Los reservorios elevados son estructuras esenciales para el abastecimiento de agua de una población, por lo que no deberían quedar inoperativos luego de ocurrido un sismo. No obstante, la experiencia ha demostrado que para sismos de gran magnitud estas estructuras presentan daños, llegando incluso a colapsar. En esta tesis se ha realizado el análisis de dos reservorios tipo INTZE, considerando la no linealidad a flexocompresión del fuste con el objetivo de analizar la respuesta no lineal frente a diferentes solicitaciones símicas. Los reservorios (R-1 y R-2) fueron modelados con elementos tipo frame en el programa Sap2000 a los cuales se les asignó masas concentradas resultantes de la discretización del fuste y la cuba. Para el análisis del fuste se consideraron secciones agrietadas y no agrietadas. La plasticidad fue considerada en los dos primeros tramos mediante una rótula plástica como elemento tipo hinge. Las dimensiones de los reservorios y el refuerzo vertical y horizontal de los fustes se obtuvieron de los planos estructurales provistos por la empresa de agua potable SEDAPAL. Los diagramas momento curvatura asignados a las rótulas fueron calculados con el programa Sap2000 a partir de las dimensiones del fuste, refuerzo vertical del fuste, carga vertical y comportamiento no lineal del material, y fueron validados previamente con una hoja de cálculo. Para modelar el agua se empleó el modelo simplificado de Housner que considera una masa convectiva y otra impulsiva. El análisis se realizó a partir de cuatro acelerogramas peruanos (sismos de 1966, 1970, 1974 y 2007) normalizados de acuerdo a lo indicado en el ASCE/SEI 07-5 para el sismo de diseño y el sismo máximo considerado. Se utilizó el método de integración numérica de Newmark. Por otro lado, se realizó el análisis dinámico lineal con el espectro de respuesta obtenido con los parámetros de la NTE E.030 y el ACI350.3. Las respuestas de interés a analizar fueron los momentos volcantes, la fuerza cortante basal, el desplazamiento en el extremo del reservorio y la ductilidad demandada en el fuste. Se concluyó que para los acelerogramas analizados el momento volcante y la fuerza cortante basal de los reservorios R-1 y R-2 muestran una tendencia decreciente a medida que disminuye el volumen de agua. El desplazamiento máximo en el extremo de los reservorios no siempre se obtiene para el caso del reservorio lleno, pero el promedio de los desplazamientos da resultados mayores para dicho caso. En ese sentido, considerar sólo el caso de carga lleno para reservorios de similares características resulta conservador para el cálculo de la demanda de corte, momento y desplazamiento. No se observó una tendencia para el caso de la ductilidad demandada. Con respecto a las capacidades, el reservorio R-1 tiene mayor resistencia que el reservorio R-2, en una proporción similar al refuerzo vertical colocado (dos a uno). A su vez el reservorio R-2 tiene una mayor ductilidad que reservorio R-2, pero la diferencia va disminuyendo a medida que se aumenta la carga vertical. Con respecto al análisis dinámico de superposición modal, se observó que las respuestas están por debajo del promedio de la demanda obtenida a partir de los acelerogramas. Se recomienda reevaluar el factor de reducción espectral de la masa inductiva empleado para los reservorios elevados con soporte tipo fuste, si es que se emplea el espectro peruano de la Norma E.030 para el análisis. El acelerograma del sismo del año 1974 entregó las mayores demandas sísmicas para el caso de los reservorios llenos, ya que los periodos de dichas estructuras se encuentran dentro de su rango de periodos predominantes. El rango de periodos predominantes del sismo del año 2007 se encuentra por debajo de los periodos obtenidos para los reservorios vacío, semilleno y lleno, aunque el resultado depende también del periodo convectivo del agua, el cual puede coincidir con algunos de los picos del espectro de Fourier del acelerograma estudiado, incrementando la respuesta. Por otro lado, también se realizó el análisis de los reservorios sin considerar el efecto hidrodinámico del agua, y se obtuvo respuestas más conservadoras. Para el caso analizado eso significó un incremento de la curvatura demandada en más del doble. Por ello, si se realiza el análisis no lineal de reservorios para determinar la ductilidad demandada, se recomienda tomar en cuenta el comportamiento hidrodinámico del agua. Se determinó que para estructuras poco esbeltas como las estudiadas el efecto P-Δ es despreciable, ya que la relación entre el desplazamiento máximo en el extremo del reservorio con respecto al diámetro del fuste es pequeña. Finalmente, se indica que el refuerzo por corte colocado en ambos fustes cumple con los criterios de resistencia, considerando un factor de reducción igual a tres. Sin embargo, el refuerzo existente no cumple con los criterios de capacidad, en donde se busca asegurar que la estructura resista la demanda de corte asociado a su máximo momento resistente en el fuste. / Tesis

La creciente variabilidad del clima, el incremento de la demanda del agua y la degradación del suelo, viene acrecentando el problema de escasez de agua en Perú, ocasionando bajo rendimiento de los cultivos y disminución de áreas de riego. Para solucionar esta problemática existen alternativas a favor de la seguridad hídrica. La más convencional es la construcción de infraestructura «gris», como presas y reservorios artificiales; sin embargo, estas incluyen inversiones a largo plazo, con costos elevados, e implementaciones complejas. Frente a ello, esta tesis está enfocada en la implementación de soluciones basadas en infraestructura «verde», como las “qochas” o reservorios naturales de almacenamiento de agua. La implementación de “qochas” es una práctica ancestral de siembra y cosecha de agua. Para elaborar el presente proyecto, primero se evaluará las condiciones medioambientales (precipitación, temperatura, cobertura y tipo de suelo) de la zona de estudio, en este caso la región de Puno, provincia de Azángaro, distrito de Asillo. Luego se realizó un estudio hidrológico y balance de agua mediante la herramienta CUBHIC (Cuantificación de Beneficios Hídricos de Intervenciones en Cuencas) que nos permitirá realizar una evaluación rápida de los beneficios de una intervención hídrica natural. Finalmente, se evaluó el aporte hídrico de un sistema de “qochas” Warihumaña y Chullumpirini. Los resultados mostraron un aumento del volumen de percolación en la primera “qocha” de 328 515 m³/año y en la segunda “qocha” de 132 003 m³/año. Con ello, se concluye que gracias a la implementación de las “qochas” se obtuvo un incremento significativo del volumen de agua en las “qochas” propuestas y que la herramienta CUBHIC es una alternativa práctica como método hidrológico.

La problemática de las inundaciones, no es un tema que se pueda dejar pasar por alto en el Perú, ya que estamos expuestos a constantes fenómenos naturales que provocan inundaciones en algunas zonas del país. El Fenómeno de El Niño en el año 2017 ocasionó grandes inundaciones teniendo como consecuencia daños de gran magnitud, viéndose más reflejado en la costa peruana. Sin embargo, también se vieron daños en otras zonas del país como la sierra y selva. Uno de los problemas a lo que nos enfrentamos en estas situaciones, es la carencia de infraestructura con la que contamos para poder afrontar el crecimiento intempestivo de caudal de los ríos. En este trabajo se presentará un modelo de control de inundaciones, en época de avenidas, por medio de la construcción de elementos estructurales, tales como lo son los reservorios. Estas infraestructuras, permitirán controlar el caudal de manera parcial, atenuando el caudal pico, con la finalidad de mitigar el daño frente a posibles inundaciones. Para cumplir con la finalidad del trabajo, primero tendremos que tomar en cuenta las consideraciones previas y los antecedentes de la zona de estudio, para así ponernos en contexto de la zona. Posteriormente, se recopilará y analizará la información hidrológica de precipitación de zona en estudio, haciendo uso de la plataforma PISCO de SENAMHI; para luego delimitar la cuenca mediante el software ArcGIS y así obtener los parámetros geomorfológicos, tales como el área, perímetro, longitud de cauce principal, pendiente de la cuenca etc. Una vez se obtenga los parámetros geométricos de la zona, así como la información hidrológicos procesada, se procederá a modelar la cuenca con la ayuda del software Hec-HMS con el objetivo de generar los hidrogramas de crecida de la zona. Finalmente, se analizará con el método de Transito de Avenidas, la variación en los hidrogramas al tener un reservorio de control como agente laminador frente a posibles inundaciones. Esto se verá reflejado mediante un modelamiento hidráulico aguas debajo de nuestro reservorio, mediante la generación de mapeos de inundación, para un caso sin reservorio y con reservorio, esto nos permitirá verificar el impacto que generará un reservorio de control como agente mitigador frente a posibles inundaciones.

Los reservorios son elementos de almacenamiento de agua que cumplen un papel importante en cualquier sistema de distribución de agua, esto hace que su análisis y diseño estructural sea muy importante a fin de garantizar el adecuado funcionamiento de estas estructuras ante las diferentes cargas y condiciones de funcionamiento a las que sean sometidas y con ello asegurar el funcionamiento de los sistemas de distribución a los cuales pertenezcan. El Reglamento Nacional de Edificaciones actualmente no contempla alguna normativa específica para el análisis o el diseño estructural de este tipo de estructuras especiales; por esta razón, se utilizaron la norma E.030 de diseño sismorresistente y la norma E.060 de diseño de concreto armado y se complementaron con el uso de las normas del American Concrete Institute ACI 350-06 (Code requirements for environmental engineering concrete structures and commentary) y ACI 350.3-06 (Seismic Design of Liquid-Containing Concrete Structures and Comentary) los cuales son específicos para este tipo de estructuras. El análisis realizado al reservorio circular muestra que el periodo impulsivo de la estructura fue de 0.038 segundos y el periodo convectivo fue de 5.22 segundos. El cortante basal estático obtenido fue de 913 toneladas y el cortante basal dinámico fue de 707 toneladas. Con esta información, y como sugiere la norma E.030, se escaló el cortante dinámico al 80 % del cortante estático para los fines de diseño de los elementos de concreto armado.

El presente trabajo tiene como finalidad analizar y diseñar en concreto armado un reservorio circular para el almacenamiento de agua potable de 2 500 m3, el cual estará apoyado sobre el suelo. La estructura tendrá una base con un diámetro de 22 m, una altura de 7.5 m y un tirante de agua de 6.5 m para alcanzar el volumen solicitado. Por otro lado, para el desarrollo del presente trabajo, el estudio de mecánica de suelos considera un suelo tipo S1 con un módulo de balasto igual de 2.5 kg/cm3. El diseño de la estructura se basa en las normas ACI 350.3-06 para el análisis sísmico y la norma ACI 350.01 para los factores de durabilidad de la estructura. Adicionalmente, se emplean normas del reglamento nacional de edificaciones como la E020 para las consideraciones de cargas, la norma E060 para el diseño en concreto armado y E030 para el espectro de diseño. El resultado del diseño estructural desarrollado implica que las paredes tengan un espesor de 0.45 m, la cúpula esférica tenga un espesor de 0.07 m y una flecha de 2.20 m. Por lo tanto, como resultado del presente trabajo, se obtendrán los diseños de los elementos estructurales del reservorio circular y se presentarán los planos correspondientes al diseño.

En el presente trabajo se realizó el pre dimensionamiento, análisis y diseño de un reservorio circular de 2 700 m3 apoyado sobre el terreno. El reservorio tiene 25 m de diámetro y una altura de 6.50 m. El terreno se considera del tipo S1 con un módulo de balasto de 2 kg/cm3. Para el análisis y diseño del reservorio se consideró principalmente las normas de Diseño Sismorresistente E.030, la Norma de Concreto Armado E.060 y el código ACI 350.6 de diseño sísmico de estructuras contenedoras de líquidos. El análisis sísmico se realizó considerando el método dinámico con ayuda de las ecuaciones propuestas por Housner (1963). Dentro del análisis se hace la distinción de los modos impulsivo y convectivo. En el diseño se considera factores de durabilidad que amplifican las combinaciones de fuerzas para evitar problemas de fisuración en la estructura que comprometan la hermeticidad de la misma. El diseño en concreto armado de la estructura se realizó considerando las ecuaciones propuestas por la Norma E.060 y los requerimientos propuestos en la norma ACI 350.3. Como resultado del diseño se obtiene el espesor de 45 cm para las paredes del reservorio, así como para el fondo del mismo. La cúpula se diseñó con un espesor de 7 cm en la parte central y una flecha de 2.80 m. Finalmente, una vez terminado el diseño del reservorio se realiza una verificación de los esfuerzos bajo flexión y tracción directa según los parámetros de la norma ACI 350.3. En el presente trabajo se concluye que la estructura diseñada es apropiada para el uso requerido y cuenta con dimensiones típicas de elementos estructurales de la misma naturaleza.

El presente trabajo consiste en el diseño de un reservorio circular compuesto por una cúpula esférica, muros cilíndricos, un anillo en la unión entre estos y una losa de fondo. Por requerimientos hidráulicos, el reservorio contará con 25.00 m de diámetro con una altura de muro de 6.50 m y un tirante de 5.50 m de modo que pueda almacenar 2700 m3 de agua. Según el estudio de mecánica de suelos, se tiene un suelo de perfil tipo S1 con una capacidad portante de 2.5 kg/cm2 y un módulo de balasto de 2.0 kg/cm3. Se utilizó el programa SAP2000 para el modelamiento tridimensional del reservorio y el análisis por cargas de gravedad y de sismo. En el caso de estas últimas, se realizó dos métodos de análisis: uno estático y otro dinámico con el fin de comparar resultados en la etapa de diseño. Para el desarrollo de este trabajo se emplearán las siguientes normas: NTP E.020, NTP E.030, NTP E.060, ACI 350-06, ACI 350.03-06.

El trabajo escogido es un reservorio de almacenamiento de 2700 m3 ubicado en el departamento de Lima. Se realizará el predimensionamiento de la cúpula, viga anillo, pared cilíndrica y losa de fondo. Posteriormente se modelará el reservorio en el programa computacional SAP 2000. Finalmente, se realizará el análisis sísmico mediante el método estático. Para finalizar se diseñarán los elementos estructurales del reservorio y se evaluarán si los esfuerzos admisibles son menores a los permisibles.

En el presente trabajo de suficiencia profesional, se realiza el predimensionamiento, análisis y diseño de un reservorio de almacenamiento de agua potable de tipo circular, apoyado sobre el terreno. Este se ubica en la ciudad de Lima y tiene una capacidad de almacenamiento de 2500 m3 de agua, con 22 m de diámetro y 7.5 m de alto. El tanque se encuentra sobre un terreno cuyo módulo de balasto es 2.5 kg/cm3 y el perfil del suelo es del tipo S1. Con los datos presentados, se realizó el predimensionamiento según el ACI 350-06. Luego, se elaboró un modelo del reservorio utilizando el software SAP2000 para la obtención de fuerzas y esfuerzos estructurales del tanque, y se realizó el análisis sísmico. Con estos valores, se procedió a realizar el diseño de la cúpula esférica, paredes cilíndricas, anillos y la losa de fondo del reservorio. Para este informe, se consideraron los requerimientos del Instituto Americano del Concreto (ACI) y las normas peruanas (E.030 Diseño sismorresistente, E.050 Suelos y cimentaciones, y E.060 Concreto Armado).

Este presente trabajo tiene como finalidad presentar el proceso realizado de análisis y diseño de un reservorio circular de almacenamiento de agua de 2700 m3 de concreto armado apoyado en el terreno ubicado en la ciudad de Lima. Por requerimientos hidráulicos, posee dicha capacidad, de 6.5 m de altura y diámetro de 25 m en la base, la cual se apoya sobre un perfil de suelo considerado S1, de módulo de balasto de 2.0 kg/cm3. Este proceso conllevó a realizar el predimensionamiento de la estructura para iniciar un modelo tridimensional. Se realizó el análisis sísmico a través del método dinámico y, finalmente, se desarrolla el diseño de la estructura. Los elementos estructurales que conforman el reservorio son los siguientes: cúpula esférica, las paredes cilíndricas de la cuba, la viga tipo anillo que une a la cúpula y muro cilíndrico, y la losa de cimentación. El análisis estructural se realizó en el software de elementos de finitos Sap2000. Para ello, se consideró las normas E020, E030-2018, E060, ACI350-06 y el ACI 350.3-06. De manera similar, dichas normas se utilizaron para el diseño estructural de la estructura. Cabe resaltar que parámetros como la durabilidad, calidad de concreto, verificaciones en servicio, modelo simplificado masa resorte (Housner, 1963), son varios de los factores que intervienen en su análisis y diseño. Finalmente, se obtiene las dimensiones la estructura: pared circular y losa de cimentación de 45 cm espesor, cúpula de 7 cm de espesor y una flecha 2.80, y la viga de sección 60x40 cm. Se presenta como resultado el diseño de estos elementos y los planos correspondientes.