TIV-G-CIV-004_2
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HOJA DE CÁLCULO - DISEÑO DE FUNDACION PARA TANQUES METALICOS
CLIENTE: INSTALACIÓN: DESCRIPCION: FECHA REV.:
ELABORADO POR: REVISADO POR: APROBADO POR:
D IS EÑ O D E L AN I LL O F UN DAC I ÓN Pág. 6/8 Etiqueta (TAG)
T-1101
1.- DATOS DE DISEÑO A.- Datos del Equipo Pv: Peso del Tanque Vacío Po: Peso de Tanque en Operación PH: Peso Prueba Hidrostática D: Diámetro del Tanque γ Agua: Peso Espec. del Agua γ 1: Peso Espec. del Liquido HL: Altura de fluido contenido en el tanque H: Altura total del Tanque Adv: Aceleración Expectral Vertical S: Sobre Carga en Techo Recubrimientos (rec):
1.954.386,6 kg 77.641.900,6 kg 91.294.113,7 kg 76,36 m 1.000,00 kg/m³ 952,90 kg/m³ 17,34 m 19,51 m 0,39 0,0 kg 5,00 cm
B.- Características de Sitio Rs: Esfuerzo admisible del suelo s: Peso unitario de suelo γ s: φ: Ángulo de Fricción Interna del Suelo Bwp: Presion del viento
2,00 kg/cm² 1.900 kg/m³ 30 grados 120,00 kg/m²
C.- Características de los Materiales c: Peso unitario del concreto γ c: f'c: Resistencia del Concreto Ec: Modulo de Elasticidad del Concreto Fy: Resistencia del Acero E: Modulo de Elasticidad del Acero
2.400 kg/m³ 210 kg/cm² 217.370,65 kg/cm² 4.200 kg/cm² 2.100.000 kg/cm²
TIPO DE SUELO Arena o grava sin particulas finas, altamente permeables Arena o grava con mezcla de limo. Baja permeabil. Arena limosa. Arena y grava con alto contenido de arcillas. Arcilla media o rígida Arcilla blanda o limo a. Para condiciones saturadas el valor tiende a cero.
PESO UNITARIO SUELO (Kg/m3)
φ
Coef. de Fricción SueloConcreto
1,64 - 1,78 1,78 - 1,93 1,64 - 1,78 1,49 - 1,78 1,34 - 1,64
33 - 40 25 - 35 23 - 30 25 - 35a 20 - 25a
0,50 - 0,60 0,40 - 0,50 0,30 - 0,40 0,20 - 0,40 0,20 - 0,30
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2.- DIMENSIONAMIENTO A.- Dimensiones del Anillo WTANQUE : Peso del Tanque por Metro de Circunferencia Lineal W2: Fuerza Sismica Vertical por Metro de Circunferencia Lineal hANILLO: Altura del anillo t1: Ancho del Anillo t1 = 2 (W) / ( γ 1 HL + 2h (γ s-γ c))
8.146,7 kg/m 6.429,1 kg/m 0,60 m 1,02 m
Ancho adoptado (tANILLO) =
> 0,30 OK
2,85 m
B.- Presiones Diferenciales PDVSA L-STC-006 (5.1) Pag 6:
Po1: Presión de apoyo sobre el suelo debajo del fondo del tanque Po1 = γ 1 x HL + γ s x hANILLO Po2: Presión de apoyo sobre el suelo en la base de anillo Po2 = ( WTANQUE+ 0.5 x (t x γ 1 x HL) + h ANILLO xtANILLO x γ c) / t ANILLO PDIFERENCIAL = ((Po1 - Po2) / Min. Presión entre (Po 1 y Po2)) x 100
1,77 kg/cm² 1,26 kg/cm² 40,64 %
< 50% Ok
3.- CHEQUEO DE LA PRESION SOBRE EL SUELO Asumiendo que la pared del Tanque se encuentra ubicada en la mitad del anillo At: Area Total SANILLO = π x ( D4 - tANILLO4 ) / ( 32 x D ) = AA : Area Anillo PANILLO :Peso del Anillo
4.928,07 m² 12.600 m³ 683,72 m² 984.551 kg
A. - Chequeo por Prueba Hidrostática PHANILLO : Peso Prueba Hidrostática sobre el anillo PHANILLO = PH / At
1,85 kg/cm²
B.- Chequeo por Sismo Ps: Carga vertical debido al Sismo Ps = Po x Adv Ms: Momento de Volcamiento debido al Sismo
30.204.455 kg 295.441.493,9 kg-m
Ps1 = ((Po+Panillo+Ps)/At) + (Ms/S)
4,55 kg/cm²
Ps2 = ((Po+Panillo+Ps)/At) - (Ms/S)
-0,14 kg/cm²
Area traccion=
41,10 m²
1,425 m
Ms = Mr (Analisis Sismico) > 1.33 RS Falla
Para chequeo por sismo el esfuerzo admisible del suelo se puede incrementar en un 33%
79,21 m
Según la norma sismica Covenin 1756-1998 (11.4.5) Pag. 60 para solicitaciones sismicas se permite que en la fundación ocurra un Levantamiento parcial que no exceda el 25% del area total de apoyo.
76,36 m
1,425 m
0,83%
Existe Traccion en la Fundacion, por tanto:
r= 39,61 L= 2,30 β= 0,69 L1 = 13,31 Area total= 4.928,1 A Sector Circ.= 537,50 A traccion= 496,41
r Area a Traccion
< Rs Ok
β
-0,14 4,55
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C.- Chequeo por Viento Solicitaciones por Viento Wlf=
1,18
PDVSA L-STC-005 pag 4. Factor Multiplicador de Carga por Viento 126.557,9 kg PDVSA 90615.1.010 pag 4
Fw:Fuerza por Viento Fw = 0.6 x H x D x Bwp x Wlf Mw: Momento por Viento Mw = Fw x (H /2)
1.234.395 kg-m
Para chequeo por viento el esfuerzo admisible del suelo se puede incrementar en un 33% Chequeo Vacio
Pw1 = ((PV+Panillo)/At) + (Mw/S)
0,07 kg/cm²
Pw2 = ((PV+Panillo)/At) - (Mw/S)
0,05 kg/cm²
< 1.33 Rs Ok
Chequeo en Operación
Pw1 = ((PO+Panillo)/At) + (Mw/S)
1,61 kg/cm²
Pw2 = ((PO+Panillo)/At) - (Mw/S)
1,59 kg/cm²
< 1.33 Rs Ok
4.- ACERO DE REFUERZO PDVSA L-STC-006 (5.2) Pag 6 Del análisis de una sección o corte transversal del anillo, puede verse que la F uerza Horizontal Neta (Fn) es igual a: Ka: Coeficiente de Presión Activa Ka = tg 2 (45° -(φ / 2)) Fn: Fuerza Horizontal Neta Fn = Ka x h ANILLO x (γ 1 x H + (γ s x hANILLO / 2)) TEANILLO: Tensión Axial en el Anillo TEANILLO = (Fn x D)/2 = TEANILLOu: Tensión Ultima TEAnillou = 1.7 x TEANILLO
0,33 3.419,25 kg/m 130.551,24 kg 221.937,10 kg
Utilizando la Teoría de Rotura se tiene: As: Área de Refuerzo Horizontal As = TEANILLOu / φ x Fy AsMIN: As mínimo horizontal As MIN = 0,0025 x h ANILLO x tANILLO AsDEF Horizontal = Mayor (As,As min) : No. de la cabilla a colocar: Area de cabilla a colocar:
58,71 cm² 42,75 cm² 58,71 cm² 8 5,07 cm² Chequeo de Separacion:
Usar
12
CABILLA
# 8 en cada cara
Diametro Barra = 2,540 cm Separacion de Cal. = 3 cm
No. de Ramas As vertical = 0.0015 x (t ANILLO / No. de Ramas) x 1 in =
5 0,03 cm²/ cara
No. de la cabilla a colocar: Area de cabilla a colocar: Usar # 4
ACI 318-05, Pág. 89.
4 1,27 cm² a cada
50 cm en el sentido vertical
5.- CHEQUEO DEL ESFUERZO EN EL CONCRETO
PDVSA L-STC-006 (5.2) Pag 7
C = Coeficiente de Retracción n = E/Ec = Aconc: Area de Concreto fct = (CxExAs DEF Horizontal+TEANILLO)/((Aconc)+nxAsDEF Horizontal) =
0,0003 9,66 17.100 cm² 2,09 lb/in²
<10% f'c OK
OK
FUNDACIONES TIPICAS PARA TANQUES.
Según PDVSA L-STC-006
1.- Fundaciones Tipo I : Colchón de Arena 1.1.- Este tipo de Fundaciones son recomendables para zonas relativamente secas y donde no exista mucho arrastre de sedimentos causado por cambios climáticos o estacionales. 1.2.- Su uso limitado a zonas donde el suelo superficial o a poca profundidad tiene la capacidad requerida para soportar las cargas de diseño.
2.- Fundaciones Tipo II : Anillos de Piedra 2.1.- Las Fundaciones Tipo II deberan usarse en lugar de alas Fundaciones Tipo I, cuando la zona de ubicación de los tanques presentea una o ambas de las siguientes caracteristicas a) Clima Humedo b) Considerable arrastre de sedimentos causado por cambios climáticos o estacionales. Este tipo de Fundaciones devera utilizarse unicamente en zonas donde los estratos de suelo superficial o con profundidad hasta 457 mm (18 pulg.) tienen la capacidad requerida para soportar las cargas de diseño.
3.- Tipo III : Fundaciones Anulares de Concreto 3.1.- Se recomirnda este tipo de Fundacion, cuando el suelo resistente se encuentre a una profundidad mayor de 457 mm (18 pulg). 3.2.- La profundidad del anillo de concreto deberá ser la necesaria para apoyarlo en el estrato con capacidad de soporte adecuada, sin exceder 1524 mm. (5 pies) por debajo del nivel superficial del terreno. 3.3.- En caso de que el subsuelo consista de estratos de alta plasticidad, donde el estrato con capacidad de soporte adecuada este a mas de 1524 mm (5 pies) de profundidad, se recomienda el uso de un anillo de tablaestacas de acero coronado con un anillo de concreto reforzado. La profundidad de hincado de las tablaestacas será la necesaria para obtener un factor de seguridad de 1,1 contra la falla del suelo de fundación. 3.4.- La fundación anular será diseñada para soportar las presiones laterales de suelo causadas por los valores máximos de sobrecarga esperados. 3.5.- El dimensionamiento de la Fundacion anular debe asegurar que la presión unitaria promedio en la base del anillo sea aproximadamente igual a su correspondiente debajo del suelo confinado a la misma profundidad. Sin Embargo, el espesor mínimo del muro será de 203 mm. (8 pulg) y su diámetro medio sera igual al diametro nominal del tanque. 3.6.- La Fundacion anular tendra orificios o escotaduras necesarias para puntos de limpieza, tubos acodados para el drenaje del tanque u otros accesorios que se requieran
4.- Tipo IV : Placa de Concreto Armado 4.1.- Las Fundaciones tipo IV deberan usarse en zonas acondicionadas y para tanques de diametro no mayor que 6.1 m (20 Pies). Para Tanques cuyo diametro exceda el valor antes indicado, se usara el tio de fundacion adecuadoa las condiciones del suelo existente. 4.2.- El diseño de la parte correspondiente a la placa de fundación debe considerar los esfuerzos cortantes y de tensión que pudieran ser originados por el asentamiento diferencial del subsuelo. 4.3.- Debido a que la fundacion tipo IV es una modificación de la fundacion tipo III, la construcción del anillo debera cumplir con lo indicado en la sección 3.
5.- Tipo V : Placa Nervada de Concreto Armado 5.1.- En aquellos casos donde sea conveniente la verificacion de filtraciones a traves del fondo del tanque, se debera usar este tipo de fundaciones. Debido a que las fundaciones tipo IV, se considera calido lo indicado en la seccion 4 anterior. Para Tanques de diametro no mayor de 4.57 m (15 pies), se debera considerar el uso de una fundacion octogonal de espesor uniforme en vez de los tipos antes requeridos. 5.2.- Para los casos en que la capacidad de soporte del subsuelo sea suficiente, se deben considerar las alternativas de pilotaje o mejoramiento del suelo.
