Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional Esta licencia es la más restrictiva de las seis licencias principales Creative Commons, permitiendo a otras solo descargar sus obras y compartirlas con otras siempre y cuando den crédito, pero no pueden cambiarlas de forma alguna ni usarlas de forma comercial. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ https://v3.camscanner.com/user/download UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL TESIS: APLICACIÓN DE LA NORMA SISMORRESISTENTE PARA LA EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LOS RESERVORIOS DE LA URBANIZACIÓN SANTA MARÍA y DEL ASENTAMIENTO HUMANO LAS LOMAS DE LA PROVINCIA Y DEPARTAMENTO DE ICA Tesis para Optar el Título Profesional de Ingeniero Civil AUTOR: BACH. JESÚS LEONARDO TICONA GÓMEZ ICA – PERÚ 2019 UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA DE ICA” FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL TESIS: APLICACIÓN DE LA NORMA SISMORRESISTENTE PARA LA EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LOS RESERVORIOS DE LA URBANIZACIÓN SANTA MARÍA y DEL ASENTAMIENTO HUMANO LAS LOMAS DE LA PROVINCIA Y DEPARTAMENTO DE ICA Tesis para Optar el Título Profesional de Ingeniero Civil LINEA DE INVESTIGACIÓN: DISEÑO SISMORRESISTENTE DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO Y ALBAÑILERIA AUTOR: BACH. JESÚS LEONARDO TICONA GÓMEZ ASESOR: Ing. LUIS ENRIQUE MINAS APARICIO I AGRADECIMIENTOS  Primeramente, agradecer a Dios por haberme dado la vida y poder haberme permitido llegar a este momento tan importante de mi formación profesional  A mis padres por ser los pilares de nuestra familia a mi hermano, por su apoyo incondicional a lo largo de mi carrera profesional, a todos ellos les estoy infinitamente agradecido  Mi agradecimiento eterno a mi querida facultad por haberme permitido formarme en sus aulas, compartiendo sueños y experiencias inolvidables. ¡Gracias!  A mi Asesor el Ing. Luis Enrique Mina Aparicio, por su apoyo mutuo en la elaboración de mi tesis El investigador II CONTENIDO GENERAL DE LA TESIS TÍTULO: APLICACIÓN DE LA NORMA SISMORRESISTENTE PARA LA EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE LOS RESERVORIOS DE LA URBANIZACIÓN SANTA MARÍA Y EL ASENTAMIENTO HUMANO LAS DUNAS DE LA PROVINCIA Y DEPARTAMENTO DE ICA CONTENIDO. Agradecimientos……………………………………….…………………………..………..I Contenido………………………………….………………………………………….……..II Índice de tablas……………………………………………………………….……….......VI Índice de Graficas………………………………………………………………..….……VII Índice de figuras…………………………………………………………………….….…VII Resumen……………………………………………………………………...…....……...XII Abstract…………………………………………………………………………...……….XIII Introducción…………………………………………………………..………...…….…..XIV Paginas. CAPÍTULO I CONSIDERACIONES GENERALES 1.1 Antecedentes…………………………………………………………………………1 1.1.1 A Nivel Internacional……………………….…………………………………1 1.1.2 A Nivel Nacional ……………………………….…………………………..…2 1.1.3 A Nivel Local…………………………………….…………………………….4 1.2 Bases Teóricas……………………………………………………………………….5 1.2.1 Norma Técnica E .030 Sismorresistente………………….…………..……5 1.2.2 Reservorio de Concreto Armado…………………………….……...………5 1.2.2.1 ..Ventajas y Desventajas de Usar Concreto Armado…………..…6 1.2.3 Evaluación y Diagnóstico de Reservorio…………………………..…….....7 1.2.4 Tipos de Reservorio………………………………………………..………....7 1.2.4.1 Reservorio Enterrado………………………………….……………7 1.2.4.2 Reservorio Semienterrado…………………………….………...…8 1.2.4.3 Reservorio Apoyado…………………………………..…………....8 1.2.4.4 ..Reservorio Elevado………………………………….…………...…9 1.2.5 Modelo Numérico…………………………………………..……..…………..9 III 1.2.5.1 Método de los Elementos Finitos………………………….…...….9 1.3 Marco Conceptual…………………………….…..………………………………..10 CAPITULO II PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2.1 Descripción de la Realidad Problemática…………………………………..……14 2.2 Delimitación del Problema…………………………………………………………14 2.3 Formulación del Problema…………………………………………………………15 2.4 Justificación e Importancia de la Investigación…………………………….……15 2.5 Objetivos de la Investigación………………………………………………………15 2.6 Hipótesis de la Investigación………………………………………………………16 2.7 Tipo, Nivel y Diseño de la Investigación………………………………………….16 CAPITULO III INSTRUMENTOS DE INVESTIGACIÓN 3.1 Técnicas e Instrumentos de Recolección de la Información….................……17 .3.1.1 Técnicas de Recolección de la Información………………………………17 ……..3.1.2 Instrumentos de Recolección de la Información………………………….17 CAPITULO IV UBICACIÓN Y EXTENSIÓN 4.1 Características Físicas de la Zona de Estudio……………...…………………..18 4.1.1 Ubicación Geográfica de la Zona de Estudio………………..…………...18 4.1.2 Extensión y Población.………………………………………..…………….20 4.1.2.1 Extensión del Área de Estudio……………………..……….…….20 4.1.2.2 Población de Área de Estudio…………………………..…...……20 4.1.3.Geología Regional……………………………………………………...……21 4.1.3.1 Clima…………………………………………………………………21 4.1.3.2 Tipo de Suelo……………………………..………………21 4.1.3.3 Topografía…………………………………...……………22 4.1.3.4 Fisiografía……………………………………..……..……22 4.1.4 Geología Local……………………………………………...………………22 .4.1.4.1 Geomorfología Local………………………..…….…………..24 IV CAPITULO V MATERIALES Y MÉTODOS 5.1 Criterios Para La Evaluación Estructural De Los Reservorios Apoyado..…....25 5.1.1 Criterio Estructural……………………………….…………………………..25 .5.1.1.1 Elementos Estructurales que se Evaluaron………………...…..25 .5.1.2 Criterio Hidráulico……………………………………………………………26 5.1.2.1 Volumen de Almacenamiento……………………………………..26 5.2. Procedimiento y Metodología para la Evaluación Estructural de los Reservorios Apoyados…………………………………………………………..…27 5.2.1 Descripción del Reservorio……………………………...………………….27 5.2.2 Procedimiento de Estudio de Mecánica de Suelos………………..…….28 .5.2.2.1 Análisis Granulométrico…………………………………..…….…28 5.2.2.2 Peso Volumétrico……………………..……………………………28 5.2.2.3 Contenido de Humedad………………………………...…………29 5.2.2.4 Clasificación de Suelo……………….…..………………..………29 5.2.2.5 Ensayo de Corte Directo………………..….……………………..29 5.2.2.6 Calculo de Capacidad de Carga………………………………….29 5.2.2.7 Excavación de Calicatas………………………....……..……...…30 5.2.2.8 Ensayo de Penetrometro Ligero……………………………….…30 5.2.2.9 Ensayo de Laboratorio………………………..….………..…...…31 5.2.2.10.Ensayo de Corte Directo………………………..................…….31 …5.2.3 Evaluación Resistencia de Concreto…………….………………..………38 5.2.3.1 Extracción de Núcleos de Diamantinas y Ensayo de Resistencia ..a la Compresión……………………………………..…………..…38 5.2.4 Evaluación del Acero Estructural……………………………………..……43 5.2.4.1 Cálculo del Acero Estructural para Elementos Sometidos a ………...Tracción…………………………………………………………….44 5.2.4.2 Cálculo del Acero por el Método del Estado Elástico ………...Agrietado………………………………...…………………………45 5.2.5 Norma Sismo Resistente para la Evaluación Estructural de los ……………..Reservorios Apoyados………………...………………….........................45 5.2.5.1 Norma Sismorresistente Peruana……………...………………..46 .5.2.5.2 Normas o Códigos extranjeros……………………...…….……..46 5.2.6 .Características de los Materiales Utilizados en las Estructuras de los .Reservorios Apoyados………………………………………………..……47 V 5.2.6.1 Propiedades Mecánicas de los Materiales Utilizados en la …………Estructura del Concreto de los Reservorios Apoyados……….47 .5.2.6.2 Cargas de Diseño para la Evaluación Estructural……………..47 5.2.7 Detalles de las Normas Técnicas Utilizadas en la Evaluación Estructural de Estructuras Afectadas por Sismos………………………………..……47 5.2.7.1 Detalle de la Norma Sismorresistente 2018 (E.030)….47 5.2.7.2...Detalle de la Guía para el Análisis Diseño y Construcción de …………Concreto Elevado y Compuesto de Acero y Hormigón Tanques …………de Almacenamiento de Agua (ACI 371 r – 08)………………….52 5.2.7.3….ACI–350.3–06(Diseño Sísmico de Estructuras de …………Hormigón que Contiene Líquidos y Comentarios)….………….52 5.2.8 Tipos de Análisis Sísmicos…………………………………………………53 5.2.8.1 .Análisis Estático…….………………………………………...…..53 5.2.8.2 .Análisis Dinámico……………….………..………………….……55 5.2.8.3 .Análisis Modal Espectral………..……………….……………….56 5.3 Análisis de Datos y Presentación de Resultados…….…………………………56 5.3.1 Estudio Mecánica de Suelos……………………………...…………….…56 ...5.3.2 Calculo de la Capacidad de Carga…………………………..……………62 ...5.3.3 Modelamiento Estructural del Reservorio Apoyado……………………..67 ...5.3.4 Evaluación Estructural del Reservorio Apoyado………………………...78 5.3.4.1 .Análisis Estático para Reservorio Apoyados……………….....79 5.3.4.2 .Análisis Dinámico para Reservorio Apoyados…………….......93 5.3.5 Análisis Modal para Reservorios Apoyados………………………….…100 5.3.6 Combinaciones de Cargas…………………………………...………..…107 5.3.7 Esfuerzo Vom Mises…………………………………………………....…109 5.3.8 Calculo de Acero en la Estructura del Reservorio Apoyado………….113 5.3.8.1 .Calculo del Acero en la Cúpula…………...…...………………113 .5.3.8.2 .Calculo del Acero en la Viga Anular Superior…………....…..121 .5.3.8.3 .Calculo del Acero en el Muro Circular……………………......124 .5.3.8.4 .Calculo del Acero en la Subestructura…………………...…...132 .5.3.8.5 .Calculo del Acero en la Losa Base……………………..……..133 CAPITULO VI PRESENTACIÓN, INTERPRETACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 6.1 Resumen de Resultados del Desplazamiento…………………………………137 6.2 Discusión de Resultados del Desplazamiento Máximo……...……………….139 6.3 Resumen de Resultados del Cortante Basal Calculado y del Cortante Dinámico Obtenido del SAP 2000…………………………………………..…..139 6.4 Discusión de Resultados del Cortante Basal Calculado y del Cortante Dinámico Obtenido del SAP 2000…………………………………………..…..142 VI 6.5 Resumen de Resultados del Esfuerzo Máximo del Concreto………………..142 6.6 Discusión de Resumen de Resultados del Esfuerzo Máximo del Concreto………………………………………………..…...……………………..143 6.7 Resumen de Resultados del Cálculo del Acero Estructural………………….144 6.8 Discusión de Resultados del Cálculo del Acero Estructural…………….…...145 CAPITULO VII: Conclusiones y Recomendaciones…………………………...…146 CAPITULO VIII: Bibliografía………………………………….…………………..…...147 CAPITULO IX: Anexos………………………………………………………..………..148 ÍNDICE DE TABLAS. Tabla N°1: Descripción de los reservorios……………………………...………………27 Tabla N°2: Características de los reservorios…………………………………….……28 Tabla.N°3:.Resumen de los ensayos de penetración ligera (DPL) y .parámetros estimado……………………………………………………………………………...…….30 Tabla N°4: Resumen de los resultados de los ensayos estándar……………….…..31 Tabla N°5: Resumen de ensayos de Corte directo……………………………….…...31 Tabla N°6: Criterio de Peligrosidad respecto a la distorsión angular……………..…32 Tabla N°7: Asentamiento Admisible…………………………………………………….33 Tabla N°8: Capacidad de carga por corte…………………………………………...…36 Tabla N°9: Relación L/D corrección…………………………………………….….……43 Tabla N°10: Propiedades mecánicas de los materiales……………...…………….…47 Tabla N°11: Cargas de Gravedad…………………………………………….…………47 Tabla N°12: Factores de Zonificación……………………………………….……….…49 Tabla N°13: Clasificación de los perfiles de suelo………………………….……….…51 Tabla N°14: Factores de Suelo según Zonificación…………………………….……..52 Tabla N°15: Periodos de Tp y Tl según perfil de suelo………………………….…....52 Tabla N°16: Factor de modificación de respuesta……………………….…………….53 Tabla N°17: Análisis Granulométrico C1 – E1…………….…………………………...58 Tabla N°18: Análisis Granulométrico C1 – E2…………………………………………59 Tabla N°19: Peso Volumétrico……………………………………….………………..…60 Tabla N°20: Contenido de Humedad………………………………….………………...60 Tabla N°21: Clasificación de suelo C-1, E-1………………………….………………..61 Tabla N°22: Clasificación de suelo C-1, E-2………………………….………………..62 VII Tabla N°22-A: Ensayo DPL………………………….…………………………………..62 Tabla N°23: Análisis Granulométrico C2 – E1…………………………………………63 Tabla N°24: Análisis Granulométrico C2 – E2…………………………………….…...64 Tabla N°25: Peso Volumétrico ………………………………….……………………….65 Tabla N°26: Contenido de Humedad …………………………….……………………..65 Tabla N°27: Clasificación de suelo C-2, E-1……………………….…………………..65 Tabla N°28: Clasificación de suelo C-2, E-2………………………….………………..65 Tabla N°28-A: Ensayo DPL………………….………………………….………………..67 Tabla N°29: Factor de reducción sísmica ……………………………….……………..92 Tabla N°30: Factor de Zona “Z”………………………………………….………………98 Tabla N°31: Categoría de las edificaciones y factor “U”………………………….....100 Tabla N°32: Factor del suelo “S”……………………………………………….……....100 Tabla N°33: Factor del suelo “S” Periodos Tp y TL……………………………….....100 Tabla N°34: Factor de Reducción Sísmica “R”……………………………………….102 Tabla N°35: Factor de Reducción Sísmica “R” ACI………………………………….103 Tabla N°36: Desplazamientos (Subtanjalla)…………………………………….…….107 Tabla N°37: Desplazamientos (Alto Santamaría)…………………………….………108 Tabla N°38: Base Reactions (Subtanjalla)……………………………………………110 Tabla N°39: Base Reactions (Alto Santamaría)……………………………….……..111 Tabla N°40: Resistencia a compresión del concreto (Subtanjalla)………………...114 Tabla N°41: Evaluación de Resultados (Subtanjalla)…………………………….….114 Tabla N°42: Resistencia a compresión del concreto (Alto Santamaría)…………...116 Tabla N°43: Evaluación de Resultados (Alto Santamaría)………………….……....116 Tabla N°44: Comparación del Acero (Subtanjalla)…………………………………..148 Tabla N°45: Comparación del Acero (Alto Santamaría)……………………….…….148 ÍNDICE DE GRÁFICAS. Grafica N°1: Criterio de daños en estructuras …………………………………….…..33 Grafica N°2: Asentamientos de Estructuras Cimentadas sobre Arena.....................34 Grafica N°3: Curvas de Resistencia.........................................................................61 Grafica N°4: Resultados de la Cohesión y Angulo de Fricción Interna……………...61 Grafica N°5: Curvas de Resistencia.........................................................................66 Grafica N°6: Resultados de la Cohesión y Angulo de Fricción Interna.....................66 VIII ÍNDICE DE FIGURAS. FIG. N°4.1: Área de Estudio del reservorio de Alto Santamaría…………….…………18 FIG. N°4.2: Ubicación del Reservorio Alto Santamaría…….…….……………………18 FIG. N°4.3: Área de Estudio del reservorio AA.HH lomas………………..……………19 FIG. N°4.4: Ubicación del Reservorio AA.HH Lomas (Subtanjalla)…………………..19 FIG. N°4.5: Geomorfología de la Región de Ica…………….………………….……….24 FIG. N°5.1: Taladro de Diamantina ……………………………………………………...41 FIG. N°5.2: Materiales que se utilizan para la Extracción………………..….…………41 FIG. N°5.3: Zonas Sísmicas en el Perú…………………….……………………………49 FIG..N°5.4:.Grafica del Análisis Granulométrico (Alto Santamaría C1-E1)………….58 FIG..N°5.5:.Grafica del Análisis Granulométrico (Alto Santamaría C1-E2)………….59 FIG. N°5.6: Grafica del Análisis Granulométrico (Subtanjalla C2-E1)………….…….63 FIG. N°5.7: Grafica del Análisis Granulométrico (Subtanjalla C2-E2)……………..…64 FIG. N°5.8: Modelo Numérico del Reservorio de Subtanjalla…………………….…..73 FIG. N°5.9: Modelo Numérico del reservorio Alto Santamaría………………….……73 FIG..N°5.10: (a) ensayo a compresión uni-axial con carga monotónica en probetas de concreto 6x12in; (b) curva esfuerzo-deformación uni-axial de probetas de concreto de peso normal; (c) módulo de elasticidad vs resistencia a compresión del concreto…………………………………………………………………….………………75 FIG..N°5.11:.Tensor de Deformación para Materiales Isotrópicos………………..….75 FIG..N°5.12:.Definición de las Propiedades Mecánicas del Concreto y Acero en SAP2000…………………………………………………………..……………………….76 FIG..N°5.13: (a) Movimiento del líquido en el tanque; (b) modelo dinámico simplificado para diseño de tanques con muro rígido; (c) modelo dinámico de tanques con muro rígido, con “n” masas que simulan las frecuencias naturales del chapoteo de la masa convectiva……………………………………………………………………..77 FIG. N°5.14: Presión hidrostática sobre paredes del tanque (izq.). Asignación de las presiones hidrostáticas usando joint pattern – sap2000 (der.)………………………..80 FIG..N°5.15: Patrón de carga hidrostática sobre el reservorio Caserío Los Arrabal, distrito Subtanjalla…………………………………………………………………………81 FIG. N°5.16: Patrón de carga hidrostática, Joint Patterns SAP2000……………….…82 FIG..N°5.17: (a) Geometría del reservorio Caserío Los Arrabales, distrito Subtanjalla; (b) Geometría del reservorio P.J. Santa Rosa, distrito Ica. Fuente: Expediente Técnico……………………………………………………………………….…………….83 IX FIG. N°5.18: Asignación de carga permanente denominada acabados……………..86 FIG. N°5.19: Modelo de interacción Líquido-Estructura………………………...……..89 FIG. N°5.20: Modelo equivalente masa-resorte para fluidos…………………….……90 FIG. N°5.21: Modelo equivalente masa-resorte replicado en SAP2000……………..90 FIG. N°5.22: Espectro de diseño………………...……………………………………….92 FIG..N°5.23:.Efecto de sitio en el espectro de diseño…………….……………………93 FIG..N°5.24:.Movimiento del líquido al interior del tanque…………………………….94 FIG..N°5.25:.Distribución de fuerzas verticales, fuerza impulsiva, fuerza convectiva y fuerza inercial del muro……………………………………………………………………95 FIG. N°5.26: Factor de zona………………………………………….………………..…99 FIG. N°5.27: Coeficiente de Reducción Sísmica…………………………………….102 FIG..N°5.28: Espectro elástico de diseño para Reservorios adaptado de la E.030 según los requerimientos del ACI 350.3-06……………………………………..……104 FIG. N°5.29: Análisis modal. Ratio de masa participativa modal en UX=99%. Ratio de masa participativa modal en UY=98%. Reservorio Caserío Los Arrabales, distrito Subtanjalla…………………………………………………………..……………………105 FIG..N°5.30: Metodología para la evaluación por desplazamientos de reservorios de concreto armado…………………………………………………………...…………….106 FIG..N°5.31: Nudos de control………………………………………………………..107 FIG..N°5.32: Perfil de deformación lateral del tanque. Reservorio Caserío Los Arrabales, distrito Subtanjalla………………………………………….……………….108 FIG. N°5.33: Nudos de control……………………….………………………………….109 FIG. N°5.34: Cortante basal Total (Subtanjalla)……………………….………………110 FIG. N°5.35: Cortante basal Total (Alto Santamaria)………………..……………..…111 FIG. N°5.36: Definición de combinaciones de carga……………………….………...112 FIG. N°5.37: Definición de esfuerzos principales……………………….…………….113 FIG..N°5.38: (Izq.) El esfuerzo principal a tracción SMAX = 6 kgf/cm²; (Der.) El esfuerzo principal a tracción SMIN = 3 kgf/cm²………………………….……...……..115 FIG..N°5.39: (Izq.) Tensor de esfuerzos principales en el muro del tanque; (Der.) Diagrama de esfuerzos máximos representados por flechas, las de mayor intensidad se muestran en color azul a 1/3 de la altura del tanque…115 FIG..N°5.40: (Izq.) El esfuerzo principal a tracción SMAX = 9.6 kgf/cm²; (Der.) El esfuerzo principal a tracción SMIN = 2.4 kgf/cm²…………………………………..…116 FIG..N°5.41: ((Izq.) Tensor de esfuerzos principales en el muro del tanque; (Der.) X Diagrama de esfuerzos máximos representados por flechas, las de mayor intensidad se muestran en color azul a 1/3 de la altura del tanque……………………………….117 FIG. N°5.42: Esfuerzos internos en una cúpula……………….………………………118 FIG..N°5.43:.Esfuerzos máximos F11 en la cúpula (Tonf, m) – Por carga sísmica……………………………..………………………………………….………….119 FIG..N°5.44:.Momentos máximos M22 en la cúpula (Tonf, m) – Por carga gravitatoria……………………………….……………………………...………………..120 FIG. N°5.45: Fuerzas cortantes máximas VMax en la cúpula (Tonf, m) – Por carga gravitatoria…………………………………………………………………….….………121 FIG. N°5.46: Refuerzo existente en la cúpula y acero calculado……………...……..122 FIG..N°5.47:.Esfuerzos máximos F11 en la cúpula (Tonf, m) – Por carga sísmica………………………………………………………………………….…………122 FIG..N°5.48: Momentos máximos M22 en la cúpula (Tonf, m) – Por carga gravitatoria……………......……………………………………………………………...123 FIG. N°5.49: Fuerzas cortantes máximas VMax en la cúpula (Tonf, m) – Por carga gravitatoria………………………………………………………………………………..124 FIG..N°5.50: Refuerzo existente en la cúpula y acero calculado…………………….125 FIG..N°5.51:.Fuerzas axiales en anillo de borde – Tracción (Tonf)………………....126 FIG. N°5.52: Refuerzo existente en anillo de borde……………………....…………..127 FIG. N°5.53: Fuerzas axiales en anillo de borde – Tracción (Tonf)……………...…..127 FIG. N°5.54: Refuerzo existente en anillo de borde………….…………….…………128 FIG. N°5.55: Fuerzas de anulares máxima F11 – Ton…………………….…...……..128 FIG. N°5.56: Momentos flectores verticales M22 (tonf) – Presión hidrostática, cargas sísmicas…………………………………………………………………………..……....130 FIG. N°5.57: Fuerzas de tracción vertical F22……………………….………………..131 FIG. N°5.58: Fuerzas de corte máximas – VMAX (tonf)……………..……………….131 FIG. N°5.59: Fuerzas de anulares máxima F11 – Ton………………..………………132 FIG. N°5.60: Momentos flectores verticales M22 (tonf) – Presión hidrostática, cargas sísmicas…………………………….………………………………….…………………134 FIG. N°5.61: Fuerzas de tracción vertical F22…………….…………………………..135 FIG. N°5.62: Fuerzas de corte máximas – VMAX (tonf)……………..……………….135 FIG. N°5.63: Modelamiento de la base del tanque……………………………………137 FIG. N°5.64: Presión máxima sobre el terreno por carga de servicio – CM + CV + CL (0.44 kgf/cm²)………………………………………….………………………………….137 XI FIG. N°5.65: Acero instalado en losa de cimentación…………..….……………….138 FIG. N°5.66: Presión máxima sobre el terreno por carga de servicio – CM + CV + CL (0.35 kgf/cm²)……………………………………………….…………………………….139 FIG. N°5.67: Acero instalado en losa de cimentación……………….……………..…140 FIG. N°6.1: Nudos de Control………………………………………….………………..141 FIG..N°6.2:.Perfil de deformación lateral del tanque. Reservorio Caserío Los Arrabales, distrito Subtanjalla………………………………………….……………….142 FIG. N°6.3: Nudos de Control…………………….……………………………………..142 FIG. N°6.4: Cortante basal Total…………….………………………………...………..144 FIG. N°6.5: Cortante basal Total……………….………………………......…………..145 FIG. N°6.6: (Izq.) El esfuerzo principal a tracción SMAX = 6 kgf/cm²; (Der.) El esfuerzo principal a tracción SMIN = 3 kgf/cm²…………………………….…………………….146 FIG..N°6.7:.(Izq.) El esfuerzo principal a tracción SMAX = 9.6 kgf/cm²; (Der.) El esfuerzo principal a tracción SMIN = 2.4 kgf/cm²…………………………....……..…147 XII RESUMEN En la presente Tesis de investigación se hizo un análisis, mediante un proceso metodológico adecuado para la correcta evaluación y diseño estructural de los reservorios apoyados, ubicados en la región de Ica dado el caso que algunos reservorios presentan defectos estructurales debido a que se utilizan diseños o materiales inapropiados para su construcción y estos posteriormente ocasionan problemas estructurales como fisuras y grietas, etc. Para la verificación estructural de los reservorios apoyados, primeramente realice el estudio de mecánica de suelos para determinar el tipo de suelo y su capacidad portante luego se procedió con los ensayos de extracción de núcleos de diamantina en el muro circular, posteriormente para la verificación hice la evaluación del comportamiento estructural del reservorio apoyado, mediante un análisis estático, dinámico y modal espectral utilizando el programa SAP 2000 vs 20, luego se calculó el acero estructural del reservorio apoyado. Para la evaluación estructural de los reservorios apoyados utilicé diferentes normas internacional como, el ACI 318S-05, ACI 318SR-05, ACI 350.3 - 06, ACI 318-14, así como las normas nacionales NORMA E.020, la NORMA E. 030,2018 y la NORMA E .060. Luego de obtener los resultados de la evaluación estructural, se verifica que la resistencia del concreto f’c calculada por el ensayo de extracción de núcleos de diamantina es inferior al f’c que se utiliza para estructuras que están en contacto con el agua. Con respecto al comportamiento estructural de reservorio apoyado se verifica que el valor del cortante estático calculado cumplen con los parámetros de la NORMA E.030, con respecto al acero estructural calculado se verifico que los diseños en el caso del reservorio de Subtanjalla cumple con los refuerzos requeridos para su buen comportamiento estructural mientras que en el reservorio Alto Santamaría los aceros instalados en la base del reservorio no cumplen con lo especificado en el expediente técnico. XIII ABSTRACT In this research thesis an analysis was made, through an appropriate methodological process for the correct evaluation and structural design of the supported reservoirs, located in the region of Ica given the case that some reservoirs have structural defects because designs are used or inappropriate materials for construction and these subsequently cause structural problems such as cracks and cracks, etc. For the structural verification of the supported reservoirs, first perform the study of soil mechanics to determine the type of soil and its bearing capacity then proceed with the diamond core extraction tests on the circular wall, then for verification I made the evaluation of the structural behavior of the supported reservoir, by means of a static, dynamic and spectral modal analysis using the SAP 2000 vs 20 program, then the structural steel of the supported reservoir was calculated. For the structural evaluation of the supported reservoirs I used different international standards such as, ACI 318S-05, ACI 318SR-05, ACI 350.3 - 06, ACI 318-14, as well as national standards NORM E.020, STANDARD E. 030 , 2018 and STANDARD E .060. Then, obtain the results of the structural evaluation, verify the strength of the concrete calculated by the diamond core extraction test is lower than that used for structures that are in contact with water. With respect to the structural behavior of the supported reservoir it is verified that the value of the static shear has problems with the parameters of STANDARD E.030, with respect to the structural steel it was verified that it verifies the designs in the case of the Subtanjalla reservoir complies with the reinforcements required for its good structural behavior while in the Alto Santamaría reservoir the steels installed at the base of the reservoir did not correspond to what was specified in the technical file. XIV INTRODUCCIÓN Uno de los temas importantes de la ingeniería siempre ha sido el almacenamiento de agua potable para otorgar servicio a una determinada población sea urbanizaciones, asentamientos humanos, residencias, condominios o cualquier tipo de comunidad que se asiente en una determinada zona requiere del servicio de agua potable para su consumo diario con una dotación adecuada para que satisfaga las necesidades de todo morador. Por ello, se requiere obras civiles como la construcción de reservorios de almacenamiento. Estos pueden ser elevados, apoyados y enterrados. Los reservorios elevados, pueden tomar forma esférica, cilíndrica, o de paralelepípedo, son construidos sobre torres, columnas, pilotes, etc; los reservorios apoyados, que principalmente tienen forma rectangular o circular, son construidos directamente sobre la superficie del suelo; y los enterrados, que son de forma rectangular y circular, son construidos por debajo de la superficie del suelo (cisternas). Para capacidades medianas y pequeñas, como es el caso de los proyectos de abastecimiento de agua potable en poblaciones rurales, resulta tradicional y económica la construcción de un reservorio apoyado de forma cuadrada o circular. Las obras de agua potable no se diseñan para satisfacer sólo una necesidad del momento, sino que deben prever el crecimiento de la población en un período de tiempo prudencial que varía entre 10 y 40 años; siendo necesario estimar cuál será la población futura al final de este período. En el Perú no existen metodologías para el correcto análisis de los reservorios apoyados frente a diversos peligros sísmicos. De igual modo, en el mundo, son escasos los estudios que se ha podido realizar para el desarrollo de una evaluación estructural de los reservorios apoyados, que en algunos casos resultan inapropiados y con deficiencias estructurales o en otras ocasiones conlleva a sobredimensionar el acero estructural, Por esta preocupación me he permitido plantear una evaluación estructural de algunos de los reservorios apoyados que se encuentran en servicio, utilizando la normativa sismo resistente vigente. Entre los reservorios elegidos son: XV  RESERVORIO DE LA URBANIZACION SANTA MARÍA,  RESERVORIO DEL AA.HH LOMAS (SUBTANJALLA) Todas ellas se encuentran dentro de la Provincia de Ica, Departamento de Ica 1 CAPITULO I CONSIDERACIONES GENERALES 1.1 ANTECEDENTES 1.1.1 A NIVEL INTERNACIONAL Corzo, L. (2011). En su tesis titulada “Guía Metodológica para Diseñar Obras de Abastecimiento de Agua Potable Resistentes a Sismos en la República de Guatemala” (Tesis de pregrado) Universidad de San Carlos, Guatemala. En su presente investigación nos da a conocer que es necesario utilizar un código vigente para el diseño de elementos de concreto como son: los tanques o reservorios, para zonas de alta sismicidad como es el caso de Guatemala. El ACI 350 (American Concrete Institute Concrete environmental engineering structures) es utilizado para estructuras su uso debe ser obligatorio para garantizar una resistencia sísmica elevada. Se debe tener en cuenta que todavía no existe una alternativa simple para evitar el movimiento oscilatorio en las cubiertas de los digestores flotantes. En conclusión Los deflectores y otros elementos sumergidos deben diseñarse de tal manera que resistan cargas fuertes y que puedan ser reemplazados en caso ocurra un desprendimiento. Los elementos que se desprenden deben asegurarse que no caigan al fondo del tanque y obstruyan los colectores de lodo. Por ello mientras no exista un reglamento guate malino se tomara en cuenta los códigos extranjeros para el diseño de Obras de Abastecimiento de Agua Potable. Nieto, C. & Zhañay, W. (2011). En su tesis titulada “Diseño de un Tanque Apoyado de Ferrocemento para la comunidad de Santa Rosa De Chichin, Perteneciente a la Parroquia Jadán del Cantón Gualaceo” (Tesis de pregrado) Universidad de Cuenca, Ecuador. Podemos observar en la tesis el diseño de un tanque apoyado de Ferrocemento para la comunidad de Santa Rosa de Chinchín, que para su elaboración en lo que es cargas de sismos se hicieron uso de los requisitos del Código Ecuatoriano de la construcción y el Código para Diseño Sísmico de Estructuras Contenedoras de Líquidos (ACI 350.3 – 01) y Comentarios (350.3R – 01). 2 Luego obtuvieron los cálculos de las cargas a las cuales estará sometida el tanque o reservorio, realizaron un pre diseño y posteriormente su modelación en el programa Sap2000, con los resultados que obtuvieron de su análisis se procedió al diseño. Los elementos del tanque o reservorio los han diseñado para poder resistir los efectos de sismos y de tracción. Para el correcto diseño de los elementos del reservorio debemos tener en cuenta que estas deben soportar los efectos tanto de tracción como los efectos flexión. En conclusión para que se realice correctamente la tesis mencionada han tenido en cuenta la aplicación de normas en lo que se refiere a abastecimiento de agua, para así poder evitar sobredimensionamientos y sobre gastos de materiales innecesarios. Penalba, D. (2010). En su tesis titulada “Análisis Sismorresistente de Depósitos Metálicos” (Tesis de pregrado) Universidad Carlos III Madrid, España. Durante la realización del presente estudio, en primer lugar se aplicó el modelo analítico de Housner para el estudio del comportamiento hidrodinámico del tanque. Posteriormente elaboraron un modelo numérico de elementos finitos del depósito, a partir de estos dos modelos se compararon los resultados En conclusión lograron conseguir el objetivo principal del proyecto, que era aplicar el modelo analítico de Housner al comportamiento del depósito y elaborar un modelo de elementos finitos sometido a la acción sísmica. En el cual se dio como resultado valores de tensiones aceptables en las paredes del depósito y los valores de corte basal y de momento volcante hacen que sea la configuración más estable de todas las estudiadas. 1.1.2 A NIVEL NACIONAL Campos, E. (2018). En su tesis titulada “Evaluación Estructural De Reservorio Apoyado De C°nb A° De Sección Circular (20 m3) Sector 1 Del C.P. Cabracancha – Chota”, (tesis de pregrado) Universidad Nacional de Cajamarca, Perú. Nos da a conocer como se debe realizar la evaluación estructural siguiendo la norma sismo resistente para su diagnostico 3 Por consiguiente realizaron el estudio de suelos, ensayo esclerómetria y realizaron el modelamiento estructural en el SAP 2000 teniendo en cuenta los códigos extranjeros Finalmente concluyeron que la diferencia de cálculo entre la evaluación estructural del reservorio apoyado de sección circular (20 m3), con respecto a lo establecido en el plano estructural del expediente técnico es mínima, además observaron que el lugar donde se encuentra el reservorio no es una zona altamente sísmica por lo tanto supusieron que la estructura permanecerá operativa durante su vida útil. Julca, C. (2017). En su tesis para optar el título de Ingeniería Civil en cuyo título es: “Comparación Del Comportamiento Dinámico De Reservorios Elevados con Estructura de Soporte Tipo Marco, Evaluados con las Normas Norteamericana Y Neozelandesa”, (tesis de pregrado) Universidad Nacional de Cajamarca, Perú. En su tesis realizo la comparación del comportamiento dinámico de reservorios elevados con estructura de soporte tipo marco, que se evaluó con los normas Norteamericana y Neozelandesa, para tener un concepto más claro del cálculo estructural de reservorios elevados, se estudió la teoría y aplicación de los requisitos propuestos por cada norma. Para ello se propusieron tres reservorios elevados de 30 m3, 60 m3 y 15m3, que fueron evaluados con cada una de las metodologías indicadas en las normas como el ACI 350.3- 06 “Seismic Desing of Liquid-Containing Concrete Structures”, y la norma neozelandesa “Seismic Desing of storage tanks”, también se tomó en cuenta la norma peruana E.030 “Diseño sismorresistente” y las combinaciones de cargas de la E.060 “Concreto armado”. Luego realizaron los modelamientos dinámicos de los reservorios elevados con los parámetros sísmicos calculados en el programa SAP2000 con el cual calcularon los esfuerzos máximos y desplazamientos. 4 Finalmente Los resultados dieron a conocer que los reservorios elevados con estructura de soporte tipo marco que fueron evaluados con la norma norteamericana ACI 350.03-06 presentan un mejor comportamiento dinámico a diferencia de los reservorios elevados evaluados con la norma neozelandesa SDST NZ. Vargas, E. (2015). En su tesis titulada “Estudio Sísmico en el Diseño Del Reservorio Circular Apoyado R-8 Capacidad 3000 M3 para la Ciudad de Juliaca”, (tesis de pregrado) Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” Juliaca, Perú. Nos da a conocer acerca de cómo diseñaron un reservorio apoyado con una capacidad de 3000m3, teniendo en cuenta el Reglamento Nacional de Edificaciones y el código (ACI 350.3-01) y comentarios (350.3r-01). Luego se procedió su modelamiento en el SAP 2000 donde los elementos del reservorio se diseñaron para soportar efectos de tracción. Se concluyó en el diseño sísmico de Reservorios apoyados o elevados, que es indispensable el cálculo de las presiones y efectos hidrodinámicos tanto impulsivos como convectivos como una solicitación adicional a los efectos hidrostáticos y no como una simple comparación. En este caso los datos ingresados como son: espesores de elementos estructurales, cargas, combinaciones y de la asignación de materiales, fueron analizados por el programa SAP 2000, dando un resultado totalmente inesperado, porque la esbeltez que se tiene no es la adecuada por lo tanto se necesita reforzar en la parte céntrica de las paredes, en caso ocurra un sismo esta estructura colapsaría. 1.1.3 A NIVEL LOCAL Actualmente no se han realizado y registrado antecedentes locales e investigaciones sobre la evaluación y diagnostico estructural de los reservorios apoyados según la aplicación de la norma sismo resistente. 5 1.2 BASES TEÓRICAS 1.2.1 NORMA TÉCNICA E.030 SISMORRESISTENTE La presente Norma establece las mínimas condiciones para que las edificaciones diseñadas tengan un comportamiento sísmico acorde con los principios señalados. Por consiguiente se acepta que las edificaciones tengan el siguiente comportamiento:  La estructura no debería colapsar ni causar daños graves a las personas, aunque podría presentar daños importantes, debido a movimientos sísmicos de alta intensidad para el lugar del proyecto.  La estructura debería soportar movimientos sísmicos de alta intensidad para el lugar del proyecto, pudiendo tener daños reparables dentro de límites aceptables. La Norma Sismo Resistente se debe aplicar en todas las edificaciones nuevas, también se utiliza para el reforzamiento de las edificaciones ya existentes y la reparación de las que resulten dañadas por la acción de los sismos. Asimismo se espera que las edificaciones señaladas como “esenciales” e importantes cuyo funcionamiento no debería interrumpirse en el caso de un sismo, deben tomarse precauciones especiales orientadas a lograr que permanezcan en condiciones operativas. (El Comité de la Norma de Diseño Sismo resistente - 2017) 1.2.2 RESERVORIO DE CONCRETO ARMADO En el contexto del ciclo hidrológico, un reservorio representa el agua contenida en las diferentes etapas dentro del ciclo. El reservorio más grande lo constituyen los océanos, que contienen el 97% del agua de la Tierra. La siguiente cantidad más grande (el 2%) se almacena en forma sólida en los casquetes polares y glaciares. El agua contenida dentro de todos los organismos vivos representa el reservorio más pequeño. (Pérez, 2005). 6 La construcción de un reservorio precisa generalmente la aplicación de la Ingeniería Civil, complementada por la Ingeniería Hidráulica. Los reservorios son sistemas estructurales de almacenamiento de agua; forman parte fundamental en una red de abastecimiento comprendida complementariamente por otros sistemas, como las redes de impulsión y las redes de distribución de agua. (Chacaltana, F., Franco, A., & Reyes E. 2011) Según Delgado, W., & Vigil, Ch. (2005), los principales propósitos de todo reservorio son los siguientes: a. Compensar las variaciones de los consumos que se producen durante el día, para ello el volumen de almacenamiento de agua está afectado en función al horario de suministro o bombeo. b. Mantener las presiones de servicio en la red de distribución, en este caso el reservorio está diseñado en base a la pérdida de carga en las tuberías más la presión mínima que debe existir en las redes. c. Mantener almacenada cierta cantidad de agua para atender situaciones de emergencia como son los incendios e interrupciones por daños de tuberías de impulsión. 1.2.2.1.Ventajas y Desventajas de usar Concreto Armado Mendoza J.; Pizarro G.; Quintana G.; Mejía K. (2018) Informe de Reservorio. Las ventajas y desventajas al emplear el Concreto Armado como material de construcción de los reservorios son las siguientes: Ventajas:  Su mantenimiento es menor por lo que a la larga son más económicas.  El concreto armado tiene una mayor capacidad de resistir cargas y, por ende, el reservorio podría ser más grande y almacenar un volumen mayor.  En nuestro medio existe mano de obra calificada y procesos constructivos adecuados que hacen posible que la construcción no sea complicada. 7  Es más durable en ambientes agresivos ya que hay un mejor control de la corrosión ya que el concreto protege al acero de refuerzo. Desventajas:  A diferencia de los reservorios metálicos y de aluminio, el costo de construcción es mayor y la detección y control de fugas de agua es más complicado.  No es posible el desmontaje de la estructura, por lo que el porcentaje de recuperación es casi nulo. 1.2.3 EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE RESERVORIOS La evaluación y diagnóstico de reservorios se realizan dado que en algunos casos las estructuras fallan o están mal construidas por utilizar materiales de baja calidad, también el tiempo de construcción es un factor determinante. De acuerdo a la evaluación estructural se hace un diagnóstico para saber en qué estado se encuentra el reservorio y plantear soluciones (FUENTE: propia) 1.2.4 TIPOS DE RESERVORIO Según (Fuente: La comisión Nacional del Agua 2007) los reservorios se seleccionan de acuerdo al material disponible en el lugar ya sea (distrito, provincia o región) y de las condiciones topográficas del terreno. Teniendo en cuenta estas condiciones establecidas, tenemos los siguientes tipos de reservorios, que son: 1.2.4.1.Reservorios enterrados Son aquellas estructuras, llamadas también cisternas, que su construcción es debidamente bajo la superficie del terreno. Su uso no está vinculado directamente con la distribución de un sistema de red de agua potable, mayormente en todos los casos funciona como un almacenamiento primario el cual deriva a otra estructura de regulación. 8 Su principal función es de preservar el agua a resguardo de las diferentes variaciones de temperatura. Sus principales dificultades son de realizar los trabajos de excavaciones costosas, la dificultad de mantenimiento de las instalaciones de conexión, del abastecimiento y la red de distribución, así como, la detección de posibles filtraciones y fugas del líquido. 1.2.4.2.Reservorios semienterrados Los reservorios semienterrados, una parte del reservorio se ubica bajo el nivel del terreno mientras que la otra parte sobre éste. Estos tipos de reservorio se definen según la topografía o por el elevado costo de la excavación, ya sea por razones de geotecnia. De no observarse los presentes factores de topografía y costo, se elevaría el costo de la construcción, Por otra parte, permite un acceso a las instalaciones más fácilmente que el de los depósitos totalmente enterrados. 1.2.4.3.Reservorios apoyados Los reservorios apoyados, que principalmente son de forma rectangular y circular, son construidos sobre la superficie del suelo. Se utiliza este tipo de reservorios, cuando el terreno sobre el que se va a construir tiene la capacidad necesaria para soportar las cargas, sin sufrir deformaciones importantes. Una de las ventaja es que su mantenimiento es más sencillo de efectuar y más fácil la instalación, operación y mantenimiento de las tuberías de entrada y salida. Estas estructuras se deben de colocar en una elevación natural muy cerca de la zona por servir de manera que la diferencia de nivel del piso del reservorio con respecto al punto más alto por abastecer sea de 15 m y la diferencia de altura entre el nivel del reservorio en el nivel máximo de operación y el punto más bajo por abastecer sea de 50m. Para capacidades pequeñas y medianas, como también en casos de proyectos para el abastecimiento de agua potable en 9 poblaciones rurales, resulta más económica la construcción de este tipo de reservorios. 1.2.4.4..Reservorios elevados Los reservorios elevados, pueden ser de diferentes formas como: cilíndrica, esférica y de paralelepípedo, son construidos generalmente sobre torres, pilotes, columnas, etc. Una característica de real importancia de los reservorios elevados es su aspecto estético, ya que por sus grandes dimensiones son vistos desde puntos muy lejanos. Cada tipo de reservorio plantea un modelo de análisis diferente por los efectos que se producen en estas estructuras. El comportamiento dinámico producido por la interacción fluido – estructura es el efecto más importante, ya que genera cargas adicionales que se toma muy en cuenta para el posterior análisis estructural. 1.2.5 MODELO NUMÉRICO El modelado numérico es una técnica basada en el cálculo numérico, utilizada en muchos campos de estudio (ingeniería, ciencia, etc.) desde los años 60 para validar o refutar modelos conceptuales propuestos a partir de observaciones o derivados de teorías anteriores. Si el cálculo de las ecuaciones que representan el modelo propuesto es capaz de ajustar las observaciones, entonces se habla de un modelo consistente con las mismas, y se dice también que el modelo numérico que confirma las hipótesis (el modelo); si el cálculo no permite en ningún caso reproducir las observaciones, se habla de un modelo inconsistente con los datos y que refuta el modelo conceptual. A menudo, este término se utiliza como sinónimo de simulación numérica. Miidla P. (2012) Numerical Modelling. EE.UU: InTech 1.2.5.1.Método de los Elementos Finitos Es un método numérico general para la aproximación de soluciones de ecuaciones diferenciales parciales muy complejas utilizado en diversos problemas de ingeniería y física. https://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_num%C3%A9rico https://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa https://es.wikipedia.org/wiki/Ciencia https://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_cient%C3%ADfico https://es.wikipedia.org/wiki/Simulaci%C3%B3n_num%C3%A9rica https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9todo_num%C3%A9rico https://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa https://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica 10 El MEF está pensado para ser usado en computadoras y permite resolver ecuaciones diferenciales asociadas a un problema físico sobre geometrías complicadas. El MEF se usa en el diseño y mejora de productos y aplicaciones industriales, así como en la simulación de sistemas físicos y biológicos complejos. La variedad de problemas a los que puede aplicarse ha crecido enormemente, siendo el requisito básico que las ecuaciones constitutivas y ecuaciones de evolución temporal del problema sean conocidas de antemano. Ferrari D. & Díaz F. (2018) Método del Elemento Finito. México: Trabajo de investigación 1.3 MARCO CONCEPTUAL  Reservorio El reservorio es un elemento básico en una red de abastecimiento de agua potable ya que nos permite preservar el agua para el uso de la población (Fuente: Vargas, 2015).  Concreto Es aquel material compuesto por: cemento Portland, agregado fino, agregado grueso y agua, con o sin aditivos, (Fuente: Norma E.060).  Sismos Un sismo es el movimiento tectónico de la Tierra originada por la liberación de energía a causa del deslizamiento de la corteza terrestre a lo largo de una falla. (Fuente: Tarbuck, E. & Lutgens, F., 2001)  Núcleos de Diamantina: Son muestras en forma cilíndrica que son extraídas de una estructura, también llamadas núcleos o testigos (Fuente: NTP 339.034 - 2008)  Peso específico relativo: Es un número sin dimensiones que indica la relación entre el peso de un volumen determinado de cierta substancia y el peso de un volumen igual https://es.wikipedia.org/wiki/Computadora https://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_constitutiva https://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_constitutiva https://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_del_movimiento 11 de agua destilada en condiciones de máxima densidad. (Fuente: Terzaghi,R.(2000) - Mecánica de suelos)  Napa Freática Es una acumulación de agua subterránea que se encuentra a una profundidad relativamente pequeña bajo el nivel del suelo. (Según: Norma E.050, 2018).  Nivel freático El nivel freático corresponde al nivel superior de una capa freática o de un acuífero en general. A menudo, en este nivel la presión de agua del acuífero es igual a la presión atmosférica. (Según: Norma E.050, 2018).  Almohadilla de neopreno Para el refrentado de cilindros de concreto. Este sistema de almohadillas para encabezado sustituye el método tradicional de encabezado en base a azufre. Fuente: Stupenengo F.(2014).Materiales compuestos - Guía Didáctica  Combinaciones de las cargas Los estados de carga son las posibles cargas que se presentan durante la vida útil de la estructura. Existen estados de carga del uso normal de la estructura, cargas muertas y vigas; estados de carga temporales como aquellas de viento, sismo, o la misma construcción. (Según: Norma E.060, 2009).  Modos Un modo es cada período de vibración que se encuentra asociado con el factor de participación modal (λi) el cual representa el factor de participación de la masa sísmica para dicho modo de vibración. (Según: Norma E.060, 2009).  Espectro de Respuesta El Espectro de Respuesta fue desarrollado por Housner, Newmark y otros investigadores. En forma general, podemos definir espectro como un gráfico de la respuesta máxima (expresada en términos de desplazamiento, https://diccionario.motorgiga.com/diccionario/agua-destilada-definicion-significado/gmx-niv15-con84.htm https://es.wikipedia.org/wiki/Agua_subterr%C3%A1nea https://es.wikipedia.org/wiki/Capa_fre%C3%A1tica https://es.wikipedia.org/wiki/Acu%C3%ADfero https://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9rica 12 velocidad, aceleración, o cualquier otro parámetro de interés) que produce una acción dinámica determinada en una estructura para su diseño sismorresistente. (Fuente: (ACI 350.3-01) y comentarios (350.3R-01) publicado por comité ACI 350 contenidos)  Módulo de Elasticidad Es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza (Según: Norma E.060, 2009).  Materiales Anisotrópicos y heterogéneos Materiales que ocurren en la naturaleza, como la madera, los tejidos del cuerpo humano (huesos, piel, tejidos colaginosos), son formados por fibras son de hecho anisótropos. Algunos materiales fabricados industrialmente como elementos de fibra de carbono son materiales anisótropos. Fuente: Stupenengo F.(2014).Materiales compuestos - Guía Didáctica  Material Isotrópico Son materiales tecnológicamente importantes, producidos industrialmente como el acero (y otros metales, no estirados en frío), el aluminio, el hormigón, los ladrillos o el caucho son materiales que se pueden considerar isótropos(Fuente: Materiales Compuestos Fuente: Stupenengo F.(2014).Materiales compuestos - Guía Didáctica  Efecto Hidrodinámico Es cuando un líquido en movimiento roza una superficie produce un efecto Hidrodinámico (Fuente: (ACI 350.3-01) y comentarios (350.3R-01) publicado por comité ACI 350 contenidos)  Carga Monotónica Tipo de ensayo en el que la carga va aumentando de cero hasta la rotura sin producirse descargas. (Fuente: Norma E.060, 2009).  Espectro de diseño https://es.wikipedia.org/wiki/Elasticidad_(mec%C3%A1nica_de_s%C3%B3lidos) https://es.wikipedia.org/wiki/Madera https://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_de_carbono https://es.wikipedia.org/wiki/Acero https://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio https://es.wikipedia.org/wiki/Hormig%C3%B3n https://es.wikipedia.org/wiki/Ladrillo https://es.wikipedia.org/wiki/Caucho 13 Los espectros de diseño se obtienen generalmente mediante procedimientos estadísticos, las estructuras no se diseñan para resistir un terremoto en particular en una zona dada, puesto que el próximo terremoto probablemente presentará características diferentes. Por lo tanto el diseño de estas construcciones se realiza a partir de este espectro de diseño (Fuente: (ACI 350.3-01) y comentarios (350.3R-01) publicado por comité ACI 350 contenidos)  Carga de Deformación axial Es aquella que se produce debido a la aplicación de una carga axila F (Fuente: Norma E.060, 2009).  Carga gravitatoria Cargas que actúan sobre una estructura como consecuencia de la acción de la gravedad (Fuente: Norma E.060, 2009).  Carga Amplificada o Factorizada La carga, multiplicada por los factores de carga apropiados, que se utiliza para diseñar los elementos utilizando el método de diseño por resistencia de esta norma, (Fuente: Norma E.060, 2009).  Concreto Mezcla de cemento Portland o cualquier otro cemento hidráulico, agregado fino, agregado grueso y agua, con o sin aditivos, (Fuente: Norma E.060, 2009).  Aceleración Espectral Para cada una de las direcciones horizontales analizadas se utilizará un espectro inelástico de pseudo-aceleraciones, (Fuente: Norma E.030, 2016).  Ondas Sísmicas Son movimientos longitudinales y elásticos que hacen vibrar a una estructura desde sus cimientos. (Fuente: Tarbuck, E. & Lutgens, F., 2001) 14 CAPITULO II PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2.1 .DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA La Constitución Política del Estado en su Artículo 7º-A.establece - El Estado reconoce el derecho de toda persona a acceder de forma progresiva y universal al agua potable. El Estado garantiza este derecho priorizando el consumo humano sobre otros usos. El Estado promueve el manejo sostenible del agua, el cual se reconoce como un recurso natural esencial y como tal, constituye un bien público y patrimonio de la Nación. Su dominio es inalienable e imprescriptible”. También la Ley 26338 en su artículo 5 establece: “Las municipalidades provinciales son responsables de la prestación de los servicios de saneamiento y en consecuencia, les corresponde otorgar el derecho de explotación a las entidades prestadoras, de conformidad con las disposiciones establecidas en la presente Ley y en su Reglamento. Actualmente, por el tiempo de construcción, por la falta de mantenimiento existen problemas en el almacenamiento del agua en el Reservorio de la Urbanización Santa María y el Asentamiento Humano las Lomas. Por ello en el presente trabajo de Tesis he propuesto la evaluación y diagnóstico de los reservorios aplicando la Norma Sismo resistente y códigos extranjeros, para optimizar su funcionamiento y que exista la seguridad de su buen funcionamiento . 2.2. DELIMITACIÓN DEL PROBLEMÁ. La presente investigación se realizó en los Reservorios de: a) Alto Santa María b) AA.HH Lomas ( subtanjalla ) Así también para el estudio de Mecánica de Suelos y de la Resistencia del concreto se realizó el respectivo análisis en el Laboratorio de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica, ubicada en la Av. Los Maestros S/N - Ica. El periodo de desarrollo y ejecución de la presente de investigación de tesis es de aproximadamente 4 meses donde se 15 aplicó la Técnica de la observación sistemática y se utilizó el instrumento de recolección de datos como es la Ficha de Inspección Técnica de laboratorio. 2.3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMÁ. Problema Principal ¿Cómo la aplicación de la norma sismo resistente influye para la evaluación y diagnóstico de los reservorios de la urbanización Santa María y en el Asentamiento Humano Las Lomas de la Provincia y Departamento de Ica? Problemas Secundarios 1. ¿Cómo la aplicación de la norma sismorresistente influye para la evaluación de los reservorios de la urbanización Santa María y el Asentamiento Humano Las Lomas de la Provincia y Departamento de Ica? 2. ¿Cómo la aplicación de la norma sismorresistente influye para el diagnóstico de los reservorios de la urbanización Santa María y el Asentamiento Humano Las Lomas de la Provincia y Departamento de Ica utilizando la norma sismo resistente. 2.4..JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN El presente trabajo se justifica debido a que al efectuar la evaluación de los reservorios utilizando la Norma sismorresistente estaremos garantizando su funcionabilidad estructural ratificando el diseño primigenio o identificando algunas fallas si lo hubiere y dando un diagnostico que permita garantizar un adecuado funcionamiento de sus componentes estructurales. 2.5 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN. Objetivo General Aplicar la norma sismorresistente para la evaluación y diagnóstico de los reservorios de la urbanización Santa María y el Asentamiento humano Las Lomas de la Provincia y Departamento de Ica, como podemos observar en la presente tesis se realizó el análisis solo de estos dos reservorios porque el tercero presenta las mismas características, dimensiones ya que se encuentra ubicada en el mismo lugar y esta fuera de funcionamiento (AA.HH Las Lomas) 16 Objetivos Específicos 1. Evaluar los reservorios de la urbanización Santa María y el Asentamiento humano Las Lomas de la Provincia y Departamento de Ica utilizando la norma sismorresistente. 2. Diagnosticar los reservorios de la urbanización Santa María y el Asentamiento humano Las Lomas de la Provincia y Departamento de Ica utilizando la norma sismorresistente. 2.6 HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN. Hipótesis Principal. La aplicación de la norma sismorresistente influye para la evaluación y diagnóstico de los reservorios de la urbanización Santa María y del Asentamiento Humano las Lomas de la Provincia y Departamento de Ica Hipótesis Secundaria 1. La aplicación de la norma sismorresistente influye para la evaluación de los reservorios de la urbanización Santa María y el Asentamiento Humano Las Lomas de la Provincia y Departamento de Ica. 2. La aplicación de la norma sismorresistente influye para el diagnóstico de los reservorios de la urbanización Santa María y el Asentamiento Humano Las Lomas de la Provincia y Departamento de Ica utilizando la norma sismorresistente. 2.7 TIPO, NIVEL Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN. TIPO DE INVESTIGACIÓN El Modelo Teórico básico como se procederá para la realización de la tesis es el explicativo. NIVEL DE INVESTIGACION Explicativo – correlacional DISEÑO BASICO El diseño básico del Trabajo de Investigación Científica corresponde a No Experimental. MÉTODO El método a emplear es el Método Científico. 17 CAPITULO III INSTRUMENTOS DE INVESTIGACION 3.1..TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN. 3.1.1 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN.  Técnica Para el desarrollo de la presente investigación se aplicó la Técnica de la observación en situ, la cual fue determinante para la toma de datos, identificación, clasificación y su posterior evaluación y análisis de los reservorios.Otra técnica utilizada fue la Revisión bibliográfica; selección del problema principal y problemas secundarios, hipótesis, objetivos, variables; Posteriormente se procede hacer el diseño y modelamiento estructural del reservorio apoyado con SAP 2000; luego se realiza el cálculo del acero estructural de cada elemento del reservorio para finalmente realizar la comparación e interpretación de los resultados que se obtuvo con respecto al expediente técnico.  Técnica de la Análisis documental Describe un documento en sus partes esenciales para su posterior identificación y recuperación. 3.1.2 INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN Según las técnicas de recolección de datos, para la presente tesis hemos aplicado los siguientes instrumentos. - Hemos utilizado instrumentos como la pala, pico, wincha, mazo de madera para las excavaciones de las calicatas y lograr obtener los especímenes de suelo para realizar los ensayos en el laboratorio. - También utilizamos un equipo de sonda provisto de brocas diamantadas, regla, plumón, taladro, martillo, escáner de pared para obra, lapicero, libreta de campo. - Se Utilizó programas de: SAP 2000, el Auto CAD, el Excel y el Word. - Se realizó la Recopilación de información, del expediente técnico: tomando en cuenta los planos estructurales 18 CAPITULO IV UBICACIÓN Y EXTENSIÓN 4.1 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA ZONA DE ESTUDIO. 4.1.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE LA ZONA DE ESTUDIO El trabajo de investigación se desarrollará en la jurisdicción de la Provincia de Ica, Departamento de Ica.  UBICACIÓN DEL 1 RESERVORIO: Alto Santamaría Figura 4.1: Área de Estudio del reservorio de Alto Santamaría Fuente: (propia, 2019) Figura 4.2: Ubicación del Reservorio Alto Santamaría Fuente: (propia, 2019) 19  UBICACIÓN DEL 2 RESERVORIO: AA.HH. Lomas (Subtanjalla) Figura 4.3: Área de Estudio del reservorio AA.HH lomas (Subtanjalla) Fuente: (propia, 2019) Figura 4.4: Ubicación del Reservorio AA.HH Lomas (Subtanjalla) Fuente: (propia, 2019) 20 4.1.2-EXTENSIÓN Y POBLACIÓN 4.1.2.1.Extensión de Área de Estudio Las extensiones de las áreas de estudios para los dos reservorios son: El área de estudio para el reservorio ubicado en el AA. HH Lomas (Subtanjalla) provincia de Ica, limita con los siguientes distritos y/o lugares: Oeste: Distrito de San juan Bautista Norte: Distrito de Salas Guadalupe Este: Reserva Nacional de Paracas Sur: Distrito de Ica El área de estudio para el reservorio ubicado Alto Santamaría, limita con los siguientes distritos y/o lugares: Oeste: Urbanización san Joaquín Norte: Distrito de San Juan Bautista Este: Distrito de Parcona Sur: Distrito de Santiago 4.1.2.2.Población de Áreas de Estudio En el Distrito de subtanjalla tiene una población equivalente de 23279 (Según: INEI, Población Rural - 2016) La población beneficiaria por el reservorio en estudio ubicado en AA.HH Las Lomas (Subtanjalla) son beneficiarios directamente 2435 habitantes, y 3770 beneficiarios indirectamente (Según expediente técnico). Alto Santamaría pertenece a la ciudad de Ica que tienen una población, equivalente a 40577 (Según: INEI, Población Rural - 2016). La población beneficiaria por el reservorio en estudio ubicado en Alto Santamaría son beneficiarios directamente 17857 habitantes, y 27647 beneficiarios indirectamente (Según expediente técnico). 21 4.1.3 GEOLOGÍA REGIONAL La región de Ica se encuentra ubicado en la costa sur, a 306 Km. de la ciudad de Lima, abarcando una superficie de 21,328 km2, equivalente al 1.7% del territorio nacional, la que incluye 22 km2 de superficie insular oceánica. Limita por el norte con Lima, por el este con Huancavelica y Ayacucho, con Arequipa por el sur y al oeste con el Océano Pacífico. Políticamente se encuentra dividido en 5 provincias: Ica, Chincha, Nazca, Palpa y Pisco, y 43 distritos, siendo su capital la ciudad de Ica que tiene una altitud media de 406 msnm. La región presenta altitudes desde 2 msnm en Paracas hasta los 3796 msnm en San Pedro de Huacarpana. Su territorio comprende las coordenadas geográficas entre los paralelos 12º 57´ 42" y 15° 26’ 36” Latitud sur y entre los meridianos 75º 36’ 43’’ y 76º 23’ 48’’ Longitud oeste. La región de Ica está estratégicamente ubicada respecto a la infraestructura vial nacional. La vía principal lo constituye la Carretera Panamericana Sur, el trayecto Lima - Ica cubre una distancia de 300 km con una duración de aproximadamente 4 o 5 horas. 4.1.3.1 Clima Ica posee un clima cálido y seco con una temperatura media en verano de 27°C y en invierno de 18°C. Normalmente la temperatura máxima no excede los 30°C y la mínima no desciende a menos de 8°C. Una característica de su clima son los fuertes vientos denominados "paracas", que suelen levantar grandes nubes de arena. Los principales ríos de la región son San Juan, Pisco, Ica y Río Grande. 4.1.3.2.Tipo de Suelo El tipo de suelo está constituida según la clasificación SUCS, por una Arena mal graduada (SP), que son depósitos de arenas eólicas pobremente graduados de grano fino y redondeado, con gran contenido de finos, no presenta plasticidad, estado seco, estos depósitos se encuentran constituido por grandes extensiones de arenas eólicas, (depósitos cuaternarios de naturaleza eólica). (Según: Estudio de Mecánica de Suelos - 2019 ). 22 4.1.3.3.Topografía La región de Ica posee un relieve poco accidentado, con pequeñas elevaciones de terreno que limitan extensas pampas y tablazos desérticos de arenas y rocas. Para la realización del estudio de suelos de la zona, las condiciones topográficas, evidencian efectos de Geodinámica externa, provenientes de los efectos fluviales debido a lo cual es visible una segregación de los materiales, Para el reservorio Alto Santamaría su ubicación es: 14°03'21.2"S 75°44'23.2"W, mientras que para los reservorios de AA.HH Las Lomas su ubicación es: 14°02'10.8"S 75°44'37.8"W (Según : Plano Topográfico del Expediente). 4.1.3.4.Fisiografía Presenta una notable configuración geográfica, ya que es la única región de la costa sur formada por planicies o llanuras costeñas, donde destacan extensos desiertos como las pampas de Lancha y Villa curí, toda vez que la cordillera de Los Andes se levanta al interior de su territorio. Asimismo, algunos plegamientos geológicos han determinado la formación de terrenos que avanzan hasta el mar, dando lugar a la península de Paracas, mientras que al sur, unas formaciones aisladas han determinado el complejo de Marcona, donde se ubican los más grandes depósitos de hierro de la costa del Pacífico 4.1.4.GEOLOGÍA LOCAL (Según: Estudio de Mecánica de Suelos - 2019).La zona en estudio comprendida en el valle de Ica, está situado en la zona fracturada de la costa del Perú, al igual que los demás valles del Departamento de Ica. El valle queda incluido en una fosa muy larga de dirección NO-SE, conocida bajo el nombre de Cuenca Intermontañosa. En las regiones septrentionales del valle de Ica, existen dos sistemas principales de fallas: el primero está formado por líneas de fallas principales ó de primer orden, de orientación NNO-SSE que forman el marco del foso ó graben intermontañoso principal. Estas líneas de fractura son probablemente más antiguas que el sistema 23 casi perpendicular de fallas de segundo orden de orientación OSO-ENE a SO-ENE, ya que las escarpas del primero han quedado desplazadas en una direción SO-NE, según se observa a lo largo de las fallas limitantes del oeste, junto a la hacienda Macacona, hacienda San Jacinto, Hacienda Los Tronquitos, etc. Una dislocación similar se observa en el lado Este, desde quebrada largo (más arriba de Villacurí) hasta la quebrada Tingue. Las dos líneas de fractura principales NO-SE y NS que conforman el graben, vinieron acompañados por movimientos menores dentro del graben. En cuanto al sistema de fallas perpendiculares, han sido identificados desde la línea Achirana-Guadalupe hasta Ocucaje, once fallas que forman fosos secundarios, horts, y bloques ladeados dentro del foso principal, de 2 - 10 Km. de ancho. Parece probable que el lecho rocoso del foso del valle de Ica, está formado por rocas ígneas cubiertas por sedimentos de grano fino del terciario y por el relleno aluvial. En el angosto cañón más arriba de Trapiche, el lecho rocoso se halla a 70 -150 mts. de profundidad; de allí aguas abajo, hasta el Olivo y hacienda Santa Rosa, su profundidad varía de 150 mt. a 350 mt., alcanzando cerca de la hacienda Tacama, una profundidad de 600 m. Junto a la brecha subterránea que se abre entre Cerro Prieto y el Olivo, se encuentra a unos 200-350 mt. de profundidad en el centro del valle a 400- 600 mt. en la parte oeste del mismo, ya más de 300 mt. en la parte este, salvo a proximidad de la escarpa oriental, donde su profundidad es menor. Al oeste de Tate, la profundidad del lecho rocoso es de 50 a 200 mt., mientras que a 6 Km. al sur de Tate, en hacienda Santa Margarita, ha sido hallado la mayor profundidad detectada; 850 metros. Más al sur, los bloques secundarios sepultados por el graben están cubiertos por una secuencia sedimentaria de una potencia de 50 a 400 m. En el tramo Ocucaje la profundidad del lecho rocoso es de unos 50 a 180 m. La Geología local de la zona de estudio está constituida principalmente por depósitos cuaternarios. 24 4.1.4.1 Geomorfología Local La región de Ica por encontrarse en la vertiente del Pacifico, comprende un territorio que cubre la faja costanera y parte de la región cordillerana, donde se han desarrollado unidades geomorfológicas sobresalientes, con una distribución discontinua y labradas en rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias. La geomorfología local donde se encuentra ubicada la región de Ica vendría hacer una planicie costera: Planicie Costera.- Es una superficie baja y ligeramente ondulada comprendida entre la cordillera de la costa y las estribaciones andinas constituyendo estructuralmente un graben, y rellenado parcialmente por sedimentos terciarios subhorizontales, acumulaciones aluviales y eólicas. Caracterizada por la presencia de amplias pampas, ocasionalmente las pampas están interrumpidas por lomadas de relieve suave, por quebradas y valles poco profundos. (ACOSTA, J ; RODRIGUEZ , I ; FLORES , A ; Y HUANACUNI, D - 2011) Figura 4.5: Geomorfología de la Región de Ica Fuente: (Memoria sobre la Geología Económica de la Región Ica, (2011) UBICACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO 25 CAPITULO V MATERIALES Y MÉTODOS 5.1..CRITERIOS PARA LA EVALUACIÓN ESTRUCTURAL DE LOS RESERVORIOS APOYADOS. Para la evaluación estructural de los reservorios apoyados, hemos seguido los siguientes criterios 5.1.1 CRITERIO ESTRUCTURAL Para su correcta elaboración estructural se tomara en cuenta los siguientes criterios estructurales:  Estudio de mecánica de suelos (método de corte directo).  Extracción de Núcleos Diamantina y ensayo de resistencia a la compresión para determinar el f´c del concreto armado.  Utilizando el programa SAP 2000 determinaremos el acero de refuerzo.  Por último se evaluara y comprobara las diferencias entre el plano estructural del expediente técnico y los resultados obtenidos del cálculo estructural 5.1.1.1 Los Elementos Estructurales que se Evaluaron son: A continuación detallamos conceptos básicos de los elementos estructurales que se evaluaron tomando en cuenta las referencias: Agüero, R.(2004).Guía para el Diseño y Construcción de Reservorios apoyados. CEPIS; Lima  Cúpula: Es una estructura que se apoya directamente sobre la viga anular. La cúpula se encarga de proteger contra la lluvia y sustancias extrañas (aves, excrementos de aves, hojas, etc.). No debe haber ninguna brecha entre las uniones del techo y las paredes laterales  Viga anular (anillo circular): Es un componente estructural que se encuentra sostenido sobre el muro o pared y le sirve de apoyo para la cúpula.  Pared o muro circular: Es un componente estructural que contiene el agua del reservorio. 26  Losa base: Son un tipo de cimentación superficial apoyada sobre el terreno la cual reparte el peso, las cargas y soporta todo el peso del agua.  Cimiento corrido: Es aquel elemento estructural de concreto armado la cual se emplean en muros sobre el suelo y sirve de apoyo para la estructura. 5.1.2 CRITERIO HIDRÁULICO 5.2.2.1 Volumen de almacenamiento: El volumen de agua de los reservorios cambia en función al tiempo, condiciones climatológicas y las diferentes costumbres de los habitantes. Según (Norma OS.030 – 2009 actualizada). El volumen total de almacenamiento estará conformado por el volumen de regulación, volumen contra incendio y volumen de reserva.  Volumen de Regulación Este volumen se calcula mediante el diagrama masa correspondiente a las variaciones horarias de la demanda. Si no se tiene presente o disponible esta información, se deberá adoptar como mínimo el 25% del promedio anual de la demanda como capacidad de regulación, siempre y cuando el suministro de la fuente de abastecimiento sea calculado para 24 horas de funcionamiento. En caso contrario deberá ser determinado en función al horario del suministro.  Volumen Contra Incendio En aquellos casos que se considere una demanda contra incendio, para el diseño se le asignara un volumen mínimo adicional de acuerdo a los siguientes criterios: - Para áreas destinadas a vivienda su volumen contra incendios será de 50 𝑚3. 27 - Para áreas destinadas a uso industrial o comercial se calculara utilizando el gráfico para aguas contra incendio de sólidos, considerando un volumen aparente de incendio de 3000 metros cúbicos y el coeficiente de apilamiento respectivo. Independientemente de este volumen los locales (Comerciales, Industriales y otros) deberán tener su propio volumen de almacenamiento de agua contra incendio.  Volumen de Reserva De ser el caso, deberá justificarse un volumen adicional de reserva. NOTA: La capacidad de volumen de los reservorios apoyados es: Reservorio de Alto Santamaría: 500 𝑚3 Reservorio de AA.HH Las Lomas(Subtanjalla) : 150 𝑚3 5.2..PROCEDIMIENTO Y METODOLOGÍA PARA LA EVALUACIÓN ESTRUCTURAL DE LOS RESERVORIOS APOYADOS. 5.2.1 DESCRIPCIÓN DEL RESERVORIO En la presente tabla 1 detallaremos las ubicaciones de los reservorios, así como la normativa que se utilizó para sus evaluaciones y las resistencias del concreto que nos indica los expedientes técnicos. Tabla 1: Descripción de los reservorios (expediente Técnico) RESERVORIOS : ALTO SANTAMARIA AA.HH Lomas UBICACIÓN DEL RESERVORIO : URBANIZACION ALTO SANTAMARIA AA.HH Lomas (Subtanjalla) FECHA DE EVALUACION : 10 DE MAYO DE 2019 10 DE MAYO DEL 2019 NORMAS UTILIZADAS EN EL ESTUDIO: NORMAS (E.020 , E.030 Y E.060), ACI 350 NORMAS (E.020 , E.030 Y E.060), ACI 350 RESISTENCIA DEL CONCRETO : F´c: 210 kg/𝑐𝑚2, (según expediente técnico) F´c: 210 kg/𝑐𝑚2, (según expediente técnico) 28 En la tabla 2 observamos se detalla las características de los expedientes técnicos de los reservorios estudiados que nos servirán para realizar los modelamientos de las propiedades de los materiales que se darán en el SAP 2000 Para la cúpula, anillo circular, muro circular y losa se tomará los valores obtenidos del ensayo de extracción de núcleos diamantina Tabla 2 : Características de los reservorios (expediente Técnico) RESERVORIOS : ALTO SANTAMARIA AA.HH (SUBTANJALLA) Resistencia del acero fy : 4200 kg/𝑐𝑚2 4200 kg/𝑐𝑚2 Peso unitario del concreto : 2400 kg/𝑚3 2400 kg/𝑚3 Peso unitario del agua : 1000 kg/𝑚3 1000 kg/𝑚3 Aceleración de la gravedad : 9.81 m/𝑠2 9.81 m/𝑠2 Capacidad portante del suelo : 1.25 kg / 𝑐𝑚2 1.26 kg / 𝑐𝑚2 Tipo de reservorio : Circular Apoyado Circular Apoyado Capacidad del reservorio : 500 𝑚3 150 𝑚3 5.2.2 PROCEDIMIENTO DEL ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS Para el estudio de la presente tesis se considera los siguientes ensayos 5.2.2.1.Análisis Granulométrico: Un análisis granulométrico tiene como fin determinar la distribución del tamaño de los elementos que componen una muestra de suelo. La distribución del tamaño de las partículas es la representación, en forma de tablas, números o gráficos, de los resultados obtenidos experimentalmente. (Fuente:Detloff,T.(2007).Granulometría.Wikipedia.URL:https:// es.wikipedia.org/wiki/Granulometría) 5.2.2.2.Peso Volumétrico: Por medio de este Ensayo es posible la obtención de un dato teórico del peso específico relativo, peso volumétrico en un molde la cual ayudará a obtener en un futuro materiales ideales para utilizarse en construcción. Fuente: Paredes, J. (2017), Ensayo peso volumétrico, Universidad Nacional San Marcos, Perú https://es.wikipedia.org/wiki/Clasificaci%C3%B3n_granulom%C3%A9trica https://es.wikipedia.org/wiki/Granulometr%C3%ADa https://es.wikipedia.org/wiki/Granulometr%C3%ADa https://proyectosdeinversion-nassirsapagchain-2edicion.academia.edu/JonatanEdgardoParedesTenorio https://proyectosdeinversion-nassirsapagchain-2edicion.academia.edu/JonatanEdgardoParedesTenorio 29 5.2.2.3.Contenido de Humedad. El contenido de humedad es la relación que existe entre el peso de agua contenida en la muestra en estado natural y el peso de la muestra después de ser secada en el horno a una temperatura entre los 105°-110° C. Se expresa en porcentaje, puede variar desde cero cuando está perfectamente seco hasta un máximo determinado que no necesariamente es el 100%. La importancia del contenido de agua que presenta un suelo representa, una de las características más importantes para explicar el comportamiento de este, por ejemplo cambios de volumen, cohesión, estabilidad mecánica. Fuente: Caballero, M. (2013), Contenido de Humedad, Perú 5.2.2.4.Clasificación del Suelo La clasificación de suelos es una categorización de tierras basada en características distintivas y en criterios de uso. 5.2.2.5 Ensayo de Corte Directo Es un ensayo que se hace en "in situ" y se lleva a cabo para efectuar la inspección geotécnica de un terreno. El objetivo de ensayos de corte "in situ" es la determinación de la resistencia al corte de diaclasas o planos de debilidad de macizos rocosos. En el caso de suelos o rocas blandas, puede ocurrir que la carga vertical esté relativamente próxima al valor límite de hundimiento. Fuente: ASTM D 3080 5.2.2.6 Cálculo de la Capacidad de Carga (Según Teoría de bell /terzaghi).  Teoría de Bell Es un método:  Simple y Conservador  Ampliado y modificado por Terzaghi  Actualmente no se usa https://es.wikipedia.org/wiki/Suelo https://es.wikipedia.org/wiki/Ensayos_%22in_situ%22 https://es.wikipedia.org/wiki/Reconocimiento_geot%C3%A9cnico https://es.wikipedia.org/wiki/Diaclasa https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Macizo_rocoso&action=edit&redlink=1 https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Macizo_rocoso&action=edit&redlink=1 30  Didáctico  Teoría de Terzaghi Es un método:  Terzaghi propuso el mecanismo de falla para un cimiento superficial de longitud infinita normal al plano de papel  Es un método muy utilizado para la determinación de la capacidad de carga 5.2.2.7.Excavación de Calicatas En cada calicata se realizó la inspección visual y el registro de excavación Fuente: Norma ASTM D-488 5.2.2.8.Ensayo con Penetrometro Dinámico Ligero de Punta Cónica (DPL) Con la finalidad de conocer la resistencia cortante in situ del suelo de fundación se efectuaron ensayos de penetración ligera (DPL), el cual se rige bajo la norma NTP 339.159 - DIN 4094. Se realizaron 02 sondajes (DPL), los cuales fueron denominados “Ensayos de penetración dinámica”, alcanzando profundidades de 3.00 m. Tabla 3: Resumen de los ensayos de penetración ligera (DPL) y parámetros estimados (FUENTE: estudio de suelos) 5.2.2.9 Ensayos de Laboratorio Se realizaron los trabajos de campo, conforme a las normas vigentes. En el laboratorio de Mecánica de suelos de la facultad de Ingeniería Civil, se seleccionaron las muestras típicas, se verifico la clasificación visual de las muestras y se procedió a ejecutar con ellas los ensayos (de laboratorio) ZONA NOMBRE DE RESERVORIO TIPO DE SUELO Cota de Fundación (m) N (DPL) N (SPT) ø 1 RESERVORIO ALTO SANTA MARIA SP 2.00 14 13 30.7 2 RESERVORIO LAS LOMAS SP 1.50 12 11 30.3 31 Primer estrato: Entre la profundidad de 0.00 a 1.20, en promedio encontramos una Arena ligeramente Limosa (SM-SP), de color beige claro, con presencia de restos orgánicos. Se trata de rellenos de Arenas limosas, estado poco húmedo. El estado de estos suelos es de poco denso. Debido a que se trata de un material con presencia de raíces y restos orgánicos, no se recomienda cimentar en este estrato. Segundo Estrato: Subyacente a este estrato, de 1.20 a 3.00 m., el perfil del terreno se encuentra constituida por Arenas de grano fino y redondeado, se tratan de Arenas pobremente graduadas (SP) de grano fino a medio y redondeado, baja humedad (depósitos cuaternarios eólicos de naturaleza predominantemente granular) Tabla.4: Resumen de los resultados de los ensayos estándar (FUENTE: Estudio de suelos) 5.2.2.10 Ensayos de Corte Directo Tabla 5: Resumen de ensayos de Corte directo (FUENTE: Estudio de suelos)  Nivel de la Napa Freática El nivel de la Napa Freática fluctúa a profundidades de 60 y 80 metros, de acuerdo a los datos existentes en la zona. 32  Asentamiento Admisible El asentamiento diferencial Admisible, resulta igual a 2.54 cm., de acuerdo a los asentamiento permisibles que señala la Norma E.050, en el que indica un valor de distorsión angular equivalente a 0.002. Asimismo el valor indicado es compatible con los cuadros Nº 1, Nº 2, Nº 3, y 4; Fuente: Bjerrum (1963), Sowers (1962) y Meyerhof (1977). Tabla 6: Criterio de Peligrosidad respecto a la distorsión angular (FUENTE: Wahls 1981) 33 Tabla 7: Asentamiento Admisible (FUENTE: Sowers, 1962) Grafica 1: Criterio de daños en estructuras (FUENTE: Bjerrum, 1963) 34 Grafica 2: Asentamientos de Estructuras Cimentadas sobre Arena (FUENTE: Bjerrum, 1963)  Capacidad de Carga por Asentamiento Se realizaron los cálculos considerando una cota de fundación de Df = 200 cm para el reservorio de alto Santamaría y para AA.HH Las Lomas una cota de Df = 150 cm.; así como un espesor importante del estrato de suelo bajo la zona de cimentación activa. Teniendo en cuenta que el Nivel Freático se encuentra a una profundidad mayor a 60.00 m. y considerando un asentamiento diferencial permisible de 2.54 cm.  Análisis para Cimientos Circulares La edificación a cimentar, de acuerdo a los datos proporcionados, se trata de una estructura de concreto armado para uso de reservorio, el cual se considera apoyado sobre una platea circular, para el presente análisis. En este sentido, la estructura considerada ejerce una carga de 960 Tn para el reservorio del Alto Santamaría y 1190 Tn para AA.HH Las Lomas (de acuerdo al metrado de cargas preliminar) entonces para no exceder el valor de “qa” se requiere una platea circular de diámetro mayor a: B = 10.60 m. como mínimo, reemplazando estos datos en la ecuación dadas por (Fuente: K. Terzaghi y R. Peck) se obtiene: 𝑞𝑎𝑑𝑚 = (0.0864𝑁𝑐𝑜𝑟𝑟 − 0.108)(𝐷 + 0.30)2 ∗ 𝑓𝑒 ∗ 𝑓𝑁𝐹 ∗ 𝑓𝛿 ∗ 𝑓𝐷𝑓 𝐷 35 Donde: qadm = Presión Admisible por Asentamiento N = Numero de golpes equivalente al ensayo estándar de .penetración Ncorr = 13 correspondiente al Promedio ponderado. FE = factor de corrección por espesor de Estrato fNF = factor de corrección debido al Nivel freático f Df = factor de corrección por profundidad de la cimentación. f = factor de corrección por asentamiento admisible Los factores de corrección: FE, fNf, fDf, f; que se exponen en la memoria de cálculo, fueron obtenidos: a) Factor de Corrección por Espesor del Estrato 𝑓𝑒 = 𝑓 𝐸 𝐷𝑓 b) Factor de Corrección de la Napa Freática 𝑓𝑁𝑓 = (𝑐𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑁. 𝐹 𝑛𝑜 𝑒𝑥𝑖𝑠𝑡𝑒) 𝑓𝑁𝑓 = 0.50 + 0.25 ( 𝑁𝐹 − 𝐷𝐹 𝐵 )𝑜 0.50 ≤ 𝑁𝑓 ≤ 1 c) Factor de Corrección por cota de Fundación Cuando: 𝐷𝑓 𝐵 < 0.50 𝑓𝐷𝑓 = 1 d) Factor de Corrección por Asentamiento Admisible 𝑓𝛿 = 𝛿 𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 2.5 𝑐𝑚 36 Asimismo verificamos esta Presión Admisible por Asentamiento, empleando los mismos datos, y reemplazando estos datos en la ecuación dadas por (Fuente: Meyerhof, 1965): qadm = 7.99 Ncor( 3.28 D + 1 3.28 D )2 Además, reemplazando estos datos en la ecuación dadas por (Fuente: Bowles, 1977) qadm = 7.99 Ncor( 3.28 D + 1 3.28 D )2 + Fd ( Se 25.4 ) B = Diámetro de la platea en metros  Capacidad de Carga por Corte De acuerdo a los resultados obtenidos de los ensayos realizados, encontramos los siguientes datos para determinar la resistencia admisible del terreno en estudio: Tabla 8: capacidad de carga por corte (FUENTE: .Estudio de suelos) En base a la correlación con los resultados del ensayo de penetración dinámica obtenidos y empleando las expresiones siguientes obtenemos el ángulo de fricción valido para el presente proyecto, lo cual es compatible con el ensayo de corte Directo realizado.  = 27.1 + 0.3 N corr – 0.00054 N2 corr (Fuente : Peck, Hanson y Thornburn,1974)  = (20 N corregido)1/2 + 20 (Fuente: hanataka y Uchida,1996) 33.133.01  B Df Fd 37  Análisis para cimientos circulares Al analizar la estructura, apoyadas sobre plateas de área de apoyo circular, para el presente análisis. Estos ejercen aproximadamente una carga total de 780 Tn., entonces para no exceder el valor de “𝑄𝑎𝑑𝑚” se necesita una platea circular de radio mayor a R = 3.00 m. (de diámetro como mínimo); reemplazando en la ecuación () se obtiene, de acuerdo a las ecuaciones de capacidad de carga del suelo bajo plateas circulares Fuente: K. Terzaghi y R. Peck: Qd = 1.2CNc Sc bc ic +  Df Nq Sq bq iq + 0.6 RN S b i Donde: qu = capacidad última de carga qad = capacidad admisible de carga Fs = factor de seguridad = 3  = peso unitario del suelo (ton/m3) Df = profundidad de cimentación Nc, N , Nq = parámetros de capacidad portante en función de Sc, S, Sq = factores de forma (Fuente : Vesic, 1973). Para cimentaciones circulares se emplean los siguientes factores de forma en () : )(1 Nc Nq Sc  tgSq 1            1953)Kerisel,y(Caquot )1(2 ) 2 45( )1(cot 2 NqtgN tgeNq NqgcN tg     38 60.0S Para cargas inclinadas se deben utilizar los siguientes factores de inclinación en la ecuación (): ) 1 ( NcTg iq iqic   Para   0º n BLCQ P iq         cos 1 1 cot 1          n BLCQ P i   En general no se recomienda utilizar cimentaciones con base inclinada. Donde estas sean necesarios, los siguientes factores deben ser aplicados a la ecuación (): 2)1(  Tgbbq     tg 1 Nc b bbc   Para   0º 5.2.3 EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO. (f´C). Para evaluar la resistencia del concreto. (f´C) se procedió a realizar un ensayo de extracción de testigos de diamantina de cada reservorio y luego se hizo un ensayo de compresión de estos testigos para determinar la resistencia del concreto, debemos tomar en cuenta lo siguientes recomendaciones y conceptos. 5.2.3.1.Extracción de Núcleos Diamantinas y Ensayo de Resistencia a la Compresión. Para evaluar la resistencia del concreto en una estructura, en especial cuando la resistencia de los cilindros normalizados, 39 modelados al pie de obra es baja, se recomienda extraer probetas, (también llamados corazones) del concreto endurecido. Eventualmente, este procedimiento puede emplearse en diferentes casos, por ejemplo. Cuando han ocurrido anomalías en el desarrollo de la construcción, fallas de curado, aplicación temprana de cargas, incendio, estructuras antiguas, o no se cuenta con registros de resistencia o para la evaluación de reservorios. Los testigos cilíndricos para ensayos de compresión se extraen con un equipo sonda provista de brocas diamantadas, cuando el concreto ha adquirido suficiente resistencia para que durante el corte no se pierda la adherencia entre el agregado y la pasta. En todos los casos, el concreto deberá tener por lo menos 14 días de colocado. Deben tomarse tres especímenes por cada resultado de resistencia que este por debajo de la resistencia a la compresión especificada del concreto (F´C).  Extracción de Núcleos de Diamantina y Ensayo de Resistencia a la Compresión. (Según: NTP 339.059:2011) Para la evaluación de la resistencia del concreto en una estructura, cuando la resistencia de los cilindros normalizados, modelados al pie de obra es baja, se recomienda extraer probetas, (también llamados corazones) del concreto endurecido. Este ensayo se aplicara cuando: - Cuando ocurren irregularidades en el desarrollo de la construcción - Fallas del curado - Incendio en la estructura - Estructuras Antiguas - No se tiene registros de resistencias  Normas Nacionales e Internacionales para la Realización del Ensayo 40 NTP 339.059:2011 (Nacional): Este Norma Técnica Peruana establece normas y parámetros de cómo se obtiene y prepara el ensayo de corazones diamantino de concreto por longitud o resistencia a la compresión o determinaciones de resistencia a la tracción por compresión. ASTM C42 (Internacional) : Esta norma internacional nos da a conocer que Las muestras de concreto endurecido se debe utilizar en la preparación de los especímenes para el ensayo de resistencia no se debe de tomar en cuenta hasta que el concreto se encuentre endurecido de manera que al retirar la muestra no se afecte. Las muestras de concreto defectuoso o dañado, que no pueden ser ensayadas, deben ser reportadas indicando la razón que las inhabilita para usarse en preparación de especímenes para el ensayo de resistencia. Norma Mexicana NMX C-169-1997 (Internacional): La presente Norma Mexicana dispone de procedimiento para la obtención, preparación y prueba de corazones extraídos de concreto endurecido; para determinar los espesores de su resistencia a la compresión simple y de su resistencia a la tensión por compresión diametral así como también de las vigas cortadas en concreto endurecido, para determinar la resistencia a la tensión por flexión.  Materiales que se Utilizan para la Extracción de Núcleos de Diamantina Brocas diamantinas, testigos cilíndricos, calibrador o vernier de 0.5 mm de precisión, bomba de agua inyectora. 41 Figura 5.1: taladro de diamantina Fuente: (Propia – 2019) Figura 5.2: Materiales que se utilizan para la extracción Fuente: (Propia – 2019)  Recomendaciones para el Procedimiento del Ensayo (según: NTP 339.059:2011) - Los testigos cilíndricos para ensayos de compresión se extraerán con un equipo especializado de sonda provista de brocas diamantadas, el concreto deberá tener por lo menos 14 días de colocado. - Se tomará tres especímenes para analizar el F´C. 42 - La extracción se realizara en forma perpendicular a la superficie, cuidando que en la zona no existan juntas, ni se encuentren próximas a los bordes. - Se descartaran los testigos cilíndricos dañados o defectuosos. - los corazones deban secarse en temperaturas normales durante 7 días antes de probarse. Si el concreto de la estructura va a estar superficialmente húmedo en las condiciones de servicio, los corazones se sumergirán en agua por lo menos durante 48 horas antes de rotura. Geometría de los especímenes: Diámetro: - El diámetro de los testigos será por lo menos tres veces mayor que el tamaño máximo del agregado grueso usado en el concreto. - La resistencia a compresión de un espécimen con diámetro nominal de 2 pulg. (50 mm) es conocido para ser algo bajo y más variable que aquellos especímenes con diámetro nominal de 4 pulg. (100 mm). Longitud: - La longitud del espécimen deberá ser tal que, cuando esté refrendado, sea prácticamente el doble de su diámetro o esté entre 1.9 y 2.1 veces el diámetro. - Especímenes con relación longitud-diámetro igual o menor que 2 requiere de un factor de corrección para la medida de la resistencia. - No deberán utilizarse testigos cuya longitud antes del refrendado sea menor que el 95% de su diámetro. Preparación, curado y refrendado: - Después de que los especímenes han sido taladrados, se limpia la superficie con agua y permitir que la humedad superficial se evapore. Colocar los especímenes en bolsas plásticas o recipientes no absorbentes y sellados para prevenir la pérdida de humedad. 43 - Los testigos deben de tener sus caras planas, paralelas entre ellas y perpendiculares al eje del espécimen, las protuberancias o irregularidades de las caras de ensayo 30 deberán ser eliminadas mediante aserrado cuando sobrepasen los 5 mm. - El A.C.I. recomienda que, si el concreto de la estructura va a estar seco durante las condiciones de servicio, los corazones deberán sacarse al aire (temperatura entre 15 y 30 °C, humedad relativa menor del 60%), durante 7 días antes de la prueba, y deberán probarse secos. - Antes del ensayo a compresión, el espécimen deberá ser refrendado en ambas caras, de manera que se obtenga superficies adecuadas, con el fin de conseguir una distribución uniforme de la carga, generalmente los cilindros se tapan (refrendan) con mortero de azufre (ASTM C 617) o con tapas de almohadillas de neopreno (ASTM C 1231).  Interpretación de los Resultados Si la relación L/D del espécimen es 2.00 o menor, corregir los resultados obtenidos por multiplicación con el apropiado factor de corrección mostrado en la siguiente tabla Tabla 9: Relación L/D corrección (fuente: NTP 339.059: 2011) Usar interpolación para determinar los factores de corrección para valores L/D no indicados en la tabla  Evaluación de los Resultados (Según el ACI 318), el concreto de la zona representada por las pruebas de corazones, se considera estructuralmente adecuada si el promedio de los tres corazones es por lo menos igual al 85% de la resistencia especificada (f'c) y ningún corazón tiene una resistencia menor del 75% de la resistencia especificada (f'c). A 44 fin de comprobar la precisión de las pruebas, se pueden volver a probar zonas representativas de resistencias erráticas de los corazones. 5.2.4 EVALUACIÓN DEL ACERO ESTRUCTURAL Posteriormente al desarrollo del ensayo de Extracción de Núcleos Diamantina y ensayo de resistencia a la compresión se procede a la elaboración del cálculo del acero estructural, por ello se realiza una modelación estructural en el programa SAP 2000, para el cálculo de momentos y esfuerzos que afectan a la estructura luego se hace la evaluación del cálculo de acero estructural. Por ultimo realizamos una comparación de resultados con los planos estructurales del expediente. Para realizar el presente análisis tomaremos en cuenta los siguientes puntos: 5.2.4.1.Cálculo Del Acero Estructural para Elementos Sometidos a Tracción Para realizar el cálculo del acero estructural será necesario tener en cuenta las siguientes formulas: As = 𝐹 Ø Fy Ø = 0.9, Es el coeficiente que se recomienda para reservorios o tanques sometidos a tracción según (la sección 9.3.2 del código ACI 318-05) As = 𝐹𝑟 Ø Fy Ø = 1 1.65 = 0.61, es el coeficiente que se recomiende para la tracción en el diseño de reservorios (Fuente: Comisión Nacional del Agua Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento, Diseño Estructural de Recipientes diciembre de 2007). 45 Según el código ACI 318s-14 recomienda un esfuerzo mínimo igual: As = 0.8 √𝑓𝑐 𝑓𝑦 *b*d y As = 14.1 𝑓𝑦 ∗ b*d, se Toma el mayor valor. Para realizar el cálculo del acero mínimo de elementos de sección rectangular con refuerzos en tracción que son sometidos a flexión. - Espaciamiento del acero anular (s) 𝑆 = Av ∗ 100 𝐴𝑆 5.2.4.2.Cálculo del Acero por el Método del Estado Elástico Agrietado Según Tesis: Corzo, L. (2011). “procedimiento de diseño estructural de un reservorio circular apoyado de concreto armado cumpliendo