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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES

EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS DE PILOTES PARA OBRAS PORTUARIAS BAJO TRES CONDICIONES DE SUELO

JULIO FRANCISCO TEJO OSORIO GABRIEL HENRIQUE VARGAS VERGARA

SANTIAGO – CHILE 2007

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES

EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS DE PILOTES PARA OBRAS PORTUARIAS BAJO TRES CONDICIONES DE SUELO

MEMORIA PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL EN OBRAS CIVILES

JULIO FRANCISCO TEJO OSORIO GABRIEL HENRIQUE VARGAS VERGARA

PROFESOR GUÍA: COMISION EXAMINADORA:

Sra. SILVANA COMINETTI COTTI-COMETTI Sr. EDUARDO BARRA RIVERA Sr. HUGO BARRERA VALDÉS Sr. GERARDO SILVA CHANDÍA

SANTIAGO – CHILE 2007

Agradezco a todos los que han confiado en mí… A mis padres, a mi familia, a mis amigos, a mis compañeros… A las personas que han estado en las buenas y sobretodo en las malas… Te doy las gracias a ti mamá… luchadora empedernida… Siempre has dado todo de ti por ver surgir a tus dos hijos… Este enorme paso que estoy dando se lo debo a tu constante sacrificio… Te quiero de todo corazón !! Julio

Estas palabras son dedicadas a mi hermano, a mi padre y en especial a mi madre que siempre ha tenido gran dedicación a sus dos hijos. Su cariño y esfuerzo deben ser homenajeados y eternizados. Ha cumplido con su sueño. ¡Obrigado Mãe, te quero muito! Gabriel

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RESUMEN

El presente documento, tiene por finalidad el determinar sistemas óptimos en la construcción de muelles sobre pilotes en la costa de Chile, evaluando diversas alternativas de materiales en este tipo de fundaciones profundas, en tres tipos de suelos diferentes. El estudio se ha estructurado en ocho capítulos claramente definidos. El desarrollo del tema comienza con la identificación del problema en el cual se basa este trabajo: El aumento del precio del acero en los últimos años hace meditar en alternativas más económicas en la construcción de pilotes de muelles costeros. Se procede posteriormente a la recopilación de antecedentes, haciendo uso de bibliografía y normativas inherentes al tema portuario, Internet y datos proporcionados por profesionales dedicados a esta área. Luego, la fase de análisis y diseño estructural consiste en utilizar las herramientas necesarias de cálculo para obtener las secciones óptimas de cada material empleado en los pilotes. Se desprende de esta etapa, que el tipo de suelo no es influyente en la determinación de la sección de cada pilote, sino que sólo es importante en la longitud total del pilote. Es sumamente importante incluir los aspectos constructivos de cada alternativa analizada. Para tal efecto se ha obtenido información significativa relativa a procedimientos que son factibles de realizar en Chile, previa coordinación de reuniones con profesionales de este ámbito. Los métodos constructivos que se consideran son: hinca en el caso de pilotes de acero y hormigón pretensado y proceso de preexcavación para los pilotes de hormigón armado. A continuación, se efectúa la comparación económica de cada una de las opciones analizadas, determinando los costos asociados a los materiales empleados (luego de haber realizado las cubicaciones pertinentes), al proceso constructivo, a la protección de los pilotes (costo asociado exclusivamente a los pilotes de acero), y un costo generalizado que incluye todos los puntos antes mencionados. Las conclusiones que entregan este documento apuntan a que, los tres materiales considerados en el desarrollo de este estudio pueden aplicarse en la construcción de pilotes, cuya función es servir como elementos de cimentación para muelles, utilizando las tecnologías necesarias y teniendo siempre en cuenta que los costos varían de acuerdo a las condiciones geotécnicas, ya que éste es un factor que interviene directamente sobre la longitud de los pilotes. Los pilotes de acero tienen un costo que se incrementa con el tiempo debido a la protección a la que deben someterse. Los pilotes de hormigón pretensado, pese a tener un bajo costo inicial (de materiales), aumentan significativamente este valor al adicionar los procesos constructivos, debido a la escasa experiencia en la realización de estos trabajos en Chile.

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PRÓLOGO

El presente trabajo de título denominado “ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS DE PILOTES PARA OBRAS PORTUARIAS BAJO TRES CONDICIONES DE SUELOS” ha sido desarrollado por los alumnos de Ingeniería Civil en Obras Civiles, Julio Francisco Tejo Osorio y Gabriel Henrique Vargas Vergara, quienes solicitaron a la Sra. Silvana Cominetti Cotti-Cometti, Ingeniero Civil, Magíster y Doctor en Ciencias de la Ingeniería; ser el profesor guía de esta memoria. Este trabajo se ha efectuado entre los meses de abril de 2007 y abril de 2008. El tema nace de la inquietud de la empresa PRDW-AV, firma dedicada a la consultoría de obras portuarias, en realizar un estudio que contemplara la comparación técnica y económica de muelles construidos en base a pilotes de diversos materiales, ya sea acero, hormigón armado y hormigón pretensado, debido al aumento del precio del primer material mencionado anteriormente, en los últimos años, que lo hace un material quizás no tan conveniente en la construcción de este tipo de muelles. La primera fase de este estudio ha sido la recopilación de antecedentes de diversas fuentes, con la idea principal de obtener información de suelos costeros característicos de nuestro país y entregar conocimientos sobre los muelles y el pilotaje en general. La segunda etapa corresponde a la creación de modelos estructurales en los cuales se introduce el efecto de los tres tipos de suelos escogidos en este estudio. Con la información obtenida de las etapas previas se procedió al posterior diseño estructural de los pilotes, haciendo uso de la normativa respectiva de diseño en los distintos materiales analizados. Se consiguió mayor información referida a los aspectos constructivos en la siguiente etapa, luego de interactuar con profesionales dedicados al rubro, situación que permitió comparar económicamente las alternativas. Finalmente se procedió a la elaboración de conclusiones y recomendaciones. Se agradece sinceramente: a la profesora Sra. Silvana Cominetti Cotti-Cometti por la orientación, disposición y conocimientos entregados; a la comisión examinadora compuesta por el Sr. Eduardo Barra Rivera, el Sr. Hugo Barrera Valdés y el Sr. Gerardo Silva Chandía por los ilustrados consejos y aportes otorgados, basados en su experiencia y a la empresa PRDW-AV por la información suministrada para llevar a cabo el desarrollo de esta memoria de título.

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ÍNDICE Página Resumen .......................................................................................................................................i Prólogo ........................................................................................................................................ii Índice ......................................................................................................................................... iii Índice de tablas ...........................................................................................................................vi Índice de figuras ........................................................................................................................vii CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN GENERAL 1.1. 1.2. 1.2.1. 1.2.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.5.1. 1.5.2. 1.5.3.

Introducción…………………………………………………………………………... 1 Objetivos……………………………………………………………………………… 2 Objetivo general………………………………………………………………………. 2 Objetivos específicos…………………………………………………………………. 3 Alcances………………………………………………………………………………. 3 Metodología………………………………………………………………………… ...4 Justificación del tema…………………………………………………………………. 5 Evolución del precio del acero………………………………………………………... 5 Influencia del costo de acero………………………………………………………….. 6 Tiempo de entrega de tubos de acero…………………………………………………. 6

CAPÍTULO 2 ANTECEDENTES 2.1. 2.2. 2.3. 2.3.1. 2.4. 2.4.1. 2.4.2. 2.5. 2.5.1. 2.5.2. 2.6. 2.6.1. 2.6.2. 2.6.3. 2.7.

Introducción…………………………………………………………………………... 8 Sistema portuario nacional……………………………………………………………. 8 Muelles sobre pilotes………………………………………………………………… 10 Disposición estructural………………………………………………………………. 10 Pilotes………………………………………………………………………………... 13 Información general…………………………………………………………………. 13 Materiales……………………………………………………………………………. 13 Durabilidad de pilotes en el mar…………………………………………………….. 15 Durabilidad de pilotes de hormigón…………………………………………………. 15 Durabilidad de pilotes de acero……………………………………………………… 16 Antecedentes geotécnicos…………………………………………………………… 18 Fundamentos teóricos……………………………………………………………….. 18 Suelos utilizados en el estudio………………………………………………………. 19 Tipo de suelo a utilizar (para cálculo sísmico)……………………………………… 26 Software empleado………………………………………………………………….. 27

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CAPÍTULO 3 ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6.

Introducción…………………………………………………………………………. 28 Definición del muelle………………………………………………………………... 28 Tipos de pilotes……………………………………………………………………… 30 Tipos de suelo……………………………………………………………………….. 30 Modelos estructurales a analizar…………………………………………………….. 30 Parámetros de comparación y evaluación de costos………………………………… 31

CAPÍTULO 4 DESARROLLO DE MODELOS 4.1. 4.2. 4.3. 4.3.1. 4.3.2. 4.3.3. 4.3.4. 4.3.5. 4.3.6. 4.3.7. 4.3.8. 4.4. 4.4.1. 4.4.2.

Introducción…………………………………………………………………………. 32 Modelo idealizado de suelos………………………………………………………… 32 Estados de carga……………………………………………………………………... 33 Peso propio (D)……………………………………………………………………… 33 Sobrecargas de uso (Lu)…………………………………………………………….. 34 Cargas de oleaje (Wa)……………………………………………………………….. 34 Grúa portuaria, tipo pórtico (Lp)……………………………………………………. 35 Cargas de atraque (Be)………………………………………………………………. 36 Cargas de viento (W)…………………………………………………………………37 Cargas de amarre (Ws)……………………………………………………………… 38 Estado de carga sísmico (Eq)………………………………………………………... 38 Modelo estructural……………………………………………………………………44 Representación geométrica………………………………………………………….. 44 Esquema de cargas…………………………………………………………………... 47

CAPÍTULO 5 BASES Y DISEÑO ESTRUCTURAL 5.1. 5.2. 5.3. 5.3.1. 5.3.2. 5.4. 5.5. 5.5.1. 5.5.2. 5.6. 5.7. 5.8. 5.8.1. 5.8.2. 5.8.3. 5.8.4.

Introducción…………………………………………………………………………. 50 Consideraciones generales…………………………………………………………... 50 Combinaciones de carga…………………………………………………………….. 51 Muelle con pilotes de acero…………………………………………………………. 51 Muelle con pilotes de hormigón……………………………………………………... 51 Diseño en acero……………………………………………………………………… 52 Diseño en hormigón armado………………………………………………………… 53 Especificaciones generales del hormigón armado…………………………………... 53 Análisis de fisura……………………………………………………………………. 53 Diseño en hormigón pretensado…………………………………………………….. 54 Determinación de longitud de hinca………………………………………………… 54 Cálculo estructural……………………………………………………………………55 Pilotes de acero……………………………………………………………………… 55 Pilotes de hormigón armado………………………………………………………… 58 Pilotes de hormigón pretensado……………………………………………………... 60 Resumen diseño de pilotes…………………………………………………………... 61

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5.9. 5.9.1. 5.9.2. 5.9.3. 5.10.

Cálculo de la longitud de ficha del pilote…………………………………………… 62 Suelo de Arica………………………………………………………………………. 62 Suelo de Quintero……………………………………………………………………. 64 Suelo de Coronel…………………………………………………………………….. 65 Longitud total de los pilotes…………………………………………………………. 65

CAPÍTULO 6 CONSTRUCCIÓN 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.4.1. 6.4.2.

Introducción…………………………………………………………………………. 66 Método constructivo de pilotes preexcavados ……………………………………….66 Método constructivo de pilotes hincados……………………………………………. 68 Discusión con empresas……………………………………………………………... 71 Respecto a los pilotes preexcavados………………………………………………… 71 Respecto a los pilotes pretensados…………………………………………………... 72

CAPÍTULO 7 EVALUACIÓN ECONÓMICA 7.1. Introducción…………………………………………………………………………. 75 7.2. Costo de materiales………………………………………………………………….. 75 7.3. Costos de construcción………………………………………………………………. 76 7.3.1. Costos de construcción en pilotes de acero………………………………………….. 76 7.3.2. Costos de construcción en pilotes de hormigón armado…………………………….. 76 7.3.3. Costos de construcción de pilotes de hormigón pretensado…………………………. 77 7.3.4. Comparación entre sección llena y sección anular de pilotes pretensados………….. 77 7.3.5. Resumen de costos de construcción…………………………………………………. 78 7.4. Costos de protección de los pilotes………………………………………………….. 78 7.5. Resumen comparativo……………………………………………………………….. 79 7.6. Costo implícito por ejecución de la obra…………………………………………….. 79 7.7. Análisis de resultados…………………………………………………………………80 CAPÍTULO 8 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 8.1.

Conclusiones y recomendaciones…..…………..……………………………….……84

BIBLIOGRAFIA …….………………………………………………………………………87 ANEXO A Verificación de corte en pilotes de hormigón armado ANEXO B Verificación de corte en pilotes de hormigón pretensado ANEXO C Cubicación de materiales de alternativas de pilotes ANEXO D Cálculo de costos de construcción

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ÍNDICE DE TABLAS Página Tabla 1.1. Variación del precio del acero...................................................................................6 Tabla 1.2. Solicitud de pilotes de acero......................................................................................7 Tabla 2.1. Características suelo tipo II según Norma NCh2369 of. 2003................................27 Tabla 4.1. Expresiones para resortes del suelo de Coronel ......................................................33 Tabla 4.2. Coeficientes de fricción...........................................................................................35 Tabla 4.3. Cargas debido a la grúa ...........................................................................................36 Tabla 4.4. Características del barco de diseño..........................................................................36 Tabla 4.5. Cargas de atraque correspondientes al barco de diseño ..........................................37 Tabla 4.6. Cargas de viento a utilizar en el estudio..................................................................37 Tabla 4.7. Valores de aceleración efectiva máxima y ..............................................................40 Tabla 4.8. Peligro de socavación sísmica .................................................................................40 Tabla 4.9. Categorías de comportamiento sísmico...................................................................41 Tabla 4.10. Coeficiente de Importancia K1 ..............................................................................42 Tabla 4.11. Constantes espectrales T1 y K2 ..............................................................................42 Tabla 4.12. Factores de modificación de la respuesta sísmica (R)...........................................42 Tabla 4.13. Dimensiones del muelle ........................................................................................45 Tabla 5.1. Distancia mínima entre pilotes para desarrollar capacidad .....................................50 Tabla 5.2. Combinaciones de carga a utilizar en muelle con pilotes de acero .........................51 Tabla 5.3. Combinaciones de carga a utilizar en muelle con pilotes de hormigón ..................52 Tabla 5.4. Diseño de pilotes ejes A – B - C, suelo de Arica ....................................................56 Tabla 5.5. Diseño de pilotes ejes D - E, suelo de Arica ...........................................................57 Tabla 5.6. Diseño de pilotes de hormigón pretensado, ejes A, B, C ........................................60 Tabla 5.7. Diseño de pilotes de hormigón pretensado, ejes D, E .............................................60 Tabla 5.8. Resumen de diseño de pilotes de acero ...................................................................61 Tabla 5.9. Resumen de diseño de pilotes de hormigón armado ...............................................61 Tabla 5.10. Resumen de diseño de pilotes de hormigón pretensado........................................61 Tabla 5.11. Parámetros para calcular la resistencia de fuste de los pilotes ..............................62 Tabla 5.12. Fichas de pilotes, suelo de Arica ...........................................................................63 Tabla 5.13. Fichas de pilotes suelo de Quintero.......................................................................65 Tabla 5.14. Fichas de pilotes suelo de Coronel ........................................................................65 Tabla 5.15. Longitud Total de Pilotes ......................................................................................65 Tabla 6.1. Guía rápida para la selección del equipo de hinca ..................................................69 Tabla 6.2. Máxima longitud de pilotes pretensados según martinete.......................................73 Tabla 7.1. Costo de materiales de cada alternativa...................................................................76 Tabla 7.2. Costo total, comparación sección llena y anular, pretensado ..................................78 Tabla 7.3. Costo de construcción de cada alternativa...............................................................78 Tabla 7.4. Costo de protección de cada alternativa ..................................................................79 Tabla 7.5. Costo total de cada alternativa.................................................................................79 Tabla 8.1. Longitud máxima requerida para pilotes pretensados .............................................85

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ÍNDICE DE FIGURAS Página Figura 1.1. Esquema conceptual de metodología empleada.......................................................5 Figura 2.1. Estructura con pilotes verticales.............................................................................11 Figura 2.2. Estructura con pilotes inclinados ...........................................................................12 Figura 2.3. Pérdida de espesor debido a la corrosión (pilotes de acero) ..................................16 Figura 2.4. Curvas que determinan parámetros C1, C2, C3 y k...............................................19 Figura 2.5. Puntos de exploración geotécnica, Muelle Pesquero de Arica ..............................20 Figura 2.6. Perfil estratigráfico muelle pesquero de Arica.......................................................21 Figura 2.7. Sondajes ejecutados zona de Quintero...................................................................22 Figura 2.8. Estratos correspondientes a la zona del muelle de Quintero..................................23 Figura 2.9. Ubicación de sondajes efectuados en Coronel .......................................................26 Figura 3.1. Esquema de división de elementos estructurales ...................................................29 Figura 3.2. Esquema explicativo en la elección del tipo de pilote ...........................................30 Figura 4.1. Esquema típico de una grúa pórtico .......................................................................36 Figura 4.2. Planta del muelle en estudio...................................................................................44 Figura 4.3. Vista general del modelo estructural......................................................................45 Figura 4.4. Vista dirección longitudinal del modelo estructural ..............................................46 Figura 4.5. Vista dirección transversal del modelo estructural ................................................46 Figura 4.6. Vista en planta del modelo estructural ...................................................................46 Figura 4.7. Sobrecarga de losa..................................................................................................47 Figura 4.8. Carga de ola operacional........................................................................................48 Figura 4.9. Carga de ola extrema..............................................................................................48 Figura 4.10. Carga de viento operacional.................................................................................49 Figura 4.11. Carga de viento extremo ......................................................................................49 Figura 5.1. Gráfico de interacción flexocompresión, ejes A-B-C, Suelo de Arica ..................58 Figura 5.2. Gráfico de interacción flexocompresión, ejes D-E, Suelo de Arica ......................59 Figura 7.1. Secciones llena y anular, hormigón pretensado .....................................................77 Figura 7.2. Gráfico de costo de materiales según zona de estudio...........................................80 Figura 7.3. Gráfico de costo de materiales más protección según zona de estudio..................81 Figura 7.4. Gráfico de costo de construcción según zona de estudio.......................................81 Figura 7.5. Gráfico de costo total según zona de estudio .........................................................82 Figura 7.6. Gráfico de costo total según zona de estudio (incluye sección anular)..................83

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CAPÍTULO 1 1.

1.1.

INTRODUCCIÓN GENERAL

INTRODUCCIÓN

El transporte marítimo mundial es una actividad que mueve miles de millones de toneladas-millas de mercancías cargadas anualmente superando en los últimos años las 24,5 miles de millones de toneladas-millas por año; en el contexto mundial, los puertos chilenos tienen bajo costo comparativo, tienen un buen nivel logístico y son eficientes, pero no se encuentran en las rutas comerciales más utilizadas según la consultora inglesa Drewry´s. Pero siendo Chile un país netamente costero, la política comercial chilena ha sido caracterizada por buscar la apertura y competitividad de su comercio exterior y desde ese punto de vista, no es de extrañar que el 88% del intercambio comercial internacional se realice por vía marítima según el perfil marítimo realizado por la CEPAL1 el año 2003. Ejemplo de las consecuencias traídas por el gran flujo de mercancías transportadas por vía marítima en Chile es el aumento de la carga movilizada (TEUS - unidad equivalente a un contenedor de 20 pies) en cada puerto en el periodo 1999-2003 llegando en algunos casos al 78% (San Vicente) lo que se ha logrado en gran medida por el aumento del 100% del rendimiento en box/hora (número de contenedores movilizados en una hora) para el mismo caso de San Vicente y la reducción de las tarifas en 30% en promedio [Ref. 1]. Pero en un mundo globalizado, donde los bienes y productos deben recorrer grandes distancias, se hace necesario seguir trabajando en la optimización de los costos de traslado de estos productos para garantizar la competitividad del país. Dentro de estos costos de traslado se encuentran las tarifas portuarias por la manipulación de estos bienes que, a su vez, están compuestos entre otros ítems, por el costo de construcción del muelle. El costo de construcción del muelle será analizado en las siguientes páginas, concentrándose este análisis exclusivamente en la subestructura, es decir, en los pilotes. La inquietud o necesidad de evaluar el tipo de pilotes utilizados en la construcción de los muelles, y en general cualquier estructura marítima, nace de la evaluación realizada para un proyecto chileno desarrollado para la empresa “Terminal Puerto de Arica”. En el año 2004 se realizó un presupuesto para la futura construcción de un muelle para el proyecto desarrollado en Arica, alcanzando un valor de 15,7 millones de dólares. Posteriormente el mandante solicitó la evaluación de una alternativa a los pilotes de acero y por ello, se evaluó una alternativa con pilotes pretensados pero finalmente se mantuvo la idea inicial de pilotes de acero, por ser este material el más conocido en Chile en cuanto a la construcción de muelles sobre pilotes [Ref. 2].

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CEPAL – Comisión Económica para América Latina y el Caribe.

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Posteriormente, en el año 2006 se realizó un nuevo presupuesto de construcción del muelle, tras un alza en el costo del acero de 37,9%, lo que aumentó significativamente el costo del muelle [Ref. 2]. Esto induce a pensar que los pilotes de acero podrían ya no ser la alternativa más favorable económicamente para los proyectos marítimos desarrollados en Chile y se hace necesario tener en consideración otras posibilidades. Una de ellas es el pilote de hormigón pretensado, que tiene un menor costo en relación a los pilotes de acero. El acero estructural, el hormigón armado y/o pretensado tienen características propias que los hacen atractivos para obras portuarias. Por un lado, el acero es relativamente rápido de construir pero tiene un costo importante de mantenimiento; el hormigón es lento de ejecutar en terreno, pero presenta un bajo costo de mantenimiento. Las características de cada material deben evaluarse y compararse integralmente de manera de optar por una selección que sea la óptima considerando los siguientes aspectos: características del sitio, comportamiento estructural, disponibilidad de materiales, durabilidad, constructibilidad, tiempo de ejecución, costo inicial y costo de mantenimiento. Debe estudiarse en cada caso si el ahorro en costo inicial usando estructuras metálicas no se pierde por el mayor costo del mantenimiento requerido por estas estructuras. En teoría es posible mantener estructuras de acero por muchos años con la provisión de protección catódica pasiva o activa para el caso de estructuras sumergidas y con recubrimientos de alta calidad para los elementos de acero en las zonas de marea, salpicadura y para las sometidas a la atmósfera. El revestimiento de polietileno para los pilotes tubulares de acero desarrollado en Japón hace 15 años, ha dado excelentes resultados ya que elimina los problemas de corrosión en particular en las zonas de marea y salpicadura que son las más vulnerables y difíciles de proteger y mantener y elimina la necesidad de protección catódica en las zonas sumergidas. Se ha observado que la gran mayoría de los muelles construidos en Chile utilizan pilotes de acero, por lo cual se pretende desarrollar un estudio que determine si existe alguna condición en que sea más favorable utilizar pilotes de hormigón.

1.2.

OBJETIVOS

1.2.1. Objetivo general Determinar el sistema óptimo en la construcción de muelles marginales, para lo cual se evaluará cual es el material más adecuado a utilizar en los pilotes, ya sea hormigón (armado o pretensado) o acero, para diferentes condiciones de fondo marino, basándose en comparaciones de tipo técnico-económicas.

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1.2.2. Objetivos específicos a) Investigar las alternativas existentes actualmente en Chile en cuanto a los métodos constructivos relacionados con pilotaje en la zona costera. b) Determinar la sección óptima de pilotes en muelles marginales de acuerdo al diseño estructural en acero y hormigón. c) Evaluar técnicamente distintos tipos de muelle marginal, considerando las variables que intervienen en la factibilidad técnica tales como condiciones de diseño y constructivas. d) Evaluar económicamente distintos tipos de muelle marginal, tomando en consideración los costos de construcción y mantenimiento.

1.3.

ALCANCES Los alcances de esta investigación se presentan a continuación: a) El estudio de pilotes de acero y hormigón. b) Detalle de métodos constructivos de muelles sobre pilotes, dirigido principalmente hacia los muelles construidos sobre pilotes de hormigón, ya que se asume que el pilotaje en acero es conocido, es decir, es lo más utilizado actualmente en Chile y no requiere mayor profundización. c) Estructuración de un muelle de tipo marginal, con el fin de desarrollar el modelo y diseño estructural. Una serie de factores tales como la cota de fondo marino, dimensiones y geometría del muelle, y estado de cargas muertas, se mantendrá constante con el fin de realizar comparaciones y evaluaciones. d) En el aspecto geotécnico, se definirán y modelarán 3 tipos de suelo de fondo marino, representativas de Chile. e) Respecto a las consideraciones de suelo, se sabe que en el litoral chileno comúnmente se encuentra suelo de tipo arenoso, el cual es propenso a licuefacción; el riesgo potencial de licuefacción durante un evento sísmico debe evaluarse por un Ingeniero geotécnico. Este tópico no es tema de estudio en esta tesis. f) La evaluación económica a efectuar en este estudio apunta a la determinación de costos de construcción. No se evaluará la rentabilidad del muelle y no se determinarán indicadores económicos (VAN, TIR, etc.).

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g) El estudio a desarrollarse estará enmarcado dentro de las posibilidades chilenas. No se contemplará la importación de pilotes extranjeros o las capacidades de empresas constructoras de otros países.

1.4.

METODOLOGÍA

En el esquema mostrado en este acápite se da a conocer la metodología de trabajo a utilizar en esta memoria. Planteamiento del Problema: En esta etapa se plantea el problema a estudiarse y desarrollarse en esta memoria; se entregarán los objetivos que se pretenden alcanzar junto a los alcances y restricciones con el fin de acotar el área de estudio. Esto se plantea en el capitulo 1, Introducción General. Recopilación de Antecedentes: Se efectúa la recopilación de los antecedentes requeridos para desarrollar el tema. Esta etapa se desarrolla en el capitulo 2, denominado Antecedentes. Análisis de Alternativas: En esta fase, el objetivo principal es definir el estudio a desarrollar. Se precisan las constantes a utilizar y las variables a evaluar. Se determina un número finito de casos o combinaciones de variables a estudiarse. También se establece la metodología a utilizar para comparar las distintas alternativas. Este proceso se desarrolla en el capitulo 3, Análisis de Alternativas. Análisis y Diseño Estructural: Se analizan y diseñan estructuralmente los pilotes de los modelos realizados. Métodos Constructivos: Se describen los métodos constructivos posibles de utilizarse en Chile para cada alternativa planteada en la etapa de análisis. Debe indicarse además que en ningún caso se pretende abarcar todos los métodos existentes en la actualidad. Evaluación Técnico – Económica: Se calculan los costos asociados a las distintas alternativas según lo indicado en el capítulo de análisis de alternativas. Al término de las etapas anteriores, se definen claramente las alternativas a evaluar, los métodos constructivos asociados y la estructura a evaluar. Estas son las características técnicas a costear para luego efectuar la debida comparación. Conclusiones y Recomendaciones: En este último punto se procede a entregar conclusiones de toda la información, obtenida en el transcurso del estudio, para realizar las recomendaciones correspondientes. Para dejar más en claro lo que se ha mencionado anteriormente, se muestra en la figura 1.1, el esquema de la metodología a emplear para el desarrollo de este tema.

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Figura 1.1. Esquema conceptual de metodología empleada

1.5.

JUSTIFICACIÓN DEL TEMA

1.5.1. Evolución del precio del acero Tal como se indica en la introducción a este documento, uno de los puntos más relevantes de la búsqueda de una alternativa a los pilotes de acero para los proyectos portuarios es su alto costo y continuo aumento. Durante el año 2004, el costo del acero subió enormemente. Los mayores productores de mineral de hierro acordaron aumentar el precio en 18,6% a partir del 1 de abril de 2004. Dada la relevancia que han tenido las variaciones en el mercado del acero, ASIMET2 organizó una charla en donde se indicó el por qué del aumento del precio del acero. El aumento del consumo en el mundo trajo consigo que las reservas de hierro operasen a su máxima capacidad. La existencia de importantes planes de inversión en la industria del acero y su tiempo de demora de puesta en marcha; restricciones en el transporte de materia prima y la congestión en los puertos importadores y exportadores. Por otra parte, la empresa chilena CAP S.A3. incrementó sus precios ese año en 26,5% producto del acontecer mundial. En la actualidad, según información publicada en la página de CAP S.A. en su resumen financiero, el precio del acero producido por ellos ha variado 14.9% en el mercado interno y 34,4% en el mercado externo (ver tabla 1.1). Esta variación podría considerarse como un reflejo de la variación del precio del acero en el mundo.

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ASIMET – Asociación de Industrias Metalúrgicas y Metalmecánicas A.G. CAP S. A. – Compañía de Acero del Pacífico S. A.

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Tabla 1.1. Variación del precio del acero Precios Acero CAP S.A. Mercado Unidad Ene - Sep 2006 Ene - Sep 2007 Variación Interno US$/TM 610 701 14,9% Externo US$/TM 720 968 34,4%

1.5.2. Influencia del costo de acero Para ejemplificar el aumento del costo de acero y su influencia en el costo final del muelle, se presenta el siguiente caso: En el año 2004 se realizó un presupuesto para la empresa “Terminal Puerto de Arica” para la futura construcción de un muelle para el proyecto desarrollado en Arica, alcanzando un valor de 15,7 millones de dólares. El año siguiente, el mandante solicitó la evaluación de una alternativa a los pilotes de acero por lo que se realizó una comparación económica entre pilotes de acero y pilotes de hormigón pretensado para el proyecto en estudio, llegando a un costo de 3,4 millones de dólares para pilotes de hormigón pretensado y 3,8 millones de dólares para pilotes de acero. En ese entonces se optó por seguir con la alternativa de pilotes de acero por ser el método más conocido en el país (entre otras razones). A continuación, en el año 2006 se realizó nuevamente un presupuesto de construcción del muelle para tomar en cuenta algunos cambios del proyecto, y se llegó a la suma de 28,3 millones de dólares en el proyecto, lo que implica una diferencia de 12,6 millones respecto del valor calculado en un principio. Uno de los factores de incidencia en esta variación de costos es el aumento del costo de los pilotes de acero, estimándose que en ese intervalo de tiempo (2004-2006), el acero de los pilotes aumentó su valor en un 37,9%. Respecto al precio del hormigón, este depende principalmente del tipo, nivel de confianza, tamaño máximo de árido, cono y ubicación de la obra. Para efectos prácticos comparativos solo interesan las características del hormigón y no la ubicación de la obra. 1.5.3. Tiempo de entrega de tubos de acero Otro factor relevante en la búsqueda de una alternativa a los pilotes de acero es el tiempo de demora en la entrega de los tubos de acero que se usan para la fabricación de los pilotes. Se reciben los tubos y luego, en una maestranza instalada cerca de la obra, se sueldan y pintan para formar el pilote. Según información proporcionada por PRDW – AV, empresa dedicada al diseño de obras portuarias, el tiempo estimado de entrega de los tubos desde su compra es de 6 meses, lo que queda condicionado a la cantidad del pedido. Esto puede representarse en una carta Gantt como la siguiente:

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Tabla 1.2. Solicitud de pilotes de acero Etapa Ingeniería Conceptual o Básica Ingeniería de Diseño Ingeniería de Detalles Licitación, adjudicación Construcción Fabricación Pilotes Orden de compra tubos Hinca de pilotes

Carta Gantt: Solicitud de Pilotes de Acero Periodo en meses 3 meses 3 meses 6 a 8 meses 2 meses variable 5 meses 6 meses 6 meses

Nota 1: puede existir desfases en cada etapa de 2, 3 o más semanas. Nota 2: la duración de las etapas queda afectada también por la cantidad de pilotes requeridos. El largo tiempo de espera para la recepción de los tubos hace necesario la definición temprana de los pilotes a emplear, por lo que deben aumentarse los márgenes de seguridad en el diseño, y de ese modo, evitar que posteriores cambios en los requerimientos de diseño, no impliquen cambios de pilote. Todo lo expresado en este capítulo induce a pensar que los pilotes de acero ya no son la alternativa más favorable económicamente para todos los proyectos marítimos desarrollados en Chile y se hace necesario tener en consideración otras posibilidades. Una de ellas es el pilote de hormigón pretensado, que tiene un menor costo en relación a los pilotes de acero.

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CAPÍTULO 2 2.

2.1.

ANTECEDENTES

INTRODUCCIÓN

A continuación se procede a entregar la información para entender de mejor manera el desarrollo de los siguientes capítulos y entregar antecedentes complementarios a los expuestos en este estudio.

2.2.

SISTEMA PORTUARIO NACIONAL

La costa chilena se caracteriza por ser abierta, desabrigada y de poca profundidad, pero la buena labor realizada por los especialistas, ha permitido construir puertos en gran parte del litoral nacional aprovechando las bahías disponibles, dotándolas de infraestructura acorde a las necesidades generadas por el tipo de producto movilizado (productos líquidos, frigorizados, graneles, carga general, pasajeros, embarcaciones deportivas, turismo). En términos simples, puerto es todo aquel espacio de mar con infraestructura marítima, instalaciones portuarias (instalación principal, muelle, terminal marítimo, etc.) y sus recintos asociados, que permitan la transferencia de carga y/o pasajeros en rutas internacionales, entre los modos marítimos y terrestres. Dada la variedad de puertos que existen, es posible subdividirlos según los siguientes criterios: i) ii) iii)

según su propiedad: puertos estatales y puertos privados según su uso puede ser: puertos de uso público y puertos de uso privado según su destino o propósito: puertos comerciales, industriales, deportivos, pesqueros, militares, etc.

A continuación se entrega la información encontrada en el documento publicado el año 2005 respecto a los pilotes de las estructuras portuarias comerciales haciendo una división según uso publico o privada [Ref. 1]. En Chile existen 10 puertos comerciales de uso público administrados por empresas estatales y 14 puertos comerciales de uso público administrados por empresas privadas. Según este documento, es posible encontrar la siguiente información respecto a los pilotes:

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a) Puertos de uso público • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Empresa Portuaria de Arica, muelle fiscal construido con pilotes de hormigón que está en concesión a empresas pesqueras y muelle Perú-Arica construido con pilotes y plataforma de hormigón. Empresa Portuaria Iquique, sitio 4, futura ampliación con pilotes de acero. Puerto Tocopilla Electroandina, frente de atraque N°1, pilotes de acero. Complejo portuario Mejillones, frente de atraque N°2, pilotes de acero. Puerto de Mejillones, frente de atraque N°1, pilotes de acero. Empresa portuaria Antofagasta, frente de atraque N°2, pilotes de acero. Terminal Portuario Amarcal, III región, pilotes de acero. Empresa Portuaria Coquimbo, no posee pilotes. Puerto Ventanas, frente de atraque N°1, pilotes de acero. Oxiquim Quintero, sin información sobre los pilotes. Empresa Portuaria Valparaíso, frente de atraque N°1, pilotes de acero. Empresa Portuaria San Antonio, sitios 1, 2, 3, 5, 8, 9 con pilotes de acero. Puerto Lirquén, sin información sobre pilotes. Muelle de Penco, pilotes de acero. Empresa portuaria Talcahuano – San Vicente; Puerto Talcahuano, no posee pilotes y Puerto San Vicente sin información sobre pilotes. Muelle Cap, frente de atraque Huachipato, pilotes de acero revestido con hormigón. Empresa Portuaria Cabo Froward, Muelle Jureles, puente de acceso con pilotes de acero. Puerto Coronel, frentes de atraque 1, 2, 3 y 4, pilotes de acero. Terminal Oxiquim Escuadrón, no posee pilotes. Empresa Portuaria Puerto Montt, Terminal Transbordadores, rampa con pilotes de acero. Puerto Corral, frente de atraque N°1, pilotes de acero. Puerto San Jose de Calbuco, sin información sobre pilotes. Empresa Portuaria Chacabuco, sin información sobre pilotes. Empresa Portuaria Austral, Muelle Arturo Prat, puente de acceso con pilotes y vigas de hormigón armado. Muelle G. Mardones, muelle con pilotes de acero. Terminal de Transbordadores Puerto Natales, muelle con pilotes de acero con camisa de hormigón en zona de splash.

b) Puertos de uso privado Existen 32 puertos privados en Chile pero no existe información disponible públicamente respecto a la estructura. Debe indicarse que los puertos señalados anteriormente poseen otras estructuras con características distintas y que no poseen pilotes. Pueden estar formados por tablestacado, muros gravitacionales u otros. Esta información se ha omitido por considerarse que no es de relevancia para esta memoria.

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2.3.

MUELLES SOBRE PILOTES

2.3.1. Disposición estructural Este es en esencia, un tablero de hormigón, construido sobre pilotes. Para el tema de estudio, la estructura se dispone sobre un talud en el borde costero, que va desde la cota de coronación del muelle hasta la cota correspondiente al calado requerido por el muelle en su línea de atraque. El talud mencionado, en general, es un relleno que se coloca luego de hacer un dragado (retiro de material incompetente) en la zona que se construirá el muelle. Este relleno posee características geotécnicas definidas y adecuadas para proporcionar estabilidad al talud y se coloca y compacta antes de construir los pilotes. Las estructuras de pilotes están especialmente indicadas cuando el terreno natural es de baja capacidad portante, o bien cuando pueda tener asentamientos importantes. También es recomendable, cuando se trata de reducir al mínimo las interferencias hidráulicas del muelle con su entorno o para evitar problemas debidos a la reflexión del oleaje sobre muelles de paramento vertical. En muelles de gran calado puede presentar ventajas técnicas y económicas sobre estructuras de contención con paramento vertical. Aunque en las estructuras pilotadas existe una gran variedad tipológica, en esencia, atendiendo a la forma en que la estructura resiste las cargas exteriores, se puede distinguir dos tipos fundamentales: • Estructuras con todos los pilotes verticales. (Figura 2.1) • Estructuras con los pilotes total o parcialmente inclinados. (Figura 2.2)

a) Estructuras con todos los pilotes verticales En este tipo de estructuras, las cargas, tanto verticales como horizontales, se transmiten al terreno a través de los pilotes por compresión, momento flector y esfuerzo cortante. El grado de rigidez de la estructura depende fundamentalmente de los pilotes, del tipo de suelo y de la penetración de los pilotes en éste. A veces para evitar que los pilotes trabajen a cortante y flexión, se disponen tirantes con placa de anclaje en el trasdós del muelle.

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Figura 2.1. Estructura con pilotes verticales

b) Estructuras con pilotes inclinados La disposición de estos muelles es análoga a la de pilotes verticales, con la salvedad de que, para evitar que los pilotes trabajen a esfuerzo cortante (y por consiguiente a flexión) se inclinan algunos de ellos (o todos) recogiendo de esta forma las cargas horizontales, que se traducen en compresiones y tracciones en los pilotes inclinados. Hay que estudiar detalladamente la distribución de pesos de tal forma que se compensen las tracciones o, si no logran anularse totalmente, al menos no presenten valores elevados. Por este motivo, en estas estructuras, una alternativa sería construir el tablero por debajo de su cota de coronación, completando hasta dicha cota con relleno, lo que supone comprimir a los pilotes con una carga adicional. Alternativamente se debe construir un anclaje para que el pilote pueda soportar los esfuerzos de tracción. Sin embargo, estas mejoras tienen como contrapartida el encarecimiento de las obras al hacer la estructura más robusta. Las estructuras con pilotes inclinados, para idénticas circunstancias, son siempre más rígidas lateralmente que las de pilotes verticales.

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Figura 2.2. Estructura con pilotes inclinados

c) Elección del tipo de muelle Para la elección del tipo de muelle, la mejor estructuración depende de varios factores; una combinación de diferentes tipos de diseños y el uso de diferentes tipos de materiales en una estructura, ofrecerá el mejor comportamiento para un proyecto específico. Algunas consideraciones que se deben efectuar en la selección del tipo de estructura: •

Tamaño de las embarcaciones: limitará la profundidad del nivel de fondo requerido.

•

Uso del muelle: en general existen diversos usos que se puede dar a un muelle, pero en el caso particular de muelles para carga y descarga de contenedores, es recomendable utilizar pilotes de hormigón porque éstos requieren conexiones continuas. El acero puede estar afecto a fallas en las conexiones soldadas en terreno.

•

Condiciones del suelo del sitio: suelos de mala calidad pueden requerir tratamiento especial y fundaciones más profundas.

•

Recursos locales y disposición de materiales para construcción: durante el diseño es necesario considerar la disponibilidad de materiales de la zona y la disponibilidad de maquinarias por parte del constructor.

•

Condiciones de carga.

•

Camino de acceso.

•

Condiciones hidráulicas: en lugares donde existe reflexión de oleajes son más indicadas las estructuras abiertas.

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2.4.

PILOTES

2.4.1. Información general Los pilotes son un tipo de cimentación profunda que se utiliza cuando los estratos de suelo o de roca situados inmediatamente debajo de la estructura no son capaces de soportar la carga con la adecuada seguridad o con un asentamiento tolerable. Las principales aplicaciones de los pilotes apuntan a puentes carreteros y de ferrocarril, estructuras ubicadas mar adentro tales como plataformas petroleras y muelles, y fundaciones de construcciones localizadas en suelos cuya capacidad soportante es deficiente como arenas sueltas, arcillas débiles y rellenos artificiales. Los materiales más usados en la fabricación de los pilotes son: acero, hormigón armado y madera. La elección del tipo de material y de las dimensiones del pilote depende de la naturaleza de los estratos del terreno. Es posible definir clases de pilote según la forma en los que éstos resisten las cargas aplicadas sobre ellos. Los más comunes son los pilotes de carga, que transmiten la carga de la estructura a través de estratos blandos a suelos más fuertes e incompresibles o a la roca que se encuentre debajo, o distribuyen la carga a través de los estratos blandos que no son capaces de resistir la concentración de la carga de un cimiento poco profundo. Éstos se usan cuando hay peligro de que los estratos superiores del suelo puedan ser socavados por la acción de las corrientes o las olas en los muelles y puentes que se construyen en el agua. Los pilotes de tracción se usan para resistir fuerzas hacia arriba, lo que ocurre en estructuras sometidas a sub-presión, como las obras de protección de presas o los tanques soterrados. También se emplean para resistir el vuelco en muros y presas, y como anclaje de los cables que sirven de contravientos en las torres o retenidas en muros anclados. Los pilotes cargados lateralmente soportan las cargas aplicadas perpendicularmente al eje del pilote y se usan en cimentaciones sometidas a fuerzas horizontales, como son los muros de sostenimiento de tierras, puentes, presas, muelles y duques de alba en las obras de los puertos. Si las cargas laterales son grandes, los pilotes inclinados pueden resistirlas más eficazmente. Frecuentemente se usa una combinación de pilotes verticales e inclinados. 2.4.2. Materiales Acero Estructural Convencionalmente se ha utilizado pilotes de acero en obras marinas en la costa pacífico de Sudamérica por las siguientes razones:

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a) Fuerzas sísmicas Para la costa chilena, que es la zona de mayor sismicidad en el país, y se clasifica como zona sísmica 3 en la Norma de Diseño Sísmico Para Estructuras Industriales NCh 2369 Of.2003, la fuerza sísmica equivalente para una estructura de muelle soportada en pilotes es probablemente mayor que las fuerzas debidas al atraque de los buques. Esto se debe a que su masa sísmica está concentrada en su parte alta como un péndulo invertido y, por lo tanto, cualquier disminución en la masa sísmica reduce los efectos del sismo. La reducción se traducirá en un menor número de pilotes y en ahorros significativos en el costo y en el tiempo de ejecución. b) Constructibilidad En la costa pacífico de Sudamérica el equipo que existe está generalmente proveído con grúas de construcción pequeñas. El uso de pilotes de acero, que son livianos comparados con los de hormigón, el uso de cabezales de acero y de elementos de acero para el tablero permite el uso de grúas relativamente pequeñas. Las condiciones del mar en zonas no abrigadas de la costa del Pacífico son difíciles para la construcción marina. Las olas de gran período predominantes hacen difícil la construcción con equipo flotante. Por esta razón, muchas estructuras marinas en mar abierto han sido construidas por el método de lanzamiento con avance desde tierra. Las estructuras livianas son favorables para el uso de este método porque permiten el uso de grúas de menor tonelaje y, dado que la carga de la grúa empleada para el montaje termina siendo la carga que controla el dimensionamiento de los elementos del tablero, se logran ahorros sustantivos en la estructura. Por otro lado, cuanto más livianos son los elementos por izar, mayor será el alcance del equipo de izaje, lo que permite ampliar la distancia entre cerchas de pilotes, con lo cual se consigue otra ventaja que puede ser significativa tanto en el costo de obra como en el plazo de ejecución. c) Menor Costo Inicial Lo tradicional en el medio, es que las estructuras de hormigón sean más económicas que las estructuras de acero. Sin embargo, en la construcción de obras marinas, en particular en la construcción de muelles en mar abierto, las ventajas del menor peso de las estructuras metálicas descritas al explicar los aspectos de constructibilidad, llevan por lo general ahorros en el costo, que cambian el resultado tradicional y dan como resultado un menor costo de construcción. Hormigón Respecto del hormigón, existen características que lo hacen atractivo para la construcción. Las instalaciones correctamente diseñadas y construidas son sumamente duraderas en el ambiente marítimo. El hormigón es inmune a perforaciones marítimas, al ataque de insectos y es incombustible. Los pilotes prefabricados de hormigón preferentemente deberían ser

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pretensados para resistir las fuerzas de tracción con frecuencia encontradas durante la hinca. La corrosión del refuerzo en pilotes pretensados de hormigón, aún después de la figuración, puede controlarse según el diseño de mezcla apropiado y, en casos extremos, por algún epóxico que cubre el refuerzo. Sin embargo, debe ejercerse el suficiente control durante la hinca de pilotes de hormigón para reducir la fisuración a un mínimo. Cuando la hinca es difícil en arenas muy compactas, gravas, o cuando se espera encontrar roca, la punta de los pilotes puede equiparse con perfiles H “aguijón” para alcanzar la penetración necesaria. Los pilotes cilíndricos vacíos muy grandes (diámetros de 48 pulgadas y más) se emplean para zonas adyacentes al agua en la construcción. El hormigón armado es también ideal para construcción de la cubierta en muelles de tipo abierto.

2.5.

DURABILIDAD DE PILOTES EN EL MAR

Para efectos comparativos se ha analizado la durabilidad de los pilotes de acero y pilotes de hormigón armado, evaluando estos materiales en el medio marino [Ref. 3]. 2.5.1. Durabilidad de pilotes de hormigón Es de suma importancia prevenir la acción agresiva del agua de mar en los pilotes de hormigón prefabricado, ya que en los pilotes hormigonados in situ, los tubos o las mallas de acero actúan como agentes protectores. Para efectos de prevención es necesario considerar una buena compactación del hormigón con fines de obtener una mezcla densa e impermeable. Además, un recubrimiento mínimo de 5 cm asegura una alta resistencia a la acción agresiva y una satisfactoria durabilidad sobre la vida normal de servicio de las estructuras que soportan. La desintegración del hormigón armado debido al agua de mar, es más severa principalmente en las “zonas de splash” (zona expuesta a las olas, al rocío marino y estelas provenientes de los barcos) como resultado de un hormigón poroso o fisurado debido a un diseño defectuoso o una construcción deficiente. Esta situación conlleva a un desprendimiento del hormigón y a una posterior corrosión del acero de refuerzo debido a la acción del aire y el agua. La corrosión del acero no puede ocurrir en inmersión permanente porque el cloruro se encuentra presente en bajas proporciones y la disponibilidad de oxígeno es baja. Aunque el agua de mar típicamente tiene un contenido de sulfatos de alrededor 230 partes por 100000, la presencia de cloruro de sodio tiene un efecto inhibidor o retardador en la expansión causada por su reacción con el cemento Portland ordinario, el cual es un material bastante satisfactorio para la fabricación de pilotes de hormigón para condiciones marinas. Para evitar la desintegración en la “zona de splash”, el hormigón debería tener un contenido mínimo de cemento de 360 kg/m3 y una relación máxima de agua/cemento igual a 0,45.

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El hormigón en los pilotes prefabricados debe curarse por 7 días después de extraer los moldajes. Se debe tener cuidado en el manejo de los pilotes con tal de evitar la formación de fisuras transversales que podrían producir corrosión en el acero en las “zonas de splash”. 2.5.2. Durabilidad de pilotes de acero En estructuras marítimas soportadas por pilotes de acero se debe primeramente diseñar un espesor que admita una cierta pérdida por corrosión. Los métodos de protección existentes deben tomar en cuenta la variación en la corrosión sobre las diversas zonas a lo largo del pilote. La figura 2.3 muestra esquemáticamente la pérdida de espesor en pilotes colocados en un ambiente marino:

Figura 2.3. Pérdida de espesor debido a la corrosión (pilotes de acero) Es importante considerar algunos factores al momento de considerar la durabilidad en los pilotes de acero: a) La presencia de crecimiento marino tiene una considerable influencia en las medidas protectoras. En las zonas de inmersión continua es común el desarrollo de algas que pueden

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dañar el tratamiento de pinturas e impedir su renovación. Sin embargo, este crecimiento puede proteger al acero de la exposición al oxígeno y, de esta manera, reducir la tasa de corrosión. b) Es improbable que la vida útil de las pinturas protectoras exceda los 12 a 15 años desde su aplicación hasta su primera mantención, por lo tanto, el costo de estas pinturas puede balancearse con la alternativa de aumentar el espesor de los perfiles de acero o utilizar un acero de mayor resistencia en vez de uno de resistencia media. c) Los esfuerzos máximos para condiciones de trabajo en estructuras marítimas deben estar en las cercanías o sobre el nivel de fondo marino donde las pérdidas por corrosión poseen una tasa mínima La Corporación Británica del Acero (British Steel Corporation) recomienda medidas protectoras para estructuras marítimas dependiendo la zona en la que se encuentre: En las zonas superiores que se ven expuestas a condiciones de humedad atmosférica, al oleaje y al rocío, deben aplicarse pinturas protectoras epóxicas de alquitrán - carbón. Es esencial obtener previamente una limpieza exhaustiva del metal, la cual se logra con la aplicación de arena para obtener una condición de metal blanco. Sobre la superficie limpia se colocan tres o más capas de pintura para obtener una película de espesor de 175 µm aproximadamente. Este tipo de protección posee una vida de sólo unos pocos años. El sistema de protección catódica es efectivo en la zona de inmersión continua. Este tipo de protección se basa en la aplicación de un metal que sea anódico respecto del acero, de tal manera que proteja a este último mediante el establecimiento de una celda galvánica intencional, en donde el acero se convierte en cátodo, es decir en el metal protegido. Este mecanismo de protección implica por lo tanto el aporte de un metal de sacrificio, que se corroerá preferencialmente. Si se analiza la serie galvánica de los metales, se puede ver que tanto el zinc (Zn) como el aluminio (Al) y el Magnesio (Mg), son anódicos respecto del acero. Se distinguen dos sistemas de protección: a) Aplicación de 3 a 10 mils de Zn o Al sobre la superficie en donde el revestimiento protege al acero comportándose como ánodo y degradándose preferencialmente. b) Aplicación de 3 a 10 mils de Zn o Al sobre la superficie, seguido de la aplicación de un sellante. El propósito del sellante es impedir la penetración de líquidos y/o gases hacia el acero, imposibilitando la formación de una celda galvánica lo que permite alargar considerablemente la vida útil del revestimiento metálico. La protección catódica tiene un costo importante en la ejecución de la estructura y posteriormente en su mantenimiento. Debe existir una verificación periódica del sistema de protección catódica para prevenir zonas anódicas en los pilotes, determinar la efectividad de la protección catódica (asegurar que la corrosión esta controlada), localizar corrientes parasitas o vagabundas, localizar cortos eléctricos o fallas en el recubrimiento. En general, debe existir un

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control semanal en el que se considera inspección y mantenimiento de equipos, registro de lecturas y mediciones de corriente y voltaje y un control semestral en el que debe realizarse resistencia del circuito, resistividad del electrolito, registro de potencial y control de pH y temperatura.

2.6.

ANTECEDENTES GEOTÉCNICOS

2.6.1. Fundamentos teóricos Para efectos del desarrollo de modelo del suelo, es necesario conocer su resistencia lateral, por lo cual es relevante obtener los parámetros de suelo que permitirán modelarlo como resortes mediante el procedimiento indicado en el manual API [Ref. 4]. Para establecer las constantes de los resortes equivalentes del suelo que representan la rigidez del suelo, considerando la geometría y las características del suelo subyacente, se desarrollará un modelo de resistencia lateral en base a curvas p-y (carga-desplazamiento lateral), las cuales se han simplificado a una forma bilineal. Las curvas p-y bilineales propuestas se construyen con los parámetros presentados para cada sitio de estudio. Para la determinación de las curvas p-y, se utilizará las recomendaciones para arenas establecidas en la norma API RP-2A-WSD (punto 6.8.6 y 6.8.7). Además se considera lo recomendado por la Norma Japonesa [Ref. 5] referente a pilotes ubicados en taludes y sometidos a cargas laterales, en la que se recomienda despreciar la resistencia lateral de los suelos ubicados sobre la bisectriz del ángulo del talud, pero manteniendo el confinamiento generado en esos suelos sobre los suelos existentes bajo la referida bisectriz. De la norma API (sección 6.8) se extraen las siguientes expresiones para arenas: pus = (C1 ⋅ x + C 2 ⋅ D ) ⋅ γ ´⋅ z (superficial)

(2.1)

pud = C 3 ⋅D ⋅ γ ´⋅ z

(2.2)

(profundo)

Donde: pu = Resistencia última. Menor valor entre pus y pud (fuerza/unidad de longitud del pilote)

γ ´=

Peso unitario efectivo del suelo

z=

Profundidad

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C1 , C 2, C 3 = Coeficientes adimensionales dependientes del ángulo de fricción interna del suelo o de su densidad relativa. (Figura 2.4 a la izquierda) D=

Diámetro medio del pilote desde la superficie hasta la profundidad de interés.

Confección curva carga – desplazamiento (p-y), para la solicitación cíclica.

 k ⋅x  P = 0.9 tanh  y   0 .9 ⋅ p u  k=

Parámetro que se extrae del gráfico de la figura 2.4 (derecha)

x=

Profundidad

y=

Deformación lateral

(2.3)

Figura 2.4. Curvas que determinan parámetros C1, C2, C3 y k Este procedimiento ha sido utilizado en los suelos de Quintero y Arica; respecto al suelo de Coronel, se utilizó la información extraída de un estudio realizado en la zona.

2.6.2. Suelos utilizados en el estudio En este trabajo se estudian tres tipos de suelo que representan condiciones reales del fondo marino de las costas chilenas. Esta consideración se ha hecho para tomar en consideración la influencia que el suelo puede tener en el método constructivo a utilizar o, más aún, en el tipo de pilote a emplear en el diseño y construcción del muelle.

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Para ello se han obtenido informes geotécnicos de tres zonas de Chile: Arica (XV región de Tarapacá), Quintero (V región de Valparaíso) y Coronel (VIII región del Biobío).

a) Características del suelo de Arica La presente información se extrajo de los estudios geotécnicos efectuados para la etapa de Ingeniería de Detalle del Proyecto Muelle Asísmico, Sitio 3 del Puerto de Arica [Ref. 2]. Este proyecto consideraba un muelle marginal a construir junto a las explanadas, frente al actual Sitio 3. Este muelle está constituido por una plataforma de 30 m de ancho y 220 m de longitud apoyada en pilotes verticales de acero, hincados y de 1,1 m y 28” de diámetro. En la ejecución de los estudios de ingeniería geotécnica se consideraron los siguientes antecedentes geotécnicos: •

“Estudios de Estabilidad de los Gaviones del Puerto de Arica”. Estudio efectuado en abril de 1995. En este estudio se efectuaron 6 sondajes marinos en la poza y 2 sondajes terrestres. De estos sondajes, en el sitio 3 fueron realizados los sondajes terrestres denominados S1 y S2, los que se efectuaron en un gavión y en la explanada.

•

“Proyecto Estudios Geotécnicos Exploratorios” Estudio efectuado en Noviembre de 1996, contiene los resultados de 5 sondajes marinos y 2 sondajes terrestres. De estos sondajes, en el sitio 3 fueron perforados 5, tres sondajes marinos: SM-1, SM-2 y SM-3 y dos sondajes terrestres: ST-1 y ST-2, ejecutados en gaviones.

•

“Estudios Preliminares Muelle Pesquero de Arica”, resultados de 2 sondajes realizados para obtener antecedentes del suelo de fundación. En la figura 2.5 se presenta la ubicación de los puntos de exploración geotécnica.

Figura 2.5. Puntos de exploración geotécnica, Muelle Pesquero de Arica

21

En este estudio se entregó la estratigrafía del relleno de gaviones, de la explanada del sitio 3 y del sector marino frente al sitio 3. A continuación se entrega sólo la información referida al sector marino frente al sitio 3 por considerarse que las otras 2 zonas anteriores no son relevantes para efectos de este estudio.

Horizonte

Descripción Visual

I

Arena con abundante contenido orgánico, compacidad baja, sin consistencia (fango marino), de espesor promedio 90 cm.

II

Bolones y trozos de roca en matriz de arena. En el sondaje SM-1, hacia tierra, la matriz se encuentra como arena arcillosa con abundante grava.

III

IV

Andesita brechosa de color pardo amarillento, con grado de alteración de medio a alto. Roca de baja calidad geotécnica. En general los planos de fractura son irregulares y friccionantes y se encuentran cubiertos por una pátina delgada color blanquecino. El estrato presenta un espesor de 80 cm en el sondaje SM-3, mientras que en los otros sondajes presenta un espesor promedio de 4 m. Andesita brechosa con leve alteración, fracturada en un grado menor al estrato inmediatamente superior, color pardo amarillento. Roca de regular a buena calidad geotécnica. No se detecta en sondaje SM-3. En dicho sondaje se encuentra una arenisca limosa, finamente estratificada, de color gris verdoso y rosado, con planos de fractura multidireccionales, regular calidad geotécnica.

En la figura 2.6 se presenta el perfil que ilustra la tendencia estratigráfica.

Figura 2.6. Perfil estratigráfico muelle pesquero de Arica

22

De acuerdo con los antecedentes disponibles se establece, para los suelos que atravesarán los pilotes de fundación, los siguientes parámetros geotécnicos: Enrocado (Núcleo y Coraza) Peso unitario Boyante, γb Angulo de Fricción Interna, Φ

: :

0,95 t/ m3 49°

Grava arenosa con Clastos Peso unitario Boyante, γb Angulo de Fricción Interna, Φ

: :

1,10 t/m3 38°

Roca Peso unitario Boyante, γb Resistencia a Comp. Simple, qu Adhesión última Grout-Roca, Brg Carga Unitaria de Punta, qp

: : : :

1,50 t/m3 30-200 kg/cm2 60 t/m2 2.000 T/m2

b) Características del suelo de Quintero La siguiente información se extrajo de un estudio realizado para la zona de Quintero, para la etapa de ingeniería de detalle [Ref. 2]. Este reporte fue desarrollado en marzo de 2007 con los resultados geotécnicos de la investigación realizada a cierta distancia de la costa, en la bahía de Quintero. Los sondajes realizados se indican en la figura 2.7.

Figura 2.7. Sondajes ejecutados zona de Quintero

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A continuación se entrega las estratigrafías consideradas:

Horizonte Descripción Visual I II III IV

V VI

Arena fangosa y ligeramente fangosa fina, densa. Arena fangosa a muy fangosa fina, muy densa. Arena muy arcillosa fina o arcilla arenosa, dura. Conglomerado. Arena de grano grueso ligeramente arcillosa a grava, muy densa, baja cementación. Maicillo (suelo Residual, sumamente meteorizada roca de granito): La arena arcillosa y ligeramente arcillosa gruesa y media, muy densa, el grado de cementación aumentó con la profundidad. Roca granito muy meteorizado. Estos horizontes quedan ejemplificados en la figura 2.8.

Figura 2.8. Estratos correspondientes a la zona del muelle de Quintero

Profundidad de inicio de los estratos antes indicados: Se ha optado por el modelo de suelo válido para área del puente de acceso: •

Profundidad de inicio del horizonte para área más cercana a la playa.

N° I II

mbfm (metros bajo fondo marino) 0,0 20,0

24

•

Profundidad de inicio del horizonte para área más alejada de la playa.

N° I II

mbfm 0,0 12,0

De acuerdo a las investigaciones geotécnicas realizadas en el fondo marino de la bahía de Quintero, y con las recomendaciones del API RP2A [Ref. 4], los siguientes son los parámetros sugeridos:

Horizonte I: Suelos finos, densos a muy denso. Peso unitario sumergido, γb Angulo de fricción interna, Φ Coeficiente de presión lateral de tierra, K Angulo de fricción suelo-pilote, δ Factor de Capacidad de Soporte, Nq

: 1,00 t/m3 : 38° : 0,8 (cargas de tracción y compresión) : 25 ° : 50

Horizonte II: Suelos finos granulares, muy densos. Peso unitario sumergido, γb Ángulo de fricción interna, Φ Fricción unitaria de manto, fs (*) Factor de Capacidad de Soporte, Nq Carga Unitaria de Punta máxima, qmax

: 1,00 t/m3 : 42 ° : 4 - 20 t/m² : 50 : 1.200 t/m2

Horizonte III: Suelos Arcillosos, densos. Peso unitario sumergido, γb Tensión de corte no drenado, Su Fricción unitaria de manto, fs Carga Unitaria de Punta, qp

: 1,00 t/m3 : 4,0 kg/cm² : 20 t/m² : 360 ton/m²

Horizonte IV: Conglomerado. Suelo grueso granular, muy denso. Peso unitario sumergido, γb Angulo de fricción interna,  Φ Coeficiente de presión lateral de tierra, K Angulo de fricción suelo-pilote, δ Limite de fricción unitaria de manto, fmax Factor de Capacidad de Soporte, Nq Carga Unitaria de Punta límite, qpmax

: 1,20 t/m3 : 42 ° : 1,0 (cargas de tracción y compresión) : 35 ° : 12 t/m² : 50 : 1,20 t/m2

Horizonte V: Maicillo. (Suelo residual) Peso unitario sumergido, γb Angulo de fricción interna, Φ

: 1,15 t/m3 : 42 °

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Coeficiente de presión lateral de tierra, K Angulo de fricción suelo-pilote, δ Limite de fricción unitaria de manto, fmax Factor de capacidad de soporte, Nq Carga Unitaria de Punta límite, qpmax

: 1,0 (cargas de tracción y compresión) : 35 ° : 12 t/m² : 50 : 1,20 t/m2

Horizonte VI: roca granito muy meteorizado Peso unitario sumergido, γb Carga Unitaria de Punta, qp

: 1,35 t/m3 : 2,00 t/m2

c) Características del suelo de Coronel La siguiente información se extrajo de los resultados del reconocimiento geotécnico desarrollado para recopilar los antecedentes necesarios para establecer las recomendaciones de diseño y construcción de las fundaciones de las estructuras consideradas en el proyecto de las Instalaciones Marítimas del nuevo Muelle Sur, que se proyecta construir en la Bahía de Coronel, VIII región [Ref. 2]. El reconocimiento geotécnico se desarrolló en base a nueve sondajes de rotación, de los cuales ocho se ejecutaron en el agua, denominados SSM-1 a SSM-8 y 1 en tierra, denominado SST-1. En todos los sondajes se perforó hasta alcanzar la roca basal del sector, con la excepción del sondaje SST-1, que fue el primero en ejecutarse. De acuerdo con los antecedentes geotécnicos recopilados en estos trabajos, en general, la estratigrafía del área explorada en el sector marino puede resumirse en: arenas limosas de compacidad media a alta, con intercalaciones de lentes de limo consistente, encontrada con espesores entre 26 y 30 metros. Bajo el estrato anterior se encontrarían limos algo plásticos y arcillas de plasticidad elevada, con consistencia variable, en general, entre media a rígida, por lo general hacia el fin de este estrato se encuentran consistencias elevadas. En algunos sondajes al fin del estrato anterior se encontró un sub-estrato de poco espesor, menos de 3,2 m, de gravas y/o bolones en matriz arenosa, el cual se ubicó sobre la roca basal del sector. La roca encontrada en todos los sondajes marinos, correspondió a arenisca de grano fino, densa y de cementación variable de baja a muy elevada; en el inicio de este estrato, la roca se presenta con un grado de alteración variable de elevado a medio. De acuerdo con los antecedentes geotécnicos disponibles del área, tanto terrestre como marítima, la roca basal en el área explorada sufre una brusca profundización con respecto a la zona del Muelle N° 1.

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En el sondaje terrestre, en el cual el reconocimiento con toma de muestra alcanzó hasta los 49.9 m bajo la superficie del terreno y la perforación total hasta los 55.7 m bajo dicha superficie, esto último corresponde a la cota –52.2 m NRS4, no se encontró la roca basal. La figura 2.9 indica la ubicación de los sondajes de rotación ejecutados

Figura 2.9. Ubicación de sondajes efectuados en Coronel Finalmente, los valores de los resortes a utilizar fueron entregados por el Mecánico de suelos.

2.6.3. Tipo de suelo a utilizar (para cálculo sísmico) Según las especificaciones descritas en las normas NCh 2369 of. 2003, el tipo de suelo a emplear para efectos de cálculos de diseño, será suelo tipo II [Ref. 6]. Se ha escogido este suelo debido a las características que presenta la matriz representativa en cada zona de estudio. Se verifica la existencia en su gran mayoría de materiales de tipo granular, siendo éstos gravas y arenas densas. En menor proporción, es posible encontrar suelos cohesivos, principalmente arcillas que también presentan una elevada densidad natural e incluso un alto valor de tensión de corte no drenado, Su (mayor a lo que establece la normativa, para incluirlo en esta clasificación de suelo).

4

NRS – Nivel de Reducción de Sondas

27

Tabla 2.1. Características suelo tipo II según Norma NCh2369 of. 2003

2.7.

SOFTWARE EMPLEADO

Con el fin de desarrollar esta investigación de manera más eficiente, ágil y precisa, se ha elegido el programa computacional SAP2000 V8.3.3. Este software es una adecuada herramienta para desarrollar modelos, análisis y diseño estructural basándose en el método de elementos finitos.

28

CAPÍTULO 3 3.

3.1.

ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS

INTRODUCCIÓN

En este capítulo se pretende discutir las alternativas realmente factibles de desarrollarse y evaluar, es decir, encontrar los modelos a estudiar. Además es necesario acotar el tema, no siendo posible desarrollar un estudio que abarque todas las estructuras portuarias que posen pilotes y evaluarlas para distintos tipos de pilotes (acero u hormigón).

3.2.

DEFINICIÓN DEL MUELLE

Existe una gran cantidad de tipos de muelles, cada uno definido por el uso que se le dará; muelles pesqueros, muelles turísticos, muelles de transporte de graneles, muelles de contenedores, etc. Para este análisis se ha elegido un muelle de carga y descarga de contenedores. Esta elección se ha tomado debido al contexto mundial, en el que la globalización ha permitido la comercialización entre más países y el intercambio de diferentes productos. Esos productos, en gran medida, deben recorrer grandes distancias y lo hacen en contenedores por lo que se hace necesario la construcción de nuevos muelles para satisfacer la demanda. Al escoger el uso del muelle, se define el tipo de muelle a emplear. Para este caso comúnmente se utilizan muelles marginales, que son básicamente una estructura portuaria con pilotes verticales. En el capitulo 2 se entregó con mayor detalle la definición de muelles. El siguiente paso es precisar el tipo de grúa a utilizar. Ésta puede ser grúa con orugas (ejemplo: grúa Gottwald) o grúa pórtico. Por simplicidad se ha optado por una grúa pórtico, por tratarse de una grúa más fácil de representar en el modelo estructural y también porque es una grúa bastante utilizada en general. Al elegir esta grúa, automáticamente se define la geometría de la plataforma del muelle debido a que la grúa pórtico necesita ir sobre un riel que debe montarse sobre un eje de pilotes. El muelle marginal se encuentra al borde de la costa y posee un relleno bajo él. Este relleno cumple dos funciones principales: proteger a la estructura al evitar el impacto directo de las olas y reducir la refracción del oleaje y la longitud de empotramiento de los pilotes.

29

La elección del resto de los elementos estructurales puede realizarse observando el siguiente esquema: Losa

Vigas

Acero

Pilotes

Acero

H.A. Acero H.A.

Hormigón

Figura 3.1. Esquema de división de elementos estructurales Puede observarse que no existe mayor discusión respecto a la losa, la que debe ser de hormigón armado. Las vigas pueden ser de acero u hormigón armado pero, al emplear vigas de acero, se obliga al pilote también ser de acero, principalmente por un tema de conexión viga-cabezal de pilote. En cambio, con vigas de hormigón, se permiten pilotes de acero u hormigón. Existen formas de unión relativamente sencillas para esta combinación, por lo que para todos los modelos desarrollados se utilizarán vigas de hormigón.

30

3.3.

TIPOS DE PILOTES

Siguiendo la figura anterior, se especifican los pilotes a estudiar en los siguientes capítulos: pilotes de acero, pilotes de hormigón armado hechos in – situ, pilotes de hormigón armado prefabricados y pilotes pretensados. Losa

Vigas

Acero

Mat. Pilotes

Pilotes Tipo Pilote

M.F. Pilote

Acero

Prefabricado

Hincado

Acero

Prefabricado

Hincado

In Situ

H.A. in situ

H.A.

H.A.

Hormigón

H.A. Hincado

Prefabricado

Pretensado Hincado

Figura 3.2. Esquema explicativo en la elección del tipo de pilote Según discusión previa realizada con PRDW-AV, al hincarse pilotes en el mar, con las condiciones que esto requiere, se producen tensiones durante este procedimiento. Teniendo presente esta condición, se pueden descartar los pilotes prefabricados de hormigón armado porque, al ser prefabricados, estos deben hincarse y por tal razón estarían expuestos a tensiones de tracción que producirían fisuras en el hormigón lo que es indeseable al propiciar la corrosión de la armadura y finalmente la reducción, de su vida útil de manera significativa.

3.4.

TIPOS DE SUELO

La costa chilena posee una vasta extensión y dada su longitud es imposible representar cada caso, por lo que se ha decidido utilizar la estratigrafía de suelo de 3 lugares distintos de Chile: Arica (arena y roca), Quintero (arena) y Coronel (arcilla). Estos presentan características distintas en cuanto a composición y profundidad de la roca lo que en definitiva influirá en la longitud del pilote.

3.5.

MODELOS ESTRUCTURALES A ANALIZAR

Se ha definido todas las condiciones exteriores de solicitación y geometría constantes para todos los casos de análisis, a excepción del tipo de suelo para efecto de modelo

31

estructural. Además se ha indicado los tres tipos de pilotes a estudiar. Luego, se realizarán 9 modelos producto de la combinación de los 3 tipos de suelo y los 3 tipos de pilotes.

3.6.

PARÁMETROS DE COMPARACIÓN Y EVALUACIÓN DE COSTOS

Las componentes de mayor importancia al momento de efectuar la comparación de las alternativas escogidas son el material, la sección transversal y la longitud de los pilotes en cuestión, en donde todos estos elementos se obtienen una vez finalizada la etapa de diseño estructural. A los factores mencionados anteriormente se debe sumar el método constructivo de colocación de los pilotes. En referencia a lo anterior, se estudia una alternativa para cada una de las analizadas y se consideran sólo los métodos constructivos posibles de realizarse en Chile actualmente. Finalmente se harán las siguientes comparaciones: • • • •

Comparación considerando exclusivamente las secciones y los materiales de los pilotes utilizados. Comparación incorporando el método constructivo asociado a las alternativas. Comparación del tiempo requerido para construir cada alternativa. Comparación según la forma de protección de cada pilote.

32

CAPÍTULO 4 4.

4.1.

DESARROLLO DE MODELOS

INTRODUCCIÓN

La temática de este capítulo es presentar la idealización matemática del muelle a desarrollar. Aquí se describe tanto la geometría como las cargas que se ingresan en el programa de análisis estructural.

4.2.

MODELO IDEALIZADO DE SUELOS

Los suelos utilizados se modelan como resortes, que poseen una rigidez horizontal que se obtiene de los parámetros geotécnicos que se dan a conocer a continuación desde la información extraída del informe respectivo.

a) Suelo de Arica Considerando que las ecuaciones indicadas en acápite 2.6.1, tanto para los nuevos rellenos como para los existentes sobre la roca, conducen a curvas p-y muy similares, se ha modelado el suelo como un estrato único con las características que se indican a continuación: Peso unitario efectivo, γb Ángulo de fricción interna, Φ

: 1,00 ton/m³ : 49°

b) Suelo de Quintero Con el objetivo de establecer las curvas p-y, se considera los siguientes parámetros de suelo: Peso unitario efectivo, γb Ángulo de fricción interna, Φ

: 0,90 ton/m³ : 40°

c) Suelo de Coronel A excepción de los dos casos anteriores, estos resortes se modelan con la información entregada por un estudio desarrollado en la zona [Ref. 2]. La tabla 4.1 entrega las expresiones utilizadas para representar estos resortes:

33

Tabla 4.1. Expresiones para resortes del suelo de Coronel Pilotes (mm) 700 800 900 1000 1100

K

Pmax

14·H·Z

7·H·Z2+19·H·Z

15·H·Z

7·H·Z2+22·H·Z

16·H·Z

7·H·Z2+25·H·Z

17·H·Z

7·H·Z2+28·H·Z

18·H·Z

7·H·Z2+31·H·Z

H: paso de los resortes (1m) Z: profundidad del resorte desde el nivel de fondo marino.

4.3.

ESTADOS DE CARGA Los muelles, en general, se diseñan para resistir las siguientes cargas: • • • • • • • • • • • •

D Lu Lc Lp I Be W Wa Ws Eq T R

: Peso Propio : Sobrecarga Uniforme : Sobrecarga de Equipos (No incluye grúa pórtico) : Sobrecarga Debido a Grúa Pórtico : Impacto : Fuerzas de Atraque : Viento : Oleaje : Fuerzas de Amarre : Fuerzas Sísmicas : Fuerzas Térmicas : Fuerzas de Retracción de Fraguado

A continuación se detallan las cargas actuantes. Nota: las cargas de sobrecarga de equipos (Lc), Impacto (I), fuerzas térmicas (T) y fuerzas de retracción de fraguado (R) no se consideran en el análisis y posterior diseño estructural de pilotes, por tratarse de estados de carga menores al compararlas con otros estados de carga que son mucho más influyentes en la estructura.

4.3.1. Peso propio (D) El estado de cargas de peso propio se divide en dos casos:

a) Peso propio de la estructura (De) Corresponde al peso de los elementos constituyentes de la estructura; vigas y pilotes. Para ese efecto se adopta una densidad del acero de 7850 kg/m3. El programa SAP2000 V8.3.3 asigna automáticamente el peso al elemento.

34

b) Peso propio de losa (Dl) Corresponde al peso propio de la losa de hormigón armado sobre el muelle en estudio. La losa posee un espesor de 30 cm, valor usado comúnmente en muelles. Esta carga es identificada automáticamente por el programa, ya que la losa ha sido asignada como elemento tipo shell. Se asume un valor de 2,5 t/m3 como peso por unidad de volumen del hormigón armado.

4.3.2. Sobrecargas de uso (Lu) La sobrecarga de losa, para el caso estático, será de 2.5 t/m² por ser un muelle de manejo de contenedores, según recomendación de normativa ROM 0.2-90 [Ref. 7]. Para el caso sísmico se considerará el 50% de la sobrecarga correspondiente al caso estático (1.25 t/m²) según NCh 2369 Of. 2003 [Ref. 6]. Este estado de carga se asigna como carga uniformemente distribuida sobre las vigas.

4.3.3. Cargas de oleaje (Wa) Las cargas de oleaje que actúan sobre una estructura costera son esencialmente dinámicas. Para la mayoría de las profundidades de diseño, estas cargas pueden representarse adecuadamente por sus equivalentes estáticas. Para propósitos del diseño, los efectos del oleaje deben asumirse en las proximidades de las instalaciones costeras desde todas las direcciones de la costa de norte a sur en dirección de las manecillas del reloj. Las cargas de oleaje en estructuras deben determinarse usando una teoría de oleaje generalmente aceptada (como la stream function o una similar) para describir la velocidad y aceleración de las olas. Las presiones de oleaje de diseño deben considerar diversas profundidades de agua y ubicación a lo largo de la estructura en varias fases de propagación de la ola. Los coeficientes de inercia y de fricción correspondientes deben determinarse según las indicaciones de la norma API RP2A [Ref. 4].

Metodología de cálculo Las fuerzas de oleaje se calculan con la ecuación de Morison (ecuación 4.1) extraída desde el código de diseño API RP2A, considerando la hidrodinámica de las partículas de la ola, calculadas con la teoría de oleaje para aguas profundas y los coeficientes de Morison recomendados en la norma API RP2A [Ref. 4]. F = FD + FI = C D ⋅ F=

w w ∂U ⋅ A ⋅U ⋅ U + Cm ⋅ ⋅V ⋅ 2g g ∂t

(4.1)

Vector de fuerzas hidrodinámicas por unidad de longitud que actúa perpendicular al eje del elemento (N/m)

35

FD = Vector de fuerzas de fricción por unidad de longitud que actúa normal al eje del elemento en el plano del eje del elemento y U (N/m) FI = Vector de fuerzas de inercia por unidad de longitud que actúa normal al eje del elemento en el plano del eje del elemento y ∂ U (N/m) C d = Coeficiente de fricción

∂t

w=

Densidad del agua (N/m3)

g=

Aceleración de gravedad (m/s2)

A=

Área proyectada normal al eje del cilindro por unidad de longitud ( = D en cilindros circulares) (m)

D=

Diámetro efectivo del elemento circular cilíndrico incluyendo el crecimiento marino (m)

U=

Componente del vector de velocidad (debido a la ola y/o corriente) del agua normal al eje del elemento (m/s)

U = Valor absoluto de U (m/s) C m = Coeficiente de inercia 2 ∂U = Componente del vector de aceleración local del agua normal al eje del elemento (m/s ) ∂t

Para las situaciones típicas de diseño, las fuerzas de oleaje se calculan utilizando los coeficientes de fricción para cilindros circulares

Tabla 4.2. Coeficientes de fricción Superficie Lisa

Cd 0,65

Cm 1,60

Rugosa

1,05

1,20

4.3.4. Grúa portuaria, tipo pórtico (Lp) Se considera una grúa sobre rieles, tipo Grúa Pórtico con las siguientes características: • • •

Trocha: 24,4 m. Peso Propio: 1.000 Toneladas Peso Propio por riel: 15,7 Ton/m

36

•

Cargas máximas sobre rieles:

Del lado mar Del lado tierra Carga transversal c/riel

Tabla 4.3. Cargas debido a la grúa Condición de Peso Propio Grúa operación normal (SC) 15,7 t/m 34,3 t/m 15,7 t/m 34,3 t/m --1,0 t/m (viento)

Condición sísmica 15,7 + 34,3 ± 10 t/m 15,7 + 34,3 ± 10 t/m 2,5 t/m

Figura 4.1. Esquema típico de una grúa pórtico 4.3.5. Cargas de atraque (Be) Las cargas de atraque corresponden a las cargas del impacto del barco de diseño transferidas al muelle mediante sus defensas. Se ha utilizado el siguiente barco de diseño para poder obtener las cargas de atraque:

Tabla 4.4. Características del barco de diseño Característica

Unidad

Contenedores

DWT

[ton]

50.000

Desplazamiento

[ton]

70.000

Eslora LOA

[m]

240

Manga

[m]

33,9

37

Calado máximo Velocidad Ángulo

[m]

12

[m/s]

0,15

deg

5

Según el método entregado por la norma japonesa 2002 se obtiene [Ref. 5]:

Tabla 4.5. Cargas de atraque correspondientes al barco de diseño Dirección

Unidad

Carga

Normal

[ton]

140,4

Longitudinal

[ton]

28,08

Vertical

[ton]

28,08

4.3.6. Cargas de viento (W) El cálculo de las acciones del viento sobre los elementos resistentes de la estructura para una condición extrema se hará de acuerdo con la Norma Chilena NCh 432 Of. 1971 [Ref. 8]. Para la situación operacional se adoptará una velocidad de viento en particular.

Tabla 4.6. Cargas de viento a utilizar en el estudio SITUACIÓN OPERACIONAL Velocidad operacional

[m/s]

21,0

Presión básica

[kg/cm2]

28,0

Presión básica corregida

[kg/cm2]

49,0

Carga en viga

[kg/m]

88,0

Carga en pilote

[kg/m]

59,0

Presión básica

[kg/cm2]

87,0

Carga en viga

[kg/m]

157,0

Carga en pilote

[kg/m]

104,0

VIENTO MÁXIMO

Como el fin de este estudio es comparar técnica y económicamente muelles construidos en base a pilotes de acero u hormigón bajo desiguales condiciones de suelo y no ajustarlos a un punto geográfico en específico, se ha optado por dejar las cargas de viento y oleaje constante, para los tres casos en evaluación.

38

4.3.7. Cargas de amarre (Ws) Las cargas de amarre corresponden a las cargas ejercidas sobre las bitas. Se considerarán bitas de 125 toneladas de capacidad horizontal, además de la fuerza anterior se considerará un 50% del valor anterior actuando hacia arriba simultáneamente.

4.3.8. Estado de carga sísmico (Eq) Para el desarrollo de este estudio será suficiente realizar dos análisis sísmicos horizontales independientes, en dos direcciones mutuamente ortogonales. Se han analizado tres normativas posibles de seguir: la norma chilena NCh 2369 Of.2003, la normativa estadounidense AASHTO, adaptada a las condiciones de Chile, según el Manual de Carreteras volumen N°3 y la Normativa Japonesa “Technical Standards and Commentaries of Port and Harbour Facilities in Japan”. Finalmente se ha optado por el empleo de la norma chilena NCh 2369 en el desarrollo de este estudio, con el fin de escoger los factores de amortiguamiento crítico y de reducción de la respuesta sísmica, aunque sería posible la utilización de la normativa AASHTO; ambas normas son aptas para la elección de estos parámetros en el diseño sísmico de muelles. Se realizará un análisis sísmico modal espectral de acuerdo a la norma chilena NCh 2369 Of.2003 utilizando los siguientes parámetros sísmicos representativos de la zona y los tipos de suelo indicados anteriormente. • Zona Sísmica : zona 3 • Suelo : tipo II • Parámetro dependiente del tipo de suelo T ´ : 0,35 • Parámetro dependiente del tipo de suelo n : 1,33 • Aceleración Efectiva A0 : 0,4 g : 0,02 • Amortiguamiento crítico ξ • Factor de reducción de la respuesta R :3 • Coeficiente sísmico C max : 0,4

(costa chilena)

(zona sísmica 3)

La justificación de la elección de los factores de amortiguamiento crítico y de reducción de la respuesta se detalla a continuación:

a) Norma NCh 2369 Of. 2003 Respecto de la norma NCh 2369 Of. 2003 [Ref. 6], se posee la siguiente información:

Factor de amortiguamiento crítico ξ: •

Para el muelle con pilotes de acero es factible utilizar ξ = 0,02, ya que se asume un sistema de marcos de acero soldados y no arriostrado, según tabla 5.5.

39

•

Para el muelle con pilotes de hormigón es posible emplear ξ = 0,02, ya que se asume una estructura prefabricada de hormigón armado con uniones secas dilatadas y no dilatadas, con conexiones soldadas, según tabla 5.5.

Factor de modificación de la respuesta sísmica R: •

Para el muelle con pilotes de acero es factible utilizar R = 3, ya que este valor es aplicable tanto a estructuras que se comportan como péndulo invertido (masa 50% en la parte superior y un solo elemento resistente), según tabla 5.6, punto 3.7. como a edificios y estructuras de marcos dúctiles de acero con elementos no estructurales no dilatados e incorporados en el modelo estructural, según tabla 5.6, punto 3.7.

•

Para el muelle con pilotes de hormigón es factible utilizar R = 3, ya que este valor es aplicable tanto a estructuras que se comportan como péndulo invertido (masa 50% en la parte superior y un solo elemento resistente), según tabla 5.6, punto 4.6. como a edificios y estructuras de marcos dúctiles de hormigón con elementos no estructurales no dilatados e incorporados en el modelo estructural, según tabla 5.6, punto 4.2.

La estructuración de un muelle construido en base a pilotes es tal, que la mayor parte de la masa se concentra en la zona superior de éste, al considerar pesos de losa, vigas, sobrecargas y pesos de equipos. Sus uniones son soldadas y la disposición de los pilotes podría considerarse como marcos de acero o de hormigón según corresponda. Según sección 4.7 de la norma NCh 2369 Of. 2003, si la estructura se puede asociar a varias clasificaciones que impliquen disposiciones de diseño diferentes, se deben usar las más exigentes.

b) Normativa Manual de Carreteras Según la Norma norteamericana Military Handbook: Piers and Wharfs (capítulo 3.3.4.1) [Ref. 9], todos los muelles ubicados en zonas sismicamente activas, podrían ser diseñados para resistir las cargas sísmicas, según las recomendaciones de la norma AASHTO a través del Manual de carreteras [Ref. 10]. El método del Manual de Carreteras considera la interrelación de factores tales como la ubicación (zona sísmica), tipo de suelo de fundación y características de respuesta dinámica de la estructura. Las disposiciones y recomendaciones de diseño sísmico para el desarrollo de estudios de puentes y pasarelas, basados en los criterios de diseño estructural de puentes carreteros en Chile, queda establecido en la sección 3.1004 del Manual de Carreteras [Ref. 10].

40

Diseño sísmico según Manual de Carreteras 3.1004 Este punto establece recomendaciones al diseño sísmico de puentes, viaductos, pasos desnivelados y pasos peatonales con tramos conformados por vigas de acero y hormigón con luces libres no mayores de 70 m (estructuras menores y medianas) para evitar su daño sísmico. Es posible aplicar estas especificaciones de diseño a todo el territorio de Chile. Los puentes y sus componentes diseñados con estas especificaciones de diseño pueden sufrir daños, pero tienen una muy baja probabilidad de colapsar debido a la acción sísmica. Es necesario definir los siguientes coeficientes para el posterior diseño sísmico: A0 =

Aceleración efectiva máxima del suelo, el cual permite construir espectros elásticos de diseño, calibrados por el comportamiento sísmico observado de las estructuras en los grandes sísmicos.

A0´=

Coeficiente de aceleración efectiva A0/g

Tabla 4.7. Valores de aceleración efectiva máxima y coeficiente de aceleración efectiva máxima

CI = Coeficiente de importancia para puentes, pasos desnivelados y pasarelas ubicados las zonas 2 y 3, los cuales toman un valor de: • •

CI = I CI = II

(Puentes y estructuras esenciales) (Otros puentes y estructuras)

PSS = Peligro de socavación máxima, corresponde al nivel de socavación remanente después de ocurrida la socavación máxima y se expresa como un porcentaje de ésta última.

Tabla 4.8. Peligro de socavación sísmica

en

41

CCS = Categoría de comportamiento sísmico, la cual depende de la aceleración efectiva máxima del suelo (A0), del coeficiente de importancia (CI), y el peligro de socavación del suelo (PSS).

Tabla 4.9. Categorías de comportamiento sísmico

Métodos de Análisis Para determinar las cargas sísmicas a utilizar en el análisis elástico de los efectos sísmicos, se debe emplear uno de los cinco métodos que se nombran a continuación, dependiendo de las características de la estructura a analizar. • • • • •

Método del coeficiente sísmico Método del coeficiente sísmico modificado por la respuesta estructural Método de análisis dinámico por superposición modal espectral Método de análisis dinámico por superposición modal espectral con estudio de riesgo sísmico Método de análisis lineal o no lineal en el tiempo

Los dos primeros métodos consideran coeficientes de respuesta sísmica y el tercero, un análisis dinámico por superposición modal espectral basado en un espectro de aceleración de diseño. Estos métodos, se refieren al análisis de puentes y estructuras afines constituidas por la superestructura e infraestructura. Los últimos dos son métodos más rigurosos de análisis, para estructuras críticas o de geometría compleja. En este estudio se utilizará el método de análisis dinámico por superposición modal espectral, ya que es aplicable a puentes altos simplemente apoyados y continuos, con tramos con luces no superiores a 70 m y en los cuales la diferencia de apoyo de la elevación de la infraestructura y el nivel de socavación considerado en el diseño, no supere los 50 m. Este método puede aplicarse también a estructuras más limitadas en dimensiones, en las que es posible también utilizar los métodos de coeficientes sísmicos. El valor espectral de aceleración absoluta correspondiente al modo “m” se obtiene del siguiente espectro de aceleración de diseño:

42

1.5 ⋅ K 1 ⋅ S ⋅ A0 S a (Tm ) =   K 1 ⋅ K 2 ⋅ S ⋅ A0

Tm ≤ T1 T1 < Tm

(4.2)

Donde: Tm = Período del modo “m”

K 1 = Coeficiente de importancia, cuyo valor varía según el coeficiente de importancia CI. Tabla 4.10. Coeficiente de Importancia K1

T1, K2 = Constantes espectrales, que varían según el tipo de suelo.

Tabla 4.11. Constantes espectrales T1 y K2

Las fuerzas sísmicas de diseño para los elementos individuales de puentes y para las conexiones, se obtienen al dividir las fuerzas elásticas básicas por adecuados factores de modificación de respuesta (R) Los factores de modificación de respuesta sísmica se presentan en la siguiente tabla:

Tabla 4.12. Factores de modificación de la respuesta sísmica (R)

43

c) Norma japonesa NJP Las especificaciones que se indican en la norma japonesa [Ref. 5] indica la existencia de tres tipos de análisis sísmicos aplicables a muelles: • • •

Método del coeficiente sísmico (sección 12.3) Análisis de respuesta sísmica (sección 12.5) Método de deformación sísmica (sección 12.6)

Para estructuras gravitacionales rígidas, cuya amplitud de vibración es pequeña, comparada con el movimiento del suelo durante el sismo, es posible utilizar el método del coeficiente sísmico. En estructuras que tienen un periodo natural cercano al periodo predominante del movimiento sísmico y un pequeño amortiguamiento, o estructuras que tienen un periodo natural largo es posible utilizar el método del coeficiente sísmico modificado. El método del coeficiente sísmico consiste en: Carga sísmica = coeficiente sísmico * peso muerto Carga sísmica = coeficiente sísmico * (peso muerto + sobrecarga) Coeficiente sísmico = coeficiente sísmico regional * factor de condición del suelo * factor de importancia Coeficiente sísmico regional: depende de la región y varía entre 0,08 y 0,15. Factor de condición de suelo: depende del espesor del estrato cuaternario y varía entre 0,8; 1,0 y 1,2. Factor de importancia: depende del tipo de estructura y varía entre 0,8 y 1,5. El método del análisis de la respuesta sísmica puede utilizarse para muelles que son particularmente importantes o que son de una tipología estructural que tienen pocos antecedentes estructurales en el pasado. El método de la deformación sísmica se usa para estructuras en que existe restricción de deformaciones tal como estructuras que conducen tuberías. En resumen se puede afirmar que este método no es el más adecuado por estar definido para las regiones japonesas además de ser un análisis más complejo, poco conocido y escasamente aplicado en Chile.

44

4.4.

MODELO ESTRUCTURAL

4.4.1. Representación geométrica Se empleará un modelo tridimensional, utilizando el programa computacional SAP2000 V8.3.3 en el cual se asocia el eje coordenado “x” a la dirección longitudinal del modelo, el eje “y” a la dirección transversal y el eje coordenado “z” a la dirección vertical del muelle. La estructura analizada en este estudio, exhibe una conformación típica de muelles marginales que se emplean en la actualidad, cuya planta se muestra en la figura 4.2. Tal estructuración implica que el muelle bordea la costa con posibilidad de atraque por uno de sus lados en su dirección longitudinal. Por la configuración del muelle, se han dispuesto cinco ejes de pilotes en la dirección longitudinal de la estructura nombrados con letras “A” a “E”, siendo el eje “E” el lado mar. Esta disposición en parte se define por la distancia entre ejes de la grúa utilizada. Los pilotes de los ejes “B” y “E” son los que soportan directamente a la grúa en cuestión.

Figura 4.2. Planta del muelle en estudio

45

La tabla 4.13 resume las dimensiones del muelle y sus componentes.

Tabla 4.13. Dimensiones del muelle DIMENSIONES DEL MUELLE Longitud del muelle Ancho del muelle Altura del muelle (msnm) Distancia entre pilotes, eje longitudinal Distancia entre pilotes, eje transversal Distancia entre vigas, eje longitudinal Distancia entre vigas, eje transversal Distancia entre bitas Distancia entre defensas Cota de fondo marino (msnm)

220.0 29.5 6.0 6.0 6.125 6.0 6.125 24.0 24.0 -14.0

[m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m]

En las figuras 4.3 a 4.6 se pueden apreciar vistas del modelo estructural tridimensional realizado en el software SAP2000.

Figura 4.3. Vista general del modelo estructural

46

Figura 4.4. Vista dirección longitudinal del modelo estructural

Figura 4.5. Vista dirección transversal del modelo estructural

Figura 4.6. Vista en planta del modelo estructural

47

Una correcta representación de la losa se logra con la asignación de elementos tipo shell, cuya finalidad es entregar la compatibilidad de deformaciones que, en la práctica, se produce con la presencia de este elemento estructural. En la totalidad de los pilotes, se han asignado resortes en un tramo de 10 metros desde el nivel de fondo marino y en sus extremos inferiores, apoyos que restringen los desplazamientos en la dirección vertical y el giro en todas las direcciones. El modelamiento de bitas y defensas se ha hecho mediante elementos infinitamente rígidos; la intención es sólo traspasar las cargas externas a la estructura del muelle.

4.4.2. Esquema de cargas En este punto se dan a conocer esquemáticamente las cargas solicitantes más características sobre la estructura, que fueron extraídas desde el software empleado.

Figura 4.7. Sobrecarga de losa

48

Figura 4.8. Carga de ola operacional

Figura 4.9. Carga de ola extrema

49

Figura 4.10. Carga de viento operacional

Figura 4.11. Carga de viento extremo

50

CAPÍTULO 5 5.

5.1.

BASES Y DISEÑO ESTRUCTURAL

INTRODUCCIÓN

Este punto aborda el diseño de los pilotes del muelle, recordando que en este trabajo los elementos a diseñar son solamente los pilotes, por lo cual no tiene relevancia el diseño de vigas y losa. Aquí se entregan las bases para el diseño de pilotes de los tres modelos en estudio.

5.2.

CONSIDERACIONES GENERALES

Previo al proceso de diseño, es necesario considerar la acción de Grupo de Pilotes, ya que cuando los pilotes se usan como tales, el efecto de la acción del grupo en el comportamiento individual tiene que ser considerado. Según la normativa japonesa [Ref. 5], sección 4.3.5, cuando el intervalo entre pilotes excede los valores indicados en la tabla 5.1, el efecto de grupo en la capacidad de carga lateral del pilote individual se puede ignorar. En la tabla, “transversal” se refiere a la dirección perpendicular a la fuerza externa, y “longitudinal” se refiere a la dirección de la carga externa.

Tabla 5.1. Distancia mínima entre pilotes para desarrollar capacidad de carga lateral de pilotes individuales Transversal 1,5 veces el diámetro del pilote Suelo Arenoso Longitudinal 2,5 veces el diámetro del pilote Transversal 3,0 veces el diámetro del pilote Suelo Cohesivo Longitudinal 4,0 veces el diámetro del pilote Luego, es posible afirmar que el muelle en estudio cumple con esta recomendación por poseer pilotes de diámetro menor a 1,2 m y que además, poseen una separación de 6,0 m aproximadamente. Es necesario para el correcto proceso de diseño en acero y en hormigón armado, modificar los factores de luz efectiva, de momento y de longitud no arriostrada que vienen dados por defecto en el programa SAP2000 por los siguientes valores: • Coeficiente de luz efectiva k • Coeficiente de momento C m • Factor de longitud no arriostrada L

: 0,8 (ambos extremos empotrados) : 0,6 (sin cargas en el tramo) : (empotramiento a 5 veces el diámetro bajo nivel de fondo marino )

51

En el modelo, los pilotes poseen una longitud que va desde la viga (en la parte superior) hasta el primer resorte; para considerar la longitud real en la que se desarrolla el empotramiento se debe multiplicar por el factor L. Los coeficientes señalados deben modificarse para ambos ejes de la sección transversal del elemento.

5.3.

COMBINACIONES DE CARGA

5.3.1. Muelle con pilotes de acero Para llevar a cabo el diseño de los pilotes de acero, se utilizarán las combinaciones de carga extraídas del código “Military Handbook 1025” [Ref. 9] que se presentan en la tabla 5.2:

Tabla 5.2. Combinaciones de carga a utilizar en muelle con pilotes de acero ACERO Estado de Carga D Lu Lp I Be W Ws Eq W_op Wa_ex Wa_op Tens. Adm. (%)

1.1 1 1

1.2 1 1

Combinaciones de Carga 2.1 2.2 3.1 3.2 5 1 1 1 1 1 0.5 1 0.5 1 1

6.1 1 0.5

6.2 1 0.5

1 0.3 0.3

1

1

1

1

1

1

1

1

100

100

100

100

0.3

125

0.3 0.3

0.3

125

1 1 1 1

1 1

1

1

133

133

1

140

5.3.2. Muelle con pilotes de hormigón Las combinaciones de carga que se utilizarán en el diseño de los pilotes de hormigón son las obtenidas del código “Military Handbook 1025” [Ref. 9]. Éstas se muestran a continuación:

52

Tabla 5.3. Combinaciones de carga a utilizar en muelle con pilotes de hormigón HORMIGÓN Estado de Carga D Lu Lp Be W Ws Eq W_op Wa_ex Wa_op

5.4.

1.1 1.3 1.7

1.2 1.3 1.7

1.3

1.3

Combinaciones de Carga 2.2 3.1 3.2 5 1.3 1.3 1.3 1.25 1.3 1.17 1.3 1.7 1.7 0.3 0.3 1.25 0.3 0.3 1.25

2.1 1.3 1.17

1.3

1.3 0.3

1.3

1.3

1.3

0.3

1.3

7.1 1.3 0.3

7.2 1.3 1

1.3 1.3

1.3 1.3

1.3

1.3

1.25

DISEÑO EN ACERO

El diseño estructural de los pilotes de acero se efectúa de acuerdo al método de las tensiones admisibles (AISC-ASD 89) [Ref. 11], método que está incorporado en el programa SAP 2000 V8.3.3. La calidad del acero de todos los elementos constituyentes de la estructura será A36, el cual posee una tensión a la fluencia fy = 2531 kg/cm2 Uno de los criterios utilizados para determinar la sección del pilote, además de la exigencia de que el factor de utilización sea menor que uno, es el concepto de sobrespesor del pilote, que consiste en determinar el espesor remanente. En ese sentido se ha impuesto como criterio un sobrespesor de 2mm. Este sobrespesor se calcula de la siguiente manera:

se = (1 − FU ) ⋅ e En que: se: FU: e:

sobrespesor factor de utilización (obtenido de diseño de SAP) espesor de pilote

(5.1)

53

5.5.

DISEÑO EN HORMIGÓN ARMADO El diseño de los pilotes de hormigón armado se efectuará empleando el método de la

rotura. Para ello se utilizaran tres procedimientos de diseño: verificación de interacción de flexo – compresión, extrayendo las curvas de interacción del programa SAP2000, verificación de corte según capítulo 11 del código ACI 318-2005 para solicitaciones no sísmicas y verificación de corte según capítulo 21 del código ACI 318-2005 considerando el efecto sísmico.

5.5.1. Especificaciones generales del hormigón armado Se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones al ejecutar el proceso de diseño del muelle con pilotes de hormigón: • Especificaciones de diseño, ACI 318-2005. • Hormigón grado H-40 (f´c = 350 kg/cm2) según clasificación NCh 170 con un 95% de confianza. • Acero de refuerzo calidad A63-42H, el cual deberá cumplir con lo especificado en las normas NCh 210 y NCh 211. • Recubrimiento en pilotes de 6,5 cm, ACI 318-2005. • El módulo elástico del hormigón armado se ha calculado con la expresión entregada en el código ACI 2005 [Ref. 12]

E = 4700 f ´c , con f ´c en MPa

(5.2)

5.5.2. Análisis de fisura El ancho de las fisuras para elementos en flexión se calcula mediante la expresión publicada en ACI 224 R-90 [Ref. 13]. Esta normativa no hace referencia a interacción entre los esfuerzos de flexión y compresión.

ω b = 0.076 ⋅ β ⋅ f s 3 d c ⋅ A ⋅ 10 −3

(5.3)

ω b = Ancho máximo posible de fisura (in) fs = A=

Tensión de trabajo del acero (ksi) Área de hormigón simétrica con respecto al centro de gravedad de armaduras de refuerzo, dividida por el número de barras (in²)

las

54

d c = Recubrimiento desde la cara traccionada del hormigón hasta el centro de la barra más cercana a este (in). β = Razón de distancias entre eje neutro-cara traccionada y entre eje neutrocentroide armadura de tracción. La fisura se evalúa para cargas de servicio. No tiene sentido evaluar fisuración para el sismo, ya que la teoría del diseño en estado límite último considera el hormigón en condición fisurada y el acero en fluencia. Lo que importa es tener la fisura controlada para las combinaciones de carga más recurrentes en la estructura, en este caso, las combinaciones operacionales. Las columnas debieran estar siempre comprimidas para cargas de servicio, situación que fue verificada luego del desarrollo del modelo estructural y el análisis de los esfuerzos, por lo tanto la posibilidad de fisura es baja. Se ha considerado como indicador válido de la posibilidad de fisura, la relación momento – compresión (excentricidad) para combinaciones operacionales, encontrando valores pequeños para esta relación. Se entiende que para los pilotes verticales, el diseño de la sección para cargas operacionales es predominado por la compresión; la flexión produce fisura en la cara traccionada, pero la compresión tiende a impedir el desarrollo de estas fallas.

5.6.

DISEÑO EN HORMIGÓN PRETENSADO

El diseño estructural de los pilotes de hormigón pretensado se efectúa de acuerdo al método de las tensiones admisibles. Para ello, se utilizarán las indicaciones del código ACI 318 – 2005, capítulo 18. Las barras de refuerzo pretensado deberán cumplir con lo indicado en el acápite 3.5.5 del código ACI 318. Será de un acero de baja relajación y poseerá una resistencia especificada a la tracción de 2700ksi (18.982kg/cm2). Hormigón grado H-40 (f´c = 350 kg/cm2) según clasificación NCh 170 con un 95% de confianza.

5.7.

DETERMINACIÓN DE LONGITUD DE HINCA

En conjunto con el diseño estructural, es necesario determinar la longitud de hinca de los pilotes seleccionados (fichas), tal que se desarrolle completamente la capacidad última de carga de éstos, la cual se define como:

Pu = Pp + Pf

(5.4)

55

Pp y Pf son la resistencia por punta y por fuste del pilote respectivamente. Como metodología de cálculo, se obtienen primeramente las cargas axiales máximas sin mayoración por eje de pilotes en cada modelo analizado (Arica, Quintero y Coronel). Se asume que tales cargas corresponden a la carga admisible ( Padm = Pu / FS ). Los factores de seguridad a emplear son FS = 2,0 para el caso estático y 1,5 para el caso sísmico. De la ecuación 5.4 se despeja el valor de la longitud de hinca necesaria para cumplir con la capacidad de carga axial de cada eje de pilotes.

5.8.

CÁLCULO ESTRUCTURAL

En esta etapa se entrega el diseño de los pilotes de los muelles estudiados. Para efectos de simplificación del análisis, se han agrupado los pilotes en los ejes A, B, C para los pilotes que están más cercanos a la costa y ejes D, E para los que los que se encuentran más alejados a ella. Aquí sólo se muestran los resultados obtenidos para el suelo de Arica; no se hace necesario mostrar las planillas de cálculo de los otros suelos porque la única diferencia entre los modelos son los resortes, manteniendo constante los estados de carga y geometría. Se ha observado en análisis preliminares que la variación en los esfuerzos de los pilotes no son determinantes para cambiar la sección de los pilotes. Las características de los suelos son de relevancia para el cálculo de las fichas y consecuentemente, en la determinación de la longitud de los pilotes. La agrupación de ejes anteriores es válida para determinar su capacidad estructural en cuanto a sección; para determinar la longitud de los pilotes se ha hecho un diseño por ejes. El diseño señalado a continuación es válido para el tramo libre del pilote.

5.8.1. Pilotes de acero En este punto se dan a conocer los cálculos y resultados relativos al diseño de los pilotes de acero. Se debe recordar que, previo al diseño, se modificaron algunos factores para la ejecución del mismo según lo indicado en el acápite 5.2.

56

a) Suelo de Arica, ejes A – B – C.

Tabla 5.4. Diseño de pilotes ejes A – B - C, suelo de Arica

Sobrespesor: (1-0,834)*16 = 2,66 mm > 2 mm OK!!

57

b) Suelo de Arica, ejes D – E.

Tabla 5.5. Diseño de pilotes ejes D - E, suelo de Arica

Sobrespesor: (1-0,803)*14 = 2,76 mm > 2 mm OK!!

58

5.8.2. Pilotes de hormigón armado Curvas de Interacción Flexión – Compresión En los gráficos que se presentan a continuación se muestran las curvas interacción flexión – compresión entregando dos curvas por gráficos correspondiendo ambas al estado de cargas mayoradas. La curva roja representa el estado límite de las solicitaciones que pueden afectar a la estructura. La curva azul considera el aumento en un 25% de la fluencia del acero de refuerzo para realizar la verificación sísmica.

Interacción Flexo - Compresión Ejes A - B - C 1000 500 0 50

100

150

200

250

300

350

400

FP

0 -500

-1000 -1500 -2000

1100x26fi25 FM

Datos A - B - C 1100x26fi25(1,25fy)

Figura 5.1. Gráfico de interacción flexocompresión, ejes A-B-C, Suelo de Arica

59

Interacción Flexo - Compresión Ejes D - E 400 200 0 0

20

40

60

80

100

120

FP

-200 -400 -600 -800 -1000

30"x24fi16 FM

Datos D - E 30"x24fi16 (1.25Fy)

Figura 5.2. Gráfico de interacción flexocompresión, ejes D-E, Suelo de Arica La información relativa a las verificaciones de corte de se encuentra en anexo A.

60

5.8.3. Pilotes de hormigón pretensado Tabla 5.6. Diseño de pilotes de hormigón pretensado, ejes A, B, C Diseño Pilotes Pretensados Ejes A - B - C Caso P min P max M max

Pu Mu Pu Mu Pu Mu

SOLICITACIONES DEL MODELO 26,6 tonf 115,7 tonf-m 511,9 tonf 22,1 tonf-m 141,6 tonf 247,8 tonf-m

Parametros Diametro Cable (5/8") Area Cable Recubrimiento Diametro Perimetro Numero de Cables Angulo Menor Pares de Simetria Separacion cables

Hormigón C C C

1,524 1,4 6,5 85,5 30 0,21 16 9,0

0.9Pn 0.9Mn 0.9Pn 0.9Mn 0.9Pn 0.9Mn

Resistencia de la Sección 445,6 tonf 266,1 tonf-m 817,6 tonf 397,8 tonf-m 520,3 tonf 281,6 tonf-m

Diametro pilote: 100 cm

cm cm2 cm cm rad cm

Diagrama de deformaciones Deformación Dist al Borde Caso 0,003 00 31,15 P min 0 48,49 P max 0 34,80 M max Materiales 350 kgf/cm2 2100000 kgf/cm2 18982 kgf/cm2

fc Ea fs

Tabla 5.7. Diseño de pilotes de hormigón pretensado, ejes D, E Diseño Pilotes Pretensados Ejes D - E Caso P min P max M max

Pu Mu Pu Mu Pu Mu

SOLICITACIONES DEL MODELO 0,7 tonf 17,9 tonf-m 567,0 tonf 16,0 tonf-m 127,2 tonf 44,2 tonf-m

Parametros Diametro Cable (5/8") Area Cable Recubrimiento Diametro Perimetro Numero de Cables Angulo Menor Pares de Simetria Separacion cables

Hormigón C C C

fc Ea fs

1,11 0,742 6,5 50,9 28 0,22 15 5,7

cm cm2 cm cm rad cm

Diagrama de deformaciones Deformación Dist al Borde Caso 0,003 00 20,37 P min 0 52,27 P max 0 26,61 M max Materiales 350 kgf/cm2 2100000 kgf/cm2 18982 kgf/cm2

0.9Pn 0.9Mn 0.9Pn 0.9Mn 0.9Pn 0.9Mn

Resistencia de la Sección 189,9 tonf 66,9 tonf-m 647,0 tonf 91,7 tonf-m 274,9 tonf 92,3 tonf-m

Diametro pilote: 65 cm

61

5.8.4. Resumen diseño de pilotes Se muestran las secciones (y armadura longitudinal en los casos que así lo amerite) que se han obtenido en el proceso de diseño estructural de los pilotes.

Tabla 5.8. Resumen de diseño de pilotes de acero Eje A, B, C Quintero D, E A, B, C Arica D, E A, B, C Coronel D, E Suelo -

Acero Diámetro Espesor mm mm 1000 16 762 14 1000 16 762 14 1000 16 762 14

Sobrespesor mm 2,66 2,76 2,66 2,76 2,66 2,76

Tabla 5.9. Resumen de diseño de pilotes de hormigón armado Suelo -

Hormigón Armado Eje Diámetro Armadura mm Long. A, B, C

1100

26Φ25

D, E

762

26Φ16

A, B, C

1100

26Φ25

D, E

762

26Φ16

A, B, C

1100

26Φ25

D, E

762

26Φ16

Quintero

Arica

Coronel

Tabla 5.10. Resumen de diseño de pilotes de hormigón pretensado Suelo -

Hormigón Pretensado Eje Diámetro Armadura mm Long. A, B, C

1000

30Φ0.6"

D, E

600

28Φ0.44"

A, B, C

1000

30Φ0.6"

D, E

600

28Φ0.44"

A, B, C

1000

30Φ0.6"

D, E

600

28Φ0.44"

Quintero

Arica

Coronel

62

5.9.

CÁLCULO DE LA LONGITUD DE FICHA DEL PILOTE

5.9.1. Suelo de Arica La estratigrafía característica en este caso indica un primer estrato arenoso de una profundidad aproximada de 10 metros, el cual se ubica sobre un estrato rocoso. Según los antecedentes recopilados de estudios geotécnicos efectuados en la zona [Ref. 2], se tiene que la carga última de punta en la roca puede estimarse con la expresión:

Pp = 2000 ⋅ A p Donde:

Pp = Carga última de Punta, (ton) A p = Sección transversal (m2) La capacidad indicada es válida sólo si durante la hinca en la roca se alcanza una penetración en ella mayor que 0.5 veces el diámetro del pilote. La capacidad por fuste Pf = f s ⋅ As se estima según el método β (Burland, 1973), en que f s = k s ⋅ tan(δ ) ⋅ σ v (se ha despreciado la resistencia de fuste en el estrato rocoso). Los valores característicos recomendados a usar para los factores antes mencionados, dependiendo del material del pilote y la compacidad del terreno son los que se muestran a continuación [Ref. 14].

Tabla 5.11. Parámetros para calcular la resistencia de fuste de los pilotes

Los parámetros elegidos son:

φ = 38° γ b = 1,0[ton / m 3 ]

σ v = 5,0[ton / m 2 ] k s = 2,0 (Pilotes de hormigón) k s = 1,0 (Pilotes de acero)

Pilote Hormigón Arena Suelta Arena Densa

ks 1,0 2,0

Pilote Acero Arena Suelta Arena Densa

ks 0,5 1,0

δ 0.75*Φ δ 20°

63

Los datos a utilizar para obtener la ficha del pilote son:

EJE A B C D E EJE A B C D E EJE A B C D E

Pu (admisible) Acero Estático Sísmico 273,42 238,01 140,36 144,01 166,69 126,26 141,61 113,55 346,42 314,24 H.A. Estático Sísmico 339,69 295,58 158,19 163,79 198,48 145,74 146,57 117,6 376,29 339,83 Pretensado Estático Sísmico 326,77 284,02 154,7 161,24 191,87 143,53 137,49 113,14 363,59 326,06

Pu [ton] Acero Estático Sísmico 546,84 357,015 280,72 216,015 333,38 189,39 283,22 170,325 692,84 471,36 H.A. Estático Sísmico 679,38 443,37 316,38 245,685 396,96 218,61 293,14 176,4 752,58 509,745 Pretensado Estático Sísmico 653,54 426,03 309,4 241,86 383,74 215,295 274,98 169,71 727,18 489,09

Diámetro cm 100 100 100 76,2 76,2 Diámetro cm 110 110 110 76,2 76,2 Diámetro cm 110 110 110 60 60

Área cm2 7853,98 7853,98 7853,98 4560,37 4560,37 Área cm2 9503,32 9503,32 9503,32 4560,37 4560,37 Área cm2 9503,32 9503,32 9503,32 2827,43 2827,43

Ficha [m] Estático Sísmico -89,6 -106,2 -112,8 -118,5 -108,2 -120,8 -72,2 -85,1 -25,2 -50,6 Ficha [m] Estático Sísmico -130,2 -155,3 -168,9 -176,4 -160,3 -179,3 -95,2 -113,2 -24,5 -61,9 Ficha [m] Estático Sísmico -132,9 -157,2 -169,6 -176,8 -161,7 -179,6 -56,8 -77,3 31,6 -14,9

El caso más desfavorable corresponde al eje E de pilotes de hormigón pretensado, necesitando penetrar en el estrato de roca una longitud de 31,6 metros. Modificando el diámetro a 65 cm se obtiene una ficha del pilote de 11,5 m EJE A B C D E

Pretensado Estático Sísmico 326,77 284,02 154,7 161,24 191,87 143,53 137,49 113,14 363,59 326,06

Pretensado Estático Sísmico 653,54 426,03 309,4 241,86 383,74 215,295 274,98 169,71 727,18 489,09

Diámetro cm 110 110 110 65 65

Área cm2 9503,32 9503,32 9503,32 3318,31 3318,31

Ficha [m] Estático Sísmico -132,9 -157,2 -169,6 -176,8 -161,7 -179,6 -70,1 -89,1 11,5 -31,5

Finalmente, siguiendo con las indicaciones de penetración en roca (0.5 veces mínimo el diámetro del pilote) y usando profundidades aproximadas a los 50 centímetros por razones constructivas, se tiene:

Tabla 5.12. Fichas de pilotes, suelo de Arica FICHA DEL PILOTE (m) EJE

Acero

H.A.

H. Pret

A B C D E

10,50 10,50 10,50 10,50 10,50

11,00 11,00 11,00 10,50 10,50

11,00 11,00 11,00 10,50 11,50

64

5.9.2. Suelo de Quintero Se distinguen dos estratos de arena que servirán como apoyo para los pilotes dispuestos sobre el suelo de Quintero. Con tal de obtener la longitud de hinca necesaria se hace uso de los parámetros entregados en los antecedentes geotécnicos recopilados de esta zona de estudio, empleando la expresión [Ref. 14]:

Pu = N q ⋅ A p ⋅ (γ b 2 ⋅ H 2 ) + K 1 ⋅ (γ b 2 ⋅ H 1 ) ⋅ D ⋅ π ⋅ tan(δ ) + f s 2 ⋅ D ⋅ π ⋅ H 2

(5.5)

Los parámetros utilizados son: ESTRATO 1

Espesor estrato 1 Ángulo fricción Coef. presión lateral (acero) Coef. presión lateral (hormigón) Factor de soporte Fricción Peso unitario boyante

ESTRATO 2

H1 = 5m φ = 38 ° K = 0,8 K= 1 Nq = 50 δ = 25 ° γ1 = 1,0 ton/m3

Espesor estrato 2 Ángulo fricción Carga unitaria punta Factor de soporte Fricción unitaria Peso unitario boyante

H2 = 15 m φ= 42 ° qu = 1200 ton/m2 Nq = 50 fs = 12 ton/m2 γ2 = 1,0 ton/m3

La ficha de los pilotes correspondientes para cada material son:

EJE A B C D E EJE A B C D E EJE A B C D E

Pu (admisible) Acero Estático Sísmico 273,42 238,01 140,36 144,01 166,69 126,26 141,61 113,55 346,42 314,24 H.A. Estático Sísmico 339,69 295,58 158,19 163,79 198,48 145,74 146,57 117,6 376,29 339,83 Pretensado Estático Sísmico 326,77 284,02 154,7 161,24 191,87 143,53 137,49 113,14 363,59 326,06

Pu [ton] Acero Estático Sísmico 546,84 357,02 280,72 216,02 333,38 189,39 283,22 170,33 692,84 471,36 H.A. Estático Sísmico 679,38 443,37 316,38 245,69 396,96 218,61 293,14 176,40 752,58 509,75 Pretensado Estático Sísmico 653,54 426,03 309,40 241,86 383,74 215,30 274,98 169,71 727,18 489,09

Diámetro mm 100 100 100 76,2 76,2 Diámetro cm 110 110 110 76,2 76,2 Diámetro cm 110 110 110 65 65

Área cm2 7853,98 7853,98 7853,98 4560,37 4560,37 Área cm2 9503,32 9503,32 9503,32 4560,37 4560,37 Área cm2 9503,32 9503,32 9503,32 3318,31 3318,31

Las profundidades a utilizar por razones constructivas son:

Ficha [m] Estático Sísmico 12,03 9,56 8,57 7,73 9,26 7,38 10,41 8,22 18,36 14,06 Ficha [m] Estático Sísmico 12,58 9,93 8,50 7,71 9,41 7,40 10,63 8,36 19,54 14,83 Ficha [m] Estático Sísmico 12,29 9,72 8,42 7,65 9,26 7,35 11,62 9,04 22,63 16,81

65

Tabla 5.13. Fichas de pilotes suelo de Quintero FICHA DEL PILOTE (m) EJE

Acero

H.A.

H. Pret

A B C D E

12,00 9,00 9,50 10,50 18,50

13,50 8,50 9,50 11,00 19,50

12,50 8,50 9,50 12,00 23,00

5.9.3. Suelo de Coronel En el caso correspondiente a la zona de Coronel, se ha optado por llegar a la profundidad de 60 metros, en donde se encuentra el estrato rocoso, dado que el suelo inmediatamente superior no posee las características tales que aseguren ya sea, asentamientos o resistencia de cargas provenientes de la estructura. De antecedentes geotécnicos tomados de trabajos ejecutados en la zona, se ha recabado información respecto al rechazo que se ha originado en la hinca de pilotes a una profundidad aproximada de 45 metros. Por tal motivo, la ficha de los pilotes, en los casos en donde se realiza el procedimiento de hinca (acero y hormigón pretensado), será de 45 metros y la longitud en el caso correspondiente a los pilotes de hormigón armado (proceso de preexcavación) será de 60 metros hasta alcanzar la roca basal [Ref. 2].

Tabla 5.14. Fichas de pilotes suelo de Coronel EJE A B C D E

FICHA DEL PILOTE [m] ACERO H.A. H.PRET 45,0 60,0 45,0 45,0 60,0 45,0 45,0 60,0 45,0 45,0 60,0 45,0 45,0 60,0 45,0

5.10. LONGITUD TOTAL DE LOS PILOTES En el presente acápite se entrega la longitud total de los pilotes según material y tipo de suelo.

Tabla 5.15. Longitud Total de Pilotes Eje A B C D E

Arica 28,8 28,8 28,8 28,8 28,8

Acero (m) Quintero Coronel 30,3 63,8 27,3 63,8 27,8 63,8 28,8 63,8 36,8 63,8

Hormigón Armado (m) Arica Quintero Coronel 29,3 31,8 78,3 29,3 26,8 78,3 29,3 27,8 78,3 28,8 29,3 78,3 28,8 37,8 78,3

Hormigón Pretensado (m) Arica Quintero Coronel 29,3 30,8 63,8 29,3 26,8 63,8 29,3 27,8 63,8 28,8 30,3 63,8 28,8 41,3 63,8

66

CAPÍTULO 6 6.

6.1.

CONSTRUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

En este capítulo se pretende estudiar las posibilidades reales que existen actualmente en Chile respecto a los procesos involucrados en los pilotes de hormigón pretensado, hormigón armado y en los pilotes de acero. En particular, se pretende estudiar los métodos constructivos factibles de desarrollar en el mar de acuerdo a las posibilidades de las empresas chilenas. Como ya se ha señalado anteriormente, existe un método constructivo asociado a cada tipo de pilote estudiado: los pilotes de acero y los pilotes pretensados son hincados y los pilotes de hormigón armado son preexcavados (in – situ). Para poder desarrollar este capítulo se ha contactado con una empresa dedicada a la ejecución de fundaciones especiales. Dentro de sus servicios se encuentran los pilotes preexcavados de gran diámetro. Adicionalmente ha sido posible obtener información por parte de una empresa que se dedica al desarrollo de obras portuarias: la empresa PRDW-AV, y a través de ella, se ha obtenido información de empresas dedicadas a fundaciones especiales. Adicionalmente se ha recabado información de elementos pretensados en Chile para determinar la factibilidad de fabricar pilotes pretensados. De manera preliminar, antes de desarrollar los siguientes acápites, es necesario recordar que, en la actualidad, en Chile existe poca experiencia en pilotes de hormigón en el mar, ya sea armado o pretensado.

6.2.

MÉTODO CONSTRUCTIVO DE PILOTES PREEXCAVADOS

Los pilotes excavados o perforados y hormigonados “in situ”, constituyen una de las soluciones clásicas de cimentación o fundaciones especiales. Su utilización está generalmente relacionada a la baja capacidad del suelo o bien por la necesidad de resistir grandes cargas transmitidas por la estructura a fundar. Su diseño permite soportar combinaciones de esfuerzos verticales, horizontales y momentos flectores, como por ejemplo, en las fundaciones de puentes o pilotes utilizados como contención de taludes. Los pilotes preexcavados, son aquellos en los que previamente se ejecuta una perforación, para luego colocar las armaduras, finalizando con el hormigonado del pilote. El uso de estos pilotes evita en gran medida las incertidumbres estratigráficas que atentan contra la adecuada definición de la longitud en pilotes hincados.

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Existen diversos sistemas de perforación para llevar a cabo la instalación de pilotes preexcavados tales como: tipo Franki, sistema Benoto, Casagrande, sistema Icos Velder, etc. El método de excavación en general es determinado por las características del terreno y por las condiciones particulares de la obra. El proceso de instalación de pilotes preexcavados se resume en los siguientes pasos. a) Aflojamiento del suelo b) Eliminación del suelo c) Soporte temporal d) Ampliación de la base e) Colocación del pilote Existen métodos constructivos, para pilotes preexcavados, enfocados a lugares relativamente secos, métodos para lugares en que no se puede mantener la excavación seca, métodos con encamisado temporal y métodos con encamisado permanente. En el caso particular de obras portuarias, se debe utilizar uno de los dos últimos mencionados. El método de encamisado temporal consiste en realizar una excavación a través del material constitutivo del suelo utilizando una perforadora de hélice e ir conteniendo las paredes con un encamisado que se coloca en el orificio. Al llegar a la cota requerida se coloca la armadura del pilote. A continuación se inicia el hormigonado del pilote con tremie y simultáneamente, se retira el encamisado para finalmente obtener el pilote terminado. Antes de retirar el encamisado y mientras éste se arroja, el nivel de hormigón fresco en el encamisado deberá ser aquél que permita que todo fluido atrapado detrás del encamisado sea desplazado hacia arriba sin contaminar el pilote de hormigón. La variante para el método con encamisado permanente es que no se retira este elemento; se corta a la cota superior requerida y se inicia el hormigonado. Se debe llevar un registro continuo de la perforación de cada pilote, donde se consigue la profundidad y calidad del terreno excavado, además de los rendimientos obtenidos durante el proceso. Los encamisados deben ser de metal, lisos, limpios, impermeables y con alta resistencia para soportar tanto los esfuerzos debidos al manejo e hinca, como la presión del hormigón fresco y del suelo que lo rodea. El vaciado del hormigón debe ejecutarse lo más pronto posible, una vez colocadas las armaduras. Este proceso se efectúa al interior de la excavación con Tremie metálico, cualquiera sea el método utilizado para la perforación del pilote, en una operación continua para evitar la segregación. El contratista debe cuidar que en ningún momento la altura de caída del hormigón sea más de 1,5 metros. El Tremie debe mantenerse en todo momento con su punta hundida a lo menos 2 metros en el hormigón fresco. De esta forma se garantizará la salida del hormigón contaminado a la superficie para su eliminación.

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El hormigonado debe mantenerse como una faena continua y no debe aceptarse en ningún caso, interrupciones del mismo, motivando el rechazo del pilote si esto sucediera.

6.3.

MÉTODO CONSTRUCTIVO DE PILOTES HINCADOS

Los pilotes hincados son elementos que se hincan en el terreno mediante un martinete con impactos aplicados según el eje longitudinal del pilote. En Chile, este tipo de pilote es el más utilizado en obras marítimas. Este es el método utilizado para pilotes de acero y de hormigón pretensado. Los martinetes se pueden dividir en dos grandes grupos, martinetes de impacto y vibratorios. Los martinetes de impacto pueden levantarse manualmente o automáticamente por vapor, aire o diesel y por funcionamiento único o doble. Los martinetes vibratorios pueden ser eléctricos o hidráulicos, usualmente poseen un rango de frecuencia de operación (vibraciones por minuto) y están generalmente clasificados por un “momento excéntrico” y una “carga de hinca” para una frecuencia especificada [Ref. 15]. La eficiencia del martinete se puede ver afectada por los siguientes factores: • • • • • •

Presión de operación Uso de partes móviles Lubricación Resistencia de la hinca Pesos relativos del pilote y el martinete Ángulo de golpe Existen varios factores que inciden en el proceso de hinca de los pilotes:

a) Factores comerciales: Proximidad y disponibilidad y tamaño de equipos. Los equipos de grandes dimensiones, en general, presentan menor disponibilidad que equipos más pequeños y son más difíciles de transportar. La escasez del equipo puede retrasar la obra. b) Ruido: El hincado de pilotes puede generar altos niveles de ruido. Este ruido se produce por el golpe del martinete y por el vapor, aire o gases provenientes del cilindro. (Esto no se presenta con martinetes de impacto hidráulico). Existen formas de reducir el ruido. c) Efectos de la vibración: La vibración debida al hincado de pilotes se debe considerar en lo que concierne a posibles daños a construcciones adyacentes. Existen técnicas de atenuación de vibración: martinetes de impacto más pequeño y de funcionamiento doble y martinetes vibratorios de alta frecuencia – baja amplitud. d) Obstrucciones: El procedimiento usual es el empleo de un pilote pesado con una hinca de punta y un martinete pesado para tratar de forzar un camino a través de la obstrucción. Este procedimiento puede ocasionar daño al pilote y debe ser usado con precaución y sólo cuando la sección del pilote ha sido proporcionada de forma conservadora.

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e) Condiciones de suelo: Existe una guía rápida para la elección del tipo de martinete en función del suelo en el cual se hincará el pilote, que se muestra en la siguiente tabla: Tabla 6.1. Guía rápida para la selección del equipo de hinca

f) Resistencia en el proceso de hinca: La resistencia que experimenta el sistema martinete/pilote varía de acuerdo al suelo en el cual se está pilotando. Al hicar, se pueden presentar al hincar situaciones de baja y alta resistencia. Baja Resistencia: Martinetes de Impacto: La baja resistencia para los martinetes de impacto se define generalmente cuando el número de golpes del martinete es menos que 14 golpes/cm. Bajo estas condiciones, se deben tener en cuenta ciertos eventos que pueden ocurrir: fisuras por tracción en pilotes de hormigón como resultado de la excesiva energía que retorna desde la punta del pilote y no penetración en el suelo; posible pérdida del control del pilote y la incapacidad de usar un martinete diesel porque no puede empezar en condiciones de baja resistencia. Especialmente en pilotes de hormigón, la energía del martinete se debe reducir durante la primera parte en la penetración del pilote para evitar daños en el martinete y en el pilote. Una constante presencia de baja resistencia puede indicar además que el martinete seleccionado es demasiado grande. Martinetes Vibratorios: Los mayores problemas con estos martinetes es mantener al pilote recto, especialmente en el caso de martinetes vibratorios que funcionan libremente colgados desde la grúa y existe escaso soporte lateral para el sistema. Si un martinete

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vibratorio opera con una presión hidráulica máxima, durante un hincado con baja resistencia, pueden existir dificultades en la operación del martinete vibratorio. Alta Resistencia: Martinetes de Impacto: Se le denomina a cualquier resistencia por encima de 94 golpes/cm. Bajo estas condiciones, es probable que se produzca un rebote excesivo que dañe el martinete y la parte superior del pilote. El pilote puede dañarse severamente debido al golpeo de obstrucción subterránea, y el trabajo puede extenderse seriamente, lo que podría originar problemas contractuales. Una constante alta resistencia en labores de hinca, podría indicar que el martinete es muy pequeño para el trabajo. Martinetes Vibratorios: El principal problema que se presenta es la sobrecarga del martinete. Si el martinete vibratorio opera con una presión hidráulica máxima durante un hincado con alta resistencia, el martinete es probablemente muy pequeño para el trabajo y puede ocurrir además un sobrecalentamiento. Además, serias fallas mecánicas del martinete podrían ocurrir, si la punta del pilote hace contacto con la roca.

Particularidades de los pilotes de acero Éstos suelen poseer diámetros exteriores entre 0,30 m y 2,00 m y espesores desde los 6 hasta los 25 mm para los diámetros más grandes. Los espesores pueden aumentarse cuando es necesario acomodar las cargas axiales o momentos flectores, o en el caso de corrosión. Cuando se hinca en arcillas duras, suelos granulares densos o roca, la punta del pilote puede protegerse con el uso de un anillo rígido (zapato de hinca). Existen pilotes tubulares abiertos o cerrados en los extremos. Estos últimos poseen mayor capacidad de soporte, al compararlos con los primeros, sin embargo, los pilotes abiertos son mayormente utilizados en aplicaciones marítimas para resistir cargas laterales y de levantamiento. Sin embargo la resistencia de éstos puede ser baja en suelos granulares sueltos a medios densos. En estructuras marinas es muy frecuente el uso de este tipo de pilotes, en donde es importante el resistir cargas laterales provenientes por ejemplo, del oleaje o del impacto de atraque de los barcos. Debido a la sección circular, los pilotes tubulares se ven menos afectados por las olas o corrientes comparados con otras secciones (sección H o rectangulares). Comúnmente, lo que se hace para hincar los pilotes, es hincar el primer eje para luego utilizarlo como apoyo de la grúa e hincar el siguiente eje. Se colocan unas carreras (vigas de acero) sobre estos pilotes para poder ubicar la grúa.

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6.4.

DISCUSIÓN CON EMPRESAS

6.4.1. Respecto a los pilotes preexcavados Según lo comentado con las distintas empresas, para construir pilotes preexcavados, es necesario ubicar la maquinaria a una distancia aproximada de uno a dos metros desde la posición del pilote. Esto implica la necesidad de desarrollar una estructura provisoria para realizar los pilotes preexcavados. Esta estructura provisoria debe estar compuesta por pilotes hincados de acero, debido a la posibilidad de recuperación de éstos, luego de su uso. Para hincar estos pilotes y recuperarlos después de utilizarlos, es necesario poseer maquinarias apropiadas, por lo que la empresa constructora encargada de la construcción del muelle debiera tener las maquinarias requeridas para realizar pilotes hincados y preexcavados o poseer la capacidad económica para arrendar o subcontratar otra empresa que se dedique a hacer pilotes preexcavados. El proceso sugerido para los pilotes excavados sería el siguiente: en primer lugar es necesario hincar los pilotes de acero para la ubicación de la maquinaria de preexcavado, luego la maquina excava, coloca la camisa y eventualmente coloca bentonita para estabilización de las paredes de la excavación. Al llegar a la profundidad deseada, se coloca la armadura, se empieza a hormigonar y al mismo tiempo se va retirando la camisa. Esto se haría hasta el nivel de fondo marino, dejando armadura pasada aproximadamente un metro hacia arriba porque, posteriormente, se colocará mediante grúas, una camisa de acero de espesor 6 mm que actúa como moldaje para continuar el proceso de construcción del pilote hasta la cota deseada. La camisa se considera perdida dada la imposibilidad de recuperarla. No se recomienda dejar el encamisado utilizado por la maquinaria como moldaje para la parte superior del pilote, ya que se trata de una camisa de acero de 3 cm de espesor, especial para el trabajo desarrollado por la maquinaria. No es conveniente dejarla como camisa perdida. Una vez construidos los pilotes definitivos, se debe retirar la plataforma de trabajo y remover los pilotes auxiliares, y así, utilizarlos nuevamente en la construcción de los próximos pilotes, para lo cual, el contratista deberá disponer de equipos para su retiro. Al ser removidos completamente los pilotes auxiliares, dejarán volúmenes sueltos en el relleno granular que será necesario re-compactar. Una alternativa a este proceso sería cortar estos pilotes a nivel de fondo marino y recuperar solamente la parte superior, evitando así la recompactación del relleno. Para llevar a cabo todo el proceso descrito anteriormente, se hace necesaria maquinaria para hincar los pilotes de acero, para hacer pilotes preexcavados, para colocar encamisado superior, para extraer pilotes hincados previamente y maquinaria para compactar terreno removido al extraer pilotes. Esto implica un gran costo adicional respecto a los pilotes hincados porque para éstos sólo se necesita la maquinaria de hinca, dado que ésta es capaz de hincar hasta a una distancia de 10 metros desde la posición del pilote, no siendo imperioso una

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estructura provisoria, ya que se utilizan los pilotes previamente hincados para hincar el siguiente eje de pilotes. Finalmente, una vez construido el pilote, se deberá esperar a lo menos 7 días (debiendo ser indicado por el Ingeniero a cargo) para poder cargarse y utilizarse eventualmente en la construcción del siguiente pilote. Según la información recabada, las maquinarias que poseen algunas empresas chilenas, permiten hacer pilotes preexcavados hasta las siguientes dimensiones: Terratest [Ref. 16]: Máxima profundidad de los pilotes: Diámetros normales:

60 m 620 mm a 1500 mm

Estratos – Fundaciones [Ref 17]: Máxima profundidad de los pilotes: Diámetros normales:

50 – 60 m 600 mm a 1500 mm (max. 2000 mm)

Lo anterior no representa una restricción directa de la longitud de ficha para los casos analizados en este estudio, porque la ficha máxima posible de construir sería de 40 metros (considerando que la maquinaria está a la cota +6,0 m y el fondo marino a la cota -14 m sumando 20 m). Además sería posible utilizar mayores diámetros para obtener mayor área de fuste y reducir la longitud del pilote. Esto implicaría una mayor iteración en la etapa de diseño de la estructura.

6.4.2. Respecto a los pilotes pretensados En los pilotes pretensados, el método de hinca es el mismo que se emplea para el caso de los pilotes de acero. En el extremo inferior del pilote se debe proveer un zapato de hinca para facilitar el avance y evitar daños durante la hinca. El problema surge en la determinación de la longitud del pilote; los pilotes pretensados son fabricados con la longitud que se especifica y no es posible cortarlos en la eventualidad que el suelo no permita seguir hincándolos. No es posible cortarlos porque dispone de un refuerzo de confinamiento en sus extremos, que tiene como objetivo reforzar la zona de anclaje de los cables pretensados. Por ello se hace imperioso un detallado estudio geotécnico para definir con precisión la longitud del pilote a ser construido. Adicionalmente, se podría definir una longitud intencionalmente menor a la requerida y realizar una segunda etapa de hormigón in-situ para alcanzar la cota solicitada del pilote. En este caso sería posible utilizar un cabezal o ménsula que permite ajustar la altura de los pilotes en su último tramo y realizar la conexión con las vigas de la superestructura. Además, se puede considerar la posibilidad de hacer estos pilotes en algún espacio habilitado en una zona cercana a la obra con el fin de evitar los costos y dificultades del transporte. Ésto debe evaluarse para el lugar de la obra en particular, no estando dentro de los alcances de este estudio porque depende de las características y disponibilidades del lugar.

73

Respecto al peso de los pilotes pretensados, existe otra limitante por parte de la construcción para no reducir la eficiencia de la hinca, ésta es la capacidad de levante de las maquinarias de hinca. El peso del pilote está restringido a la capacidad de levante de la maquinaria y porque tiene directa influencia en la energía disponible después del impacto. Esta capacidad puede definirse de acuerdo al peso del martinete, estableciendo una relación entre 1:3 a 1:4 (peso pilote : peso martinete). La empresa Belfi ha adquirido recientemente un martinete D-100 para trabajar en el proyecto GNL-Quintero, en el cual se inició el trabajo de hinca el año 2007. Este es el mayor martinente en Chile actualmente. Anteriormente el mayor martinete que poseía la empresa mencionada, era el D-80. Considerando que el peso del martinete D-100 es de aproximadamente 20,7 toneladas, se puede determinar el peso máximo del pilote: 82,8 toneladas. Para el caso evaluado de pilotes pretensados hincados, se tienen diámetros de 1 metro que pesan 2 ton/m, por lo que fácilmente se obtiene la longitud máxima del pilote a hincar: 41 metros. Ésto considerando pilotes de sección llena. Al aceptar la posibilidad de fabricar pilotes pretensados circulares huecos, para el caso evaluado, éstos serían de 1,0 metro de diámetro exterior y 0,5 metros diámetro interior, con un peso de 1.47 ton/m, aumentando la longitud máxima del pilote a 56 metros. Esta sección hueca se define sólo como modo de comparación, dado que no se ha realizado un diseño del muelle con pilotes de estas características. En la tabla 6.2 se presenta la máxima longitud de pilotes relacionados a martinetes D100 (20,7 ton) y D-80 (16,9 ton). Se incluye en esta tabla, secciones huecas que eventualmente podrían cumplir con los esfuerzos de solicitación de los pilotes llenos.

Tabla 6.2. Máxima longitud de pilotes pretensados según martinete L max L max De Di Peso (D-100) (D-80) m m T/m m m 1 0 1,96 42 34 1 0,5 1,47 56 46 0,65 0 0,83 100 81 0,65 0,35 0,59 141 115

De : Diámetro exterior Di : Diámetro interior Lmax : Longitud máxima Aunque las longitudes permitidas según relación peso pilote/peso martinete son grandes en algunos casos, esta situación en la práctica no es manejable por las grúas y maquinarias utilizadas; no sólo respecto a su longitud, sino que también en relación a su peso, porque mientras mayores dimensiones de pilote, se necesitan grúas y maquinarias más grandes y por ende más caras.

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Otro punto favorable para los pilotes hincados son las condiciones a las que puede trabajar la maquinaria de hinca. Ésta puede hincar pilotes inclinados y además hacerlo a una distancia de 10 a 12 metros, es decir, puede hincar un par de pilotes y luego colocar sobre ellos unas carreras (vigas metálicas) con tal de ubicar la maquinaria sobre ella y de ese modo, hincar el siguiente par de pilotes, evitando la colocación de pilotes auxiliares como en el caso de los pilotes preexcavados.

75

CAPÍTULO 7 7.

7.1.

EVALUACIÓN ECONÓMICA

INTRODUCCIÓN

En este capítulo se pretende analizar económicamente las alternativas planteadas anteriormente desde distintos puntos de vista. Lo primero es comparar considerando exclusivamente el valor de los materiales utilizados: acero y hormigón. A continuación se desarrolla un estudio más acabado, considerando el método constructivo involucrado, la duración de la obra y la protección de los pilotes. La información más detallada respecto a los cálculos realizados para obtener los valores indicados en este acápite se encuentran en Anexo C y Anexo D. Se han utilizado los siguientes precios de materiales [Ref. 2]: Acero estructural: Hormigón: Acero de refuerzo:

7.2.

1400 US$/ton 400 US$/m3 1300 US$/ton

COSTO DE MATERIALES

El costo de los materiales pretende entregar el primer punto de referencia en el aspecto económico considerando exclusivamente el volumen de hormigón utilizado y las toneladas de acero. Se han considerado los siguientes ítems: a) Toneladas de acero estructural b) Metros cúbicos de hormigón c) Toneladas de acero de refuerzo Los pilotes de acero están compuestos por acero estructural; los de hormigón armado poseen hormigón, acero de refuerzo y camisa perdida de acero en la zona sobre el fondo marino y los pilotes pretensados poseen hormigón y acero de pretensado. A continuación se presenta el resumen del costo de los materiales para cada alternativa incluyendo la totalidad de los pilotes de cada una:

76

Tabla 7.1. Costo de materiales de cada alternativa ZONA ARICA QUINTERO CORONEL

7.3.

ACERO US$ 2.525.683 2.592.479 5.486.828

HA PRETENSADO US$ US$ 2.748.664 1.568.692 2.786.226 1.582.886 6.495.246 3.394.783

COSTOS DE CONSTRUCCIÓN

En este punto se dan a conocer los costos referidos a la colocación de los pilotes de acero y hormigón en las tres zonas de estudio. Se han indicado como actividades globales porque son precios que han sido calibrados según la experiencia de las empresas con las que se ha conversado.

7.3.1. Costos de construcción en pilotes de acero La construcción de los pilotes de acero en el muelle respectivo debe tener en cuenta los siguientes ítems [Ref. 2]: a) b) c) d) e)

Suministro Fabricación Hinca Zapato de hinca Pruebas de Carga (estáticas y dinámicas)

7.3.2. Costos de construcción en pilotes de hormigón armado El costo de construcción de pilotes de hormigón armado, según lo derivado de la discusión con las empresas (acápite 6.4.1), se divide en los siguientes puntos globales [Ref. 2]: a) b) c) d) e)

Estructura provisoria Construcción de pilotes en zona bajo fondo marino Construcción de pilotes en zona sobre el fondo marino hasta cota de coronamiento Retiro de estructura provisoria Pruebas de Carga (estáticas y dinámicas)

En este punto se ha considerado una estructura provisoria tipo y del costo encontrado solamente se traspasó el costo de construcción restándole el suministro del material por suponerse que son pilotes recuperables. Se estimó que el costo del retiro de la estructura provisoria es un 15% del costo de construcción. El precio de construcción de pilotes preexcavados que fue posible obtener de las empresas con las que se tuvo contacto es de 10 UF/ml para pilotes de un metro de diámetro ejecutados en suelo arenoso y para suelos arcillosos un valor de 15 UF/ml, como es el caso de

77

Coronel. El costo de construcción del pilote en la zona sobre el fondo marino se estimó como un 25% del costo de la parte inferior.

7.3.3. Costos de construcción de pilotes de hormigón pretensado El costo de fabricación de los pilotes pretensados se ha calculado a partir de información correspondiente al costo por unidad de vigas pretensadas de grandes dimensiones [Ref. 15]. Se han ponderado estos valores de acuerdo a la sección transversal de los pilotes del estudio. Además se ha amplificado en un 25% los costos obtenidos para tomar en cuenta la inexperiencia en este tipo de faena y el proceso de montaje de estos elementos. Para el caso particular de Coronel, ha sido necesario extrapolar la información y utilizar una aproximación de tipo potencial. Por otro lado, se ha aumentado el costo de la hinca de los pilotes pretensados en 25% (respecto a los pilotes de acero) para incluir el efecto del roce suelo-pilote por tratarse de un material más rugoso que el acero y el requerimiento de equipos de mayor capacidad. Mayor información es posible obtener en Anexo D. Finalmente, se utiliza el mismo procedimiento que en acero para el cálculo de los zapatos de hinca, ajustando al diámetro correspondiente. Se consideran los siguientes ítems: a) b) c) d)

Fabricación Hinca Zapato de hinca Pruebas de Carga (estáticas y dinámicas)

7.3.4. Comparación entre sección llena y sección anular de pilotes pretensados Se ha estudiado la influencia en los costos al utilizar una sección transversal anular en la alternativa de pilotes pretensados. Se observa una disminución de los costos de aproximadamente 20% (ver tabla 7.2).

Figura 7.1. Secciones llena y anular, hormigón pretensado

78

Tabla 7.2. Costo total, comparación sección llena y anular, pretensado ZONA ARICA QUINTERO CORONEL

LLENA US$ 6.476.867 6.983.027 18.621.821

ANULAR US$ 5.085.149 5.387.690 14.514.998

7.3.5. Resumen de costos de construcción La tabla 7.3 muestra el resumen del costo de construcción (sin incluir el costo de los materiales) para cada alternativa.

Tabla 7.3. Costo de construcción de cada alternativa ZONA ARICA QUINTERO CORONEL

7.4.

ACERO US$ 2.140.154 2.037.684 2.416.717

HA PRETENSADO US$ US$ 1.519.558 4.908.175 1.638.284 5.400.140 5.509.231 15.227.038

COSTOS DE PROTECCIÓN DE LOS PILOTES

Como se ha mencionado anteriormente, no es suficiente considerar solamente el costo de construcción de los pilotes y el costo de los materiales. Otro aspecto de gran relevancia es el costo de protección que acarreará cada tipo de pilote. Ya se ha visto anteriormente que los pilotes de acero están expuestos a la corrosión, por lo que una forma útil de protección sería la protección catódica y también pintura. Los pilotes de hormigón (armado o pretensado) no contemplan otro método externo de protección, sólo se consideran buenos procedimientos de diseño y construcción. En la tabla 7.4. se muestra la estimación del costo de protección de los pilotes de acero [Ref. 2]. Se asume entonces, para efectos comparativos, que la protección de los pilotes de hormigón no implica un costo directo en el item de protección. El costo de la protección considera: a) Pintura en zona intermareal b) Pintura en zona sumergida c) Protección catódica Existen dos tipos de protección catódica utilizadas en obras portuarias: protección galvánica y protección impresa. La protección considerada en este estudio es de tipo galvánica, debido a que es más segura en lo que refiere a su operación, proporciona una continuidad durante su vida útil (la protección impresa posee mayor vida útil, pero sus costos de mantenimiento son también mayores) y tiene mayor simplicidad en su proceso de instalación al comparar con la protección impresa.

79

El cálculo de la corriente galvánica requerida, asociada a la protección catódica, toma en cuenta fundamentalmente la zona sumergida y en menor proporción a la zona de splash y la zona enterrada.

Tabla 7.4. Costo de protección de cada alternativa ZONA ARICA QUINTERO CORONEL

7.5.

ACERO US$ 871.309 886.309 1.471.309

HA US$

PRETENSADO US$ 0 0 0 0 0 0

RESUMEN COMPARATIVO

A continuación se entrega un cuadro comparativo de los costos obtenidos en puntos previos de este capítulo.

Tabla 7.5. Costo total de cada alternativa ZONA ARICA QUINTERO CORONEL

7.6.

ACERO US$ 5.537.146 5.516.472 9.374.853

HA PRETENSADO US$ US$ 4.268.222 6.476.867 4.424.510 6.983.027 12.004.478 18.621.821

COSTO IMPLÍCITO POR EJECUCIÓN DE LA OBRA

El costo implícito por duración de la obra está enfocado a una comparación del tiempo de recepción y ejecución de la totalidad de los pilotes, recordando que los pilotes de acero poseen un tiempo de entrega de alrededor de 6 meses según información indicada en acápite 1.6.3. Si bien no se ha indicado un precio, sólo se ha indicado el tiempo de recepción y ejecución, es un parámetro importante para la evaluación hecha por el mandante porque esto puede influir en el tiempo de puesta en marcha del proyecto y en definitiva en el momento de inicio de sus beneficios. Para efectos comparativos entre cada material, se ha realizado el siguiente análisis, en el que se toma como constante la cantidad de frentes de trabajo (dos frentes). Se deben colocar 185 pilotes en todos los casos analizados. Los rendimientos que se emplean en los cálculos son valores estimativos proporcionados por PRDW-AV. a) Acero • • •

Tiempo de suministro: Hinca: Tiempo total:

6 meses 2 pilotes/día 8,3 meses

80

b) Hormigón Armado • • •

Estructura provisoria: Colocación: Tiempo total:

1 mes 1 pilote/día 5,6 meses

El ítem indicado como estructura provisoria, se refiere al tiempo necesario para hacer el tramo requerido en la iniciación de la actividad de excavación. c) Hormigón Pretensado • • •

Suministro: Hinca: Tiempo total:

1,33 pilotes/día (dos bancos de tensado) 2 pilotes/día 7,0 meses

En este caso, la hinca de todos los pilotes también se ha estimado en 2,3 meses, pero considerando que esta actividad posee una relación término-término con la actividad de suministro se obtiene una duración total de 7 meses. Efectuando un análisis de sensibilidad, tomando como duración mínima del proceso el tiempo de hinca se determina una cantidad de seis bancos de tensado para cumplir tal relación.

7.7.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

La primera comparación que se efectuó hace alusión exclusiva a los costos de los materiales utilizados en cada zona de estudio. Estos resultados se grafican a continuación. COSTO MATERIALES 7,00 6,00

COSTO (M US$)

5,00

Acero Hormigón Armado Hormigón Pretensado

4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 ARICA

QUINTERO

CORONEL

ZONA DE ESTUDIO

Figura 7.2. Gráfico de costo de materiales según zona de estudio

81

Este gráfico permite dar una primera evaluación: el acero y el hormigón armado tienen relativamente un costo cercano, pero en todos los casos, el precio de los pilotes pretensados es cerca de un 40% inferior. Sin embargo, esto no es suficiente, ya que es necesario incorporar la influencia de la necesidad de protección contra la corrosión en los pilotes de acero, por lo que se deben adicionar los valores obtenidos en el punto 7.4. Al adicionar el costo de protección, la alternativa que considera pilotes de acero, es la menos rentable en todos los casos estudiados. COSTO MATERIALES + PROTECCIÓN

8,00 7,00

COSTO (M US$)

6,00

Acero Hormigón Armado Hormigón Pretensado

5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 ARICA

QUINTERO

CORONEL

ZONA DE ESTUDIO

Figura 7.3. Gráfico de costo de materiales más protección según zona de estudio Adicionalmente, se debe comparar el costo de construcción de cada alternativa. Este precio fue posible obtenerlo luego de discutir con profesionales relacionados con el área y determinar el proceso asociado a cada alternativa de material. COSTO CONSTRUCCIÓN 16,00 14,00

Acero Hormigón Armado

COSTO (M US$)

12,00

Hormigón Pretensado

10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 ARICA

QUINTERO

CORONEL

ZONA DE ESTUDIO

Figura 7.4. Gráfico de costo de construcción según zona de estudio

82

La figura 7.4 indica otra tendencia al comparar con los anteriores: la alternativa de pilotes pretensados posee un costo bastante elevado, porque ha sido necesario incorporar un nivel de incertidumbre, que se traduce en el aumento de un 25% de los costos asociados al proceso de hinca, debido a la falta de experiencia en la construcción de muelles con pilotes pretensados, además de las grandes dimensiones que obligan a utilizar maquinarias de gran capacidad y envergadura para poder alzarlos, manejarlos sin dañarlos e hincarlos. Luego, se construye el gráfico de costos totales que incluye materiales, construcción y protección de los pilotes analizados. COSTO TOTAL

COSTO (M US$)

20,00 18,00

Acero

16,00

Hormigón Armado

14,00

Hormigón Pretensado

12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 ARICA

QUINTERO

CORONEL

ZONA DE ESTUDIO

Figura 7.5. Gráfico de costo total según zona de estudio De la figura 7.5 se desprende que la ventaja inicial que poseía el pretensado (menor costo de materiales) se pierde al añadir el costo de construcción de los pilotes. Dado el alto costo que implica la utilización de pilotes pretensados de sección llena, se analizó la alternativa de pilotes pretensados de sección anular, obteniendo una reducción de aproximadamente un 20% del costo de total como lo indica la figura 7.6.

83

COSTO TOTAL 20,00 Acero

COSTO (M US$)

18,00

Hormigón Armado

16,00

Hormigón Pretensado Lleno

14,00

Hormigón Pretensado Anular

12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 ARICA

QUINTERO

CORONEL

ZONA DE ESTUDIO

Figura 7.6. Gráfico de costo total según zona de estudio (incluye sección anular) Con la disminución de la sección en los pilotes pretensados, el costo disminuye en las tres zonas de análisis, permitiendo que la sección anular sea más competitiva con los pilotes de acero y hormigón armado.

84

CAPITULO 8 8.

8.1.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Como se había mencionado en los capítulos de desarrollo de esta memoria, se pretendía localizar un primer punto de comparación que era el costo exclusivo de los materiales a emplear en cada alternativa de suelo utilizado. Esto porque, en un principio, se indicó que el precio del acero, material tradicionalmente utilizado en obras portuarias en Chile, ha aumentado significativamente en los últimos años, situación que induce en la idea de buscar una alternativa a él, optando por el hormigón armado y el hormigón pretensado. En los suelos de Arica y Quintero, la alternativa más adecuada serían los pilotes de hormigón armado salvo el caso de Coronel, debido a que la baja capacidad portante del suelo influye de manera directa, por lo tanto, las longitudes de los pilotes deben ser excesivamente grandes encareciendo todas las alternativas de pilotes de esa zona y haciendo que el acero se alce como el más adecuado, ya que existe una fuerte incidencia de los costos de construcción de las opciones restantes. Según el párrafo anterior, el hormigón armado es el material más adecuado para dos de los tres tipos de suelo, pero eso es una conclusión teórica. En la práctica cobra gran relevancia la preferencia y la disposición de la empresa constructora que está a cargo del proyecto, es decir, comúnmente las empresas no están interesadas en plantearse alternativas o métodos innovadores porque esto implica un costo y un riesgo elevado que debieran absorber. Este estudio aborda la temática de muelles marginales sobre pilotes verticales, sin dejar de lado que existen otras tipologías estructurales que conllevan la construcción de pilotes inclinados. La maquinaria para construir pilotes preexcavados sólo permite una inclinación máxima de 5°, lo que es insuficiente. Usualmente la pendiente de los pilotes inclinados es 1/3 (H/V), lo que se plantea como una debilidad de la alternativa de pilotes preexcavados inclinados. Dentro de los costos considerados, no se ha incluido el costo de mantenimiento de los pilotes y, en particular, de la protección catódica. Esta situación probablemente aumentaría el costo de los pilotes de acero a largo plazo. En referencia a los pilotes pretensados, se ha considerado que éstos se construyen en una zona cercana al muelle, lo que es una idea factible, porque en general, las empresas portuarias poseen grandes concesiones de terreno lo que permitiría la ubicación de instalaciones necesarias para construir pilotes pretensados. Ha sido inevitable hacer esa consideración, porque, en caso contrario, sería bastante caro, complejo y lento el transporte de los pilotes, dada sus grandes dimensiones.

85

Por otro lado, al incluir otra restricción planteada anteriormente: la longitud máxima del pilote pretensado por relación de peso pilote-martinete, se observa que para los suelos de Arica y Quintero, sería perfectamente practicable utilizar pilotes pretensados, ya que consta la posibilidad de hincarlos incluso con el martinete D-80 (tabla 8.1). Además, no existe gran diferencia entre el costo del pretensado y hormigón armado para esas alternativas de suelo, y también el tiempo de duración que teóricamente podría tener la obra es sustancialmente menor si se observa lo indicado en acápite 7.6, que indica que, en el mejor de los casos, el proceso duraría 2,3 meses, es decir, 3 meses menos que la alternativa de hormigón armado. Estos son casos idealizados que dependen de los plazos requeridos por el mandante y también de la posibilidad de realizar bancos de tensado cerca de la obra para fabricar los pilotes pretensados.

Tabla 8.1. Longitud máxima requerida para pilotes pretensados L max L max De Di Peso (D-100) (D-80) m m T/m m m 1 0 1,96 42 34 1 0,5 1,47 56 46 0,65 0 0,83 100 81 0,65 0,35 0,59 141 115

L max L max L max (Arica) (Quintero) (Coronel) m m m 29,3 30,8 63,8 29,3 30,8 63,8 28,8 30,3 63,8 28,8 30,3 63,8

Pero todavía queda pendiente una complicación relacionada con los pilotes pretensados. El inconveniente que los pilotes pretensados no pueden ser cortados en la eventualidad que se produzca rechazo del suelo y por ende obligue a detener la hinca antes de alcanzar la ficha calculada. Los pilotes de acero sí pueden ser cortados en terreno y en caso de pilotes preexcavados es posible hormigonar hasta la cota de coronamiento requerida. Lo más adecuado sería primeramente realizar un estudio geotécnico más exhaustivo de manera de conocer con mayor precisión todas las características del suelo de fundación y la profundidad de la roca para así poder definir con mayor exactitud la longitud del pilote y complementariamente, definir esta longitud intencionalmente más corta (alrededor de un metro menos de lo requerido) para poder manejar de alguna manera la variación mencionada y corregirla mediante ménsulas o cabezales que ajusten la longitud a la requerida. Un punto a favor para los pilotes hincados (pretensado y acero) es lo que tiene relación directa con las condiciones de trabajo de la maquinaria de hinca. Ésta puede hincar pilotes inclinados y además realizarlo a una distancia de 10 a 12 metros, es decir, puede hincar un par de pilotes y luego colocar sobre ellos carreras (vigas metálicas) para disponer la maquinaria sobre ella y, de este modo, hincar el siguiente par de pilotes, evitando la colocación de pilotes auxiliares como en el caso de los pilotes preexcavados. Aunque las empresas chilenas posean las maquinarias para preexcavar pilotes en el mar (la alternativa que se mostró teóricamente más favorable), no es suficiente. Parte importante para ejecutar bien el trabajo es la experiencia. Actualmente, la gran piedra de tope es la ausencia de experiencia en el área de pilotes preexcavados en el mar, por lo que se hace difícil que una empresa se arriesgue a hacerlo, más aún, eventualmente, si alguna empresa lo intentara, al momento de cobrar, incluiría un gran porcentaje al factor riesgos e imprevistos. Eventualmente podría pensarse que las empresas que han trabajado en pilotajes para puentes tienen experiencia relacionada con las condiciones marinas pero lo que se acostumbra hacer en

86

obras de pilotes para las cepas de puentes es un desvío del curso del agua y así lograr un ambiente seco para trabajar con sus maquinarias. Finalmente, los pilotes de hormigón pretensado, podrían ser una alternativa interesante, pero las complicaciones que se plantean al construirlo, el costo relativamente superior que se obtuvo y las otras desventajas planteadas en este documento, indican que es una opción secundaria, pero también válida en zonas en que no se necesiten grandes fichas, debido al posible menor plazo. Los pilotes de acero son preferibles en condiciones de suelo en que se necesitan grandes fichas debido a su baja capacidad portante, porque esas longitudes encarecen enormemente las otras dos alternativas planteadas. El trabajo mostrado en esta memoria de título ha sido un paso y una primera aproximación en la búsqueda de una alternativa a los pilotes de acero, se mostró que el hormigón armado es una alternativa viable en la construcción de muelles marginales con pilotes verticales. Se plantea la posibilidad a las empresas que se dedican a la construcción de obras portuarias que realicen un estudio más acabado y analicen en profundidad los costos en que se incurriría con esta alternativa.

87

9.

BIBLIOGRAFÍA

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ACI 318 – 05, AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural y Comentarios, 2005.

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ACI 224 R-90, AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. Control of Cracking in Concrete Structures, 1990.

[14]

CAMPAÑA Z., José. [Apuntes] para clases de Mecánica de Suelos II. Universidad de Santiago de Chile, Departamento de Ingeniería en Obras Civiles, Santiago, Chile, 2005.

88

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Pilotes Terratest. http://www.terratest.cl/interior/productos/f_pilotes.html.

[17]

Estratos – Fundaciones. Catálogo Casagrande B250.

[18]

Empresa APIA XXI, Ingenieros y Arquitectos Consultores, información relativa a costos de elementos prefabricados

10.

ANEXO A VERIFICACIÓN DE CORTE EN PILOTES DE HORMIGÓN ARMADO

A-1

ANEXO A DISEÑO DE PILOTES DE HORMIGÓN ARMADO SEGÚN RECOMENDACIONES DEL CÓDIGO ACI 2005, CAPITULO 21 La presente planilla de cálculo está destinada a la verificación de los pilotes que corresponden a los ejes A, B y C del muelle en estudio (O1100x26φ25) El pilote de sección circular a verificar posee las siguientes dimensiones: Diámetro:

D := 110cm

Longitud:

lu := 18.95m

Sección pilote:

A g = 9503.32cm

Diámetro Barras:

φb := 25mm

Cantidad barras:

n° := 26

Recubrimiento:

rec := 6.5cm

Área encerrada por estribos:

A ch = 7389.81cm

2

2

Las propiedades de los materiales se muestran a continuación: Resistencia del hormigón:

f´c := 350

kgf 2

cm

Tensión del acero a la fluencia:

kgf

fy := 4200

2

cm

Factor de minoración φ:

φ := 0.75

FUERZAS DE DISEÑO (Capítulo. 21.3.4.1) Corte mayorado:

Vu := 33.28tonf

Carga axial mayorada:

Pu := 0tonf

Momento de diseño:

M e := 348.69tonf ⋅ m

Fuerza cortante sísmica:

Ve = 36.8tonf

Según ACI capítulo 21.4.1 tiene que :

A g⋅ f´c 100

(Sin considerar el efecto sísmico)

= 33.262tonf Comparación = "Pu es menor"

A-2



Vc := 0.53 1 +

  

  2 πD kgf  140⋅ ⋅ 4 2 cm  Pu

f´c kgf

2

⋅π⋅

0.8⋅ D 4

⋅

kgf 2

cm

2

cm

El código ACI 2005 en el capítulo 21.4.5.2 indica que el esfuerzo cortante Vc que es capaz de tomar el hormigón se calcula como:

Vc :=

(

) ∧ ( Ve < 0.5Vu)

Vc if Pu > 0.005A g ⋅ f´c

Vc = 0 tonf

0tonf otherwise

Por lo tanto:

Vs = 49.068tonf

LONGITUD lo

 lu  lo := max D , , 450mm  6 

lo = 3.158m

REFUERZO LONGITUDINAL Área acero colocada:

A s := n°⋅

π ⋅ φb

2

2

A s = 127.627cm

4

Límites de As (Capítulo 21.4.3) 2

2

0.01⋅ A g = 95.033cm

0.06⋅ A g = 570.199cm

Ref_longit = "OK"

REFUERZO TRANSVERSAL a) Zona correspondiente a lo Según ACI capítulo 21.4.4, la cuantía volumétrica mínima en espiral o de estribos cerrados de confinamiento circulares debe ser:



 Ag

ρs min := max0.45⋅ 



ρs min = 0.011

 A ch

 f´c

− 1 ⋅

 fy

, 0.12⋅

f´c  fy

 

A-3

SEPARACIÓN Y CANTIDAD DE REFUERZO TRANSVERSAL a) Zona correspondiente a lo Indicaciones del capítulo 21.4.4.2 sep maxo := min

D

4

, 6⋅ φb , s o 

sep maxo = 10cm



La separación real de estribos será de:

sep realo := 9cm

El área de acero está dada por: ρs min( D − 2⋅ rec ) ⋅ sep realo

A st :=

4

A v1 :=

Vs ⋅ sep realo

2

A v1 = 1.195cm

fy ⋅ 0.8⋅ D

(

2

A st = 2.341cm

2

)

A vo := max A st , A v1

A vo = 2.341cm

Luego, el diámetro de los estribos en la zona lo es: φeo := 18mm b) Zona fuera de lo sep maxe := min 0.8



sep maxs := min

D

4

(

D 2

, 60cm

sep maxe = 44cm



, 6⋅ φb

sep maxs = 15cm



)

sep max := min sep maxe, sep maxs

A v :=

Vs ⋅ sep max fy ⋅ 0.8⋅ D

sep max = 15cm

2

A v = 1.991cm

Luego, el diámetro de los estribos fuera de lo es:

φe := 16mm

A-4

DISEÑO DE PILOTES DE HORMIGÓN ARMADO SEGÚN RECOMENDACIONES DEL CÓDIGO ACI 2005, CAPITULO 21 La presente planilla de cálculo está destinada a la verificación de los pilotes que corresponden a los ejes D y E del muelle en estudio (O30"x26φ25) El pilote de sección circular a verificar posee las siguientes dimensiones: Diámetro:

D := 76.2cm

Longitud:

lu := 18.95m

Sección pilote:

A g = 4560.37cm

Diámetro Barras:

φb := 16mm

Cantidad barras:

n° := 26

Recubrimiento:

rec := 6.5cm

Área encerrada por estribos:

A ch = 3137.07cm

2

2

Las propiedades de los materiales se muestran a continuación: Resistencia del hormigón:

f´c := 350

kgf 2

cm

Tensión del acero a la fluencia:

kgf

fy := 4200

2

cm

Factor de minoración φ:

φ := 0.75

FUERZAS DE DISEÑO (Capítulo. 21.3.4.1) Corte mayorado:

Vu := 7.5tonf

Carga axial mayorada:

Pu := 0tonf

Momento de diseño:

M e := 100.46tonf ⋅ m

Fuerza cortante sísmica:

Ve = 10.6tonf

Según ACI capítulo 21.4.1 tiene que :

A g⋅ f´c 100

(Sin considerar el efecto sísmico)

= 15.961tonf Comparación = "Pu es menor"

A-5



Vc := 0.53 1 +

  

  2 πD kgf  140⋅ ⋅ 4 2 cm  Pu

f´c kgf

2

⋅π⋅

0.8⋅ D 4

⋅

kgf 2

cm

2

cm

El código ACI 2005 en el capítulo 21.4.5.2 indica que el esfuerzo cortante Vc que es capaz de tomar el hormigón se calcula como:

Vc :=

(

) ∧ ( Ve < 0.5Vu)

Vc if Pu > 0.005A g⋅ f´c

Vc = 0 tonf

0tonf otherwise

Por lo tanto:

Vs = 14.137tonf

LONGITUD lo

 lu  lo := max D , , 450mm  6 

lo = 3.158m

REFUERZO LONGITUDINAL Área acero colocada:

A s := n°⋅

π ⋅ φb

2

2

A s = 52.276cm

4

Límites de As (Capítulo 21.4.3) 2

2

0.01⋅ A g = 45.604cm

0.06⋅ A g = 273.622cm

Ref_longit = "OK"

REFUERZO TRANSVERSAL a) Zona correspondiente a lo Según ACI capítulo 21.4.4, la cuantía volumétrica mínima en espiral o de estribos cerrados de confinamiento circulares debe ser:



 Ag

ρs min := max0.45⋅ 



ρs min = 0.017

 A ch

 f´c

− 1 ⋅

 fy

, 0.12⋅

f´c  fy

 

A-6

SEPARACIÓN Y CANTIDAD DE REFUERZO TRANSVERSAL a) Zona correspondiente a lo Indicaciones del capítulo 21.4.4.2 sep maxo := min

D

4

, 6⋅ φb , s o

sep maxo = 9.6cm



La separación real de estribos será de:

sep realo := 9cm

El área de acero está dada por: ρs min( D − 2⋅ rec ) ⋅ sep realo

A st :=

4

A v1 :=

Vs ⋅ sep realo

2

A v1 = 0.497cm

fy ⋅ 0.8⋅ D

(

2

A st = 2.419cm

2

)

A vo := max A st , A v1

A vo = 2.419cm

Luego, el diámetro de los estribos en la zona lo es: φeo := 18mm b) Zona fuera de lo sep maxe := min 0.8



sep maxs := min

D

4

(

D 2

, 60cm

sep maxe = 30.48cm



, 6⋅ φb

sep maxs = 9.6cm



)

sep max := min sep maxe, sep maxs

A v :=

Vs ⋅ sep max fy ⋅ 0.8⋅ D

sep max = 9.6cm

2

A v = 0.53cm

Luego, el diámetro de los estribos fuera de lo es:

φe := 10mm

ANEXO B VERIFICACIÓN DE CORTE EN PILOTES DE HORMIGÓN PRETENSADO

B-1

ANEXO B VERIFICACION DE PILOTE O1000 Eje A, B, C Propiedades del pilote fc := 350

kgf cm

2

fy := 4200

kgf cm

2

fpu := 18982

kgf cm

2

D := 100cm

Diámetro sección

H := 21.5m

Distancia libre entre piso y fondo de viga

rec := 6.5cm

Recubrimiento

φ := 15.24mm

Cables

dp := 0.8D

dp = 0.8 m

d := D − rec

d = 0.935 m

Al := 1.4cm

2

n := 30

Solicitación sobre la columna Mu := 475.5tonf ⋅ m Vu := 60.9tonf

Sea:

Ru :=

Vu ⋅ dp

1 if

Mu

Vu ⋅ dp

≥1

otherwise

Mu

Verificación a los esfuerzos de corte según ACI capítulo 11 Corte en el hormigón (ACI 11.4.2)

 2  D ⋅ d cm Vc :=  0.16 ⋅ fc ⋅ + 49 ⋅ Ru ⋅ ⋅ tonf kgf   m2 Vc_min := 0.53 ⋅ fc ⋅

Vc_max := 1.33 ⋅ fc ⋅

cm

2

kgf cm

⋅

m

2

kgf

D⋅ d

⋅

2

D⋅ d m

2

⋅ tonf

⋅ tonf

Luego se tiene que: φc := 0.75

Vc = 7.493 tonf

Vc_min = 9.271 tonf

Vc_max = 23.265tonf Vc = 9.271 tonf

φc ⋅ Vc = 6.953 tonf

Verificación_hormigón = "Se necesita armadura de corte"

B-2

Armadura transversal Corte en el acero:

Vs = 71.929tonf

Separación estribos máxima:

S = 60 cm

Separación real:

Sep := 12cm

El área de la armadura de corte es:

Av_min

 2  fc ⋅ cm   0.2 ⋅ ⋅ D ⋅ Sep  3.5 ⋅ D ⋅ S kgf kgf kgf  := min  ⋅ , ⋅ 2 2 fy fy cm cm  

Av_min = 1.069 cm

Aps := n ⋅ Al



Av_mini := min  Av_min , 0.04 ⋅

fpu ⋅ Sep fy ⋅ d



Av_real :=

⋅

d D



⋅ A ps 

Av_mini = 0.942 cm



Vs⋅ Sep

Av_real = 2.198 cm

fy ⋅ d

(

Av_rea := max Av_real , Av_mini

)

Av_rea = 2.198 cm

El diámetro de las barras correspondientes a los estribos es:

φb :=

2Av_rea

φb = 12 mm

π

Cuantía Volumétrica del refuerzo 2

Sección pilote

Ag :=

Sección interior

 Ag

ρ s := 0.45 ⋅ 

 Ach

π ⋅D

Ach :=

 fc

− 1 ⋅

 fy

Área de acero mínima:

Ag = 7853.98cm

4 π ⋅ ( D − 2rec)

2

2

Ach = 5944.68cm

4

ρ s = 0.01204

Amin := ρ s⋅ Ag

Amin = 94.595cm

2

2

2

2

2

2

B-3

VERIFICACION DE PILOTE O65 Eje D, E Propiedades del pilote kgf

fc := 350

cm

fy := 4200

2

kgf cm

2

fpu := 18982

kgf cm

2

D := 65cm

Diametro sección

H := 21.5m

Distancia libre entre piso y fondo de viga

rec := 6.5cm

Recubrimiento

φ := 11.18mm

Cables

dp := 0.8D

dp = 0.52 m

d := D − rec

d = 0.585 m

Al := 0.742cm

2

n := 28

Solicitación sobre la columna Mu := 48.5tonf ⋅ m Vu := 11.7tonf

Sea:

Ru :=

Vu ⋅ dp

1 if

Mu

Vu ⋅ dp

≥1

otherwise

Mu

Verificación a los esfuerzos de corte según ACI capítulo 11 Corte en el hormigón (ACI 11.4.2)



cm



kgf

Vc :=  0.16 ⋅ fc ⋅

Vc_min := 0.53 ⋅ fc ⋅

Vc_max := 1.33 ⋅ fc ⋅

 D ⋅ d ⋅ tonf  m2

2

+ 49 ⋅ Ru ⋅

cm

2

kgf cm

⋅

m

2

kgf

D⋅ d

⋅

2

D⋅ d m

2

⋅ tonf

⋅ tonf

Luego se tiene que: φc := 0.75

Vc = 3.476 tonf

Vc_min = 3.77 tonf

Vc_max = 9.461 tonf Vc = 3.77 tonf

φc ⋅ Vc = 2.828 tonf

Verificación_hormigón = "Se necesita armadura de corte"

B-4

Armadura transversal Corte en el acero:

Vs = 11.83 tonf

Separación estribos máxima:

S = 48.75cm

Separación real:

Sep := 18cm

El área de la armadura de corte es:

Av_min

 2  fc ⋅ cm   0.2 ⋅ ⋅ D ⋅ Sep  3.5 ⋅ D ⋅ Sep kgf kgf kgf  := min  ⋅ , ⋅ 2 2 fy fy cm cm  

Av_min = 0.975 cm

Aps := n ⋅ Al



fpu ⋅ Sep

Av_mini := min  Av_min , 0.04 ⋅

fy ⋅ d



Av_real :=

⋅

d D



⋅ A ps 

Av_mini = 0.975 cm



Vs⋅ Sep

Av_real = 0.867 cm

fy ⋅ d

(

Av_rea := max A v_real , Av_min

)

Av_rea = 0.975 cm

El diámetro de las barras correspondientes a los estribos es:

φb :=

2Av_rea

φb = 8 mm

π

Cuantía Volumétrica del refuerzo 2

Sección pilote

Ag :=

Sección interior

 Ag

ρ s := 0.45 ⋅ 

 Ach

π ⋅D

Ach :=

 fc

− 1 ⋅

 fy

Área de acero mínima:

Ag = 3318.31cm

4 π ⋅ ( D − 2rec)

2

2

Ach = 2123.72cm

4

ρ s = 0.02109

Amin := ρ s⋅ Ag

Amin = 69.996cm

2

2

2

2

2

2

ANEXO C CUBICACIÓN DE MATERIALES DE ALTERNATIVAS DE PILOTES

C-1

ANEXO C RESUMEN CUBICACIONES PILOTES DE ACERO

ARICA Ejes A-B-C D-E

Protección Intermareal [m2] 1249,8 1499,5 554,2 761,7

Acero [ton]

ACERO

PILOTES DE ACERO

Densidad Acero

Pintura [m2] 2720,0 2931,8

Hinca [un]

Zapato Hinca [ton]

111,0 74,0

127,2 19,1

Ejes

Acero [ton]

A B C D E

416,6 416,6 416,6 277,1 277,1

Protección Intermareal [m2] 499,8 499,8 499,8 380,9 380,9

Diámetro [mm]

29 29 29 29 29

Pintura [m2]

Hinca [un]

499,8 906,7 1313,5 1310,9 1620,9

37,0 37,0 37,0 37,0 37,0

Zapato Hinca [ton] 42,4 42,4 42,4 9,6 9,6

Espesor [mm]

Sección [cm2]

Volumen [m3]

Peso [kg/m]

1000 1000 1000 762 762

16 16 16 14 14

494,61 494,61 494,61 328,99 328,99

1,43 1,43 1,43 0,95 0,95

Ejes

Acero [ton]

Protección Intermareal [m2]

Pintura [m2]

Hinca [un]

Zapato Hinca [ton]

A B C D E

431,0 387,9 402,2 277,1 353,6

499,8 499,8 499,8 380,9 380,9

499,8 906,7 1313,5 1310,9 1620,9

37,0 37,0 37,0 37,0 37,0

42,4 42,4 42,4 9,6 9,6

Diámetro [mm]

Espesor [mm]

Sección [cm2]

Volumen [m3]

Peso [kg/m]

30 27 28 29 37

1000 1000 1000 762 762

16 16 16 14 14

494,61 494,61 494,61 328,99 328,99

1,48 1,34 1,38 0,95 1,22

Ejes

Acero [ton]

Pintura [m2]

Hinca [un]

A B C D E

905,1 905,1 905,1 602,0 602,0

Protección Intermareal [m2] 499,8 499,8 499,8 380,9 380,9

499,8 906,7 1313,5 1310,9 1620,9

37,0 37,0 37,0 37,0 37,0

Zapato Hinca [ton] 42,4 42,4 42,4 9,6 9,6

Diámetro [mm]

Espesor [mm]

Sección [cm2]

Volumen [m3]

Peso [kg/m]

1000 1000 1000 762 762

16 16 16 14 14

494,61 494,61 494,61 328,99 328,99

3,12 3,12 3,12 2,07 2,07

7850 [kg/m3] Ejes

Cantidad pilotes

A B C D E

37 37 37 37 37

Protección Intermareal [m2]

Pintura [m2]

Zona de Splash [m] 4,3 4,3 4,3 4,3 4,3

LONGITUDES Zona de Ficha del Inmersión Relleno [m] pilote [m] [m] 0 14 10,5 3,5 10,5 10,5 7 7 10,5 10,5 3,5 10,5 14 0 10,5

Longitud total [m]

QUINTERO Ejes A-B-C D-E

Acero [ton] 1221,1 630,7

1499,5 761,7

ACERO

PILOTES DE ACERO

Densidad Acero

2720,0 2931,8

Hinca [un]

Zapato Hinca [ton]

111,0 74,0

127,2 19,1

Ejes

Ejes

Cantidad pilotes

A B C D E

37 37 37 37 37

Protección Intermareal [m2] 2715,2 1499,5 1204,0 761,7

Acero [ton]

ACERO

Densidad Acero PILOTES DE ACERO

388,3 11.259,9 388,3 11.259,9 388,3 11.259,9 258,3 7.489,4 258,3 7.489,4 TOTAL ACERO [ton]

416.614,5 416.614,5 416.614,5 277.107,9 277.107,9 1.804,1

7850 [kg/m3] Zona de Splash [m] 4,3 4,3 4,3 4,3 4,3

LONGITUDES Zona de Ficha del Inmersión Relleno [m] pilote [m] [m] 0 14 12 3,5 10,5 9 7 7 9,5 10,5 3,5 10,5 14 0 18,5

Longitud total [m]

CORONEL

A-B-C D-E

Peso por Peso Total [kg] pilote [kg]

Pintura [m2] 2720,0 2931,8

Zapato Hinca [un] Hinca [ton] 111,0 74,0

127,2 19,1

Peso por Peso Total [kg] pilote [kg]

388,3 11.648,1 388,3 10.483,3 388,3 10.871,6 258,3 7.489,4 258,3 9.555,4 TOTAL ACERO [ton]

430.980,5 387.882,4 402.248,4 277.107,9 353.551,4 1.851,8

7850 [kg/m3] Ejes

Cantidad pilotes

A B C D E

37 37 37 37 37

Zona de Splash [m] 4,3 4,3 4,3 4,3 4,3

LONGITUDES Zona de Ficha del Inmersión Relleno [m] pilote [m] [m] 0 14 45 3,5 10,5 45 7 7 45 10,5 3,5 45 14 0 45

Longitud total [m] 63 63 63 63 63

Peso por Peso Total [kg] pilote [kg]

388,3 24.461,1 388,3 24.461,1 388,3 24.461,1 258,3 16.270,1 258,3 16.270,1 TOTAL ACERO [ton]

905.059,0 905.059,0 905.059,0 601.993,0 601.993,0 3.919,2

C-2

RESUMEN CUBICACIONES PILOTES DE HORMIGÓN PRETENSADO (Sección llena)

Arica RESUMEN TOTAL

Armadura Transversal

Armadura Longitudinal

HORMIGÓN

LONGITUDES Ejes

Cantidad pilotes

A B C D E

37 37 37 37 37

4,3 4,3 4,3 4,3 4,3

Zona de Inmersión [m] 0 3,5 7 10,5 14

Área Acero [cm2] 54,7 54,7 54,7 27,5 27,5

Zona de Splash [m]

Relleno [m]

Ficha del pilote [m]

Longitud total [m]

14 10,5 7 3,5 0

11 11 11 10,5 11,5

29 29 29 29 30

Ejes

Cantidad

A B C D E

30 30 30 28 28

Diámetro [mm] 15,24 15,24 15,24 11,18 11,18

Longitud de Análisis [m] 29 29 29 29 30

Distancia estribos [cm] 12 12 12 18 18

Diámetro [mm] 12 12 12 8 8

Zona de Splash [m]

Zona de Inmersión [m]

Relleno [m]

Ficha del pilote [m]

Longitud total [m]

4,3 4,3 4,3 4,3 4,3

0 3,5 7 10,5 14

14 10,5 7 3,5 0

12,5 8,5 9,5 12 23

31 27 28 30 41

Ejes A B C D E

Volumen Peso por Peso [kg/m] [m3] pilote [kg] 0,159 43,0 1.245,8 0,159 43,0 1.245,8 0,159 43,0 1.245,8 0,080 21,6 625,3 0,082 21,6 646,9 TOTAL ACERO LONGITUDINAL [kg] Estribos/m 9 9 9 6 6

Área Acero [cm2/m] 10,2 10,2 10,2 3,0 3,0

Diámetro [cm] Sección [cm2] 100 100 100 65 65

Volumen [m3]

7853,98 22,54 7853,98 22,54 7853,98 22,54 3318,31 9,53 3318,31 9,86 TOTAL HORMIGÓN [m3]

Volumen Total [m3] 833,88 833,88 833,88 352,58 364,74 3.218,9

Peso Total [kg] 46.094,6 46.094,6 46.094,6 23.136,1 23.933,9 185.353,9

Ejes A-B-C D-E

Hormigón [m3] 2501,6 717,3

Acero Longitudinal [ton] 138,3 47,1

Acero Transversal [ton] 25,7 5,2

RESUMEN POR EJES Ejes

Hormigón [m3]

A B C D E

833,9 833,9 833,9 352,6 364,7

Acero Longitudinal [ton] 46,1 46,1 46,1 23,1 23,9

Acero Transversal [ton] 8,6 8,6 8,6 2,5 2,6

Acero Longitudinal [ton]

Acero Transversal [ton]

Volumen Peso por pilote Peso Total Peso [kg/m] [m3] [kg] [kg] 0,081 8,0 231,7 8.573,6 0,081 8,0 231,7 8.573,6 0,081 8,0 231,7 8.573,6 0,014 2,4 68,7 2.540,3 0,015 2,4 71,0 2.627,9 TOTAL ACERO TRANSVERSAL [kg] 30.889,1

Quintero RESUMEN TOTAL

Armadura Transversal

Armadura Longitudinal

HORMIGÓN

LONGITUDES Ejes

Cantidad pilotes

A B C D E

37 37 37 37 37

Ejes

Cantidad

A B C D E

30 30 30 28 28

Diámetro [mm] 15,24 15,24 15,24 11,18 11,18

Longitud de Análisis [m] 31 27 28 30 41

Distancia estribos [cm] 12 12 12 18 18

Diámetro [mm] 12 12 12 8 8

Zona de Splash [m]

Zona de Inmersión [m]

4,3 4,3 4,3 4,3 4,3

0 3,5 7 10,5 14

Ejes A B C D E

Área Acero Volumen Peso por Peso [kg/m] [cm2] [m3] pilote [kg] 54,7 0,170 43,0 1.331,7 54,7 0,148 43,0 1.159,9 54,7 0,153 43,0 1.202,8 27,5 0,082 21,6 646,9 27,5 0,113 21,6 884,0 TOTAL ACERO LONGITUDINAL [kg] Estribos/m 9 9 9 6 6

Área Acero [cm2/m] 10,2 10,2 10,2 3,0 3,0

Diámetro [cm] Sección [cm2] 100 100 100 65 65

Volumen [m3]

7853,98 24,09 7853,98 20,98 7853,98 21,76 3318,31 9,86 3318,31 13,47 TOTAL HORMIGÓN [m3]

Volumen Total [m3] 891,38 776,37 805,12 364,74 498,47 3.336,1

Peso Total [kg] 49.273,6 42.915,7 44.505,2 23.933,9 32.709,7 193.338,0

Ejes A-B-C D-E

Hormigón [m3] 2472,9 863,2

136,7 56,6

25,4 6,2

RESUMEN POR EJES Ejes

Hormigón [m3]

A B C D E

891,4 776,4 805,1 364,7 498,5

Acero Longitudinal [ton] 49,3 42,9 44,5 23,9 32,7

Acero Transversal [ton] 9,2 8,0 8,3 2,6 3,6

Acero Longitudinal [ton]

Acero Transversal [ton]

Volumen Peso por pilote Peso Total Peso [kg/m] [m3] [kg] [kg] 0,086 8,0 247,7 9.164,9 0,075 8,0 215,7 7.982,3 0,078 8,0 223,7 8.278,0 0,015 2,4 71,0 2.627,9 0,020 2,4 97,1 3.591,5 TOTAL ACERO TRANSVERSAL [kg] 31.644,7

Coronel

HORMIGÓN

LONGITUDES Ejes

Cantidad pilotes

A B C D E

37 37 37 37 37

Ejes

Cantidad

A B C D E

30 30 30 28 28

Diámetro [mm] 15,24 15,24 15,24 11,18 11,18

Longitud de Análisis [m] 63 63 63 63 63

Distancia estribos [cm] 12 12 12 18 18

RESUMEN TOTAL

Relleno [m]

Ficha del pilote [m]

Longitud total [m]

14 10,5 7 3,5 0

45 45 45 45 45

63 63 63 63 63

Diámetro [cm] Sección [cm2] 100 100 100 65 65

Volumen [m3]

7853,98 48,96 7853,98 48,96 7853,98 48,96 3318,31 20,70 3318,31 20,70 TOTAL HORMIGÓN [m3]

Volumen Total [m3] 1811,52 1811,52 1811,52 765,95 765,95 6.966,5

Ejes A-B-C D-E

Hormigón [m3] 5434,6 1531,9

300,4 100,5

55,9 11,0

Armadura Transversal

Armadura Longitudinal

RESUMEN POR EJES

Ejes A B C D E

Área Acero Volumen Peso por Peso [kg/m] [cm2] [m3] pilote [kg] 54,7 0,345 43,0 2.706,4 54,7 0,345 43,0 2.706,4 54,7 0,345 43,0 2.706,4 27,5 0,173 21,6 1.358,4 27,5 0,173 21,6 1.358,4 TOTAL ACERO LONGITUDINAL [kg] Diámetro [mm] 12 12 12 8 8

Estribos/m 9 9 9 6 6

Área Acero [cm2/m] 10,2 10,2 10,2 3,0 3,0

Peso Total [kg] 100.136,6 100.136,6 100.136,6 50.261,2 50.261,2 400.932,3

Volumen Peso por pilote Peso Total Peso [kg/m] [m3] [kg] [kg] 0,175 8,0 503,4 18.625,5 0,175 8,0 503,4 18.625,5 0,175 8,0 503,4 18.625,5 0,031 2,4 149,2 5.518,7 0,031 2,4 149,2 5.518,7 TOTAL ACERO TRANSVERSAL [kg] 66.913,7

Ejes

Hormigón [m3]

A B C D E

1811,5 1811,5 1811,5 765,9 765,9

Acero Longitudinal [ton] 100,1 100,1 100,1 50,3 50,3

Acero Transversal [ton] 18,6 18,6 18,6 5,5 5,5

C-3

RESUMEN CUBICACIONES PILOTES DE HORMIGÓN PRETENSADO (Sección anular)

Arica

Armadura Transversal

Armadura Longitudinal

HORMIGÓN

LONGITUDES Ejes

Cantidad pilotes

A B C D E

37 37 37 37 37

Ejes

Cantidad

A B C D E

Ejes A B C D E

4,3 4,3 4,3 4,3 4,3

Zona de Inmersión [m] 0 3,5 7 10,5 14

30 30 30 28 28

Diámetro [mm] 15,24 15,24 15,24 11,18 11,18

Área Acero [cm2] 54,7 54,7 54,7 27,5 27,5

Longitud de Análisis [m] 29 29 29 29 30

Distancia estribos [cm] 12 12 12 18 18

Diámetro [mm] 12 12 12 8 8

Zona de Splash [m]

Relleno [m]

Ficha del pilote [m]

Longitud total [m]

14 10,5 7 3,5 0

11 11 11 10,5 11,5

29 29 29 29 30

Volumen Peso por Peso [kg/m] [m3] pilote [kg] 0,159 43,0 1.245,8 0,159 43,0 1.245,8 0,159 43,0 1.245,8 0,080 21,6 625,3 0,082 21,6 646,9 TOTAL ACERO LONGITUDINAL [kg] Estribos/m 9 9 9 6 6

Área Acero [cm2/m] 10,2 10,2 10,2 3,0 3,0

Diámetro [cm] Sección [cm2] 100 100 100 65 65

Volumen [m3]

5890,49 16,84 5890,49 16,84 5890,49 16,84 2611,45 7,48 2611,45 7,74 TOTAL HORMIGÓN [m3]

Volumen Total [m3] 623,19 623,19 623,19 276,73 286,28 2.432,6

Peso Total [kg] 46.094,6 46.094,6 46.094,6 23.136,1 23.933,9 185.353,9

Ejes A-B-C D-E

Hormigón [m3] 1869,6 563,0

Ejes

Hormigón [m3]

A B C D E

623,2 623,2 623,2 276,7 286,3

Ejes

Hormigón [m3]

Acero Acero Longitudinal Transversal [ton] [ton] 138,3 47,1

25,7 5,2

Acero Acero Longitudinal Transversal [ton] [ton] 46,1 8,6 46,1 8,6 46,1 8,6 23,1 2,5 23,9 2,6

Volumen Peso por pilote Peso Total Peso [kg/m] [m3] [kg] [kg] 0,081 8,0 231,7 8.573,6 0,081 8,0 231,7 8.573,6 0,081 8,0 231,7 8.573,6 0,014 2,4 68,7 2.540,3 0,015 2,4 71,0 2.627,9 TOTAL ACERO TRANSVERSAL [kg] 30.889,1

Quintero

Armadura Transversal

Armadura Longitudinal

HORMIGÓN

LONGITUDES Ejes

Cantidad pilotes

A B C D E

37 37 37 37 37

Ejes

Cantidad

A B C D E

Ejes A B C D E

4,3 4,3 4,3 4,3 4,3

Zona de Inmersión [m] 0 3,5 7 10,5 14

30 30 30 28 28

Diámetro [mm] 15,24 15,24 15,24 11,18 11,18

Área Acero [cm2] 54,7 54,7 54,7 27,5 27,5

Longitud de Análisis [m] 31 27 28 30 41

Distancia estribos [cm] 12 12 12 18 18

Diámetro [mm] 12 12 12 8 8

Zona de Splash [m]

Relleno [m]

Ficha del pilote [m]

Longitud total [m]

14 10,5 7 3,5 0

12,5 8,5 9,5 12 23

31 27 28 30 41

Volumen [m3] 0,170 0,148 0,153 0,082 0,113

Estribos/m 9 9 9 6 6

Diámetro [cm] Sección [cm2] 100 100 100 65 65

Peso por Peso Total pilote [kg] [kg] 43,0 1.331,7 49.273,6 43,0 1.159,9 42.915,7 43,0 1.202,8 44.505,2 21,6 646,9 23.933,9 21,6 884,0 32.709,7 TOTAL ACERO LONGITUDINAL [kg]

Volumen [m3]

5890,49 18,00 5890,49 15,68 5890,49 16,26 2611,45 7,74 2611,45 10,57 TOTAL HORMIGÓN [m3]

Volumen Total [m3] 666,17 580,21 601,70 286,28 391,24 2.525,6

Peso [kg/m]

Área Acero [cm2/m] 10,2 10,2 10,2 3,0 3,0

193.338,0

A-B-C D-E

1848,1 677,5

Ejes

Hormigón [m3]

A B C D E

666,2 580,2 601,7 286,3 391,2

Ejes

Hormigón [m3]

Acero Acero Longitudinal Transversal [ton] [ton] 136,7 56,6

25,4 6,2

Acero Acero Longitudinal Transversal [ton] [ton] 49,3 9,2 42,9 8,0 44,5 8,3 23,9 2,6 32,7 3,6

Volumen Peso por pilote Peso Total Peso [kg/m] [m3] [kg] [kg] 0,086 8,0 247,7 9.164,9 0,075 8,0 215,7 7.982,3 0,078 8,0 223,7 8.278,0 0,015 2,4 71,0 2.627,9 0,020 2,4 97,1 3.591,5 TOTAL ACERO TRANSVERSAL [kg] 31.644,7

Coronel

Armadura Transversal

Armadura Longitudinal

HORMIGÓN

LONGITUDES Ejes

Cantidad pilotes

A B C D E

37 37 37 37 37

Ejes

Cantidad

A B C D E

Ejes A B C D E

4,3 4,3 4,3 4,3 4,3

Zona de Inmersión [m] 0 3,5 7 10,5 14

30 30 30 28 28

Diámetro [mm] 15,24 15,24 15,24 11,18 11,18

Área Acero [cm2] 54,7 54,7 54,7 27,5 27,5

Longitud de Análisis [m] 63 63 63 63 63

Distancia estribos [cm] 12 12 12 18 18

Diámetro [mm] 12 12 12 8 8

Zona de Splash [m]

Relleno [m]

Ficha del pilote [m]

Longitud total [m]

14 10,5 7 3,5 0

45 45 45 45 45

63 63 63 63 63

Volumen [m3] 0,345 0,345 0,345 0,173 0,173

Estribos/m 9 9 9 6 6

Diámetro [cm] Sección [cm2] 100 100 100 65 65

Peso por Peso Total pilote [kg] [kg] 43,0 2.706,4 100.136,6 43,0 2.706,4 100.136,6 43,0 2.706,4 100.136,6 21,6 1.358,4 50.261,2 21,6 1.358,4 50.261,2 TOTAL ACERO LONGITUDINAL [kg]

Volumen [m3]

5890,49 36,59 5890,49 36,59 5890,49 36,59 2611,45 16,25 2611,45 16,25 TOTAL HORMIGÓN [m3]

Peso [kg/m]

Área Acero [cm2/m] 10,2 10,2 10,2 3,0 3,0

400.932,3

Volumen Peso por pilote Peso Total Peso [kg/m] [m3] [kg] [kg] 0,175 8,0 503,4 18.625,5 0,175 8,0 503,4 18.625,5 0,175 8,0 503,4 18.625,5 0,031 2,4 149,2 5.518,7 0,031 2,4 149,2 5.518,7 TOTAL ACERO TRANSVERSAL [kg] 66.913,7

Volumen Total [m3] 1353,83 1353,83 1353,83 601,18 601,18 5.263,8

A-B-C D-E

4061,5 1202,4

Ejes

Hormigón [m3]

A B C D E

1353,8 1353,8 1353,8 601,2 601,2

Acero Acero Longitudinal Transversal [ton] [ton] 300,4 100,5

55,9 11,0

Acero Acero Longitudinal Transversal [ton] [ton] 100,1 18,6 100,1 18,6 100,1 18,6 50,3 5,5 50,3 5,5

ANEXO D CÁLCULO DE COSTOS DE CONSTRUCCIÓN

D-1

ANEXO D CÁLCULO DE COSTOS DE MATERIALES Del anexo C es posible obtener los valores de las cubicaciones utilizadas en las siguientes tablas. 1400 US$/ton 400 US$/m3 1300 US$/ton

Costo Acero Costo Hormigón Costo Acero Ref

Alternativa Acero Arica Quintero Coronel

Acero ton 1804,1 1851,8 3919,2

Alternativa H.A. Arica Quintero Coronel

Hormigon m3 3958,2 4021,1 10651,5

Acero Ref. Camisa Perd. ton ton 492,3 375,3 501,8 375,3 1314,8 375,3

Alternativa H. Pretensado Arica Quintero Coronel

Hormigon m3 3218,9 3246,5 6966,5

Acero Ref. ton 216,2 218,7 467,8

ZONA ARICA QUINTERO CORONEL

ACERO US$ 2.525.683 2.592.479 5.486.828

Total US$ 2.525.683 2.592.479 5.486.828

Total US$ 1.568.692 1.582.886 3.394.783

HA PRETENSADO US$ US$ 2.748.664 1.568.692 2.786.226 1.582.886 6.495.246 3.394.783

Total US$ 2.748.664 2.786.226 6.495.246

D-2

CÁLCULO DE COSTOS PILOTES DE HORMIGÓN PRETENSADO (Sección llena)

Viga Pilote D = 1m Pilote D = 0,65m Factor amplif.

Longitudes L