Fundaciones
diseo por PDVSA (REV. 2004)HOJA DE CLCULO DISEADO:PROYECTO:REVISADO: PROY. No:EQUIPO:REVISION:FUNDACIONES DE TANQUES DE ALMACENAMIENTOFECHA:
DISEO DE FUNDACION ANULAR PARA TANQUE CILINDRICO METALICO (Ref. PDVSA JA-221 y FJ-251. ANILLO SECCION T INVERTIDA)
1. DATOS PARA EL DISEO
DIAMETRO DEL TANQUE:d =m ALTURA DEL TANQUE:H =m PESO ESPECIFICO DEL LIQUIDO:gL =kg/m NIVEL MAXIMO DEL LIQUIDO:HL =m PESO PARED DEL TANQUE: Ws =kg ALTURA CENTRO DE GRAVEDAD (CUERPO):Xs =m PESO DEL TECHO DEL TANQUE: Wr =kg ESPESOR PROMEDIO PAREDES DEL TANQUE:tm =mm ESPESOR PLANCHA BASE DEL TANQUE:tb =mm PESO UNITARIO DEL SUELO:gs =kg/m ANGULO DE FRICCION INTERNA DEL SUELO: = CAPACIDAD PORTANTE DEL SUELO:Rs =kg/cm MODULO DE BALASTO DEL SUELO:Kb = RESISTENCIA A COMPRESION CONCRETO:f'c =kg/cm PESO UNITARIO DEL CONCRETO:gc =kg/m RESISTENCIA A FLUENCIA ACERO REFUERZO:Fy =kg/cm
0.000.00
0.00
2. CALCULO DE PESOS y ALTURAS EFECTIVOS (Ref. Seccin 5, PDVSA FJ-251 Feb 99)
Pesos efectivos
Peso total del lquido:
W = p d 2 H L g L / 4 =0kg
d / H L =ERROR:#DIV/0!
W1 / W = tanh (0,866 (d / H L)) = ERROR:#DIV/0! 0,866 (d / H L)
W2 / W = 0,23 (d / H L) tanh (3,67 / (d / H L)) = ERROR:#DIV/0!
W1 =ERROR:#DIV/0!kg
W2 =ERROR:#DIV/0!kg
Alturas efectivas
X1 / H L = 0,5 - 0,094(d / H L)) = ERROR:#DIV/0!
X2 / H L =1 -cosh (3,67 / (d / H L)) - 1 =ERROR:#DIV/0!(3,67 / (d / H L)) senh (3,67 / (d / H L))
X1 =ERROR:#DIV/0!m
X2 =ERROR:#DIV/0!m
3. CALCULO DE FUERZAS SISMICAS (Ref. PDVSA JA-221 y FJ-251 Feb 99)
Parmetros que definen la zona ssmica
Ubicacin de la estructura:
a* =cm/s2Figura 6.1 PDVSA JA-221g =Figura 6.2 PDVSA JA-221
Caractersticas del contenido y riesgos asociados
El contenido del tanque es:
Grado de Riesgo =Tabla 4.1 PDVSA JA-221
Probabilidad de excedencia anual del movimiento ssmico de diseo
p1 =Tabla 4.1 PDVSA JA-221
Aceleracin horizontal mxima del terreno
a = a* ( -ln (1 - p1) ) -1/gEcuacin 6.1 PDVSA JA-221
a =ERROR:#DIV/0!cm/s2
Ao = a / gEcuacin 6.3 PDVSA JA-221
g =981cm/s2
Ao =ERROR:#DIV/0!
Valores que definen el espectro de respuesta
Perfil de suelo =Tabla 5.1 PDVSA JA-221j = idemb = Tabla 6.1 PDVSA JA-221To = sidemT* =sidem
Condicin inicial de anclaje asumida para el tanque
Condicin de anclaje =
OTEPI: opciones:anclado, no anclado Nota: En el caso de " no
anclado " esta condicin deber ser verificada en el clculo
de la estabilidad
Coeficiente de amortiguamiento equivalente
a) Efecto impulsivo horizontal
z =Tabla 3.1 PDVSA FJ-251 b* = b / 2.3 (0.0853-0.739 ln z)Ecuacin 6.4 PDVSA JA-221b* =ERROR:#NUM!
b) Efecto convectivo
z = Tabla 3.1 PDVSA FJ-251b* =ERROR:#NUM!
Perodos de vibracin
a) Modo impulsivo horizontal
T1 = 1,762 (H L / K h) (g L / g*Es) 1/2Ecuacin 6.1 PDVSA FJ-251
tm / 1000 (0,5d) =ERROR:#DIV/0!
H L / 0,5d =ERROR:#DIV/0!
K h =Figura 6.1 PDVSA FJ-251
E s =2,1*E06kg/cm2
T1 =ERROR:#DIV/0!s
b) Efecto convectivo
T2 = 20 p (d / 2g) 1/2Ecuacin 6.1 PDVSA FJ-251(1,84 tanh (1,84 H L / 0,5*d)) 1/2
T2 =ERROR:#DIV/0!s
Ordenadas de los espectros de diseo para la componente horizontal
Ad = ( j Ao (1 + T (b* - 1)) / (1 + (T / T+)c (D - 1))para T < T+Ad = j Ao b* / Dpara T+ T T*Ad = j Ao b* (T* / T) 0,8 / Dpara T* T 3Ad = ( j Ao b* / D) (T* / 3) 0,8 (3 / T) 2,1para T > 3c = ( D / b* ) 1/4
Factor de ductilidad
D =Seccin 3 PDVSA FJ-251
T+ = 0.1*( D - 1 ) =-0.1Tabla 7.1 PDVSA JA-221ZONA DE CALCULO
como debe cumplirse T T+ T* entoncesT+T*00T+ = To = 0.00sCALCULO DE Ad a) Ordenada del espectro para el modo impulsivo horizontalMODOPERIODO T (s)CONDICION ACTUALVALOR AdCONVECTIVOERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!T1 =ERROR:#DIV/0!sIMPULSIVOERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!
Ad1 =ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!ORDENADAS Ad (seccion 7, PDVSA JA-221)Ad (convectivo)Ad (impulsivo) b) Ordenada del espectro para el modo convectivo horizontalAd = ( j Ao (1 + T (b* - 1)) / (1 + (T / T+)c (D - 1)) T < T+ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!Ad = j Ao b* / D T+ T T*ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!T2 =ERROR:#DIV/0!sAd = j Ao b* (T* / T) 0,8 / D T* T 3ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!Ad = ( j Ao b* / D) (T* / 3) 0,8 (3 / T) 2,1 T > 3ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!Ad2 =ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!c = ( D / b* ) 1/4ERROR:#NUM!ERROR:#NUM!
Altura mxima de oscilacin del lquido
h = 0,48*d*Ad2 =ERROR:#DIV/0!m
h (camara aire) =0.0 - 0.0 =0.00mERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!
Fuerza cortante en la base del tanque
a) Modo impulsivo:
V1 = Ad1 ( W1 + Ws + Wr )Seccin 7.1.1 PDVSA FJ-251
V1 =ERROR:#DIV/0!kg
b) Modo convectivo:
V2 = Ad2 * W2
V2 =ERROR:#DIV/0!kg
c) Cortante Basal mximo probable:
V = ( V1 2 + V2 2 ) 1/2
V =ERROR:#DIV/0!kg( cortante ltimo )
d) Cortante Basal reducida en la base:
Vr = 0,8 V =ERROR:#DIV/0!kg( cortante de servicio )
Momento de volcamiento en la base del tanque
a) Modo impulsivo:
M1 = Ad1 ( W1*X1 + Ws*Xs + Wr*Xr )Seccin 7.1.2 PDVSA FJ-251
M1 =ERROR:#DIV/0!kg*m
b) Modo convectivo:
M2 = Ad2 * W2*X2
M2 =ERROR:#DIV/0!kg*m
c) Momento de volcamiento mximo probable:
M = ( M1 2 + M2 2 ) 1/2
M =ERROR:#DIV/0!kg*m( momento ltimo )
d) Momento de volcamiento reducido en la base:
Mr = 0,8 M =ERROR:#DIV/0!kg*m( momento de servicio )
4. CALCULO DE FUERZAS DE VIENTO(Ref. UBC)
VELOCIDAD BASICA DEL VIENTO :V =
OTEPI: VER TABLA ABAJOkm/hr PRESION STANDARD A 10 m DE ALTURA : qs
=
OTEPI: VER TABLA ABAJOMIN. 30 KG/M2kg/m2 TIPO DE EXPOSICION :
COEFICIENTE DE PRESION : Cq =
OTEPI: = 0,80 PARA TANQUES CIRCULARES O ELIPTICOS Tabla 16-H
COEFICIENTE COMBINADO :Ce =
OTEPI: VER TABLA ABAJO FACTOR DE IMPORTANCIA :Iw =
OTEPI: = 1.00 (ESTRUCTURAS MISCELANEAS, STANDARD O ESPECIALES)=
1.15 (ESTRUC.PELIGROSAS O ESENCIALES) Fuerza horizontal resultante
en la pared del tanque :
Fvh = Ce * Cq * Iw * qs * A LA L = d * H =0.00m2Fvh =0kg
Momento de volcamiento : M v = Fvh * H/2
M v =0kg*m
TABLA 16 - FPRESION STANDARD DE VIENTO A 10 m DE ALTURA ( qs )VELOCIDAD DE VIENTO mph ( km/hr )70 (113)80 (129)90 (145)100 (160)110 (177)PRESION qs ( kg/m2 )61.580.00101.6125.0151.4
TABLA 16 - GCOEFICIENTE COMBINADO DE ALTURA, EXPOSICION Y RAFAGA (Ce)ALTURA SOBRE EXPOSICIONEXPOSICIONEXPOSICIONEL SUELO (m)BCD0.0 - 4.50.621.061.394.5 - 6.00.671.131.456.0 - 7.50.721.191.507.5 - 9.00.761.231.549.0 - 12.20.841.311.6212.2 - 18.30.951.431.7318.3 - 24.41.041.531.8124.4 - 30.51.131.611.8830.5 - 36.61.201.671.9336.6 - 48.81.311.792.02
5. VERIFICACION DE LA ESTABILIDAD(Ref. PDVSA FJ-251 Feb 99)
Lmite elstico de la plancha base:
Fby =kg/cm2
Peso mximo del contenido que resiste el volcamiento
WL = 3,16 tb (Fby * G * HL) 1/2 =0kg/m
WL max = 20*G*HL*d =0kg/m
WL =0kg/m
Peso de tanque vaco por unidad de circunferencia ( solo pared y techo )
Wt = ( Ws + Wr ) / p d =ERROR:#DIV/0!kg/m
Factor de estabilidad
SF = Mr / d2 ( Wt + WL )
SF sismo =ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!(tanque lleno => WL 0)
SF viento =ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!(tanque vaco => WL = 0)TANQUE INESTABLE. COLOCAR ANCLAJESERROR:#DIV/0!EL TANQUE ES ESTABLE
Requerimiento de anclajes
C = 2*M / d*WGua PDVSA 0603.1.203
M =ERROR:#DIV/0!kg*mERROR:#DIV/0!
d =0.00m
W = Ws + Wr =0kg
C =ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!
6. DISEO DE PERNOS DE ANCLAJEERROR:#DIV/0!
OTEPI: SI EL TANQUE NO REQUIERE ANCLAJE APARECER EL MENSAJE "NO
APLICA"
SEPARACION MAXIMA DE ANCLAJES :s max =ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!
NUMERO MINIMO DE ANCLAJES :Np min = p d / s max =ERROR:#DIV/0!
NUMERO DE ANCLAJES COLOCADOS :Np =ERROR:#DIV/0! DIAMETRO PERNOS DE
ANCLAJE (min. 1") : dp =
OTEPI: Segn PDVSA FJ-251 par.9.5.2 : diametro minimo 1"mm DIAMETRO
CIRCULO DE PERNOS :dcp =m CALIDAD DE PERNOS :
Traccin en pernos de anclaje
Segn...Seccin 9.5 PDVSA FJ-251 :Resistencia mnima a traccin por metro lineal de circunferencia T uniforme = ( 1,273*Mr / d 2 ) - Wt
T sismo =ERROR:#DIV/0!kg/m
T viento =ERROR:#DIV/0!kg/m
Separacin entre pernos de anclaje :
s p = p dcp / (Np) =ERROR:#DIV/0!m
Traccin mxima en cada perno :
T max = max T unif * s p =ERROR:#DIV/0!kg
SegnGua PDVSA 0603.1.203 :
T max = ( 4*M / Np *dcp ) - W / Np
T sismo =ERROR:#DIV/0!kg
T viento =ERROR:#DIV/0!kg
T max =ERROR:#DIV/0!kg
ERROR:#DIV/0!
OTEPI: SI EL TANQUE NO REQUIERE ANCLAJE APARECER EL MENSAJE "NO
APLICA"
Verificacin de esfuerzos mximos en pernos de anclaje
Esfuerzo de traccin :
A p =0.00cm2Aef (efectiva) = 0,75 Ap =0.00cm2ft act = T max / A ef =ERROR:#DIV/0!kg/cm2Ft adm = 0,8*2500 =2,000kg/cm2ERROR:#DIV/0!L > 0.785 => LA FUNDACION ES ELASTICA
ERROR:#DIV/0!
7. DISEO DE LA FUNDACION ANULAR
Dimensiones y propiedades geomtricas del anillo
ALTURA DEL ANILLO SOBRE EL TERRENO : h t =
OTEPI: EL SEMAFORO LE INDICAR EL ESTADO DE SU DISEOmLA FUNDACION .
. . ALTURA PEDESTAL (min 1.00) : h p =mERROR:#DIV/0! ESPESOR ZAPATA
(min 0.30) : h z =mERROR:#DIV/0! ANCHO PEDESTAL (min 0.30) :b p =m
RESUMEN DE CHEQUEOS ANCHO MINIMO PRELIMINAR ZAPATA
:PARAMETROCP+FCP+F+SCP+Vb z ( min ) = 2 Wt / (gL * HL + 2 (h p + h
z)* (gs - gc)) =ERROR:#DIV/0!m s max
(kg/cm2)ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0! ANCHO SELECCIONADO
ZAPATA :b z =m ERROR:#DIV/0!s min
(kg/cm2)N/AERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0! DIAMETRO EXTERNO DEL ANILLO
:De =0.00mFS volcN/AN/AN/A DIAMETRO INTERNO DEL ANILLO :Di =0.00mFS
deslN/AN/AN/A AREA DE LA BASE DEL ANILLO :A =0.00m2Diseo a
flexionERROR:#DIV/0! INERCIA BASE DEL ANILLO :I =0.00m4Diseo a
corteERROR:#DIV/0! MODULO DE SECCION :S =ERROR:#DIV/0!m3
INERCIA SECCION TA = bz*hz + bp*hp =0.000m2ycg = ( bz*hz2/2 + bp*hp*(hz + hp/2) ) / A =ERROR:#DIV/0!mIt = bz*hz3/12 + bz*hz*(ycg-0,5hz)2 + bp*hp3/12 + bp*hp*(hz+0,5hp-ycg)2 =ERROR:#DIV/0!m4
L < 0.785 => LA FUNDACION ES RIGIDA
Verificacin de esfuerzos en el suelo
Cargas verticales (por unidad de longitud de circunferencia)
PESO DE PAREDES Y TECHO TANQUE :Wt 1 =ERROR:#DIV/0!kg/m PESO DEL LIQUIDO SOBRE EL ANILLO :Wt 2 =0kg/m PESO DEL ANILLO DE CONCRETO :Wt 3 =0kg/m PESO DEL RELLENO DE TIERRA :Wt 5 =0kg/m MAX. COMPRESION EN LA BASE POR SISMO :
= 1,273 M / d 2 cuando SF 0,785 tanques anclados
Wt 4= (Wt + WL) * k - WL cuando 0.785 < SF 1.50
= 1.49 (Wt + WL) / (1 - 0.637*SF) 1/2 - WL cuando 1.50 < SF 1.57
FACTOR DE ESTABILIDAD POR SISMO :SF S =ERROR:#DIV/0!
k =
OTEPI: DAR EL VALOR SOLO SI 0,785 < SF < 1,50 DE LO CONTRARIO
COLOCAR " NO APLICA ".ENTRAR EN LA FIG. 9.1 CON EL VALOR "SF" EN
LAS ABSCISAS.Figura 9.1 PDVSA FJ-251
Wt 4 =ERROR:#DIV/0!kg/m
Caso : Operacin (tanque lleno) : CP + F
Clculo de esfuerzos en el suelo :
s s (adm) =0.00kg/cm2
s s = P / A = S Wi / A = p * d ( Wt 1 + Wt 2 + Wt 3 + Wt 5 ) / A
P =ERROR:#DIV/0!kg
s s =ERROR:#DIV/0!kg/cm2ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!
Caso : Operacin + Sismo (tanque lleno) : CP + F + S
Clculo de esfuerzos en el suelo :
s s (adm) =Rs =0.00kg/cm2
Por el mtodo sugerido en API 650 y PDVSA FJ-251 se tiene :
s s = P / A = S Wi / b z = ( Wt 1 + Wt 2 + Wt 3 + Wt 4 + Wt 5 ) / b zP max =ERROR:#DIV/0!kg/mP min =ERROR:#DIV/0!kg/m
s s max =ERROR:#DIV/0!kg/cm2ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!s s min =ERROR:#DIV/0!kg/cm2ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!
Caso : Tanque vaco + Viento : CP + V
Clculo de esfuerzos en el suelo :
s s = P / A M / S
P = p*d ( Wt 1 + Wt 3 + Wt 5 ) =ERROR:#DIV/0!kg
M = M v + F v * ( hp + hz ) =0kg*m
s s max =ERROR:#DIV/0!kg/cm2ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!s s min =ERROR:#DIV/0!kg/cm2ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!
Diseo del acero de refuerzo
Presin horizontal interna del anillo :
K o = 1 - sen f =1.00
h o = h z + h p =0.00m
F = 1/2 * Ko * g s * ho 2 + Ko * ho * g L * H L =0kg/m
Traccin actuante en el anillo (tensin anular) :
Tf = 1/2 * F * d =0.0kg(servicio)
Tu = 1,7 * Tf =0.0kg(ltima)
Acero principal longitudinal requerido por traccin :
Ash = Tu / 0,9 Fy =ERROR:#DIV/0!cm
Ashmin = 0,0025 * h o * b p =0.00cm
Ash colocado =
OTEPI: INDIQUE LA CANTIDAD FINAL COLOCADA SEGUN DISEOcm
Acero vertical mnimo requerido en cada cara (estribos) :
Asv = ( 0,0015*bp*100 ) / 2 =0.00cm/cara
Traccin admisible en el concreto:
fct adm = 0,10 f'c =0.00kg/cm
E c = 15100*( f'c ) 1/2 =0kg/cm
n = E s / E c =ERROR:#DIV/0!
Traccin actuante :
fct = ( 0,0003*Es*Ash + Tf ) / ( Ac + n Ash ) =ERROR:#DIV/0!kg/cm ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!
Refuerzo inferior en zapata :
s max =ERROR:#DIV/0!kg/m2Calculo de AsAs inf (cm2/m)As sup
(cm2/m)q = s max - gs (hp - ht) - gc hz =ERROR:#DIV/0!kg/m2Z = Mu /
f'c*b*d2ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!x = 0.5 ( bz - bp ) =0.00mq =
0,85*(1-(1-2Z /0,85)1/2)ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!M = q x 2 / 2
=ERROR:#DIV/0!kg*m/mju = 1-0,59qERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!Mu = 1.5
* M =ERROR:#DIV/0!kg*m/mAs = Mu /
0,9*Fy*ju*dERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!d = hz - rec =-0.075mAs max =
w max * f'c * b* d / fy =As inf =ERROR:#DIV/0!cm2 /
mERROR:#DIV/0!
OTEPI: CHEQUEO DE As MAXERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!
Refuerzo superior en zapata :
q = gs (hp - ht) + gc hz =0kg/m2x = 0.5 ( bz - bp ) =0.00mM = q
x 2 / 2 =0kg*m/mMu = 1.5 * M =0kg*m/md = hz - rec =-0.050mAs inf
=ERROR:#DIV/0!cm2 / mERROR:#DIV/0!
OTEPI: CHEQUEO DE As MAXERROR:#DIV/0!
Refuerzo mnimo a flexin :
As min = 0.0018*100*d =-0.90cm2 / m
Chequeo por corte en zapata :
V = q max ( x - d ) =ERROR:#DIV/0!kg/mVu = 1.5 * V =ERROR:#DIV/0!kg/mVcu = 0.85*0.53*(f'c)1/2*b*d =0kg/mERROR:#DIV/0!ERROR:#DIV/0!
R ext = 0.00 mR int = 0.00 mD = 0.00 mbp = 0.00 mbz = 0.00 mhz = 0.00 mbp = 0.00 mhp = 0.00 mht = 0.00 mLe = 0 m 1/2" C/ 0,15 (superior e inferior)
&8&F&8Pgina &P de &N
Le f _____ C / _____h zbzh zh ph t0.15(min)h t NORTEPLANTAX2X1W1W2masa flexible(efecto convectivo)masa solidaria(efecto impulsivo)EJEPARED TANQUE Y ANILLO DE FUNDACIONEJEPARED TANQUE Y ANILLO DE FUNDACIONh pTANQUE PEDESTAL ANILLO DE FUNDACIONSECCION A - ARELLENO COMPACTADO AL 95% DE PROCTOR0.05 11 f 7/8" x C / caraBISEL 2"x1" (HORxVERT)MATERIAL DE RELLENO PERMEABLE GRANULAR Y NO CORROSIVO BISEL 1"x1" (HORxVERT)A EJE NOMINAL PARED DEL TANQUEb pb zR intR ext COORDENADAS DEL CENTRO N : 1129,30 E : 1254,50DA ZAPATA ANILLO DE FUNDACIONbpCONCRETO POBRE bp f _____ C / _____ DIA. LONG. ASTM A-307 GALVANIZADO
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