Diseño y ejecución de un pique minero en Roca Blanda

(1)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA Y METALURGICA

“DISEÑO Y EJECUCION DE UN PIQUE MINERO EN

ROCA BLANDA”

TESIS

PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO DE MINAS

ELABORADO POR:

VICTOR DANIEL PIMENTEL CASQUERO

ASESORA

Ing. CARMEN MATOS AVALOS

LIMA – PERU

(2)

DEDICATORIA

A Dios, supremo creador de todas las cosas, por ser la luz en mis

sueños y lumbrera en mi camino.

A mi Madre Maria Jesus, por su apoyo incondicional, con su esfuerzo y

trabajo para enseñarme a inclinar mi corazón a Dios, por cada consejo

que me ha dado para alcanzar esta meta.

A mis hermanos Omar y Carlos que me han dado palabras de ánimo y

gran estimulo, motivándome en el largo camino de la carrera.

A mis sobrinos Gabriel, Raymond, Aaron y Armando quienes me

inspiraron para llegar a triunfar y le sirva de ejemplo, escalando peldaños,

(3)

AGRADECIMIENTO

Al término en esta etapa de mi vida, quiero dar un profundo

agradecimiento a la Ing. Carmen Matos Avalos, que por su ayuda, apoyo

(4)

RESUMEN

Cementos Pacasmayo SAA (CPSAA) está desarrollando el proyecto

de extracción de fosfatos en la concesión minera Bayovar No 9, ubicada

en el distrito y provincia de Sechura, departamento de Piura, y desea

realizar pruebas metalúrgicas para lo cual requiere obtener muestra de 10

toneladas de mineral fresco del interior del yacimiento por cada capa e

intercapa.

Para la extracción del mineral se ha decidido emplear un pique

exploratorio, por lo que se ha desarrollado la ingeniería básica y de detalle

durante la elaboración y ejecución del pique para el muestreo de

Minerales de Fosfatos.

Los parámetros de diseños asumidos para el presente estudio, es a partir

de los ensayos ejecutados en el Estudio Conceptual del Método de

(5)

El proyecto pique de muestreo Bayovar N° 9, se ha seleccionado el punto

de perforación de perforación de diamantina N°-CP-428, el cual atraviesa

siete unidades litológicas, alcanzando una profundidad de 89.05 mt.

La longitud del pique es de 55 ml de profundidad en una sección de 2.5m

x 1.5m, en forma rectangular, para lo cual se diseñaron tres métodos de

sostenimiento, ejecutándose la última propuesta desarrollado con placas

de concreto prefabricado.

El primer diseño se elaboró con el uso de 50 cuadros de madera para el

sostenimiento, divididos en 4 tramos. El segundo diseño se elaboró con el

uso de elementos de concreto prefabricado en los primeros 6 metros y

luego el uso de estructuras de concreto, con la utilización de malla de

doble torsión. Siendo el tercer y último diseño, se desarrolló con el

vaciado de concreto en los primeros 6 metros y luego el uso de placas de

concreto prefabricados, mas el uso pernos de Hydrabolt.

La ejecución fue en dos etapas, la primera se desarrolló vaciados de 2m

cada uno hasta llegar a los 8 m de profundidad; la segunda se prepararon

placas de concreto de sección de 2.5 m x 0.5 m x 0.05, siendo esta la más

amplia; y la pequeña con una longitud de 1.5 m x 0.7 x 0.05, lo cual son

fijadas en las paredes de la excavación e instalados mediante pernos de

roca tipo Hydrabolt con una malla doble torsionada de una cocada de 6 x

8 lo cual también será fijada en las paredes de la excavación. Como

complemento, para efectos de facilidades en el tránsito de las personas,

(6)

instalaran cuadros de madera, espaciados a cada 2 m lo cual serian 24

tramos, atendiendo a esta, a sus características geológicas, geotécnicas y

el grado de dificultad para la excavación.

En total se requirió 14 personas, divididos en dos turnos de 10 horas cada

una; la obra demando un tiempo total de 150 días calendarios que incluye

desde la movilización al terreno hasta la recolección de la muestra. El

(7)

ABSTRACT

Cementos Pacasmayo SAA (CPSAA) is developing the phosphate

mining project in the mining concession Bayovar No 9, located in the

district and province of Sechura, department of Piura, metallurgical testing

and want to get sample which requires 10 tons of Fresh mineral deposit

inside each layer and interlayer.

For the extraction of the mineral has been decided to use a chop

exploratory, so has developed the basic and detailed engineering for the

development and implementation of pique for sampling Phosphate

Minerals.

The design parameters assumed for this study is based on trials carried

out in the Scoping Study of mining method of Bayovar phosphates.

The project foundered Bayovar sample No. 9, was selected point of

diamond drilling rig No. CP-428, which crosses seven lithological units,

reaching a depth of 89.05 m Chop length is 55 ml of depth on a 2.5mx

(8)

support, running the latest proposal developed with precast concrete

slabs.

The first design was developed with the use of 50 wooden boxes for the

support, divided into 4 sections. The second design was developed with

the use of precast concrete elements in the first 6 meters and then the use

of concrete structures, using double twist mesh. As the third and final

design, development pouring concrete within 6 meters and then using

prefabricated concrete slabs, but the use Hydrabolt bolts.

The execution was in two stages, the first is emptied development of 2m

each up to 8 m in depth, the second concrete slabs were prepared section

of 2.5 mx 0.5 mx 0.05, being the largest, and the small with a length of 1.5

mx 0.7 x 0.05, which are fixed to the walls of the excavation and rock bolt

installed through a mesh type Hydrabolt a double twisted spacing in 6 x 8

which will also be fixed to the walls of the excavation. As a complement,

for purposes of transit facilities in the people, to the bottom of the bucket

under and for the extraction of material, wooden boxes were installed,

spaced every 2 m which would be 24 sections, based on this, to its

geological, geotechnical and degree of difficulty in excavation.

In total it took 14 people, divided into two shifts of 10 hours each, the work

demanded a total time of 150 calendar days including mobilization from

the field to sample collection. The exploratory pique Bayovar No. 9, have a

(9)

INDICE

DEDICATORIA i

AGRADECIMIENTO ii

RESUMEN iii

ABSTRACT vi

INDICE viii

INTRODUCCION 1

CAPITULO I: GENERALIDADES 3

1.1 MEMORIA DESCRIPTIVA 3

1.1.1 Ubicación y Accesos 3

CAPITULO II: GEOLOGIA 5

2.1 GEOLOGIA 5

2.1.1 Estratigrafía 5

2.1.2 Geología Estructural 7

2.1.3 Hidrología 7

2.2 GEOTECNIA 8

2.3 ROCAS BLANDAS 11

CAPITULO III: DESCRIPCION DEL PROYECTO 13

3.1 UBICACION 13

3.1.1 Topografía 13

3.2 METODOLOGIA DEL TRABAJO 14

3.2.1 Descripción del trazado 17

(10)

3.3.1 Ubicación de Instalaciones 19

CAPITULO IV: DISEÑO DE INFRAESTRUCTURA 21

4.1 DISEÑO DE LAS INSTALACIONES 21

4.1.1 Comedor, Oficina y Almacén 21

4.1.2 Taller de Prefabricados, Vestuario, Baño y Maquinas 22

4.1.3 Tanque de Agua 22

4.1.4 Castillo 22

4.2 ZAPATA DEL CASTILLO 23

4.2.1 Diseño de la Cimentación 23

4.2.2 Parámetros de Sitio 24

4.2.3 Análisis de la Cimentación 27

4.2.4 Estructura Propuesta 33

4.2.5 Calculo Estructural 34

4.2.6 Resultados Obtenidos 37

4.3 DISEÑO DEL COLLAR 37

4.3.1 Datos Generales de la Estructura 37

4.3.2 Datos Geométricos de Grupos y Plantas 37

4.3.3 Coeficientes Parciales de Seguridad y Combinación 40

4.4 WINCHE 43

4.4.1 Zapata del Winche 43

4.4.2 Análisis de Cimentación 45

4.4.3 Estructura de Propuesta 51

4.4.4 Calculo Estructural 52

CAPITULO V: DISEÑO DE EXCAVACION 56

5.1 GENERALIDADES Y OBJETIVOS 56

5.2 TRABAJOS REALIZADOS Y LIMITACIONES 56

5.2.1 Criterios de Diseño 57

5.2.2 Excavación Subterránea 57

5.3 DISEÑO DE SOSTENIMIENTO CON ENCRIBADO DE MADERA 58

(11)

5.4 DISEÑO DE VIGAS 60

5.4.1 Materiales Utilizados 61

5.5 RENDIMIENTOS 69

5.5.1 Determinación del Ciclo de Excavación 69

5.6 APLICACIÓN DE PERNOS TIPO HYDRABOLT 75

5.6.1 Pruebas de Arranque para el Esfuerzo a la Tensión 77

5.7 FACTOR DE SEGURIDAD 77

5.8 DISEÑO DE SOSTENIMIENTO CON VIGAS DE CONCRETO PREFABRICADO Y MALLA DE DOBLE TORSION 79

5.8.3 Sostenimiento 81

5.8.3.1 Pernos de Sostenimiento Tipo Hydrabolt 82

5.8.3.2 Fibra de Acero 82

5.8.3.3 Entablado de División 83

5.8.3.4 Cuadrilla de Trabajo Típica 83

5.8.4 Ciclo de Excavación 83

5.9 DISEÑO DE SOSTENIMIENTO CON PLACAS DE CONCRETO PREFABRICADO Y MALLA DE DOBLE TORSION 84

5.9.3 Sostenimiento 86

5.9.3.1 Cuadrilla de Trabajo Típica 86

5.9.4 Ciclo de Excavación 87

CAPITULO VI: SERVICIOS MINEROS 88

6.1 DETERMINACION DE LA ILUMINACION 88

6.1.1 Instalación Eléctrica 89

6.2 DETERMINACION DE LA VENTILACION 90

6.2.1 Demanda de Aire 90

6.2.2 Necesidades de Aire de Acuerdo a Diferentes Altitudes 91

6.2.3 Sistema de Ventilación Requerida 92

(12)

CAPITULO VII: GESTION OPERACIONAL 96

7.1 GENERALIDADES 96

7.2 SISTEMA DE GESTION DE SEGURIDAD Y SALUD OCUPACIONA98

7.2.1 Aspectos generales 98

7.3 GESTION DE CALIDAD 107

7.3.1 Propósito y Alcance 107

7.3.2 Antecedentes de la Empresa 107

7.3.3 Política de Calidad de la Empresa 108

7.4 ORGANIGRAMA 110

7.4.1 Matriz de Responsabilidad 111

7.4.2 Sistema de Gestión de la Calidad 111

CAPITULO VIII: PRESUPUESTO 114

8.1 RESUMEN 114

CAPITULO IX: CRONOGRAMA 121

9.1 RESUMEN 121

CAPITULO X: EJECUCION DEL PIQUE MINERO 125

10.1 ANTECEDENTES 127

10.2 LUGAR DE TRABAJO 128

10.3 OPERACIONES 129

CAPITULO XI: METODOLOGIA 131

11.1 FUNDAMENTO 131

11.2 PRESENTACION DE LA OFERTA 131

11.3 LIMITACIONES DE LOS DOS PRIMEROS SISTEMAS 132

11.4 EXCAVACION SUBTERRANEA 133

11.5 INGRESO AL PIQUE 134

11.6 COLOCACION DE DESCANSOS, ESCALERAS Y DIVISION DE

CAMINO 136

11.7 COLOCACION DE PLACAS PREFABRICADOS CON PERNOS DE ROCA TIPO HYDRABOLT Y MALLA DE DOBLE TORSION 139

11.8 VENTILACION 141

11.9 WINCHE 142

(13)

11.11 GASES 143

11.12 PLACAS DE CONCRETO 143

11.13 CONTROL DE RUIDOS 144

CAPITULO XII: RESULTADOS 145

12.1 RESULTADOS 145

XIII CONCLUSIONES 147

XIV RECOMENDACIONES 148

XV BIBLIOGRAFIA 149

(14)

INTRODUCCION

Cementos Pacasmayo SAA (CPSAA) está desarrollando el proyecto

de fosfatos en la concesión minera Bayovar No 9 y desea realizar pruebas

metalúrgicas, muestra de 10 toneladas de mineral fresco del interior del

yacimiento por cada capa e intercapa, estas fueron obtenidas desde la

capa 0 hasta la capa 4 (mantos), para la extracción del mineral se ha

decidido emplear un pique exploratorio, hasta alcanzar la capa cuatro (4)

ubicada a 55.96 m de profundidad considerada la mas profunda.

CPSAA ha solicitado el Estudio y Ejecución del Pique, para el Muestreo

de Minerales de Fosfatos. Los parámetros de diseños asumidos para el

presente estudio, es a partir de los ensayos ejecutados en el Estudio

Conceptual del Método de Minado de los Fosfatos de Bayovar (SVS, Julio

de 2009).

CPSAA ha desarrollado estudios geológicos con 156 perforaciones

diamantinas, con la finalidad de cuantificar la reserva de minerales de

(15)

CP-428 que cuenta con mayor ley de fosfato y ha interceptado las capas: S,

S1, 0A, 0, 1, 1A, 2, 2A, 3, 3A, 4, 5, 6, y 7, a la vez esta perforación ha

alcanzado 89.05 m de profundidad.

Según la evaluación hidrogeológica efectuada por consultores de

Cementos Pacasmayo, la superficie de la napa freática estaría en 50m de

profundidad aproximadamente, lo cual al ejecutar la obra, se encontró a

52m.

El pique minero tiene por objetivo obtener muestras para pruebas

metalúrgicas que desarrollara Jacobs Engineering y FL Smidth en el

(16)

CAPITULO I: GENERALIDADES

1.1 MEMORIA DESCRIPTIVA

1.1.1 Ubicación y Accesos

El Proyecto Bayovar se ubica en el distrito y provincia de Sechura,

departamento de Piura, aproximadamente a 900 km al norte de la ciudad

de Lima y a 110 km al sur de la ciudad de Piura.

El acceso al área del proyecto (ver plano 01-01) es:

Descripción Km Condición

Lima-Cruce Bayovar Piura (Km 902) 902 Asfaltado buen estado.

Cruce Bayovar Piura-Desvío Proyecto 37 Asfaltado en regular

estado.

Desvío Proyecto – Proyecto Bayovar 12 Afirmado en un buen

estado.

(17)

El área de las exploraciones que se desarrollan es de 4890 Ha, que

forman parte de la concesión Bayovar 9.

Las coordenadas de la concesión Bayovar N° 9 son las siguientes:

CUADRO N°1.1.1 COORDENADAS UTM - CONCESIÓN BAYOVAR N°9

Vértice Este Norte

A 513750 9335800

B 513750 9346800

C 520000 9346800

D 520000 9335800

Fuente: Departamento de topografía de CPSAA

El área donde se realizó el pique no excedió a 0,5 hectáreas siendo sus

coordenadas de ubicación.

Vértice Este Norte

A 520000 9341150

B 523000 9340800

(18)

CAPITULO II: GEOLOGIA Y GEOTECNIA

2.1 GEOLOGIA

Regionalmente se ha identificado tres formaciones geológicas que

tienen predominio, en la zona la Formación Miramar del Plioceno

compuesto por areniscas con abundantes coquinas y conchales, el

espesor de esta unidad en algunos sectores llega hasta 37 m

aproximadamente. La Formación Zapallal del Mioceno Medio, tiene mayor

grosor y de extensión regional, está compuesto por una secuencia de

diatomitas, diatomitas tufáceas y areniscas tufáceas, en esta formación se

caracteriza por presentar horizontes ricas en fosfatos y depósitos eólicos

del Cuaternario Reciente compuesto por arenas eólicas.

2.1.1 Estratigrafia

Según los geólogos T. M. Cheney, G. H. McClellan (1961) el yacimiento

(19)

dos miembros principales, sobre estas yace los depósitos eólicos del

cuaternario, a continuación se describe:

a) Formación Zapallal

Miembro Superior: Está constituido por seis paquetes, a continuación se

cita desde el mas reciente al mas antiguo y son: La diatomita Estéril,

diatomita Quechua, zona mineralizada Minerva, diatomita Inca, capa

mineralizada Cero “0” y areniscas fosilíferas Clam Bore; de los cuales las

dos primeras posiblemente han sufrido erosión y la zona mineralizada

Minerva ya esta erosionada en su mayor partes, a continuación se

describe las que se han registrado en el sondeo CP-428.

Miembro Inferior: Está constituido por tres paquetes, diatomita tufacea,

zona mineralizada Diana y diatomita tufacea.

b) Depósito Eólico

Superficialmente compuesto por arena por arena mal gradada, gris parda,

de compacidad suelta a medianamente densa, según el registro de

perforación su espesor es de 7,70 m.

A partir de las secciones geológicas elaboradas por Cementos

Pacasmayo se ha proyectado sobre el plano en superficie las fallas

tienden a agruparse en tres sistemas cuyos rumbos son: N10°-20°E;

N30°-45°E y N40°O, estas no tienen incidencia alguna en el proyecto de

(20)

El fenómeno geodinámica en el área de interés es la erosión eólica por el

movimiento del viento de Sur a Norte. Los fenómenos asociados a

agentes hídricos es mínimo, el agente mas importante que podría dar

origen a desprendimiento o deslizamiento del talud son las vibraciones

sísmicas.

2.1.2 Geología Estructural

El proyecto está ubicado entre las unidades morfo estructurales llamada

cordillera de la costa y llanura pre-andina, se caracteriza por llanuras

sub-horizontales con pequeñas ondulaciones (ver plano 02-02).

2.1.3 Hidrología

De acuerdo a la evaluación preliminar para la excavación del pique

minero, podemos concluir:

 El rio más próximo al área del proyecto es el Rio Cascajal, cuya

cuenca responde a características de una cuenca endorreica.

 Numerosas evidencias que indican la presencia del agua

subterránea existen en las proximidades del área del yacimiento de fosfatos. Estas evidencias son algunos pocos manantiales y

numerosos pozos (entre tubulares, a tajo abierto y mixto) desde donde se extraen importantes caudales de agua subterránea para complementar y abastecer parcialmente las demandas agropecuarias y domesticas de diversos usuarios.

 Se identificaron los siguientes acuíferos: Acuífero Aluvial del Valle

(21)

En el interior del pique, a través de los 86.00 metros de profundidad de

perforación de diamantina nos detalla que el nivel freático se encuentra a

los 60 m.

2.2 GEOTECNIA

Para estimar las propiedades físicas y mecánicas de los diferentes

materiales, se ha revisado el Estudio Conceptual del Método de Minado

de los Fosfatos de Bayovar, realizado por SVS Ingenieros en Julio de

2009, en dicho estudio se ha efectuado investigaciones de campos por

medio de calicatas y trincheras, así mismo han inspeccionado los testigos

de perforación de los sondeos (295, 303, 307, 313,

318, CP319, 321, 322, 324, 333, 336, 339,

CP-343, CP-374, CP- 375 y CP-431), efectuándose ensayos in situ en los

tajos 313 y 374 y finalmente las muestras han ensayado en el laboratorio

de mecánica de suelos de SVS y laboratorio de mecánicas de rocas de la

Pontificia Universidad Católica del Perú.

Se han efectuado ensayos de densidad in situ (ASTM D-1556), por el

método del cono de arena de 6”, estos se han realizado en el tajo 313

sobre las diatomitas Inca y en el tajo 374 en la capa de arenisca tufácea y

en la diatomita tufácea clara, en el cuadro 2.1 se resumen dichos

resultados. La diatomita Inca tiene una densidad seca de 0,54 g/cm3,

(22)

CUADRO 2.1: REPORTE DE DENSIDAD IN SITU

Punto Litología Prof. (m) Coordenadas Humedad (%) D. humedad (g/cm³) D. Seca (g/cm³) Norte Este

0.6 Diatomita Inca 0.3 9339084 515503 34.46 0.72 0.54

D-2 Arenisca Tufacea 0.5 9338267 514999 3.99 1.58 1.52

D-3 Diatomita Tufacea Clara 0.75 9338241 514941 26.42 1.53 1.21

Fuente: PUCP

En el laboratorio de mecánica de suelos de SVS Ingenieros SAC, se han

ensayado siete muestras representativas por el método de Análisis

Granulométrico por Tamizado (ASTM D-422) y Límites de Atterberg

(ASTM D-4318). En el Cuadro 2.2 se muestran los resultados de dichos

ensayos.

CUADRO 2.2: REPORTE DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS

Muestra Litología % pasa Malla ASTM Limites de Attergerg SUCS

# 4 # 200 LL% LP% IP%

Tajo 313 Diatomita Inca 100 98.6 159 122 38 MH

Tajo 374 Diatomita Tufacea Clara 100 51.1 94 34 61 CH

Tajo 374-D22 Arenisca Tufacea 100 8.1 0 0 NP SP-SM

D-9-7 Fosfato - Capa 0 100 4.1 0 0 NP SP

Tajo 313-1 Arena 100 1.5 0 0 NP SP

Tajo 313-2 Fosfato - Capa 0 100 2.5 0 0 NP SP

CP-339 Diatomita Tufacea Oscura 100 74.1 44 33 11 ML Fuente: PUCP

Para determinar las propiedades físicas y mecánicas se ha efectuado

ensayos sobre las muestras de perforación diamantina como: CP-303,

(23)

muestras de afloramiento Clam Bore (B-1), en el Anexo se resume los

resultados de laboratorio.

Los valores de resistencia a la compresión simple a partir de los índices

de carga puntual para diatomita Inca es de 0,96 MPa, para diatomita

tufacea clara es de 1,24 MPa y para la diatomita tufacea oscura es de

1,06 MPa; el factor de conversión estimada fue 7. Los resultados a partir

de los ensayos de compresión simple son muy parecidos a los valores

estimados por carga puntual, solo las areniscas Clam Bore han alcanzado

23,53 MPa.

Tanto la evaluación geológica, la caracterización geotécnica y los

resultados de los ensayos de laboratorio, ha permitido diferenciar el

yacimiento en cinco unidades geotécnicas, a continuación se describe las

características geotécnicas de cada unidad:

- Unidad Geotécnica depósitos eólicos, compuesto por arena mal

gradada con algo de limo (SP-SM), de color gris, seco, suelta a

medianamente densa hacia la profundidad. El ángulo de fricción

interna estimada varía entre 30° a 33° y la cohesión (MPa) igual a 0.

- Unidad Geotécnica diatomita Inca, clasificada según el sistema SUCS

como limo de alta plasticidad (MH), la pasante a la malla 200 es

98.6%, el porcentaje de limite liquido es 159%, limite plástico es 122%

y índice de plasticidad 38%, la resistencia a la compresión simple

(24)

- Unidad Geotécnica la arenisca Clam Bore, grano fino a media, la

resistencia a la compresión simple alcanzado a 23.5 MPa.

- Unidad Geotécnica diatomita tufácea clara, Clasificada según el

sistema SUCS como arcilla de alta plasticidad, color beige (CH), la

pasante a la malla 200 es 51,1%, el porcentaje de limite liquido es

94%, limite plástico es 34% y índice de plasticidad es 61%, la

resistencia a compresión simple llega a 1,51 Mpa.

- Unidad Geotécnica diatomita tufacea a oscura, clasificada según el

sistema SUCS como limo inorgánico con algo de arena fina (ML),

color marrón verdosa, la pasante a la malla 200 es 74.1%, el

porcentaje de limite liquido es 44%, limite plástico es 33% y índice de

plasticidad es 11%, la resistencia a compresión simple varía entre

0.42 a 1,7 MPa.

2.3 ROCAS BLANDAS

Se define como roca blanda a aquellos materiales de origen arcilloso

o limoso que presentan una marcada cementación, y cuyo

comportamiento mecánico se sitúa en un punto intermedio entre los

suelos y las rocas. Dentro de este grupo se incluyen los Esquistos,

Diatomita, Dolomita, Calcitas, Fosfatos. La presencia de este tipo de

materiales en las obras civiles es muy común, lo que hace de especial

interés el estudio de su comportamiento bajo las solicitaciones de la obra

(25)

La presencia de un agente cementante “pegando” las partículas de arcilla

o limo, produce un comportamiento intermedio entre los característicos de

las rocas y de los suelos. Por un lado, la cementación permite adquirir una

mayor resistencia y rigidez, mejorando en general sus propiedades

mecánicas. Por esta razón, su comportamiento se denomina comúnmente

“tipo roca”. Sin embargo, los valores de resistencia que se alcanzan no

son muy elevados, por lo que su comportamiento final acaba situándose

en un punto intermedio entre el característico de “tipo roca” y el de “tipo

suelo”.

Otra característica de especial relevancia de las rocas blandas es que son

materiales muy evolutivos, ya que presentan una tendencia muy

importante a modificar su comportamiento, pasando de uno cercano a

“tipo roca” a uno “tipo suelo” en un corto periodo de tiempo. Esta

evolución en su comportamiento mecánico se denomina degradación. El

fenómeno de degradación se caracteriza principalmente por la pérdida de

resistencia del material, cambios en su volumen (expansiones

irreversibles), pérdida de rigidez y la aparición de fisuras por agrietamiento

(26)

CAPITULO III: DESCRIPCION DEL PROYECTO

3.1 UBICACIÓN

El proyecto del Pique Exploratorio Bayovar N°9 se encuentra ubicado

en el desierto de Sechura en el distrito de Bayovar, Provincia de Sechura,

Departamento de Piura. El proyecto de se encuentra ubicada en el

CP-428, con las coordenadas siguientes:

CUADRO 3.1

ESTE NORTE

A 520000 9341150

B 523000 9340800

Fuente: Elaboración Propia

3.1.1 Topografía

El levantamiento topográfico fue generado mediante restitución

fotogramétrica a partir de aéreas, esto debido a la extensión de la zona.

Así mismo, se realizó levantamiento convencional en los puntos de

(27)

La topografía es plana – ondulada – cóncava (0-4%). Constituido por

madre eólico y aluvial.

3.2 METODOLOGIA DEL TRABAJO

Para elaborar la metodología de trabajo se ha considerado el objetivo

del presente estudio, estableciéndose los siguientes pasos:

A. Recopilación de Información

B. Evaluación de Área del Proyecto.

C. Trabajo de Campo.

D. Trabajo de gabinete.

A. Recopilación de información

Consiste en la obtención de todo tipo de información de fuentes

confiables que aporten directa e indirectamente para las elecciones de los

parámetros.

Se consideró lo siguiente:

 Fotografías aéreas.

 Coordinación con las demás aéreas que comprende la presente

investigación, es decir se cuenta con información obtenida

recientemente tal como tipo de suelos, características geológicas y

(28)

B. Evaluación del área del proyecto

La evaluación se realizo a mediados del mes de setiembre del 2010,

en el cual acompañado por un representante de Cementos Pacasmayo,

donde se detallo los siguientes puntos:

 Evaluación del punto de Perforación CP-428, donde daría inicio al

pique exploratorio.

 Evaluación del Campamento en la provincia de sechura a 45

minutos de la obra.

 Visita al tajo abierto piloto.

FOTOGRAFÍA 3.2.1.- VISTA DEL PUNTO CP 428

(29)

FOTOGRAFÍA 3.2.2.- DETALLE DEL CP 428

FOTOGRAFÍA 3.2.3.- VISTA DEL TAJO ABIERTO PILOTO

(30)

C. Trabajo de Campo

Comprende la evaluación In Situ de las posibilidades de trazo,

teniendo en cuanta mayor conciencia de los accidentes topográficos,

interferencias con obras civiles, inter capas y capas del tajo abierto piloto,

impactos socio-ambientales.

D. Trabajo de Gabinete

Comprende el desarrollo del proyecto (trazo en computadora) en base

a los puntos antes mencionados, esta etapa y la del trabajo de campo

conforman un proceso iterativo hasta la obtención del producto final.

3.2.1 Descripción del Trazado

A continuación se presentan las características de diseño geométrico:

Cuadro. 3.2.1-Características Geométricas Típicas

Largo de la Excavación 2.5 m

Ancho de la Excavación 1.5 m

Longitud del Pique 55 m

Base del Castillo 6.85 m x 4.5 m

Base del Almacén 7 m x 7 m

Base de la Oficina 5 m x 5 m

Base del Comedor 5 m x 5 m

Base del Winche 3 m x 4 m

Base del Ventilador 2 m x 1.56 m

Base del Taller de Prefabricados 10 m x 6 m

(31)

Base del Vestuario 5 m x 3.4 m

Base del Toilet 2 m x 2 m

Base de la casa de Maquinas 3 m x 2 m

3.3 PIQUE BAYOVAR

Como se observa en la fotografía 3.3.1, el pique de exploración se

encuentra en la zona N° 9 de bayovar donde todo el terreno es desierto,

en la actualidad se encuentra desarrollando una ladrillera la cual lo

ejecuta Cementos Pacasmayo S.A.A viene desarrollando, como se

observa el acceso al CP 428 es un poco accidentado debido a la ausencia

de una carreta vial con las mejores condiciones pero en la actualidad la

empresa VALE viene desarrollando trabajos para el mejoramiento de esta,

estos trabajos serán provisionales ya que la expansión del tajo abierto no

permitirá el ingreso por esta, se observa también la carretera bayovar que

viene desde el cruce que se puede observar en plano 01-01, la ausencia

(32)

FOTOGRAFÍA 3.3.1 – BAYOVAR N°9

FOTOGRAFÍA 3.3.2 – VISTA DEL PUNTO INICIAL EL PIQUE

3.3.1 Ubicación de Instalaciones

Para diseñar la ubicación de las instalaciones se tomo las siguientes

(33)

 Dirección del viento.- es de Sur a Norte.

 Ingreso a la labor.- La vía de acceso que se encontraba en

mejores condiciones seria de sur a norte.

 Ubicación del almacén.- se ubicaría a unos 10 metros al este de

(34)

CAPITULO IV: DISEÑO DE INFRAESTRUCTURA

4.1 DISEÑO DE LAS INSTALACIONES

El diseño de las instalaciones se presentara de la siguiente manera:

4.1.1 Comedor, Oficina y Almacén

Como se puede observar en el cuadro N°3.2.1 las características

geométricas típicas, para el caso del almacén, oficina y comedor se

considero las carpas tipo túnel, variando solo en las dimensiones de la

base como se podrá observar en los planos 05-05, 06-06 y 07-07.

Las carpas tipo túnel están diseñadas para ser armadas y desarmadas,

las veces que sea necesario, sin requerir personal especializado para ello.

Su estructura son tubos circulares de 2” de diámetro por 2mm de espesor,

con baño galvánico para evitar el oxido, acoples y pernos para desmontar.

La lona es de 100% polyester laminada por ambas caras de 640 gr/m2,

100% impermeable con tratamiento contra rayos UV, con tratamiento

(35)

4.1.2 Taller de Prefabricados, Vestuario, Baño y Casa De Maquinas

Las características típicas del taller de prefabricados, vestuario y baño

varían en las longitudes (planos 08-08, 09-09, 10-10 y 11-11). No existirá

cimentación debido al poco tiempo que empleara la ejecución del pique,

para lo cual, solo se vaciara una losa de concreto simple ubicada en el

terreno (falso piso), y luego se vaciara una superficie de concreto que da

acabado al falso piso (contra piso). Luego se procederá a dar el curado

(regar con agua), como agregado para tener mejor resistencia se utilizara

acero de refuerzo fibra de acero.

4.1.3 Tanque de Agua

Las características típicas del pozo de agua se observa en el plano

12-12, donde se proyectara un falso piso y luego se puede levantar con

ladrillo tipo King Kong de 9 x 12.5 x 23 cm de muros portantes, y luego se

procederá a pañetar alrededor del tanque para que no exista fuga de

agua.

4.1.4 Castillo

En el diseño del castillo se utilizara acero de grado 60, con un

recubrimiento superior, inferior, lateral, frontal y arranques de 5,00 cm,

(36)

4.2 ZAPATA DEL CASTILLO

El diseño de la zapata del castillo se presenta en la siguiente forma:

4.2.1 Diseño de la Cimentación

La losa de cimentación del castillo donde operara el pique se apoyara

en el terreno natural que se debe preparar, para lo cual se eliminara las

arenas superficiales, hasta encontrar un material que ofrezca mejores

condiciones geotécnicas.

a. CARGAS

La cimentación deberá ser capaz de resistir las cargas que se les

imponga como consecuencia del uso previsto, las cuales actuaran en las

combinaciones prescritas y no causaran esfuerzos que excedan los

admisibles señalados para cada material estructural en su norma de

diseño especifica.

(37)

Carga muerta.- es el peso de los materiales, dispositivos de servicios y

otros elementos soportados por la estructura incluyendo su peso propio y

se consideran permanentes.

Carga viva.- es el peso de elementos temporales sobre la estructura.

b. DISTRIBUCION DE CARGAS

La distribución de cargas verticales a los elementos de soporte se

establecerá sobre la base de un método reconocido de análisis estático o

de acuerdo a sus áreas. Las cargas horizontales se determinan en

función a la rigidez relativa. Las cargas horizontales se determinan en

función a su rigidez relativa, considerando la excentricidad de la carga

aplicada.

c. COMBINACION DE CARGAS

Las cargas indicadas por la ACI (American Concrete Institute), se

combinaran de la siguiente manera:

1.5*D*1.8*L

1.25 (D + L + S)

(38)

4.2.2 Parámetros de Sitio

Según la norma Peruana E.030-97 de diseño sismo resistente, el

territorio nacional se considera dividido en tres zonas, la zonificación

propuesta, se basa en la distribución espacial de la sismicidad observada,

las características generales de los movimientos sísmicos y la atenuación

de estos con las distancia epicentral. A cada zona se asigna un factor, “Z”

dicho factor se interpreta como la aceleración máxima del terreno con una

probabilidad de 10 % de ser excedida en 50 años. El valor del factor “Z”

es expresado en gals (g).

Cuadro 4.2.2 -VALORES DE “Z”

Zona 1

Departamento de Loreto. Provincias de Ramón Castilla, Mainas, y Requena.

Departamento de Ucayali. Provincia de Purús.

Departamento de Madre de Dios. Provincia de Tahuamanú.

Fuente: Reglamento Nacional de Edificaciones 2006 Zona 2

Departamento de Loreto. Provincias de Loreto, Alto Amazonas, y Ucayali. Departamento de Amazonas. Todas las provincias.

Departamento de San Martín. Todas las provincias. Departamento de Huánuco. Todas las provincias.

Departamento de Ucayali. Provincias de Coronel Portillo, Atalaya y Padre Abad.

Departamento de Cerro de Pasco. Todas las provincias. Departamento de Junín. Todas las provincias.

Departamento de Huancavelica. Provincias de Acobamba, Angaraes, Churcampa, Tayacaja y Huancavelica.

Departamento de Ayacucho. Provincias de Sucre, Huamanga, Huanta y Vilcashuaman.

Departamento de Apurímac. Todas las provincias. Departamento de Cusco. Todas las provincias.

(39)

Departamento de Puno. Todas las provincias.

Fuente: Reglamento Nacional de Edificaciones 2006 Zona 3

Departamento de Tumbes. Todas las provincias. Departamento de Piura. Todas las provincias. Departamento de Cajamarca. Todas las provincias. Departamento de Lambayeque. Todas las provincias. Departamento de La Libertad. Todas las provincias. Departamento de Ancash. Todas las provincias. Departamento de Lima. Todas las provincias. Provincia Constitucional del Callao.

Departamento de Ica. Todas las provincias.

Departamento de Huancavelica. Provincias de Castrovirreyna y Huaytará. Departamento de Ayacucho. Provincias de Cangallo, Huanca, Lucanas, Víctor Fajardo, Parinacochas, Paucar del Sara Sara.

Departamento de La Arequipa. Todas las provincias. Departamento de Moquegua. Todas las provincias. Departamento de Tacna. Todas las provincias. La Placa De Nazca

Fuente: Reglamento Nacional de Edificaciones 2006

Cuadro N° 4.2.2.1 Norma técnica Factor “Z”

ZONAS FACTOR

"Z"

ZONA 3 0.4

ZONA 2 0.3

ZONA 1 0.15

Fuente: Reglamento Nacional de Edificaciones 2006

El valor que se le asigna al proyecto por su ubicación es de Z=0.4 de

acuerdo al tipo de suelo donde se cimentara la estructura se va a

considerar el tipo S1 que es para suelos rígidos y al cual le corresponde

(40)

4.2.3 Análisis de la Cimentación

A. Fundamento Teórico

Los problemas relativos a cimentaciones de maquinas se puede

representar o reducir a sistemas de vibración de un grado de libertad, por

ello es importante conocer los principios que rigen dichos sistemas.

Para simplificar al cálculo de la respuesta de las cimentaciones,

generalmente se sustituyen los sistemas reales por modelos matemáticos

equivalentes, que consisten en masas concentradas representan la

inercia de los sistemas reales, los resortes, la rigidez, los pistones y los

amortiguamientos

M

2

M

1

F

(t)

Z

M1 = Masa del castillo

M2 = Masa de la cimentación

F(t) = Fuerza externa

Z = Desplazamiento

(41)

M

=

M

1 +

M

2 (t)

Z

k

c

Masa Equivalente

Amortiguamiento Equivalente Resorte Equivalente

Ecuación de Equilibrio para este sistema de un grado de libertad .

F(t)

?

H

ho

(42)

k

z

c

z

F

z

La ecuación del movimiento en el eje Z es:

k

y

c

y

F

y

m

(43)

k

y

k

?

,c

?

Z

F

y

I

?

,m

C

y

H

Este modelo es una mejor representación del verdadero comportamiento

de la estructura. Sin embargo, la solución analítica es difícil debido al

efecto acoplado:

Las maquinas vibratorias compuestas por una masa rotante o rotativa que

gira alrededor de un eje de rotación, tales como un winche, genera tres

formas de vibración, un movimiento vertical, un horizontal y un movimiento

oscilante o rotativo. Las fuerzas de inercia horizontal y vertical inducidas

por el movimiento de este tipo de maquinas están dadas por las

(44)

Donde y son las fuerzas de inercia horizontal y vertical

respectivamente (fuerzas externas, , que generan el movimiento

vibratorio). Las ecuaciones anteriores indican que las fuerzas de inercia

son proporcionales a la masa rotante (mt), su excentricidad (e), y la

frecuencia de excitación (w).

m1 Y

X

w

e e wt

F

0

La ecuación del movimiento para un sistema amortiguado de un grado de

libertad sujeto a una fuerza de excitación del tipo masa rotante esta dad

por (en la dirección “y”):

Donde:

y : Desplazamiento en la dirección “y”

C : Coeficiente de amortiguamiento

(45)

Sea:

Donde es una constante y es llamado amplitud de la fuerza excitadora.

La solución particular de la ecuación diferencial es:

Donde:

Amplitud del estado estable

) Angulo de fase

Por otro lado, como se conoce en la teoría de vibraciones se definen las

siguientes expresiones:

Frecuencia Circular Natural

Amortiguamiento Crítico

Relación de Amortiguamiento

Sustituyendo las expresiones para D y en la expresión para Y y , y

(46)

Factor de Magnificación Dinámica

Por otro lado, para tomar en cuenta la interacción suelo estructura, es

necesario adoptar un modelo que permite estimar la respuesta del suelo

ante cargas dinámicas, permitiendo de esta manera incluir los efectos de

la deformación de la cimentación en el análisis estructural. Varios modelos

están disponibles para realizar dicha estimación, sin embargo el modelo

que es mas aceptado es el modelo del semi espacio elástico. Este modelo

supone que el semi espacio elástico (el suelo) se extiende a una

profundidad infinita, que es homogéneo e isotrópico y que sus

propiedades esfuerzo-deformación pueden ser definidas por las

constantes de elasticidad denominadas modulo de corte (G) y la relación

de Poisson (γ). Además el modelo considera la cimentación como rígida y

proporciona la disipación de la energía a través del amortiguamiento

“geométrico”.

4.2.4 Estructura Propuesta

La operación del winche minero en el estado mas critico, transmitirá a

la cimentación del castillo una carga estática de 1530 t en total (Peso

balde + Peso de Carga + Peso de cable). Esta carga se transmitirá a la

cimentación a lo largo del soporte superior.

Para la cimentación del castillo se ha previsto la construcción de cuatro

(47)

aproximado cada uno de 0,5 m³, a una altura de 0,50 m y un área neta

aproximada de 1,00 m².

4.2.5 Calculo Estructural

El cálculo estructural esta dado por:

A. Metrado de cargas

Las cargas estáticas actuantes que se transmita a la cimentación son

de 1,53 t.

Como se tiene un punto de flexión, que es en la zona del castillo del

pique, se generara un momento que desestabilizara el sistema.

A este peso de 1.53 t. x 2 m = 3.06 t/m, donde el peso del castillo es de

aproximadamente 2 t.

Como el castillo tiene cuatro (04) puntos de apoyo, se tendrá para cada

punto 0.8825 t. de carga y 0.765 t/m de momento flector.

B. Calculo de la Estructura

El cálculo de la estructura se ha realizado con la ayuda del programa de

(48)

CUADRO 4.2.5 ESTRUCTURA DE LA ZAPATA DEL CASTILLO

Referencia: P-1

Dimensiones: 100 x 100 x 50

Armados: Xi:#6 c/ 30 Yi:#6 c/ 30 Xs:#6 c/ 30 Ys:#6 c/ 30

Comprobación Valores Estado

Tensiones sobre el terreno:

Criterio de CYPE Ingenieros

- Tensión media: Máximo: 0.2 MPa

Calculado: 0.0210915 MPa Cumple

- Tensión máxima acc. gravitatorias: Máximo: 0.249959 MPa

Flexión en la zapata:

- En dirección X: Momento: 5.24 KN—m Cumple

- En dirección Y: Momento: 0.76 KN—m Cumple

Vuelco de la zapata:

- En dirección X:

Si el % de reserva de seguridad es mayor que cero, quiere decir que los coeficientes de seguridad al vuelco son mayores que los valores estrictos exigidos para todas las combinaciones de equilibrio.

Reserva seguridad: 37.9 % Cumple

- En dirección Y:

En este caso no es necesario realizar la comprobación de vuelco Sin momento de vuelco Cumple

Compresión oblicua en la zapata:

Criterio de CYPE Ingenieros Máximo: 6180.3 KN/m2

Calculado: 27.468 KN/m2 Cumple

Cortante en la zapata:

- En dirección X: Cortante: 0.00 KN Cumple

- En dirección Y: Cortante: 0.00 KN Cumple

Canto mínimo:

Capítulo 15.7 (norma ACI 318-95) Mínimo: 15 cm

Calculado: 50 cm Cumple

Espacio para anclar arranques en cimentación:

- P-1: Mínimo: 0 cm

Cuantía geométrica mínima:

Capítulo 7.12 (norma ACI 318-95) Mínimo: 0.0018

- Armado inferior dirección X: Calculado: 0.0019 Cumple

- Armado superior dirección X: Calculado: 0.0019 Cumple

- Armado inferior dirección Y: Calculado: 0.0019 Cumple

- Armado superior dirección Y: Calculado: 0.0019 Cumple

Diámetro mínimo de las barras:

Criterio de CYPE Ingenieros Mínimo: 10 mm

(49)

- Parrilla superior: Calculado: 19.05 mm Cumple

Separación máxima entre barras:

Criterio de CYPE Ingenieros Máximo: 30 cm

- Armado inferior dirección X: Calculado: 30 cm Cumple

- Armado inferior dirección Y: Calculado: 30 cm Cumple

- Armado superior dirección X: Calculado: 30 cm Cumple

- Armado superior dirección Y: Calculado: 30 cm Cumple

Separación mínima entre barras:

Recomendación del libro "Cálculo de estructuras de cimentación",

J. Calavera. ed. INTEMAC, 1991 Mínimo: 10 cm

Longitud de anclaje:

Criterio del libro "Cálculo de estructuras de cimentación",

- Armado inf. dirección X hacia der: Calculado: 40 cm Cumple

- Armado inf. dirección X hacia izq: Calculado: 40 cm Cumple

- Armado inf. dirección Y hacia arriba: Calculado: 40 cm Cumple - Armado inf. dirección Y hacia abajo: Calculado: 40 cm Cumple

- Armado sup. dirección X hacia der: Calculado: 30 cm Cumple

- Armado sup. dirección X hacia izq: Calculado: 30 cm Cumple

- Armado sup. dirección Y hacia arriba: Calculado: 30 cm Cumple - Armado sup. dirección Y hacia abajo: Calculado: 30 cm Cumple

Longitud mínima de las patillas: Mínimo: 30 cm

- Armado inf. dirección X hacia der: Calculado: 40 cm Cumple

- Armado inf. dirección X hacia izq: Calculado: 40 cm Cumple

- Armado inf. dirección Y hacia arriba: Calculado: 40 cm Cumple - Armado inf. dirección Y hacia abajo: Calculado: 40 cm Cumple

- Armado sup. dirección X hacia der: Calculado: 30 cm Cumple

- Armado sup. dirección X hacia izq: Calculado: 30 cm Cumple

- Armado sup. dirección Y hacia arriba: Calculado: 30 cm Cumple - Armado sup. dirección Y hacia abajo: Calculado: 30 cm Cumple

Se cumplen todas las comprobaciones

Información adicional:

- Zapata de tipo rígido (Artículo 59.2 (norma EHE-98))

- Relación rotura pésima (En dirección X): 0.05

- Relación rotura pésima (En dirección Y): 0.01

- Cortante de agotamiento (En dirección X): 0.00 KN

- Cortante de agotamiento (En dirección Y): 0.00 KN

(50)

4.2.6 Resultados Obtenidos

Las cuatro zapatas del castillo tendrán una profundidad de 0,50 con

respecto al nivel del terreno.

Contara además con dos mallas armadas de fierro de ¾” las cuales serán

espaciadas a 0,30 m en ambas direcciones.

El concreto a utilizar deberá ser de f´c = 210 Kg/cm2 una mezcla de arena

gruesa y piedra chancada. El cemento a usar va ser del tipo II o

Puzolanico según las normas de ASTM.

4.3 DISEÑO DEL COLLAR CONCRETO ARMADO

El diseño del collar de concreto se presentará de la siguiente manera:

4.3.1 Datos Generales de las Estructuras

Proyecto: COLLAR CONCRETO ARMADO

FOSFATOS DEL PACIFICO S.A

4.3.2 Datos Geométricos de Grupos y Plantas

GRUPO NOMBRE DEL GRUPO PLANTA NOMBRE DE PLANTA

1 VIGAS 1 VIGAS

NORMAS CONSIDERADAS

(51)

Aceros conformados : CTE DB-SE A

Aceros laminados y armados : CTE DB-SE A

a. Cargas

La estructura deberá ser capaz de resistir las cargas que se le

diseño.

b. Distribución de Cargas

establecerá sobre la base de análisis estático. Las cargas horizontales

establecerán en función a la rigidez relativa, considerando la

particularidad de la carga aplicada.

c. Combinación de Cargas

Según la ACI (American Concrete Institute) las cargas se combinaran

de la siguiente manera

1.5*D+1.8L

1.25*(D + L + S)

(52)

d. Gravitatorias

Nombre del Grupo S.C.U (KN/m2) Cargas Muertas (KN/m2)

Vigas 1.00 1.00

Cementación 0.00 0.00

e. Hipótesis de Carga

Automaticas Carga permanente sobrecarga de uso

f. Listado de Cargas

Cuadro 4.3.2 Cargas especiales Introducidas (KN; KN/m, KN/m2)

Hipótesis Tipo Valor Coordenadas

Carga Permanente Lineal 30.00 (0.00,2.60) (3.30,2.60) Carga Permanente Lineal 30.00 (2.50,0.00) (2.50,2.60) Carga Permanente Lineal 30.00 (0.80,0.00) (0.80,2.60) Carga Permanente Lineal 30.00 (0.00,0.00) (3.30,0.00) Carga Permanente Lineal 30.00 (2.50,1.30) (3.30,1.30) Carga Permanente Lineal 30.00 (0.00,1.30) (0.80,1.30)

g. Estado Limite

E.L.U de rotura. Hormigón ACI 318M-99

E.L.U de rotura. Hormigón en cimentaciones ACI 318M-99

Desplazamientos Acciones Características

h. Situaciones de Proyecto

Por las distintas situaciones del proyecto, las combinaciones de

(53)

Donde:

Gk : Acción Permanente

Qk : Acción Variable

G : Coeficiente parcial de seguridad de las acciones permanentes

Q : Coeficiente parcial de seguridad de la acción variable principal

Q,i : Coeficiente parcial de seguridad de la acciones variables de

acompañamiento.

4.3.3 Coeficientes de Seguridad y de Combinacion

Para cada situación de proyecto se utilizará:

E.L.U de rotura Hormigón: ACI 318M-99

E.L.U de rotura Hormigón en cimentaciones. ACI 318M-99

Cuadro 4.3.3 Situaciones de Coeficientes Parciales de Seguridad

Situación N° 1

Coeficientes Parciales de Seguridad

Favorable Desfavorable

Carga Permanente 0.90 1.40

Sobre carga 0.00 1.70

Viento

Nieve 0.00 1.70

Sismo

(54)

Viento 1.27 1.27

Nieve 0.00 1.27

Sismo

Sobre carga

Viento 1.30 1.30

Nieve

Sismo

Viento

Nieve 0.00 1.27

Sismo -1.40 1.40

Sobre carga

Viento

Nieve

Sismo -1.43 1.43

a) Desplazamientos

Cuadro 4.3.4 Situaciones de Coeficientes Parciales de Seguridad

Situación N° 1 : Acciones Variables sin sismo

Viento 0.00 1.00

Nieve 0.00 1.00

(55)

Situación N° 2 : Sísmica

Viento 0.00 0.00

Nieve 0.00 1.00

Sismo -1.00 1.00

MATERIALES A UTILIZARSE

a) Hormigones. A continuación se mostrara los coeficientes parciales de seguridad del hormigón.

Elemento Hormigón Plantas Fck (Mpa) S

Forjados F´c = 245 Todas 24 1.00

Pilares F´c = 245 Todas 24 1.00

Muros F´c = 245 Todas 24 1.00

b) Aceros por Elemento y Posición. En el cuadro de siguiente se

muestra los coeficientes parciales del Acero.

Cuadro 4.3.5 Coeficientes Parciales del Acero

Elemento Posición Acero Fyk (Mpa) S

Pilares y pantallas Barras (Verticales) Estribos (Horizontales) Grado 60 (Latinoamérica) Grado 60 (Latinoamérica) 412 412 1.00 1.00

Vigas Negativos (superior) Positivos (inferior) Montaje (superior) Piel (lateral) Estribos Grado 60 (Latinoamérica) Grado 60 (Latinoamérica) Grado 60 (Latinoamérica) Grado 60 (Latin)

(56)

Forjados Punzanamiento Grado 60 (Latinoamérica)

412 1.00

4.3.4 Resultados Obtenidos

El concreto a utilizar deberá ser de f´c = 245 kg/cm2, mescal de arena

gruesa y piedra chancada. El cemento a usar va ser del tipo II o

Puzolánico.

4.4 WINCHE

El diseño y condiciones de la cimentación se presentan así:

4.4.1 Zapata del Winche

La losa de cimentación del Winche se apoyará en el terreno natural

debidamente preparado, para lo cual se eliminara las arenas superficiales,

hasta encontrar un material que ofrezca mejores condiciones geotécnicas.

a) Cargas

imponga como consecuencia del uso previsto, las cuales actuaran

en las combinaciones prescritas y no causaran esfuerzos que

excedan los admisibles señalados para cada material estructural en

su norma de diseños especifico. Según la norma E.20 en el diseño

(57)

Carga muerta.- es el peso de los materiales, dispositivos de

servicios y otros elementos soportados por la estructura incluyendo

su peso propio y se consideran permanentes.

Carga viva.- es el peso de elementos temporales sobre la

estructura.

b) Distribución de Cargas

establecerá sobre la base de un método conocido de análisis

estático o de acuerdo a sus áreas tributarias. Las cargas

horizontales se determinan en función a la rigidez relativa,

considerando la excentricidad de la carga aplicada.

c) Combinación de Cargas

Las cargas indicadas por la ACI 318M-99 (American Concrete

Institute), se combinaran de la siguiente manera:

1.5*D*1.8*L

0.25 D + L + S)

0.9*D + 1.25*S

d) Parámetros de Sitio

Según la norma Peruana E.030-97 de diseño sismo resistente el valor

que se le asigna al proyecto por su ubicación es de Z=0,4 de acuerdo

(58)

tipo S1 que es para suelos rígidos y al cual le corresponde un Tp =

0.4 y S= 1.

4.4.2 Análisis de la Cimentación

El análisis de cimentación será:

a) Fundamento Teórico

Para simplificar al cálculo de la respuesta de las cimentaciones,

generalmente se sustituyen los sistemas reales por modelos

matemáticos equivalentes, que consisten en masas concentradas

representan la inercia de los sistemas reales, los resortes, la rigidez,

los pistones y los amortiguamientos

M

2

M

1

F

(t)

Z

M1 = Masa del castillo

M2 = Masa de la cimentación

F(t) = Fuerza externa

Z = Desplazamiento

(59)

M

=

M

1 +

M

2 (t)

Z

k

c

Masa Equivalente

Amortiguamiento Equivalente Resorte Equivalente

Ecuación de Equilibrio para este sistema de un grado de libertad.

F

(t)

?

H

ho

(60)

k

z

c

z

F

z

La ecuación del movimiento en el eje Z es:

k

y

c

y

F

y

m

(61)

k

y

k

?

,c

?

Z

F

y

I

?

,m

C

y

H

Este modelo es una mejor representación del verdadero comportamiento

de la estructura. Sin embargo, la solución analítica es difícil debido al

efecto acoplado:

Las maquinas vibratorias compuestas por una masa rotante o rotativa que

gira alrededor de un eje de rotación, tales como un winche, genera tres

formas de vibración, un movimiento vertical, un horizontal y un movimiento

oscilante o rotativo. Las fuerzas de inercia horizontal y vertical inducidas

por el movimiento de este tipo de maquinas están dadas por las

(62)

Donde y son las fuerzas de inercia horizontal y vertical

respectivamente (fuerzas externas, , que generan el movimiento

vibratorio). Las ecuaciones anteriores indican que las fuerzas de inercia

son proporcionales a la masa rotante (mt), su excentricidad (e), y la

frecuencia de excitación (w).

m1 Y

X

w

e e wt

F

0

La ecuación del movimiento para un sistema amortiguado de un grado de

libertad sujeto a una fuerza de excitación del tipo masa rotante esta dado

por (en la dirección “y”):

Donde:

y : Desplazamiento en la dirección “y”

C : Coeficiente de amortiguamiento

(63)

Sea:

Donde es una constante y es llamado amplitud de la fuerza excitadora.

La solución particular de la ecuación diferencial es:

Donde:

Amplitud del estado estable

) Angulo de fase

Por otro lado, como se conoce en la teoría de vibraciones se definen las siguientes expresiones:

Frecuencia Circular Natural

Amortiguamiento Crítico

Relación de Amortiguamiento

Sustituyendo las expresiones para D y en la expresión para Y y , y

reemplazando , se tiene:

Factor de Magnificación Dinámica

Por otro lado, para tomar en cuenta la interacción suelo estructura, es

(64)