3_MDCME02-6330-102-1

CORPORACIÓN NACIONAL NACIONAL DEL COBRE DE CHILE CODELCO – CHILE

Proyecto Nº C-541

VICEPRESIDENCIA CORPORATIVA DE PROYECTOS

PROYECTO EXPLOTACIÓN SULFUROS RT FASE I Memoria de Cálculo N° N08DT04-FI1-AKER_S-SRT-MDCME02 N08DT04-FI1-AKER_S-SRT-MDCME02-6330-102 -6330-102 ESTANQUE DE AGUA INDUSTRIAL E INCENDIO Aker Solutions Av. Nueva Tajamar 481, Piso 19 Las Condes, Santiago

APROBACIÓN DEL CLIENTE: FECHA:

REV

FECHA

PREPARÓ

REVISÓ

APROBÓ

DESCRIPCIÓN

A

30/09/08

JIM

OVA

B

24/10/08

JIM

OVA

EBC

0

24/12/08

JIM

OVA

NAR/EBC

EMITIDO PARA CONSTRUCCIÓN.

1

11/02/09

JIM

OVA

NAR/EBC

MODIFICA SEGÚN LO INDICADO.

EMITIDO PARA COORDINACIÓN INTERNA. EMITIDO PARA ARPOBACION CLIENTE.

CORPORACIÓN NACIONAL DEL COBRE DE CHILE CODELCO - CHILE Proyecto Nº C541

N°N08DT04-FI1-AKER_S-SRT-MDCME02-6330-102

Estanque de Agua Industrial e Incendio

Rev. 1

ÍNDICE Página 1.0

ALCANCES............ ALCANCES .......................... ........................... ........................... ............................ ........................... ........................... ........................... ......................... ................ 3

2.0

DESCRIPCION DESCRIPCION DEL SISTEMA................................... SISTEMA................................................. ........................... .......................... ........................... .................. 3

3.0

BASES DE CÁLCULO............ CÁLCULO .......................... ............................ ............................ ............................ ........................... ........................... ....................... ......... 3

4.0

CÁLCULOS............ CÁLCULOS .......................... ........................... ........................... ............................ ........................... ........................... ........................... ......................... ................ 5

5.0

RESUMEN DE CÁLCULO Y CONCLUSIONES .......................... ....................................... ........................... .......................... ............ 5

6.0

LISTADO DE PLANOS Y DOCUMENTOS DOCUMENTOS ......................... ....................................... ........................... .......................... ..................... ........ 6

P:\C541\Ing_Documentos\Mec\Archivo\Memcal\MDCME02-6330-102\Rev.1\MDCME02-6330-102-1.doc

2/7


1.0



Rev. 1

ALCANCES El alcance de esta memoria de cálculo es entregar las dimensiones principales del estanque de almacenamiento de Agua Industrial e Incendio para el proyecto Explotación Súlfuros RT – Fase I, de manera de establecer los requerimientos mínimos para la fabricación, considerando la siguiente información: -

2.0

Espesor del manto, techo y piso. Dimensiones del Atiesador Superior. Dimensiones del Atiesador(es) intermedio(s). Ángulo de inclinación del techo. Cantidad, diámetro y material de Pernos de Anclaje. Dimensiones y Material de Sillas de Anclaje (dimensiones, material). Peso Estimado de la Calderería del Estanque.

DESCRIPCION DEL SISTEMA 1

El objetivo del estanque es suministrar Agua Industrial y de Incendio al área 3112 Chancado Primario en las dependencias de la mina Radomiro Tomic. El estanque es abastecido desde el estanque existente TK-601. En la tabla 1 se muestran las características del estanque para el cual esta memoria es válida: Estanque SRT-EST-002

3.0

Diámetro Interior m

Altura sin Revancha m

Capacidad Neta m3

Capacidad Bruta m3

Descripción

13.350

9.0

1260

1302

Agua Industrial e Incendio

BASES DE CÁLCULO El cálculo se realiza según la norma API-650/2007, "Welded Steel Tanks For Oil Storage". En primer lugar se presentan los valores de los datos requeridos para el cálculo, los que provienen de la información del proyecto (Equipment List y P&ID) y tablas de la norma. Cada variable está debidamente identificada. Luego se aplican las ecuaciones y límites señalados por la norma. Por último, se presentan los resultados del cálculo según lo señalado en el punto 1.0.


3/7

1




Rev. 1

Para lograr obtener las dimensiones planteadas en los alcances, se requieren adoptar las siguientes consideraciones en el cálculo: -

El método de cálculo de los espesores del manto será el método “1-foot”, dado que se trata de un estanque de menos de 60 [m] de diámetro. Se considera un espesor no-uniforme para el manto del estanque. Dado que se trata de un estanque de entre 15 y 36 [m], el espesor del manto no puede ser menor de 5 [mm]. Se asume techo cónico soportado. Se asume un piso plano, espesor uniforme y apoyado totalmente en el terreno. Los accesorios del estanque no son considerados, sin embargo, se asume un 15% de carga adicional. Los cálculos se realizan en unidades SI, sin embargo, se utilizan unidades inglesas debido a que la norma expresa algunas de sus ecuaciones en este sistema de unidades. El material considerado para la fabricación del estanque es acero ASTM A-36, con un límite de fluencia de 36000 [psi] y un límite de diseño de 23200 [psi]. Se considera un sobre espesor por corrosión (CA) de 4 [mm] para el fondo y el manto del estanque y 2 [mm] para el techo, considerando la vida del proyecto de 20 años.


4/7


4.0



Rev. 1

CÁLCULOS El detalle de los cálculos de muestra en los Anexos.

5.0

RESUMEN DE CÁLCULO Y CONCLUSIONES 5.1

RESUMEN

En la tabla 2 de presenta el resumen de los datos obtenidos para el estanque bajo la norma API-650/2007. Resultados Estanque de Almacenamiento bajo la Norma API650 SRT-EST-102 Espesores (mm) Superior 6 Manto Intermedio 5 Inferior 5 Piso 8 Techo (API 650) 6 Techo (API 650) Ángulo de Inclinación 10° Área unión manto (in2) 3.68 Atiesadotes Superior L 4”x4”x½” Intermedio No requiere Anclajes Circunferencia Pernos (m) 13.503 Cantidad 24 Diámetro Perno (mm) 25.4 Material ASTM A-36 Silla (mm) LS 152 Anch 254 ags 29 agb 51 Talma 8 Sep 229 Tsilla 20 Alt 304 Peso Acero Estanque, estimado (ton) 28.2


5/7


5.2



Rev. 1

CONCLUSIONES

Al observar los resultados, se puede concluir: 





6.0

Los espesores de pared para el estanque no sobrepasa los 6 [mm], siendo 5 [mm] valor mínimo recomendado por la API-650 cuando el espesor obtenido por el cálculo es menor que este valor. En el caso del espesor del piso, el valor mínimo según la norma es de 6 mm, sin embargo, si se consideran 2 mm por efectos de corrosión, se obtiene un valor de 8 mm presentado para este estanque. Debido a las grandes dimensiones del Estanque de Agua Industrial, se obtiene un espesor de manto de 6 mm para el manto junto a la base.

LISTADO DE PLANOS Y DOCUMENTOS Los planos y documentos utilizados en el desarrollo de esta memoria de cálculo, son los siguientes: Nº Documento Anexo 1

Descripción Memoria de Cálculo

N08DT04-FI1-AKER_S-SRT-CRTME02-0000-101 N08DT04-FI1-AKER_S-SRT-DOCME02-0000-101 N08DT04-FI1-AKER_S-SRT-301ME02-6330-101

Criterio de Diseño Mecánico Project Site Conditions Plano Planta, Elevación y Vistas - Diseño


Rev. 1 0 0 1

6/7




Rev. 1

Anexo 1 Memoria de Cálculo


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Estanque de Agua Industrial Rev.1 N08DT04-FI1-AKER_S-SRT-MDCME02-6330-102

Proyecto C 541 DATOS DEL ESTANQUE TAG N° PLANO REFERENCIA

SRT-EST-002 401ME02-6330-101

Estanque Agua Industrial e Incendio

1 VARIABLES DE INGRESO Diametro Nominal del Estanque Diametro Basal del Estanque Altura Total Estanque (sin techo) Altura techo Altura Total del fluido a almacenar Angulo del techo (techo soportado θ>3.6°, API650/07. 5.10.4.1) Gravedad Específica del Fluido Espesor asignado por corrosión para manto Espesor asignado por corrosión para fondo Espesor asignado por corrosión para techo Velocidad del viento Esfuerzo de Fluencia del material (A-36) Tabla 5.2 Pagina 5-12 Esfuerzo de Diseño material a utilizar Tabla 5.2 Pagina 5-12 Esfuerzo para Prueba hidráulica Densidad acero

D Db H h HF θ

G CAm CAf CAt VT SDP Sd St

13350,0 13550,0 9300,0 1177,0 9000,0 10,0 1,0 3,5 2,0 1,0 190,0 250,0 160,0 171,0 7850,0

mm mm mm mm mm ° mm mm mm km/h Mpa Mpa Mpa kg/m3

43,79 ft 44,44 ft 30,50 ft 3,86 ft 29,52 ft 0,17 rad 1,00 3,50 mm 2,00 mm 1,00 mm 120,00 millas/h 36.000,00 lbf/in2 23.200,00 lbf/ft2 24.900,00 lbf/ft2 490,06 lbf/ft3

2 CALCULO DEL ESPESOR DEL MANTO (Método 1-foot) Espesor de Diseño

Manto 1 2 3 4

e > 5 [mm]. API 650/07 5-11

H [m] 9,3 7,8 5,4 3

Td [mm] 6 6 5 5

Tt [mm] 4 3 2 2

e [mm]

6 6 5 5

3 CALCULO DEL FONDO Espesor mínimo del fondo CAf

e=1/4"+CA. API 650/08 punto 5.4.1

Espesor del fondo

6,0 mm 2,0 mm

8,0 mm

4 CÁLCULO DEL TECHO Espesor mínimo techo CAt

e=3/16"+CA. API 650/07. 5.10.2.2

5,0 mm 1,0 mm

4

Altura techo Ángulo techo

3,5

1,2 m 10,0 °

3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0

2

4

6

8

10

12

Espesor del techo

6,0 mm

5 CÁLCULO DEL PESOS Peso Manto Peso Techo Peso Estructura Peso Fondo

8298 5000 2000 9056

Peso Total Estanque (+15% elementos anexos)

W

kg kg kg kg

28007 kg

6 VERIFICACION DE ESTABILIDAD DEL ESTANQUE POR EFECTOS DEL VIENTO Presión sobre superficies cilindricas proyectadas en la vertical (velocidad del viento 190 km/hr) Presión sobre superficies cónicas proyectadas en la horizontal (velocidad del viento 190 km/hr)

0,86 kPa 1,44 kPa

API 650/07. 5.2.1 (j)

Fuerza vertical debido al viento Fuerza horizontal debido al viento Momento vertical debido al viento Momento horizontal debido al viento Momento volcante total Momento debido al peso

Fv1 Fv2 Mv1 Mv2 Mv Wr Mv/Wr

1171,5 kg/m 1154,4 kg 50662,8 kgm 11188,9 kgm 61851,7 kgm 186948,5 kgm 0,3 <0.6

Mv<= (2/3)(WD/2). API 650/07. Punto 5.11.2

=>

P:\C541\Ing_Documentos\Mec\Archivo\Memcal\MDCME02-6330-102\Rev.1\MDCME02-6330-102-1.xls

Estanque estable respecto a cargas de viento

1 of 15


7 VERIFICACION SISMICA 7,1 Datos sísmicos Razón Diametro / Altura Periodo natural del primer armónico Factor de importancia Coeficiente de sitio Factor de zona sísmica (Zona II) Altura estanque incluyendo el techo

API 650/07. E.3

7,2 Momento Volcante por sismo (Ms) Coeficiente de fuerza sísmica lateral Aporte del peso total del contenido Centroide de carga sísmica

API 650/07. E.6

10,5 Ai (Norma Nch2369/03) Wi Xi Ai*Wi*Xi

D/H T I SS Z Ht

3,8 1

API 650/07. E.4.5.2 API 650/07. Tabla E-5

m

0,600 g 8685463 N 3,49 m 18174332,22 N-m

1,4 3,9 s 1,25 * 1,5 0,2 34,4 ft

C1 W1 X1 W1*C1*X1

0,6 2006501,7 lbf 11,34 ft 13652581,5 lbf-ft

Peso del manto del estanque Centro de gravedad del manto

Ws Xs Ai*Ws*Xs

81324 5,2 255607,6

N m N-m

Ws Xs C1*Ws*Xs

Peso techo estanque Centro de gravedad estanque (considerando techo)

Wr Xr Ai*Wr*Xr

68600 10,5 431232,6

N m N-m

Wr Ht C1*Wr*Ht

15432 lbf 34,4 ft 318194,8158 lbf-ft

Coeficiente de fuerza sísmica lateral Porcentaje de aporte del peso total del contenido Centroide de carga sísmica

Ai (Norma Nch2369/03) Wc Xc Ac*Wc*Xc

0,30 4161613 6,19 7723227,1

g N m N-m

C2 W2 X2 W2*C2*X2

0,30 917257,9 lbf 20,28 ft 5579236,8 lbf-ft

Peso total del contenido

Wp

12757378

N

Wc

2866430,9 lbf

W1/Wc W2/Wc X1/H X2/H

18295 lbf 17,2 ft 188605,9 lbf-ft

0,7 0,32 0,33 0,59

*: 1,0 para todos los estanques a menos que el fabricante indique lo contrario. Aplicar un valor máximo de 1,25 para estanques que deban estar operativos luego de un sísmo o que contengan líquidos explosivos o toxicas

Momento basal sísmico

Mrw

7,3 Carga unitaria por carga estática (Wt) Peso total del manto Ws Peso total del techo Wrs Peso total del manto más el techo por unidad de circunsferencia Wt 7,4 Resistencia al volcamiento (wl) Wa1 Wa2 (max) Valor menor entre WI1 y WI2 Wa

6646099,877 N-m

Ms

4934654,8 lbf-ft

81324 68600 3575

N N N/m

Ws Wr Wt

18295 lbf 15432 lbf 245,2 lbf/ft

38188,9 24334,4 24334,4

N/m N/m N/m

WI1 WI2 wl

2607,4 lbf/ft 1669,6 lbf/ft 1669,6 lbf/ft

API 650.93. E.4.1

7,5 Cálculo de la razón límite

API 650/07 E-18

J

1,34

1,54>J>0.785

=>

R

1,34

Estanque estructuralmente estable a sismos

7,6 Verificación de tensiones de compresión longitudinal del manto API 650/07 E-19

Tensión de compresión unitaria Tensión de compresión máxima Tensión admisible de compresión

API 650/07 E-18

b σs

R Fc 0.5*Fty

Fc<0.5*Fty

51046 E.6.2.2.1-2a 276,2 37,30 125

Fa>fa

MPa >44 Mpa

=>

b fa R Fa

3521,4 1242,3 1048170,5 5394,6

lb/ft psi >10^6 psi

El manto a nivel basal, resiste la tensión de compresión longitudinal máxima generada por la combinación de cargas estáticas y la fuerza eventual de un sismo.

8 CÁLCULO DE LOS ATIESADORES 8,1 Atiesador Superior Área mínima de la sección del anillo atiesador

A

3,68 in2 23,76 cm2

API650/93. 3.10.5.2

8,2 Propiedades Geométricas Radio interior estanque Espesor placa a reforzar Longitud máxima de manto involucrado Longitud normal al techo desde el eje del estanque Espesor techo Longitud máxima del techo involucrado

Rc ts wc R2 th wh Aperfil

Atiesador Superior

=>

21,9 0,016 4,3 126,1 0,020 5,672

ft ft in ft ft in

23,40 cm2*

Atiesador Superior Perfil L 125x125x10

*: Dato extraido de catálogo ICHA


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8,3 Atiesadores Intermedios Distancia vertical entre el atiesador intermedio y el atiesador superior

H1

1,08531E-08 m

API 650/07. 5.9.7.1

Atiesadores Intermedios

=>

No se requiere atiesador intermedio

9 CÁLCULO DE LOS PERNOS DE ANCLAJE Aún cuando los cálculos indiquen que el estanque es estable, éste se anclará por seguridad. API 650/07. 5.11.1

Fuerza de tracción unitaria Fuerza tracción total

q Q

Separación pernos anclaje

sep

3031,1 lb/ft 416965,1 lb 188885,2 kg 6 ft

API/650.07. E.7.1.2

Diámetro del circulo de pernos Número de pernos

DIAM N

Fuerza en cada perno debido a sismos

Fmin Atn

Pernos de Anclaje

=>

Cantidad Acero Diámetro

44,3 ft 24 17571,93 lb 0,61 in2 3,94 cm2

24 A-36 1 in

10 DISEÑO DE LA SILLA DE ANCLAJE Largo diámetral silla Separación entre almas de la silla Ancho silla Distancia desde el manto hasta el centro del perno Diámetro aproximado de la tuerca Radio de poisson Momento de la silla Espesor placa silla Espesor placa almas de silla Altura silla Diámetro perforación superior Diámetro perforación inferior

LS<6 =>

LS sep

6 in 9 in

anch

10 in am en u My tsilla talma

3 in 0,825 in 0,3 4017,8 lb 23,2 mm 8,7 mm 12 in 1,125 in 2 in

Alt ags agb LS

ags

tsilla

Alt

Anch

Sep

talma

agb

RESUMEN Observaciones 1 Estanque estable respecto a cargas de viento 2 Estanque estructuralmente estable a sismos 3 El manto a nivel basal, resiste la tensión de compresión longitudinal máxima generada por la combinación de cargas estáticas y la fuerza eventual de un sismo.

1177 mm

10°

L 125x125x10

0 0 3

4 Atiesador Superior Perfil 5 No se requiere atiesador intermedio m m 0 0 0 . 9

Volúmen útil: Volúmen residual: Volúmen total: Peso contenido:

1260 m3 42 m3 1302 m3 1260 ton

13.350 mm


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PAPER

Impulsive natural period Ti [s] 0,191883761

Convective Impulsive spectral Convective spectral Period acceleration acceleration Tc [s] Sa Sav 5,43680259 0,230695994 0,033280952 0,75

Parámetros Ao aceleración efectiva máxima (Zona 2) T' [s] ,n parámetros relativos al tipo de suelo (Tipo II) T* periodo fundamental de vibración en la dirección del análisis R factor de modificación de la respuesta ξ razón de amoritguamiento I Factor de Importancia (Agua de Incendio) Ci coeficiente impulsivo (H/r=1,4) Cc coeficiente convectivo (H/r=1,4) H Altura líquido [m] r Radio Nominal estanque [m] h Espesor equivalente [mm]

NCh2369/03 0,3 g 0,35 4 0,05 1 6,12 1,488 9 13,35 0,0055

1,33

PAPER

Impulsive natural period Ti [s] 0,191883761

Convective Impulsive spectral Convective spectral Period acceleration acceleration Tc [s] Sa Sav 5,43680259 0,230695994 0,033280952 0,75

Parámetros Ao aceleración efectiva máxima (Zona 2) T' [s] ,n parámetros relativos al tipo de suelo (Tipo II) T* periodo fundamental de vibración en la dirección del análisis R factor de modificación de la respuesta ξ razón de amoritguamiento I Factor de Importancia (Agua de Incendio) Ci coeficiente impulsivo (H/r=1,4) Cc coeficiente convectivo (H/r=1,4) H Altura líquido [m] r Radio Nominal estanque [m] h Espesor equivalente [mm]

Nch2369

NCh2369/03 0,3 g 0,35 4 0,05 1 6,12 1,488 9 13,35 0,0055

1,33

Perfil ICHA Alas iguales L mm L 30x30x2 L 30x30x3 L 40x40x2 L 40x40x3 L 50x50x3 L 50x50x4 L 65x65x6 L 65x65x5 L 80x80x4 L 80x80x5 L 100x100x4 L 80x80x6 L 100x100x5 L 100x100x6 L 125x125x5 L 125x125x6 L 100x100x8 L 150x150x6 L 125x125x8 L 150x150x8 L 125x125x10 L 175x175x8 L 150x150x10 L 175x175x10 L 150x150x12 L 200x200x10 L 175x175x12 L 200x200x12 L 175x175x14 L 200x200x14

kgf/m -

Area 2 cm -

0,89

1,13

1,10

1,40

1,20

1,53

1,77

2,25

2,24

2,85

2,59

3,30

2,95

3,75

3,41

4,35

4,24

5,40

5,96

7,59

6,07

7,74

7,07

9,01

7,53

9,59

8,96

11,40

9,49

12,10

11,30

14,40

11,70

14,90

13,70

17,40

14,90

18,90

18,00

22,90

18,30

23,40

21,20

26,90

22,30

28,40

26,20

33,40

26,40

33,60

30,10

38,40

31,10

39,60

35,80

45,60

35,90

45,80

41,40

52,80

Perfil según ICHA Tipo L L mm kgf/m L 200x150x14 L 200x150x12 L 200x150x10 L 200x150x8 L 175x125x12 L 175x125x10 L 175x125x8 L 175x125x6 L 150x100x10 L 150x100x8 L 150x100x6 L 150x100x5 L 125x80x8 L 125x80x6 L 125x80x5 L 125x80x4 L 100x65x6 L 100x65x5 L 100x65x4 L 100x65x3,5 L 80x50x5 L 80x50x4 L 80x50x3,5 L 80x50x3,5 L 65x40x4 L 65x40x3,5 L 65x40x3 L 65x40x2,5 L 50x30x3,5 L 50x30x3 L 50x30x2,5 L 50x30x2,5 L 40x25x3 L 40x25x2,5 L 40x25x2 L 30x20x2,5 L 30x20x2

35,90 31,10 26,20 21,20 26,40 22,30 18,00 13,70 18,30 14,90 11,30 9,49 12,00 9,19 7,72 6,23 7,31 6,15 4,97 4,38 4,78 3,88 3,41 2,95 3,09 2,73 2,36 1,98 2,04 1,77 1,49 1,20 1,41 1,19 0,969 0,901 0,733

Area 2 cm 45,8 39,6 33,4 26,9 33,6 28,4 22,9 17,4 23,4 18,9 14,4 12,1 15,3 11,7 9,84 7,94 9,31 7,84 6,34 5,57 6,09 4,94 4,35 3,75 3,94 3,47 3,00 2,52 2,60 2,25 1,90 1,53 1,80 1,52 1,23 1,15 0,93

3_MDCME02-6330-102-1

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