12004-1-MC-01-0 Memoria de cálculo fundaciones.pdf

JGJ INGENIERIA LIMITADA E-mail: [email protected] *Fono-Fax: (055) 251644 José Santos Ossa Nº 2728-2º Piso ANTOFAGASTA

PROYECTO:

“NUEVA SALA Y SISTEMA DE BOMBEO

PARA ÁCIDO SULFÚRICO”

QUEBRADA BLANCA”

MEMORIA DE CÁLCULO DE FUNDACIONES

Nº 12004-1-MC-02-Rev. 0

COMPAÑÍA MINERA TECK

Nombre Área Firma Fecha

Elaborado por: Luis Molina Figueroa JGJ Ingeniería 03.05.2012

Revisado por: Jorge Araya Lazarte JGJ Ingeniería 03.05.2012

PROYECTO Nº 11022 Mayo 2012

mailto:[email protected]

JGJ INGENIERIA LIMITADA

PROYECTO 12004: “NUEVA SALA Y SISTEMA DE BOMBEO PARA ÁCIDO SULFÚRICO” Memoria de cálculo de Fundaciones. Rev. 0.

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Proyecto Nº 12004 : NUEVA SALA Y SISTEMA DE BOMBEO PARA ÁCIDO SULFÚRICO

Informe : MEMORIA DE CÁLCULO DE FUNDACIONES Nº 12004-1-MC-01-Rev. 0 Cliente : COMPAÑÍA MINERA TECK Preparado por : Luis molina Figueroa Revisado por : Jorge Araya Lazarte RESUMEN Se presenta en este documento, una reseña de las características de la Nueva sala de bombas para ácido sulfúrico, identificando aspectos importantes para el diseño de las fundaciones, como son las cargas transmitidas a piso. Controlan el diseño las cargas en apoyos más solicitados, se procede luego a diseñar la Fundación para estos casos. Se estima que una fundación F-1 igual para todos los apoyos de la estructura, contribuye en forma aceptable y se calcula usando RISAfoot. El diseño se especifica tanto en geometría como en armadura según el código ACI y la norma NCh aplicable como se especifica en el cuerpo del documento. Posteriormente se procede a diseñar la armadura de refuerzo, para la Fundación F-2, utilizada para soportar el equipo de impulsión. Las conclusiones del cálculo indican que el diseño de las fundaciones es satisfactorio para los estándares indicados por el Cliente.



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INDICE

1. CRITERIOS DE DISEÑO................................................................................................................. 4

2. MODELO DE CALCULO ESTRUCTURA ....................................................................................... 5

3. RESULTADOS ................................................................................................................................ 9

4. OTROS ANÁLISIS ........................................................................................................................ 12

5. CONCLUSIONES .......................................................................................................................... 15

6. ANEXOS ........................................................................................................................................ 15

INDICE DE FIGURAS Figura 1: Modelo estructural 3D............................................................................... 5

Figura 2: Modelo estructural 3D, marcos resistentes. .............................................. 6

Figura 3: Vista en planta, medidas en mm. ............................................................. 7

Figura 4: Resultados RISAfoot para fundación F-1 (Nodo 8). ................................. 9

Figura 5: Resultados RISAfoot para fundación F-1 (Nodo 12). ............................. 10

Figura 6: Disposición de armadura fundación F-1. ................................................ 11

Figura 7. Detalle Fundación F-2 ............................................................................ 12

Figura 8. Modelo de carga Fundación F-2. ............................................................ 13

Figura 9. Resultado de Momentos en Fundación F-2. ........................................... 13



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1. CRITERIOS DE DISEÑO

El diseño de fundaciones se llevará a cabo en base a las disposiciones de las siguientes normas y códigos:

• ACI 318: Código de Diseño en Hormigón Armado de Chile. • NCh 170: Hormigón – Requisitos generales. • NCh 204: Acero – Barras laminadas en caliente para hormigón armado. • NCh 431: Construcción – Sobrecargas de nieve. • NCh 432: Cálculo de la acción del viento sobre las construcciones. • NCh 2369: Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales.

Del análisis a la estructura definida con el software SAP 2000, se determinan las reacciones más desfavorables para la fundación aislada. Se consideran las siguientes cargas:

• Peso propio (D): Se considera el peso propio de la estructura soportante (columnas y vigas) como carga muerta.

• Sobrecarga (S): Se considera una sobrecarga básica de nieve de 100 kg/m2 sobre la techumbre.

• Viento (W): Se considera una presión básica horizontal de 120 kg/m2 de acuerdo a estándar del Cliente y en conformidad con norma NCh 432.

• Sismo (E): Se considera un coeficiente sísmico igual a 0,255. Se aplica el método LRFD (tensión en rotura), según lo estipulado en ACI 318, por lo tanto se considera la combinación más desfavorable entre las siguientes:

• 1,4*D + 1,7*S • 0,9*D + 1,3*Wx • 0,9*D + 1,3*Wy • 1,05*D + 1,28*S ± 1,28*Wx • 1,05*D + 1,28*S ± 1,28*Wy • 1,05*D + 1,28*S ± 1,4*Ex • 1,05*D + 1,28*S ± 1,4*Ey

Se aclara que para efectos del software RISAfoot, la carga S se indicará como LL.



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2. MODELO DE CALCULO ESTRUCTURA

2.1. Materiales

El material seleccionado para la fundación corresponde a hormigón grado H-30 con una resistencia especificada de 250 kg/cm2 a los 28 días de edad en probeta cúbica. Este material se define de acuerdo con las exigencias de la norma NCh 170. La armadura de refuerzo es del tipo A63-42H con un límite de fluencia igual a 4.280 kg/cm2. Este material se define de acuerdo con las exigencias de la norma NCh 204.

2.2. Modelo Estructural

En la siguiente figura, se define el modelo estructural de la sala de bombas:

Figura 1: Modelo estructural 3D.



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Figura 2: Modelo estructural 3D, marcos resistentes.

La designación de los perfiles es la siguiente:

• Vigas principales, color azul: IPE 200 (200x100x8,5x5,6). • Columnas principales, color verdel: HEB 160.(160x160x13x8). • Cercha, viga, color rojo: IPE 160 (160x82x7,4x5). • Cercha, puntales, color gris: L 100x6. • Costaneras, color amarillo: C 125x50x15x4. • Arriostramientos, color celeste: XL 120x7,12 (e=4, d=6).



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Figura 3: Vista en planta, medidas en mm.

2.3. Hipótesis de Cálculo

La separación del cálculo de la cimentación a la estructura soportada presupone que el conjunto formado por la cimentación y el suelo es mucho más rígido que la estructura, de modo que sus pequeños desplazamientos elásticos no alteran apreciablemente los esfuerzos y reacciones de la misma. Por la relación entre sus dimensiones las fundaciones se consideran rígidas. Cada columna principal del marco estructural cuenta con un apoyo empotrado (todos los grados de libertad restringidos), once en total.

2.4. Cargas Aplicadas Fundaciones

Del modelo SAP se determinan las reacciones generadas por todas las combinaciones de carga, de las cuales se muestran las mayores en la Tabla 1, ordenadas por solicitación de Momento:



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Tabla 1: Combinaciones solicitantes en fundación (M1 máximo negativo).

TABLE: Joint Reactions Joint OutputCase CaseType F1 F2 F3 M1 M2 M3 Text Text Text Kgf Kgf Kgf Kgf-cm Kgf-cm Kgf-cm

12 UDSTL6 Combination -22.1 894.8 542.7 -59209 479 -399 8 UDSTL6 Combination -177.2 892.7 967.1 -58651 -1748 -357 12 UDSTL14 Combination 6.6 728.1 622.7 -48492 525 -191 8 UDSTL14 Combination -108.4 723.9 674.7 -47341 -1248 -137 14 UDSTL6 Combination -279.7 317.2 265.2 -23398 -3080 565 16 UDSTL6 Combination -287.6 831.1 2766.6 -21002 -4125 208 10 UDSTL6 Combination -253.6 272.5 1003.3 -20393 -1332 565 4 UDSTL6 Combination -9.4 910.2 1615.5 -18815 1021 -631

Se determina que los Nodos N° 8 y 12 son los más solicitados y se muestran respectivamente, sus estados de carga en las Tablas siguientes:

Tabla 2: Estado de carga en el Nodo 8.

TABLE: Joint Reactions Joint OutputCase CaseType F1 F2 F3 M1 M2 M3 Text Text Text Kgf Kgf Kgf Kgf-cm Kgf-cm Kgf-cm

8 D LinStatic -21.3 3.2 723.5 -3021.2 -77.6 23.7 8 Lr LinStatic -0.2 0.5 16.9 -94.6 -1.1 -0.4 8 Lc LinStatic -3.2 1.6 -7.3 23.5 20.3 -17.8 8 WX LinStatic -178.1 -0.5 216.2 -454.0 -1027.6 -608.0 8 WY LinStatic 68.7 -554.6 -18.1 34324.2 906.1 121.9 8 Lo LinStatic -38.3 -0.6 60.3 -36.0 -223.9 -172.7 8 EX LinStatic -135.5 -14.9 234.9 2336.5 -743.6 -631.5 8 EY LinStatic -37.9 -37.7 104.1 7220.3 -79.0 -265.9 8 S LinStatic -6.5 6.6 738.5 -3218.1 -73.6 31.5

Tabla 3: Estado de carga en el Nodo 12.

TABLE: Joint Reactions Joint OutputCase CaseType F1 F2 F3 M1 M2 M3 Text Text Text Kgf Kgf Kgf Kgf-cm Kgf-cm Kgf-cm 12 D LinStatic 23.5 4.4 793.2 -3313.0 60.8 -13.4 12 Lr LinStatic -0.1 0.0 3.4 -21.6 1.6 -1.5 12 Lc LinStatic 5.4 -3.2 -230.6 814.0 33.6 13.1 12 WX LinStatic -162.4 5.5 -255.5 -64.5 -1004.9 -602.6 12 WY LinStatic 11.2 -557.1 70.2 35008.3 -361.9 137.4 12 Lo LinStatic -37.6 1.5 -69.7 -12.1 -208.0 -174.7 12 EX LinStatic -143.9 -4.1 -267.5 2007.0 -831.4 -660.8 12 EY LinStatic -69.9 -34.2 -128.1 7755.1 -479.1 -343.8 12 S LinStatic 6.7 6.8 737.9 -3223.4 75.1 -31.1



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3. RESULTADOS

3.1. Factores de Seguridad y Armaduras

A continuación se entrega el resumen del diseño verificando factores de seguridad y esfuerzos para las combinaciones más desfavorables en las dos zapatas más solicitadas (Nodo 8 y 12):

Figura 4: Resultados RISAfoot para fundación F-1 (Nodo 8).



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Figura 5: Resultados RISAfoot para fundación F-1 (Nodo 12).

Los resultados detallados para en nodo 12 se muestran en la sección Anexos de este documento. Dado que los esfuerzos no superan los valores admisibles, se dispone de armadura para cumplir con los requisitos mínimos según ACI 318:



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Figura 6: Disposición de armadura fundación F-1.

3.2. Verificación Pedestal (aplastamiento)

Se verifica el pedestal de 40x40cm para 2 casos particulares de carga:

a) 1,05D +1,28S +1,28Wx (Nodo 12) Nu=2104,5 Kg Mu=524,2 Kg-m e=Mu/Nu=24,9 cm > h/2=34/2=17 cm => Gran excentricidad. A1=bu/2=16(28,5)/2=228 cm2 A2=(16+6)(17+6)=506 cm2 < 4(228)=912 cm2 …OK! Nu < ϕ0,85f’cA1(A2/A1)0,5 2104,5 Kg < 0,6(0,85)250(228)(506/228)0,5 = 43306 Kg …OK!

b) 1,05D +1,28S -1,28Wy (Nodo 8) Nu=1981,7 Kg Mu=512.3 Kg-m e=Mu/Nu=25,9 cm > h/2=34/2=17 cm => Gran excentricidad. A1=bu/2=16(28,5)/2=16(25,2)/2=228 cm2 A2=(16+6)(8,6+6)=321,2 cm2 < 4 (228)=912 cm2 …OK! Nu < ϕ0,85f’cA1(A2/A1)0,5 1981,7 Kg < 0,6(0,85)250(228)(321,2/228)0,5 = 34504 Kg …OK!

Hormigón calidad H-30 no falla por aplastamiento!



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4. OTROS ANÁLISIS

4.1. Modelación Fundación F-2 La fundación aislada diseñada para cada bomba, se debe reforzar de acuerdo a la solicitación de una carga viva representada por un conjunto (bomba+motor+base), la cual se distribuye en 2 líneas de acción definidas por un par de perfiles en contacto con el hormigón. Se muestra en la Figura el detalle de la Fundación analizada:

Figura 7. Detalle Fundación F-2

Se modela la fundación F-2 de 180x70 cm en SAFE, junto con los siguientes parámetros de diseño:

I. Carga de diseño (no mayorada) para la fundación = 467 Kg. II. Se distribuye la fuerza en 74 nodos cargados con 6,31 Kg cada uno (carga

viva). III. Se utiliza Hormigón H-30 IV. Se utiliza Acero en calidad A44-28H V. Espesor elemento e = 40 cm.

VI. Módulo de Reacción del suelo estimado en 8 Kg/cm3.



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Se presenta el sistema de cargas Vivas modeladas sobre la losa:

Figura 8. Modelo de carga Fundación F-2.

Como resultado del análisis estructural, se obtiene entre otras, la siguiente gráfica:

Figura 9. Resultado de Momentos en Fundación F-2.



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Se evidencia el momento máximo Mu=-25,63 Kg-cm/cm para lo cual se diseña la armadura superior para 25,63x100=2563 Kg-cm.

4.2. Cálculo de armadura Para una altura útil d=35 cm y un ancho de 100 cm, se tiene:

⋅⋅

⋅−−= 2

2

'89,185,085,0

dbfMuw

c

Ec.4.1

w = 9,30·10-5

Al evaluar la cuantía geométrica resulta:

y

c

ff

w'

⋅=ρ Ec.4.2

ρ = 8,31·10-6

Se debe entonces colocar la armadura mínima correspondiente a una cuantía geométrica de 0,0020 (armadura por retracción).

ρ = 0,0020

Esto representa una sección de 0,002(100)35 = 7 cm2 por metro lineal.

As = 7 cm2/m Utilizando barras ϕ12: a = 1,13x100/7 = 16,1 cm

Fe Ø12 @ 15 con 5 cm de recubrimiento. Se arma la fundación en 2 sentidos con doble Fe Ø12 @ 15 con 5 cm de recubrimiento.

4.3. Soporte del suelo

La tensión en el sello de fundación es: qusd = 467/1,80/0,70 = 370,6 Kg/m2 < 25000



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5. CONCLUSIONES

En las Figura 4 y Figura 5 se verifica lo siguiente (combinación 0,9*DL + 1,3*WL):

• El factor de seguridad al volcamiento es superior a 1,5 para las combinaciones consideradas.

• Los esfuerzos de flexión se soportan con armadura mínima. • No hay punzonamiento. • No se requiere armadura para el corte. • La presión máxima sobre el terreno es igual a 6.584 kg/m2. Se acepta un

valor igual a 25.000 kg/m2 de acuerdo con norma AASHTO para suelo SW, SM, SC medianamente denso.

• No se produce aplastamiento en el pedestal de la fundación F-1 Se refuerza Fundación F-2 con Fe Ø12 @ 15 con 5 cm de recubrimiento. Finalmente, se verifica que las fundaciones F-1 y F-2 son adecuadas en geometría y proporciona la seguridad requerida para los fines de soporte establecidos.

6. ANEXOS

6.1. Informe

6.1.1. Detalle diseño de la fundación F-1 para Nodo 8. 6.1.2. Detalle diseño de la fundación F-1 para Nodo 12.



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