COMISION NACIONAL DEL AGUA

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1 COMISION NACIONAL DEL AGUA PROYECTO EJECUTIVO CANAL PRINCIPAL 4 DE ABRIL Y SU ZONA DE RIEGO DISTRITO DE RIEGO 014 RIO COLORADO BAJA CALIFORNIA Y SONORA PUENTE VEHICULAR KM DEL CP 4 DE ABRIL MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURAL 1.- DISEÑO DE LOSA VEHICULAR 2.- DISEÑO DE ESTRIBOS EXTEMOS PARA LOSA VEHICULAR MEM-EST-4 ABR-014 DEL CONTRATO No. SGIH-OCPBC-BC-11-CIH-027-RF-AD DESARROLLO REGIONAL ESPECIALIZADO CONSULTORES ASOCIADOS S.A. DE DESARROLLO REGIONAL ESPECIALIZADO, CONSULTORES ASOCIADOS S.A. DE C.V.

2 COMISION NACIONAL DEL AGUA PROYECTO EJECUTIVO CANAL PRINCIPAL 4 DE ABRIL Y SU ZONA DE RIEGO DISTRITO DE RIEGO 014 RIO COLORADO BAJA CALIFORNIA Y SONORA PUENTE VEHICULAR KM DEL CP 4 DE ABRIL MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURAL 1.- DISEÑO DE LOSA VEHICULAR MEM-EST-4 ABR-014 DEL CONTRATO No. SGIH-OCPBC-BC-11-CIH-027-RF-AD DESARROLLO REGIONAL ESPECIALIZADO CONSULTORES ASOCIADOS S.A. DE DESARROLLO REGIONAL ESPECIALIZADO, CONSULTORES ASOCIADOS S.A. DE C.V.

3 Datos para el diseño. Se diseñara el claro largo de la losa que en este caso es de m, según corte B-B del plano EST-4 ABRIL-014 1/3 CONCEPTO CANTIDAD UNIDAD Longitud total m Claro del puente m Ancho de la calzada 6.70 m Ancho de las guarnicion m Ancho de las guarnicion m Ancho total del puente 8.30 m Peralte de las guarniciones 0.65 m Espesor de la losa (supuesto) 0.35 m Espesor de la carpeta asfáltica 0.03 m Bombeo 0.06 m Perfil recto con 2 % de pendiente Esviajamiento 62 grados el puente es normal al cauce Número de trabes 3 trabes Carga viva considerada: Parapeto tipo: Camión tipo HS - 20 en dos líneas de circulación GD con remates rectos Dimensiones de la seccion propuesta (m) a b b' c d e f g h h' i j k l m n Diseño de la losa Losa en voladizo Momentos en el voladio (al paño exterior de la nervadura): a).- Por carga muerta Concepto Peso Brazo Momento (kg) (m) (kg-m) Parapeto Guarnición Losa Pcm= 831 kg/m Mcm= 693 kg-m/m b).- Por carga viva mas impacto (rueda a 30 cm de la guarnición)

4 Mcv+I= (P/E) X *1.3 P1= 7264 kg X= m E= m Mcv+I= 2582 kg-m/m c).- Momento total en la losa en voladizo: Mt= Mcm + Mcv +I= 3275 kg-m/m Losa entre nervaduras: a).- Por carga muerta: s= claro de cálculo= m Peso propio de la losa= 480 kg/m2 Carpeta asfaltica= 60 kg/m2 W= 540 kg/m2 Mcm= kg-m/m b).- Por CV + impacto= Mcv+I= (P/E) X *1.3 s= m P2= 7264 kg E= m Mcv+I= 2731 kg-m/m c).- Momento total en la losa entre nervaduras: Mt= Mcm + Mcv +I= 3010 kg-m/m Comparando los momentos totales en la losa, en voladizo y entre nervaduras. Mt voladizo= Mt entre nervaduras= 3275 kg-m/m 3010 kg-m/m Se acepta. Constantes de cálculo para el concreto reforzado. CONCEPTO CANTIDAD UNIDAD fy= 4200 kg/cm 2 fs (trabe) = 1890 kg/cm 2 fs (losa) = 2100 kg/cm 2 6 Es 2 10 f'c = 250 kg/cm 2 n = %fc = 0.45 Ec f ' c 8.43 f'c(losas) = kg/cm 2 f'c(trabes) = 100 kg/cm 2 Tensión diagonal, trabe= 21 kg/cm 2 Adherencia barras de 1" de Ø inferior= 14 kg/cm 2 1 k Adherencia barras de 1" de Ø superior= 20 kg/cm 2 fs n = k = n fc

5 1 k fs 1 n fc j = K = kg/cm 2 j = 1 k/3 = α = R = ½ k j f c = kg/cm 2 perm ' 0.29 fc 4.59 kg/cm 2 Diseño de la losa d MT cm Se adopta: d = 15 cm r = 5 cm h = 20 cm Acero de refuerzo: a) Acero principal: As = MT x 100/(fs x j x d) = cm 2 Considerando varillas del N 5 Se colocarán varillas del No. 18 a = cm a S As 17.1 cm As = 11.6 cm 2 Se doblaran a 0.8 m a partir del centro de linea entre dos nervaduras y medido sobre el semip Se revisará la seccion considerando refuerzo a tensión y a compresión. AS= vars. De No. 36 = 5.5 cm2/m AS= vars. De No. 18 = 11.0 cm2/m Profundidad del eje neutro: nas (d-x)= (bx 2 /2)+(2n -1) A's (x-d') n= 10 r= 3 cm As= 11.0 cm2/m d= 20 cm b= 100 cm A s= 5.5 cm2/m d'= 3 cm C1= C2= 2.14 X= 4.8 cm

6 Brazo del par resistente fc 1 = 0.31 fc c= fc m= fc I= 1.77 cm Jd= cm fs= 1955 kg/cm2 < 2100 kg/cm2 Por lo tanto, es admisible. Los esfuerzos son aceptables b) Acero para distribución: El porcentaje recomendado por las Especificaciones de puentes para caminos está dado por la siguiente expresión: 100 % % 3.28 L % L % Asd = % x As = 3.01 cm 2 Considerando varillas del N a S As a = cm cm Se colocarán varillas del No. 24 As = 3.1 cm 2 Acero por temperatura: Ast = x 100 x h = 3.6 cm 2 Considerando varillas del N a S As a = cm cm Se colocarán varillas del No. 20 Acero adicional sobre los diafragmas As = 3.8 cm 2 As ad= 0.5 As= 5.80 cm 2 Considerando varillas del N a S As a = cm cm Se colocarán varillas del No. 21 As = 6.0 cm 2 Long.=(s/4)+0.50= m a partir del paramento del diafragma

7 DISEÑO DE LAS TRABES EXTREMAS POR FLEXION El refuerzo principal es el que se indica en la figura: Area varilla vars. De 1" 5.07 cm2 Perímetro varill vars. De 1" 7.98 cm As= 26 vars. De 1" cm2 Centro de gravedad del refuerzo: Numero distancia producto (cm) (cm) y1= y2= y3= y4= y5= y= 14.7 cm A= B= C= D= X= a).- Momento flexionante por carga permanente Carga uniforme. Suponiendo peralte de nervadura d 0.80 m y ancho de nervio de 0.25 m Parapeto, guarnicion y losa del voladizo= 831 kg/m Carteles 0.10 x 0.10 x 2400= 24 kg/m 855 kg/m Bulbo inferior: 384 kg/m Nervio: 480 kg/m Losa entre nervaduras= 666 kg/m 2385 kg/m Carga concentrada (Diafragmas) M CM = 113 ton-m Altura de diafragma= 0.6 m Ancho de diafragma= 0.2 m Longitud de diafragma= m P= 0.33 ton R= 0.33 ton

8 b).- Momento flexionante por carga móvil. F= m F/3= 6.50 m M C = 2.13 ton-m La posición crítica de la carga HS-20 (3 EJES) se muestra en la siguiente figura: Se asume una carga concentrada de la carga HS-20 de acuerdo a la siguiente figura: En donde: P CV = ton Pc1= 3.63 ton Pc2= ton A= m B= 4.27 m C= 0.71 m D= 4.27 m E= m F= m F/2= 9.75 m M A = ton Impacto= 0.41

9 En donde: A= 4.8 A/2= 2.4 B= 1.2 C= 1.2 D= 1.9 E= 0.5 F= Factor de concentración: Rb= 1.15 Momento MI= 52.8 ton-m Momento total= ton-m c). Diseño de las trabes por momento flexionante M TOTAL = ton-m As= cm2 b= cm t= 15.8 cm d= 81.1 cm bt 2 = n As= bt= n Asd= kd= 26 cm > 15.8 cm d-kd= 55 cm De lo anterior se deduce que es viga "T" z= 6.7 cm jd= 74.3 cm fs= 1718 kg/cm2 < 1890 kg/cm2 fc= 80.1 kg/cm2 < kg/cm2 En las varillas inferiores fs1= 2020 kg/cm2 < 2100 kg/cm2 Se deduce que el refuerzo esta dentro de especificación. d). Fuerza cortante y esfuerzos en el apoyo Por carga permanente: Vp= 23.6 ton Por carga movil: En donde: A= 4.27 m B= 4.27 m C= m

10 F= m R1= 7.07 ton Vcv+I= ton V total= ton Suponiendo que en el apoyo, la seccion tenga 10 varillas del refuerzo principal: número de varillas: 10 y= 7.2 cm d= 88.6 cm 2 n As= n As d= kd= 16.8 cm z= 5.6 cm jd= 83.0 cm V= 16.9 kg/cm2 < 21 kg/cm2 µ= 5.3 kg/cm2 < 20 kg/cm2 e). Fuerza cortante en el centro del claro. Por carga permanente, Vcm (cl) = 0 En donde: A= 9.75 m B= 4.27 m C= 4.27 m D= 1.21 m F= m Por carga móvil, R1= 14.6 ton Fuerza cortante total, V' tot cl = 23.7 ton f). Doblado de varillas del refuerzo principal Distancias a las que pueden doblarse las varillas a partir del centro del claro X=(F/2) x (Nd/Nt)^.5= Nt= 26 varillas X= 1.91 (Nd^.5) Nd X teórico X real Distanci a entre % propuesto varillas

11 5 en cada cara g). Revisión por carga móvil extraordinaria Factor de concentración: FC= 0.90 Momento Total= ton-m M't= ton-m < ton-m Fuerza cortante total en el apoyo= ton V't= ton < ton Fuerza cortante total en el centro del claro: ton V'tcl= 24.7 ton > 23.7 ton h). Refuerzo del alma. ton 0 m 2 barras de 1 " de Ø dobladas a 45 ⁰ ton 10 m As= cm2 ton Vr45= /s ton ton Estribos de 1/2 " de Ø de dos ramas ton As= 2.53 cm2 ton 16.6 m distancia de separacion de es V E = /s BARRAS ESTRIBOS S V S V cm Ton cm Ton Refuerzo adicional en la cara de las trabes Asdn= 5.27 cm2 Diafragmas Utilizando varillas # Se colocarán 4.2 Peso propio= kg Peso de la losa= kg a). Momento por carga permanent 3.6 ton-m, as= cm 2»

12 b). Momento por carga movil + impacto Se calculará con las concentraciones del camión suponiendo que el diafragma esta libremente apoyado en los paños interiores Vtotal= Vcl= 24.7 V1= 20 V2= 17 V3= 13 V4= 9 V5= 18 ESTRIBOS A= 2.70 B= 3.76 C= 4.82 D= 5.87 E= 6.72 F= 7.57 G= 8.27 H= 8.97 I= 9.68 J= K= 0.32 L= DETALLE DEL DOBLADO DE VARILLAS NOTAS: Se considera que el concreto no toma tensión diagonal, toda la tensión diagonal la toman entre las varillas dobladas y los estrib Los estribos verticales deberán absorber como mínimo Vmax. /4 Distancias máximas medidas en el semiperalte a).- Entre la cara del apoyo y la primer varilla doblada= 0.5 d b).- entre las varillas dobladas= jd c).- Entre apoyo y primer estribo vertical= 0.25 d d).- Entre dos estribos verticales= 0.5D De acuerdo a la carga viva HS-20 (3 ejes), la posición crítica es la siguiente:

13 Carga Pc1= 3.63 ton Carga Pc2= ton Distancia entre ejes= 1.83 m M= ton-m M M = ton-m c).- Momento por carga móvil extraordinaria d).- Momento de proyecto M'= ton-m M' M = ton-m Carga ordinaria= ton-m Carga extraordinaria= 24.1 ton-m kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2 e).- Fuerzas cortantes Pesos propios y de la losa= 2.48 ton Por carga movil extraordinaria V= ton V'm= ton Fuerza cortante de proyecto: ton f).- Diseño Se tiene d= 70 cm b= m t= m As= 4 varillas de 1 " de Ø = cm2 Perímetro varilla de 1 " Ø= 7.98 cm s peraltada, en forma aproximada se obtiene:

14 fs= kg/cm2 < 1890 V= kg/cm2 < 21 µ= kg/cm2 < 20 Usando estribos de 2 ramas del núm 3 el espaciamiento máximo será de: S= 9 cm Apoyos móviles kg/cm2 Se propondrán de concreto como se indica en la figura: kg/cm2 50 cm Placa de acero (ancho)= 0.25 m Placa de acero (largo)= 0.45 m Placa de acero (espesor)= m kg/cm2 Apoyo de plomo (largo)= 0.45 m Apoyo de plomo (ancho)= 0.18 m Espesor apoyo de plomo= 0.03 m Reacción máxima, R= 36.4 ton Para la compresión máxima, la excentricidad máxima es de: 4 cm f= 63 kg/cm2 kg/cm2 Suponiendo que el área de la trabe e 50 cm x 45 cm la compresión permisible es de: 66.7 kg/cm2 < 150 Por lo tanto la placa de la trabe es aceptable y su espesor será de: e= cm kg/cm2 e= 1 1/4" 50 cm Placa de plomo Esfuerzo de fluencia fp= 162 kg/cm2 Esfuerzo medio fpm= 45.0 kg/cm2 < 100 Tambien igual a 0.56 f'p< kg/cm2 La excentricidad admisible es de: e= 4 cm

15 a= 10 cm y el área de contacto efectivo es de= 440 cm2 Mecedora Se supone de 36 cm x 55 cm x Ac= 1800 cm2 fc= 170 kg/cm2 < 180 Tensión máxima que se presenta en el conceto en la mecedora: Tensión en el ancho total y por 5 cm de altura: Para R= kg y acero de refuerzo en porcentaje de: p= Suponiendo espirales de 6 ramas de 1/4"Ø y con paso de 5 cm f= 3.95 kg/cm2 < 9 T= 987 kg/cm2 Y como el área del refuerzo es de As= 1.92 cm2 fs= kg/cm2 < 1890 La mecedora se hara de : 36 cm x 55 cm x La altura es de 55 cm

16 COMISION NACIONAL DEL AGUA PROYECTO EJECUTIVO CANAL PRINCIPAL 4 DE ABRIL Y SU ZONA DE RIEGO DISTRITO DE RIEGO 014 RIO COLORADO BAJA CALIFORNIA Y SONORA PUENTE VEHICULAR KM DEL CP 4 DE ABRIL MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURAL 2.- DISEÑO DE ESTRIBOS EXTEMOS PARA LOSA VEHICULAR MEM-EST-4 ABR-014 DEL CONTRATO No. SGIH-OCPBC-BC-11-CIH-027-RF-AD DESARROLLO REGIONAL ESPECIALIZADO CONSULTORES ASOCIADOS S.A. DE DESARROLLO REGIONAL ESPECIALIZADO, CONSULTORES ASOCIADOS S.A. DE C.V.

17 Diseño de estribos para apoyo extremo de losa vehicular Material de relleno (banco): Peso Vol. Seco= Peso Vol. Sat.= Angulo de fricción interna φ= Cohesion C= dad de carga admisible del terreno 1870 kg/m kg/m kg/m kg/m2 Se propone la siguiente geometria: Largo de la cimentacion= Altura= Ancho de cimentacion= Angulo con la horizontal (alfa)= Ancho de muro soporte= 5.65 m 2.65 m 2.40 m m A 0.60 m B 0.30 m C 1.60 m D 0.50 m E 0.30 m F 0.70 m G 0.10 m H 0.40 m I 0.10 m J 0.30 m K 2.35 m L 2.65 m M 1.00 m N 1.00 m Ñ 2.40 m P1 P m m2

18 Las cargas asociadas a la losa y al relleno del suelo son las siguientes: En donde: CARGA MUERTA CARGA VIVA kg kg N= kg (fricción) F= kg P1= kg P2= kg Peso terreno= kg Empuje del relleno K= tan 2 (alfa x φ) = 0.81 g = 1900 kg/m3 h= 2.65 m E= 1/2 g K h 2 = 5409 kg Empuje del terreno E= kg Y= 0.88 m Dimensiones de la seccion de desplante de la zapata. Area= m2

19 Ixx= Sxx= Iyy= Syy= m m m m3 Cálculos de las fatigas en e l terreno. Tomando momentos con respecto al desplante del estribo y con respecto a la línea A-A. Fuerza Brazo (m) Momento (Kg-m) N= P1= P2= T1= F=± E= Σ Fv= Σ M1= Kg-m Σ M2= Kg-m e1= < m e2= < m La resultante cae dentro del tercio medio. My1= My2= kg-m kg-m Alternativa 1.- fmax= < kg/m2 fmin= 848 < kg/m2 Alternativa 2.- fmax= < kg/m2 fmin= < kg/m2 Por lo que rige la alternativa 2 Cálculo de la zapata Dimensio 1.0 m Dimensio 0.4 m Dimensio 1.0 m

20 Espesor de la zapata= 0.30 m Esfuerzo extremo= Esfuerzo A= Esfuerzo B= Reacción del terreno en el punto A Ra= kg XA= 0.53 m MA= Kg-m Peso de la zapata Pa= 720 kg XA= 0.50 m MA= 360 kg-m Peso de la tierra Pa= 4395 kg XA= 0.50 m MA= 2197 kg-m Momentos y cortantes totales MA= 9060 kg-m VA= kg Reacción del Terreno en el punto B PB= 5820 kg XB= 0.33 m MB= 1940 kg-m Peso de la zapata PB= 720 kg XB= 0.50 m MB= 360 kg-m Peso de la tierra PB= 4395 kg XB= 0.50 m MB= 2197 kg-m Momentos y cortantes totales MB= 617 kg-m VB= 706 kg Constantes de cálculo

21 CONCEPTO CANTIDAD UNIDAD fs = 2100 kg/cm 2 6 Es 2 10 f'c = 250 kg/cm 2 n = fc = 0.45 Ec f ' c 8.43 f'c = kg/cm 2 1 n = 8.43 k fs k = n fc j = K = kg/cm 2 = 1 k/3 = α = R = ½ k j f c = kg/cm 2 perm v V bd ' f c 8.38 kg/cm kg/cm 2 <= 8.38 kg/cm 2 Revisión de la sección: d M R b d= 24 cm Se adopta d= 35 cm r= 5 cm h= 40 cm v= 4.86 < 8.38 kg/cm 2 Refuerzo en el lecho superior de la zapata M As fs j d As= 0.94 cm2/m Considerando varillas del N 4 a = cm 2 S 100 a As cm Se colocarán varillas del N 90 cm

22 Refuerzo en el lecho inferior de la zapata M As fs j d As= cm2/m Considerando varillas del N 6 a = cm 2 S 100 a As 20.7 cm Se colocarán varillas del N 15 cm DISEÑO DE MUROS EN ESTRIBOS Ff 0.40 ht = 2.65 Fs Eg g 3 kg/ m 2.65 ha 1900 A A Ha = 2.65 m Presión del suelo en el punto de ha = 0.88 m Cálculo del momento en la sección A - A E suelo = 5409 kg/m Mv = Er * D = 4778 kg-m Peso del muro P1= 4224 kg/m Carga muerta + carga viva (vertical W= kg/m

23 Carga por friccion (horizontal) Ff= 2267 kg/m DISEÑO POR SISMO Mf = Ff * d = 6008 kg-m FUERZA APLICADA AL MURO POR EL EFECTO DEL SISMO POR CADA METRO DE MURO Fs= 6691 KG BRAZO DE APLICACIÓN d= 1.33 m Ms = Es * d = 8865 kg-m EL MOMENTO RESULTANTE ES LA SUMA DE LOS MOMENTO PROVOCADOS POR EL SISMO + EL EMPUJE DEL SUELO + FUERZA DE FRENADO Mr= kg-m EL CORTANTE RESULTANTE ES LA SUMA DE LOS CORTANTES PROVOCADOS POR LAS ACCIONES DEL SISMO, EMPUJE DE SUELO Y FRENADO Vr= kg Diseño de la sección Cálculo del peralte d M Rb cm Se adopta un peralte efectivo de 35 cm y un recubrimiento de 5 cm d = 35 cm r= 5 cm h = 40 cm Revisión por cortante El esfuerzo permisible al cortante es: 0.53 f ' c 8.4 kg/cm 2 v d os cálculos anteriores, V = Er = kg v bd V 4.10 kg/cm 2 < al esfuerzo permisible al cort

24 Acero principal por momento M As fs j d cm 2 Considerando varillas del N 8 a = cm 2 S 100 a As 17.0 cm Se colocarán varillas del N 14 cm Acero por temperatura As = b h = 7.20 cm 2 Considerando varillas del N 5 S 100 a As a = cm cm Se colocarán varillas del N 25 cm