevados, debido a los problemas de acceso a los materiales, y el costo de estos, teniendo pocos recursos a la mano que hagan resaltar los beneficios de usar este método constructivo.

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BIBLIOGRAFÍA.

Los textos citados fueron los siguientes:

Norma COVENIN 2002:88 Criterio y Acciones Mínimas para el Proyecto de Edificaciones.

Norma COVENIN 1753-1987 Estructuras de Concreto Armado para Edificaciones Análisis y Diseño.

Norma COVENIN 1753:06 Proyecto y Construcción de Obras en Concreto Estructural.

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ANEXOS.

Estanque elevado concreto postensado. Paparo, Edo. Miranda - Policromía Alejandro Otero.

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Estanque de Agua. El Calvario, Caracas - Policromia de Alejandro Otero.

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2 Estanques de Concreto Postensado de 11.150 M3 - Bifurcación - Edo. Zulia.

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