DISEÑO DE CRUCE AEREO CON TUBERIA Ø2 L=35 m Proyecto : Mejoramiento y Ampliación del Servicio de Agua Potable e Instalación de la Disposición Sanitaria de Excretas y Aguas Grises en la Comunidad Nativa de Yamayakat, Distrito de Imaza, Provincia de Bagua, Departamento de Amazonas. FECHA
:
28/05/2015
1.- DATOS A INGRESAR PARA EL DISEÑO 35.0 m
Longitud del Cruce Lc= Diámetro de tubería F.G. Ø= Peso de tubería H.G. Ø 2 + accesorios Wc= Peso especifico del agua γagua= Separacion Optima Entre Pendulas S= Altura de las Columnas H= Seccion de las Columnas b=h= Resistencia de Compresion del Concreto fc= Profundidad de Cimentacion Z= Peralte de Zapata Hz= Peso Espescifico del Concreto Ciclopeo γcc= Capacidad Portante del Terreno q= Peso especifico del Suelo γsuelo= Angulo de fricción interna del suelo Ø = Flecha Adoptada F= Separacion entre tubo y cable Angulo inclinacion entre bloque y cable con la horizontal (θ) El factor de seguridad debe ser > que 1.5 para anclaje,se asumira
2 6.5 Kg/m 1000.0 Kg/m3 1.5 m 3.75 m 0.40 m 210.0 Kg/cm2 1.00 m 0.40 m 2000.0 Kg/m3 0.8 Kg/cm2 1600.0 Kg/m3 18 º 2.65 m 0.50 m 45 º 1.8
prof desplante Df (Lab)
capa port admisb (lab)
TABLA Nº 01 Tubo de Fierro Galvanizado ISO 65 DESIGNACIONES Y PESOS NOMINALES EN Kg/m Designacion Nominal Serie Estándar (S) (Pulgada) Espesor (mm) Peso(Kg/m)
1/4 3/8 1/2 3/4 1 1 1/4 1 1/2 2 2 1/2 3 4
2 2 2.3 2.3 2.9 2.9 2.9 3.2 3.2 3.6 4
2.65 m 3.75 m
0.57 0.742 1.08 1.39 2.2 2.82 3.24 4.49 5.73 7.55 10.8
0.50 m 0.60 m
2.-CALCULO DE FLECHA Y CONTRA FLECHA: Recomienda el Dr. Steinman una relación económica de flecha y luz de Lc/9 hasta Lc/12 en pases aereos y puentes colgantes, pero sin embargo tambien tener en consideracion que mas conveniente es que la fecha sea lo menor posible para evitar deflexiones bajo cargas de viento y evitar columnas muy esbeltas. Considerado lo anterior segun ACI318-83,con respecto a la funcion de esbeltez (E<21 cortas,21<=E<=100 Medianas,E>100 Largas). Flecha F= 3.89 m Calculada Lc/9 Flecha F= 2.92 m Calculada Lc/12 Flecha F= 2.65 m Adoptada 3.-CALCULO DE CARGAS DE DISEÑO:
Carga Muerta
CM = peso del agua + peso de tubería CM= 8.5 Kg/m
Carga Viva
CV = se considera el paso de una persona de 68 Kg cada 6.0m. CV= 11.3 Kg/m
Carga Horizontal
CH = Se considera una velocidad de viento de 60 km/hora como carga crítica y una presión de viento de 73.2 Kg/m². presión de viento de 73.2 Kg/m². CH = diámetro de la tubería * presión del viento
CH= 3.7 Kg/m
Integracion de Carga Ultima
W = 0.75 * (1.5 * CM + 1.8 * CV + 1.7 * CH)
W= 29.6 Kg/m
Revision de Carga Ultima
W = (1.5 * CM + 1.8 * CV)
W= 33.2 Kg/m W = Max(Integracion de Carga Ultima,Revision de Carga Ultima)
Carga Critica de Diseño W=
33.2 Kg/m
4.-DISEÑO DE CABLE PRINCIPAL: Se utilizará la fórmula del Wire Rope Hand Book, 1963, capitulo 3.
Carga
Long. Cruce
Flecha
Tension Horizontal
W (Kg/m)
X (m)
F (m)
TH (Kg)
33.2
0.0
2.7
1916.97
Tension Maxima Tmax.
(Kg)
2002.95
Tension Vertical Tv (Kg)
580.57
TABLA Nº 02 Diámetros 1/4" 3/8"
Cable tipo BOA 6 x 19 Peso Kg/m 0.17 0.39
Rotura Ton. 2.67 5.95
PASE AEREO L=35m / LINEA DE CONDUCCION
1/2" 5/8" 1" 1 1/4"
0.68 1.07 2.75 4.3
10.40 16.20 40.70 63.00
TDiseño =3*Tmax.
Tension de Diseño del Cable
T Diseño = 6009 Kg
=6.01 Tn
Peso del cable =
Por lo Tanto de la Tabla Nº01 se usará cable de 1/2" tipo BOA 6 x 19 0.68 Kg/m
1/2"
Integrando la carga muerta de nuevo para considerar el peso propio del cable elegido, la cual queda de la siguiente manera:
Carga Muerta CM= 8.5 Kg/m
+
0.68 Kg/m
Integracion de Carga Ultima
=
9.20 Kg/m
W = 0.75 * (1.5 * CM + 1.8 * CV + 1.7 * CH)
W= 30.4 Kg/m
Revision de Carga Ultima
W = (1.5 * CM + 1.8 * CV)
W= 34.2 Kg/m La Nueva Carga Ultima será: W = Max(Integracion de Carga Ultima,Revision de Carga Ultima)
Carga Critica de Diseño W=
34.2 Kg/m
Los Nuevos Componentes de la tension serán: Se utilizará la fórmula del Wire Rope Hand Book, 1963, capitulo 3.
Carga
Long. Cruce
Flecha
Tension Horizontal
Tension Maxima
W (Kg/m)
X (m)
F (m)
TH (Kg)
34.2
0.0
2.7
1975.90
2064.53
598.42
34.2 34.2 34.2 34.2 34.2 34.2 34.2 34.2 34.2 34.2 34.2 34.2 34.2 34.2 34.2 34.2 34.2 34.2 34.2 34.2 34.2 34.2 34.2 34.2
1.5 3.0 4.5 6.0 7.5 9.0 10.5 12.0 13.5 15.0 16.5 18.0 19.5 21.0 22.5 24.0 25.5 27.0 28.5 30.0 31.5 33.0 34.5 35.0
2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7
1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90 1975.90
2050.25 2037.17 2025.29 2014.66 2005.28 1997.17 1990.35 1984.84 1980.63 1977.75 1976.20 1975.98 1977.09 1979.53 1983.29 1988.37 1994.75 2002.43 2011.39 2021.61 2033.07 2045.76 2059.64 2064.53
547.12 495.83 444.54 393.25 341.95 290.66 239.37 188.07 136.78 85.49 34.20 17.10 68.39 119.68 170.98 222.27 273.56 324.85 376.15 427.44 478.73 530.03 581.32 598.42
Tmax.
(Kg)
Tension Vertical Tv (Kg)
TDiseño =3*Tmax.
Tension de Diseño del Cable
T Diseño = 6194 Kg
=6.19 Tn
Por lo Tanto de la Tabla Nº02 se usará cable de 1/2" tipo BOA 6 x 19 1/2"
Longitud del cable principal (LT): Según la sección del Wire Hand Book,1963,para flechas menores de 5% de Luz(Lc),donde: Lct=(L1+(L2*2))*1.10 Donde: L1=Longitud de cable entre columnas L2=Longitud de cable entre anclaje y columna L1=Lc+(8*F^2/(3*Lc))
L1= Lct=
L2= (H-(Z-Hz))/COS(θ) L2=((Lc/4)^2+F^2)^0.5 L2= 4.50 m L2= 9.1 m
35.5 m 51.0 m
5.-DISEÑO DE LAS PENDOLAS O TIRANTES: Para determinar la carga de trabajo de cada péndola se utiliza la formula siguiente: Q = W * S = Carga Critica de Diseño * separación entre péndolas
Q= 51.3 Kg
=0.1 Tn
Por lo Tanto de la Tabla Nº02 se usará cable de 1/4" tipo BOA 6 x 19
PASE AEREO L=35m / LINEA DE CONDUCCION
1/4" Para calcular la longitud de las pendolas se utilizara la siguiente ecuación Y=W*X*(S-X)/(2*H) Y=Variacion de la flecha W=Carga Ultima (kg/m) X=Variable S=Luz (Lc) H=Tension maxima del cable (kg) LONGITUD DE PENDULAS DE PASO AEREO X (Variable)
W (kg/m)
1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12 13.5 15 16.5 17.5
34.20 34.20 34.20 34.20 34.20 34.20 34.20 34.20 34.20 34.20 34.20 34.20
H (kg)
W/2*H
1,975.90 1,975.90 1,975.90 1,975.90 1,975.90 1,975.90 1,975.90 1,975.90 1,975.90 1,975.90 1,975.90 1,975.90
Y (m)
0.008653061 0.008653061 0.008653061 0.008653061 0.008653061 0.008653061 0.008653061 0.008653061 0.008653061 0.008653061 0.008653061 0.008653061
0.43 0.83 1.19 1.51 1.78 2.02 2.23 2.39 2.51 2.60 2.64 2.65
Longitud de N° de Pendola péndola (m) 2.72 2 2.32 2 1.96 2 1.64 2 1.37 2 1.13 2 0.92 2 0.76 2 0.64 2 0.55 2 0.51 2 0.50 1 SUMA TOTAL
Longitud Total (m) 5.44 4.64 3.92 3.28 2.74 2.26 1.84 1.52 1.28 1.10 1.02 0.50 29.5 m
Las pendolas se sujetan con cables y abrazaderasa, debido a estos accesorios se aumentara la longitud en un pendulo en 20 cm: Longitud Total=
29.5 m
+
4.6
=
36.00 m
6.-DISEÑO DE LAS COLUMNAS: Serán de Concreto Armado
Esbeltez
Se clasifica como columna esbelta cuando la relación de esbeltez se mantiene entre el intervalo siguiente:
K 2.00
H=Lu (m) 3.75
I (m4) 0.002133
A (m2) 0.16
r 0.12
Klu/r=E 64.95
Cortas E<21 Medianas 21<= E<=100 Largas >100
Trabaja como una Columna Mediana al estar en su intervalo.
Carga crítica de una columna (Pcr) K 2.00
H=Lu (m) 3.75
fc (Kg/cm2) 210.0
I (m4) 0.00213
Pcr (Kg) 76788.08
Refuerzo en la columna TABLA Nº 03 En la colunma solo actua la fuerza axial Tv,que es la tension vertical del cable, que trabaja unicamente a comprension,debido a que la fuerza es muy pequeña comparada a lo que la seccion transversal de la columna puede resistir,se usará el criterio de la seccion 10.8.4 ACI,que dice que cuando un elemento sujeto a comprensión tiene una sección transversal mayor requerida para las condiciones de carga,con el fin de determinar el refuerzo mínimo, se empleará una area efectiva reducida no menor que 1/2 del área total,por tanto:
Asmin=
8.0 cm2
6.32
8 varillas
fc (Kg/cm2) 210.0
Pu (Kg) 29814.4
Fierro Corrugado DESIGNACIONES Y PESOS NOMINALES Designacion Nominal (Pulgada) mm Seccion (mm2)
3/8 1/2 5/8 3/4 1 1 3/8
6 8 12 -
de Φ 1/2
carga axial que soporta la columna Tv (Kg) 598.4
Ya que no estara sometida a ningun tipo de esfuerzo flexionante,se reforzara transversalmente con fierro: Estribos a cada
0.25
de Φ 3/8
7.-DISEÑO DE LAS ZAPATAS
Verificacion de la Capacidad Portante del Terreno Dimension Inicial de Zapata= Fuerza de corte= Peso de Columna= Peso de Suelo= Peso de Zapata=
1.40 m 598.4 Kg 1440.0 Kg 1728.0 Kg 1881.6 Kg
Carga que Soporta la Zapata Wz=
5648.0 Kg
Carga Ultima Wzu=
9407.4 Kg
PASE AEREO L=35m / LINEA DE CONDUCCION
Se cumple que : Tv
28 50 71 113 129 199 284 510 1006
Peso (Kg/m)
0.222 0.4 0.56 0.89 0.994 1.552 2.235 3.973 7.907
Carga Distribuida por la Zapata Wq=
0.29 Kg/cm2
≤ 0.8 Kg/cm2 .... ok
Cortante Actuante Va= Cortante Resistente Vc=
5268.1 Kg 29704.1 Kg
Se cumple que : Va
Cortante Actuante Va= Cortante Resistente Vc=
13493.7 Kg 123059.7 Kg
Se cumple que : Va
Chequeo por Corte Simple
Chequeo por corte punzonante
Calculo de Refuerzo 360 Kg-m 0.002
Momento Ultimo Mu= Cuantia minima p= Espaciamiento @
9.7 cm2 Area de Acero Minimo As min= Usando Varilla de Φ 5/8 de colocara Acero de Φ 5/8 en ambos sentidos @ 0.20
0.21
8.-DADOS DE ANCLAJE Los Dados de Anclaje o muerto se diseñara de concreto ciclópeo, enterrado con la superficie superior a nivel del terreno. Se utilizará la teoría de ranking para el empuje de tierras.
Verificacion contra volteo La verificacion contra volteo,se simplifica debido a que: 1.El anclaje tiene forma de cubo,con longitud h,en metros 2.El factor de seguridad debe ser mayor que 1.5,se asumira 1.8 3.Se aplica la ecuacion ∑MR=1.8∑MA 1459.8 Kg 1459.8 Kg
Tmax (x) Tmax (y) Kp= Ka=
1.86 0.54 1488.02 *h^3 430.10 *h^3 2000.00 *h^3
Pp=(Ka*Ys*h^3)/2= Pa=(Ka*Ys*h^3)/2=
W=h^3*Ycpeo= Mp=Pp*h/3= Mact=Pa*h/3=
1488.02 *h^3*h/3 430.10 *h^3*h/3
= =
496.01 *h^4 143.37 *h^4
∑momentos resistentes>1.8∑Momentos actuantes ∑MR>1.8∑MA Mp+W*(h/2)=1.8*{(Ty*h/2)+(Tx*h/2)+Mact)} Mp= Mw=
M resistente
496.01 h4 1000.00 h4
Mv= MH= Mact=
M actuantes
h= h=
Por lo tanto de adopta como Ancho=Largo=Altura del Dado de
Chequeo por volteo:
729.92 h 729.92 h 143.37 h4 1.29 m 1.30 m
M resistente / M actuantes > 1.50 1.85
Chequeo por volteo:MR/MA=
Ok
>1.5
Verificacion contra deslizamiento >1.5
∑FH R > ∑FH act
>1.5
Cfs*(W-Ty)+Pp Tx+Pa
Cfs=0.9*tanø=
0.28 W= Ty= Pp=
F resistente
Chequeo por deslizamiento:
4394.0 Kg 1459.8 Kg 3269.2 Kg
Tx= Pa=
F actuantes
1459.8 Kg 944.9 Kg
F resistente / F actuantes > 1.50 1.71
Chequeo por deslizamiento:FR/FA=
Ok
>1.5
Verificacion de presiones a=
∑Mo W
=
e=
1965.48 4394.00 0.203
=0.45 m e
0.22
q=(W/L*b)+-(W*e/S) q= q=
5032.29 167.71
=0.50 Kg/cm2 =0.02 Kg/cm2
No excede la capacida Portante de Terreno No existen presiones negativas
Var 3/8 4Var 1/2
4Var 1/2
PASE AEREO L=35m / LINEA DE CONDUCCION
1.30
1 @ 0.05, 4 @ 0.15, r @ 0.25 4Var 1/2
4Var 1/2 Var 5/8 @ 0.20 0.40 m
Var 5/8 @ 0.20 0.50 m
0.50 m
0.40 m
0.40 m Cable 1/2" 2.65 m
Cable 1/4" Tuberia 2 45° 1.30 m
0.40 m
1.30 m
2.65 m
1.40 m
1.40 m
1.30 m 2.65
35.0 m 4.00 m
1.30 m
4.00 m
1.40 m
1.40 m
PASE AEREO L=35m / LINEA DE CONDUCCION
1.30 m
