diseño de cimentacion
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CIMENTACIÓN DE PRENSA
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2.0 CIMENTACION
- E_203_001 Plano de cimentacion de Prensa.
2.1 SKETCH
*9+79+
2.2 CARACTERISTICAS GEOMETRICAS
Ver Detalle de Base A = 2.83 m
Ver Detalle de Base B = 1.95 m
Ver Detalle de Base hz = 0.90 m
Distancia del CG en "Z" del equipo a la base del skid (Asumida) hcg = 0.45 m
Momento de inercia de la cimentación en dirección X.. Ix = 1.75 m
Momento de inercia de la cimentación en dirección Y.. Iy = 3.68 m
Centro de Gravedad de la cimentación respecto a X. cx = 1.42 m
Centro de Gravedad de la cimentación respecto a Y. cy = 0.98 m
2.3 CARGAS DE PESO PROPIO DE LA CIMENTACION
P cim = t Peso de la cimentación.
P rell = t Peso del relleno sobre la cimentación.
P cim = t Peso total de la cimentación
11.92
0.00
11.92
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PLANTA
ELEVACION
Z
Y
X
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2.4 PESO PROPIO DE LOS EQUIPOS
P Prensa = 25.00 t Peso del Motor xm = 0.00 m xb = 0.00 m
Pt = 25.00 t Peso total del equipo ym = 0.00 m yb = 0.00 m
zm = 0.30 m zb = 0.30 m
Donde :
xm, ym, zm : Coordenadas del motor
xb, yb, zb : Coordenadas de la bomba
2.5 FUERZA SÍSMICA
Paramétros de diseño de acuerdo a los Criterios de Diseño
Según el IBC 2006 y el criterio de diseño:
Para una clase "D" Fa = 1.2 y Ss = 0.7
Fv = 1.8 y S1 = 0.3
Por lo tanto
SMS = Fa . Ss = 0.84
SM1 = Fv . S1 = 0.54
Valores extremos de diseño
SDS = 2 SMS SDS = 0.56 g
3
SD1 = 2 SM1 SD1 = 0.20 g
3
ap = 1.00 Tabla 13.6-1 ASCE 7-05 (pumps y motors)
Rp = 2.50 Tabla 13.6-1 ASCE 7-05 (pumps y motors)
Ip = 1.25 Ver item 13.1.3 ASCE 7-05
z = 1.20
h = 1.20
Fp = 0.34 Formula 13.3-1 ASCE 7-05
Fpmax = 1.12
Fpmin = 0.21
Coeficiente Sísmico
S = 0.34 g
Condición crítica: Equipo en Operación (No se considera la posibilidad de un evento sísmico cuando el equipo está detenido)
Peso considerado para el cálculo de la fuerza sísmica P1 = 25.00 t
Carga sísmica total aplicada a la mitad de la altura de la bomba V1 = 8.40 t
1.00 0.3*g
Datos del Equipo Ubicación
T (s) Sa (m/s2)
0.20 0.8*g
T (s) Sa (m/s2)
0.20 0.53*g
1.00 0.20*g
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2.6 FUERZA DINÁMICA
f = wa = rpm Frecuencia de operación
Fd = t Fuerza dinámica
Edx = m Excentricidad dinámica (X)
Edy = m Excentricidad dinámica (Y)
Pm: Peso del motor
wa: Frec. Ang. del rotor en radianes / seg
a = a: 0.5 en equipos nuevos
1.0 para equipos con varios años de operación
2.7 RESUMEN DE CARGAS
2.7.1 CARGAS SOBRE LA BASE DE LA CIMENTACION
Fuerza Muerta Dinámica - OP Sismo
H (t) 0.00 0.04 8.40
V (t) -25.0 0.00 5.60
Mx (t-m) 0.00 -0.01 -2.52
My (t-m) 0.00 0.01 2.52
2.7.2 CARGAS DE ENTRADA Y SALIDA (EN EL CENTRO DE LA BASE DE LA PRENSA)
Cargas de entrada y salida en las bridas: tomadas del plano AP-71.01.001
En coordenadas de prensa:
I. Flange D. Flange Distancia C.G. I. Flange D. Flange Distancia C.G. Eje-
PLFz (Tn) 9.17 0.00 x 1.42 1.42 x 0
Fy (Tn) 2.04 0.00 z 0.00 0.00 z 0
Fx (Tn) 2.04 0.00 y 0.98 0.98 y 0
Mx (Tn-m) 0.00 0.00
My (Tn-m) 0.00 0.00
Mz (Tn-m) 0.00 0.00
RESUMEN DE CARGAS SOBRE LA BASE DE LA CIMENTACIÓN
Carga DL OP EQX EQY
Fx (t) 0.00 9.17 -8.40 0.00
Fy (t) 0.00 2.08 0.00 8.40
Fz (t) 25.00 2.04 0.00 0.00
Mx (t-m) 0.00 1.99 0.00 -2.52
My (t-m) 0.00 0.01 2.52 0.00
240
0.04
0.0000254
0.0000254
0.5
2%10 ao Ed
g
PmF w
0000254.0)(
12000**0000254.0
rpmfaEd
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2.7.3 RESUMEN DE CARGAS EN LA BASE DE LA CIMENTACIÓN
Carga DL OP EQX EQY
Fx (t) 0.00 9.17 -8.40 0.00
Fy (t) 0.00 2.08 0.00 8.40
Fz (t) 36.92 2.04 0.00 0.00
Mx (t-m) 0.00 1.99 0.00 10.08
My (t-m) 0.00 0.01 10.08 0.00
Nomenclatura :
Fxb = Fx apoyo DL: Carga Muerta
Fyb = Fy apoyo OP: Carga de Operación
Fzb = Fz apoyo EQX: Carga Sismo en X
Mxb = Mx apoyo - Fyb x (hgrout + h1 + h2 + hz) EQY: Carga Sismo en Y
Myb = My apoyo + Fxb x (hgrout + h1 + h2 + hz)
Las cargas de viento son muy inferiores a las de sismo por lo tanto, sólo se diseñara con cargas sísmicas.
2.7.4 CARGAS DE SERVICIO
SL1 = DL SL5 = DL + OP + 0.75(0.7 EQY )
SL2 = DL + OP SL6 = DL + OP - 0.75(0.7 EQY )
SL3 = DL + OP + 0.75(0.7 EQX) SL7 = 0.6DL + 0.7EQX
SL4 = DL + OP - 0.75(0.7 EQX) SL8 = 0.6DL + 0.7EQY
2.7.5 CARGAS ÚLTIMAS
UL 1 = 1.4 DL UL 5 = 1.2 DL + OP + 1.4EQY
UL 2 = 1.2 DL + 1.6 OP UL 6 = 1.2 DL + OP - 1.4EQY
UL 3 = 1.2 DL + OP + 1.4EQX UL 7 = 0.90 DL + 1.4EQX
UL 4 = 1.2 DL + OP - 1.4EQX UL 8 = 0.90 DL + 1.4EQY
Donde
DL: Carga Muerta
OP: Carga de Operación
EQX: Carga Sismo en X
EQY: Carga Sismo en Y
2.8 VERIFICACIÓN DE LA CIMENTACIÓN
Nomenclatura :
Fxt, Fyt, Fzt, Mxt, Myt Combinación de cargas de servicio en la base de la cimentación
ex = -Myt / Fzt Excentricidad en X.
ey = Mxt / Fzt Excentricidad en Y.
Presiones del terreno en la base de la cimentación debido a efecto biaxial
q11,q12,q13,q14 Presiones sobre el terreno debido al efecto biaxial.
C3 Coeficiente de Fintel
q2 = C3 x Fzt / A / B Presión máxima de acuerdo a Fintel
qmax = Max(q11,q12,q13,q14, q2) Presión máxima.
qadm Capacidad portante del terreno (según Anexo I)
Mvoy = ABS(Fzt) x A / 2 Momento resistente al volteo en Y.
FSVx = Msoy / ABS (Myt) Factor de seguridad al volteo en X.
Ix
cyeyFzt
Iy
cxexFzt
BA
Fztqij
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Mvox = ABS(Fzt) x B / 2 Momento resistente al volteo en X.
FSVy = Msox / ABS (Mxt) Factor de seguridad al volteo en Y.
Fres = √(Fx2 + Fy
2) Fuerza resistente al desplazamiento
FSD = u ABS(Fzt) / Fres Factor de seguridad al desplazamiento
u = 0.45 Coeficiente de fricción suelo - concreto
FA = SFz (COMBn) / SFz (SLn) Factor de amplificación
qumax = qmax x FA Presión máxima amplificada
qsnu = Max (qumax) Presión máxima amplificada de diseño
Excentricidades maximas permitidas:
ex max = A/3-Fz/(7.5*qsad*B) ey max = B/3-Fz/(7.5*qsad*A)
Fxt (T) =
Fyt (T) =
Fzt (T) =
Mxt (T-m) =
Myt (T-m) =
ex (m) =
ey (m) =
ex max (m) =
ey max (m) =
Verif. Exc. =
q11 (T/m2) =
q12 (T/m2) =
q13 (T/m2) =
q14 (T/m2) =
abs(ex) / A =
abs(ey) / B =
C3 fintel =
q2 (T/m2) =
qmax(T/m2) =
qadm(T/m2)=
Verif. pres. =
Mvoy (T-m) =
FSVx =
FSVx req =
Verif. FSVx =
Msox (T-m) =
FSVy =
FSVy req =
Verif. FSVy =
Fdes (T) =
FSD =
FSD req =
Verif. FSD =
FA =
qumax(T/m2)=
qsnu(T/m2) =
Fu
erza
s
0.00 9.17 4.76
Vo
lteo
55.13 55.13
19.11 19.11
OK
1.50 1.50
13.58 9.17 9.17
1.50
55.13
19.11 5.22
OK OK OK OK
SL1 SL2 SL3 SL4 SL5 SL6 SL7 SL8
-5.88 0.00
0.00 2.08 2.08 2.08 6.49 -2.33 0.00 5.88
22.15 22.15
0.00 1.99 1.99 1.99 7.28 -3.30 0.00 7.06
36.9 38.96 38.96 38.96 38.96 38.96
7.06 0.00
Ver
ific
. Pre
sió
n
0.00 0.00 -0.14 0.14 0.00 0.00 -0.32
0.00 0.01 5.30 -5.28 0.01 0.01
0.00
0.00 0.05 0.05 0.05 0.19 -0.08 0.00 0.32
0.88 0.88
0.56 0.56 0.57 0.57 0.57 0.57 0.61 0.61
0.82 0.81 0.83 0.83 0.83 0.83
Ok Ok
6.69 8.16 6.13 10.20 11.11 5.21 1.30 7.95
Ok Ok Ok Ok Ok Ok
1.30 0.08
6.69 8.17 10.21 6.14 11.12 5.22 6.72 7.95
6.69 5.95 3.91 7.98 3.00 8.90
6.72 0.08
0.00 0.00 0.05 0.05 0.00 0.00 0.11 0.00
6.69 5.96 7.99 3.92 3.01 8.91
0.00 0.16
1.00 1.13 1.47 1.47 1.58 1.24 1.66 2.02
0.00 0.03 0.03 0.03 0.10 0.04
6.67 8.10
6.69 8.17 10.39 10.38 11.15 8.91 6.72 8.10
6.69 7.99 10.39 10.38 11.15 8.73
24.00 24.00
OK OK OK OK OK OK OK OK
20.00 20.00 24.00 24.00 24.00 24.00
37.98 37.98
OK OK OK
1.50 1.50 1.50 1.50
37.98
4,593.88 10.39 10.44 4,593.88 4,593.88 4.44
55.13 55.13
1.25 1.25 1.25 1.25
9.47 5.88 5.88
31.35
1.50 1.50
OK OK OK
1.50
37.98 37.98 21.60
1.56 1.85 1.70
11.24
1.70
11.50 3.06
1.25 1.25
OK
De
sliz
am.
OK OK OK
15.61
1.50 1.50 1.25 1.25
1.86 3.37 1.28
9.41 5.20 13.74
14.53
Pre
sió
n
9.37 11.44 14.54 15.61 12.47 9.41 11.33
1.40 1.40 1.40 1.40 1.40
1.25 1.25 1.25
1.40 1.40 1.40
1.25
OK OK OK OK
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2.9 ANALISIS DINÁMICO
2.9.1 DATOS GEOTÉCNICOS
h = ft Altura de cimentación
G = psi Módulo de Corte
g = pcf Peso específico
r = lb.sec2/ft4 Densidad
n = Módulo de Poisson
2.9.2 DATOS DEL EQUIPO
g = ft/s2 Gravedad
m eq = lb/ft.s2 Masa del equipo
m cim = lb/ft.s2 Masa de la cimentación
m = lb/ft.s2 Masa Total
W eq + W cim = lb Peso Total
2.9.3 CÁLCULO DE AMPLITUDES DE VIBRACIÓN Y CARGAS TRANSMITIDAS
Lx Ly Lz xi yi zi
(ft) (ft) (ft) (ft) (ft) (ft)
Cimentación 9.3 6.4 3.0 4.6 3.2 1.5
Equipo 4.6 3.2 3.1
Parámetro
Masa y Momento de Masa
mx,my,mz(lb/ft.s2),Ix,Iy,Iz(lb.s2.ft)
Radio Equivalente
ro (ft)
Factor de empotramiento - Resorte
hx, hy, hz, hxx, hyy, hzz
Coeficiente de resorte
bx, by, bz, bxx, byy, bzz
Constante equivalente de resorte
kx, ky, kz, (lb/ft) kxx, kyy, kzz (lb.ft/rad)
Factor de empotramiento - Amortiguamiento
ax, ay, az, axx, ayy, azz
Razón de masa
Bx, By, Bz, Bxx, Byy, Bzz
Coeficiente de amortiguamiento efectivo
nxx, nyy
Razón de amortiguamiento geométrico
Dxg, Dyg, Dzg, Dxxg, Dyyg, Dzzg
Amortiguamiento Total
Dx, Dy, Dz, Dxx, Dyy, Dzz
Frecuencia Natural
fnx, fny, fnz, fnxx, fnyy, fnzz (rpm)
Factor 2D^2
Frecuencia de Resonancia
fmx, fmy, fmz, fmxx, fmyy, fmzz (rpm)
Total
Item
32.20
1,708.07Presa 55,000.00
814.41
2.95
12,000.00
101.82
3.16
0.30
Peso (lb)
Total 55,000.00
2,522.48
81,223.91
Dimensiones Centros de Gravedad Masa Momentos de Masa
mi Ix Iy Iz
1,708.1 16,309 16,309 0
2,522.5 21,454 24,526 8,628
(lb/ft.s2) (lb.s2.ft) (lb.s2.ft) (lb.s2.ft)
814.4 5,145 8,218 8,628
2,522 2,522 2,522 21,454 24,526 8,628
ReferenciaTraslación Rotación
X Y Z XX YY ZZ
Tabla 4-2 1.635 1.635 1.285 1.755 1.592 No aplica
Tabla 4-2 4.348 4.348 4.348 4.01 4.83
Figura 4-1 0.970 0.970 2.100 0.500 0.600
L/B 1.451 0.69 1.45 0.69 1.45
Tabla 4-4 2.497 2.497 1.679 1.335 1.215 No aplica
Tabla 4.1 5.E+07 5.E+07 5.E+07 8.E+08 1.E+09 8.E+08
Tabla 4-5 No aplica No aplica No aplica 1.378 1.336
Tabla 4-3 1.993 1.993 1.698 1.723 0.776
1.41E+03 1.41E+03 1.36E+03 1.87E+03 2E+03 2.95E+03
Dig+0.05 0.560 0.560 0.598 0.089 0.138 0.174
Tabla 4-3 0.510 0.510 0.548 0.039 0.088 0.124
Tabla 1-4 1,885 2,242
0.626 0.63 0.71 0.02 0.04
2,304.5 2,305 2,548 3,047
0.06
1.522
No aplica
No aplica
4.47
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Factor de Magnificación
Mx,My,Mz,Mxx,Myy,Mzz
Fuerza Dinámica
Fx, Fy, Fz (lb), Mxx, Myy, Mzz (lb-ft)
Amplitud de Vibración
X, Y, Z (in), XX, YY, ZZ (rad)
Componente por Rotación en XX
Yxx, Zxx (in)
Componente por Rotación en YY
Xyy, Zyy (in)
Componente por Rotación en ZZ
Xzz, Yzz (in)
Amplitud de Vibración Resultante
Xt, Yt, Zt (in)
Factor de Transmisibilidad
Tx, Ty, Tz, Txx, Tyy, Tzz
Fuerza Transmitida
Fxt, Fyt, Fzt (lb), Mxxt, Myyt, Mzzt (lb-ft)
Fxt, Fyt, Fzt (T), Mxxt, Myyt, Mzzt (T-m)
Figura 1 Vibration criteria for rotating machinery(Blake 1964, as modified by Arya, O’Neill, and Pincus 1979).
2.9.4 VERIFICACIÓN POR CARGAS TRANSMITIDAS
qest = 8.17 t/m2 Presión debido a cargas estáticas
50% qadm = 10.0 t/m2 50% Presión Admisible por cargas estáticas
qest < 50% qadm OK
qdin = 11.15 T/m2 Presión debido a cargas dinámicas
75% qadm = 18.0 T/m2 75% Presión Admisible por cargas dinámicas
qdin < 75% qadm OK
107.89 107.89 0.00 333.38 333.38 0.00
Tabla 1-4240 1.011 1.011 1.008 1.016 1.012 1.006
0.00E+00
1.53E-05 1.58E-05
Tabla 1-4 2.38E-05 2.38E-05 0.00E+00 4.12E-07 2.6E-07
3.34E-05 3.91E-05 3.03E-05
9.62E-06 1.45E-05
0.00E+00 0.00E+00
0.047 0.000 0.046 0.046 0.000
OK! Se verifica que la presión transmitida al terreno por cargas estáticas + vibracionales es menor que el 0.75 de la
presión admisible del terreno
0.993240
Tabla 1-4103.166 103.166 0.000 335.14 332.47 0.000
0.047
Tabla 1-4 0.956 0.956 0.953 1.005 0.997
Amplitud de Vibración Resultante
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2.9.5 VERIFICACIÓN DE LOS LÍMITES PERMISIBLES POR VIBRACIÓN
Coupled Mode
Coupled mode= √(fn2x+ fn
2y) / (fnx+ fny)
2 / (3f) = No considerar efecto de acoplamiento
fnx = rpm
fny rpm
f = rpm
Calculo de las frecuencias naturales acopladas
kx = T/m
S = m
ky = T*m w1 s-1
rpm
mx = T s2 /m w2 s-1
rpmIy = T s2 -m
Calculo de la amplitud por acoplamiento
Amplitud Horizontal
wm s-1
f( wm2
) = t 2
Px = t
My = My = t-m
W= t
wy s-1
ax = m
in
Amplitud Rotacional
aq=
ax + ( H - S ) aq = m H = 0.90 altura de cimentación
in
Ok se encuentra en la zona A.
2.9.6 RELACION DE PESO ENTRE EQUIPO Y CIMENTACION
P cim / Pt= 0.48
P cim / Pt= < 2.5
4896.7
0.35 184.91 1765.8
0.000889
0.002778
1,408.957
1,870.503
240.000
81720.59
2.97
1 2
0.67 w 3280.776933 1183.07964
0.94
113803.27 512.78
OK OK
16.76 9.21E+09
0.05
P x h 0.05
1.5 w 7345.022984 2648.68577
f 240.000 240
0.0000289
36.92
195.88
0.0000008
0.0000303
0.00
0.00000073
y
y
y
y
y
y
ywIm
kk
I
kxSk
m
k
I
kxSk
m
k
x
xx
x
xx
x
xx
4
2
12
22
2
,
)(
1)()(
2
22
m
yxxxxf
MSkPISkWSka
yyy
))(()( 22
2
22
1
2
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9 de 9
PROYECTO GLORIA S.A Fecha:
MEMORIA DE CÁLCULO
CIMENTACIÓN DE PRENSA
Rev.0 ESTRUCTURAS
DISEÑO ESTRUCTURAL
DE PRENSA
14/03/2014
2.10 REFUERZO DE LA CIMENTACION
A) EN LA DIRECCIÓN X
Momento último Muy = t-m
Cuantía requerida por flexión ρy =
Area de acero calculada Ascal = cm2
Area de refuerzo mínima Asmin = cm2
Máximo espaciamiento del refuerzo en flexión smax = m
Refuerzo inferior y superior #5 @ m
Area de refuerzo colocado As. Inf. = cm2
Se verifica As. Inf. ≥ OK
B) EN LA DIRECCIÓN Y
Momento último Mux = t-m
Cuantía requerida por flexión ρx =
Area de acero calculada Ascal = cm2
Area de refuerzo mínima Asmin = cm2
Máximo espaciamiento del refuerzo en flexión smax = m
Refuerzo inferior y superior #5 @ m
Area de refuerzo colocado As. Inf. = cm2
Se verifica As. Inf. ≥ OK
11.43
0.024%
4.21
10.53
2.90
15.28
0.45
0.25
44.81
Asmin
0.45
0.25
30.88
Asmin
7.88
0.012%