MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL BOX-CULVERT ARGOS

JAIRO ALVIS ALÍ INGENIERO CIVIL

PROYECTOS Formulación Evaluación Gerencia

ESTRUCTURASDiseño Construcciòn Interventorìa

CONSORCIO D&D

Subestación eléctrica ARGOS

Memorias de Cálculo estructural Box_Culvert y Canal

Agosto 2008 Cartagena

COLOMBIA




TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN 2

1 CARGAS 2

1.1 CARGAS VIVAS 2

1.1.1 Peso Propio 2

1.1.2 Peso del Relleno 2

1.1.3 Presiones laterales 2

1.1.3.1 Presiones hidrostáticas 2

1.1.3.2 Presiones laterales del terreno 2

1.1.3.3 Presiones laterales por sobrecarga 2

1.2 CARGAS VIVAS 3

1.2.1 Cargas de camión 3

1.2.1.1 Posición de máximo momento 3

1.2.1.2 Posición de máximo cortante 3

1.2.2 Línea de Carga 3

1.2.2.1 Posición de máximo momento 3

1.2.2.2 Posición de máximo cortante 3

2 MATERIALES 4

2.1 CONCRETOS 4

2.2 ACERO DE REFUERZO 4

3 ANÁLISIS Y DISEÑO 5

3.1 COMBINACIONES DE CARGAS 5

3.1.1 Combinación No. 1 5

3.1.2 Combinación No. 2 5

3.2 DISPOSICIÓN DEL REFUERZO 5

3.2.1 Refuerzo principal 6

3.2.2 Refuerzo de repartición 6

3.2.3 Refuerzo por temperatura 6

3.3 DISEÑOS FINALES 6

4.0 CONSIDERACIONES PARA EL CANAL 8

PLANO ANEXO


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INTRODUCCIÓN

En las instalaciones de ARGOS se construirá una nueva subestación eléctrica de 66/34.5/13.8 KV,

localizada en los antiguos predios de Planta de Soda en la Zona Industrial de Mamonal en Cartagena. El

lote está bordeado por un arroyo en el lindero frontal, el cual cruza los dos accesos principales a la

subestación, por lo cual se hace necesario diseñar y construir dos box-culverts y rectificar y canalizar el

caño para garantizar un buen drenaje y la no interrupción del tráfico hacia y desde la subestación al

momento de la lluvia o de una crecida del arroyo.

El Consorcio D & D ha contratado nuestros servicios para los diseños estructurales de los box y del canal

con base en los estudios geotécnicos elaborados por la empresa Construsuelos, la visita realizada al sitio y

los requerimientos específicos solicitados por los Contratantes.

Los box-culverts fueron diseñados con base en la Norma colombiana de diseño Sísmico de Puentes, y la

AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHTWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS,

aplicando los principios del Análisis y la Mecánica Estructural, y del diseño de concreto reforzado para

todas y cada de las combinaciones de carga y solicitaciones establecidas en la Norma.

Como vehículos de diseño se tomaron el camión C-40-95, con un eje delantero de 10 toneladas y con 30

toneladas en su eje trasero, distancia entre ruedas de 1.80 metros y separación entre ejes que varía desde

4.00 hasta 9.00 metros y el camión 3-S-2 con 12 Ton en el delantero y 34.6 Ton en el eje trasero.


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1. CARGAS

1.1 CARGAS MUERTAS

1.1.1 Peso propio

Se aplicó un peso volumétrico de 2.4 Ton/M3 para el concreto reforzado en todos los elementos

diseñados en este material

1.1.2 Peso del relleno

No se consideró carga por peso de rellenos debido a que todas las estructuras diseñadas son

superficiales

1.1.3 Presiones laterales

1.1.3.1 Presiones hidrostáticas

Se consideró la generada por el terreno saturado y adicionalmente, previendo la posibilidad de que

eventualmente el box-culvert pueda trabajar como un ducto a presión (completamente lleno) con una

cabeza entre 10 y 15 metros de agua, se adicionó un caso de carga consistente en una presión interior

de 15 Ton/m2. Como peso unitario del agua se tomó un valor de 1.0 Ton/M3

1.1.3.2 Presiones laterales del terreno

Se tomó un valor de peso saturado del material de 1.8 Ton/M3, y un coeficiente de empuje activo de

0.33

1.1.3.3 Presiones laterales por sobrecarga

Se consideró una sobrecarga de 2.0 Ton/M2

1.2 CARGAS VIVAS

1.2.1 Carga de camión

Se aplicaron las cargas correspondientes a los camiones C40-95 y 3-S-2, equivalentes a un valor de

15 y 17.3 Ton en cada uno de sus ejes traseros respectivamente (7.5 y 8.65 por rueda), en dos

posiciones desfavorables.

1.2.1.1 Posición de máximo momento

Corresponde a la carga de la rueda más impacto actuando en el punto medio de la luz libre

directamente sobre la losa o rejilla superior, teniendo en cuenta que las estructuras no están

enterradas.


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1.2.1.2 Posición de máximo cortante

Corresponde a la carga de rueda más impacto actuando a 0.20 m de los apoyos, directamente sobre la

losa o rejilla superior, teniendo en cuenta que las estructuras no están enterradas.

1.2.2 Línea de Carga

Se aplicó la tabla A3.4.a del CÓDIGO COLOMBIANO DE PUENTES 1995 en dos configuraciones

desfavorables.

1.2.2.1 Posición de máximo momento

Corresponde a una carga de 12 Ton actuando en el punto medio de la luz libre directamente sobre la

losa o rejilla superior mas una carga distribuida de 0.912 Ton/m

1.2.2.2 Posición de máximo cortante

Corresponde a una carga de 16 Ton a 0.20 m del apoyo directamente sobre la losa o rejilla superior

mas una carga distribuida de 1.14 Ton/m

4.00 m 4.00 -9.00 m

10 Ton 15 Ton 15 Ton

CAMIÓN 3-S-2

CAMIÓN C40-95

4.00 m 4.00 m

6 Ton 17.3 17.3


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2. MATERIALES

2.1 CONCRETO

Se seleccionó un concreto de 4.000 Psi (28 Mpa) de resistencia a la compresión a los 28 días para

todas las estructuras diseñadas, teniendo en cuenta su facilidad de producción con los materiales

locales y la agresividad del medio ambiente industrial. Se recomienda usar como aditivo SIKA Aer D

en 0.3% del peso del cemento (aprox. 1 Kg de aditivo por M3 de concreto) o un producto similar.m

2.2 ACERO DE REFUERZO

Se especifica acero con un límite de fluencia mínimo de 60.000 Psi (420 Mpa) para diámetros

mayores de 3/8” y de 40.000 Psi (280 Mpa) para diámetros menores.


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3. ANÁLISIS Y DISEÑO

Las estructuras fueron analizadas con el software RAM Advansse V8.5, para las distintas

combinaciones de cargas.

3.1 COMBINACIONES DE CARGAS

3.1.1 Combinación No. 1

C1 = 1.4 PP+1.3SCMMAX

Donde:

PP = Carga Muerta

CMMAX = Sobrecarga o Carga Viva, en la configuración de máximo momento

3.1.2 Combinación No. 1

C2 = 1.4 PP+1.3CV

PP = Carga Muerta

CV = Sobrecarga o Carga Viva, en la configuración de máximo cortante

Otras combinaciones se muestran en el cuadro de las páginas siguientes

3.2 DISPOSICIÓN DEL REFUERZO

3.2.1 Refuerzo principal

Se determinó con las envolventes críticas de momento y cortante y se dispuso en dirección paralela al

tráfico.

3.2.2 Refuerzo de repartición

Se determinó como un porcentaje (50%) del refuerzo principal y se dispuso en dirección

perpendicular al tráfico.

3.2.3 Refuerzo por temperatura

Se adicionaron 3.60 cm2/M al refuerzo longitudinal y transversal (la mitad en cada dirección)

3.3 DISEÑOS FINALES

Se presentan en los planos anexos del presente documento


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4. CONSIDERACIONES PARA EL CANAL

• TALUDES Se adoptó para un talud 1:2 considerando las propiedades del suelo y la facilidad

para mantenimiento. Debe perfilarse el terreno mecánica o manualmente, colocarse una capa

de solado (concreto pobre de 2.000 psi, de 10 cm de espesor) y sobre ésta una de piedra

(tamaño promedio 25 cm) para construir un enrocado de protección.

• MUROS VERTICALES Y FONDO Se deben construir en concreto reforzado de 3.000 psi,

de acuerdo con las secciones y dimensiones señaladas en el plano anexo. Previamente debe

rectificarse el alineamiento del canal entre los dos box-culverts eliminando las curvas

horizontales

• CONEXIÓN ENTRE EL CANAL Y LOS BOX-CULVERTS Las aletas de los box-culvert

constituyen la estructura de transición entre la altura de los muros de los box-culverts y la

altura de los muros del canal. El ángulo horizontal de las aletas con el eje de los box puede

variar para ajustarse a la topografía del terreno.


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MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL PROYECTO: Box-culvert Subestación Eléctrica ARGOS MATERIALES: Concreto 28 MPa (4.000 Psi) Acero de refuerzo: 420 MPa (60.000 Psi) NORMA UTILIZADA: NSR-98

DIMENSIONES (mts) Ancho libre (b) 3.00 Altura libre (h) 1.50 Espesor de losas (t1) 0.30 Espesor de muros (t2) 0.25 Profundidad superior (z) 0.00

DATOS DEL SUELO Y SOBRECARGA VALOR UNIDAD Peso unitario suelo (γs) 1600 Kg/m3 Peso unitario concreto (γc) 2400 Kg/m3 Angulo de fricción interna (φ) 35.0 º Sobrecarga distribuida (w) 1630 Kg/m2 Sobrecarga puntual (P) 12000 Kgs Presión admisible sobre el suelo (q

adm) 12500 Kg/m2

CASOS DE CARGA IDENTIFICADOR DESCRIPCIÒN Peso propio PP Concreto+relleno Relleno lateral R Material del sitio Agua interior A1 Alcantarilla llena Camión en posición de máximo momento CM Rueda trasera en centro de luz Camión en posición de máximo cortante CV Rueda trasera en borde de luz Tren de carga máximo momento T1 Rueda trasera +carga distribuidaTren de carga máximo cortante T1 Rueda trasera +carga distribuidaCombinación 1 C1 1.4PP + 1.3CM Combinación 2 C2 1.4PP + 1.3CV Combinación 3 C3 1.4PP + 1.3T1 Combinación 4 C4 1.4PP + 1.3T2 Combinación 5 C5 1.4PP + 1.3A1


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Archivo : C:\Archivos de programa\Data\BOX SENCILLO 300X150 ARGOS.AVW Unidades : Ton-M Fecha : 31/08/2008 12:25:21 p.m.

Datos de Geometría ___________________________________________________________________________________________________________________________________NOMENCLATURA d0 : Altura de la sección de inercia variable en el extremo J del miembro dL : Altura de la sección de inercia variable en el extremo K del miembro Factor Ig : Factor de reducción de la inercia (Inercia efectiva/Inercia bruta) para miembros de hormigón armado RX : Rotación en X RY : Rotación en Y RZ : Rotación en Z TO : 1 = Miembro de solo tracción 0 = Miembro normal TX : Traslación en X TY : Traslación en Y TZ : Traslación en Z

Nudos Nudo X Y Z Piso [M] [M] [M] ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 0 0 0 0 2 0.405 0 0 0 3 0.81 0 0 0 4 1.215 0 0 0 5 1.62 0 0 0 6 2.025 0 0 0 7 2.43 0 0 0 8 2.835 0 0 0 9 3.24 0 0 0 10 0 1.75 0 0 11 3.24 1.75 0 0 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Resortes Nudo TX TY TZ RX RY RZ [Ton/M] [Ton/M] [Ton/M] [Ton*M/Rad] [Ton*M/Rad] [Ton*M/Rad] --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 0 40 0 0 0 0 2 0 40 0 0 0 0 3 0 40 0 0 0 0 4 0 40 0 0 0 0 5 0 40 0 0 0 0 6 0 40 0 0 0 0 7 0 40 0 0 0 0 8 0 40 0 0 0 0 9 0 40 0 0 0 0 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


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Miembros Viga NJ NK Descripción Sección Material 1 1 2 BEAM 100x25 RC\H 245X4200 2 2 3 BEAM 100x25 RC\H 245X4200 3 3 4 BEAM 100x25 RC\H 245X4200 4 4 5 BEAM 100x25 RC\H 245X4200 5 5 6 BEAM 100x25 RC\H 245X4200 6 6 7 BEAM 100x25 RC\H 245X4200 7 7 8 BEAM 100x25 RC\H 245X4200 8 8 9 BEAM 100x25 RC\H 245X4200 9 1 10 COLE 100X20 RC\H 210x4200 10 10 11 BEAM 100x25 RC\H 245X4200 11 9 11 COLE 100X20 RC\H 210x4200


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Resultados del Análisis

DIAGRAMAS DE MOMENTOS C1: 1.4PP+1.3CM


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C2: 1.4PP+1.3CV


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C3:1.4PP+1.3T1


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C4:1.4PP+1.3T2


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C5:1.4PP+1.3A1


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Impresión de diagramas de esfuerzos (Envolventes) Estados considerados: C2=1.4PP+1.3cv C1=1.4pp+1.3cm C3=1.4pp+1.3t1 C4=1.4pp+1.3t2 C5=1.4PP+1.3A1 MIEMBRO : 1 Largo : 0.405 NudoJ : 1 Material : RC\H 245X4200 Sección : BEAM 100x25 NudoK : 2 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Envolventes : Momentos flectores M33: Esfuerzos cortantes V2: Momentos [Ton*M], Long [M] Fuerzas [Ton], Long [M]

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ MIEMBRO : 2 Largo : 0.405 NudoJ : 2 Material : RC\H 245X4200 Sección : BEAM 100x25 NudoK : 3 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Envolventes : Momentos flectores M33: Esfuerzos cortantes V2: Momentos [Ton*M], Long [M] Fuerzas [Ton], Long [M]

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


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MIEMBRO : 3 Largo : 0.405 NudoJ : 3 Material : RC\H 245X4200 Sección : BEAM 100x25 NudoK : 4 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Envolventes : Momentos flectores M33: Esfuerzos cortantes V2: Momentos [Ton*M], Long [M] Fuerzas [Ton], Long [M]




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MIEMBRO 8 Largo : 0.405 NudoJ : 8 Material : RC\H 245X4200 Sección : BEAM 100x25 NudoK : 9 Envolventes : Momentos flectores M33: Esfuerzos cortantes V2: Momentos [Ton*M], Long [M] Fuerzas [Ton], Long [M]


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MIEMBRO : 9 Largo : 1.750 NudoJ : 1 Material : RC\H 210x4200 Sección : COLE 100X20 NudoK : 10 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Envolventes : Momentos flectores M33: Esfuerzos cortantes V2: Momentos [Ton*M], Long [M] Fuerzas [Ton], Long [M]


MIEMBRO : 11 Largo : 1.750 NudoJ : 9 Material : RC\H 210x4200 Sección : COLE 100X20 NudoK : 11 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Envolventes : Momentos flectores M33: Esfuerzos cortantes V2: Momentos [Ton*M], Long [M] Fuerzas [Ton], Long [M]


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Archivo : C:\Archivos de programa\Data\BOX SENCILLO 300X150 ARGOS Unidades : Ton-M Fecha : 31/08/2008 11:18:56 a.m.

Diseño de elementos de hormigón armado

Estatus de diseño _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Notas. Izq. es el extremo J de la viga. Der. es el extremo K de la viga PI izq (puntos de inflexión) es medido del extremo J al punto de inflexión PI der (puntos de inflexión) es medido del extremo K al punto de inflexión M min/max son los momentos mínimo y máximo encontrados para esa viga Norma de diseño: ACI-318 99 CARGAS DE DISEÑO.- CARGA #1 : C2=1.4PP+1.3cv CARGA #2 : C1=1.4pp+1.3cm CARGA #3 : C3=1.4pp+1.3t1 CARGA #4 : C4=1.4pp+1.3t2 CARGA #5 : C5=1.4PP+1.3A1 LOSA DE FONDO ELEMENTO A.izq A.cent A.der P.I.izq P.I.der PIEL Separación del Refuerzo longitudinal Mmin/max V[Ton] Long Num [cm2] [cm2] [cm2] [M] [M] [cm2] IZQ. CENT. DER. [Ton*M] T[Ton*M] [M] ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 BEAM 100x25 SUP: 0.00 3.60 0.00 0.22 0.00 0.00 #4: 30.30 30.30 30.30 2.37 10.96 0.41 INF: 0.00 4.25 0.00 0.00 0.14 #2: 7.57 7.57 7.57 -2.02 0.00 2 BEAM 100x25 SUP: 0.00 6.70 0.00 0.00 0.00 0.00 #4: 30.30 30.30 30.30 0.00 6.24 0.41 INF: 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 #2: 7.57 7.57 7.57 -4.50 0.00 3 BEAM 100x25 SUP: 0.00 7.41 0.00 0.00 0.00 0.00 #4: 30.30 30.30 30.30 0.00 3.65 0.41 INF: 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 #2: 7.57 7.57 7.57 -5.39 0.00 4 BEAM 100x25 SUP: 0.00 7.53 0.00 0.00 0.00 0.00 #4: 30.30 30.30 30.30 0.00 1.32 0.41 INF: 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 #2: 7.57 7.57 7.57 -5.47 0.00


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ELEMENTO A.izq A.cent A.der P.I.izq P.I.der PIEL Separación del Refuerzo longitudinal Mmin/max V[Ton] Long Num [cm2] [cm2] [cm2] [M] [M] [cm2] IZQ. CENT. DER. [Ton*M] T[Ton*M] [M] ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5 BEAM 100x25 SUP: 0.00 7.53 0.00 0.00 0.00 0.00 #4: 30.30 30.30 30.30 0.00 3.43 0.41 INF: 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 #2: 7.57 7.57 7.57 -5.47 0.00 6 BEAM 100x25 SUP: 0.00 6.86 0.00 0.00 0.00 0.00 #4: 30.30 30.30 30.30 0.00 4.97 0.41 INF: 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 #2: 7.57 7.57 7.57 -5.01 0.00 7 BEAM 100x25 SUP: 0.00 6.48 0.00 0.00 0.00 0.00 #4: 30.30 30.30 30.30 0.44 5.99 0.41 INF: 0.00 0.79 0.00 0.32 0.00 #2: 7.57 7.57 7.57 -3.60 0.00 8 BEAM 100x25 SUP: 0.00 2.20 0.00 0.00 0.23 0.00 #4: 30.30 30.30 30.30 2.69 8.35 0.41 INF: 0.00 4.82 0.00 0.00 0.00 #2: 7.57 7.57 7.57 -1.24 0.00 LOSA SUPERIOR ELEMENTO A.izq A.cent A.der P.I.izq P.I.der PIEL Sep. Del refuerzo longitudinal [cm] Mmin/max V[Ton] Long Num [cm2] [cm2] [cm2] [M] [M] [cm2] IZQ. CENT. DER. [Ton*M] T[Ton*M] [M] ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 10 BEAM 100x25 SUP: 6.26 0.00 6.26 0.39 0.39 0.00 #4: 30.30 30.30 30.30 9.45 15.36 3.24 INF: 0.00 13.40 0.00 0.13 0.16 #2: 7.57 7.57 7.57 -3.47 0.00 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- MUROS LATERALES ELEMENTO Faxial M33 M22 Carga A.cálculo A.min A.max Long Sep. Refuerzo long [cm] B x H Nro [Ton] [Ton*M] [Ton*M] id [cm2] [cm2] [cm2] [M] #4 #2 [cm]x[cm] ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9 -9.62 -3.47 0.00 (2) 9.04 20.00 160.00 1.75 20.00 20.00 100x20 11 -9.62 3.47 0.00 (2) 8.60 20.00 160.00 1.75 20.00 20.00 100x20 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


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