fundacion caldera hurtado montecinos
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FundacionTRANSCRIPT
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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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
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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.
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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].
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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.
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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
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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
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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
Tabla 10: Resumen Diseo Seccin 2
Clculo Armadura a Flexin 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
Tabla 11: Resumen Diseo Seccin 3
Clculo Armadura a Flexin 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
Tabla 12: Resumen Diseo Seccin 4
Clculo Armadura a Flexin 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
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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