Guía para el diseño y construcción de reservorios apoyados
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1. PLANTA RESERVORIO V 10 m3 CORTE A A 14 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR b Reservorio de Concreto Armado de Secci n Cuadrada Para el dise o estructural de reservorios de peque as y medianas capacidades se recomienda utilizar el m todo de P rtland Cement Association que determina momentos y fuerzas cortantes como resultado de experiencias sobre modelos de reservorios basados en la teor a de Plates and Shells de Timoshenko donde se consideran las paredes empotradas entre s De acuerdo a las condiciones de borde que se fijen existen tres condiciones de selecci n que son Tapa articulada y fondo articulado Tapa libre y fondo articulado Tapa libre y fondo empotrado En los reservorios apoyados o superficiales t picos para poblaciones rurales se utilizan Para este caso y cuando act a s lo el empuje del agua la presi n en el borde es cero y la presi n m xima P ocurre en la base P y xh El empuje del agua es Va h b 2 Donde Ya Peso espec fico del agua h Altura del agua b ancho de la pared Para el disefio de la losa de cubierta se consideran como cargas actuantes el peso propio y la carga viva estimada mientras que para el disefio de la losa de fondo se considera el empuje del agua con el reservorio completamente lleno y los momentos en los extremos producidos por el empotramiento y el peso de la losa y la pared Y C lculo de momentos y espesor Pa2. Kg Centro Mc 0 0513 en Kg m Chequeo del espesor Se propone un espesor 180 Se compara el resultado con el espesor que se calcula mediante el m todo el stico sin agrietamiento considerando el m ximo momento absoluto con la siguiente relaci n 1 2 6M en cms ftb Siendo ft 0 85 f c Se debe cumplir que el valor gt e recubrimiento 18 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR Y Distribuci n de la armadura Para determinar el valor del rea de acero de la armadura de la pared de la losa cubierta y del fondo se considera la siguiente relaci n Donde M Momento m ximo absoluto en kg cm fs F tiga de trabajo en Kg cm j Relaci n entre la distan cia de la resultan te de los esfuerzos de compresi n al centro de gravedad de los esfuerzos de tensi n d Peralte efectivo en cm A cm Pared Para el dise o estructural de la armadura vertical y horizontal de la pared se considera el momento m ximo absoluto por ser una estructura peque a que dificultar a la distribuci n de la armadura y porque el ahorro en t rminos econ micos no ser a significativo Para resistir los momentos originados por la presi n del agua y tener una distribuci n de la armadura se considera fs 900 kg cm n 9 valor recomendado en las Normas Sanitarias de ACI 350 Conocido el espesor y el recubrimiento se define un peralte efectivo d El
3. V lvula de ingreso e V lvula de salida V lvula de limpia e V lvula de by pass h Prueba hidr ulica Se llenar el reservorio lentamente con agua y se observar atentamente si hay fugas debidas a porosidad del piso y muro La prueba a tanque lleno durar 72 horas y si se producen filtraciones se har n los resanes necesarios y se repetir la prueba hasta obtener resultados satisfactorios Bibliograf a Agiiero Pittman Roger Agua Potable para Poblaciones Rurales Sistemas de abastecimiento por gravedad sin tratamiento Asociaci n Servicios Educativos Rurales SER Reimpreso 2003 Azevedo Netto J M Acosta A Guillermo Manual de Hidr ulica 1975 Centro Internacional de Agua y Saneamiento CIR Sistemas de Abastecimiento de Agua para Peque as Comunidades CEPIS Lima 1988 CEPIS Especificaciones T cnicas para el dise o de estructuras de Ferrocemento 2003 Direcci n General Saneamiento Ambiental DIGESA Especificaciones t cnicas para la construcci n de reservorios Esquibel Escobar N stor Reservorio de concreto para sistemas de abastecimiento de agua potable en medio rural tesis UNI 1975 Fondo Nacional de Compensaci n y Desarrollo Social FONCODES Especificaciones t cnicas para la construcci n de reservorios Ministerio de Vivienda y Servicios B sicos Direcci n General de Saneamiento B sico Reglamento t cnico de proyectos de agua potable para poblaciones menores de 5 000 habitantes Bo
4. Resistencia la compresi n b 1m t recubrimiento Si el Momento M ximo Ma gt Momento ltimo m ximo Mu colocar cuant a m nima como refuerzo en la secci n As min 0 0015 xbxd A Siendo el espaciamiento m ximo 3t S a x100 5 Verificaci n por Corte Seg n la tabla XVI del PCA el corte maximo ser en condici n ltima con Dt 10 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR Sera 1 5 x coef x WH s lt 0 53 fc en kg cm bd Losa cubierta Metrado de cargas Asumiendo un espesor de losa se realiza el metrado de cargas para determinar el momento ltimo Wu Wu 1 5 Wd 1 8 WI Donde Wd carga muerta WI carga viva Determinaci n de los momentos y su correcci n por rigidez de la pared cil ndrica Rigidez relativa Paredes coef tabla Losa coef tabla XIX Coeficientes de distribuci n 3 t Pared x d Bak 3 t Losa Coef x 2 i gt H K K Donde t espesor de losa asumido altura del reservorio 11 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR Momento m ximo Mmdx 0 125 Wu R R Radio del reservorio Distribuci n de momentos en la pared y losa conforme a los coeficientes calculados Efectuar la distribuci n de momentos con los coeficientes d calculados utilizando Hardy Cross e ingresar el momento de correcci n resultante Mc En la tabla XII se presentan los detalles de c l
5. a fin de dejar una superficie rugosa libre de la pel cula superficial de concreto quedando apta para recibir el nuevo vaciado de concreto Las armaduras se empalmar n con traslapes de 60 veces el di metro del fierro con amarres espaciados para permitir la envoltura de la uni n por el concreto Cubierta Ser una losa maciza cuyo espesor dimensiones di metro y espaciamiento del acero de refuerzo resulta del dise o respectivo indicado en los planos El encofrado se iniciar despu s de vaciar los muros ensamblando el castillo de madera y en forma paralela se habilitar y se colocar el acero de refuerzo El vaciado se realizar utilizando un concreto de f c 175 kg cm El acabado exterior se har con una capa de mortero de C A 1 3 de 1 de espesor colocada inmediatamente sobre el concreto fresco acabando con cemento puro 28 5 h 1 J k OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR Escalera interior Constituido por escalines de fierro galvanizado adosados al muro Servir para el ingreso al reservorio En el vaciado de los muros se anclar n los pelda os de 3 4 de di metro por cada 0 30 m Materiales Se utilizar cemento fresco sin terrones y en buenas condiciones de estacionamiento la piedra ser de los di metros requeridos seg n los espesores de concreto a vaciar la arena a emplear ser limpia Antes de vaciar el concreto el ingeniero inspector deber aprobar la colocaci n de la armad
6. CEPIS 04 108 UNATSABAR Reservorio de ferrocemento de secci n circular Y Descripci n El ferrocemento es una tecnolog a apropiada que consiste en reforzar un mortero con mallas de alambre a fin de obtener un material homog neo y resistente Es un material compuesto que por su naturaleza tiene una respuesta estructural importante ante acciones s smicas y los pocos materiales que se utilizan en su construcci n son f cilmente transportables hasta lugares de dif cil acceso Asimismo en comparaci n con las construcciones tradicionales sus costos disminuyen hasta en un 50 Por otro lado las habilidades de las personas que se involucran en la construcci n de este tipo de reservorios no han de ser especializadas Las personas que se capacitan y disponen de manuales y planos f cilmente podr n construir aplicando esta t cnica Si este tipo de reservorios tiene fugas f cilmente pueden ser reparados Se pica la zona afectada y se utiliza el mortero con la proporci n empleada en su construcci n El reservorio consta de las siguientes partes Fondo muros de secci n circular losa de cubierta provista de buz n de inspecci n y una caseta de v lvulas La presente informaci n es para reservorios con volumen m ximo de 20 m si se A 7 3 diera el caso de vol menes mayores de 20 m se deber realizar un an lisis que requiera mayor precisi n y detalle Y Consideraciones b sicas de dise o La formul
7. Prestressing Portland Cement Association PCA Rectangular Tanks 34
8. empedrado sobre el cual se vierte un falso piso de 5 cm Sobre cualquiera de estas bases se efect a el trazo y se coloca el acero de refuerzo de la losa de fondo Luego se procede al vaciado de la losa dejando bastones de amarre con el muro pared 30 d OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR El fondo estar formado por un mortero y malla met lica cuyas caracter sticas y dimensiones ser n determinadas con el dise o estructural indicando el di metro y espaciamiento de la malla la dosificaci n del mortero y espesor de la losa Asimismo el fondo deber ser vaciado monol ticamente en una sola operaci n la cara superior se rayar para facilitar la adherencia con el acabado del mortero Por otro lado luego de desencofrar la cubierta y enlucir con mortero la parte interna del techo se enluce con una capa de mortero y se impermeabiliza al piso y se da una m nima pendiente de 1 hacia el desagiie Encofrados Los encofrados ser n pr cticamente indeformables se colocar n en la cara interior del reservorio y puede ser de metal o de planchas de triplay fijados por un castillo interior A la cara externa del encofrado se debe aplicar aditivos con la finalidad de proteger la forma y lograr un mejor acabado Asimismo los plazos para los desencofrados ser n los siguientes M TS occccccnccnnnnnncnicicccccanonananes 2 e Losa de 7 dias Muros En la construcci n de muros
9. horario es el m ximo caudal que se presenta durante una hora en el d a de m ximo consumo Los coeficientes recomendados y m s utilizados son del 130 para el consumo m ximo diario Qmd y del 200 para el consumo m ximo horario Qmh Consumo m ximo diario 1 3 1 5 Consumo m ximo horario Qmh 2 AA HO Qm 1 s Capacidad y dimensionamiento del reservorio Capacidad del reservorio Para determinar la capacidad del reservorio es necesario considerar la compensaci n de las variaciones horarias emergencia para incendios previsi n de reservas para cubrir da os e interrupciones en la l nea de conducci n y que el reservorio funcione como parte del sistema Para el c lculo de la capacidad del reservorio se considera la compensaci n de variaciones horarias de consumo y los eventuales desperfectos en la l nea de conducci n El reservorio debe permitir que la demanda m xima que se produce en el consumo sea satisfecha a cabalidad al igual que cualquier variaci n en el consumo registrado en las 24 horas del d a Ante la eventualidad que en la l nea de conducci n pueda ocurrir da os que mantengan una situaci n de d ficit en el suministro de agua mientras se hagan las reparaciones pertinentes es aconsejable un volumen adicional para dar oportunidad de restablecer la conducci n de agua hasta el reservorio OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR b C lculo de la capacidad del reservorio Para el c lculo del vo
10. para mantener una presi n adecuada en las redes y dar un buen servicio El reservorio de almacenamiento consta de dos partes la primera el dep sito de almacenamiento y la segunda la caseta de v lvulas donde se encuentran las v lvulas de control de entrada y salida del agua 3 1 b d Construcci n de reservorio apoyado de concreto armado de forma cuadrada o circular Descripci n Es importante conocer la forma las dimensiones y el volumen del reservorio los cuales se encuentran descritos en los planos respectivos El reservorio consta de las siguientes partes Losa de fondo de concreto armado muros de secci n rectangular de concreto armado losa de cubierta de concreto armado provista de buz n de inspecci n Adem s constar de una caseta de v lvulas y escalera interior Excavaci n Se ejecutar la excavaci n llegando a terreno de fundaci n estable de acuerdo a la resistencia del suelo La excavaci n ser bien nivelada y cualquier exceso se 4 2 rellenar con concreto de 100 kg cm Encofrados Los encofrados ser n pr cticamente indeformables y estancos y estar n constituidos por elementos met licos de madera o triplay y los plazos para los desencofrados ser n los siguientes Estos plazos podr n ser disminuidos logr ndose resistencias an logas empleando aceleradores de fragua Losa de fondo Previo al vaciado de la losa de fondo se ejecutar el vaciado d
11. pulido e impermeabilizaci n Cubierta Despu s de obtener resultados satisfactorios de la prueba hidr ulica se procede a construir la losa de cubierta Para vaciar la cubierta se siguen los siguientes pasos Encofrar con madera El encofrado se cubre con una malla de alambre en varillas y hexagonal seg n dise o Cubrir la malla con una de mortero Luego de cuatro 4 d as se saca el encofrado y se enluce la parte interna con una capa delgada de mortero no menor de 1 cm Materiales El cemento deber ser fresco sin terrones y en buenas condiciones de estacionamiento los agregados ser n de los di metros requeridos seg n los espesores de la mezcla a vaciar la arena a emplear ser limpia Antes de vaciar el concreto el ingeniero Inspector deber aprobar la colocaci n de la armadura de acuerdo al plano Se evitar la segregaci n de los materiales en los vaciados de altura Se evitar la acci n directa de los rayos del sol durante las 48 horas despu s del vaciado el curado del piso y muros del reservorio con agua se har diariamente durante siete 7 d as seguidos 32 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR g Instalaci n de tuber as y v lvulas Antes de vaciar el concreto de la losa deben colocarse los pases de tuber as para evitar que durante el picado se debilite la estructura Se instalar el sistema de tuber as indicado en el plano correspondiente a caseta de v lvulas
12. Donde E parea espesor de la pared espesor de la losa de fondo cm Crecho Espesor de la losa de la cubierta cm Yy peso espec fico del agua kg m h altura del nivel maximo del agua m r radio del reservorio fe resistencia la comprensi n del mortero kg cm D di metro del reservorio A rea de acero a una altura i cm A mn rea de acero m nimo h Altura ala que se desea calcular el refuerzo m esfuerzo de fluencia del refuerzo kg cm b Ancho de referencia cm d espesor cm 25 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR Y Recomendaciones Es recomendable realizar ensayos de laboratorio de todos los materiales La arena debe ser limpia y tener el coeficiente de uniformidad de 2 a 3 Esta relaci n permitir lograr la impermeabilizaci n de las paredes techo y piso Buena relaci n de agua cemento mezcla relativamente seca Con los resultados obtenidos de la rotura de cilindros fabricados con diferentes tipos de arena se deber proceder al dise o y elaboraci n de los planos tipo a fin de generalizar la utilizaci n del ferrocemento en base a las caracter sticas propias de los materiales m s adecuados y que generalmente se encuentran en cada zona 26 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR Capitulo Construcci n del reservorio Es una estructura que sirve por un lado para almacenar el agua y abastecer a la poblaci n y por otro
13. GUIA PARA DISENO CONSTRUCCION DE RESERVORIOS APOYADOS Organizacion Panamericana de la Salud Oficina Regional de la Organizaci n Mundial de la Salud 2 S AREA DE DESARROLLO SOSTENIBLE Y SALUD AMBIENTAL DEZA sAN DDC gana Centro Panamericano de DSC Bp Ingenieria Sanitaria y SDC Ciencias del Ambiente WT CEPIS OPS COSUDE Lima 2004 El presente documento fue elaborado por el consultor ingeniero Roger Agiiero para la Unidad de Apoyo T cnico en Saneamiento Basico Rural del Centro Panamericano de Ingenieria Sanitaria y Ciencias del Ambiente OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR Tabla de contenido Pagina o fie OA GE A 3 Capitulo I Generalidades 1 1 a E NE 4 Cap tulo Dise o de reservorio apoyado 2 1 Per odo caudales de diseco ii 5 2 2 Capacidad y dimensionamiento del reservorio coocccnnncnnonononnnonnnonnnononcnonccannnnnn non 7 2 3 Tipos de TESCLVOTIOS siii ias 8 2 4 Ubicaci n del reservo 8 2 5 Diseno eats 9 Cap tulo Construcci n del reservorio 3 1 Construcci n de reservorio apoyado de concreto armado de tormacuadrada O CUA Rd 27 3 2 Construcci n de reservorio apoyado de ferrocemento y de TOA A A 30 BL A E A AA 33 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR Introducci n El objetivo de esta gu a es el de proporcionar a los profesionales informaci n y conceptos ac
14. Generalmente consiste en alambres delgados entretejidos o soldados una de las caracter sticas m s importantes es que sea lo suficientemente flexible para poderla doblar en las esquinas agudas La funci n principal de estas mallas es la de actuar como marco para sostener el mortero en estado fresco as como absorber los esfuerzos de tensi n en el estado endurecido que el mortero por s colono podr a soportar Mortero Es la mezcla de cemento y arena Debido a que este mortero est sometido a grandes tensiones es necesario que su dosificaci n sea no menor a una parte de cemento por 1 5 a 2 partes de arena y 0 3 partes de agua OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR Capitulo Dise o de reservorio apoyado 2 1 Per odo y caudales de dise o Las obras de agua potable no se dise an para satisfacer s lo una necesidad del momento sino que deben prever el crecimiento de la poblaci n en un per odo de tiempo prudencial que var a entre 10 y 40 a os siendo necesario estimar cu l ser la poblaci n futura al final de este per odo Con la poblaci n futura se determina la demanda de agua para el final del per odo de dise o a b Periodo de disefio En la determinaci n del tiempo para el cual se considera funcional el sistema intervienen una serie de variables que deben ser evaluadas para lograr un proyecto econ micamente viable Por lo tanto el per odo de dise o puede definirse como el tiempo en el cual el sistema s
15. R APOYADO ELEVADO Para capacidades medianas y peque as como es el caso de los proyectos de abastecimiento de agua potable en poblaciones rurales resulta tradicional y econ mica la construcci n de un reservorio apoyado de forma cuadrada o circular 2 4 Ubicaci n del reservorio La ubicaci n est determinada principalmente por la necesidad y conveniencia de mantener la presi n en la red dentro de los l mites de servicio garantizando presiones m nimas en las viviendas m s elevadas y presiones m ximas en las viviendas m s bajas sin embargo debe priorizarse el criterio de ubicaci n tomando en cuenta la ocurrencia de desastres naturales OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR De acuerdo a la ubicaci n los reservorios pueden ser de cabecera o flotantes En el primer caso se alimentan directamente de la captaci n pudiendo ser por gravedad o bombeo y elevados apoyados y alimentan directamente de agua a la poblaci n En el segundo caso son t picos reguladores de presi n casi siempre son elevados y se caracterizan porque la entrada y la salida del agua se hacen por el mismo tubo Considerando la topograf a del terreno y la ubicaci n de la fuente de agua en la mayor a de los proyectos de agua potable en zonas rurales los reservorios de almacenamiento son de cabecera y por gravedad El reservorio se debe ubicar lo m s cerca posible y a una elevaci n mayor al centro poblado 2 5 Y Dise o estructural Reserv
16. aci n para el c lculo y dise o de tanques cil ndricos de pared delgada se basa en el estudio de tensiones normales en dos direcciones las que act an en direcci n del eje geom trico del cilindro las denominamos axiales o longitudinales y las que lo hacen en una direcci n perpendicular tangenciales Debido a que el espejo de agua se encuentra en contacto con la atm sfera por el volumen de seguridad o ventilaci n no se produce tensi n longitudinal quedando nicamente el c lculo de la tensi n tangencial Para el dise o de reservorios de ferrocemento de volumen peque o 5 a 20 m se considera que las tensiones de tracci n o comprensi n que existe en la pared del cilindro son uniformemente distribuidas en el espesor de la pared Asimismo se supone que las cargas tensiones y deformaciones en las membranas cil ndricas son sim tricas respecto al eje del cilindro Tomando como referencia la publicaci n sobre Tecnolog as Apropiadas Dise o y Construcci n de Tanques de Ferrocemento del PAS BM se presenta a continuaci n los c lculos de espesores y refuerzos 24 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR Los espesores m nimos se estiman mediante las siguientes f rmulas Espesores m nimos de la pared Y hr 0 424 pared Espesores minimos del piso 1 7453 piso Espesores minimos del techo 1 745 D techo Refuerzo longitudinal en la pared _ 500h D si f Amin bd
17. cubrir los requerimientos de consumo de la poblaci n En algunos proyectos resulta m s econ mico usar tuber as de menor di metro en la l nea de conducci n y construir un reservorio de almacenamiento OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR d Demanda de agua Y Factores que afectan el consumo Los principales factores que afectan el consumo de agua son El tipo de comunidad factores econ micos y sociales factores clim ticos y tama o de la comunidad Independientemente que la poblaci n sea rural o urbana se debe considerar el consumo dom stico el industrial el comercial el p blico y el consumo por p rdidas Las caracter sticas econ micas y sociales de una poblaci n pueden evidenciarse a trav s del tipo de vivienda siendo importante la variaci n de consumo por el tipo y tama o de la construcci n El consumo de agua var a tambi n en funci n al clima de acuerdo a la temperatura y a la distribuci n de las lluvias mientras que el consumo per c pita var a en relaci n directa al tama o de la comunidad Y Demanda de dotaciones Considerando los factores que determinan la variaci n de la demanda de consumo de agua en las diferentes localidades rurales se asignan dotaciones con valores definidos para cada una de las regiones del pa s cuadro 1 Cuadro 1 Dotaci n por regi n DOTACION REGION hab dia Selva 60 Costa 50 Sierra 40 Fuente Norma para el disefio de Infraestruc
18. culo del momento radial Mr y el momento tangencial Mt M Factor de correcci n a los coeficientes de momentos Wak x correc Verificaci n por flexi n max 0 263 F c bd en kg m m Si el Mmax gt al m ximo momento actuante la secci n es correcta C lculo del refuerzo Sentido radial M M As As_ a ory a 3 ory a 3 Sentido anular M EE As_ t a 7 3 3 Asmin 0 0018 b d Losa de fondo Asumiendo el espesor de la losa de fondo 12 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR Determinaci n de la zapata del muro cil ndrico Cargas en servicio pa W W A L Donde pri 4 L xD El ancho b de la cimentaci n se calcular considerando el 10 del peso total o peso de la zapata _11xP O b C lculo de la losa por presi n de agua Metrado de cargas peso propio e XY 1 5 peso del agua x1 5 Donde e espesor de losa de fondo altura total del reservorio V co peso espec fico del concreto Y peso espec fico del agua w peso propio peso del agua Determinaci n de momentos Calculando momentos para una porci n de losa de 1 m y considerando sus cuatro bordes empotrados de acuerdo al ACI ser m 2 1 M 0 025 WS en kg m m max 0 263 f c bd en kg m m Si M max gt M colocar cuantia minima Refuerzo As 0 0018 bd 218 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR
19. e un solado de 0 10 de espesor con concreto cuya resistencia llegue a 100 kg cm 27 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR Ser de concreto armado cuyo espesor dimensiones di metro y espaciamiento del acero de refuerzo resulta del dise o respectivo indicado en los planos Se colocar el acero de refuerzo en la losa de fondo cuyo di metro y espaciamiento resultan del dise o asimismo se dejar n los anclajes de los muros para luego vaciar la losa en una sola operaci n con concreto de 175 kg cm la cara superior sera rallada para facilitar la adherencia con el acabado del mortero En esta base se efectuar el trazo y el armado de los muros correspondientes Muros Ser de concreto armado cuyo espesor y dimensiones resulta del dise o respectivo indicado en los planos Luego del vaciado de la losa de fondo se procede al habilitado y colocado de la armadura de acero cuyos di metros y espaciamientos ser n de acuerdo al dise o respectivo Despu s se encofrar la parte interna y externa de las paredes de los muros estando preparadas las formas se procede al vaciado de los muros con concreto f c 210 kg cm Teniendo en cuenta que en los cruces de tuber as se instalar n niples de mayor di metro debi ndose calafatear con estopa y plomo e impermeabilizar debidamente una vez instaladas las tuber as Se tendr cuidado con las juntas de construcci n debi ndose picar el concreto ya endurecido
20. er 100 eficiente ya sea por capacidad en la conducci n del gasto deseado o por la existencia f sica de las instalaciones Para determinar el per odo de dise o se consideran factores como Durabilidad o vida til de las instalaciones factibilidad de construcci n y posibilidades de ampliaci n o sustituci n tendencias de crecimiento de la poblaci n y posibilidades de financiamiento A n as la norma general para el dise o de infraestructura de agua y saneamiento para centros poblados rurales recomienda un per odo de dise o de 20 a os C lculo de poblaci n de dise o El proyectista adoptar el criterio m s adecuado para determinar la poblaci n futura tomando en cuenta para ello datos censales y proyecciones oficiales u otra fuente que refleje el crecimiento poblacional los que ser n debidamente sustentados Caudales de dise o La importancia del reservorio radica en garantizar el funcionamiento hidr ulico del sistema y el mantenimiento de un servicio eficiente en funci n a las necesidades de agua proyectadas y el rendimiento admisible de la fuente Un sistema de abastecimiento de agua potable requerir de un reservorio cuando el rendimiento admisible de la fuente sea menor que el gasto m ximo horario Qmh En caso que el rendimiento de la fuente sea mayor que el Qmh no se considera el reservorio y debe asegurarse que el di metro de la l nea de conducci n sea suficiente para conducir este caudal que permita
21. esor til mediante el m todo el stico con la siguiente relaci n 1 2 d EA en cms Rb Siendo M MA MB Momentos flexionantes b 100 cm 1 R xfsxjxk 2 s xj 1 TAS A 1 fs nfc fs f tiga de trabajo en kg cm Es 2 1 10 w 5x4200x f c Li 2 fc Resistencia a la compresi n kg cm falet 3 El espesor total e considerando un recubrimiento de 2 5 cm ser e d 2 5 Se debe cumplir que d gt e 25 Losa de fondo Asumiendo el espesor de la losa de fondo y conocida la altura de agua el valor de P sera Peso propio del agua en kg m Peso propio del concreto en kg m La losa de fondo ser analizada como una placa flexible y no como una placa r gida debido a que el espesor es peque o en relaci n a la longitud adem s la consideraremos apoyada en un medio cuya rigidez aumenta con el empotramiento Dicha placa estar empotrada en los bordes Debido a la acci n de las cargas verticales actuantes para una luz interna L se originan los siguientes momentos ls OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR Momento de empotramiento en los extremos 2 m en Kg m Momento en el centro WE gt en Kg m 384 Para losas planas rectangulares armadas en dos direcciones Timoshenko recomienda los siguientes coeficientes Para un momento en el centro Para un momento de empotramiento 0 0513 0 529 Momentos finales Empotramiento Me 0 529
22. livia 1999 2335 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR Mu oz R Marcelo Gu as para dise o de sistemas de abastecimiento de agua potable eliminaci n de excretas y residuos l quidos para localidades del rea rural Programa de Agua y Saneamiento Regi n Andina Banco Mundial Metodolog as y tecnolog as apropiadas en proyectos de saneamiento b sico rural 1999 Programa de Agua y Saneamiento Banco Mundial Uso del Ferrocemento bombas manuales y desinfecci n del agua en el rea rural del Per 1999 Ibarra Sandoval Carlos Tecnolog as apropiadas Dise o y construcci n de tanques de Ferrocemento Ministerio de Salud P blica del Ecuador Proyecto FASBASE Ministerio de Desarrollo urbano y Vivienda Sub secretar a de saneamiento ambiental Programa de Agua y saneamiento PNUD Banco Mundial 1999 PRONASAR Proyecto Norma general para el dise o de infraestructura de agua y saneamiento para Centros poblados Rurales Secretar a de Asentamientos Humanos y Obras P blicas Instructivo para estudio y proyecto de abastecimiento de agua potable M xico 1980 Servicios M ltiples de tecnolog as apropiadas Manual t cnico 4 aprovisionamiento rural de agua La Paz Bolivia 1983 Zecenarro E Consideraciones para el dise o de sistemas de agua potable para el medio rural Programa de Salud Comunitaria en el Trapecio Andino PSCTA Per 1994 Portland Cement Association PCA Circular Concrete Tanks Without
23. lumen de almacenamiento se utilizan m todos gr ficos y anal ticos Los primeros se basan en la determinaci n de la curva de masa o de consumo integral considerando los consumos acumulados para los m todos anal ticos se debe disponer de los datos de consumo por horas y del caudal disponible de la fuente que por lo general es equivalente al consumo promedio diario Para los proyectos de agua potable por gravedad las normas recomiendan una capacidad m nima de regulaci n del reservorio del 15 del consumo promedio diario anual Qm Con el valor del volumen V se define un reservorio de secci n circular cuyas dimensiones se calculan teniendo en cuenta la relaci n del di metro con la altura de agua d h la misma que var a entre 0 50 y 3 00 En el caso de un reservorio de secci n rectangular para este mismo rango de valores se considera la relaci n del ancho de la base y la altura b h 2 3 Tipos de reservorio Los reservorios de almacenamiento pueden ser elevados apoyados y enterrados Los elevados que pueden tomar la forma esf rica cil ndrica y de paralelep pedo son construidos sobre torres columnas pilotes etc los apoyados que principalmente tienen forma rectangular y circular son construidos directamente sobre la superficie del suelo y los enterrados de forma rectangular y circular son construidos por debajo de la superficie del suelo cisternas RECTANGULA
24. o Material inerte que se mezcla con cemento P rtland y agua para producir concreto El agregado a emplearse en estructuras de ferrocemento es el agregado fino arena natural que no deber exceder de 7 mm de di metro ni menor de 2 mm Agua El agua empleada en ferrocemento deber ser fresca y limpia En ning n caso podr emplearse agua de mar o similar Armadura de refuerzo Es el refuerzo total del sistema que puede estar conformado por la malla de refuerzo y el acero del armaz n o solamente la primera Generalmente se considera al acero del armaz n como parte del refuerzo total cuando las separaciones de las varillas que lo conforman est n a no m s de 7 5 cm de centro a centro como sucede en las estructuras como botes embarcaciones secciones tubulares tanques etc Las varillas del armaz n que son espaciadas m s all de esta distancia no son consideradas como parte del refuerzo total Direcci n longitudinal Se define as a la direcci n en la cual se encuentra aplicada la carga de dise o en la estructura de ferrocemento Direcci n transversal Se define as a la direcci n perpendicular a la direcci n longitudinal Ferrocemento Se define al ferrocemento como un tipo de construcci n de concreto reforzado con espesores delgados en el cual generalmente el mortero est reforzado con capas de malla continua de di metro relativamente peque o La malla puede ser met lica o de otros materiales adecuados Malla de refuerzo
25. orios de concreto armado de secci n circular C lculo de la pared cil ndrica El c lculo se realiza utilizando los coeficientes de Circular Concrete Tanks Without Prestressing del Portland Cement Association PCA u otros m todos racionales Tensiones horizontales La tensi n es obtenida mediante la siguiente f rmula se entra a la tabla del PCA T CWHR El valor de se obtiene de la tabla I del PCA mediante la siguiente relaci n H Dt Donde F Factor de selecci n H altura total de reservorio C Coeficient e D d ametro del reservorio W Peso del aagua t espesor de muro R Radio OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR C lculo del refuerzo De acuerdo al diagrama de tensiones anulares se calcular el refuerzo a cada tercio de la altura seg n la relaci n siguiente T AS fs As min 0 025b f 5 Donde As rea de acero en As min rea de acero m nimo Tensi n en b 100 cm fs f tiga de trabajo en kg t espesor de muro Dado que todo el anillo trabaja a tracci n el concreto s lo es recubrimiento del acero por lo que se considerar fs 1 000 kg cm C lculo de momentos verticales Con el valor del factor de selecci n entramos a la tabla VII del PCA M Coef x WH En condici n ltima el momento ltimo m ximo ser x1 5 en kg m m El Momento M ximo Ma que toma la secci n ser Ma 0 263 x f c xb xd Donde
26. redes El c lculo se realiza tomando en cuenta que el reservorio se encuentra lleno y sujeto a la presi n de agua 15 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR Para el c lculo de momento se utilizan los coeficientes que se muestran en la tabla 3 ingresando la relaci n del ancho de la pared b y la altura de agua h Los l mites de la relaci n de h b son Los momentos se determinan mediante la siguiente f rmula en kg Luego se calculan los momentos de Mx y My para los valores de Teniendo el m ximo momento absoluto M se calcula el espesor de la pared e mediante el m todo el stico sin agrietamiento tomando en consideraci n su ubicaci n vertical u horizontal con la f rmula 1 2 6M e ES en cm Donde M ximo momento absoluto cm ft 0 85 fe Esf tracci n por flexi n ke cm b 100 cm Losa de cubierta Ser considerada como una losa armada en dos sentidos y apoyada en sus cuatro lados C lculo del espesor de losa e Perimetro e ____ 180 gt 9cm Seg n el Reglamento Nacional de Construcciones losas macizas en dos direcciones cuando la relaci n de las dos es igual a la unidad los momentos flexionantes en las fajas centrales son MA MB CWI Donde 0 036 W peso total carga muerta carga viva en kg Im L luz de c lculo 16 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR Conocidos los valores de los momentos se calcula el esp
27. se tiene en cuenta lo siguiente El espesor de los muros tendr como m nimo 5 cm altura del reservorio no deber sobrepasar la altura de 3 20 m como m ximo Luego de encofrar la parte interna de las paredes del muro se colocan mallas de acuerdo a lo indicado en los planos respectivos Malla Luego de terminar con el encofrado se siguen los siguientes pasos Se coloca la malla de armaz n que sirve de soporte la malla hexagonal y se empalma adecuadamente con la malla que sale de la losa de fondo Se pone una primera de refuerzo que consiste en una malla hexagonal malla gallinero debidamente tensada En las zonas de empalme se requiere un traslape adecuado Los refuerzos se amarran con alambre N 16 e recomienda ubicar los traslapes en diferentes zonas para evitar debilitamiento de la estructura 31 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR Y Mortero e El mortero se prepara siguiendo las proporciones obtenidas en el dise o de mezclas Debe tener una consistencia seca y trabajable para que pueda colocarse manualmente Para su uso se deber considerar lo siguiente Inicialmente se deber aplicar el mortero hasta que penetre a todas las capas de refuerzo Al d a siguiente se inicia el tarrajeo y enlucido exterior En esta parte se puede usar impermeabilizante Luego de dos 2 d as la pared interna es desencofrada tarrajeada y enlucida con mortero Finalmente se realiza su
28. tante total m xima V ser Yah 2 V en kg 20 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR El esfuerzo cortante nominal se calcula mediante V jbd enkg cm El esfuerzo permisible nominal en el concreto para muros no exceder a Vm x 0 02 f c en kg cm Se debe verificar que lt Vm x Adherencia Para elementos sujetos a flexi n el esfuerzo de adherencia en cualquier punto de la secci n se calcula mediante Noja El esfuerzo permisible por adherencia u m x es 0 05 f c kg Si el esfuerzo permisible es mayor que el calculado se satisface la condici n de dise o Losa cubierta Esfuerzo cortante La fuerza cortante m xima V es igual a Ta en kg m 3 Donde S Luz interna en metros W Peso total en kg Im El esfuerzo cortante unitario es igual a v en kg Icm ls OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR El m ximo esfuerzo cortante permisible es 0 29 7 en kg Si el maximo esfuerzo cortante permisible es mayor que el esfuerzo cortante unitario el disefio es el adecuado Adherencia El esfuerzo permisible por adherencia max es kg lem 0 05 f c en kg Si el esfuerzo permisible es mayor que el calculado se satisface la condici n del dise o 22 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR PLANTA RESERVORIO CORTE A A 2035 OPS
29. terior El preparado con impermeabilizante debe emplearse dentro de 3 4 horas desde su preparaci n Se proteger la impermeabilizaci n de los efectos de desecaci n r pida por los rayos solares para ello se utilizar m todos como por ejemplo el curado con agua el cual se har durante cuatro d as seguidos o el uso de compuestos especiales Se impermeabilizar n las superficies en contacto con el agua hasta los 10 cm por encima del nivel del rebose m Otros 3 2 b Por la brevedad de estas especificaciones se ha omitido varios detalles que se dan por conocidos en toda buena construcci n En general los morteros deber n ser bien elaborados con la menor relaci n agua cemento que haga la mezcla trabajable se recomienda 0 5 lo que dar resistencia con la granulometr a adecuada para evitar porosidades Las secciones vaciadas no deber n sufrir vibraciones durantes tres d as Debe tenerse cuidado con la retracci n del concreto para lo que se recomienda la desecaci n r pida haciendo un curado en rgico o el uso de compuestos especiales Construcci n de reservorio apoyado de ferrocemento y de forma circular Excavaci n La excavaci n debe realizarse hasta llegar a terreno firme Ser bien nivelada y 2 2 cualquier exceso de excavaci n se rellenar con concreto f c 100 kg cm Losa de fondo Inicialmente se rellena el solado de 10 cm con concreto 100 kg cm o se coloca un
30. tualizados y las herramientas necesarias para el dise o y la construcci n de reservorios para sistemas de agua potable Para tal efecto la gu a estar dividida en tres cap tulos El primer cap tulo incluir informaci n sobre los aspectos generales relacionados a las definiciones y glosario de t rminos el segundo desarrollar los dise os de los reservorios en el que se incluir el per odo y caudales de dise o capacidad y dimensionamiento tipos ubicaci n y su dise o estructural y el tercero presentar informaci n para la construcci n de reservorios de concreto armado apoyados de forma cuadrada y circular e informaci n sobre reservorios de ferrocemento apoyados y de forma circular OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR Gu a para el dise o y construcci n de reservorios apoyados Cap tulo I Generalidades 1 1 Definiciones Acero de armaz n Se emplea para dar forma a la estructura y sobre ella se colocan las capas de malla de alambre o refuerzo La caracter stica del armaz n es que los aceros que lo constituyen se distribuyen uniformemente y se separan hasta un m ximo de 30 cm entre ellos generalmente no son considerados como parte del refuerzo estructural sino como varillas de separaci n para los refuerzos de la malla El di metro de estos elementos es mayor que el acero de refuerzo Aditivo Material que no sea cemento P rtland agregado o agua que se a ade al concreto para modificar sus propiedades Agregad
31. tura de agua y saneamiento Y Variaciones peri dicas Para suministrar eficientemente agua a la comunidad es necesario que cada una de las partes que constituyen el sistema satisfaga las necesidades reales de la poblaci n dise ando cada estructura de tal forma que las cifras de consumo y variaciones de las mismas no desarticulen todo el sistema sino que permitan un servicio de agua eficiente y continuo La variaci n de consumo est influenciada por diversos factores tales como tipo de actividad h bitos de la poblaci n condiciones de clima etc 2 2 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR La dotaci n o la demanda per c pita es la cantidad de agua que requiere cada persona de la poblaci n expresada en litros habitante d a Conocida la dotaci n es necesario estimar el consumo promedio diario anual el consumo m ximo diario y el consumo m ximo horario El consumo diario anual servir para el c lculo del volumen del reservorio de almacenamiento y para estimar el consumo m ximo diario y horario Consumo promedio diario anual Qm El consumo promedio diario anual se define como el resultado de una estimaci n del consumo per c pita para la poblaci n futura del per odo de dise o expresada en litros por segundo 1 5 Consumo m ximo diario Qmd y horario Qmh El consumo m ximo diario corresponde al m ximo volumen de agua consumido en un d a a lo largo de los 365 d as del a o mientras que el consumo m ximo
32. ura de acuerdo al plano Se evitar la segregaci n de los materiales en los vaciados de altura En caso de tener muros delgados y sea necesario usar un CHUTE el proceso del chuceado deber evitar que el concreto golpee contra la cara opuesta del encofrado esto podr producir segregaciones Se evitar la acci n directa de los rayos del sol durante las 48 horas despu s del vaciado el curado del concreto con agua se har diariamente durante siete d as seguidos Recubrimientos Se respetar n los siguientes recubrimientos en las siguientes estructuras Losa de fondo 1 5 Muros 1 5 Losa de cubierta 1 5 Instalaci n de tuber as y v lvulas Se instalar el sistema de tuber as indicado en el plano correspondiente a caseta de v lvulas V lvula de ingreso V lvula de salida e V lvula de limpia e V lvula de by pass Prueba hidr ulica Se llenar el reservorio lentamente con agua y se observar atentamente si hay fugas debido a porosidad del concreto juntas de construcciones y otros La prueba 29 D OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR a tanque lleno durar 24 horas Si se producen filtraciones se har n los resanes necesarios y se repetir la prueba hasta obtener resultados satisfactorios Impermeabilizaci n Despu s de realizar la prueba hidr ulica si se obtiene resultados satisfactorios se procede a realizar el enlucido impermeabilizante en la totalidad del rea in
33. valor de 7 es definido por Cuant a m nima Orn As min 0 0015 b x e A calculado elmayor Losa de cubierta Para el dise o estructural de armadura se considera el momento en el centro de la losa cuyo valor permitir definir el rea de acero en base a la ecuaci n 19 OPS CEPIS 04 108 UNATSABAR Donde Momento m ximo absoluto en kg m fs F tiga de trabajo en Kg j Relaci n entre la distan cia de la resultan te de los esfuerzos de compresi n al centro de gravedad de los esfuerzos de tensi n d Peralte efectivo en cm La cuant a m nima recomendada es As m n 0 0018bxe Losa de fondo Como en el caso del c lculo de la armadura de la pared en la losa de fondo se considera el m ximo momento absoluto Para determinar el rea de acero se considera fs 900 kg cm n 9 valor recomendado en las Normas de ACI 350 El valor de 5 es definido con En todos los casos cuando el valor del rea de acero As es menor a la cuant a m nima As m n para la distribuci n de la armadura se utilizar el valor de dicha cuant a Chequeo por esfuerzo cortante y adherencia Tiene la finalidad de verificar si la estructura requiere estribos o no y el chequeo por adherencia sirve para verificar si existe una perfecta adhesi n entre el concreto y el acero de refuerzo Chequeo en la pared y losa de cubierta Pared Esfuerzo cortante La fuerza cor
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