C.23 — Tanques y estructuras de ingeniería ambiental de concreto

C.23-C.1.1.1

El presente Capítulo cubre lo concerniente a tanques y compartimentos estancos tales como piscinas y albercas que hacen parte del equipamento de edificaciones. Los requisitos dados en el presente Capítulo cubren estructuras construidas con concreto reforzado vaciado en sitio, concreto prefabricado y concreto preesforzado.

Los requisitos de este Capítulo son totalmente aplicables al diseño de estructuras propias de ingeniería ambiental y sanitaria, con la excepción estructuras primarias para evitar la fuga de materiales peligrosos.

Para este tipo de estructuras propias de ingeniería ambiental y sanitaria la resistencia mínima especificada del concreto a la compresión f′c no debe ser menor de 28 MPa. No se define una resistencia máxima especificada a la compresión, a menos que se indique explícitamente en alguna sección del Reglamento NSR-10.

C.23-C.1.1.2

Las estructuras de concreto de ingeniería ambiental se definen como estructuras de almacenamiento, flujo, y tratamiento de líquidos y otros materiales afines tales como residuos sólidos. También aplica la denominación a estructuras secundarias para evitar la dispersión de materiales peligrosos, y a estructuras auxiliares, cuando en todas ellas se requiere impermeabilidad ante líquidos y gases, o propiedades especiales de durabilidad.

El propósito de los presentes requisitos es el de establecer los métodos de diseño y construcción que permitan cumplir con los objetivos de seguridad estructural y además permitan que el concreto producido para estructuras ambientales:

• (a) cuente con un diseño tal que controle el agrietamiento y la fisuración para impedir el flujo de líquidos entre el interior del tanque y su exterior,
• (b) sea lo suficientemente denso e impermeable para impedir la contaminación de los líquidos contenidos o que estos contaminen,
• (c) provea la máxima resistencia a los elementos químicos contenidos en el líquido, y
• (d) tenga superficies poco rugosas que minimicen la resistencia al flujo y permitan cumplir los objetivos de sanidad.

Debe tenerse especial cuidado en la construcción de este tipo de estructuras con el fin de evitar la corrosión del refuerzo y obtener un concreto lo más impermeable posible.

C.23-C.1.1.3

El presente Capítulo incluye los requisitos adicionales o substitutivos a los dados en el resto del Título C del Reglamento NSR-10 para ser utilizados en el diseño y construcción de estructuras de concreto de ingeniería ambiental.

C.23-C.1.1.4

Los requisitos de C.1.1.4 no aplican a estructuras ambientales diseñadas de acuerdo con el Capítulo C.23.

C.23-C.1.1.7

Las losas sobre el terreno de estructuras ambientales se pueden diseñar siguiendo los requisitos de C.23-C.15.14.

C.23-C.1.1.9 — Disposiciones para resistencia sísmica

Deben cumplirse los requisitos del Capítulo C.21, de diseño sismo resistente en el diseño de todas las estructuras cubiertas por el alcance del presente capítulo, con las modificaciones anotadas en el presente Capítulo y siguiendo los requisitos para el diseño sismo resistente de estructuras ambientales dados en el Apéndice A-1 del Título A.

C.23-C.1.2.2

Los requisitos de C.1.2.2 deben cumplirse también en estructuras ambientales.

C.23-C.4.1.3 — Contenido mínimo de materiales cementantes

El contenido mínimo de materiales cementantes debe ser el indicado en la Tabla C.23-C.4.1.1.

*Para tamaños nominales del agregado grueso que no se indican, se permite interpolar entre los tamaños nominales indicados.

C.23-C.4.5.1

El concreto expuesto al agua o a aguas residuales o a suelos que contengan sulfatos debe cumplir los requisitos de la Tabla C.23-C.4.3.1, o debe ser fabricado con un cemento que produzca resistencia a los sulfatos y que cumpla con la relación agua/material cementante y la resistencia mínima a la compresión dada en la Tabla C.23-C.4.4.1.

C.23-C.4.6.1

El concreto que pueda verse sometido al ataque de soluciones de químicos o gases corrosivos debe protegerse de acuerdo con lo indicado en C.23-C.4.6.2, C.23-C.4.6.3, y C.23-C.4.6.4.

C.23-C.4.6.2

El concreto debe dosificarse apropiadamente teniendo en cuenta el tipo de cemento, el mezclado, colocación, consolidación, acabado y curado con el fin de que sea impermeable a los líquidos y los gases.

C.23-C.4.6.3

El concreto expuesto a soluciones o suelos que contengan sulfatos debe cumplir los requisitos de C.23-C.4.5.

C.23-C.4.6.4

El concreto expuesto al ataque químico de sulfatos, o químicos y gases corrosivos debe protegerse asi:

• (a) Concreto expuesto a sulfato de cobre o sulfato de hierro, o ambos, debe fabricarse con cemento resistente a los sulfatos, o se le debe colocar un revestimiento o cobertura de protección de acuerdo con C.23-C.4.9.
• (b) El concreto debe protegerse contra químicos corrosivos por medio de un revestimiento o cobertura de protección de acuerdo con C.23-C.4.9.

C.23-C.4.6.5

Los materiales empleados en las juntas, incluyendo las barreras impermeables, las juntas de expansión, y los sellantes, deben ser resistentes al ataque químico por toda la vida útil de la estructura. Los materiales se deben ensayar de acuerdo con la norma ASTM C 920 y la especificación del Gobierno Federal de Estados Unidos TT-S-00277E para sellantes, y ASTM D 570, ASTM D 746, ASTM D 1149, y CRD-C572 para barreras impermeables de PVC.

C.23-C.4.7.1

La composición y temperatura del líquido o gas y su pH deben ser ensayados para establecer su agresividad con el concreto y el sistema de barrera protectora.

C.23-C.4.7.2

La idoneidad de la protección ante ataque químico debe ser confirmada por medio de ensayos. Los ensayos deben establecer la necesidad y la efectividad de los cementos especiales, las coberturas y revestimientos, y las otras medidas protectivas.

C.23-C.4.7.3

Los agregados deben ensayarse para reacción al ataque químico de acuerdo con la norma ASTM C 295.

C.23-C.4.8.1

El concreto debe protegerse del daño causado por erosión cuando se somete a cavitación o abrasión.

C.23-C.4.8.2

Para la protección ante la erosión por cavitación debe emplearse uno de los siguientes métodos:

• (a) Reducción de la velocidad y presión del flujo colocando deflectores u otras estructuras similares.
• (b) Utilización de formas estructurales, acabados de la superficie y tolerancias que conduzcan a una reducción del índice de cavitación a niveles aceptables por debajo del nivel de cavitación incipiente.
• (c) Incorporar aire al flujo de tal manera que la relación aire/líquido cerca de la frontera del sólido sea aproximadamente 8% por volumen.
• (d) Utilización de materiales resistentes a la erosión que cumplan los requisitos de C.23-C.4.8.3.

C.23-C.4.8.3

Donde la estructura pueda verse afectada por erosión por abrasión, los agregados deben cumplir los requisitos de la norma NTC 174 (ASTM C 33), el concreto debe ensayarse de acuerdo con ASTM C 1138, y el concreto debe cumplir con los siguientes requisitos adicionales:

• (a) Mínimo f′c = 35 MPa a los 28 días.
• (b) Máxima relación agua/material cementante = 0.40.
• (c) Máximo contenido de aire = 6%. Si no se verá sometido a congelamiento y deshielo, el máximo contenido de aire = 3%.
• (d) Mínimo contenido de material cementante por metro cúbico de concreto = 380 kg.
• (e) Agregados duros, densos y limpios.

Donde se requiera protección adicional se deben utilizar revestimientos y coberturas de acuerdo con C.23-C.4.9.

C.23-C.4.8.4

Las estructuras sometidas a erosión por cavitación deben construirse con concreto de alta resistencia, baja relación agua/material cementante, y deben tener un acabado de superficie liso con cambios menores de inclinación en la dirección del flujo.

C.23-C.4.8.5

Cuando haya posibilidad de cavitación, las barras de refuerzo más cercanas a la superficie deben colocarse paralelas a la dirección del flujo.

C.23-C.4.8.6

Cuando haya posibilidad de cavitación la bondad de los métodos de protección contra la erosión por cavitación deben confirmarse por medio de ensayos realizados de acuerdo con la norma ASTM C 1138.

C.23-C.4.9.1 — General

Cuando el concreto esté en contacto con químicos o gases corrosivos que ataquen la matriz de mortero del concreto o el acero de refuerzo, deben utilizarse revestimientos o coberturas. Los revestimientos o coberturas para prevenir el contacto de químicos en solución o gases nocivos con la superficie de concreto deben ser impermeables y tener buena adherencia.

C.23-C.4.9.2 — Compatibilidad con el ozono

Los revestimientos de superficie o coberturas no se deben utilizar en contacto con el gas ozono sin determinar por medio de ensayos su compatibilidad.

C.23-C.4.9.3 — Ensayos a los revestimientos

Los revestimientos se deben especificar para el tipo de exposición esperado. La efectividad de los recubrimientos debe establecerse por medio de ensayos. El espesor de los revestimientos se debe medir utilizando instrumentos apropiados para medir espesores de materiales en forma de película. Deben realizarse ensayos de chispa de las uniones de las coberturas.

C.23-C.4.9.4 — Transmisión de vapor a través de coberturas y revestimientos

Cuando la transmisión de vapor de agua a través de revestimientos y coberturas sea peligrosa, éstos deben tener una transmisión de vapor menor de 1 x 10⁻⁶ cm/s (34 g/h/m²) cuando se ensaye de acuerdo con la norma ASTM E 96.

C.23-C.4.9.5 — Selección de los revestimientos y coberturas

C.23-C.4.10.1 — General

Las juntas para compensar movimientos (expansión y contracción) y las juntas de construcción deben diseñarse para impedir la fisuración y la corrosión del refuerzo. El número, espaciamiento, y detalles de las juntas debe diseñarse teniendo en cuenta las propiedades físicas y capacidad de los rellenos, sellantes, y barreras impermeables para resistir ciclos de deformaciones.

C.23-C.4.10.2 — Barreras impermeables

Los materiales utilizados en las barreras impermeables para impedir el flujo de líquidos o gases deben ser capaces de aceptar movimientos y deformaciones de elongación y contracción sin deformación permanente o falla y deben resistir los ciclos de congelamiento y deshielo, variación de temperatura y los efectos de ataque químico.

Las barreras pueden ser de caucho, de cloruro de polivinilo (PVC), acero, o de otro material. Las primeras se utilizan en juntas donde se esperan mayores movimientos. Para las barreras de caucho y de PVC, el espesor mínimo es de 9.5 mm y deben tener un ancho mínimo de 220 mm para juntas de expansión y de 150 mm para otras juntas, el cual se repartirá mitad y mitad entre los dos concretos al lado de la junta. Cuando sean de acero deben ser de platina de 6 mm (1/4”) y deben estar embebidas a cada lado de la junta un mínimo de 75 mm y un doblez central cuyo tamaño dependerá del movimiento esperado.

C.23-C.4.10.3 — Sellantes

Deben colocarse sellantes de junta a lo largo del perímetro expuesto de las juntas que impidan el paso de líquidos y gases; y para prevenir que sólidos entren en la junta y afecten su funcionamiento. Los sellantes deben diseñarse para que sean capaces de resistir las presiones, temperaturas, y movimientos y no deben perder su adherencia ni verse afectados bajo el ataque químico o de gases esperado, y además deben resistir las presiones, temperaturas y movimientos esperados.

Los sellantes preformados cumplen la función doble de servir como formaleta para el vaciado del concreto de segundo lado de la junta y de preservar el espacio donde pueda ocurrir la expansión. El elemento de relleno ideal debe ser capaz de resistir compresiones hasta de la mitad de su espesor y de expandirse posteriormente para llenar el espacio original cuando los elementos al lado de la junta se contraen. En general se utiliza corcho, neopreno, caucho, poliuretano (plástico espumoso o icopor), y otros materiales. La madera no puede utilizarse como relleno.

C.23-C.4.10.4 — Exposición al ozono

Los sellantes, rellenos preformados, y las barreras impermeables que se utilicen deben ensayarse para su compatibilidad con el ozono. La juntas de contracción (juntas de control) que se diseñen en forma de cuña o se corten con disco de diamante deben llenarse con un sellante para proteger el acero de refuerzo.

C.23-C.4.10.5 — Llaves de cortante

Donde se utilicen llaves de cortante en juntas para compensar movimientos, la junta debe diseñarse para evitar el descascaramiento y hendimiento del concreto que conduzca a fugas. Además, deben construirse cuidadosamente con el fin de que no interfieran con las barreras contra el paso del agua.

C.23-C.4.10.6 — Juntas de construcción

C.23-C.6.1.7

Los amarres de los elementos del encofrado en estructuras que vayan a contener líquidos deben ser apropiados para garantizar la estanqueidad de la estructura.

C.23-C.6.4.8

Las juntas de construcción en elementos que deban ser impermeables en estructuras ambientales deben tener una barrera impermeable integral.

C.23-C.6.4.9

En estructuras ambientales el tiempo que transcurra entre el vaciado de sectores adyacentes no puede ser menor de 48 horas.

C.23-C.6.5.1

El diseño debe tener en cuenta todos los cambios volumétricos que puedan ocurrir y minimizar el daño a la estructura.

Deben cumplirse los siguientes requisitos en la definición de los tipos de junta a utilizar para compensar los cambios volumétricos y de geometría causados por la retracción de fraguado, el flujo plástico, las variaciones en la temperatura y en el contenido de humedad, y los asentamientos diferenciales:

C.23-C.6.5.2

Las juntas de expansión, donde se utilicen, deben incluir un relleno preformado compresible, un sellante de junta, y cuando deban ser impermeables, una barrera impermeable.

C.23-C.6.5.3

Las juntas de contracción, donde se utilicen, pueden ser parciales o totales, dependiendo del detalle del refuerzo, y deben incluir una muesca o receso en la superficie para la colocación del sellante de junta. La función principal de las juntas de contracción, o de disipación de retracción, es la de reducir los esfuerzos producidos por la retracción de fraguado del concreto. Los requisitos para juntas de contracción, de profundidad parcial o de profundidad total son los siguientes:

• (a) Juntas de contracción de profundidad total — En las juntas de contracción de profundidad total el refuerzo se suspende a 50 mm de la junta. En la cara del concreto que se vacía en primera etapa de la junta se coloca un compuesto que evite la adherencia de este concreto con el de segunda etapa. La junta debe tener una barrera del tipo indicado en C.23-C.4.10.2. Cuando se deba transferir esfuerzos cortantes de una lado al otro de la junta, pueden utilizarse barras de transferencia (dowels) engrasadas. La separación entre estas juntas no debe ser mayor a la indicada en la tabla C.23-C.7.12.2.1 para todas las cuantías mínimas anotadas allí.
• (b) Juntas de contracción de profundidad parcial — Las juntas de contracción de profundidad parcial se utilizan cuando se desea transferir parte de los esfuerzos de tracción a través de la junta para amarrar las dos partes de la estructura. El refuerzo que pasa no puede ser más del 50 por ciento del refuerzo perpendicular a la junta. Estas juntas se deben espaciar a distancia del orden de las 2/3 partes de las juntas de profundidad total.

C.23-C.7.12.2 — C.23-C.7.12.2

C.23-C.8.1.1

El diseño estructural de tanques, otros compartimentos estancos y estructuras ambientales, debe realizarse para los estados límites de resistencia y funcionamiento, tal como los define el Título C del Reglamento NSR-10 utilizando los factores de carga y de reducción de resistencia φ dados en el Capítulo C.9. El diseño de estructuras ambientales tiene como objetivo particular minimizar el agrietamiento y la fisuración, lo que da lugar a requisitos adicionales.

C.23-C.8.2.5

Deben tenerse en cuenta los efectos causados por presión interna dentro de la estructura, los movimientos de las juntas y la separación entre ellas, y el llenado y vaciado del contenido de los tanques.

C.23-C.8.2.6

Los efectos de las presiones del agua freática deben ser tenidos en cuenta en el diseño, especialmente las subpresiones sobre los tanques desocupados. Deben tomarse precauciones para evitar la falla del tanque por efectos de flotación, disponiendo lastres adecuados. Igualmente, y de no contar con un drenaje adecuado, debe considerarse el efecto que eventuales fugas puedan tener en la evaluación del nivel freático.

C.23-C.8.2.7

En los tanques enterrados a los que se les pruebe su estanqueidad antes de realizar su relleno exterior, debe contemplarse esta condición en su diseño estructural.

C.23-C.8.2.8

Debe tenerse especial cuidado al definir los valores de las presiones de los líquidos, de los empujes del suelo y de todas las fuerzas producidas por el funcionamiento de la estructura y de los eventuales equipos sobre ella.

C.23-C.9.2.6

La resistencia requerida U para secciones que no sean controladas por compresión, como se definen en C.10.3.3 debe multiplicarse por el siguiente coeficiente de durabilidad ambiental Sd en aquellas porciones de las estructuras ambientales donde la durabilidad, la estanqueidad, u otras consideraciones de funcionamiento deban tenerse en cuenta.

donde

y donde fs es el esfuerzo permisible de tracción en el refuerzo que se da más adelante.

• (a) En el caso de diseño a cortante este coeficiente Sd se aplica únicamente a la porción de la resistencia a cortante que es llevada por el refuerzo a cortante.
• (b) El coeficiente de durabilidad no debe utilizarse en diseños que utilicen cargas de servicio o esfuerzos admisibles.
• (c) No se requiere el uso del coeficiente de durabilidad ambiental Sd en combinaciones de carga que incluyan fuerzas sísmicas E.

C.23-C.9.2.7

Sd debe tomarse como 1.0 para el diseño a flexión de secciones controladas por compresión, en el refuerzo preesforzado y en las zonas de anclaje de elementos postensados, independientemente de la exposición ambiental.

C.23-C.10.5.3

Los requisitos de C.10.5.1 y C.10.5.2 no necesitan ser aplicados si en cada sección el As proporcionado es al menos un tercio superior al requerido por análisis para la resistencia requerida U sin incluir el coeficiente de durabilidad ambiental Sd.

C.23-C.10.6.1

Esta sección establece reglas para la distribución del refuerzo a flexión y los esfuerzos permisibles utilizados para controlar el agrietamiento en todas las secciones que no sean controladas por compresión. Los requisitos de esta sección no aplican a combinaciones de carga que incluyan fuerzas sísmicas,

C.23-C.10.6.2

La distribución del refuerzo a flexión en losas en dos direcciones se debe hacer de acuerdo con las disposiciones de C.13.3. En estructuras ambientales, para la aplicación de C.23-C.10.6.4, las losas con una relación lado largo a lado corto no mayor de 2 deben considerarse elementos en dos direcciones y las losas con una relación lado largo a lado corto mayor que 2 deben considerarse elementos en una dirección.

C.23-C.10.6.3

El refuerzo de tracción por flexión debe distribuirse adecuadamente en las zonas de tracción máxima a flexión de la sección transversal de un elemento, según los requisitos de C.10.6.4.

C.23-C.10.6.4

El esfuerzo calculado en el refuerzo más cercano a la cara en tracción a niveles de servicio fs no debe exceder el valor dado por las ecuaciones (C.23-2) y (C.23-3), ni debe exceder un máximo de 250 MPa:

C.23-C.10.6.5

Donde la apariencia de la superficie del concreto es importante y el recubrimiento de concreto excede 75 mm los esfuerzos de tracción por flexión en el refuerzo al nivel de cargas de servicio no deben exceder los valores dados en C.23-C.10.6.4 ni s para el refuerzo más cercano a la cara en tracción puede exceder el valor dado por:

pero no puede ser mayor de 300 mm.

C.23-C.11.1.1

El diseño de secciones transversales sometidas a cortante debe estar basado en

donde Vu es la fuerza cortante mayorada en la sección considerada y Vn es la resistencia nominal al cortante calculada mediante

donde Vc es la resistencia nominal al cortante proporcionada por el concreto, calculada de acuerdo con C.11.2, C.11.3, o C.11.11 y Vs es la resistencia nominal al cortante proporcionada por el refuerzo de cortante calculada de acuerdo con C.11.4, C.11.9.9 o C.11.11.

C.23-C.14.1.1

Las disposiciones del Capítulo C.14 deben aplicarse al diseño de muros planares sometidos a carga axial, con o sin flexión, y a muros circulares con carga axial y esfuerzos anulares, con o sin flexión.

C.23-C.14.3.1

El refuerzo mínimo vertical y horizontal para temperatura y retracción de fraguado debe cumplir con las disposiciones de C.23-C.14.3.2 y C.23-C.14.3.3.

C.23-C.14.3.2

La cuantía mínima para refuerzo vertical ρℓ, es 0.0030.

C.23-C.14.3.3

La cuantía mínima para refuerzo horizontal, ρt, es función de la distancia entre juntas para compensar movimiento y debe cumplir con C.23-C.7.12.2.1.

C.23-C.14.3.4

Los muros con un espesor mayor que 250 mm deben tener el refuerzo en cada dirección colocado en dos capas paralelas a las caras del muro de acuerdo con:

• (a) Una capa consistente en no menos de 1/2, y no más de 2/3 de el refuerzo total requerido para cada dirección debe colocarse a no menos del recubrimiento indicado en C.23-C.7.7 ni a más de 1/3 del espesor del muro a partir de la superficie exterior.
• (b) La otra capa, consistente en el resto del refuerzo requerido en esa dirección, debe colocarse a no menos del recubrimiento indicado en C.23-C.7.7 ni a más de 1/3 del espesor del muro a partir de la superficie interior.

C.23-C.14.3.5

El refuerzo vertical y horizontal debe espaciarse a no más de 300 mm.

C.23-C.14.3.6

El refuerzo vertical no necesita estar confinado por estribos laterales cuando el refuerzo vertical no es mayor de 0.01 veces el área total de concreto, o cuando el refuerzo vertical no se requiere como refuerzo de compresión.

C.23-C.14.3.7

Además del refuerzo mínimo especificado anteriormente, una cantidad de refuerzo equivalente al refuerzo interrumpido por cualquier abertura debe adicionarse a los lados de la abertura. Estas barras deben extenderse para desarrollar el fy en tracción en las esquinas de las aberturas rectangulares y más allá de la intersección con otras barras de reemplazo del refuerzo interrumpido en aberturas circulares, pero no menos de 600 mm.

C.23-C.14.5.3 — Espesor mínimo de muros diseñados por el método empírico de diseño

C.23-C.14.6.1

El espesor de los muros que no sean de carga cuya estabilidad vertical no se derive de curvatura del muro en planta no debe ser menor de 150 mm, ni menor de 1/30 de la distancia mínima entre elementos que le proporcionen apoyo lateral.

C.23-C.14.6.2

El espesor mínimo de muros convencionales de concreto reforzado construidos en sitio que estén en contacto con líquidos y tengan más de 3 m de altura debe ser 300 mm.

C.23-C.15.14.1 — Alcance

En estructuras ambientales se consideran tres tipos de losas sobre el terreno:

• 1. Losas estructurales de cimentación
• 2. Losas sobre el terreno
• 3. Losas-membrana

Los requisitos para losas estructurales de fundación se encuentran dentro de los requisitos contenidos en el Título C de la NSR-10. Esta sección cubre los requisitos para losas sobre el terreno y losas-membrana de estructuras ambientales de concreto reforzado. El diseño de este tipo de losas está basado en la premisa de que la losa trasmite las cargas directamente a la sub-base sin distribuirlas, o solo distribuye cargas de ruedas de vehículos a la sub-base como los pavimentos.

C.23-C.15.14.2 — Sub-base

La sub-base debe tener la suficiente resistencia, rigidez, y estabilidad para soportar las cargas a que se va a ver sometida.

C.23-C.15.14.3 — Espesor de la losa

C.23-C.15.14.4 — Refuerzo

C.23-C.15.14.5 — Juntas

C.23-C.15.14.6 — Efecto de flotación por subpresión

C.23-C.15.14.7 — Curado

C.23-C.21.1.1 — C.23-C.21.1.1

C.23-C.21.1.2 — C.23-C.21.1.2