EVALUACION CIMENTACION PLATEA DE CIMENTACIÓN
EBC CERRO CANDELA
TELMEX
Contenido: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.
Generalidades. Condiciones del suelo de fundación. Elección del tipo de fundación. Modelación de la sub-estructura y condiciones de borde. Propiedades mecánicas de los materiales Cargas aplicadas Geometría del modelo Verificación de los asentamientos permisibles de la cimentación. Verificación de la capacidad portante del terreno Verificación del factor de seguridad al volteo de la cimentación Cálculo del acero de refuerzo en la losa Verificación del punzonamiento en la losa de cimentación Verificación del Esfuerzo de Tracción en el pedestal Bibliografía
Lima – 2011
1) GENERALIDADES El presente memoria de cálculo corresponde a la evaluación de una losa de cimentación de una torre de telecomunicaciones de sección cuadrada de 30.00m de altura, ubicado en el distrito de San Vicente de Cañete (Cerro Candela), provincia de Cañete, departamento de Lima.
2) CONDICIONES DEL SUELO DE FUNDACION Realizado el relevamiento o replanteo de la cimentación mediante la excavación del suelo colindante al mismo, y verificando el tipo de suelo areno gravoso, se asume conservadoramente para fines de evaluación preliminar de cimentación la capacidad portante de 1.30kg/cm2.
3) TIPO DE FUNDACION Realizado el relevamiento de la cimentación se verifica que la misma esta compuesta por una platea de cimentación de 5.25 x 5.25mts, a una profundidad de desplante de 1.15mts. El espesor de la losa es de 40cm, con un relleno de 75cm.
Foto 01: Vista de zapatas pedestales de torre.
Foto 02: Vista de pedestal de torre.
Foto 03: Verificación de tipo de cimentación (platea). Nótese la existencia de viga de amarre de pedestales.
Foto 04: Verificación de la profundidad de cimentación.
Foto 05: Vista de fondo de cimiento.
4) MODELACION DE LA SUB-ESTRUCTURA Y CONDICIONES DE BORDE La cimentación ha sido modelada mediante elementos finitos tipo cáscara de espesor grueso (Thick shell) que son una combinación de elementos tipo membrana (resisten solo cargas en su plano) y elementos tipo lamina (resisten solo cargas fuera de su plano). Se ha incluido la deformación por corte mediante la formulación de Mindlin/Reissner del elemento finito de la losa. Con respecto al material se supone que es continuo e isotrópico. En relación a las condiciones de soporte se ha considerado la flexibilidad del suelo mediante resortes verticales cuya rigidez se ha determinado utilizando conservadoramente un coeficiente de balasto de 2.0 kg/cm3. Para la verificación de la capacidad portante y los desplazamientos admisibles, así como el diseño del acero de refuerzo se ha empleado el programa SAFE V12.1.1.
5) PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES (Asumidos para efectos de evaluación) -
Resistencia a la fluencia del Acero Grado 60 Fy = 4200 kg/cm2.
-
Resistencia a la compresión del Concreto f´c = 210 kg/cm2.
-
Peso del relleno sobre la zapata γs= 1 800 Kg/m3.
-
Peso volumétrico del concreto armado γc= 2400 Kg/m3.
-
Módulo de Elasticidad del concreto Ec = 2.17 x 105 Kg/cm2.
6) CARGAS APLICADAS: Las cargas de peso propio de la torre y de viento calculadas a 120kph son las siguientes:
7) DIMENSIONES DE LA CIMENTACIÓN EXISTENTE Dimensiones en planta Espesor de zapata
: 5.25m x 5.250m
: 0.40m
Sección de pedestal : 0.60m x 0.60m Altura total de pedestal
: 1.00m
Altura de relleno
: 0.75m
Figura 01: Dimensiones de platea.
Foto 06: Torre Cerro Candela 8)
CONSIDERACIONES TOMADAS EN LA EVALUACIÓN En el presente informe se han realizado las siguientes verificaciones: -
Verificación de los esfuerzos de aplastamiento del pedestal sobre la cimentación
-
Verificación de los esfuerzos transmitidos al terreno
-
Verificación de los esfuerzos de corte por flexión y punzonamiento en las zapatas
-
Verificación de los factores de seguridad frente al volteo y al arranque.
En la presente evaluación se verificará la estabilidad al volteo originado por el momento flector y la fuerza cortante debida a cargas de viento, y la capacidad portante del terreno originada por la fuerza de compresión (peso propio de la cimentación, peso del relleno, peso propio de la cimentación, peso del pedestal y la carga de compresión inducida por el viento). Se considerará un factor de seguridad frente al volteo de 1.50, debido a que no se va a tomar en cuenta el aporte al momento resistente de la reacción lateral pasiva del terreno. La cimentación ha sido modelada mediante elementos finitos tipo cáscara de espesor grueso (Thick shell) que son una combinación de elementos tipo membrana (resisten solo cargas en su plano) y
elementos tipo lamina (resisten solo cargas fuera de su plano). Se ha incluido la deformación por corte mediante la formulación de Mindlin/Reissner del elemento finito de la losa. Con respecto al material se supone que es continuo e isotrópico. En relación a las condiciones de soporte se ha considerado la flexibilidad del suelo mediante resortes verticales cuya rigidez se ha determinado utilizando conservadoramente un coeficiente de balasto de 2.0 kg/cm3. Para la verificación de la capacidad portante y los desplazamientos admisibles, así como el diseño del acero de refuerzo se ha empleado el programa SAFE V12.2.
Figura 03: Modelo de la zapata en el programa SAFE
9) VERIFICACION DE LOS ESFUERZOS DE APLASTAMIENTO EN EL CONCRETO DEL PEDESTAL Se verificará que las cargas amplificadas, para cada caso de carga, no producirán el aplastamiento del concreto del pedestal. La resistencia del concreto frente al aplastamiento se define mediante la siguiente fórmula: φ Pn ΦPn =
=
φ 0.85 fc' (bxt ) = 0.70 x0.85 x210 kg / cm 2 x40 cmx40 cm = 199.92 tn
0.70x0.85x210kg/cm2x35cmx35cm=153.06tn
Donde: - P n : Resistencia nominal al aplastamiento del concreto - φ : Factor de reducción de Resistencia al aplastamiento del concreto: 0.70 (Norma E-060) - bxt : Sección de la plancha base: 40cmx40cm
Conservadoramente, no se ha incluido el efecto confinante del concreto del pedestal que circunda la superficie de apoyo de la placa base y que incrementa la resistencia frente al aplastamiento. Por otro lado la fuerza última de aplastamiento del concreto es: Pu=1.25 x (1.50 + 18.4) = 24.88tn < 153.06tn Ok¡¡
10) VERIFICACIÓN DE LOS ESFUERZOS ADMISIBLES EN EL TERRENO
Figura 04: Esfuerzos transmitidos al terreno bajo cargas de servicio con viento a 0° Esfuerzo máximo = 0.92 Kg/cm 2
Figura 05: Esfuerzos transmitidos al terreno bajo cargas de servicio con viento a 45° Esfuerzo máximo = 1.27 Kg/cm 2 Como se puede observar, los esfuerzos máximos transmitidos al terreno bajo cargas de servicio (Carga muerta + carga de viento) es igual a 1.27 kg/cm2 < 1.30kg/cm2 (capacidad admisible del terreno según estudio de suelos).
11) VERIFICACIÓN DE LA CIMENTACIÓN FRENTE AL ARRANQUE
•
Para la verificación del arranque se tomará en cuenta las consideraciones establecida en la Norma: Structural Standards for Steel Antenna Towers an Antenna Supporting Structures TIA/EIA-F 1996. La mencionada norma estable que las fundaciones resisten la fuerza de levantamiento, producida por cargas eólicas, mediante su peso propio más el peso del terreno superior, encerrado dentro un cono o pirámide invertida cuyos lados forman un ángulo de 30º respecto a la vertical. Para el presente caso por considerarse que la cimentación tiene poca profundidad de desplante no se considerara la acción del cono de arranque.
Dimensión de zapata =
5.05 m
Dimensión del Pedestal =
0.60 m
Peralte de Zapata =
0.40 m
Altura de Pedestal =
1.00 m
Separación Pedestales =
4.15 m
Número de pedestales = Df =
1.15 m
4 γc
=
2.40 t/m3
γs
=
1.80 t/m3
1) Dirección X - Case 200 (Viento 0ª) Momento Resistente Elemento
Peso (t)
Brazo (m)
Mr (t-m)
24.4824
2.53
61.82
Vigas
2.13
2.53
5.38
Pedestales
3.46
2.53
8.73
Relleno
32.48
2.53
82.02
Peso torre
5.56
2.53
14.03
Mr =
171.97 t-m
Fuerza (t)
Brazo (m)
Ma (t-m)
Fx1
1.50 t
1.40
2.10
Fx2
1.40 t
1.40
1.96
Fx3
1.39 t
1.40
1.94
Fx4
1.51 t
1.40
2.12
Fz1
12.49 t
4.60
57.45
Fz2
12.69 t
4.60
58.37
Fz3
-12.49 t
0.45
-5.62
Fz4
-12.69 t
0.45
-5.71
Ma =
112.62 t-m
Zapata
Momento Actuante Elemento
F.S.V.(x) =
1.53
> 1.50 (OK)
2) Dirección Y - Case 240 (Viento 90ª)
Momento Resistente = Mr =
171.97 t-m
Momento Actuante Elemento
Fuerza (t)
Brazo (m)
Ma (t-m)
Fy1
1.41 t
1.40
1.97
Fy2
1.41 t
1.40
1.97
Fy3
1.38 t
1.40
1.94
Fy4
1.38 t
1.40
1.93
Fz1
-11.81 t
0.45
-5.31
Fz2
11.79 t
4.60
54.24
Fz3
11.81 t
4.60
54.32
Fz4
-11.79 t
0.45
-5.31
Ma =
105.75 t-m
F.S.V. (y) =
1.63
> 1.50 (OK)
11.0 VERIFICACIÓN DEL RATIO DE PUNZONAMIENTO:
0.53 < 1.00 Ok!
Figura 06: Ratio de Cortante por punzonamiento en zapata 12.0 VERIFICACIÓN DEL REFUERZO DEL PEDESTAL Y PLATEA No es factible la verificación por no contar con los planos estructurales.
13.0 CONCLUSIONES: De los resultados obtenidos se puede concluir lo siguiente: -
Los esfuerzos generados por las cargas de compresión axial sobre el pedestal, no sobrepasan la resistencia al aplastamiento del concreto.
-
Los esfuerzos transmitidos al terreno no sobrepasan la capacidad admisible del terreno considerado.
-
Los esfuerzos de corte generados en las zapatas no superan la resistencia al corte por punzonamiento de la sección.
-
No se cuenta con planos estructurales por lo que no es posible realizar la verificación del acero de pedestales y platea.
-
De acuerdo a las dimensiones y datos obtenidos en el relevamiento de cimentación (geometría de la platea) y considerando la capacidad portante asumida, la platea Cumple con los factores de seguridad, establecidos por la norma TIA/EIA-96-F, frente a las fuerzas de arranque o tracción generadas por cargas eólicas (V=120kph).
-
Se recomienda realizar el estudio de suelos y verificar la capacidad portante del terreno.
14) BIBLIOGRAFIA -
A FINITE ELEMENT APPROACH TO REINFORCED CONCRETE SLAB DESIGN James B. Deaton School of Civil and Environmental Engineering Georgia Institute of Technology - 2005
-
CALCULO DE ESTRUCTURAS DE CIMENTACION J. Calavera Instituto Técnico de Materiales y Construcciones - Intemac 1999
-
CIMENTACIONES DE CONCRETO ARMADO EN EDIFICACIONES Plateas de cimentación Cimentaciones de estructuras sometidas a fuerzas horizontales Capitulo Peruano del ACI – 1998
-
DISEÑO DE ESTRUCRTURAS DE CONCRETO ARMADO 2da edición Teodoro Harmsen – Paola Mayorca Fondo Editorial PUCP – 2000
