Anexo 3 - Metodología Diseño Estructural

ANEXO 3

METODOLOGÍA DE DISEÑO ESTRUCTURAL

VIII Etapa Tranque Talabre – Metodología de Trabajo – Anexo 3

METODOLOGÍA DE DISEÑO ESTRUCTURAL

CONTENIDO

1. 1.1 1.2

GENERALIDADES .............................................................................................. 1 Normas de Diseño Estructural ............................................................................. 2 Bases de Cálculo y Criterios de Diseño Estructural ............................................. 2

VIII Etapa Tranque Talabre – Metodología de Trabajo – Anexo 3

METODOLOGÍA DE DISEÑO ESTRUCTURAL

1.

GENERALIDADES

El proyecto estructural, considera todos los cálculos, dimensionamientos, y especificaciones constructivas para permitir el correcto desarrollo de la construcción de las obras, asegurando su estabilidad, durabilidad y operatividad, en un marco de economía coherente. Comprende el diseño de todas las obras civiles, elementos estructurales y fundaciones, a nivel de ingeniería de detalle, que están presentes en las siguientes obras:          

Canales Estanques Cámaras vertederos Estructuras de soporte de tuberías Radieres Interferencias, soluciones de cruces y obras de arte Fundaciones Estructuras de hormigón en general Estructuras de acero

Las estructuras de Hormigón Armado serán especificadas con hormigones H20, H25 y H30 dependiendo de las solicitaciones estructurales y de la estanqueidad necesaria para la obra. El espesor de los elementos de canales será definido para una fatiga admisible en Fase I, igual a 7% de la resistencia a los 28 días. El acero de las armaduras de refuerzo para el hormigón será A63-42H, esto es, se considerará fy = 4200 kg/cm2. La determinación de la armadura de refuerzo se hará mediante la norma ACI 318-05. En lo relativo a las juntas, se definirán los lugares donde se deberán realizar las juntas de hormigonado, elásticas y de dilatación. La disposición de cada tipo de junta está dada por las restricciones de movimiento relativo entre los elementos unidos por la junta, así como por el cambio de materiales y las condiciones de exposición y servicio de la obra. En el proyecto estructural se definirá la forma en que se materializarán estas particularidades, la definición del tipo y cantidad de las juntas. Se definirá también la utilización de cintas de PVC, sellantes asfálticos, poliestireno, barras de corte, etc., según el tipo de junta. La presente metodología de diseño estructural expone las bases de cálculo y criterios de diseño que utilizará MN Ingenieros Ltda., y que será además complementada con los criterios incluidos en el Anexo 2 (Estándares Corporativos, Estructuras), de las Base Técnicas de la presente licitación, correspondiendo principalmente a:

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Ref.1:

“Criterio de Diseño Estructural Sísmico” (SGP-GFIP-ES-CRT-002).

Ref. 2: “Criterio de Diseño Fundaciones de Equipos Vibratorios” (SGP-GFIP-ES-CRT004). Ref. 3: “Criterio de Diseño Corporativo Estructural” (DCC2008-VCP.GI-CRTES02-0000001-0). La metodología a utilizar se expresa en los puntos siguientes. 1.1

Normas de Diseño Estructural

Para el diseño de los proyectos estructurales se utilizarán las siguientes Normas:  ACI – 318 “Building Code Requirements for Reinforced Concrete”  ACI 350 “Código de Diseño de Estructuras de Hormigón Armado en contacto con agua”  ACI 224.2R-92 “Fisuración de Miembros de Hormigón en Tracción Directa”  ACI – 224. Causas, Evaluación y Reparación de Fisuras en Estructuras de Hormigón.  NCh430. Hormigón Armado  NCh2369. Diseño Sísmico de estructuras e instalaciones industriales.  Guías de diseño estructural, ENDESA, 1983.  ANSI/AISC 360-05, Specification for Structural Steel Buildings  Manual ICHA, manual de Diseño para Estructuras de Acero

1.2

Bases de Cálculo y Criterios de Diseño Estructural

A continuación se presentan las bases de diseño estructurales que se emplearán en el desarrollo de la presente etapa: a) Materiales Se considerarán los siguientes materiales:  Acero estructural:

Tracción admisible  Acero de refuerzo:

Tensión de fluencia

A37-24ES o similar 2400 kg/cm2 A63-42H con resaltes 4200 kg/cm2

 Hormigón H-30:

Módulo de elasticidad Módulo de Poisson

E=15100*(fc´) 1/2 kg/cm2 0,30

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Resistencia cilíndrica

250 kg/cm2

 Hormigón H-25:

Módulo de elasticidad Módulo de Poisson Resistencia cilíndrica

E=15100*(fc´) 1/2 kg/cm2 0,30 200 kg/cm2

 Hormigón H-20:

Módulo de elasticidad Módulo de Poisson Resistencia cilíndrica

E=15100*(fc´) 1/2 kg/cm2 0,30 180 kg/cm2

b) Cargas de Diseño Se consideran las siguientes cargas de diseño:  Pesor Propio (Y) Corresponde al peso de la estructura propiamente tal y su valor queda expresado como el producto del peso específico del material por su volumen.  Sobrecarga en losas (L) Se considerará una sobrecarga de 1,00 t/m2 para losas de interior y 100 kg/m2 para las losas de techo (si existiera el caso).  Empuje estático de tierras (H) Se considerará empuje en reposo con los siguientes parámetros: Peso unitario relleno: 2,00 t/m3 Angulo fricción interna: 30° Coeficiente empuje en reposo: 0,50  Fuerzas Hidráulicas (W)  Carga Hidrostática:

Para las estructuras que contienen o conducen agua, se evaluarán empujes hidrostáticos correspondientes a un triángulo de presiones mediante la expresión:

P  ·H Donde:  : Peso específico del agua H : Profundidad a la que se evalúa la presión hidrostática.

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 Carga Hidrodinámica:

Al interior de una estructura volumétrica, se considera la masa de agua acelerada según la distribución propuesta por Westergaard que tiene la siguiente expresión:

Donde: : Presión dinámica de agua (Ton/m2) Cs : Coeficiente sísmico : Peso específico del agua H : Altura de la estructura que se encuentra sumergida Y: Profundidad a la que se evalúa la presión de agua dinámica medido desde el espejo de agua.  Empujes del Suelo Para evaluar los empujes de suelo en los tramos que sean rellenados para proteger estructuras, se considera un relleno estructural tipo con los siguientes parámetros conservadores: Angulo de Fricción Interna (Φ): Peso Específico del Suelo (s):

30° 2,0 t/m3

 Empuje en Reposo El empuje horizontal del suelo sobre estructuras que están impedidas de tener desplazamiento en horizontal, se deberá considerar como un diagrama triangular de carga en el que, la presión horizontal a la profundidad “z” está definida por la siguiente expresión:

En que: z : Profundidad a la cual se determina la presión en m. K0 : Coeficiente de empuje en reposo, k0=1-sen(Ф).  Empuje Activo El empuje horizontal del suelo sobre estructuras que puedan tener desplazamiento en horizontal, se deberá considerar como un diagrama triangular de carga en el que, la presión horizontal a la profundidad “z” está definida por la siguiente expresión:

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En que: z : Profundidad a la cual se determina la presión

en m.

Ka : Coeficiente de empuje activo, c : Cohesión del suelo. Para un diseño conservador, se considerará en los cálculos una cohesión nula.  Empuje Sísmico (Mononobe-Rankine) El empuje horizontal del suelo sobre las estructuras que pueden tener desplazamiento en horizontal para el caso sísmico, se deberá considerar como un diagrama triangular invertido de carga en el que la presión horizontal a la profundidad “z” está definida por la siguiente expresión:

En que: z :Profundidad a la cual se determina la presión Kas : Coeficiente de empuje activo sísmico. Kas

en [m].

:

Donde: i: θ:

Pendiente del terreno, en radianes tan(α)-1 , donde α=coeficiente sísmico.

Para el caso de estructuras que están impedidas de tener desplazamiento en horizontal, el coeficiente en reposo sísmico se calcula usando la siguiente relación:



Fuerzas Sísmicas (E)

La carga sísmica es considerada a través de un coeficiente sísmico horizontal, establecido de acuerdo a las disposiciones de la norma NCh2369. c) Combinaciones de Carga Diseño en Hormigón Armado: se considerarán las siguientes combinaciones de carga, según Código ACI318-2005: VIII Etapa Tranque Talabre – Metodología de Trabajo – Anexo 3

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LC1 LC2 LC3 LC4 LC5 LC6

Y 1,00 1,00 1,00 1,40 1,40 1,05

L 1,00

1,70

H 1,00 1,00 1,00 1,70 1,70 1,28

W 1,00 1,00 1,00 1,40 1,40 1,05

E

1,00

1,40

Diseño en Acero: se considerarán las combinaciones de carga del manual de diseños para estructuras de acero (ICHA): Comb1 = 1,4 D Comb2 = 1,2 D+0,5 Lr Comb3 = 1,2 D+1,6 Lr+0,8 Wx (o Wy) Comb4 = 1,2 D+1,3 Wx (o Wy)+0,5 Lr Comb5 = 1,4 D 1,4 E Donde: D = carga muerta Lr = sobrecarga de techo (si aplica) Wx (Wy) = Carga de viento en dirección x (y) (si aplica) E= Sismo d) Método de Diseño  Análisis computacional: Se utilizarán modelos de elementos finitos mediante el uso de software SAP2000.  Diseño hormigón armado: Los hormigones se calcularán por el método de los factores de carga (LFRD) del ACI-318.  Verificación agrietamiento: Se verificará el ancho de grieta según ACI 224, para un ancho de fisura máximo de 0,33 mm.  Verificación Volcamiento y Deslizamiento: Se verificará que se cumplan los factores de seguridad de seguridad cuyo valor corresponde a 1,5 para ambos casos.  Diseño en Acero: El diseño de los elementos de acero se realizará mediante el Método LRFD, especificado en ANSI/AISC 360-05 (“Specificaction for Structural Steel Buildings”).

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e) Fundaciones Las diferentes obras deberán fundarse en forma que aseguren la estabilidad de las estructuras, limiten las filtraciones a valores razonables y eviten la formación de sifonaje (piping) y flotación, usando criterios técnicos reconocidos. Para el diseño de fundaciones y elementos en contacto con el suelo o rellenos se usarán los parámetros y recomendación de fundaciones dados por el informe de Mecánica de Suelos, basado en ensayos in situ y de laboratorio, como por ejemplo ángulo de fricción interna, cohesión, tensiones admisibles, constante de balasto, asentamientos esperados, empujes, etc. Con estos antecedentes se determinarán y modelarán los distintos tipos de falla del suelo que llevan asociado un tipo de empuje; ya sea de reposo, activo, pasivo y/o activo sísmico, así como la determinación de estabilidad de taludes. El diseño de fundaciones de cada obra quedará plasmado en las respectivas memorias de cálculo y planos de formas y armaduras. Especial énfasis se dará a las fundaciones de obras que soporten equipos vibratorios. f) Memorias de Cálculo Estructural Las memorias de cálculo se desarrollarán en Word y Excel. Serán descriptivas y autosustentantes. Se entregarán los cálculos estructurales que justifiquen espesores, enfierraduras, tipo hormigón, especificaciones, etc., que requieran las obras. En caso de adjuntarse planillas de programas complementarios, se anexarán textos explicatorios de éstas. g) Planos del Proyecto Estructural Los planos se desarrollarán en ambiente CAD, presentando las distintas plantas, elevaciones, secciones y detalles de acuerdo a la escala que convenga, según las dimensiones de cada obra en particular. Los planos contendrán la geometría de las obras, consultando formas y/o enfierraduras, especificaciones, cotas, dimensiones, cubicaciones (sistema americano) y todo lo necesario para definir cabalmente las obras a construir.

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