Memoria de Calculo tanque

8/10/2019 Memoria de Calculo tanque

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MEMORIA DE CALCULO DE ESTRUCTURAS DEL PROYECTO

MEMORIA DE CALCULO 1

AUSTRAL GROUP S.A.A.

MEMORIA DE CLCULO

PROYECTO : MEJORAMIENTO Y CONSTRUCCION DE LAS ESTRUCTURAS DE

APOYO DE LOS RESERVORIOS CIRCULARES DE LA EMPRESAAUSTRAL GROUP S.A.A.

UBICACIN : DISTRITO : PACOCHA.PROVINCIA : ILO.DEPARTAMENTO : MOQUEGUA.REGION : MOQUEGUA.

FECHA : ILO, OCTUBRE DEL 2014

1. INTRODUCCION DEL PROYECTO

Dentro de la gran actividad industrial y de suministros de servicios bsicos de un

pas se utilizan elementos de almacenamiento de materias primas o procesadas.

Un tipo de estos elementos son los estanques verticales de almacenamiento de

lquido apoyados en el suelo.

El aseguramiento del buen funcionamiento de estas estructuras durante su vida

til y, ms Importante an, frente a un sismo, es de vital importancia para la

seguridad de las estructuras mismas, las personas y el medio ambiente.

2. UBICACIN

El proyecto se ubica en carretera costanera de la provincia de Ilo Departamento de

Moquegua.

=9.56m

H=10.79m

PETROLEO DIESEL

=9.56m

H=10.78m

3ACEITE CONSUMO

HUMANO

=9.56m

H=10.79m

4ACEITE CONSUMO

HUMANO

=9.56m

H=10.79m

1ACEITE CONSUMO

HUMANO

=9.56m

H=10.79m

6AGUA

=9.56m

H=10.80m

5AGUA DE BOMBEO

=9.56m

H=10.78m

PETROLEO BUNKER

=7.618m

H=11.10m

AGUA=7.618m

H=11.10m

AGUA

H-1

H-3


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3. OBJETIVOS GENERAL

Disear la cimentacin de un tanque de almacenamiento de Petrleo, agua y

aceite.

4. MARCO TEORICO

4.2. CONCEPTOS GENERALES

4.2.1. CIMENTACION

Los cimientos tienen la funcin de transmitir en forma repartida las cargas de la

estructura al terreno donde se asienta.

La estructura proporciona esfuerzos, de compresin o traccin hasta las bases,

y se deben distribuir en forma pareja para que no originen tensiones mayores

de la que puede soportar.

Por esta razn el coeficiente de seguridad que se aplica, debe considerar

probables diferencias en la predeterminacin de su capacidad portante.

Como los cimientos estn solicitados a esfuerzos de compresin y tambin de

traccin, efectos de friccin y de adherencia al suelo; es conveniente que estn

solicitados por una carga centrada

4.2.2. TIPOS DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO

Los tanques de almacenamiento se usan como depsitos para contener una

reserva suficiente de algn producto para su uso posterior y/o

comercializacin. Los tanques de almacenamiento, se clasifican en:

Cilndricos Verticales de Fondo Plano.

Por lo general, se usan para almacenar volmenes pequeos. Los Tanques

Cilndricos Verticales de Fondo Plano nos permiten almacenar grandes

cantidades volumtricas con un costo bajo. Con la limitante que solo se pueden

usar a presin atmosfrica o presiones internas relativamente pequeas.

Estos tipos de tanques se clasifican en:

De techo fijo.


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5. NORMAS DE DISEO

La ejecucin del presente proyecto se rige por las siguientes Normas:

Norma Tcnica de Edificacin E.050 Suelos y Cimentaciones.

Norma Tcnica de Edificacin E.030 Diseo Sismo Resistente.

Norma Tcnica de Edificacin E.060 Concreto Armado.

American Concrete Institute (ACI)

American Institute of Steel Construction (AISC)

6. CARGAS

Las cargas de diseo empleadas son debido al peso propio, a la carga viva y la

carga por efectos ssmicos. Dichas cargas son como se detalla a continuacin:

Las cargas consideradas para el proyecto son:

Cargas Permanentes.

Cargas vivas

Cargas de Sismo.

Carga de viento

Cargas Permanentes:

Peso especfico del acero : 7850 Kg./m3

Cargas Vivas:

Techo : 30Kg/m2.

7. ESPECIFICACIONES DE DISEO

En esta etapa se definen lo ms concreta y completamente posible las limitaciones

que han de regir el desarrollo del proyecto. La resistencia se asegura mediante un

anlisis y diseo de la estructura, adoptando un factor de seguridad adecuado

fijado en las normas de Diseo sismoresistente.


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En los elementos de Concreto Armado

Acero Estructural fy = 4200kg/cm2

Concreto fc = 280kg/cm2

Mdulo de Elasticidad del concreto Ec = 15000fc kg/cm2

Modulo de Elasticidad del Acero Es = 2.10 E+6kg/cm2

Radio de poisson para el concreto V = 0.20

En los elementos de Estructura Metlica

Acero estructural A36 : Fy = 2530 Kg/cm2

Mdulo de elasticidad : 2100000 kg/cm2

Relacin de Poissons (u) : 0.30

Recubrimientos libres:

Zapatas: r = 7.5 cm

Muro pedestal r = 5.0 cm

Se Asume: (Segn estudio de Mecnica de Suelos por la zona del proyecto)

Capacidad Portante t = 2.23kg/cm2

Angulo de friccin interna = 28.00

Peso Volumtrico =1.80 Ton/m3

8. DISEO DE CIMENTACIN

Para el anlisis de la fuerzas ssmicas y de viento utilizaremos la Norma API

Standard 650 (ApndiceE).


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1. DATOS PARA EL DISEO

DIAMETRO DEL TANQUE: d = 9.56 m ALTURA DEL TANQUE: H = 11.80 m PESO ESPECIFICO DEL LIQUIDO: L = 1,000 kg/m

NIVEL MAXIMO DEL LIQUIDO: HL = 10.80 m PESO PARED DEL TANQUE: Ws = 25,600 kg ALTURA CENTRO DE GRAVEDAD (CUERPO): Xs = 5.90 m PESO DEL TECHO DEL TANQUE: Wr = 6,661 kg ESPESOR PROMEDIO PAREDES DEL TANQUE: tm = 8.00 mm ESPESOR PLANCHA BASE DEL TANQUE: tb = 8.00 mm PESO UNITARIO DEL SUELO: s = 1,800 kg/m ANGULO DE FRICCION INTERNA DEL SUELO: = 28 CAPACIDAD PORTANTE DEL SUELO: Rs = 2.23 kg/cm MODULO DE BALASTO DEL SUELO: Kb = N/A RESISTENCIA A COMPRESION CONCRETO: f'c = 210 kg/cm PESO UNITARIO DEL CONCRETO: c = 2,400 k /m RESISTENCIA A FLUENCIA ACERO REFUERZO: Fy = 4,200 kg/cm

11

.80

10

.80

9.56

X2

X1

W1

W2

masa flexible(efecto convectivo)

masa solidaria(efecto impulsivo)


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2. CALCULO DE PESOS y ALTURAS EFECTIVOS

Pesos efectivos

Peso total del lquido:

W = pd2H L L/ 4 = 775,228 kg

d / H L = 0.89

W1/ W = tanh (0,866 (d / H L)) = 0.841

W2/ W = 0,23 (d / H L) tanh (3,67 / (d / H L)) = 0.203

W1 = 652,215 kg

W2 = 157,752 kg

Alturas efectivas

X1/ H L = 0.417

X2/ H L = 1 - cosh (3,67 / (d / H L)) - 1 = 0.766

(3,67 / (d / H L)) senh (3,67 / (d / H L))

X1 = 4.50 m

X2 = 8.28 m

0,866 (d / H L)

0,5 - 0,094(d / H L)) =

3. CALCULO DE FUERZAS SISMICAS

Parmetros que definen la zona ssmica

Ubicacin de la estructura: Ilo - moquegua

a* = 0.4 cm/s2

= 2.2

Caractersticas del contenido y riesgos asociados

El contenido del tanque es: no inflamable

Grado de Riesgo = B


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Probabilidad de excedencia anual del movimiento ssmico de diseo

p1 = 0.001

Aceleracin horizontal mxima del terreno

a = a* ( -ln (1 - p1) )-1/

a = 9.24 cm/s2

Ao = a / g

g = 981 cm/s2

Ao = 0.009

Valore s que definen el espectro de respuesta

Perfil de suelo = S2

j = 1.0

b = 2.6

To = 0.2 s

T* = 0.8 s

Condicin inicial de anclaje asumida para el tanque

Condicin de anclaje = anclado

Nota: En el caso de " no anclado " esta condicin deber ser verificada en el clculo de la estabilidad

Coeficiente de amortiguamiento equivalente

a) Efecto impuls ivo horizontal

z = 0.05

b* = b / 2.3 (0.0853-0.739 ln z)

b* = 2.599

b) Efecto convectivo

z = 0.005

b* = 4.523

Perodos de vibracin

a) Modo impuls ivo horizontal

T1 = 1,762 (H L/ K h) ( L/ g*Es)1/2


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tm / 1000 (0,5d) = 0.00167

H L/ 0,5d = 2.26

K h = 0.085

E s = 2,1*E06 kg/cm2

T1 = 0.156 s

b) Efecto convectivo

T2 = 20 p(d / 2g)1/2

(1,84 tanh (1,84 H L/ 0,5*d))1/2

T2 = 3.234 s

Ordenadas de los espectros de diseo para la componente horizontal

Ad = ( jAo(1 + T (b* - 1)) / (1 + (T / T+)c(D - 1)) para T < T

+

Ad = jAob* / D para T+

T T*

Ad = jAob* (T* / T)0,8

/ D para T* T 3

Ad = ( jAob* / D) (T* / 3)0,8

(3 / T)2,1

para T > 3

c = ( D / b* )1/4

Factor de ductilidad

D = 1

T+ = 0.1*( D - 1 ) = 0

como debe cumplirse T T+ T* entonces

T+ = To = 0.20 s

a) Ordenada del espectro para el modo impulsivo horizontal

T1 = 0.156 s

Ad1 = 0.021 T < T+

b) Ordenada del espectro para el modo convectivo horizontal

T2 = 3.234 s

Ad2 = 0.013 T > 3

Altura mxima de oscilacin del lquido

h = 0.06 m h < h (camara aire) OK

h (camara aire) = 1.00 m

0,48*d*Ad2 =

11.8 - 10.8 =


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Fuerza cortante en la base del tanque

a) Modo impulsivo:

V1 = Ad1( W1+ Ws + Wr )

V1 = 14,485 kg

b) Modo convectivo:

V2 = Ad2* W2

V2 = 1,993 kg

c) Cortante Basal mximo probable:

V = ( V12+ V2

2)

1/2

V = 14,621 kg ( cortante ltimo )

d) Cortante Basal reducida en la base:

Vr = 0,8 V = 11,697 kg ( cortante de servicio )

Momento de volcamiento en la base del tanque

a) Modo impulsivo:

M1 = Ad1( W1*X1+ Ws*Xs + Wr*Xr )

M1 = 66,987 kg*m

b) Modo convectivo:

M2 = Ad2* W2*X2

M2 = 16,495 kg*m

c) Momento de volcamiento mximo probable:

M = ( M12+ M2

2)

1/2

M = 68,988 kg*m ( momento ltimo )

d) Momento de volcamiento reducido en la base:

Mr = 0,8 M = 55,190 kg*m ( momento de servicio )


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4. CALCULO DE FUERZAS DE VIENTO

VELOCIDAD BASICA DEL VIENTO : V = 80 km/hr PRESION STANDARD A 10 m DE ALTURA : qs = 80 k /m

2

TIPO DE EXPOSICION : C COEFICIENTE DE PRESION : Cq = 0.80 COEFICIENTE COMBINADO : Ce = 1.31 FACTOR DE IMPORTANCIA : Iw = 1.00

Fuerza horizontal resultante en la pared del tanque :

Fvh = Ce * Cq * Iw * qs * A LA L = d * H = 112.81 m

2

Fvh = 9,458 kg

Momento de volcamiento :

M v = Fvh * H/2

M v = 55,801 kg*m

TABLA 16 - F

PRESION STANDARD DE VIENTO A 10 m DE ALTURA ( qs )

VELOCIDAD DE VIENTO mph ( km/hr ) 70 (113) 80 (129) 90 (145)

PRESION qs ( kg/m2 ) 61.5 80.00 101.6

TABLA 16 - G

COEFICIENTE COMBINADO DE ALTURA, EXPOSICION Y RAFAGA (Ce)

ALTURA SOBR E EXPOSICION EXPOSICION EXPOSICION

EL SUELO (m) B C D

0.0 - 4.5 0.62 1.06 1.39

4.5 - 6.0 0.67 1.13 1.45

6.0 - 7.5 0.72 1.19 1.50

7.5 - 9.0 0.76 1.23 1.54

9.0 - 12.2 0.84 1.31 1.62

12.2 - 18.3 0.95 1.43 1.73

18.3 - 24.4 1.04 1.53 1.81

24.4 - 30.5 1.13 1.61 1.88

30.5 - 36.6 1.20 1.67 1.93

36.6 - 48.8 1.31 1.79 2.02

110 (177)

151.4

100 (160)

125.0


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5. VERIFICACION DE LA ESTABILIDAD

Lmite elstico de la plancha base:

Fby = 2,530 kg/cm2

Peso mximo del contenido que resiste el volcamiento

WL = 3,16 tb(Fby * G * HL)1/2

= 4,179 kg/m

WLmax = 20*G*HL*d = 2,065 kg/m

WL = 2,065 kg/m

Peso de tanque vaco por unidad de circunferencia( solo pared y techo )

Wt = ( Ws + Wr ) / d = 1,074 kg/m

Factor de estabilidad

SF = Mr / d2( Wt + WL)

SF sismo = 0.19 < 0,785 (tanque lleno => WL0)SF viento = 0.57 < 0,785 (tanque vaco => WL= 0)

EL TANQUE ES ESTABLE

Requerimiento de anclajes

C = 2*M / d*W

M = 55,801 kg*m GOBIERNA VIENTO

d = 9.56 m

W = Ws + Wr = 32,261 kg

C = 0.36 < 0,66 NO SE REQUIEREN ANCLAJES

6. DISEO DE PERNOS DE ANCLAJE ( NO APLICA )

SEPARACION MAXIMA DE ANCLAJES : s max = N.A.

NUMERO MINIMO DE ANCLA JES : Npmin= pd / s max = N.A.

NUMERO DE ANCLAJES COLOCADOS : N = 32 COLOCAR MIN. N.A. PERNOS DIAMETRO PERNOS DE ANCLAJE (min. 1") : d = 50.80 mm DIAMETRO CIRCULO DE PERNOS : dc = 9.76 m CALIDAD DE PERNOS : A -307

Traccin en pernos de anclaje

Segn...Seccin 9.5 PDVSA FJ-251 :

Tuniforme = ( 1,273*Mr / d2) - Wt

Tsismo = -305 kg/m

Tviento = -297 kg/m


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Separacin entre pernos de anclaje :

s p = pdcp/ Np = 0.96 m

Traccin mxima en cada perno :

Tmax = max T unif * s = -285 kg

SegnGua PDVSA 0603.1.203 :

Tmax = ( 4*M / Np*dcp) - W / Np

Tsismo = -301 kg

Tviento = -293 kg

Tmax = -285 kg

Verificacin de esfuerzos mximos en pernos de anclaje ( NO APLICA )

Esfuerzo de traccin :

A p = 20.27 cm2

A(efectiva) = 0,75 Ap = 15.20 cm2

ftact = T max/ A ef = -19 kg/cm2

Ft adm = 1.33*1400 = 1,862 k /cm2 OK

NO SE REQUIEREN PERNOS DE A NCLAJE

7. DISEO DE LA FUNDACION ANULAR

Dimensiones y propiedades geomtricas del anil lo

ALTURA DEL ANILLO SOBRE EL TERRENO : h t = 0.30 m

ALTURA PEDESTAL (min 1.00) : h p = 1.20 m

ESPESOR ZAPATA (min 0.30) : h z = 0.40 m

ANCHO PEDESTAL (min 0.30) : b p = 0.45 m

ANCHO MINIMO PRELIMINAR ZAPATA :

b z ( min )= 2 Wt / (L* HL+ 2 (h p+ h z)* (s- c)) = 0.23 m

ANCHO SELECCIONADO ZAPATA : b z = 1.50 m

DIAMETRO EXTERNO DEL ANILLO : De = 11.06 m

DIAMETRO INTERNO DEL ANILLO : Di = 8.06 m

AREA DE LA BASE DEL ANILLO : A = 45.05 m2

INERCIA BASE DEL ANILLO : I = 527.34 m4

MODULO DE SECCION : S = 95.36 m3


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hz

hp

h

t

EJEPARED TANQUE Y ANILLO

DE FUNDACION

b p

b z

Verificacin de esfuerzos en el suelo

Cargas verticales (por unidad de longitud de circunferencia)

PESO DE PAREDES Y TECHO TANQUE : Wt 1 = 1,074 kg/m

PESO DEL LIQUIDO SOBRE EL ANILLO : Wt 2 = 8,100 kg/m

PESO DEL ANILLO DE CONCRETO : Wt 3 = 2,916 kg/m

PESO DEL RELLENO DE TIERRA : Wt 5 = 1,890 kg/m

MAX. COMPRESION EN LA BASE POR SISMO :

= 1,273 M / d2 cuando SF 0,785 tanques anclados

Wt 4 = (Wt + WL) * k - WL cuando 0.785 < SF 1.50

= 1.49 (Wt + WL) / (1 - 0.637*SF)1/2

- WL cuando 1.50 < SF 1.57

FACTOR DE ESTABILIDAD POR SISMO : SF S = 0.22

k = N/A

Wt 4 = 884 kg/m

Caso : Operacin (tanque lleno) : CP + F

Clculo de esfuerzos en el suelo :

s(adm) = 2.23 kg/cm2

s = P / A = SWi / A = p* d ( Wt 1+ Wt 2+ Wt 3+ Wt 5) / A

P = 419,875 kg

s = 0.93 kg/cm2 < 2.23 OK


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Caso : Operacin + Sismo (tanque lleno) : CP + F + S


s(adm) = 1.33 * Rs = 2.97 k /cm2

s = P / A = SWi / b z = ( Wt 1+ Wt 2+ Wt 3+ Wt 4+ Wt 5) / b z

P max = 14,864 kg/m

P min = 13,096 kg/m

smax = 0.99 kg/cm2 < 2.97 OK

smin = 0.87 kg/cm2 OK

Caso : Tanque vaco + Viento : CP + V


s = P / A M / S

P = p*d ( Wt 1+ Wt 3+ Wt 5 ) = 176,603 kg

M = M v + F v* ( hp+ hz) = 71,407 kg*m

smax = 0.47 kg/cm2 < 2.97 OK

smin = 0.32 kg/cm2 OK

Diseo del acero de refuerzo

Presin horizontal interna del anillo :

K o = 1 - sen = 0.53

h o = h z+ h p = 1.65 m

F = 1/2 * Ko* s * ho2+ Ko* ho* L * H L = 10,754 kg/m

Traccin actuante en el anillo :

Tf = 1/2 * F * d = 51,404 kg (servicio)

Tu = 1,7 * Tf = 87,387 kg (ltima)

Acero principal requerido por traccin :

Ash = Tu / 0,9 Fy = 23.12 cm

Ashmin = 0,0025 * h o * b p = 18.56 cm

Ash colocado = 18.00 cm

Acero vertical requerido en cada cara (estribos) :

Asv = ( 0,0015*b *100 ) / 2 = 3.38 cm/m


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Traccin admisible en el concreto:

fctadm = 0,15 f'c = 31.50 kg/cm

E c = 15100*( f'c)1/2

= 218,820 kg/cm

n = E s/ E c = 10.00

Traccin actuante :

fct = ( 0,0003*Es*Ash + Tf ) / ( Ac + n Ash ) = 5.09 kg/cm OK

Refuerzo inferior en zapata :

max = 9,909 kg/m2

q = max- s(hp- ht) - chz = 7,389 kg/m2

x = 0.5 ( bz- bp ) = 0.53 m

M = q x2

/ 2 = 1,018 kg*m/mMu = 1.5 * M = 1,528 kg*m/m

d = hz- rec = 0.375 m

As inf = 1.08 cm2/ m

Refuerzo superior en zapata :

q = s(hp- ht) + chz = 2,520 kg/m2

x = 0.5 ( bz- bp ) = 0.53 m

M = q x2/ 2 = 347 kg*m/m

Mu = 1.5 * M = 521 kg*m/m

d = hz- rec = 0.400 mAs inf = 0.34 cm

2/ m

Refuerzo mnimo a flexin :

As min = 0.0018*100*d = 7.20 cm2/ m

Chequeo por corte en zapata :

V = q max( x - d ) = 1,108 kg/m

Vu = 1.5 * V = 1,663 kg/m

Vcu = 0.85*0.53*(f'c)1/2

*b*d = 24,481 kg/m OK

q

x

q

x


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=9.56m

H=10.79m

AGUA

1.50

Hasta encontrar

suelo firme

.45

BRUA E=1cm.

CEMENTO PULIDOS/COLOR

ACABADO DECEMENTO PULIDO

CRETO f'c=175 kg/cm

RELLENO COMPACTADOCON MATERIAL DE

PRESTAMO EN CAPAS DE

0.20M (VER ESP.TECNICAS)

.70

.10

.40

.45 .43.43

SUB - ZAPATA

CC 1:12 +P.G.

ZAPATA

F'C=280 kg/cm2

4 3/4"

4 3/4"

4 3/4"

3 3/4"

2 5/8"

2 5/8"

15 5/8"

3/8"

1 @ 0.05 m

Rto. @ 0.15 m


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9. DISEO DE SOPORTE DE LA ESTRUCTURA

W 6'' X 15lbs/pies

PEDESTAL DE SOPORTE

PEDESTAL DE SOPORTE

PEDESTAL DE SOPORTE

PEDESTAL DE SOPORTE

PEDESTAL DE SOPORTE

PEDESTAL DE SOPORTE

PEDESTAL DE SOPORTE

W 6'' X 15lbs/pies

W 6'' X 15lbs/pies


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10.MODELAMIENTO DE LA ESTRUCTURA

Modelamiento de la estructura de soporte

En el grafico se muestra los resultados obtenidos con el programa sap2000 en la

columna mayor esforzada cumpliendo con el reglamento E 090, Tanto en esbeltez

como en la capacidad resistente, tambin se puede indicar el perfil W 6''X15 lbs/pie es

adecuado ya tiene un radio de capacidad de 0.819 menor a 1 por lo que puede decir el

diseo es adecuado para soportar el tanque metalico.


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11. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

Para la verificacin de los Elementos estructurales se utiliz la norma E-

060, cumpliendo as con la normatividad.

El diseo de la cimentacin para soportar el tanque de almacenamiento

cumple con todo los requerimientos de las normas empleadas.

Para la suspensin del tanque metalico se utilizara 8 pedestales de W 6 X

15 LBS/PIE que sern soldados en al tanque tal como se indica en los

planos de detalles

RECOMENDACIONES

Asimismo se recomienda utilizar cemento tipo V, ya que el concreto ser

expuesto a sulfatos y contacto de suelo de mar la relacin mxima de

aguacemento igual a 0.45.

De acuerdo las recomendaciones del comit de ACI, uno de los aspectos

ms importante es la dosificacin de cemento es la relacin agua cemento

por lo que se recomienda utilizar aditivo plastificante e impermeabilizante

(plastiment HE 98 o similar) para mejorar la trabajabilidad del concreto y

mejorar la dosificacin.

Se recomienda utilizar concretos con una resistencia mnima de fc=245kg/cm2.

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