PE-AM17-GP030-ICA-D010_Rev 0

PROYECTO AMPLIACION 17
SUBESTACION ICA 220 kV / 60 kV
SUBESTACIÓN ICA 220 kV / 60 kV
CIMENTACIONES DE PÓRTICOS – MEMORIA DE CÁLCULO
DOCUMENTO PE-AM17-GP030-ICA-D010
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0
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Emisión inicial
2015-07-23
Elaboración – Revisión – Aprobación
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0
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RPC
Revisado por:
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ARR
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responsabilidad si este documento es alterado o modificado. No se autoriza su empleo o reproducción total o parcial
con fines diferentes al contratado.
SUBESTACIÓN ICA 220 kV / 60 kV
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2015-07-23
CIMENTACIONES DE PÓRTICOS – MEMORIA DE CÁLCULO
TABLA DE CONTENIDO
1.
OBJETIVO ............................................................................................................... 3
2.
ALCANCE ................................................................................................................ 3
3.
INFORMACIÓN DE REFERENCIA .......................................................................... 3
3.1
NORMATIVIDAD ..................................................................................................... 3
3.2
ESTUDIO DE SUELOS ........................................................................................... 3
3.3
HERRAMIENTAS DE CÁLCULO ............................................................................. 3
4.
CARGAS APLICADAS A NIVEL DE CIMENTACIÓN ............................................... 4
4.1
CONSIDERACIONES GENERALES ....................................................................... 4
4.2
COMBINACIONES DE CARGAS............................................................................. 5
5.
DIMENSIONAMIENTO DE LA CIMENTACIÓN ....................................................... 6
5.1
ESPECIFICACIONES DE LOS MATERIALES......................................................... 6
5.2
DIMENSIONAMIENTO Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LAS CIMENTACIONES
DE PÓRTICOS ........................................................................................................ 6
5.3
RESULTADOS GENERALES .................................................................................. 6
6.
DOCUMENTOS DE REFERENCIA ......................................................................... 7
6.1
DOCUMENTOS DE REFERENCIA INTERNA ......................................................... 7
6.2
DOCUMENTOS DE REFERENCIA EXTERNA ........................................................ 7
7.
ANEXOS.................................................................................................................. 8
7.1
CARGAS A NIVEL DE CIMENTACIÓN PARA LOS PÓRTICOS ............................. 8
7.2
RESULTADOS GENERALES DE DISEÑO.............................................................. 8
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CIMENTACIONES DE PÓRTICOS – MEMORIA DE CÁLCULO
1.
OBJETIVO
El objetivo de este documento es definir las dimensiones básicas de las cimentaciones de
pórticos de la ampliación de la Subestación Ica 220 kV / 60 kV, siguiendo los lineamientos
tanto de normas nacionales como extranjeras citados en el ítem 6.
2.
ALCANCE
El informe presenta los resultados de dimensiones básicas para las cimentaciones de
pórticos, cuyas cargas fueron estimadas de manera preliminar en base a la experiencia y uso
común dentro de la práctica de ingeniera de subestaciones.
No es parte del alcance la ingeniería de detalle de las cimentaciones de pórticos.
3.
INFORMACIÓN DE REFERENCIA
3.1
NORMATIVIDAD
El análisis y dimensionamiento de las cimentaciones de pórticos fueron realizadas en base a
las especificaciones y criterios contenidos en:
-
3.2
Normas E.030 y E.060 - Reglamento Nacional de Edificaciones (referencias [4] y [5]
respectivamente)
Norma ACI-318 - “Building Code Requirements for Reinforced Concrete” (referencia
[6])
ESTUDIO DE SUELOS
Las cimentaciones de pórticos fueron dimensionadas atendiendo las recomendaciones
suministradas por el estudio de mecánica de suelos [3]. El dimensionamiento considera una
profundidad de desplante de 2,00 m, profundidad en la cual encontramos arena mal gradada
con limo y grava de 17,0 kN/m3 y un esfuerzo admisible de 210 kPa.
3.3
HERRAMIENTAS DE CÁLCULO
Se utilizó los siguientes programas comerciales:



Office Microsoft:
Autocad:
HMV Tools:
Versión 2010, para Windows 7.
Programa de dibujo asistido por computador, versión 2011.
Análisis y diseño cimentaciones aisladas sometidas a la
acción de cargas axiales y momentos flectores en ambas
direcciones principales, propiedad de HMV Ingenieros.
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4.
CARGAS APLICADAS A NIVEL DE CIMENTACIÓN
4.1
CONSIDERACIONES GENERALES
En la siguiente figura se muestra una vista en planta de la disposición física de la ampliación
de la SE Ica 220 kV / 60 kV, en donde se define de manera preliminar las templas asociadas y
las columnas.
Figura 1 – Subestación Ica 220 kV / 60 kV
En base a lo planteado anteriormente, se observa que la columna C3 presenta mayor carga.
Por tanto, se tomó dicha columna como el caso más desfavorable y todas las cimentaciones
se dimensionaron tomando el caso de la columna C3.
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CIMENTACIONES DE PÓRTICOS – MEMORIA DE CÁLCULO
4.2
COMBINACIONES DE CARGAS
En base a la estimación de cargas, se analizó las siguientes combinaciones de cargas a nivel
de cimentación en servicio para pórticos:
1
DL +ST +ML
2
DL +ST +SC
3A
DL +ST +0.600SC +Wx
3B
DL +ST +0.600SC-Wx
4A
DL +ST +0.600SC +Wy
4B
DL +ST +0.600SC-Wy
5A
DL +ST +0.700Ex +0.210Ey +0.700Ez
5B
DL +ST-0.700Ex +0.210Ey +0.700Ez
5C
DL +ST +0.700Ex-0.210Ey +0.700Ez
5D
DL +ST-0.700Ex-0.210Ey +0.700Ez
5E
DL +ST +0.700Ex +0.210Ey-0.700Ez
5F
DL +ST-0.700Ex +0.210Ey-0.700Ez
5G
DL +ST +0.700Ex-0.210Ey-0.700Ez
5H
DL +ST-0.700Ex-0.210Ey-0.700Ez
6A
DL +ST +0.210Ex +0.700Ey +0.700Ez
6B
DL +ST-0.210Ex +0.700Ey +0.700Ez
6C
DL +ST +0.210Ex-0.700Ey +0.700Ez
6D
DL +ST-0.210Ex-0.700Ey +0.700Ez
6E
DL +ST +0.210Ex +0.700Ey-0.700Ez
6F
DL +ST-0.210Ex +0.700Ey-0.700Ez
6G
DL +ST +0.210Ex-0.700Ey-0.700Ez
6H
DL +ST-0.210Ex-0.700Ey-0.700Ez
Dónde:
DL
=
ST
ML
SC
W
E
x, y, z
=
=
=
=
=
=
Carga vertical debida al peso propio de estructura o soporte, equipos,
Conductores, herrajes y barras
Carga debida a las tensiones mecánicas de los conductores
Carga debida al montaje y mantenimiento de la estructura
Carga debida a las tensiones de cortocircuito de los conductores
Carga debida al viento sobre estructura, equipo, conductor y barras
Carga debida al sismo sobre estructura, equipo, conductor y barras
Direcciones horizontales x, y o vertical z
En el anexo 7.1 se presentan las cargas a nivel de cimentación pórticos.
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5.
DIMENSIONAMIENTO DE LA CIMENTACIÓN
5.1
ESPECIFICACIONES DE LOS MATERIALES
Para el análisis y dimensionamiento de las cimentaciones de pórticos se utilizó concreto de
peso volumétrico de 24 kN/m3, con una resistencia a la compresión a los 28 días de f'c =21,0
MPa y acero de refuerzo con un límite de fluencia de fy = 420 MPa según la norma ASTM A706.
5.2
DIMENSIONAMIENTO Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LAS CIMENTACIONES DE
PÓRTICOS
Las cimentaciones se dimensionaron para garantizar la estabilidad al volcamiento inducido
por las cargas de servicio, con un factor de seguridad mínimo de 1,5 en las condiciones que
incluyen combinaciones de carga con viento o sismo.
Las dimensiones mínimas de los pedestales son aquellas que permitan soportar
adecuadamente la placa base del soporte de los pórticos. El espesor de la zapata es aquel
que garantice capacidad a cortante de la sección.
Las cimentaciones se desplantaron a una profundidad de 2,00 m. Se tuvo en cuenta que los
pedestales deben sobresalir mínimo 0,10 m del nivel de acabado de patio, el cual cuenta con
un espesor de 0,10 m; es decir, la altura total de las cimentaciones será mínimo de 2,20 m.
Para realizar el dimensionamiento y análisis estructural de las cimentaciones se utilizó el
programa HMV Tools de propiedad de HMV Ingenieros Ltda.
Con ayuda del programa HMV Tools se verifica la estabilidad al volcamiento de la cimentación
y que las presiones inducidas al terreno no superen la presión admisible del mismo para
cargas de servicio.
5.3
RESULTADOS GENERALES
(Ver anexo 7.2)
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6.
6.1
DOCUMENTOS DE REFERENCIA
DOCUMENTOS DE REFERENCIA INTERNA
Código
# de Documento
Nombre del Documento
[1].
PE-AM17-GP030-GEN-D003
Criterios de diseño - Estrucutras metálicas
[2].
PE-AM17-GP030-ICA-K013
Subestación Ica 220 kV / 60 kV - Planta
general de cimentaciones
[3].
PE-AM17-GP030-ICA-D015
Subestación Ica 220 kV / 60 kV – Estudio
de suelos
6.2
DOCUMENTOS DE REFERENCIA EXTERNA
Código
# de Documento
Nombre del Documento
[4].
NTE E.030
Reglamento Nacional de Edificaciones,
Norma técnica E.030 – Diseño Sismo resistente
[5].
NTE E.060
Reglamento Nacional de Edificaciones,
Norma técnica E.060 – Concreto armado
[6].
ACI – 318 -08
“Building
Code
Requirements
Structural Concrete”
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CIMENTACIONES DE PÓRTICOS – MEMORIA DE CÁLCULO
7.
ANEXOS
7.1
CARGAS A NIVEL DE CIMENTACIÓN PARA LOS PÓRTICOS
7.2
RESULTADOS GENERALES DE DISEÑO
Archivo: PE-AM17-GP030-ICA-D010
8 de 8
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CIMENTACIONES DE PÓRTICOS – MEMORIA DE CÁLCULO
7.1
CARGAS A NIVEL DE CIMENTACIÓN PARA LOS PÓRTICOS
Archivo: PE-AM17-GP030-ICA-D010
1 de 2
REPORTE DE
PROGRAMA HMV
Tools
Cálculo Reacciones de Pórticos para Cimentación
Proyecto:
Ingeniería básica de subestaciones - Proyecto Ampliación 17
Subestación:
S.E. Ica 220 kV / 60 kV / 10 kV
Trazabilidad:
2845-C200-03-01-1
Caso:
Cimentaciones Pórticos
Documento:
PE-AM17-GP030-ICA-D010
Metodología de Cálculo:
[C. SERVICIO] CARGAS DE SERVICIO
Cargas a Nivel de Cimentación
Código
Combinación
Fx
(kN)
Fy
(kN)
Fz
(kN)
Mx
(kN-m)
My
(kN-m)
1
DL +ST +ML
1.82
20.61
-99.19 -160.37
0.58
2
DL +ST +SC
4.40
55.92
-89.57 -430.72
2.05
3A
DL +ST +0.600SC +Wx
14.60
46.33 -106.81 -357.04
73.10
3B
DL +ST +0.600SC-Wx
-8.00
37.37
4A
DL +ST +0.600SC +Wy
4B
DL +ST +0.600SC-Wy
5A
-49.73 -288.18
-70.16
3.44
50.78 -106.24 -377.02
1.38
3.16
32.92
-50.30 -268.20
1.55
DL +ST +0.700Ex +0.210Ey +0.700Ez
15.61
24.70
-78.12 -185.69
86.61
5B
DL +ST-0.700Ex +0.210Ey +0.700Ez
-12.33
24.61
-63.62 -185.11
-85.68
5C
DL +ST +0.700Ex-0.210Ey +0.700Ez
15.62
16.85
-74.60 -135.64
86.73
5D
DL +ST-0.700Ex-0.210Ey +0.700Ez
-12.33
16.76
-60.11 -135.06
-85.56
5E
DL +ST +0.700Ex +0.210Ey-0.700Ez
15.63
24.73
-62.52 -185.83
86.75
5F
DL +ST-0.700Ex +0.210Ey-0.700Ez
-12.32
24.64
-48.03 -185.25
-85.54
5G
DL +ST +0.700Ex-0.210Ey-0.700Ez
15.63
16.88
-59.01 -135.78
86.86
5H
DL +ST-0.700Ex-0.210Ey-0.700Ez
-12.31
16.79
-44.51 -135.19
-85.43
6A
DL +ST +0.210Ex +0.700Ey +0.700Ez
5.82
33.82
-77.14 -243.88
26.18
6B
DL +ST-0.210Ex +0.700Ey +0.700Ez
-2.55
33.79
-72.80 -243.71
-25.50
6C
DL +ST +0.210Ex-0.700Ey +0.700Ez
5.84
7.67
-65.43
-77.04
26.55
6D
DL +ST-0.210Ex-0.700Ey +0.700Ez
-2.54
7.64
-61.08
-76.87
-25.13
6E
DL +ST +0.210Ex +0.700Ey-0.700Ez
5.84
33.85
-61.55 -244.02
26.31
6F
DL +ST-0.210Ex +0.700Ey-0.700Ez
-2.54
33.82
-57.20 -243.84
-25.37
6G
DL +ST +0.210Ex-0.700Ey-0.700Ez
5.85
7.70
-49.83
-77.18
26.69
6H
DL +ST-0.210Ex-0.700Ey-0.700Ez
-2.52
7.67
-45.49
-77.00
-24.99
Elaboró:
erios
2015-07-23
Revisó:
Cálculos obtenidos con HMVTools - HMV Ingenieros Ltda © 2011
Fecha de Impresión: 7/23/2015 2:56:52 PM
Aprobó:
Página 1 de 1
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CIMENTACIONES DE PÓRTICOS – MEMORIA DE CÁLCULO
7.2
Archivo: PE-AM17-GP030-ICA-D010
RESULTADOS GENERALES DE DISEÑO
2 de 2
REPORTE DE
PROGRAMA HMV
Tools
Cálculo de Cimentación para Pórticos y Equipos
Proyecto:
Ingeniería básica de subestaciones - Proyecto Ampliación 17
Subestación:
S.E. Ica 220 kV / 60 kV / 10 kV
Trazabilidad:
2845-C200-03-04-1
Caso:
Cimentaciones Pórticos
Documento:
PE-AM17-GP030-ICA-D010
Metodología de Cálculo:
DATOS DE ENTRADA
Altura que Sobresale el Pedestal por Encima del Acabado de Patio, (m)
0.10
Espesor del Acabado de Patio, (m)
0.10
Profundidad de Desplante, (m)
2.00
Densidad del Concreto, (kN/m³)
24.00
Densidad del Suelo de Relleno, (kN/m³)
17.00
Esfuerzo Admisible del Suelo, (KPa)
210.00
Factor de Seguridad al Volcamiento
1.50
Factor de Mayoración de Cargas
1.40
Esfuerzo de Fluencia del Acero, (MPa)
420.00
Resistencia del Concreto, (MPa)
21.00
Espesor del Concreto Secundario, (m)
0.10
Recubrimiento libre del acero en zapata, (m)
0.075
Recubrimiento libre del acero en pedestal, (m)
0.050
Cuantía Mínima de Acero Para las Secciones Sometidas a Flexión
0.00180
Factor de Seguridad al Arrancamiento
2.00
GEOMETRÍA DE LA CIMENTACIÓN
Longitud x Losa, (m)
3.40
Longitud y Losa, (m)
3.40
Espesor z Losa, (m)
0.40
Número Pedestales
4
Longitud x Pedestal, (m)
0.70
Longitud y Pedestal, (m)
0.70
Altura z Pedestal, (m)
1.80
Separación x entre ejes de pedestales, (m)
1.60
Separación y entre ejes de pedestales, (m)
1.60
RESULTADOS ESFUERZOS
Excentricidad transversal, (m)
0.02
Excentricidad longitudinal, (m)
1.01
Factor de seguridad transversal
79.17
Factor de seguridad longitudinal
1.67
Elaboró:
rpomar
Revisó:
Cálculos obtenidos con HMVTools - HMV Ingenieros Ltda © 2011
Fecha de Impresión: 8/4/2015 11:51:31 AM
Aprobó:
Página 1 de 3
Cálculo de Cimentación para Pórticos y Equipos
Zona de esfuerzos (# número de esquinas en compresión)
2
Trabajo de la cimentación, (%)
60.30
Esfuerzo máximo servicio, (kPa)
159.42
REPORTE DE
PROGRAMA HMV
Tools
ENVOLVENTE DE CARGAS EN PEDESTALES
Vertical z (compresión) , (kN)
225.56
Vertical z (tracción) , (kN)
145.44
Cortante Vupx , (kN)
5.47
Momento Mupx , (kN-m)
9.84
Cortante Vupy , (kN)
19.57
Momento Mupy , (kN-m)
35.22
DISEÑO PEDESTALES
Cuantía de acero a utilizar (por cara)
0.00125
Acero total (por cara), (cm²)
6.12
Cuantía Total de Acero en el Pedestal
0.00500
Refuerzo pedestal total (R1)
12 #6 L=2.67 m
Cortante resistente (por pedestal), (kN)
265.84
Acero necesario a tracción, (cm²)
3.80
Cantidad de Estribos
9
Separación de los Estribos, (m)
0.20
Longitud total del Estribo, (m)
2.60
b (m)
0.60
d (m)
0.60
DISEÑO LOSA
Refuerzo inferior en dirección X
Longitud del voladizo, (m)
0.55
Flexión máxima, Muy, (kN m)
88.28
Cuantía a utilizar
0.00180
Acero total a flexión calculado, (cm²)
19.90
Refuerzo Inferior en X (R2)
16 #4 A 0.21 L=3.65 m
Cortante máxima a 'd' de la cara del apoyo, (kN)
131.32
Cortante resistente en dirección X, (kN)
645.60
Refuerzo inferior en dirección Y
Longitud del voladizo,(m)
0.55
Flexión máxima, Mux, (kN m)
88.28
Cuantía a utilizar
0.00180
Acero total a flexión calculado, (cm²)
19.90
Refuerzo Inferior en Y (R3)
16 #4 A 0.21 L=3.65 m
Elaboró:
rpomar
Revisó:
Cálculos obtenidos con HMVTools - HMV Ingenieros Ltda © 2011
Fecha de Impresión: 8/4/2015 11:51:31 AM
Aprobó:
Página 2 de 3
Cálculo de Cimentación para Pórticos y Equipos
Cortante máxima a 'd' de la cara del apoyo, (kN)
131.32
Cortante resistente en dirección Y (kN)
645.60
REPORTE DE
PROGRAMA HMV
Tools
Refuerzo de temperatura superior en dirección X
Acero total calculado, (cm²)
19.89
Refuerzo Superior en X (R4)
16 #4 A 0.21 L=3.65 m
Refuerzo de temperatura superior en dirección Y
Acero total calculado, (cm²)
19.89
Refuerzo Superior en Y (R5)
16 #4 A 0.21 L=3.65 m
Volúmenes y peso
Volumen de concreto (m³)
8.2
Volumen de excavación (m³)
23.7
Volumen de lleno (m³)
15.4
Peso del Refuerzo (kg)
574
Elaboró:
rpomar
Revisó:
Cálculos obtenidos con HMVTools - HMV Ingenieros Ltda © 2011
Fecha de Impresión: 8/4/2015 11:51:31 AM
Aprobó:
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