Cálculo y diseño de box culvert con canal rectangular y cobertura en Vigas y Losa

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C O N TR A TISTA : Ingeniero Civil - M.S c. Geotecnia (C) TE L: 3006159385 / e-mail: [email protected] hotmail.com 1 DISEÑO ESTRUCTURAL Se plantea el diseño de un canal trapezoidal a partir de la abscisa K0+846 (del levantamiento topográfico) que va en una transición a canal rectangular a lo largo de 25m. Transcurre luego el canal rectangular hasta 55m aguas abajo hasta empalmar con el canal rectangular existente. Sobre este último tramo se localiza, en el cruce con la carrera 73, un puente vehicular de 12m de luz libre y un ancho de 12m. 1.1 DISEÑO DE CANAL ABIERTO TRAPEZOIDAL CON TRANSICIÓN A CANAL RECTANGULAR 1.1.1 PREDIMENSIONAMIENTO La estructura es un canal de concreto reforzado que se modela en el programa de análisis estructural por elementos finitos, SAP2000 v8.0. La estructura se modela por medio de elementos tipo FRAME de concreto reforzado de 0.30x1.0 m de sección en muros y 0.30x1.0 m en losa de fondo. Se tomará para el modelo la sección trapezoidal inicial, la sección trapezoidal intermedia y la sección rectangular. Esta última se modelará como canal abierto y como canal cerrado con estructura de puente vehicular con las restricciones que este le impone. El espesor de los elementos INTERVENTORÍA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIÓN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIÓN Y CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLÍN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 1

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INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 1 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected]il.com DISEO ESTRUCTURAL Se plantea el diseo de un canal trapezoidal a partir de la abscisa K0+846 (del levantamiento topogrfico) que va en una transicin a canal rectangular a lo largo de 25m. Transcurre luego el canal rectangular hasta 55m aguas abajo hasta empalmar con el canal rectangular existente. Sobre este ltimo tramo se localiza, en el cruce con la carrera 73, un puente vehicular de 12m de luz libre y un ancho de 12m. DISEO DE CANAL ABIERTO TRAPEZOIDAL CON TRANSICIN A CANAL RECTANGULAR PREDIMENSIONAMIENTO La estructura es un canal de concreto reforzado que se modela en el programa de anlisis estructural por elementos finitos, SAP2000 v8.0. La estructura se modela por medio de elementos tipo FRAME de concreto reforzado de 0.30x1.0 m de seccin en muros y 0.30x1.0 m en losa de fondo. Se tomar para el modelo la seccin trapezoidal inicial, la seccin trapezoidal intermedia y la seccin rectangular. Esta ltima se modelar como canal abierto y como canal cerrado con estructura de puente vehicular con las restricciones que este le impone. El espesor de los elementos obedece a consideraciones de esbeltez Lh ~ y espaciamiento para el refuerzo. PROPIEDADES FSICO - MECNICAS DE LOS MATERIALES O Concreto: 4 yconccto = kN m/ = .Ton m/ 4 fci = NPa = psi, para muros. 4 fci = 8NPa = psi, para losa de fondo. O Acero de refuerzo: INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 2 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] ccro = 8kN m/ = .8Ton m/ 4 fy = NPa = psi O Suelo de lleno (arenilla compactada mecnicamente): 4 ngulo de friccin interna: e = o 4 Cohesin: = kN m/ 4 Peso unitario efectivo del suelo: cno = 9 kN m/ = .9Ton m/ O Suelo de fundacin: 4 ngulo de friccin interna: e = o 4 Cohesin: = kN m/ 4 ngulo de friccin entre la losa y el suelo: ed = 23 e = .o 4 Peso unitario efectivo del suelo: co = kN m/ = .Ton m/ CARGAS DE DISEO El canal se disea para las cargas vivas y muertas, empujes de tierra y subpresiones del suelo que deber soportar la estructura segn se especifica en la Norma Colombiana de Diseo y Construccin Sismorresistente (NSR 98) en el Ttulo B y Ttulo H. Se aplicar una sobrecarga lateral a los muros de canal representada en 0.60m de altura de lleno, para tener en cuenta efectos de cargas adicionales sobre los taludes laterales como vehculos, maquinaria pesada o depsitos de material. INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 3 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] MODELO DE CARGA EN TRES SECCIONES DE LA TRANSICIN MUROS: O Carga muerta (D): 4 Peso propio: 19.44 kN/m O Carga de empujes (H): SECCIN TRAPEZOIDAL INICIAL SECCIN TRAPEZOIDAL DE TRANSICIN SECCIN RECTANGULAR FINAL INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 4 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] Empuje activo: variable en altura desde cero (0) en la parte ms alta del muro hasta 23.09kN/m en la base. Para el empuje activo se considera un H

= ., para tener en cuenta el efecto ssmico sobre las fuerzas de empuje. O Carga viva (L): Se considera una sobrecarga de 11kN/m, debida a las vas aledaas y las viviendas localizadas sobre las mrgenes de la quebrada. De este modo, sumando la sobrecarga sobre el terreno como una altura adicional, se obtiene un empuje activo variable en altura desde 5.13kN/m en la parte ms alta del muro hasta 28.22kN/m en la base, ver lustracin 1. Puede decirse que el empuje activo se incrementa en 5.13kN/m con la carga viva. LOSA DE FONDO: O Carga muerta (D): 4 Peso propio: 7.20 kN/m O Carga viva (L): 4 Se considera la carga del agua sobre la losa de 25 kN/m (el efecto de esta carga sobre los muros laterales no se tiene en cuenta para valorar el efecto del lleno lateral a canal vaco). COMBINACIONES DE CARGA .I +. + .E NSR 98, B.2.4 6 Para la estructura de -ox culvert, se tomar: .|.B+.(L+I)+.B], I = % AASHTO 3.24.2.2 INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 5 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] ANLISIS ESTRUCTURAL Con el anlisis estructural se determinan las solicitaciones mximas por flexin, cortante y fuerza axial que se causan en la estructura cuando se somete a las combinaciones de carga descritas. La estructura del canal se modela en el programa SAP2000 v8.0 (ver lustracin 1) para las tres secciones propuestas: O Ancho de canal: 4 Superior: 8.3m, inferior: 2.85m (seccin trapezoidal inicial) 4 Superior: 10.45m, inferior: 7.13m (seccin trapezoidal de transicin) 4 12m (seccin rectangular final) O Altura de Muros: 2.70 metros O Elementos: Tipo FRAME 4 Muros: 0.30x1.0m 4 Losa de fondo: 0.30x1.0m O Material: 4 Concreto de 28MPa (4000psi) en losa de fondo 4 Concreto de 21MPa (3000psi) en muros El elemento viga que simula la losa de fondo se apoya sobre toda su longitud con restricciones tipo SPRNG que representan las condiciones elsticas del suelo de soporte (se simula para un mdulo de 70MPa). Se presentan los resultados del anlisis en la Tabla 1. INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 6 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] VALORES MXIMOS DE LAS SOLICITACIONES GENERADAS EN EL CANAL ) cm - ) cm h maxM [kN-m/m] maxV [kN] maxN [kN] max , x [mm] max , [mm] SECCIN TRAPEZOIDAL INICIAL MURO 100 30 59.43 47.44 110.08 4.43 4.74 LOSA 100 30 59.43 52.47 111.66 0.02 0.44 SECCIN TRAPEZOIDAL DE TRANSICIN MURO 100 30 67.27 60.11 73.78 5.14 2.98 LOSA 100 30 67.27 59.31 87.04 0.04 0.74 SECCIN RECTANGULAR FINAL (CANAL ABIERTO) MURO 100 30 79.48 76.54 26.72 5.82 0.05 LOSA 100 30 79.48 61.71 72.97 0.05 0.66 SECCIN RECTANGULAR FINAL (CANAL CERRADO) MURO 100 30 134.80 87.77 572.24 0.00 1.54 LOSA CENTRO 100 30 -92.71 61.85 86.68 - - LOSA EXTREMO 100 40 134.13 297.70 86.68 0.05 1.48 De la Tabla 1 se puede observar que: O

d < ci. La estructura satisface la condicin de esfuerzo axial. O

d < .e.ci. La estructura no requiere refuerzo por cortante. O Los desplazamientos que se generan son de baja magnitud (menores que 0.01H) por lo que puede concluirse que las dimensiones de la estructura son satisfactorias para soportar las condiciones de esfuerzo a las que estar sometida. CLCULO DE LAS CUANTAS DE ACERO Dadas las solicitaciones de la Tabla 1, se verifican los estados de esfuerzos en el concreto para determinar la necesidad de colocar acero de refuerzo. O Recubrimiento Mnimo. Para estructuras de hormign en contacto permanente con agua o tierra, NSR 98, C.7.7.1: min = . = c O Lmites de la cuanta (NSR 98, C.10.5.1): 4 in = .8 (Losas, muros y zapatas) INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 7 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] min = 14]V = . (vigas) 4 m = .nccd = . La cuanta se calcula para una longitud de muro y de losa de 1.0 metro. O Cuanta mnima por retraccin y fraguado (NSR 98, C.7.12.1):

= .8 O Refuerzo por flexin: Para verificar la cuanta de refuerzo por flexin se resuelve la siguiente ecuacin:

2.9 yci - - Hueb2y= Donde e = .9, es el factor de reduccin de resistencia por flexin (NSR 98, C.9.3). TABLA CUANTAS Y SELECCIN DEL ACERO DE REFUERZO PARA LAS TRES SECCIONES SELECCIONADAS ELEMENTO CARA [kgf-cm] -[cm] /[cm] V[cm] BARRA N S[cm] V[cm] SECCIN TRAPEZOIDAL INICIAL MURO interna 0 100 23 0.0018 4.14 4 30 5.07 externa 594300 100 23 0.0031 7.09 5 28 7.92 LOSA 8uperior 0 100 23 0.0018 4.14 4 30 5.07 inferior 594300 100 23 0.0031 7.09 5 28 7.92 SECCIN TRAPEZOIDAL DE TRANSICIN MURO interna 0 100 23 0.0018 4.14 4 30 5.07 externa 672700 100 23 0.0035 8.07 5 25 9.90 LOSA 8uperior 0 100 23 0.0018 4.14 4 30 5.07 inferior 672700 100 23 0.0035 8.07 5 25 9.90 SECCIN RECTANGULAR FINAL (CANAL ABIERTO) MURO interna 0 100 23 0.0018 4.14 4 30 5.07 externa 794800 100 23 0.0042 9.62 5 21 9.90 LOSA 8uperior 0 100 23 0.0018 4.14 4 30 5.07 inferior 794800 100 23 0.0042 9.62 5 21 9.90 SECCIN RECTANGULAR FINAL (CANAL CERRADO) MURO interna 0 100 23 0.0018 4.14 4 30 5.07 externa 1348000 100 23 0.0074 16.99 7 23 19.40 LOSA CENTRO 8uperior 927100 100 23 0.0049 11.32 6 25 11.40 inferior 0 100 23 0.0018 4.14 4 30 5.07 LOSA EXTREMO 8uperior 0 100 33 0.0018 5.94 4 21 6.33 inferior 1341300 100 33 0.0034 11.20 6 25 11.40 INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 8 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] debe satisfacer un rea de refuerzo por retraccin de fraguado de 3cm en cada cara del elemento muro y elemento losa, de este modo se deben colocar barras N 3 (3/8) espaciadas cada 26cm en ambas caras del elemento. Estas barras se orientan en el sentido longitudinal del canal. Para la losa en el extremo, en el tramo de -ox culvert, para el espesor de 0.40m se debern poner barras N 4 (1/2) espaciadas a 0.35m, en ambas caras de la losa. Estas barras se orientan en el sentido longitudinal del canal. Dado que el espaciamiento del refuerzo no es uniforme a lo largo de la transicin y teniendo en cuenta que las secciones seleccionadas para el diseo se localizaron en el inicio, al medio y al final del tramo, se deber tener en cuenta estos puntos de cambio en el espaciamiento del refuerzo para prolongarlo como mnimo 0.70m mas all de la seccin del cambio. En el empalme con el canal cubierto (-ox culvert vehicular), se deber hacer una junta de contraccin con cinta PVC. Se deber suspender la totalidad del refuerzo en la junta. Luego de pasar el -ox culvert, se deber localizar una junta similar y continuar con el refuerzo propio del canal rectangular abierto. El detallado del refuerzo puede observarse en la lustracin 2, lustracin 3, lustracin 4 e lustracin 5. INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 9 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] SECCIN TRAPEZOIDAL INICIAL, DIMENSIONES Y DETALLADO DEL REFUERZO ILUSTRACIN SECCIN TRAPEZOIDAL INTERMEDIA DE TRANSICIN, DIMENSIONES Y DETALLADO DEL REFUERZO ILUSTRACIN SECCIN RECTANGULAR FINAL DE TRANSICIN, DIMENSIONES Y DETALLADO DEL REFUERZO INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 10 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] SECCIN RECTANGULAR DE CANAL CERRADO, DIMENSIONES Y DETALLADO DEL REFUERZO DISEO DE PUENTE VEHICULAR EN SISTEMA COMPUESTO VIGA - LOSA, EN VIGAS PREFABRICADAS - PRESFORZADAS CARACTERSTICAS DEL SISTEMA El sistema es un puente vehicular, de 12m de luz libre, simplemente apoyado sobre muros de canal rectangular. El ancho transversal del puente es de 12m, para 3 carriles de 3.3m y andenes laterales de 1.05m. Ver esquema en lustracin 6. Se plantea un diseo de un puente en un sistema compuesto de vigas presforzadas y losa. ILUSTRACIN 6 ESQUEMA EN PLANTA DE PUENTE DE LA CARRERA 7 SOBRE QUEBRADA LA HUESO DISEO El puente vehicular de tres carriles en sistema compuesto viga losa, descrito arriba, ser diseado para soportar la carga por eje del camin C-40-95, ver lustracin 7. El proceso de diseo se describe a continuacin paso a paso. INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 11 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] 7 CARGAS POR EJE DEL CAMIN C--9 PASO : SELECCIN DE LA ALTURA Y ESPACIAMIENTO DE LAS VIGAS Y LOSA O Altura de la viga: La relacin luz-profundidad en la viga ser I / = 8, lo cual nos da una viga de 0.67m de altura. De este modo . / = .9. O Espaciamiento entre vigas: se selecciona un valor de = .m O Luz libre de la placa: o = -. = .m O Altura de la placa: m = Sc+3.0530 = .m O Diafragmas: viga de 0.44m de altura a L/3 a lo largo de la luz ILUSTRACIN 8 CONFIGURACIN DE LA ESTRUCTURA PREDIMENSIONADA INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 12 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] PASO : CARGAS SOBRE LAS VIGAS Con las dimensiones dadas a las vigas del puente, se obtiene un rea bruta de concreto de

= .m en la seccin de viga y de c = .888m en la seccin compuesta (ver lustracin 9). O Cargas muertas: CARGAS MUERTAS SOBRE VIGA VGA 0,393 Ton/m LOSA 0,630 Ton/m DAFRAGMAS 0,111 Ton/m TOTAL 1,134 Ton/m MUERTAS SOBRE SECCIN COMPUESTA ASFALTO 1,901 Ton/m ANDN 1,411 Ton/m BARRERA 1,170 Ton/m TOTAL 0,640 Ton/m O Cargas vivas: 4 Se utiliza la carga de camin C-40-95 de la lustracin 7, para la cual la fraccin de carga de rueda:

= S1.68 = ., para cada rueda, 1.042 = .. La carga viva asociada al efecto del camin de diseo se calcula mediante la superposicin de efectos de cargas unitarias a lo largo del elemento viga, por medio de la construccin de lneas de influencia. 4 mpacto: I = 15.24L+38 = .8 - I = . INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 13 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] 9 DIMENSIONES DE LA SECCIN DE VIGA I Y DE LA SECCIN COMPUESTA T (VIGA - LOSA) A continuacin se presenta el clculo de las solicitaciones por cortante y momento para las vigas del puente en diez (10) puntos a lo largo de la luz (se muestran solo cinco por simetra), se obtienen adems las solicitaciones mayoradas para el diseo (ver Tabla 3). TABLA MOMENTOS Y CORTANTES PARA LAS VIGAS DEL PUENTE, CALCULADOS PARA PUNTOS A LO LARGO DE LA LUZ DI51ANCIA DL5DL LL ACC m 0333 10 20 40 60 Caraas de servlclo Ms @on*m eso proplo de la vlaa MJo 1203 2162 3930 6288 7074 Caraa MuerLa ul sobre la vlaa MJo+MJs 3137 3627 10230 16368 18414 Caraa MuerLa ul sobre la seccln compuesLa MJo 2304 4131 7312 12019 13321 @oLal ul 5441 9758 17742 28387 31935 ll 7398 13021 22369 31230 36438 2219 3906 6771 9373 10938 ll+ 9617 16927 29340 40625 47396 Ise @on 1otol ul 9696 8871 7097 3548 0000 ll 14740 12133 11111 7161 4337 4422 3646 3333 2148 1367 ll- 19161 15799 14444 9310 5924 Caraas Mavoradas Mo @on*m 13u+3/3(l+) 27911 49361 86633 124923 144206 vo @on 13u+3/3(l+) 34121 43762 40322 24784 12836 INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 14 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] PASO : SELECCIN DEL PRESFORZADO El rea de refuerzo presforzado estar controlada por los esfuerzos lmite del concreto a cargas de servicio por el requerimiento de resistencia de la seccin bajo cargas mayoradas. Para la condicin final, el cdigo AASHTO permite un esfuerzo a traccin del concreto igual a ..ci [MPa] en la zona precomprimida. Para calcular el mnimo valor del presforzado, ], con un concreto de ci = NPa (psi), para asegurar que el esfuerzo de traccin en la fibra inferior de la viga no exceda el lmite de .V = .9NPa, se utilizar la frmula:

= - ]

-]

+Hd +Hds

+Hd +HLc Se supondr que en la mitad de la luz, el centroide del torn presforzado va a estar 0.08m encima de la cara inferior de la viga. De la lustracin 9, la excentricidad del presforzado en la viga prefabricada

= .9m. El momento de inercia de la seccin de viga prefabricada I

= .9888m, y el mdulo de la seccin en la fibra inferior

= .9m. Las dimensiones necesarias para calcular las propiedades de la seccin transversal compuesta transformada de la viga-losa estn dadas en la lustracin 9. Se supondr, por facilidad de clculo, que el recalce tiene un espesor de 0.05m. La losa se disea para una resistencia ci = NPa, concreto vaciado in 8itu. De este modo, el mdulo de la seccin rgida transformada resultante de la viga prefabricada y la losa vaciada in 8itu, ser

2135 = .. El momento de inercia de la seccin compuesta transformada I =.9m, y el mdulo de la seccin en la fibra inferior

= .99m. De lo anterior se puede expresar:

9Tonm] INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 15 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] se obtiene: ] ~ .88Ton. Los torones de baja relajacin (grado 270 (=1890MPa)) se tensionan en la cama de pretensado hasta .pu = . 89 =8MPa. Luego de las prdidas, el esfuerzo en los torones llega hasta .pu = . 89 = MPa. Por lo tanto, el rea mnima de los torones ser: ps ~ 9.cm2. Por otro lado, el requerimiento de resistencia a flexin, teniendo en cuenta un factor de reduccin de capacidad para resistencia a flexin de 1.0 (recomendacin AASHTO): . ps .9pu .9 ~ Hu - ps ~ .cm2 En este caso, el lmite de resistencia es ms crtico que el lmite de esfuerzo en el concreto. Se seleccionan torones grado 270 de , con un rea nominal de 0.9871cm. ps = .98 = .8cm2. PASO : SELECCIN DEL PERFIL DE LOS TORONES En la mitad de la luz se utilizar la mxima excentricidad posible en los torones. En los extremos se calcula la excentricidad mxima para que los esfuerzos a traccin en la cara superior del elemento no superen ..ci = .V8 = .NPa. De lo anterior:

+Hmn+tt Donde:

= t

/ = .m Hmn = .Tonm (Momento debido al peso propio del elemento a 50 dimetros de torn, / .m = .m, de la cara exterior del elemento, 0.535m del centro de apoyo o punto de mxima cortante) t = .ci = .V8 = .NPa = Ton m/ INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 16 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] = psp = .8cm .9Ton cm/ = .Ton Por tanto, .8m. Este valor medio en el lmite superior de la excentricidad indica que en los extremos del elemento el lmite de esfuerzos ser crtico. En la lustracin 10 e lustracin 11 se puede observar la distribucin transversal y longitudinal de los torones de presfuerzo a lo largo de la viga pretensionada. ILUSTRACIN VARIACIN LONGITUDINAL DEL CONTROIDE DE LOS TORONES DE PRESFUERZO Y LOCALIZACIN INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 17 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] SECCIN TRANSVERSAL DE LAS VIGAS PRESFORZADAS CON LOCALIZACIN DE LOS TORONES DE PRESFUERZO PASO : REVISIN DE LOS ESFUERZOS EN EL CONCRETO BAJO CARGAS DE SERVICIO Los esfuerzos en el concreto se calculan para tres etapas: (1) en el momento de transferir el presfuerzo, (2) al momento de colocar la losa de tablero y (3) para la condicin final donde la viga acta como un elemento compuesto viga losa. O Etapa (1): 4 Fibra superior "TOP: t = - Pi

+ Pic

St-MdSt 4 Fibra inferior "BOTTOM:

= - Pi

-Pic

Sb+ MdSb O Etapa (2): 4 Fibra superior "TOP: t = -P]

+ P]c

St-Md+MdsSt 4 Fibra inferior "BOTTOM:

= -P]

-P]c

Sb+ Md+MdsSb O Etapa (3): INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 18 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] Fibra superior seccin compuesta: ts = Mdc+MlStc LcsLc 4 Fibra superior "TOP: t = -P]

+P]c

St-Md+MdsSt-Mdc+MlSic 4 Fibra inferior "BOTTOM:

= -P]

-P]c

Sb+Md+MdsSb+ Mdc+MlSbc Los valores lmite para los esfuerzos de traccin y compresin en el concreto en las diferentes etapas sern (segn cdigo AC): O Etapa inicial: 4 Compresin: .ci = .NPa 4 Traccin: ..ci = .9NPa O Etapa final: 4 Compresin: .ci = .NPa 4 Traccin: ..ci = .9NPa TABLA CLCULO DE ESFUERZOS EN EL CONCRETO BAJO CARGAS DE SERVICIO DI51ANCIA DL5DL LL ACC m 0333 10 20 40 60 LLapa (1) Lransferencla de presforzado 9 @on 1436327 1436327 1436327 1436327 1436327 eo m 00784 00921 01214 01800 01800 MJo @on*m 1203 2162 3930 6288 7074 ft Ma 37818 32797 20685 09388 05488 fb Ma 126492 130392 139799 163158 160128 fc Ma 28 28 28 28 28 Compresln 6fc Ma 16800 16800 16800 16800 16800 @raccln 5%fc)03 Ma 2646 2646 2646 2646 2646 LLapa (2) vaclado de losa de Lablero 9f @on 123131 123131 123131 123131 123131 MJo+MJs @on*m 3236 3803 10330 16880 18990 ft Ma 43345 47712 53369 48974 59445 fb Ma 99932 96540 92147 95560 87427 fc Ma 33 33 33 33 33 Compresln 6fc Ma 21000 21000 21000 21000 21000 @raccln 5%fc)03 Ma 2938 2938 2938 2938 2938 LLapa (3) condlcln flnal MJo+Ml @on*m 11921 21038 36832 32644 60917 INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 19 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] DI51ANCIA DL5DL LL ACC m 0333 10 20 40 60 fts Ma 08742 15442 27023 38603 44669 fto Ma 48875 57480 70462 73393 87701 fbo Ma 77833 57503 23833 02028 25497 fc Ma 33 33 33 33 33 Compresln 6fc Ma 21000 21000 21000 21000 21000 @raccln 5%fc)03 Ma 2938 2938 2938 2938 2938 Los esfuerzos calculados en el concreto por traccin y compresin, no superan en ningn momento los esfuerzos permisibles cuando se somete la estructura a cargas de servicio. 6 PASO 6: CHEQUEO DE LA CAPACIDAD POR FLEXIN EN LA MITAD DE LA LUZ Se determina el mtodo o procedimiento dictado por el cdigo AC. ps = pu - yp[1

ppuci = 8.NPa Con: yp = .8 [1 = .8

p = .8 La capacidad nominal por flexin: eHn = epspsp -o = 9.Tonm Donde: o = s]sd

]c| = .88cm, es la profundidad del bloque rectangular de esfuerzos equivalente. p, es la profundidad efectiva de los torones de presfuerzo. Adems, el valor de p = s]sd

]c| = . < ., asegura que el refuerzo presforzado entrar en fluencia antes que el punto de fisuracin del concreto. INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 20 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] valor de la resistencia nominal por flexin es mayor que el valor del momento ltimo en la mitad de la luz. 7 PASO 7: CHEQUEO DE LA RESERVA DE RESISTENCIA LUEGO DE LA FISURACIN ci = ..ci = .NPa El esfuerzo de traccin en la fibra inferior de la seccin de concreto en la mitad de la luz es 2.5497 MPa, luego el refuerzo adicional que causara fisuracin en el concreto sera de 1.16 MPa. El momento flector que causara este esfuerzo ser c . = .Tonm. De lo anterior, el momento crtico ser: Hc = H + HL+I + . = 8.Tonm Luego, qMnMcr = 149.17785.602 = . > . Por lo anterior se deduce que existe una adecuada reserva de resistencia luego de la fisuracin. 8 PASO 8: DISEO POR CORTANTE El diseo por cortante se desarrollar por el mtodo del campo de compresin modificado. Por el mismo mtodo se chequear la capacidad del refuerzo longitudinal en diez puntos localizados a lo largo de la luz (solo se muestran cinco (5) puntos por simetra). Se utilizarn los factores de reduccin de resistencia recomendados por la AASHTO para elementos prefabricados de concreto presforzado: e = .9 para cortante y e = . para flexin. TABLA RESUMEN DE DISEO POR CORTANTE DE LAS VIGAS DE PUENTE DI51ANCIA DL5DL LL ACC m 0333 10 20 40 60 Io @on 34121 43762 40322 24784 12836 Mo @on*m 27911 49361 86633 124923 144206 I @on 3608 3608 3608 0 0 eo m 00784 00921 01214 01800 01800 INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 21 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] DI51ANCIA DL5DL LL ACC m 0333 10 20 40 60 J m 06333 06692 06983 07371 07371 J m 06361 06498 06791 07377 07377 ;$fc 01693 01383 01162 00711 00368 1 1 sooesto 348L03 207L03 193L04 203L03 317L03 119L03 100L03 889L04 343L04 281L04 229L03 107L03 108L03 237L03 343L03 7 34 34 36 43 36 .Ma 00783 00708 01267 01042 00767 1 1 172L03 381L04 142L03 261L03 336L03 Ic @on 4422 4084 7633 6819 3019 Is @on 32103 43133 33783 20719 9244 fv Ma esLrlbos 420 420 420 420 420 n 8arra esLrlbo 4 4 4 4 4 Av cm dos ramas 233 233 233 233 233 s m 01926 02373 02944 04063 03728 ;smlo Ma 03300 03300 03300 03300 03300 8 0000947 0000927 0000888 0000820 0000820 fs Ma 1838164 1838816 1860124 1862436 1862436 fst requerldo Ma 820219 1030003 1483827 1729294 1860266 fs fst Cknmp|e!!! Cknmp|e!!! Cknmp|e!!! Cknmp|e!!! Cknmp|e!!! Los factores de deformaciones , [ y e

se obtienen de la Tabla 6. TABLA 6 FACTORES DE DEFORMACIN sfoetzo cottoote;$fc uefotmoco loootoJool 1 1 000 023 030 073 100 130 200 230 300 300 0030 7 28 31 34 36 38 41 43 43 46 36 . 04367 03083 02308 02183 01942 01623 01433 01283 01138 00767 0730 7 28 30 30 34 36 40 42 43 43 36 . 04030 02808 02067 01973 01792 01383 01373 01200 01042 00767 0100 7 22 26 30 34 36 38 38 38 38 33 . 02238 02017 01923 01892 01733 01433 01138 00967 00833 00792 0123 7 23 27 31 34 36 36 36 36 36 33 . 02000 01942 01908 01800 01667 01267 01023 00838 00733 00783 0130 7 23 28 31 34 34 34 34 34 33 33 . 02108 01873 01773 01717 01442 01083 00867 00708 00642 00783 0173 7 26 29 32 32 32 32 34 36 38 34 . 01930 01823 01738 01408 01167 00842 00783 00738 00733 00800 0200 7 27 30 33 34 34 34 37 39 41 33 . 01800 01773 01742 01317 01267 00900 00923 00867 00823 00817 0223 7 28 31 34 34 34 37 39 42 44 0 . 01642 01723 01733 01392 01123 01073 00973 00967 00908 00000 0230 7 30 32 34 33 36 39 42 43 49 0 . 01883 01667 01338 01338 01208 01142 01100 01067 01033 00000 De la Tabla 6 se puede observar que el refuerzo provisto para cortante (estribos N 4, dos ramas) y el espaciamiento obtenidos son suficientes para los requerimientos por cortante. INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 22 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] PASO 9: DISEO POR CORTANTE CERCA DE LOS APOYOS La falla ocasionada por fluencia de los estribos, involucra la fluencia de este refuerzo sobre una longitud de la viga de cot. Por lo tanto, se realiza el diseo por cortante cerca del apoyo para una seccin localizada a un longitud de .cot desde la cara interna del apoyo. De la Tabla 5 se puede observar que cerca del apoyo = .m, y = . Por lo tanto .cot = .m, que ser la seccin a chequear. Los valores obtenidos se presentan a continuacin: I 3608 @on J55 063 m 5*J*coL7 04670 m Io467 31882 @on Mo467 24480 @on*m fbotJe oovo 337163 Ma 1teooetJo 43133 @on 1tovsto 387814 @on 1foltoote 6374 @on N botto oJcoool 3 Av esttbo 143 cm sttbos 2 Av tovsto 283 cm 1oJcoool 11971 @on Donde: cqucdo =

q -.s -p PASO : DETALLADO DEL REFUERZO El espaciamiento del refuerzo se determina de acuerdo a los requerimientos mnimos del cdigo AASHTO. El resumen de estos clculos y el espaciamiento seleccionado se muestran en la Tabla 7. INTERVENTORA PARA LAS ACCIONES DE REMOCIN DE SEDIMENTOS, LIMPIEZA DE CAUCES, REPARACIN Y CONSTRUCCIN DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS EN QUEBRADAS AFECTADAS POR LA TEMPORADA INVERNAL DEL MUNICIPIO DE MEDELLN DECRETADA EN URGENCIA MANIFIESTA DE JUNIO DE 2008 CONTRATO No. 4600009552 DE 2008. 23 CONTRATISTA:Ingeniero Civil - M.Sc. Geotecnia (C)TEL: 3006159385 / e-mail: [email protected] 7 ESPACIAMIENTO DEL REFUERZO POR CORTANTE, SEGN REQUERIMIENTOS MNIMOS DEL CDIGO AASHTO n 8arra esLrlbo 4 4 4 4 4 Av cm dos ramas 233 233 233 233 233 s m 01926 02373 02944 04063 03728 ;smlo Ma 03300 03300 03300 03300 03300 sm m 2027 2027 2027 2027 2027 sm %$4)bvoo 61 m 0303 0303 0303 0303 0303 sm 4*bloso m 0600 0600 0600 0600 0600 smseleccoooJo m 0190 0230 0290 0400 0300