Se analiza la solución estructural empleada para la ejecución de depósitos de agua de uso escolar en zonas rurales de Brasil. El estudio incluye desde el análisis teórico hasta el proceso de ejecución empleado, con el objetivo de evaluar estructuralmente la solución empleada y proponer mejoras si fuera necesario

Mancebo Piqueras, José Antonio

Orquín Casas, Juan Manuel

Servicio de Coordinación de Bibliotecas de la Universidad Politécnica de Madrid

 
 
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Análisis estructural de depósitos de agua realizados en 
escuelas de Brasil 
 
Juan Manuel Orquín Casas 
Universidad Politécnica de Madrid 
juanmanuel.orquin@upm.es 
José Antonio Mancebo Piqueras 
Universidad Politécnica de Madrid 
ja.mancebo@upm.es 
 
 
Resumen  
 
Se analiza la solución estructural  empleada para la ejecución depósitos de agua de uso 
escolar  en zonas rurales de Brasil. El estudio incluye desde el análisis teórico hasta el proceso 
de ejecución empleado, con el objetivo de evaluar estructuralmente la solución empleada y 
proponer mejoras si fuera necesario. 
 
Palabras clave: depósito, análisis estructural. 
 
 
Resumo  
 
Analisamos a solução estrutural utilizado para transportar tanques de água para uso 
escolar no Brasil rural. O estudo inclui desde a análise teórica para processo de execução 
empregado, com o objetivo de avaliar a solução utilizada estruturalmente e propor melhorias, 
se necessário. 
 
Palavras-chave: armazém, a análise estrutural. 
 
 
1. Análisis estructural de depósitos de agua realizados en escuelas de Brasil 
 
1.1 Antecedentes 
 
Este artículo se enmarca dentro  de los trabajos realizados en el marco de la iniciativa 
“Agua en las Escuelas” en la que la UPM participa a través el Centro de Innovación en 
Tecnología para el Desarrollo Humano (itdUM), diseñado para garantizar el acceso al agua en 
colegios públicos de municipios de los nueve estados del “semiárido” brasileño, por medio de 
cisternas escolares. En concreto el proyecto firmado entre el Instituto Ambiental Brasil 
Sustentavel (IABS) y la Universidad Politécnica de Madrid, tiene por objeto definir y ejecutar 
una evaluación de impacto para el proyecto de Cisternas Escolares en 108 escuelas de 13 
municipios del estado de Alagoas. CONDRI (Consorcio para o Desenvolvimento da Região de 
Ipanema) es la organización responsable de la construcción de las cisternas y de la 
capacitación de sus beneficiarios.  
 
DisTecD. Diseño y Tecnología para el Desarrollo 
2013, 1, desde pág. 88 - hasta pág.96  
ISSN: 2386 – 8546 
 
 
 
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La evaluación que está llevando a cabo la UPM se compone de 3 partes principales, 
aunque el presente artículo se centra en la primera de ellas, que consiste en la evaluación 
técnica de la parte constructiva de las cisternas. 
 
1.2. Introducción 
 
El sistema  de cisternas pluviales puede dividirse en tres partes principales: 
 
- Obra civil, (fundamentalmente la cisterna o depósito) 
- Hidráulica de captación y conducción al depósito 
- Calidad del agua. Con componentes de prevención y otros de control de calidad  
 
En esencia el sistema consta de una canalización horizontal abierta, para recogida del agua 
captada en la cubierta, que es conducida mediante otras canalizaciones colectoras hasta el 
depósito de acumulación (cisterna de 52 m3 de capacidad), el depósito es semienterrado, 
cerrado en su mayor parte a la atmósfera, con cubierta cónica, con varias vías de entrada: 
ventilación, rebosadero, bomba, boca de hombre para entrada. De ahí el agua es extraída 
mediante una bomba manual y continúa su camino hasta los puntos de consumo: bebederos, 
baldes (con o sin desinfección), cocinas, etc. 
 
  
Figura 1. Esquema general del sistema de captación de agua de lluvia. 
 
1.3. Descripción de la solución estructural adoptada para los depósitos 
 
En las siguientes fotografías tomadas en un reciente viaje realizado entre 29 de junio y 8 
de julio de 2013, puede verse la ejecución y la configuración estructural de los depósitos, ya 
ejecutados o en fase de ejecución. 
 
Los depósitos son circulares de 5 m de diámetro y 2,6 m de altura y se encuentran 
parcialmente enterrados, lo que en principio puede ser favorable puesto que de esta manera 
los empujes del terreno puede contrarrestar en parte  los empujes horizontales del agua, 
aunque la profundidad enterrada no debería superar nunca 1/3 de la altura total del depósito 
para que no se inviertan los empujes resultantes al ser la densidad de las tierras (secas) 
 
 
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aproximadamente el doble que la del agua. No obstante el cálculo estructural del depósito 
debe contemplar la hipótesis de que no se movilicen los empujes de las tierras.  
 
            
           Figura 2. Vaso para el depósito.                                   Figura 3. Armadura losa de fondo. 
La losa de base de hormigón armado es de 10 cm de espesor con solo una capa de 
armadura de acero corrugado dispuesta circular y radialmente, y se asienta sobre 5 cm de 
tierra compactada (figura 3). A simple vista parece insuficiente su espesor y  el hecho de que la 
armadura dispuesta radialmente se interrumpe en el centro sin solapar.  
 
La construcción de los paramentos verticales se realiza con placas  fabricadas  in situ de 
dimensiones 49,5x38x5 cm, construidas sobre un lecho de arena alisado, mediante un molde 
de madera con ligera curvatura. No se utilizan áridos gruesos, solo arena, cemento y agua. El 
mortero resultante es de consistencia plástica apreciable y no se aprecia malformación de las 
piezas al retirarse el molde.   
 
Figura 4. Depósito. Sección vertical construida. Placas base y arranque de paramento vertical. 
 
 
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       Figura 5. Preparación para prefabricación.                        Figura 6. Placas fabricadas in situ.                 
 
      
  Figura 7. Construcción de pared.                                         Figura 8. Revocos de pared. 
 
Exteriormente a la pared y antes de aplicar el revoco se colocan cables de acero liso de 
2,7mm de diámetro con una separación vertical aproximada de 10 cm. Para asegura aún más 
la estanqueidad, se aplica un aditivo impermeabilizante añadido al mortero del revoco interior. 
  
La cubierta se realiza mediante travesaños de sección rectangular, con solo dos armaduras 
longitudinales y sin estribos, también prefabricados in situ apoyados en el depósito y en un 
tubo situado en el centro del depósito de PVC que actúa de encofrado perdido para el 
posterior relleno de hormigón con una armadura vertical formada por tres barras verticales y 
estribos triangulares (similares a las celosías de forjado). 
    
            Figura 9. Pared y vigas de cubierta.        Figura 10. Construcción del pilar. 
 
 
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La cubrición del depósito se realiza con piezas también prefabricadas in situ, a modo de 
tejas, que apoyan en los anteriores travesaños. En todas las piezas fabricadas in situ no se ha 
observado que se vibre el hormigón para eliminar el aire interior formado en el fraguado. 
 
        
    Figura 11. Piezas de cubierta.                      Figura 12. Vigas. 
 
1.4.  Análisis estructural de los depósitos 
 
Se ha modelizado el depósito mediante un programa comercial de Elementos Finitos (SAP 
2000) usando elementos placa de 4 cm de espesor. Se podría haber usado también elementos 
de membrana, pero los esfuerzos obtenidos demuestran que aunque se haya modelizado con 
elementos placa, el comportamiento es el característico de membrana. 
La peor hipótesis de cálculo corresponde a la situación en la que el depósito se encuentra lleno 
y no se movilizan los empujes de las tierras. El techo del depósito no introduce empujes 
laterales al depósito al estar simplemente apoyados los travesaños en la coronación del 
depósito y ser el pilar central el que “actúe” como apoyo fijo de la cubierta. La carga vertical 
sobre los elementos placa del depósito es casi despreciable.  
 
Del análisis de los resultados se pueden obtener  las siguientes  conclusiones: 
 
1. A pesar de que el espesor de la losa de fondo y la disposición de una única capa de 
armadura e interrumpida en el centro puede parecer insuficiente, el cálculo estructural 
realizado demuestra que la solución puede considerarse valida desde el punto de vista 
estructural, aunque al colocar el pilar central que soporta el techo del depósito en el 
centro se hace necesario solapar la armadura radial de la losa, puesto que se produce 
un esfuerzo local. 
 
Sin embargo en el análisis estructural anterior no se ha considerado la hipótesis de 
posibles asientos diferenciales de la losa. Dado que no se compacta el terreno donde se 
asienta la losa de fondo y no se coloca un encachado de gravas que permita (a modo del 
balasto de las vías del tren) uniformizar asientos y tampoco el espesor y armado de la 
losa de fondo es suficiente para resistir los esfuerzos derivados de los asientos 
diferenciales, estos pueden provocar fisuras en la losa de fondo y en su unión con las 
paredes. Al no tener los elementos placa ninguna resistencia a tracción no tienen 
capacidad a cortante ante movimientos diferenciales de la losa de fondo. De hecho esta 
patología ya ha sido comprobada en algún depósito como el de la figura 18 que perdió 
todo el agua en apenas unos días. 
 
 
 
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Otro  posible problema a no muy largo plazo puede ser la durabilidad de la losa, debido 
a la baja calidad del hormigón por su bajo contenido en cemento, sumado al pequeño 
espesor de la misma y los escasos recubrimientos de la armadura.  
 
2. Los esfuerzos en la pared del depósito son claramente en comportamiento en 
membrana, es decir, axiles radiales al depósito. A los elementos prefabricados 
colocados en la pared no se les puede confiar esta responsabilidad con lo que es el 
acero de los alambres que envuelve estos elementos los que soportan este esfuerzo de 
tracción. 
 
Del axil máximo obtenido, en torno a 36 KN/m (figura 13) se deduce que cada sección 
de cable (5/16”) esta soportando un esfuerzo aproximado de 3.6 KN lo que suponiendo 
una tensión admisible para el acero liso de 200 Mpa  podríamos decir que se tiene un 
coeficiente de seguridad de 2,8. Este coeficiente de seguridad debe comprender el 
coeficiente de minoración de materiales y el coeficiente de mayoración de cargas, pero 
parece suficiente. 
 
De esta manera las placas actúan simplemente como soporte de los alambres y vaso del 
depósito, y con la única función estructural del soportar las cargas verticales del techo. 
 
3. En el modelo anterior no se ha modelizado la tapa del depósito debido a que la carga 
sobre la pared es despreciable (concretamente si se considera el p.p de la cubierta y 
una sobrecarga de uso de 100 kp/m2 el axil sobre las placas de la pared es de 0.3 
kp/cm2). Puede ser más importante la reacción del pilar central sobre la losa, por lo que 
se ha repetido el análisis anterior con una carga vertical en el centro de la losa de 20 KN 
(reacción estimada del pilar). No existe para esta carga posibles problemas de 
punzonamiento en la losa pero si se tienen tensiones en la losa locales que aconsejan 
solapar la armadura en el centro de la misma. 
 
  
 
 
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Figuras 13,14 y 15 Diagramas de isovalores de axiles radial (sin mayorar), axiles vertical  y  
Momentos Flectores. 
 
Mención aparte merecen las viguetas prefabricadas de la cubierta, ya que no disponen 
de armadura vertical, confiando toda la resistencia a esfuerzos cortantes a un 
hormigón de mala calidad, sin gravas y sin vibrar. No es necesario realizar ningún 
cálculo estructural para afirmar que puedan presentarse, aunque las cargas que 
soportan no sean grandes, patologías o colapsos estructurales en estos elementos 
como los de la figura 19. 
 
 
 
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Figura 18. Fisuras en fondo y pared.                    Figura 19. Rotura de viguetas de cubierta.                 
 
1.5. Mejoras a implementar en  los depósitos 
 
Aunque estructuralmente la solución es válida teóricamente, lo es solamente si se 
cumplen determinadas hipótesis favorables como terreno uniforme sin posibilidad de asientos 
diferenciales, dosificación correcta de los elementos fabricados in situ, correcta ejecución, etc. 
Es por ello que bastantes de los  depósitos que hay ya en funcionamiento lo puedan hacer 
correctamente, pero entendemos que hay demasiadas variables con demasiada 
incertidumbre.  
 
Por tanto, del análisis estructural anterior y del proceso de ejecución observado in situ en 
algunos de los depósitos se proponen las siguientes propuestas de mejora a implementar 
dentro de lo posible: 
 
1. Es necesario mejorar la base en la que se asienta la losa de fondo, con una capa de 
gravas de al menos 15 cm, incrementar el espesor de dicha losa al menos también a 15 
cm con una armadura continua.  
 
2. Mejorar en lo posible la calidad de los materiales y concretamente del hormigón, 
aumentando el contenido en cemento e introduciendo gravas en las dosificaciones de 
los distintos elementos de tamaño máximo 20 mm y limitar el espesor mínimo de los 
elementos a 50 mm. 
 
3. En cuanto al control de calidad del proceso de ejecución, es especialmente importante 
debido al pequeño espesor de los distintos elementos vigilar y asegurar el correcto  
vibrado en las piezas de hormigón. También los materiales usados y el uso de las 
correctas proporciones es importante. 
 
4. Para evitar el colapso de las viguetas de la cubierta es necesario el empleo de estribos. 
Valdría colocar la misma celosía que se coloca en el pilar central. 
 
Figura 16. Armadura colocada en los pilares y propuesta para las viguetas de cubierta. 
 
5. La durabilidad es otro aspecto claramente mejorable. Hay que tener en cuenta que los 
cambios más significativos en las distintas normativas del hormigón que se han ido 
sucediendo en las últimas décadas en todo el mundo han estado orientados a mejorar 
 
 
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la durabilidad de las estructuras. Esta se consigue principalmente mediante el empleo 
de hormigones más compactos, conseguidos a base de mayores relaciones 
agua/cemento, uso de aditivos, aumento de recubrimientos de armaduras, etc. 
 
En el caso concreto del proyecto objeto de este artículo este aspecto se puede mejorar 
dando un mayor recubrimiento a la losa de fondo y al trasdos de la pared del depósito, 
ya que el cable dispuesto radialmente a lo largo de las paredes que es el elemento 
encargado de resistir las tracciones debido al empuje del agua esta protegido 
únicamente por un revoco. En la zona inferior (zona de máximo esfuerzo) la pared esta 
en contacto con el terreno, que puede ser agresivo en algún caso o puede darse el caso 
de que el nivel freático se encuentre en esos niveles con la agresividad que suponen las 
sales disueltas en el agua. 
 
Figura 16. Armadura radial exterior del depósito insuficientemente protegida. 
 
 
Referencias 
 
CALAVERA, José. Patología de Estructuras de Hormigón Armado y Pretensado.; 1ª ed. Madrid: 
Intemac, 1996. 2 v. ISBN: 84-88764-02-2. 
 
MONTOYA, Pedro. Hormigón Armado.; 7ª ed. Barcelona: Gustavo Gili, 2000. 2 v. ISBN: 84-252-
1825-X. 
 
MINISTERIO DE FOMENTO DEL GOBIERNO DE ESPAÑA. Instrucción de Hormigón Estructural 
EHE-08. Comisión Permanente del Hormigón. Mº Fomento. Madrid: 2008. 
 
 


Análisis estructural de depósitos de agua realizados en escuelas de Brasil

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