cgg-vam-es-bc-001

VA AL MAR CARTAGENA BARRANQUILLA

DISEO DE LA SEGUNDA CALZADA Y DE LA REHABILITACIN DE LA CALZADA EXISTENTE

DISEO ESTRUCTURAL CARTILLA BOX CULVERT TIPO 1

SECCION 1X1 H


Memoria de Calculo

Diseo Estructural de Box Culvert Tipo 1

1m x 1m Hequ=0.6m.

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Bogot, Junio 30 de 2009.

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DISEO ESTRUCTURAL

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TABLA DE CONTENIDO. 1. INTRODUCCIN 5

2. ASPECTOS GENERALES 6 2.1 GEOMETRA - SECCIN TIPO. 6

3. DESCRIPCIONES PARTICULARES 7 3.1 METODOLOGA A UTILIZAR. 7 3.1.1 DESCRIPCIN DEL SISTEMA DE CLCULO EMPLEADO. 7 CLCULO ESTRUCTURAL DEL PRTICO CON MODELO DE PRTICO PLANO. 7 DIMENSIONAMIENTO DE LA ARMADURA DE FLEXIN Y CORTANTE 7 3.1.2 ACCIONES CONSIDERADAS 8 ACCIONES 8 3.1.3 COEFICIENTES DE COMBINACIN DE CARGAS 9 3.1.4 CARACTERSTICAS DE LOS MATERIALES 10 3.1.5 NORMATIVA EMPLEADA 10 3.1.6 DATOS DE ENTRADA MODELO DE CLCULO 11


Memoria de Calculo


1m x 1m Hequ=0.6m.



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3.2 RESULTADOS. 19 3.3 ANLISIS DE RESULTADOS. 21 3.3.1 DISEO A FLEXIN. 21 3.3.2 DISEO A CORTANTE. 22

LISTA DE FIGURAS.

Figura 1. Seccin transversal tpica. ..................................................................................... 6

Figura 4. Modelo de clculo. ............................................................................................... 11

Figura 5. Structure - Cases: 2 (EMPUJE TIERRAS CONSTRUCCIN AMBOS LADOS AL REPOSO). .......................................................................................................................... 12

Figura 6. Structure - Cases: 3 (EMPUJE TIERRAS CONSTRUCCIN IZQUIERDA ACTIVO). ........................................................................................................................................... 12

Figura 7. Structure - Cases: 4 (EMPUJE TIERRAS CONSTRUCCIN DERECHA ACTIVO). ........................................................................................................................................... 13

Figura 8. Structure - Cases: 5 (RELLENO COMPLETO AL REPOSO HASTIAL). ................. 13

Figura 9. Structure - Cases: 6 (RELLENO COMPLETO ACTIVO). ....................................... 14

Figura 10. Structure - Cases: 7 (COMPACTADOR POR AMBOS LADOS AL REPOSO). 14

Figura 11. Structure - Cases: 8 (COMPACTADOR POR LA IZQUIERDA ACTIVO). ......... 15

Figura 12. Structure - Cases: 9 (COMPACTADOR POR LA DERECHA ACTIVO). ........... 15

Figura 13. Structure - Cases: 10 (SOBRECARGA ACCESO IZQUIERDA REPOSO). ........ 16

Figura 14. Structure - Cases: 11 (SOBRECARGA ACCESO IZQUIERDA ACTIVO). ......... 16

Figura 15. Structure - Cases: 12 (SOBRECARGA ACCESO DERECHA REPOSO). .......... 17

Figura 16. Structure - Cases: 13 (SOBRECARGA ACCESO DERECHA ACTIVO). ........... 17

Figura 19. Structure - Cases: 16 (1 TANDEM M). ................................................................ 17


Memoria de Calculo


1m x 1m Hequ=0.6m.



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Figura 20. Structure - Cases: 17 (1 TANDEM V). ................................................................. 18

Figura 21. Structure - MY; Cases: ELU. ................................................................................. 19

Figura 22. Structure - FZ; Cases: 49 to 102. ......................................................................... 19

Figura 23. Structure - Kz, Cases: 49 to 102. ......................................................................... 20

LISTA DE TABLAS.

Tabla 1. Combinaciones de Carga y Factores de carga. Tomado de Tabla 3.4.1-1 (AASHTO LRFD). .............................................................................................................. 9

Tabla 2. Factores de carga para cargas permanentes. Tomado de Tabla 3.4.1-2 (AASHTO LRFD). .............................................................................................................. 9

Tabla 3. Diseo a Flexin. ...................................................................................................... 21

Tabla 4. Diseo a Cortante. .................................................................................................. 22


Memoria de Calculo


1m x 1m Hequ=0.6m.

INFORME DE DISEO CGG-VAM-ES-BC-001

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Bogot, Julio de 2009

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DISEO ESTRUCTURAL

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1. INTRODUCCIN

En esta memoria se presenta el clculo de las obras de drenaje tipo Box Culvert para altura de relleno hasta 0.6m. La configuracin estructural es la de un marco en hormign reforzado, con una seccin hidrulica de 1m de altura y un ancho de 1m.


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1m x 1m Hequ=0.6m.


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2. ASPECTOS GENERALES

2.1 GEOMETRA - SECCIN TIPO.

La 0muestra la configuracin transversal tpica de las obras de drenaje:

Figura 1. Seccin transversal tpica.


Memoria de Calculo


1m x 1m Hequ=0.6m.


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3. DESCRIPCIONES PARTICULARES

3.1 METODOLOGA A UTILIZAR.

3.1.1 DESCRIPCIN DEL SISTEMA DE CLCULO EMPLEADO.

Clculo estructural del prtico con modelo de prtico plano.

El esquema esttico adoptado es el de una estructura reticular de plano medio, contemplando para el clculo 3 movimientos en cada nudo (2 desplazamientos y giro a flexin). Los distintos elementos de la estructura (losa superior, hastales y solera) se han discretizado mediante elementos rectos de seccin rectangular, canto constante y ancho unitario. Todos los esfuerzos se dan por unidad de ancho (p.m.).

El clculo se ha realizado con el programa ROBOT MILLENUM. El programa de clculo de estructuras ROBOT MILLENIUM ha sido desarrollado por la empresa francesa ROBOBAT y la versin empleada en el presente proyecto es la 20.0 sobre WINDOWS. El programa tiene una estructura modular que permite abordar el clculo de estructuras espaciales o planas (esttico, dinmico o no lineal geomtrico), el dimensionamiento automtico de perfiles metlicos, de elementos lineales de hormign, etc.

Los clculos realizados son todos del tipo elstico y lineal, como es habitual en proyectos de estructuras de hormign. Las cargas consideradas se describen en el apartado 3 de la presente memoria y se han introducido como cargas uniformemente repartidas o puntuales sobre las barras. El programa permite la combinacin manual o automtica de las cargas para considerar las distintas combinaciones exigidas por la normativa vigente.

Los resultados de los clculos (esfuerzos) se han resumido en forma de listados numricos para las combinaciones descritas en el archivo de entrada de datos.

Dimensionamiento de la armadura de flexin y cortante

El dimensionamiento de las armaduras de flexin y cortante de losas y hastales se realiza con los criterios establecidos por AASHTO LFRD Bridge Design Specifications.


Memoria de Calculo


1m x 1m Hequ=0.6m.


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Se ha calculado las armaduras de secciones rectangulares sometidas a flexin para el conjunto de elementos (barras del modelo de prtico plano) que constituyen la estructura y para todas aquellas hiptesis o combinaciones de clculo que se hayan contemplado en el anlisis estructural de acuerdo con los criterios de la normativa vigente.

3.1.2 ACCIONES CONSIDERADAS

Acciones

En el clculo de los elementos estructurales se han considerado las siguientes acciones:

Cargas permanentes:

Peso propio. El peso propio de los distintos elementos se ha calculado a partir de su geometra (secciones transversales) adoptando una densidad de valor c =2.5 T/m3.

Peso del terreno. Carga y empuje de las tierras en estribos, con una densidad 2,0 T/m3 y un

ngulo de rozamiento interno de 30 (con presiones horizontales correspondientes a un empuje con coeficiente variable entre Ko= 0,50 empuje al reposo y 0,33 empuje activo).

Sobrecargas:

Vehculo HL-93 Tndem Carga de carril de 0.93 T/m Sobrecarga uniforme de 1,0 T/m2 en el terrapln.

Las cargas vehiculares (HL-93 y Tndem) son afectadas por un factor de impacto de 1.33. La carga viva se ha distribuido con un ancho de distribucin para luces menores a 4600mm, calculado como sigue (segn AASHTO LFRD Bridge Specifications).

S12.02240+


Memoria de Calculo


1m x 1m Hequ=0.6m.


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3.1.3 COEFICIENTES DE COMBINACIN DE CARGAS

En las tablas 2 y 3 aparecen los factores de carga utilizados para estado lmite de servicio y estado lmite de resistencia.

Load Combination

DC DD DW

LLIMCE

WA WS WL FRTU CR SH

TG SE Use One of These at a Time

Limit State EH EV ES

BRPLLS

EQ IC CT CV

Strength I gp 1.75 1.00 - - 1.00 0.50/1.20 gTG gSE - - - - Strength II gp 1.35 1.00 - - 1.00 0.50/1.20 gTG gSE - - - - Strength III gp - 1.00 1.40 - 1.00 0.50/1.20 gTG gSE - - - - Strength IV EH, EV, ES, DW , and DC ONLY

gp 1.5 - 1.00 - - 1.00 0.50/1.20 - - - - - -

Strength V gp 1.35 1.00 0.40 0.40 1.00 0.50/1.20 gTG gSE - - - - Extreme Event I gp gEQ 1.00 - - 1.00 - - 1.00 - - -

Extreme Event II gp 0.50 1.00 - - 1.00 - - - 1.00 1.00 1.00 Service I 1.00 1.00 1.00 0.30 0.30 1.00 1.00/1.20 gTG gSE - - - - Service II 1.00 1.30 1.00 - - 1.00 1.00/1.20 - - - - - - Service III 1.00 0.80 1.00 - - 1.00 1.00/1.20 gTG gSE - - - - Fatigue - 0.75 - - - - - - - - - - -

Tabla 1. Combinaciones de Carga y Factores de carga. Tomado de Tabla 3.4.1-1 (AASHTO LRFD).

Type of Load Load Factor

Maximum Minimum DC: Component and Attachments 1.25 0.90 DD: Down drag 1.80 0.45 DW: Wearing Surface and Utilities 1.50 0.65 EH: Horizontal Earth Pressure Active Rest

1.50

1.35

0.90

0.90 EV: Vertical Earth Pressure Overall Stability Retaining Structure Rigid Buried Structure Rigid Frames Flexible Buried Structures Flexible Metal Box Culverts

1.35 1.35 1.30 1.35 1.95 1.50

N/A 1.00 0.90 0.90 0.90 0.90

ES: Earth Surcharge 1.50 0.75

Tabla 2. Factores de carga para cargas permanentes. Tomado de Tabla 3.4.1-2 (AASHTO LRFD).


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1m x 1m Hequ=0.6m.


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3.1.4 CARACTERSTICAS DE LOS MATERIALES

Concretos:

Cajn 28.0 MPa

Concreto de limpieza 14.5 Mpa

Acero:

Acero fy= 420 MPa

3.1.5 NORMATIVA EMPLEADA

American Association of State Highway and Transportation Officials, Load and Resistance Factor Design, Bridge Design Specifications, 1998 Edition (AASHTO LFRD 1998)

1999 and 2000 Interim AASHTO LFRD Bridge Design Specifications AASHTO LFRD Bridge Construction Specifications Bridge Design Practice Manual State Of California Department Of

Transportation CALTRANS.

Se han consultado para determinadas verificaciones estructurales los siguientes documentos:

Instruccin para el proyecto de estructuras de concreto estructural EHE, aprobada por el Real Decreto 2661/1998 de 11 de diciembre. Ministerio de Fomento, Espaa.

Instruccin relativa a las acciones a considerar en el proyecto de puentes de carretera IAP, aprobada por Orden de 12 de febrero de 1998. Ministerio de Fomento, Espaa.


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1m x 1m Hequ=0.6m.


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3.1.6 DATOS DE ENTRADA MODELO DE CLCULO

A continuacin se presentan de forma representativa los principales datos de entrada del modelo de clculo para el cajn:

Figura 2. Modelo de clculo.


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1m x 1m Hequ=0.6m.


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Figura 3. Structure - Cases: 2 (EMPUJE TIERRAS CONSTRUCCIN AMBOS LADOS AL REPOSO).

Figura 4. Structure - Cases: 3 (EMPUJE TIERRAS CONSTRUCCIN IZQUIERDA ACTIVO).


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1m x 1m Hequ=0.6m.


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Figura 5. Structure - Cases: 4 (EMPUJE TIERRAS CONSTRUCCIN DERECHA ACTIVO).

Figura 6. Structure - Cases: 5 (RELLENO COMPLETO AL REPOSO HASTIAL).


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1m x 1m Hequ=0.6m.


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Figura 7. Structure - Cases: 6 (RELLENO COMPLETO ACTIVO).

Figura 8. Structure - Cases: 7 (COMPACTADOR POR AMBOS LADOS AL REPOSO).


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1m x 1m Hequ=0.6m.


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Figura 9. Structure - Cases: 8 (COMPACTADOR POR LA IZQUIERDA ACTIVO).

Figura 10. Structure - Cases: 9 (COMPACTADOR POR LA DERECHA ACTIVO).


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1m x 1m Hequ=0.6m.


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Figura 11. Structure - Cases: 10 (SOBRECARGA ACCESO IZQUIERDA REPOSO).

Figura 12. Structure - Cases: 11 (SOBRECARGA ACCESO IZQUIERDA ACTIVO).


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1m x 1m Hequ=0.6m.


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Figura 13. Structure - Cases: 12 (SOBRECARGA ACCESO DERECHA REPOSO).

Figura 14. Structure - Cases: 13 (SOBRECARGA ACCESO DERECHA ACTIVO).

Figura 15. Structure - Cases: 16 (1 TANDEM M).


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1m x 1m Hequ=0.6m.


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Figura 16. Structure - Cases: 17 (1 TANDEM V).


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1m x 1m Hequ=0.6m.


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3.2 RESULTADOS.

A continuacin se presentan las envolventes utilizadas para el diseo estructural de los elementos.

Figura 17. Structure - MY; Cases: ELU.

Figura 18. Structure - FZ; Cases: 49 to 102.


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1m x 1m Hequ=0.6m.


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Figura 19. Structure - Kz, Cases: 49 to 102.


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1m x 1m Hequ=0.6m.


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3.3 ANLISIS DE RESULTADOS.

3.3.1 DISEO A FLEXIN.

En la siguiente tabla aparecen los valores mximos de las envolventes utilizados en el diseo a flexin para cada uno de los cajones y el refuerzo requerido en cada caso.

0.9v 0.85f`c (MPa) 28fy (MPa) 420

M+ M- M+ M- M- M+Seccin 1 2 3 4 5 6h (m) 0.20 0.20 0.25 0.25 0.20 0.20b (m) 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00d' (m) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05d (m) 0.15 0.15 0.20 0.20 0.15 0.15Mu (KN m) 1.22 11.44 34.60 4.86 13.17 5.29Mr (KN m) 22.22 22.22 34.73 34.73 22.22 22.221 (1.0Mu) 0.00014 0.00136 0.00234 0.00032 0.00157 0.000632 (1.2Mr) 0.00323 0.00323 0.00283 0.00283 0.00323 0.00323 0.00019 0.00182 0.00283 0.00043 0.00210 0.00083As (cm2/m) 0.29 2.73 5.65 0.86 3.15 1.25s (m) 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20Barra No. 3 3 4 3 3 3

temp 0.00133 0.00133 0.00125 0.00125 0.00133 0.00133As (cm2) 2.00 2.00 2.50 2.50 2.00 2.00s (m) 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20Barra No. 3 3 3 3 3 3

HASTIALES DINTEL SOLERA

REFUERZO POR TEMPERATURA

Tabla 3. Diseo a Flexin.


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1m x 1m Hequ=0.6m.


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3.3.2 DISEO A CORTANTE.

De acuerdo con AASHTO LFRD Bridge Design Specifications, estas secciones diseadas a flexin se consideran satisfactorias a cortante, y se verifica en la siguiente tabla:

CORTANTE

Vu (KN) 15.73 15.73 112.03 82.07 73.75 62.03Mu (KN*m) 1.22 11.44 34.60 4.86 13.17 5.29Vu (N) 15730 15730 112030 82070 73750 62030Mu (N*mm) 1220000 11440000 34600000 4860000 13170000 5290000de (mm) 150 150 200 200 150 150b (mm) 1000 1000 1000 1000 1000 1000As (mm2) 355 355 635 355 355 355Vu*de/Mu 1.93 0.21 0.65 3.38 0.84 1.76N Celdas 1 1 1 1 1 1Vc (KN) 129.75 122.08 171.31 169.78 128.20 129.75Vc mn (KN) 168.67 168.67 224.89 224.89 168.67 168.67Vn (KN) 168.67 168.67 224.89 224.89 168.67 168.67

CUMPLE CUMPLE CUMPLE CUMPLE CUMPLE CUMPLE

Tabla 4. Diseo a Cortante.

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