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    MD Cisterna 10 M3 PDF

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    Julio Cesar Jara Sanchez
    Este documento presenta el diseño de una cisterna de 10 m3 de concreto armado. Describe las normas y guías aplicables, los componentes hidráulicos como la bomba, líneas de impulsión y succión. Explica la arquitectura de la cisterna que consta de dos ambientes y los parámetros de diseño. Incluye el presupuesto y memoria de cálculo estructural donde se analiza la cisterna con un modelo tridimensional considerando las cargas y normativa aplicable.

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    CISTERNA 10 M3

    1 MEMORIA DESCRIPTIVA

    1.1 ALCANCE

    El presente diseño del componente ha sido desarrollado teniendo en cuenta las


    normas vigentes, consideraciones y criterios actuales.

    1.2 NORMAS VIGENTES

    - DS N° 011-2006-VIVIENDA, “Reglamento Nacional de Edificaciones”.


    - RM N° 173-2016-VIVIENDA, "Guía de diseño para sistemas de
    abastecimiento de agua para consumo humano y saneamiento.

    1.3 GUIAS

    - Guía para el diseño y construcción de reservorios apoyados

    1.4 INSTALACIONES HIDRÁULICAS


    Para las dimensiones internas del cisterna, se ha considerado la forma rectangular,
    como indica la guía para el diseño y construcción de reservorios apoyados, además
    de presentar el ingreso lo más alejado posible de la succión con el fin de que no
    ingrese aire al sistema de bombeo, optimizándose además la longitudes del
    encofrado.
    Para la selección de la bomba se ha tenido en cuenta, los niveles máximo de agua y
    parada de bombas, para el caso de la zona, lo más recomendable es el uso de
    bombas de eje horizontal en succión positiva por su facilidad de operación y
    mantenimiento, además de su bajo costo de operación y mantenimiento es una
    ventaja adicional. Con esta disposición se tendrá menos problemas con la succión al
    no ser necesario el cebar la bomba y no requerir válvula de retención en la succión
    (válvula de pie). El número de bombas serán uno, uno estará en funcionamiento y se
    proyecta otro en reserva cumpliendo con una seguridad al 100%.
    El nivel de sugerencia recomendable es de 0.35 m, para impedir el ingreso de aire y
    las condiciones hidráulicas de instalación.

    1.4.1 Equipo de bombeo agua


    Para su selección se ha tenido en cuenta la altura dinámica total y el caudal de
    bombeo requerido, además se ha considerado que la energía disponible en la
    zona rural es en su mayoría del tipo monofásico. Las características son:

    Tabla 1 Características del equipo de bombeo


    Electrobomba
    centrifuga horizontal
    Tipo :
    02 unidades
    Cantidad :
    15.06 G.P.M. (0.95 lps)
    Caudal :
    110.69 pies (33.74 m)
    A.D.T.:
    1.00HP - 2Ø - 220V - 60CPS
    Pot. aprox motor:
    Fuente: Programa Nacional de Saneamiento

    1.4.3 Línea de impulsión


    Sera de F°G° Ø 3/4”, para su cálculo se ha usado la fórmula de Bresser, para su
    selección se ha tenido en cuenta la energía disponible del tipo monofásica en la zona,
    y no tener elevadas pérdidas de carga en la línea que puede ser asumida por una
    línea de impulsión de mayor diámetro posible.

    1.4.4 Línea de succión


    Sera de F°G° Ø 1“, para su selección se ha considerado un diámetro igual a la
    succión de la bomba 1”.

    1.4.5 Línea de entrada


    Se ha considerado que la alimentación es de la red pública y estará definida por la
    línea de conducción, para el caso se ha estimado teniendo en cuenta una velocidad
    no menor de 0.6 m/s y una gradiente entre 0.5% y 10%.
    Considera una válvula de interrupción, una válvula flotadora, la tubería y accesorios
    son de fierro galvanizado para facilitar su desinstalación y mayor durabilidad.

    1.4.6 Línea de rebose


    Se ha estimado según el Reglamento Nacional de edificaciones Norma IS 010. El
    trazo considera una descarga libre y directa a una cajuela de concreto con una brecha
    libre de 0.15 m para facilitar la inspección de perdida de agua y revisión de la válvula
    flotadora, la tubería y accesorios son de fierro galvanizado para facilitar su
    desinstalación y mayor durabilidad. La descarga de esta línea será al sistema pluvial
    de la zona.

    1.5 ARQUITECTURA
    La Cisterna proyectada considera dos ambientes una donde se almacena el volumen
    útil de 10 m3 de agua para consumo humano y otro ambiente de caseta de bombeo
    que albergara al sistema de bombeo y tableros eléctricos.
    La cisterna será tarrajeado interna y externamente, y pintado externamente con
    pintura esmalte.
    Se ha diseñado una vereda perimetral de concreto hacia el techo de la cisterna. Para
    el acceso interno a la cisterna se ha considerado escalera de tipo gato, sin embargo
    este podrá ser reemplazado con escalera de peldaños anclados al muro del recinto
    de material inoxidable, tipo marinera de F°G°.

    1.6 PARAMETROS BASICOS DE DISEÑO


    ÁMBITO GEOGRÁFICO
    Región del proyecto: COSTA

    DIMENSIONAMIENTO DE LA ESTACION DE BOMBEO

    SELECCIÓN DEL EQUIPO DE BOMBEO Y LINEAS COMPLEMENTARIAS


    1.7 PRESUPUESTO DE LA OBRA:

    Presupuesto base

    001 COMPONENTES HIDRÁULICOS 26,244.80

    (CD) S/. 26,244.80

    COSTO DIRECTO 26,244.80


    GASTOS GENERALES (10%) 2,624.48
    UTILIDAD (5%) 1,312.24
    =================
    SUB TOTAL 30,181.52
    IGV (18%) 5,432.67
    =================
    VALOR REFERENCIAL 35,614.19

    Descompuesto del costo directo

    MANO DE OBRA S/. 10,848.39


    MATERIALES S/. 14,359.05
    EQUIPOS S/. 1,040.22
    SUBCONTRATOS S/.

    Total descompuesto costo directo S/. 26,244.80

    Nota : Los precios de los recursos no incluy en I.G.V. son v igentes 26/08/2020
    3. MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

    3.1 OBJETIVO
    La presente memoria de cálculo corresponde al análisis, cálculo y diseño estructural
    de la cisterna enterrada de 10 m3 de concreto armado, conforme con los planos del
    proyecto arquitectónico

    ALCANCE
    El proyecto estructural a desarrollar se basará en proponer medidas óptimas para el
    buen desempeño estructural de la estructura a diseñar; sometidas a cargas de
    gravedad, cargas de empuje activo del suelo, empuje de sobrecarga y empuje del
    agua contenida. Estas estructuras serán modeladas según los parámetros de la
    actual la Norma ACI 350.3-01 y la Norma E.030, teniendo en consideración las
    hipótesis de análisis asumidas indicadas en el Capítulo 3 correspondiente a los
    Criterios de Diseño.

    DESCRIPCIÓN DEL PLANTEAMIENTO ESTRUCTURAL


    La estructura proyectada consta de una configuración rectangular de 5.950m x 2.80m
    con una altura de muro de 1.55m. Los muros de concreto armado son de 20cm de
    espesor.
    El techo es una losa maciza de 15cm. de espesor, mientras que la losa de fondo es
    de 20cm de espesor

    Ilustración 1 Planta techo de cisterna de 10m3

    1 2 3

    B B

    A A

    1 2 3
    Ilustración 2 Corte típico de cisterna de 10m3
    NORMATIVA APLICABLE

    Norma Técnica de Edificación E.030: Diseño Sismo resistente. Reglamento Nacional


    de Edificaciones (RNE)
    Norma Técnica de Edificación E.060: Concreto Armado. Reglamento Nacional de
    Edificaciones (RNE)
    Seismic Design of Liquid-Containing Concrete Structures and Commentary (ACI
    350.3-01)

    CRITERIOS DE DISEÑO
    El análisis estructural de cada estructura se realizó con el programa SAP2000. La
    estructura fue analizada mediante un modelo tridimensional. En el análisis se supuso
    comportamiento lineal y elástico.
    Los elementos de concreto armado (losa, muros y cimentación) se modelaron con
    elementos tipo. En el presente modelo se analizó considerando sólo los elementos
    estructurales, sin embargo, los elementos no estructurales han sido ingresados en el
    modelo como solicitaciones de carga debido a que no son importantes en la
    contribución de la rigidez y resistencia de la estructura.

    ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS


    Para la identificación del tipo de suelo en el análisis sísmico y diseño de la
    cimentación, se debe considerar los resultados obtenidos del Estudio de Mecánica
    de Suelos.
    Para el desarrollo de la presente estructura se consideró los siguientes valores:

     Capacidad portante del terreno: 1.0 kg/cm2


     Angulo de fricción interna: 30°
     Cohesión del terreno: 0.0 kg/cm2
     Peso específico del terreno: 2.0 ton/m3
     Profundidad de cimentación: 0.50 m
     Presencia de nivel freático: Ninguna
     Agresividad del suelo: Moderado (Usar Cemento Tipo MS)

    PARÁMETROS EMPLEADOS EN EL DISEÑO


    Categoría de Uso: Categoría “A” Edificaciones Esenciales:
    Factor U = 1.5 (Tabla N°5 - E.030-2016).
    Se consideró un suelo de perfil S3. De acuerdo al RNE y la Norma de Diseño Sismo
    resistente, clasifica como suelo con perfil S3, con un factor S=1.10, Tp=1.0 seg. y
    TL=1.60 seg. (Tabla N°3 y 4 - E.030-2016)
    Se asume la zona con mayor sismicidad del territorio peruano, el cual corresponde a
    la Zona 4, por ende, el facto será: Z=0.45 (Tabla N°1 - E.030-2016).
    CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES
    Para efectos del análisis realizado a los reservorios, se han adoptado para los
    elementos estructurales los valores indicados a continuación:
    Concreto Armado: f’c = 210 kg/cm2 (Ec = 250 998 kg/cm2).
    Acero de refuerzo: fy = 4 200 kg/cm2 (Es = 2 400 000 kg/cm2).

    CARGAS
    El código del ACI 350.3-01 Code Requirements for Environmental Engineering
    Concrete Structures considera para el análisis de estructuras que almacenan líquidos
    las cargas de:

    Carga muerta (D)


    Carga Viva (L)
    Carga por presión lateral del fluido (F)
    Carga de techo (Lr)
    Carga por presión lateral del suelo (H)

    Para el análisis de la estructura se consideró el efecto de las cargas de gravedad,


    cargas de presión del suelo y cargas debido a la presión hidrostática del agua.

    CARGAS DE GRAVEDAD
    Las cargas permanentes y sobrecargas son aquellas que indican el RNE, Norma de
    Cargas E.020.

    Carga Muerta. - Considerado como el peso propio de cada elemento de la edificación.


    Peso del concreto = 2,400 kg/m3.
    Peso de acabados = 100 kg/m2.
    Peso de losa maciza e=0.15 m + = 360 kg/m2.

    Carga Viva. - Las cargas vivas empleada se aplicará en la losa de techo:


    Sobrecarga de 200 Kg/m2 (techos)

    CARGAS LATERALES
    Los muros de cisternas son diseñados ante cargas de empuje activo del terreno, PE
    y sobrecargas presentes en nivel superior del suelo Ps/c, así como el empuje del
    agua, siendo el caso crítico el análisis de la cisterna vacía.
    Se empleará una distribución triangular para la presión del suelo y una distribución
    constante de la sobrecarga. Para el diseño por flexión y corte se amplificará el empuje
    por un factor de 1.7 por ser una carga activa, por ende, las cargas aplicadas al muro
    de cisterna serán:

    P_E=K_a γH
    P_(s/c)=K_a s/c
    Ilustración 3 Detalle de armadura de muro cisterna y diagrama de presiones
    Dónde:
    K_a = Coeficiente activo del suelo.
    γ = Peso específico del suelo.
    s/c = Sobrecarga en el nivel superior del muro.
    H = Profundidad del muro de cisterna.
    Los muros de cisterna se modelan de dos formas dependiendo del comportamiento,
    como una viga continua (elemento frame) tomando como apoyo las losas de piso o
    como una losa (elemento shell) considerando como restricciones los bordes del
    muro, las losas de piso o la cimentación del muro.
    El modelo de viga continua (frame), es aplicable cuando los muros se comportan en
    una dirección, ello sucede cuando la relación de la longitud mayor respecto a la
    longitud es menor del paño de muro es mayor a 2 (L_mayor/L_menor≥2).
    El modelo de losa (Shell), es aplicable cuando los muros se comportan en dos
    direcciones, ello sucede cuando la relación de la longitud mayor respecto a la longitud
    menor del paño de muro es menor a 2 (L_mayor/L_menor≤2).
    Un método general en caso no se tenga claro el comportamiento de los muros
    consiste en desarrollar un modelo tridimensional de la configuración de los sótanos,
    como se aprecia en la figura 4, para determinar con mayor exactitud las fuerzas de
    diseño.
    Ilustración 4: Ejemplo de modelo tridimensional
    Según la norma peruana E.060, el espesor mínimo para muros de sótano es de
    20cm. El dimensionamiento final del espesor será calcula en la etapa de diseño el
    cual está relaciona directamente con la resistencia del corte.
    Se determina el cortante último, Vu para un ancho de muro de 1 metro.
    La resistencia de corte del muro para 1 metro de ancho, se determina de la misma
    forma que una losa maciza 〖ØV〗_c=Ø0.53√(f'c) (e-r).

    Donde ''e'' es el espesor del muro y ''r'' el recubrimiento interior. Finalmente, si 〖ØV
    〗_c≥V_u, se dará por aceptado el espesor del muro.

    El muro estará armado por doble malla vertical y horizontal que sea mayor a la
    cuantía mínima de 0.0030 para la malla vertical y 0.0030 para la horizontal.
    La máxima separación del refuerzo vertical y horizontal será 3e o 30cm.
    Para el diseño por flexión, se calcula el momento último en el muro para un ancho de
    1 metro y en las zonas donde sea mayor al momento resistente de la malla distribuida
    se incluirán los bastones adicionales.

    COMBINACIONES DE CARGAS DE DISEÑO EN CONCRETO ARMADO


    Para determinar la resistencia nominal requerida, se emplearon las siguientes
    combinaciones de cargas:
    Combinación 1: 1.40 D + 1.70 L +1.70 F
    Además, el Reglamento establece factores de reducción de resistencia en los
    siguientes casos:

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