Diseño Estrucutral - Canal Tapado

 

 ALCANTARILLA DE SECCION RECTANGULAR DE CONCRETO ARMADO Cargas actuantes Carga de relleno Peso propio Reaccion del suelo Condiciones del suelo Tiene que realizarse por lo menos m enos una perforacion en el sitio de la construccion de cada obra de arte, hasta una profundidad de por lo menos dos metros por debajo del nivel de la cimentacion de la estructura. Tambien debe registrarse el nivel de la napa freatica encontrada en el momento de la perforacion. Datos: Textura Peso unitario del material seco: gs

kg/m3

Peso unitario del material bajo agua: gsat  Angulo de friccion interna: f

kg/m3

Capacidad portante del suelo: sc kg/m2 El diseño definitivo se debe hacer en base a los datos obtenidos en el campo.

PRESIONES ADMISIBLES Y CARACTERISTICAS GENERALES DE ALGUNOS SUELOS SUELO

s

c (kg/m2)

 Arena fluida  Arena mojada  Arena fina, firme y seca  Arena fluida drenada  Arena gruesa muy firme Grava y arena gruesa en mantos espesos

0.5 2 2.5 - 3 3 3-6 5-8

 Arcilla blanda o humeda, manto de al menos 4.5m espesor  Arcilla blanda, arenas, loas, o liso  Arcilla blanda y arena mojada  Arcilla blanda confinada  Arcilla firme  Arcilla en mantos espesos, moderadamente seca  Arcilla solida seca  Arcilla dura  Arcilla seca dura  Arcilla en mantos espesos, siempre seca

1-2 1 1 - 15 2 2 2-4 2.25 - 3 3-4 4 4-6

CARACTERISITICAS GENERALES DE ALGUNOS SUELOS SUELO Grava

 Angulo de friccion interno 35 - 45

U 

Peso unitario (kg/m3) 1730 - 2200

 

 Arena fina  Arena media  Arena gruesa  Arcilla  Arenas y gravas gruesas muy permeables  Arenas y gravas gruesas muy permeables  Arena con limo, arena y grava con alto contenido de arcilla.  Arcilla compacta o muy consistente  Arcillas blandas y limos

30 - 35 35 - 40 35 - 40 6-7 33 - 40 25 - 35 26 - 30

0.5 - 0.6 0.4 - 0.5 0.3 - 0.4

1570 1570 - 1730 1570 - 1730 1750 - 2050 1760 - 1920 1920 - 2080 1760 - 1920

25 - 35 20 - 25

0.25 - 0.4 0.2 - 0.3

1760 - 1920 1440 - 1760

para calcular la presion lateral del terreno sobre una estructura se usa el factor de presion activa o el factor de presion neutra. Cuando se trata de construcciones flexibles, como un muro de contencion de tabla estacas metalicas, se aplica el factor de presion activa. Sin e,bargo, cuando la construccion es rigida, como el caso de construcciones de concreto armado, se usa el factor  de presion neutra. El factor de presion activa se calcula segun: la = tg2 (45 - f/2) El factor de presion neutra se calcula segun: ln = (1 - sen f) CARACTERISITICAS ESTRUCTURALES 2 Concreto (para concreto concreto armado): f'c = 210 kg/cm 2 Concreto ciclopeo : f'c = 140 kg/cm 2 Refuerzo : fy = 4200 kg/cm Peso unitario del concreto : gc = 2400 kg/cm  Ademas se tiene que mencionar el tipo de cemento (I o V) y el recubrimiento (c) necesario, que depende de las condiciones que debe resistir el concreto. 2

CARGA DE RELLENO La carga del relleno (fig) sobre la losa superior se puede calcular con la formula

qR = h gs donde: h= altura del relleno (m)

gs= peso unitario del suelo (kg/cm2) pr esion lateral sobre las paredes, que puede ser dividida El peso del relleno se convierte en una presion en dos componentes. - presion lateral por el relleno h -presion lateral del terreno sobre la altura de la alcantarilla. La presion lateral por el relleno r elleno es uniforme y se calcula segun: ps1= ln qR

ln = factor de presion neutra qR = carga del relleno (kg/cm 2) La presion lateral sobre la altura de la alcantarilla se desarrolla en forma triangular: ps2 = ln A gS

 

ln = factor de presion neutra  A = altura de la alcantarilla = a+d (m)

ls = peso unitario del suelo (kg/m3)

Fig 21.

CASO I: POZA SIN AGUA, AGUA, NAPA FREATICA FREATI CA ALTA ALTA b/2

d

x Nivel del terreno

P2

Nivel de la napa f  

P1

h  A

d

B

q Presión neutra del

Subpresión

terreno

B

 A M A

B

M A

Fig 21.

CASO I: POZA CON AGUA, TERRENO SECO

b/2

d1

x

q= ga h = Q P2

h Pa

P3

Ps

Peso del agua

Presión del agua

 

 A

d2

B P1

q= gs h la q= ga h

Presión neutra del terreno

Presión del agua

SISTEMA DE CARGAS B MOMENTO POR LA

MOMENTO POR LA

PRESION DEL AGUA

PRESION DEL TERRENO

 A B

M A

MOMENTOS

M A MB

PESO PROPIO DE LA ALCANTARILLA

qL = d gc qL = peso de la losa (kg/m2) d = espesor de la losa (m)

gc = peso especifico del concreto (kg/m3) qp = d a gc

(3 - 18)

qp = peso de la pared (kg/m2) d = espesor de la pared (m) a = altura de la alcantarilla (m)

gc = peso especifico del concreto (kg/m3) El peso de la losa inferior no genera momentos, porque es transmitido directo hacia el suelo, pero si debe ser tomado tom ado en cuenta en el calculo de la presion pr esion total de la alcantarilla sobre el suelo.

Fig 25. SISTEMAS DE CARGAS CARGAS Y MOMENTOS POR EL PESO PROPIO

qL

h E

d

 

 A

a qp d D

qL =q b/2

q = 2qp/(b+2d)

d

B Sistemas de cargas

E E

D

Momentos por q = qL

D

Mtos por q = 2 qp/(b+2d)

PESO DEL AGUA EN L LA A ALCANTARILLA La presion hidraulica interna en la alcantarilla es minima y sera despreciada en el calculo. por lo tanto solo queda la presion hidraulica sobre las paredes, que se calcula con la siguiente formula para cuando la alcantarilla esta llena. P A = a ga Donde P A = presion del agua (kg/cm2) a = altura de la alcantarilla (m)

ga = peso especifico del agua (kg/m3) La carga sobre la losa inferior por el peso del agua no genera momentos, porque es transmitida directamente al suelo, a traves de la losa de concreto. Sin embargo, la carga si debe ser tomada en cuenta para el calculo de la presion pr esion maxima de toda la alcantarilla sobre el suelo. La carga qn (kg/m2) se calcula con la misma formula (3-18): q A = P A

PRESION DE LA ESTRUCTURA SOBRE EL TERRENO El caso mas critica para calcular la presion maxima sobre el terreno es cuando se considera las siguientes cargas: Carga por relleno: QR = qR (b+2d) Carga viva del trafico: QT = qT (b+2d) Peso propio de la alcantarilla: QL = 2qL (b+2d)

 

Peso del agua: La presion sobre el terreno:

sT =

Q P = qP Q A = q A b QR + QT + QL+ QP+ Q A (b + 2d) 100

donde: b= ancho de la alcantarilla (cm) d= espesor de la pared (cm) Q= las diferentes cargas (kg/m) El factor de seguridad con respecto a la presion permisible sobre el terreno ( sc) debe ser:

s c/sT

>=

2.00

 

reática

 

DISE O ESTRUCTU ESTRUCTURAL RAL CAN CANAL AL TAPA TAPADO DO

1+250 - 1+280 La situacion mas desfavorables se presenta cuando esta vacía de = H/15, demin = 0.15m. DIMENSIONAMIENTO  Altura H= 0.45 m Espesor de la losa y paredes de= 0.10 m Escoger espesor de d e la losa y paredes de= 0.10 m Talud

z=

E1

H

R1

90.00 90.00 grado grados s 0.80 m 0.16 m E1 = Ka gs h'

C A R A C T E R I S T IC IC A S D E L S U E L O  

E2 = Ka gs (h' + H)

Textura

=

Grava

Peso unitario del material seco, gs

=

1965.00

=

35

= =

2.00 0.00

kg/m2 kg/cm2

f 'c =

210

kg/cm

angulo de friccion interna,

E w

0.00

a= B= y=

 Angulo de inclinacion  Ancho de solera solera Tirante

S/C

f

capacidad de carga del terreno, sc sobrecarga S/c CARACTERISTICAS DEL CONCRETO concreto

kg/m3

E = (E1 + E2) H/2 h' = Sc/ gs y

2

Ka

3

peso unitario del concreto

gc =

2400

kg/m

acero de refuerzo recubrimiento

fy = r=

4200 0.025

kg/cm2 m

h 2E1+E2 3 E1+E2 1-senf 1+senf

Determinacion de las cargas Empuje de la tierra Peso del muro eso e a so era Peso de la estructura Momentos: Mv =

E= wm = ws= W=

54 kg 120 kg g 432 kg

Ey

=

8 kgm/m

Peralte efectivo debido al momento flexionante M Kb K = 0.5 fc k1 j d=

k1 = dec =

1 1 + fs n fc 3.25cm

=

0.75 cm

=

14.2

=

0.34