tesis diseño de ramapa norma chilena
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UNIVERSIDAD CATOLICA DE LA SANTISIMA CONCEPCION
Facultad de Ingeniera
Ingeniera Civil
DISEO DE ESTRIBO, RAMPA Y PUENTE DE ACCESO AL
MUELLE DE SERVICIO DEL TERMINAL DE DERRAMES DE
HIDROCARBUROS DE QUINTERO
MARCIA ANDREA MUOZ CUADRA
INFORME DE PROYECTO DE TITULO PARA OPTAR AL TITULO DE
INGENIERO CIVIL
MODALIDAD PROYECTO
Profesor Gua
Mauricio Villagrn V.
Concepcin, Abril 2009
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SUMARIO
Los derrames por hidrocarburos son sin duda el desastre ecolgico que mayor
controversia genera en la sociedad, las imgenes impactantes de animales que
pierden la vida por estar cubiertas de crudo han logrado crear conciencia dentro
de las grandes potencias mundiales que utilizan este compuesto como fuente de
energa. Nuestro pas no se encuentra ajeno a este tipo de desastres, es por esto
que las empresas que estn vinculadas diariamente con ste tipo de compuesto
han invertido grandes sumas de dinero en seguridad ante inminentes desastres
petroleros.
A continuacin se presentar el diseo de la Rampa, Estribo y Puente de Acceso
que ha solicitado ENAP Refinera Aconcagua (ERA) para el emplazamiento de sus
barreras de contencin de derrames de hidrocarburos en emplazamientos que
mejoren sus tiempos de respuesta ante una emergencia de derrame. El nuevo
proyecto se ubicar en la V Regin de Valparaso, especficamente en la Baha
de Quintero.
Bajo tal premisa se desarroll una Ingeniera Conceptual con seis alternativas
diferentes de trazado, que contemplan diferentes posibilidades de embarcar los
carretes en los que se enrollan las barreras, en embarcaciones especialmente
destinadas para tales efectos y aquellas que consideran disponer en posiciones
fijas dichos carretes.
En base a los resultados de la Ingeniera Conceptual, se opt por la alternativa de
disponer los carretes mas all de la zona de rompientes, sobre un Cabezo al que
se puede acceder en vehculo mediante un Puente de Acceso que se dispone a
continuacin de un pedraplen existente. El cabezo tiene dimensiones adecuadas
para disponer los carretes en posiciones permanentes que facilitan el
acercamiento de las embarcaciones especialmente destinadas para el despliegue
y traslado de las barreras hasta el lugar de la emergencia, proveer espacio
suficiente para llevar a cabo las labores de mantencin de las cadenas, flexibles,
etc. y permitir, adems la movilizacin de defensas martimas, boyas y otros
elementos mediante una gra martima rotatoria dispuesta sobre el cabezo.
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El desarrollo que se presentar en los captulos siguientes consiste en el anlisis
de las condiciones de diseo y el diseo estructural de las obras que conforman el
muelle tales como: Rampa, Estribo y Puente de Acceso propiamente tal para la
alternativa seleccionada.
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SUMMARY
Hydrocarbon spills are undoubtedly the ecological disaster that generates more
controversy in society, those shocking images of animals that are killed by being
covered with oil have caused awareness among the major world powers that use
this compound as a source of energy. Our country is no stranger to such disasters,
that is why companies involved daily with this compound have invested large sums
of money on security against these imminent oily disasters.
This work presents the design of the Ramp, Stirrup and Approach Trestle Which
has been requested by ENAP Aconcagua Refinery (ERA) for the location of its
barriers of containment of hydrocarbon spillages in locations that improve their
response times in case of a spillage emergency. The new project will be located in
the V Region of Valparaiso, specifically in Quintero Bay.
Under this premise developed Conceptual Engineering with six different
alternatives from design, that they contemplate different possibilities of embarking
the spools in which the barriers are roll up, in boats specifically designated for such
purposes and those that consider to prepare in fixed positions these spools.
On the basis of the results of Conceptual Engineering, it was decided on the
alternative to have the spools beyond the brake zone, on a Pier to can be acceded
by vehicle by a Approach Trestle that get ready after existing rockfill. The Pier has
suitable dimensions to prepare the spools in fixed positions that facilitate the
approach of the boats specifically designated for the unfolding and transfer of the
barriers to the location of the emergency, to provide sufficient space to carry out
the workings of maintenance of the chains, flexible, etc. and to allow, in addition
the mobilization to marine defenses, buoys and other elements by means of a
prepared rotatory marine crane on the Pier. The analysis that will appear in the
following chapters consists of the design of conditions, the design of the structures
that form the Ramp, Stirrup and Approach Trestle properly so for the selected
alternative.
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AGRADECIMIENTOS
Despus de un largo camino recorrido lejos de mi familia y mis seres queridos,
encontr en una ciudad extraa y desconocida, personas que me ayudaron a ser
la persona en la que me he convertido hoy.
Agradezco a mis padres por el apoyo incondicional que siempre me dieron y por
haber confiado en mi y dejarme luchar por las metas que me propuse siendo una
nia que dejaba el hogar por cumplir sus sueos. A mis hermanas por levantarme
el nimo en los momentos en que daban ganas de desistir y de volver a casa. A mi
novio que en la etapa final donde las ansias por volver son tan grandes, me ayudo
a ser serena y paciente por las cosas.
En todo el hermoso camino que recorr en mis aos de universidad existieron
personas que comenzaron el camino conmigo, pero desgraciadamente no
pudieron ver el fruto del esfuerzo. Gracias a mis abuelos por todo el apoyo del
comienzo.
A mis profesores por entregar sus conocimientos de manera desinteresada, por
estar tan entregados a la docencia y por tener una paciencia nica conmigo.
A pesar de haber estado lejos de las personas que ms quiero, conoc a gente
maravillosa, de la cual espero nunca perder el contacto. A mi amiga del alma que
me acogi en su casa como parte de su familia. A la Ta Mariella, que siempre
prestaba ayuda cuando la necesitaba y brindaba palabras alentadoras justo
cuando eran necesarias y a todas esas personas que me permitieron compartir
con ellas un tiempo en sus vidas.
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INDICE
SUMARIO................................................................................................................ 2
SUMMARY.............................................................................................................. 4
AGRADECIMIENTOS ............................................................................................. 5
INDICE .................................................................................................................... 6
NOMENCLATURA Y ABREVIACIONES................................................................. 8
CAPITULO 1 ......................................................................................................... 11
1.1 Introduccin..................................................................................................... 11
1.2 Criterios de Diseo.......................................................................................... 16
1.3 Metodologa de Diseo ................................................................................... 18
1.4 Situacin Actual............................................................................................... 20
1.5 Anlisis de Alternativas ................................................................................... 20
CAPITULO 2 CONDICIONES DE DISEO........................................................... 28
CAPITULO 3 DISEO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES.............................. 39
3.1 Diseo de Pilotes ............................................................................................ 39
3.2 Capacidad de Soporte del Suelo..................................................................... 40
3.3 Diseo de Viga Longitudinal............................................................................ 41
3.4 Diseo de Llave de Corte ................................................................................ 47
3.5 Diseo de Losetas Prefabricadas.................................................................... 48
3.6 Diseo Apoyo Deslizante Puente de Acceso .................................................. 51
3.7 Diseo de la Rampa de Acceso ...................................................................... 52
3.8 Estabilidad Rampa de Acceso......................................................................... 54
3.9 Diseo de Armaduras de la Rampa ................................................................ 55
3.10 Diseo del Estribo ......................................................................................... 56
3.11 Diseo de Muro Resistente ........................................................................... 58
3.12 Diseo Mnsula............................................................................................. 59
CAPITULO 4 ......................................................................................................... 64
4.1 Discusin y Anlisis de Resultados................................................................. 64
4.2 Conclusiones................................................................................................... 68
BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 70
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ANEXOS ............................................................................................................... 72
Figura N A1: Alternativa A1.................................................................................. 73
Figura N A2: Alternativa A2.................................................................................. 74
Figura N A3: Alternativa A3.................................................................................. 75
Figura N A4: Alternativa B1.................................................................................. 76
Figura N A5: Alternativa B2.................................................................................. 77
Figura N A6: Disposicin General, Planta............................................................ 78
Figura N A7: Disposicin General, Elevacin. ..................................................... 79
Figura N A8: Puente de Acceso, Formas............................................................. 80
Figura N A9: Estribo y Rampa de Acceso............................................................ 81
Figura N A10: Estribo y Rampa de Acceso.......................................................... 82
Figura N A11: Losetas Prefabricadas. ................................................................. 83
Figura N A12: Losetas Prefabricadas. ................................................................. 84
Figura N A13: Disposicin de Pilotes, Plata, Elevacin y Seciones..................... 85
Figura N A14: Puente de Acceso, Vigas de Acero............................................... 86
Figura N A15: Puente de Acceso, Vigas de Acero............................................... 87
Figura N A16: Lane de Carga. ............................................................................. 88
Figura N A17: Camin Estndar AASHTO........................................................... 89
Figura N A18: Peso Ssmico. ............................................................................... 90
Figura N A19: Perfil Estratigrfico Segn Mecnica de Suelos. .......................... 91
Figura N A20: Empujes segn Mecnica de Suelos. ........................................... 92
Figura N A22: Composiciones Estndares de Fabreeka. .................................... 94
Figura N A23: Cargas Sobre Rampa de Acceso.................................................. 94
Figura N A24: Factores de Utilizacin Pilotes Puente de Acceso. ....................... 95
Figura N A25: Tubos en Flexo-compresin Biaxial. ............................................. 96
Figura N A26: Armadura Losa Rampa. ................................................................ 97
Figura N A27: Armadura Muro Rampa................................................................. 98
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NOMENCLATURA Y ABREVIACIONES
Ao = Aceleracin Efectiva Mxima.
As = rea de Acero de Refuerzo.
b = Ancho de Ala Perfil H
bp = Ancho Losa Hormign.
C = Coeficiente Ssmico.
=Cad Peso Pao Cadena (ton)
Cmx = Coeficiente Ssmico Mximo.
Cmn = Coeficiente Ssmico Mnimo.
Cs = Coeficiente Ssmico de Estribo y Rampa de Acceso.
d = Altura til hasta el centro de las barras de refuerzo extremas.
D = Dimetro del Pilote
=Def Peso de Defensas Camineras (ton/m).
=ple Espesor Llave de Corte.
E = Mdulo de Elasticidad del Acero.
=cf' Tensin de Compresin.
=vf Tensin de Corte.
Fd = Fuerzas Deslizantes.
Fr = Fuerzas Resistentes.
FS = Factor de Seguridad.
FSe = Factor de Seguridad Cargas Estticas para Pilotes.
FSs = Factor de Seguridad Cargas Ssmicas para Pilotes.
Fy, yf = Tensin de Fluencia del Acero.
h = Altura Alma Perfil H
I = Coeficiente de Importancia.
=K Factor de Longitud Efectiva.
=vK Constante de Balasto.
L = Longitud de Pandeo.
=fL Ficha del Pilote
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=pL Luz libre viga longitudinal.
Lx = Ancho Llave de Corte.
Ly = Altura Llave de Corte.
=minm Momento Obtenido Mediante Tablas Stiglat.
=maxM Momento Mximo.
=+nM Momento Nominal Positivo.
=
nM Momento Nominal Negativo.
Mr = Momento Resistente.
Mv = Momento Volcante.
n = Parmetro que Depende del Tipo de Suelo.
PP = Peso Propio.
Pu = Capacidad de Soporte Admisible a la Compresin.
=maxq Corte por Unidad de rea.
Q = Esfuerzo de Corte Basal.
=pQ Carga Tren Trasero AASHTO H20-44.
r = Radio de Giro.
R = Factor de Modificacin de la Respuesta.
=aR Fuerza Requerida (ASD).
=fR Resistencia al Fuste del Pilote.
=nR Fuerza Nominal.
=pR Resistencia por Punta del Pilote.
=/nR Fuerza Admisible.
=cS Sobrecarga de Uso (ton/m2).
Sv = Sismo Vertical.
Sx = Sismo en la direccin X (Direccin Longitudinal)
Sy = Sismo en la direccin Y (Direccin Transversal)
tTadm = Capacidad de Soporte Admisible a la Traccin.
tf = Espesor Ala Perfil H.
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tw = Espesor Alma Perfil H.
T* = Perodo Fundamental de Vibracin en la Direccin de Anlisis.
T = Parmetro que Depende del Tipo de Suelo.
Vc = Fuerza de corte
= Relacin entre la distancia entre el eje neutro y el baricentro de las armaduras.
=a Peso Especfico del Acero (Ton/m3).
=h Peso Especfico del Hormign (Ton/m3).
=sec Peso Especfico del Relleno Estructural (Ton/m3).
= ngulo de friccin del muro. =adm Deformacin Admisible Viga Longitudinal.
= Esbeltez de un Elemento. =pi Pi (3.14)
= Cuanta de Refuerzo.
= Razn de Amortiguamiento. =e Tensin Admisible para Solicitaciones Estticas Permanentes.
=s Tensin Admisible para Solicitaciones Estticas Permanentes + Eventuales.
=b Dimetro de Barra de Refuerzo. =c ngulo de friccin interna.
= Factor de Minoracin = Factor de Seguridad.
=C Factor de Seguridad Compresin.
=b Factor de Seguridad Flexin.
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CAPITULO 1
1.1 Introduccin
Hace un ao atrs el pas fue testigo del grave impacto ambiental que caus el
derrame de petrleo producido en la Baha de San Vicente donde se vertieron
692.172 m3 de crudo aproximadamente.
Los derrames de crudo son sin duda los mayores riesgos ambientales que se
pueden encontrar en los ocanos, se producen principalmente en los terminales
martimos de carga y descarga de crudo o de sus derivados. El petrleo es una
sustancia que al derramarse en el agua se esparce como una delgadsima capa,
de modo, que el volumen derramado ocupa una enorme superficie en el mar,
afectando de este modo grandes reas donde viven los organismos marinos.
Estos seres se embeben o quedan atrapados en el oleoso lquido, de modo que
no tienen posibilidad de sobrevivencia. As las aves, los mamferos, los peces y
todos los microorganismos, se ven afectados por este desastre ecolgico. Si el
tiempo de exposicin en el elemento es breve y existe la posibilidad de un
adecuado lavado de los animales, es posible lograr salvarlos.
Es por esto que es necesaria una respuesta rpida y efectiva ante el derrame de
crudo y contar con estructuras martimas que permitan llegar eficazmente al lugar
de la emergencia desplegando las barreras de contencin y reteniendo el derrame
para que no se distribuya en el ocano, disminuyendo as los impactos
ambientales que se puedan ocasionar.
Ante el problema expuesto se solicita disear una estructura que permita reducir
los tiempos de respuesta frente a emergencias de derrames petroleros.
Las instalaciones proyectadas sern utilizadas principalmente por los terminales
de RPC y ENAP. Adems de prestar servicio para el resto de los terminales
indicados en la fig. N 1, con sus respectivas capacidades.
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Fig. N 1: Mapa de Hidrocarburos [11].
Para hacer notar la magnitud de las cifras indicadas, se obtienen porcentajes de la
Comisin Nacional de Energa los cuales indican que las ventas de combustibles
de las refineras abastecen el 85.4% del mercado nacional. En trminos de
volumen esto equivale a aproximadamente 13 millones de m3 al ao.
La estructura a proyectar se ubicar en la Baha de Quintero, especficamente en
el sector El Bato, V Regin de Valparaso.
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Fig. N 2: Baha de Quintero [12].
La solucin desarrollada permite sobrepasar la zona de rompiente hasta alcanzar
profundidades adecuadas para el trabajo de las embarcaciones. Se proyecta una
prolongacin del pedrapln existente con estructura mixta (estructura metlica y
hormign armado) sobre pilotes tubulares metlicos hincados en el fondo marino,
similar a un muelle transparente y dispuesto con la misma orientacin en planta
que la del pedrapln antes mencionado. Para tales efectos, el diseo considera
que la estructura con la que se prolongar el pedrapln estar constituida por un
Puente de Acceso (ver Fig. N 3), al cual se accede mediante una plataforma
constituida por muros de contencin perimetrales y una rampa de acceso con el
mismo concepto de diseo de la plataforma, pero con una pendiente de un 15%
que logra establecer un vnculo entre el Puente de Acceso ubicado a una
elevacin de 7,26m y el nivel de terreno natural ubicado a 5,40m.
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Fig. N 3: Elevacin General Muelle.
El diseo considera un Puente de Acceso de 120m de longitud y 5m de ancho,
estructurado en base a una losa de hormign armado, soportada por vigas
metlicas apoyadas sobre pilotes metlicos tubulares hincados en el fondo marino
y sobre un muro de hormign armado existente en el pedrapln. El objetivo
principal de esta estructura es permitir el acceso vehicular a un cabezo, constituido
por una losa de hormign armado donde se encuentran ubicadas las barreras de
contencin de derrames de hidrocarburos.
Dichos barreras son fabricadas en PVC con flotacin de espuma. La principal
ventaja es que el tiempo de despliegue de stas sobre el mar es de 3 a 5 minutos
por cada 200 metros de largo, tiene un alto seguimiento a las olas, por lo que
tienen una gran capacidad de contencin, el mtodo de utilizacin es el indicado
en la Fig. N 4 y N 5 .
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15
Fig. N 4: Barreras de Contencin de Hidrocarburos [13].
Fig. N5: Barreras de Contencin de Hidrocarburos [13].
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1.2 Criterios de Diseo
La modelacin estructural se realiz mediante el software SAP 2000, la cual
consider el Puente de Acceso en su totalidad representando los elementos
metlicos, como lo son pilotes y vigas y la losa de hormign armado. Los diseos
de la Rampa de Acceso y el Estribo fueron analizados de forma separada.
Los elementos de hormign armado de las losas sobre los pilotes se disearon por
el mtodo de la rotura indicado en ACI 318 2005, es decir, se efectu un anlisis
elstico y posteriormente se amplificaron los esfuerzos por un factor que considera
la mayoracin de la carga para diseo ltimo. Dentro de los elementos a disear
de hormign armado destacan la losa del Puente de Acceso (ver Fig. N 6), cuyas
dimensiones fueron mencionadas anteriormente, estribo de 3m de altura y 0,6m
de ancho que es un apoyo para la losa del Puente de Acceso (ver Fig. N 7) y a su
vez resiste las cargas de corte transmitidas desde la losa, finalmente una rampa
de acceso (ver Fig. N 8 y N 9) constituida por muros perimetrales de 0,4m de
espesor y una pendiente de un 15%.
Fig. N6: Vista Transversal Puente Acceso.
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Fig. N7: Conexin Estribo con Puente de Acceso.
Fig. N8: Rampa de Acceso.
Fig. N9: Vista Transversal de Rampa de Acceso.
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Los elementos de acero se disearon por el mtodo de tensiones admisibles
indicado en AISC Design, Fabrication And Erection Of Structural Steel For
Building, que se basa en el anlisis elstico lineal, vlido para pequeas
deformaciones. Dentro de los elementos de acero diseados destacan pilotes,
vigas transversales y longitudinales del Puente de Acceso (ver Fig. N 6).
Debido a que en Chile no existe una norma ssmica para el diseo de puertos, se
utiliz la Norma Chilena 2369 para diseos de estructuras industriales, es decir,
los parmetros ssmicos y el clculo del corte ssmico sigue las indicaciones de la
NCh 2369.
Para el clculo de la longitud de empotramiento de los pilotes y las condiciones
martimas se utiliz la norma japonesa "Technical Standards for Port and Harbour
Facilities in Japan", The Overseas Coastal Area Development Institute of Japan,
2002.
1.3 Metodologa de Diseo
En primera instancia para comenzar a disear se defini la altura de la plataforma
del muelle, la cual est ligada a los criterios de diseo del proyecto, los cuales
exigen un resguardo bajo la quilla del barco de 1 m, tomando la batimetra del
sector, respetando el resguardo exigido y considerando la variacin de mareas, se
obtuvo una altura de plataforma de 7.26m desde el nivel de reduccion de sondas
(N.R.S).
Se obtuvo los perodos fundamentales de la estructura, con los cuales se
calcularon los coeficientes ssmicos para las direcciones de anlisis. Mediante el
software SAP 2000 (ver Fig. N 10) se calcul la masa ssmica y se realiz un
prediseo de dimensiones de elementos los cuales se verificaron para el ms
desfavorable de estos.
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Fig. N10: Modelos de SAP 2000.
Las losa de hormign armado es de 25cm de espesor y est compuesta por
losetas prefabricadas de espesor 12.5 cm, se opt por esta solucin, ya que en el
mar es muy difcil alzaprimar la losa, por lo tanto esta solucin es bastante
econmica y fcil de realizar, las losetas son fabricadas en tierra y posteriormente
son montadas sobre las vigas de acero mediante una gra.
Se considera un espesor por corrosin de 1mm para el diseo de estructuras de
acero.
Los muros de hormign armado, que constituyen la plataforma y rampa de acceso,
se calcularon segn el Manual de Carreteras Vol. III, adems se tom en
consideracin el estudio de Mecnica de Suelos realizado por PETROS Ingenieros
Consultores en Geotecnia.
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Antecedentes Previos
Se utiliz como apoyo un proyecto realizado en ARA WorleyParsons en el ao
1997, que consista en el diseo de un muelle con 3 sitios de atraque ubicado a
600m del proyecto actual. Usando como base la mecnica de suelos realizada
para este proyecto se pudo conocer la estratigrafa del terreno mediante anlisis
de penetracin estndar y las consideraciones para la resistencia por punta y por
fuste de los pilotes, adems de los empujes del terreno sobre el estribo.
1.4 Situacin Actual
Actualmente ENAP mantiene sus barreras de contencin de derrames en tierra,
cercanas al terminal de Oxiquim. En el momento de presentarse alguna
emergencia, ENAP tiene que trasladar sus barreras a las instalaciones portuarias
para que posteriormente estas sean embarcadas y puedan controlar el derrame.
El hecho de transportar las barreras desde tierra hacia el mar, hace bastante lento
el proceso de respuesta ante la emergencia.
1.5 Anlisis de Alternativas
A continuacin se presentan dos tipos de alternativas las cuales se diferencian en
el tipo de fijacin de los carretes en los que se enrollan las barreras de contencin
a las estructuras que los soportan. Dichas alternativas se dividen a su vez en sub-
alternativas que dependiendo de los equipos utilizados para la movilizacin de los
carretes, el lugar de emplazamiento de los mismos, etc. A continuacin se realiza
un listado general de las alternativas las cuales son descritas en detalle ms
adelante.
Alternativa A: Carretes para embarcar:
- Carretes ubicados en cabezo y embarcados mediante gra rotatoria
tipo pescante.
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- Carretes ubicados en tierra y trasladados por rieles hasta el cabezo.
- Carretes ubicados en el cabezo y embarcados por sistema
Multibaket.
Alternativa B: Carretes Fijos:
- Carretes Fijos en Cabezo embarcados por gra Petrel.
- Carretes Fijos sobre el Piedraplen, las barreras se despliegan entre
el cabezo y el boyarin.
ALTERNATIVA A: Carretes Para Embarcar
Las tres alternativas que sern descritas a continuacin consideran que ambos
carretes pueden ser eventualmente cargados en embarcaciones especialmente
dispuestas para tales efectos y que son las encargadas de trasladarlos hasta el
lugar de la emergencia, ya sea mediante su embarque o su arrastre por mar.
En todos los casos se requiere que los carretes estn dispuestos en ubicaciones
en que las profundidades de agua permitan la llegada de las embarcaciones en las
que sern embarcados, por lo tanto, todas las alternativas consideran los carretes
dispuestos sobre estructuras emplazadas fuera de la zona de rompiente.
A continuacin se hace una descripcin detallada de cada alternativa.
Alternativa A1
La siguiente alternativa considera la prolongacin, mar adentro, del pedrapln
existente con estructura metlica y de hormign armado emplazada con la misma
orientacin en planta que la del pedrapln, con el objetivo de disponer los carretes
fuera de la zona de rompiente y permitir su embarque cuando las condiciones
oceanogrficas imperantes lo permitan.
Para tales efectos, se ha proyectado un Puente de Acceso de 30 m de longitud y
4.8 m de ancho, apoyado en tierra sobre un muro de hormign armado existente y
estructurado en base a parrilla metlica de piso soportada por vigas metlicas que
a su vez se apoyan sobre pilotes metlicos tubulares hincados en el fondo marino.
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El Puente de Acceso antes mencionado tiene por objetivo permitir acceder a un
cabezo estructurado en base a una losa de hormign armado de 8.2 m de
longitud, 8.4 m de ancho y 25 cm de espesor, apoyada sobre vigas metlicas que
a su vez son soportadas por pilotes metlicos tubulares hincados en el fondo
marino.
El diseo considera sobre la losa del cabezo los dos carretes (con los que cuenta
ENAP Refineras Aconcagua) en los que se enrollan las barreras de contencin,
dentro de un cobertizo destinado a protegerlos del efecto corrosivo de las
condiciones medioambientales propias de una estructura dispuesta en el mar.
Adems, sobre el cabezo se considera disponer una gra rotatoria (tipo pescante)
que permita embarcar uno o ambos carretes en una o ms embarcaciones.
Si el Cabezo o zona donde se almacenan los carretes se desocupa
temporalmente, esta alternativa le permitira a ERA poner en seco elementos de
fondeo tales como cadenas, flexibles, etc; para ser inspeccionados segn los
requerimientos de la Autoridad Martima.
Ver Figura N A1 en Anexo.
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Alternativa A2
Esta alternativa considera una solucin similar a la descrita en la Alternativa A1,
diferencindose en que en caso de condiciones oceanogrficas desfavorables,
permite que los carretes sean retirados del cabezo y guardados en un cobertizo
que se construira en el pedrapln existente. La opcin de mantener siempre los
carretes guardados en el pedrapln no fue acogida por Operaciones,
argumentando que en la emergencia constituira un grado de dificultad. En cuanto
a la solucin estructural y el equipo considerado para movilizar y/o desembarcar
los carretes, son los mismos que los considerados en la Alternativa A1.
Esta alternativa incluye disponer rieles (entre el cabezo y el pedrapln) con el
objetivo de permitir la movilizacin de los carretes desde el cabezo hasta el
pedrapln y viceversa. Para tales efectos, el diseo considera la utilizacin de la
gra rotatoria (pescante) emplazada en el cabezo para ubicar los carretes sobre
rieles que se disponen tanto sobre la losa de hormign armado del cabezo como
sobre la parrilla de piso del Puente de Acceso, y que permiten trasladar dichos
carretes hasta el pedrapln, hasta una ubicacin segura y menos expuesta a las
condiciones oceanogrficas en caso de tormenta.
Para tales efectos, esta solucin considera reemplazar las plataformas de
inspeccin existentes sobre el pedrapln por nuevas plataformas metlicas que
permitan disponer ambos carretes dentro de un cobertizo emplazado al Oeste de
la casa de bombas ubicada sobre el pedrapln existente.
Esta solucin considera trasladar nuevamente ambos carretes hasta el cobertizo,
una vez que las condiciones oceanogrficas sean ms desfavorables.
Al igual que la alternativa antes descrita, sta tambin le permitira a ENAP
Refineras Aconcagua poner elementos de fondeo en seco para cumplir con las
inspecciones dispuestas por la Autoridad Martima.
Ver figura N A2 en Anexo.
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Alternativa A3
Esta alternativa considera una solucin similar a la descrita en la Alternativa A1,
en cuanto a que tambin contempla la prolongacin del pedrapln existente con
estructura metlica y de hormign armado, pero diferencindose en el tipo de
equipo de izaje considerado, ya que se reemplaza la gra rotatoria por un sistema
de levante Multibaket, que consiste en un sistema hidrulico de levante utilizado
en los camiones de recoleccin de basura, este sistema permitir un embarque
ms estable de los carretes.
Para el Puente de Acceso la solucin es exactamente la misma, mientras que para
el Cabezo la estructuracin es la misma, pero varan las dimensiones de la losa de
hormign armado (9.5 m de longitud, 10.5 m de ancho y 25 cm de espesor).
Se considera disponer sobre el Cabezo un Sistema de Levante Multibaket, el que
consiste en un equipo mecnico constituido por un prtico metlico que rota en
torno a un eje horizontal dispuesto a la altura de la losa de hormign armado del
cabezo y que permite movilizar y/o embarcar los carretes en las embarcaciones
especialmente destinadas para estos efectos.
Ver figura N A3 en Anexo.
ALTERNATIVA B: Carretes Fijos
En este caso se considera disponer los dos (2) carretes en posiciones fijas, ya sea
sobre una plataforma nueva ubicada ms all de la zona de rompiente
(prolongacin del pedrapln existente) directamente sobre el pedrapln antes
mencionado. En ambos casos, las soluciones consideran que las barreras de
contencin son desplegadas y/o transportadas hasta el lugar de la emergencia
mediante el arrastre de las mismas por una o ms embarcaciones especialmente
destinadas para estos efectos, y que los carretes no se embarcan.
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Alternativa B1
Esta alternativa considera desarrollar actividades adicionales a las de permitir
lanzar las barreras de contencin. En este caso, se considera la prolongacin del
pedrapln con un puente de acceso de estructura mixta (estructura metlica y
hormign armado) dispuesta con la misma orientacin en planta que la del
pedrapln existente y un cabezo de mayor tamao que el considerado para las
otras alternativas, donde en el costado Noreste del mismo se ubican los carretes,
mientras que en el costado Noroeste se deja una zona libre con los siguientes
objetivos:
Disponer los carretes fuera de la zona de rompiente en posiciones que
faciliten el acercamiento de las embarcaciones para el despliegue de las
barreras. Para tales efectos, una embarcacin permanecera a la gira
amarrada a un boyarn dispuesto en las cercanas de las nuevas
estructuras.
Permitir hacer las mantenciones de cadenas, flexibles, etc. sobre el cabezo
y puente de acceso. Actualmente se hacen en tierra (en el Terminal) y por
lo mismo involucran su transporte hasta dicho lugar.
Permitir la movilizacin de las defensas martimas Yokohama. Actualmente
ERA debe utilizar instalaciones y equipos de terceros para tales efectos.
Permitir la desmovilizacin de boyas para cumplir con las inspecciones que
decreta la Autoridad Martima.
Para tales efectos, se ha proyectado un puente de acceso de 30 m de longitud y
5.0 m de ancho, apoyado en tierra sobre un muro de hormign armado existente y
estructurado en base a una losa de hormign armado, soportada por vigas
metlicas que a su vez se apoyan sobre pilotes metlicos tubulares hincados en el
fondo marino. El objetivo principal de esta estructura es permitir el acceso
vehicular a un cabezo estructurado en base a una losa de hormign armado de
17.3 m de longitud, 8.0 m de ancho y 25 cm de espesor. El puente de acceso tiene
adems objetivos tales como: permitir efectuar la mantencin de cadenas,
-
26
flexibles, etc. y permitir la movilizacin de defensas martimas, boyas y otros
elementos.
Al igual que en las alternativas anteriormente descritas, esta alternativa considera
disponer en posiciones fijas sobre la losa del cabezo los dos (2) carretes en los
que se enrollan las barreras de contencin, dentro de un cobertizo destinado a
protegerlos del efecto corrosivo de las condiciones medioambientales propias de
un estructura dispuesta en el mar. Adems, sobre el cabezo se considera disponer
una gra martima rotatoria (tipo Petrel o similar) que permita movilizar los carretes
y elementos tales como: cadenas, flexibles, defensas martimas, boyas, etc.
Finalmente, para materializar el acceso vehicular a las nuevas estructuras
martimas, esta alternativa considera disponer sobre el pedrapln existente una
rampa de acceso estructurada en base a muros de contencin y rellenos
granulares debidamente compactados, destinada a permitir alcanzar la elevacin
del tope de concreto del muro de hormign armado existente a un costado de las
tuberas de la red de incendio y permitir materializar el cruce sobre las mismas.
Para tales efectos, el diseo considera disponer una losa de hormign armado
apoyada tanto en la rampa como en el muro existente antes mencionado,
especialmente diseada para resistir el paso de un vehculo liviano.
Ver figura N A4 en Anexo.
Alternativa B2
La alternativa B2 considera que los carretes siempre estn guardados en el
cobertizo del pedrapln y que el despliegue de las barreras se efecta desde dicha
posicin sin tener necesidad de movilizar los carretes. Esta alternativa es
geomtricamente igual a la alternativa A2.
As entonces, esta alternativa considera disponer los dos (2) carretes en los que
se enrollan las barreras de contencin en posiciones fijas sobre el pedrapln
existente que permitan un fcil y rpido despliegue de las mismas.
Al igual que la alternativa A2, esta solucin considera reemplazar las plataformas
de inspeccin existentes sobre el pedrapln por nuevas plataformas metlicas que
-
27
permitan disponer ambos carretes dentro de un cobertizo emplazado al Oeste de
la casa de bombas ubicada sobre el pedrapln existente.
Por otro lado, para efectos del despliegue de las barreras de contencin, esta
alternativa considera disponer un boyarn (en una profundidad adecuada) al que
se fija un cable gua que va a tierra (a las barreras de contencin) y permite
desplegar las barreras mediante el arrastre con una embarcacin especialmente
destinada para este fin.
Esta alternativa permite mantener el cabezo despejado para disponer los
elementos de fondeo en seco y cumplir con las inspecciones dispuestas por la
Autoridad Martima.
Ver figura N A5 en Anexo.
En base a las necesidades del cliente, ERA ha seleccionado la alternativa B1
como aquella que debe ser desarrollada en detalle, debido a que permite utilizar
las futuras instalaciones para mltiples propsitos, tales como terminal de
embarque y desembarque de pasajeros, embarque y desembarque de elementos
martimos que requieran reparacin, etc.
La alternativa seleccionada considera disponer los carretes, ms all de la zona
de rompiente, sobre un cabezo nuevo al que se puede acceder incluso en vehculo
mediante un Puente de Acceso tambin nuevo que se dispone a continuacin del
pedrapln existente. El cabezo antes mencionado tiene dimensiones adecuadas
para disponer los carretes en posiciones permanentes que facilitan el
acercamiento de las embarcaciones especialmente destinadas para el despliegue
y traslado de las barreras hasta el lugar de la emergencia, proveer espacio
suficiente para llevar a cabo las labores de mantencin de cadenas, flexibles, etc.
y permitir, adems, la movilizacin de defensas martimas, boyas y otros
elementos mediante una gra martima rotatoria (tipo Petrel o similar) dispuesta
sobre el cabezo.
A pesar de la alternativa elegida por ERA, el proyecto que se desarrollar en los
captulos siguientes vara en la longitud del cabezo y del Puente de Acceso. Esto
producto de que al desarrollar las alternativas presentadas no se dispona de las
-
28
caractersticas de la embarcacin de diseo, producto de esto se opt por un
Puente de Acceso de 120m de longitud y 5m de ancho, formado por una losa de
hormign armado de 25 cm de espesor apoyada sobre pilotes metlicos tubulares
hincados en el fondo marino.
Una de las principales ventajas que tendr la nueva estructura es que adems de
ser utilizada para ocasiones en las cuales se produzca derrame de petrleo, posee
la ventaja de permitir el embarque de naves con pasajeros en caso de ser
necesario. Adems la nueva estructura estar en condiciones de recibir
embarcaciones de hasta 4 metros de calado debido a su largo Puente de Acceso
(120 m. app.)
CAPITULO 2 CONDICIONES DE DISEO
El siguiente Captulo detalla las condiciones de diseo utilizadas para el clculo
estructural de las estructuras que forman parte del Puerto del Terminal Quintero.
Debido a que Chile es un pas con alta sismicidad, sta precisamente es la
variable que predomina el diseo en la gran mayora de las estructuras.
1. PESO PROPIO
Para la cuantificacin de las cargas de peso propio, se realiz un modelo completo
de la estructura en SAP 2000 indicando las densidades de los diferentes
materiales y las secciones reales que tendr cada estructura, adems se
incorporaron los pesos que actuarn de manera permanente sobre la estructura
como lo sern las defensas camineras como proteccin de peatones y vehculos
ubicadas en los bordes de toda la estructura. En detalle se consider lo siguiente:
Hormign 3
5.2m
tonh =
Relleno Estructural 3sec
2.2m
ton=
Acero 3
85.7m
tona =
-
29
Defensas Camineras m
tonDef 45.0=
Del programa de Clculo estructural se obtienen los siguientes valores que
corresponden a los pesos de las estructuras, indicados en la segunda columna.
Masas y Pesos
Grupo Masa Peso Masa en X Masa en Y Masa en Z
(unidades) Ton-s2/m Ton Ton-s2/m Ton-s2/m Ton-s2/m
Estructura Completa 23.43 468.32 23.43 23.43 23.43
Pilote 0.92 31.06 0.92 0.92 0.92
Viga Longitudinal 2.23 43.75 2.23 2.23 2.23
Losa 18.51 370.62 18.51 18.51 18.51
Marco 0.03 0.33 0.03 0.03 0.03
Viga Transversal 0.41 9.59 0.41 0.41 0.41
Tabla N 1: Masas y Pesos de SAP 2000.
2. SOBRECARGA
Se considera una sobrecarga uniforme actuando sobre toda la estructura en su
totalidad, esta corresponde a:
Sobrecarga de Uso 2
5.0m
tonSc =
La sobrecarga de uso indicada es la que se seala en los criterios de diseo del
proyecto.
3. SOBRECARGA SISMICA
Se aplica una sobrecarga ssmica a la estructura que corresponde al 50% de la
sobrecarga normal, es decir:
Sobrecarga Ssmica 2
25.0m
tonScs =
Se indica en los criterios de diseo que en el caso de una eventualidad ssmica , la
mitad de la sobrecarga se encuentra activa sobre la estructura, es decir, que al
momento del sismo, como masa ssmica actan todo el peso propio de la
estructura y la mitad de la sobrecarga que existe sobre sta.
-
30
4. PAO DE CADENA
En el caso de que necesite reparacin alguno de los paos de cadena que se
encuentran en el fondo del mar, se considera el peso de ste actuando sobre la
superficie de la losa del Puente de Acceso. Para cuantificar esta carga se utiliz
un tamao de eslabn de 3.5" y un pao de cadena estndar de 25 metros. Segn
el catlogo de Metalsan, el peso para un pao de cadena de estas caractersticas
es:
Peso Pao Cadena tonCad 435.4=
5. SOBRECARGA MOVIL
De acuerdo con los requerimientos por parte del cliente, se consider un camin
definido por AASHTO, H20-44. La carga por camin, se realiz definiendo un tren
de carga (LANE) en el programa SAP 2000 para el Puente de Acceso (Ver Fig. N
A6 en Anexo).
Adems se ingres el camin estndar circulando por el LANE de carga (Ver Fig.
N A7 en Anexo).
Figura N 11: Camin estndar [14].
-
31
Para el camin indicado, se seala que la carga del tren delantero corresponde a
3.63 ton. y la carga del tren trasero a 14.51 ton. Si se observa la figura N 17 del
anexo se pueden apreciar las cargas dispuestas en planta y en elevacin en el
costado derecho y en la columna N 7 se indica el peso de cada eje en ton.
Tanto para la Rampa de Acceso, como para el Estribo, se consider solamente
una carga puntual para la carga del tren trasero del mismo camin ingresado por
el LANE de carga para el Puente de Acceso, considerando un coeficiente de
impacto de 1.3.
Carga Tren Trasero AASHTO H20-44 tonQp 45.9=
La distribucin de presiones debido a una carga puntual no slo vara en altura,
sino tambin a lo largo del muro, por lo tanto se utiliz el mtodo basado en la
teora de la elasticidad.
Figura N 12: Distribucin depresiones por carga puntual [15].
Las combinaciones de carga utilizadas son las siguientes:
Tabla N 2: Combinaciones de Carga.
-
32
6. CONDICIONES GEOTECNICAS
Del anlisis de las columnas estratigrficas y resultados de ensayos de terreno
(SPT), se puede inferir que el subsuelo est representado por las siguientes
unidades de suelo:
Unidad 1: Depsito de arena algo limosa con abundantes conchuelas, color gris
oscuro a caf, compacidad media. Esta unidad alcanza hasta una profundidad de
3.5 a 6.5 m aprox.
Unidad 2: Subyaciendo el estrato anterior, se detecta arena limosa a arcillosa,
color gris oliva a caf, compacidad media a alta, incluso rechazo en gran parte de
la altura con presencia de cementacin. Presencia de partculas rojizas producto
de oxidaciones, adems de materiales micceos, color caf gris a amarillento. El
estrato se desarrolla a lo menos en toda la profundidad de exploracin.
Lo que corresponde a un suelo tipo II, segn la NCh 2369, ya que el ndice de
penetracin estndar es mayor que 40.
Segn el estudio de mecnica de suelos utilizado para el proyecto los valores
utilizados en el anlisis de suelo son los siguientes:
a) Tensiones de Contacto
Solicitaciones estticas permanentes 2
3cm
kgfe =
Solicitaciones estticas permanentes + eventuales 2
4cm
kgfs =
b) Constantes de Balasto
Para estimar los asentamientos que se producen por efecto de la carga del muro
sobre el relleno de apoyo, se utilizan las constantes de balasto Kv que se entregan
a continuacin para carga esttica:
+
=
L
B
BK v 5.01
420
Donde Kv se expresa en kgf/cm3, si el ancho de la fundacin (B) se expresa en
(cm).
-
33
Para la componente cclica de las solicitaciones (sismo), la constante de balasto
se obtuvo multiplicando por 2.0 el valor de la constante de balasto obtenido con la
relacin anterior.
c) Factores de Seguridad
Se debe verificar que el empuje calculado no origine volcamientos y/o
deslizamientos del muro. Para evitar esta situacin debe cumplirse
simultneamente las siguientes condiciones respecto al Factor de Seguridad (FS):
Deslizamiento FS 1.5 / 1.3 Esttico/Ssmico
Volcamiento FS 1.5 / 1.4 Esttico/Ssmico
d) Parmetros Utilizados
Se consideran las caractersticas de un relleno granular promedio:
ngulo de friccin interna 40=c ngulo de friccin del muro 15=
e) Empujes del Terreno
Segn el estudio geotcnico realizado por Petrus, el clculo del coeficiente de
empuje K, para determinar si el muro se encuentra en un estado pasivo o activo,
se calcula de la siguiente forma iterativa:
a) Es necesario suponer que la estructura se encuentra en un estado pasivo,
ya que al ser tan rgido este estado es el ms certero.
b) Luego hay que calcular el empuje esttico que est actuando sobre el
muro.
c) Es necesario calcular los desplazamientos que se generan debido a la
flexin del muro y debido al giro.
d) Volver a calcular el coeficiente de empuje esttico.
La indicacin anterior puede ser vista en detalle en la Fig. N A20, adems del
clculo de las fuerzas de empuje sobre el estribo indicadas en la Fig. N A21.
La longitud de empotramiento de pilotes se calcula segn el punto 9.5.3 de la
Norma Japonesa de Puertos "Technical Standards and Commentaries for Port and
Harbour Facilities in Japan".
-
34
Se utilizaron los resultados del sondaje SM6 para el ndice de penetracin
estndar. El sondaje en estudio se encuentra ubicado a 9 metros aprox. de
profundidad segn la batimetra del sector.
Segn la Norma Japonesa de Puertos, la longitud de empotramiento para los
pilotes es:
mIE
Dkh 1
44
=
Donde:
= Longitud de Empotramiento de pilotes (1/m). Kh = Coeficiente de Balasto Horizontal = 0.15N, donde N = ndice de Penetracin
Estndar.
E = Modulo de Elasticidad del Acero.
I = Inercia del Pilote.
D = Dimetro del Pilote.
El nivel de empotramiento de los pilotes se encuentra a 1.83 metros del fondo
marino.
7. OLEAJE
Las condiciones de las olas frente a la baha de Quintero son las siguientes:
- Altura promedio de las olas de temporal en alta mar: 3,7m
- Altura mxima de las olas de temporal en alta mar: 9,5m
Las condiciones de refraccin de la baha, son preliminarmente las siguientes:
Direccin de ola de temporal Perodo (seg.)
Factor de reduccin de altura
Norte 12 0,26
Oeste 12 0,21
Nor Oeste 12 0,23
-
35
8. CARGAS SISMICAS
El anlisis ssmico del Puente de Acceso se considera en forma esttica de
acuerdo con lo establecido en la Norma Nch 2369 Of. 2003. Los siguientes son los
parmetros requeridos para establecer las cargas ssmicas de la estructura:
Categora del Suelo Suelo Tipo II
Zona Ssmica Zona III
Factor de Modificacin de la Respuesta R = 5
Razn de Amortiguamiento 002.0= Coeficiente Ssmico Mximo Cmx = 0.26
Coeficiente Ssmico Mnimo Cmn = 0.15
Aceleracin Efectiva Mxima Ao = 0.4g
Coeficiente de Importancia I = 1.2
Parmetro que Depende del Tipo de Suelo T = 0.35
Parmetro que Depende del Tipo de Suelo n = 1.33
Tabla N 3: Parmetros Ssmicos.
Para efectos de clculo del peso ssmico, se considera el peso total de la
estructura ms la sobrecarga ssmica. Debido a la baja probabilidad de que el
sismo ocurra en el instante en que el Puente de Acceso est con una carga de
camin sobre l, no se consider la carga mvil. El parmetro de peso ssmico se
ingresa a travs de la fuente de masas del programa SAP como se muestra en la
Fig. N 18 en Anexo.
De acuerdo con las definiciones anteriores se obtiene del modelo estructural los
perodos fundamentales de la estructura mediante la fuente de masas involucrada.
Sismo Horizontal
El Sismo horizontal se obtiene por las frmulas de la NCh 2369 que se detallan a
continuacin:
WCIQ =
-
36
Donde:
I = Coeficiente de Importancia dado en tabla N 3.
W = Peso ssmico de la estructura.
C = Coeficiente ssmico de la estructura calculado de la siguiente manera:
4.0
*
' 05.075.2
= n
o
T
T
Rg
AC
Las fuerzas ssmicas horizontales se distribuirn en los elementos resistentes, en
proporcin a su rigidez y considerando el sistema de arriostramientos laterales
Para el Estribo y Rampa de Acceso, las cargas ssmicas sobre la estructura se
determinarn segn la seccin 5.6 de la Norma Chilena Nch 2369 of. 2003. En
esta seccin se seala que para equipos robustos y rgidos apoyados en el suelo,
cuyo periodo fundamental propio es menor o igual a 0.06s, incluyendo el efecto del
sistema de conexin a su fundacin, se pueden disear por el mtodo de anlisis
esttico, con un coeficiente ssmico horizontal igual a 0.7 Ao/g y un coeficiente
ssmico vertical igual a 0.5 Ao/g.
Cs = 0.28
Adems se utiliza un coeficiente de importancia de 1.2 sobre la estructura.
Se analiza la estructura desde dos puntos de vista:
El primero considerando una masa de suelo segn la Nch 2369 que es acelerada
por un coeficiente ssmico ms un factor de importancia, para analizar la
estabilidad global de la estructura, es decir, se disea de manera similar a un
estanque de forma cuadrada considerando como peso ssmico todo aquel que se
encuentra sobre el nivel de fundacin, adems debe considerarse el relleno
estructural que se encuentra dentro de los muros.
El segundo anlisis corresponder a las distribuciones de esfuerzos como
empujes estticos y ssmicos actuando sobre los muros para calcular armaduras,
-
37
9. REACCIONES DEL PUENTE DE ACCESO
El diseo estructural de este muelle de servicio comenz con el diseo del Puente
de Acceso, debido a que es indispensable para el diseo del estribo las
reacciones que provienen del Puente de Acceso y que el Estribo debe ser capaz
de resistir.
Se utilizaron las reacciones que se obtienen del apoyo de ambas vigas
longitudinales (solo fuerzas verticales), ms las reacciones que se producen en el
centerline de ambas vigas longitudinales, que es precisamente donde est
ubicada la llave de corte, la cual resiste las fuerzas de corte que provienen desde
el puente de acceso que alcanzan las 118 ton.
10. CARGAS HORIZONTALES SOBRE MUROS
Las cargas horizontales se calculan por metro de ancho de muro, y slo son
utilizadas para el clculo de la armadura, ya que el clculo de la estabilidad se
realiza de la forma explicada en el punto nmero 2.7.
Debido a que el muro es linealmente variable, se calculan las cargas horizontales
para una altura promedio por metro de muro, en el lugar ms desfavorable, es
decir, el metro de altura mayor (ver Fig. N13):
-
38
Figura N 13: Planta y Elevacin, Rampa de Acceso.
-
39
CAPITULO 3 DISEO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES
3.1 Diseo de Pilotes
Todas las estructuras de Acero que se encuentran bajo la agresividad de
ambientes marinos fueron diseadas con un sobre-espesor debido a la corrosin
de 1mm, segn los estndares de diseo de ARA WorleyParsons.
Los pilotes se disearon con el mtodo de las tensiones admisibles que satisface
los requerimientos cuando la fuerza admisible de cada componente estructural
iguala o excede la fuerza requerida determinada en base a las combinaciones de
carga de clculo del mtodo ASD.
Todos los elementos tubulares de acero que soportan el Puente de Acceso,
satisfacen la siguiente ecuacin:
/na RR
Donde:
Ra = Fuerza Requerida (ASD)
Rn = Fuerza Nominal.
= Factor de Seguridad (ASD) Para elementos en compresin, como lo son los pilotes, el factor de seguridad
67.1=C .
La esbeltez del elemento en compresin debe ser calculada como:
200=r
LK
Donde:
= Esbeltez del elemento. K = Factor de Longitud Efectiva.
L = Longitud de Pandeo.
r = Radio de Giro.
Para los resultados obtenidos sobre los factores de utilizacin de los pilotes, ver
figura N A24, adems se presenta en el anexo la planilla de clculo oficial de ARA
-
40
WorleyParsons para el diseo de elementos en Flexo-Compresin Biaxial (ver
figura N A25).
3.2 Capacidad de Soporte del Suelo
Se realiza mediante un proceso iterativo de la ficha del pilote y as lograr una
capacidad admisible a la compresin mayor a la solicitada.
La ficha necesaria para el pilote que presenta la mayor compresin es de 6m que
se obtuvo para un factor de seguridad por cargas eventuales (sismo) de 2.
Fse = 3 Factor de seguridad para cargas estticas.
FSs = 2 Factor de seguridad para cargas ssmicas.
En trminos Generales la ficha es la profundidad de penetracin del pilote desde
el fondo marino para resistir las solicitaciones por punta y por fusto
respectivamente.
Resistencia de Fuste
TonFSs
LDR
f
f 2.5243 =
=
Donde:
Rf = Resistencia de Fuste (Ton).
D = Dimetro del Pilote (m).
Lf = Ficha del Pilote (m).
FSs = Factor de Seguridad para Cargas Ssmicas.
Resistencia por Punta
TonFS
DLR
s
f
p 5.2756
2
=
=
Donde:
Rp = Resistencia por Punta (Ton).
D = Dimetro del Pilote (m).
Lf = Ficha del Pilote (m).
FSs = Factor de Seguridad para Cargas Ssmicas.
-
41
Capacidad de Soporte Admisible de Compresin
tonRRP pfu 6.79=+=
Capacidad de Soporte Admisible a Traccin
Para solicitaciones de arranque estticas y ssmicas la capacidad admisible, tadm
T ,
se determinar utilizando el trmino Rf calculado anteriormente, debiendo
adicionarse el peso propio sumergido de cada pilote, esto segn la Mecnica de
Suelos realizada por PETRUS.
3.3 Diseo de Viga Longitudinal
Para hacer un anlisis ms exhaustivo de las vigas longitudinales, se utilizaron
modelos por separado al de la estructura completa, de acuerdo con las fases
constructivas y de servicio que tendr el proyecto. La fase uno considera que ya
han sido colocados los pilotes y montadas las vigas de coronamiento.
La fase dos evala la estructura en su totalidad como modelo tridimensional
Las etapas consideradas son las siguientes:
Fase 1
Gra instala las vigas de rodado, del primer y segundo tramo. La gra
nunca se apoya sobre las vigas del Puente de Acceso.
Gra pasa al segundo tramo he instala viga permanente del primer tramo
(viga simplemente apoyada, de extremos fijos).
Se agregan los diafragmas transversales (crucetas).
Gra instala losetas sobre viga permanente (viga simplemente apoyada con
total de carga muerta. En esta etapa se produce el mximo momento
positivo.
Gra pasa al tercer tramo sobre vigas de rodado he instala las vigas
definitivas del segundo tramo.
Se materializa la conexin entre ambas vigas dejando unin continua. (dos
tramos de viga continuas con apoyo simple en sus extremos).
Se agregan los diafragmas transversales (crucetas).
Se instalan las losetas sobre el segundo tramo de viga permanente. En esta
etapa se produce el mximo momento negativo.
-
42
Fase 2
Es la etapa de servicio del Puente de Acceso, donde el hormign ya se encuentra
en condiciones de recibir las cargas para las cuales fue diseado.
El diseo se realiz con las fases antes mencionadas. En la Fase 1 se considera
la viga de 13 m., montada y soportando las cargas permanentes de las losetas y el
hormign sin fraguar, Luego se monta la segunda viga de 10 m., obteniendo una
viga continua con las mismas caractersticas de la viga anterior (momento mximo
negativo en fase 1). La fase dos es la que se indic anteriormente.
Se verifica la viga para que no sufra pandeo local:
1, =sf
Qt
b Para elementos atiesados
97.0, =sW
Qt
h Para elementos no atiesados
Se verifica la flexin en el eje fuerte de la viga longitudinal formada por un perfil H.
Adems se colocan crucetas cada 4.3 m aproximadamente para evitar el
volcamiento de las vigas en la etapa constructiva.
Para la Fase dos, fue necesario considerar que las ruedas del camin pueden no
ir directamente sobre las vigas del Puente de Acceso, por lo tanto se realiz una
reparticin transversal S/7 de acuerdo a AASHTO que consiste en lo siguiente: Se
consider una carga unitaria para determinar los porcentajes de reparticin en la
posicin ms desfavorable del Puente de Acceso, de donde se deduce que en la
posicin ms desfavorable del camin, la viga mas solicitada recibira un 79% de
la carga mvil.
Para el diseo de la viga longitudinal, considerando ahora la fase de servicio
(Fase2), se toma en cuenta el esfuerzo inducido durante la primera etapa. Es
decir, se considera una tensin inicial sobre la viga proveniente del anlisis en
fase1 y sobre ella se calcula la viga transformada por la seccin colaborante de la
losa de acuerdo con las disposiciones AASHTO con el esfuerzo de la sobrecarga
correspondiente.
Es necesario transformar en acero la seccin de hormign armado que
corresponde a la losa del Puente de Acceso de 25 cm de espesor.
-
43
El momento positivo admisible bMn + / , con 67.1=b , debe ser determinado por
el lmite de elasticidad de la siguiente manera:
a) Para yw F
E
t
h76.3 [7].
Mn debe ser determinado de la distribucin plstica de la tensin en la seccin
compuesta para el estado lmite de fluencia (momento plstico).
b) Para yw F
E
t
h76.3> [7].
Mn debe ser determinado desde la superposicin de las tensiones elsticas,
considerando los efectos del refuerzo de armadura para el estado lmite de
fluencia (momento plstico).
Para Momento admisible negativo bMn / , para 67.1=b , ste debe ser
determinado solamente por la seccin de acero.
Alternativamente, el momento admisible negativo puede ser determinado de la
distribucin plstica de la tensin en la seccin compuesta, para el estado lmite
de fluencia (momento plstico). Siempre y cuando:
a) La viga de acero sea compacta y tiene apoyos adecuados.
b) Los conectores de corte (Nelson Stud) conectan la losa con la viga de acero
en el rea de momento negativo.
c) El refuerzo de la losa paralelo a la viga de acero dentro del ancho efectivo
de la losa se desarrolla de manera correcta.
El anlisis de las deformaciones se realiza con la viga de mayor longitud entre
apoyos. La deformacin admisible se obtiene de la siguiente manera:
300
p
adm
L=
-
44
La deformacin de la estructura se obtiene sumando las deformaciones de ambas
fases constructivas sealadas anteriormente.
A continuacin se presentan resultados del anlisis de viga con losa colaborante y
sus respectivos conectores de corte.
-
45
-
46
-
47
3.4 Diseo de Llave de Corte
La llave de corte es una de las estructuras de acero ms importante del Puente de
Acceso, debido a que es el punto que recibe todas las cargas ssmicas que son
traspasadas al Estribo. Se encuentra ubicada en el eje central del Puente de
Acceso, embebida dentro del hormign del estribo. El espesor de la llave de corte
se determina de la siguiente manera:
min
max
maxm
LLqM
yx
= (eq. 1) 33.175.0
6 max
=
y
plf
Me [16]
El momento mnimo indicado en la ecuacin 1 se obtiene de cualquier tabla de
losas por ejemplo las tablas que presenta Stiglat.
-
48
Figura N 14: Planta y Elevacin, Rampa de Acceso.
3.5 Diseo de Losetas Prefabricadas
Por razones de economa y facilidad constructiva, se opta por utilizar losetas
prefabricadas a lo largo del Puente de Acceso.
La separacin entre losetas se define para asegurar el desarrollo de la barra de
acero para un gancho estndar.
Se consideran las cargas sobre la loseta prefabricada en la etapa de construccin,
es decir, las cargas producto del hormigonado y de un obrero trabajando sobre
ella.
-
49
Se verifica la armadura al corte para verificar que no se necesiten estribos, este
clculo se realiza con el mtodo LRFD, que minora las resistencias y mayora las
cargas.
mxpcc VdbfV >=
=
'53.0
75.0
Es necesario verificar la fisuracin del hormign, mediante el cdigo ACI224. Se
supone un rea de acero y se calcula con sta la cantidad de barras por loseta.
La cuanta de acero de refuerzo ser la indicada segn ACI 318 y se calcula de la
siguiente forma:
4
2
b
s barrasNApi
= db
A
p
s
=
Es necesario calcular la tensin de trabajo del acero de refuerzo para verificar la
fisuracin:
poss
neg
sdjA
Mf
=
Donde:
=
31k
j y ccc f
E
f
E
f
Ek
'151002
'15100'15100
2
+
+
=
El ancho de la grieta que se produce en el hormign est limitado a una grieta de
tamao no superior a 0.15mm.
3310076.0 Adfw cs =
Donde:
2.1=
barrasdeN
bdA c
2 =
2
brd c
+=
-
50
Transversalmente la armadura de la loseta se calcula como viga. Se analizan los
esfuerzos en la viga para las posiciones del camin ms desfavorables circulando
por el Puente de Acceso y se calculan los momentos respectivos para cada
posicin del camin, incluyendo el coeficiente de impacto definido en AASHTO.
Existen dos posiciones que entregan los momentos mximos tanto negativos
como positivos. La primera es que el camin circule con amabas ruedas entre las
dos vigas, con lo que producir el mayor momento positivo. La segunda posicin
es para el mximo momento negativo y se obtendr cuando el camin est
circulando en el borde de la berma por lo tanto 2 de sus ruedas laterales estarn
por el borde externo de la viga y las otras dos ruedas laterales estarn ubicadas
en el centro de ambos vanos.
Posicin N 1 Posicin N 2
Figura N 15: Planta y Elevacin, Rampa de Acceso.
Con los momentos respectivos se calcula la armadura a flexin y se verifica si es
necesaria armadura de corte con las ecuaciones sealadas anteriormente.
-
51
3.6 Diseo Apoyo Deslizante Puente de Acceso
Como se mencion en el comienzo de este trabajo, es necesario concretar un
apoyo deslizante en el medio del Puente de Acceso, para que la mitad del corte
ssmico sea resistido por la cupla ubicada en el eje G (ver Fig. N 16). Este apoyo
deslizante se disea segn los requerimientos del fabricante. Para este caso
particular se diseo un Fabreeka PAD.
Figura N 16: Planta y Elevacin, Rampa de Acceso.
Para disear este tipo de apoyos deslizantes se obtiene del modelo estructural la
mxima carga de compresin a la que estar sometido el apoyo. De los catlogos
de Fabreeka se obtiene una tensin promedio de compresin.
Tabla N 4: Espesor Requerido Fabreeka.
-
52
Con ambas tensiones de compresin se calcula el rea de contacto necesaria
para el apoyo deslizante. El ancho de Apoyo se supone del mismo ancho de la
viga longitudinal donde estar ubicado el PAD, con esto se obtiene la longitud de
apoyo necesaria, y utilizando la tabla de referencia de diseo mostrada en la tabla
N 4, se determina el espesor del apoyo. La tabla se utiliza intersectando el
mximo promedio de tensin de compresin con el ngulo de rotacin, as se
obtiene una longitud/espesor, y utilizando la longitud del apoyo que ya ha sido
definida, se obtiene de manera inmediata su ancho. (Ver en figura N A22
composiciones estndares de Fabreeka).
El mismo diseo se realiz en las vigas longitudinales que llegan al estribo. Se
opt por disear un solo apoyo en el centro del Puente de Acceso para evitar que
se formaran pares de fuerzas que afectan de manera negativa la estructura al
realizar un apoyo en cada viga longitudinal producto del sismo transversal.
3.7 Diseo de la Rampa de Acceso
El diseo de la Rampa de Acceso, se realiza con las condiciones requeridas para
el proyecto, es decir, se realiza un prediseo de sta (se suponen dimensiones
segn necesidades del proyecto) y posteriormente se verifica la estabilidad de la
estructura y las tensiones que esta produce sobre el terreno. Las cargas aplicadas
sobre la estructura que son necesarias para la verificacin de la estabilidad, son
las indicadas en los puntos anteriores donde se definieron cada una de ellas.
-
53
Figura N 27: Seccin Trasversal Rampa de Acceso
Peso Propio
+
= DfDff
LaP h2
1 211a
PM =
Muro
DfDff
LaP h +
=
22
=
222
acPM
Fundacin LbcP h 3 = 233c
PM =
( )L
DffdP
24 sec
=
+=2
44d
aPM
Relleno
sec5 DfLdP =
+=2
55d
aPM
Sobrecarga dLScP 6 =
+=2
66d
aPM
Sobrecarga
Ssmica dLScP sis 7 =
+=2
77d
aPM
Carga Camin QpP =8 )1(88 maPM +=
Tabla N 5: Resumen de Fuerzas y Momentos que actan sobre
la Rampa de Acceso.
-
54
Se presenta en la Fig. N A23, todas las cargas que actan sobre la Rampa de
Acceso, identificando claramente los Pi y los Mi.
3.8 Estabilidad Rampa de Acceso
Dado que la estructura se encuentra en equilibrio esttico, no es necesario
calcular el factor de seguridad en este caso.
Para el caso del deslizamiento, se calcula el peso de la estructura a nivel basal, el
cual se multiplica por un coeficiente ssmico y un factor de importancia (se acelera
la estructura) segn la Norma Chilena NCh 2369. Las fuerzas resistentes son las
aportadas por el peso propio de la estructura y el peso del material de relleno. En
las fuerzas resistentes es necesario tener en cuenta el sismo vertical en ambas
direcciones, ya que en una de estas aporta peso en la estructura, sin embargo, en
la otra direccin le disminuye peso a sta. El factor de seguridad se obtiene con la
siguiente ecuacin:
3.1>=d
r
F
FFS
Para el caso del volcamiento cada una de las fuerzas se multiplica por su
respectivo brazo palanca para formar: Momentos resistentes, producidos por las
fuerzas de peso propio de la estructura. Momentos volcantes, correspondientes a
la aceleracin de la estructura. Importante es incluir el sismo vertical en ambas
direcciones en los momentos resistentes de la estructura. El factor de seguridad
para el volcamiento se calcula de la siguiente forma:
4.1>=v
r
M
MFS
Los resultados obtenidos del anlisis son los escritos a continuacin:
FSvolcamiento = 9.322
FSdeslizamiento = 3.595
-
55
Las tensiones en el terreno sirven para verificar el porcentaje de compresin que
tiene la estructura sobre el suelo. Siempre es recomendable que la zapata est
100% comprimida, debido a que el suelo no resiste tracciones. Sin embargo es
aceptable hasta un 80 % de compresin segn la norma chilena NCh 2369. Uno
de los casos donde es de vital importancia considerar el sismo vertical es en la
verificacin de las tensiones en el terreno.
Cuando la fundacin esta 100% comprimida se obtienen dos tensiones en el
terreno, una tensin mxima y otra mnima, en el caso que el suelo presentara
tracciones sobre la fundacin, solamente se obtendra la tensin mxima y la
mnima sera cero, ya que el suelo no resiste tracciones.
3.9 Diseo de Armaduras de la Rampa
Para el clculo de las armaduras de los muros y losa de la Rampa se realiz un
model en el programa SAP 2000.
Figura N 18: Seccin Trasversal Rampa de Acceso, Modelo SAP 2000
El apoyo de la estructura sobre el suelo se modelo con resortes para simular un
efecto ms cercano a la realidad, la constante de balasto de los resortes utilizados
se obtuvo segn lo indicado en la seccin Condiciones de Diseo, mecnica de
suelos.
Para la componente cclica de las solicitaciones (sismo), la constante de balasto
se obtiene multiplicando por 2.0 el valor de la constante de balasto obtenido segn
-
56
las Condiciones de Diseo, segn el estudio realizado por PETRUS Ingenieros
Consultores en Geotecnia.
En la combinacin de carga utilizada los factores que mayoran las cargas se
utilizaron constantes (1.3) para las fuerzas aplicadas por indicaciones de la
empresa, adems se realiz una comparacin de ste criterio con las
combinaciones presentadas en ACI 318. Los resultados de las armaduras se
presentan en los anexos en planillas oficiales de ARA WorleyParsons. Ver figuras
N A26 y A27 en anexo.
3.10 Diseo del Estribo
El estribo es una gran plataforma que sirve de apoyo para las vigas del Puente de
Acceso y adems sirve para disponer sobre el un camin gra que realice labores
de mantencin en la sala de bombas existente.
Los empujes del terreno sobre los muros se calculan de acuerdo a lo indicado en
el informe de Mecnica de Suelos (ver figura anexo A21).
Para determinar si se considera un empuje del tipo activo o en reposo, se utiliza la
figura 6B del informe (ver figuras N A20 y A21). Al analizar las deformaciones en
los muros del estribo, como estructuras en voladizo, no se alcanza a desarrollar la
condicin activa del empuje, debido a que K = 0.36, obtenido mediante iteracin,
corresponde a la condicin pasiva del suelo, se supuso como material de relleno
grava.
Para efectos de diseo se considera el empuje en condicin de reposo, adems
hay que considerar que varios muros del estribo estn arriostrados por muros
laterales.
Los empujes laterales generan fuerzas perpendiculares a los muros, los cuales se
deben traspasar a los ejes principales de inercia de la fundacin.
Para analizar la estabilidad de la estructura en su conjunto, se considera toda la
estructura actuando como un cuerpo rgido apoyado en el suelo (muros
perimetrales y relleno granular interior), y se utilizan las disposiciones indicadas
en el punto 5.6 de la norma Nch 2369.
-
57
Se determinan las tensiones de contacto en los vrtices del estribo, al analizar la
estructura como un cuerpo rgido que rota con respecto a sus ejes principales de
inercia.
Para la verificacin al deslizamiento, el informe de mecnica de suelos indica un
coeficiente de roce =0,8 y una adherencia de 0,5 t/m2. Valores que son bastante
elevados de acuerdo a la prctica habitual de ARA WorleyParsons.
Por otra parte el Manual de Carreteras, Volumen III, indica un coeficiente de roce
= tan (), para el tipo de suelo del proyecto =40, por lo tanto se obtiene un coeficiente de roce = 0,83. Valor nuevamente alto para las prcticas de ARA.
Se adopta entonces un valor para el coeficiente de roce, = tan (2/3*) con lo que se obtiene un valor de = 0,502 que si fue aprobado por la empresa.
El informe de Mecnica de Suelos establece un factor de seguridad al
deslizamiento FS > 1,3 En el anlisis del estribo se obtuvo un factor de seguridad
mnimo de 1.2.
Combinacin de Fx Fy Fz Fr FS
Carga (ton) (ton) (ton) (ton)
PP+0,5SC+Sx+Sv 289.3 973.5 488.9 1.7
PP+0,5SC-Sx+Sv -301.8 973.5 488.9 -1.6
PP+0,5SC+Sx-Sv 289.3 719.5 361.4 1.2
PP+0,5SC-Sx-Sv -301.8 719.5 361.4 -1.2
PP+0,5SC+Sy+Sv 177.5 973.5 488.9 2.8
PP+0,5SC-Sy+Sv -178.5 973.5 488.9 -2.7
PP+0,5SC+Sy-Sv 177.5 719.5 361.4 2.0
PP+0,5SC-Sx-Sv -178.5 719.5 361.4 -2.0
Tabla N 6: Fuerzas resistentes y solicitantes de deslizamiento.
Sin embargo, si se toma en cuenta que para el anlisis se utiliza un coeficiente de
roce ms conservador que el indicado y adems la condicin crtica ocurre para
una combinacin de cargas extremadamente desfavorable. Se considera
aceptable el factor de seguridad obtenido. La combinacin de carga que controla
el diseo es la siguiente:
-
58
PP + 0.5 Sc Sx Sv
3.11 Diseo de Muro Resistente
El muro a disear es el que recibe las cargas del Puente de Acceso.
El Puente de Acceso transmite cargas gravitacionales al muro resistente, y
producto del sismo longitudinal en el Puente, se transmiten cargas normales al
plano del muro
Escala 1 : 20
300
500
2200
2500
1200
400
600
400
CargasGravitacionales
SismoLongitudinal
400
Figura N 19: Seccin Trasversal Estribo
Se realiza un modelo en SAP 2000 para calcular los esfuerzos sobre el muro
resistente y su respectiva armadura.
-
59
Figura N 20: Modelacin Estribo SAP 2000.
Las cargas ingresadas sobre el muro son las correspondientes al empuje esttico
y ssmico determinadas en el captulo Condiciones de Diseo, incluyendo las
reacciones del Puente de Acceso. Los resultados de la Armadura del estribo se
presentan en la planilla N 4.
Debido a que la geometra del resto de los muros del estribo es igual a los muros
de la rampa, se opt por utilizar la misma armadura para todos los muros (malla 16 @ 20).
3.12 Diseo Mnsula
La mnsula es una parte del estribo donde se apoyan las vigas longitudinales del
Puente de Acceso, adems de la llave de corte. La geometra y dimensiones de la
mnsula de modo explicativo y actual se muestran a continuacin:
-
60
Figura N 21: Diseo Mnsula.
Para el diseo de la mnsula es necesario tener en cuenta los siguientes aspectos
segn las notas del ACI 318:
Caractersticas de los Materiales
Se consideran 3 tipos de hormign:
-
61
Tipo 1: Hormign Normal
Tipo 2: Hormign Liviano, con arena de peso normal
Tipo 3: Hormign Liviano, con todos sus componentes livianos
Para este caso el hormign es tipo 1, por lo tanto = 1 Adems, existen cuatro situaciones posibles segn las condiciones de
hormigonado:
Caso 1: Consola Monoltica
Caso 2: Consola en segunda etapa a concreto spero
Caso 3: Consola en segunda etapa en concreto liso
Caso 4: Consola sobre acero estructural con pasadores con cabeza o barras de
traspaso
En esta situacin se est en presencia del caso 2, entonces = 1, por
disposiciones de la etapa constructiva.
Para hormign de calidad H-30 se tiene:
2250'
cm
kgff c = Tensin de Compresin
38.8'53.0 == cv ff Tensin de Corte
75.0= Factor de Reduccin Acero
Para acero de calidad A63-42H, se tendr:
24200
cm
kgff y = Tensin de fluencia
Cargas de Diseo
Las cargas de diseo fueron obtenidas del modelo SAP 2000 del Puente de
Acceso, mayoradas por los factores sealados en el Military Handbook.
Nuc = Carga Horizontal Aplicada = 155 ton.
Vu = Carga Vertical Aplicada = 0.4 ton.
Segn punto 11.9.3.4 de ACI 318, la carga Nu, no ser inferior a 0.2 Vu. Debido a
que la magnitud de la fuerza horizontal que acta en la mnsula usualmente no
puede determinarse con mucha precisin, se especifica que Nuc debe
considerarse como carga viva.
-
62
toncasootroEnV
VNSiNN
u
uucuc
u 1552.0
2.0=
= Carga Horizontal de Diseo
( ) tondhNaVM uuu 84.7=+= Momento de diseo segn 11.9.3 ACI 318
Clculo de Armadura
Seccin necesaria, por transferencia de corte Vu, segn punto 11.9.3.2 de ACI
318
2115.0 cmf
VA
y
uvf =
=
Donde:
=vfA rea de refuerzo de corte por friccin.
=uV Corte ltimo (mayorado).
= Factor de reduccin. =yf Tensin de fluencia del acero.
= Factor que depende de las condiciones de hormigonado.
Seccin necesaria, por carga normal Un, segn punto 11.9.3.4 de ACI 318:
2639.44 cmf
NA
y
un =
=
Donde:
=nA rea de refuerzo de traccin.
=uN Fuerza Axial ltima (mayorada).
= Factor de reduccin. =yf Tensin de fluencia del acero.
Seccin necesaria por momento Mu, de forma conservadora:
2345.39.0
cmdf
MA
y
uf =
=
Donde:
=fA rea de refuerzo de Momento.
-
63
=uM Momento ltimo (mayorado).
= Factor de reduccin. = =yf Tensin de fluencia del acero.
=d Altura til.
rea requerida para armadura de traccin primaria (Segn 11.9.3.5 ACI 318)
2984.471 cmAAA nf =+=
2716.443
22 cmAAA nvf =+=
2984.472
211cm
casootroEnA
AASiAAs =
=
Verificacin de cuanta (segn 11.9.5 ACI 318)
01066.0=
=
db
As Cuanta de clculo
00238.0'
04.0 ==y
c
f
ft Cuanta mnima
OKt >
2984.47 cmcasootroEndbt
tSiAA
s
s =
=
rea final de traccin primaria adoptada.
Se utilizarn 4 horquillas 16 en tres filas, obteniendo as un rea de acero de 48.24 cm2.
rea requerida para estribos intermedios (Segn 11.9.4 ACI 318)
( )AnAsAh = 5.0 Debido a la singularidad de la estructura, se proveer de horquillas, en lugar de
estribos cerrados que seran muy complejos de materializar en terreno. Por lo
tanto se dispondr de horquillas 10 @ 25.
-
64
CAPITULO 4
4.1 Discusin y Anlisis de Resultados
Condiciones Generales
Como en todo proyecto de Ingeniera, existen diversos antecedentes que no se
encuentran presentes a la hora de comenzar con el desarrollo de una Ingeniera
Bsica como la presentada. Estos factores a medida que el proyecto se encuentra
en pleno desarrollo, se van esclareciendo y aportando antecedentes que de una u
otra forma cambian algunos conceptos con los cuales ya se haba trabajado en
base a supuestos.
Cuando se comenz a realizar la Ingeniera Conceptual, donde se le presentaron
al cliente diversas alternativas de disposicin y localizacin para las barreras de
contencin de derrames de hidrocarburos, se obtuvo mediante fotografas y
supuestos las caractersticas de las naves que cumpliran la misin de situarse en
el lugar de la emergencia reteniendo el derrame de petrleo. Para cumplir con
estas caractersticas, se proyect un Puente de Acceso de 30 m de longitud para
as lograr un calado que permitiera a las embarcaciones atracar sin problemas,
todas las maniobras de atraque y embarque de los carretes se proyectaron a una
profundidad de 3.50m bajo el Nivel de Reduccin de Sonda (N.R.S.).
Posteriormente se obtuvo las siguientes caractersticas de naves de diseo que
seran utilizadas por parte de ERA para las maniobras de embarque y
desembarque de las barreras de contencin:
-
65
Descripcin Unidad Mximo Mnimo
Tonelaje de Registro Ton 323 -
Desplazamiento Ton 430 -
Eslora m 32,00 12,80
Manga m 10,50 3,70
Calado Mximo m 4,00 1,70
Calado Mnimo m - 1,30
Tabla N7: Barcos de Diseo.
Las caractersticas de las embarcaciones anteriores son propias de Remolcadores
de Alta Mar (RAM).
Debido al aumento en el calado de las naves de diseo, fue necesario prolongar el
Puente de Acceso para lograr maniobras de atraque seguras tanto para las
embarcaciones, como para los ocupantes de estas. La prolongacin del Puente de
Acceso fue de aproximadamente 90 metros, logrndose una longitud final de 120
metros sin incluir el cabezo, el cual aporta con 30 m adicionales de longitud. Con
estas longitudes se logra una profundidad de atraque de 7 m, la cual es segura
para los tipos de embarcaciones consideradas.
Condiciones de Apoyo
En toda estructura de ingeniera uno de los aspectos ms importantes es la
serviciabilidad, dentro de este concepto, los apoyos de la estructura con el terreno
juegan un papel fundamental para que el objetivo se logre (una viga con grandes
deformaciones, aunque sea resistente, no entrega la confianza necesaria hacia los
usuarios en trminos de resistencia). As como en las estructuras de gran altura
las fundaciones son uno de los diseos ms importantes, Para los muelles, el
apoyo que estos tienen en las superficies del terreno son de vital importancia.
Tanto como para el apoyo de los pilotes como para el apoyo de las vigas
longitudinales sobre la superficie del estribo.
-
66
Como una primera aproximacin, se pens que el apoyo de las vigas
longitudinales se aproximara a dos llaves de corte ubicadas en el trmino de cada
viga longitudinal, las cuales iban a ir inmersas en el estribo. Ante una eventualidad
ssmica, en direccin transversal al Puente de Acceso, se producen esfuerzos en
direcciones opuestas para cada viga longitudinal, formando un efecto de cupla en
el apoyo del Puente de Acceso. Este problema afectaba de sobremanera a la
estructura, incrementando los esfuerzos y poniendo en riesgo uno de los objetivos
principales a la hora de disear, como lo es la serviciabilidad.
La condicin ideal para el apoyo de un muelle, es proyectar un solo punto de unin
entre ste y el estribo, el cual servir como pivote y en el momento de
eventualidades ssmicas, el comportamiento de la estructura ser ms uniforme y
las fuerzas transversales producidas por el sismo en esa direccin sern resistidas
por los pilotes que se encuentran dispuestos con inclinacin 1:3. Para materializar
este tipo de apoyo, se dispuso de una viga transversal apoyada sobre el estribo, la
cual va unida a las vigas longitudinales. Sobre esta viga transversal se materializ
la llave de corte justo en el eje central de ambas vigas longitudinales, para que
resistiera los eventos ssmicos producidos sobre la estructura. Sobre las vigas
longitudinales se materializ un sistema de apoyo que fuera capaz solamente de
transmitir los esfuerzos de compresin, pero que en la eventualidad de fuerzas
ssmicas transversales, se comportara como un apoyo deslizante, por lo tanto se
proyect apoyo para cada viga longitudinal.
Para que el apoyo proyectado sea resistente, es necesario rigidizar la viga
transversal y as evitar efectos de torsin en sta. Para lograr el objetivo propuesto
se realiz una especie de puntal en la viga transversal justo en la mitad de la luz,
este puntal es de las mismas caractersticas de la viga, la cual est unida a otra
viga transversal a 2 metros del apoyo aproximadamente. Con esto se evita
cualquier esfuerzo indeseado sobre la viga transversal.
Condiciones Ssmicas
Una de las condiciones de diseo que generalmente controla la estructura es el
sismo, y dado que Chile es un pas ssmico, este factor debe ser aplicado
-
67
correctamente sobre las estructuras y realizar un anlisis exhaustivo sobre el
tema. Para el proyecto descrito se utiliz un sismo esttico, calculando un corte
ssmico el cual fue aplicado sobre la estructura. El problema que se hace presente
a la hora de aplicar esta carga ssmica es la variacin que tiene la estructura en
altura, a medida que va ingresando al mar, los pilotes van variando su largo, por lo
tanto, las rigideces de la estructura van cambiando de cepa en cepa. Por esto