Trabajo Final Diseño Civil

TRABAJO Nº1 DISEÑO DE UN CANAL DE SECCIÓN RECTANGULAR

PRESENTADO POR: CAMILO ANDRES GONZALEZ TORRES JAIME ALBERTO COCINERO BOTELLO JORGE AUGUSTO RAMIREZ VIVEROS

PRESENTADO A: Ing. JOSÉ ALBERTO BOADA RODRÍGUEZ

ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA”JULIO GARAVITO” FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL DISEÑO CIVIL SEPTIEMBRE 6 DE 2013 BOGOTÁ D.C 1

CONTENIDO TEMA................................................................................................................................................... 3 ESQUEMA ........................................................................................................................................... 4 Lista de Chequeo ................................................................................................................................. 6 Alcance del Trabajo ............................................................................................................................. 7 Desarrollo del Tema............................................................................................................................. 8 1. Dimensionamiento hidráulico de la sección del canal....................................................................... 8 1.1 Cálculo de la profundidad normal del agua. ...................................................................................................8 1.2 Revisión de la velocidad .................................................................................................................................9 1.3 Cálculo del Borde Libre B.L. .........................................................................................................................9 1.4 Diagrama de dimensiones internas definitivas del canal ..............................................................................10 2. Análisis Completo de Estabilidad ................................................................................................... 11 2.1 Hipótesis de Carga ........................................................................................................................................11 2.1.1 Hipótesis de carga N° 1 (Peso de la cuña de relleno, Peso Propio y reacción del suelo) ......................11 2.1.2 Hipótesis de carga N° 2 (Presión activa del suelo y sobrecarga)...........................................................11 2.1.3Hipótesis de carga N° 3 (Presión de poros) ............................................................................................12 2.1.4 Hipótesis de carga N° 4 (Presión activa del suelo y Reacción del suelo) ..............................................12 2.1.5 Hipótesis de carga N° 5 (Carga Hidrostática)........................................................................................13 2.1.6 Hipótesis de Carga N° 6 (Carga Viva y Peso Propio) ...........................................................................13 2.2 Combinación de Hipótesis de carga .............................................................................................................14 2.2.1 Combinación N°1: .................................................................................................................................14 2.2.2 Combinación N°2: .................................................................................................................................14 2.2.3 Combinación No3:.................................................................................................................................15 2.3 Estabilidad al Deslizamiento; al Volcamiento; por Capacidad Portante ....................................................15 2.3.1 Estabilidad al deslizamiento: .................................................................................................................17 2.3.2. Estabilidad al volcamiento: ..................................................................................................................18 2.3.3. Estabilidad a capacidad portante: .........................................................................................................18 2.3.4 Factor de Seguridad contra flotación. ....................................................................................................19 2.4 Dimensiones completas de la estructura ...................................................................................................20 3. Análisis Estructural ....................................................................................................................... 21 3.1 Hipótesis de Carga .......................................................................................................................................21 3.3 Coeficiente de durabilidad ambiental ..........................................................................................................26 3.4 Cálculos de momentos, esfuerzos cortantes y cargas axiales con diagramas de esfuerzos cortantes, momentos y cargas axiales .................................................................................................................................27 3.4.1 Combinación N°1 (Hipótesis 1 + Hipótesis 3 + Hipótesis 4 + Hipótesis 5 + Hipótesis 6) ...................27 3.4.2 Combinación N°2 (Hipótesis 6 + Hipótesis 2) ......................................................................................33 3.4.3 Combinación N°3 (Hipótesis 3 + Hipótesis 4 + Hipótesis 6) ................................................................37 2

3.4.4 Combinación N°4 (Hipótesis 1 + Hipótesis 2 + Hipótesis 3 + Hipótesis 5 + Hipótesis 6) ...................42 3.5 Cuadro resumen de cortantes y momentos máximos ..................................................................................47 4. Ejecución y presentación del diseño de concreto de la sección del canal ...................................... 48 4.1 Referencia de los apartes de la NSR-10 utilizados ......................................................................................48 4.2 Diseño del Concreto ....................................................................................................................................49 4.2.1 Diseño de Concreto Pasarela .................................................................................................................50 4.2.2 Diseño de Concreto Muro......................................................................................................................51 4.2.3 Diseño de Concreto Losa de Fondo .......................................................................................................54 4.3 Cuadro resumen de resultados de cálculo de armaduras del canal ..............................................................57 5. Presupuesto de la obra .................................................................................................................. 58 5.1 Cantidades de obra .......................................................................................................................................58 5.2 Análisis de precios unitarios ......................................................................................................... 60 5.3 presupuesto incluyendo el porcentaje de AIU .............................................................................. 63 ............................................................................................................................................................................63 6. Programa de construcción ............................................................................................................. 64 7. Planos ............................................................................................................................................ 65

TEMA DISEÑO DE UNA SECCIÓN RECTANGULAR Fecha de Entrega: 6 de septiembre de 2013 (De 8:30 a.m. A 6:00 p.m.) A. Propósito: Dar aplicación a la metodología de cálculo hidráulico para canales a flujo libre según Ven Te Chow, así como la aplicación del análisis de estructuras sometidas a cargas no simultáneas y con problemas de flotación según lo visto en clase, en un todo de acuerdo con el instructivo para presentación de informes. No olvidar elaborar, utilizar e incluir la lista de chequeo. 3

B. Alcance del Trabajo 1. Diseño hidráulico de un canal rectangular, dotado de pasarelas, con una base B= 3.00 m, con 1.5km de longitud, que va a transportar un caudal total de 9.1 m3/seg de agua para consumo humano y que será construido en concreto reforzado, según esquema adjunto, con un ‘n’ de Manning de 0.016, una pendiente ‘s’=0.00095 m/m. (0.75/5.0) 2. Análisis estructural y diseño del concreto de la sección del canal (Reglamento NSR-10), a partir del diseño hidráulico y previo dimensionamiento de los espesores de los elementos constitutivos de la estructura (ver esquema adjunto), con el propósito de elaborar el presupuesto, el programa de construcción de la obra y los planos de construcción. No se tendrá en cuenta el efecto de un sismo. (4.25/5.0) C. Proceso de diseño y sus correspondientes resultados 1. Ejecución y presentación de los cálculos completos y pormenorizados del diseño hidráulico (chequeo de velocidad admisible). El borde libre, B.L., de dimensionará de acuerdo con uno de los criterios del numeral 7.5 del libro de Ven Te Chow, igual al 14% de Yn . Resultado: dimensiones internas completas del canal. (0.75/5.0). 2. Análisis completo de estabilidad: Planteamiento específico de hipótesis de carga y combinación de las mismas, factores de seguridad a deslizamiento, volcamiento, capacidad portante y flotación (subdrenaje). Utilizar factores de seguridad admisibles dados por la NSR-10 para muros de contención y además tener en cuenta lo expuesto en clase al respecto, en especial para la flotación. Resultado: dimensiones completas de la estructura. (0.75/5.0). 3. Análisis estructural completo: Planteamiento específico de hipótesis de carga; combinación de hipótesis de carga para obtener esfuerzos máximos en los diferentes elementos; determinación de momentos en los apoyos y en las luces, esfuerzos cortantes máximos y cargas axiales máximas. Resultado: diagrama de momentos, cargas axiales y cortantes; y un cuadro resumen de momentos y cortantes con los signos adoptados para el análisis. (0.75/5.0). 4. Ejecución y presentación del diseño de concreto de la sección del canal, previamente analizada estructuralmente y previa determinación de la separación de las juntas de movimiento, citando los apartes de la NSR-10 utilizados. Resultado: un cuadro resumen de resultados del cálculo de armaduras. (0.75/5.0). 5. Ejecución y presentación de los cálculos completos de cantidades de obra y la cartilla de despiece del refuerzo. Adopción de los precios unitarios de cada uno de los ítems de obra cubicados - detallando en un cuadro el alcance de cada uno de los precios utilizados - y cálculo y presentación del presupuesto de la obra. (0.5/5.0). 6. Presentación del programa de construcción de la obra (presentado en una hoja de tamaño carta, doble o triplecarta, pero sólo una hoja), que debe acompañarse con un esquema que ilustre las etapas de construcción (diferentes al proceso de construcción) de la estructura. (0.5/5.0). 7. Elaboración y presentación en hojas de tamaño carta del juego completo y ordenado de planos de construcción de la estructura. (1.0/5.0). ESQUEMA

4

Esquema N°1 Fecha de Entrega: 06 de Septiembre de 2013(De 8:30 a.m a 6:00 p.m)

5

Lista de Chequeo 1.1 Instructivo para presentación de informes 1.1.1. Informe empastado (Tecnología diferente al “Velobind”)……..………………………….…………... 1.1.2. Hojas de papel Bond blanco, con impresión de calidad……………………………………………….... 1.1.3. Carátula (Nombres completos de los autores, Fecha de presentación)……………………………….. 1.1.4. No se coloca hoja previa en blanco.................................................................................. ………….. 1.1.5. Índice del trabajo completo, que indica el número de las hojas respectivas……………………... 1.1.6. Tema completo de la tarea (se anexan esquemas entregado con el tema)…………………………… 1.1.7. Lista dechequeo……………………………………………………………………………….. .................. 1.1.8. Alcance del trabajo…….. ......................................................................................................... ..…………. 1.1.9. No se anexa hoja separada con las referencias…………………………………………………….... 1.1.10. Cada tema explícito se trató en capítulo separado………………………………………………….... 1.1.11. Cada tema desarrollado o cada F.S. admisible utilizado lleva su referencia ............. ……….… 1.1.12. Cálculos presentados en forma pormenorizada……………………………………………………. ..... 1.1.13. Se presentan diagramas de dimensiones, cargas, momentos y cortantes……………………… 1.1.14. Los cuadros y tablas presentados van junto a los cálculos respectivos……………………………. 2.1 Desarrollo del trabajo 2.1.1.Se presenta el dimensionamiento hidráulico del canal rectangular……………………………. 2.1.2.Se presenta el análisis completo de Estabilidad Estática, así: 2.1.2.1. Se precisa claramente la adopción o no del subdrenaje…………………………………. 2.1.2.2. Se presentan las combinaciones de hipótesis de carga utilizadas………………………… 2.1.2.3. Estabilidad al deslizamiento………………………………………………………….. .......... 2.1.2.4. Estabilidad al volcamiento……………………………………………………………… ............. 2.1.2.5. Estabilidad por capacidad portante…………………………………………………….. ...... 2.1.2.6. Estabilidad contra flotación…………………………………………………………….. .......... 2.1.3.Se presenta el análisis estructuralcompleto, así: 2.1.3.1. Combinación de hipótesis de carga para determinar esfuerzos máximos probables 2.1.3.2. Cálculos de momentos y esfuerzos cortantes……………………………………………. ... 2.1.3.3. Cuadro resumen de momentos y esfuerzos encontrados……………………………... 2.1.4.Se presenta el diseño de concreto para cada uno de los elementos estructurales……………………

6

Alcance del Trabajo En el siguiente trabajo se realizará el diseño hidráulico de un canal rectangular dotado de dos pasarelas peatonales, de 1.50 km de longitud, con un “n” de Manning de 0.016, una pendiente s=0.00095 m/m y bajo las siguientes condiciones de operación: -

Por el canal circulará un caudal de 9.10m3/s de agua para consumo humano.

Además se realizará el análisis estructural y el diseño del concreto de la sección del canal, a partir del diseño hidráulico y previo dimensionamiento de los espesores de los elementos constitutivos de la estructura, con el propósito de elaborar el presupuesto, el programa de construcción de la obra y los planos de construcción necesarios.

7

Desarrollo del Tema 1. Dimensionamiento hidráulico de la sección del canal Referencia: Datos del tema asignado Para el dimensionamiento del canal es necesario tener en cuenta los siguientes parámetros:

1.1 Cálculo de la profundidad normal del agua. Referencia: Hidráulica de canales abiertos, Ven Te Chow, Capítulo 7-7, eq. 6.8 El cálculo de la profundidad normal del agua se realizará en base al procedimiento de la sección 7-7 del libro Hidráulica de canales abiertos, Ven Te Chow. La ecuación a aplicar es la de Manning la cual es:

[

]

[ ] [

]

Haciendo uso de la ecuación de continuidad es posible expresar la ecuación de Manning en términos del caudal Q, así:

[

] [

] [

]

Aplicando los elementos geométricos de secciones de canal, se tiene que:

8

[ ] [ ] Despejando de la ecuación de Manning, se tiene que:

Remplazando con los parámetros establecidos.

(

(

)

) (

)

De acuerdo a lo establecido, b= 3.0 m. (

) (

)

Despejando se obtiene el valor de yn:

1.2 Revisión de la velocidad Referencia: hidráulica de canales abiertos, Ven Te Chow, Capitulo 7-5 Usando la ecuación de Manning se hace el cálculo de la velocidad: (

)

(

)

La velocidad para las condiciones de diseño establecidas sí cumple. Como referencia se usó el libro Hidráulica de Canales de Ven Te Chow, en el cual se especifica que la velocidad mínima en un canal revestido para que no se presente sedimentación es de 0.8 m/s y la velocidad máxima para evitar la abrasión del concreto es de 4.5 m/s. 1.3 Cálculo del Borde Libre B.L. Referencia: Hidráulica de canales abiertos, Ven Te Chow, Capitulo 7-5 De acuerdo con el criterio del numeral 7.5 de Hidráulica de canales abiertos de Ven Te Chow, en el diseño de canales es común el uso de bordes libres que varían entre el 5% y el 30% de la profundidad de flujo normal. De acuerdo a la recomendación del tema para este caso el borde libre será del 14% de la profundidad de flujo normal.

9

1.4 Diagrama de dimensiones internas definitivas del canal

Esquema N°2 – Dimensiones Internas

10

2. Análisis Completo de Estabilidad 2.1 Hipótesis de Carga Referencia: Apuntes de clase A continuación un análisis de todas aquellas cargas que se supone la estructura va a soportar. 2.1.1 Hipótesis de carga N° 1 (Peso de la cuña de relleno, Peso Propio y reacción del suelo) RASANTE CARRETEABLE

CL

PASARELA

N. AGUA

TERRENO NATURAL PESO DE LA CUÑA DEL RELLENO

PESO PROPIO REACCIÓN DEL SUELO

Esquema N°3 – Hipótesis N°1 2.1.2 Hipótesis de carga N° 2 (Presión activa del suelo y sobrecarga) RASANTE CARRETEABLE

CL CANAL

PASARELA

SOBRECARGA

PRESIÓN ACTIVA

N. AGUA

TERRENO NATURAL

Esquema N°4 – Hipótesis N°2

11

2.1.3Hipótesis de carga N° 3 (Presión de poros) El Nivel freático se toma hasta el terreno natural dado que las dimensiones a cada lado del relleno son aproximadamente 3 m y a cada lado de este relleno existe un talud por el cual drena el agua.

RASANTE CARRETEABLE

CL CANAL

PASARELA

N. AGUA

PRESIÓN DE POROS

PRESIÓN DE POROS

TERRENO NATURAL

SUPRESION

Esquema N°5– Hipótesis N°3 2.1.4 Hipótesis de carga N° 4 (Presión activa del suelo y Reacción del suelo) RASANTE CARRETEABLE

CL CANAL

PASARELA

N. AGUA

PRESIÓN ACTIVA

TERRENO NATURAL

REACCIÓN DEL SUELO

Esquema N°6 – Hipótesis N°4

12

2.1.5 Hipótesis de carga N° 5 (Carga Hidrostática) CL CANAL

RASANTE CARRETEABLE

PASARELA

N. AGUA

TERRENO NATURAL PRESIÓN HIDROSTÁTICA

Esquema N°7 – Hipótesis N°5 2.1.6 Hipótesis de Carga N° 6 (Carga Viva y Peso Propio) Se contempla la siguiente Hipótesis de carga, con el fin de tener presente el posible evento de inauguración del proyecto, momento en el que se tendrá el máximo valor de Carga viva, tomado de la NSR-10 Titulo B.4.2.1-1 en la Categoría Reuniones, Corredores y escaleras. RASANTE CARRETEABLE

CARGA VIVA Y PESO PROPIO

CL CANAL

CARGA VIVA Y PESO PROPIO

PASARELA

N. AGUA

TERRENO NATURAL

Esquema N°8 – Hipótesis N°6

13

2.2 Combinación de Hipótesis de carga 2.2.1 Combinación N°1: Esta combinación se establece para analizar la estabilidad de la estructura ante deslizamiento y volcamiento. La cual incluye la hipótesis de carga N°1 + la hipótesis de carga N°2 que son el peso propio de la estructura, el empuje del suelo actuando en un solo costado, la carga del tráfico actuando en un solo lado, generando así la combinación de cargas de mayor inestabilidad (caso más crítico) para el análisis por deslizamiento y volcamiento del canal. CL CANAL

RASANTE CARRETEABLE

PASARELA

PRESIÓN ACTIVA

SOBRECARGA

N. AGUA

TERRENO NATURAL

PESO DE LA CUÑA DEL RELLENO

PESO PROPIO

REACCIÓN DEL SUELO

Esquema N°9 – Combinación N°1 2.2.2 Combinación N°2: Esta combinación se establece para analizar la estabilidad de la estructura ante la capacidad portante e incluye la hipótesis de carga N°1 + la hipótesis de carga N°4 + la hipótesis de carga N°6 que son el peso propio de la estructura, la carga viva, el empuje del suelo actuando en un solo costado, la reacción del suelo y la carga hidrostática, generando así la combinación de cargas de mayor inestabilidad (caso más crítico) para el análisis de capacidad portante del canal. RASANTE CARRETEABLE

CL CANAL

CARGA VIVA Y PESO PROPIO

CARGA VIVA Y PESO PROPIO

PASARELA

SOBRECARGA

PRESIÓN ACTIVA

N. AGUA

PESO DE LA CUÑA DEL RELLENO

TERRENO NATURAL

PRESIÓN HIDROSTÁTICA

PESO PROPIO

REACCIÓN DEL SUELO

Esquema N°10 – Combinación N°2 14

2.2.3 Combinación No3: Esta combinación se establece para analizar la estabilidad a flotación. La hipótesis N°1 incluye el peso propio de la estructura + la hipótesis N°3 y la hipótesis N°4, incluye la acción del nivel freático. La condición más extrema será aquella cuando el canal se encuentre vacío y nivel freático se encuentre en su nivel máximo lo que generará el mayor valor de supresión, que hará que la estructura experimente un empuje ascensional equivalente al volumen de agua desalojada, lo que confirma que la situación más extrema será cuando el canal se encuentre vacío pues de otra manera el agua contenida en él ayudará a reducir la magnitud de ese empuje. CL CANAL

PASARELA

TERRENO NATURAL

PRESIÓN DE POROS

PRESIÓN DE POROS

PRESIÓN ACTIVA

N. AGUA

PRESIÓN ACTIVA

RASANTE CARRETEABLE

SUPRESION PESO PROPIO

REACCIÓN DEL SUELO

Esquema N°11 – Combinación N°3 2.3 Estabilidad al Deslizamiento; al Volcamiento; por Capacidad Portante (Referencia: Principios de Ingeniería de Cimentaciones de Braja M. Das 4 edición y Reglamento colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10 Tomo 3. Capítulo H.4) Calculo de presión lateral de tierras en estado activo (

)

Donde,

El coeficiente de presión activa (Ka) según Rankiee se calcula de acuerdo a la siguiente ecuación: (

)

(

) 15

Donde Yn=Lámina de agua Bl=borde libre Con base a teoría del empuje activo de tierras de Coulomb ( generada por el tránsito se presentan los cálculos: (

)

(

(

), el empuje que genera el suelo y la carga

)

) (

)

Donde, El coeficiente de presión activa

Teniendo así, ( )

(

)

(

) (

)

Cálculo de la Sumatoria de fuerzas verticales y de momentos: RASANTE CARRETEABLE

0,25

CL CANAL

0,75 0,25N.

4 0,24

PASARELA

AGUA

0,1

6

0,15

7

5

0,4

8

9

TERRENO NATURAL

1,8

0,45

2

3

0,1

0,35

1 1,5

0,35 1,5

C 4

Esquema 12. Distribución y numeración de áreas unidades en metros 16

La tabla No1 que se presenta a continuación contiene los cálculos efectuados para obtener las fuerzas verticales actuantes y sus respectivos momentos con respecto al punto C. sección No

Formulas

Área (m2)

Formulas

1 2 3 4 5 6 7 8 9 Tráfico

b*h-(0.1*3) ((bmayor+bmenor)*h)/2 ((bmayor+bmenor)*h)/2 b*h (b*h)/2 b*h (b*h)/2 ((bmayor+bmenor)*h)/2 ((bmayor+bmenor)*h)/2 b*h

1.5 0.615 0.615 0.09 0.01125 0.09 0.01125 0.38025 0.38025 1.8

Área*Υconcreto Área*Υconcreto Área*Υconcreto Área*Υconcreto Área*Υconcreto Área*Υconcreto Área*Υconcreto Área*Υrelleno Área*Υrelleno Área*Υrelleno

Densidad (T/m3) 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 1.9 1.9 1.9 ΣV=

Fuerza (Ton/m) Distancia (m) MResistente 3.600 1.476 1.476 0.216 0.027 0.216 0.027 0.722 0.722 3.420 11.903

2 3.68 0.32 3.125 3.25 0.875 0.75 0.13 0.13 4.15 ΣMr=

7.200 5.432 0.472 0.675 0.088 0.189 0.020 0.094 0.094 14.193 28.457

Donde, b=base h= altura

2.3.1 Estabilidad al deslizamiento: Para el análisis de estabilidad al deslizamiento se usa la combinación de hipótesis de cargas N°1, e incluye la hipótesis de carga N°1 + la hipótesis de carga N°2 que son el peso propio de la estructura, el empuje del suelo actuando en un solo costado, la carga del tráfico actuando en un solo lado, generando así la combinación de cargas de mayor inestabilidad (caso más crítico) para el análisis por deslizamiento del canal. Como se representa en el esquema N°9 Para el cálculo del factor de deslizamiento se toma la fórmula del libro principios de ingeniería de cimentaciones: ∑

(

) (

)

Como y son factores que se encuentran entre 0,5 y 0,667 como lo explican en el libro. Se tomó un valor de 2/3 para estos coeficientes. Según la NSR-10 de la tabla H.6.9-1 se tiene que el factor de seguridad por deslizamiento debe ser mayor o igual a 1.6, por lo tanto:

17

2.3.2. Estabilidad al volcamiento: Para el análisis de estabilidad al volcamiento se usa la combinación de hipótesis de cargas N°1, e incluye la hipótesis de carga N°1 + la hipótesis de carga N°2 que son el peso propio de la estructura, el empuje del suelo actuando en un solo costado, la carga del tráfico actuando en un solo lado, generando así la combinación de cargas de mayor inestabilidad (caso más crítico) para el análisis al volcamiento del canal. Como se representa en el esquema N°9 Nota: Ver Tabla1 para los cálculos presentados a continuación Para verificar el factor de seguridad por volcamiento se calcula primero el momento actuante sobre la estructura de la siguiente forma: ( )

(

)

Ahora se debe verificar el factor de seguridad. ∑ Según la NSR-10 de la tabla H.6.9-1 se tiene que el factor de seguridad por volcamiento debe ser mayor o igual a 3, por lo tanto: 2.3.3. Estabilidad a capacidad portante: Para el análisis de estabilidad a capacidad portante se usa la combinación de hipótesis de cargas N°3, e incluye la hipótesis de carga N°1 + la hipótesis de carga N°4 y la hipótesis N°6 que son el peso propio de la estructura, la carga viva, el empuje del suelo actuando en un solo costado, la reacción del suelo y la carga hidrostática, generando así la combinación de cargas de mayor inestabilidad (caso más crítico) para el análisis de capacidad portante del canal. Como se representa en el esquema N°10 Nota: Ver Tabla1 para los cálculos presentados a continuación Para calcular los valores de las presiones máxima y mínima se tuvo en cuenta lo siguiente: La excentricidad:

∑ Ahora utilizando las ecuaciones de ∑

( ∑

(

)

y )

(

se obtienen los siguientes resultados, DONDE: (

)

) (

⁄ )

⁄ ⁄

⁄

No se presentará falla por capacidad portante ya que el suelo puede soportar un esfuerzo mayor que el que está transmitiendo el canal de ⁄

18

2.3.4 Factor de Seguridad contra flotación. Referencia: Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, Braja M Das. Pág. 450 Capítulo 12.4; Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10; Notas de clase Si se adopta un subdrenaje, que será en tubería de PVC de PAVCO perforada, recubierta por un geotextil, con el objetivo que no permitan el paso de finos hacia la tubería, paralela al canal, es decir, longitudinalmente, que permitirá el abatimiento del nivel freático; Sin embargo la condición más crítica de análisis se presenta cuando el subdrenaje falle o se obstruya generando subpresiones en el canal. Por consiguiente se verifica si el factor de seguridad para la estabilidad de la estructura ante flotación del canal es igual 1.25 que es el factor de seguridad dado en clase por no conocer el nivel freático máximo + subdrenaje Por tal razón, para el análisis de estabilidad a flotación se usa la combinación de hipótesis de cargas N°1, e incluye la hipótesis de carga N°3 + la hipótesis de carga N°4 que son el peso propio de la estructura, el empuje del suelo actuando sobre los muros, la reacción del suelo y la presión de poros, generando así la combinación de cargas de mayor inestabilidad (caso más crítico) para el análisis de estabilidad a flotacion del canal. Como se representa en el esquema N°11 De la Tabla N°1 ΣV = 11.903 T/m ( )

(

)

19

2.4 Dimensiones completas de la estructura

RASANTE CARRETEABLE

0,25

CL CANAL

0,75

PASARELA 0,1

0,12 0,15 0,25

RELLENO

RELLENO

0,4

TERRENO NATURAL 1,8 1,9 0,35

0,15

0,35 0,45 1,5

1,5

4

Esquema N° 13 – unidades en metros

20

3. Análisis Estructural 3.1 Hipótesis de Carga Referencia: Apuntes de clase, Diseño Civil Para plantear las hipótesis de carga se hace necesario evaluar todas las cargas actuantes sobre el canal. A continuación se exponemos todas las cargas que se plantearon y sus respectivas hipótesis de carga. 3.1.1 Hipótesis de carga N° 1 (carga viva)

3.1.2 Hipótesis de carga N° 2 (Carga hidrostática)

21

3.1.3 Hipótesis de carga N° 3 (Relleno)

3.1.4 Hipótesis de carga N° 4 (Nivel freático)

22

3.1.5 Hipótesis de carga N° 5(Carga de trafico)

3.1.6 Hipótesis de carga N° 6(Peso propio)

23

3.2COMBINACIONES DE HIPOTESIS DE CARGA 3.2.1 Combinación # 1 (hipótesis 1 – 3 – 4 – 5 – 6) El diseño estructural de la pasarelas y el diseño estructural de la cara exterior (contacto con suelo) de los muros del canal, será determinada por esta combinación de hipótesis de cargas.

3.2.2 Combinación # 2 (hipótesis 6 - 2) El diseño estructural de la cara interior (contacto con agua) de los muros del canal, será determinada por esta combinación de hipótesis de cargas.

24

3.2.3 Combinación # 3 (hipótesis 3 – 4 – 6) El fin de esta combinación de hipótesis de carga es determinar si en el centro de luz de la losa de fondo se establece un momento negativo, es decir que en la losa de fondo en la fibra superior se encuentre en tensión en el centro de la misma, si este caso se presentara, esta combinación de carga de hipótesis determinara el diseño estructural de la cara superior de la losa de fondo.

3.2.4 Combinación # 4 (hipótesis 1 – 2 – 3 – 5 -6) El diseño estructural de la cara inferior de La losa de fondo del canal será determinada por esta combinación de hipótesis de cargas, debido a que esta genera el mayor momento positivo en la losa de fondo, entonces es la que genera el mayor esfuerzo de tensión en la fibra inferior de la losa de fondo.

25

3.3 Coeficiente de durabilidad ambiental (

[

)

]

( √

(

[ [ Para el cálculo de

)

)

] ]

usa una separación de 150 mm y barras N°3.

√

(

)

La combinación a utilizar corresponde a ( ), en esta combinación de carga se tienen en cuentan las cargas que afectan la estructura, tales como: cargas muertas D, cargas de fluidos F, cargas vivas L y las cargas debidas al empuje lateral del suelo, de agua freática o de materiales almacenados con restricción horizontal H. Esta combinación de carga va afectada por el coeficiente de durabilidad ambiental, según lo estipula C.23 para estructuras que están en contacto con el agua. De acuerdo a lo anterior se calcula el coeficiente de durabilidad ambiental , con el coeficiente de carga más crítico es decir el menor que para éste caso corresponde al coeficiente de carga muerta.

26

3.4 Cálculos de momentos, esfuerzos cortantes y cargas axiales con diagramas de esfuerzos cortantes, momentos y cargas axiales 3.4.1 Combinación N°1 (Hipótesis 1 + Hipótesis 3 + Hipótesis 4 + Hipótesis 5 + Hipótesis 6) Referencia: Apuntes de clase, Diseño Civil Tal como se especificó con anterioridad en el ítem 3.2.1, ésta combinación de hipótesis de carga será la usada para el diseño estructural de las pasarelas y de la cara exterior de los muros del canal. Adicionalmente ésta combinación de hipótesis de carga permitirá determinar el mayor momento negativo sobre los extremos de la losa de fondo, es decir que genera el mayor esfuerzo de tensión en la fibra inferior de la losa de fondo en los extremos de la misma. Análisis Pasarela ⁄ ⁄ Al mayorar las cargas se obtienen:

Ya que conocemos las cargas por metro longitudinal (a lo largo) del canal, debemos convertir éstas cargas por metro transversal en el canal sobre la pasarela, por lo tanto la carga distribuida uniforme sobre el canal se obtiene dividiendo las cargas longitudinales por la longitud transversal de la pasarela ⁄ La carga sobre las pasarelas es una carga uniformemente distribuida sobre un voladizo que está empotrado al muro del canal, por lo tanto su cortante y momento máximo será: Cálculo del Cortante máximo:

Cálculo de Momento máximo:

27

Diagrama de Cargas-Cortante-Momento

Esquema N°25 – Combinación de Hipótesis de carga No1-Diagramas de Carga, Cortante y Momento-Pasarelas

Análisis Muro Para el análisis del muro debemos tener en cuenta que en la parte superior del mismo se transmitirán el cortante y momento máximo generado por las cargas de la pasarela, por otro lado, tendremos cargas triangulares distribuidas horizontalmente sobre el muro debido al empuje activo del suelo y a la presión de poros generada por el nivel freático, también existirá una carga uniformemente distribuida horizontalmente debido a la carga de tráfico. Las presiones en la base del muro para las cargas distribuidas horizontales serán las que se indican a continuación: (

)

⁄

Al mayorar las cargas se obtienen:

La carga axial en la corona del muro será el valor del contante máximo obtenido en el análisis de la pasarela, tal como se muestra a continuación:

La carga axial en la base del muro será la suma de la carga axial en la corona del muro y el peso propio del muro, tal como se enseña a continuación: 28

(

)

El momento en la corona del muro será el valor del momento máximo obtenido en el análisis de la pasarela, tal como se muestra a continuación:

El análisis del muro del canal se puede realizar como el análisis de un voladizo que está empotrado a la losa de fondo del canal, por lo tanto su cortante y momento máximo que se presentará en la base del muro serán: Cálculo del Cortante máximo:

Cálculo de Momento máximo:

Diagrama de Cargas

Esquema N°26 – Combinación de Hipótesis de Carga N°1-Diagramas de Carga-Elemento: Muro

29

Diagrama de Cortante

Esquema N°27 – Combinación de Hipótesis de Carga N°1-Diagramas de Cortante-Elemento: Muro

Diagrama de Momento

Esquema N°28 – Combinación de Hipótesis de Carga N°1-Diagramas de Momento-Elemento: Muro

Análisis Losa de Fondo Para el análisis de la losa de fondo debemos tener en cuenta que en punto donde el muro entra en contacto con el muro se transmiten las cargas axiales del muro, los momentos y cortantes del mismo. Las presiones sobre la losa de fondo para las cargas uniformemente distribuidas verticales por metro transversal en la losa de fondo serán las debidas al peso propio de la losa y a la sub-presión ejercida por el nivel freática y por lo tanto la losa experimenta un empuje ascensional y que para nuestros cálculos se trabajará consigno negativo tal como se enseña a continuación: ⁄

30

Al mayorar las cargas se obtienen:

El análisis de la losa de fondo del canal se puede realizar como el análisis de una losa simplemente apoyada, por lo tanto su cortante y momento máximo que se presentará en los apoyos de la losa y el centro de la luz, debemos recordar que en los apoyos se transmiten los cortantes, momentos y cargas axiales del muro. Cálculo del Cortante máximo: La reacción en los apoyos de la losa será: (

)

(

)

Por lo tanto el cortante máximo se presentará en los apoyos y será: ( ) Cálculo de Momento máximo: El momento máximo positivo se presentará en los apoyos de la losa y tendrá el mismo valor que el momento transmitido por la base del muro:

El momento mínimo positivo se presentará en el centro de la luz y tendrá e valor de: (

(

)

)

Diagrama de Cargas

Esquema N°29 – Combinación de Hipótesis de Carga N°1-Diagramas de Carga-Elemento: Losa de Fondo

31

Diagrama de Cortante

Esquema N°30 – Combinación de Hipótesis de Carga N°1-Diagramas de Cortante-Elemento: Losa de Fondo

Diagrama de Momento

Esquema N°31 – Combinación de Hipótesis de Carga N°1-Diagramas de Momento-Elemento: Losa de Fondo

32

3.4.2 Combinación N°2 (Hipótesis 6 + Hipótesis 2) Referencia: Apuntes de clase, Diseño Civil Tal como se especificó con anterioridad en el ítem 3.2.2, ésta combinación de hipótesis de carga será la usada para el diseño estructural de la cara interior de los muros del canal, adicionalmente ésta combinación de hipótesis de carga permitirá determinar el mayor momento positivo sobre los extremos de la losa de fondo, es decir que genera el mayor esfuerzo de tensión en la fibra superior de la losa de fondo en los extremos de la misma. Las presiones en la base del muro para las cargas distribuidas horizontales serán las que se indican a continuación:

La carga axial en el muro debido al peso propio del mismo y de la pasarela se indica a continuación: ( ) ⁄ ⁄ Las presiones sobre la losa de fondo para las cargas distribuidas verticales serán las que se indican a continuación: ⁄

Al mayorar las cargas se obtienen:

Análisis Pasarela La carga axial en la corona del muro será el valor del cortante máximo obtenido en el análisis de la pasarela pero sólo al cortante correspondiente al peso propio de la pasarela:

La carga axial en la base del muro será la suma de la carga axial en la corona del muro y el peso propio del muro, tal como se enseña a continuación: (

)

El momento en la corona del muro será el valor del momento obtenido para la pasarela debido al peso propio de la misma:

33

Esquema N°32 – Combinación de Hipótesis de Carga N°2-Diagramas de Cargas, Cortante, Momento-Elemento: Pasarela

Análisis Muro El análisis del muro del canal se puede realizar como el análisis de un voladizo que está empotrado a la losa de fondo del canal, por lo tanto su cortante y momento máximo que se presentará en la base del muro serán: Cálculo del Cortante máximo:

Cálculo de Momento máximo:

Esquema N°33 – Combinación de Hipótesis de Carga N°2-Diagramas de Cargas, Cortante, Momento-Elemento: Muro

34

Análisis Losa de Fondo El análisis de la losa de fondo del canal se puede realizar como el análisis de una losa simplemente apoyada, por lo tanto su cortante y momento máximo que se presentará en los apoyos de la losa y el centro de la luz, debemos recordar que en los apoyos se transmiten los cortantes, momentos y cargas axiales del muro. Cálculo del Cortante máximo: La reacción en los apoyos de la losa será: (

)

(

)

Por lo tanto el cortante máximo se presentará en los apoyos y será: ( ) Cálculo de Momento máximo: El momento máximo negativo se presentará en los apoyos de la losa y tendrá el mismo valor que el momento transmitido por la base del muro:

El momento máximo positivo se presentará en el centro de la luz y tendrá e valor de: (

(

)

)

Diagrama de Cargas

Esquema N°34 – Combinación de Hipótesis de Carga N°2-Diagramas de Cargas Elemento: Losa de Fondo

35

Diagrama de Cortante

Esquema N°35 – Combinación de Hipótesis de Carga N°2-Diagrama de Cortante, Elemento: Losa de Fondo.

Diagrama de Momento.

Esquema N°36 – Combinación de Hipótesis de Carga N°2-Diagrama de Momento-Elemento: Losa de Fondo

36

3.4.3 Combinación N°3 (Hipótesis 3 + Hipótesis 4 + Hipótesis 6) Referencia: Apuntes de clase, Diseño Civil Tal como se especificó con anterioridad en el ítem 3.2.3, ésta combinación de hipótesis de carga se realiza con el fin de determinar si se establece momento negativo en el centro de luz de la losa de fondo, es decir que la fibra superior de la losa de fondo entre en tensión en el centro de la misma, de ser así ésta combinación de hipótesis de carga determinará el diseño estructural de la cara superior de la losa de fondo. Las cargas debidas al peso propio de los elementos, como la pasarela y el muro, se enseñan a continuación; ⁄ (

)

⁄

Las presiones en la base del muro para las cargas distribuidas horizontales serán las que se indican a continuación:

Las presiones sobre la losa de fondo para las cargas distribuidas verticales serán las que se indican a continuación: ⁄

Al mayorar las cargas se obtienen:

Análisis Pasarela La carga axial en la corona del muro será el valor del contante máximo obtenido en el análisis de la pasarela pero sólo al cortante correspondiente al peso propio de la pasarela:

La carga axial en la base del muro será la suma de la carga axial en la corona del muro y el peso propio del muro, tal como se enseña a continuación: (

)

37

El momento en la corona del muro será el valor del momento obtenido para la pasarela debido al peso propio de la misma:

Esquema N°37 – Combinación de Hipótesis de Carga N°3-Diagramas de Carga, Cortante y Momentos-Elemento: Pasarela

Análisis Muro El análisis del muro del canal se puede realizar como el análisis de un voladizo que está empotrado a la losa de fondo del canal, por lo tanto su cortante y momento máximo que se presentará en la base del muro serán: Cálculo del Cortante máximo:

Cálculo de Momento máximo:

Diagrama de Cargas

Esquema N°38 – Combinación de Hipótesis de Carga N°3-Diagramas de Carga, Cortante y Momentos-Elemento: Pasarela

38

Diagrama de Cortante

Esquema N°39 – Combinación de Hipótesis de Carga N°3-Diagrama de Cortante Elemento: Muro

Diagrama de Momento

Esquema N°40 – Combinación de Hipótesis de Carga N°3-Diagrama de Momento Elemento: Muro

39

Análisis Losa de Fondo El análisis de la losa de fondo del canal se puede realizar como el análisis de una losa simplemente apoyada, por lo tanto su cortante y momento máximo que se presentará en los apoyos de la losa y el centro de la luz, debemos recordar que en los apoyos se transmiten los cortantes, momentos y cargas axiales del muro. Cálculo del Cortante máximo: La reacción en los apoyos de la losa será: (

)

(

)

Por lo tanto el cortante máximo se presentará en los apoyos y será: ( )

Cálculo de Momento máximo: El momento máximo positivo se presentará en los apoyos de la losa y tendrá el mismo valor que el momento transmitido por la base del muro:

El momento mínimo positivo se presentará en el centro de la luz y tendrá e valor de: ( (

) )

Diagrama de Cargas

Esquema N°41 – Combinación de Hipótesis de Carga N°3-Diagrama de Cargas Elemento: Losa Inferior

40

Diagrama de Cortante

Esquema N°42 – Combinación de Hipótesis de Carga N°3-Diagrama de Cortante Elemento: Losa inferior

Diagrama de Momento

Esquema N°43 – Combinación de Hipótesis de Carga N°3-Diagrama de Momentos Elemento: Losa inferior

Ésta combinación de hipótesis de carga se realizó con el fin de establecer si se llegaba a establecer tensión en la cara superior de la losa de fondo, sin embargo podemos apreciar que tal hecho no ocurre, y que los valores de momento y cortante antes calculados son menores a los calculados en la combinación de hipótesis de carga N°1.

41

3.4.4 Combinación N°4 (Hipótesis 1 + Hipótesis 2 + Hipótesis 3 + Hipótesis 5 + Hipótesis 6) Referencia: Apuntes de clase, Diseño Civil Tal como se especificó con anterioridad en el ítem 3.2.4, ésta combinación de hipótesis de carga será la usada para el diseño estructural de la cara inferior de la losa de fondo en el centro de la misma. Las cargas debidas al peso propio de los elementos, como la pasarela, el muro, y la carga viva sobre la pasarela se enseñan a continuación; ⁄ (

)

⁄ ⁄

Las presiones en la base del muro para las cargas distribuidas horizontales serán las que se indican a continuación:

Las presiones sobre la losa de fondo para las cargas distribuidas verticales serán las que se indican a continuación: ⁄

Al mayorar las cargas se obtienen:

Análisis Pasarela La carga axial en la corona del muro será el valor del contante máximo obtenido en el análisis de la pasarela pero sólo al cortante correspondiente al peso propio de la pasarela:

42

La carga axial en la base del muro será la suma de la carga axial en la corona del muro y el peso propio del muro, tal como se enseña a continuación: (

)

El momento en la corona del muro será el valor del momento obtenido para la pasarela debido al peso propio de la misma:

Esquema N°44 – Combinación de Hipótesis de Carga N°4-Diagramas de Carga, Cortante y Momento- Elemento: Pasarela

Análisis Muro El análisis del muro del canal se puede realizar como el análisis de un voladizo que está empotrado a la losa de fondo del canal, por lo tanto su cortante y momento máximo que se presentará en la base del muro serán: Cálculo del Cortante máximo:

Cálculo de Momento máximo:

43

Diagrama de Cargas

Esquema N°45 – Combinación de Hipótesis de Carga N°4-Diagramas de Carga Elemento: Muro

Diagrama de Cortante

Esquema N°46 – Combinación de Hipótesis de Carga N°4-Diagramas de Cortante - Elemento: Muro

Diagrama de Momento

Esquema N°47 – Combinación de Hipótesis de Carga N°4-Diagramas de Momento - Elemento: Muro

44

Análisis Losa de Fondo El análisis de la losa de fondo del canal se puede realizar como el análisis de una losa simplemente apoyada, por lo tanto su cortante y momento máximo que se presentará en los apoyos de la losa y el centro de la luz, debemos recordar que en los apoyos se transmiten los cortantes, momentos y cargas axiales del muro. Cálculo del Cortante máximo: La reacción en los apoyos de la losa será: (

)

(

)

Por lo tanto el cortante máximo se presentará en los apoyos y será:

Cálculo de Momento máximo: El momento máximo positivo se presentará en el centro de la luz y tendrá e valor de: ( (

) )

Diagrama de Cargas

Esquema N°48 – Combinación de Hipótesis de Carga N°4-Diagrama de Carga- Elemento: Losa Inferior

45

Diagrama de Cortante

Esquema N°49 – Combinación de Hipótesis de Carga N°4-Diagrama de Cortante - Elemento: Losa Inferior

Diagrama de Momento

Esquema N°50 – Combinación de Hipótesis de Carga N°4-Diagramas de Momento - Elemento: Losa Inferior

46

3.5 Cuadro resumen de cortantes y momentos máximos A continuación se presenta un cuadro el cual contiene el resumen de cortantes y momentos máximos obtenidos del análisis estructural.

Tabla N°5 – Cuadro resumen de cortantes y momentos máximos.

47

4. Ejecución y presentación del diseño de concreto de la sección del canal Referencia: Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10; Estructuras de Concreto I, Segura Franco Jorge I. Ejecución y presentación del diseño de concreto de la sección del canal, previamente analizada estructuralmente y previa determinación de la separación de las juntas de movimiento, citando los apartes de la NSR-10 utilizados. 4.1 Referencia de los apartes de la NSR-10 utilizados Referencia: Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10, Título C  Concreto: De acuerdo a la Tabla C.23-C.4.3.1 – REQUISITOS PARA EL CONCRETO SEGÚN LA CLASE DE EXPOSICIÓN, para una clase de exposición P1 – Estructuras en contacto con el agua donde se requiere baja permeabilidad – se utilizará un concreto con una resistencia a la compresión f’c = 28 MPa.  Acero: Se usará acero con una resistencia a la fluencia fy = 420 MPa, de acuerdo a criterio de los diseñadores.  Juntas de Movimiento: La separación entre juntas de movimiento será de 10 m, esta separación es tomada según criterio de los diseñadores, siguiendo las especificaciones hechas en clase, las cuales establecen un valor entre 5.5 m y 18.0 para estructuras que están en contacto con el agua (Estructuras Ambientales).  Juntas de Construcción: La separación entre juntas de construcción se tomará igual que la separación para juntas de retracción y fraguado, valor establecido según criterio de los diseñadores.  Cuantías ρ: De acuerdo con la Tabla C.23-C.7.12.2.1 – CUANTÍAS MÍNIMAS DE RETRACCIÓN DE FRAGUADO Y TEMPERATURA, se establece que para la distancia entre juntas de movimiento elegida, 10 m y el valor del esfuerzo de fluencia del acero fy = 420 MPa la cuantía mínima es de 0.0040. La cuantía mínima del refuerzo principal en muros corresponde según el aparte C.23-C.14.2.2 a 0.0030. Para la losa sobre el terreno, según el aparte C.23.15.14 – LOSAS SOBRE EL TERRENO EN ESTRUCTURAS AMBIENTALES, se tiene que el refuerzo mínimo no debe ser menor que el prescrito en C.23 – C.7.12 el cual corresponde a 0.0040. 

Recubrimiento:

De acuerdo a la Tabla C.23 – C.7.7.1 – PROTECCIÓN DE CONCRETO PARA EL REFUERZO EN ESTRUCTURAS AMBIENTALES, se tiene que para la condición de “Concreto expuesto a la tierra, líquidos, intemperie, o en losas que sostienen rellenos de tierra”, tanto para losas y teniendo concreto construido en sitio el recubrimiento es de 50 mm. 48

 Espaciamiento entre barras: De acuerdo a C.7.6.1 La distancia libre entre barras debe ser mayor o igual que 25 mm. También se tiene según el C.23-C.7.12.2.2, el refuerzo de retracción y temperatura no se debe espaciar a más de 300 mm y el tamaño mínimo de barra debe ser #4.  Coeficiente de reducción de resistencia sísmica ϕ: Según el aparte C-C.9.3.2 el factor de reducción de resistencia sísmica en secciones controladas por tracción es ϕ=0.9, sí la sección es controlada por compresión, se tiene ϕ=0.75 para elementos con refuerzo en espiral y ϕ=0.7 para otros elementos reforzados. 4.2 Diseño del Concreto Referencia: Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10, Título C El diseño de cortante y momento de los elementos estructurales del canal se hará a partir de las siguientes ecuaciones: Flexión (

[

]

[

] [ [

[ [ ]

)

]

]

] [

]

Cortante:

√ [ [

]

] [ [

[ [ [ ]

] ]

]

] 49

4.2.1 Diseño de Concreto Pasarela Las pasarelas serán diseñadas con los valores de cortante y momento obtenidos en la combinación de cargas N°1.

[

]

[

]

Flexión Usando barras de acero N°4

Por consiguiente: (

) (

)

Éste valor debe compararse con la cuantía mínima en refuerzo horizontal Por lo tanto se adopta

Acero Refuerzo: 2#4 C/0.50 m

Cortante √ √

(

)

Retracción por fraguado y temperatura

Acero Refuerzo: 3#4 C/0.325 m

50

Tabla resultado de diseño

f'c = 28 Mpa fy = 420 Mpa Diseño Flexión Diseño Cortante Retracción Fraguado y Temperatura

b=1m d = 0,063m

Mu (KN.m) Mn (KN.m) ρ Vu (kN/m) Vc (kN/m)

4,55 5,06 0,004 12,15 16,2

ρ

0,004 2

As (mm )

360

Barras

3#4

As (mm2) 252 Barras 2#4 separación (m) 0,5 No necesita refuerzo de acero a cortante

separación (m)

0,325

Tabla N°6 – Cuadro resumen de resultados de cálculo de armaduras del canal

4.2.2 Diseño de Concreto Muro 4.2.2.1 Cara externa del muro Lacara externa del muro serán diseñadas con los valores de cortante y momento obtenidos en la combinación de cargas N°1.

Flexión

Por consiguiente: (

) (

)

Éste valor debe compararse con la cuantía mínima en refuerzo vertical: Por lo tanto se adopta

Acero Refuerzo: 10#4 C/0.125 m

51

Cortante √ √ (

)

Retracción por fraguado y temperatura

Acero Refuerzo: 16#4 C/0.13 m Debemos tener en cuenta que éste refuerzo a retracción de fraguado y temperatura debe ir en los dos costados del muro del canal, por lo tanto, se usarán en el lado exterior del muro del canal: Acero Refuerzo: 8#4 C/0.26 m Tabla resultado de diseño

f'c = 28 Mpa fy = 420 Mpa Diseño Flexión Diseño Cortante Retracción Fraguado y Temperatura

b=1m d = 0193m As (mm2) 1104 Barras 9#4 separación (m) 0,125 No necesita refuerzo de acero a cortante

Mu (KN.m) Mn (KN.m) ρ Vu (kN/m) Vc (kN/m)

74,62 82,91 0,00558 88,06 130,21

ρ

0,004

separación (m)

As (mm2)

2050

Barras

8#4

cantidad y separación para cada cara

0,26

Tabla N°7 – Cuadro resumen de resultados de cálculo de armaduras del canal

52

4.2.2.2 Cara interna del muro La cara externa del muro serán diseñadas con los valores de cortante y momento obtenidos en la combinación de cargas N°2.

Flexión

Por consiguiente: (

) (

)

Éste valor debe compararse con la cuantía mínima en refuerzo vertical: Por lo tanto se adopta

Acero Refuerzo: 5#4 C/0.25 m Cortante √ √ (

)

Retracción por fraguado y temperatura

Acero Refuerzo: 16#4 C/0.13 m 53

Debemos tener en cuenta que éste refuerzo a retracción de fraguado y temperatura debe ir en los dos costados del muro del canal, por lo tanto, se usarán en el lado exterior del muro del canal: Acero Refuerzo: 8#4 C/0.26 m Tabla resultado de diseño

f'c = 28 Mpa fy = 420 Mpa Diseño Flexión Diseño Cortante

b=1m d = 0193m

Mu (KN.m) Mn (KN.m) ρ Vu (kN/m) Vc (kN/m)

29,79 33,10 0,003 45,77 130,21

As (mm2) 579 Barras 5#4 separación (m) 0,25 No necesita refuerzo de acero a cortante

ρ

0,004

separación (m)

As (mm2)

2050

Barras

8#4

cantidad y separación para cada cara

Retracción Fraguado y Temperatura

0,26

Tabla N°8 – Cuadro resumen de resultados de cálculo de armaduras del canal

4.2.3 Diseño de Concreto Losa de Fondo 4.2.3.1 Cara superior de la losa de fondo La cara superior de la losa de fondo serán diseñadas con los valores de cortante y momento obtenidos en la combinación de cargas N°2.

Flexión

Por consiguiente: (

) (

)

Éste valor debe compararse con la cuantía mínima en refuerzo vertical: Por lo tanto se adopta 54

Acero Refuerzo: 10#4 C/0.11 m Cortante √ √ (

)

Retracción por fraguado y temperatura

Acero Refuerzo: 44#4 C/0.09 m Debemos tener en cuenta que éste refuerzo a retracción de fraguado y temperatura debe ir en los dos costados del muro del canal, por lo tanto, se usarán en el lado exterior del muro del canal: Acero Refuerzo: 22#4 C/0.18 m Tabla resultado de diseño

f'c = 28 Mpa fy = 420 Mpa Diseño Flexión Diseño Cortante Retracción Fraguado y Temperatura

b=1m d = 0293m

Mu (KN.m) Mn (KN.m) ρ Vu (kN/m) Vc (kN/m)

29,79 33,10 0,004 136,32 197,68

As (mm2) 1172 Barras 10 # 4 separación (m) 0,11 No necesita refuerzo de acero a cortante

ρ

0,004

separación (m)

As (mm2)

5600

Barras

22 # 4

cantidad y separación para cada cara

0,18

Tabla N°9 – Cuadro resumen de resultados de cálculo de armaduras del canal

55

4.2.3.2 Cara inferior de la losa de fondo La cara inferior de la losa de fondo serán diseñadas con los valores de cortante y momento obtenidos en la combinación de cargas N°2 para el diseño en los extremos de la losa y la combinación de cargas N°4 para el diseño en el centro de luz de la losa.

Flexión

Por consiguiente: (

) (

)

Éste valor debe compararse con la cuantía mínima en refuerzo vertical: Por lo tanto se adopta

Acero Refuerzo: 10#4 C/0.11 m Cortante √ √ (

)

Retracción por fraguado y temperatura

Acero Refuerzo: 44#4 C/0.09 m 56

Debemos tener en cuenta que éste refuerzo a retracción de fraguado y temperatura debe ir en los dos costados del muro del canal, por lo tanto, se usarán en el lado exterior del muro del canal: Acero Refuerzo: 22#4 C/0.18 m Tabla resultado de diseño

f'c = 28 Mpa fy = 420 Mpa Diseño Flexión Diseño Cortante Retracción Fraguado y Temperatura

b=1m d = 0293m

Mu (KN.m) Mn (KN.m) ρ Vu (kN/m) Vc (kN/m)

116,62 129,58 0,004 136,32 197,68

As (mm2) 1172 Barras 10 # 4 separación (m) 0,11 No necesita refuerzo de acero a cortante

ρ

0,004

separación (m)

As (mm2)

5600

Barras

22 # 4

cantidad y separación para cada cara

0,18

Tabla N°10 – Cuadro resumen de resultados de cálculo de armaduras del canal

4.3 Cuadro resumen de resultados de cálculo de armaduras del canal Estructura Caracteristica

Barra N°

Cantidad de Barras

Separación

cara superior retraccion y fraguado

4

2

0,5

4

3

0,325

Cara exterior Cara interior

4 4

9 5

0,125 0,25

retraccion y fraguado

4

8

0,26

Cara exterior Cara interior retraccion y fraguado

4 4

9 5

0,125 0,25

4

8

0,26

cara superior retraccion y fraguado Cara interior retraccion y fraguado

4

10

0,11

4

22

0,18

4

10

0,11

4

22

0,18

PASARELA

MUROS Izquierdo

Derecho

LOSA FONDO

Tabla N°11 – Cuadro resumen de resultados de cálculo de armaduras del canal

57

5. Presupuesto de la obra Referencia: “tarifas, tablas de referencia ”, sitio web “REVISTA CONSTRUDATA” Entrada 5 de abril de 2011, consultado el 15 de febrero de 2013. URL: www.construdata.com/BancoConocimiento/T/tarifas_sca2011/tarifas_sca2011.asp Ejecución y presentación de los cálculos completos de cantidades de obra y la cartilla de despiece del refuerzo. Adopción de los precios unitarios de cada uno de los ítems de obra cubicados - detallando en un cuadro el alcance de cada uno de los precios utilizados - y cálculo y presentación del presupuesto de la obra. (0.5/5.0). 5.1 Cantidades de obra Para comenzar la construcción del canal se debe hacer una excavación con el ancho de la losa de fondo aumentando un metro para que queden 0.6 metros a lado y lado de esta para permitir la maniobrabilidad a la hora de construcción ESQUEMA DE EXCAVACION

VOLUMEN DE EXCAVACIÓN 

Volumen de excavación para la estructura: Donde: B: Base de la excavación H: Altura de la excavación L: Longitud de la excavación

58



Volumen de excavación para el talud: Se debe tener en cuenta que se genera un talud al momento de excavar, el cual se asume como el 20% del material excavado para la estructura.



Volumen de excavación total = 19152

VOLUMEN DE CONCRETO Para hallar el volumen del concreto del canal, dividimos el canal en secciones y con las ares de estas multiplicadas por la longitud del canal (1500m) se halla el volumen de concreto necesario para la construcción del canal.

Calculo del volumen de concreto: SECCIONES PASARELA IZQ PASARELA DER MURO IZQ MURO DER LOSA DE FONDO TOTAL VOLUMEN 

SUBSECCIONES # 1 2 3 4 5

AREAS (m2) 0.1437 0.1437 0.5412 0.5412 1.4915

VOLUMEN SUBSECCION (m3) 215.55 215.55 811.8 811.8 3728.75

VOLUMEN SECCION (m3) 431.10 1623.6 3728.75 5784 m3

Volumen desperdicio Como en toda construcción se debe tener en cuenta un desperdicio de material, para nuestro caso será un 20 % del volumen de la estructura.

59



Volumen total

5.2 Análisis de precios unitarios

60

61

62

5.3 presupuesto incluyendo el porcentaje de AIU

63

6. Programa de construcción Referencia: Apuntes de clase En este diagrama se desglosan las actividades necesarias para la construcción de la primera etapa, la composición de la segunda a la quinta etapa, es exactamente igual. Esta decisión se ha tomado con el fin de reducir los tiempos de ejecución de la obra lo que se verá traducido en la posibilidad del inicio de las actividades de cada uno de los frentes desde la fecha más temprana siguiente al cerramiento del predio. Como decisión del equipo diseñador y constructor se contempla la existencia de 4 frentes de trabajo durante la obra lineal que abarca 1500 m, por lo que cada uno de los equipos de trabajo tendrá a su cargo la realización de 375 metros de canal, cada uno de estos estará conformado por 8 Ayudantes y 4 Oficiales Las barras verdes son las actividades correspondientes a cada uno de los ítems que se encuentran identificados, Construcción primera sección 375 metros, Losa de Fondo, Muros, Pasarelas, Barandas, Relleno, Aseo Final, Construcción de Segunda a cuarta sección del Canal, Recorrido y Entrega. Suponiendo una fecha de Inicio de proyecto el lunes 06 de mayo de 2014, el proyecto finalizaría el viernes 21 de mayo de 2015.

64

7. Planos

65