Fundacion Caldera Hurtado Montecinos

Universidad Austral de Chile

Facultad de Ciencias de la Ingeniera

Ing. Civil en Obras Civiles

DISEO DE FUNDACION PARA RECINTO

INDUSTRIAL PARA USO DE CALDERA.

INTEGRANTES: PABLO HURTADO OJEDA ADOLFO MONTECINOS NAVARRETE

REVISOR: ING. PROF. JOSE SOTO M.

VIERNES 29 DE MAYO DE 2015, VALDIVIA

BASES DE CLCULO DEL PROBLEMA

Consideraciones Generales

Para efectos de diseo se considerar lo siguiente:

Suelo homogneo.

Se utilizar teora lineal elstica.

Se despreciar el empuje pasivo para efectos de clculo.

El hormign solo es capaz de resistir esfuerzos de compresin, no de traccin.

Adherencia completa entre acero y hormign.

Los materiales, tanto acero y hormign mantienen su mdulo de elasticidad constantes.

Hiptesis 1: ZAPATAS COMBINADAS

A causa de los esfuerzos obtenidos en base de muros, con grandes momentos y carga axial,

el uso de zapatas aisladas en estos muros, incluso utilizando zapatas excntricas, supondra unos

volmenes de zapata muy elevados.

Se entiende por zapata combinada la que cimenta dos o ms miembros estructurales

(muros, pilares, etc.), en nmero reducido y la razn de su eleccin para el diseo de nuestra

fundacin viene justificada por la propia forma de trabajo de esta zapata que nos permite reducir

las dimensiones de la cimentacin de forma importante con respecto a la utilizacin de zapatas

aisladas. Adems por motivos de aumento de la superficie de carga y para reducir asientos

diferenciales.

Hiptesis 2: CIMENTADA EN SUELO MALO

COEFICIENTE DE BALASTO

0.5 [Kg/cm^3] Para suelo malo.

4.0 [Kg/cm^3] Para suelo medio.

12.0 [Kg/cm^3] Para suelo muy bueno.

La determinacin del coeficiente de balasto se hace por mtodos experimentales, mediante

ensayos de placa de carga, pero si no se dispone de un estudio geotcnico, podemos optar por elegir

entre los siguientes mdulos de Balasto:

Para la fundacin diseada, por tomar como hiptesis de clculo que fue cimentada en suelo

malo, el coeficiente de balasto es 0,5

3cmkg

Hiptesis 3: ZAPATA RGIDA

Para que pueda ser considerarse como rgida, la seccin del cimiento por un plano vertical

que pase por los ejes de los soportes debe ser tal que:

Hiptesis 4: DIAGRAMA TRAPECIAL DE TENSIONES (CARGA EN EL TERCIO CENTRAL)

41

488.0

BK

IEl

42

475.1

BK

IEl

43

488.0

BK

IEl

admqqqverficardebeseqqcomo max121

L

e

BL

Nqy

L

e

BL

Nq

61

61 21

En que N

Me

Para la verificacin del diagrama trapecial de tensiones se debe cumplir:

316

vol

res

M

MFSVy

L

e

ESPECIFICACIONES TCNICAS

GENERALIDADES

Las presentes Especificaciones Tcnicas estn referidas a la construccin de la fundacin

para recinto industrial, correspondientes a las partidas de obra gruesa, terminaciones, y obras

complementarias en general. La obra deber ejecutarse en conformidad a las Normas para el

Clculo y Construccin de Obras de Hormign Armado, a las presentes Especificaciones Tcnicas; a

las normas del Instituto de Normalizacin (I.N.N.), a la Ordenanza General de Construccin y

Urbanizacin; a las leyes, decretos o disposiciones reglamentarias vigentes relativas a permisos,

aprobaciones, derechos, imposiciones fiscales o Municipales, a los planos de Arquitectura, clculo

o estructuras y construccin.

El contratista ser responsable de la contratacin de la mano de obra, el suministro de

materiales y elementos de trabajo.

Los materiales que se especifican se entendern de primera calidad dentro de su respectiva

especie, incorporndolos a las obras definitivas conforme a las normas o indicaciones entregadas

por sus fabricantes.

Los elementos de uso transitorio son opcionales de la empresa constructora, sin perjuicio

de los requisitos de seguridad que stas deban garantizar.

Lo dispuesto en las presentes especificaciones se considerar para los efectos de

construccin, complementaria de los planos y toda discrepancia se resolver previa consulta al ITO

de la obra.

TRABAJOS PREVIOS

RECONOCIMIENTO DEL TERRENO

Ser requisito indispensable el reconocimiento del terreno con todos los antecedentes

tcnicos de la obra a la vista, previa a la iniciacin de todo el trabajo, para la revisin general y

confrontacin con el terreno.

PROGRAMACION DE LA OBRA

Antes de iniciar la obra el contratista que se adjudique la propuesta entregar a ITO, una

programacin detallada de todas las obras a ejecutar por medio de una carta Gantt, Per. u otro

sistema. Dicha programacin deber ser revisada todos los meses.

Ser de cargo del contratista el despeje de basuras, escombros, etc., que hubiera antes de

la iniciacin de la obra y durante la ejecucin de ella, asimismo ser obligatoria la mantencin y

entrega de la obra en perfecto estado de limpieza.

DESPEJE DE TERRENO

Se deber despejar de basuras, escombros, construcciones, etc., que puedan impedir un

buen desarrollo de la faena. Previo al trazado de los ejes principales, se efectuar la limpieza y

emparejamiento del terreno en general y en especial de la zona de trazado. En esta partida se

incluye los desmontes, rellenos de hondonadas existentes en el terreno, etc.

Se incluye en esta partida cualquier material o cuerpo extrao hasta dejar el terreno

perfectamente apto y libre para el trazado y fundacin de la obra.

Sobre el terreno rebajado y libre de capas vegetales antes de rellenar, se ejecutar un

apisonado compactado mecnico con vibrador de 60 [Kg]. de peso como mnimo.

REPLANTEO Y TRAZADO

El contratista deber replantear y trazar el eje del muro proyectado de acuerdo al plano de

referencia adjunto el que deber ser aprobado por beneficiarios y el ITO de la obra a fin de no

obstruir las entradas existentes y verificar las cotas de terreno de la obra proyectada con respecto

a las viviendas existentes de manera que queden perfectamente relacionado entre s y con las lneas

de edificacin, postacin y singularidades existentes en las calles.

Una vez ejecutado el emplazamiento de lo proyectado en conformidad a los planos de

Arquitectura, se levantar un cerco de madera continuo (niveleta) a lo menos 30 [cm] ms del ancho

de la edificacin y se colocarn las cintas de proteccin y de excavaciones para prevenir los

accidentes.

Las cotas de nivel que se indican en los planos de Arquitectura, son slo aproximadas, las

cuales, sern determinadas definitivamente en terreno.

OBRAS DE HORMIGON ARMADO

FUNDACION

Zapata corrida de acuerdo a dimensiones sealadas en plano.

Excavacin

Las excavaciones se ejecutarn en concordancia con los planos de fundaciones respectivos,

en cuanto se refiere a profundidad y anchos de ellas.

Las excavaciones deben quedar perfectamente horizontales y limpias en los niveles que se

indiquen. Los costados debern ejecutarse perfectamente a plomo y las intersecciones debern

quedar a canto vivo.

Si el contratista encontrase un terreno absolutamente rocoso, podr contemplar sustituir

las fundaciones proyectadas por unas adecuadas al terreno encontrado, justificndolo mediante

clculo ejecutado por un profesional competente.

Enfierraduras

Se refiere a la provisin, transporte, manipuleo, doblado e instalacin de fierro de

construccin en las dimensiones, forma y posiciones indicadas en los planos segn lo instruya el

Supervisor.

El acero de refuerzo para el hormign armado ser A44-28H, certificado, con resaltes para

dimetros superiores a 6mm.

Hormign

Las fundaciones se ejecutarn estrictamente de acuerdo a los planos respectivos. Se

considera obligatoria en todas sus partes la aplicacin de las "normas INN 172 Of. 52 "Mezcla,

colocacin en obra y Curado de Hormign" y "Hormigones de Cemento". El Hormign de Cimiento

contemplado ser Grado H-30 con 30% boln desplazado. Adems, se debern tener en cuenta las

siguientes disposiciones anexas:

a) Humedecer adecuadamente todas las paredes y fondo de las excavaciones y moldaje

previo al hormigonado.

b) El apisonado del hormign se efectuar por capas sucesivas, no mayor de 30 cm de alto

empleando vibrador mecnico por inmersin.

RELLENO

Se considera el relleno de material de emprstito libre de basuras y escombros de manera

de nivelar el terreno hacia la vereda, de manera de llegar a la altura del muro. El material de

emprstito deber cumplir con banda granulomtrica de acuerdo a norma y colocada en capas de

mximo 25 [cm] compactadas al 95% PM.

ASEO Y LIMPIEZA

La obra deber ser entregada en perfecto estado de limpieza, todas las basuras y escombros

debern ser retirados a botaderos autorizados.

MEMORIA EXPLICATIVA

DETERMINACION DE LOS PESOS PROPIOS DEL SISTEMA

CALCULO DE MOMENTO RESISTENTE, MOMENTO VOLCANTE Y RESULTANTE FUERZAS NORMALES

N = PP 12 + W1 9.098 + W2 + W3 + W4

MR = N 6

= 2 5.4 + 4 7.877 3 3.198 + 1 9.098 1.101

FACTOR DE SUGURIDAD AL VOLCAMIENTO

El factor de Seguridad al Volcamiento se determina dividiendo el momento estabilizante

global por el momento volcante total, ambos tomados con respecto al borde de la zapata.

Figura 1: Esquema de Fuerzas actuantes sobre la Fundacin.

Figura 2: Direccin a analizar los esfuerzos.

Admisibilidad del F.S.V

Se estableci el siguiente criterio para el comportamiento de la fundacin.

3...

. volc

resis

M

MVSF

VERIFICACION DIAGRAMA TRAPECIAL DE TENSIONES

Para comprobar la hiptesis del diagrama trapecial de tensiones se debe cumplir:

316

vol

res

M

MFSVy

L

e

En qu N

Me y calcular

L

e

BL

Nqy

L

e

BL

Nq

61

61 21 .

CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO.

La capacidad de carga del suelo en donde se ubica el muro corresponde a 10 (T/m2), por lo

que la presin que ejerce la estructura debe ser inferior a ste valor.

Con los valores de q1 y q2 obtenidos anteriormente del diagrama trapecial de tensin se

debe corroborar que:

1 < 10 (

2) 2 < 10 (

2)

De tal manera de asegurar un correcto soporte y funcionamiento del suelos ante las

solicitaciones correspondientes.

CALCULO DE DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR Y CORTANTE EN UNA DIRECCION DE LA ZAPATA.

Se realizaran los clculos con la siguiente

Distribucin de cargas:

Figura 3: Fuerzas actuantes para el clculo de momento flector y cortante en la direccin sealada.

Los clculos correspondientes se realizaran mediante el software usado para problemas de

ingeniera SAP2000.

METODO DE TENSIONES ADMISIBLES.

Este mtodo intenta lograr seguridad estructural y un comportamiento adecuado de la

estructura bajo condiciones de servicio limitando las tensiones bajo cargas de servicio a ciertos

valores especificados. Las tensiones admisibles consideradas estn dentro del rango de

comportamiento elstico del hormign en compresin y del acero en traccin (o compresin). Las

tensiones del hormign se representan mediante una distribucin elstica lineal, mientras que el

acero generalmente se transforma en un rea de hormign equivalente.

CLCULO DE ARMADURA SOMETIDA A FLEXIN

Para el clculo de la armadura sometida a flexin se debe conocer el momento mximo

solicitante en la seccin que se desea colocar la armadura. Luego se debe calcular m que se detalla

a continuacin:

H

Am

Donde

A : Tensin Admisible del Acero

H : Tensin Admisible del Hormign

Calculado m debemos buscar el valor de en la tabla anexo 1

M

bh Au 2

Donde

: Obtenido de la tabla

b : Base de la Zapata.

hu : Altura til, sin considerar el recubrimiento de la armadura.

A: Tensin Admisible del Acero.

M: Momento de Balance.

De la frmula anterior se debe despejar el valor de M, ste valor debe ser comparado con

el momento mximo solicitante de la seccin. En el caso de que el momento de balance sea mayor

que el solicitante se debe utilizar armadura simple, es decir:

bMAX MM -> Armadura Simple

En caso contrario, se debe ocupar armadura doble,

bMAX MM -> Armadura Doble

A continuacin se presentan las caractersticas del hormign y el acero que sern utilizadas

para calcular la armadura de la fundacin de los muros de la Caldera.

Tabla 1: Caractersticas Generales del Hormign y Acero

Caractersticas Hormign y acero

Densidad Hormign H 2,4 [

3]

Tensin Admisible Acero s 2000 [

2]

Tensin Admisible Hormign h 80 [

2]

Coeficiente de Calculo n 15

Clculo de Armadura Simple

Para el clculo de la armadura simple se ingresa el valor de MMX, para obtener el valor de

. Luego de esto se ingresa a la tabla anexa 1 y se busca un valor similar al calculado, para

posteriormente buscar la cuanta que corresponde al seleccionado. Si la cuanta obtenida es menor

que la cuanta mnima, se usar el valor de la cuanta mnima como se expresa en la ecuacin.

y

MINf

14

Para encontrar la cantidad de acero que se debe utilizar en la seccin, se debe utilizar la

ecuacin.

us bhA

Clculo de Armadura Doble

Para el clculo de armadura doble, el As1 se debe calcular de la misma forma establecida

anteriormente, pero el lugar de utilizar el momento solicitante, se utilizar el momento de balance.

Adems se deber calcular el acero extra que est en traccin con la ecuacin.

)'(

2

2hh

MA

uA

S

Donde

h: corresponde al recubrimiento a utilizar, por lo general 5 (cm)

M2 : en la diferencia entre el momento mximo solicitante y el momento de balance

calculado anteriormente.

Finalmente se debe calcular el acero a compresin de acuerdo a la ecuacin.

H

AS

S

AA

2'

Se utilizar n=15 que permitir obtener el momento de balance a travs de la tabla Clculo

de secciones sometidas a flexin adjunta en el trabajo.

CALCULO DE LA ARMADURA DE CORTE

Para el clculo de la armadura de corte se trabajar con el mtodo clsico o mtodo de las

tensiones admisibles.

Para esto se requiere el mayor valor del diagrama de corte, el cual viene del clculo de cada

parte componente del muro de contencin para luego reemplazarlo en la siguiente frmula:

=

Con:

b= Base.

= Altura til.

= Corte mximo.

Finalmente se compara con 1 y 2 . Si 1 > implica armadura mnima, de lo contrario

habr que disearla.

Se tendr que 1 = 7,5 [/2] y 2 = 17,5 [kg/

2].

MEMORIA DE CLCULO

CARGAS ACTUANTES SOBRE LA FUNDACION.

CALCULO DE PESO PROPIO.

PP = 328.95 [T]

CALCULO PESO MUROS CALDERA.

Laterales = W2 = W3 = 12.43 [T]

Central = W4 = 8.204 [T]

Longitudinales = W1 = 10 [T/m]

Tabla 2: Resumen Cargas

Caldera

Distribuida 1 y 2[T/m] 10

Puntual 1 y 3 [T] 12,43

Puntual 2 [T] 8,204

Largo L 9,098

Distribuida PP 27,4126

CALCULAR Y DEFINIR DIAGRAMA DE PRESIONES DEL SUELO.

Se realizaron los clculos mediante Excel, los que se muestran a continuacin en las

siguientes tablas:

Tabla 3: Clculos N, Mr y Mv Tabla 4: Comprobacin Distribucin Trapecial

CALCULOS

Peso Propio[T] 328,95

N[T] 452,995

Momento Resist.[T*m] 2717,971

Momento Volcante[T*m] 142,938

Tabla 5: Calculo q1 y q2 para distribucin trapecial

Distribucin de tensiones

FSV 19,015

Distribucin Trapecial Si

Excentricidad e 0,31554059

6e/L 0,15777029

Distribucin Trapecial Si

TENSION ADM SUELO

1[T/m2] 8,74107312

2[T/m2] 6,35876691

1[T/m] 43,7053656

2[T/m] 31,7938345

Como se puede observar q1 y q2 son menores a 10t/m2 por lo tanto se cumple con la

capacidad de soporte del suelo y adems se corroboro la hiptesis de clculo obteniendo una

distribucin trapecial de tensiones del suelo, y por ltimo se cumple con el FSV mayor a 3.

CALCULO DE DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR Y DIAGRAMA DE CORTE DE LA FUNDACION.

Se calcula al igual que en una viga considerando las siguientes cargas actuantes distribuidas de la

manera que se muestra en la figura 3.

Tabla 6: Resumen Fuerzas para clculo M y V

CARGAS

W1 10 ton/m

W2 12,43 ton

W3 12,43 ton

W4 8,204 ton

PP 328,95 ton

q1 43,71 ton/m

q2 31,8 ton/m

Mediante el software SAP2000 se obtuvo lo siguiente:

Diagrama de Corte

Figura 4: Diagrama de corte obtenido por SAP2000

Diagrama de Momento

Figura 5: Diagrama de Momento Obtenido por SAP2000

Con el mismo software se obtuvo un resumen con los momentos y cortantes a lo largo del tramo

completo.

Tabla 7: Resumen Momentos Y Cortes a lo largo del tramo

DISTANCIA CORTANTE MOMENTO

m Tonf Tonf-m

0 0.04906333 0

0.3 -4.79627417 0.71431475

0.6 -7.05228667 2.556332

0.6 5.37771333 2.556332

1.040375 2.96183198 0.72713182

1.48075 0.73842629 -0.08055534

1.921125 -1.29250374 0.04850905

2.3615 -3.1309581 1.02956351

2.801875 -4.7769368 2.77784657

3.24225 -6.23043983 5.20859677

3.682625 -7.4914672 8.23705263

4.123 -8.5600189 11.7784527

4.123 -0.3600189 11.7784527

4.58436364 -1.27304406 12.1632929

5.04572727 -1.97480924 12.9206359

5.50709091 -2.46531444 13.953014

5.96845455 -2.74455966 15.1629596

6.42981818 -2.81254489 16.4530049

6.89118182 -2.66927015 17.7256822

7.35254545 -2.31473542 18.883524

7.81390909 -1.74894071 19.8290625

8.27527273 -0.97188601 20.4648301

8.73663636 0.01642866 20.693359

9.198 1.21600332 20.4171817

9.198 13.6460033 20.4171817

9.665 12.90538 13.9546073

10.132 9.88120999 8.64236219

10.599 7.07349333 4.6918626

11.066 4.48223 2.00202485

11.533 2.10742 0.47176522

12 -0.05093667 -1.42E-14

RESUMEN DIAGRAMAS

CALCULO DE ARMADURA POR MEDIO DEL METODO DE DISEO DE TENSIONES ADMISIBLES.

La armadura resultante se distribuye uniformemente a todo el ancho del cimiento.

CALCULO DE ARMADURA A FLEXIN.(DIRECCIN L) ( LADO LARGO)

Para el diseo se consideraron tramos en los cuales se obtiene el momento mximo de cada uno

de ellos y obteniendo su respectiva armadura. Lo tramos se consideraron de la siguiente manera:

Figura 6: Diagrama de Momento por Secciones

Para el clculo se consideraron los siguientes parmetros y propiedades de los materiales.

Tabla 8: Propiedades materiales y datos anexos

Caractersticas Hormign y Acero

Densidad Hormign h h 2,4 /3

Tensin Admisible Hormign H 80 /2

Tensin Admisible Acero S 2000 /2

Coeficiente de calculo n 15

Coeficiente de Tensiones m m 25,2

Coeficiente del Acero(Tabla) s 154

Largo L = 1200 cm

Ancho B = 500 cm

Recubrimiento r 5 cm

Altura til hu 2,23 m

El coeficiente del acero (s ) se obtuvo mediante la siguiente tabla anexo. ltima columna.

Anexo 1: Tabla de Coeficientes de diseo para el acero

Diseo para Seccin 1.

Tabla 9: Resumen Diseo Seccin 1

Clculo Armadura a Flexin Seccin 1

Vmx [T] 7,052

Mmx [T*m] 2,556

Momento de Balance

Mb [T*m] 7780,48

Armado Simple

s 468777

Armadura Mnima

Diseo para Seccin 2



Vmx [T] 7,491

Mmx [T*m] 11,778

Momento de Balance

Mb [T*m] 7780,48

Armado Simple

s 101732

Armadura Mnima

Diseo para Seccin 3



Vmx [T] 2,813

Mmx [T*m] 20,693

Momento de Balance

Mb [T*m] 7780,48

Armado Simple

s 57903

Armadura Mnima

Diseo para Seccin 4



Vmx [T] 13,646

Mmx [T*m] 20,38

Momento de Balance

Mb [T*m] 7780,48

Armado Simple

s 58793

Armadura Mnima

Como en todas las secciones se requiere armadura mnima, se obtiene a continuacin.

Para el clculo exacto de la armadura mnima se tiene que:

2min

2

842,559

005021,006,14

2800

cmhBAs

f

cmkg

fcon

u

y

y

CALCULO A FLEXION POR TENSION ADMISIBLE. (DIRECCION B) (LADO CORTO)

Se realizara con el mtodo visto en clases para diagrama de esfuerzos trapecial.

DATOS

1[

2] 8,741

2[

2] 6,359

2[] 0,5

2 =

22

4 (1 + 2)

91,855

1050010

55

18,1036

min

2

fierrosN

BS

A

AsfierrosN

cmAmmsea

Entonces reemplazando; = . [ ]

Ahora se reemplaza en la siguiente formula con datos ya obtenidos anteriormente.

=154; obtenido con m=25,2 de la tabla anexo 1

b = 500 []

= 223 []

A = 2000 [/2]

M

bh Au 2

de lo que se obtiene; M =3229.16 [ton-m]

Como M >2 entonces se requiere armadura simple

Ahora con 2 calculamos , obteniendo:

=4391.1

Se debe usar cuantia mnima:

2min

2

62.1343

005021,006,14

2800

cmhLAs

f

cmkg

fcon

u

y

y

015,9132

10120020

132

18,1036

min

2

fierrosN

LS

A

AsfierrosN

cmAmmsea

CALCULO A CORTANTE POR TENSION ADMISIBLE.

Al igual que en el clculo por flexin aqu debe disearse para la mayor solicitacin.

TV 646,13max

simpleArmadura

cmkg

bh

V

u

5,6144,0

144,085.0

1

2max

Por lo tanto, los estribos sern de 8 [mm] con un espaciamiento de 20 [cm].

Figura 7: Diagrama de Cortante por Secciones

RESUMEN DISEO.

Finalmente la zapata tendr una armadura resistente a la flexin de acero A44-28H compuesta por

55 fierros de dimetro 36 [mm] con un espaciamiento de 9 [cm] para el lado largo de la zapata y 132

fierros de dimetro 36 [mm] con un espaciamiento de 9[cm] para el lado corto de la zapata para la

traccin y para la compresin se dispondr de 31 fierros de dimetro 28 [mm] espaciados a 16 [cm]

que se establecen como mnimos al disear una fundacin para una mayor seguridad establecido

por norma.

Y para la armadura resistente al Corte se usara la mnima establecida por norma que sern estribos

de 8[mm] con un espaciamiento de 20[cm].

Resumen Armadura

Flexin traccin

Lado largo (L) 5536@9

Lado corto (B) 13236@9

Flexin Compresin

3128@16

Cortante

E8@20

Documents

Fundacion Caldera Hurtado Montecinos