Memoria de Calculo Pipe Rack PDF
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PARA
“MONTAJE DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE SOSA CAUSTICA GASTADA
PARA LA REFINERÍA ESMERALDAS”
DISCIPLINA : CIVIL
DOC. No : OSS-EPP1-ING-CV-020-004
PROPIETARIO: EP PETROECUADOR
PARA CONSTRUCCIÓN
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MEMORIA DE CALCULO 04/02/2016
CONTENIDO
1. CRITERIOS DE DISEÑO
1.1 INTRODUCCION
1.2 CÓDIGOS Y ESTANDARES
1.3 MATERIALES
1.4 CARACTERÍSTICAS DEL SUELO
1.5 CARACTERÍSTICAS DEL LUGAR
1.6 PESO UNITARIO DE LOS MATERIALES
1.7 COEFICIENTE DE FRICCION
1.8 LIMITES DE DEFLEXIONES ADMISIBLES
2. DIMENSIONES
2.1 DIMENSIONES DE LA ESTRUCTURA
5. ANALISIS DE RESULTADOS
5.1 DESPLAZAMIENTOS
5.2 DEFLEXIONES
5.3 EFICIENCIA DE LOS ELEMENTOS
5.4 PLACAS BASE
5.5 PERNOS DE ANCLAJE
6. CIMENTACIONES
6.1 CIMENTACIÓN ESTRUCTURA ALTA
6.2 CIMENTACIÓN ESTRUCTURA BAJA
7. ANEXOS
7.1 REPORTE DE REACCIONES PARA EL DISEÑO DE LAS FUNDACIONES
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1. CRITERIOS DE DISEÑO
1.1 INTRODUCCION
El pipe rack es una estructura aporticada en acero estructural, conformada por dos pórticos
longitudinales de cinco vanos cuya separación entre ejes de columna es de 2.50m y 6.00m
de luz y por seis pórticos transversales de 1 vano cuya separación entre ejes de columna es
de 3.20m de luz; estos pórticos fueron estructurados mediante la utilización de elementos
estructurales dúctiles, conformados por columnas y vigas metálicas.
La cimentación del pipe rack está conformado por zapatas aisladas, pedestales y cadenas de
hormigón armado; las zapatas para los ejes A y B están cimentadas a 1.5m de profundidad
medidos desde el nivel de finish grading. Para los ejes C, D, E y F, las zapatas estan
cimentadas a 1.0m de profundidad medidos desde el nivel de finish grading; estas
fundaciones se apoyan sobre un mejoramiento de 0.45m de espesor conformado por Slurry
1.3 MATERIALES
1.3.2 Hormigón:
- f’c = 240 kg/cm² (Para las fundaciones)
- f’c = 140 kg/cm² (Para el replantillo)
Esfuerzo admisible Qadm = 100,0 kPa 10,00 t/m² (Para cargas estáticas)
Esfuerzo admisible Qadm = 133,0 kPa 13,30 t/m² (Para cargas combinadas con sismo)
Coeficiente de Balasto Ks = 1,20E+04 kN/m³ 1200 t/m³ K S = 120 * Qadm
Para referencia de las características y capacidad admisible del suelo ver los documentos:
408005-00445-90.0-EG-REP-WPI-EPP-0513 GEOTECHNICAL FOUNDATION REPORT
408005-00445-90.1-EG-LTR-WPI-OSS-8932 REMISION ESTUDIO DE SUELOS PARA
PLANTA DE SOSA GASTADA
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1.6.2 Acero:
- 78,5 kN/m³ 7,85 t/m³
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2. DIMENSIONES
Figura 1. PLANTAS - TOS EL+1.55, TOS EL+4.00, TOS EL+6.76, TOS EL+8.65
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Para las áreas de reserva en los dos niveles del rack se consideraron con tubería de la misma
especificación a la diseñada e igualmente llena de agua. Para definir el peso que soportara el
pipe rack se han tomado las cargas abajo indicadas.
Para determinar las fuerzas en cada una de las vigas cargadoras, se multiplica los valores
antes indicados por el ancho cooperante de cada viga el cual es de 3,0 m, lo que da como
resultado lo siguiente:
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Ra1= D
Ra2= D+ L
Ra4= D + 0.75 L
Ra5= D ± (W o 0.7 E)
Ra6= D + 0.75 L ± 0.75(W o 0.7E)
Ra8= 0.6 D ± (W o 0.7 E)
5. ANALISIS DE RESULTADOS
5.1 DESPLAZAMIENTOS
Según lo indicado en el numeral 1.8, los desplazamientos máximos permisibles, deben ser:
Columnas: H/200
Donde:
H = Altura de la columna
SISMO Ex
SISMO Ey
SISMO Ex
SISMO Ey
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Chequeo de desplazamientos
Estructura Nudo Caso Δ (mm) Altura H (mm) Δ admisible (mm) Chequeo
Estructura SISMO X 15,41 OK
107 8450 H/200 = 42,25
alta SISMO Y 17,13 OK
Estructura SISMO X 9,82 OK
36 3800 H/200 = 19,00
baja SISMO Y 7,17 OK
5.2 DEFLEXIONES
Según lo indicado en el numeral 1.8, las deflexiones máximas permisibles (en estado límite de
servicio) deben ser:
Vigas: L/300
L/150 (Volados)
Donde:
L = Vano de la viga
Sismo Ey
Combinacion Ra2
Sismo Ey
Combinacion Ra2
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Sismo Ey Sismo Ey
Chequeo de deflexiones
Estructura Nudo Caso Δ (mm) Longitud L (mm) Δ admisible (mm) Chequeo
Pipe rack
113 Ra2 16,90 6000 L/300 = 20,00 OK
EL+1.55
Pipe rack
115 Ra2 10,92 6000 L/300 = 20,00 OK
EL+4.00
Pipe rack
18 Ra2 5,11 3200 L/300 = 10,67 OK
EL+6.76
Pipe rack
2 Ra2 1,58 3200 L/300 = 10,67 OK
EL+8.65
Pipe rack Sismo
55 0,92 6000 L/300 = 20,00 OK
EL+1.55 Ey
Pipe rack Sismo
53 1,32 6000 L/300 = 20,00 OK
EL+4.00 Ey
Pipe rack Sismo
87 2,36 450 L/150 = 3,00 OK
EL+6.76 Ey
Pipe rack Sismo
28 1,20 550 L/150 = 3,67 OK
EL+8.65 Ey
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Placa a traccion
DISEÑO DE PLACA
Excentricidad e= 14.5 cm
Esfuerzo axial fo= 5.15 kg/cm²
Excent. e crítx= 5.0 cm
Esfuerzo fp x= 20.04 kg/cm²
Esfuerzo fn x= -9.74 kg/cm²
Esfuerzo fmáxx= 20.04 kg/cm²
Carga qx= 0.99 kgs/cm³
Volado Lx= 8.4 cm
Momento M1x= 18068.1 kgs*cm
Momento M2x= 17963.3 kgs*cm
Espesor tpl x= 1.4 cm
Excent. e crítz= 5.0 cm
Esfuerzo fp z= 20.04 kg/cm²
Esfuerzo fn z= -9.74 kg/cm²
Esfuerzo fmáxz= 20.04 kg/cm²
SECCION DE PLACA:
Carga qz= 0.34 kgs/cm³
X.pl= 300 mm
Volado Lz= 8.4 cm
Momento M1z= 19960.1 kgs*cm Z.pl= 300 mm
Momento M2z= 12287.0 kgs*cm t.pl= 20mm
Espesor tpl z= 1.5 cm PERNOS DE ANCLAJE:
Espesor asum. tpl = 2.0 cm 4 pernos de 20 mm
NO REQUIERE COSTILLAS PESO= 14.13 kgs (sin pernos)
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Para el diseño de esta cimentación se considera la combinación más critica, que es:
TABLE: Joint Reactions
Joint OutputCase F1 F2 F3 M1 M2 M3
Text Text Tonf Tonf Tonf Tonf-m Tonf-m Tonf-m
82 Ru5x3 -1.1753 0.4055 1.6979 -0.19571 -0.91247 -0.00008278
Se considera que la estructura va a estar anclada a la fundación con 4 pernos de anclaje, por lo
tanto el momento (M2) hace que 2 pernos esten solicitados a tracción y los otros 2 pernos a
compresión; y además que la fuerza cortante (F1) se reparte proporcionalmente a los pernos;
en base a este análisis se tiene las siguientes fuerzas para comprobar los pernos de anclaje.
CORTE
AC ERO RESISTENC IA AL ARRANC AMIENTO DEL C O NC RETO f= 0.70 RESIST. AL DESPREND.
Vsa fVsa ha e'N Ca1 AVco Vb AVc YecV YedV YcV Vcbg fVcbg Kcp Vsbg fVsbg
kg kg cm cm cm cm2 kg cm2 kg kg kg kg kg
6226.12 8094 60 0 12.0 648.0 2829.2 810.0 1.00 0.90 1.00 3182.8 2228.0 2.0 12026 8418
OK: >Vu YcN=1.0 Para anclajes localizados en concreto con fisuracion 4 0 .0 0 1.00 OK: >Vu OK: >Vu
Para anclajes localizados en concreto con fisuracion con refuerzo suplementario consistente en barras de diametro no. 13 o
f= 0.65 YcN=1.2 mayor
Para anclajes localizados en concreto con fisuracion con refuerzo suplementario consistente en barras de diametro no. 13 o
YcN=1.4
mayor y confinado con estribos espaciados a no mas de 100mm
INTERACCION TRACCION-CORTE
CABEZ JOT A PERNO CABEZA PERNO JOT A
fNn fNn fVn Nu/fNn Vu/fVn Nu/fNn Vu/fVn
kg kg kg
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Para el diseño de esta cimentación se considera la combinación más critica, que es:
Se considera que la estructura va a estar anclada a la fundación con 8 pernos de anclaje, por lo
tanto el momento (M1) hace que 3 pernos esten solicitados a tracción y los otros 3 pernos a
compresión; y además que la fuerza cortante (F2) se reparte proporcionalmente a los pernos;
en base a este análisis se tiene las siguientes fuerzas para comprobar los pernos de anclaje.
CORTE
AC ERO RESISTENC IA AL ARRANC AMIENTO DEL C O NC RETO f= 0.70 RESIST. AL DESPREND.
Vsa fVsa ha e'N Ca1 AVco Vb AVc YecV YedV YcV Vcbg fVcbg Kcp Vsbg fVsbg
kg kg cm cm cm cm2 kg cm2 kg kg kg kg kg
11276.2 21989 60 0 12.5 703.1 3473.2 937.5 1.00 0.90 1.00 4167.8 2917.5 2.0 13771 9639
OK: >Vu YcN=1.0 Para anclajes localizados en concreto con fisuracion 4 0 .0 0 1.00 OK: >Vu OK: >Vu
Para anclajes localizados en concreto con fisuracion con refuerzo suplementario consistente en barras de diametro no. 13 o
f= 0.65 YcN=1.2 mayor
Para anclajes localizados en concreto con fisuracion con refuerzo suplementario consistente en barras de diametro no. 13 o
YcN=1.4
mayor y confinado con estribos espaciados a no mas de 100mm
INTERACCION TRACCION-CORTE
CABEZ JOT A PERNO CABEZA PERNO JOT A
fNn fNn fVn Nu/fNn Vu/fVn Nu/fNn Vu/fVn
kg kg kg
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6. CIMENTACIONES
La información para el diseño de las cimentaciones se obtinen de las reacciones que reportan
el analisis de la estructural del PIPERACK realizado con el SAP2000. (Ver Anexo )
Para el diseño de esta cimentación se considera la combinación más critica, que son:
Joint OutputCase F1 F2 F3 M1 M2 M3
Text Text Tonf Tonf Tonf Tonf-m Tonf-m Tonf-m
74 Ra5x2 1.2109 0.0281 -0.3764 0.31471 1.05162 0.00007006
102 Ra8y1 -0.0667 -1.5074 -3.9545 1.94793 -0.10925 0.00038
104 Ra5y3 0.0939 -2.0907 14.7764 2.21662 0.13504 0.00038
6.1.1 DIMENSIONES
Y(2) Z
My 0,20 m
#####
Mx
#####
B= 1,90 m
X(1) X
0,30 m
L= 1,50 m
0,50 m
L= 1,50 m
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Esfuerzo en el suelo
Alrededor del eje X o eje (1) Alrededor del eje Y o eje (2)
P/A+sx P/A-sx %Compre P/A+sy P/A-sy %Compre
t/m2 t/m2 sio t/m2 t/m2 sio
3.19 2.51 100 4.32 1.38 100
3.88 0.00 82 1.75 1.45 100
10.63 5.71 100 8.37 7.97 100
Como se puede ver en la tabla de reacciones para la combinación Ra8y1 existe carga de
tracción, que originan una excentricidad mayor a B/6, por lo que se verifica que el 82% de la
base esta trabajando a compresión, que es mayor al 80% que recomiendad las normas y/o
publicaciones de diseño de cimentaciones
El esfuerzo del suelo máximo de 10.63 t/m2, se produce en la combinación Ra5y3, el cual es
menor al esfuerzo del suelo admisible de 13.3 t/m2.
A= 0,70 m
FLEXION
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CORTE
Vu(max) = 10.210 t
Para el diseño de las cadenas de amarre se consideran las fuerzas axiales F1 y F2, que no
fueron considerados para determinar el esfuerzo del suelo calculado en el literal anterior.
Uso cadena 0.25 x 0.25 , armado con: 4 f 12mm = 4,52 cm² > 0,83 cm² OK
Para el diseño de esta cimentación se considera la combinación más critica, que son:
6.2.1 DIMENSIONES
Y(2) Z
My 0,20 m
#####
Mx
#####
B= 1,10 m
X(1) X
0,30 m
L= 1,50 m
0,45 m
L= 1,50 m
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Esfuerzo en el suelo
Alrededor del eje X o eje (1) Alrededor del eje Y o eje (2)
P/A+sx P/A-sx %Compre P/A+sy P/A-sy %Compre
t/m2 t/m2 sio t/m2 t/m2 sio
8.54 1.26 100 6.57 3.23 100
8.71 0.00 90 5.42 2.46 100
4.51 1.27 100 7.15 0.00 81
Como se puede ver en la tabla de reacciones para las combinaciones Ra5y1 y Ra5x3 existe
carga de tracción, que originan una excentricidad mayor a B/6, por lo que se verifica que el 80%
de la base esta trabajando a compresión, que es mayor o igual al 80% que recomienda las
normas y/o publicaciones de diseño de cimentaciones
El esfuerzo del suelo máximo de 8.54 t/m2, se produce en la combinación Ra6y2, el cual es
menor al esfuerzo del suelo admisible de 13.3 t/m2.
A= 0,33 m
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FLEXION
CORTE
Vu(max) = 3.640 t
No se diseña de las cadenas de amarre para esta cimentación, debido a que las fuerzas
axiales F1 y F2, ya fueron considerados para determinar el esfuerzo del suelo calculado en el
literal anterior.
7. ANEXOS
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