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DISEO ESTRUCTURAL CONECTIVIDAD QUEBRADA SANTA ELENA BARRIOS DE JESS 1de 20

MEMORIAS DE CLCULO

DISEO ESTRUCTURAL

PROYECTO: CONECTIVIDAD QUEBRADA SANTA ELENA-BARRIOS DE JESUS

LOCALIZACIN: MUNICIPIO DE MEDELLN - ANTIOQUIA

PROPIETARIO: E.D.U.

MAYO DE 2010


DISEO ESTRUCTURAL CONECTIVIDAD QUEBRADA SANTA ELENA BARRIOS DE JESS 2 de 20

1. DATOS TOMADOS DEL ESTUDIO DE SUELOS 1.1 Caracterizacin del suelo segn POT del 2008.

1.2 Tipo de suelos presentes. Se componen bsicamente de un lleno altamente heterogneo y a continuacin un flujo de lodos. Estas dos capas estn en profundidades variables entre 0.90m y 1.50m. Humedad natural y plasticidad son medias y la densidad es baja por lo general. 1.3 Recomendaciones y parmetros de cimentacin. En el estudio de suelos entregados a esta oficina para la realizacin del presente proyecto estructural, no aparece una conclusin clara de la profundidad de desplante para muros de contencin (este dato ser sacado de los resultados de los apiques mostrados en el estudio de suelos como tal, pero debe ser chequeada y confirmada en obra por el ingeniero de suelos que realiz dicho estudio), pero si



aparecen las respectivas recomendaciones para la ejecucin de senderos peatonales, andenes y obras de urbanismo superficiales. Muros de Contencin Tpicos. Tipo de cimentacin: Zapatas individuales y/o vigas corridas.

- Profundidad de cimentacin: 1.00m a 1.50m. - Nivel fretico: No existe este dato en el estudio d suelos entregado. - Densidad total media hmeda S = 2.00 Ton/m3.

Senderos Peatonales

- Tipo de cimentacin: Reemplazo del suelo. - Profundidad de Excavacin 0.35m. - Profundidad de Reemplazo 0.25m. - Nivel fretico: No existe este dato en el estudio d suelos entregado. - Densidad total media hmeda S = 2.00 Ton/m3. - Confinar el reemplazo con geotextil segn especificaciones del estudio de

suelos.

1.4 Efectos Locales. Zona de riesgo ssmico intermedia. Perfil del suelo tipo S-2.



2. SISTEMAS DE CONTENCIN Muro de Contencin por Empotramiento: El sistema utilizado para este muro de contencin consta de un muro en voladizo construido bien sea en bloques de concreto reforzado o en concreto reforzado vaciado in situ, para soportar el talud que contiene. Dicho muro consta de un vstago de contencin apoyado en una viga de cimentacin corrida la cual debe estar empotrada lo suficiente, dependiendo de la altura libre del muro y de las recomendaciones de desplante del suelo necesarios para evitar el asentamiento, vuelco o deslizamiento de este sistema. Como su nombre lo dice, este sistema se controla por empotramiento y es eficiente en casos en los que sea demasiado costoso hacer el movimiento de tierras necesario para ejecutar la pata que requerira un muro de contencin en voladizo tradicional. Para este proyecto se emplearn estos muros, para soportar los andenes de acceso y/o peatonales de algunas viviendas. Son muros que no tienen la necesidad de un filtro para su buen funcionamiento y que por su tipo de desempeo estructural servirn como reemplazo (adosado) de los muros que actualmente soportan dichos andenes pero que no cumplen con las especificaciones mnimas de funcionamiento estructural como tal. Muro de Contencin en Voladizo: El sistema utilizado para este muro de contencin consta de un muro en voladizo construido en concreto reforzado para soportar el talud que contiene. Dicho muro consta de un vstago de contencin adherido a una pata que sirve como soporte del contrapeso necesario para evitar el asentamiento, vuelco o deslizamiento de este sistema. Muro de Contencin (Alcorque): El sistema utilizado para este muro de contencin consta de un muro en que trabaja bsicamente por empotramiento. Este muro se compone de una viga de cimentacin corrida en la cual se apoya el muro formado por bloques de concreto reforzado y rematados por una viga de corona. Las graderas y escaleras apoyadas como tal sobre un reemplazo debidamente compactado, tambin servirn, para tramos bajos, como sistema de contencin,



debido a que por su poca pendiente se logra un adecuado sistema de control de los taludes que lo soportan. 3. DISEO DE TERRAZA. 3. 1. Configuracin Arquitectnica de Terraza.

Planta Terraza

Arquitectnicamente se plantea el piso acabado de estas estructuras en madera sinttica. Sin embargo para la presente terraza no es prioritario generar un apoyo espaciado para la instalacin de dicho acabado, ya que cabe la posibilidad, segn el dato aportado por la empresa contratante, de que el acabado no sea en madera sinttica sino en adoqun, concreto o algn otro acabado similar. Por lo tanto el diseo estructural de la terraza ser igual a la seccin diseada para andenes en concreto. 3.2. Configuracin Estructural de Terrazas.



La estructura de soporte y apoyo del las terrazas se plantea en concreto por estar el mismo apoyado directamente en el terreno. REFUERZO LONGITUDINAL. Para el clculo del refuerzo longitudinal se utilizaron las siguientes ecuaciones : w0 = 0,378 ; m0 = 0,307 wmn = 14 / cu = b d cu m = Mu / ( b d cu ) si m < mo entonces W m 1 1 2 y la seccin es simplemente reforzada. As = w / fyf

Si m>mo entonces

WW m m

dd

0 02

1,

y la seccin es doblemente reforzada.

As = ( w + 0,378 ) d / ( 2 fyf ) As = ( w - 0,378 ) [ d / ( 2 fyf ) ] ( fyf / fs ) Nomenclatura utilizada: wo : Cuanta mecnica mxima para la seccin simplemente reforzada. mo : Momento reducido mximo para la seccin simplemente reforzada. wmn : Cuanta mecnica mnima para una seccin. b : Ancho de la cara del elemento sometido a compresin, expresada en cm. d : Distancia desde la fibra extrema sometida a compresin hasta el centroide del refuerzo sometido a traccin, expresada en cm. cu : Resistencia a la compresin del hormign. cu = 0,85 fc Mu : Momento mximo mayorado. As : rea de refuerzo a compresin. As : rea de refuerzo a traccin.



REFUERZO TRANSVERSAL Para el diseo a cortante se utilizaron las siguientes ecuaciones: para vigas V f cc 0 53.

,

para nervios V f cc 11 053. .,

Para vigas y nervios : vn = vc + vs ; vn = vu / 0.85 ; vs = vn - vc ; si vs < 3.5 se toma vs = 3.5 si vn 0.5 vc entonces no se requiere refuerzo transversal si 0.5 vc < vn y vn < vc + 3.5 se requiere refuerzo transversal mnimo si vc + 3.5 vn y vn 3 vc entonces el S es mximo si 3 vc < vn y vn 5 vc entonces el S = 0,5 S mximo Finalmente se tiene que : Asv = vs S b fy con Asv : rea de refuerzo transversal Nomenclatura utilizada : vc = Resistencia nominal a cortante suministrada por el concreto. fc = Resistencia especificada del concreto a la compresin determinada con probetas de tamao normalizado, expresada en kgf / cm. fy = Resistencia a la fluencia especificada del refuerzo no preesforzado, expresada en kgf / cm. b = Ancho de la cara a compresin del elemento, expresada en cm. d = Distancia desde la fibra extrema en compresin hasta el centroide del refuerzo a traccin, expresada en cm. vs = Resistencia nominal a cortante suministrada por el refuerzo de cortante. vn = Esfuerzo resistente nominal a cortante.



vu = Esfuerzo cortante nominal total de diseo. S = Espaciamiento del refuerzo de cortante de torsin en direccin paralela al refuerzo longitudinal, expresado en cm. 3.3. Propiedades de los Materiales Densidades de la madera: 900 kgf / cm3. Densidad del concreto: C = 2400 kgf / m3 Densidad de la mampostera: m = 1300 kgf / m3 Soldadura E7011 respetando los criterios establecidos por la NSR98 y la A.W.S. para este tipo de estructuras. Resistencia especificada del hormign a la compresin: fc = 210 kgf / cm Esfuerzo del acero a la fluencia nominal (para el acero de refuerzo longitudinal): fyf = 4.200 kgf / cm Esfuerzo del acero a la fluencia nominal ( para el acero de refuerzo transversal): fyc = 4.200 kgf / cm Mdulo de elasticidad del concreto E210 = 181142.21 kgf / cm Mdulo de elasticidad de la mampostera Em = 18000 kgf / cm Mdulo de elasticidad cortante de la mampostera Gm = 7200 kgf / cm



3.4. Cargas Aplicadas.

CARGA VARIABLE (VIVA) Segn artculo B.4.2.1 de Las Normas Colombianas de Diseo y Construccin Sismo Resistente, Ley 400 de 1.997, Decreto 33 de 1.998: L = 500 kgf / m2 Para Este tipo de Edificacin

CARGA PERMANENTE (MUERTA) Peso Tablilla:

Peso Tablilla: 0.04m x 900 kgf / m3 = 36 kgf / m Peso Piedra san Andrs o acabado en piedra similar:

Peso Acabados: 0.03m x 1550 kgf / m3 = 46.50 kgf / m Peso Baranda:

Peso Baranda: 80 kgf / m = 5.60 kgf / m Granizo:

Peso Granizo: 5.00 kgf / m Losa:

Peso Losa: (0.10m x 2400 Kgf / m3) Peso Losa: 240 Kgf / m2



Total carga permanente ( muerta ) : D = 297.10 kgf / m .

COMBINACIN DE CARGA q = 1,2 D + 1,6 L q = 1,4 297.10 kgf / m + 1,7 500 kgf / m q = 1.265.94 kgf / m = qdiseo 3.5. Dimensionamiento de elementos

4. SENDEROS PEATONALES Los senderos que se van a construir en el proyecto, constan de andenes en pavimento articulado (Adoqun), intercalados en algunas zonas con escaleras y posiblemente rampas de concreto y algunos andenes en acabado segn especificaciones arquitectnicas.. A continuacin se presentan algunas especificaciones con respecto a algunos de estos componentes del proyecto.



4.1 Andenes La estructura general de los andenes del proyecto est conformada por un reemplazo en base granular de 0.25m compactado al 98% del proctor modificado, seguido por una capa de arenilla de 0.04 a 0.06m sobre la cual se instalan los bloques de adoqun que conforman la superficie del andn. Los adoquines deben ir trabados entre s para lograr una estructura lo suficientemente confinada que le d estabilidad al andn. En el caso en que el acabado sea en algn tipo de piedra o elemento de ms peso se procede, despus de hacer el reemplazo de 0.25m, a ejecutar la losa de concreto reforzada para posteriormente instalar sobre ella el acabado deseado. Este procedimiento se ejecutar posiblemente en la terraza del proyecto, y en algunas zonas demarcadas en planos arquitectnicos del mismo. La estructura del andn debe estar bien impermeabilizada, para lo cual debe preverse la construccin o instalacin de filtros (geotextil) que confinen la totalidad de las capas del andn, evitando que la humedad o la prdida de finos afecten la estabilidad de la estructura. A continuacin se presentan varios tipos de andn que pueden presentarse de acuerdo a las condiciones del terreno existente en el proyecto: Andn Tipo 1 (Opcin en adoqun)

Estructura de andn ubicado en una superficie totalmente homognea o nivelada a ambos lados de la estructura. Andn Tipo 2 (Opcin en adoqun)



Estructura de andn ubicada en una zona con desnivel hacia uno de los costados del terreno. Andn Tipo 3 (Opcin en adoqun)

Estructura de andn ubicada en un nivel ms alto que el del terreno por ambos costados. Andn Tipo 4 (Opcin en adoqun)



Estructura de andn que por su desnivel, precisa del uso de un muro de contencin como bordillo. 4.2 Escaleras Sobre el Terreno. En el proyecto se presentan una buena cantidad de escaleras que estn ubicadas directamente sobre el terreno que servirn ya sea de conexin entre andenes que estn ubicados a diferentes niveles, as como posibles accesos a viviendas. El diseo de estas escaleras es muy similar al de los andenes en trmino de cimentacin, pues se utilizar el mismo reemplazo de 0.25m en base granular compactada al 98% del proctor modificado como apoyo para la estructura de las escaleras. La impermeabilizacin se realizar de la misma forma mediante el uso de un geotextil que envuelva el reemplazo evitando la prdida de finos y que permita de forma eficiente evacuar la humedad.

La resistencia del concreto utilizado en la construccin de las escaleras ser de fc=210 Kgf/cm.



Para el refuerzo por retraccin de fraguado o variacin de temperatura usaremos malla electrosoldada de alambre corrugado tipo D84 que me permita confinar el concreto de las escaleras, teniendo en cuenta que las estas estn totalmente apoyadas sobre un suelo totalmente mejorado.

Adicional a lo anterior, deben construirse unas juntas de dilatacin tanto en el arranque como en la finalizacin de las escaleras que eviten que las dilataciones que se puedan presentar vayan a alterar o afectar la estructura de los andenes en adoqun que estn contiguos a ellas.

A continuacin se presenta el esquema general de las escaleras:

4.3. Rampas Sobre el Terreno. En el proyecto, cabe la posibilidad de que por disposiciones constructivas se deba hacer uso de rampas que permitan cambiar de nivel en los andenes sin la necesidad de utilizar escaleras; como en el caso de estas ltimas, las rampas estaran ubicadas directamente sobre el terreno. El diseo de estas rampas es muy similar al de los andenes y escaleras en trmino de cimentacin, pues se utilizar el mismo reemplazo de 0.25m en base granular compactada al 98% del proctor modificado como apoyo para la estructura de las rampas. La impermeabilizacin se realizar de la misma forma mediante el uso de un geotextil que envuelva el reemplazo evitando la prdida de finos y que permita de forma eficiente evacuar y conducir la humedad.



La resistencia del concreto utilizado en la construccin de las rampas ser de fc=210 Kgf/cm.

Para el refuerzo por retraccin de fraguado o variacin de temperatura usaremos malla electrosoldada de alambre corrugado tipo D84 que me permita confinar el concreto de las rampas, teniendo en cuenta que estas estn totalmente apoyadas sobre un suelo totalmente mejorado.

Adicional a lo anterior, deben construirse unas juntas de dilatacin tanto en el arranque como en la finalizacin de las rampas que eviten que las dilataciones que se puedan presentar vayan a alterar o afectar la estructura de los andenes en adoqun que estn contiguos a ellas.

A continuacin se presenta el esquema general de las rampas:

5. MUROS DE CONTENCIN TPICOS Y PARA ALCORQUES

En diferentes zonas del proyecto, en donde existen andenes, desniveles, etc. se precisa del uso de sistemas de contencin que permitan controlar la inestabilidad que se pueda generar en el terreno, por tal motivo, presentamos el diseo estructural de varios muros de contencin tpicos que puedan ser construidos de acuerdo al criterio del constructor y de acuerdo a las condiciones del terreno que se encuentren a medida que se avanza en el proyecto.

Los datos que se tienen del estudio de suelos son los siguientes:

- Profundidad de cimentacin: 1.00m a 1.50m. - Nivel fretico: No existe este dato en el estudio d suelos entregado.



- Densidad total media hmeda S = 2.00 Ton/m3.

Predimensionamiento del muro

Nomenclatura empleada

Formulas para determinar las dimensiones de los muro tpicos

Mtodo de la resistencia ltima o rotura.

HHB 7.05.0

Hd 1.0

Hp 1.0

)25.015.0(0 mVariableb

0bpBt



Factores de seguridad para las cargas.

Factor de Carga Viva (Empujes) FCV 1.70

Factor de Carga Muerta (Gravitacionales) FCM 1.40

Determinacin del empuje pasivo

El empuje pasivo lo determinamos por medio de la siguiente expresin:

Determinacin del empuje activo

El empuje activo lo determinamos por medio de la siguiente expresin:

Factores de seguridad

Al volcamiento

Al deslizamiento

Revisin del espesor del vstago del muro

Esfuerzo ltimo del suelo

2

2HKFEp SPCV

2

2HKFEa SaCV

00.2..

TierrasdeEmpujeM

dorasEstabilizaFuerzasMSF

d

d

50.1..

HV

SF

LfVb

C

U

'53.00

AdmisibleSUELODELULTIMO qSeguridaddeFactor



Punto de aplicacin de la resultante

Excentricidad

Diagrama de cuerpo libre para anlisis

El muro se simula como una viga empotrada y en voladizo como muestran los siguientes diagramas.

VMM

X HV

6;

2BeXBe



Diseo de muros

A continuacin, se adjuntan los muros resultantes del anlisis realizado con las expresiones anteriormente enunciadas y de un diseo estructural de los mismos.



Muros Tpicos

Muro para Alcorques

6. RECOMENDACIONES ADICIONALES DE CONSTRUCCIN. FORMALETAS Y TIEMPO DE FRAGUADO:



Las formaletas se pueden retirar a los 10 das de realizado el vaciado. El muro debe estar correctamente tacado y venteado desde la etapa de armado de formaletas hasta la etapa de resistencia de servicio del mismo, la cual se presenta a los 28 das de haber realizado dicho vaciado. Hasta este da se debe esperar para proceder a retirar tacos y cargar el muro con el talud que va a contener.

APOYO DE CIMENTACIONES

Se debe realizar un reemplazo (solado) en concreto pobre de 3cm por debajo del apoyo de la cimentacin, cubriendo por lo menos el rea de la misma.

JUNTAS DE DILATACIN EN ANDENES Y RAMPAS DE CONCRETO.

Las juntas de dilatacin en andenes y rampas del proyecto, se construirn en recuadros no mayores a 1.20m x 1.20m, tratando en lo posible de generar las mismas en reas cuadradas. La junta de dilatacin tendr un espesor de 0.005m.

A estas memorias de clculo, se deben sumar todas y cada una de las anotaciones mostradas en Planos estructurales del Proyecto (Planos y Memorias conforman el Diseo Estructural). Las presentes memorias de clculo constan de veinte (20) pginas que no deben reproducirse, salvo ntegramente, sin la aprobacin por escrito de DC&R Ingenieros Civiles Ltda. Los resultados contenidos en ellas se relacionan nicamente con los clculos estructurales del proyecto mencionado en cada pie de pgina.

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