MEMORIA DE CALCULO - BASE DE SILO - LUJAN DE CUYO - MENDOZA

   

                         

                 MEMORIA DE CÁLCULO

                                                    OBRA:

         DIMENSIONADO BASE DE SILO

 

                              800 Tn

            UBICACIÓN: Lujan de Cuyo

               

                           MENDOZA

MEMORIA DESCRIPTIVA

La presente tiene como objeto el dimensionado de la base de un silo de 800 tn.

con las dimensiones indicadas en la página que se agrega como anexo.

El silo es de chapa en su totalidad con un cono a  40º y techo a 28º.

La base a dimensionar será de hormigón armado.

El emplazamiento del silo es la región de Lujan de Cuyo,

Provincia de Mendoza y consecuentemente, zona de riesgo sísmico.

NORMAS UTILIZADAS

CIRSOC  101

CIRSOC 102

CIRSOC 103-  INPRES CIRSOC – PARTE I

NORMA IRAM  8015

NORMA IRAM 11705

AMERICAN CONCRETE INSTITUTE-ACI STANDAR 313-71

ANTECEDENTES y BIBLIOGRAFIA 

“Silos- Teoría, Investigación, Construcción” de Juan Ravenet. Editorial Técnicos Asociados. S.A. Barcelona (España) 1977.

“Silos-Teoría y Practica” de M. y A. Reimbert – Edicion argentina: Americalee. Buenos Aires 1979.

“Silos II-Presiones y Sobrepresiones de vaciado en silos verticales. Estudio de los empujes en silos horizontales y muros de contención.

Edición argentina. Americalee. Buenos Aires 1983.

                                              

CARGAS

                                

Las cargas establecidas deben entenderse como valores mínimos de las cargas de servicio.

1.    Peso propio.   Peso de la estructura.

2.    Acciones ejercidas por el material ensilado. Incluyen no solo las presiones a considerar en el proyecto, sino también los posibles incrementos debido al llenado, vaciado, etc. Etc.

3.    Acciones térmicas.

4.    Acciones producidazas por el viento y/o acciones sísmicas. Se considerara de ambas la acción que resulte mayor.

5.    Acción de la nieve.

DATOS

Material a ensilar.  Para la determinación de las cargas y sobrecargas según las normas a aplicar, el material a ensilar debe tener estar comprendido en la clasificación de la tabla I de la Norma IRAM 11705.

Material                                         Granos

Peso unitario:                                 γ = 8 kN/m3 = 0,8 tn/m3

Angulo de talud natural:                φ = 25º

Coef. de fricción contra pared:      tang.φ´ =18º=  μ = 0,32

Radio hidráulico:  Rh = Superficie / Perímetro

Para silos circulares Rh = D/4

Coeficiente  Cd de sobre presión de vaciado: 

De tabla II en función de H / Rh

CALCULO

1.    Peso propio:  7.500 kg

2.    Cargas originadas por el material ensilado. Se pueden determinar por el método de Janssen según 6.2.2.2/3 de la Norma IRAM 11705 o el método de Reimbert según 6.2.2.4/5, las que pueden aplicarse indistintamente, pero adoptado uno de ellos debe seguirse enteramente.

Adoptaremos el método de Reimbert

Presión máxima:  pmax =  6,375  t/m2

A= 18,85 m

Acciones sobre las paredes

Presión estática horizontal

 ph= 3,63 t/m2  en nivel  9,9 m

Esfuerzo vertical friccional estático

qw= 5,334 t/m , valor por unidad de longitud de perímetro de pared.

Acciones sobre el fondo del silo

Presión estática vertical

pv= 5,828 t/m2 en nivel 9,9 m

Presión estática normal a las paredes inclinadas del silo (tolva)

pα= 4, 86 t/m2

  

PRESIONES DE SERVICIO O DE DISEÑO

Para  H/Rh = 3, 88 ≤  8     →     cd = 1,65

ph*  = 3,63 t/m2 x 1,65 = 5,88 t/m2

qw* = 5,33 t/m   x 1,65 = 8,79 t/m2

pv* =  5,82 t/m2 x 1,65 = 9,60 t/m2

pα* =  4,86 t/m2 x 1,65 = 8,02 t/m2

3.- Acciones térmicas- No se condideran

4.- Acción del viento y/o sismo

Viento

      Por ser la relación h/D ≤ 2,5 no es necesaria la verificación, no obstante para una presión de 1, 72 kpa.(175 kg/ m2) valor que da la norma, el momento volcante es igual a:

   Mv =(175 kg/m2 x 0,6 x 10,2 m x 9,9 m)x10,9 /2 m = 57,78 tm

Suponiendo la fundación a un metro de profundidad.

 9,9 altura del cilindro + 1 m = 10,9 m

Sismo

Lujan de Cuyo- Zona sismica 4

Calculo por el método estático

Carga a considerar

 a ) Según el capitulo 9 del INPRES-CIRSOC 103 , la carga gravitatoria Wk operando en el nivel k durante el sismo se determina mediante la formula

              Wk = Gk + η Lk

  

Gk   Carga gravitatoria permanente.  

η      (factor de simultaneidad) según tabla 6 igual a 1 para silos

Lk    Sobrecarga de Servicio – Material ensilado

         Wk =  7,5 tn + 1 x  800  tn 

          Wk =  807,5 tn

b) Según 6.2.5.3.1.2 de la norma 11.705 y del ACI 313-71, para calcular las fuerzas sísmicas deberá emplearse por lo menos el 80 % del peso del material almacenado como carga útil efectiva Wef.

En estas condiciones, siendo Wef =   640 tn

         Wk = 7,5 tn + 1 x 640 tn

          Wk =  647,5 tn        

La fuerza lateral total sísmica o acción de corte en la base se calcula con la expresión siguiente:

               Vo = c * cp * Wk

Siendo

  

      c        coeficiente sísmico de la zona  =  0,2

      cp      factor de diseño antisísmico     =  0,1

     Wk     carga total del silo.

Utilizando los dos valores obtenidos de Wk a los efectos de promediar:

con a)       Vo =  0,2*0,1*807,5 tn =  16,15 tn

con b)       Vo =  0,2*0,1*647,5 tn =  12,95 tn

adopto                 Vo =    14,55 tn

Distribución de las fuerzas sísmicas laterales en función de la altura.

                 Fk =    Wk * hk      * Vo                       11 chapas

                             ∑  Wi* hi                           c/ chapa   59 tn  

                                                                         techo      53 tn

    59 x 11 = 649 tn + 53 tn =  702 tn

Peso por nivel:

·           6° ------------------  112 tn

·           5° ------------------  118 tn.

·           4° ------------------  118 tn

·           3° ------------------  118 tn.            Peso total =  702 tn.

·           2° ------------------  118 tn.

·           1° ………………. 118 tn.

Filas:

F6 =       4, 28 tn

F5 =       3,69  tn.

F4 =       2,87 tn.

F3 =       2,05 tn.                Ft. =     14, 53  tn

F2 =       1,23 tn.

F1 =       0,41 tn

Esfuerzo de corte en el nivel k

                       Vk =  ∑   F i

V6 =  4,28 tn

V5 = 7,97 tn

V4 = 10,84 tn.

 V3=  12,89 tn.

 V2 = 14,12 tn.

V1 = Vo =  14,53 tn.

Según 14.1.2.4 y 16.3.6 del INPRES CIRSOC 103 no es necesario considerar la componente vertical de la excitación sísmica excepto en casos especiales, voladizos, balcones, aleros.

Momento de vuelco

En la superficie de contacto suelo fundación.

             Mv = 0,9  ∑  Fi * hi = 0,9 x 122, 17 tm

                                 Mv = 110 tm

5.- Carga de Nieve. – No se considera

DIMENSIONADO DE LA CIMENTACION

Distinguiremos dos elementos:

        I )   Anillo periférico, prolongación del cuerpo cilíndrico de chapa.

              a)  Esfuerzo de tracción. Debido a presión horizontal.

           

                  T = ph*  D /2   = 5,98 t/m2 x 10,20 m /2

                  T =  30.498  kg/m

Lo absorbemos con armadura doble, trabajando a tracción

                   A =  30.498 kg/m / 2400 kg/cm2 =  12,70 cm2

1                     12  c/  9  cm

Armadura, circular horizontal colocada en ambos lados.

              b ) Esfuerzo de compresión. Debido al rozamiento grano pared. 

pw* = 8,79 t/ m .

El hormigón trabaja a :

    σ h = 8.790 kg/m / 100 x 30 = 2,93 kg/cm2        Admisible

En zona sísmica el peso efectivo Wef = 80 % del material ensiladlo sera considerado como soportado por la estructura de la base.

ACI 313-71 (4.6.1 ).

En consecuencia 640 toneladas, actuando por metro

640.000 kg/ π * D =  640.000 / 3,14 * 10,20 = 19.982 kg/ m

     σ h = 19982 / 100 x 30 =  6, 66 kg / cm2            Admisible

    σ h total =    2, 93 kg/cm2 + 6,66 kg/cm2 = 9, 59 kg/cm2

                           σ h total = 9,59 kg/cm2

 La dimensión mínima de la zapata para soportar el esfuerzo de compresión sera para una tensión del terreno de 2 kg/cm2

                             L =  28.772 / 2x100=  143 cm

        II ) Tolva interior

La carga en el fondo de valor pv* = 9,60 t/m2 mas el peso del cereal en la tolva, que equivale a 93 toneladas, ha de ser soportado por el terreno situado en el interior de la zapa lo que equivale a una presión de:

Superficie interior = 72,35 m2

9,6 t/m2 + 1,29 t/m2 = 10,89 t/m2 =  1,09 kg/cm2

     Tensión de trabajo del terreno = 1,09 kg/cm2 ≤  2 kg/cm2

                                                                                         

                                                                          Admisible

Espesor tolva : 15 cm,        Armadura circular         6 c/ 20 cm

Armadura radial              6 c/ 20 cm

VERIFICACION DEL ANILLO

El anillo trabaja a flexo compresión, debido a la acción del sismo y peso propio combinado con el rozamiento grano pared.

Además debido a la acción del sismo se debe verificar la seguridad al vuelco.

El anillo así como la base se verifica por la ecuación de flexión compuesta

                        σ = N / F   ±    M / W

La tensión máxima a silo lleno no excederá de la admisible para el hormigón o el terreno en el caso de la base.

La tensión mínima a silo vacio no podrá ser de tracción.

Fundando a una profundidad de 1 metro con la dimensión obtenida para el ancho de la zapata de 143 cm de hoja 11 tendríamos una base circular de:

El peso de la misma descompuesto en zapata propiamente dicha y anillo es:

                Anillo : 9,60 m3 =   23.060, 16 kg

                Zapata: 11,16 m3 =  26.798,60 kg

 Peso total del cimiento=   49.858,76 kg →1556,72 kg/m,  que representa un incremento en la tensión del terreno con la base de 145 de 0,1074 kg/cm2

N= Peso silo + Peso anillo + rozamiento

N =  7,5 tn + 23,060 tn + 281,53 tn   =  312, 02 tn

F = π D espesor = 96 084 cm2

Mv= 110 tm                  ( de hoja 10 )

W = 23,83 m3

A silo lleno

         σ max =   312020 / 96084 +  11.000.000 / 23.830.000

                              σ max =   3,71 kg/cm2       Admisible

A silo vacio

         σ min. = 30.560/ 96084 – 11000.000 / 23.830.000

                               σ min =  - 0,14 kg/cm2      Admisible

Seguridad al vuelco

El peso propio es el elemento equilibrante al vuelco.

Mv = 110 tm       Me= (7,5 + 49,5 ) * 5,1 =   292,52 tm.

       Seguridad   e =  Me/ Mv = 2,65  ≥  2          Admisible

VERIFICACION DE LA BASE

La base es solicitada por los mismos esfuerzos, la tensión no debe sobrepasar la máxima admisible del terreno de 2 kg/cm2 a silo lleno ni ser de tracción a silo vacio.

F = π D L = 464.406 cm2

W = 109 m3

A silo lleno

      σ max = 312.020 / 464.406 + 11.000.000 / 109.000.000

      σ t max=   0,78 kg/ cm2 ≤ 2 kg/cm2       Admisible

A silo vacio

     σ min =  49.858 /464.406  -  11.000.000/ 109.000.000

                

               σtmin =  0,007 kg/ cm2       Admisible

Armadura de la base

Trabaja como si fuera una ménsula con la carga de la tensión del terreno

M = 3306 kgm

H= 30 cm  

Fe = 5,43 cm2   1      8 c/ 10      Rep. 1      6 c/ 20 cm

Verification al punzonado

        Τp =  Q / p * h = 312.020 / 2 π D h   ( kg )

Τ p = 312.020 / 2*3,14*1020*30   kh/cm2

T p = 1,63 kg/cm 2  

                                                                         Admisible

Eloy Juez . P.E;S.E;M.ASCE;M.SEI

Ing.en Construcciones –Ing.Civil