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PROYECTO DE ACONDICIONAMIENTO DE LA CARRETERA BI-3447. TRAMO: PK 50+900 A PK 51+900 (AMOROTO)

I N D I C E

1 INTRODUCCIÓN

2 REFUERZO DE MURO

2.1 MATERIALES UTILIZADOS2.2 CARGAS2.3 CALCULO DE ESFUERZOS2.4 BULONES

3 HINCA DE CARRILES

4 DADO EN “L”

4.1 MATERIALES UTILIZADOS4.2 CARGAS4.3 DIMENSIONAMIENTO GEOMÉTRICO4.4 CÁLCULO DE LOS ESFUERZOS4.5 CÁLCULO DE LAS ARMADURAS

ANEJO Nº 7: ESTRUCTURAS Pág. 1

ANEJO Nº 7:

ESTRUCTURAS


1 INTRODUCCIÓN

Las estructuras que comprenden el Proyecto de Acondicionamiento de la Carretera BI-3447, Gizaburuaga-Oleta , tramo Pk 50+900 – pk 51+900, se reducen a las siguientes tipologías de obras de fábrica:

- Refuerzo de muro entre los Pk 51+245 y PK 51+280.- Hinca de carriles- Dados de hormigón en forma de “L”

2 REFUERZO DE MURO

Durante la ejecución de las obras de los tramos contiguos al que nos ocupa, se constató la necesidad de reforzar los muros de mampostería existentes.

Por lo tanto, a la vista de las experiencias anteriores, se proyecta el refuerzo del muro existente en el Pk 51+245 y PK 51+280. Dicho refuerzo constará de un gunitado con mallazo de Ø8 c/ 0,15 y bulones a media altura cada 3,00 metros, donde la totalidad de los empujes a soportar por el muro serán resistidos por los bulones.

Además, habrá que descabezar el pretil existente y sustituirlo por una viga de atado en cabeza.

2.1 MATERIALES UTILIZADOS

Para la ejecución del muro se han utilizado materiales con las siguientes características:

a) Hormigón : tipo HA-25/B/20/IIa, adecuado para elementos exteriores en zonas con precipitaciones superiores a los 600 mm anuales.

b) Acero : tipo B 500 S.

Además se utilizarán perfiles laminados HEB-300 como vigas de reparto para la ejecución del bulonado.

2.2 CARGAS

Las cargas soportadas por la estructura serán:

- empuje del terreno con las siguientes características:- densidad seca: 2,00 ton/m3

- ángulo de rozamiento interno: 30º



Los diagramas de cargas que genera el empuje del terreno son descritos a continuación:

- desde la cabeza hasta la cota del bulón el diagrama correspondiente al empuje de tierras adoptará una ley triangular cuyo valor a una determinada h se calcula según la expresión:

siendo:ka coeficiente de empuje activo densidad del terrenoh distancia desde un punto a la cabeza de muro

- desde el bulón hasta el pie de muro, el diagrama adoptado correspondiente a una ley uniforme que, según la teoría de Peck para estructuras de contención entibadas, adopta el siguiente valor:

siendo: ángulo de rozamiento interno densidad del terrenoh altura total de tierras

- sobrecarga de valor 1 ton/m2 en el trasdós

2.3 CALCULO DE ESFUERZOS

CALCULO DE LA TENSIÓN EN EL BULÓN.

La totalidad del empuje de tierras que soporta el muro y las cargas debidas al tráfico, son transmitidos a los bulones dispuestos en el alzado. Estos bulones se dispondrán en la parte media del muro y se unirán de dos en dos mediante un perfil laminado HEB-300.

El alzado del muro funcionará como una viga empotrada, apoyada en un punto.

El esquema estático utilizado se representa a continuación.



Reacción en el apoyo:

Tracción en el bulón:

CALCULO DE LOS ESFUERZOS EN EL PERFIL LAMINADO

Para el cálculo de los esfuerzos en el perfil, se ha supuesto una viga biapoyada en sus extremos con una carga uniforme correspondiente a las tierras y la sobrecarga por metro lineal.

El esquema estático de una viga biapoyada utilizada se representa a continuación.

Esfuerzos en la sección de apoyo

De los cálculos anteriores se obtienen los siguientes esfuerzos de diseño:

Tensión del bulón: 2,77 x 1,50 = 4,16 ton

Momento longitudinal en el perfil: M = 3,12 x 1,50 = 4,68 ton m

Cortante máximo en la sección de apoyo: V = 4,16 x 1,50 = 6,24 ton

Comprobación del perfil HEB 300

Acero A42

Limite elástico (u) = 2.600 kg/cm2

Wy = 571 cm3

En este caso basta comprobar la sección central:

Por lo tanto el perfil propuesto cumple.



2.4 BULONES

Se ha optado por bulones tipo DYWIDAG de 32 mm de diámetro, con una carga de trabajo de 45 ton y tesados al 30% y dispuestos cada 3,00 metros.

Suponiendo una resistencia media de arrancamiento de 5 kp/cm2 y un diámetro de perforación mínima de 73 mm, se obtiene una longitud de bulón mínima de 2,50 metros.

3 HINCA DE CARRILES

La existencia de diversas cicatrices de deslizamiento en la actual carretera hace necesario el desarrollo de medidas de contención localizadas que eviten que estas inestabilidades progresen.

Así pues, existen tres zonas en las que se ha realizado un estudio del terreno y definido las posibles actuaciones a realizar en cada una de ellas.

ZONA LOCALIZACIÓN PK APROX.

1 1+275

2 1+670

3 1+800

En el Anejo 2 se definen las actuaciones a realizar en cada zona, que consisten principalmente en la hinca de carriles con una viga de atado en cabeza y en los casos que es necesario se anclan a roca.

En la zona 1 y 2 donde es necesario anclar a roca sana, se colocarán bulones de Ø32 cada 3 metros. La viga de reparto tendrá unas dimensiones de 0,30 x 0,30 metros y armada según planos.

4 DADO EN “L”

En este apartado se definen los cálculos para el dado en “L” situado a lo largo del trazado en las zonas donde se generan pequeños derrames. Mediante dicha estructura se evitan dichos derrames verticalizando el paquete de firmes.

Se localizan estructuras de este tipo en los siguientes tramos:

- P.K. 1+210 – P.K. 1+245- P.K. 1+265 – P.K. 1+285- P.K. 1+340 – P.K. 1+345- P.K. 1+482 – P.K. 1+502- P.K. 1+577 – P.K. 1+612- P.K. 1+662 – P.K. 1+682 Dicho dado se ejecutará como muro de hormigón armado “in situ” con talón y sin

puntera y con una tensión admisible de 1,00 kp/cm2 al cimentar en rellenos.

4.1 MATERIALES UTILIZADOS

Para la construcción de los muros se han utilizado materiales con las siguientes características:

Hormigón : tipo HA-25/B/40/IIa para la zapata y HA-25/B/25/IIa para el alzado, adecuado para elementos enterrados.

Acero : tipo B 500 S.

4.2 CARGAS

Se han tenido en cuenta las siguientes cargas en el cálculo de los voladizos:

Cargas muertas:- Peso propio del continua igual a 2,50 ton/m3



Sobrecargas:- Sobrecarga uniforme en el trasdós de 1,00 ton/m2.

- Carga estática horizontal de 10 ton aplicada a 0,60 m de la superficie del pavimento, y repartida en 15 metros , debido al posible choque lateral de un vehículo contra la barrera de seguridad.

- Empuje del terreno, caracterizado este por las siguientes características:densidad: 2,00 ton/m3

Ángulo de rozamiento interno: 30º

4.3 DIMENSIONAMIENTO GEOMÉTRICO

El dimensionamiento geométrico de los muros tiene como objetivo la adopción de unas dimensiones adecuadas para el equilibrio global del sistema estructura-terreno. Dicho sistema se considera en equilibrio si se cumplen las siguientes comprobaciones:

- Coeficiente de deslizamiento último (se considera la actuación del empuje pasivo en el frente de la zapata) > 1,50

- Coeficiente de deslizamiento de servicio (no se considera la actuación del empuje pasivo) > 1,00

- Coeficiente al vuelco > 2,00Al mismo tiempo se comprueba que las dimensiones de la zapata son las

adecuadas para obtener tensiones en el terreno inferiores a las admisibles por él (1,00 kp/cm2 ).

Los cálculos de estas variables han sido realizados según las recomendaciones dadas en el texto “Muros de contención y muros de sótano” de J. Calavera, publicado por INTEMAC. Dichos cálculos correspondientes se recogen a continuación.

ENTRADA DE DATOS H=1,00m DEFINICIÓN GEOMÉTRICA Altura de tierras sobre la zapata en trasdós (m) 0,50Altura de tierras sobre la zapata en intrasdós (m) 0,00 Altura muro desde cimentación (m) 1,00Altura del muro sobre cimentación (m) 0,50Canto de la zapata 0,50Canto del tacón 0,00 0,50Canto del muro en la cabeza (m) 0,50Canto del muro en la cara de empotramiento (m) 0,50 Longitud de puntera (m) 0,00Longitud de zapata (m) 1,25Longitud de talón (m) 0,75

Densidad del hormigón (ton/m3) 2,50Densidad del terreno seco (ton/m3) 2,00 Angulo de rozamiento interno en el trasdós 30,00Angulo de rozamiento en la base de la zapata 30,00 FUERZAS EXTERIORES Sobrecarga en el trasdós (ton/m2) 1,00Carga horizontal en coronación (ton) 0,83Carga vertical en coronación (ton) 0,00 COEFICIENTES DE EMPUJES Empuje activo horizontal 0,33Empuje activo vertical 0,00Empuje pasivo 3,00



CALCULO DEL COEFICIENTE DE SEGURIDAD AL DESLIZAMIENTO H=1,00m

FUERZAS ESTABILIZADORAS POR ML Peso del muro (ton/ml) 2,19 Peso de tierras sobre talón (ton/ml) 1,07 Peso de tierras sobre puntera (ton/ml) 0,00

Sobrecarga (ton/ml) 0,75 Carga vertical en coronación (ton/ml) 0,00 N´ 4,01 Empuje pasivo (ton/ml) 0,00 TOTAL: 2,32 FUERZAS DESESTABILIZADORAS Empuje horizontal debido a las tierras sobre el muro (ton/ml) 0,33 Empuje vertical debido a las tierras sobre el muro (ton/ml) 0,00 Empuje debido a la sobrecarga en el muro (ton/ml) 0,17 Empuje debido a la carga horizontal en coronación (ton/ml) 0,83 TOTAL: 1,33 COEF. DE SEGURIDAD AL DESLIZAMIENTO (SERVICIO) 1,74

COEF. DE SEGURIDAD AL DESLIZAMIENTO (ULTIMO) 1,74

CALCULO DEL COEFICIENTE DE SEGURIDAD AL VUELCO H=1,00m MOMENTOS ESTABILIZADORES POR ML Momento debido al peso del muro (ton m/ml) 1,13 Momento debido a las tierras sobre talón (ton m/ml) 0,94 Momento debido a las tierras sobre la puntera (ton m/ml) 0,00 Momento por la acción de la sobrecarga sobre el talón (ton m/ml) 0,66 Momento debido a la carga vertical (ton m/ml) 0,00 Momento debido al empuje pasivo (ton m/ml) 0,00 TOTAL: 2,73 MOMENTOS DESESTABILIZADORES POR ML Momento debido al empuje de tierras (ton m/ml) 0,11 Momento debido a la sobrecarga (ton m/ml) 0,13 Momento debido a la carga horizontal (ton m/ml) 0,83 TOTAL: 1,07

COEFICIENTE DE SEGURIDAD AL VUELCO 2,56

CALCULO DE TENSIONES EN SERVICIO H=1,00m Fuerzas verticales totales sobre la base (ton/ml) 4,01Momento estabilizador respecto el punto de vuelco (ton m/ml) 2,73xp (m) 0,68ep (m) -0,06en (m) 0,21Momento respecto el cdg (ton m/ml) 0,84

TENSIÓN PUNTERA (kp/cm2) 0,65

TENSIÓN TALON (kp/cm2) 0,00



4.4 CÁLCULO DE LOS ESFUERZOS

Los esfuerzos de diseño han sido obtenidos en las diferentes secciones de empotramiento, considerando para su cálculo el comportamiento de cada elemento como el de una viga en voladizo sometida a la combinación de las distintas cargas.

Se ha comprobado que la carga existente sobre las vías producida por el peso de los vagones y las tensiones producidas por la viga carrilera del puente grúa, son despreciables o no tienen influencia en los muros al estar a una distancia tal que no es necesario considerarlas.

En resumen, los esfuerzos en las diferentes secciones de empotramiento son:

ESFUERZOS DE DISEÑO EN EL ALZADO H=1,00m

Axil debido al peso propio 0,63

Axil debido a la carga vertical 0,00

AXIL DE DISEÑO (TON) 0,94

Momento debido al empuje de tierras 0,01

Momento debido a la sobrecarga 0,04

Momento debido a la carga horizontal 0,42

MOMENTO DE DISEÑO (TON M) 0,75

Empuje debido a las tierras sobre el muro 0,08

Empuje debido a la sobrecarga en el muro 0,17

Empuje debido a la carga horizontal en coronación 0,83

CORTANTE DE DISEÑO (TON) 1,73

Ley de tensiones en el terreno

Sección de empotramiento de la puntera 0,65

0,88Sección de empotramiento del talón 0,39

0,15

ESFUERZOS DE DISEÑO EN EL TALÓN

Momento debido a las tensiones producidas en el terreno 0,36

Momento debido al peso del talón 0,35

Momento debido al peso de las tierras sobre el talón 0,28

Momento debido al efecto de la sobrecarga sobre el talón 0,28

MOMENTO DE DISEÑO (TON M) 0,89

Cortante debido al peso de las tierras sobre el talón 0,80

Cortante debido al efecto de la sobrecarga sobre el talón 0,80

Cortante debido al peso de la zapata 1,00

Cortante debido a las tensiones producidas en el terreno 0,60

CORTANTE DE DISEÑO 3,21

A continuación se muestra una tabla resumen de los esfuerzos en las diferentes secciones de los muros:

ESFUERZOS DE DISEÑOH=1,00m

ALZADO

AXIL 0,94

MOMENTO 0,75

CORTANTE 1,73

TALÓNMOMENTO 0,89

CORTANTE 3,21

4.5 CÁLCULO DE LAS ARMADURAS



El cálculo de las armaduras se ha realizado según las siguientes comprobaciones:

1. Momento flector : se han utilizadas las fórmulas recogidas en el Anejo 8 de la EHE.: Cálculo simplificado de secciones en Estado Límite de Agotamiento, para el caso de secciones sometidas a flexión simple

2. Cortante : se ha aplicado todo lo recogido en el Artículo 44.2.3 de la EHE. con respecto a la definición de Vu1, Vu2 y cálculo de armaduras.

3. Fisuración : se ha comprobado que la abertura característica de fisura calculada según el artículo 49.2.5 de la EHE.- Método general del cálculo de la abertura de la fisura es menor a 0,30 mm.

La fisuración no será comprobada en aquellas secciones que presenten momentos por debajo del momento de fisuración, siendo este:

- Para fck=25 N/mm2

M=26,72 KN*m

Para todos los cálculos se ha considerado un recubrimiento igual a 4,5 cm.

Alzado:

CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

Resistencia del hormigón 25 N/mm2

Coeficiente de minoración 1,50Resistencia de proyecto 16,67 N/mm2

Resistencia del acero 500 N/mm2


CARACTERISTICAS GEOMETRICAS DE LA SECCION

Recubrimiento 0,05 mCanto de la sección 0,50 mCanto útil 0,44 mAncho de la sección 1,00 m

Diámetro acero tracción 12 mmDiámetro acero compresión 12 mm


Nd 9,38 kNVd 17,28 kNMd 7,53 kN m

DIMENSIONAMIENTO A FLEXION

CálculoUo 6290 kN0,375 Uo d 1047,29 kN mUs2 0,00 kNUs1 16,98 kN

Cuantías mínimas% con respecto a Ac 0,09Armadura de tracción 4,5 cm2

% con respecto a Ac 0,03Armadura de compresión 1,5 cm2



Area de acero a disponerAs1 4,50 cm2

As2 1,50 cm2

Nº de redondos tracción 4,0Nº de redondos compresión 1,3

Armadura colocadatracción

Número de redondos 5Diámetro 12

Area colocada 5,65 cm2

Us1 245,86 kN

compresiónNúmero de redondos 5Diámetro 12


Us2 245,86 kN

ComprobaciónUv 1416,67 kN 0,00Us1-Us2 0,00 kNMu (kN m) > Md 109,20 kN m

COMPROBACION A CORTANTE

0,001

Vcu 274,03ok

Area necesaria (cm2) -16,06Diametro 8,00Numero de ramas 0,00Separacion 20,00Area dispuesta (cm2) 0,00

COMPROBACION A FISURACION

M 5,02 kN mWmax 0,30 mmRecubrimiento 50,00 mm

180,00 mm210,00 mm

Distancia entre barras 180,00 mmk1 0,13Diámetro barra traccionada 12,00 mmAc,eficaz 125000,00 mm2

As 565,49 mm2

sm 268,63 mms 22,72 N/mm2

Es 200000,00 N/mm2

K2 0,50fctm 2,56 N/mm2

sr 472,96 N/mm2

1-k2 (sr/s)2 -215,73sm 0,0000Wk NO FISURA mm



Talón:

CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

Resistencia del hormigón 25 N/mm2


Resistencia del acero 500 N/mm2


CARACTERISTICAS GEOMETRICAS DE LA SECCION

Recubrimiento 0,05 mCanto de la sección 0,50 mCanto útil 0,44 mAncho de la sección 1,00 m

Diámetro acero tracción 12 mmDiámetro acero compresión 12 mm


Nd 0,00 kNVd 32,05 kNMd 8,93 kN

DIMENSIONAMIENTO A FLEXION

CálculoUo 6290 kN0,375 Uo d 1047,29 kN mUs2 0,00 kNUs1 20,16 kN

Cuantías mínimas% con respecto a Ac 0,09Armadura de tracción 4,5 cm2

% con respecto a Ac 0,03Armadura de compresión 1,5 cm2

Area de acero a disponerAs1 4,50 cm2

As2 1,50 cm2

Nº de redondos tracción 4,0Nº de redondos compresión 1,3

Armadura colocadatracción

Número de redondos 5Diámetro 12


Us1 245,86 kN

compresiónNúmero de redondos 5Diámetro 12


Us2 245,86 kN

ComprobaciónUv 1416,67 kN 0,00Us1-Us2 0,00 kNMu (kN m) > Md 109,20 kN m

COMPROBACION A CORTANTE

0,001

Vcu 274,03ok

Area necesaria (cm2) -15,14Diametro 8,00Numero de ramas 0,00Separacion 20,00Area dispuesta (cm2) 0,00



COMPROBACION A FISURACION

M 5,96 kN mWmax 0,30 mmRecubrimiento 50,00 mm

180,00 mm210,00 mm

Distancia entre barras 180,00 mmk1 0,13Diámetro barra traccionada 12,00 mmAc,eficaz 125000,00 mm2

As 565,49 mm2

sm 268,63 mms 26,96 N/mm2

Es 200000,00 N/mm2

K2 0,50fctm 2,56 N/mm2

sr 472,96 N/mm2

1-k2 (sr/s)2 -152,90sm 0,0001Wk NO FISURA mm

Las armaduras horizontales del alzado y de la zapata se han calculado por cuantías geométricas mínimas, siendo en las zapata de 0,90 y en el alzado de 2,13 en el intradós y de 1,07 en el trasdós, en tanto por 1000 y referidas a la sección total del hormigón. Además, el armado vertical en el intradós será como mínimo de un tercio del armado vertical del trasdós.

Fdo.: Ignacio Hernández


PROYECTO DE ACONDICIONAMIENTO DE LA CARRETERA BI-3447. TRAMO: PK 50+900 A PK 51+900


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