CAMPO OSO PARDO, AGUACHICA CESAR CÁLCULO ESTRUCTURA LÍNEA DE VIDA
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PACIFIC PETROLEUM ENERGY
CALCULO ESTRUCTURA LÍNEA DE VIDA
BOGOTÁ D.C OCTUBRE DE 2014
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EMITIDO PARA REVISION Y APROBACION INGENIERÍA
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Luis Enrique Ariza
Wilson Arturo Murillo
Pablo Emilio Pardo
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CONTENIDO
1.
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 4
2.
DESCRIPION DEL SISTEMA ..................................................................................................... 5
3.
CONSIDERACIONES DE DISEÑO .......................................................................................... 5
4.
PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO ........................................................................................... 6 4.1.
TENSIÓN DEL CABLE PRINCIPAL ................................................................................... 6
4.2.
DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO ......................................................................................... 7
4.3.
COLUMNA PRINCIPAL. .................................................................................................. 9
4.4.
PLATINA ........................................................................................................................... 10
4.5.
VIGA................................................................................................................................. 11
4.6.
BRAZO TENSOR. ............................................................................................................. 11
4.7.
ZAPATA PRINCIPAL ....................................................................................................... 12
4.8.
ZAPATA TENSOR. ........................................................................................................... 13
5.
CONSCLUSIONES .................................................................................................................. 14
6.
BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................ 15
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1. INTRODUCCIÓN
El presente documento tiene por objeto la descripción del cálculo que se desarrolló para el diseño de la línea de vida instalada en Campo Oso Pardo (Aguachica Cesar). La estructura en cuestión está compuesta por los elementos que se muestra en la ver figura 1: columna principal, viga, cable principal, cable tensor, brazo tensor, platina, zapata principal y zapata de tensor. En primera estancia se hace una breve descripción del sistema, luego se presenta las características de los materiales utilizados seguido del análisis de fuerzas y momento que se presenta en la estructura; por ultimo para cada elemento se desarrolla el cálculo: primero se establece los esfuerzos admisibles y luego se verifica que estos sean mayores a los que se presenta en el elemento considerado.
Figura 1. Detalle línea de vida.
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2. DESCRIPION DEL SISTEMA
En la figura1 se muestra las condiciones bajo las cuales está trabajando la línea de vida1. La carga P está localizada a 7 m del soporte en ¨T¨, el soporte tiene una altura de 5,3 m y tiene tensores (anclas) que transfieren la tensión a la zapata tensor de concreto localizada en el piso. El análisis se hace considerando que las dos bahías se les aplican carga por separado.
3. CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Columna principal.
perfil estructural cuadrado ASTM A500 Gr C Dimensión: Espesor de pared: Área sección transversal: Kg Peso: Inercia Ixx=Iyy: Momento resistente Sxx=Syy: Radio de giro r:
2222 7
45,5
4314,3 cm 8,63 cm
57,96 cm
392,21 cm
Brazo tensor:
perfil estructural cuadrado ASTM A500 Gr C Dimensión: Espesor de pared: Área sección transversal: Kg Peso: Inercia Ixx=Iyy: Momento resistente Sxx=Syy: Radio de giro r:
1515 4
18,01
807,39 cm 5,93 cm
22,95 cm
107,65 cm
Cables:
Guaya 3/8” con alma de acero.
Platina:
1
Acero estructura A- 36; ½” de espesor.
Listado de materiales detallado ver plano: CA-CP-MC-PL-005-3-3.
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Zapatas:
Concreto 2500 Psi
Carga:
Carga a soportar 1607 Kg 2 (P) Factor de seguridad: 2.
4. PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO 4.1.
TENSIÓN DEL CABLE PRINCIPAL
Considerando un ángulo máximo de 5° para la deflexión del cable, la carga P genera dos tensiones en el cable y , las componentes en los ejes ¨X¨ y ¨Y¨ son:
Figura 2. Diagrama de tensiones.
) = (∗Cos 2 (5°) = 800,4 = 1607∗ 2 ) = ( ∗ Sin 2 (5°) = 1607∗ =70 2 2
Resolución 1409, Ministerio del trabajo, Julio 23 de 2012.
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DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
En la siguiente figura se muestra el diagrama equivalente de fuerzas y momentos donde:
= ó . = ó . = . = ó.
Figura 3. Diagrama de fuerzas y momentos
Equilibrio de fuerzas: La sumatoria de fuerzas en los ejes X, Y, Z debe ser cero.
∑ = 0 ∑ = − = 0 = = 800,4
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∑ = 0 ∑ = + − = 0 = =800,4 = + = (800,4 +70 ) = 870,4 ∑ = 0 Equilibrio de momentos:
∑ = 0 − = 0 = (803,5 ∗ 140 ) = 112 490 Este momento es transmitido a la estructura.
∑ = 0 ∑ = 0 Las tensiones del cable en el eje x (ver Figura 3), producen momentos que se contrarrestan:
− = 0 = ( + = ∗=800,4∗530) = 424 212
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COLUMNA PRINCIPAL.
Esfuerzo admisible: Determinar relación de esbeltez:
= ∗ 530 =123 = 2 8,63 Esfuerzo admisible: tabla 3.5
=694 La suma de esfuerzos en tensión y compresión sobre la columna debe ser menor a este valor.
Esfuerzo por compresión:
= ∗ Donde:
= = = Á
La carga es la suma de las tensiones en ¨y¨ =
∗2 =27,61 = 800,4 57,96 Esfuerzo por flexión:
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= ∗ 490 ∗ 2 =573,6 = 112 392,2 Esfuerzo resultante: La sumatoria de los esfuerzos debe ser menor al esfuerzo admisible.
= + < +573,6 = 601,24 <694 27,61 4.4.
PLATINA
Este elemento transmite la tensión ¨TC¨ del cable a la viga; la carga es de tensión y el esfuerzo es cortante en los planos ¨X¨ y ¨Y¨; (ver figura 3).
En la figura 4 se muestra la configuración geométrica de la platina:
Figura 4. Dimensiones platina.
Esfuerzo admisible por cortante:
=911,4 =0,6∗1519 Esfuerzo cortante:
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800,4∗2 =198,8 <911,4 = ∗ = 8,05 70∗2 =17,39 <911,4 = ∗ = 8,05 4.5.
VIGA
Esfuerzos Por Flexión: Las componentes de TC producen esfuerzos de flexión en los planos ¨Y¨ y ¨X¨; el esfuerzo admisible para flexión es:
=2100 . ∗ 140 ∗ 2 =49,97 = 70 392,2 ∗ 140 ∗ 2 =571,42 = 800,4 392,2
Esfuerzo resultante:
+571,42 =621,39 <2100 =49,97 4.6.
BRAZO TENSOR.
Este elemento trabaja a compresión únicamente y la carga es igual a la componente en ¨X¨ de ¨TA¨ (Figura 3). Relación de esbeltez:
= ∗ 140 =47,21 = 2 5,93 Esfuerzo admisible: tabla 3.5
=1758 Esfuerzo por compresión.
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= ∗ ∗2 =96,75 <1758 = 800,4 22,95 4.7.
ZAPATA PRINCIPAL
Esfuerzos admisibles3:
= 5 . Esfuerzo cortante sobre el terreno: =0,5 El esfuerzo de compresión sobre el terreno: =1,5 . Esfuerzo cortante sobre el concreto:
Esfuerzo cortante concreto. Las dimensiones4 de la zapata son 40X40X70, figura 4.
Figura 5. Esquema de zapata principal.
Esfuerzo cortante:
3
El acero en la construcción; Editorial Reverte S.A; titulo original: STAND IM HOCHBAU, 1982. Ver plano: CA-CP-MC-PL-005-2-3
4
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= ∗ Donde:
= = Á 870,4 ∗2 =0,015 < 5 = (40∗4)∗700
Esfuerzo cortante terreno.
870,4 ∗2 =0,0136 <0,5 = 40∗4∗800 Esfuerzo compresión terreno.
= Donde:
= = Á
= ∗2 =1,088 <1,5 = 1870,4 40∗40
4.8.
ZAPATA TENSOR.
La dimensión de la zapata se muestra en la siguiente figura:
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Figura 6. Dimensiones de zapata tensor.
La zapata5 tiene 30cmX130cm con varilla de 1”. Cortante concreto:
1281,2 ∗ 2 =2,49 < 5 = 2,54∗∗130 Cortante terreno.
∗2 =0,026 <0,5 = 30 1281 ∗ 4 ∗ 800 5. CONSCLUSIONES
Se ha comprobado que tanto el perfil estructural, accesorios, guayas, platinas de sujeción y zapatas en concreto trabajan por debajo de los esfuerzos admisibles.
5
Ver plano CA-CP-MC-PL-005-2-3
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6. BIBLIOGRAFIA
El Acero en la Construcción - Verein Deutscher Eisenhüttenleute; Editorial Reverté S.A; Titulo original: STAHL IM HOCHBAU; 1982. MECANICA DE MATERIALES; Ferdinand P. Beer; E. Russell Johnston, Jr; John T. DeWolf; David F. Mazurek; Quinta edición; Editorial McGraw Hill. NSR-10; REGLAMENTO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIÓN SISMO RESISTENTE; Ministerio de Ambiente Vivienda y Desarrollo territorial; AIS Asociación Colombiana de ingeniería Sísmica.
