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
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
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
