DISEÑO DE ALCANTARILLAS 60X60.pdf

HOJA DE DISEÑO ESTRUCTURAL ALCANTARILLAS TIPO MARCO DE 0.6 x 0.6 CALCULO DEL CUERPO DE ALCANTARILLA 1.- GENERALIDADES: Se proyectará una alcantarilla marco de concreto armado, en el sentido transversal del eje de la via obtenida según las condiciones topográficas del terreno. Se análisis estructural se realizará con cargas permanentes, sobrecarga vehicular vehicular y empujes del terreno. El diseño en concreto armado se hará a la rotura y se verificará por servicio, teniendo en consideración la normatividad del Reglamento Nacional de Edificaciones

2.- CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA ALCANTARILLA: ALCANTARILLA: 2.1.- GEOMETRÍA: Ancho interno Altura interna Espesor de muros y losas Espesor de carpeta asfáltica Ancho de la alcantarilla Altura de la alcantarilla Longitud de alcantarilla Tirante normal de agua

: : : : : : : :

b= h= e= e= B= H= L= y=

0.60 0.60 0.15 0.075 0.90 0.90 1.00 0.45

m m m m m m m m

SECCIÓN ASUMIDA B e

h

H

e e

b

e

2.2.- MATERIALES: Concreto armado: Resistencia a la compresión (f'c) Esfuerzo permisible en compresión (F'c) Fc = 0.45*f'c

: :

210 kg/cm2 94.5 kg kg/cm2

Módulo de elasticidad del concreto

:

217370.65 kg k g/cm2

Acero con Esfuerzo: Resistencia a la fluencia (fy) Esfuerzo admisible en tracción Fs = 0.40*f'y

: :

4200 kg/cm2 1680 kg/cm2

Módulo de elasticidad del acero

:

2100000 kg kg/cm2

Peso Específico de Materiales: Concreto armado Concreto asfáltico

: :

1/2

Ec = 15,000*(f'c)

2.4 tn/m3 2.4 tn/m3

HOJA DE DISEÑO ESTRUCTURAL ALCANTARILLAS TIPO MARCO DE 0.6 x 0.6 CALCULO DEL CUERPO DE ALCANTARILLA 2.3.- ESPECIFICACIONES TÉCNICAS: Espesor de relleno Peso epecifico mat. Relleno Angulo de fricción (Ø)

: : :

er = Pe = Ø =

0.30 m 1.80 t/m3 9.91°

3.- PROCEDIMIENTO DE CALCULO:

3.1.- METRADOS DE CARGAS Losa superior: p.p. Losa superior p.p = 2.4 * 0.15 * 1

= =

0.36 tn/ml

p.p. Relleno p.p. = 1.8 * 0.3 * 1

= =

0.54 tn/ml

p.p. Carpeta Asfáltica p.p. = 2.4 * 0.075 * 1

= =

0.18 tn/ml

=

1.08 tn/ml

L

=

8.00 tn

p.p. Estructura p.p = (2*0.9*0.15 + 2*0.6*0.15 )*2.4

= =

1.08 tn

Carga viva (Sobrecarga)

=

8.00 tn

p.p. Agua (tirante normal) p.p = 0.45 * 0.6 * 1 * 1

=

0.27 tn

=

9.350 tn

=

12.47 tn/ml

=

12.47 tn/ml

=

0.706

D Sobrecarga Vehicular

Losa inferior:

P

Reacción del Terreno: Rt = 9.35 / (0.9 - 0.15)

E1 Sobre los muros laterales: Ka = tan(45 - 9.91/2)^2 E2 = 0.706 * 1.8 * (0.3 + 0.15/2)

E2

=

0.48 tn/ml

=

1.33 tn/ml

=

1.08 tn/ml

E3 = 0.706 * 1.8 * (0.3 + 0.6 + 0.15)

E3 Resúmen de cargas actuantes: Cargas Permanentes:

Carga Superior (D)

HOJA DE DISEÑO ESTRUCTURAL ALCANTARILLAS TIPO MARCO DE 0.6 x 0.6 CALCULO DEL CUERPO DE ALCANTARILLA Empujes de terreno:

Carga Inferior (E1) Carga lateral (E2) Carga lateral (E3)

= = =

Sobrecargas: Sobrecarga Vehicular (L)

=

12.47 tn/ml 0.48 tn/ml 1.33 tn/ml

8.00 tn

Combinación de carga para el diseño :

 = 1.4 + 1.7 + 1.7

Rotura:

Servicio:

 =++

Diagrama de Cargas Actuantes: P = 8.00 tn D = 1.08 tn/ml E2 = 0.48 tn/ml

E2 = 0.48 tn/ml

E3 = 1.33 tn/ml

E3 = 1.33 tn/ml

E1 = 12.47 tn/ml

Diagrama de Momento Flector: 1.35 tn-m

1.35 tn-m

1.35 tn-m

1.35 tn-m

0.80 tn-m 0.80 tn-m

1.31 tn-m

0.29 tn-m 0.99 tn-m

0.99 tn-m

0.99 tn-m D.M.F (ROTURA)

0.80 tn-m 0.78 tn-m

0.50 tn-m 0.99 tn-m

0.80 tn-m

0.58 tn-m

0.58 tn-m

0.58 tn-m

0.58 tn-m D.M.F (SERVICIO)

HOJA DE DISEÑO ESTRUCTURAL ALCANTARILLAS TIPO MARCO DE 0.6 x 0.6 CALCULO DEL CUERPO DE ALCANTARILLA Diagrama de Fuerza cortante: 7.37 tn

4.41 tn 4.00 tn

6.80 tn

4.41 tn 7.37 tn 6.80 tn

4.41 tn 4.00 tn

7.37 tn 7.37 tn

8.73 tn

6.24 tn

7.37 tn

7.37 tn

4.41 tn

4.41 tn

8.73 tn

6.24 tn

D.F.C (ROTURA)

D.F.C (SERVICIO)

3.2.- CÁLCULO DEL ÁREA DE ACERO Cálculo del peralte efectivo: Asumiendo un acero principal Ø 3/8" = 0.95 cm. d = H - dc

rec. = Ø asumido dc = (rec. + Ø asumido/2)

4.00 cm 3/8 pulg

dc = 4 + 0.95 / 2 =

4.48 cm

Entonces el peralte efectivo será: d = 15 - 4.475

=

10.53 cm

Verificación del peralte con el mayor momento de servicio: Ms Cálculo de r:

r =

=

0.80

Ton-m

f s f c

r = 1680 / 94.5

=

17.780

Cálculo de n:

n=

2100000 15000

f ' c

n = 2100000 / 217370.65 Cálculo de k:

k =

=

0.360

(n + r )

Cálculo de j: =

10.00

n

k = 10 / (10 + 17.78)

j

=

1-

k 3

j = 1 - (0.36 / 3)

=

0.8800

HOJA DE DISEÑO ESTRUCTURAL ALCANTARILLAS TIPO MARCO DE 0.6 x 0.6 CALCULO DEL CUERPO DE ALCANTARILLA Cálculo del peralte mínimo: d min

2 Mr *100000

=

fc * k * j * b

dmin = RAIZ(2*0.800625 / 94.5 * 0.36 * 0.88 * 100 ) ¡

Espesor correcto dmin < d

=

7.31

cm

!

3.3.- VERIFICACIÓN POR CORTANTE a.- Cortante admisible:

V ud

=

Vr

=

4.41

Ton

Vud

=

5.19

Ton.

=

8.09

tn.

V ud f

Vud = 4.41 / 0.85

b.- Esfuerzo admisible del concreto:

V c

=

0.53

f ' c * b * d Vc = 0.53 * RAIZ(210) * 100 * 10.53

Vc

Vc>Vud ¡

No necesita estribos

!

3.4.- CÁLCULO DEL ÁREA DE ACERO LOSA SUPERIOR 1.- Cálculo del área de acero en los nudos Se calculará por diseño de rotura:

M(-)



 =

a=

 Φ ∗ ( − ) 2 a b

= =

=

1.35

Ton-m

As * fy 0.85 * f ' c * b

0.831 100 cm

As = 1.35 * 100000 / (0.9 * 4200 * (10.53 - 0.831 /2))

=

a = 3.53 * 4200 / (0.85 * 210 * 100)

=

3.53 cm2 0.831 cm

Cálculo del área de acero mínimo en losas: As min = 0.0018 * 100 * 10.53

As min

=

1.90 cm2

Tomamos el mayor

=

3.53 cm2

Cantidad de varillas en 1.0 m. de ancho:

Ø acero

As/Ab N° de varillas

=

=

3.53 / 1.98 2

Espaciamiento del acero:

S =

Ab *100 As

S = 1.98 *100 / 3.53 Usaremos:

5/8"

=

56.09 cm

@

28.05 cm.

5/8

HOJA DE DISEÑO ESTRUCTURAL ALCANTARILLAS TIPO MARCO DE 0.6 x 0.6 CALCULO DEL CUERPO DE ALCANTARILLA 2.- Cálculo del área de acero principal Se calculará por diseño de rotura:

 =

M(+)



a=

 Φ ∗ ( − ) 2 a b

= =

=

1.31

Ton-m

As * fy 0.85 * f ' c * b

0.805 cm 100 cm

As = 1.31 * 100000 / (0.9 * 4200 * (10.53 - 0.805 /2))

=

a = 3.42 * 4200 / (0.85 * 210 * 100)

=

3.42 cm2 0.805 cm


As min

=

1.90 cm2

Tomamos el mayor

=

3.42 cm2


Ø acero


= =

5/8

3.42 / 1.98 2


S =

Ab *100 As

S = 1.98 *100 / 3.42 Usaremos:

5/8"

=

57.89 cm

@

28.95 cm.

=

1.42 cm2

3.- Acero de Repartición en losa Cálculo del área de acero mínimo en losas: As min = 0.0018 * 75 * 10.53

As min Cantidad de varillas en 0.75 m. de ancho:

Ø acero


= =

1.42 / 0.71 2


S = 0.71 * 75 / 1.42 Usaremos:

3/8"

=

37.50 cm

@

18.75 cm.

=

1.42 cm2

4.- Acero de Temperatura Cálculo del área de acero mínimo en losas: As min = 0.0018 * 75 * 10.53

As min

3/8

HOJA DE DISEÑO ESTRUCTURAL ALCANTARILLAS TIPO MARCO DE 0.6 x 0.6 CALCULO DEL CUERPO DE ALCANTARILLA Cantidad de varillas en 0.75 m. de ancho:

Ø acero


=

=

3/8

1.42 / 0.71 2


S = 0.71 * 75 / 1.42 Usaremos:

3/8"

=

37.50 cm

@

18.75 cm.

3.5.- CÁLCULO DEL ÁREA DE ACERO LOSA INFERIOR Y MUROS 1.- Cálculo del área de acero en los muros Se calculará por diseño de rotura:

 =

M(-)

a=



=

1.35

Ton-m

As * fy 0.85 * f ' c * b

 Φ ∗ ( − ) 2 a b

= =

0.831 cm 100 cm

As = 1.35 * 100000 / (0.9 * 4200 * (10.53 - 0.831 /2))

=

a = 3.53 * 4200 / (0.85 * 210 * 100)

=

3.53 cm2 0.831 cm


As min

=

1.90 cm2

Tomamos el mayor

=

3.53 cm2

Cantidad de varillas en 1 m. de ancho:

Ø acero

As/Ab N° de varillas Espaciamiento del acero:

S =

5/8

3.53 / 1.98 2

Ab *100 As

S = 1.98 *100 / 3.53 Usaremos:

= =

5/8"

=

56.09 cm

@

28.05 cm.

=

1.42 cm2

Acero de Repartición en muros: Cálculo del área de acero mínimo en muros: As min = 0.0018 * 75 * 10.53


Ø acero


= =

1.42 / 0.71 2

3/8

HOJA DE DISEÑO ESTRUCTURAL ALCANTARILLAS TIPO MARCO DE 0.6 x 0.6 CALCULO DEL CUERPO DE ALCANTARILLA Espaciamiento del acero:

S = 0.71 * 75 / 1.42 Usaremos:

3/8"

=

37.50 cm

@

18.75 cm.

2.- Cálculo del área de acero principal Se calculará por diseño de rotura:

 =

M(+)

a=

  Φ ∗ ( − ) 2 a b

= =

=

0.50

Ton-m

As * fy 0.85 * f ' c * b

0.264 cm 100 cm

As = 0.5 * 100000 / (4200 *( 10.53 - 0.264 /2))

=

a = 1.14 * 4200 / (0.85 * 210 * 100)

=

1.1 cm2 0.268 cm


As min

=

1.90 cm2

Tomamos el mayor

=

1.90 cm2


Ø acero

As/Ab N° de varillas Espaciamiento del acero:

S =

3/8

1.9 / 0.71 3

Ab *100 As

S = 0.71 *100 / 1.9 Usaremos:

= =

3/8"

=

37.37 cm

@

12.46 cm.

=

1.42 cm2

3.- Acero de Repartición losa fondo Cálculo del área de acero mínimo en losas: As min = 0.0018 * 75 * 10.53


Ø acero


= =

1.42 / 0.71 2


S = 0.71 * 75 / 1.42 Usaremos:

3/8"

=

37.50 cm

@

18.75 cm.

=

1.42 cm2

4.- Acero de Temperatura ambos sentidos Cálculo del área de acero mínimo en losas: As min = 0.0018 * 75 * 10.53

As min

3/8

HOJA DE DISEÑO ESTRUCTURAL ALCANTARILLAS TIPO MARCO DE 0.6 x 0.6 CALCULO DEL CUERPO DE ALCANTARILLA Cantidad de varillas en 0.75 m. de ancho:

Ø acero


= =

3/8

1.42 / 0.71 2


S = 0.71 * 75 / 1.42 Usaremos:

3/8"

=

37.50 cm

@

18.75 cm.

DISEÑO FINAL DE LA ALCANTARILLA Ø 5/8" @ 0.289473684210526 m

Ø 3/8" @ 0.1875 m

Ø 3/8" @ 0.1875 m Ø 3/8" @ 0.1875 m

Ø 5/8" @ 0.280453257790368 m

Ø 5/8" @ 0.280453257790368 m

Ø 3/8" @ 0.1875 m

SOLADO E=0.10

Ø 3/8" @ 12.4561403508772 m

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