Memoria Calculo Fundaciones Estanques 30m3

8/13/2019 Memoria Calculo Fundaciones Estanques 30m3

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Proyecto: ESTANQUES PARA LUBRICANTES PETROBRASPropietario:

MEMORIA DE CLCULO

FUNDACIONES ANULARES PARA ESTANQUES VOLUMEN 30 M3

CONTENIDO

1. Generalidades ...................................................................................................................22. Normas de Referencia.......................................................................................................23. Antecedentes de Estanque ...............................................................................................24. Geometra del Estanque....................................................................................................25. Parmetros de Diseo.......................................................................................................35.1. Suelo Fundacin................................................................................................................35.2. Hormign en Fundacin ....................................................................................................46. Solicitaciones para Diseo de Fundaciones......................................................................46.1. Solicitaciones por Sismo....................................................................................................46.1.1. Momento Volcante (M): .....................................................................................................46.1.2. Corte Basal (V) ..................................................................................................................66.1.3. Verificacin del Estanque al Volcamiento..........................................................................66.1.4. Fuerza de Compresin en el Manto (b) .............................................................................7

6.1.5. Compresin del Manto sobre el Hormign de Fundacin .................................................76.1.6. Verificacin del Estanque al Deslizamiento.......................................................................86.2. Solicitaciones por Viento ...................................................................................................86.2.1. Momento Volcante por Viento ...........................................................................................86.2.2. Verificacin al Volcamiento por Viento ..............................................................................96.2.3. Verificacin al Deslizamiento por Viento .........................................................................107. Diseo de Fundaciones...................................................................................................108. Clculo de Armadura del Anillo .......................................................................................12


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1. GENERALIDADES

El presente documento corresponde al diseo de las fundaciones para estanques dealmacenamiento de lubricantes de volumen 30 m3, que sern dispuestos en la planta dealmacenamiento de Petrobras.

2. NORMAS DE REFERENCIA

Para el diseo de las fundaciones de los estanques se utilizaron las siguientes normas ocdigos de diseo:

NCh2369.Of2003, Diseo ssmico de estructuras e instalaciones industriales.

NCh432.Of71, Clculo de accin del viento sobre las construcciones.

NCh433.Of96, Diseo ssmico de edificios.

NCh1537.Of86, Diseo estructural de edificios Cargas permanentes ySobrecargas de Uso.

Cdigo de Diseo de Hormign Armado, basado en el ACI 318-2002.

Manual of Steel Construction Allowable Stress Design, American Institute of SteelConstruction

API STANDAR 650, Tenth Edition, Nov. 1998, Adendum 1, Jan. 2000, Adendum 2,Nov. 2001.

Fundaciones para Tanques de Almacenamiento (L-STC-006 PDVSA)

3. ANTECEDENTES DE ESTANQUE

Fluido contenido: Aceite lubricante

Densidad fluido: 0.9956 (Ton/m3)

Capacidad Nominal: 30 (m3)

Material: Acero ASTM A-36

Acero: 7.86 (Ton/m3)

4. GEOMETRA DEL ESTANQUE

La configuracin dimensional del estanque queda establecida segn la Figura 4.1 y porlos parmetros siguientes:

Dimetro: 3.2 m

Altura nominal (de llenado) H: 3.73 m

Volumen nominal: 30 m3

Altura total del Manto H1: 4.0 m


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Volumen Total: 32.17 m3

Altura techo cnico: 0.15 m

Dimetro plancha de fondo: 3.33 m

Espesor Manto: PL6 mmEspesor Techo: PL6 mm

Espesor Plancha Fondo: PL8 mm

.

Figura 4.1. Geometra de estanque para almacenamiento de lubricantes.

5. PARMETROS DE DISEO

5.1. SUELO FUNDACIN

Peso especfico: 1.65 (Ton/m3)

ngulo de friccin : 30

admisible esttico: 25 (Ton/m3)


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admisible dinmico: 30 (Ton/m3)

5.2. HORMIGN EN FUNDACIN

Hormign H20: fc = 200 (Kg/cm2

)Acero A63-42H: Fy = 4200 (Kg/cm2)

6. SOLICITACIONES PARA DISEO DE FUNDACIONES

6.1. SOLICITACIONES POR SISMO

6.1.1. Momento Volcante (M):

El momento volcante y corte basal ser determinado segn los criterios de

NCh2369.Of2003, as como por API650, considerando finalmente el valor msdesfavorable de los dos casos.

2*2*2*1*1*** XWCZXWHtWtXsWsZCTM Donde:

M: Momento volcante

Z: Factor de zona ssmica (Z=0.4, Zona ssmica 4 API caso ms desfavorable,

Zona 3 NCh2369)

I: Factor de importancia (I=1.2, categora edificio C1)

Ws: Peso manto

Wt: Peso techo

W1: Masa impulsiva

W2: Masa convectiva

X1: Altura desde base a punto aplicacin de W1

X2: Altura desde base a punto aplicacin de W2

Ht: Altura total de estanque (Ht=4.15 m)

C1, C2: Coeficientes ssmicos

H1: Altura nominal de estanque

Peso Manto (Ws) = 1.897 (Ton)Peso techo (Wt) = 0.395 (Ton)


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a) Masa Impulsiva (W1), Convect iva (W2), X1, X2:segn Figura E-2 y E-3 API 650.

Masa contenido (W) = 29.87 (Ton), D/H = 0.86, H1 =4.0 m

W1/W = 0.84 W1 = 25.09 (Ton)

W2/W = 0.22 W2 = 6.57 (Ton)

X1/H1 = 0.44 X1 = 1.76 m

X12H1= 0.75 X1 = 3.0 m

Xs = H1/2 = 2.0 m

b) Clculo Coeficientes Ssmicos

b.1) Segn API650 (E3.3)

Coeficientes Fuerzas Laterales:

C1 =0.6

0.75*S/T, Si T 4.5C2 =

3.375*S/T2, Si T 4.5

5.0**81.1 DkT

D: Dimetro del estanque

S: factor segn tipo de suelo (S=1.2, suelo tipo 2, Tabla E-3)K: Factor adimensional (Figura E-4)

T = 1.91 4.5

C2 = 0.471

Coeficientes ssmicos:

Masa Impulsiva: Z*C1 = 0.24Masa Convectiva: Z*C2 = 0.189

b.2) Segn NCh2369.Of2003

Masa Impulsiva:

= 0.02 (Mantos de acero soldados)

R=4, (Estanques de acero de eje vertical con manto continuo hasta el suelo)


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Zona ssmica 3

C1 = Cmx =0.32

Masa Convectiva:

gAoT

T

gR

AoC

n

/*1.005.0

*

'*75.24.0

C2= 0.04

Coeficientes ssmicos:

Masa Impulsiva: Z*C1 = 0.128Masa Convectiva: Z*C2 = 0.016

Resumen de Momentos Volcantes:

Norma Momento Volcante (Ton-m)API650 18.75NCh2369.Of2003 12.08

Por lo tanto las solicitaciones ssmicas son controladas por la Norma API650.

M volcante = 18.75 (Ton-m)

6.1.2. Corte Basal (V)

2*21*1* WZCWWtWsZCIV

Por lo tanto: V= 9.37 Ton

6.1.3. Verificacin del Estanque al Volcamiento

Peso del Contenido Resistente al Volcamiento (WL):

DHGHGFbytbWL ***25.1***9.7

Donde:

tb: Espesor de placa de fondo bajo (mm) (tb = 6 mm = 0.236 in)

Fby: Tensin de fluencia de placa de fondo (36259.4 Lb/in2)

G: peso especfico del lquido contenido (0.9956)

H: Nivel mximo de diseo (3.73 m = 12.238 ft)

D: dimetro nominal (3.2 m= 10.499 ft)


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WL= 1239.22 (Lb/ft) > 1.25*G*H*D = 159.9 (Lb/ft) = 0.238 (Ton/m)

Peso del manto y techo resistente al volcamiento

D

WtWswt

*

Wt = 0.228 (Ton/m)

Estabilidad del estanque al volcamiento

Si se cumple:

57.1)(*2

WLwtD

M

Luego:

M / (D2*(wt+WL)) = 3.93 > 1.57 POR LO TANTO SE REQUIEREN ANCLAJES

6.1.4. Fuerza de Compresin en el Manto (b)

2

273.1

D

Mwtb

M = 135584.3 (Lbf ft)

D= 10.499 FtWt= 153.25 (Lbf/ft)

b= 1719.07 (Lbf/ft) = 2558.26 (Kg/m)

6.1.5. Compresin del Manto sobre el Hormign de Fundacin

'6.0100*)6(

fctTaf

bPc

Donde:

b : Fuerza de compresin en el manto inferior (Kgf/m)

taf : Espesor de la plancha anular de fondo (cm)

t : Espesor del tramo inferior del manto (cm)


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As:

taf = 8 mm = 0.8 cm

t = 6 mm = 0.6 cm

fc = 200 kgf/cm2

Pc = 4.73 (kgf/cm2) < 0.6 fc = 120 (kgf/cm2) (OK)

6.1.6. Verificacin del Estanque al Deslizamiento

Corte Resistente (VR):

VR= 0.25 x (Ws+ Wt + Wf + W)

Donde:

Ws= 1.897 (Ton) Peso del Manto

Wt= 0.395 (Ton) Peso del Techo

Wf = 0.548 (Ton) Peso Plancha de Fondo

W = 29.87 (Ton) Peso del Contenido

VR= 8.18 (Ton) < V= 9.37 (Ton)

Por lo tanto Estanque se desliza por efecto de sismo. Se debern considerar llaves de

corte.

6.2. SOLICITACIONES POR VIENTO

6.2.1. Momento Volcante por Viento

Momento Volcante (Mv)

Mv = MV1 + MV2

Donde:

Mv1 = qM *H2/2

Mv2 = P (H + h/3)

qM= PV2 *D

P = 0.25*PV3* D2*tg

h = 0.15 m

H=4 m

D=3.2 m


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Tal que:

Mv1: Momento volcante debido a la carga de viento proyectado sobre la superficiecilndrica.

MV2: Momento volcante debido a la carga de viento proyectado sobre la superficiecnica.

: ngulo del techo (5)

D: Dimetro del Estanque

Pv2: Presin bsica del viento (95 Kgf/m2)

Como la velocidad de viento de diseo es mayor que 100 (Mph) las cargas de vientodeben ser corregidas por el factor (87.5/100)2= 0.765

Segn la Norma Chilena NCh432.Of.71 para estructuras ubicadas campo abierto o ensitios asimilables a estas condiciones, la distribucin de presin bsica en altura estdada por:

Altura (m) Presin Bsica (Kgf/m2)0 704 707 95

qM = 0.765* 95* 3.2 = 232.56 (Kgf/m) = 0.233 (Ton/m)

Mv1 = 0.233* 42/2 = 1.864 (Ton m)

P =0.765*0.25*95*3.22*tg 5 =16.27 (Kg/m) =0.0162 (Ton/m)

Mv2 =0.0162*(4+0.15/3) = 0.066 (Ton m)

MV = 1.864+0.066 =1.929 (Tf m)

Fuerza Deslizante

FD = qM H + P = 0.233*4+0.0162 = 0.948 (Ton)

6.2.2. Verificacin al Volcamiento por Viento

El peso resistente al volcamiento corresponde a la sumatoria de los pesos del manto,plancha de fondo y techo, excluidos el sobre-espesor por corrosin y el contenido.

Ws= 1.897 (Ton) Peso del Manto

Wt= 0.395 (Ton) Peso del Techo

Wf = 0.548 (Ton) Peso Plancha de Fondo


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Peso Total resistente WR = 2.841 (Ton)

Momento Resistente: MR = WR*D/2

MR = 4.54 (Ton m) > MV =1.929 (Ton m)

Por lo tanto el estanque no vuelca por efecto del viento. (OK)

6.2.3. Verificacin al Deslizamiento por Viento

Fuerza Resistente FR = 0.25 x (Ws + Wt + Wf) = 0.710 (Ton)

FR = 0.710 (Ton) FD =0.948 (Ton)

Por lo tanto el estanque se desliza por efecto de cargas de viento. Considerar Llaves decorte.

7. DISEO DE FUNDACIONES

Se proyectan fundaciones tipo anillo, segn se muestra en Figura 7.1.

Figura 7.1.

Vista FrontalVista Planta Anillo Fundacin


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El detalle de clculo se anexa en planilla de clculo adjunta.

Geometra de Anillo de Fundacin

Base B = 0.8 mAltura h=1.2 m

1) Caso Dinmico:

Z: Distancia desde eje neutro a punto de mxima compresin (mx).S: Longitud de arco medio de sector comprimido.

Re: radio del estanque (Re=DE/2=1.6 m)

Ms: momento en sello de la fundacin

Ms = M+(h1+h2)*V

M= 18.75 Ton m

V= 9.37 Ton

Ms= 29.99 Ton m

Ps: Peso sobre fundacin = peso manto (ws) +Peso techo (Wt)+ Contenido (W)+ PP

fundacin+peso relleno

Ps = 38.52 Ton

e: Excentricidad, e = Ms/Ps = 0.78

S= *Re

= +2(rad)

r = D/2 = 2 m

r1 = D1/2 = 1.2 m

e/r=0.4

r1/r=0.6

Z= 3.68 (Beton Kalender, Tabla 6)

Ac: rea de suelo comprimido Ac = S (r- r1) = 6.57 m2

A: rea en sello de fundacin A = 8.04 m2

mx/ medio= 2.2 (Beton Kalender, Tabla 7)

medio= Ps / A = 4.79


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Verificacin Compresin en Sello:

Porcentaje de rea de Fundacin Comprimida (%Bc)

%Bc = Ac / A = 81.8 % > 80% OK

Tensin mxima del Suelo;

mx= 10.5 (Ton/m2) < adm. dinmico= 35 (Ton/m

2) OK

2) Caso Esttico:

Descargas sobre fundacin por unidad de longitud:

Peso manto (Ws) = Ws/(2**Re) = 0.189 (Ton/m)

Peso techo (Wt) = Wt/(2*

*Re)= 0.039 (Ton/m)Peso contenido (W)= L*H1*B/2 = 1.485 (Ton/m)

Peso fundacin = )= HA*B*/h= 2.306 (Ton/m)

Pse = 3.019 (Ton/m)

Mse = W*B/4 = 0.297 (Ton m/m)

e = Mse / Pse = 0.098 < B/6 = 0.13

Por lo tanto cae dentro del ncleo central, 100% comprimido. OK

1,2 = P/A +- Mse/ I = P/B +-Mse /(B2/6)

1= 6.558 (Ton/m2) < admisible esttico= 25 (Ton/m

2)

2=0.989 (Ton/m2) < admisible esttico= 25 (Ton/m

2) OK

8. CLCULO DE ARMADURA DEL ANILLO

Del anlisis de una seccin o corte transversal del anillo se obtiene que la fuerzahorizontal neta corresponde a:

F = Ka*s*h2/2 + Ka*h*q*H

Donde:F: Fuerza radial hacia fuera del anillo= ngulo friccin suelo relleno = 30


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Ka= coeficiente de presin activa (Ka=tg2(45-/2=0.33))s = peso especfico suelo=1.65 (Ton/m3)h= altura fundacin = 0.8 mH= H1: altura lquido = 3.73 mq= peso especfico lquido = 09956 (Ton/m3)

F=0.33*1.65*0.82/2+0.33*0.8*0.9955*3.73=1.155 (Ton/m)

La fuerza horizontal F origina una tensin en el anillo igual a:

T = F*D/2 = 1.155*3.2/2 =1.847 (Ton/m2)

L acero de refuerzo horizontal se calcula para absorber totalmente esta fuerza:

Tu = B*T = 1.7*1.847 = 3.14 (Ton)

As req = Tu/(Fy) = 3.14/(0.85*4.2) = 0.879 cm2

Armadura mnima por retraccin mn = 0.0025 (B.4.2.3.d)

As = 0.0025.80*120 = 24 cm2 (722)

Segn punto B 4.2.3e del cdigo API, la cuanta mnima de la armadura verticalcorresponde a 1.5 / de la seccin horizontal del muro vertical (estribos).

Av = 0.0015*B*100/2 = 6 cm2/m

De acuerdo a cdigo ACI 318, esta cuanta corresponde a 0.0025, por lo tanto:}}

Av = 0.0025*B*100/2 = 10 cm2/m (16a20)

7 22

7 22

16a20


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ANEXO

DISEO Y VERIFICACIN GEOTCNICA

EN ANILLO DE FUNDACIN


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(Nota: Figura es referencial).

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