Exp. Tecnico

5.5 ESTRUCTURAS Y OBRAS DE ARTE

ESTUDIO DEFINITIVO DE LA CARRETERA YUNGAYYANGANUCO

ESTRUCTURAS Y OBRAS DE ARTE

INFORME DEFINITIVO

1.0 INTRODUCCION

Mediante Contrato suscrito con Gobierno Regional de Ancash, BWICC recibió el encargo de

desarrollar el Estudio Definitivo para el Mejoramiento de la Carretera Yungay - Llanganuco,

con una longitud 24.767 Km., ubicada en la provincia de Yungay.

2.0 OBJETIVO

El objetivo del presente informe es identificar las estructuras y obras de arte existentes y

evaluar el estado en que se encuentran de modo tal que conlleve a proponer acciones

(mantenimiento, reforzamiento o demolición y reemplazo) que permitan mantener la

operatividad de dichas estructuras o en su defecto descartarlas y en este caso proponer

alternativas de solución .

3.0 INVENTARIO DE LAS ESTRUCTURAS EXISTENTES

El equipo de profesionales asignado por BWICC s.a.c. al Estudio Definitivo de la Carretera

mejoramiento de la carretera Yungay - Llanganuco, realizó un recorrido minucioso del

tramo en estudio, con la finalidad de realizar el inventariado y evaluación detallada de las

diversas estructuras existentes.

Durante el reconocimiento del tramo de carretera en Estudio se identificaron dos

pontones de luces de aproximadamente 5 m., así como diversas estructuras de drenaje, las

mismas que se muestran en el panel fotográfico de puentes y panel fotográfico de

estructuras de drenaje, respectivamente, los que forman parte del presente informe

Los mencionados pontones proponemos sean cambiados por alcantarillas de concreto

armado

a) La información detallada de los pontones se presenta en los formatos de

Inventario de que se adjunta al presente informe, no obstante aquí se muestra un

resumen.

1) Nombre: Pontón RUNTU (Progresiva 00 + 090)

• Ubicación: distrito Yungay

• Tipo de Estructura:

Superestructura: Concreto Armado. Un solo tramo.

Estribos: Concreto Armado

• Longitud: 8 m.

• Altura de pantalla: 4 m.

- Superestructura: Concreto Armado. Un solo tramo.Estribos: Concreto Armado

• Longitud: 8 mts• Altura de pantalla: 4 mts

2) Nombre: Alcantarilla ONGO (Prog. 02 + 398)• Ubicación: Distrito Yungay Tipo de Estructura

- Superestructura: Losa de madera, vigas de troncos y Estribos de Mampostería.• Longitud : 3.50 m• Altura de Pantalla: 3.00 m.

3) Nombre: Alcantarilla SHILLCOP 1(Prog. 07+717)• Ubicación: Distrito de Yungay.• Tipo de Estructura.

- Superestructura: Losa de madera, vigas de troncos y Estribos de Mampostería• Longitud : 3.00 m• Altura de pantalla : 2.80 m

4) Nombre: Alcantarilla SHILLCOP 2 (Prog. 08+135)• Ubicación: Distrito de Yungay• Tipo de Estructura.

- Súper estructura: Losa de madera, Vigas de troncos y Estribos de Mampostería• Longitud: 3,50 m• Altura de pantalla: 2.50 m

5) Nombre: AlcantarillaSHILLCOP 3 (Prog. 08+658.09)• Ubicación: Distrito de Yungay• Tipo de Estructura.

- Súper estructura: Losa de madera, Vigas de troncos y Estribos de Mampostería• Longitud: 3.00 m• Altura de pantalla: 2.70 m

6) Nombre: Alcantarilla SHILLCOP 4 (Progresiva 11+859)• Ubicación: distrito de Yungay• Tipo de Estructura.

- Súper estructura: Losa de madera, Vigas de troncos y Estribos de Mampostería• Longitud: 3.00 m.• Altura de pantalla: 2.70 m.

7) Nombre: Pontón SHILLCOP 5 (Progresiva 13+446.06)• Ubicación: distrito de Yungay• Tipo de Estructura.

- Súper estructura: Losa de madera, Vigas de troncos Rollizos, Estribos de Mampostería.

-Las estructuras de drenaje encontradas son alcantarillas tipo TMC de diversos

diámetros, las cuales, en gran número, no poseen cabezales, en algunos casos dichas

alcantarillas han colapsado, y se requiere una nueva, en algunos cauces se propone la

construcción de alcantarillas de concreto tipo marco, también se han encontrado

algunas alcantarillas que necesitan mantenimiento es decir limpieza y desbroce, existen

algunas zonas de la vía con notable erosión por falta de obras complementarias en la

salida de las alcantarillas en particular cuando se tienen fuertes pendientes en el

terreno, por lo que estas deben ser protegidas con una estructura adecuada. Por otro

lado, también existen zonas donde se requiere la construcción de muros de concreto ya

que los existentes han sido erosionados.

Cuadro N° 01 Características de Tajeas Existentes

N9Progresiva

Km.

TAJEAS PROYECTADAS

Tipo Material

Dimensiones

Ø (pulg.)

Luz (m)

Altura (m)

01 00+960.00 Pase agua piedra 0.30 0.25

02 01+350.00 Pase agua piedra 0.30 0.30

03 01+741.00 Pase agua piedra 0.40 0.40

04 02+131.00 Pase agua piedra 0.40 0.30

05 02+255.00 Pase agua piedra 0.40 0.40

06 02+300.00 Pase agua piedra 0.40 0.35

07 02+485.00 Pase agua piedra 0.35 0.40

08 02+546.90 Pase agua piedra 0.25 0.30

09 02+787.67 Pase agua piedra 0.25 0.25

10 03+470.00 Pase agua piedra 0.20 0.15

1104+270,00 Pase agua piedra - 0.30 0.30

1205+591.90 Pase agua piedra - 0.35 0.35

13 06+770.00 Pase agua piedra - 0.25 0.30

14 08+715.00 Pase agua piedra - 0.30 0.30

15 08+951.58 Pase agua piedra 0.35 0.30

1609+501.45 Pase agua piedra 0.30 0.30

17 12+337.27 Pase agua piedra - 0.30 0.30

1813+540.00 Pase agua piedra - 0.25 0.25

19 13+703.60 Pase agua piedra -0.20

0.15

2014+714.83 Pase agua piedra - 0.25

0.20

2115+990.00 Pase agua piedra 4 - -

2216+091.51 Pase agua piedra 0.25 0.25

23 17+014.50 Pase agua piedra 8" -

24 17+201.31 Pase agua piedra 4" -

25 17+224.80 Pase agua

piedra 0.25 0.30

2617+338.00 Pase

aguapiedra

6-

4.0 EVALUACION DE LAS ESTRUCTURAS EXISTENTES

En el inventario y evaluación de las diferentes estructuras encontradas a lo largo de la vía y

la posibilidad de continuar utilizándolas, previa limpieza o rehabilitación si así se requiere,

se han indicado en cada caso la situación de las estructuras básicas de drenaje existentes,

operativas o no, así como de los 02 puentes más relevantes. En el presente informe se

incluye para cada puente la siguiente información:

Ficha Técnica y Panel Fotográfico.

También se ha considerado tres tipos de clasificación para las obras de arte de acuerdo al

estado de conservación en la que se encuentran:

a) Las existentes, operativas y en buenas condiciones que no requieren reparaciones

substanciales, salvo que la revisión detallada en la etapa de la construcción determine otra

cosa, aparte de la limpieza recomendada. Las planchas de alcantarillas que se encuentren

en proceso de corrosión, puede ser reparado con lija y pintura adecuada o bien con la

colocación de una losa adicional de concreto armado en la zona de escurrimiento. Han sido

marcadas como EXISTENTE

b) Las que requieren algún tipo de rehabilitación, en cabezales faltantes o rajados. Han

sido marcadas como REHABILITAR

c) Las obras nuevas que se deben construir en lugares donde hubo una obra colapsada o

donde no ha existido antes una similar. Han sido marcadas como NUEVA.

Teniendo en cuenta la clasificación descrita anteriormente se ha elaborado la relación de

los trabajos de Mantenimiento, Rehabilitación, Reforzamiento y/o Ampliación que se

muestra a continuación y cuyo panel de fotos forman parte del presente informe.

5.0 RELACION Y DETALLE DE LOS TRABAJOS DE MANTENIMIENTO, REHABILITACION,

REPARACION, REFORZAMIENTO Y AMPLIACION NECESARIOS

En lugares puntuales, indicados en el inventario, ante la existencia de plataformas de vía

inestable y amenazada de colapso, se recomienda el desplazamiento lateral del eje vial y el

manejo de los cerros inestables colindantes con el proceso de andenes escalonados y la

ayuda de re vegetación. Por otro lado también se han ubicado con dimensionamiento

inicial, las estructuras nuevas de drenaje requeridas en la vía, en reemplazo de antiguas

colapsadas o bien totalmente nuevas en lugares donde son imprescindibles.

A continuación se describe brevemente las soluciones propuestas para las obras nuevas y

que se detallan en los cuadros más adelante.

5.01 Alcantarillas.- Tanto las de alivio, como las de paso, serán de metal corrugado de

sección circular ( TMC ), de diámetros variables, provistas de muros cabezales de

ingreso y salida y, de ser posible, con encauzamiento de piedra emboquillada

después de los cabezales. En el caso de alcantarillas existentes con cabezales

colapsados, se indica la reposición de los mismos. Los diámetros corresponden a la

magnitud de las cuencas que se deben atender y a la intensidad de las

precipitaciones pluviales esperadas.

5.02 Badenes.- Como la topografía lo determina, se ha sugerido la construcción de 01

Badén de concreto armado, con una longitud de 25 m., el cual reemplazará al

existente que se encuentra en mal estado.

5.03 Caídas.- aliviaderos, son estructuras de concreto y piedra emboquillada que

trasladan el agua a drenar de las cunetas hacia abajo en los terraplenes con

gradientes fuertes o en lugares donde ocurren cambios de gradiente. Pretenden

evitar la erosión de taludes en relleno.

5.04 Alcantarillas de marco.- A construirse en lugares donde se ha determinado que

son necesarias. Se construirán de concreto armado, según diseño, de un ojo y de

largo variable, provistas de aleros de encauzamiento y plataforma empedrada de

de ingreso y salida

5.05 Pontones - Son pontones de concreto armado, con luces menores a 10 metros.

5.06 Cunetas.- La instalación de cunetas triangulares típicas de concreto y las de tipo

canoa en zonas urbanas, en los bordes de la vía, se indicaran en los planos

determinados, no se incluyen en el presente inventario.

INVENTARIO Y EVALUACIONDE TAJEAS EXISTENTES

6.0 MEMORIA DE CÁLCULO

Se muestra algún diseño típico los cuales podrán sufrir ligeros cambios al ser

revisados y ajustados en la parte del diseño final, se muestran algunos diseños de

muros para alturas variables, cabezales de alcantarillas y pontones.

6.1 MEMORIA DE CÁLCULO DE MURO CABEZAL TIPICO DE ALCANTARILLAS

Figura 1.- Vista Isométrica de Cabezal Típico

6.01.1 INTRODUCCION

Se proyecta la construcción de muros cabezales típicos de las alcantarillas parte de

las obras complementarias de dichas estructuras, los muros cabezales son de

concreto armado y el análisis y diseño está en conformidad con las Normas de

Diseño dadas por la Dirección General de Caminos y Ferrocarriles del Ministerio de

Transportes y Comunicaciones en el Manual de Puentes, así como por las

Especificaciones AASHTO LRFD (American Association of State Highway and

Transportation Officials-Standard Specifications for Highway Bridges), tal como se

verá en el desarrollo del siguiente informe.

6.01.2 OBJETIVO

El objetivo del presente trabajo es determinar el refuerzo principal por flexión, la

verificación por cortante, para los muros cabezales típicos en este caso particular

de 2.30m de altura en promedio, para ello se hará la determinación de los

momentos y cortantes máximos últimos (Mu, Vu) con los cuales se procederá a

efectuar el diseño por flexión y la verificación por cortante.

6.01.3 CONSIDERACIONES DEL DISEÑO

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Concreto

Se ha adoptado como parámetros de diseño el empleo de un concreto estructural

cuya resistencia a los 28 días no debe ser menor de:fc= 210.00 kg/cm2

Ec=15000 f ' c→kg /cm2

Ec: Modulo de elasticidad del concreto.

Acero para concreto armado

Deberá cumplir las siguientes normas ASTM A615, G-60; ITINTEC 341.031; y tendrá

las siguientes características técnicas:

• Límite de Fluencia : Fy = 4200 kg/cm2.

• Módulo de Elasticidad : E= 2100000 kg/cm2

6.01.4 CARGAS DE DISEÑO

Cargas de Diseño de Puentes y Pontones.

De acuerdo a lo que exigen las normas actuales se ha considerado la sobrecarga vehicular

HL-93, consistente en un camión por vía de aprox. 33 toneladas y con una sobrecarga

uniformemente distribuida por vía de trafico de 0.96 tn/m. De acuerdo al ASSHTO LRFD se

considera una sobrecarga por impacto como 33% del camión de diseño.

Figura 2. Camión de Diseño

6.1.5 FILOSOFIA DE DISEÑO

Ecuaciones De Diseño

Los puentes deben ser proyectados para cumplir satisfactoriamente las

condiciones impuestas por los estados límite previstos en el proyecto,

considerando todas las combinaciones de carga que puedan ser ocasionadas

durante la construcción y el uso del puente.

Estados LímitesLos Estados Límites que define la norma se detalla en el cuadro siguiente:

Cuadro N° 01: Estados Límites

ESTADOS LIMITES

Servicio

Servicio I

Servicio II

Servicio III

Fatiga y Fractura Fatiga

Resistencia

Resistencia I

Resistencia II

Resistencia III

Resistencia IV

Resistencia V

Evento Extremo I

Evento Extremo Evento Extremo II

Estado Límite de Servicio:

Se toma en cuenta como una restricción sobre los esfuerzos, deformaciones y ancho de

las grietas bajo condiciones regulares de servicio.

Estado Limite de Fatiga y Fractura:

Se toma en cuenta como restricciones en el rango de esfuerzos causados por un solo

camión de diseño que ocurre en el número esperado de ciclos correspondientes a ese

rango de esfuerzos. El estado de fractura será tomado en cuenta como una gama de

requerimientos de tenacidad del material. El criterio de diseño es de control de grietas.

Estado Límite de Resistencia:

Es considerado para asegurar la resistencia y la estabilidad, ambas son dadas para

resistir las combinaciones especificadas de carga que se espera que un puente

experimento durante su vida de diseño. Bajo este estado podría ocurrir daño

estructural y frecuente sufrimiento, pero la integridad completa de la estructura se

espera que se mantenga.

Estado Límite de Evento Extremo:

Se toma en cuenta para asegurar la supervivencia de la estructura durante un sismo

importante o inundaciones o ante alguna colisión, que pueda ocurrir bajo condiciones

muy especiales. Se considera que este evento extremo pueda ocurrir una sola vez con

un periodo de retorno que incluso exceda la vida de diseño del puente.

Combinación de Carga

Los estados limites de esfuerzos de diseño son normados de acuerdo a lo que dispone

el manual de diseño de puentes y el reglamento del ASSTHO LRFD. A continuación se

ilustra las Combinaciones de Carga en el cuadro siguiente:

Combinación de cargas

Estado Límite

DC

DD

DW

EH

EV

ES

EL

LL

IM

CE

BR

PL

LS WA ws WL FR

TU

CR

SH TG SE

Usar sólo uno por vez

EQ IC CT cv

RESISTENCIA I ( a menos que

se especifique lo contrariorP

1,75 1,00 1,00 0,50/1,20YTG Y SE

RESISTENCIA II YP 1,35 1,00 - - 1,00 0,50/1,20 YTG Y SE - - - -

RESISTENCIA III Yp - 1,00 1,40 - 1,00 0,50/1,20 YTG Y SE - - - -

RESISTENCIA IV - Sólo EH,

EV,ES,DW,DCYp

1.5 1,00 1,00 0,50/1,20RESISTENCIA V YP 1,35 1,00 0,40 1,0 1,00 0,50/1,20 YTG Y SE - - - -

EVENTO EXTREMO 1 EVENTO

EXTREMO II

YPYEQ 1,00 - - 1,00 - - - 1,0

0- - -

Yp 0,50 1,00 - - 1,00 - - - - 1,00

1,00 1,00

SERVICIO I SERVICIO II

SERVICIO III SERVICIO IV

1,00 1,00 1,00 0,30 1,0 1,00 1,00/1,20 YTG Y SE - - - -

1,00 1,30 1,00 - - 1,00 1,00/1,20 - - - - - -

1,00 0,80 1,00 - - 1,00 1,00/1,20 YTG Y SE - - - -

1,00 - 1,00 0,70 - 1,00 1,00/1,20 - 1,0 - - - -

FATIGA - Sólo LL, IM y CE - 0,75 - - - - - - - - - - -

Cuadro N° 02: Combinaciones de Carga y Factores de Carga

Factores de CargaPara el diseño de la superestructura: la educación de diseño básica es :

U = ɳ[1.25DC +1.50DW *1.75(LL + I)]

U = Efecto ultimo DC = Carga muerta de componentes estructurales y no estructuralesDW = Carga muerta de la superficie de rodadura y dispositivos auxiliares

LL = Carga viva vehicular I = Carga de impactoɳ = Modificador de carga por redundancia, ductilidad e importancia del componente analizado

Factores Limite Resistencia

Ductilidad 0.95

DC 1.25 Redundancia 1.05

DW 1.50 Importancia 1.05

LL 1.75 ɳformula 1.05

ɳdiseño 1.05

Factor de CargaTipo de carga Máximo Mínimo

DC: Elemento y accesorios 1,25 0,90DD: Fricción negativa (downdrag) 1,80 0,45DW: Superficies de rodamiento e instalaciones para servicios públicos

1,50 0,65EH: Empuje horizontal del suelo

* Activo 1,50 0,90* En reposo 1,35 0,90

EL: Tensiones residuales de montaje 1,00 1,00EV: Empuje vertical del suelo

* Estabilidad global 1,00 N/A* Muros de sostenimiento y estribos 1,35 1,00* Estructura rígida enterrada 1,30 0,90* Marcos rígidos 1,35 0,90* Estructuras flexibles enterradas u otras, excepto alcantarillas 1,95 0,90metálicas rectangulares* Alcantarillas metálicas rectangulares flexibles 1,50 0,90

ES: Sobrecarga del suelo 1,50 0,75

Cuadro N° 03: Factores de Carga para cargas permanentes, Dp

6.01.6 ANALISIS Y DISEÑO DEL MURO CABEZALEl análisis del muro se ha realizado empleando el programa de computo SAP2000,

el modelo estructural corresponde a un marco tipo U, la pantalla así como la losa

se ha modelado con elementos trame el suelo de cimentación se ha modelado con

resortes

elásticos cuya rigidez se ha determinado a partir del coeficiente de Balasto el cual

ha sido estimado.

La determinación de las cargas se ha hecho con el apoyo de una hoja de cálculo los

valores de dichas cargas así como los cálculos se muestran a continuación.

Figura 3. Modelo estructural SAP 2000

Figura 4. Empuje de tierra carga EH

Figura 5. Cargas debidas al trafico LS

Figura 6. Cargas debidas al Sismo EQ

Resultados de Análisis

Figura 7. Diagrama de Momentos Flectores Resistencia 1

Figura 8. Diagrama de Fuerza Cortante Resistencia 1

Figura 9. Reacciones sobre los resortes Servicio 1

Diseño de los elementos

Diseño del Refuerzo en la pantallab = 1.0md = 22cmf’c = 210 Kg/cm2fy = 4200 Kg/cm2Mu = 3.95 Tn-m/mAs(+) = 4.84 cm2Usar □ 1/2” @ 0.25 m

Diseño del Refuerzo en la losa de cimentaciónb = 1.0m d = 22cm f’c = 210 Kg/cm2 fy = 4200 Kg/cm2 Mu(-) = 3.95 Tn-m/m As(-) = 4.84 cm2Usar □ 1/2” @ 0.25 m (Ver detalle en plano)

Verificación por Corte Verificación de la pantalla

Vu = 4.04 Tn□Vc = 14.36 Tn > Vu ....OK.

Verificación de la Losa de Cimentación Vu = 3.32 Tn□Vc = 14.36 Tn > Vu ....OK.

Verificación de la capacidad portanteA continuación se hace el cálculo de las presiones transmitidas al terreno. Servicio 1Fuerza máxima en los resortes Rz = 1.75 Tn□adm = 5.0 Tn/m2□= 0.45 (Factor de reducción)Dult = 6.75 Tn/m2□Z = 1.75/(1*1) = 1.75 Tn/m2 < 6.75 Tn/m2….OK.

Evento Resistencia 1Fuerza máxima en los resortes Rz = 2.55 Tn□adm = 5.0 Tn/m20= 0.45 (Factor de reducción)□ utt = 6.75 Tn/m2□z = 2.55/(1*1) = 2.55 Tn/m2 <6.75 Tn/m2…OK.

6.2 MEMORIA DE CALCULO ALCANTARILLA TIPO MARCO DE CONCRETO ARMADO DE SECCION 5.0 x 2.5 M.

Figura 10. Vista en Seccion Tipica Alcantarilla Tipo I

6.2.1 INTRODUCCION

Se proyecta la construcción de una alcantarilla de concreto armado típica de

sección transversal de 5.0 m. x 2.5 m. El cálculo de las alcantarillas esta en

conformidad con las Normas de Diseño dadas por la Dirección General de Caminos

y Ferrocarriles del Ministerio de Transportes y Comunicaciones en el Manual de

Puentes, así como por las Especificaciones AASHTO LRFD (American Association of

State Highway and Transportation Officials-Standard Specifications for Highway

Bridges).

6.2.2 OBJETIVO

El objetivo del presente trabajo es realizar el análisis y diseño estructural de la

alcantarilla descrita arriba, para ello se determinaron las cargas actuantes sobre

ella, tanto para cargas verticales y horizontales. Así se determinaron los refuerzos

sobre cada elemento de la alcantarilla, es decir, paredes verticales y losas teniendo

en cuenta la altura de relleno como se muestra a continuación.

6.2.3 CONSIDERACIONES DEL DISEÑO

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Concreto


cuya resistencia a los 28 días no debe ser menor de:

f’c= 280 00 kg/cm2£c = 15000 f'c ͢͢͢͢kgl cm'

Ec: Modulo de elasticidad del concreto




• Límite de Fluencia: Fy = 4200 kg/cm2.

• Módulo de Elasticidad: E= 2100000 kg/cm2

6.2.4 CARGAS DE DISEÑO

Cargas de Diseño de Puentes y Pontones.

De acuerdo a lo que exigen las normas actuales se ha escogido como sobrecarga vehicular

la del tipo HL-93, consistente en un camión por vía de aprox. 33 toneladas y con una

sobrecarga uniformemente distribuida por vía de trafico de 0.96 tn/m. De acuerdo al

ASSHTO LRFD se considera una sobrecarga por impacto como 33% del camión de diseño.

6.2.5 ANALISIS Y DISEÑO DE LA ALCANTARILLA

DETERMINACION DE LAS CARGAS ACTUANTES

Presiones de suelo vertical y horizontal

La interacción del suelo con la alcantarilla es cuantificada según el factor “Fe”, el cual

depende de la altura del relleno y del ancho de la alcantarilla.

Figura 11. Características geométricas de la Alcantarilla

H = 0.945m

He = 3.30m

Be = 5.60m

t1 = 0.30m

t2 = 0.40m

Factor de interacción del suelo Fe:

Fe = 1+0.2*(H/Bc) = 1+0.2* (0.945/5.60) = 1.033 <1.150

Usar: Fe = 1.033

Empuje Vertical

Ev = WE = Fe □ sueio H = 1.033*2000*0.945

Ev = 1,953.78 Kg/m2

Empuje Horizontal

Eh = DeqZ

EHI = 1000*0.945 = 945 Kg/m2

EH2 = 1000*(0.945+3.30) = 4245 Kg/m2

Diagrama de Fuerzas

o suelo = 2000Kg/m3

o agua = 1000Kg/m3

Figura 12. Diagrama de presiones verticales y horizontales sobre la Alcantarilla

Presiones de Agua

La distribución de la presión de agua obedece una distribución hidrostática la cual

es lineal. Se considera el caso en que la alcantarilla está totalmente llena y cuando

está totalmente vacía.

WAsup = 1000*0.00 = 0.00 Kg/m2

WAinf = 1000*(3.3-0.4-0.4) = 2,500 Kg/m2

Figura 13. Diagrama de presiones hidrostática del agua sobre la Alcantarilla

Cargas Dinámicas

4.1.3.1 Impacto

IM = 33*(1-0.125*De) DE : en pies DE = 0.945m<>3.10 pies

IM = 33*(1-0.125*3.1) = 20.2%

Carga Viva Camión

Se ha considerado el efecto amortiguador del suelo sobre la carga de diseño. El

camión de diseño considerado es HL-93, la carga distribuida y el Tándem de

diseño. La distribución de presiones se ha considerado con una pendiente

transversal de H/V = 1/0.57. El área de contacto de las llantas se ha considerado

igual 0.25m* 0.50m. El Factor de Multipresencia (FMP) para 01 camión se

considera igual a 1.2 y para dos o más camiones iguala 1.0.

En el anexo 01 a este informe se aprecia un ejemplo con las distribuciones de

esfuerzos típicos para cada caso.

Considerando 01 Camión

WLL = 2*PLL*FMP / área de Influencia

WLL = 2*7.33*1.2 / (1.327*3.377)

WLL = 3.924 Ton/m2

Considerando 02 Camiones

WLL = 4*Pll*FMP / área de Influencia WLL = 4*7.33*1.0 / (1.327*6.377)

WLL = 3.464 Ton/m2

Figura 14.- Diagrama de presiones carga tipo camión

Carga Viva Distribuida

Se ha considerado una carga distribuida igual a 0.952ton/m2 distribuida transversalmente

en un ancho de 3m.

Luego:

WLinea = 0.952 / 3.00

WLinea = 0.32 Ton/m2 (presión sobre la superficie)

Carga sobre la alcantarilla

WLL = WL¡nea *Ancho*FMP / (Ancho de Influencia) Ton/m2

WLL = 0.32*3*1.2 / 4.077 = 0.0934Ton/m2

Figura 15.- Diagrama de presiones carga distribuida tipo carril

Tándem de Diseño

Considerando 01 eje tándem

WLL = 4*PTDM*FMP / área de Influencia

WLL = 4*5.67*1.2 / (3.377*2.527)

WLL = 3.189 Ton/m2

Considerando 02 ejes tándem

WLL = 8*PTDM*FMP / área de Influencia WLL = 8*5.67*1.0 / (6.377*2.527)

WLL = 2.814 Ton/m2

6.02.6 ANALISIS DEL MODELO ESTRUCTURAL DE LA ALCANTARILLA

Para el análisis estructural de la alcantarilla se ha empleado el programa de

computo SAP 2000 el cual realiza el análisis y encuentra los diagramas de

momentos flectores, fuerzas cortantes y fuerzas axiales, se ha considerado en el

modelo la losa rígida por ende la distribución de esfuerzos sobre la base de la

misma es una distribución uniforme de presiones tal como se aprecia en los

siguientes gráficos.

Diagramas de Momentos Fuerzas Cortantes y Axiales

A continuación se muestra los resultados para el estado de Resistencia I.

Momentos últimos de Diseño Mu (Kg-m)

Figura 16. Diagrama de Momentos Flectores

Fuerzas Cortantes Últimos de Diseño Vu (Kg)

Figura 17.- Diagrama de Fuerzas Cortantes

Fuerzas Axiales Ultimos de Diseño Pu (Kg)

Figura 18.- Diagrama de Fuerzas Axiales

6.2.7 DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE LA ALCANTARILLA

El diseño estructural de la alcantarilla ha sido disgregado por elementos así se

calcula los refuerzos principales por flexión en las losas superior e inferior así como

en los muros los cuales detallamos a continuación:

Losa Superior:

Diseño por Flexión: Mu (+)= 25.72 Tn-m/m ; Mu (-)= 17.02 Tn-m/m

Refuerzo Principal (+)

b = 1.0m

h = 40cm

f’c = 280 Kg/cm2

fy = 4200 Kg/cm2

Mu = 25.72 Tn-m

As(+)= 19.61 cm2

Usar D 3/4”+D 5/8” @ 0.20 m

Refuerzo Principal (-)

b = 1.0m

h = 40cm fe = 280 Kg/cm2

fy = 4200 Kg/cm2 Mu = 17.02 Tn-m Asw= 12.68 cm2

Usar ø3/4” @ 0.20 m.

Verificación por Corte: Vu = 25.98 Ton ( a “d” de la cara)

□Vn = 0.85*0.53* V280*100*100*37 = 27.89Ton

□Vn = 27.89 > Vu = 25.98 Ton OK.

Muros :

Verificación como losa por flexión :

Mu ( )= 17.02 Tn-m/m (cara)


b = 1.0m

h = 30cm

f’c = 280 Kg/cm2

fy = 4200 Kg/cm2

Mu = 17.02 Tn-m

As(+) = 18.10 cm2

Usar ø3/4” @ 0.15 m

Verificación por Corte : Vu = 5.26 Ton □Vn = 0.85*0.53* V280*100*100*37 =

27.89Ton

□Vn = 27.89 > Vu = 5.26 Ton OK.

Flexocompresion : Mu = 17.02 Ton-m , Pu = 35.14 Ton

Figura 19. Diagrama de interacción.

Figura 20. Detalle del Refuerzo

7.0 RELACION Y MEMORIA DESCRIPTIVA DE LAS OBRAS DE ARTE Y DRENAJE

7.1 INTRODUCCION

En cumplimiento de los TDR se presenta la relación y memoria descriptiva de las obras

de arte y drenaje, en particular se han encontrado 01 PONTON A REPARAR de lus de 8

mts el mismo que son relativamente nuevos, en este se está planteando solo trabajos

de mantenimiento Los taludes a lo largo del eje de la vía han sido evaluados y se están

proyectando muros de contención en las zonas donde se requieren. Igualmente se

proyecta alcantarillas nuevas tipo marco de concreto en las quebradas que por

evaluación hidráulica se requieren un badén cercano también al poblado, con relación a

las alcantarillas existentes estas en su mayoría son de material rustico las cuales

requieren ser remplazados

7.2 MEMORIA DESCRIPTIVA DE OBRAS DE ARTE Y DRENAJE

7.2.1. - De las Alcantarillas TMC, AMC y Badenes

Las estructuras de drenaje encontradas son alcantarillas tipo rústicos de diversos

diámetros los cuales en algunos casos no poseen los cabezales, en otros dichas

alcantarillas han colapsado, y se requiere una nueva, también se puede encontrar

algunas alcantarillas que necesitan mantenimiento es decir limpieza y desbroce.

Se han proyectado la construcción de Alcantarillas Tipo Marco de Concreto

(AMC),Alcantarilla TMC,Muros de Sostenimiento de Concreto Ciclópeo y Concreto

Armado .Badén,Cunetas.

Cuadro N° 01 .- Características de nuevas alcantarillas Marco de Concreto (AMC),

TMC, Badén.

ALCANTARILLA TIPO MARCO AMC

PROG. SOLUCION

00+090 AMC de 2.50x2.50 m. L=7.00 m.,Relleno H=3.00 m.

02+398.00 AMC de 2.50x2.50 m. L=7.40 m.

07+717.00 AMC 2.50x2.50 m.L=8.00 m.,

08+135.00 AMC de 5.00x2.00 m. L= 10.80 m.

08+658.09 AMC 5.00x2.50 m.L=8.50

11+859.00 AMC 2.50x2.50 m.L=7.50 m.

13+446.06AMC 2.50x2.50 m.L=7.00 m. £

ALCANTARILLA TIPO TMC

BADEN

PROG.DESCRIPCION SOLUCION

22+275.00 Cruce de agua

Construcción de Badén ,E=0.25 m. L=25.00 m.

7.2.2.- De los Muros

A lo largo del proyecto existen algunas zonas de la vía con notable erosión en general por

falta de obras complementarias y en particular en la salida de las alcantarillas cuando se

tienen pendientes fuertes del terreno.

En las zonas donde se requiere la construcción de muros debido a que los existentes han

sido erosionados o su ausencia pone en riesgo de erosión a la vía, se han proyectado

muros de contención los cuales son de dos tipos ciclópeos y de concreto armado. De igual

forma en las quebradas que han erosionado la vía actual y en las zonas donde han

colapsado las alcantarillas se están proponiendo reemplazo de alcantarillas y en la salida se

está colocando muros para estabilizar la vía erosionada.

Los muros proyectados han sido denominados TIPO 1, TIPO 2, TIPO 3, TIPO 4, TIPO 5, TIPO

TIPO 1.- Este muro posee una altura total de 2.05m es de concreto ciclópeo la sección

transversal de la pantalla es variable el ancho de la corona es de 0.30m y la zapata tiene un

ancho de 1.51m.



ancho de 1.65m.



ancho de 1.80m.



ancho de 2.00m.


variable el ancho de la corona es de 0.30m y la zapata tiene un ancho de 2.30m

MURO DE CONCRETO CICLOPEO fc=140 Kg/cm2 + 30% PM

MURO INCIO DE FIN DE MURO LADOLONG.

(m.)MURO MURO TIPO

M-01 0+425 0+435 2 D 10

M-020+620 0+630 1

D 10

0+630 0+640 4 D 10

M-03 0+680 0+690 4 D 10

0+690 0+700 1 D 10

M-04 0+860 0+865 5 D 5

0+865 0+870 4 D 5

M-05 3+000 3+005 1 D 5

3+005 3+015 2 D 10

3+015 3+020 1 D 5

M-06 3+790 3+810 1 I 20

3+810 3+830 3 I 20

3+830 3+840 1 I 10

M-07 3+900 3+905 3 I 5

3+905 3+915 4 I 10

3+915 3+925 3 I 10

3+925 3+930 2 I 5

M-08 6+000 6+005 2 I 5

6+005 6+035 3 I 30

6+035 6+050 2 I 15

6+050 6+070 1 I 20

6+070 6+095 2 I 20

6+095 6+100 3 I 5

M-09 6+380 6+390 2 D 10

6+390 6+410 1 D 20

6+410 6+425 3 D 15

6+425 6+455 1 D 30

6+455 6+470 3 D 15

6+470 6+490 2 D 20

6+490 6+510 3 D 20

6+510 6+530 2 D 20

6+530 6+550 3 D 20

6+550 6+590 4 D 40

6+590 6+600 3 D 10

M-10 6+680 6+685 4 D 5

6+685 6+695 3 D 10

6+695 6+700 2 D 5

M-11 6+725 6+735 3 D 10

M-12 7+140 7+170 3 I 30

M-13 7+230 7+235 3 I 5

7+235 7+245 5 ____10

7+245 7+255 2 I 10

7+255 7+260 3 I 5

M-14 8+550 8+555 2 D 5

8+555 8+560 4 D 5

M-15 9+070 9+075 3 D 5

9+075 9+090 1 D 15

M-16 9+780 9+790 3 I 10

9+790 9+810 2 I 20

M-17 10+370 10+385 3 D 15

10+385 10+390 1 D 5

M-18 11+860.45 11+880 3 D 19.55

MURO DE CONCRETO ARMADO f c=210 Kg/cm2

ANEXO : MEMORIA DE CÁLCULO DE OBRASDE ARTE PROPUESTAS

2.0.- CONSIDERACIONES DEL DISEÑO

El cálculo de las alcantarillas así como de los muros esta en conformidad con las Normas de

Diseño dadas por la Dirección General de Caminos y Ferrocarriles del Ministerio de

Transportes y Comunicaciones en el Manual de Puentes, así como por las Especificaciones

AASHTO LRFD (American Association of State Highway and Transportation Officials-

Standard Specifications for Highway Bridges).

2.1.-PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Concreto para Alcantarillas y Muros de contención Armados


cuya resistencia a los 28 días no debe ser menor de:

• f’c= 210.00 kg/cm2 para muros de contención

• fc= 280.00 kg/cm2 para alcantarillas tipo marco

Ec: Modulo de elasticidad del concreto.

Concreto para Muros Ciclópeos

Se ha adoptado como parámetros de diseño el empleo de un concreto cuya

resistencia a los 28 días no debe ser menor de:

• fc= 140.00 kg/cm2 +30% Piedra Mediana.




• Límite de Fluencia :Fy = 4200 kg/cm2.

• Módulo de Elasticidad : E= 2100000 kg/cm2

2.2.-CARGAS DE DISEÑO

2.2.1 Cargas de Diseño de Puentes v Pontones.

De acuerdo a lo que exigen las normas actuales se ha escogido como sobrecarga

vehicular la del tipo HL-93, consistente en un camión por vía de aprox. 33 toneladas y

con una sobrecarga uniformemente distribuida por vía de trafico de 0.96 tn/m. De

acuerdo al

ASSHTO LFRD se considera una sobrecarga por impacto como 33% del camión de

diseño.

Figura 21. Camión de Diseño

2.3.- FILOSOFIA DE DISEÑO

2.3.1 Ecuaciones De Diseño

Los puentes deben ser proyectados para cumplir satisfactoriamente las

condiciones impuestas por los estados límite previstos en el proyecto,

considerando todas las combinaciones de carga que puedan ser ocasionadas

durante la construcción y el uso del puente.

2.3.2 Estados Límites

Los Estados Límites que define la norma se detalla en el cuadro siguiente:

Cuadro N° 01: Estados Límites

Servicio I

Servicio Servicio II

Servicio III

Fatiga y Fractura Fatiga

Resistencia I

ESTADOS

LIMITES Resistencia II

Resistencia Resistencia III

Resistencia IV

Resistencia V

Evento Extremo IEvento Extremo

Evento Extremo II

o Estado Límite de Servicio:

Se toma en cuenta como una restricción sobre los esfuerzos, deformaciones

y ancho de las grietas bajo condiciones regulares de servicio, o

Estado Limite de Fatiga y Fractura:

Se toma en cuenta como restricciones en el rango de esfuerzos causados por

un solo camión de diseño que ocurre en el número esperado de ciclos

correspondientes a ese rango de esfuerzos. El estado de fractura será

tomado en cuenta como una gama de requerimientos de tenacidad del

material. El criterio de diseño es de control de grietas,

Estado Límite de Resistencia:

Es considerado para asegurar la resistencia y la estabilidad, ambas son dadas

para resistir las combinaciones especificadas de carga que se espera que un

puente experimento durante su vida de diseño. Bajo este estado podría

ocurrir daño

estructural y frecuente sufrimiento, pero la integridad completa de la

estructura se espera que se mantenga,

Estado Límite de Evento Extremo:

Se toma en cuenta para asegurar la supervivencia de la estructura durante un

sismo importante o inundaciones o ante alguna colisión, que pueda ocurrir

bajo condiciones muy especiales. Se considera que este evento extremo

pueda ocurrir una sola vez con un periodo de retorno que incluso exceda la

vida de diseño del puente.

2.3.3 Combinación de Carga

Los estados limites de esfuerzos de diseño son normados de acuerdo a lo que

dispone el manual de diseño de puentes y el reglamento del ASSTHO LRFD. A

continuación se ilustra las Combinaciones de Carga en el cuadro siguiente:

Combinación de cargas

Estado Límite

DC

DD

DW

EH

EV

ES

EL

LL

IM

CE

BR

PL

LS WA WS WL FR

TU

CR

SH TG SE

Usar sólo uno por vez

EQ IC CT cv

RESISTENCIA I ( a menos que se

especifique lo contrariorP

1,75 1,00 1,00 0,50/1,20YTG Y SE

RESISTENCIA II Yp 1,35 1,00 - - 1,00 0,50/1,20 YTG Y§£ - - - -

RESISTENCIA III Yp - 1,00 1,40 - 1,00 0,50/1,20 YTG Yf£ - - - -

RESISTENCIA IV - Sólo EH,

EV,ES,DW,DCYP

1.5 1,00 1,00 0,50/1,20RESISTENCIA V Yp 1,35 1,00 0,40 1,0 1,00 0,50/1,20 YTG Y SE - - - -

EVENTO EXTREMO I EVENTO

EXTREMO II

YP yEQ 1,00 - - 1,00 - - - 1,00 - - -

Yp 0,50 1,00 - - 1,00 - - - - 1,00 1,00 1,00

SERVICIO I SERVICIO II SERVICIO

III SERVICIO IV

1,00 1,00 1,00 0,30 1,0 1,00 1,00/1,20 YTG Y SE - - - -

1,00 1,30 1,00 - - 1,00 1,00/1,20 - - - - - -

1,00 0,80 1,00 - - 1,00 1,00/1,20 YTG Y SE - - - -

1,00 - 1,00 0,70 - 1,00 1,00/1,20 - 1,0 - - - -

FATIGA - Sólo LL, IM y CE - 0,75 - - - - - - - - - - -

Cuadro N° 02: Combinaciones de Carga y Factores de Carga

2.3.1Factores De Carga

Para el diseño de la alcantarilla; Resistencia I la ecuación de

diseño básica es:

U = ɳ[1.25DC+1.5DW+1.35EH+1.35EV+1.75LL]

U = Efecto último

DC = Carga muerta de componentes estructurales y no

estructurales

DW = Carga muerta de la superficie de rodadura y

dispositivos auxiliares

EH = Empuje horizontal de suelo

EV = Empuje Vertical

LL = Carga viva vehicular

I = Carga de impacto

ɳ = Modificador de carga por redundancia, ductilidad e

importancia del componente analizado.

Cuadro N° 03: Factores de Carga para cargas permanentes, Dp

Factor de Carga

Tipo de carga Máximo MínimoDC: Elemento y accesorios 1,25 0,90DD: Fricción negativa (downdrag) 1,80 0,45DW: Superficies de rodamiento e instalaciones para servicios públicos 1,50 0,65EH: Empuje horizontal del suelo

* Activo 1,50 0,90* En reposo 1,35 0,90

EL: Tensiones residuales de montaje 1,00 1,00EV: Empuje vertical del suelo

* Estabilidad global 1,00 N/A* Muros de sostenimiento y estribos 1,35 1,00* Estructura rígida enterrada 1,30 0,90* Marcos rígidos 1,35 0,90* Estructuras flexibles enterradas u otras, excepto alcantarillas 1,95 0,90

metálicas rectangulares* Alcantarillas metálicas rectangulares flexibles 1,50 0,90

ES: Sobrecarga del suelo 1,50 0,75

3.O.- DISEÑO DE ALCANTARILLAS TIPO MARCO DE CONCRETO

El análisis de las alcantarillas marco de concreto armado se ha realizado

con ayuda del programa SAP 2000. Para la determinación de las

cargas sobre los elementos de la alcantarilla se han considerado las

fórmulas que da el AASHTO LRFD las mismas que se muestran en la

presente memoria. Así por ejemplo los efectos de la carga viva sobre

la alcantarilla con relleno por encima de la losa superior es

considerada como una carga uniformemente distribuida tal y como se

muestra en los anexos al final de cada cálculo. Las alcantarillas que no

poseen relleno por encima de la losa superior han sido tratadas como

puente tipo losa para efectos de la determinación del ancho

equivalente por carga viva. Para cuantificar el empuje horizontal se ha

considerado el método del Fluido Equivalente indicado en 3.11.5.5 de

la AASHTO-LRFD, y conservadoramente se tomado un peso específico

igual a 1000Kg/m3. El suelo de la cimentación se ha considerado como

un medio elástico el cual ha sido modelado mediante resortes

elásticos cuya rigidez es determinada a partir del coeficiente de

Balasto para tal fin se ha tomado los valores recomendados por

autores como Terzaghi y Winkler (Ver Tabla 1.0) y que para nuestro

caso se ha estimado en un valor promedio igual a 5.0 Kg/cm3

Tabla 1.0 .- Valores estimados a partir del ensayo de Placa de Carga 30x30cm2(K30)

Nota.-

Kp <> 9.81 KN <>1Kg

La capacidad portante del suelo donde se ubican las alcantarillas han sido tomadas de

acuerdo al estudio geológico y geotécnico , el cual agrupa las características de los suelos

por tramos de la carretera tal como se ve en los siguientes párrafos tomados de dicho

estudio.

Tenemos 5 zonas de estudio. Cada zona ha sido descrita por sus propiedades físicas y

parámetros de resistencia mediante ensayos de granulometría y ensayos triaxial. En

los primeros 10 km se han establecido tres tipos de suelo: arcilla de baja plasticidad,

limo de baja plasticidad y arena limosa. En los siguientes 30 km existe arena limosa

pero de distintas características mecánicas a partir del km 24+000 hasta el km 40. A

partir del km 44+380 se describe al suelo como arena arcillosa con características

resistentes superiores al resto de suelos involucrados en el análisis.

De acuerdo al estudio geotécnico se calculo la capacidad última del suelo utilizando el

factor de seguridad de 2 para suelo granular y 3 para suelo cohesivo.

La densidad del suelo de relleno se ha considerado conservadoramente igual a 2000kg/m3,

teniendo en cuenta que es un material compactado seleccionado.

Finalmente como se podrá observar a continuación las presiones transmitidas al terreno

son menores a las encontradas para cada tramo o zona en estudio tal como se describe en

el estudio geotécnico.

Cuadro N° 04: Clasificación de Suelos por Zonas

LOCATION

ZONA

DE

KM KM ESTUDIO

000+000 4+100 A (1)

4+100 8+770 B(2)

8+770 23+200 C(3)

23+200

DISEÑO 1 ALCANTARILLA KM 00+090, KM 02+398.00 , KM 7+717.00 ,KM 08+658 Y KM11+859

DE

Figura 22.- Sección transversal de la alcantarilla típica

DETERMINACION DE LAS CARGAS ACTUANTES

- Presiones de suelo vertical y horizontal

La interacción del suelo con la alcantarilla es cuantificada según el factor “Fe”, el

cual depende de la altura del relleno y del ancho de la alcantarilla.


Datos Geométricos : Propiedades de los Materiales :

H = 3.00 □suelo = 2000Kg/m3

He = 3.10m □eq = 1000Kg/m3

Be = 3.10m

t1 = 0.30m, t2 = 0.30m


Fe = 1+0.2*(H/Bc) = 1+0.2* (0.376/3.10) = 1.02 < 1.15

Usar: Fe = 1.02

Empuje Vertical

Ev = WE = Fe □ Suelo H = 1.02*2000*0.376

Ev = 770.24 Kg/m2

Empuje Horizontal

Eh = □eqZ

Em = 1000*0.376 = 376 Kg/m2

EH2 = 1000*(.376+3.10) = 3,476 Kg/m2

Diagrama de Fuerzas


Presiones de Agua

La distribución de la presión de agua obedece una distribución hidrostática la cual es lineal.

Se considera el caso en que la alcantarilla está totalmente llena y cuando está totalmente

vacía.

WAsup = 1000*0.00 = 0.00 Kg/m2

WA¡nf = 1000*(1.3-0.20-0.20) = 900 Kg/m2

Cargas Dinámicas - Impacto

IM = 33%

Carga Viva Camión

Se ha considerado la carga viva vehicular HL-93 actuando sobre la losa superior, esto en

razón de que no existe relleno sobre la alcantarilla luego el análisis corresponde al de

puente tipo losa. Para el análisis se ha empleado el programa SAP2000, el programa posee

internamente el camión de diseño considerado es HL-93, la carga distribuida y el Tándem

de diseño. Para ello se ha definido la línea de vehículos (Lañe).

Figura 25.- Línea de vehículo (lane) para la carga vehicular

Se ha analizado para un ancho unitario por ello se presenta el cálculo del ancho de

influencia.

Determinación del Ancho de Influencia

Para 01 carril cargado

Li = 2500mm, W1 = Min(10,000 : 9000) = 9000mm

E= 2,242mm……..2.42m

Para 02 carriles cargados

L-i =2500mm, W1 = Min(10,000 : 18000) = 10,000mm

E= 2,700mm…….2.7

2.42/1.2=1.87 <2.7

Usar2.42m………(Para ingresar en el sap2000... 1/2.42=0535)

ANALISIS DEL MODELO ESTRUCTURAL DE LA ALCANTARILLA

Para el análisis estructural de la alcantarilla se ha empleado el programa de computo SAP

2000 el cual realiza el análisis y encuentra los diagramas de momentos flectores, fuerzas

cortantes y fuerzas axiales, tal como se aprecia en los siguientes gráficos.



Momentos últimos de Diseño Mu (Ton-m)

Figura 26Diagrama de Momentos Flectores

Fuerzas Cortantes Últimos de Diseño Vu (Ton)


DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE LA ALCANTARILLA

El diseño estructural de la alcantarilla ha sido disgregado por elementos así se calcula los

refuerzos principales por flexión en las losas superior e inferior y en los muros los cuales

detallamos a continuación:

Losa Superior:

Diseño por flexión : Mu (+)= 10.30 Tn-m/m ; Mu (*) = 3.72 Tn-m/m


b = 1.0m

h = 30cm

fe = 280 Kg/cm2

fy = 4200 Kg/cm2

Mu = 10.30 Tn-m

As(*> = 11.87 cm2

Usar ø5/8"@ 0.15


b = 1.0m

h = 30cm

f’c = 280 Kg/cm2

fy = 4200 Kg/cm2

Mu = 3.72 Tn-m

As(-) = 4.16 cm2

Usar øl/2”@ 0.15 (min)

Verificación del Refuerzo Mínimo

La armadura mínima debe ser tal que permita desarrollar 1.2 veces el momento de

agrietamiento.

Momento de Agrietamiento Mcr

fcr=√2 f ' c=33.46Kg /cm21.2xMcr= 1.2*33.46*1*30*30/6/1000= 6.02 Tn-m

Asmin= 6.81 cm2

Refuerzo Mínimo a colocar…………………..ø1/2’’@ 0.15

Armadura de repartición

As(r) = 1750/VL . As(+) < 50% As(+)

Usar □ 1/2” @ 0.25 m

Verificación por Corte : Vu = 19.05 Ton (después del ensanche)

AASHTO -LRFD 5.14.5.3, 5.5.4.2

□Vn = 0.90*0.53* V280*100*24 = 19.15Ton □Vn = 19.15 >Vu = 19.05 Ton OK.



agrietamiento.


fer = 2 Vf"c =33.46 Kg/cm2

1.2xMcr = 1.2*33.46*1*30*30/6/1000 = 6.02Tn-m

Asmin= 6.81 cm2

Refuerzo Mínimo a colocar øl/2”@ 0.20


As(r) = 1750/VL . As(+) s 50% As(+)

Usar □ 1/2” @ 0.25 m

Verificación por Corte : Vu = 17.49 Ton (después del ensanche)

AASHTO -LRFD 5.14.5.3, 5.5.4.2

□Vn = 0.90*0.53* V280*100*24 = 19.15Ton

□Vn = 19.15 >Vu = 17.49 Ton OK.

Losa Inferior:

Diseño por flexión : Mu (+) = 8.28 Tn-m/m ; Mu (-) = 4.21 Tn-m/m


b = 1.0m

h = 30cm

f’c = 280 Kg/cm2

fy = 4200 Kg/cm2

Mu = 8.28 Tn-m

As(+) = 9.46 cm2

Usar n5/8”@ 0.20


b = 1.0m

h = 30cm

f’c = 280 Kg/cm2

fy = 4200 Kg/cm2

Mu = 4.21 Tn-m

As(-) = 4.72cm2

Usar øl/2”@ 0.20 (min)

Muros :

Verificación como losa por flexión : Mu ( )= 5.23 Tn-m/m (cara)


b = 1.0m

h = 30cm

f’c = 280 Kg/cm2

fy = 4200 Kg/cm2

Mu = 5.23 Tn-m

As(+) = 5.89 cm2

Usar ø1/2@ 0.15

ANEXO: DISTRIBUCION DE CARGAS VIVAS EN ALCANTARILLAS

DISEÑO 4.- ALCANTARILLAS Km 8+658.00 SECCION 5.0x.2.0m

Figura 28.- Sección transversal de la alcantarilla típica.

DETERMINACION DE LAS CARGAS ACTUANTES –

Presiones de suelo vertical y horizontal

La interacción del suelo con la alcantarilla es cuantificada según el factor “Fe”, el

cual depende de la altura del relleno y del ancho de la alcantarilla.


Datos Geométricos : Propiedades de los Materiales :

H = 3.00 nSUeio = 2000Kg/m3

He = 2.75m neq = 1000Kg/m3

Be = 5.7m

t1 = 0.35m

t2 = 0.40m (0.35m)


Fe = 1+0.2*(H/Bc) = 1+0.2* (1.10/5.70) = 1.04 < 1.15

Usar : Fe = 1.04

Empuje Vertical

Ev = WE = Fe □ suelo H = 1.04*2000*1.10

Ev = 2,284 Kg/m2

Empuje Horizontal

Eh = GeqZ

EH1 = 1000*1.10 = 1,100 Kg/m2

EH2 =1000*(2.75+1.10) = 3,850 Kg/m2


Presiones de Agua

La distribución de la presión de agua obedece una distribución hidrostática la cual es lineal. Se

considera el caso en que la alcantarilla está totalmente llena y cuando está totalmente vacía.

Wasup = 1000*0.00 = 0.00 Kg/m2

Wainf = 1000*(2.70-0.45-0.35) = 2,000 Kg/m2

Cargas Dinámicas

Impacto

IM = 33*(1-0.125*DE) De : en pies DE = 1.10m<>3.6pies

IM = 33*(1 -0.125*3.6)= 18%

Carga Viva Camión

Se ha considerado el efecto amortiguador del suelo sobre la carga de diseño. El camión

de diseño considerado es HL-93, la carga distribuida y el Tándem de diseño. La

distribución de presiones se ha considerado con una pendiente transversal de HA/ =

1/0.57. El área de contacto de las llantas se ha considerado igual 0.25m* 0.50m. El

Factor de Multipresencia (FMP) para 01 camión se considera igual a 1.2 y para dos o

más camiones igual a 1.0.

En el anexo 01 a este informe se aprecia un ejemplo con las distribuciones de

esfuerzos típicos para cada caso.

Considerando 01 Camión

WLL = 2*PLL*FMP / área de Influencia

WLL = 2*7.33*1.2 / (3.554*1.504)

WLL = 3.291Ton/m2 Considerando 02 Camiones WLL = 4*Pll*FMP / área de Influencia

WLL = 4*7.33*1.0 / (6.554*1.504)

WLL = 2.974Ton/m2

Carga Viva Distribuida

Se ha considerado una carga distribuida igual a 0.96ton/m distribuida

transversalmente en un ancho de 3m.

Luego:

Wlinea = 0.96 / 3.00

Wlinea = 0.32 Ton/m2 (presión sobre la superficie)

Carga sobre la alcantarilla

WLL = WL¡nea *Ancho*FMP / (Ancho de Influencia) Ton/m2

WLL = 0.32*3*1.2 / 4.254 = 0.089 Ton/m2

Figura 31.- Diagrama de presiones carga distribuida tipo carril

Tándem de Diseño

Considerando 01 eje tándem W|_L = 4*PTDM*FMP / área de Influencia WLL =

4*5.67*1.2 / (3.554*2.704)

WLL = 2.832 Ton/m2

Considerando 02 ejes tándem

WLL = 8*PTDM*FMP / área de Influencia WLL = 8*5.67*1.0 / (6.554*2.704)

WLL = 2.56 Ton/m2

ANALISIS DEL MODELO ESTRUCTURAL DE LA ALCANTARILLA

Para el análisis estructural de la alcantarilla se ha empleado el programa de computo SAP 2000

el cual realiza el análisis y encuentra los diagramas de momentos flectores, fuerzas cortantes y

fuerzas axiales, se ha considerado en el modelo la losa rígida por ende la distribución de

esfuerzos sobre la base de la misma es una distribución uniforme de presiones tal como se

aprecia en los siguientes gráficos.



Momentos últimos de Diseño Mu (Ton-m)

Figura 32.- Diagrama de Momentos Flectores

Fuerzas Cortantes Últimos de Diseño Vu (Ton)


Fuerzas Axiales Últimos de Diseño Pu (Ton)

Figura 34.- Diagrama de Fuerzas Axiales

DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE LA ALCANTARILLA

El diseño estructural de la alcantarilla ha sido disgregado por elementos así se calcula los

refuerzos principales por flexión en las losas superior e inferior y en los muros los cuales

detallamos a continuación:

Losa Superior:

Diseño por flexión: Mu (+) = 22.67 Tn-m/m ; Mu (-) = 12.17 Tn-m/m


b = 1.0m

h = 40cm

f’c = 280 Kg/cm2

fy = 4200 Kg/cm2

Mu = 22.67 Tn-m

As(+) = 18.53 cm2

Usar <D3/4”@ 0.15


b = 1.0m

h = 40cm

f’c = 280 Kg/cm2

fy = 4200 Kg/cm2

Mu = 12.17 Tn-m

As(-) = 9.71 cm2

Usar 0>5/8”@ 0.20



agrietamiento.


fcr = 2 Vf"c =33.46 Kg/cm2

1.2xMcr= 1.2*33.46*1*40*40/6/1000 = 10.71 Tn-m

Asmin= 8.52 cm2

Refuerzo Minimo a colocar………….ø1/2’’ @ 0.15


As(r) = 1750NL . As(+) < 50% As(+)

Usar □ 1/2” @ 0.25 m

Verificación por Corte : Vu = 27.79 Ton (en la cara)

AASHTO -LRFD 5.14.5.3, 5.5.4.2

□Vn = 0.90*0.53* V280*100*35 = 27.94Ton

□Vn = 27.94 > Vu = 27.79 Ton OK.

Losa Inferior:

Diseño por flexión: Mu (+) = 13.33 Tn-m/m ; Mu (-) = 9.80 Tn-m/m Refuerzo Principal

(+)

b = 1.0m

h = 35cm

fe = 280 Kg/cm2

fy = 4200 Kg/cm2

Mu = 13.33 Tn-m

As(+) = 12.65 cm2

Usar ø5/8”@ 0.15


b = 1.0m

h = 35cm

fe = 280 Kg/cm2

fy = 4200 Kg/cm2

Mu = 9.80 Tn-m

As(-) = 9.20cm2

Usar ø 5/8”@ 0.20


La armadura mínima debe ser tal

que permita desarrollar 1.2 veces el momento de agrietamiento.


fcr = 2 Vf"c =33.46 Kg/cm2

1.2xMcr= 1.2*33.46*1*35*35/6/1000 = 8.20 Tn-m

Refuerxzo minimo a colocar…………..1/2’’ @ 0.15


As(r) = 1750/VL . As(+) < 50% As(+)

Usar □ 3/8” (5) 0.20 m

Verificación por Corte : Vu = 19.84 Ton ( en la cara)

AASHTO -LRFD 5.14.5.3, 5.5.4.2

Vn = 0.90*0.53* V280*100*29 = 23.15Ton

□Vn = 23.15 > Vu = 19.84 Ton OK.

Muros :

Verificación como losa por flexión : Mu ( )= 15.45 Tn-m/m (cara)


b = 1.0m

h = 35cm

fe = 280 Kg/cm2

fy = 4200 Kg/cm2

Mu = 15.45 Tn-m

As{_) = 14.76 cm2

Usar ø3/4”@ 0.20



agrietamiento.


fer = 2 f"c =33.46 Kg/cm2

1.2xMcr = 1.2*33.46*1*35*35/6/1000 = 8.20 Tn-m

Asmin= 7.66 cm2

Refuerzo Mínimo a colocar ø1/2”@ 0.15

Verificación por Corte : Vu = 4.57 Ton

AASHTO -LRFD 5.14.5.3, 5.5.4.2

□Vn = 0.90*0.53* V280*100*29 = 23.15Ton

□Vn = 23.15 a Vu = 4.57 Ton OK.

Presiones Transmitidas al terreno

Resistencia I………..DI = 14.97/(1.075*1 )=13.92Ton/m2 = 1.39 Kg/cm2…ok

Servicio…………….,.DS = 10.05/(1.075*1 )=9.34Ton/m2 = 0.93 Kg/cm2…ok

DISEÑO DE MUROS TIPICOS EN LA ZONA “A”

DISEÑO MURO DE CONTENCION CICLOPEO TIPO KZONA “A”)

Altura pantalla 1.60 mi

□adm =33 Ton/m2

qult= 99 Ton/m2

Htotal= 2.05 m

CARGA DE LA SUPERESTRUCTURA

CALCULO DE FUERZAS

I. CARGA DE LA SUPERESTRUCTURA

1.0 CARGA MUERTADC= 0.00 Ton

MDC= 0.00 Ton-m

DW= 0.00 Ton

MDC=

2.0 CARGA VIVA

LL= 0.00 TonMLL=

0.00Ton-m

3.0 CARGA DE FRENADO

BR 0.00 Ton

MBR= 0 00 Ton-m

II. CARGA DE PESO PROPIO Y DE RELLENO

BLOQUE LARGO ANCHO ALTO PE FV X MR(m) (m) (m) (t/m3) (ton) (m) (t-m)

1 1.51 1 0.45 2.4 1.63 0.76 1.232 0.16 1 1.6 2.4 0.31 0.41 0.123 0.3 1 1.6 2.4 1.15 0.61 0.74 0.14 1 1.4 2.4 0.24 0.81 0.195 0.14 1 0.2 2.4 0.07 0.83 0.066 0.31 1 0.2 2.4 0.07 1 0.077 0.14 1 1.4 1.8 0.18 0.85 0.158 0.31 1 1.4 1.8 0.78 1.06 0.829 0.31 1 0.2 1.8 0.06 1.11 0.06

10 0.3 1 1.6 1.8 0.86 1.36 1.18Total 5.34 4.59

DC 0.00 TonLL 0.00 Ton

III. EMPUJE LATERAL DE LA TIERRA

Pf K.Gs.a.h□□ 33□□ 0□□ 16.5i= 0

Ka= 0.27CS= 1.8 Ton/m3h= 2.05 mP= 0.99 Ton/m2

Ea= p.h/2*1 1.01 TonEaH= Ea.Cos(D2Q 0.97 Ton

MEaH= EaHxH/3 I 0.66 Ton-mEaV= Ea.Sen(Ö2D 0.29 Ton

MEaV= EaVxbrazo] 0.26 Ton-m

IV. EMPUJE DEBIDO AL TRAFICO

P= K.s.g.h

r:s= 1.8 Ton/m3heq= 1.52 m∆p= 0.73 Ton/m2

LS= ∆p.h 1.49 TonMLS= LS.h/2 1.53 Ton-m

V. EMPUJE CON SISMO

EAE- 0.5.KAE. s.h.h.M-kvl.ANCHO KAE=

□ □ 33□ □ 5.71□ □ 16.5¡= 0kv= 0kh= 0.2

KAE= 0.456s= 1.80

Ton/m3hf 2.05 mEAE= 1.73 Ton ∆P 1.68

Ton/m2

EAEH= EAE.Cos(ü?D 1.65 Ton/m2AEAEH= EAEH-EaHG 0.69 Ton/m2

AEAEH= AEAEH.(h/2)= 0.7 Ton-mEAEV= EAE.Sen(D2D 0.49 Ton/mMEAEV= EAEVxbrazo 3.18 Ton-m

VI. SISMO DE LA SUPERESTRUCTURA

VII. Eq= 0.00 Ton

VIII. MEq= 0.00 Ton-m

COMBINACIONES DE CARGA

RESISTENCIA 1 1.25*DC+1.5DW+1.5EH+EV+1.75LL+1.75BR+1.75LS

FV= 6.97Ton

Mr= 6.00 Ton-m

FH= 4.07Ton

Mv= 3.67 Ton-m

EVENTO EXTREMO 1 1.25*DC+1.5DW+ 1.5EH+1.35EV+0.5LL+0.5BR+0.5LS

FV= 6.97Ton

Mr= 6.09 Ton-m

FH= 2.89Ton

Mv= 2.46 Ton-m

SERVICIO 1 DC+DW+EH+EV+LL+BR+LS

FV= 5.63Ton

Mr= 4.85 Ton-m

FH= 2.46Ton

Mv= 2.50 Ton-m

VERIFICACION DE LA ESTABILIDAD

I. CONDICION DE VOLTEO

RESISTENCIA 1 □ □ 0.6 3.60 > 3.67 Ton-mEVENTO EXTREMO 1 □ □ 1 6.09 > 2.46 Ton-m

SERVICIO 1 □ □ 0.5 2.42 > 2.5 Ton-m

II. CONDICION DE DESLIZAMIENTO

RESISTENCIA I□ □□ 0.9 4.1 > 4.1 Ton

EVENTO EXTREMO I□ □□ 1 4.52 > 2.89 Ton

III. EXCENTRICIDAD

RESISTENCIA IX= 0.86 Z= 0.53e= 0.42 < 0.38

EVENTO EXTREMO IX= 0.87 z= 0.35e= 0.23 < 0.56

SERVICIO IX= 0.86 z= 0.44e= 0.34 < 0.25

IV. CONDICIONES DE PRESION

□adm = 31 T/m2FS 3

qult= 93 T/m2

Factor de Reducción de resistencia

□ = I FV/(B-2*e) < □ ( RESISTENTE)□ ( RES I) = 13.94 < 54.45 Ton/m2

□ ( E.EXTR I) = 6.7 < 54.45 Ton/m2□ ( SERV I) = 9 < 54.45 Ton/m2

DISEÑO DE MURO DE CONTENCION CICLOPEO TIPO 2(ZONA “A”)

Altura pantalla 2.00 mi□adm = 36 Ton/mi

qult= 108 Ton/m2

Htotal= 2.45 mCARGA DE LA SUPERESTRUCTURA

DC 0 TonLL 0 Ton

CALCULO DE FUERZAS


1.0 CARGA MUERTADC= 0.00 Ton

MDC= 0.00 Ton0.00 ni

DW= 0.00 TonMDC= 0.00 Ton

0.00 ni2.0 CARGA VIVA 0.00

LL= 0.00 TonMLL= 0.00 Tonm

3.0 CARGA DE FRENADO

0.00BR 0.00 TonMRB 0.00 Ton-m

II. CARGA DEL PESO PROPIO Y DEL RELLENO

ANC

ALT PE FVX MR

BLOQUE

LARGO HO O(m) (m) (m) (t/

m3)(ton

)(m) (t-

m)1 1.65 1 0.45 2.4 1.78 0.83

1 47

2 0.2 1 2 2.4 0.48 0.43

0 21

3 0.3 1 2 2.4 1.44 0.65

0 94

4 0.14 1 1.4 2.4 0.24 0.85

0 20

5 0.14 1 0.6 2.4 0.2 0.87

0 18

6 0.46 1 0.6 2.4 0.33 1.09

0 36

7 0.14 1 1.4 1.8 0.18 0.89

0 16

8 0.51 1 1.4 1.8 1.29 1.2 1.54

9 0.51 1 0.6 1.8 0.28 1.28

0 35

10 0.25 1 2 1.8 0.9 1.58

1.42

Total

7.116.81


33313 03D 16.5— 0

Ka= 0.27 Ton/s= 1.8 m3Ùz 2.45 m

Ton/Ef 1.18 m2

Ea= D.h/2*1 1.44 Ton

EaH=Ea.Cosl 1.38 Ton

Ton-MEaH= EaHxH/3ü 1.13 m

EaV= Ea.Seni 2 0.41 Ton

□

EaVxbraz Ton-MEaV= OÜ 0.39 M


∆p= k.ns.heq

Ls= 1.8T/

m3

heq=1.3

8m

∆p=0.6

6

T/

m2

LS= ∆p.h1.6

3Ton

MLS= LS.h/21.9

9

Ton-

m

V. EMPUJE CON SISMO

0.5.KAE. s.h.h.M- EAE-

KAE=

□ n 33.005.71

□ □ 16.50

¡f 0.00

kv= 0.00

kh= 0.20

11.31

KAE= 0.456Ton/

i: s= 1.80 m3Hf 2.45 M

Ton/

EAE= 2.46 Ton AP 2.01 m2

EAE.Cosí EAEH= '2 2.36 Ton/

m2

EAEH- AEAEH= EaHD0.98

Ton/

m2

AEAEH.Íh/ AEAEH= 2)= 1.20Ton-

m

EAE.Sení EAEV= Ü2LJ 0.70

Ton/

m

EAEVxbra MEAEV=

zoO4.54

Ton-

m

VI. SISIMO DE LA SUPERESTRUCTURA


RESISTENCIA I 1.25*DC+0.5DW+1.5EH+EV+1.75LL+1.75BR+1.75LS

FV= 9.29 Ton Mr= 8.9 Ton-mFH= 4.92 Ton Mv- 5.18 Ton-m

EVENTO EXTREMO I 1.25*DC+1.5DW+1.5EH+1.35EV+0.5LL+0.5BR+0.5LS+EQ

FV= 9.29 Ton Mr= 9.04 Ton-mFH= 3.87 Ton Mv= 3.89 Ton-m

SERVICIO I DC+DW+EH+EV+LL+BR+LS

FV= 7.52 Ton Mr= 7,20 Ton-mFH= 3.01 Ton Mv= 3.37 Ton-m

VERIFICACION DE LA ESTABILIDAS

I.CONDICION DE VOLTEO

Mr > Mv

Ton-

RESISTENCIA I□ □

0.6 5.34 > 5.18 m

EVENTO EXTREMO I□ □

1 9.04 > 3.89 Ton-

mSERVICIO I □

□0.5 3.6 > 3.37 Ton-

mII.CONDICION DE DESLIZAMIENTO

RESISTENCIA I□

□□0.9 5.43 > 4,92 Ton

EVENTO EXTREMO I

□ □□

1 6.04 > 3.87 Ton

III.EXCENTRICIDAD

RESISTENCIA IX= 1 Z= 0.56e= 0.4 < 0.61

EVENTO EXTREMO I

IV.CONDIONES DE PRESION

adm = 35 T/m2FS 3

qult=105

T/m2

Factores de Reducciones de resistencia 0.55

FV/(B-=2*e) < □ ( RESISTENTE)

□ ( RES 1) =15 < 59.4 Ton/

m2

□ ( E.EXTR 1) =8.4 < 59.4 Ton/

m2

□ ( SERV 1) =9.9 < 59.4 Ton/

m2

DISEÑO MURO DE CONTENCION CICLOPEO TIPO 4 (ZONA “A”)

□adm = 33 T/m2qult= 99 T/m2

Htotal= 3.45 M


DC 0 TonLL 0 Ton

X= 1 Z= 0.42e= 0.3 < 0.61

SERVICIO 1X= 1 Z= 0.45e= 0.3 < 0.28

CALCULO DE FUERZAS


1.0 CARGA MUERTA

DC= 0.00 Ton

MDC= 0.00 Ton

0.00 Ni

DW= 0.00 Ton

MDC= 0.00 Ton

0.00 Ni

2.0 CARGA VIVA 0.00

LL= 0.00 Ton

MLL= 0.00 Tonm

3.0 CARGA DE FRENADO 0.00

BR 0.00 Ton

MRB 0.00 Ton-m

II. CARGA DEL PESO PROPIO Y DEL RELLENO

BLOQUE LARGO

ANCHO

ALTO

PE FV X MR

(m) (m) (m) (t/m3)

(ton) (m) (t-m)

1 2 1 0.45 2.4 2.16 1 2.16

2 0.3 1 3 2.4 1.08 0.45

0.49

3 0.3 1 3 2.4 2.16 0.7 1.51

4 0.14 1 1.4 2.4 0.24 0.9 0.21

5 0.14 1 1.6 2.4 0.54 0.92

0.49

6 0.81 1 1.6 2.4 1.56 1.26

1.96

7 0.14 1 1.4 1.8 0.18 0.94

0.17

8 0.81 1 1.4 1.8 2.04 1.4 2.85

9 0.81 1 1.6 1.8 1.17 1.53

1.78

10 0.2 1 3 1.8 1.08 1.9 2.05

Total 12.19

13.67


□ □ 33.00

□ □ 0000

□ □ 16.5

— 0

Ka= 0.27

' ¡s= 1.8 T/m3

h= 3.45 m

fif 1.66 T/m2

Ea= p.h/2*1 2.86 Ton

EaH= Ea.Cos(G?D 2.74 Ton

MEaH= EaHxH/3n 3.16 Ton-mEaV= Ea.Sen(ñ2ü 0.81 Ton

MEaV= EaVxbrazoD

0.85 Ton-m


∆p= k.ns.heqLs= 1.8 T/m3

heq= 1.13

M

∆p= 0.54

T/m2

LS= ∆p.h 1.87

Ton

MLS= LS.h/2 3.23

Ton-m

V. EMPUJE CON SISMO

0.5.KAE. s.h.h.M- EAE-ANCHO

KAE=

□ n 33.00

5.71

□ □ 16.50

¡f 0.00

kv= 0.00

kh= 0.20

11.31

KAE 0.456

s 1.80 Ton/m3

h= 3.45 m

EAE= 4.89 Ton

EAEH= EAE.Cos(Ü2 4.69 T/m2

AEAEH= EAEH-EaHD 1.94 T/m2

□AEAEH= AEAEH.(h/2) 3.35 T-m

EAEV= EAE.Sen( ;2 1.39 T/m

MEAEV= EAEVxbrazo 8.99 Ton-m

VI. SISIMO DE LA SUPERESTRUCTURA

Eq= 0.00 TonMeq= 0.00 Ton-m







FV= 13.00 Ton Mr= 14.52 Ton-m

FH= 4.62 Ton Mv= 5.98 Ton-m



Mr > Mv

Ton-


0.6

10.76 > 10.39

m


1 18.23 > 9.70 Ton-

mSERVICIO I □

□0.5

7.26 > 5.98 Ton-m

II.CONDICION DE DESLIZAMIENTO

RESISTENCIA I□

□□0.9 9.38 > 7.40 Ton

EVENTO EXTREMO I

□ □□

1 10.42 > 6.99 Ton

III.EXCENTRICIDAD

RESISTENCIA I

X=1.12

Z= 0.65

e=0.53

< 0.50

EVENTO EXTREMO I


adm = 30 T/m2FS 3

qult= 90 T/m2


FV/(B-=2*e) < □ ( RESISTENTE)□ ( RES 1) = 22.76 < 54.45 Ton/m2

□ ( E.EXTR 1) = 15.10 < 54.45 Ton/m2□ ( SERV 1) = 13.20 < 54.45 Ton/m2

DISEÑO MURO DE CONTENCION CICLOPEO TIPO 5 (ZONA “A”)

X= 1.14

Z= 0.65

e=0.47

< 0.61

SERVICIO 1

X=1.12

Z= 0.46

e=0.34

< 0.28

□adm = 25 T/m2qult= 69 T/m2

Htotal= 3.95 M


DC 0 TonLL 0 Ton

CALCULO DE FUERZAS

VII. CARGA DE LA SUPERESTRUCTURA

1.0 CARGA MUERTA

DC= 0.00 Ton

MDC= 0.00 Ton

0.00 Ni

DW= 0.00 Ton

MDC= 0.00 Ton

0.00 Ni

2.0 CARGA VIVA 0.00

LL= 0.00 Ton

MLL= 0.00 Tonm

3.0 CARGA DE FRENADO 0.00

BR 0.00 Ton

MRB 0.00 Ton-m

VIII. CARGA DEL PESO PROPIO Y DEL RELLENO

ANCH M

BLOQUE LARGO

O ALTO

PE FV X R

(t-(m) (m) (m) (t/

m3)(ton) (m) m)

2.81 2.3 1 0.45 2.4 2.48 1.1

56

0.72 0.35 1 3.5 2.4 1.47 0.5

38

23 0.3 1 3.5 2.4 2.52 0.8 2

0.24 0.14 1 1.4 2.4 0.24 1 3

0.75 0.14 1 2.1 2.4 0.71 1.0

22

3.66 1.01 1 2.1 2.4 2.55 1.4

33

0.17 0.14 1 1.4 1.8 0.18 1.0

484

8 1.01 1 1.4 1.8 2.55 1.6 63.3

9 1.01 1 2.1 1.8 1.91 1.76

710 0.2 1 3.5 1.8 1.26 2.2 2.7

IX. EMPUJE LATERAL DE LA TIERRA

□ □ 33.00

□ □ 0000

□ □ 16.5

— 0

Ka= 0.27

' ¡s= 1.8 T/m3

h= 3.95 m

fif 1.90 T/m2

Ea= p.h/2*1 3.75 Ton

EaH= Ea.Cos(G?D 3.60 Ton

MEaH= EaHxH/3n 4.74 Ton-mEaV= Ea.Sen(ñ2ü 1.07 Ton

MEaV= EaVxbrazoD

1.17 Ton-m

X. EMPUJE DEBIDO AL TRAFICO

∆p= k.ns.heqLs= 1.8 T/m3

heq= 1.0. M

∆p= 0.51

T/m2

LS= ∆p.h 2.01

Ton

MLS= LS.h/2 3.96

Ton-m

XI. EMPUJE CON SISMO

0.5.KAE. s.h.h.M- EAE-ANCHO

KAE=

□ n 33.00

5.71

□ □ 16.50

¡f 0.00

kv= 0.00

kh= 0.20

11.31KAE 0.456s 1.80 Ton/m3

h= 3.95 m

EAE= 6.41 Ton

EAEH= EAE.Cos(Ü2 6.14 T/m2

AEAEH= EAEH-EaHD 2.55 T/m2

□AEAEH= AEAEH.(h/2) 5.03 T-m

EAEV= EAE.Sen( ;2 1.82 T/m

MEAEV= EAEVxbrazo 11.79 Ton-m

XII. SISIMO DE LA SUPERESTRUCTURA

Eq= 0.00 TonMeq= 0.00 Ton-m







FV= 16.92 Ton Mr= 21.80 Ton-m

FH= 5.61 Ton Mv= 7.57 Ton-m



Mr > Mv

Ton-


0.6

16.17 > 140.6

m


1 27.36 > 14.12

Ton-

mSERVICIO I □

□0.5

10.90 > 7.57 Ton-m

II.CONDICION DE DESLIZAMIENTO

RESISTENCIA I□

□□0.9 12.20 > 8.91 Ton

EVENTO EXTREMO I

□ □□

1 13.56 > 8.95 Ton

III.EXCENTRICIDAD

RESISTENCIA I

X=1.29

Z= 0.67

e=0.53

< 0.58

EVENTO EXTREMO I


adm = 25 T/m2FS 3

qult= 75 T/m2


FV/(B-=2*e) < □ ( RESISTENTE)

□ ( RES 1) =16.9

1< 37.95 Ton/

m2

□ ( E.EXTR 1) =16.4

5< 37.95 Ton/

m2

□ ( SERV 1) =10.0

6< 37.95 Ton/

m2MEMORIA DE CALCULO MURO DE CONTENCION TIPO 6 (ZONA “A”)

Para el análisis de estabilidad se consideran los siguientes datos

σULT = 6 Kg/cm2 Capacidad Portante0.55 Factor de Reduccion

σULT = 3.3 Kg/cm2Materiales

s= 1.8 t/m3 Peso Especifico Relleno c= 2.4 t/m3 Peso especifico Concreto

X= 1.31

Z= 0.68

e=0.52

< 0.86

SERVICIO 1

X=1.29

Z= 0.45

e=0.31

< 0.38

Geometria

H = 4 m Altura Total

Hz = 0.5 m Altura Zapata

Hp = 0 m Altura de parapeto

Hc = 0 m Altura de viga de apoyo

Lt = 1.5 m Largo Talón

Am = 0.6 m Espesor de Muro (pantalla)

Lp = 0.7 m Largo de punta

Ac = 0 m

Ap = 0 m

Si = 0 m

Se = 0 m

Ha = 0 m

H'a = 0 m

La = 0 m

L = 1 m Largo de zapata

Nc = 0 Numero de contrafuertes

Aml= 0 m Espesor de muros laterales

Amc= 0 m Espesor de muros contrafuertes

Amp= 0 m Espesor de muros posterior

hm= 0 m

Hmd= 4 m Altura de muro frontal

a = 1 m Distancia horizontal de la carga viva al centro de giro

b = 6.3 m Distancia vertical de la fuerza de frenado al centro de giro

B= 2.8 m Medida de la base

CALCULO DE FUERZAS

Estribo Volím3) Peso (t.) Xi(m) Mi(t-m)1 Zapata 1.400 3.360 1.400 4.7042 Muro Frontal 1.920 4.608 1.000 4.6083 Viga Cabezal 0.000 0.000 0.700 0.0004 Parapeto 0.000 0.000 0.700 0.0005 Ménsula 0.000 0.000 1.425 0.0006 Muros Laterales 0.000 0.000 1.950 0.000

0.000 0.000 2.700 0.0000.000 0.000 2.700 0.000

7 Contrafuertes 0.000 0.000 1.767 0.0000.000 0.000 1.300 0.000

8 Muro Posterior 0.000 0.000 2.600 0.000Muro Central 0.000 0.000 1.950 0.000

0.000 0.000 1.950 0.0007.968 1.169 9.312

Relleno Vol(m3) Peso (t.) Xi(m) Mi(t-m)1 Relleno superior 0.000 0.000 2.050 0.0002 Relleno inferior 6.000 10.800 2.050 22.140

10.800 22.140

Carga de la Superestructura

DC 0.00 TonDW 0.00 TonLL 0.00 Ton

A. Fuerzas Verticales Actuantes

Fuerzas MomentoPeso del estribo P(DC) = 7.968 L 9.312 t-m

Peso del relleno P(EV) = 10.800 t 22.140 t-mTransmitidas por la superestructura

Fuerzas MomentosPeso propio y muertas R(DC)= 0.00 L M(DC) = 0.00 t-m

R(DW)= 0.00 t M(DW) = 0.00 t-mCarga viva vehicular (LL) R(LL)= 0.00 t M(LL) = 0.00 t-m

B. Fuerzas Horizontales Actuantes

CARGA DE FRENADO

BR 0.00 t MBR 0.00 t-m

EMPUJE LATERAL DE LA TIERRA (EH)

P= Ka.Qs.H□ □ 33□ □ 0□ □ 16.5i= 0Ka= 0.27□s= 1.8 Ton/m3H= 4.5 mP= 2.16 Ton/m2Ea= P.H/2‘L 3.89 Ton

Fuerza debida a la presión horizontal de empuje

EaH= Ea.Cos(ïî2a 3.73 TonMEaH= EaHxH/3n 6.72 Ton-

m

Fuerza debida a la presión vertical de empuje

EaV= Ea. Seni li? ]

1.11 TonMEaV= EaVxbrazo 1.44 Ton-

m

SOBRECARGA POR CARGA VIVA (DEBIDO AL TRÁFICO)

□s= 1.80 Ton/m3heq= 0.98 mAp= 0.471 Ton/m2

Fuerza debida a la presión horizontal de la sobrecargaLS= Ap.h.L 1.70 TonMLS= LS.h/2

3.82 Ton-mFuerza debida a la presión vertical de la sobrecarga

F(LS)= 2.12 t.Dist = 2.05 mM(LS)= 4.34 t-m

ERMPUJE DINAMICO DEL SUELO (EQ)

EAE= 0.5.KAE. ]s.H2.(1-kv).L

KAE= Coeficiente Adivo de presión dinámica

□ □ 33

□ □ 0

□ □ 16.5

i= 0

kv= 0

kh= 0.2

□ □ 11.31

KAE= 0.407

□s= 1.8 Ton/m3

H= 4.5 m

EAE= 5.94 TonPresión activa del

terreno

EAE.Cosñ2 5.69 t

EAEH= □

Incremento dinàmico

AEAEH= EAEH-EaHQ 1.96 t

□AEAEH=AEAEH.(h/2) 4.4

Ton-m

EAEV= EAE.Senp? 1.69 t

MEAEV= EAEVxbrazo 2.19 t-m

Fuerza Inercial del EstriboPeso del Estribo 18.77 tPr= 2.63 tMr= 3.94 t-m

LuegoFrq= 4.95 tMrq= 8.35 t-m

SISMO DE LA SUPERESTRUCTURA(Eqr)

Eq= 0 tMeq= 0 t-m

ANALISIS DE ESTABILIDAD

FUERZAS RESISTENTES ( R) Fuerzas (t.) Momentos

Descripción Cod FV(t.) Mr(t-

m)

Estribo (DC) DC 7.97 9.31

Relleno EV 10.8 22.14

Superestructura DC 0 0

DW 0 0

Carga Viva Superestructura LL 0 0

Sobrecarga por carga viva LS 2.12 4.34

FZAS DE VOLTEO ( V) Fuerzas (t.) Mom (t-m)

Descripción Cod FV(t.) Mr(t-

m)

Empuje de tierras (E)- Activo EH 3.73 6.72

Empuje por carga viva (LS) LS 1.7 3.82

Empuje Dinámico (EQ) EQ 4.59 8.35

Fuerza Sísmica (Eqr) EQ 0 0

Fuerza de Frenado (BR) BR 0 0

COMBINACIONES DE CARGAC1: DCsub+EH+EV

Fuerzas (t.)

Mom (t-m)F. Resistentes 18.77 31.45

F. Volteo 3.73 6.72

Verificación de estabilidad

Verificación del Volteo [Mr > Mv

15.73 > 6.72 Ok

Verificación del

Deslizamiento

16.89 > 3.73 Ok

Verificación de Presiones

Verificación de

Excentricidad e= 0.08 < 0.47 ok

Q1 = 0.79 Kg/cm2 Punta ok

Q2= 0.55 Kg/cm2 Talón ok

C2: DC+DW+EH+EVFuerzas (t.)

Momentos (t-m)

F. Resistentes 18.77 31.45

F.Volteo 3.73 6.72


Verificación del Volteo Mr > Mv

15.73 > 6.72 Ok

Verificación del

Deslizamiento QT=T FV. Tan> FH

16.89 > 3.73 Ok

Verificación de PresionesVerificación de Excentricidad e= 0.08 < 0.47 ok

Q1 = 0.79 Kg/crrT Punta ok

Q2= 0.55 Kg/cm2 Talón okC3: DC+DW+EH+EV+1.3(LL+BR

Fuerzas (t.)

Momentos (t-m)

F. Resistentes 18.77 31.45

F.Volteo 3.73 6.72


Verificación del Volteo Mr > Mv

18.55 > 6.72 okVerificación del Deslizamiento

□ C]QT = T FV. Tan > FH

19.37 > 3.73 ok

Verificación de PresionesVerificación de Excentricidad e= -0.01 < 0.47 ok

Q1= 0.75 Kg/cm2 Punta ok


C4: 1.25DC+1.5DW+1.5EH+1.35EVFuerzas (t.)

Momentos (t-mF. Resistentes 24.54 41.53

F.Volteo 5.6 10.08


Verificación del Volteo ÇMr > Mv

24.92 > 10.08 ok

Verificación del Deslizamiento

□ GQT =DTFV. Tanüä FH

22.09 > 5.6 ok


o Kg/cm2 Punta ok

h

O

Q2= 0.65 Kg/cm2 Talón okC5: 1.25DC+1.5DW+1.5EH+1.35EV+1.75(LL+LP+LS+BR)

Fuerzas (t.)

Momentos (t-rrF. Resistentes 28.24 49.12

F.Volteo 8.57 16.76


Verificación del Volteo ÇMr > Mv


□ □QT =DT FV. Tanü£ FH

25.42 > 8.57 ok


Q1= 1.56 Kg/cm2 Punta ok


C6: 0.90DC+0.65DW+1.5EH+EV+1.75(LL+LP+LS+BRFuerzas (t.) Momentos (t-rr

F. Resistentes

25.46 45.86F.Volteo 8.57 16.76


Verificación del Volteo □Mr > Mv27.52 > 16.76 ok

Verificación del Deslizamiento

□□QT ##########

FH22.91 > 8.57 ok


Q1 = 1.41 Kg/crrf Punta okQ2= 0.41 Kg/cm2 Talón ok

C7: 1.25DC+1.5DW+EH+EV+0.5(LL+LP+LS+BR)+EQFuerzas (t.)

Momentos

(t-mF. Resistentes

21.82 35.95F.Volteo 9.17 16.98

Verificación de estabilidadVerificación del Volteo gMr > Mv


□ □QT ##########

FH21.82 > 9.17 ok


Q1 = 2.22 Kg/cm2 Punta okQ2= 0 Kg/cm2 Talón ok

C8: 1.25DC+1.5DW+EH+EV+EQFuerzas (t.)

Momentos

(t-mF.Resistentes

20.76 33.78F.Volteo 8.32 15.07

Verificación de estabilidadVerificación del Volteo pMr> Mv

33.78 > 15.07 ok

Verificación del Deslizamiento □ OQT =HTFV. Tanfi* FH

20.76 > 8.32 okVerificación de PresionesVerificación de Excentricidad e= 0.5 < 1.12 ok

Q1 = 2.04

Kg/cm2 Punta ok

Q2= 0 Kg/cm2 Talón ok

CALCULO DE REFUERZO

PANTALLA

REFUERZO PRINCIPAL

Mu = 14.899 T-m

b= 1 m Ancho unitario

h= 0.6 m

fc= 210 kg/cm2

fy= 4200 kg/cm2

□ □ 0.9

MuDISEÑO 20.87 Ton-m

REFUERZO FINAL Diámetro a considerar

As1 = 10.26 cm2 □ □ 1/2

ESPACIAMIENTO 0.123 m

Acero Mínimo □= 1/2" @ 0.125

14.49 kg/cm2

fCr 28.98 kg/cm2

1 2Mcr 20.87 T-m USAR 1.2Mcr

ZAPATA

PUNTA EN VOLADIZO (REFUERZO INFERIOR)

Mu = 3.299 T-m


h= 0.5 m

f'c= 210 kg/cm2

fy= 4200 kg/cm2

□ □ 0.9


REFUERZO FINAL Diametro a considerar

As1 = 8.93 cm2 □ □ 1/2

ESPACIAMIENTO 0.142 m usar

USAR □= 1/2 @ 0.150 m

Acero Mínimo

14.49 kg/cm2

fcr 28.98 kg/cm2

1.2Mcr 14.49 T-m

TALON EN VOLADIZO (REFUERZO SUPERIOR)

Mu = 7.452 T-m


h= 0.5 m

fc= 210 kg/cm2

fy= 4200 kg/cm2

□□ 0.9


REFUERZO FINAL Diametro a considerar

As1 = 8.93 cm2 □ □ 5/8

ESPACIAMIENTO 0.222 m usar

USAR □= 05-ago @ 0.250 m

Acero Mínimo

14.49 kg/cm2

fcr 28.98 kg/cm2

1.2Mcr 14.49 T-m

DISEÑO BADEN (Prog. Km 22+775)

Espesor = 0.25 ml

Longitud = 25 ml

CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO

Se ha considerado un badén de concreto armado. El análisis de la losa del badén se ha

realizado empleando el programa de computo SAP2000, se ha modelado la losa con elementos

Shell El suelo de la cimentación se ha considerado como un medio elástico el cual ha sido

modelado mediante resortes elásticos cuya rigidez es determinada a partir del coeficiente de

Balasto para tal fin se ha tomado los valores recomendados por autores como Terzaghi y

Winkler (Ver Tabla 1.0) y que para nuestro caso se ha estimado en un valor promedio igual a

5.0 Kg/cm3

VALORES DE K30 PROPUESTOS POR TERZAGHI

Suelo k30 (kp/cm3)

Arena seca o húmeda:

-Suelta 0,64-1,92 (1,3)’

-Media 1,92-9,60 (4,0)

-Compacta 9,60-32 (16,0)

Arena sumergida:

-Suelta (0,8)

-Media (2,50)

-Compacta (10,0)

Arcilla:

q.= l-2 kp/cm2 1,6-3,2 (2,5)

q.=2-4 kp/cm2 3,2-6,4 (5,0)

q >4 kp/cm2 >6,4 (10)

‘Entre paréntesis los valores medios propuestos

Tabla 2.0 .- Valores estimados a partir del ensayo de Placa de Carga 30x30cm2(K30) Nota -

Kp <> 9.81 KN <>1Kg

Las cargas consideradas son las siguientes:

Determinación de las Cargas DC y DW

Analizando para un ancho de franja unitaria de 1m.

Peso Propio DC

WDC = 2.4x1.0x0.25 = 0.60 T/m/m

Peso Asfalto DW

WDW = 2.25x1.0x0.05 = 0.112 T/m/m

Sobrecarga Vehicular HL-93

La sobrecarga vehicular considerada es la del camión más la carga distribuida para cada vía tal

como se ve en la siguientes vistas.

Figura 35. Modelo de la losa del badén, empotrado en todo el borde y sobre resortes

elásticos en el interior

Figura 36. Cargas camión(HL-93) sobre la losa del badén.

Figura 37. Cargas distribuidas (HL-93) sobre ancho de vía de la losa del badén.

Figura 38. Cargas muertas (DW) sobre la losa de aproximación.

Figura 39. Momentos Mxx por Resistencia 1, Mmax = 4.86 Ton-m/m.

Diseño del Refuerzo en la losa Mxx

b = 1.0m

h = 25cm

fe = 210 Kg/cm2

fy = 4200 Kg/cm2

Muxx = 4.86 Tn-m/m

As = 7.08 cm2

Usar □ 5/8” @ 0.25m



agrietamiento.


fer = 2 Vf'c =33.46 Kg/cm2

1 2xMcr = 1.2*33.46*1*25*25/6/1000 = 3.62Tn-m

Asmin= 5.21 cm2

Refuerzo Mínimo a colocar D1/2”@ 0.20

Diseño del Refuerzo en la losa Mvv

b = 1.0m

h = 25cm

fe = 210 Kg/cm2

fy = 4200 Kg/cm2

Muyy = 3.12 Tn-m/m

As(+) = 4.47 cm2

Usar □ 1/2” @ 0.20m



agrietamiento.


fer = 2 Vf'c =33.46 Kg/cm2

1.2xMcr = 1.2*33.46*1*25*25/6/1000 = 3.62Tn-m

Asmin= 5.21 cm2

Refuerzo Mínimo a colocar Dl/2”@ 0.20

Presiones Transmitidas al terreno

Resistencia I DI = 1.73/(0.25*0.25)=6.92 Ton/m2 =0.69 Kg/cm2 ok

Servicio...OS = 1.04/(0.25*0.25)=4.16Ton/m2 = 0.42 Kg/cm2 ok

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