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MN INGENIEROS LTDA.
PROYECTO: DISEO SISTEMA DE PURGA EMBALSE CHIRONTA REVISIN: B
MEMORIA DE CLCULO: ESTRUCTURAL OBRA: GALPON DE OPERACIONES
TTULO: MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURAL GALPON DE OPERACIONES
MN INGENIEROS Ltda. Marchant Pereira 650, Providencia, Santiago, Chile
PROYECTO : DISEO SISTEMA DE PURGA EMBALSE CHIRONTA
OBRA : GALPON DE OPERACIONES
TTULO : MEMORIA DE CLCULO ESTRUCTURAL GALPON DE OPERACIONES
REV. N FECHA PROYECT REVIS JEFE PROY.
B JUN-14 A. NUEZ R. BRAVO V. TORO
MN INGENIEROS LTDA.
PROYECTO: DISEO SISTEMA DE PURGA EMBALSE CHIRONTA REVISIN: B
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MN INGENIEROS Ltda. Marchant Pereira 650, Providencia, Santiago, Chile
DISEO SISTEMA DE PURGA EMBALSE CHIRONTA
REGIN DE ARICA Y PARINACOTA
CONTENIDO
1 INTRODUCCIN ....................................................................................................... 3
2 OBJETIVO Y ALCANCE ........................................................................................... 4
3 NORMAS Y ESPECIFICACIONES ............................................................................ 4
3.1 Consideraciones arquitectnicas ......................................................................... 4
3.2 Cargas y Sobrecargas ......................................................................................... 4
3.3 Acero ................................................................................................................... 4
3.4 Hormign Armado................................................................................................ 4
4 ANTECEDENTES ...................................................................................................... 5
4.1 Planos ................................................................................................................. 5
4.2 Suelo de fundacin .............................................................................................. 5
4.3 Consideraciones Arquitectnicas ......................................................................... 5
5 DISEO ACERO ESTRUCTURAL ............................................................................ 6
5.1 Cargas de viento ................................................................................................. 6
5.2 Cargas de nieve .................................................................................................. 7
5.3 Sobrecarga de Techo .......................................................................................... 7
5.4 Sismo .................................................................................................................. 7
5.5 Combinaciones .................................................................................................... 8
5.6 Modelo Estructural ............................................................................................... 9
5.6.1 Resultados cargas ltimas (mayoradas) ................................................................. 11
5.7 Diseo de elementos ......................................................................................... 12
5.8 Diseo placa base y pernos de anclaje .............................................................. 15
5.9 Diseo Fundacin .............................................................................................. 17
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DISEO SISTEMA DE PURGA EMBALSE CHIRONTA
REGIN DE ARICA Y PARINACOTA
MEMORIA DE CLCULO ESTRUCTURAL GALPON DE OPERACIONES
1 INTRODUCCIN
La presente memoria de clculo estructural, correspondiente al galpn de operaciones del sistema de purga del embalse Chironta, entregar todas las dimensiones, espesores y verificaciones estructurales para el correcto funcionamiento del proyecto.
Este albergar los tableros elctricos, generador y estanque de combustible, adems servir de cubierta para el pique de acceso al sistema de purga del embalse Chironta.
Figura N1. Elevacin Galpn de Operaciones
Figura N2. Elevacin Eje 2b Galpn de
Operaciones
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2 OBJETIVO Y ALCANCE
El presente documento tiene los objetivos principales:
Verificar la resistencia y el diseo de la estructura de acero.
Verificar la estabilidad de las fundaciones.
Determinar las armaduras para las fundaciones sealadas.
3 NORMAS Y ESPECIFICACIONES
En el diseo y clculo se usarn las ltimas ediciones de las siguientes normas y guas, donde sean aplicables:
3.1 Consideraciones arquitectnicas
Nch 1079, Recomendaciones para el diseo arquitectnico.
3.2 Cargas y Sobrecargas
Nch 1537, Cargas permanentes y Sobrecargas de uso.
Nch 2369, Diseo ssmico de estructuras e instalaciones industriales.
Nch 432, Clculo de la accin del viento sobre las construcciones.
Nch 431, Construccin Sobrecargas de nieve.
3.3 Acero
ANSI/AISC 360-05, Specification for Structural Steel Buildings.
Manual ICHA, Manual de Diseo Para Estructuras de Acero.
AISC Steel Design Guide, Base Plate And Anchor Rod Design
3.4 Hormign Armado
ACI 318S-08 Requisitos de reglamento para concreto estructural y comentario.
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4 ANTECEDENTES
En el desarrollo de la presente memoria se ha considerado los siguientes antecedentes:
4.1 Planos
Plano PCH-01-21-001 Rev. B. Pique de Acceso a Portal de Entrada.
4.2 Suelo de fundacin
El suelo de fundacin estar emplazado en un corte del cerro en la rivera norte del rio Lluta, de acuerdo a la informacin geotcnica de la zona y la experiencia del consultor se asume como suelo tipo II.
Se consider la siguiente clasificacin:
Parmetros ssmicos del suelo:
Zona 2
Suelo Tipo II
T (seg) 0.35
n 1.33
Ao 0.3g
Se verific para las siguientes presiones de contacto para las fundaciones del galpn de la casa de mquinas.
Tensiones admisibles:
Se asume como un suelo rocoso
Q adm normal 5 Kgf/cm2
4.3 Consideraciones Arquitectnicas
De acuerdo a la Nch 1079, Recomendaciones para el diseo arquitectnico, se utiliza una pendiente de techo del 10%.
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5 DISEO ACERO ESTRUCTURAL
El diseo en acero del galpn de la Casa de Mquinas, consiste en:
Definir los perfiles a ocupar en columnas, vigas, cerchas y diagonales.
Soldaduras, placas y uniones.
El acero ser de tipo A42-27ES, con las siguientes propiedades:
Fy 2.700 kg/cm2
Fu 4.200 kg/cm2
E 2.100.000 kg/cm2
5.1 Cargas de viento
De acuerdo a lo establecido en la Norma Chilena NCh 432, la fuerza del viento por unidad de superficie se obtendr multiplicando la presin bsica q por un factor de forma C.
Para construcciones situadas en campo abierto, o en sitos asimilables a estas condiciones, la presin bsica q [kgf/m2] para alturas de entre 0 y 4 metros es de 70 [kgf/m2].
El factor de forma para construcciones cerradas con paredes planas es el siguiente:
C=1,2, Superficies perpendiculares a la direccin del viento.
C=sen , Superficies inclinadas en un ngulo con relacin a la direccin del viento.
Las cargas de viento se modelan de la siguiente manera:
Figura N2. Cargas de viento segn la forma
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5.2 Cargas de nieve
La latitud del lugar es de 18,3 y la altitud de 1760 m.s.n.m., por lo que segn la tabla 2 sobrecargas bsicas mnimas de nieve de la Nch 431, no se considera sobrecarga de nieve.
5.3 Sobrecarga de Techo
La sobrecarga de techos se calcula de la siguiente manera:
Se considera la sobrecarga mnima para techos qk igual a 1 [kpa] (102 kgf/m2)
C.= 1-2.33*tan() = 0,76
CA = 0,6
Finalmente qred es igual a 0,46 [kpa] (47 kgf/m2)
A este valor se le suman 10,5 [kgf/m2] correspondientes a la cubierta de la techumbre.
Finalmente el valor usado como carga viva es de 57,5 [kgf/m2]
5.4 Sismo
Para el caso ssmico se revisa la norma NCh2369 Of 2003, y as obtener el corte basal. Los datos segn la Norma estn en el cuadro siguiente:
Factores segn norma NCh2369 Of 2003
Zona ssmica 2
Suelo tipo II B
Ao 0.3 g
T 0.35 seg
n 1.33
R 3
0.03
Cmax 0,255 segn zona R y
I 1.2
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La masa ssmica se calcula, con la totalidad de la carga muerta. Segn lo dicho se obtiene el siguiente corte basal (Q=CIP).
5.5 Combinaciones
Las combinaciones son obtenidas del manual de diseos para estructuras de acero ICHA Vol I, ao 2000, y son las siguientes:
Comb1 = 1,4 D
Comb2 = 1,2 D+0,5 Lr
Comb3 = 1,2 D+1,6 Lr+0,8 Wx (o Wy)
Comb4 = 1,2 D+1,3 Wx (o Wy)+0,5 Lr
Comb5 = 1,4 D 1,4 E
Donde:
D= Carga muerta
Lr= Sobrecarga de Techo
Wx (Wy)= Carga de viento en la direccin x (direccin y)
E= Sismo
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5.6 Modelo Estructural
Se realiz un modelo estructural mediante elementos finitos. La figuras N3, exhibe el modelo, este se hizo dividiendo el largo total en 2 espacios de 6,0 m de cada uno, para colocar 3 columnas por lado y diagonales segn indican la figuran.
Figura N3. Modelo Estructura de Acero Vista NE.
En las imgenes siguientes se muestran los esquemas de cargas utilizados en el modelo computacional.
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Carga de viento
Sismo
Sobrecarga de techo
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5.6.1 Resultados cargas ltimas (mayoradas)
Columnas
Elemento Cargas ultimas (mayoradas)
Hx200x200x38.5
P (Compresin) [Tonf]
P (Traccin) [Tonf]
V (Corte) [Tonf]
M y-y [Tonf*m] M x-x [Tonf*m]
-3,469 (COMB3) 0,562 (COMB4) 3,370 (COMB4) 1,257 (COMB4) 2,902 (COMB4)
Costanera
Elemento Cargas ultimas (mayoradas)
CA150x75x9.4
Pu (Compresin) [Tonf]
Pu (Traccin) [Tonf]
Vu (Corte) [Tonf]
Mu y-y [Tonf*m]
Mu x-x [Tonf*m]
-1,124 (COMB4) 0,234 (COMB4) 0,770 (COMB3) 0,455 (COMB3) 0,332 (COMB3)
Cerchas
Elemento Cargas ultimas (mayoradas)
C175x75x14.3
Pu (Compresin) [Tonf]
Pu (Traccin) [Tonf]
Vu (Corte) [Tonf]
Mu y-y [Tonf*m] Mu x-x
[Tonf*m]
-5,271 (COMB3) 5,280 (COMB3) 0,198 (COMB3) 0,141 (COMB3) 0,286 (COMB4)
Elemento Cargas ultimas (mayoradas)
2L50x50x3
Pu (Compresin) [Tonf]
Pu (Traccin) [Tonf]
-1,252 (COMB3) 2,326 (COMB3)
Diagonales
Elemento Cargas ultimas (mayoradas)
L80x80x6
Pu (Compresin) [Tonf]
Pu (Traccin) [Tonf]
-0,684 (COMB4) 0,655 (COMB4)
Elemento Cargas ultimas (mayoradas)
12 P (Traccin) [Tonf]
1,701 (COMB4)
Los diagramas de fuerzas y momentos se encuentran en la seccin de anexos.
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5.7 Diseo de elementos
El diseo de elementos se realiza mediante el mtodo LRFD, que viene especificado en ANSI/AISC 360-05, Specification for Structural Steel Buildings, a continuacin se presenta un resumen de los resultados:
RESUMEN DE LOS RESULTADOS (tonf, tonf-m)
Elemento Hx200x200x38.5
Long. Efectiva de pandeo (K*L) 480 [cm]
Carga Requerida
Resistencia disponible
Verificacin
Pu *Pn
TRACCIN
0,562 118,08 *Pn>Pu Cumple
COMPRESIN
3,469 75,0 *Pn>Pu Cumple
FLEXION Eje XX 2,902 8,69 *Pn>Pu Cumple
Pandeo Lateral Torsional
Eje YY 1,257 3,78 *Pn>Pu Cumple
Pandeo Lateral Torsional
CORTE
3,370 14,6 *Pn>Pu Cumple
INTERACCION FLEXO-COMPRESION
0,689 1
INTERACCION FLEXION-TRACCION
0,668 1
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RESUMEN DE LOS RESULTADOS (tonf, tonf-m)
Elemento CA150x75x9.4
Long. Efectiva de pandeo (K*L) 130 [cm]
Carga
Requerida Resistencia disponible
Verificacin
Pu *Pn
TRACCIN
0,234 19,29 *Pn>Pu Cumple
COMPRESIN
1,124 20,7 *Pn>Pu Cumple
FLEXION Eje XX 0,332 1,36 *Pn>Pu Cumple
Pandeo Lateral Torsional
Eje YY 0,455 0,55 *Pn>Pu Cumple
Pandeo Lateral Torsional
CORTE
0,770 7,6 *Pn>Pu Cumple
INTERACCION FLEXO-COMPRESION
1,089 1
INTERACCION FLEXION-TRACCION
1,071 1
RESUMEN DE LOS RESULTADOS
(tonf, tonf-m)
Elemento C175x75x14.3
Long. Efectiva de pandeo (K*L) 100 [cm]
Carga
Requerida Resistencia disponible
Verificacin
Pu *Pn
TRACCIN
5,280 38,38 *Pn>Pu Cumple
COMPRESIN
5,271 30,6 *Pn>Pu Cumple Pandeo Flexo-
Torsional
FLEXION Eje XX 0,286 2,70 *Pn>Pu Cumple Fluencia
Eje YY 0,141 0,77 *Pn>Pu Cumple Fluencia
CORTE
0,198 7,9 *Pn>Pu Cumple
INTERACCION FLEXO-COMPRESION
0,376 1
INTERACCION FLEXION-TRACCION
0,481 1
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RESUMEN DE LOS RESULTADOS (tonf, tonf-m)
Elemento 2L50x50x3
Long. Efectiva de pandeo (K*L) 135 [cm]
Carga
Requerida Resistencia disponible
Verificacin
Pu *Pn TRACCIN 2,33 4,79 *Pn>Pu Cumple
COMPRESIN 1,252 1,55 *Pn>Pu Cumple
Pandeo Flexo-Torsional
RESUMEN DE LOS RESULTADOS (tonf, tonf-m)
Elemento L80x80x6
Long. Efectiva de pandeo (K*L) 432 [cm]
Carga
Requerida Resistencia disponible
Verificacin
Pu *Pn TRACCIN 0,66 15,02 *Pn>Pu Cumple
COMPRESIN 0,684 4,9 *Pn>Pu Cumple
Pandeo Flexo-Torsional
RESUMEN DE LOS RESULTADOS (tonf, tonf-m)
Elemento 12
Carga Requerida
Resistencia disponible
Verificacin
Pu *Pn
TRACCIN
1,70 2,75 *Pn>Pu Cumple
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5.8 Diseo placa base y pernos de anclaje
Se tienen los siguientes esfuerzos mayorados para el diseo de la placa Base
Pu 4,4 [Tonf]
Mu 3,4 [Tonf*m]
Vu 4,3 [Tonf] No se considera placa de corte
Verificacion Corte - Momento
Dg1 37,3 [cm] Distancia entre Pernos
pernos 4
Tpg1 5,7 [Tonf] Traccion por Perno
Vpg1 1,07 [Tonf] Corte Por Perno
Dimensiones de la Placa
Capacidad de soporte del concreto
0,6 factor de reduccion aplastamiento de concreto
Areq 51,1 cm2 Area de soporte requerida
Fluencia de la placa base
0,9 factor de reduccion fluencia placa base
m 15,5
n 17
ln' 5 l=1 *conservadoramente
l 17
tmin 0,52 cm espesor minimo
Dimensiones Adoptadas
Lp 50 [cm]
Bp 50 [cm]
e1 1,0 [cm]
Pernos de Anclaje
Factor de Reduccion 0,75
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Traccion en perno y hormign
Calidad ASTM A36
fy 2500 [kgf/cm 2]
f uta 4000 [kgf/cm 2]
Diametro 20,0 [mm]
Nro Pernos 4
Ase 3,14 [cm2]
Nsa 50,3 [Tonf]
Nsa 37,7 [Tonf] > 5,7
Diametro de Perforacion 34 [mm]
Traccion en hormigon
Factor de Reduccion 0,7
Hef 25 cm Longitud de Anclaje
Ca 10 cm Longitud desde el centro del perno al borde del hormigon
Yec,N 1 Factor de Modificacion para cargas excentricas
Yed,N 0,78 Factor de Modificacion para efectos de borde
Yc,N 1
Ycp,N 1 Ca>Ca Critico
A nc 4377,5 cm2 Area Proyectada de la superficie de falla del grupo de anclaje
A nco 5625 cm2 Area Proyectada de la superficie de falla de un solo anclaje
Nb 16298 [kgf] Resistencia basica del arrancamiento del hormigon
Ncbg 9893 [kgf]
*Ncbg 6,925 [Tonf] > 5,7
Se asume como 30 cm
sau NP *
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5.9 Diseo Fundacin
a) DIMENSIONAMIENTO
Propiedades del suelo
g = Peso especfico 1,7 T/m3
pad = Tensin admisible 20,0 kg/cm2
= 30
H Profundidad bajo suelo natural 0,3 m
Cargas del anlisis
V N M
Col. 1 -2,36 4,12 -2,20
Col. 2 -3,10 1,53 -2,63
a.1)Resultante cargas a nivel suelo
N1 x1 N2 x2 N3 x3 No Mo VoT m T m T m T T-m T
4,1 3,1 0,0 0 1,5 -3,1 5,7 3,199 -5,5
a.2) Dimensiones losa Se escoje losa rectangular, centrada c/r a punto medio entre ejes extremos
A min = No/pad = 0,03 m2
Area mnima losa (calculada con No centrada)
h Espesor uniforme losa Valor a determinar en dimensionamientoL Longitud losa en direccin del plano de anlisis Valor a determinar en dimensionamientoB Longitud losa en direccin normal al plano de anlisis Valor a determinar en dimensionamiento
Wc Peso columna bajo nivel suelo natural Valor a calcular con g HA = 2.5 T/m3
Wz Peso losa Valor a calcular con g HA = 2.5 T/m3
Ws Peso suelo sobre losa Valor a calcular con g dado para el suelo
N N = No + Wc + Wz + Ws Carga vertical total al NSFM M = Mo + VH Momento total al NSF
Dimensiones columna 0,6 m 0,6 m
Sin mayorar
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smax - sminValores mximo y mnimo de la presin sobre el suelo
u Longitud distribucin de presiones sobre suelo
Si e L/6
Si e > L/6
En la tabla siguiente aparecen varias soluciones posibles para la condicin pmax pad
H h L B Wc Wz Ws N M e = M/N u p max p minm m m m T T T T T-m m m T/m2 T/m2
0,2 0,2 6,40 12,00 0,00 30,8 0,00 36,4 1,0 0,03 < L/6 - 0,487 0,462
0,3 0,3 6,40 12,00 0,00 46,2 0,00 51,8 0,5 0,01 < L/6 - 0,681 0,669
0,3 0,3 6,40 12,00 0,00 46,2 0,00 51,8 0,5 0,01 < L/6 - 0,681 0,669
0,3 0,3 6,40 12,00 0,00 46,2 0,00 51,8 0,5 0,01 < L/6 - 0,681 0,669
Solucin elegida Se elige la solucin con los siguientes criterios:
Longitud en compresin debe ser al menos 80% de la longitud total de la fundacin
Minimizar el peso (volumen) de hormign de la losa
H h L B Wc Wz Ws N M e = M/N u p max p minm m m m T T T T T-m m m T/m2 T/m2 u>0.8L0,3 0,3 6,40 12,00 0,00 46,20 0,0 51,8 0,5 0,01 < L/6 - 0,681 0,669 cumple
b[cm] h[cm]
0 0
b) VERIFICACION ESTABILIDAD
b.1)Volcamiento Mv = 0,5 T-m
Mr = 165,9 T-m
FS volcamiento = 353,7 ok
b.2)Deslizamiento V = 5,46 Tm = tan(2/3) 0,36
Fr = 18,9 TFS deslizamiento = 3,5 ok
No se ha considerado la accin de empujes pasivos por el frente de la Losa en la verificacin de la estabilidad
c) DISEO
c.1)Cargas En la figura aparecen las fuerzas actuantes sobre la fundacin
4,1 1,5
0,75
0,669
0,681
6,40
viga de fundacion
Carga de pp
Presiones suelo T/m2
jj ECU b UR n g jj ECU b UR n g jj ECU b UR n g jj ECU b UR n g jj ECU b UR n g jj ECU b UR n g jj ECU b UR n g jj ECU b UR n g jj ECU b UR n g jj ECU b UR n g UR n g jj ECU b UR n g jj ECU b UR n g
L
e61
BL
N= p,p minmax
Be2
L3
N2pe
2
L3= u max
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c.2)Materiales f'c 170 kg/cm2
fy 4200 kg/cm2
d 25 cm
b 1200 cm
c.3)Diseo losa @ paramento exterior muro Se verifica la seccin a plomo del paramento exterior del muro
Tensiones suelo p neta @ borde losa 0,069 T/m2
p neta @ paramento muro 0,070 T/m2
Corte "de Viga" V 4,3 T Corte neto @ paramento muroVu 6,1 T Corte ltimo neto @ paramento de muro
Resistencia de corte ("de viga")Vc 207,3 T
Vc = 124,4 T OK
Diseo a flexin
i) Armadura principal losa
M 1,82 T-mMu 2,55 T-m Momento ltimo neto @ paramento columna
Refuerzo requerido en cara inferior
b d h Mu As cm cm cm T-m cm2 No A S
Flex pura mm cm2 cm
100 25 30 2,55 2,75 12 4 4,52 25 En cara inferior losa
ii) Armadura de Reparto
Valor maximo 30% de la armadura principal o 1/oo
cm2
30% 1,4
1/oo 2,5
Refuerzo requerido en cara inferior
As
cm2 No A S
mm cm2 cm
2,50 10 4 3,14 25 En cara inferior losa
iii) Verificacion de Cuanta Mnima armadura principal ACI 318-08
As min 1,80 /oo 10.5.4 En Losas donde se empleen barras corrugadas de Grado 420
As Dis 1,81 /oo Cumple
As Provista
As Provista
2cc cm/kgenbd'f53.0V
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c.4)Verificacin punzonamiento bajo columna
Carga de punzonamiento Nu = 5,8 T Descarga columna sobre losa (mayorada)
Resistencia de punzonamiento
f'c = 170 kg/cm2
d = 25 cmbo = 290 cm Permetro seccin crtica de punzonamiento
dado que no se conoce, se desprecia tamao columnabc = 1 Cuociente (lado largo/lado corto) rea apoyo o carga concentrada
as = 20 40 col interiores 30 col borde 20 col de esquina
Vc = 100200 kg Vc 95050 kg
= 100 T = 95 T Manda
Vc > Nu OK
c.5)Armadura pedestal
Armadura por Flexin
Las armaduras se disean con los siguientes esfuerzos
Md:= Mu+Vu*Hp 5,9 Tonf*m *mayoradas
Del calculo de la armadura requerida por el pedestal, se obtiene que el area de acero a
traccion requerida es:
A req := 2,9 cm2 Se dispone 4 12 de armadura para el pedestal
Longitud del gancho: 20cm
A dis := 4,5 cm2
Estribos
El area requerida para estribos no debe ser menor que la requerida por las siguientes ecuaciones:
Ash (1): 1,269 cm2
Ash (2): 2,01 cm2
Se adopta E10@10 Longitud del gancho: 75 mm
A dis:= 1,571 cm2
12@25
1
0@
25
2ococ
cc cm/kgendb'f06.1db'f
2153.0V
b
2oc
o
sc cm/kgendb'f2
b
d27.0V
a
1
A
A
f
'fbs3.0A
ch
g
yt
ccsh
yt
ccsh
f
'fbs09.0A
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ANEXOS
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Resultantes Elemento Columnas (H200x200x38,5) [Tonf m]
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Resultantes Elemento Costanera (CA 150x75x9,4) [Tonf m]
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Resultantes Elemento Cordn Superior e Inferior (C 175x75x14,3) [Tonf m]
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Resultantes Elemento diagonales y montantes (2Lx50x50x3) [Tonf m]
Resultantes Elemento diagonal (Lx80x80x6) [Tonf m]
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Resultantes Elemento diagonal (12) [Tonf m]