Fuerza sobre muelles

FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE UN MUELLE
4.6.6 Fuerzas que actúan sobre un muelle Ejemplo de cálculo de las fuerzas que actúan en un muelle rígido con pilas verticales. (1) Condiciones de diseño: Tipo de barco Peso muerto de 15,000 (D.W) Eslora 165 m Calado 9.5 m Tonelaje de arqueo total 10,000 (G.T) Tonelaje de desplazamiento 20,000 (D.T) Velocidad de atraque 10 cm/seg Longitud de atracadero 185 mAltura de corona +4.0 Sobrecarga Caso ordinario: Caso extraordinario

2.0 ton/m2 1.0 ton/m2

(1)

Condiciones naturales Elevaciones Nivel de pleamar media Nivel de bajamar media Nivel del agua residual Condiciones del suelo Profundidad actual − 5.0 ≈ −50.0m Suelos cohesivos -5.0 m capa uniforme de arcilla C = 5.0 + 0.125Z (t / m 2 ) Z= profundidad a -5.0 m Peso unitario sumergido γ ´= 0.5t /m 3 N=8 en este caso no se consideró por ser zona de calma +2.00 m +0.10 m +0.70 m

Oleaje

Coeficiente sísmico: Horizontal Vertical kh=0.15 kv = 0

Peso específico del agua de mar = 1.03 ton/m3

Arreglo de pilas

Dimensiones de superestructura 1 2 3 4 Pavimento Espesor de losa Altura de Viga Ancho de viga 10 cm 25 cm 120 cm 80 cm

Consideraciones de diseño 1 Defensas La elevaciónde la pila es a la +3.50 y desplantada a -30 m

Longitud (m) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

DEFORMACIÓN 40% Reacción Energía de (t) Absorción (t-m) 38 5.3 57 7.9 76 10 95 13 114 16

DEFORMACIÓN 45% Reacción Energía de (t) Absorción (t-m) 39 6.2 58 9.3 78 12 97 15 117 18

Tabla 5

Rendimiento de defensas

Solución 1 Longitud de pilas

kh = 0.15 N = 0.15(8) = 1.2 kg/cm3

β =4
1

khD(1.2)(81.28) =4 = 2.63x10 −3 4 EI (4)(2.1x10 6 )(2.42 x10 5

β

= 380cm

Longitud libre de pilas: Pila 1 Pila 2 Pila 3 L(1) = h1+ 1

β

= 12.03 + 3.80 = 15.83 m

L(2) = 10.37 + 3.80 = 14.17 m L(3) = 9.20 + 3.80 = 13.00 m

Cálculo de Fuerzas externas 1) Fuerzas horizontales

Fuerza sísmica La fuerza sísmica para un marco rígido, consistente en Pila 1, Pila 2 y Pila 3, se calculamultiplicando el coeficiente sísmico de diseño por la sumatoria de la sobrecarga, el peso muerto de la superestructura, y la mitad del peso virtual alrededor del punto fijo arriba de la pila Superestructura ⎛1⎞ W 1 = (1.9)(23)(14)⎜ ⎟(0.15) = 18.35t ⎝5⎠

⎛1⎞ W 2 = (0.237)(15.83 + 14.17 + 13.00)⎜ ⎟(0.15) = 0.76t ⎝ 2⎠
Sobrecarga (1.0 t/m2 en caso extraordinario) ⎛1⎞ W 3 = (1.0)(23)(14)⎜ ⎟(0.15) = 9.66t⎝5⎠ Fuerza sísmica total
W 1 + W 2 + W 3 = 28.77t

Fuerza de atraque Barco de 15,000 D.W. Tonelaje de desplazamiento 20,000 D.T. Eslora: Calado 165 m 9.5 m

Velocidad de atraque 0.1 m/s Calculo de la energía de atraque Wa =

π
4

D 2 LW0 =

3.14 (9.5) 2 (165)(1.03) = 12000t 4

Peso virtual W = 20,000 + 12,000 = 32,000t

Energía efectiva de atraque MV 2 32,000(0.1) 2 E= = = 8.2tm 4g(4)(9.8) Longitud de las defensas E´= E 8.2 = = 9.1tm 0.9 0.9

Usando la Tabla 5, con 45% de deformación, la longitud necesaria de defensa es: l= 9.1 = 1.46m ≈ 1.50m 6.2

Fuerza tractiva Para el barco de 15,000 D.W. (10,000 G.T.) (ver Tabla 4 Pág. 92) La fuerza de tensión de la bita es 50 t

Como la bita esta instalada en el centro del bloque la fuerza tractiva que actúa en el muelle rígido es⎛1⎞ P = 50⎜ ⎟ = 10t ⎝5⎠ Sumatoria de fuerzas horizontales Condiciones de carga Por unidad de longitud Fuerzas horizontales Durante sismo Marco rígido 28.8t Durante atraque Bloque 58t Marco rígido 23.2 ⎛ 58 * 2 ⎞ = 23.2 ⎟ ⎜ ⎠ ⎝ 5 Durante tracción Marco rígido 10t

2)

Fuerzas verticales

Las fuerzas verticales que actúan en cada pula se calculan con la elevación +3.50, y una profundidad dela pila de -30m.

Pila
Superestructura Peso pilas Caso norm al Sobrecarga Caso extra ordin ario Caso norm al Caso extra ordin ario

Pila-1 Pila-2 Pila-3 1 1 1 1.9 x 4.5 x 23x = 39.3t 1.9 x5.0 x 23 x = 43.7t 1.9 x 4.5 x 23x = 39.3t 5 5 5
0.237 x33.5 = 7.9t 7.9t ⎛1⎞ ⎛1⎞ 2.0 x 4.5 x 23⎜ ⎟ = 41.4t 2.0 x5.0 x 23⎜ ⎟ = 46.0t ⎝5⎠ ⎝5⎠
⎛1⎞ 1.0 x 4.5 x 23⎜ ⎟ = 20.7t ⎝ 5⎠ ⎛ 1⎞ 1.0 x5.0 x 23⎜ ⎟ =...