Subido por Ricardo Alcahuaman

MC CIMENTACIÓN MONOPOLO H=27M (GRAU NARANJO)

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MEMORIA DE CÁLCULO DE
CIMENTACIÓN PARA
MONOPOLO MIMETIZADO 27.00m
SITE – GRAU NARANJO
VELOCIDAD DE SUPERVIVENCIA: 100KPH
Contenido:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Introducción
Condiciones de Cimentación.
Propiedad de los materiales.
Normas de Diseño
Cargas Aplicadas
Consideraciones de Diseño
Dimensionamiento
Análisis estructural de la cimentación.
Diseño de la zapata aislada
Verificación por punzonamiento en la zapata
Verificación del pedestal.
Conclusiones.
Referencias
Lima - 2018
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1.0. INTRODUCCIÓN
El objetivo de la presente memoria de cálculo es diseñar la cimentación del monopolo mimetizado
de 27.00m, que se proyecta construir en la estación denominada GRAU NARANJO ubicada la Av.
Augusto B. Leguía S/N, distrito de Huancavelica, provincia de Huancavelica departamento de
Huancavelica.
2.0. CONDICIONES DE CIMENTACIÓN.
Según el estudio de suelos elaborado por la empresa SECCONSAR S.R.L, el estrato de apoyo de la
cimentación está constituido por suelo coluvial de color marrón conformado por gravas, arenas y
limos en estado semicompacto. Clasificación SUCS: “GM”. En el nivel de exploración no se ha
determinado nivel freático.
En el estudio de suelos se ha calculado la capacidad portante del suelo apoyo estimándose un valor
de 1.86 kg/cm2 para zapatas cuadradas, a una profundidad de desplante de 2.00m.
Se empleará cemento Portland tipo V, en la preparación del concreto de la cimentación, debido a
que los contenidos de Sales Solubles Totales y Sulfatos son perjudiciales al concreto.
3.0. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES.
Concreto:
-
f´c = 210 kg/cm2
-
Ec = 217000 kg/cm2
-
γc = 2400 kg/m3
Acero:
-
fy = 4200 kg/cm2
-
Ea = 2100000 kg/cm2
4.0. NORMAS DE DISEÑO.
Las normas empleadas para el diseño de la cimentación del monopolo son:
-
E0.60 Norma de Concreto Armado.
-
E0.20 Norma de Cargas.
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5.0. CARGAS APLICADAS.
A continuación se muestran algunas de las reacciones a 100 kph obtenidas del análisis del Ms
Tower.
Reacciones en la torre debido al peso propio más accesorios.
Reacciones en la torre debido al peso propio, accesorios mas el viento a 0°.
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Reacciones en la torre debido al peso propio, accesorios mas el viento a 45°.
Reacciones en la torre debido al peso propio, accesorios mas el viento a 90°.
6.0. CONSIDERACIONES DE DISEÑO.
En el presente diseño se verificará la estabilidad al volteo de la zapata originado por el momento flector
y la fuerza horizontal debido a las cargas de viento, y la capacidad portante del terreno originado por
la fuerza de compresión (peso propio de la cimentación, peso del relleno, peso del pedestal, y la carga
en compresión inducida por el viento) y el momento flector.
Se considerará un factor de seguridad frente al volteo de 1.50, debido a que no se va a tomar en
cuenta el aporte al momento resistente de la reacción lateral pasiva del terreno
F.S.(volteo) > 1.50
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7.0. DIMENSIONAMIENTO.
El peralte de la zapata deberá ser capaz de permitir el desarrollo del anclaje de las varillas de refuerzo
longitudinal del pedestal. Para el cálculo de la longitud de desarrollo en compresión (sin gancho) de las
varillas de refuerzo del pedestal se consideró un diámetro de 3/4”, con lo cual se obtiene un peralte
de zapata de 60 cm.
La dimensión en planta se determinará de forma tal que la capacidad del terreno no sea superada y
además que el factor de seguridad frente al volteo no sea menor a 1.50.
Finalmente se considerará un pedestal de 1.60 m x 1.60 m, dimensiones mínimas para que las barras
de anclaje se ubiquen dentro de la zona confinada por los estribos del pedestal.
A continuación se ilustran las dimensiones preliminares:
Fig. 1 Planta cimentación de torre.
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Fig. 2 Elevación cimentación de torre.
Fig. 3 Vista en planta y en 3D del modelaje de la zapata en el programa Safe V. 12
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Fig. 4 Deformada de la zapata bajo cargas de viento a 0° y 45°
8.0. ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LA CIMENTACIÓN.
8.1. Verificación de la estructura por volteo.
Se verificó la estabilidad al volteo de la zapata, considerando las direcciones más críticas de la
carga de viento:
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ESTABILIDAD CIMENTACIÓN MONOPOLO
Dimensión de zapata =
Peralte de Zapata =
Df =
4.70 m
0.60 m
1.90 m
Dimensión del Pedestal =
Altura de Pedestal =
γc =
2.40 t/m3
γs =
1.60 m
1.60 m
1.65 t/m3
1) Dirección X - Case 2000 (Viento 0ª)
Fx =
5.90 t
Momento Resistente
Elemento
Peso (t)
Zapata
31.81
Pedestal
9.83
Relleno
41.89
Monopolo
6.68
Momento Actuante
Elemento Fuerza (t)
Fx
5.90 t
Myy
-
Fz =
Peso monopolo
6.68 t
Brazo (m)
2.35
2.35
2.35
2.35
Mr =
Mr (t-m)
74.75
23.10
98.45
15.69
211.99 t-m
Brazo (m)
2.20
Ma =
Ma (t-m)
12.98
116.08
129.06 t-m
F.S.V.(x) =
1.64
Myy =
116.08 t-m
Mxx =
113.53 t-m
> 1.50 (OK)
2) Dirección Y - Case 2090 (Viento 90ª)
Fy =
5.78 t
Fz =
Momento Resistente = Mr =
Peso monopolo
6.68 t
211.99 t-m
Momento Actuante = Ma = Mxx + Fy*(hzapata + hpedestal) =
F.S.V. (y) =
1.68
126.25 t-m
> 1.50 (OK)
8.2. Verificación de los esfuerzos admisibles en el terreno.
Se procederá a verificar los esfuerzos admisibles en el terreno bajo las cargas provenientes
del peso propio de la estructura y la del viento.
Para la verificación de la capacidad actuante se hizo uso de dos combinaciones de servicio
según la dirección del viento:
SERV1 = Peso zapata + Peso Pedestal + Peso relleno + Peso Torre + Carga Viento a 0°
SERV2 = Peso zapata + Peso Pedestal + Peso relleno + Peso Torre + Carga Viento a 45°
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Para condiciones dinámicas se considerará la capacidad portante del terreno de acuerdo a la
norma E0.50:
σadm (dinámica) = 1.86 kg/cm2 x (3.0/2.5) = 2.23 kg/cm2
Fig. 5 Presión actuante en el terreno bajo cargas de servicio (SERV1)
σmax = 1.29 kg/cm2 < σadm (dinámico) = 2.23kg/cm2
Fig. 6 Presión actuante en el terreno bajo cargas de servicio (SERV2)
σmax = 1.49 kg/cm2 < σadm = 2.23 kg/cm2
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9.0. DISEÑO ESTRUCTURAL DE ZAPATA (ACERO DE REFUERZO).
A continuación se realizará el diseño estructural de la cimentación en lo que respecta al acero de
refuerzo longitudinal. Para esto primeramente se obtendrá del análisis estructural los diagramas
de momentos flectores en la cimentación y posteriormente se realizará el diseño por flexión. A
continuación se muestran las gráficas de los diagramas de envolventes de envolventes de
momentos flectores para un ancho de franja de 1.00 m.
Figura 7: Diagrama de momentos POSITIVOS en la dirección X y Y, por franjas de diseño de
ancho de 1.6 m. Mux max = 36.6 t.m
Figura 8: Diagrama de momentos NEGATIVOS en la dirección X y Y, por franjas de diseño de
ancho de 1.6 m. Mux max =17.16 t.m
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A continuación, con el momento máximo obtenido de los diagramas de momentos se procede a
realizar el diseño por flexión, el cual nos permitirá obtener el acero necesario para resistir dicho
esfuerzos.
DISEÑO POR FLEXION (LOSAS Y ZAPATAS)
ZONA INFERIOR (POSITIVA)
Mu + =
f`c =
fy =
φ=
d=
b=
d' =
a=
As =
a=
ρmin =
As min =
As diseño =
As (5/8") =
s=
36.60
210
4200
0.90
51
160
9
2.87
19.54
2.87
0.0012
11.52
19.54
1.98
0.162
ZONA SUPERIOR (NEGATIVA)
(t-m)
Mu - =
(kg/cm2)
f`c =
(kg/cm2)
fy =
(factor de reduccion a flexion)
φ=
(cm)
d=
(cm)
b=
(cm)
d' =
(cm) (tantear hasta q sea igual a "a")a =
(cm2)
As =
(cm)
a=
(por cada malla)
ρmin =
cm2
As min =
cm2
As diseño =
(cm2)
As (5/8") =
(m)
s=
17.16
210
4200
0.90
51
160
9
1.33
9.02
1.33
0.0012
11.52
11.52
1.98
0.275
(t-m)
(kg/cm2)
(kg/cm2)
(factor de reduccion a flexion)
(cm)
(cm)
(cm)
(cm) (tantear hasta q sea igual a "a")
(cm2)
(cm)
(por cada malla)
cm2
cm2
(cm2)
(m)
De acuerdo a los momentos últimos máximos en la zapata se obtuvieron las siguientes áreas de
acero. En la zona inferior (momentos positivos) ser requiere ɸ5/8”@0.15m y en la zona superior
(momentos negativos) se requiere ɸ5/8”@0.25m.
10.0 VERIFICACIÓN POR PUNZONAMIENTO EN LA ZAPATA.
Se verificó la resistencia de la zapata ante las acciones de punzonamiento y cortante. Los
siguientes son los resultados obtenidos:
Fig. 9 Verificación por punzonamiento en la zapata.
Capacity Ratio = 0.47 < 1.00 (OK)
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11.0 VERIFICACIÓN DEL PEDESTAL.
Pedestal Cuadrado de 160cm x 160cm
Refuerzo: 60 barras de Ф3/4”
Fig. 10 Sección de pedestal.
De acuerdo a las reacciones en la torre, las cuales son transmitidas al pedestal. Obtenemos las
siguientes cargas últimas (Mu, Pu):
Pu = 0.9 (Pmonopolo + Ppedestal) = 0.9*(6.68 + 1.60*1.60*1.60*2.40) = 14.86 t.
Mu = 1.3*(Fx*Hpedestal+My) = 1.3*(5.90*1.6+116.08) = 163.176 t-m.
Fig. 11 Diagrama de interacción del pedestal.
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12.0 CONCLUSIONES.
- Se ha realizado el análisis y diseño estructural de la cimentación del monopolo de 27m
mimetizado del site GRAU NARANJO.
- Dimensiones finales de cimentación: 4.70mx4.70m y 0.60m de peralte.
- Dimensiones de pedestal propuesto: 1.60mx1.60m y 1.60m de altura libre.
- Profundidad de cimentación: 2.00 m (incluido solado).
- Material de Relleno: Material propio compactado.
- Evaluando la estabilidad de la cimentación existente se obtiene un factor de seguridad al
volteo de 1.64 y 1.68 en la dirección X e Y respectivamente, con lo cual se cumple con la
estabilidad necesaria para este tipo de estructuras.
- El espesor de la zapata es el suficiente para resistir las fallas por punzonamiento y cortante.
- El acero de refuerzo necesario por flexión consta de ɸ5/8” @ .15m en la capa inferior en
ambas direcciones y ɸ5/8” @ .25m en la capa superior en ambas direcciones, lo cual es
suficiente para resistir los momentos máximos últimos actuantes en la cimentación.
- El acero de refuerzo del pedestal consta de 60ɸ3/4”. La verificación del diseño del pedestal
con este refuerzo nos muestra resultados aceptables ante las solicitaciones de cargas
actuantes, por lo tanto el diseño es aceptable.
- El presente informe es válido para las cargas indicadas y para las condiciones de cimentación
indicas en el EMS, cualquier cambio que ocurriera es necesario realizar una nueva evaluación
estructural.
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13.0
REFERENCIAS
-
A FINITE ELEMENT APPROACH TO REINFORCED CONCRETE SLAB DESIGN
James B. Deaton
School of Civil and Environmental Engineering
Georgia Institute of Technology - 2005
-
CALCULO DE ESTRUCTURAS DE CIMENTACION
J. Calavera
Instituto Técnico de Materiales y Construcciones - Intemac 1999
-
CIMENTACIONES DE CONCRETO ARMADO EN EDIFICACIONES
Plateas de cimentación
Cimentaciones de estructuras sometidas a fuerzas horizontales
Capitulo Peruano del ACI – 1998
-
DISEÑO DE ESTRUCRTURAS DE CONCRETO ARMADO
2da edición
Teodoro Harmsen – Paola Mayorca
Fondo Editorial PUCP – 2000
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