Anexo Box Culvert

ELABORACIÓN ELABORACIÓN Y ENTREGA DE ESTUDIOS ESTUDIOS Y DISEÑOS PARA PROYECTOS DE ACUEDUCTO, SANEAMIENTO BÁSICO Y PREVENCIÓN Y ATENCIÓN DE EMERGENCIAS EN EL MARCO DE LOS PLANES DEPARTAMENTALES DE AGUA EN LOS DEPARTAMENTOS DE CALDAS, QUINDÍO Y RISARALDA Contrato No. 277 - 09

CONSORCIO DISEÑOS PDA COLOMBIA

Capítulo 5 MUNICIPIO DE LA DORADA DEPARTAMENTO DE CALDAS OPTIMIZACIÓN R ELLENO SANITARIO “LA DORADITA”

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DICIEMBRE DE 2011

CAPITULO 5 ANEXO BOX CULVERT MUNICIPIO DE LA DORADA DEPARTAMENTO DE CALDAS

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BOX CULVERT PREFABRICADO EN CONCRETO REFORZADO Tabla de Contenido

1. ALCANCE

........................... ......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ .................... ...... 5

.......................................... ............................ .................... ...... 5 2. DOCUMENTOS RELACIONADOS Y REFERENCIAS ............................

3. TERMINOLOGÍA TERMINOLOGÍA

.......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ............................ ...................... ........ 6

3.1 BOX CULVERT ................................................................................................................................... 3.2 PREFABRICADO

6

............................................................................................................................... 7

3.3 SECCIÓN DE BOX .............................................................................................................................

7

3.4 EXTREMOS DE BOX .........................................................................................................................

7

3.5 CARTELA ............................................................................................................................................

7

3.6 CARGA DE RUEDA ...........................................................................................................................

7

.......................................... ............................ ............................. ............................ ................. .... 7 4. CARGAS Y ANALISIS ESTRUCTURAL ............................

4.1 GENERALIDADES .............................................................................................................................

7

4.2 USO DE TABLAS ESTANDARIZADAS ........................................................................................... 8 4.2.1 Rango de aplicación de tablas estándar de ASTM-C1433. ....................................... .................................................... ................. .... 8 4.3. CARGAS............................................................................................................................................. 9 4.3.1 Carga Muerta .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ............................ ...................... ........ 9 4.3.2 Modificación de las cargas de suelo por interacción suelo-estructura ............................ .................................... ........ 10 4.3.3 Carga viva ............................ ........................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ....................... ......... 12 4.4 FUNDACIONES

................................................................................................................................ 15

4.5 ANÁLISIS SÍSMICO DE LA LÍNEA DEL BOX...............................................................................

15

.......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ............... 15 5. DISEÑO ESTRUCTURAL ESTRUCTURAL ............................

5.1 REQUISITOS .....................................................................................................................................

15

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5.2 ESPESORES MÍNIMOS ...................................................................................................................

16

5.3 REFUERZO ....................................................................................................................................... 16 5.3.1 Recubrimiento mínimo ................................................................................................................... 16 5.3.2 Colocación del refuerzo ................................................................................................................. 16 5.3.3 Empalmes, soldaduras y espaciamiento del refuerzo para mallas electro soldadas ........... 17 5.3.4 Refuerzo mínimo ............................................................................................................................. 18 5.4 CONTROL DE AGRIETAMIENTO ..................................................................................................

18

5.5 JUNTAS ENTRE BOX ......................................................................................................................

18

6. MATERIALES........................................................................................................................................ 19 6.1 CONCRETO REFORZADO ............................................................................................................ 6.2 CEMENTO

19

......................................................................................................................................... 19

6.3 AGUA Y AGREGADOS ...................................................................................................................

19

6.4 ACERO DE REFUERZO .................................................................................................................. 19 6.4.1 Generalidades ................................................................................................................................. 19 6.4.2 Refuerzo de varillas corrugadas ................................................................................................... 20 6.4.3 Mallas electro soldadas .................................................................................................................. 21 6.4.4 Evaluación y aceptación del acero de refuerzo .......................................................................... 21

7. FABRICACIÓN DEL BOX CULVERT ........................................................................................... 22 7.1 MEZCLA

............................................................................................................................................ 22

7.2 CURADO ........................................................................................................................................... 22 7.2.1 Curado con vapor ............................................................................................................................ 22 7.2.2 Curado con agua ............................................................................................................................. 22 7.2.3 Curado con membranas ................................................................................................................ 22 7.3 FORMALETAS ..................................................................................................................................

22

7.4 MANEJO ............................................................................................................................................

23

8. TOLERANCIAS

.................................................................................................................................... 23

8.1 DIMENSIONES INTERNAS .............................................................................................................

23

8.2 ESPESORES DE MUROS Y LOSAS .............................................................................................

23


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8.3 LONGITUD DE LAS SUPERFICIES OPUESTAS .........................................................................

23

8.4 LONGITUD DE LA SECCIÓN .........................................................................................................

23

8.5 DIMENSIONES DE LA CARTELA ..................................................................................................

24

9. MUESTREO Y MÉTODO DE PRUEBA ........................................................................................ 24 9.1 GENERALIDADES ...........................................................................................................................

24

9.2 ENSAYOS A COMPRESIÓN EFECTUADOS A LOS CILINDROS DE CONCRETO ................ 24 9.2.1 Aprobación de los ensayos de los cilindros ................................................................................ 25 9.3 ENSAYOS DE COMPRESIÓN DE NÚCLEOS EXTRAÍDOS ....................................................... 25 9.3.1 Aprobación de los ensayos de los núcleos extraídos. .............................................................. 25 9.3.2 Reparación de los huecos dejados por los núcleos en las secciones .................................... 26

10. INSPECCIÓN Y RECHAZO ........................................................................................................... 26 11. REPARACIÓN

.................................................................................................................................... 26

12. MARCADO ........................................................................................................................................... 26


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1. ALCANCE Establecer los requisitos que deben cumplir los Box Culvert de acuerdo a la Norma. 2. DOCUMENTOS RELACIONADOS Y REFERENCIAS Los documentos aquí relacionados han sido utilizados para la elaboración de esta norma y servirán de referencia y recomendación, por lo tanto no serán obligatorios, salvo en casos donde expresamente sean mencionados. AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALES. Standard specification for highway bridges, 16 ed. Washington: AASHTO. 1996  AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. Metric code requirements for environmental engineering concrete structures and commentary. Detroit: ACI. (ACI 350M/350RM)  AMERICAN CONCRETE PIPE ASSOCIATION. Concrete pipe design manual. ACPA, 2000  AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standard test methods for concrete pipe, manhole sections, or tile [Metric]. Philadelphia: ASTM. (ASTM C497M)  Standard specification for deformed and plain cabon-steel bars for concrete reinforcement. Philadelphia: ASTM. (ASTM A615)  Standard specification for epoxy-coated steel wire and welded wire reinforcement. Philadelphia: ASTM. (ASTM A884)  Standard specification for liquid membrane-forming compounds for curing concrete. Philadelphia: ASTM. (ASTM C309)  Standard specification for low-alloy steel deformed and plain bars for concrete reinforcement. Philadelphia: ASTM. (ASTM A706)  Standard specification for precast reinforced concrete box sections for culverts, storm drains, and sewers. Philadelphia: ASTM. (ASTM C1433)  Standard specification for precast reinforced concrete box sections for culverts, storm drains, and sewers [Metric]. Philadelphia: ASTM. (ASTM C1433M)  Standard specification for steel welded wire reinforcement, deformed, for concrete. Philadelphia: ASTM. (ASTM A497)  Standard specification for steel welded wire reinforcement, plain, for concrete. Philadelphia: ASTM. (ASTM A185)  Standard specification for steel wire, deformed, for concrete reinforcement. Philadelphia: ASTM. (ASTM A496)  AMERICAN WELDING SOCIETY. Structural welding code-reinforcing. Miami: AWS. (ANSI/AWS D1.4)  ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIERÍA SÍSMICA. Código colombiano de diseño sísmico de puentes. Bogotá: AIS, 1995. (CCDSP-95)  Normas colombianas de diseño y construcción sismo resistente. (NSR-98) Bogotá: AIS, 1998. 


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CALIFORNIA DEPARTMENT OF TRANSPORTATION. Highway design manual. 5 ed. California: Caltrans, 2001.  CONGRESO NACIONAL DE LA REPUBLICA DE COLOMBIA. Ley 105 de 1993: Por la cual se dictan disposiciones básicas sobre el transporte, se redistribuyen competencias y recursos entre la Nación y las Entidades Territoriales, se reglamenta la planeación en el sector transporte y se dictan otras disposiciones. Bogotá: Congreso Nacional, 1993 según Norma.  INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍA Y MINERÍA. Estudio de microzonificación sísmica de Bogotá. Bogotá: Ingeominas, 2000  INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Alambre de acero al carbono grafilado para refuerzo de concreto. Bogotá: ICONTEC. (NTC 1907)  Barras corrugadas y lisas de acero de baja aleación para refuerzo de concreto. Bogotá: ICONTEC. (NTC 2289)  Concretos. Elaboración y curado de especímenes de concreto en obra. Bogotá: ICONTEC. (NTC 550)  Concretos. Ensayo de resistencia a la compresión de cilindros normales de concreto. Bogotá: ICONTEC. (NTC 673)  Ingeniería civil y arquitectura. Practica para la toma de muestras de agregados. Bogotá: ICONTEC. (NTC 454)  Mallas electro soldadas de acero, fabricadas con alambre corrugado, para refuerzo de concreto. Bogotá: ICONTEC. (NTC 2310)  Mallas electro soldadas de acero, fabricadas con alambre liso, para refuerzo de concreto. Bogotá: ICONTEC. (NTC 1925)  Metalurgia. Barras de acero al carbono trabajadas en frío para hormigón reforzado. Bogotá: ICONTEC. (NTC 245)  Siderurgia. Barras y rollos corrugados de acero al carbono para hormigón reforzado. Bogotá: ICONTEC. (NTC 248)  Soldadura. Procedimiento de soldadura para el acero de refuerzo. Bogotá: ICONTEC.(NTC 4040). 

3. TERMINOLOGÍA Estas piezas normalmente se posicionan en las carreteras por donde normalmente hay flujo natural de agua permitiendo que este flujo siga su camino sin interrumpir el paso vehicular 3.1 BOX CULVERT Son estructuras de sección rectangular, usados como sistemas de conducción. Se pueden producir en diferentes tamaños y espesores de pared. Puede ser diseñado para diferentes características o condiciones de trabajo.


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3.2 PREFABRICADO Es la fabricación de elementos en un ambiente controlado que requiere actividades adicionales como transporte al sitio de obra e instalación. 3.3 SECCIÓN DE BOX Corresponde a las medidas internas libres del Box. También se refiere en otro contexto a un tramo prefabricado de Box Culvert. 3.4 EXTREMOS DE BOX Los extremos del Box, tal como se usa en esta norma, corresponde a las caras perpendiculares al eje de la línea 3.5 CARTELA Es el sobre espesor de la losa en las esquinas internas del Box, generalmente conformado a 45º. 3.6 CARGA DE RUEDA La carga de rueda (para dos llantas) corresponde a la mitad del valor de un eje y están separadas 1.80 m entre sí. Esta carga es la que se usa para el diseño de la losa superior del Box Culvert. 4. CARGAS Y ANALISIS ESTRUCTURAL 4.1 GENERALIDADES En este capítulo se indican las cargas que deben tenerse en cuenta para el diseño de la sección Rectangular de concreto reforzado. Adicionalmente se listan criterios generales para el análisis y Diseño estructural de Box Culverts. La distribución de las cargas de rueda se muestra también en Este documento. En los planos de trazado hidráulico se debe indicar claramente la sección del Box, profundidad, longitud y condiciones de entrada y salida, de tal forma que el diseñador estructural tenga la información necesaria para el análisis, enmarcado en los requisitos de esta Norma. Cuando existan condiciones especiales de erosión, abrasión o de corrosión, se deben tomar las Medidas de protección necesarias (recubrimientos, aditivos, juntas especiales, etc.). Página 7 Calle 101 No 71 - 08 Bogotá D.C. – Colombia PBX: 6434322 FAX: 6434322

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El fabricante debe adelantar todo el diseño estructural del Box de acuerdo al "CCDSP-95 Código colombiano de diseño sísmico de puentes". 4.2 USO DE TABLAS ESTANDARIZADAS Se permite el uso de las tablas estándares de la norma "ASTM- C1433 Standard specification for precast reinforced concrete box sections for culverts, storm drains, and sewers", en este caso, el Fabricante deberá tener en cuenta las condiciones y restricciones de estas tablas e incluirlas en la Memoria de cálculo para ser verificadas. Se deben cumplir todas las hipótesis de estas tablas (resistencia del concreto, áreas de acero, Dimensiones, alturas de relleno, etc.), Las tablas deben usarse de la siguiente manera (ver 4.3.3 Carga viva): Tablas 1: Camión C40-95 (Vías Nacionales). Tablas 2: Carga Tándem (Vías Nacionales – cargas tándem). El diseñador debe evaluar si el Box puede estar sometido a cargas Tándem tal como se definen en Esta Norma. Si es así, deberá usarse la Tabla 2 No están definidas tablas estándar en "ASTM- C1433 Standard specification for precast reinforced concrete box sections for culverts, storm drains, and sewers" para cargas menores (camión C32-95) usadas para vías urbanas ó carreteras secundarias. En los casos donde las vías se clasifican de esta manera, se prefiere un diseño particular optimizado. Si alguna de las hipótesis mostradas en 4.2.1 no se satisfacen deberá hacerse una revisión al diseño para garantizar la integridad del Box. Esta revisión deberá incluirse en la Memoria de Cálculo. 4.2.1 Rango de aplicación de tablas estándar de ASTM-C1433 Las tablas tienen los siguientes criterios de selección: 1) Clase de Carga (tabla 1 y tabla 2) – Carga Viva 2) Altura del relleno por encima de la losa superior – Carga Muerta 3) Sección interna del Box – Condición Hidráulica Las tablas tienen las siguientes suposiciones o hipótesis, que corresponden al rango de aplicación de los Box Culverts:


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Tabla 1. Suposiciones de diseño de tablas estándar de ASTM – C1433 Especificaciones Materiales Concreto Acero de refuerzo Datos del suelo Peso unitario Coeficiente de presión lateral Presión lateral adicional por aproximación de camión Nivel freático exterior Factor de interacción suelo – estructura Factores de reducción de capacidad Cortante Axial con flexión Factores de carga Factores de carga = d(B*Muerta + B*Viva) Carga de camión (de rueda) H20 Interestatal Otros valores de diseño Impacto Presión interna Altura del agua dentro del Box Presión hidrostática externa Arreglo Estructural Recubrimiento del refuerzo Cuantía mínima de refuerzo en las caras internas de muros, losas y caras externas de muros.

Valor 35 MPa 415 y 450 MPa 1920 Kg/m3 0.25 a 0.50 33.5 /H (KPa) cuando H<0.3 m Debajo de la sección del Box 1.15 0.90 0.95 d = 1.3 B = 1.0 para carga viva B = 1.7 para carga muerta Rueda de 14 Ton 2 cargas de 11 Ton espaciadas 1.2 m De 0 a 30% 0 Igual a toda la altura interna 0 25 mm 0.002 (evaluada sobre b * t)

4.3. CARGAS 4.3.1 Carga Muerta La información y condiciones del suelo pueden ser obtenidas directamente del corredor del Box Culverts. Las presiones de tierra, verticales y horizontales que actúan sobre el conducto se deben calcular por métodos reconocidos de la mecánica de suelos y la interacción Suelo – Estructura, teniendo en cuenta el tipo de instalación (en zanja o superficial), el tipo de fundación (rígida o flexible), el tipo de conducto (rígido o flexible) y las propiedades y forma de colocación de los materiales de lleno. El alcance del estudio geotécnico del corredor debe ser definido por la EAAB en cada caso. Se permite usar el análisis aproximado del "CCDSP-95 Código colombiano de diseño sísmico de puentes" en A.12.4.1. (Ver. también AASHTO - "Standard specification for highway bridges"). Página 9 Calle 101 No 71 - 08 Bogotá D.C. – Colombia PBX: 6434322 FAX: 6434322

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El método aproximado solo se aplica para secciones hasta 4.0 m2. y sobre fundación flexible. Para conductos mayores o colocados sobre fundación rígida se debe efectuar un análisis teórico más detallado. El método aproximado indica que las presiones de tierra verticales y horizontales que actúan sobre el Box, puede calcularse como las producidas por un líquido equivalente de densidad "c" y considerando las condiciones más desfavorables para las siguientes combinaciones: Combinación 1:

Presión vertical Presión horizontal

c = 19 kN/m3 c = 5 kN/m3

Combinación 2:

Presión vertical Presión horizontal

c = 19 kN/m3 c = 10 kN/m3

Adicionalmente, debe tenerse en cuenta para el diseño del Box, otras condiciones de diseño y fuerzas externas (cercanía a taludes, nivel freático, presiones internas, cargas de transporte, acopio, cargas de construcción, equipo pesado y otras) que el ingeniero de diseño debe considerar para la estructura final de Box Culvert. Deben usarse los siguientes límites para las propiedades del suelo:   

Peso del Suelo: gs >= 1900 Kg./m³ Coeficiente de presión lateral en reposo: 0.25 <= Ko <= 0.50 Factor de Interacción Suelo Estructura: Fe1 >= 1.15 para instalaciones en terraplén.

Deben seguirse todas las recomendaciones de Excavaciones y Rellenos que apliquen en" NS-019 Excavaciones en zanja","NS-020 Desmonte, limpieza, demoliciones y traslado de estructuras" y "NP-040 Rellenos". 4.3.2 Modificación de las cargas de suelo por interacción suelo-estructura Las cargas muertas de suelo anteriores deben multiplicarse por un factor de interacción suelo-estructura. Fe que tenga en cuenta el tipo y condiciones de instalación que se definen en "CCDSP-95 Código colombiano de diseño sísmico de puentes" A.12.4 (Ver también AASHTO - "Standard specification for highway bridges") y que se determinan de acuerdo a la teoría de Marston-Spangler así: Para instalación en terraplén:     

 


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Para instalación en zanja: 2 CB _____ Fe2= dd HB c

Figura 1. Instalación en terraplén

El valor Fe1 no necesita ser mayor de 1.15 para instalación con lleno compactado contra las paredes del Box ni mayor de 1.4 para instalaciones en las que dicho lleno no sea compactado. El valor de Fe2 no debe ser mayor que Fe1. El factor Fe solo aplica para el método de factores de carga y resistencia (LRFD). La carga total de tierra sobre la sección total del Box será entonces igual a Página 11 Calle 101 No 71 - 08 Bogotá D.C. – Colombia PBX: 6434322 FAX: 6434322

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      

Donde: H: Altura del relleno sobre el Box Bc: Ancho total externo del Box. Bd: Ancho horizontal de la zanja por encima del Box. gs: Peso del suelo usado para el análisis. Fe: Factor de interacción suelo-estructura. Cd: Coeficiente de carga para instalación en zanja – método Marston-Spangler. El coeficiente Cd debe estimarse con la figura ó ecuación indicada en AASHTO. Se trascribe la ecuación a continuación: − 2 kµ H

Bd Cd = 1− e 2ku

Donde: K: m: e: Hc:

Relación entre la presión lateral y la presión vertical unitaria (coeficiente de presión lateral en reposo). Coeficiente de fricción entre los lados de la zanja y el material de relleno (m = tanf) Base del logaritmo natural Altura del material de relleno sobre la losa superior

El coeficiente de presión en reposo k puede estimarse de la siguiente manera: f:

Ángulo de fricción del suelo         

4.3.3 Carga viva 4.3.3.1 Gener alid ades

Las cargas vivas de diseño están definidas de acuerdo a "CCDSP-95 Código colombiano de diseño sísmico de puentes" y las consideraciones adicionales mencionadas en este documento. Hay 3 clases de cargas de camión: Eje Tándem, ejes de C40-95 y de C32-95. (Corresponden a un camión de 40 y 32 ton respectivamente). Página 12 Calle 101 No 71 - 08 Bogotá D.C. – Colombia PBX: 6434322 FAX: 6434322

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Figura 2. Carga viva de acuerdo a CCDSP-95

La carga viva a usar en el diseño de los Box Culverts deberá ser la peor condición de las siguientes:  

Vías principales: Efecto de las cargas de rueda del Camión C40-95 ó de un eje Tándem Vías secundarias o urbanas: Efecto de las cargas de rueda del camión C32-95

El uso de los camiones se define en "CCDSP-95 Código colombiano de diseño sísmico de puentes" A.3.4. Se supone que el camión de diseño ocupa un ancho de 3.05m. 4.3.3.2 Aplicación y uso de las c argas vivas

Si la línea de Box Culvert atraviesa vías que forman parte de la Red Nacional de Carreteras definida en la "Ley 105 de 1993" (o en la que reemplace) o vías nuevas con recursos del Instituto deben diseñarse para la carga de ejes del C40-95 ó una carga de Eje Tándem (2 cargas de ejes puntuales de 11 ton separadas 1.20m), lo que sea más perjudicial para el Box. Los Box Culverts que atraviesen vías urbanas o carreteras secundarias (no contempladas en el párrafo anterior) pueden diseñarse para la carga C32-95. El diseñador debe definir cuales Box Culverts podrán estar sometidos a cargas viales de la Red Nacional de Carreteras y cuales no. El factor de impacto debido a cargas vivas debe evaluarse, según la altura del relleno (H) de acuerdo a la siguiente tabla:


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Tabla 2. Factor de impacto para alcantarillas Altura del relleno – H Factor de Impacto (mm) (%) 0 – 300 30 310 – 600 20 610 – 900 10 910 o más 0

En general, se supone que el refuerzo principal (perpendicular al eje del Box) está paralelo al tráfico. 4.3.3.3 Distribución d e la carga viva so bre la losa su perior del B ox

La distribución de la carga viva sobre el Box deberá realizarse de la siguiente manera: Altura de relleno menor a 600 mm Para las secciones de Box con una altura de relleno inferior a 600 mm, la carga de rueda es distribuida en un ancho efectivo E. E = 1200 + 0.06*(luz de la sección) < 2000 mm E está en mm, medido perpendicularmente a la luz de la losa superior. La carga viva es aplicada sobre la luz de la sección rectangular como una carga puntual. La losa se diseña como una viga de ancho E y longitud igual a la luz libre de la losa superior del Box Altura del relleno mayor o igual a 600 mm Para secciones con un relleno Igual o superior a 600 mm, la carga viva es distribuida sobre una longitud igual a 1.75H en cada dirección (formando un cuadrado cuyos lados son 1.75H). H: Altura del relleno por encima de la losa superior E: ancho efectivo de carga y diseño cuando H <600 mm La máxima distribución de la carga en la dirección perpendicular a la luz para cada carga de las ruedas es de 1800 mm. Esto es equivalente a asumir que la carga máxima de la rueda ocurre en forma simultáneamente en los dos carriles. Cuando las cargas de rueda se traslapen, deben sumarse las presiones y aplicarlas así sobre la losa para el análisis y diseño Deben aplicarse cargas vivas a cualquier profundidad ó altura de relleno.


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Figura 3. Distribución de la carga viva Cuando H < 600mm – Para una carga rueda.

Figura 4. Distribución de la carga viva cuando H> 600mm – Para una carga de rueda.

4.4 FUNDACIONES "NS-035 Requerimientos para cimentación de tuberías en redes en el diseño deben considerarse las condiciones de soporte del Box sobre el terreno. Los conductos deben apoyarse en terreno firme o se deben tomar las medidas necesarias para distribuir las presiones adecuadamente en el suelo. En sitios sujetos a erosión deben usarse pantallas o llaves en los extremos del conducto o donde sea necesario para garantizar la estabilidad de la estructura. Las fundaciones (si se hacen) deben analizarse y diseñarse estructuralmente. 4.5 ANÁLISIS SÍSMICO DE LA LÍNEA DEL BOX Se puede ordenar un estudio detallado de vulnerabilidad sísmica cuando la línea sea vital y se requiera prevenir su daño ante desplazamientos excesivos del terreno. 5. DISEÑO ESTRUCTURAL 5.1 REQUISITOS El diseño deberá hacerse por el Método de Resistencia Última y usar las combinaciones de carga, "NS-002 Criterios de diseño estructural “factores de carga y demás recomendaciones descritas en Alternativamente pueden usarse las combinaciones y factores de mayo ración de carga indicados en CCDSP-95 aplicables a Box Culverts. El diseño estructural del Box debe seguir todas los lineamientos de "CCDSP-95 Código colombiano de diseño sísmico de puentes", sección A.4.2 Tableros de Losa, usando la distribución de cargas mencionadas en este documento (ver 4.3.3 Carga viva). Página 15 Calle 101 No 71 - 08 Bogotá D.C. – Colombia PBX: 6434322 FAX: 6434322

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Los factores de reducción de resistencia para el diseño pueden tomarse como sigue: Para momento y carga axial Para cortante

f = 0.95 f = 0.90

Debe usarse los factores de mayo ración de carga por durabilidad igual indicados en Criterios de diseño estructural". Para el diseño de la losa de fondo y las paredes laterales la presión generada por las cargas de rueda, el ancho de diseño debe ser el mismo que el usado en la losa superior. Cuando se usen cartelas de rigidización, los momentos negativos pueden tomarse en los bordes de las cartelas. 5.2 ESPESORES MÍNIMOS Los espesores mínimos de paredes y losas de Box Culvert prefabricados serán los requeridos para: Recubrimientos del refuerzo mínimos indicados en esta Norma  Resistir las fuerzas de diseño impuestas  Garantizar una buena calidad del concreto vaciado en planta de acuerdo a los requisitos, calidad y tolerancia especificados en esta Norma.  Garantizar un adecuado nivel de permeabilidad según el nivel o presión hidrostática en el Box  No se aceptan espesores menores de 100 mm. 

5.3 REFUERZO 5.3.1 Recubrimiento mínimo Los recubrimientos mínimos del refuerzo deben sujetarse a las siguientes requisitos: Refuerzo interior y exterior de losa inferior y muros laterales: Refuerzo superior de la losa superior: Refuerzo inferior de la losa superior:

25 mm 50 mm 30 mm

5.3.2 Colocación del refuerzo El recubrimiento en los bordes externos del refuerzo en el Box debe cumplir con lo siguiente: La distancia libre (recubrimiento) entre el refuerzo longitudinal y cada uno de los extremos del Box debe ser mayor o igual a 50 mm. Página 16 Calle 101 No 71 - 08 Bogotá D.C. – Colombia PBX: 6434322 FAX: 6434322

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El recubrimiento del concreto debe estar sujeto a las tolerancias previstas en el ítem 8 Tolerancias. El refuerzo perimetral interno debe extenderse hasta los extremos del Box. La distancia libre desde cualquier extremo al refuerzo debe ser mayor de 13 y menor de 50 mm. Pueden usarse una o varias capas de malla electro soldada como refuerzo perimetral. Esto deberá Ajustarse a los requisitos de diseño del concreto reforzado. Debe figurarse el refuerzo perimetral de tal forma que se cumpla con los requisitos de la "NSR 98 Normas colombianas de diseño y construcción sismo resistente". Debe cumplirse los requisitos de refuerzo mínimos indicados en el ítem 5.3 Refuerzo.

Figura 5. Detalle de refuerzo en extremo macho-hembra del Box (Adaptado de referencia 6)

5.3.3 Empalmes, soldaduras y espaciamiento del refuerzo para mallas electro soldadas Los empalmes del refuerzo perimetral deben ser hechos por traslapo. Este traslapo debe ser mayor que el espaciamiento entre los alambres de la malla más 50 mm pero no menos de 250 mm. Este traslapo debe medirse entre los alambres longitudinales más extremos. Si el refuerzo perimetral se va soldar. Solo pueden soldarse los alambres que estén a no menos de 450 mm separados del eje longitudinal de la sección del Box. El espaciamiento centro a centro entre los alambres perimetrales no debe ser menor de 50 mm. Ni mayor a 400 mm. Página 17 Calle 101 No 71 - 08 Bogotá D.C. – Colombia PBX: 6434322 FAX: 6434322

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El espaciamiento centro a centro entre los alambres longitudinales no debe ser menor de 50 mm. Ni mayor a 200 mm. Debe tenerse especial cuidado con la distribución del refuerzo, figurado y localización de traslapos y soldaduras. El diseñador debe garantizar que los esfuerzos en las varillas o alambres se transmitan adecuadamente sin perjudicar la resistencia estructural. Los empalmes, traslapos y soldaduras para varillas de refuerzo debe seguir lo indicado en "NSR 98 Normas colombianas de diseño y construcción sismo resistente". 5.3.4 Refuerzo mínimo El área de refuerzo mínimo por retracción y temperatura (Este es perpendicular al refuerzo principal por flexión) para los Box es la especificada en "NSR 98 Normas colombianas de diseño y construcción sismo resistente" Título C.20.2.3 La cuantía mínima a flexión (refuerzo a tracción) debe ser:    

b: t:

Ancho unitario Espesor nominal de las paredes del Box.

Esta misma cuantía debe colocarse en la cara interior de las paredes y en la losa superior en ambas direcciones cuando la altura del relleno (H) sea menor de 600 mm. 5.4 CONTROL DE AGRIETAMIENTO Deben tomarse medidas para el control de agrietamiento de acuerdo a la norma "NS-002 Criterios de diseño estructural". 5.5 JUNTAS ENTRE BOX Las secciones prefabricadas de concreto reforzado de los Box deben tener en los extremos uniones macho hembra que permitan una adecuada instalación y un chequeo adecuado de las tolerancias. Debe usarse un sistema de sello aprobado y de reconocida efectividad. El fabricante debe remitir las especificaciones de calidad de la junta. Se prefieren secciones menores de 9 metros de longitud para los Boxes sobre fundaciones flexibles. Página 18 Calle 101 No 71 - 08 Bogotá D.C. – Colombia PBX: 6434322 FAX: 6434322

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Las juntas deben permitir deformaciones sin esfuerzos excesivos debido a los asentamientos del ducto. Las juntas deben detallarse para que permitan una rotación relativa entre los extremos que unen. (ver "CCDSP-95 Código colombiano de diseño sísmico de puentes" A.12.6). Debe analizarse también la rigidez de todo el conducto. 6. MATERIALES Durante el proceso de fabricación, se pueden ordenar pruebas o ensayos en los agregados y el concreto resultante, para garantizar la resistencia especificada en el diseño. El fabricante de los Box debe contar con un Sistema de Calidad que garantice el cumplimiento de las normas de materiales nombradas a continuación. 6.1 CONCRETO REFORZADO Los Box Culvert deben ser fabricadas en concreto reforzado de f`c= 28 MPa. El concreto reforzado debe ser una mezcla de cemento, agregado grueso, arena, cemento y agua, donde el acero de refuerzo es embebido para que trabaje en conjunto con el concreto. Estos materiales deberán cumplir todo lo mencionado "NP-005 Concretos y morteros" relacionado con la fabricación de concreto reforzado. 6.2 CEMENTO Al cemento utilizado en la fabricación de los Box Culvert debe cumplir lo especificado en Concretos y morteros". 6.3 AGUA Y AGREGADOS El agua, grava y arena usadas en la mezcla de concreto debe cumplir lo especificado en Concretos y morteros". 6.4 ACERO DE REFUERZO 6.4.1 Generalidades El refuerzo usado para las secciones de Box debe ser corrugado o malla electrosoldada. No se permite el uso de refuerzo liso. Página 19 Calle 101 No 71 - 08 Bogotá D.C. – Colombia PBX: 6434322 FAX: 6434322

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En los planos debe indicarse el refuerzo que vaya a ser soldado y el procedimiento de soldadura. Las especificaciones para el acero, excepto las que fija la norma "NTC 2289 Barras corrugadas y lisas de acero de baja aleación para refuerzo de concreto" ("ASTM A706 Standard specification for low-alloy steel deformed and plain bars for concrete reinforcement"), deben complementarse incluyendo un informe sobre las propiedades del material necesarias para cumplir con los procedimientos de soldadura especificados en la norma "NTC 4040 Soldadura. Procedimiento de soldadura para el acero de refuerzo" (Procedimiento de soldadura para el acero de refuerzo "ANSI/AWS D1.4 Structural welding code-reinforcing" de la Sociedad Americana de Soldadura). Debe especificarse siempre la resistencia a la fluencia (fy) del acero usado como refuerzo en el Box. 6.4.2 Refuerzo de varillas corrugadas El refuerzo corrugado debe cumplir con las normas de calidad que se dan a continuación. La comprobación de la designación de la barra se realiza por medio de su peso por metro de acuerdo a su diámetro nominal y usando una densidad de 7858 kg/m3. Las barras corrugadas para refuerzo deben cumplir con la norma "NTC 2289 Barras corrugadas y lisas de acero de baja aleación para refuerzo de concreto" ("ASTM A706 Standard specification for low-alloy steel deformed and plain bars for concrete reinforcement"). Además deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos: 



La resistencia a la fluencia debe corresponder a la determinada por ensayos sobre barras de tamaño completo. Los esfuerzos obtenidos por medio del ensayo de tracción deben calcularse utilizando el área nominal de la barra. No se permite el uso de acero corrugado de refuerzo fabricado bajo las norma "NTC 245 Metalurgia. Barras de acero al carbono trabajadas en frío para hormigón reforzado", ni ningún otro tipo de acero que haya sido trabajado en frío o trefilado, a menos que esté explícitamente permitido por la norma bajo la cual se fabrica cualquiera de los materiales permitidos en esta sección.

Se permite el uso de acero corrugado fabricado bajo la norma "NTC 248 Siderurgia. Barras y rollos corrugados de acero al carbono para hormigón reforzado" ("ASTM A615 Standard specification for deformed and plain cabon-steel bars for concrete reinforcement"). Se permite el uso de alambre corrugado que cumpla la norma "NTC 1907 Alambre de acero al carbono grafilado para refuerzo de concreto" ("ASTM A496 Standard specification for steel wire, deformed, for concrete reinforcement"), excepto que el diámetro no puede ser menor de 5.7 mm. Página 20 Calle 101 No 71 - 08 Bogotá D.C. – Colombia PBX: 6434322 FAX: 6434322

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6.4.3 Mallas electro soldadas Las mallas electro soldadas se consideran una forma de refuerzo corrugado y se permite su uso en el Box. Los alambres para mallas electro soldadas y las mallas en sí, deben cumplir las siguientes normas: 





La malla electro soldada de alambre liso, debe cumplir con la norma "NTC 1925 Mallas electrosoldadas de acero, fabricadas con alambre liso, para refuerzo de concreto" ("ASTM A185 Standard specification for steel welded wire reinforcement, plain, for concrete"), excepto que para alambre con una resistencia a la fluencia nominal superior a 420 MPa, fy debe ser el esfuerzo que corresponde a una deformación unitaria del 0.35%. Las intersecciones soldadas no deben estar espaciadas a más de 300 mm en la dirección del esfuerzo calculado. La malla electrosoldada de alambre corrugado debe cumplir con la norma "NTC 2310 Mallas electrosoldadas de acero, fabricadas con alambre corrugado, para refuerzo de concreto" ("ASTM A497 Standard specification for steel welded wire reinforcement, deformed, for concrete"), excepto que para alambre con una resistencia a la fluencia nominal fy superior a 420 MPa, fy debe ser el esfuerzo que corresponde a una deformación unitaria del 0.35%. Las intersecciones soldadas no deben estar espaciadas a más de 400 mm en la dirección del esfuerzo calculado. La malla electrosoldada con recubrimiento epóxico debe cumplir con los requisitos de la norma "ASTM A884 Standard specification for epoxy-coated steel wire and welded wirereinforcement".

6.4.4 Evaluación y aceptación del acero de refuerzo Deben tomarse y ensayarse muestras representativas de los aceros de refuerzo utilizados en la fabricación, como mínimo con la frecuencia y alcance indicados en el Título I del Código "NSR-98 Normas colombianas de diseño y construcción sismo resistente". Los ensayos deben realizarse de acuerdo con lo especificado en las normas NTC aplicables y correspondiente al tipo de acero. Los ensayos deben demostrar, inequívocamente, que el acero utilizado cumple la norma técnica NTC indicada y el laboratorio que realice los ensayos debe certificar la conformidad con ella. El certificado de conformidad expedido por el laboratorio debe contener como mínimo lo indicado en la "NSR-98 Normas colombianas de diseño y construcción sismo resistente" C.3.5.8.


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7. FABRICACIÓN DEL BOX CULVERT 7.1 MEZCLA Los agregados deben ser clasificados, gradados y mezclados proporcionalmente de manera que se produzca una mezcla homogénea de concreto cuya calidad esté conforme con las pruebas y los requisitos de diseño exigido por esta Norma. El cemento debe cumplir lo especificado en esta Norma y debe ser añadido a la mezcla en una proporción no menor de 280 Kg/m3 a menos que un diseño de mezcla demuestre que la calidad y el comportamiento del Box cumplen con los requisitos de esta Norma. 7.2 CURADO La sección de Box debe curarse durante un tiempo suficiente de manera que el concreto desarrolle su resistencia de diseño a la compresión a los 28 días o menos. Se acepta, entre otros, cualquiera de los siguientes métodos de curado o sus combinaciones. 7.2.1 Curado con vapor Las secciones del Box se curan mediante un sistema de vapor a baja presión que mantiene una atmósfera húmeda. 7.2.2 Curado con agua Las secciones del Box se curan con agua por cualquier método que mantenga las secciones húmedas. 7.2.3 Curado con membranas Se aplica una membrana de sello que cumpla con los requisitos de la especificación "ASTM C309 Standard specification for liquid membrane-forming compounds for curing concrete". Para este sistema, la membrana puede aplicarse y dejarse intacta hasta que se alcance la resistencia requerida del concreto. La temperatura del concreto en el momento de la aplicación debe estar a la temperatura ambiente ± 6°C. Todas las superficies deben mantenerse húmedas antes del uso de aditivos y deben estar húmedas cuando se apliquen los aditivos. 7.3 FORMALETAS Las formaletas usadas en la fabricación deben ser lo suficientemente rígidas y mantener las dimensiones exactas de la sección del Box dentro las variaciones permitidas en el numeral 8 Tolerancias. Todas las superficies de la formaleta deben ser de un material liso y sin poros de tal forma que produzcan un acabado del concreto como se describe a continuación: Página 22 Calle 101 No 71 - 08 Bogotá D.C. – Colombia PBX: 6434322 FAX: 6434322

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Los acabados de las superficies del concreto formaleteado junto a las cuales se colocará material de relleno no requieren de tratamiento especial después de retiradas las formaletas, aparte de la reparación del concreto defectuoso y el llenado de los huecos de los sujetadores. La corrección de las irregularidades superficiales, se debe hacer únicamente en las depresiones mayores de 5 mm (veinte milímetros). Los acabados de las superficies internas del Box y las expuestas a la vista del público, deben contemplar la reparación del concreto defectuoso, llenado de los huecos, y dar textura lisa y uniforme. 7.4 MANEJO Se permiten dispositivos de manejo o huecos para el montaje o instalación de las secciones del Box. No obstante estos huecos deberán ser tapados apropiadamente después de la instalación del Box in si tú. 8. TOLERANCIAS 8.1 DIMENSIONES INTERNAS Las dimensiones internas no deberán variar en más del 1 % de las dimensiones del diseño. Las dimensiones de la cartela no deberán variar más de 6 mm. de las dimensiones de diseño. 8.2 ESPESORES DE MUROS Y LOSAS El espesor del muro y de la losa no debe variar del de diseño en más de 5 mm. o 5% (lo que sea más grande). Un espesor mayor que el requerido no es causa de rechazo. 8.3 LONGITUD DE LAS SUPERFICIES OPUESTAS No puede existir una variación de más de 10mm /m de luz interna entre dos longitudes de dos superficies opuestas de la sección del Box, sujeto a los siguientes valores máximos:  

16 mm para todos los lados medidos a través de una luz interna hasta de 2100 mm, ó 19 mm para luz interna mayor de 2100 mm.

Esto es válido excepto cuando se especifique otra cosa en planos. (curvas etc.) 8.4 LONGITUD DE LA SECCIÓN La variación máxima en la posición del refuerzo para losas con espesor de 125 mm o menos debe ser de ±5 mm. Para espesores de losa mayores de 125 mm, debe ser ±8 Página 23 Calle 101 No 71 - 08 Bogotá D.C. – Colombia PBX: 6434322 FAX: 6434322

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mm. En ningún caso, el recubrimiento del refuerzo puede ser menor a 20 mm. Cuando haya un relleno sobre el Box. El recubrimiento del refuerzo de la cara exterior de la losa superior debe ser mayor a 40 mm. Estos recubrimientos no aplican para superficies de la junta. 8.5 DIMENSIONES DE LA CARTELA Las dimensiones verticales y horizontales mínimas de la cartela deben ser iguales al espesor de la losa. 9. MUESTREO Y MÉTODO DE PRUEBA 9.1 GENERALIDADES El Fabricante debe remitir el Certificado de Conformidad por los lotes del producto o el sello de producto, de acuerdo con los requisitos de esta Norma, emitido por un organismo de certificación reconocido por la Superintendencia de Industria y Comercio o por el organismo de acreditación del país de origen afiliado al IFI (International Acreditation Forum), teniendo en cuenta lo indicado en la "NS-100 Criterios para la evaluación de la conformidad de los productos que adquiere la norma. El certificado de conformidad debe incluir la verificación de las propiedades de los Box Culvert y los sellantes exigidos en las normas correspondientes, teniendo en cuenta los métodos de ensayo aplicables. 9.2 ENSAYOS A COMPRESIÓN EFECTUADOS A LOS CILINDROS DE CONCRETO Los cilindros de concreto deben producirse y ensayarse de acuerdo a "NTC-454 Ingeniería civil y arquitectura. Practica para la toma de muestras de agregados", "NTC 550 Concretos. Elaboración y curado de especimenes de concreto en obra" y "NTC 673 Concretos. Ensayo de resistencia a la compresión de cilindros normales de concreto" para obtener la resistencia a compresión. Los cilindros deben prepararse, compactarse y curarse con los mismos métodos que el concreto del Box. Los cilindros deben mantenerse, en lo posible, junto a los tramos de Box hasta que se ensayen. Deben prepararse al menos tres cilindros de cada mezcla de concreto usada para la fabricación de uno o varios tramos (la producción de un día). En cualquier caso, no debe tomarse menos muestras (3 cilindros por muestra) de las indicadas en "NSR-98 Normas colombianas de diseño y construcción sismo resistente".


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9.2.1 Aprobación de los ensayos de los cilindros Cuando el promedio de la resistencia a la compresión de todos los cilindros ensayados es igual o mayor a la resistencia de diseño, no más del 10% de los cilindros ensayados tiene una resistencia a la compresión menor que la de diseño y ningún cilindro tiene una resistencia menor que el 80% de la resistencia de diseño del concreto, el lote se considera aceptado. Cuando el lote de cilindros no cumple con los criterios anteriores la aprobación del lote debe determinarse de acuerdo a ensayos con núcleos extraídos y su aceptación debe ceñirse a lo indicado en la sección correspondiente (ver 9.3 Ensayo de compresión de núcleos extraídos). 9.3 ENSAYOS DE COMPRESIÓN DE NÚCLEOS EXTRAÍDOS Los núcleos extraídos de concreto que se usan para hacer la prueba a compresión deben cumplir con "ASTM C497M Standard test methods for concrete pipe, manhole sections, or tile [Metric]". Deben extraerse tres núcleos de cada sección de Box seleccionado al azar de un grupo de 15 tramos. 9.3.1 Aprobación de los ensayos de los núcleos extraídos. La resistencia a la compresión de cada grupo de secciones de Box es aceptable cuando la resistencia a la compresión, definida como el promedio de tres núcleos tomados al azar del grupo evaluado, es igual o mayor que el 85% de la resistencia requerida del concreto sin que ninguno de los núcleos tenga una resistencia menor al 75% de esta resistencia requerida. Si la resistencia a la compresión de los tres núcleos no cumple con los requisitos anteriores, las secciones de dónde fueron extraídas esos núcleos deben rechazarse. Del grupo restante, deben seleccionarse dos secciones al azar para sacar un núcleo de cada una de ellas. Si los dos núcleos tienen una resistencia mayor o igual al 85% de la resistencia del concreto requerida, todas las secciones del grupo restante se consideran aceptadas. Si cualquiera de los dos núcleos tiene una resistencia a la compresión menor que el 85% de la resistencia requerida a compresión, todas las secciones del grupo restante deben rechazarse ó, a criterio del fabricante, a cada sección de Box de todo el grupo evaluado deben extraerse núcleos y aceptarse individualmente. Cualquier sección que tenga un núcleo con una resistencia menor del 85% de la de diseño, debe rechazarse.


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9.3.2 Reparación de los huecos dejados por los núcleos en las secciones Los huecos dejados luego de las pruebas deben llenarse y sellarse por el fabricante de tal manera que la sección del Box cumpla con todos los requisitos de aceptación de esta Norma. Las secciones de Box que se reparen de la anterior manera se consideran satisfactorias para el uso. 10. INSPECCIÓN Y RECHAZO La entidad competente puede inspeccionar la calidad de los materiales, el proceso de fabricación y las secciones terminadas de Box en cualquier momento. Cualquier sección de Box puede rechazarse si: 1. No satisface cualquiera de los requisitos de la presente Norma 2. Presenta fracturas o grietas que atraviesan la pared, con la excepción de una sola grieta en los extremos que no exceda la profundidad de la junta. 3. Extremos dañados o fisurados que afecten la ejecución satisfactoria de la junta. 4. Planos de los extremos de los Box que no sean perpendiculares al eje longitudinal. Pero que cumplan con las tolerancias indicadas en este documento. 5. Presencia de defectos que evidencien un mezclado y acabado que no cumplan con lo indicado en esta Norma. 6. Tienen una textura o acabado superficial que pueda afectar la calidad y el uso del Box. 11. REPARACIÓN Las secciones de Box pueden repararse por daños menores, si se requiere, debido a imperfecciones en la fabricación o manipulación para transporte y montaje. Estas reparaciones deben ser siempre aprobadas por la entidad competente o su representante para garantizar que las secciones cumplan con esta Norma. 12. MARCADO Deben marcarse todas las secciones de Box Culverts mediante el sistema de bajo relieve o pintura resistente al agua de tal forma que la siguiente información sea legible. 1. Sección del Box (luz y altura libre) 2. Altura mínima y máxima de relleno por encima del Box 3. Día de fabricación Página 26 Calle 101 No 71 - 08 Bogotá D.C. – Colombia PBX: 6434322 FAX: 6434322

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4. Nombre del fabricante 5. Localización de la cara superior mediante bajo relieve durante el proceso de fabricación de tal manera que la palabra “arriba” se vea inmediatamente la formaleta se retire. Adicionalmente se debe pintar por la cara interna de la losa superior la palabra “ARRIBA”.

Las secciones de Box pueden repararse por daños menores, si se requiere, debido a imperfecciones en la fabricación o manipulación para transporte y montaje. Estas reparaciones deben ser siempre aprobadas por la Entidad competente o su representante para garantizar que las secciones cumplan con esta Norma.


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Anexo Box Culvert

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