Mc_fundacion Modular v1

PROYECTO CLCULO ESTRUCTURAL

FUNDACION MODULARMEMORIA DE CLCULO

FEBRERO 2015

CALCULISTA: LUIS BELMAR FLORES

INGENIERO CIVIL

Fono: 9-98187604 Email: [email protected]

SantiagoINDICE

1.- GENERALIDADES

2.- DESCRIPCION DE LA ESTRUCTURA3.- NORMATIVA DE DISEO

4.- CARGAS DE DISEO

5.- COMBINACIONES DE CARGA

6.- METODO DE ANALISIS

7.- MODELACION

8.- MATERIALES ESTRUCTURALES

9.- DISEO ESTRUCTURAL

10.- IZAJEMEMORIA DE CLCULO 1.-GENERALIDADESLa presente Memoria de Clculo se refiere a la verificacin estructural de los componentes de una fundacin modular para el soporte de una bascula para el pesaje de camiones de alto tonelaje. La fundacin se compone de cinco mdulos conectados entre si mediante vstagos de corte y uniones apernadas para evitar la separacin entre estos. 2.-DESCRIPCION DE LA ESTRUCTURACorresponde a una estructura de hormign armado, compuesta por cinco mdulos independientes de 3232 x 2280 mm, unidos mediante placas de acero apernadas para evitar la separacin horizontal y vstagos de acero para evitar los desplazamientos verticales entre mdulos. Los mdulos soportan dos celdas de 5 Ton de peso.

Planta de la fundacin.

Elevacin frontal.3.-NORMATIVA CONSIDERADA EN EL DISEO

Para el diseo de los distintos componentes que constituyen la estructura resistente, se han considerado en forma particular las siguientes normas directamente relacionadas con las materias aqu tratadas. Sismo

NCh 2369. O2003

: Diseo ssmico de edificios.

Acero

ANSI-AISC 360-05: Manual de Diseo para Estructuras de Acero.

Hormign

NCh 430 a-R86

: Estructuras de Hormign.

Cdigo ACI-318/11

: Diseo estructural de hormign armado.

NCh 170. Of85

: Hormign, requisitos generales.

4.-CARGAS CONSIDERADA EN EL DISEO

4.1.-CARGAS PERMANENTES (cp)

Acero

: 7.850 Kg/m3 Hormigon

: 2.500 Kg/m3Se modela como una losa de espesor 40 cm, y se considera el peso del pedestal como carga de peso propio.Para el anlisis de considera un peso total de cada modulo de 9 Ton.

Carga de peso propio.

4.2.-CARGA DE USO (SC)Para la determinacin de los esfuerzos en los mdulos, se consideran dos estados de carga en los cuales se generan los mayores esfuerzos, el primero es cuando el eje mas pesado del camin se apoya sobre un lado del modulo y el segndo cuando la rueda esta en la parte central del modulo.

Se obtiene el valor de la mayor presin ejercida por el camin sobre cada celda de carga, para esto se evalan las opciones de camin con y sin carga para las distribuciones de peso entregadas por el mandante.

El valor de la carga mxima es de 217 Ton, sobre una celda.Luego calculamos la superficie de apoyo de los neumticos para poder obtener la presin por unidad de rea. Segn McKyes y comparando con Inns y Kilgour, para superficies rgidas :

Para efectos de clculo, se considera una longitud de contacto de 1m.Considerando que la celda distribuye homogneamente la carga sobre la fundacin, se obtiene el esfuerzo en el modulo mas solicitado, el cual corresponde al Modulo 2 y Modulo 4, los cuales soportan el 60% de la carga total existente sobre la celda, con un valor de 130 Ton.

En relacin a la posicin del eje con respecto al sentido de transito, se evalan dos posicines para obtener los mayores esfuerzos, la primera es con el eje ingresando con lo cual la carga esta en un extremo y la segunda posicin con el eje al centro de la celda.Para determinar la carga de ingreso al modelo, se obtienen la cantidad de nodos afectados por el tipo de carga y se reparte la carga homogneamente sobre estos.

Presin sobre el modulo con la Sobrecarga en la zona de ingreso.

Presin sobre el modulo con la Sobrecarga en la zona central.

4.4.- CARGAS SSMICAS (S)

Para la determinacin de las cargas ssmicas se consideran los siguientes parmetros de clculo:

Mtodo de anlisis

: Esttico

Corte basal

: Q = C I P

Zona ssmica

: 2Aceleracin de gravedad (A0)

: 0,30 g

Factor de modificacin de la respuesta (R)

: 5Razn de amortiguamiento ()

: 0.02Tipo de suelo (estimado)

: 3Parmetros asociados al suelo (T)

: 0,62Parmetros asociados al suelo (n)

: 1,80Categora de la estructura

: C2Factor de importancia (I)

: 1,0

Coeficiente mximo, Cmax

: 0,26

Coeficiente Ssmico, Coeficiente ssmico segn NCh 2369:

Considerando que el periodo con la mayor masa ssmica es de 0.023 s, se utilizara el coeficiente ssmico mximo:Coeficiente de Diseo, C

: 0,26Al efectuar la comparacin de las cargas que participan en el diseo, se determina que las cargas ssmicas son muy inferiores en comparacin con la carga del camin. Es por esto que no se considera la carga ssmica en el diseo.5.-COMBINACIONES DE CARGA

Las combinaciones para la verificacin de elementos se determinan mediante el mtodo de las cargas ltimas LRFD, y son:

LRFDPPSC Camin 1SC Camin 2

COMB11.21

COMB21.21.3

COMB31.21

COMB41.21.3

Donde

PP

: Peso propio

SC Camin 1

: Carga del camin con su eje trasero ingresando a la basculaSC Camin 2

: Carga del camin con su eje trasero en la mitad de la basculaSe considera un factor de impacto de 30% (conservador).

6.-METODO DE ANALISISPara la obtencin de los Estados de Esfuerzos generados por la aplicacin de las distintas combinaciones de carga, se considera el Mtodo de Anlisis Lineal Elstico, valido para pequeas deformaciones y donde se cumplen las hiptesis de Navier.Para la determinacin de los esfuerzos en los elementos, sta se modelar mediante elementos lineales de comportamiento elstico y sus resultados se obtendrn mediante Programa Computacional (Software Sap2000).Se determinan los mayores esfuerzos para el modulo con mayor solicitacin (caso conservador), obteniendo los esfuerzos de corte y momento flector, con los cuales se calculan los refuerzos de acero y elementos de conexin.

7.-MODELACION

7.1.-Condiciones de ApoyoPara efecto de diseo y verificacin, se adoptar una condicin de Apoyo Continuo sobre el terreno, modelando el suelo mediante resortes con constante de elasticidad asignada segn el tipo de suelo. La tensin admisible del suelo deber ser de 5 Kg/cm2. Se considera un coeficiente de balasto de 10 Kg/cm3.7.2.-Cargas SolicitantesLas cargas solicitantes provienen del peso propio de la estructura resistente y sobrecarga del camin circulando sobre la bascula. Ademas se determina la carga de izaje, que consiste en el peso propio de la estructura mas un factor de impacto por izaje.8.-MATERIALES ESTRUCTURALES

Para el diseo de los distintos componentes que constituyen la estructura resistente, se han considerado en forma particular los siguientes materiales aceptados por la Normativa vigente.

HORMIGON

Calidad H40fc`350 Kg/cm2

Recubrimientos min. Fundaciones4 cm

ACERO DE REFUERZO

Calidad A630 -420H mnimo8 mm

fy4200 Kg/cm2

ACERO ESTRUCTURAL

ASTM A36Tensin de Fluencia (fy)2450 Kg/cm2

Tensin de Rotura (fr)3600 Kg/cm2

SOLDADURA ELECTRODOS

AWS E70XXTensin mxima2952 Kg/cm2

Filete minimo8 mm

ACERO DE VASTAGO Y CAMISA

SAE 1045fy4220 Kg/cm2

Fu6870 Kg/cm2

ACERO DE ANCLAJES

ASTM A325Fnt6325 Kg/cm2

Fnv3370 Kg/cm2

9.-DISEO ESTRUCTURAL

9.1.- Verificacin de estabilidad y suelo de fundacin

Para este caso se verificara que el momento volcante generado por las cargas de diseo sea menor que el momento resultante de las cargas de peso porpio de la fundacion y relleno, mas la carga axial vertical de la estructura. Ademas se verifica que la tension mxima sobre el suelo sea inferior a la tension admisible.

La fundacin es estable frente a las cargas de diseo, presentando valores de tensiones de carga hacia el suelo inferiores a la tensin admisible, se requiere lograr resistencia del suelo de 50 T/m2.

9.2.- Verificacin de elementosLas siguientes figuras muestran los valores mximos de los esfuerzos obtenidos para las combinaciones de cargas analisadas. Ademas se muestran las tablas con los valores mximos utilizados en el diseo de los refuerzos y elementos.

Momento sobre eje Y (M11 COMB2), escala en miles, Kg-m/m.

Momento sobre eje Y (M11 COMB4), escala en miles, Kg-m/m.

Momento sobre eje X (M22 COMB2), escala en miles, Kg-m/m.

.Momento sobre eje X (M22 COMB4), escala en miles, Kg-m/m.

Corte eje paralelo a eje Y (V13 COMB2), escala en miles, Kg/m.

Corte eje paralelo a eje Y (V13 COMB4), escala en miles, Kg/m.

Corte eje paralelo a eje X (V23 COMB2), escala en miles, Kg/m.

Corte eje paralelo a eje X (V23 COMB4), escala en miles, Kg/m.

9.3.- RefuerzosA continuacin se presentan las cuantias de refuerzo de acero para las fundaciones. El clculo se efectua en base a los momentos mximos en la fundacin.Momento mximo en sentido del Eje Y (M11) : 6180 Kg-m/mA continuacin se presenta el clculo para el refuerzo principal:

A continuacin se presenta el clculo para el refuerzo secundario:Momento mximo en sentido del Eje X (M22) : 1613 Kg-m/m

Para asegurar la estabilidad de los mdulos frente al corte, verificamos que el alto del modulo sea capaz de soportar el cortante mximo.

Luego la capacidad al corte de la seccin de hormign es de 25 Ton y el esfuerzo de corte mximo es de 21 Ton, por lo cual la seccin de hormign es capaz de soportar la carga solicitante sin requerir de refuerzo.Considerando los pasadores que permiten mantener la verticalidad entre los mdulos, se efectua el dimensionamiento considerando que el esfuerzo principal a los que estan sometidos, corresponde al esfuerzo de corte. Es importante sealar que la distribucin de esfuerzos desde la celda de carga, y la ubicacin de esta sobre los mdulos, permite una buena distribucion sobre estos no generando esfuerzos puntuales. Considerando una

Luego la resistencia al corte de un conector es de 145 Ton. Considerando que la carga mxima por corte es de 21 T /m, y considerando una longitud de 3.3 m del modulo, la demanda es inferior a 69 T, por lo cual la resitencia de los cuatro vstagos garantiza la estabilidad vertical de la unin.Para las placas de union entre mdulos, los cuales permiten que estos se mantengan unidos, se efectuara el clculo considerando los esfuerzos axiales entre mdulos producto de la flexin en sentido longitudinal, esto es en el sentido del lado mas largo.

Unin apernada para mantener la estabilidad horizontal entre mdulos.

10.- IZAJEPara el anlisis de la estructura se genero un modelo en el programa SAP2000, en el que se incorporaron los elementos que componen los mdulos a izar y se dispusieron elementos para modelar los estrobos. Los puntos de los cncamos de izaje se incorporan al modelo como apoyos fijos para el sistema modulo-estrobos.

La modelacin considera que la posicin en planta del punto de izaje (gancho de la gra) se ubica coincidentemente en una lnea vertical con el centro de gravedad del modulo. Bajo este supuesto se busca que los mdulos se levanten de forma horizontal y pareja.

Las combinaciones de cargas se construyen a partir de los estados bsicos de carga definidos previamente, que son:

PPPeso de la estructura

Las combinaciones para la verificacin de elementos bajo la metodologa de la carga ultima o LRFD, consideran el estado de peso propio amplificado en varios factores como carga de impacto:

LRFDPP

COMB11.4

COMB21.1

COMB31

COMB42

TABLE: Element Forces - Frames

FrameStationOutputCaseCaseTypeP

TextmTextTextKgf

540COMB1Combination3310








Para obtener los puntos de izaje ptimos, se determina el centro de gravedad de la seccin media del modulo. Para esto se calculan pesos de las secciones que componen el modulo, se ponderan las distancias a sus respectivos centros de gravedad medidos desde el centro del modulo, y luego se obtiene la distancia al centro de gravedad donde se ubicaran las orejas de izaje.

PESODISTANCIA [mm]CG [mm]

32.33158667

269.101383486

404.00705372

60.001008

765.43CG933

Luego se determinan las reacciones en las orejas y anclajes:

ESFUERZO SOBRE ANCLAJE

COMBINACIONAXIALANGULOTRACCION [Kg]CORTE [Kg]

COMB133106930911186

COMB22601692428932

COMB32365692208847

COMB447296944151695

Puntos de izaje y tensiones.

Anclaje y oreja de izaje.

Los resultados del modelo indican que todos los elementos se encuentran trabajando dentro del rango de capacidad de los elementos.

Las tracciones sobre los estrobos slo consideran el valor de la carga de levante (no se considera el factor de impacto). Para estos elementos los efectos de impacto se consideran cubiertos por el factor de seguridad que indica el fabricante de los mismos.

TABLE: Element Forces - Frames

FrameOutputCaseCaseTypeP

TextTextTextKgf







Se presentan las cargas de uso para los elementos y accesorios de izaje. El elemento que presenta la mxima traccin del conjunto de estrobos que van desde el anclaje al gancho de izaje, considerando el ms desfavorable de los casos analizados, arroja una carga axial de 3,4 Ton.

Para la maniobra de izaje se recomienda usar como mnimo cables alma de acero de 1 IPS 6x19 desde el anclaje hasta el gancho de la gra, cuya resistencia a la ruptura mnima es de 44.9 Ton. Se considera un factor de seguridad de 4, por lo tanto la carga admisible es de 11.22 Ton. El factor de utilizacin (FU) de los cables es de 0.3, inferior a 1, presentando un buen nivel de seguridad.

Diametro Estrobo [plg]Carga Rotura [Ton]Carga Admisible [Ton]Carga Aplicada [Ton]FU

144.911.223.40.3

La altura vertical mnima desde la oreja al gancho de izaje es de 2,7 m. EMBED Equation.3

_1406964052.unknown

_1406964053.unknown

_1387722645.unknown

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