DISEO ESTRUCTURAL

ALCANTARILLAS TRANSVERSALES

CALCULO ESTRUCURAL- Altura L2 = 1.00 m- Ancho L1 = 1.00 m- Espesor de las Lozas y Paredes d = 0.20 m- Cobertura h = 0.30 m

Las Caracteristicas del Suelo, determinada por el Estudio de suelos son:

- Textura- Peso Unitario del Material Seco 1800 kg/m3- Angulo de friccin In terna 30 = 0.52 Radianes- Capacidad de Carga del Terreno c = 1.5 kg/cm2

Las Caracteristicas del Concreto y del Acero de Refuerzo son:

- Concreto f`c= 210 kg/cm2- Peso Unitario del Concreto 24000 kg/cm3- Acero de Refuerzo fy = 4200 kg/cm2- Recubrimiento r = 0.04 m visibles

r = 0.075 m invesible

CARGA DE RELLENO

donde: (1-sen) = 0.5

factor de presin neutralh = L2 + d = 1.20 mI = L1 + d = 1.20 m

Con K=h/I*(hs/hw)3 = 1.00 K1 = K+1 = 2.00K3 = K+3 = 4.00K4 = 4K+9 = 13.00K6 = K+6 = 7.00K7 = 2K+7 = 9.00K8 = 3K+8 = 11.00K5 = 2K+3 = 5.00

La carga de relleno sobre la Loza superior se puede calcular de la siguiente manera:

qr = 540 kg/cm2

Esta carga genera los siguiente Momentos:

ME = -qr x I2/(12xK1) = -32.40 (kg-m/m)

MD = ME = -32.40 (kg-m/m)

L a presin Lateral por el h es uniforme y se calcula de la siguiente manera:

=

qr = hs

s1 =n qr

s1 = 270.00 kg/cm2

Los Momentos generados son:

ME = - s1h2k12k1

ME= -16.20 (kg-m/m)

MD = ME = -16.20 (kg-m/m)

La presin Lateral sobre la altura de la alcantarilla se desarrolla en forma triangular :

s2 = 1350 kg/cm2

Los Momentos generados son:

ME= - s2h2k k360k1 k6

ME= -9.26 (kg-m/m)

MD = (K6/K4)ME

MD= -4.98 (kg-m/m)

CARGA VIVA DEL TRAFICO

Se Toma L a clasificacin de carga viva del trafico LOADING - H15 -44 (M 13.5)El peso del Eje Posterior es 10,900 kg y por cadaGrupo de ruedas se ha determinado 5,450 kg

COEFICIENTE DE IMPACTO I:

I = 14.97 En Unidades Metricas Imax = 0.30L + 37.41 L = Luz en metros = 1.2 m

I = 0.3877 > 0.30 =====> I = 0.3

AREA DE DISTRIBUCION:

- Ancho del Area : 0.60 + 2d = 0.60+ 2 * (0.20-0.04) = 0.92 m- Longitud del Area : 0.10 + 2d = 0.42 m

Para el calculo solo se tomara en cuenta la distribucin de la carga en el sentido Perpendicular al eje de la alcantarilla, lo cual resultara un pocomas grande pero simplifica el calculo

Carga Unitaria, F = (5,450 x 1.00)/0.92 = 5,923.91 kg/m

ME = - F I K4/(24K1 K3) = -481.318 (kg-m/m)

MD = ME x (K6/K4) = -259.171 (kg-m/m)

s2 = n(h+ht)s

PESO PROPIO DE LA ALCANTARILLA :

Peso de la losa superior ql = 0.20 x 2,400 = 480 kg/m2Peso de la pared qp = 0.20 x 1.00 x 2,400 = 480 kg/m

El peso de la loza superior genera los meomentos siguinetes:

ME = MD = -(ql x I 2)/(12 K1) = -28.8 (kg-m/m)

El peso de las paredes genera una reaccin del suelo:

q = 2 qp/(b+2d) = 685.714 kg/m2

En consecuencia los momentos debido a esta carga son:

ME = + q x I 2 x k)/(12 x k1 x k3) = 10.29 (kg-m/m)

MD = - ME x( k5/k) = -51.43 (kg-m/m)

PESO DEL AGUA EN LA ALCANTARILLA

El peso del agua en la alcantarilla suponiendola llena es :

qa = 1.00 x 1,000 = 1000 kg/m2

Los Momentos son:ME = + (qa x h2 x k x k7)/(60 x k1 x k3) = 27.00 (kg-m/m)

MD = ME x (k8/k7) = 33.00 (kg-m/m)

LOS MEMENTOS FINALES SON:

CASO IS e considera - Carga por relleno y presin lateral del suelo

- Carga viva del trafico y- Peso Propio

Los Momentos Finales en los puntos E y D sera:

ME = -557.69 (kg-m/m)MD = -392.98 (kg-m/m)

El Momento en el centro de la Loza Superior se calcula como sigue:

- Momentos por carga viva del trafico, losa simplemneta apoyada:

M = + FI / 4 = 1777.173 (kg-m/m)

- Momento por el peso propio de la losa simplemneta apoyada:

M = + q L x I2/8 = 86.40 (kg-m/m)

- Momento por relleno

M = + qr x I2/8 = 97.20 (kg-m/m)

EL MOMENTO FINAL EN EL CENTRO DE LA LOSA SUPERIOR

M = -557.69+1777.17+86.4+97.2 = 1403.08 (kg-m/m)

El Momento en el centro de la Losa Inferior sera

- Momento por carga viva de trafico:

M = + (F /( b+2d))x I2/8 = 761.65 (kg-m/m)

- Momento por el peso propio de la losa superior y las paredes

M = + (q L + qP)x I2/8 = 172.80 (kg-m/m)

EL MOMENTO FINAL EN EL CENTRO DE LA LOSA INFERIOR

M = - 392.98 + 761.65 + 172.80 = 541.46 (kg-m/m)

El Momento en la pared se reduce de esta manera por la presin lateral del suelo con:

M = 2 x 1s2 h293 2

reemplazando tenemos:M = 124.71 (kg-m/m)

La ubicacin del moneto ser :X=(1- 1/3) h = 0.51 m

CASO IISe considera - Carga por relleno y presin lateral del suelo

- peso propio de la alcantarilla y - Peso del agua.

Los momento Finales en los Puntos E y D sera:

ME = -49.37 (kg-m/m)MD = -100.81 (kg-m/m)

El Momento en el centro de la losa superior sera:

M = 134.23 (kg-m/m)

El Momento en el centro de la losa inferior sera:

M = 71.99 (kg-m/m)

El Momento en la pared es reducido por la presin del suelo pero aumenta por la presin interior del agua:

M = - 2 x 1qa h293 2

Reemplazando tenemos : M = -92.38 (kg-m/m)

Entonces el Momento tatal sera: M = 32.33 (kg-m/m)

PRESION DE LA ESTRUCTURA SOBRE EL TERRENO

Las Cargas son:- Carga Viva del trafico Qt = (F/(L2 + 2d)) x (L1 + 2d) = 5923.91 kg/m- Craga por el peso propio Qp = 2 x qp = 960 kg/m

QL = 2 x ql x (L1 +2d) = 1344 kg/m- Carga por peso del agua QA = qa x L1 1000 kg/m

L a Presin es: T = Qt + Qp + QL + QA = 0.66 kg/cm2

(b + 2d) x 100 x 100

El factor de seguridad = c / T = 2.3 > 2 OK

CALCULO DEL REFUERZO DE LA LOSA SUPERIOR

Critico para la losa superior es el CASO I, con el monento en y con un momento en el centro delas esquinas que asciende a ME = -557.6894285714 (kg-m/m) 1403.08 (kg-m/m)

El Momento Se me divide:- Carga Muerta (Peso Propio) M = - 28.8 + 10.29 = -18.51- Carga Viva M = - 32.4 -16.2 - 9.26 - 481.32 = -539.18

El Momento Ultimo Mu = -(1.6 x 18.51 + 1.8 x 539.18) = -1000.1381143 (kg-m/m)

El refuerzo se calcula con la siguiente formula:

As = Mu a = As fyfv(d - a/2) 0.85 x f`c x b

Donde:d= 20-4-(1.27/2) 15.365 cm (diametro de una barra de 1/2")a = d/5 3.073 cm = 0.90fv = 4200.00 kg/cm2b = 100.00 cmf`c = 210.00 kg/cm2

Reeplazando tenemos:

As = 1.9133442002 cm2/m a = 0.4501986353 cmAs = 1.747612539 cm2/m a = 0.4112029504 cmAs = 1.7453647801 cm2/m a = 0.4106740659 cmAs = 1.75 cm2/m a = 0.41 cm OK

Refuerzo Minimo Para Losas:

Asmin = 0.0017 bd = 2.61 cm2/m

Refuerzo Por Contraccin y temperatura: t = espesor de Losas = 0.20 m

Atem = 0.0018 bt = 3.6 cm2/m

El Momento en el centro se divide en:

Momento de carga Muerta: M = - 28.80 + 10.29 + 172.80 = 154.29 (kg-m/m)

Momento de Carga Viva: M = - 32.40 - 16.20 - 9.26 - 481.32 + 1777.17 = 1238.00 (kg-m/m)

El Momento Ultimo: Mu = 1.6 x 154.29 + 1.8 x 1238.00 = 2475.25 (kg-m/m)

As = 4.74 cm2/m a = 1.1142 cmAs = 4.42 cm2/m a = 1.0405 cmAs = 4.41 cm2/m a = 1.04 cm OK

Refuerzo por Distribucin de la carga viva del trafico:

A = As 2.22 cm2/m1.81 x (L1 + d)

esta Cantidad es menor que el refuerzo por contracciny temperatura por lo tanto se colocara: A temp = 3.6

CALCULO DEL REFUERZO DE LA LOSA INFERIOR

Critico para la losa inferior es el CASO I, con un Momento en las esquinas MD = -392.984 < ME se colocara refuerzo minimo:As min = 2.61 cm2/m (en las esquinas)

El Refuerzo por contraccin y temperatura es: As temp = 3.6 cm2/m , en ambas caras de la losa

El Momento en el centro se divide en:

Momento de carga Muerta: M = -28.8 - 51.43 + 172.8 = 92.57 (kg-m/m)

Momento de Carga Viva: M = -32.40 - 16.2 - 4.98 - 259.171 + 761.65 = 448.89 (kg-m/m)

El Momento Ultimo: Mu = 1.6 x 92.57 + 1.8 x 448.89 = 956.12 (kg-m/m)

As = 1.83 cm2/m a = 0.43038 cmAs = 1.67 cm2/m a = 0.39285 cmAs = 1.67 cm2/m a = 0.39236 cmAs = 1.67 cm2/m a = 0.39 cm OKAs = 1.67 cm2/m < As min

As = 2.61 cm2/m

CALCULO DEL REFUERZO DE LAS PAREDES

En base a los momentos determinados para ambos CASOS se colocara refuerzo minimo en ambas caras de las paredes:

As min = 0.0018bt = 3.6 cm2/m

El refuerzo por contraccin y temperatura se calcula de la siguiente manera:

As temp = 0.0015 bd = 2.30 cm2/m

RESUMEN DEL CALCULO

Losa Superior:Cara Superior Paralelo al sentido del Trafco: As = 2.61 cm2/m

= 3/8 " @ 0.15Cara Superior Perpendicular al Sentido del Trafico: As temp = 3.6 cm2/m

= 3/8 " @ 0.20Cara Inferior Paralelo al Sentido del Trafico: As = 4.41 cm2/m

= 3/8 " @ 0.15Cara Inferior Perpendicular al Sentido del Trafico: As temp = 3.6 cm2/m

= 3/8 " @ 0.20

LOSA INFERIORCara Superior Paralelo al sentido del Trafico: As = 2.61 cm2/m

= 3/8 " @ 0.20Cara Superior Perpendicular al Sentido del Trafico: As temp = 3.6 cm2/m

= 3/8 " @ 0.30Cara Inferior Paralelo al Sentido del Trafico: As = 2.61 cm2/m

= 3/8 " @ 0.20Cara Inferior Perpendicular al Sentido del Trafico: As temp = 3.6 cm2/m

= 3/8 " @ 0.30

Paredes:Ambas Caras en Sentido Vertical: As = 3.6 cm2/m

= 3/8 " @ 0.40Ambas Caras en Sentido Horizontal: As temp = 2.30 cm2/m

= 3/8 " @ 0.30

Hoja1