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V1278-05 MACOLLA 11-FASE II, FACILIDADES DE SUPERFICIE PARA MACOLLA 11 DEL CENTRO OPERATIVO PETROMONAGAS (COPEM)
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8/30/2011
MEMORIA DE CALCULO DE ESTRUCTURAS METÁLICAS PARA SOPORTES Y FUNDACIONES PARA TUBERÍAS Y TRAMPAS - ÁREA DE TRAMPAS.
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J.PALMA
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Y. RIVAS
0
DISEÑO DE SOPORTES DE CONCRETO - ÁREA DE TRAMPAS - SC-AT-04 Para el dimensionamiento de los durmientes de concreto de las tuberías y trampas se considera la hoja técnica PDVSACPV-C-H-01502 "Soportes de concreto para tuberías".
1.-GEOMETRÍA DEL SOPORTE A: C: D: E: F: G:
0.20 0.30 0.40 1.00 0.30 1.00
m m m m m m
K: L: X: e losa: f:
0.40 0.40 1.20 0.15 36
m m m m "
Propiedades de los materiales: f'c: 250 kg/cm2 Fy: 4200 kg/cm2 2500 kg/cm2 gc rc: 5.00 cm
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2.- INTERACCIÓN SUELO - FUNDACIÓN Se consideran los siguientes parametros geotécnicos para el diseño de los durmientes: Esfuerzo admisible del suelo ( samd): Peso unitario del suelo (gs): Ángulo de fricción interna (f): Módulo de Balasto:
1.5 1990 27 3.00
kg/cm2 kg/m3 ° kg/cm3
se desprecia el efecto del empuje horizontal del suelo actuandi sobre la parte enterrada del soporte. 3.- CARGAS DE DISEÑO Las siguientes cargas son consideradas en el diseño de los soportes: 1: Carga Permanente CP 2: Carga Tubería Vacia TV 3: Carga tubería en prueba TP 4: Carga tubería en operación TO 5: Carga por fricción CF 6: Carga sismo en dirección X Sx 7: Carga sismo en dirección Z Sz 8: Carga de viento dirección X Wx 9: Carga de viento dirección Z Wz
4.- CÁLCULO DE CARGAS 2.1.- Carga Permanente (CP)
Peso propio del soporte de concreto (Pf): Peso propio del relleno que descansa sobre la zapata del soporte (Pt):
1260 1755
kg kg
2.2.- Carga Equipo:
Trampa: Peso equipo Vacio: Peso equipo en prueba: Peso del equipo operación: Longitud del equipo:
30" 8182 13734 13734 6.398
kg kg kg m
2.4.- Cargas de Viento (Wx,Wz)
Las cargas de viento son definidas en la norma COVENIN 2003-89 "Acciones del Viento sobre las Construcciones". Debido a la poca altura de los soportes (menor a 1,50 m) y poca área de exposición al viento, se considera aplicar sobre
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los elementos la mínima presión especificada incrementada un 30%. Presión del viento: 39 kg/m2 2.5- Cargas de Sismo (Sx,Sz)
Las cargas de sismo son definidas en las especificaciones PDVSA JA-221. Se considera la aplicación del método simplificado para la estimación de las cargas sismicas: Vida útil: Grado de riesgo: P1: Tipo de Suelo: Forma espectral: 1.00 j: a*: 45.00 4.25 g:
25 años B (Tabla 4.1 PDVSA JA-221) 1.00E-03 Probabilidad anual de excedencia Suelos firmes/medios densos S2 -
Aceleración Horizontal Máxima:
1
a a * ln1 p1 ) g
a: Ao: x:
D: b: To: T*:
b*
b 2.30
0.0853 0.739ln x)
b*:
T+: T+: Ad:
228.58 0.233 0.05 6 2.60 0.20 0.80
2.60 0.40 0.40 0.10
Aceleración máxima del terreno (cm/s2) Coeficiente de aceleración máxima del terreno Amortiguamiento,Tabla 6.1 PDVSA JA-222 Factor de ductilidad Valores que definen la forma s del espectro Tabla s 6.1 PDVSA JA-221
s
Determinando el valor de la fuerza cortante en la base, por el método simplificado (Art. 9.3 PDVSA JA-221) tenemos:
Vo
b* A o W 2D 1
Vo: Vo v: Vo o:
0.183 1494 2508
W kg kg
(Montaje) (Operación)
La carga sismica Sx y Sz es aplicada en el tope del soporte en dirección horizontal según lo ejes x y z: Sx=Vox Sz=Voz
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5.- VERIFICACIÓN AL VOLCAMIENTO DE LOS DURMIENTES Fy Fz Mx Pf+Pt
A
Momento Volcador alrededor del eje z:
M vz Fx A M z Momento volcador alrededor del eje x: M vx Fz A M x Momento estabilizador eje z: M ez
Fy
Bx
Pf Pt )
A: Bx: Bz: Pf+pt:
Bz
Punto de vuelco 1.50
1.00 1.20 3015
Bx
2 2 Momento estabilizador eje x: B B M ex Fy z Pf Pt ) z 2 2 Solicitaciones en el tope del durmiente Comb Fx (kg) Fy (kg) Fz (kg) 1 0 578 0 0 0 2 77 578 0 0 0 3 450 578 39 0 0 4 135 578 40 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6
m m m kg
alrededor del . . eez Mez/Mvz 0.00 1797 115.50 1797 15.55 675.00 1797 2.66 202.50 1797 8.87 0.00 1508 0 00 1508 -
> 1,50 Cumple > 1,50 Cumple > 1,50 Cumple > 1,50 Cumple > 1,50 Cumple > 1 50 Cumple
Comb 1 2 3 4 5 6
0 0 0
alrededor del.e e x . Mex/Mvx 0.00 1809 0.00 1809 58.50 1809 30.92 60.00 1809 30.15 0.00 1809 0 00 1809 -
> 1,50 Cumple > 1,50 Cumple > 1,50 Cumple > 1,50 Cumple > 1,50 Cumple > 1 50 Cumple
0
7 8
0.00 0.00
1508 1508
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-
> 1,50 Cumple > 1,50 Cumple
7 8
0.00 0.00
1809 1809
-
0
> 1,50 Cumple > 1,50 Cumple
6.- VERIFICACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL SUELO Los esfuerzos transmitidos por la zapata sobre el terreno ( smax) no deben sobrepasar el esfuerzo admisible del suelo ( sadm), tomando como cargas aplicadas las reacciones de servicio. De acuerdo al análisis estructural, el esfuerzo máximo de compresión que actúa sobre el suelo se origina en el nodo N°: Bajo la combinación de carga N°:
El esfuerzo admisible del suelo considerado para el proyecto es igual a 1,50 kg/cm2, dicho esfuerzo debe ser mayor que el máximo esfuerzo actuante. < 1,50 kg/cm2 OK el suelo resiste. 7.- VERIFICACIÓN AL LEVANTAMIENTO DE LA ZAPATA Bajo las condiciones más desfavorables, se aceptara que una fundación ocurra un levantamiento parcial que no exceda del 25% del área total de apoyo. Del análisis estructural se obtiene que la combinación de carga que ejerce mayor levantamiento es la combinación N°: Los esfuerzos de compresión y tracción en las esquinas de la zapata se muestran en el sumario:
8.- VERIFICACIÓN DE ASENTAMIENTOS Los asentamientos no deben superar los 2,50 cm (1"). Del análisis estructural se obtienen los asentamientos máximos del suelo por efecto de la fundación:
Como se aprecia, los asentamientos máximos del suelo no superan en nongún caso los 25 mm, por lo tanto podemos concluir que
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los asentamientos cumplen con el máximo establecido. < 2,50 cm OK cumple 9.- DISEÑO ESTRUCTURAL DEL SOPORTE Según lo establecido en la norma ACI 318-08, las secciones criticas de flexión y corte en una zapata se ubica en la cara del pedestal y a una distancia igual a la altura útil de la zapata (d) medida a partir de la cara del pedestal respectivamente. Del análisis estructural se obtienen las solicitaciones máximas que actúan sobre las secciones críticas de la zapata:
9.1.- Diseño de la zapata por flexión
La altura útil requerida para soportar el momento flector "mu" se calcula a partir de la siguiente ecuación: Mu
d
Mu:
mf ' cB
78.87 0.1448 1.00 1.48
m:
B: d:
kg-m/m Para asegurar ductilidad en la funadción m cm Ok, Cumple
Para que la zapata resiste la flexión debe cumplir: d < Espesor de la zapata (f) - recubrimiento (rc)
d<
25.00
cm
El acero de refuerzo de la zapata para resistir flexión se calculo por la siguiente ecuación:
As
Mu
As:
0.093 cm2/m
No se requiere acero superior
0.81Fy d
El acero mínimo se calculo según lo establecido en la norma ACI 318-08: A smin
0.0018
As < Asmin ,
f 100
Asmin:
5.40
cm2/m
Colocar f 1/2" cada 0,15 m.
9.3.- Verificación del Corte en la zapata
0
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La norma ACI 318-08 art 11.11.2.1, establece que la capacidad res istente al corte del concreto en zapatas es igual a:
Vc
0,53 f ´c
Vc:
8.38 <
Vu < f Vc Donde el factor de reducción f=0,85
kg/cm2 7.12
kg/cm2
9.3.- Verificación de la resistencia al punzonado
Se verifica el valor del punzonado, donde el perimetro punzonado se determina mediante la siguiente ecuación:
b 0
2 b x b y 2d )
bx: by: d: bo: box: boy: Ao:
30.00 40.00 25.00 240.00 55.00 65.00 3575
cm cm cm cm cm cm cm2
Para determinar el valur de la "qu" para el chequeo del punzonado tomamos el valor promedio de la presión ejercida por la zapata al suelo, de los reportes obtenidos del Staad Pro:
El esfuerzo promedio determinado es de: Por lo que la carga "qu" es igual a:
Pu: qu:
0.125 1000.00 553.13
kg/cm2 kg kg
El valor del punzonado viene determinado por la siguiente ecuación:
V cp
q
u
f b o d
Vcp:
0.108
kg/cm2
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Este valor deberá ser menor que el determinado por la siguiente expresión:
Vc
1,06f f ´c
Vc:
14.25
Ok. Por Punzonado
kg/cm2
9.4.- Diseño del Pedestal por f lexocompresión
Verificamos que la magnitud de los esfuerzos de compresión en el pedestal para determinar su comportamiento como viga o como columna:
Pu:
<
0,10xf'c
25
kg/cm2
El pedestal se diseña como viga
Se determina el máximo momento en la base "Mu", ( sumario Staad Pro).
Aplicando la ecuación para el calculo del área de acero para elementos a flexión se obtiene:
As
A
Mu
Donde:
0.81Fy d
14
Bd
d: Mu: As: Asmin:
25 329.57 0.39
cm kg-m/m cm2/m (en una cara)
8.33
cm2/m (en una cara)
> As usar As min
0
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Fy Colocar 1/2" @ 9.5.- Verificación del Corte en el pedestal
El máximo esfuerzo actuando sobre el pedestal se determina a partir del reporte emitido por el Staad Pro V8.i.
La norma ACI 318-08 Art. 11.11.2.1, establece que la capacidad resistente al corte del concreto es igual a:
Vc
0,53
f ´c
Vu < f Vc Donde el factor de reducción f=0,85
Vc: Vcu: <
8.38 1.53
kg/cm2 kg/cm2
7.12
kg/cm2
0
MEMORIA DE CALCULO
diametro (mm)
e (mm)
Peso(kg/m)
2
60.3
5.54
7.48
4
114.4
6.02
16.07
8 10 12 30
219.1 273
4.78 9.27 9.53 7.92 9.53
25.26 60.31 73.88 147.28 212.56
323.8 762 914
36
PESO DEL SOPORTE ZAPATA:
900
PEDESTAL
360
Peso fundaci
1260
kg
kg kg
Peso del suelo: h: excavación
1.15 m 1.38 m
Volumen concreto:
fr 2 f ' c
Mcr
f r I gx yt
vol total:
0.360 m3 0.138 m3 0.498 m3
Bote: Relleno:
0.498 m3 0.882 m3
Peso relle
1755 kg
fr:
31.62
Bx: H: Igx: Bz: Igz: yt: Mcrx: M
100 30 225000 120 270000 1500 4743 5692
cm4 cm4
kg-m kg-m
MEMORIA DE CALCULO
2
diametro (mm)
e (mm)
Peso(kg/m)
60.3
5.54
7.48
Mcr:
5692
kg-m
MEMORIA DE CALCULO
2
diametro (mm)
e (mm)
Peso(kg/m)
60.3
5.54
7.48
MEMORIA DE CALCULO
2
diametro (mm)
e (mm)
Peso(kg/m)
60.3
5.54
7.48
MEMORIA DE CALCULO
2
diametro (mm)
e (mm)
Peso(kg/m)
60.3
5.54
7.48
MEMORIA DE CALCULO
2
diametro (mm)
e (mm)
Peso(kg/m)
60.3
5.54
7.48
MEMORIA DE CALCULO
2
diametro (mm)
e (mm)
Peso(kg/m)
60.3
5.54
7.48
MEMORIA DE CALCULO
2
diametro (mm)
e (mm)
Peso(kg/m)
60.3
5.54
7.48
MEMORIA DE CALCULO
2
diametro (mm)
e (mm)
Peso(kg/m)
60.3
5.54
7.48