memoria de calculo para patio de maniobras

“DISEÑO, COMPRAS Y CONSTRUCCIÓN DE OBRAS CIVILES Y ELECTRICAS PARA EL PATIO DE MANIOBRAS EN LA ESTACIÓN VASCONIA DEL PROYECTO INCREMENTANDO CAPACIDAD DESCARGADEROS/ CARGADEROS DE PROPIEDAD DE LA SOCIEDAD CENIT TRANSPORTE Y LOGISTICA DE HIDROCARBUROS S.A.S” Disciplina : Nombre Documento:

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MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURA DE PAVIMENTO, PARQUEADERO ESTACIÓN VASCONIA. REV. A

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Descripción MEMORIAS DE CALCULO ESTRUCTURA DE PAVIMENTO, PARQUEADERO ESTACION VASCONIA

Elaboró

Revisó

Aprobó

JCP

JCV

JCV

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TABLA DE CONTENIDO Página

1

OBJETO 6

2

ALCANCE 6

3

NORMAS APLICABLES 6

4

DOCUMENTOS DE REFERENCIA DEL PROYECTO 7

5

ESPECIFICACIONES DE MATERIALES 8

6.

DESCRIPCIÓN GENERAL 8

6.1.

LOCALIZACIÓN 8

6.2.

DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA 10

6.3.

PARÁMETROS DE DISEÑO 11

6.3.1. PARÁMETROS GEOTÉCNICOS 11 6.3.2. PARÁMETROS SÍSMICOS 12

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6.3.3. CONSUMO DE FATIGA 12 6.3.4. CONSUMO POR EROSIÓN 12 6.3.5. PERIODO DE DISEÑO 13 6.3.6. TRAFICO Y MATERIALES 13 6.3.7. MODULO DE ROTURA DEL CONCRETO 15 6.4.

ANÁLISIS ESTRUCTURAL 15

7.

JUNTAS EN LOS PAVIMENTOS RIGIDOS 16

7.1.

PASADORES 17

7.1.1. ACERO PARA DOVELAS EN JUNTAS 18 7.2.

BARRAS DE ANCLAJE 18

8.

REFUERZO DE LAS LOSAS 21

9.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 22

10.

ANALISIS COMPARATIVO DEL DISEÑO POR EL MÉTODO DE LA AASHTO 93.

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24 11.

CUADRO COMPARATIVO METODOLOGIAS

DE

RESULTADOS DE

ENTRE

LAS DOS ANALISIS.

51

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 1. LOCALIZACIÓN DE LA ESTACIÓN VASCONIA EN LA INFRAESTRUCTURA DE ECOPETROL S.A................................................................................................................................. 8 FIGURA 2. LOCALIZACIÓN PATIO DE MANIOBRAS DESCARGADERO ODC EN LA ESTACIÓN VASCONIA............................................................................................................................................ 9 FIGURA 3. PAVIMENTO RÍGIDO A COLOCARSE EN LA ZONA DEL PATIO DE MANIOBRAS DEL PARQUEADERO PARA LA PLANTA VASCONIA.................................................................................9 FIGURA 4. ESTRUCTURA PAVIMENTO RÍGIDO PARA EL PATIO DE MANIOBRAS - PLANTA VASCONIA.......................................................................................................................................... 15

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ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE MATERIALES..................................................................7 TABLA 2. PARÁMETROS SÍSMICOS........................................................................................................ 11 TABLA 3. TRÁNSITO DE DISEÑO............................................................................................................ 13 TABLA 4. CLASIFICACIÓN DEL SUELO DE SUBRASANTE....................................................................14 TABLA 5. RECOMENDACIÓN PARA SELECCIÓN DE LOS PASADORES DE CARGA..........................16 TABLA 6. RECOMENDACIÓN PARA BARRAS DE ANCLAJE..................................................................18

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OBJETO

El objetivo de este documento es presentar los resultados obtenidos en la ingeniería de detalle en el cálculo de la estructura de pavimentos, que se implementará al proyecto “DESCARGADERO DE CARROTANQUES PLANTA VASCONIA ODC”. 2

ALCANCE

El presente documento se elabora como parte de la ingeniería de detalle a realizarse para el parqueadero requerido para la planta Vasconia de Ecopetrol S.A, la cual está localizada al occidente del departamento de Boyacá, en la vía Troncal del Magdalena Medio. En la Planta Vasconia se requiere implementar una estructura de pavimento rígido para el parqueadero proyectado. El presente estudio contempla el análisis de la estructura del pavimento. El diseño de los elementos se desarrolló siguiendo los lineamientos del INVIAS, los Estándares de Ecopetrol S.A. y las recomendaciones del estudio de suelos. Los elementos se dimensionan a partir de la localización geográfica y geotécnica del predio que determinan los parámetros adoptados para el diseño, el sistema estructural, la zona de amenaza sísmica y el grado de disipación de energía. Se presenta la documentación generada durante el proceso de análisis para el proyecto “DESCARGADERO DE CARROTANQUES PLANTA VASCONIA ODC”. 3

NORMAS APLICABLES

Los análisis y diseños de los elementos estructurales se realizarán con base en la siguiente normativa:  NIP

Normas de Ingeniería ECOPETROL S.A.

 Estándares de Ecopetrol S.A

Especificaciones Técnicas de criterios de diseño para estructuras de concreto.

 ECP-VST-P-CIV-ET-012

Especificaciones técnicas y criterios de diseño para estructuras de concreto, ESTANDARES DE ECOPETROL S.A.

 NTC

Normas Técnicas Colombianas promulgadas por

de

Producción,

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el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC  INVIAS 2008

Manual de diseño geométrico de carreteras

 INVIAS 2008

Manual de diseño de pavimentos de concreto para vías con bajos, medio y altos volúmenes de tránsito.

4

DOCUMENTOS DE REFERENCIA DEL PROYECTO 

ESTUDIO DE SUELOS

VOD-5209124-13137-IB-CIV-ES-022



MEMORIA DE CALCULO DISEÑO DE PAVIMENTO. REV 0.

VOD-5209124-13137-IB-CIV-MC-017



ANEXO 1. ESTUDIO DE SUELOS, VERIFICACION DEL ESTUDIO ZONA DE VOD-8000000454-14001-ID-CIV-MCPARQUEADERO DE CARROTANQUES 024. VASCONIA.



PLANO ESTRUCTURA PARQUEADERO VOD-8000000454-14001-ID-CIV-PL(DESPIECE CIMENTACION Y DETALLES 003. DE UNIONES Y ANCLAJES)



PLANO ESTRUCTURA PARQUEADERO VOD-8000000454-14001-ID-CIV-PL(DESPIECE JUNTAS CONSTRUCCION, 004. JUNTAS DILATACION Y DETALLES)



PLANO DISTRIBUCION LOSAS DE VOD-8000000454-14001-ID-CIV-PLCONCRETO PARQUEADERO (CUADRO 005. DE HIERROS, ANCLAJES, DETALLES)



PLANO ARMADURA DE ACERO DE LAS PLACAS DE CONCRETO (CUADRO DE VOD-8000000454-14001-ID-CIV-PL006. HIERROS, ANCLAJES, DETALLES).

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5 ESPECIFICACIONES DE MATERIALES En las estructuras se utilizó concreto con las características que se enuncian en la Tabla 1: Tabla 1. Especificaciones técnicas de materiales

ESPECIFICACIONES DE MATERIALES Concreto hidráulico (INVIAS ARTICULO 50007) Esfuerzo de fluencia del acero (NTC 2289 -ASTM A 702). Relleno tipo 7 estabilizado con cemento al 3% (INVIAS ARTICULO 341-07) Relleno tipo 8 (INVIAS)

MR = 4.5 MPa Fy = 420 MPa Artículo 341-07 Artículo 221-07

Se presenta en este documento la metodología y los resultados obtenidos del diseño del pavimento rígido para el patio de maniobras de Vasconia. Para el diseño se empleó el método de la PCA utilizando el software BS-PCA en Plataforma Windows, diseñado por los ingenieros Efraín de Jesús Solano Fajardo y Carlos Alberto Benavides de la Universidad del Cauca. El método propuesto por la PCA corresponde a hallar los espesores de pavimento que ofrezca un buen comportamiento estructural con bajos costos de mantenimiento; por lo tanto, se hace necesario un sano criterio de ingeniería que implica la determinación y selección de espesores de diseño que equilibren los costos iníciales y los de mantenimiento, traduciéndose esto en una estructura confiable y capaz de soportar el número de repeticiones esperadas para su periodo de vida útil. 6. DESCRIPCIÓN GENERAL 7. LOCALIZACIÓN La planta Vasconia se encuentra localizada a 17 km del Municipio de Puerto Boyacá, al occidente del departamento de Boyacá, sobre la margen derecha del Rio Magdalena. Tiene una extensión aproximada de 41 hectáreas, en coordenadas aproximadas en latitud Norte 25° y longitud Oeste 42°. Se encuentra ubicada a 150 msnm, tiene

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temperaturas que oscilan entre 35°C y 40°C. La vía de acceso al área es la vía Troncal del Magdalena Medio, ver Figura 1.

Figura 1. Localización de la estación Vasconia en la infraestructura de Ecopetrol S.A.

El patio de maniobras del parqueadero donde va a colocarse el pavimento de concreto objeto de análisis en el presente informe se encuentra localizado en el sector nororiental de la planta, ver Figura 2.

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Figura 2. Localización patio de maniobras descargadero ODC en la estación Vasconia

8. DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA El patio de maniobras del descargadero va a conformarse en pavimento rígido, modulado con losas de 4m de lado, para un área aproximada de 9100 m², ver Figura 3.

Figura 3. Pavimento rígido a colocarse en la zona del patio de maniobras del parqueadero para la planta

Vasconia

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Este pavimento está compuesto de capas granulares de base estabilizada con cemento y material granular tipo 8 sobre la subrasante, esto debido a las condiciones del suelo de apoyo y las cargas proyectadas. El diseño aplica las recomendaciones realizadas en el estudio de suelos de la ingeniería básica y el anexo 1 Estudio de suelos verificación de estudio zona de parqueadero de carrotanques Vasconia del presente documento. 9. PARÁMETROS DE DISEÑO 10. PARÁMETROS GEOTÉCNICOS Los diseños son elaborados con base en el estudio de suelos de la ingeniería básica documento VOD-5209124-13137-IB-CIV-ES-002 y el anexo 1 Estudio de suelos verificación de estudio zona de parqueadero de carrotanques Vasconia del presente documento, donde se determinó que el terreno está catalogado con un rango de ALTO a MUY ALTO potencial de expansión, por lo que se recomienda el reemplazo del material por un relleno granular. Los ensayos de laboratorio realizados dan como resultado un CBR equivalente al 6% en condición crítica con inmersión. El nivel freático se encuentra a una profundidad promedio de 1,20m medida a partir de la superficie actual del terreno según el documento VOD-5209124-13137-IB-CIV-ES002, pero al realizar la verificación de dicho nivel freático esta se encuentra en una profundidad promedio de 6,00 metros.

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11. PARÁMETROS SÍSMICOS Con base en el estudio de suelos, los parámetros sísmicos de diseño se resumen en la Tabla 2. Tabla 2. Parámetros sísmicos PARÁMETROS SÍSMICOS Localización Puerto Boyacá - Boyacá Zona de amenaza sísmica: Intermedia Coeficientes de aceleración:

Aa: Av:

Tipo de perfil de suelo: Fa: Fv:

0,15 0,15 C 1,20 1,65

12. CONSUMO DE FATIGA Dado el uso del proyecto se propone que el consumo de fatiga máximo sea del 100%. 13. CONSUMO POR EROSIÓN Consumo máximo de erosión de la capa de soporte de la losa para materiales granulares básicos y/o estabilizados será máximo del 100%.

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14. PERIODO DE DISEÑO El horizonte de planeación definido para la operación parte del año 2015, el cual se adopta como primer año de servicio y se proyecta un alcance de 20 años para el diseño de pavimento rígido que corresponde al periodo comprendido entre los años 2015 y 2035. 15. TRAFICO Y MATERIALES De acuerdo con el tráfico establecido y el tipo de superficie vial estas cargas se multiplican por un factor se seguridad (FS) adoptado para este proyecto de acuerdo con el método de la PCA 84, que corresponden a: 

Factor de Seguridad para carga = 1.2



Factor de Mayoración de Repeticiones = 1.1

Los factores adoptados son considerados para el diseño debido a que se estima la superficie vial con buen volumen de tráfico, que corresponde en forma proyectada a ejes equivalentes de 8,2 Toneladas en un total de 6,75 E+06 a lo largo de los 20 años, estimación basada en los datos de TPD (Transito Promedio Diario) tabla No 5 del numeral 7.5.1 TRANSITO DE DISEÑO del documento VOD-5209124-13137-IB-CIVES-002 y se muestran en la tabla No 3.

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Tabla 3. Tránsito de Diseño

Fuente: Tabla No. 5 del numeral 7.5.1 Transito de Diseño del documento Estudio de suelos VOD-5209124-13137-IB-CIV-ES-002.

Los parámetros de diseño empleados para proponer la estructura del pavimento objeto de este estudio, son los siguientes: 

Método de diseño: PCA 84



Periodo de Diseño: 20 años



Volumen y Composición de Tránsito: 6.75E+06 Ejes Equivalentes de 8,2 Ton.



Módulo de reacción K del conjunto subrasante y materiales granulares pertenecientes a la estructura del pavimento: Mr = 43 MPa.



Módulo de rotura (MR = 4.5 Mpa = 45 Kg/cm2)



Sin Bermas



Con Dovelas

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Realizadas las corridas con el programa BS-PCA de la Universidad del Cauca, Versión 1.2 del año 2013, y teniendo en cuenta como parámetro de iteración los consumos de Erosión y Alaveo en el 100%, se obtiene un espesor de losas de 250 mm en forma constante dentro de las áreas del patio de maniobras. 16. MODULO DE ROTURA DEL CONCRETO Teniendo en cuenta que el proyecto tiene por funcionalidad ejercer como patio de maniobras y parqueo de tracto camiones cargados con 5 y 6 ejes traseros presiones en áreas de contacto de 3 toneladas como carga puntual, se sugiere que el Modulo de rotura del concreto (MR) no sea inferior a 4,5 Mpa. 17. ANÁLISIS ESTRUCTURAL La exploración y clasificación del suelo de subrasante están consignadas en el estudio de suelos comprobatorio. Los ensayos de laboratorio realizados dan como resultado un CBR equivalente al 6% en condición crítica con inmersión. Este parámetro se utiliza para determinar la resistencia del suelo de subrasante de la vía y la predicción de su comportamiento ante las solicitudes repetidas de cargas. Según el manual de diseño del INVIAS para pavimentos rígidos con alto volumen, la clasificación de los suelos de la subrasante, se realiza en función del CBR y se muestra en la tabla No 4. Tabla 4. Clasificación del suelo de subrasante CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS DE SUBRASANTE CLASIFICACIÓN DE LA SUBRASANTE

CBR EN %

S1

20

Para el caso en estudio, la subrasante se clasifica como suelo S3.

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El análisis de la estructura del pavimento se realizó siguiendo la metodología PCA y fue elaborado dentro del alcance del estudio de suelos comprobatorio. Los resultados son presentados en el estudio de suelos anexo 1 del presente documento. La alternativa de estructura de pavimento propuesta para el parqueadero se muestra en la figura 4.

Figura 4. Estructura Pavimento rígido para el patio de Maniobras - Planta Vasconia.

18. JUNTAS EN LOS PAVIMENTOS RIGIDOS Las principales funciones, entre otras de las juntas, son la ubicación adecuada para evitar el agrietamiento que se pudieron ocasionar por retracción del concreto, dilatación térmica y alabeo principalmente, otra de las funciones principales de las juntas en la transmisión de las cargas con la losa adyacente para evitar fallas por las deformaciones excesivas y disipación de la energía de las cargas por velocidad y por frenados. Varios son los sistemas de transmisión de carga, entre los que encontramos: - Trabazón de agregados - Junta Machi – Hembrada - Junta con pasadores

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La estructura de pavimento rígido se evalúa considerando un mecanismo de transmisión de carga y el empleo de pasadores (Barras de acero liso), teniendo presente que sobre la estructura transitará tráfico pesado con maniobras operativas para el parqueo, giros par circulación demarcada en el patio, reversas y frenados con carga máxima permitida, como solicitudes de carga y operación en el diseño. 19. PASADORES Este mecanismo transmite tanto fuerzas de cizalladura como momento flector permitiendo el movimiento horizontal de los losas, por lo que es necesario engrasar una mitad del pasador para evitar la adherencia con el concreto, con el condicionante que la totalidad de los pasadores empleados sean ubicados paralelos al sentido de la calzada o al sentido del flujo para el caso de los patios de maniobra. Los pasadores de carga, sus longitudes y separación entre ellos, están en función del espesor de la losa de concreto y se indica en la tabla del manual de diseño del INVIAS: “recomendación para la selección de pasadores de carga” que se presenta a continuación: Tabla 5. Recomendación para selección de los pasadores de carga

“DISEÑO, COMPRAS Y CONSTRUCCIÓN DE OBRAS CIVILES Y ELECTRICAS PARA EL PATIO DE MANIOBRAS EN LA ESTACIÓN VASCONIA DEL PROYECTO INCREMENTANDO CAPACIDAD DESCARGADEROS/ CARGADEROS DE PROPIEDAD DE LA SOCIEDAD CENIT TRANSPORTE Y LOGISTICA DE HIDROCARBUROS S.A.S” Disciplina : Nombre Documento:

CIVIL MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURA DE PAVIMENTO, PARQUEADERO ESTACIÓN VASCONIA VOD-8000000454-14001-ID-CIV-MC-024-A

Nº de Documento OMC :

OMC-800000454-ID-CIV-MC-024-A

Fecha: 26/02/2015 Archivo: OMC-8000000454-IDCIV-MC-02A-A. doc

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Fuente: Manual de diseño de pavimentos de concreto para vías con bajo, medio y altos volúmenes de trafico de INVIAS.

De la tabla anterior al ingresar con el espesor de losa de concreto se tiene que se requiere el empleo de pasadores lisos así: 

Para losa de 250 mm: Barras de 1 1/4” de pulgada de diámetro o No. 10, de 0.45 m de longitud y separación entre ellos de 0.30 m. fy = 60000 psi.

20. ACERO PARA DOVELAS EN JUNTAS Las barras de acero deben cumplir la norma NTC 2289 (ASTM A702). Las barras serán de acero redondo y liso con límite de fluencia (fy) mínimo de 420 Mpa (60000 Kg/cm 2 o 60.000 Psi); ambos extremos de los pasadores deberán ser lisos y estar libres de rebabas cortantes. En general las barras deben estar libres de cualquier imperfección o deformación que restrinja su deslizamiento libre dentro del concreto, aplica la especificación INVIAS artículo 500-07. 21. BARRAS DE ANCLAJE Para las juntas longitudinales, en nuestro caso se emplearán barras de anclaje que mantengan unidas las caras de las juntas y mejoren su eficiencia, el objeto de estas barras de anclaje es resistir esfuerzos a tracción generados por la fricción entre la losa del pavimento y la capa de apoyo.

“DISEÑO, COMPRAS Y CONSTRUCCIÓN DE OBRAS CIVILES Y ELECTRICAS PARA EL PATIO DE MANIOBRAS EN LA ESTACIÓN VASCONIA DEL PROYECTO INCREMENTANDO CAPACIDAD DESCARGADEROS/ CARGADEROS DE PROPIEDAD DE LA SOCIEDAD CENIT TRANSPORTE Y LOGISTICA DE HIDROCARBUROS S.A.S” Disciplina :

CIVIL

Nombre Documento:

Nº de Documento OMC :

MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURA DE PAVIMENTO, PARQUEADERO ESTACIÓN VASCONIA VOD-8000000454-14001-ID-CIV-MC-024-A OMC-800000454-ID-CIV-MC-024-A

Fecha: 26/02/2015 Archivo: OMC-8000000454-IDCIV-MC-02A-A. doc

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Tabla 6. Recomendación para barras de anclaje

Nota: Cuando se empleen barras de acero liso, las longitudes dadas en la Tabla se Multiplicarán por 1.5. Fuente: Instituto Colombiano de Productores de Cemento (I. C. P. C.). Pavimentos de

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“DISEÑO, COMPRAS Y CONSTRUCCIÓN DE OBRAS CIVILES Y ELECTRICAS PARA EL PATIO DE MANIOBRAS EN LA ESTACIÓN VASCONIA DEL PROYECTO INCREMENTANDO CAPACIDAD DESCARGADEROS/ CARGADEROS DE PROPIEDAD DE LA SOCIEDAD CENIT TRANSPORTE Y LOGISTICA DE HIDROCARBUROS S.A.S” Disciplina : Nombre Documento:

Nº de Documento OMC :

CIVIL MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURA DE PAVIMENTO, PARQUEADERO ESTACIÓN VASCONIA VOD-8000000454-14001-ID-CIV-MC-024-A OMC-800000454-ID-CIV-MC-024-A

Fecha: 26/02/2015 Archivo: OMC-8000000454-IDCIV-MC-02A-A. doc

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Concreto, Manual de Diseño, Pilo Ltda., Medellín, 1996).

De la tabla anterior se obtiene que para un ancho de carriles de 4.00 m y un espesor de losa de 0.250 m, en las juntas longitudinales, se emplearán barras corrugadas de 1/2 pulgada de diámetro, con una longitud de 0.85 m, de fy = 60000 PSI y una separación entre barras de 1.20 m máximo. Verificación del Índice de Esbeltez: Debido a la presencia de anchos de carriles de diferente magnitud, se busca determinar la longitud de la losa de concreto tratando de enmarcarse con la siguiente expresión: 1,0 < Longitud de losa / Ancho de losa