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 Ingeniería Celular Andina S.A. Av. Néstor Gambetta N° 576 ● Callao 1 Perú ● Telfs: 465-8282 / 465-8280 / 465-8255 www.grupocys.com 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. Ingeniería Celular Andina S.A. Av. Néstor Gambetta N° 576 ● Callao 1 Perú ● Telfs: 465-8282 / 465-8280 / 465-8255 www.grupocys.com 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°. Ingeniería Celular Andina S.A. Av. Néstor Gambetta N° 576 ● Callao 1 Perú ● Telfs: 465-8282 / 465-8280 / 465-8255 www.grupocys.com 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 Ingeniería Celular Andina S.A. Av. Néstor Gambetta N° 576 ● Callao 1 Perú ● Telfs: 465-8282 / 465-8280 / 465-8255 www.grupocys.com 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. Ingeniería Celular Andina S.A. Av. Néstor Gambetta N° 576 ● Callao 1 Perú ● Telfs: 465-8282 / 465-8280 / 465-8255 www.grupocys.com 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 Ingeniería Celular Andina S.A. Av. Néstor Gambetta N° 576 ● Callao 1 Perú ● Telfs: 465-8282 / 465-8280 / 465-8255 www.grupocys.com 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: Ingeniería Celular Andina S.A. Av. Néstor Gambetta N° 576 ● Callao 1 Perú ● Telfs: 465-8282 / 465-8280 / 465-8255 www.grupocys.com 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° Ingeniería Celular Andina S.A. Av. Néstor Gambetta N° 576 ● Callao 1 Perú ● Telfs: 465-8282 / 465-8280 / 465-8255 www.grupocys.com 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 Ingeniería Celular Andina S.A. Av. Néstor Gambetta N° 576 ● Callao 1 Perú ● Telfs: 465-8282 / 465-8280 / 465-8255 www.grupocys.com 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 Ingeniería Celular Andina S.A. Av. Néstor Gambetta N° 576 ● Callao 1 Perú ● Telfs: 465-8282 / 465-8280 / 465-8255 www.grupocys.com 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) Ingeniería Celular Andina S.A. Av. Néstor Gambetta N° 576 ● Callao 1 Perú ● Telfs: 465-8282 / 465-8280 / 465-8255 www.grupocys.com 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. Ingeniería Celular Andina S.A. Av. 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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. Ingeniería Celular Andina S.A. Av. Néstor Gambetta N° 576 ● Callao 1 Perú ● Telfs: 465-8282 / 465-8280 / 465-8255 www.grupocys.com 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 Ingeniería Celular Andina S.A. Av. Néstor Gambetta N° 576 ● Callao 1 Perú ● Telfs: 465-8282 / 465-8280 / 465-8255 www.grupocys.com
