MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL BOX-CULVERT ARGOS
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PROYECTOS Formulación Evaluación Gerencia
JAIRO ALVIS ALÍ INGENIERO CIVIL
CONSORCIO D&D Subestación eléctrica ARGOS
Memorias de Cálculo estructural Box_Culvert y Canal
Agosto 2008 Cartagena COLOMBIA
ESTRUCTURAS Diseño Construcciòn Interventorìa
JAIRO ALVIS ALÍ
PROYECTOS
INGENIERO CIVIL
Formulación Evaluación Gerencia
ESTRUCTURAS Diseño Construcciòn Interventorìa
TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN
2
1
2
CARGAS
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
3
Cargas de camión
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
4
MATERIALES
2.1 CONCRETOS
4
2.2 ACERO DE REFUERZO
4
3
5
ANÁLISIS Y DISEÑO
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
PROYECTOS Formulación Evaluación Gerencia
JAIRO ALVIS ALÍ INGENIERO CIVIL
ESTRUCTURAS Diseño Construcciòn Interventorìa
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. 1.1
ESTRUCTURAS Diseño Construcciòn Interventorìa
CARGAS
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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ESTRUCTURAS Diseño Construcciòn Interventorìa
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 10 Ton
4.00 -9.00 m 15 Ton
15 Ton
CAMIÓN C40-95
4.00 m 6 Ton
4.00 m 17.3
17.3
CAMIÓN 3-S-2
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MATERIALES
2.1
CONCRETO
ESTRUCTURAS Diseño Construcciòn Interventorìa
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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ESTRUCTURAS Diseño Construcciòn Interventorìa
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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ESTRUCTURAS Diseño Construcciòn Interventorìa
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) Altura libre (h) Espesor de losas (t1) Espesor de muros (t2) Profundidad superior (z)
3.00 1.50 0.30 0.25 0.00
DATOS DEL SUELO Y SOBRECARGA Peso unitario suelo (γs) Peso unitario concreto (γc) Angulo de fricción interna (φ) Sobrecarga distribuida (w) Sobrecarga puntual (P) Presión admisible sobre el suelo (q ) adm
CASOS DE CARGA Peso propio Relleno lateral Agua interior Camión en posición de máximo momento Camión en posición de máximo cortante Tren de carga máximo momento Tren de carga máximo cortante Combinación 1 Combinación 2 Combinación 3 Combinación 4 Combinación 5
VALOR 1600 2400 35.0 1630 12000 12500
UNIDAD Kg/m3 Kg/m3 º Kg/m2 Kgs Kg/m2
IDENTIFICADOR PP R A1 CM CV T1 T1 C1 C2 C3 C4 C5
DESCRIPCIÒN Concreto+relleno Material del sitio Alcantarilla llena Rueda trasera en centro de luz Rueda trasera en borde de luz Rueda trasera +carga distribuida Rueda trasera +carga distribuida 1.4PP + 1.3CM 1.4PP + 1.3CV 1.4PP + 1.3T1 1.4PP + 1.3T2 1.4PP + 1.3A1
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: : :
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C:\Archivos de programa\Data\BOX SENCILLO 300X150 ARGOS.AVW Ton-M 31/08/2008 12:25:21 p.m.
Datos de Geometría ___________________________________________________________________________________________________________________________________ NOMENCLATURA d0 dL Factor Ig RX RY RZ TO TX TY TZ
: Altura de la sección de inercia variable en el extremo J del miembro : Altura de la sección de inercia variable en el extremo K del miembro : Factor de reducción de la inercia (Inercia efectiva/Inercia bruta) para miembros de hormigón armado : Rotación en X : Rotación en Y : Rotación en Z : 1 = Miembro de solo tracción 0 = Miembro normal : Traslación en X : Traslación en Y : 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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ESTRUCTURAS
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Diseño Construcciòn Interventorìa
Miembros Viga
NJ
NK
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 2 3 4 5 6 7 8 1 10 9
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11
Descripción
Sección
Material
BEAM 100x25 BEAM 100x25 BEAM 100x25 BEAM 100x25 BEAM 100x25 BEAM 100x25 BEAM 100x25 BEAM 100x25 COLE 100X20 BEAM 100x25 COLE 100X20
RC\H 245X4200 RC\H 245X4200 RC\H 245X4200 RC\H 245X4200 RC\H 245X4200 RC\H 245X4200 RC\H 245X4200 RC\H 245X4200 RC\H 210x4200 RC\H 245X4200 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: Momentos [Ton*M], Long [M]
Esfuerzos cortantes V2: Fuerzas [Ton], Long [M]
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
MIEMBRO : 2 Largo : 0.405 NudoJ : 2 Material : RC\H 245X4200 Sección : BEAM 100x25 NudoK : 3 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Envolventes : Momentos flectores M33: Momentos [Ton*M], Long [M]
Esfuerzos cortantes V2: 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: Momentos [Ton*M], Long [M]
Esfuerzos cortantes V2: Fuerzas [Ton], Long [M]
MIEMBRO : 4 Largo : 0.405 NudoJ : 4 Material : RC\H 245X4200 Sección : BEAM 100x25 NudoK : 5 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Envolventes : Momentos flectores M33: Momentos [Ton*M], Long [M]
Esfuerzos cortantes V2: Fuerzas [Ton], Long [M]
MIEMBRO : 5 Largo : 0.405 NudoJ : 5 Material : RC\H 245X4200 Sección : BEAM 100x25 NudoK : 6 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Envolventes : Momentos flectores M33: Momentos [Ton*M], Long [M]
Esfuerzos cortantes V2: Fuerzas [Ton], Long [M]
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ESTRUCTURAS
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Diseño Construcciòn Interventorìa
MIEMBRO : 6 Largo : 0.405 NudoJ : 6 Material : RC\H 245X4200 Sección : BEAM 100x25 NudoK : 7 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Envolventes : Momentos flectores M33: Momentos [Ton*M], Long [M]
Esfuerzos cortantes V2: Fuerzas [Ton], Long [M]
MIEMBRO : 7 Largo : 0.405 NudoJ : 7 Material : RC\H 245X4200 Sección : BEAM 100x25 NudoK : 8 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Envolventes : Momentos flectores M33: Momentos [Ton*M], Long [M]
MIEMBRO Material
8 :
Largo RC\H 245X4200
Esfuerzos cortantes V2: Fuerzas [Ton], Long [M]
: Sección
0.405 : BEAM 100x25
NudoJ NudoK
: :
8 9
Envolventes : Momentos flectores M33: Momentos [Ton*M], Long [M]
Esfuerzos cortantes V2: Fuerzas [Ton], Long [M]
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ESTRUCTURAS Diseño Construcciòn Interventorìa
MIEMBRO : 9 Largo : 1.750 NudoJ : 1 Material : RC\H 210x4200 Sección : COLE 100X20 NudoK : 10 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Envolventes : Momentos flectores M33: Momentos [Ton*M], Long [M]
Esfuerzos cortantes V2: Fuerzas [Ton], Long [M]
MIEMBRO : 10 Largo : 3.240 NudoJ : 10 Material : RC\H 245X4200 Sección : BEAM 100x25 NudoK : 11 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Envolventes : Momentos flectores M33: Momentos [Ton*M], Long [M]
Esfuerzos cortantes V2: Fuerzas [Ton], Long [M]
MIEMBRO : 11 Largo : 1.750 NudoJ : 9 Material : RC\H 210x4200 Sección : COLE 100X20 NudoK : 11 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Envolventes : Momentos flectores M33: Momentos [Ton*M], Long [M]
Esfuerzos cortantes V2: Fuerzas [Ton], Long [M]
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: : :
Diseño Construcciòn Interventorìa
C:\Archivos de programa\Data\BOX SENCILLO 300X150 ARGOS Ton-M 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 : CARGA #2 : CARGA #3 : CARGA #4 : CARGA #5 :
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
LOSA DE FONDO Mmin/max V[Ton] Long ELEMENTO A.izq A.cent A.der P.I.izq P.I.der PIEL Separación del Refuerzo longitudinal 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 SUP: INF:
BEAM 100x25 0.00 0.00
6.70 0.00
0.00 0.00
0.00 0.00
0.00 0.00
0.00
#4: #2:
30.30 7.57
30.30 7.57
30.30 7.57
0.00 -4.50
6.24 0.00
0.41
3 SUP: INF:
BEAM 100x25 0.00 0.00
7.41 0.00
0.00 0.00
0.00 0.00
0.00 0.00
0.00
#4: #2:
30.30 7.57
30.30 7.57
30.30 7.57
0.00 -5.39
3.65 0.00
0.41
4 SUP: INF:
BEAM 100x25 0.00 0.00
7.53 0.00
0.00 0.00
0.00 0.00
0.00 0.00
0.00
#4: #2:
30.30 7.57
30.30 7.57
30.30 7.57
0.00 -5.47
1.32 0.00
0.41
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ESTRUCTURAS
INGENIERO CIVIL
Formulación Evaluación Gerencia
Diseño Construcciòn Interventorìa
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 SUP: INF:
BEAM 100x25 0.00 0.00
6.86 0.00
0.00 0.00
0.00 0.00
0.00 0.00
0.00
#4: #2:
30.30 7.57
30.30 7.57
30.30 7.57
0.00 -5.01
4.97 0.00
0.41
7 SUP: INF:
BEAM 100x25 0.00 0.00
6.48 0.79
0.00 0.00
0.00 0.32
0.00 0.00
0.00
#4: #2:
30.30 7.57
30.30 7.57
30.30 7.57
0.44 -3.60
5.99 0.00
0.41
8 SUP: INF:
BEAM 100x25 0.00 0.00
2.20 4.82
0.00 0.00
0.00 0.00
0.23 0.00
0.00
#4: #2:
30.30 7.57
30.30 7.57
30.30 7.57
2.69 -1.24
8.35 0.00
0.41
LOSA SUPERIOR Mmin/max V[Ton] Long ELEMENTO A.izq A.cent A.der P.I.izq P.I.der PIEL Sep. Del refuerzo longitudinal [cm] 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] BxH 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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PROYECTOS Formulación Evaluación Gerencia
JAIRO ALVIS ALÍ INGENIERO CIVIL
ESTRUCTURAS Diseño Construcciòn Interventorìa
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