UNIVERSIDAD CATLICA DEL NORTEFACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERIA Y CONSTRUCCION Departamento de Ingeniera Civil

COMPARACION DE CRITERIOS DE DISEO SISMICO USADOS EN CODELCO NORTE Y SU EFECTO EN LOS COSTOS DE CONSTRUCCIONMemoria para optar al grado de Licenciado en Ciencias de la Ingeniera y al Ttulo de Ingeniero Civil FRANCISCO EDUARDO POZO ARAYA

Profesor Gua: Ing. Civil Jorge Omerovic Pavlov Antofagasta, Chile 2011

1

EXPOSICIN N1

ACTIVIDAD DE TITULACIN N1

:

ASPECTOS CLAVES.

ACTIVIDAD DE TITULACIN N2

:

RESUMEN DETALLADO DEL AVANCE.

2

Actividad de titulacin 2OBJETIVOS

Objetivo General

Poner al alcance en la academia los criterios de diseo usados en la divisin Codelco Norte y los problemas que encierran los proyectos industriales tpicos de la regin y contribuir a su solucin.

Objetivos Especficos

Realizar una comparacin entre los criterios ssmicos usados en Codelco Norte (CD7) con los criterios ssmicos de la normativa nacional (Nch2369-03), identificando los parmetros ms importantes para el diseo sismo resistente y establecer las principales diferencias.

Aplicar la comparacin en el proyecto Ampliacin Naves de Mantencin de Camiones RT. Realizando un anlisis y diseo a las estructuras utilizando un software estructural.

Evaluar las principales diferencias en trminos de costos de los materiales mas relevantes.

3

Actividad de Titulacin 2ASPECTOS CLAVESZonificacin ssmicas por normativasNormativa Divisional CD7 Zonificacin Ssmica UBC - 85 Normativa Nacional Nch2369 Zonificacin Nch 2369

Zona cero Zona uno Zona dos Zona Tres

= Cero Dao = Dao Menor = Dao Moderado = Mayor dao

Chuquicamata Zona 3

Z1 Peligro Menor Z2 Peligro Medio Z3 Peligro Mayor

Chuquicamata Zona 2

Zona de peligrosidad mayor Zona 3 UBC 1985

Zona de peligrosidad media Zona 2 Nch2369 of 2003

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Actividad de Titulacin 2ASPECTOS CLAVESCargas Ssmicas: Anlisis Esttico.CD7Corte Basal W = Carga muerta de estructura y equipo ms cargas vivas reducidas.

Nch 2369P = Peso ssmico.

C. ssmico

Donde: Z : Factor de zona R : Coeficiente modificacin de Respuesta S : Coeficiente de Perfil de suelo T : Periodo natural. To :Periodo lmite del tramo horizontal del coeficiente ssmico C.

Donde: Ao : Aceleracin efectiva mxima, segn zona ssmica. T,n :Parmetros relativos al tipo de suelo de fundacin. T : Periodo fundamental de vibracin en la direccin de anlisis. R : Factor de modificacin de la Respuesta. : Razn de amortiguamiento .

Z. Ssmica I

Zona 3 Peligrosidad Mayor.

Zona 2 Peligrosidad Media.

I= 1.67 , Valor nico

C1=1.2, C2=1.0, C3=0.8

Max y Mn.

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Actividad de Titulacin 2ASPECTOS CLAVESCargas Ssmicas: Anlisis Modal EspectralCD7 Nch 2369

Espectro

Donde: R: Coeficiente modificacin de Respuesta Tn: Periodo del n-simo modo natural en estudio. To: Periodo lmite (tabla-3) S: Coeficiente caracterstico del suelo (tabla 2). g: Aceleracin de gravedad Z: Factor de zona Z = 1 I: Factor de Importancia.

Donde: Ao : Aceleracin efectiva mxima T, n : Parmetros relativos al tipo de suelo de fundacin. T : Periodo vibracin modo considerado. R : Factor de modificacin de la Respuesta. : Razn de amortiguamiento (tabla 5.5)

Sup. Modal

Mtodo de Superposicin Cuadrtica Completa (CQC)El numero de modos que se incluirn en el anlisis ser tal, que al menos tome en cuenta el 95% de la masa total del sistema, pero nunca menos que los cinco primeros modos. Nmeros de modos necesario para que la suma de la masa equivalente, en cada direccin de anlisis sea igual o superior al 90 % de la masa ssmica. El valor Sa no debe ser mayor que

Nm. Modos

Sa mx.Corte Min.

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ACTIVIDAD DE TITULACIN 2ASPECTOS CLAVESCargas de Viento:Presin bsica CD7Alturas (m) 0 4 7 10 15 20 30 P. Bsica (Kg/m2) 90 90 119 129 141 149 159 Alturas (m) 40 50 75 100 150 200 300 P. Bsica (Kg/m2) 166 172 183 190 200 207 223

Presin bsica Nch 432 (Campo Abierto)Alturas (m) 0 4 7 10 15 20 30 P. Bsica (Kg/m2) 70 70 95 106 118 126 137 Alturas (m) 40 50 75 100 150 200 300 P. Bsica (Kg/m2) 145 151 163 170 182 191 209

FACTOR DE FORMA La fuerza del viento se obtendr multiplicando la presin bsica del viento q por un factor de forma C que depende de la forma de la estructura que se analice.

Construcciones Cerradas

Construcciones Abiertas

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ACTIVIDAD DE TITULACIN 2ASPECTOS CLAVESEstructuras a utilizar en el estudio:

Nave de servicios

Nave mantencin de Camiones

8

ACTIVIDAD DE TITULACIN 2Nave mantencin de Camiones Nave de servicios

10,1 m. 21m. 18 m. 46 m.

12m. 40 m.

9

ACTIVIDAD DE TITULACIN 2MODELACIN - ESTRUCTURACINNave Mantencin de Camiones Antecedentes para la modelacin. Acero A36 (ASTM) Perfiles Nacionales (Definidos en Proyecto original) Estructura relevante considerada para el modelo. Estructura principal sismo resistente Sistema de arriostramiento verticales y horizontales. Viga que soporta equipo (Viga porta Gra). Elementos ingresados como carga. Peso propio puentes gras Colgadores, Costaneras de techo y laterales. Revestimiento lateral y de techo. Portones. Estructuracin Marcos rgidos a dos aguas con dos pasillos de circulacin de puentes gras. Sistema de arriostramiento lateral y de techo. Largo = 46m ; Ancho = 20m ; Alto cumbrera = 23 m. Marcos espaciados a 19 m (frontales) y 8m (interiores)

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ACTIVIDAD DE TITULACIN 2Modelacin

Marco Frontal

Marco Interior

Sistema Arriostramiento Eje Perimetral

Sistema Arriostramiento de Techo

Vigas porta gra

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ACTIVIDAD DE TITULACIN 2SolicitacionesCargas de Viento Presiones Bsicas (Distribucin por ancho colaborante de cada elemento) Viento Transversal SectorCD7 Nch 432 Nivel de terreno Hombro = 21,6 m Cumb = 23,6 m 0,09 T/m 0,15 T/m 0,07 T/m 0,13 T/m

0,15 T/m

0,13 T/m

Caso 1

Viento Longitudinal (Portones 9m Aprox.)

Caso 2Portones expuestos al viento se Encuentran cerrados y Portones posteriores se Encuentran abiertos.

Portones expuestos al viento se encuentran abiertos y portones posteriores se encuentran cerrados.

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ACTIVIDAD DE TITULACIN 2SolicitacionesCargas Ssmicas Parmetros Anlisis Modal Espectral.CD7 Zona Ssmica CD7 3 Nch 2369 Zona Ssmica Ao/g Nch 2 0,3 S 1,2 Tipo de Suelo II Clasificacin C2 T 0,35 I 1 0,03 Cmax 0,1725 n 1,33

Ao/g 1

Tipo de Suelo To S2 0,911 Clasificacin R 5 Sismo Vertical67% Componente horizontal

I 1,67 0,05

R 5Sismo Vertical usando espectro condicionado a R = 1 y = 0,03

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ACTIVIDAD DE TITULACIN 2Modelacin - Estructuracin NAVE SERVICIOS OFICINAS Antecedentes para la modelacin. Acero A36 (ASTM) Perfiles Nacionales (Definidos en Proyecto original)

Estructura relevante considerada para el modelo. Estructura principal sismo resistente Sistema de arriostramiento verticales y horizontales. Vigas con losa colaborante.Elementos ingresados como carga. Colgadores, costaneras de techo y laterales. Revestimiento lateral y de techo. Estructuracin Marcos rgidos en sentido transversal. Sistema de arriostramiento lateral y de techo. Largo = 12 m ; Ancho = 18 m ; Alto cumbrera = 11 m.

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ACTIVIDAD DE TITULACIN 2Modelacin

Marco Frontal

Nivel de piso

Sistema Arriostramiento Eje Perimetral

Sistema Arriostramiento de Techo

Vista 3D

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ACTIVIDAD DE TITULACIN 2SolicitacionesCargas de Viento (Construccin Cerrada). Presiones Bsicas (Distribucin por ancho colaborante de cada elemento)Sector Nivel de terreno Hombro = 21,6 m Cumb = 23,6 m CD7 0,09 T/m 0,13 T/m 0,13 T/m Nch 432 0,07 T/m 0,11 T/m 0,11 T/m

- Viento Transversal

- Viento Longitudinal

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ACTIVIDAD DE TITULACIN 2Estados de Carga Consideraciones Normativa Divisional - Estados de cargas definidos por CD7. (Mtodo ASD) Normativa Nacional - Estados de cargas definidos por Nch 2369 of 2003. (Mtodo ASD). Estados de carga definidos por ASCE 7 2010 (Mtodo ASD).

Combinaciones adicionales para naves con puente gra (AISE TR N13)

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ACTIVIDAD DE TITULACIN 2Estados de Carga Descripcin de las cargas Nave de Mantencin de Camiones RT.D Lr

Normativade techo. : Sobrecarga Divisional.NORMA CD7 N CARGAS : Viento transversal a la estructura, Construccin cerrada. 1 D CD7 CD7 CD7 CD7

: Cargas permanentes.

CvsNORMA Css ASCE ASCE

: Sobrecarga de levante de una gra.NEmpuje : 1 2 CARGAS lateral de una gra. D

Cvm : Sobrecarga de levante de todas las gras.NORMA ASCE ASCE ASCE

Normativa nacionalN 25 26 27 28 29 30 31 32 CARGAS D - 0,525 Sx + 0, 75 Lr D + 0,525 Sy + 0, 75 Lr D - 0,525 Sy + 0, 75 Lr 0,6 D + 0,6 Wx 0, 6 D - 0,6 Wx 0,6 D + 0,6 Wy 0, 6 D - 0,6 Wy 0, 6 D + 0,6 Wy1

Wx Wy

: Viento2longitudinal + Lrla estructura, Construccin cerrada. D a3 4 D + Lr + Cvs + Ci + Css + Cls D + Lr + Cvm + Css + Cls

Ci

: Impacto vertical de una gra. D + LrD + 0,6 Wx D - 0,6 Wx

Wy1 : Viento longitudinal a la estructura, Construccin abierta. Para el caso 1. + Lr + Cvs + Wx 5 D7 D + Lr + Cvs + Wy - Wy

ASCE Cim ASCE ASCE

3 Impacto vertical de D + 0, 75 Lr : 4 5

todas las gras. ASCEASCE

Cls

: Frenado longitudinal de una gra. ASCEASCE

D + Lr + a - estructura, Construccin abierta Wy2 CD7 : Viento6longitudinal Cvsla Wx CD7 CD7

Clm ASCEASCE ASCE ASCE ASCE ASCE ASCE NORMA ASCE ASCE ASCE ASCE ASCE ASCE ASCE ASCE ASCE ASCE ASCE ASCE

: ASCE 6 Frenaje longitudinal de todas las gras. D + 0,6 Wy7 8 9 D +0,6 Wy1

Para el caso D + Lr + Cvs 2. 810

Cbs

D 0,6 Wy : impacto en -el parachoques debido a una gra al 100% de NORMA N CARGAS

Sx Sy Sz Cd

CD7 CD7

D + Lr + X. : Sismo9en direccinCvs + Wy1

NORMA CD7 CD7

: SismoN direccin y. en CARGAS : Sismo vertical.11 12

D + Lr + Cvs - Wy1

su velocidad.0,6 D-

ASCE

33 34 35 36 37 38 39 N 40 41 42 43 44 45 46 47 COMB 48 49 50 51

0, 6 D 0,6 Wy1 0,6 D +0,6 Wx2 0, 6 D - 0,6 Wx2 0, 6 D + 0, 7 Sx 0, 6 D - 0, 7 Sx 0, 6 D + 0, 7 Sy 0, 6 D - 0, 7 Sy CARGAS D + Lr + Cd + Sx + Sz D + Lr + Cd + Sx - Sz D + Lr + Cd - Sx + Sz D + Lr + Cd - Sx - Sz D + Lr + Cd + Sy + Sz D + Lr + Cd + Sy - Sz D + Lr + Cd - Sy + Sz D + Lr + Cd - Sy -Sz ESTADO D + Lr + Cvs + Ci + Css + Cls D + Lr + Cvm + Css + Cls D + Lr + Cvs + Ci + 0,67 Cbs D + Lr + Cvm + Cim + 0,5 Clm

Wy1

ASCE ASCE ASCE ASCE ASCE ASCE NORMA NCH 2369 NCH 2369 NCH 2369 NCH 2369 NCH 2369 NCH 2369 NCH 2369 NCH 2369 NORMA AISE TR 13 AISE TR 13 AISE TR 13 AISE TR 13

10 11 12 N 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

D + 0,6 Wy2 D - 0,6 Wy2 D + 0, 7 Sx CARGAS D 0, 7 Sx D + 0, 7 Sy D 0, 7 Sy D + 0, 75(0,6 Wx) + 0, 75 Lr D - 0, 75 ( 0,6 Wx )+ 0, 75 Lr D + 0, 75 (0,6 Wy) + 0, 75 Lr D - 0, 75 ( 0,6 Wy) + 0, 75 Lr D + 0, 75 (0,6 Wy1) + 0, 75 Lr D - 0, 75 (0,6 Wy1) + 0, 75 Lr D + 0, 75 (0,6 Wy2) + 0, 75 Lr D - 0, 75 (0,6 Wy2) + 0, 75 Lr D + 0,525 Sx + 0, 75 Lr

D + Lr + Cvs + Wy2

: Carga13 muertaDde +Cd +Sx +Szpuentes gras en la los dos CD7 +LrCD7 14 D +Lr ms desfavorable. Posicin ssmica +Cd +Sx -Sz 15 D +Lr +Cd -Sx +Sz CD7 CD7 CD7 CD7 CD7 CD7 CD7 NORMA AISE TR 13 AISE TR 13 AISE TR 13 AISE TR 13

D + Lr + Cvs + Wy2

SC

: Sobrecargas de uso.-Sx -Sz 16 D +Lr +Cd17 18 19 20 21 N 22 23 24 25

D + Lr + Cd +Sy +Sz D + Lr + Cd +Sy -Sz D + Lr + Cd -Sy +Sz D + Lr + Cd -Sy -Sz D + Lr + Cvs + Cbs ESTADO D + Lr + Cvs + Ci + Css + Cls D + Lr + Cvm + Css + Cls D + Lr + Cvs + Ci + 0,67 Cbs D + Lr + Cvm + Cim + 0,5 Clm

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ACTIVIDAD DE TITULACIN 2Estados de Carga Descripcin de las cargas Nave de Servicios Oficina.

Normativa Divisional. L :NORMACD7 CD7 CD7 CD7 CD7 CD7 CD7 CD7 CD7 CD7 CD7 CD7 CD7 CD7 CD7 CD7 CD7 CD7 CD7 CD7

D

:

Cargas permanentes. Sobrecara de piso.NORMA N 1 2 3 4 6 8 ASCE Sobrecarga de techo. ASCE CARGAS D D+L D + Lr D + 0,75 SC D - 0,6 Wx

Normativa nacionalNORMA NNCH 2369 NCH 2369 NCH 2369 NCH 2369 NCH 2369 NCH 2369 NCH 2369 NCH 2369 NCH 2369 NCH 2369 NCH 2369 NCH 2369 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

N1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

CARGASD D+L D + Lr D + SC D + SC + Wx D + SC - Wx D + SC + Wy D + SC - Wy

Lr SC Wx Wy

: : : :

CARGASD + 0,25SC + Sx D + 0,25SC - Sx D + 0,25SC + Sy D + 0,25SC - Sy D + 0,25SC + Sx + MTX D + 0,25SC + Sx - MTX D + 0,25SC - Sx + MTX D + 0,25SC - Sx - MTX D + 0,25SC + Sy + MTY D + 0,25SC + Sy - MTY D + 0,25SC - Sy + MTY D + 0,25SC - Sy - MTY

L + Lr

ASCE ASCE ASCE ASCE

Viento en direccin transversal a la D +0,6 Wx estructura. ASCE 5 Viento en direccin longitudinal a la D +0,6 Wy estructura. ASCE 7 Sismo esttico en direccin X. ASCE 9ASCE 10 Sismo esttico en direccin Y. ASCE ASCE ASCE ASCE ASCE ASCE 11 12 13 14 15 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 D - 0,6 Wy D + 0, 7 Sx D 0, 7 Sx D + 0, 7 Sy D 0, 7 Sy D + 0, 75(0,6 Wx) + 0, 75 SC D + 0, 75(0,6 Wy )+ 0, 75 SC D + 0,525 Sx + 0, 75 SC D - 0,525 Sx + 0, 75 SC D + 0,525 Sy + 0, 75 SC D - 0,525 Sy + 0, 75 SC 0,6 D + 0,6 Wx 0, 6 D - 0,6 Wx 0, 6 D + 0,6 Wy 0, 6 D 0,6 Wy 0, 6 D + 0, 7 Sx 0, 6 D - 0, 7 Sx 0, 6 D + 0, 7 Sy 0, 6 D - 0, 7 Sy

SEX : SEY : MTX :

D + 0,25SC + Sx

Momento de torsin accidental esttico, para sismo en direccin XD - 0, 75 (0,6 Wx) + 0,75 SC

D + 0,25SC - Sx D + 0,25SC + Sy

D + 0,25SC - Sy

MTY :

Momento de torsin ASCE 16 Desttico, para sismo en accidental - 0, 75 (0,6 Wy) + 0, 75 SC direccin YASCE ASCE ASCE ASCE ASCE ASCE ASCE ASCE ASCE ASCE ASCE

D + 0,25SC + Sx + MTX D + 0,25SC + Sx - MTX D + 0,25SC - Sx + MTX D + 0,25SC - Sx - MTX D + 0,25SC + Sy + MTY D + 0,25SC + Sy - MTY D + 0,25SC - Sy + MTY D + 0,25SC - Sy - MTY

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ACTIVIDAD DE TITULACIN 2Anlisis Estructural Nave de Mantencin de Camiones INFORMACIN DEL ANLISIS MODALPeriodos (s) T*x 0,495 T*y 0,612 T*rz 0,575 Ux 91 % Masa asociada Uy 64 Urz 37

PESO SISMICO DE LA NAVE.Peso Ssmico (ton) 625,89

ESFUERZO DE CORTE SSMICO POR CADA NORMATIVA. Qo en las direcciones principales de anlisis.NORMA CD7 Nch 2369 Qx (ton.) 84,59 59,03 NORMA CD7 Nch 2369 Qmin (ton) 36,07 45,08 Qy (ton.) 82,50 53,19

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ACTIVIDAD DE TITULACIN 2Anlisis Estructural Nave de Mantencin de Camiones Comparacin Esfuerzo de corte producido por el Viento vs Sismo. Qo en las direcciones principales de anlisis.Cortes Basales - Viento vs Sismo direccin X Cortes Basales Viento vs Sismo direccin Y

150 100ton

132.3 84.94Qx sismo ton Qx viento

150 108.436 100 50 0

80.05

Qy sismo Qy viento

50 0

Normativa Divisional

Normativa Divisonal

Cortes Basal Viento vs Sismo direccin X

Cortes Basales Viento vs Sismo direccin Y

150 104.54 100ton Qx sismo Qx viento

100 53.41ton

90.52Qy sismo Qy viento

58.93

50

50 0Normativa Nacional

0

Normativa Nacional

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ACTIVIDAD DE TITULACIN 2Anlisis Estructural Nave de Servicios INFORMACIN DEL ANLISIS MODAL.Periodos (s) T*x 0,237 T*y 0,301 T*rz 0,193 Ux 72,18 % Masa asociada Uy 67,14 Urz 69,41

PESO SSMICO DE LA NAVE.Peso Ssmico (ton) 182

ESFUERZO DE CORTE SSMICO POR CADA NORMATIVA. Qo en las direcciones principales de anlisis.NORMA CD7 Nch 2369 Qx (ton.) 36,4 31,4 NORMA CD7 Nch 2369 Qmin (ton) 10,96 13,65 Qy (ton.) 36,4 31,4

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ACTIVIDAD DE TITULACIN 2Anlisis Estructural Nave de Servicios Comparacin Esfuerzo de corte producido por el Viento vs Sismo. Qo en las direcciones principales de anlisis.Cortes Basales Viento vs Sismo direccin X

Cortes Basales Viento vs Sismo direccin Y

40 30 ton 20 10 0

36.5Qx sismo

40 30 ton20 10

36.5Qy sismo Qy viento

16.19

Qx viento

16.09

Normativa Divisional

0

Normativa Divisonal

Cortes Basales Viento vs Sismo direccin X

Cortes Basales Viento vs Sismo direccin Y

40 30 ton 20 10 0

31.4Qx sismo

40 30 ton 20 10Normativa Nacional

31.4Qy sismo

13.66

Qx viento

12.74

Qy viento

0

Normativa Nacional

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ACTIVIDAD DE TITULACIN 2Consideraciones para el Diseo ESPECIFICACIONES AISC ASD 89 Normativa Divisional CD7.

Normativa Nacional Nch 2369 GRUPOS DE DISEO. Mltiples resultados de esfuerzos de cada elemento. Separacin y agrupacin por similitud. Obtencin de secciones del mismo tipo.

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ACTIVIDAD DE TITULACIN 2Consideraciones para el Diseo DEFINICION DE GRUPOS NAVE MANTENCIN Viga de techo Columna Superior

Columna de Viento

Columna Inferior

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COMPARACION DE CRITERIOS DE DISEO SISMICO USADOSEN CODELCO NORTE Y SU EFECTO EN LOS COSTOS DE CONSTRUCCION

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