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ESTUDIO ESTRUCTURALESTUDIO ESTRUCTURAL
SEGÚNSEGÚN
CÓDIGO COLOMBIANO DE DISEÑOCÓDIGO COLOMBIANO DE DISEÑO
SÍSMICO DE PUENTES CCDSPSÍSMICO DE PUENTES CCDSP--95 Y95 Y
LA NORMA COLOMBIANA DE DISE-LA NORMA COLOMBIANA DE DISE-
ÑOS Y CONSTRUCCIONES SISMOÑOS Y CONSTRUCCIONES SISMO
RESISTENTES NSRRESISTENTES NSR--1010
Organización
INFORME DE ANÁLISIS YINFORME DE ANÁLISIS Y
DISEÑO ESTRUCTURALDISEÑO ESTRUCTURAL
NOMBREDELPROYECTO:NOMBREDELPROYECTO:
DISEÑOESTRUCTURALDEBOXCULVERTDEDISEÑOESTRUCTURALDEBOXCULVERTDE
SECCIÓN2.00mX2.50mx6.00mENLASECCIÓN2.00mX2.50mx6.00mENLA
VIARURALVIARURAL——MUNICIPIODESANCARLOSMUNICIPIODESANCARLOS
Diseñó y Calculó:Diseñó y Calculó:
DIEGO GONZALEZ SANCHEZDIEGO GONZALEZ SANCHEZ
T.P. 2520202214 De CundinamarcaT.P. 2520202214 De Cundinamarca
Consultor Estructural.Consultor Estructural.
AGOSTO de 2014AGOSTO de 2014
Colombia.Colombia.
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BBOOXX CCUULLVVEERRTT 22..0000XX22..5500,, LL==66..0000mm
MMUUNNIICCIIPPIIOO DDEE SSAANN CCAARRLLOOSS
DDIIEEGGOO GGOONNZZAALLEEZZ SSAANNCCHHEEZZ
TT..PP.. 22552200220022221144 DDee CCuunnddiinnaammaarrccaa
CCoonnssuullttoorr EEssttrruuccttuurraall..
I N D I C E
MEMORIA DESCRIPTIVA DEL PROYECTO
1.- DESCRIPCION DEL PROYECTO
1.1.- NOMBRE DEL PROYECTO.
1.2.- LOCALIZACION
1.3.- DESCRIPCION DEL SISTEMA ESTRUCTURAL
2.- CATEGORÍA DE COMPORTAMIENTO SÍSMICO (CCS)
3.- CARGAS
3.1.- CARGAS MUERTAS Y VIVAS DE DISEÑO.
3.2.- PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS SÍSMICO (PAS).
3.3.- FUERZAS SISMICAS
4.- COMBINACIONES DE CARGA
5. - ANALISIS Y DISENO ESTRUCTURAL
PROGRAMA DE COMPUTADOR.
6. - ESPECIFICACION DE MATERIALES
7. - CÁLCULO DE FLOTACIÓN.
8. - NORMAS DE DISENO Y CONSTRUCCION.
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MEMORIA DE DISEÑO Y CALCULO ESTRUCTURAL
1.- DESCRIPCION DEL PROYECTO
1.1.- NOMBRE DEL PROYECTO:
DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN (1) BOX CULVERTS DE 2.00 m X 2.50 m
LONGITUD L= 6.00 m SOBRE LAS VÍAS RURALES DE SAN CARLOS
CORDOBA.
El diseño estructural contempla una Alcantarilla en cajón con las secciones transversales
indicadas a continuación:
BOX CULVERT DE SECCIÓN TRANSVERSAL 2.00 m X 2.50 m (Ver planos
anexos).
1.2.- LOCALIZACION:
San Carlos - Córdoba
Nivel de Amenaza Sísmica: Intermedia
1.3.- DESCRIPCION DEL SISTEMA ESTRUCTURAL:
El sistema estructural es hiperestático. Se trata de una estructura espacial convencional no
arriostrada, capaz de resistir las fuerzas verticales y horizontales causadas empujes laterales
de tierra, hidrodinámicos y por sismos.
2.- CATEGORÍA DE COMPORTAMIENTO SÍSMICO (CCS):
De acuerdo con la descripción del proyecto y características del sistema de resistencia
sísmica, se establece la importancia del proyecto dentro del Grupo III, por lo que el diseño
está gobernado por la Categoría de Comportamiento sísmico CCS-B.
3.- CARGAS
3.1.- CARGAS MUERTAS Y VIVAS DE DISEÑO.
Las cargas muertas se calcularon de acuerdo con las cargas por peso propio y
sobreimpuestas a las estructuras, para el caso de cargas vivas, se toman las establecidas por
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el Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes CCDSP-95. De manera específica se
ha tomado el Camión C32-95 como referencia de carga para efectuar el diseño.
Se asignaron al modelo los empujes de tierra y agua a los que se sometrá la estructura.
3.2.- PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS SÍSMICO (PAS).
Para efectos del cálculo de las fuerzas, se tomaron en cuenta los parámetros de la NSR -10
Coeficiente aceleración horizontal pico efectiva Aa = 0.10
Coeficiente velocidad horizontal pico efectiva Av = 0.15
Coeficiente de sitio periodos cortos Fa = 1.20
Coeficiente de sitio periodos intermedios Fv = 1.70
Se realizó el Procedimiento de Análisis Sísmico 2 (PAS-2). Método de respuesta espectral
con varios modos.
3.4.- FUERZAS SISMICAS.
Las fuerzas sísmicas las introduce el sofware de diseño de acuerdo a los parámetros
sísmicos establecidos y las secciones transversales de la alcantarillas en cajón a diseñar,
considerando las cargas propias de la estructura, empujes laterales de tierra y agua, además
de las fuerzas hidrodinámicas generadas durante un evento sísmico.
4.- COMBINACIONES DE CARGA.
Las combinaciones de carga con las cuales se obtiene la envolvente de los mayores efectos
en los miembros estructurales, son las siguientes:
PARA BOX LLENO:
1,- Carga Muerta + Viva
U=1.5D+1.8L
2,- Carga Muerta + Viva + Sismo + Fluido
U=1.25D+1.25L+1.25E+1.25F
U=0.9D+1.25E+1.25F
U=1.25D+1.25E+1.25F
3,- Carga Muerta + Viva + Fluido
U=1.5D+1.8L+1.5F
U=0.9D+1.5F
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PARA BOX VACÍO:
1,- Carga Muerta + Viva
U=1.5D+1.8L
2.,- Carga Muerta + Viva + Sismo
U=1.25D+1.25L+1.25E
D=DEAD (Cargas Muertas y Peso Propio)
L=LIVE (Cargas Vivas)
E=QUAKE (Cargas de Sismo)
F=FLUID (Cargas de Fluido)
5.- ANALISIS Y DISENO ESTRUCTURAL.
PROGRAMA DE COMPUTADOR.
Mediante el uso del programa MÓDULO BOX CULVERT V.1.04, se analiza y confecciona
la estructura. Se crea la estructura con lo cual se define la geometría y conformación de la
estructura. El programa calcula inicialmente la matriz de rigidez, considerando
deformaciones axiales y de corte, y a partir de ella, obtiene las deformaciones, reacciones y
elementos mecánicos para el correspondiente diseño.
El diseño se realizó de acuerdo con los requisitos propios del sistema estructural de
resistencia sísmica y del material estructural utilizado. Los despieces se realizaron de
acuerdo con el grado de capacidad de disipación para los valores más desfavorables
obtenidos de las combinaciones mas desfavorables señaladas en el numeral 4.
6.- ESPECIFICACION DE MATERIALES.
Los materiales con los cuales se realiza el presente estudio y deben corresponder a los que
se utilizarán en la construcción de la obra son:
1.Concretos:
De limpieza: f'c = 140 kg/cm2
( 14 MPa)
Revestimientos : f'c = 210 kg/cm2
(21 MPa)
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2.Refuerzo:
3/8” y mayores: fy = 4200 kg/cm2
(420 MPa)
1/4" y menores: fy = 2400 kg/cm2
(240 MPa)
7.- CÁLCULO DE FLOTACIÓN.
Se asume que las infiltraciones en el terreno se encuentran por debajo de la cota de fondo
de la estructura, por lo que no se producen desplazamientos de agua que produzcan
flotabilidad en la estructura.
8.- NORMAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCION.
El presente estudio, se realiza de acuerdo con el Código Colombiano de Diseño Sísmico de
Puentes CCDSP-95 y las Normas contenidas en el Decreto 926 del 19 de Marzo de 2010, o
NORMAS COLOMBIANAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCION SISMO-RESISTENTE
“NSR-10”.
Si por alguna circunstancia existe alguna variación en ellos, que impliquen modificaciones
al proyecto estructural, se deberá hacer conocer al suscrito para estudiar su incidencia y
definir la solución más adecuada.
Atentamente,
DIEGO GONZALEZ SANCHEZ
T.P. 2520202214 De Cundinamarca
Consultor Estructural.
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ANEXOS
MÓDULO BOX CULVERT v 1.05
ANÁLISIS Y DISEÑO DE BOX CULVERTS
FECHA : 2014/08/28
Referencia 1
DATOS DEL TERRENO
Altura Total de Relleno hr (m) 0
GEOMETRÍA ALCANTARILLA
Ancho Total (a bordes exteriores), La (m) 3
Altura Total (a bordes exteriores), Ha (m) 2.55
Número de Celdas 1
Espesor Losa Superior ts (m) 0.25
Espesor Losa Inferior ti (m) 0.3
Espesor Paredes Verticales tp (m) 0.25
INFORMACIÓN DEL CAMIÓN
Camión de Diseño C 40-95
Factor de Amplificación del Camión 1
Intervalo Desplazamiento Camión ( m ) 0.1
INFORMACIÓN DEL SUELO Y CONSTANTES SÍSMICAS
Sobrecarga Superficial W (t/m) 0
Considerar Presión Hidrostática Ext. No Pr Hidrost
Incluir Emp Efecto Mononobe Okabe NO Mononobe
Ángulo Fricción Ø Relleno (grados) 30
Espesor Capa o Placa Rodadura (m) 0
Tomar alivio del 30% Empuje Suelos 100% Emp Sue
Peso Volumétrico Gs Relleno (t/m3) 1.8
Coeficiente Sísmico Horizontal Kh 0.1
Coeficiente Sísmico Vertical Kv 0.05
Coef Disipac Energía, Aa 0.15
Capacidad Admisible Qa (kg/cm2) 0.5
Mód Reacc Subrasante Ks (kg/cm3) 3
Intervalo para los Resultados L / 8
RESULTADOS DE ANÁLISIS
Estado 1 : C Muerta Vert + Emp Laterales . Tanque Vacío
SOLICITACIONES APLICADAS
SOLICITACIONES POR CARGA VERTICAL MUERTA
Volumen Total Box Culvert ( a ejes )
Vol Box Culv = 2.65 m3 / m de box culv
Peso Total del Box Culvert
Peso Box Culv = 6.36 t / m de box culv, vacío
Cargas Verticales Distribuidas
Peso Losa de Rodadura (sobre el relleno)
WRD = 0 t/m / m de box culv
Peso del Relleno
WRL = 0 t/m / m de box culv ( H rell= 0 m )
Peso Losa Superior Box Culvert
WTS = 0.6 t/m / m de box culv
______________________________________________________________
Carga Vert Distr Muerta WDS, sobre Losa Superior Box Culvert
WDS = 0.6 t/m / m de box culv
Pág.
SOLICITACIONES APLICADAS
Carga por Peso de las Paredes
WPR = 0.8 t / m de box culv
Peso Losa Inferior Box Culvert
WIS = 0.72 t / m de box culv
______________________________________________________________
Carga V Distr Muerta WRR (Reacción), sobre Losa Inferior Box Culvert
WR = 2.12 t / m de box culv
EMPUJES DE TIERRA Y EFECTO HIDROSTÁTICO
Altura Total de Suelo HTR = 2.4 m
1) EMPUJE ACTIVO ESTÁTICO
Coef Empuje Activo Ka = 0.333
Esf Es1 (Inf) = 1.44 t/m / m de box culv
Esf Es2 (Sup) = 0.075 t/m / m de box culv
Empuje (Efecto Mononobe Okabe)
2) EMPUJE ACTIVO DINÁMICO
Diferencia Delta Eae - Ea = 0 t / m box culv
Brazo Aplic Empuje Eae = 0 m (al fondo box culv)
3) EMPUJE POR LA SOBRECARGA
P' = 0 t/m / m box culv
3) EMPUJE HIDROSTÁTICO EXTERIOR
No existe efecto adicional por Emp Hidrostático
Estado 1 : C Muerta Vert + Emp Laterales . Tanque Vacío DESPLAZAMIENTOS DE LOS NUDOS
NUDO DESPLAZ X (cm) DESPLAZ Y (cm) ROTACION Z (rad)
1 0 0 0.0001
2 0 0 -0.0001
3 0.0001 -0.0004 -0.0001
4 -0.0001 -0.0004 0.0001
Estado 1 : C Muerta Vert + Emp Laterales . Tanque Vacío ACCIONES FINALES EN LOS ELEMENTOS
ELEMENTO NUDO F. AXIAL ( t ) CORTANTE ( t ) MOMENTO ( t-m )
1 1 0 -2.92 -0.877
2 0 -2.92 0.877
2 1 0.82 1.4 0.877
3 -0.82 0.33 -0.251
3 2 0.82 -1.4 -0.877
4 -0.82 -0.33 0.251
4 3 0.33 0.82 0.251
4 -0.33 0.82 -0.251
Estado 1 : C Muerta Vert + Emp Laterales . Tanque Vacío REACCIONES EN LOS APOYOS
NUDO REACCION X ( t ) REACCION Y ( t ) MOMENTO ( t-m )
1 -1.4 -2.09 0
2 1.4 -2.09 0
RESULTADOS DE ANÁLISIS
Estado 2 : C Muerta Vert + Emp Laterales . Tanque Lleno
SOLICITACIONES APLICADAS
SOLICITACIONES POR CARGA VERTICAL MUERTA
Volumen Total Box Culvert ( a ejes )
Vol Box Culv = 2.65 m3 / m de box culv
Peso Total del Box Culvert
Peso Box Culv = 6.36 t / m de box culv, vacío
Cargas Verticales Distribuidas
Peso Losa de Rodadura (sobre el relleno)
WRD = 0 t/m / m de box culv
Peso del Relleno
Pág.
SOLICITACIONES APLICADAS
WRL = 0 t/m / m de box culv ( H rell= 0 m )
Peso Losa Superior Box Culvert
WTS = 0.6 t/m / m de box culv
______________________________________________________________
Carga Vert Distr Muerta WDS, sobre Losa Superior Box Culvert
WDS = 0.6 t/m / m de box culv
Carga por Peso de las Paredes
WPR = 0.8 t / m de box culv
Peso Losa Inferior Box Culvert
WIS = 0.72 t / m de box culv
______________________________________________________________
Carga V Distr Muerta WRR (Reacción), sobre Losa Inferior Box Culvert
WR = 2.12 t / m de box culv
EMPUJES DE TIERRA Y EFECTO HIDROSTÁTICO
Altura Total de Suelo HTR = 2.4 m
1) EMPUJE ACTIVO ESTÁTICO
Coef Empuje Activo Ka = 0.333
Esf Es1 (Inf) = 1.44 t/m / m de box culv
Esf Es2 (Sup) = 0.075 t/m / m de box culv
Empuje (Efecto Mononobe Okabe)
2) EMPUJE ACTIVO DINÁMICO
Diferencia Delta Eae - Ea = 0 t / m box culv
Brazo Aplic Empuje Eae = 0 m (al fondo box culv)
3) EMPUJE POR LA SOBRECARGA
P' = 0 t/m / m box culv
3) EMPUJE HIDROSTÁTICO EXTERIOR
No existe efecto adicional por Emp Hidrostático
Estado 2 : C Muerta Vert + Emp Laterales . Tanque Lleno DESPLAZAMIENTOS DE LOS NUDOS
NUDO DESPLAZ X (cm) DESPLAZ Y (cm) ROTACION Z (rad)
1 0 0 0.0003
2 0 0 -0.0003
3 -0.0001 -0.0004 -0.0002
4 0.0001 -0.0004 0.0002
Estado 2 : C Muerta Vert + Emp Laterales . Tanque Lleno ACCIONES FINALES EN LOS ELEMENTOS
ELEMENTO NUDO F. AXIAL ( t ) CORTANTE ( t ) MOMENTO ( t-m )
1 1 0 -2.92 -0.537
2 0 -2.92 0.537
2 1 0.82 -0.4 0.537
3 -0.82 -0.47 -0.069
3 2 0.82 0.4 -0.537
4 -0.82 0.47 0.069
4 3 -0.47 0.82 0.069
4 0.47 0.82 -0.069
Estado 2 : C Muerta Vert + Emp Laterales . Tanque Lleno REACCIONES EN LOS APOYOS
NUDO REACCION X ( t ) REACCION Y ( t ) MOMENTO ( t-m )
1 0.4 -2.09 0
2 -0.4 -2.09 0
Pág. 1
SECCIÓN TIPICA BOX-CULVERT DE 2,00M x 2,50M x 6,00M
Proyecto: Firma: Dibujo:
Box-Culvert de 2,00m x 2,50m x 6,00m DIEGO GONZALEZ SANCHEZ H.R.H
Vías: Contiene: Fecha:
MUNICIPIO DE SAN CARLOS Sección Transversal Box-Culvert Agosto de 2014
MUNICIPIO DE SAN CARLOS
Nota 2: La cota clave del concreto de la solera
localizada aguas abajo en el sentido de la
corriente del cauce, será 10 cm por debajo del
terreno natural existente en el sitio de la obra
0,05
0,05
0,05
401 - 1/2" c / 0,20, L = 2,35
2,35
Solado concreto pobre, e = 0,08 m
0,30
2,00
0,30
0,25 2,50 0,25
403 - 1/2" c / 0,20, L = 2,35
2,35
2,40
0,90
0,90
403 - 1/2" c / 0,20; L = 4,20
0,10
0,05
302 - 1/2", c / 0,20
402 - 1/2", c / 0,20
401 - 1/2" c / 0,20
0,05
301 - 3/8", c / 0,25
301 - 3/8", c / 0,25
301 - 3/8", c / 0,25
302 - 3/8", c / 0,25
301 - 3/8", c / 0,25
302-3/8",c/0,30;L=2,35
2,35
403 - 1/2", c / 0,20
SECCIÓN LONGITUDINAL
PLANTA A NIVEL DE LA SOLERA VISTA SUPERIOR
Proyecto: Firma: Dibujo:
Box-Culvert de 2,00m x 2,50m x 6,00m DIEGO GONZALEZ SANCHEZ H.R.H
Vías: Contiene: Fecha:
MUNICIPIO DE SAN CARLOS Sección Longitudinal y Planta Agosto de 2014
MUNICIPIO DE SAN
CARLOS
Nota 2: La cota clave del concreto de la
solera localizada aguas abajo en el sentido
de la corriente del cauce, será 10 cm por
debajo del terreno natural existente en el
sitio de la obra
0,60
1,90
0,20
0,25
2,00
0,30
0,30
Solado en concreto pobre, esp. = 0,08
6,00
0,25
0,25
0,25 5,50 0,25
CL
0,25
0,25
2,50
2,12
2,12
2,00
0,251,87
2
1,45
0,20
45o
0,11
0,55
2,00
0,14
0,14
2,12
2,12
0,20
0,14
0,05 0,05
2 1 1
SECCIÓN Y DETALLES DE ALETAS
Proyecto: Firma: Dibujo:
Box-Culvert de 2,00m x 2,50m x 6,00m DIEGO GONZALEZ SANCHEZ H.R.H
Vías: Contiene: Fecha:
MUNICIPIO DE SAN CARLOS Sección Transversal y Aletas Agosto de 2014
4091/2"c/0,20;L=(3,17a3,75)
Variablede1,97a2,55
MUNICIPIO DE SAN
CARLOS
Nota 2: La cota clave del concreto de la solera localizada aguas abajo en el sentido de la
corriente del cauce, será 10 cm por debajo del terreno natural existente en el sitio de la obra
0,20
Variable de 1,90 hasta 2,50
0,20
305 - 3/8", c / 0,40
407 - 1/2" c / 0,20
0,80
408 - 1/2" c / 0,45
0,20
2,50
1,90
0,45
2,45 0,55
0,35 2,65
Solado en concreto pobre, e = 0,08 m
409 - 1/2", c / 0,20
410 - 3 1/2", L = 2,74
304 - 3/8", c / 0,40
3043/8";c/0,40,L=(1,97a2,55)
Variablede1,97a2,55
DESPIECE ACERO DE REFUERZO
Tipo Sección Figuración Cant. Peso
301 42 3/8" 6.90 162.30
302 48 3/8" 2.35 63.20
401 29 1/2" 2.35 68.20
402 36 1/2" 2.35 84.60
403 72 1/2" 4.20 302.40
303 22 3/8" 1.40 17.20
404 8 1/2" 2.40 19.20
405 44 1/2" 1.25 55.00
406 8 1/2" 6.20 * 49.60
407 22 1/2" 4.92 * 108.20
408 26 1/2" 1.71 * 44.50
304 32 3/8" 2.30 * 41.20
305 52 3/8" 3.16 * 92.00
409 60 1/2" 3.56 * 213.60
410 12 1/2" 3.32 39.80
TOTAL: 1,361.00
* Longitud Promedio
CANTIDADES DE MATERIALES BOX-CULVERT Y ALETAS
ÍTEM Unidad Cantidad
Concreto de f´c = 210 Kg / cm2 (Cajón y Guardaruedas) M3 17.00
Concreto de f´c = 210 Kg / cm2 (Dentellón, Solera y Aletas) M3 10.10
Refuerzo P.D.R.-60
1/2" Kg 985.10
3/8" Kg 375.90
Proyecto: Firma: Dibujo:
Box-Culvert de 2,00m x 2,50m x 6,00m DIEGO GONZALEZ SANCHEZ H.R.H
Vías: Contiene: Fecha:
MUNICIPIO DE SAN CARLOS Despiece y Detalles de Bordillos y Dentellón Agosto de 2014
MUNICIPIO DE SAN CARLOS
Nota 2: La cota clave del concreto de la solera localizada aguas abajo en el sentido de la corriente del cauce, será 10
cm por debajo del terreno natural existente en el sitio de la obra
Longitud
ALETAS
CAJÓN
BORDILLOS
DENTELLÓN
SOLERA
Nota 1: El acero de repartición de la solera y muro de aletas, debe ir embebido 30 cm., en el concreto de las placas de
fondo y muros del cajón respectivamente
6,20
0,430,43
0,18
0,18
4,92
0,85
0,350,35
0,19
0,19
1,71
6,90
2,35
2,35
2,400,90 0,90
2,40
2,36 0,80
2,30
3,16
2,47
2,35

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  • 1. ESTUDIO ESTRUCTURALESTUDIO ESTRUCTURAL SEGÚNSEGÚN CÓDIGO COLOMBIANO DE DISEÑOCÓDIGO COLOMBIANO DE DISEÑO SÍSMICO DE PUENTES CCDSPSÍSMICO DE PUENTES CCDSP--95 Y95 Y LA NORMA COLOMBIANA DE DISE-LA NORMA COLOMBIANA DE DISE- ÑOS Y CONSTRUCCIONES SISMOÑOS Y CONSTRUCCIONES SISMO RESISTENTES NSRRESISTENTES NSR--1010 Organización INFORME DE ANÁLISIS YINFORME DE ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURALDISEÑO ESTRUCTURAL NOMBREDELPROYECTO:NOMBREDELPROYECTO: DISEÑOESTRUCTURALDEBOXCULVERTDEDISEÑOESTRUCTURALDEBOXCULVERTDE SECCIÓN2.00mX2.50mx6.00mENLASECCIÓN2.00mX2.50mx6.00mENLA VIARURALVIARURAL——MUNICIPIODESANCARLOSMUNICIPIODESANCARLOS Diseñó y Calculó:Diseñó y Calculó: DIEGO GONZALEZ SANCHEZDIEGO GONZALEZ SANCHEZ T.P. 2520202214 De CundinamarcaT.P. 2520202214 De Cundinamarca Consultor Estructural.Consultor Estructural. AGOSTO de 2014AGOSTO de 2014 Colombia.Colombia.
  • 2. PPRROOYYEECCTTOO:: DDIISSEEÑÑOO EESSTTRRUUCCTTUURRAALL DDEE BBOOXX CCUULLVVEERRTT 22..0000XX22..5500,, LL==66..0000mm MMUUNNIICCIIPPIIOO DDEE SSAANN CCAARRLLOOSS DDIIEEGGOO GGOONNZZAALLEEZZ SSAANNCCHHEEZZ TT..PP.. 22552200220022221144 DDee CCuunnddiinnaammaarrccaa CCoonnssuullttoorr EEssttrruuccttuurraall.. I N D I C E MEMORIA DESCRIPTIVA DEL PROYECTO 1.- DESCRIPCION DEL PROYECTO 1.1.- NOMBRE DEL PROYECTO. 1.2.- LOCALIZACION 1.3.- DESCRIPCION DEL SISTEMA ESTRUCTURAL 2.- CATEGORÍA DE COMPORTAMIENTO SÍSMICO (CCS) 3.- CARGAS 3.1.- CARGAS MUERTAS Y VIVAS DE DISEÑO. 3.2.- PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS SÍSMICO (PAS). 3.3.- FUERZAS SISMICAS 4.- COMBINACIONES DE CARGA 5. - ANALISIS Y DISENO ESTRUCTURAL PROGRAMA DE COMPUTADOR. 6. - ESPECIFICACION DE MATERIALES 7. - CÁLCULO DE FLOTACIÓN. 8. - NORMAS DE DISENO Y CONSTRUCCION.
  • 3. PPRROOYYEECCTTOO:: DDIISSEEÑÑOO EESSTTRRUUCCTTUURRAALL DDEE BBOOXX CCUULLVVEERRTT 22..0000XX22..5500,, LL==66..0000mm MMUUNNIICCIIPPIIOO DDEE SSAANN CCAARRLLOOSS DDIIEEGGOO GGOONNZZAALLEEZZ SSAANNCCHHEEZZ TT..PP.. 22552200220022221144 DDee CCuunnddiinnaammaarrccaa CCoonnssuullttoorr EEssttrruuccttuurraall.. MEMORIA DE DISEÑO Y CALCULO ESTRUCTURAL 1.- DESCRIPCION DEL PROYECTO 1.1.- NOMBRE DEL PROYECTO: DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN (1) BOX CULVERTS DE 2.00 m X 2.50 m LONGITUD L= 6.00 m SOBRE LAS VÍAS RURALES DE SAN CARLOS CORDOBA. El diseño estructural contempla una Alcantarilla en cajón con las secciones transversales indicadas a continuación: BOX CULVERT DE SECCIÓN TRANSVERSAL 2.00 m X 2.50 m (Ver planos anexos). 1.2.- LOCALIZACION: San Carlos - Córdoba Nivel de Amenaza Sísmica: Intermedia 1.3.- DESCRIPCION DEL SISTEMA ESTRUCTURAL: El sistema estructural es hiperestático. Se trata de una estructura espacial convencional no arriostrada, capaz de resistir las fuerzas verticales y horizontales causadas empujes laterales de tierra, hidrodinámicos y por sismos. 2.- CATEGORÍA DE COMPORTAMIENTO SÍSMICO (CCS): De acuerdo con la descripción del proyecto y características del sistema de resistencia sísmica, se establece la importancia del proyecto dentro del Grupo III, por lo que el diseño está gobernado por la Categoría de Comportamiento sísmico CCS-B. 3.- CARGAS 3.1.- CARGAS MUERTAS Y VIVAS DE DISEÑO. Las cargas muertas se calcularon de acuerdo con las cargas por peso propio y sobreimpuestas a las estructuras, para el caso de cargas vivas, se toman las establecidas por
  • 4. PPRROOYYEECCTTOO:: DDIISSEEÑÑOO EESSTTRRUUCCTTUURRAALL DDEE BBOOXX CCUULLVVEERRTT 22..0000XX22..5500,, LL==66..0000mm MMUUNNIICCIIPPIIOO DDEE SSAANN CCAARRLLOOSS DDIIEEGGOO GGOONNZZAALLEEZZ SSAANNCCHHEEZZ TT..PP.. 22552200220022221144 DDee CCuunnddiinnaammaarrccaa CCoonnssuullttoorr EEssttrruuccttuurraall.. el Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes CCDSP-95. De manera específica se ha tomado el Camión C32-95 como referencia de carga para efectuar el diseño. Se asignaron al modelo los empujes de tierra y agua a los que se sometrá la estructura. 3.2.- PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS SÍSMICO (PAS). Para efectos del cálculo de las fuerzas, se tomaron en cuenta los parámetros de la NSR -10 Coeficiente aceleración horizontal pico efectiva Aa = 0.10 Coeficiente velocidad horizontal pico efectiva Av = 0.15 Coeficiente de sitio periodos cortos Fa = 1.20 Coeficiente de sitio periodos intermedios Fv = 1.70 Se realizó el Procedimiento de Análisis Sísmico 2 (PAS-2). Método de respuesta espectral con varios modos. 3.4.- FUERZAS SISMICAS. Las fuerzas sísmicas las introduce el sofware de diseño de acuerdo a los parámetros sísmicos establecidos y las secciones transversales de la alcantarillas en cajón a diseñar, considerando las cargas propias de la estructura, empujes laterales de tierra y agua, además de las fuerzas hidrodinámicas generadas durante un evento sísmico. 4.- COMBINACIONES DE CARGA. Las combinaciones de carga con las cuales se obtiene la envolvente de los mayores efectos en los miembros estructurales, son las siguientes: PARA BOX LLENO: 1,- Carga Muerta + Viva U=1.5D+1.8L 2,- Carga Muerta + Viva + Sismo + Fluido U=1.25D+1.25L+1.25E+1.25F U=0.9D+1.25E+1.25F U=1.25D+1.25E+1.25F 3,- Carga Muerta + Viva + Fluido U=1.5D+1.8L+1.5F U=0.9D+1.5F
  • 5. PPRROOYYEECCTTOO:: DDIISSEEÑÑOO EESSTTRRUUCCTTUURRAALL DDEE BBOOXX CCUULLVVEERRTT 22..0000XX22..5500,, LL==66..0000mm MMUUNNIICCIIPPIIOO DDEE SSAANN CCAARRLLOOSS DDIIEEGGOO GGOONNZZAALLEEZZ SSAANNCCHHEEZZ TT..PP.. 22552200220022221144 DDee CCuunnddiinnaammaarrccaa CCoonnssuullttoorr EEssttrruuccttuurraall.. PARA BOX VACÍO: 1,- Carga Muerta + Viva U=1.5D+1.8L 2.,- Carga Muerta + Viva + Sismo U=1.25D+1.25L+1.25E D=DEAD (Cargas Muertas y Peso Propio) L=LIVE (Cargas Vivas) E=QUAKE (Cargas de Sismo) F=FLUID (Cargas de Fluido) 5.- ANALISIS Y DISENO ESTRUCTURAL. PROGRAMA DE COMPUTADOR. Mediante el uso del programa MÓDULO BOX CULVERT V.1.04, se analiza y confecciona la estructura. Se crea la estructura con lo cual se define la geometría y conformación de la estructura. El programa calcula inicialmente la matriz de rigidez, considerando deformaciones axiales y de corte, y a partir de ella, obtiene las deformaciones, reacciones y elementos mecánicos para el correspondiente diseño. El diseño se realizó de acuerdo con los requisitos propios del sistema estructural de resistencia sísmica y del material estructural utilizado. Los despieces se realizaron de acuerdo con el grado de capacidad de disipación para los valores más desfavorables obtenidos de las combinaciones mas desfavorables señaladas en el numeral 4. 6.- ESPECIFICACION DE MATERIALES. Los materiales con los cuales se realiza el presente estudio y deben corresponder a los que se utilizarán en la construcción de la obra son: 1.Concretos: De limpieza: f'c = 140 kg/cm2 ( 14 MPa) Revestimientos : f'c = 210 kg/cm2 (21 MPa)
  • 6. PPRROOYYEECCTTOO:: DDIISSEEÑÑOO EESSTTRRUUCCTTUURRAALL DDEE BBOOXX CCUULLVVEERRTT 22..0000XX22..5500,, LL==66..0000mm MMUUNNIICCIIPPIIOO DDEE SSAANN CCAARRLLOOSS DDIIEEGGOO GGOONNZZAALLEEZZ SSAANNCCHHEEZZ TT..PP.. 22552200220022221144 DDee CCuunnddiinnaammaarrccaa CCoonnssuullttoorr EEssttrruuccttuurraall.. 2.Refuerzo: 3/8” y mayores: fy = 4200 kg/cm2 (420 MPa) 1/4" y menores: fy = 2400 kg/cm2 (240 MPa) 7.- CÁLCULO DE FLOTACIÓN. Se asume que las infiltraciones en el terreno se encuentran por debajo de la cota de fondo de la estructura, por lo que no se producen desplazamientos de agua que produzcan flotabilidad en la estructura. 8.- NORMAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCION. El presente estudio, se realiza de acuerdo con el Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes CCDSP-95 y las Normas contenidas en el Decreto 926 del 19 de Marzo de 2010, o NORMAS COLOMBIANAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCION SISMO-RESISTENTE “NSR-10”. Si por alguna circunstancia existe alguna variación en ellos, que impliquen modificaciones al proyecto estructural, se deberá hacer conocer al suscrito para estudiar su incidencia y definir la solución más adecuada. Atentamente, DIEGO GONZALEZ SANCHEZ T.P. 2520202214 De Cundinamarca Consultor Estructural.
  • 7. PPRROOYYEECCTTOO:: DDIISSEEÑÑOO EESSTTRRUUCCTTUURRAALL DDEE BBOOXX CCUULLVVEERRTT 22..0000XX22..5500,, LL==66..0000mm MMUUNNIICCIIPPIIOO DDEE SSAANN CCAARRLLOOSS DDIIEEGGOO GGOONNZZAALLEEZZ SSAANNCCHHEEZZ TT..PP.. 22552200220022221144 DDee CCuunnddiinnaammaarrccaa CCoonnssuullttoorr EEssttrruuccttuurraall.. ANEXOS
  • 8. MÓDULO BOX CULVERT v 1.05 ANÁLISIS Y DISEÑO DE BOX CULVERTS FECHA : 2014/08/28 Referencia 1 DATOS DEL TERRENO Altura Total de Relleno hr (m) 0 GEOMETRÍA ALCANTARILLA Ancho Total (a bordes exteriores), La (m) 3 Altura Total (a bordes exteriores), Ha (m) 2.55 Número de Celdas 1 Espesor Losa Superior ts (m) 0.25 Espesor Losa Inferior ti (m) 0.3 Espesor Paredes Verticales tp (m) 0.25 INFORMACIÓN DEL CAMIÓN Camión de Diseño C 40-95 Factor de Amplificación del Camión 1 Intervalo Desplazamiento Camión ( m ) 0.1 INFORMACIÓN DEL SUELO Y CONSTANTES SÍSMICAS Sobrecarga Superficial W (t/m) 0 Considerar Presión Hidrostática Ext. No Pr Hidrost Incluir Emp Efecto Mononobe Okabe NO Mononobe Ángulo Fricción Ø Relleno (grados) 30 Espesor Capa o Placa Rodadura (m) 0 Tomar alivio del 30% Empuje Suelos 100% Emp Sue Peso Volumétrico Gs Relleno (t/m3) 1.8 Coeficiente Sísmico Horizontal Kh 0.1 Coeficiente Sísmico Vertical Kv 0.05 Coef Disipac Energía, Aa 0.15 Capacidad Admisible Qa (kg/cm2) 0.5 Mód Reacc Subrasante Ks (kg/cm3) 3 Intervalo para los Resultados L / 8 RESULTADOS DE ANÁLISIS Estado 1 : C Muerta Vert + Emp Laterales . Tanque Vacío SOLICITACIONES APLICADAS SOLICITACIONES POR CARGA VERTICAL MUERTA Volumen Total Box Culvert ( a ejes ) Vol Box Culv = 2.65 m3 / m de box culv Peso Total del Box Culvert Peso Box Culv = 6.36 t / m de box culv, vacío Cargas Verticales Distribuidas Peso Losa de Rodadura (sobre el relleno) WRD = 0 t/m / m de box culv Peso del Relleno WRL = 0 t/m / m de box culv ( H rell= 0 m ) Peso Losa Superior Box Culvert WTS = 0.6 t/m / m de box culv ______________________________________________________________ Carga Vert Distr Muerta WDS, sobre Losa Superior Box Culvert WDS = 0.6 t/m / m de box culv Pág.
  • 9. SOLICITACIONES APLICADAS Carga por Peso de las Paredes WPR = 0.8 t / m de box culv Peso Losa Inferior Box Culvert WIS = 0.72 t / m de box culv ______________________________________________________________ Carga V Distr Muerta WRR (Reacción), sobre Losa Inferior Box Culvert WR = 2.12 t / m de box culv EMPUJES DE TIERRA Y EFECTO HIDROSTÁTICO Altura Total de Suelo HTR = 2.4 m 1) EMPUJE ACTIVO ESTÁTICO Coef Empuje Activo Ka = 0.333 Esf Es1 (Inf) = 1.44 t/m / m de box culv Esf Es2 (Sup) = 0.075 t/m / m de box culv Empuje (Efecto Mononobe Okabe) 2) EMPUJE ACTIVO DINÁMICO Diferencia Delta Eae - Ea = 0 t / m box culv Brazo Aplic Empuje Eae = 0 m (al fondo box culv) 3) EMPUJE POR LA SOBRECARGA P' = 0 t/m / m box culv 3) EMPUJE HIDROSTÁTICO EXTERIOR No existe efecto adicional por Emp Hidrostático Estado 1 : C Muerta Vert + Emp Laterales . Tanque Vacío DESPLAZAMIENTOS DE LOS NUDOS NUDO DESPLAZ X (cm) DESPLAZ Y (cm) ROTACION Z (rad) 1 0 0 0.0001 2 0 0 -0.0001 3 0.0001 -0.0004 -0.0001 4 -0.0001 -0.0004 0.0001 Estado 1 : C Muerta Vert + Emp Laterales . Tanque Vacío ACCIONES FINALES EN LOS ELEMENTOS ELEMENTO NUDO F. AXIAL ( t ) CORTANTE ( t ) MOMENTO ( t-m ) 1 1 0 -2.92 -0.877 2 0 -2.92 0.877 2 1 0.82 1.4 0.877 3 -0.82 0.33 -0.251 3 2 0.82 -1.4 -0.877 4 -0.82 -0.33 0.251 4 3 0.33 0.82 0.251 4 -0.33 0.82 -0.251 Estado 1 : C Muerta Vert + Emp Laterales . Tanque Vacío REACCIONES EN LOS APOYOS NUDO REACCION X ( t ) REACCION Y ( t ) MOMENTO ( t-m ) 1 -1.4 -2.09 0 2 1.4 -2.09 0 RESULTADOS DE ANÁLISIS Estado 2 : C Muerta Vert + Emp Laterales . Tanque Lleno SOLICITACIONES APLICADAS SOLICITACIONES POR CARGA VERTICAL MUERTA Volumen Total Box Culvert ( a ejes ) Vol Box Culv = 2.65 m3 / m de box culv Peso Total del Box Culvert Peso Box Culv = 6.36 t / m de box culv, vacío Cargas Verticales Distribuidas Peso Losa de Rodadura (sobre el relleno) WRD = 0 t/m / m de box culv Peso del Relleno Pág.
  • 10. SOLICITACIONES APLICADAS WRL = 0 t/m / m de box culv ( H rell= 0 m ) Peso Losa Superior Box Culvert WTS = 0.6 t/m / m de box culv ______________________________________________________________ Carga Vert Distr Muerta WDS, sobre Losa Superior Box Culvert WDS = 0.6 t/m / m de box culv Carga por Peso de las Paredes WPR = 0.8 t / m de box culv Peso Losa Inferior Box Culvert WIS = 0.72 t / m de box culv ______________________________________________________________ Carga V Distr Muerta WRR (Reacción), sobre Losa Inferior Box Culvert WR = 2.12 t / m de box culv EMPUJES DE TIERRA Y EFECTO HIDROSTÁTICO Altura Total de Suelo HTR = 2.4 m 1) EMPUJE ACTIVO ESTÁTICO Coef Empuje Activo Ka = 0.333 Esf Es1 (Inf) = 1.44 t/m / m de box culv Esf Es2 (Sup) = 0.075 t/m / m de box culv Empuje (Efecto Mononobe Okabe) 2) EMPUJE ACTIVO DINÁMICO Diferencia Delta Eae - Ea = 0 t / m box culv Brazo Aplic Empuje Eae = 0 m (al fondo box culv) 3) EMPUJE POR LA SOBRECARGA P' = 0 t/m / m box culv 3) EMPUJE HIDROSTÁTICO EXTERIOR No existe efecto adicional por Emp Hidrostático Estado 2 : C Muerta Vert + Emp Laterales . Tanque Lleno DESPLAZAMIENTOS DE LOS NUDOS NUDO DESPLAZ X (cm) DESPLAZ Y (cm) ROTACION Z (rad) 1 0 0 0.0003 2 0 0 -0.0003 3 -0.0001 -0.0004 -0.0002 4 0.0001 -0.0004 0.0002 Estado 2 : C Muerta Vert + Emp Laterales . Tanque Lleno ACCIONES FINALES EN LOS ELEMENTOS ELEMENTO NUDO F. AXIAL ( t ) CORTANTE ( t ) MOMENTO ( t-m ) 1 1 0 -2.92 -0.537 2 0 -2.92 0.537 2 1 0.82 -0.4 0.537 3 -0.82 -0.47 -0.069 3 2 0.82 0.4 -0.537 4 -0.82 0.47 0.069 4 3 -0.47 0.82 0.069 4 0.47 0.82 -0.069 Estado 2 : C Muerta Vert + Emp Laterales . Tanque Lleno REACCIONES EN LOS APOYOS NUDO REACCION X ( t ) REACCION Y ( t ) MOMENTO ( t-m ) 1 0.4 -2.09 0 2 -0.4 -2.09 0 Pág. 1
  • 11. SECCIÓN TIPICA BOX-CULVERT DE 2,00M x 2,50M x 6,00M Proyecto: Firma: Dibujo: Box-Culvert de 2,00m x 2,50m x 6,00m DIEGO GONZALEZ SANCHEZ H.R.H Vías: Contiene: Fecha: MUNICIPIO DE SAN CARLOS Sección Transversal Box-Culvert Agosto de 2014 MUNICIPIO DE SAN CARLOS Nota 2: La cota clave del concreto de la solera localizada aguas abajo en el sentido de la corriente del cauce, será 10 cm por debajo del terreno natural existente en el sitio de la obra 0,05 0,05 0,05 401 - 1/2" c / 0,20, L = 2,35 2,35 Solado concreto pobre, e = 0,08 m 0,30 2,00 0,30 0,25 2,50 0,25 403 - 1/2" c / 0,20, L = 2,35 2,35 2,40 0,90 0,90 403 - 1/2" c / 0,20; L = 4,20 0,10 0,05 302 - 1/2", c / 0,20 402 - 1/2", c / 0,20 401 - 1/2" c / 0,20 0,05 301 - 3/8", c / 0,25 301 - 3/8", c / 0,25 301 - 3/8", c / 0,25 302 - 3/8", c / 0,25 301 - 3/8", c / 0,25 302-3/8",c/0,30;L=2,35 2,35 403 - 1/2", c / 0,20
  • 12. SECCIÓN LONGITUDINAL PLANTA A NIVEL DE LA SOLERA VISTA SUPERIOR Proyecto: Firma: Dibujo: Box-Culvert de 2,00m x 2,50m x 6,00m DIEGO GONZALEZ SANCHEZ H.R.H Vías: Contiene: Fecha: MUNICIPIO DE SAN CARLOS Sección Longitudinal y Planta Agosto de 2014 MUNICIPIO DE SAN CARLOS Nota 2: La cota clave del concreto de la solera localizada aguas abajo en el sentido de la corriente del cauce, será 10 cm por debajo del terreno natural existente en el sitio de la obra 0,60 1,90 0,20 0,25 2,00 0,30 0,30 Solado en concreto pobre, esp. = 0,08 6,00 0,25 0,25 0,25 5,50 0,25 CL 0,25 0,25 2,50 2,12 2,12 2,00 0,251,87 2 1,45 0,20 45o 0,11 0,55 2,00 0,14 0,14 2,12 2,12 0,20 0,14 0,05 0,05 2 1 1
  • 13. SECCIÓN Y DETALLES DE ALETAS Proyecto: Firma: Dibujo: Box-Culvert de 2,00m x 2,50m x 6,00m DIEGO GONZALEZ SANCHEZ H.R.H Vías: Contiene: Fecha: MUNICIPIO DE SAN CARLOS Sección Transversal y Aletas Agosto de 2014 4091/2"c/0,20;L=(3,17a3,75) Variablede1,97a2,55 MUNICIPIO DE SAN CARLOS Nota 2: La cota clave del concreto de la solera localizada aguas abajo en el sentido de la corriente del cauce, será 10 cm por debajo del terreno natural existente en el sitio de la obra 0,20 Variable de 1,90 hasta 2,50 0,20 305 - 3/8", c / 0,40 407 - 1/2" c / 0,20 0,80 408 - 1/2" c / 0,45 0,20 2,50 1,90 0,45 2,45 0,55 0,35 2,65 Solado en concreto pobre, e = 0,08 m 409 - 1/2", c / 0,20 410 - 3 1/2", L = 2,74 304 - 3/8", c / 0,40 3043/8";c/0,40,L=(1,97a2,55) Variablede1,97a2,55
  • 14. DESPIECE ACERO DE REFUERZO Tipo Sección Figuración Cant. Peso 301 42 3/8" 6.90 162.30 302 48 3/8" 2.35 63.20 401 29 1/2" 2.35 68.20 402 36 1/2" 2.35 84.60 403 72 1/2" 4.20 302.40 303 22 3/8" 1.40 17.20 404 8 1/2" 2.40 19.20 405 44 1/2" 1.25 55.00 406 8 1/2" 6.20 * 49.60 407 22 1/2" 4.92 * 108.20 408 26 1/2" 1.71 * 44.50 304 32 3/8" 2.30 * 41.20 305 52 3/8" 3.16 * 92.00 409 60 1/2" 3.56 * 213.60 410 12 1/2" 3.32 39.80 TOTAL: 1,361.00 * Longitud Promedio CANTIDADES DE MATERIALES BOX-CULVERT Y ALETAS ÍTEM Unidad Cantidad Concreto de f´c = 210 Kg / cm2 (Cajón y Guardaruedas) M3 17.00 Concreto de f´c = 210 Kg / cm2 (Dentellón, Solera y Aletas) M3 10.10 Refuerzo P.D.R.-60 1/2" Kg 985.10 3/8" Kg 375.90 Proyecto: Firma: Dibujo: Box-Culvert de 2,00m x 2,50m x 6,00m DIEGO GONZALEZ SANCHEZ H.R.H Vías: Contiene: Fecha: MUNICIPIO DE SAN CARLOS Despiece y Detalles de Bordillos y Dentellón Agosto de 2014 MUNICIPIO DE SAN CARLOS Nota 2: La cota clave del concreto de la solera localizada aguas abajo en el sentido de la corriente del cauce, será 10 cm por debajo del terreno natural existente en el sitio de la obra Longitud ALETAS CAJÓN BORDILLOS DENTELLÓN SOLERA Nota 1: El acero de repartición de la solera y muro de aletas, debe ir embebido 30 cm., en el concreto de las placas de fondo y muros del cajón respectivamente 6,20 0,430,43 0,18 0,18 4,92 0,85 0,350,35 0,19 0,19 1,71 6,90 2,35 2,35 2,400,90 0,90 2,40 2,36 0,80 2,30 3,16 2,47 2,35