MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL BOX-CULVERT ARGOS

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JAIRO ALVIS ALÍ INGENIERO CIVIL PROYECTOS Formulación Evaluación Gerencia ESTRUCTURAS Diseño Construcciòn Interventorìa CONSORCIO D&D Subestación eléctrica ARGOS Memorias de Cálculo estructural Box_Culvert y Canal Agosto 2008 Cartagena COLOMBIA

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  • JAIRO ALVIS AL INGENIERO CIVIL

    PROYECTOS Formulacin Evaluacin Gerencia

    ESTRUCTURASDiseo Construccin Interventora

    CONSORCIO D&D

    Subestacin elctrica ARGOS

    Memorias de Clculo estructural Box_Culvert y Canal

    Agosto 2008 Cartagena

    COLOMBIA

  • JAIRO ALVIS AL INGENIERO CIVIL

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    ESTRUCTURASDiseo Construccin Interventora

    TABLA DE CONTENIDO

    INTRODUCCIN 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 hidrostticas 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 camin 3

    1.2.1.1 Posicin de mximo momento 3

    1.2.1.2 Posicin de mximo cortante 3

    1.2.2 Lnea de Carga 3

    1.2.2.1 Posicin de mximo momento 3

    1.2.2.2 Posicin de mximo cortante 3

    2 MATERIALES 4

    2.1 CONCRETOS 4

    2.2 ACERO DE REFUERZO 4

    3 ANLISIS Y DISEO 5

    3.1 COMBINACIONES DE CARGAS 5

    3.1.1 Combinacin No. 1 5

    3.1.2 Combinacin No. 2 5

    3.2 DISPOSICIN DEL REFUERZO 5

    3.2.1 Refuerzo principal 6

    3.2.2 Refuerzo de reparticin 6

    3.2.3 Refuerzo por temperatura 6

    3.3 DISEOS FINALES 6

    4.0 CONSIDERACIONES PARA EL CANAL 8

    PLANO ANEXO

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    INTRODUCCIN

    En las instalaciones de ARGOS se construir una nueva subestacin elctrica 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 est bordeado por un arroyo en el lindero frontal, el cual cruza los dos accesos principales a la

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

    cao para garantizar un buen drenaje y la no interrupcin del trfico hacia y desde la subestacin al

    momento de la lluvia o de una crecida del arroyo.

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

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

    los requerimientos especficos solicitados por los Contratantes.

    Los box-culverts fueron diseados con base en la Norma colombiana de diseo Ssmico de Puentes, y la

    AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHTWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS,

    aplicando los principios del Anlisis y la Mecnica Estructural, y del diseo de concreto reforzado para

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

    Como vehculos de diseo se tomaron el camin 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 separacin entre ejes que vara desde

    4.00 hasta 9.00 metros y el camin 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 aplic un peso volumtrico de 2.4 Ton/M3 para el concreto reforzado en todos los elementos

    diseados en este material

    1.1.2 Peso del relleno

    No se consider carga por peso de rellenos debido a que todas las estructuras diseadas son

    superficiales

    1.1.3 Presiones laterales

    1.1.3.1 Presiones hidrostticas

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

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

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

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

    1.1.3.2 Presiones laterales del terreno

    Se tom 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 consider una sobrecarga de 2.0 Ton/M2

    1.2 CARGAS VIVAS

    1.2.1 Carga de camin

    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 Posicin de mximo momento

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

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

    enterradas.

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    1.2.1.2 Posicin de mximo cortante

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

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

    1.2.2 Lnea de Carga

    Se aplic la tabla A3.4.a del CDIGO COLOMBIANO DE PUENTES 1995 en dos configuraciones

    desfavorables.

    1.2.2.1 Posicin de mximo 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 Posicin de mximo 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 m10 Ton 15 Ton 15 Ton

    CAMIN 3-S-2

    CAMIN C40-95

    4.00 m 4.00 m6 Ton 17.3 17.3

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    2. MATERIALES

    2.1 CONCRETO

    Se seleccion un concreto de 4.000 Psi (28 Mpa) de resistencia a la compresin a los 28 das para

    todas las estructuras diseadas, teniendo en cuenta su facilidad de produccin 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 lmite de fluencia mnimo de 60.000 Psi (420 Mpa) para dimetros

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

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    3. ANLISIS Y DISEO

    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 Combinacin No. 1

    C1 = 1.4 PP+1.3SCMMAX

    Donde:

    PP = Carga Muerta

    CMMAX = Sobrecarga o Carga Viva, en la configuracin de mximo momento

    3.1.2 Combinacin No. 1

    C2 = 1.4 PP+1.3CV

    PP = Carga Muerta

    CV = Sobrecarga o Carga Viva, en la configuracin de mximo cortante

    Otras combinaciones se muestran en el cuadro de las pginas siguientes

    3.2 DISPOSICIN DEL REFUERZO

    3.2.1 Refuerzo principal

    Se determin con las envolventes crticas de momento y cortante y se dispuso en direccin paralela al

    trfico.

    3.2.2 Refuerzo de reparticin

    Se determin como un porcentaje (50%) del refuerzo principal y se dispuso en direccin

    perpendicular al trfico.

    3.2.3 Refuerzo por temperatura

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

    3.3 DISEOS FINALES

    Se presentan en los planos anexos del presente documento

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    4. CONSIDERACIONES PARA EL CANAL

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

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

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

    (tamao promedio 25 cm) para construir un enrocado de proteccin.

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

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

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

    horizontales

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

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

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

    variar para ajustarse a la topografa del terreno.

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    MEMORIA DE CLCULO ESTRUCTURAL PROYECTO: Box-culvert Subestacin Elctrica 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 (s) 1600 Kg/m3 Peso unitario concreto (c) 2400 Kg/m3 Angulo de friccin interna () 35.0 Sobrecarga distribuida (w) 1630 Kg/m2 Sobrecarga puntual (P) 12000 Kgs Presin admisible sobre el suelo (q

    adm) 12500 Kg/m2

    CASOS DE CARGA IDENTIFICADOR DESCRIPCIN Peso propio PP Concreto+relleno Relleno lateral R Material del sitio Agua interior A1 Alcantarilla llena Camin en posicin de mximo momento CM Rueda trasera en centro de luz Camin en posicin de mximo cortante CV Rueda trasera en borde de luz Tren de carga mximo momento T1 Rueda trasera +carga distribuidaTren de carga mximo cortante T1 Rueda trasera +carga distribuidaCombinacin 1 C1 1.4PP + 1.3CM Combinacin 2 C2 1.4PP + 1.3CV Combinacin 3 C3 1.4PP + 1.3T1 Combinacin 4 C4 1.4PP + 1.3T2 Combinacin 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 Geometra ___________________________________________________________________________________________________________________________________NOMENCLATURA d0 : Altura de la seccin de inercia variable en el extremo J del miembro dL : Altura de la seccin de inercia variable en el extremo K del miembro Factor Ig : Factor de reduccin de la inercia (Inercia efectiva/Inercia bruta) para miembros de hormign armado RX : Rotacin en X RY : Rotacin en Y RZ : Rotacin en Z TO : 1 = Miembro de solo traccin 0 = Miembro normal TX : Traslacin en X TY : Traslacin en Y TZ : Traslacin 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 Descripcin Seccin 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 Anlisis

    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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    Impresin 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 Seccin : 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 Seccin : 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 Seccin : BEAM 100x25 NudoK : 4 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Envolventes : Momentos flectores M33: Esfuerzos cortantes V2: Momentos [Ton*M], Long [M] Fuerzas [Ton], Long [M]

    MIEMBRO : 4 Largo : 0.405 NudoJ : 4 Material : RC\H 245X4200 Seccin : BEAM 100x25 NudoK : 5 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Envolventes : Momentos flectores M33: Esfuerzos cortantes V2: Momentos [Ton*M], Long [M] Fuerzas [Ton], Long [M]

    MIEMBRO : 5 Largo : 0.405 NudoJ : 5 Material : RC\H 245X4200 Seccin : BEAM 100x25 NudoK : 6 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Envolventes : Momentos flectores M33: Esfuerzos cortantes V2: Momentos [Ton*M], Long [M] Fuerzas [Ton], Long [M]

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    MIEMBRO : 6 Largo : 0.405 NudoJ : 6 Material : RC\H 245X4200 Seccin : BEAM 100x25 NudoK : 7 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Envolventes : Momentos flectores M33: Esfuerzos cortantes V2: Momentos [Ton*M], Long [M] Fuerzas [Ton], Long [M]

    MIEMBRO : 7 Largo : 0.405 NudoJ : 7 Material : RC\H 245X4200 Seccin : BEAM 100x25 NudoK : 8 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Envolventes : Momentos flectores M33: Esfuerzos cortantes V2: Momentos [Ton*M], Long [M] Fuerzas [Ton], Long [M]

    MIEMBRO 8 Largo : 0.405 NudoJ : 8 Material : RC\H 245X4200 Seccin : 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 Seccin : COLE 100X20 NudoK : 10 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Envolventes : Momentos flectores M33: Esfuerzos cortantes V2: Momentos [Ton*M], Long [M] Fuerzas [Ton], Long [M]

    MIEMBRO : 10 Largo : 3.240 NudoJ : 10 Material : RC\H 245X4200 Seccin : BEAM 100x25 NudoK : 11 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 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 Seccin : 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.

    Diseo de elementos de hormign armado Estatus de diseo _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Notas. Izq. es el extremo J de la viga. Der. es el extremo K de la viga PI izq (puntos de inflexin) es medido del extremo J al punto de inflexin PI der (puntos de inflexin) es medido del extremo K al punto de inflexin M min/max son los momentos mnimo y mximo encontrados para esa viga Norma de diseo: ACI-318 99 CARGAS DE DISEO.- 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 Separacin 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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    PROYECTOS Formulacin Evaluacin Gerencia

    ESTRUCTURASDiseo Construccin Interventora

    ELEMENTO A.izq A.cent A.der P.I.izq P.I.der PIEL Separacin 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.clculo 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 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

  • JAIRO ALVIS AL INGENIERO CIVIL

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