Anexo 7.2.6 - MCE Galpón

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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

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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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MN INGENIEROS Ltda. PAG. 3 de 33

Marchant Pereira 650, Providencia, Santiago, Chile

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


CA150x75x9.4

Pu (Compresin) [Tonf]

Pu (Traccin) [Tonf]

Vu (Corte) [Tonf]

Mu y-y [Tonf*m]

Mu x-x [Tonf*m]


Cerchas


C175x75x14.3


Pu (Traccin) [Tonf]

Vu (Corte) [Tonf]

Mu y-y [Tonf*m] Mu x-x

[Tonf*m]



2L50x50x3


Pu (Traccin) [Tonf]

-1,252 (COMB3) 2,326 (COMB3)

Diagonales


L80x80x6


Pu (Traccin) [Tonf]

-0,684 (COMB4) 0,655 (COMB4)


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


CORTE


INTERACCION FLEXO-COMPRESION

0,689 1

INTERACCION FLEXION-TRACCION

0,668 1

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Elemento CA150x75x9.4


Carga

Requerida Resistencia disponible

Verificacin

Pu *Pn

TRACCIN


COMPRESIN


FLEXION Eje XX 0,332 1,36 *Pn>Pu Cumple


Eje YY 0,455 0,55 *Pn>Pu Cumple


CORTE



1,089 1


1,071 1

RESUMEN DE LOS RESULTADOS

(tonf, tonf-m)

Elemento C175x75x14.3


Carga


Verificacin

Pu *Pn

TRACCIN


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



0,376 1


0,481 1

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Elemento 2L50x50x3


Carga


Verificacin

Pu *Pn TRACCIN 2,33 4,79 *Pn>Pu Cumple

COMPRESIN 1,252 1,55 *Pn>Pu Cumple

Pandeo Flexo-Torsional


Elemento L80x80x6


Carga


Verificacin

Pu *Pn TRACCIN 0,66 15,02 *Pn>Pu Cumple

COMPRESIN 0,684 4,9 *Pn>Pu Cumple

Pandeo Flexo-Torsional


Elemento 12

Carga Requerida

Resistencia disponible

Verificacin

Pu *Pn

TRACCIN


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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 *

utaNsesa fAnN ** ,

bNcpNcNedNec

Nco

Nc

cbg NA

AN ***** ,,,,

cbgua NN *

5,1' *** efccb hfkN l

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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]

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Anexo 7.2.6 - MCE Galpón