CHIMENEAS DE CONCRETO

Universidad de San Carlos de Guatemala

Facultad de Ingeniera

Maestra en Ingeniera estructural

Ingeniera de desastresINFRAESTRUCTURA Y OBRAS ESPECIALESAGIES CAPITULO V

Godinez Oliva, Alicia Nineth 1000-17609Grajeda Quezada, Elsa Nydia 1001-17605

Mndez Castillo, Juan Benjamn 1000-18691

Son Peralta, Mario Gerardo 1000-17604

Guatemala 18 de Junio de 2009REQUISITOS PARA DISEO DE OBRAS DE INFRAESTRUCTURA Y OBRAS ESPECIALES PUENTES

Los puentes son fundamentales en el desarrollo de una sector, debido al gran impacto que tiene respecto al comercio, transporte, etc. Es importante que el diseo estructural de los puentes sea basado en normas que reduzcan el desastre en algn momento (frente a un sismo, inundacin, etc). La norma tiene especificados y definidos claramente los requisitos que se deben de cumplir para obtener una estructura que proporcione seguridad y estabilidad.

Estructuracin: En esta parte de la norma se analizan detalladamente como deben ir cada uno de los elementos del puente, relacionando su rigidez y resistencia con la finalidad de resistir cualquier tipo de carga que lo aceche.

Clasificacin de los puentes: Los puentes segn su importancia as tendrn un estudio detallado de cada uno de sus elementos para su diseo estructural, se tienen puentes (crticos, esenciales, importantes, utilitarios, etc.), cada uno segn su ubicacin geogrfica y su uso, en la norma especifica la descripcin de cada uno de ellos, esto con la finalidad de darle mayor realce a la importancia de un buen diseo para mitigar el desastre. Niveles de Proteccin: Se definen varios niveles de proteccin en la norma, esto con la finalidad asentar lmites para el diseo estructural en funcin del rea donde se ubicar la estructura, para obtener una estructura resistente ante el desastre y optima respecto a el costo de construccin.Cargas en los puentes

Se describen en la norma diversas cargas que influirn en el diseo estructural del puente, las cuales estn basadas en el tipo de puente a construir (Carga Muerta), tipo de vehculo que atravesar el puente, carga peatonal, carga en bordillos, carga por sismo. Al tomar en cuenta todas estas magnitudes en el diseo estructural de un puente, obtendremos una estructura que proporcione seguridad y estabilidad, frente a cualquier caos que pudiera presentarse en la vida del proyecto.

Adems se presenta la forma de analizar la estructura frente a dichas cargas, los mtodos de anlisis ssmico (Anlisis dinmico Modal Espectral) a utilizar segn el tipo de estructura considerando en el todas las restricciones de rigidez, amortiguamiento, la masa de la estructura y el suelo; proporciona adems todas las directrices a seguir para obtener datos correctos de lo que podra presentarse.

Si se realiza a cabalidad y se siguen todos los lineamientos, tomando en cuenta todos los parmetros establecidos de carga en el diseo de la estructura (puente), forma y direcciones de la carga, y el mtodo ms conveniente para el anlisis de la estructura podremos mitigar de una manera ptima el desastre.

El tema el empuje de suelos es fundamental para el diseo estructural del puente, ya que en el estarn sembrados los cimientos de dicho elemento estructural, es de vital importancia el realizar el estudio de suelos correspondiente para determinar las caractersticas de el suelo que se presenta, ya que los parmetros que se determinan mediante el ensayo son de vital importancia para el diseo. Podremos mitigar el desastre primordialmente si nos tomamos la molestia de realizar un ensayo de suelos.

Combinaciones de carga

Por medio de la combinacin de los diferentes fenmenos presentes en un puente, se podrn disear cada uno de los elementos de la estructura, tomando en cuenta que el diseador ser el que minimizar el riesgo y amenaza, por medio de los criterios que tome al combinar cargas, dicha decisin en las magnitudes de cada uno de los factores aumentar o disminuir la vulnerabilidad de dicha estructura.

Metodologa de Diseo

El diseador definir el mtodo a utilizar para el diseo estructural del puente, el cual definir la vulnerabilidad de la estructura segn los criterios que tome. Se tiene la metodologa de diseo por esfuerzos permisibles, por factores de carga y resistencia o el diseo por capacidad cada uno con limitaciones segn el tipo de estructura que se desea disear y los factores que estarn presentes cuando este en funcionamiento.

Para limitar cada una de las opciones y disminuir la vulnerabilidad de la estructura se analizan y disean tres tipos de estructuras: dctiles, dctiles con reserva de capacidad. Cada una de ellas tiene factores de reduccin para cada uno de los elementos del puente, con lo cual al disear se minimizarn los valores de resistencia, aumentando la certeza del diseo, a tal punto que le proporcione tranquilidad al diseador si es que tiene una buena perspectiva del tema de la reduccin de desastres en funcin de la metodologa de diseo.

La mitigacin de vulnerabilidad de la estructura a una amenaza es de vital importancia, la norma establece requisitos segn el nivel de proteccin respecto a las cargas por el tipo de vehculo, tipo de anlisis ssmico, tipo de sismo, y tipos de diseo a utilizar en funcin de todas las descripciones anteriores.

Conclusiones

Un puente se disea a partir de las condiciones que presenta en su entorno, es de vital importancia el no obviar ninguna de estas condiciones porque de ser as, pondremos en riesgo a las personas que lo utilizaran. Ej. Si no se toma en cuenta el estudio de suelos donde irn asentadas las bases, el puente colapsa al aumentar el esfuerzo permisible en el suelo. Cuando se disea estructuralmente un puente de cualquier clase es de vital importancia el tomar en cuenta los elementos cualitativos que influyen en l, adems de los cuantitativos. Ej. Tomar en cuenta quienes lo utilizarn, para que lo utilizarn No es solo de tomar en cuenta las consideraciones en la planificacin y diseo, sino tambin en el momento de la ejecucin y construccin de la obra, ya que el obviar alguno de los elementos influyentes en el puente puede provocar la vulnerabilidad de la estructura al colapso, poniendo en riesgo a los beneficiarios.

OBRAS DE RETENCINTipos de muro de contencin

La seleccin del tipo de muro a utilizar se basar en la mejor manera de contener la masa de suelo, en soportar la magnitud y direccin de las cargas estticas y ssmicas que este tenga que soportar. Cuando se tiene un talud de cualquier altura y que presente amenaza a cierto grupo o a cierta rea en donde est ubicado, la implementacin de un muro de contencin es de vital importancia ya que por medio de este se limitar al suelo a permanecer en su lugar o si fuese el caso a ceder a un sismo pero de una manera pacifica sin perjudicar nada ni a nadie, pero para que esto se llegue a dar es necesario el realizar un buen anlisis de todos los factores que influyen en l para determinar el tipo de muro a utilizar y considerar todos esos factores para poder disearlo.

Segn los factores que influyen en el talud que el suelo que se desea contener, se tienen diferentes tipos de muros: gravedad, voladizo y contrafuertes, tipos tablestacas, de suelo enclavado o Soil nailing, de celosa o mdulos prefabricados. Cada uno de ellos est limitado por sus dimensiones, su diseo estructural, su forma de construccin, etc. Para poder decidir que tipo de muro utilizar frente a determinada situacin debemos de tomar en cuenta el tema de la vulnerabilidad, riesgo, amenaza y desastre los cuales son temas fundamentales y que en nuestros das no se toman en cuenta al disear dichos elementos; si se realiza se podr estar satisfecho ya que el disear no es solo de utilizar ecuaciones y clculo, sino tambin de tomar datos cualitativos de factores influyentes en el colapso de la estructura.

Clculo de los empujes laterales del suelo

Todos los muros de contencin debern disearse para el estado de empuje activo, siempre y cuando se cumpla con el movimiento mnimo que permita que se genere dicho estado, el cual consiste en una rotacin con relacin a su base o a una traslacin horizontal.

Para poder disear cuantitativamente un muro de contencin y as poder mitigar el riesgo que se podra tener frente a un evento ssmico, adems se tienen que tomar en cuenta datos cualitativos que son fundamentales en la estructura de contencin los cuales estn en funcin de el suelo que se est tratando (granulares densos, granulares sueltos, cohesivos compactados, cohesivos suaves), estudiar detenidamente las condiciones de empuje en reposo del suelo.

Analizar el material que se utilizar de relleno es fundamental para determinar elementos como el drenaje libre del agua saturada, la expansin posible del suelo, las limitaciones que tiene el suelo respecto a el tema de cantidades de arcilla contenida.

Las juntas de expansin y contraccin son de vital importancia ya que ellas limitarn el muro a elementos pequeos que podrn reaccionar a un evento de cualquier tipo de una mejor manera que no un elemento continuo (un todo)

Por medio de las teoras como la de Rankine y la de se pueden determinar de una forma cuantitativa diversas caractersticas del suelo, las cuales se utilizarn para el diseo optimo de elemento de contencin, por medio de esta teora se determinan los empujes pasivos, empujes activos y empuje en estado de reposo de el suelo que se encuentra presente en dicha situacin, adems se utilizarn para utilizar estos parmetros algunos datos sobre el suelo como lo es su densidad, peso especifico, cotas.

Adems la utilizacin de estas ecuaciones son fundamentales tambin para determinar los empujes cuando el nivel fretico se encuentra presente.

El considerar cada uno de los parmetros del suelo, nivel fretico, etc. Podemos disear cualquier tipo de muro de contencin, pero adems de esto debemos de enfocar nuestro diseo no solo a las caractersticas cuantitativas, sino tambin a las caractersticas cualitativas las cuales sern fundamentales para un buen diseo estructural de el elemento de contencin, para lo cual debemos enfocar nuestra mira a la minimizacin de la vulnerabilidad que podra presentarse en dicha situacin, la amenaza que podra causar y el riesgo al que estn sometidos los que sern beneficiados con la implementacin de dicha estructura al sector o rea , esto con la finalidad de reducir el desastre.

Conclusiones

Los muros de contencin con una mala planificacin y no considerando todos los elementos influyentes en la situacin, en lugar de ayudar a minimizar la vulnerabilidad de determinado sector la aumentara. Ej. Si no se toma en cuenta el drenaje de un muro este puede provocar saturamiento del suelo provocando un corte an mayor que sin el muro de contencin.

PRESAS

La importancia de una buena presa va a depender de muchos factores tanto en el diseo como en la ejecucin de la misma. En Guatemala no se cuenta con la construccin de presas pero se tienen algunas normas a la hora que se ejecute alguna.

Las normas de agies de Guatemala cuenta con un nivel Bsico con una mximo de 20 metros de altura de una presa, una altura no muy significativa si se le compara con presas internacionales que cuentan con altura considerables.

Para las presas existe nivel de clasificacin que va a depender del impacto socioeconmico o de la cesacin de su funcionamiento, como pueden ser presas criticas en donde es indispensable su funcionamiento para el desenvolvimiento socioeconmico de grandes poblaciones y al fallar podra poner en peligro a personas, pueden haber presas ordinarias que por su tamao no se les puede comparar con las de mayor magnitud.

De esta manera se puede definir los niveles de proteccin de las mismas que sern clasificados por el nivel de amenaza, que las normas los clasifican en grado A, B, C, D, E, siendo el E el de mayor grado de proteccin.

Las solicitaciones que debe de considerarse estn relacionadas con los diseos bsicos de una construccin como cargas vivas y muertas, sismos, asentamientos, pero en el caso de presas se consideraran presin dinmica del agua, supresin, presin hidrosttica, empujes de suelo como sedimentos.

Las normas de agies para infraestructura de presas cuentan con tablas para los factores de seguridad y otros requerimientos de diseo para diferentes niveles de proteccin.

En los factores de seguridad se encuentran los deslizamientos y presin sobre el suelo.

Dentro de los requerimientos de diseo la posicin el resultante en donde las cargas que actan sobre la presa quedan dentro del tercio medio del cimiento en la mayora de casos, el esfuerzo de compresin en donde no debe ser mayor de lo que esta indicado en la tabla segn en caso, el esfuerzo de tensin deben de ser no existentes o ser menores a los valores que indica la tabla y por ultimo los estudios requeridos que deben de hacerse dependiendo los casos por otros profesionales como ingenieros geotecnistas, gelogos, estructurales, etc.

De esta manera se pueden ejecutar presas en Guatemala con normas que estn dentro del nivel socioeconmico del pas.

Como conclusiones para presas tenemos

La norma incluye diseo de presas de concreto para plantas hidroelctricas, sistemas de abastecimiento de agua, sistema de irrigacin y casos similares. La aplicacin de la norma se limita a aspectos estructurales de presas de concreto por gravedad y alturas de no ms de 20m. Las obras se clasifican en presas crticas, esenciales, importantes, ordinarias y utilitarias.Las consideraciones que deben tomarse encuentran en el diseo de presas son: carga muerta, carga viva, presin hidrosttica, subpresin, presin dinmica del agua, empuje de suelos (presin activa, en reposo, pasiva, suelos saturados y efectos ssmicos), sedimento: peso y empuje, sismos, cambios de temperatura, asentamientos.Para la evaluacin de los efectos ssmicos se distinguen dos enfoques:

Anlisis pseudos esttico donde el peso de la presa se multiplica por el coeficiente ssmico pertinente. Anlisis dinmico, se tomara en cuenta la interaccin agua-presa, las caractersticas de deformacin dinmica de la presa, la comprensibilidad del agua, la interaccin suelo-estructura, etc.Para la metodologa de diseo de una presa consistir bsicamente en establecer que la presa sea estable con razonables mrgenes de seguridad y que los esfuerzos puedan ser resistidos por los materiales dentro del rango elstico.Los casos de carga que deben de se considerados son los siguientes:

Caso 1: Operacin normal, combinacin de carga viva con la carga muerta.

Caso 2: Con creciente mxima, la consideracin del caso 1 con el agua de embalse al nivel mximo que pueda tener en el momento de la mxima creciente.

Caso 3: Operacin normal mas sismo frecuente, combinacin del caso 1 mas el sismo frecuente.

Caso 4: Operacin normal mas sismo bsico de diseo, combinacin de caso 1 mas sismos bsicos.

Caso 5: Operacin normal mas sismo de extremo, caso 1 mas sismo extremo.

CHIMENEAS DE CONCRETO

Norma dirigida para chimeneas fundidas in situ, con una seccin transversal circular. Para otro tipo de seccin y otro material como las metlicas se debe tomar como principio de diseo la base de la seccin cilndrica.

Se utilizan tres niveles de proteccin contra el impacto socioeconmico:

Nivel I las chimeneas que en caso de colapso no daaran construcciones Nivel II que no clasifican en nivel I y II

Nivel III chimeneas que al dejar de funcionar afectan significativamente el bienestar y desenvolvimiento socioeconmico.

Los puntos bsicos para tomar en cuenta para el diseo estructural son:Carga Muerta: basada en el peso del concreto en las paredes y en los detalles que soportan un recubrimiento inferior.

Viento: velocidad mxima en rfaga de 3 seg. A una altura de 10m sobre terreno plano. En el caso del viento para niveles de proteccin se tomara de la siguiente manera:

Nivel I y II se considerar como una carga esttica equivalente

Nivel III Se empleara en el diseo final un periodo de vibracin.

Cuando mas de una chimenea este en el mismo sitio cercanas unas a otras, se recomienda hacer estudios en base a modelos en tnel de viento. Para el tema de los sismos generalmente se ignora la componente vertical y la carga horizontal se asume actuando sola en cualquier direccin en base a dos casos:

Estado de servicio en c}donde se considera una carga Estatica Equivalente a un sismo de diseo.

Estado Limite ltimo en donde se considera una carga Esttica equivalente a un sismo extremo.

Los detalles a tomar en cuenta para el diseo son: Altura y dimetro en la parte mas alta se Contemplara la dispersin de gases.

El dimetro de la base esta condicionada para resistir el momento flector y cortante.

Se debe tener dos camas de refuerzo vertical, horizontal y circunferencial.

El diseo estructural se puede efectuar ya sea por esfuerzos permisible: que estos no produzcan esfuerzos mayores de los sealados. Por resistencia: considerando las combinaciones de carga ltima.

El diseo en las chimeneas de concreto, depende tambin de los factores de vulnerabilidad y riesgo que puedan tener segn su ubicacin, ya que si la construccin se realiza en areas de vivienda o cercanas a esta, puede ser un riesgo considerable para las personas que habitan estas reas.

DISEO ESTRUCTURAL DE TORRES

Diseo basados para torres de transmisin elctrica y de comunicacin, siendo estas estructuras altas y esbeltas y siendo su carga gravitacional principal su propio peso.

El tipo de estructura para estas torres es de armaduras tridimensionales, postes auto soportantes, portes rigidizados lateralmente con cables y combinacin de portes formando marcos en H. Materiales a emplear generalmente es el acero para armaduras y concreto y madera para postes.

Tipos de Torres:

Torres de transmisin elctrica: clasificadas segn sus formas y la caracterstica que se pretende diferenciar. Para efectos de diseo estructural:

Segn el soporte de la lnea de transmisin: los cables de transmisin de anclan a las torres a travs de un dispositivo de aislamiento, conectado a la torre de 2 formas:

Colgante: cuelga de la torre permitiendo movimientos diferenciales entre torres y aislamiento.

Tensionado: dispositivo esta fijamente anclado a su punto de apoyo en la torre.

Segn la posicin de la torre en la lnea de transmisin: para estandarizar lo tipos de torres usados en una lnea, se utilizan varias configuraciones y segn las la posicin de la torre genera distintas funciones:

Torre alineada o tangente: torres colocadas en los tramos rectos, con desviacin menor a 3, en planta de la lnea de transmisin y no es afectada la tensin de los cables.

Torre de ngulo: donde existen desviaciones mayores a 3, sometidas a la tensin que transmiten los cables. Torre Terminales: llamadas torre de anclaje, usadas en los puntos finales de una lnea de conduccin.Torres de comunicacin: estas las torres que sostienen antenas de radio o tele emisiones, as como para la transmisin de microondas.

Torres crticas: incluidas las de energa elctrica que transmiten energa de una gran central elctrica.

Torres Esenciales: aquellas que se pretende que sigan en funcionamiento despus de u evento severo.

Torres Importantes: las que conducen lneas secundarais de conduccin elctrica o sistemas de comunicacin.

Torres Ordinarias: todas aquellas que no pertenezcan a alguna de las anteriores.

Los puntos bsicos para tomar en cuenta para el diseo estructural son:

Carga Muerta: basada en todos los pesos de los elementos que forman parte de la estructura y elementos permanentemente sujetados a ellas. (eje. Microondas o antenas).

Cargas de Preesfuerzo: como ejemplo de esto son las torres atirantadas, en la cual se incluye en el diseo la magnitud.

Cargas de Seguridad: usadas especficamente en las torres elctricas, por si hubiera una cada eventual de una lnea y as restringir un posible efecto de cascada.

Cargas de construccin y mantenimiento: las cargas de construccin y mantenimiento se calculan para asegurar que el ensamblaje y la ereccin de las estructura se efectu sin problemas, tanto al momento de construir como el mantenimiento necesario.

Carga de viento: las torres son elementos altos, esbeltos y con poca masa por lo que es usual que las cargas de viento representen una de las principales acciones a las que serian sometidasPor la falta de informacin en Guatemala acerca de este tema se utilizan las normas especializadas como: Guidelines for electrical trasmisin line structural loading para las torres de conduccin elctrica y la norma Structural Standard for steel antenna towers and antenna supporting structures.

Cargas de sismos: Por su esbeltez y poca masa, las torres son sensibles a las componentes de periodos lagos de la excitacin dinmica. Esto depende del lugar o sitio en donde se ubicara la torre y a que en Guatemala se percibe de distintas maneras el sismo.

Anlisis y diseo

Torres de trasmisin elctrica: referente a las cargas verticales se debe tomar en cuenta el peso de la estructura ms la carga muerta sobrepuesta, incluyendo todos los cables y otros elementos como los accesorios. Para las cargas transversales se debe de tomar en cuenta las cargas horizontales que actan perpendicularmente a las lneas e transmisin. Con las cargas longitudinales se tomara en cuenta las cargas horizontales actuando en la direccin de las lneas de transmisin.

Torres de comunicacin: en base a la direccin vertical se calculara el peso propio y la carga muerta sobrepuesta. En las direcciones horizontales son consideradas principalmente por la lnea de conduccin.Comentario acerca de torres

Para el diseo de torres adems de lo mencionado en las normas de diseo para altura y viento, tambin es importante mencionar el diseo y calculo de la cimentacin ya que una base fundamental en el apoyo necesario que no permitir que se lleve acabo una fuerza de torsin. Por lo que debe de tomarse con sumo cuidado, de la misma forma el estudio de suelos para no tener ningn problema de hundimiento como otros problemas de suelo en el momento de la ejecucin.