DISEÑO, SUMINISTRO, CONSTRUCCION, OBRA CIVIL, MONTAJE, PUESTA EN FUNCIONAMIENTO Y FINANCIACION DEL SISTEMA DE TRANSPORTE AEROSUSPENDIDO, MÍO CABLE, PARA LA COMUNA 20 DE SANTIAGO DE CALI QUE FORMARA

PARTE DEL SISTEMA INTEGRADO DE TRANSPORTE MASIVO DE CALI – MIO – MODALIDAD “LLAVE EN MANO”.

Santiago De Cali - Valle Del Cauca

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS Estructuras

Santiago de Cali, Marzo de 2010

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TRANSPORTE AEROSUSPENDIDO, MÍO CABLE, PARA LA COMUNA 20 DE SANTIAGO DE CALI QUE FORMARA PARTE DEL SISTEMA INTEGRADO DE TRANSPORTE MASIVO DE CALI – MIO – MODALIDAD “LLAVE EN MANO”.

CÓDIGO:

VERSIÓN No.

1

ANEXO 1: ESPECIFICACIONES TÉCNICAS Cap 4. Estructuras

FECHA: Mar 2010

HOJA: 2 de 19

TABLA DE CONTENIDO

1. PREDIMENSIONAMIENTO DE ESTRUCTURAS ...................................................... 3

1.1 INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 3

1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO (TIPO DE PROYECTO Y UBICACIÓN). ............. 3

1.2.1. Tipología Arquitectónica ....................................................................... 3

1.3 PARÁMETROS DE DISEÑO ......................................................................... 6

1.3.1 Cargas Muertas ................................................................................... 6

1.3.2. Cargas Vivas ...................................................................................... 6

1.4 MATERIALES .......................................................................................... 6

1.5 ANÁLISIS Y COMBINACIONES DE CARGAS. ............................................... 6

1.6. CONSIDERACIONES SÍSMICAS ............................................................. 7

1.7 PREDIMENSIONAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS........................................ 8

1.8 MODELACIONES DE PREDIMENSIONAMIENTO ........................................... 9

1.9 CÁLCULO DE PREDIMENSIONAMIENTO DE CIMENTACIÓN PARA

ESTACIÓN TIPO ………………………………………………………………………………………………………….10

1.10 RECOMENDACIONES .......................................................................... 11

1.11 PILONAS ............................................................................................... 12

1.12 ESPECIFICACIONES ........................................................................... 12

1.13 LIMITACIONES DEL DISEÑO DE PREFACTIBILIDAD ................................ 14

MEMORIA DE CALCULO DE ESTRUCTURAS ........................................................ 15

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ANEXO 1: ESPECIFICACIONES TÉCNICAS Cap 4. Estructuras

FECHA: Mar 2010

HOJA: 3 de 19

1. DISEÑO Y CONSTRUCION DE ESTRUCTURAS

1.1 INTRODUCCIÓN

En el marco del desarrollo del proyecto de DISEÑO, SUMINISTRO, CONSTRUCCION, OBRA CIVIL, MONTAJE, PUESTA EN FUNCIONAMIENTO Y FINANCIACION DEL SISTEMA DE TRANSPORTE AEROSUSPENDIDO, MÍO CABLE, PARA LA COMUNA 20 DE SANTIAGO DE CALI QUE FORMARA PARTE DEL SISTEMA INTEGRADO DE TRANSPORTE MASIVO DE CALI – MIO – MODALIDAD “LLAVE EN MANO”, se presenta en este anexo el prediseño estructural de una estación de parada tipo y un pilar de la alternativa del sistema MIO-Cable del SITM- MIO como insumo inicial básico para el desarrollo de los diseños y construcción final.

El alcance en el área estructural consiste en:

• Diseño estructural y construcción de las estaciones de parada y pilares para el desarrollo del sistema MIO-Cable del SITM-MIO.

• Estación Tipo: Diseño y construcción de la cimentación, muros de cerramiento, pasarela, estructura de fachadas, entrepiso.

• Pilar de soporte Tipo: diseño y construcción de los pilares tipo para el soporte de los cables del sistema y cimentación del mismo.

• Especificaciones técnicas de diseño y construcción

Para los diseños se tendrán en cuenta la norma Sismorresistente NSR-98 (Ley 400/98) y su actualización NSR-2010 y se usarán normas y especificaciones internacionales para todos aquellos elementos del proyecto que no cubran las normas precitadas, previa aprobación.

1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO (TIPO DE PROYECTO Y UBICACIÓN).

1.2.1. Tipología Arquitectónica

• Estación Motriz o Terminal.

Etapa 1. Como primera etapa esta el Lote donde se hará la implantación de la estación, de este suben 4 columnas en concreto y dos pilas que sostendrán el sistema Embrague-Desembrague-Arrastre. La altura de las columnas y las pilas será variable dependiendo de la topografía de la zona de localización de la estación.

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ANEXO 1: ESPECIFICACIONES TÉCNICAS Cap 4. Estructuras

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HOJA: 4 de 19

Etapa 2. En este nivel se encuentra la placa en la que se distribuyen los cuartos técnicos con una altura mínima de 2.7m, este nivel es atravesado y sostenido por las cuatro columnas y pilas mencionadas en la etapa anterior. En esta área se ubica la subestación eléctrica, el cuarto de potencia, telecomunicaciones, depósito, cocina, cafetería, el cuarto de personal, los baños, oficina del jefe de estación, cuarto de primeros auxilios y el cuarto de seguridad. Esta zona tiene un cerramiento en muros en concreto con acabado a la vista y los muros divisorios en bloque.

Etapa 3. En el nivel siguiente están las de taquillas con una altura de 4.0 m. Además de las taquillas se encuentran los torniquetes de acceso y las escaleras y puntos de ascensores por donde los usuarios subirán al nivel de plataforma de abordaje. Los muros divisorios son en bloque mientras que los muros de las taquillas son en concreto aligerado con acabado a la vista.

Etapa 4. En El nivel de plataforma se encuentra la maquinaria del sistema de cable que esta sostenido por las dos pilas que atraviesan toda la estación hasta llegar a la maquina. Además en este nivel los usuarios abordan las telecabinas.

Etapa 5. Cubierta metálica tipo sándwich deck sostenida por una estructura de metálicas.

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HOJA: 5 de 19

ESTACIÓN INTERMEDIA

En la estación intermedia no va nivel de cuartos técnicos. La primera etapa de la estación es el lote o predio en el que se va a implantar la estructura, donde se puede ver la huella de las cuatro columnas en concreto que componen la estructura principal y las dos pilas que sostienen el eje de las cabinas. La altura de la estructura depende de la topografía del terreno.

En el segundo nivel están las taquillas, el cual es atravesado por las pilas y las cuatro columnas. Posteriormente encontramos la plataforma de abordaje hasta donde llegan las dos pilas que sostienen el sistema, este nivel tiene una altura mínima de 8 metros hasta la cubierta que es sostenida por una estructura metálica.

El primer nivel es el de acceso, donde se encuentran las taquillas, los torniquetes de acceso, los puntos de escaleras y ascensores. El cerramiento y los muros de las taquillas son en concreto con acabado a la vista. Entre la placa que sostiene este nivel y la plataforma debe haber entre 2.7 y 3.5 m de altura.

El segundo nivel es el de plataforma al que se accede por medio de los ascensores o las escaleras. El cerramiento de este nivel es en fachada flotante con estructura de fijación en acero y ventanearía en aluminio anodizado mate natural y vidrio templado

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HOJA: 6 de 19

de 5 mm. Entre la placa que sostiene este nivel y la cubierta debe haber entre 8.5 y 9 m.

1.3 PARÁMETROS DE DISEÑO Se deberá tener en cuenta el prediseño inicial efectuado por la firma i&d Proyectos para el diseño

y construcción final de las diferentes estructuras del MIO CABLE, los cuales se presentan a

continuación.

1.3.1 Cargas Muertas

Como cargas muertas fueron consideradas:

� Peso propio de la estructura, que incluye losa de concreto maciza de 10 cm, vigas y columnas de concreto.

� Estructura de cubierta 25 K/m2 � Acabado de pisos 100 K/m2 � Muros divisorios en mampostería 300 Kg/m2 � Muros de concreto aligerado con bloque 900 Kg/m � Fachadas en acero, aluminio y vidrio 400 Kg/m2

1.3.2. Cargas Vivas

Dentro de las cargas vivas se consideraron

� Escaleras 500 Kg/m2 � Zonas de circulación peatonal 500 Kg/m2

Se toman para las zonas de circulación las cargas asociadas a escaleras, de acuerdo con la Norma NSR-98

1.4 MATERIALES

� Concreto para cimentaciones, columnas, vigas y placas 4000 psi (28 MPa) � Acero de Refuerzo 4200 MPa

1.5 ANÁLISIS Y COMBINACIONES DE CARGAS.

Para el predimensionamiento fueron analizados los casos de carga asociados a Carga Muerta, Carga Viva y Sismo.

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HOJA: 7 de 19

Para el análisis de derivas se considero la combinación Carga muerta + Sismo. La combinación de sismo consideró 2 casos de carga:

� 100% Sismo en dirección X + 30% Sismo en dirección Y, � 100% Sismo en dirección Y+30% Sismo en dirección X

1.6. CONSIDERACIONES SÍSMICAS Se utilizará el espectro sísmico de diseño correspondiente a la zona 4C: abanico de Cañaveralejo de acuerdo a la micro zonificación sísmica de Cali, Según la Figura 3.

Coeficiente de Aceleración: Am = 0.4, de acuerdo al estudio de Microzonificación Sísmica de Cali. De acuerdo con la Normas NSR-98, se consideraron las siguientes condiciones: Coeficiente de importancia I: 1.3 Grupo de uso: IV Tipo de Edificación: Estructura de Tipo Péndulo de concreto con

capacidad especial dedisipación de energía. (DES) Ubicado en la zona de amenaza sísmica alta con Ro = 2.5 Para el cálculo sismorresistente se consideró un perfil de suelos S3. Se define el tipo de suelo teniendo en cuenta que la zona de evaluación se encuentra en la planicie de inundación del río Cauca, con espesores de suelo superiores a 60 metros, con

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HOJA: 8 de 19

depósitos de arcillas de consistencia blanda, media y dura y arenas con densidades relativas media a densa. En la caracterización de suelos se presentan los valores en profundidad que califican este comportamiento19. __________________________ 19 Tomado de las recomendaciones del Estudio de Suelos presentado para la cimentación de la Estación de Parada de la Calle 5 con Cra 52 (Cosmocentro) para la Troncal Sur del Sistema de Transporte Masivo de Santiago de Cali, presentado por la U.T. Raúl Ortiz - Javier Vera – Gabriel Giraldo - Catalina Díaz – GEICOL LTDA INGENIEROS

1.7 PREDIMENSIONAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS Consideraciones a tener en cuenta para el dimensionamiento estructural: a) Las consideraciones del cálculo del predimensionamiento inicial fueron

establecidas sobre la estación Motriz o Terminal, la cual cuenta con un nivel más con respecto a las estaciones intermedias. El nivel adicional de la estación motriz esta destinado a las áreas de operaciones, de acuerdo con lo mencionado en la tipología arquitectónica descrita en el punto 2.

b) La altura de las columnas entre el nivel del lote y el nivel de cuartos técnicos se

planteó con 10.5 metros. Esta altura, una vez desarrollado el diseño estructural definitivo, deberá ser ajustada a la topografía de cada uno de los lotes en los cuales se localicen las estaciones del sistema del cable.

c) La altura entre la placa de piso del nivel de operaciones (cuartos técnicos) y la

planta de taquillas es de 4 metros. Este nivel es atravesado por las cuatro columnas en concreto.

Se debe tener en cuenta el predimensionamiento inicial de la estructura de la Estación Terminal o motriz descrita, del cual se presentan los planos anexos .

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HOJA: 9 de 19

1.8 MODELACIONES DE PREDIMENSIONAMIENTO Se predimensionó la estructura de la Estación mediante el modelo que se muestra en la figura a la derecha. Se adicionaron las cargas y masas correspondientes a lo descrito en el numeral 3. Adicionalmente se consideraron cargas de cubierta correspondientes a 25 kg/m² de peso muerto + 50 kg/m² de carga viva. El predimensionamiento de columnas tiene en cuenta la rigidez necesaria para cumplir con el límite de deriva es del 1% de la altura. Las columnas tienen una dimensión de 2.00 metros de lado. El chequeo de derivas se muestra a continuación:

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HOJA: 10 de 19

1.9 CÁLCULO DE PREDIMENSIONAMIENTO DE CIMENTACIÓN PARA

ESTACIÓN TIPO Estudio de Suelos: La zona en estudio está localizada en el cono de deyección del río Cañaveralejo, geológicamente estables, con suelos superficiales de tipo muy fino, de mediana consistencia y de plasticidad alta. Los suelos son estables geotécnicamente y presentan consistencia media20. En el diseño de la cimentación gobiernan las condiciones de sismo, para efectos de cálculo, se considerará que bajo condiciones sísmicas, la capacidad admisible del pilote puede ser exceder su valor un 33 % adicional. Para el diseño de cimentación se deberán realizar estudios de suelos en la magnitud y profundidad apropiadas para determinar la capacidad de los pilotes si se requiere cimentaciones profundas. ____________ 20 Ibid.

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HOJA: 11 de 19

Deberá realizarse una modelación del pilote predimensionado y analizar el grupo de pilotes teniendo en cuenta la carga lateral y la rigidez que le proporciona el suelo que los confina para las exigencias sísmicas determinadas. A partir de este procedimiento deberán calcularse los esfuerzos internos para estos elementos de cimentación profunda de tal forma que se obtengan los parámetros de diseños para el dimensionamiento y refuerzo requerido de ellos. Para el alcance de este estudio, se realizó el prediseño de una cimentación de una pila que consta de 16 pilotes con capacidad admisible supuesta de 150 t por pilote. En el Anexo 4, se encuentra el cálculo mencionado.

1.10 RECOMENDACIONES El diseño definitivo de las estructuras debe tener en cuenta entre otras cosas lo siguiente: • Las cimentaciones se deberán ajustar a las recomendaciones del estudio de suelos

realizado en particular para el proyecto en la línea definida. • Para el diseño estructural se deberán tener en cuenta las normas del

Código Colombiano de Construcciones Sismo Resistentes NSR-98 y sus posteriores modificaciones, ajustes y correcciones) todos los estudios existentes de zonificación y/o micro zonificación de riesgo sísmico, y todos aquellos posteriores que lo complementen.

• Los diseños de construcción deberán tener en cuenta los diseños arquitectónicos definitivos con los detalles particulares desarrollados para cada una de las

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HOJA: 12 de 19

estaciones, tanto las intermedias como la Terminal o motriz. Lo anterior, debido a que la geometría definitiva de cada uno de los elementos será definida a través de los estudios y diseños definitivos y de detalle.

• Para los diseños de construcción se deberá trabajar con la topográfica definitiva y con los ajustes presentados en el desarrollo de la elaboración del proyecto.

1.11 PILONAS Las Pilonas se proyectan fabricadas en estructura metálica mecano soldada y pernada y la unión a los elementos de concreto se efectuará a través de pernos de anclaje. Los pernos deberán tener una protección pesada que sirva como recubrimiento con el fin de protegerlos de eventuales degradaciones. El diámetro máximo de los collarines en la base de las pilonas será de 1600 mm. Una vez definido el trazado de la línea del Cable y la localización de las pilonas se diseñará específicamente cada una de éstas. La carga de trabajo y el número de la pilona deberá colocarse en cada pilona. 1.12 ESPECIFICACIONES • CONCRETOS. Para los concretos se deberá tener en cuenta la normatividad y especificaciones contenidas en:

� Norma Colombiana de Diseño y Construcción Sismo Resistente (NSR- 98) y actualizaciones

� Normas Técnicas Colombianas: Números 30, 31, 33, 77, 78, 92, 93, 98, 107, 109, 110, 111, 117, 118, 121, 123, 127, 129, 174, 176, 221, 225, 226, 237, 294,297, 321, 385, 396, 454, 504, 550, 579, 589, 597, 673, 722, 890, 1028, 1032, 1294, 1299, 1513, 1514, 1776, 1977, 3318 y 3658.

� Normas ASTM de la American Society for Testing and Materials C 33, C 94, C150, C 309, C 360 y C 805

� Normas y Especificaciones Generales de Construcción C 500, 506 y 507 • ACERO DE REFUERZO Las barras de acero de refuerzo cumplirán lo establecido en la sección C.3.5 y 3.7 del Código Colombiano de Construcciones Sismo-Resistentes. En general, se usarán barras de acero corrugadas, con un límite mínimo de fluencia de 420 MPa (grado AH42 del ICONTEC) que cumplan las normas ICONTEC 1920, 1950, 1971 y 1985, NTC 2289 (cuarta revisión) o la ASTM A 706, AASHO M31-68 (ASTM A-615-68), Ley 400 de

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HOJA: 13 de 19

1997, decretos 33 de 1998 y 34 de 1999 o las que se indiquen en los planos estructurales del proyecto. La colocación de ganchos, doblaje y empalmes en barras se hará siguiendo las especificaciones de la norma ICONTEC 2.000. Las longitudes de los traslapos, en caso de no estar indicadas en los planos, se regirán por lo estipulado al respecto en el capítulo C.12 de las Normas Colombianas de Diseño y Construcciones Sismo Resistente, NSR-98, Ley 400 de 1997, decretos 33 de 1998 y 34 de 1999. Se evitará el uso de traslapos en los puntos en donde el refuerzo esté sometido a su máximo esfuerzo • MALLA DE REFUERZO La malla de refuerzo para las diferentes obras del proyecto serán las referencias y/o especificadas en los diseños, cumplirán los requisitos establecidos en las normas, del título C capitulo C.3.5.4. de las normas NSR-98, NTC 1925 y ASTM A 497. El límite de cedencia mínimo será de 420 MPa. • ACERO ESTRUCTURAL En particular, el diseño, la fabricación, suministro y montaje se deberá hacer en todo de acuerdo con la NORMA COLOMBIANA DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN SISMO RESISTENTE, NSR-98 título F e I y normas aplicables del American Institute of Steel Construction – AISC - vigentes. Los materiales empleados para la fabricación de la estación deberán ser certificados de acuerdo con la última edición del NSR-98 especialmente a lo que se refiere al capítulo sobre Estructuras Metálicas, a las especificaciones de la ASTM y las normas NTC 1920, 1950, 1971 y 1985 del ICONTEC, u otras normas equivalentes de acuerdo a las especificaciones de materiales en los planos estructurales, Ley 400 de 1997, decretos 33 de 1998 y 34 de 1999. La tornillería deberá ser de acuerdo con lo especificado en la norma ASTM A325, galvanizada en caliente e instalada de acuerdo con las especificaciones del AISC vigentes y se deberán pre tensionar a las tracciones indicadas en el código NSR-98, tabla F.2-7, para las uniones de vigas. Para conexiones de correas se deberá usar tornillos A307. Los pernos de anclaje serán ASTM A449 de Acero 1045 templado y revenido. La soldadura y fabricación en acero se efectuará de acuerdo con las normas de la Sociedad Americana de Soldadura (AWS ,D1.1) • MAMPOSTERÍA NO ESTRUCTURAL Todas las unidades de mampostería utilizadas en el diseño y la construcción de estructuras de mampostería deben cumplir con las siguientes normas:

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HOJA: 14 de 19

Unidades de concreto para mampostería

� Las unidades (bloque) de perforación vertical portante de concreto para mampostería deben cumplir con la norma NTC 4026 (ASTM C90).

� Las unidades portantes de concreto macizas (tolete) para mampostería,

deben cumplir con la norma NTC 4026 (ASTM C55).

� Las unidades de concreto para mampostería no estructural, deben cumplir con la norma NTC 4076 (ASTM C129).

Los morteros de pega utilizados en construcciones de mampostería deben cumplir la norma NTC 3329 (ASTM C270). El mortero premezclado para pega de unidades de mampostería debe cumplir con la norma NTC 3356 (ASTM C1142). 1.13 LIMITACIONES DEL DISEÑO DE PREFACTIBILIDAD � La cimentación fue proyectada de manera preliminar con base en los análisis e

interpretación de la información tomada del estudio de diseño de la estación intermedia Cosmocentro. Para el diseño se deberán tener en cuenta lo definido en la NSR-98 en cuanto a los requerimientos para el estudio de suelos y las exploraciones de campo. Los estudios deberán hacerse en cada uno de los sitios definidos en el diseño final de la línea para la localización de la estación Terminal y las estaciones intermedias, las cuales deberían tener en consideración las variaciones locales tanto topográficas como geotécnicas.

El anterior prediseño deberá complementarse con los estudios necesarios para el correcto diseño y construcción de los elementos estructurales propios del sistema de transporte aerosuspendido MIO CABLE.

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HOJA: 15 de 19

MEMORIA DE CÁLCULO DE

ESTRUCTURAS

Pu/N

t Xi

m Yi

m

Mx ·Y/EY²

My·X/EX² PPILOTE

t 1 44 -2.25 2.25 68.57 -64.96 48.01 2 44 -1.50 2.25 68.57 -43.31 69.66 3 44 1.50 2.25 68.57 43.31 156.28 4 44 2.25 2.25 68.57 64.96 177.93 5 44 -2.25 1.50 45.71 -64.96 25.15 6 44 -1.50 1.50 45.71 -43.31 46.81 7 44 1.50 1.50 45.71 43.31 133.42 8 44 2.25 1.50 45.71 64.96 155.07 9 44 -2.25 -1.50 -45.71 -64.96 -66.27 10 44 -1.50 -1.50 -45.71 -43.31 -44.62 11 44 1.50 -1.50 -45.71 43.31 41.99 12 44 2.25 -1.50 -45.71 64.96 63.65 13 44 -2.25 -2.25 -68.57 -64.96 -89.13 14 44 -1.50 -2.25 -68.57 -43.31 -67.48 15 44 1.50 -2.25 -68.57 43.31 19.14 16 44 2.25 -2.25 -68.57 64.96 40.79 Total 710 0 0 710

ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DEL SITM - AEREO

MIO CABLE

Responsable: Ing. A. Martínez L.

PREDISEÑO CHEQUEO CIMENTACION Octubre de 2008

PREDISEÑO CIMENTACION

De los resultados del modelo matematico, en Sap2000,

se tomaron los efectos maximos en condiciones de

servicio, para las siguientes condiciones de servicio:

COMBINACIONES PU

t M2 MYY/X

t · m M1 MXX/Y

t · m 1. Peso Propio + Viva 751 -31 -19

2. Peso Propio + Sismo/E 666 1415 1173 3. Peso Propio + Sismo/E 710 1371 1299

Suponiendo pilotes con capacidad adminible de 150

toneladas, se realizará una verificación con la siguiente

disposicion de pilotes:

cantidad de pilotes N: 751

150

= 5.01

Se tomarán 16 pilotes para tomar los momentos dados

por concdiciones sismicas

Como se puede observar en la tabla, la combinación de

carga que gobierna la cimentación es la condición

sismica, por lo cual se evaluara la capacidad de los

pilotes ante estas combinaciones

EX² = 45 m²

EY² = 45 m²

1.33 · 150 t= 199.5 t

177.9 t < 199.5 t Ok!!

Prediseño Cimentacion.xls,Inicio

SAP2000 10/27/08 12:49:41

SAP2000 v10.0.1 - File:Mio Cali - 3-D View - Ton, mm, C Units

SAP2000 10/27/08 18:24:34

SAP2000 v10.0.1 - File:Mio Cali - Deformed Shape (PP+Viva) - Kgf, m, C Units

SAP2000 v10.0.1 - File:Mio Cali - Deformed Shape (PP+Viva) - Kgf, m, C Units

METRO CALI S.A.

ESTUDIO DE FACTIBILIDAD PARA LA LÍNEA ALIMENTADORA MIO CABLE DEL S.I.T.M.

CÓDIGO:

VERSIÓN No. 1

ANEXO 1: ESPECIFICACIONES TÉCNICAS Cap 4. Predimensionamiento de Estructuras

FECHA: Mar 2010

HOJA: 19 de 19