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CAPÍTULO
I - 6
CRITERIOS
DE DISEÑO ESTRUCTURAL
TABLA
DE CONTENIDO
CRITERIOS DE DISEÑO ESTRUCTURAL....................................................................................
2
1.1 ALCANCE..........................................................................................................................
2
1.2 GENERAL..........................................................................................................................
2
1.3 MATERIALES – REQUERIMIENTOS MÍNIMOS.....................................................................
3
1.4 CARGAS DE DISEÑO.........................................................................................................
5
1.5 EDIFICIOS.........................................................................................................................
8
1.6 TANQUES Y DEPÓSITOS.................................................................................................
10
1.7 DISPOSICIONES GENERALES.........................................................................................
13
1.8 ESTRUCTURAS ESPECIALES..........................................................................................
14
1.9 PRODUCTOS A INCLUIR EN EL PROYECTO EJECUTIVO.................................................. 15
CAPÍTULO
I - 6
Este Capítulo cubre los criterios de diseño
aplicables a todo el trabajo de diseño estructural relacionado con este Proyecto,
incluyendo el diseño de las cimentaciones.
Para la vida útil de las estructuras
referirse al Apéndice 2, Capitulo I - 2.
Las construcciones que componen la PTAR
pertenecen al Grupo A, de acuerdo con la clasificación del Reglamento de Construcciones
para el Distrito Federal y sus Normas Técnicas Complementarias; así como, del Manual de
Obras Civiles de la Comisión Federal de Electricidad, y del Manual de Diseño de Agua
Potable, Alcantarillado y Saneamiento (MAPAS) de la CONAGUA. Las estructuras del Grupo A
son aquellas cuya falla pueden causar peligro significativo, así como, aquellas que
contienen sustancias contaminantes que puedan causar daño en la salud de la población si
se presenta una falla.
El CONTRATISTA está
obligado a considerar todo lo necesario para la correcta y completa ejecución del diseño
estructural, pues “Será el único responsable” del mismo.
El CONTRATISTA
realizará y entregará los planos estructurales completos de cada estructura para
requisitos de firmas y sellos para los planos y especificaciones referirse al Apéndice 2,
Capitulo I - 2. Todos los planos estructurales contendrán como mínimo: plantas,
elevaciones, secciones transversales, cortes y detalles, cantidades de obra, notas
generales, notas de concreto o acero según sea el caso, croquis de localización, croquis
de ubicación, escala de los dibujos, tabla de dobleces de varillas y tabla de longitudes
de anclaje, así como los datos básicos de diseño tal como capacidad de carga del
terreno y carga viva utilizada.
El CONTRATISTA deberá
cumplir con los requisitos de construcción, instalaciones y control de calidad.
El CONTRATISTA
realizará los cálculos estructurales detallados de todas las estructuras que formarán
parte de la PTAR. Antes de comenzar con el diseño estructural detallado, se deberá
justificar los sistemas de cimentaciones y que éstos cuenten con la NO OBJECIÓN emitida
por la CONAGUA. Toda la memoria de cálculo se realizará en forma clara y detallada, de
tal forma que cualquier Ingeniero Estructural pueda dar seguimiento al trabajo, sin
necesidad de explicación verbal. Todas las suposiciones, cargas, alternativas,
selecciones y revisiones serán claramente documentadas. Si se utilizan programas de
cómputo, se deberá describir el programa, la nomenclatura y la convención de signos
utilizada.
El CONTRATISTA tiene la
obligación de aclarar todos los trabajos estructurales (planos, memorias, estudios, etc.)
ajustarlos y revisarlos, siempre que existan dudas y/o problemas y estos sean consecuencia
de la presente LICITACIÓN. Los trabajos estructurales serán definitivos y serán
realizados cuando la CONAGUA emita su NO OBJECIÓN.
Para los requisitos de
firmas y sellos por el Ingeniero Profesional referirse al Apéndice 2, Capitulo I - 2.
Todos los edificios y estructuras serán
diseñados y construidos, como mínimo, de acuerdo al Reglamento de Construcciones del
estado de Hidalgo y al Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal, y cuando
aplique, de acuerdo con los demás normas y códigos a que se hace referencia en este
documento. Para todos los edificios y estructuras, se incorporarán los diseños donde se
muestre completamente la trayectoria de la transmisión de todas las cargas al suelo de
cimentación.
Todas las cimentaciones se diseñarán y
construirán de acuerdo con las recomendaciones del Informe Geotécnico para el Diseño,
que será preparado por el CONTRATISTA, en correspondencia con lo especificado en el
Apéndice 2, Capítulo I - 4 de los presentes DOCUMENTOS DE LICITACIÓN. Si se proponen
cimentaciones poco profundas, los detalles de la investigación geotécnica realizada por
el CONTRATISTA, junto con los cálculos de apoyo referentes al mejoramiento del terreno en
el sitio, capacidad de carga admisible, profundidad de cimentaciones, consideraciones
sísmicas, influencia de suelos expansivos (en caso
de existir), y asentamientos diferenciales; deberán ser completados antes de iniciar el
diseño detallado. El espesor de las pilas de acero, si son utilizadas, deberá incorporar
una tolerancia por corrosión como mínimo de 1/16” (1.6 mm), con base al estudio de
agresividad del suelo. El diseño estructural de cimentaciones profundas estará basado en
los lineamientos aplicables del Reglamento de Construcciones del estado de Hidalgo, al
Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal y del AISC, ACI y PCI; así como, de
las prácticas típicas de la industria. No deberán utilizarse pilas de madera.
1.3.1
Concreto
El acero de refuerzo típico será del tipo
ASTM A615 Grado 60, con una resistencia de fy = 4200 Kg./cm2 (60,000 psi). El
acero de refuerzo que vaya a soldarse o utilizarse para resistir momentos sísmicos será
ASTM A706, Grado 60, fy = 4200 Kg/cm2
(60,000 psi). La malla electrosoldada será ASTM A185, Grado 60, fy = 6000 Kg/cm2.
Para el diseño de edificios se utilizará como
mínimo una resistencia a la compresión del concreto de 250 Kg/cm2 (3500 psi).
La resistencia a la compresión del concreto de todos los elementos de los tanques y
depósitos y otras estructuras que contengan líquidos, será como mínimo de 350 Kg/cm2
(5000 psi).
El cemento para los tanques y depósitos será
ASTM C150, de tipo CPO 30 RS (tipo II), con contenido de C3A menor del 8%, a
menos que la concentración de sulfatos de los líquidos contenidos en los tanques y
depósitos o en los suelos, se defina como severa o muy severa de acuerdo al ACI 318, en
cuyo caso, el cemento será ASTM C150 tipo CPP RS (tipo V). El concreto para los tanques y
depósitos tendrá una relación agua-cemento en peso igual o menor a 0.42 y deberá
cumplir las recomendaciones que se indican en el MAPAS, ACI-350 y ACI-301.
A todo el concreto de los tanques y depósitos
se le adicionará impermeabilizante integral, con la dosificación que indique el
fabricante del producto y de acuerdo con las recomendaciones del ACI-212.
Todos los agregados para el concreto serán
como se indica en la norma ASTM C33. El agregado fino será arena natural limpia. El
agregado grueso será piedra triturada o grava lavada. Se deberá demostrar que los
agregados son no reactivos, de acuerdo con el apéndice XI de la norma ASTM C33.
El agua empleada en el mezclado del concreto
deberá ser limpia y estar libre de cantidades perjudiciales de aceites, ácidos, sales,
iones cloruros, materia orgánica u otra sustancia que pueda ser nociva al concreto o al
acero de refuerzo y deberá cumplir con la norma NMX C 283-1981.
Los aditivos aceleradores o retardadores de
fraguado del concreto podrán ser usados en la obra cuando se requiera controlar el tiempo
de fraguado y mejorar la trabajabilidad del concreto, de acuerdo a la normativa ASTM C494.
El uso de cualquier aditivo al concreto estará
de acuerdo con el ACI 212-3.R, Aditivos para Concreto.
1.3.2
Acero estructural
El acero estructural será del tipo ASTM A36
mínimo, de fy = 2530 Kg/cm2, excepto el de los perfiles de pared delgada
formados en frío que serán de tipo ASTM A500, con un fy = 3200 Kg/cm2. En el
caso de tubos de acero se utilizará como mínimo acero tipo ASTM A53, Grado B con un fy =
2450 Kg/cm2. Todos los materiales utilizados para acero tipo estructural serán
nuevos y de primera calidad. El acero estructural deberá tener un recubrimiento epóxido.
1.3.3
Metales misceláneos
Los pernos de anclaje o las anclas de
expansión de acero al carbón serán utilizados, únicamente, en áreas secas de
interiores. Anclas o anclas de expansión que se localicen en exteriores, en zonas que no
sean corrosivas, y las anclas de columnas metálicas no estructurales deberán estar
galvanizadas (no con recubrimiento de zinc). Las anclas o anclas de expansión que vayan a
estar en zonas enterradas, con agua intermitente o de salpicadura y en zonas sumergidas
serán de acero inoxidable.
El tipo de material de acero inoxidable a
utilizarse será de acuerdo al ambiente en el cual se vaya a instalar; por lo menos
316SST.
Las rejillas de piso serán de aluminio en
todas las áreas excepto en zonas que puedan llegar a estar expuestas a productos
químicos, donde deberán de ser de fibra de vidrio. Las rejillas se diseñarán para una
carga viva minima de 750 Kg/m2 (150 psf) y no podrán tener una deformación
mayor de 6.3 mm (1/4”) para una carga viva uniforme de 500 Kg/m2 (100 psf)
en la posición más desfavorable o una carga concentrada de 140 Kg (300 libras) en el
centro del claro. Las rejillas se diseñarán de acuerdo con las Normas de la National
Association of Architectural Metal Manufacturers (NAAMM). El esfuerzo permisible a
flexión estará limitado a 1250 Kg/cm2 (18,000 psi) para acero y 850 Kg/cm2
(12,000 psi) en el caso de aluminio.
Los barandales serán de aluminio, excepto en
zonas húmedas, expuestas a salpicaduras de agua, o en zonas que puedan llegar a estar
expuestas a productos químicos donde serán de aluminio o de fibra de vidrio. Se
diseñarán con las siguientes cargas:
-
Una carga concentrada de 90Kg (200 libras) en
la posición más desfavorable.
-
Carga uniforme lineal horizontal de 75Kg/m (50
lb/ft) aplicada concurrentemente con una carga uniforme lineal de 150 Kg/m (100 lb/ft)
vertical
Los pasamanos, las escaleras marinas, las
jaulas de protección y descansos se harán de acuerdo a los requerimientos establecidos
por la Secretaría del Trabajo y Previsión Social y, en los aspectos no abordados o como
complemento, los del Reglamento de la Occupational Safety and Health Administration
(OSHA). Las plataformas y escaleras se diseñarán para las cargas que indican los
reglamentos aplicables.
Los elementos misceláneos serán de las
siguientes características:
·
Pasamanos – de acero galvanizado tipo ASTM
A210 o A53, o de aluminio tipo ASTM B429 con acabado anodizado, o de plástico reforzado
con fibra de vidrio (FRP).
·
Escaleras marinas – de acero galvanizado
tipo ASTM A36 de un espesor mínimo de 6.3 mm (1/4”) o de aluminio tipo ASTM B211, o
de plástico reforzado con fibra de vidrio (FRP), dependiendo del tipo de exposición a
que van a estar sujetas
·
Placas de soporte – de acero galvanizado
tipo ASTM A36 o de aluminio tipo ASTM B209.
·
Escaleras – Para las escaleras exteriores,
los largueros y escalones de acero serán de
acero galvanizado o de barras con rejillas de aluminio soldadas, dentadas y con nariz
recortad, también será aceptable el uso de vigas, placas, elementos y escalones de fibra
de vidrio. En escaleras cortas las huellas pueden construirse de concreto colado en sitio.
Las cargas de diseño para todas las
estructuras deberán determinarse conforme a los criterios especificados en este
documento, a menos que los reglamentos y normas aplicables a nivel local o nacional del
Gobierno Mexicano requieran condiciones de diseño más severas.
1.4.1
Cargas Vivas
Las cargas vivas serán las que se marcan en
los diferentes Reglamentos y Normas ya mencionados, y pueden ser las que se enumeran a
continuación de manera enunciativa más no limitativa: cargas vivas uniformes y las
cargas vivas del equipo. Las cargas vivas uniformemente repartidas, deberán ser cargas
unitarias móviles y transitorias, tales como: grupos de personas, equipos y herramientas
portátiles, entarimado y equipos pequeños; o partes que pueden moverse o colocarse sobre
pisos durante las operaciones de mantenimiento.
Las siguientes cargas vivas mínimas se deben
considerar en el análisis y diseño estructural de las diversas estructuras de la planta,
y será obligación del CONTRATISTA verificar que no sean menores a las especificadas en
las diferentes Normas y Reglamentos mencionados:
·
La carga viva en oficinas, pasillos,
plataformas y escaleras será de 490 Kg/m².
·
Los pisos de talleres, garajes, cuartos de
proceso y bombeo, edificios auxiliares y cuartos de equipamiento, se diseñarán para una
carga mínima de 750 Kg/m². En losas de cuartos para equipo pesado que puedan desarmarse,
o cubiertas que soporten equipos de bombeo, se considerará una carga viva de 1500 Kg/m²,
o una carga concentrada de 900 Kg, en la posición más desfavorable. Las losas sujetas a
carga vehicular se diseñarán para una carga HS-20-44 de la AASHTO o su equivalente
IMT-20.5 de la Normativa para la Infraestructura del Transporte de la SCT.
·
En tanques enterrados, la carga viva en la losa
de cubierta no será menor de 490 Kg/m², además del recubrimiento de tierra. Para
calcular el peso del material de relleno sobre la cubierta se considerará un espesor y
peso del material de acuerdo al Informe de Geotecnia.
·
Todas las áreas con cubiertas serán
diseñadas para una carga viva de 100 Kg/m² de
proyección horizontal, como mínimo, de acuerdo al Reglamento de Construcciones del
Distrito Federal.
·
En cuartos de control y equipo eléctrico, se
utilizará una carga viva de 1250 Kg/m²o la que recomiende el especialista.
·
En cuartos de almacenamiento de productos
químicos, las cargas serán las que indica el ACI-350 y el MAPAS, con un mínimo de 750
Kg/m².
·
No se permitirán reducciones en las cargas
vivas.
1.4.2
Cargas Muertas
Las cargas muertas estarán formadas por el
peso de la estructura y de todo el equipo de naturaleza permanente o semipermanente,
incluso tanques, silos, depósitos, tuberías, ductos, alumbrado y cableado; así como,
por el contenido de tanques, silos, depósitos y tolvas a su capacidad máxima total. Sin
embargo, dichos contenidos no deben considerarse como efectivos para resistir tendencias
de flotación.
Para otras cargas muertas, cargas variables y
accidentales, se utilizarán las recomendadas por el Reglamento de Construcciones del
estado de Hidalgo y el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal (RCDF), y sus
Normas Técnicas Complementarias correspondientes; así como el ACI-318, el ACI-350 y el
MAPAS. Para el caso de acciones debidas a maquinaria, la carga será de acuerdo al equipo
utilizado.
1.4.3
Cargas por viento y sismo
Para el análisis de sismo y viento se
utilizarán las recomendaciones contenidas en el Reglamento de Construcciones del estado
de Hidalgo y el Manual de Diseño de Obras Civiles de la Comisión Federal de Electricidad
en sus capítulos de Diseño por Sismo y Diseño por Viento, de acuerdo al sitio en donde
se localizará la planta y, en el caso específico de los tanques y depósitos, serán
aplicables las recomendaciones del capítulo Tanques y Depósitos del mismo Manual. Las
cargas sísmicas para depósitos serán con base, únicamente, en los niveles normales
máximos de operación del líquido.
Las cargas sísmicas hidrodinámicas del suelo
que rodea a estructuras enterradas, serán consideradas de acuerdo a las recomendaciones
del Informe de Geotecnia para el Diseño, que será elaborado por el CONTRATISTA.
1.4.4
Cargas de Impacto
Se considerarán las cargas de impacto y serán
sumadas a las demás cargas debidas a los componentes de las máquinas rotatorias o
reciprocantes, elevadores, grúas, malacates o cualquier otro equipo que genere fuerzas
dinámicas; así como, las vehiculares. A menos que el Reglamento de Construcciones del
estado de Hidalgo y el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal indiquen una
carga mayor, se considerarán las siguientes cargas de impacto:
En elevadores:
·
Se considerará el 100% del valor de la
capacidad de carga del elevador.
En grúas y malacates:
·
Se considerará una carga vertical igual al 25%
de la reacción estática máxima.
·
Se considerará una carga horizontal
transversal igual al 20% de la suma de la carga máxima, más el peso del malacate con el
carro.
·
Se considerará una carga horizontal
longitudinal igual al 10% de la suma de la capacidad máxima, el peso del malacate, el
carro y el puente.
En equipos rotatorios y reciprocantes se
considerará el 50% del peso total del equipo o cualquier otra recomendada por el
fabricante.
En plataformas colgantes se considerará el 33%
de la suma del piso, y cargas vivas y muertas de la plataforma.
En áreas diseñadas para cargas vehiculares se
considerarán las cargas HS20 de acuerdo con las normas AASHTO y con la Normativa para la
Infraestructura del Transporte de SCT.
1.4.5
Cargas hidrostáticas
internas
Las cargas de presión lateral de los líquidos
serán tratadas como cargas vivas con un factor de carga de 1.7 para el diseño del
concreto. Las cargas laterales del suelo sobre las paredes, no serán utilizadas para
resistir las cargas hidrodinámicas o hidrostáticas internas. Como mínimo, se
considerarán las siguientes condiciones para cargas hidrostáticas internas con todas las
combinaciones posibles de compartimientos llenos y vacíos:
·
Nivel de operación máximo del agua sin
considerar el sobre-esfuerzo permisible en la estructura: utilizar los factores de
durabilidad ambiental y todas las cargas aplicables, de acuerdo al ACI 350.
·
Nivel de inundación de emergencia del agua o
nivel superior del compartimiento: utilizar los factores de durabilidad ambiental y todas
las cargas aplicables, de acuerdo al ACI 350.
·
Nivel de operación máximo del agua más carga
sísmica.
1.4.6
Presión lateral del suelo
Los valores de presión activa solamente serán
utilizados para muros de retención aislados, libres de rotación y deformaciones en la
parte superior, y no se utilizarán para muros de tanques. A menos que las cargas
enunciadas previamente resulten mayores, se utilizarán las siguientes cargas:
·
Presión activa del terreno: de acuerdo con el
Informe Geotécnico para el Diseño, que será elaborado por el CONTRATISTA.
·
Presión pasiva del terreno: de acuerdo con el
Informe Geotécnico para el Diseño, que será elaborado por el CONTRATISTA.
·
Presión del suelo: para una sobrecarga HS20 de
600 mm (2 pies) de suelo adicional, donde sea aplicable; no deberá sumarse a la
sobrecarga de compactación.
Las estructuras para contención de líquidos
serán diseñadas con base en la suposición de que la estructura está vacía. Las
estructuras serán diseñadas para los siguientes casos de cargas:
·
Suelo con nivel freático normal más
sobrecarga HS20 o sobrecarga de compactación: utilizar ACI 318 factores de carga
aplicables a edificios, ACI 350 factores de durabilidad ambiental y carga aplicables para
estructuras de contención de líquidos.
·
Suelo con nivel freático máximo de diseño
más sobrecarga HS20 o sobrecarga de compactación: utilizar ACI 318 factores de carga
aplicables a edificios, ACI 350 factores de durabilidad ambiental y carga aplicables para
estructuras de contención de líquidos.
·
Suelo con nivel freático normal más
sobrecarga HS20 o sobrecarga de compactación más la carga sísmica: utilizar ACI 318
factores de carga aplicables.
El análisis y diseño estructural de todos
los elementos estructurales será utilizando las combinaciones de cargas de la
normatividad aplicable, incluyendo: las cargas muertas, cargas vivas, viento, actividad
sísmica, impacto, variación de temperatura, vibraciones, arranque y paro de grúas
viajeras, empuje hidrostático, etc. Se considerará la posición y combinación de cargas
que produzcan los mayores esfuerzos en cada uno de los elementos de las estructuras. Las
combinaciones y factores de carga serán de acuerdo al método de análisis y diseño que
se aplique. En todos los casos se debe verificar que las deformaciones de los elementos y
de la estructura, queden dentro de los valores permisibles de la normatividad aplicable.
Dentro del rubro de
los edificios se agruparán las
estructuras que fije el LICITANTE de acuerdo a su Propuesta y a los Criterios de Diseño
establecidos en el Apéndice 2, Capítulo I – 7 de los presentes DOCUMENTOS DE
LICITACIÓN.
El análisis y diseño de edificios se regirá
por el Reglamento de Construcciones del estado de Hidalgo y el Reglamento de
Construcciones del Distrito Federal y sus Normas Técnicas Complementarias y por el
Reglamento de Construcciones de Concreto Reforzado ACI-318. En caso de ser estructuras de
acero se usarán como referencia las normas del AISC (American Institute of Steel
Construction) y del Instituto Mexicano de Construcción de Acero (IMCA). En caso de que
los edificios estén expuestos a efectos del agua, humedad o a químicos agresivos,
adicionalmente se incluirán las recomendaciones del ACI 350.
En el análisis y diseño estructural se
tomarán en cuenta las cargas muertas, cargas vivas, cargas y acciones de equipos y cargas
accidentales de viento y sismo, que pueden presentarse en un momento dado, durante el
proceso constructivo o de operación.
Los elementos de concreto deberán tener como
mínimo los espesores indicados en ACI 318, Capítulo 9. Las deformaciones no deberán
exceder los valores indicados en ACI 318, Capítulo 9. Las deformaciones por cargas vivas
en los elementos de acero no excederán L/360 donde L es la longitud del claro. Las
deformaciones en soportes colgantes de equipamiento no excederán L/800 o lo que
recomiende el especialista correspondiente, en base al valor de la capacidad total.
Las vigas y grúas viajeras para levantar
equipos serán diseñadas de acuerdo a las especificaciones del AISC y del Crane
Manufacturers Association of America (CMAA). Las especificaciones aplicables de la CMAA
serán seleccionadas de acuerdo al tipo de equipo de elevación. Para el diseño de las
grúas viajeras se considerará además lo establecido por la American Society of Civil
Engineers (ASCE).
Las cargas sísmicas laterales o de viento
serán transferidas a la cimentación de acuerdo a como marca la normatividad
correspondiente. La torsión accidental, como se especifica en la normatividad, será
considerada para el diseño sísmico.
El diseño de la estructura se efectuará para
la combinación de esfuerzos más desfavorable, verificando que los espesores mínimos y
las deformaciones de los elementos que la componen, queden dentro de las tolerancias
especificadas en los Reglamentos, Especificaciones y las Normas aplicables.
El porcentaje de acero en estructuras de
concreto, así como, los recubrimientos, serán de acuerdo al Reglamento de Construcciones
del Estado de Hidalgo y al Reglamento de Construcciones del Distrito Federal y sus Normas
Técnicas Complementarias y el Reglamento ACI-318, el MAPAS y el ACI-350.
Para estructuras que albergan maquinaria y/o
elementos de apoyo de las mismas, se incluirá en el análisis los factores de carga por
vibración e impacto, así como, la verificación de los efectos de resonancia; dejándose
las preparaciones necesarias para su anclaje y reforzándose los elementos estructurales
sobre los que puedan descansar provisionalmente durante su instalación. Las estructuras
de edificios y componentes sujetos a impacto y/o vibración deberán cumplir con los
requisitos del ACI 350.
El diseño de los apoyos para equipos
dinámicos, incluyendo centrífugas, deberá tomar en cuenta las cargas dinámicas
producidas por el equipo, durante la operación normal y durante la puesta en marcha y
paro. Los apoyos serán diseñados para minimizar las vibraciones resonantes. Si la
frecuencia de resonancia de la estructura es 1.5 veces mayor que las frecuencias de
operación previstas del equipo, como práctica, los soportes serán diseñados como
“high tuned”. Como práctica, la cimentación será tipo block, para soporte del
equipo dinámico, apoyado directamente en el suelo o en pilas, y será diseñada como
“high tuned”, si la frecuencia de resonancia de la estructura es 1.2 veces mayor
que todas las frecuencias de operación previstas del equipo. Si no es práctica la “high
tuning” de la estructura y elementos, estos serán diseñados para una frecuencia
estructural menor de 2/3 de la velocidad o frecuencia de operación de los aislamientos,
si son utilizados, y la amplitud de la vibración será verificada para asegurar que esté
dentro de los lineamientos aceptados por la industria, pero nunca mayor que 0.25 mm (10
milésimas).
Las cimentaciones se diseñarán conforme a las
recomendaciones del Informe de Geotecnia, tomando en cuenta la capacidad de carga del
terreno, el nivel de desplante recomendado y las deformaciones que se puedan presentar. Se
pondrá especial atención en el diseño, cuando el suelo esté constituido por arcillas
expansivas (si existen) o su estructura sea de un suelo colapsable.
Se deberán indicar en los planos estructurales
todos los ductos, cruces de tuberías, anclas, elementos ahogados en el concreto, etc. y
referenciar los planos funcionales y los de equipamiento. Para el encoframiento de las tuberías referirse al Apéndice 2,
Capitulo 1 - 8.
Las estructuras de acero deberán llevar un
acabado final de, como de mínimo, dos capas de pintura epóxica, 3.5 mm (5 milésimas) de
recubrimiento, seguidas de una capa de 3.5 mm (5 milésimas) de primario universal.
El análisis y diseño de los tanques elevados,
tanques superficiales y enterrados, y todas las estructuras para contención de líquidos
o gases será realizado de acuerdo a las normas y especificaciones del NOM-007-CNA-1997,
MAPAS, ACI 318, ACI-350 y ASME, tomando en cuenta los factores de durabilidad ambiental y
de cargas indicadas en el ACI 350, de acuerdo con la naturaleza de los esfuerzos.
Las estructuras se analizarán tomando en
cuenta las cargas vivas, muertas, accidentales, de viento y sismo para las condiciones de
tanque vacío y tanque lleno, carga hidrostática interna y carga lateral del suelo, tanto
en el proceso de construcción como en el de operación.
Se realizará el análisis hidrodinámico para
conocer los efectos en toda la estructura y por elemento.
En las intersecciones y esquinas de muros que
tiendan a abrirse por efecto de las cargas, se analizarán los efectos por flexo-tensión,
adicionando el refuerzo requerido por esta acción, considerando para ello los detalles
que recomienda el ACI 315. Las losas de cubierta y de fondo de estructuras que contienen
líquidos, se diseñarán para la tensión causada por la presión interna del líquido,
además de para cualquier otra fuerza y/o momento.
Las estructuras circulares y rectangulares se
analizarán conforme a las recomendaciones de la PCA, y para el casos de tanques y
depósitos de grandes dimensiones, se verificará la conveniencia de utilizar concreto
pre-esforzado.
El análisis de las paredes de los tanques
enterrados, se realizará bajo las siguientes consideraciones:
- No se debe considerar que una acción
contrarresta a la otra, es decir, no se puede suponer que el empuje del terreno
contrarresta el empuje del agua y viceversa.
- Tanque vacío y el empuje del terreno hasta su
máxima altura.
Además, deberán considerarse las acciones de
flotación hidrostática sobre la estructura, cuando potencialmente existan, considerando
la condición de tanque vacío.
En el caso de tanques elevados, se revisará
la estabilidad del conjunto, verificando que el factor mínimo de seguridad al volteo sea
de 2.0 y de deslizamiento de 1.5, considerando la combinación de carga más desfavorable,
y verificando que las deformaciones queden dentro de las tolerancias permisibles
especificadas en las Normas.
En todos los casos se deberá asegurar que
las deflexiones en los elementos estructurales no causen problemas funcionales o afecten
la vida útil de las estructura y que queden dentro de las tolerancias permisibles
especificadas en las Normas vigentes.
En este tipo de estructuras de concreto que se
encuentran en contacto con el agua, terreno y/o productos químicos, se requiere poner
atención a la durabilidad y servicio del concreto en el diseño del mismo; siendo el
principal problema el control de agrietamiento, ya sea por la contracción del concreto
durante el fraguado, los cambios de temperatura, porcentaje inadecuado de refuerzo, etc.
El refuerzo para esfuerzos de tensión puede ser bajo; de acuerdo a la práctica, es
preferible tener varillas de diámetro menor con espaciamiento estrecho, que varillas de
diámetro mayor con espaciamiento amplio. El control de agrietamiento en recipientes de
concreto para contención de líquidos deberá satisfacer las disposiciones de ACI 350.
Con el fin de evitar la fuga de agua y la oxidación del acero de refuerzo, todas las
grietas que se presenten en este tipo de estructuras que sean mayores a 0.25 mm. (10
milésimas), deberán repararse, ya sea que presenten o no filtraciones de agua.
El espesor mínimo de los muros de concreto
reforzado que estén en contacto con líquidos con altura mayor a los 3.0 m (10 pies),
será de 300 mm (12”). El espesor mínimo de cualquier elemento estructural de obras
sanitarias, como las de la PTAR, será de 150 mm (6”), salvo en el caso en que se
tenga doble armado, en donde el espesor mínimo será de 250 mm (10”), con un
recubrimiento mínimo de 50 mm (2”). En el caso de losas con pisos de membrana de los
tanques, el espesor mínimo será de 15 cm (6”). Los muros menores de 250 mm (10”)
de espesor tendrán una parilla de armado al centro del muro. El refuerzo en muros y losas
no debe tener separación mayor a 300 mm (12”). Se deberán tomar en cuenta el
dimensionamiento y los detalles del acero de refuerzo, para evitar la aglomeración y
posibilidad de oquedades en el concreto.
El porcentaje mínimo de refuerzo será de
acuerdo a las recomendaciones de MAPAS, del Reglamento de Construcciones para el Distrito
Federal y sus Normas Técnicas Complementarias, del ACI-318 y del ACI-350; pero en ningún
caso será menor de 0.0028. Las secciones de concreto mayores de 600 mm tendrán un
porcentaje mínimo de refuerzo por
contracción y temperatura considerando un espesor de 600 mm.
Los recubrimientos serán los indicados en el
Reglamento de Construcciones del Estado de Hidalgo y del Reglamento de Construcciones para
el Distrito Federal y sus Normas Técnicas Complementarias, el MAPAS, el ACI-318 y el
ACI-350.
Las longitudes de traslape y detalles de
dobleces de las varillas de refuerzo se realizará de acuerdo con las recomendaciones del
Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal y Normas Técnicas Complementarias,
del ACI-318 y del ACI-315; pero en ningún caso se permitirá traslapar más del 50% del
acero en una misma sección. Las varillas del No. 8 y mayores no deberán traslaparse,
sino soldarse a tope o unirse por medio de conectores mecánicos.
Se deberán colocar juntas de construcción y
de expansión y/o contracción donde se requieran y deberán de ser de las siguientes
medidas mínimas: las bandas de las juntas de
construcción tendrán un ancho mínimo de 15 cm (150 mm) (6”), y para las otras de 23
cm (230 mm) (9”), de 9.5 mm (3/8”) de espesor, siendo ambos tipos de bandas de
PVC nervuradas. Las juntas de contracción y/o expansión
se colocarán de acuerdo al proyecto y al porcentaje de acero de refuerzo por temperatura
y contracción, de acuerdo a las recomendaciones del MAPAS, del ACI-350 y del presente
documento. Las juntas de construcción deben ser herméticas y serán suministradas con
retenedores de agua continuos, en los sitios siguientes:
- Muros y losas inferiores de cuartos y
depresiones secas ubicadas debajo del nivel del terreno y en contacto con material de
relleno en la parte externa.
- Muros y losas inferiores en contacto con
líquidos, donde la parte externa esté por encima del nivel del terreno o expuesta en un
cuarto o depresión seca.
- Todos los muros exteriores de estructuras
contenedoras de líquidos, incluyendo cualquier junta entre muros y losas inferiores.
En las juntas de construcción se deberá
colocar un aditivo para unir concreto nuevo con concreto viejo, con la dosificación y
recomendaciones que indique el fabricante del producto.
El curado del concreto se realizará de acuerdo
con las recomendaciones del ACI-308 y del ACI 350. Cuando se realice un curado húmedo
continuo por aplicación de agua, éste será por un período mínimo de diez días. Todas
las estructuras en contacto con líquidos serán curadas con agua.
En las estructuras en contacto con agua, el
terminado del concreto será de tipo aparente, liso, de acuerdo al ACI 301.
Las losas de piso interiores que no tengan otro
acabado adicional sobre ellas, tendrán un terminado pulido fino, excepto las losas que
tengan contacto con agua, las cuales tendrán un acabado escobillado.
La superficie de escaleras y pisos o losas
exteriores, tendrán un terminado escobillado.
Con apoyo de los resultados de mecánica de
suelos, la estructura se analizará tomando en cuenta: las cargas muertas, vivas,
accidentales, empujes de tierra, y sub-presión; y en las estructuras
que llevan maquinaria: su peso, factores de carga vibración e impacto, dejando las
preparaciones necesarias para su anclaje y reforzándose los elementos estructurales sobre
los que puedan descansar provisionalmente durante su instalación.
La cimentación se diseñará conforme a las
recomendaciones del estudio de mecánica de suelos contenidos en el Informe de Geotecnia
tomando en cuenta la capacidad de carga del terreno, el nivel de desplante recomendado,
presión externa del terreno, licuefacción, si es el caso, y las deformaciones que se
puedan presentar.
En los planos estructurales se deberán
indicar, y referenciar a los planos funcionales y de equipamiento, todos los
ductos, cruces de tuberías con
sus anillos de anclaje, aberturas, anclas, placas base, elementos ahogados en el concreto,
escaleras, registros, puertas, ventilación, válvulas, soldaduras, etc.. Se
especificarán las juntas de colado y dilatación mostrando su ubicación y detalle, así
como, los sistemas de drenaje para aliviar la sub-presión, si es el caso. Además, se
deberán indicar las cargas vivas de diseño consideradas en el análisis, los
coeficientes sísmicos utilizados, la velocidad de viento considerada, las cargas de
grúa, si es el caso, y la capacidad de suelo considerada.
Todas las escaleras marinas que comuniquen a
áreas elevadas, deberán llevar guardas de seguridad. El diseño de estos elementos se
regirá por los Reglamento de Construcción del Estado de Hidalgo, Reglamentos de Distrito
Federal, el AISC y el Manual del Instituto Mexicano de Construcción en Acero (IMCA).
Estos elementos serán de aluminio o acero inoxidable.
Se deberán realizar las pruebas de
estanqueidad de los tanques y depósitos antes de ponerlos en operación, de acuerdo con
lo indicado en el MAPAS y el ACI-350; además deberán cumplir con la NOM-007-CNA-1997-
“Requisitos de Seguridad para la Construcción y Operación de Tanques para Agua”.
1.7.1
Flotación
Las estructuras enterradas se diseñarán para evitar problemas de flotación, considerando un
factor de seguridad mayor a 1.5. Se considerará la condición más desfavorable, esto es,
sin tener en cuenta las cargas vivas o, en el caso de tanques, sin considerar el agua en
su interior. Se tomará el nivel freático máximo que se pueda tener.
No se considerará la fricción en las paredes
para resistir la flotación. En caso de requerirse, se deberán considerar sistemas de
drenaje externo a las estructuras para aliviar la sub-presión o tener un sistema de
control y vigilancia del nivel freático.
1.7.2
Grout
El concreto con estabilizador de volumen que se
utilice en la nivelación o segundos colados, será de una resistencia mínima a la
compresión de f´c = 49 MPa (7000 psi) a los 28 días, y cumplirá los requisitos de la
ASTM C1107 Grado B y C.
1.7.3
Pisos y cubiertas
metálicas
El diseño y fabricación de las placas de
pisos y cubiertas metálicas se realizará de acuerdo con las especificaciones y a lo
indicado en el Manual de Diseño de acero laminado en frío de pared delgada (AISI), the
Steel Deck Design Manual by the Steel Deck Institute (SDI) y del Instituto Mexicano de Construcción en Acero, A.C.
Todos los pisos y cubiertas, incluyendo el
moldeado, cortado, ajustes, taladrado, soldadura, accesorios, fijadores y otras piezas
necesarias para su colocación, deben ser instaladas en seco. El montaje de las piezas se
hará de acuerdo a las instrucciones del fabricante.
Todas las soldaduras se harán conforme a lo
establecido en la AWS.
1.7.4
Reparaciones
La grietas mayores a 0.25 mm (10 milésimas),
así como las fisuras en donde se aprecie la filtración del agua al tacto, deberán ser
reparadas por medio de una inyección de resina epóxica, siguiendo las recomendaciones
del fabricante del producto. El tipo de material, su uso y el procedimiento de reparación
deberán contar con la No Objeción emitida por la CONAGUA.
Las oquedades y desprendimientos del concreto
por el mal colado del mismo serán reparadas, removiendo y limpiando el concreto dañado
alrededor el área afectada, por lo menos 15 mm (5/8”) adicional de concreto sano,
incluyendo el concreto perpendicular a la superficie del mismo. Si la reparación deja al
descubierto el acero de refuerzo, se deberá tener un mínimo de 20 mm (3/4”) de
superficie libre alrededor de la varilla en el área de reparación. La reparación del
área afectada se realizará con un mortero cemento-arena o grout de al menos las mismas
características de resistencia, durabilidad e impermeabilidad del concreto original.
Los “desconchamientos” del concreto
mayores de 3.5 mm. (1/8”) en zonas que van a estar en contacto continuo de agua,
serán reparados con la aplicación de grout, de acuerdo a las recomendaciones del ACI
301.
Todas las actividades de reparación deberán
contar con la No Objeción emitida por la CONAGUA.
En caso de requerirse, se
elaborará el proyecto de cruces elevados vehiculares y/o peatonales con arroyos,
barrancas, ductos, caminos y vías de ferrocarril, considerando las recomendaciones de la
Normativa para la Infraestructura del Transporte, de la Secretaría de Comunicaciones y
Transportes; así como, el Manual de Obras Civiles de la Comisión Federal de
Electricidad, en sus capítulos de Diseño por Viento y Diseño por Sismo, y lo indicado
en la American Association of State Highway Officials (AASHTO).
Para los cruces de caminos,
tuberías, ductos, canales, etc., con las vías de ferrocarril en forma subterránea, en
caso de requerirse, se seguirán las recomendaciones de la American Railway Engineering
and Maintenance of Way Association (AREMA) y de la American Water Works Association
(AWWA).
Si fuesen requeridos cruces subterráneos por
medio de micro-túneles, antes de efectuar los trabajos de construcción, se deberá
someter a la consideración de la CONAGUA para su estudio y emisión de la No Objeción,
tanto el proyecto ejecutivo, como el procedimiento constructivo.
La carga viva mínima vehicular que se
considerará en el análisis será de tipo IMT-20.5, de acuerdo con el tipo de cargas
vivas que se indican en la Normativa para la Infraestructura del Transporte de la
Secretaría de Comunicaciones y Transportes. Si fuesen necesario, para las cargas de
ferrocarril, se considerará una carga viva tipo COOPER E-80, según se indica en la
AREMA.
La cimentación de estas estructuras se
realizará de acuerdo las recomendaciones del Informe de Geotecnia.
Para el proyecto ejecutivo de todos los
elementos que conforman la subestructura y superestructura, se presentarán los planos con
las plantas, cortes, detalles y geometría de la estructura; así como, los materiales,
resistencias, capacidad del terreno, coeficientes sísmicos y de viento que han sido
utilizados.
El CONTRATISTA elaborará los planos generales
y de detalle del proyecto estructural ejecutivo de las estructuras, de acuerdo al formato
tipo solicitado en los documentos contractuales. Los planos contendrán la siguiente
información: plantas, perfiles, cortes, vistas, refuerzo, elevaciones con todas las
cotas, instalación de compuertas y sus mecanismos elevadores incluyendo los segundos
colados, bombas y grúas, incluyendo las silletas, atraques, bases para los equipos.
Adicionalmente, en la parte superior derecha del plano, se consignará el croquis de
localización.
Cada plano contendrá las cantidades de obra,
calidad de materiales, recubrimientos, longitud de gancho, traslapes y datos de proyecto
tales como: cargas consideradas, capacidad de carga del terreno, coeficiente sísmico de
diseño y velocidad de viento de diseño.
Los planos estructurales serán acompañados de
planos de terracerías donde se muestren las profundidades de desplante de las unidades de
proceso, los taludes de excavación y el drenaje necesario para evitar el efecto de
subpresión en la construcción.
Cada uno de los planos estructurales deberá
ser identificable y deberán presentarse los detalles y especificaciones con suficiente
claridad y calidad, en el entendido de que el
CONTRATISTA deberá complementarlos, en caso de que la CONAGUA juzgue, de manera
fundamentada, que carecen de claridad o bien si la cantidad presentada es insuficiente
para la construcción adecuada de todas las estructuras que se requieran en la PTAR.
En el Informe Final se anexarán las memorias
descriptivas y de cálculo estructural, la descripción y nombre de los programas de
cómputo utilizados, si es el caso, la bibliografía utilizada, las especificaciones de
las obras y el catálogo de conceptos de trabajo por estructura.
FIN
DEL CAPÍTULO
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