MEMORIA DE CLCULO PROYECTO: CIMENTACIN DE TANQUE GLUCOSA DE 100 TN18/06/2015

INGREDION PER S.A

CIMENTACIN DE TANQUE GLUCOSA DE 100 TON

MEMORIA DE CLCULOESTRUCTURAS

Jefe de Ingeniera: VICTOR J. JUSCAMAITA ARTEAGA

ClienteINGREDION PER S.A.C

RevisinHecho PorDescripcinFechaRevisado

AJ.GUIMARAYEmitido para coordinacin interna.13/04/2015V.JUSCAMAITA

BJ.GUIMARAYEmitido para aprobacin del cliente.14/04/2015V.JUSCAMAITA

CJ.GUIMARAYEmitido para aprobacin del cliente.04/05/2015V.JUSCAMAITA

DJ.GUIMARAYEmitido para aprobacin del cliente.22/05/2015V.JUSCAMAITA

EJ.GUIMARAYEmitido para construccin.18/06/2015V.JUSCAMAITA

COMENTARIOS :

GENERAL

ANTECEDENTES

La Empresa Constructora MAINSERV Ingenieros S.A.C. viene desarrollando el Proyecto CIMENTACION DE TANQUE GLUCOSA DE 100 TN para la Empresa INGREDION S.A.

El Proyecto comprende la construccin de la loza de cimentacin, soporte metlico y colocacin del Tanque de Glucosa de 100 Tn, en la Planta Industrial de Ingredion; ubicada en la zona industrial de Huachipa del distrito de Lurigancho Chosica, Lima.

El desarrollo del anlisis y diseo estructural de la estructura de cimentacin ha sido encargado a la Empresa GUPE Ingeniera y Construccin, la cual presenta la siguiente memoria descriptiva.

ALCANCES Y OBJETIVOS

El presente documento tiene por finalidad sustentar el anlisis y diseo de la loza estructural de concreto armado proyectada. Para alcanzar dicho se deber seguir el siguiente procedimiento:

a) Modelar y analizar la estructura metlica de soporte del tanque de Glucosa.b) Calcular las fuerzas axiales que transmite las columnas a la cimentacin.c) Modelar y analizar la estructura de cimentacin d) Disear la estructura de cimentacin.

DOCUMENTOS DE REFERENCIA

Plano Y05-R40-005-A: Ensamble del Tanque de Glucosa 100 Tn R40

ANLISIS de la estructura de soporte

Se procedi a realizar el anlisis estructural de la estructura comprendida por columnas, vigas, arriostres que soportan el tanque. De este anlisis se obtendr las fuerzas axiales, momento flectores que sern trasmitidas a la cimentacin, para su posterior anlisis y diseo.

MODELO ESTRUCTURAL

Cdigos y estndaresPara el desarrollo de la ingeniera de esta fundacin se har uso de los cdigos y estndares que se especifican:

General: RNE - Reglamento Nacional de Edificaciones del Per ASTM - American Society for Testing and MaterialsEstructuras de acero: AISC - American Institute for Steel Construction AISI - American Iron and Steel Institute AWS - American Welding Society, Structural Welding Code D1.1

Geometra

De acuerdo a las medidas indicadas en el plano de estructuras existente, se procedi a hacer un modelo tridimensional con tres coordenadas dinmicas por nivel

Figura N 1: Vista en Planta del Proyecto

Materiales Utilizados

Se presentan las propiedades mecnicas de los materiales que se emplearon en el diseo de la estructural.

ElementoMaterialPropiedad Mecnica

Loza de Concreto ArmadoConcretof'c=210 kg/cm

Acero de Refuerzofy= 4200 kg/cmE=2.1x10E6 kg/cm

Soporte MetlicoAcero Estructuralfy= 2,520 kg/cmE=2.1x10E6 kg/cm

Perno EstructuralASTM A325

TuercasASTM A563

Tabla 1: Propiedades mecnicas de los materiales

Metrado de Cargas Verticales.

Segn el RNE, se han considerado las siguientes cargas:

Cargas Muertas (D)Las cargas muertas incluyen peso propio de las estructuras permanentes (calculado automticamente por el programa de computadora) y componentes no estructurales de la estructura.

Cargas Vivas (L)Estn dadas por las sobre cargas repartidas segn el RNE.

Tipo de CargaDESCRIPCIONCARGA KG

Carga Muerta (D)Peso Total del Tanque6,000

Carga Viva (L)Peso del Liquido10,0000

Tabla 2: Metrado de Cargas del Tanque de Glucosa

*Nota: El peso del tanque fue proporcionado por MAINSERV Ingenieros.

Cargas de Sismo (S)El anlisis ssmico se desarroll de acuerdo a las indicaciones de la Norma Peruana de Diseo Sismorresistente E.030.

La Norma E.030 seala que al realizar el anlisis ssmico empleando el mtodo de superposicin espectral se debe considerar como criterio de superposicin el ponderado entre la suma de absolutos y la media cuadrtica segn se indica en la siguiente ecuacin:

Dnde:r: Respuesta mxima esperada.ri: Conjunto de diferentes modos de vibracin.

Alternativamente se puede utilizar como criterio de superposicin la Combinacin Cuadrtica Completa (CQC). En el presente anlisis se utiliz este ltimo criterio.

Para la determinacin del espectro de pseudo aceleraciones ssmicas, usamos la relacin dada por la Norma Peruana de Diseo Sismorresistente, la cual indica que dicho espectro se determina por la siguiente relacin:

Dnde:Z:Factor de zona.U:Factor de Uso o de importancia.S:Factor del suelo.C:Coeficiente de amplificacin ssmico.R:Coeficiente de reduccin de solicitaciones ssmicas.P:Peso Total de la EstructuraV:Fuerza Cortante en la Base

Para nuestro caso de la Planta Industrial:Z=0.4Por ser zona 3 de acuerdo al reglamentoU=1.0Edificaciones Comunes.S=1.2Por ser considerado suelo tipo S1Tp(s) = 0.60Rx=6.00con arriostres concntricoRy=6.00con arriostres concntricoC=2.5Coeficiente de Amplificacin Ssmica.

Figura N 2: Espectro de Aceleraciones

Combinacin de Cargas

Las siguientes combinaciones de carga resumen las condiciones de carga ms desfavorables previstas en la norma RNE:

COMB11.4D

COMB2 1.2D+1.6L

COMB31.2D+SX+0.5L

COMB41.2D+SY+0.5L

COMB50.9D+SX

COMB60.9D+SY

Tabla N3: Cuadro de combinaciones

Donde:D:cargas muertas (incluye el peso propio)L:carga vivaS:carga de sismo

Modelo Estructural

Con la geometra anteriormente descrita y los materiales indicados se realiz el modelo estructural, a la cual se asign las cargas y combinaciones exigidas por la norma RNE y se procedi a su anlisis en el Software SAP 2000 v14.0

SAP 2000 v14 es un programa de cmputo especializado en el anlisis y diseo estructural. El anlisis empleado es del tipo elstico lineal, en el cual se ha utilizado elementos tipo frame para representan los elementos lineales de acero que soportan el tanque de glucosa y un elemento tipo sheel para representar la transmisin de esfuerzos del tanque a las columnas. Se considera una estructura de nudos rgidos en las todas las uniones.

A continuacin, se muestra la vista tridimensional del modelo tridimensional.

FIGURA N 3: Modelo tridimensional

ANLISIS Y RESULTADOS

La modelacin efectuada, ha dado los desplazamientos mostrados a continuacin.

Desplazamiento mximo relativo en X: 0.164 mm Desplazamiento mximo relativo en Y: 0.164 mm Desplazamiento mximo admisible: 2.2 cm Se observa que en ambas direcciones los desplazamientos cumplen ampliamente con el lmite del 1% de dezplazamiento lateral de la altura relativa de las columnas, tal como indica el RNE. A continuacin se muestra las salidas graficas de desplazamiento.

FIGURA N 4: Desplazamiento del Sismo X-X

FIGURA N 5: Desplazamiento del Sismo Y-YAs mismo, el peso del tanque tiene incidencia sobre las columnas generando un incremento de las fuerzas axiales, las mismas que sern transmitidas a la cimentacin para su anlisis y diseo. Ver Figura 6.

Figura N 6 Diagrama de fuerza axial de las columnas metlicas.

ANLISIS Y DISEO DE LA CIMENTACIN

El sistema de cimentacin propuesta es de platea de cimentacin en forma de anillo donde se apoyaran pedestales a las que se le empotrara las columnas de acero. Se consider un comportamiento lineal y elstico tanto para la cimentacin como para el material de fundacin.

El procedimiento de anlisis consisti en modelar el suelo como resortes elsticos bajo la losa y analizar el conjunto estructuracimentacin-suelo con un mtodo matricial resuelto en un programa de cmputo para este caso se emple el programa SAFE que resuelve la distribucin de las presiones considerando los resortes elsticos en funcin del mdulo de balastro del terreno.

As mismo, se realiz una revisin global de la cimentacin, determinando las cargas transmitidas por la estructura y sus puntos de aplicacin.

La presin promedio en el suelo (como presin neta igual a la transmitida por la construccin) se compar a la capacidad portante del suelo (3.80 Kg/cm2) para que este no exceda este promedio.

El procedimiento de anlisis comprendi lo siguiente:

a) Se supuso una distribucin de presiones congruente con el tipo de suelo de cimentacin, se asumi condicin uniforme del terreno.b) Con la presin neta supuesta se determina los hundimientos del suelo y se revisa que no excedan los admisibles.c) Se modela la cimentacin con una retcula de vigas que unen las columnas y sometida a una carga igual a la fuerza que acta en el rea tributaria de cada viga (distribuida en su longitud). d) Se realiza un anlisis de retcula que queda en equilibrio global bajo cargas externas. Se despreci la rigidez a flexin de las columnas. e) Este procedimiento considera el carcter bidimensional de la cimentacin.f) Para el diseo de la viga de cimentacin se emple el mtodo convencional, esto es asumiendo secciones rgidas.

A continuacin, en la Figura 7 se muestra el Modelo Tridimensional del tanque, desarrollado en software SAFE 2014.

Figura N 7: Modelo tridimensional de la cimentacin del tanque, en el programa: SAFE 2014

Este anlisis, nos permite conocer la distribucin de esfuerzos requeridos en la cimentacin para su posterior diseo.

En la Figura 8, se observa la presin que ejerce la cimentacin sobre el suelo, teniendo un mximo absoluto requerido de 18.49 Tn/m2, menor a la capacidad mxima admisible del suelo de 38 Tn/m2., donde la seccin planteada de altura (h = 0.40 m) es la mnima.

El Software SAFE, nos permite conocer la cuanta de acero requerido en cada seccin de la platea de cimentacin. En la figura 9, se muestra la salida grafica de refuerzo requerido, donde se esquematiza a travs de un diagrama la cantidad de acero requerido en cada seccin de la misma. Teniendo en cuenta los criterios de construccin, se considerara una distribucin de acero uniforme en toda la cimentacin, con la finalidad de optimizar el tiempo de armado de la malla de acero y disminuir las prdidas de material. La distribucin que propone el software es de varillas de cada 0.20 metros; la misma que se verificar mediante la siguiente hoja de clculo.

Figura N 8: Se puede verificar que esfuerzo mximo de 18.49 Ton/m2, es menor que la capacidad portante del suelo (38 Ton/m2)

Figura N 9: Diagrama de acero de refuerzo requerido del programa.

DISEO DE LOS PEDESTALES

Pu=3681.8 Kg carga axial ultimaMu=41.3 Kg.m momento ultimoVu:=0 cortante ultimo

Datos del perfil

esfuerzo de fluencia de la placa base

diametro del perfil

Datos del pedestal ancho del pedestal largo del pedestal resistencia a la compresin del concreto1. ) Calcular la carga axial ultima Pu y el momento ultimo Mu

2. ) Proponer las dimensiones N y B de la placa base .probar con anclas de dimetro de:

\

3. ) Calcular A2 geomtricamente similar a A1A1=rea de plancha base.

4. ) Determinar la excentricidad equivalente y la excentricidad critica c=0.65

5. ) Determinar la longitud de soporte

6. ) Se verificar la presin de soporte

7. ) Determinar el espesor mnimo requerido t requerido para la placa:

si :

si :

Utilizar un espesor de placa tp= 1/2 in

Revisar las anclas por tensin y cortante. Asumir que se utiliza un total de. numero total de anclas numero de anclas sometidas en tensin8. ) Determinar el cortante ultimo Vu

9. ) Calcular el esfuerzo al cortante de las anclas

10. ) calcular el momento flector Ml en las anclas 11. ) determinar el esfuerzo fta debido a la tension y el esfuerzo ftb debido a la flexion 12 .) verificar que se cumpla la desigualdad

probar con anclas grado 50

Como el momento es de magnitud pequea (e