MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL MUELLE MARÍTIMO MARGINAL PARA CARGA A CHALÁN 5,000 TON A. P. I. VERACRUZ

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1 MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL MUELLE MARÍTIMO MARGINAL PARA CARGA A CHALÁN 5,000 TON A. P. I. VERACRUZ DARSENA DE CIABOGA, EJIDO BALZAPOTE, MUNICIPIO DE SAN ANDRES TUXTLA, VERACRUZ. NOVIEMBRE 2014

2 CONTENIDO INTRODUCCIÓN. 3 DATOS DE PROYECTO. 3 CÁLCULO DE FUERZA ATRAQUE.. 6 SISMO. 7 VIENTO 8 ANÁLISIS Y DISEÑO MODELO ANALÍTICO MUELLE. 9 LISTADO DATOS ENTRADA NODOS.. CONECTIVIDAD MIEMBROS PILOTES.. 25 CONECTIVIDAD ELEMENTOS FINITOS LOSA. 28 PROPIEDADES MECÁNICAS MATERIALES. 32 SECCIONES GEOMÉTRICAS.. 32 CONDICIONES DE APOYO-RESTRICCIÓN DESPLAZAMIENTO.. 32 CARGAS. 32 COMBINACIONES DE CARGAS 32 DISEÑO A. C. I. LOSA MUELLE 33 REPORTE GRÁFICO DATOS SALIDA MODELO ESTRUCTURAL EN DIVERSAS VISTAS. 37 DIAGRAMAS CONDICIONES APOYOS-RESTRICCIÓN 39 REACCIONES CRÍTICAS EN PUNTA DE PILOTES.. 41 DIAGRAMA DE CARGAS. 42 DIAGRAMA DEFORMACIONES MÁXIMAS. 44 DIAGRAMAS DE ESFUERZOS MÁXIMOS PILOTES ANEXO 1 ESTUDIO GEOTÉCNICO POR LABORATORIO DE CONTROL DE MATERIALES S. A. DE C. V. (L. C. M.) 2

3 INTRODUCCIÓN: Se proyecta la reconstrucción de un muelle marginal para carga de piedra a chalán, en dársena de Ciaboga, ejido Balzapote, municipio de San Andrés Tuxtla, Veracruz; operado por A. P. I. Veracruz, de dimensiones m de longitud x 9.78 m de ancho conformado por una losa superior maciza de concreto reforzado a nivel y 33 pilotes verticales tubulares de 36 de diámetro de 15 m de longitud en acero A-36. La estructura se analizará y diseñará para cumplir con los requisitos de seguridad ante la aparición de estados límite de falla y de servicio bajo las combinaciones de acciones más desfavorables; lo anterior bajo los criterios y requisitos indicados en las Normas para Construcción de Obras Marítimas y Portuarias de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (edición 1984), Manuales de Diseño de la C. F. E., así como procedimientos del A. C. I. ( ) y A. I. S. C. (A. S. D.) DATOS DE PROYECTO: Datos de la embarcación de diseño: Buque Chalán Eslora L = m Manga B = m Calado cargado Dmax = 5.50 m Calado vacío Dmin = 2.00 m Desplazamiento a plena carga W = 5,000 ton Peso muerto buque WD = 4,000 ton Velocidad de atraque v = 0.15 m/seg 3

4 Datos de la estructura: esfuerzo permisible de fluencia, Fy de 4,210 kg/cm 2. Subestructura a base de pilotes tubulares en acero A-36 esfuerzo permisible de fluencia, Fy de 4,210 kg/cm 2. X 15 m y losa maciza de 45 cm de concreto reforzado. Carga viva de servicio sobre muelle LL = 1,200 kg/m 2 Peso volumétrico de concreto gcon = 2.4 ton/m 3 Peso volumétrico de acero gace = 7.8 ton/m 3 Longitud total de muelle = m Ancho de muelle = 9.78 m Nivel de operación del muelle = m por arriba del nivel bajamar promedio. 4

5 Datos de lugar: Regionalización sísmica (según C. F. E. ): B Tipo de suelo: II Coeficiente sísmico (según C. F. E.) c = 0.30 Velocidad de viento Vv = 150 km/hr Velocidad de corriente en el canal Vr = 0.5 m/seg El oleaje dentro del canal se considera nulo Nivel de pleamar medio superior = m Nivel medio del canal = +/ Nivel fr bajamar media inferior = m Densidad del agua gagua = 1.03 ton/m 3 Cota de dragado = 6.00 por debajo del nivel de bajamar medio inf. Profundidad de desplante de pilotes = por debajo de nivel medio. Capacidades de carga admisible en pilote de 45 x 45 cm Qa Qace = ton (compresión estática FS = 2.5 punta) Qaca= ton (compresión accidental FS = 2.0 punta) Qat = ton (tensión FS = 2.0) Para todos los detalles favor de referirse al estudio de mecánica de suelos elaborado por la empresa CARMA, S. A., ANEXO 1. 5

6 Cálculo de las fuerzas: Fuerza de atraque: Peso adicional del buque P = (p/4) Dmax 2 L gagua P = 950 ton Peso total del buque PT = W + WD + P PT = 10,450 ton Energía cinética Ec = PT v 2 / 4 g donde g es la aceleración de la gravedad 9.81 m/seg 2 Ec = 6.0 ton m Con la velocidad de atraque y una defensa de llanta de tractor de 1.0 de ancho consideramos un tiempo de frenado de 6 seg. Por lo que la fuerza de atraque puntual que se aplica al muelle: FA = 36 ton. 6

7 Fuerza de Sismo: Se utilizará el método dinámico modal, y el espectro de diseño se obtiene de los criterios indicados por la C. F. E.; las fuerzas para el análisis del modelo lo calcula el programa computacional para análisis estructural empleado STAAD PRO ver. 4 Zona Sísmica B Tipo de Suelo II aº = 0.08 c = 0.30 Ta = 0.3 Tb = 1.5 r = 2/3 El peso total del muelle por arriba del nivel del fondo marino es de 745 ton. El cortante por sismo es de 222 ton. 7

8 Fuerza de Viento: Se calcula el empuje generado por el viento al soplar perpendicularmente al muelle y al buque mediante la siguiente expresión: Área expuesta del buque AB V = 14 x 40 = 560 m 2 Velocidad del viento en m/seg Vv = 150/3.6 = m/seg Fuerza de viento FV = 1.2 AB Vv 2 / 16 Fuerza de la Corriente en el canal: FV = 72 ton En la dársena se considera que la velocidad de corriente es nula. Fuerza en las bitas de amarre Fbita = FV / N Número de bitas N = 2, Fbita = 36 ton Carga de Servicio sobre muelle: 2 ton/m2 8

9 ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL : Modelo Analítico Muelle El muelle es una plataforma de carga a buques chalanes atracados al mismo gracias a un calado de 6.00 m de profundidad. Para la obtención del comportamiento analítico del muelle, bajo cargas de diseño tanto en condiciones estáticas, sísmicas, impacto por atraque de buque, utilizaremos un programa computacional de análisis estructural, STAAD PRO v8i, para lo cual modelaremos losa del muelle en un arreglo de elementos finitos de 4 nodos; pilotes tubulares de apoyo como miembros tipo viga. Se alimenta el programa considerando las secciones geométricas reales de todos y cada uno de los miembros y elementos, así como sus respectivas propiedades mecánicas del acero y concreto reforzado; el programa tiene la capacidad de obtener el peso propio de toda la construcción y considera dicha carga para las condiciones estáticas y para el cálculo de efectos sísmicos. En cuanto las condiciones de apoyo o restricciones al desplazamiento, el modelo contempla el uso de resortes cuya rigidez es calculada según los módulos de reacción de los diferentes estratos del subsuelo, hasta la profundidad propuesta de desplante metros; con todos los datos anteriores el programa ejecuta y obtiene los resultados correspondientes. Para formar parte de esta memoria de cálculo hemos seleccionado la siguiente información, que a nuestro criterio es la más representativa y necesaria para su revisión: * Listado parcial (el listado completo ocupa demasiadas hojas impresas; está disponible en su totalidad en archivo digital) con los datos de entrada del modelo de la estructura, incluyendo localización de nodos, incidencias de miembros y elementos, propiedades geométricas, propiedades mecánicas de los materiales, cargas y sus respectivas combinaciones. * Listado parcial (el listado completo ocupa demasiadas hojas impresas; está disponible en su totalidad en archivo digital) con datos de 9

10 * salida, incluyendo el diseño por el método del A. C. I. de los elementos estructurales más críticos. * Reporte gráfico del modelo estructural: Elementos mecánicos más críticos para diseño. Croquis amplificando el detalle de deformación de la estructura. Relación de desplazamientos más críticos en nodos. Relación de deformaciones más críticas. Diagramas de esfuerzos por flexión y tensión en elementos y miembros metálicos. 10

11 **************************************************** * * * STAAD.Pro V8i SELECTseries4 * * Version * * Proprietary Program of * * Bentley Systems, Inc. * * Date= NOV 5, 2014 * * Time= 20:34: 4 * * * * USER ID: CONSTRUCCIONES FASA, S.A. DE C.V * **************************************************** 1. STAAD SPACE INPUT FILE: Muelle Balzapote.STD 2. START JOB INFORMATION 3. ENGINEER DATE 05-NOV JOB NAME MUELLE BALZAPOTE 5. JOB CLIENT API VERACRUZ 6. ENGINEER NAME FAL 7. END JOB INFORMATION 8. INPUT WIDTH UNIT METER MTON 10. JOINT COORDINATES ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;

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