MUNICIPALIDAD DE LOS VILOS

SECRETARIA DE PLANIFICACION COMUNAL

PROGRAMA MEJORAMIENTO DE BARRIOS

2014

MEMORIA REPOSICIN E INSTALACIN DE ESTANQUES EN ESCUELAS

RURALES, COMUNA DE LOS VILOS

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MEMORIA DE CLCULO PROYECTO

REPOSICIN E INSTALACIN DE ESTANQUES EN ESCUELAS RURALES,

COMUNA DE LOS VILOS

1. INTRODUCCIN

El presente proyecto considera la instalacin de torres metlicas, las cuales

soportarn estanques verticales de agua con capacidad 2.400 litros. Estas

estructuras se emplazarn en las localidades de Tilama, Guangual, Quilimar y El

Manzano, todas ellas pertenecientes a la Comuna de Los Vilos, Cuarta Regin de

Coquimbo.

Para dichas localidades se contempla la construccin de las siguientes

torres:

Tilama; 1 torre metlica de 2 metros de altura.

Guangual; 1 torre metlica de 4 metros de altura.

Quilimar; 2 torres metlicas de 2 metros de altura.

El Manzano; 1 base de madera (tipo torre) con superficie de 4 metros por

1,7 metros y altura 50 cm.

Por lo tanto, debido a que todas estas torres tendrn las mismas

caractersticas de perfiles, metodologa de construccin y como no se cuenta con

ningn estudio de mecnica de suelos en estas localidades (se adoptan suelos

desfavorables para el diseo), se contempla el anlisis y diseo estructural para 2

torres de acero; la primera de 4 metros de altura en la localidad de Guangual y la

segunda de 2 metros de altura, en que dicha torre ser construida en las

localidades de Tilama y Quilimar.

A continuacin, se analiza y disea la torre de 4 metros de altura para

la localidad de Guangual.

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2. NORMAS A CONSIDERAR

Para todas las disposiciones empleadas en este proyecto se consideran las

siguientes normativas vigentes en la actualidad:

NCh 2369.Of2003 Diseo ssmico de estructuras e instalaciones

industriales.

NCh 3171.Of2010 Diseo estructural Disposiciones generales y

combinaciones de carga.

NCh 432.Of71 Clculo de la accin del viento sobre las construcciones.

NCh 431.Of77 Construccin Sobrecargas de nieve.

NCh 203.Of77 Acero para uso estructural Requisitos.

Specifications for the Design, Fabrication and Erection of Structural Steel for

buildings, AISC, ASD 89.

Instituto chileno del Acero - Manual de diseo para estructuras de acero

(Perfiles ICHA).

American Concrete Institute, Building Code Requirements for Reinforced

Concrete ACI 318-05.

NCh 430 Of.2008 Hormign armado - Requisitos de diseo y clculo.

3. DESCRIPCIN DE LA ESTRUCTURA

La estructura tendr una altura de 4 metros con una capacidad de 2.400

litros de agua, contenidos en un estanque vertical de polietileno ubicado en la

parte superior (plataforma). Las estructuras de soporte estarn compuestas por

una torre metlica de cuatro pilares inclinados, con una distancia entre ejes de 3

metros en su parte inferior.

Los elementos interiores (diagonales o arriostramientos) estn compuestos

por perfiles L 65x65x4 mm, su plataforma con perfiles C 175x50x4 mm y C

175x50x3 mm, por ultimo sus 4 columnas (con una leve inclinacin) con perfiles

tubulares O 2 x3 mm.

Los materiales a usar para la construccin de la torre son los siguientes:

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Estructura de Acero

La calidad del acero para los elementos estructurales es A 42-27 ES, con

resistencia a la rotura Fu = 4.200 kg/cm2 y su tensin de fluencia mnima Fy

= 2.700 kg/cm2. Mdulo de elasticidad E = 2,1*106 Kg/cm2 y peso

especfico igual a 7.850 Kg/cm3

Dicho acero estructural debe cumplir las exigencias que impone la norma

chilena NCh 203.Of2006 Acero para uso estructural Requisitos.

Hormign de Fundacin

Para las fundaciones se utiliza Hormign estructural calidad H-25,

resistencia a la compresin cilndrica R28 fc= 200 kg/cm2.

Para el acero de refuerzo de hormign armado se utiliza A63-42H.

Estos materiales deben cumplir con las normas descritas anteriormente.

Vista en Elevacin Torre Metlica

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4. ANLISIS SSMICO

Se consideran las disposiciones de aplicacin general de la norma NCh

2369 Diseo Ssmico de Estructuras e Instalaciones Industriales, en lo que se

refiere a zonificacin ssmica (aceleracin efectiva valor mxima del suelo) y a la

clasificacin del suelo.

Para el anlisis ssmico se utilizan programas que permiten realizar anlisis

y diseo estructural de la estructura metlica y de las fundaciones de hormign

armado.

4.1 Combinaciones de Carga

El diseo correspondiente para estas combinaciones se hace mediante el

mtodo de las tensiones admisibles.

Adems, se realiza un anlisis de sismo a 45, esto es considerando el

sismo actuando en la diagonal que se forma en la base de la torre. Por lo tanto, se

tienen las siguientes combinaciones:

1. CP

2. CP + SHx + Sv

3. CP + SHx - Sv

4. CP + SHy + Sv

5. CP + SHy - Sv

6. CP + 0.707*SHx + 0.707*SHy + SV

7. CP + 0.707*SHx + 0.707*SHy - SV

8. CP + Vx

9. CP + Vx

10. CP + 0.707*Vx + 0.707*Vy

11. CP+N

12. CP+0.707*N+0.707*VX

13. CP+0.707*N+0.707*VY

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Dnde;

CP : Cargas permanentes.

SH : Sismo horizontal en X e Y.

SV : Sismo vertical.

V : Viento en X e Y.

N : Carga de Nieve.

4.2 Anlisis de Cargas

Cargas Permanentes (CP)

Peso Propio:

Corresponde al peso propio de la estructura, que es calculado

automticamente por el programa.

Peso Estanque Polietileno: 0,04 (Ton).

Peso Agua en Estanque : 2,40 (Ton)

Cargas de Viento

Segn NCh 432 Clculo de la accin del viento sobre las construcciones,

para una altura media h = 4,72 m. (desde base de la torre hasta altura media del

estanque) y usando presin bsica en construcciones en campo abierto (Tabla 1

de la norma NCh 432), resulta una presin bsica q=76 (kg/m2). Por lo tanto, para

obtener la carga de viento se usa el producto entre la presin bsica, por un rea

aproximada de una cara del estanque y por un factor de forma (segn norma)

Altura media

(m)

Presin bsica

(kg/m2).

Factor de

forma

rea

(m2)

Carga de

viento (Ton)

h = 4,72 q = 76 C = 1,2 2,24 0,205

Finalmente, como esta carga de viento es menor a la carga ssmica

(obtenida ms adelante), se deduce que la carga de viento no controla el diseo y

por ende se desprecia el anlisis eventual de las cargas de viento.

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Cargas de Nieve

Segn NCh 431 Construccin Sobrecargas de nieve, las coordenadas

geogrficas y altitudes para la comuna de Los Vilos (Latitud 3156, Longitud

7130 y Altitud 10 metros) y Tabla 2 de la norma, se obtiene una sobrecarga de

nieve igual a 0 (Kgf/m2). Por lo tanto, se desprecia el anlisis de las cargas de

nieve y las combinaciones de carga N11, 12 y 13.

Carga Ssmica.

Para el anlisis ssmico segn NCh 2369 Diseo ssmico de estructuras e

instalaciones industriales, se tienen los siguientes parmetros que permiten

obtener el esfuerzo de corte en la base de la torre metlica.

Parmetros ssmicos

Zona ssmica

Tipo suelo fundacin

Clasificacin de estructura

Razn de amortiguamiento

Factor de modificacin de

respuesta

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Ao=0,4 g

(Aceleracin

efectiva)

Tipo III

T(s) = 0,62 n = 1,8

Categora C2

I = 1,0

= 0,03

Marcos de Acero con

arriostramientos

R = 3

Estructura de acero tipo

pndulo invertido

Por lo tanto, para el clculo del esfuerzo de corte basal horizontal se tiene lo

siguiente:

Qo = C*I*P

Dnde:

Qo : Esfuerzo de corte en la base.

C : Coeficiente ssmico.

I : Coeficiente de importancia.

P : Peso total del edificio sobre el nivel basal.

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El coeficiente ssmico se determina de:

= 2,75 Ao

g (T

T )

n

(0,05

)0,

Dnde:

Ao : Aceleracin efectiva mxima segn zonificacin ssmica.

R : Factor de modificacin de respuesta.

T, n: Parmetros relativos al tipo de suelo de fundacin.

T* : Periodo fundamental de vibracin en la direccin de anlisis.

: azn de amortiguamiento.

El valor de C no necesita ser mayor que el coeficiente ssmico horizontal

mximo Cmax, segn tabla 5.7 de NCh2369.

R Cmax

= 0,03

3 0,34

En ningn caso el valor de C ser menor que

min = 0,25 Ao

g = 0,1

Por lo tanto, segn parmetros ssmicos indicados anteriormente y Periodo

Fundamental T* = 0,066 obtenido del programa de clculo para diseo, se tiene un

valor de C = 25,36 que resulta ser mucho mayor al valor mximo, lo que implica

utilizar el valor de Cmax = 0,34 para el clculo del esfuerzo de corte.

Qo = C*I*P = 0,34*1,0*2,932 = 1,028 (ton)

Adems, se obtiene el coeficiente ssmico vertical Cv= 2Ao/3g= 0,27 que se

usar para el clculo de la estructura y fundaciones.

Limitado por; Cmin < C < Cmax

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5. ANLSIS ESTRUCTURAL

Para el anlisis estructural de todos los perfiles de acero en la torre, se

utiliza la norma AISC ASD 89 que utiliza el mtodo de las tensiones admisibles.

Se tiene que cumplir principalmente para todos los perfiles:

sol c adm c

mx sol adm x

my sol adm y

1,0

Axial Momento x-x Momento y-y

Como muestra la figura segn el programa de clculo utilizado, todos los

perfiles tienen valores (coeficiente de suficiencia) muy bajos.

Figura N5.1: Diseo del modelo estructural 3D.

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A continuacin, se analizan los perfiles con mayores solicitaciones

resultantes de todas las combinaciones de carga.

Las combinacines mas desfavorables para los perfiles L 65x65x4 mm que

presenta la estructura metalica, resultaron ser los Combos N2 (CP+SHx+Sv) y

Combo N4 (CP+SHy+Sv), lo que implica que este perfil lo contralan las cargas de

sismos.

Perfil L 65x65x4 mm

Tabla N5.1: Diseo perfil L.

Como se aprecia el valor de 0,240 es menor que el factor 1, es decir, el

perfil resiste las solicitaciones de las cargas de sismos ya sean en direccin x, y o

vertical, adems de resistir las cargas permanentes, la cual es concerniente con

las cominacines N2 y N4.

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La combinacin mas desfavorable para los perfiles tubulares O 2 x3 mm

que presenta la estructura metalica, result ser el combo N6 (CP+0,707*SHx+

0,707*SHy+SV) lo que implica que este perfil tambin lo controlan los sismos.

Perfil tubular O 2 x3 mm

Tabla N5.2: Diseo perfil tubular O.

Como se aprecia el valor de 0,161 es menor que el factor 1, es decir, el

perfil resiste las solicitaciones de las cargas de sismos ya sean en direccin x, y o

vertical, adems de resistir las cargas permanentes, la cual es concerniente con la

cominacin N6.

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6. FUNDACIONES

En primer lugar, como no se cuenta con estudios de mecnica de suelos en

el lugar de emplazamiento, se decide adoptar tensiones admsibles (desfavorables)

recomendadas por bibliografias de cimentaciones.

Tensin admisible esttica : est = 10 (Ton/m2)

Tensin admisible dinmica : din = 15 (Ton/m2)

Para el pre-dimensionamiento, se utilizan zapatas aisladas (dimensiones de

0,8x0,8 metros) con vigas de fundacin (dimensiones de 0,3x0,3 metros) como

indica la Figura N6.1:

Figura N6.1: Modelacin de zapatas con vigas fundacin.

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Para el diseo de las respectivas fundaciones, la combinacion de carga

mas desfavorable (mayores esfuerzos) ante las cargas del suelo result ser la N6

(CP+0.707*SHx+0.707*SHy+SV), es decir, inciden los sismos en ambas

direcciones y en vertical. Entonces, como indica la Figura N6.2 y analizando esta

combinacin, se observa que son valores bajo la tensin esttica, es decir, que

existen mayoritariamente compresiones a nivel de fundacin.

Figura N6.1: Anlisis combinacin de carga N6.

Por lo tanto, como se obtienen tensiones solicitantes pequeas y resultaron

ser menores que las admisibles, se concluye que en ningn caso las

compresiones estn por debajo del 80% y por ende no existen volcamientos.

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6.1 Armadura en Fundaciones

Para el recubrimiento minimo se adopta un espesor e = 5 cm, segn norma

chilena NCh 430 Hormign Armado Requisitos de Diseo y Clculo (condiciones

normales, hormign colocado contra el suelo y permanentemente expuesto a l).

Para el armado de las zapatas y vigas de fundacin, se trabajan con los

valores de corte y momentos mximo arrojados por el programa, ya que mediante

las cuantias minimas se puedan obtener las respectivas armaduras.

Viga de Fundacin (medidas en mm.)

Zapata (medidas en mm.)