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meemoria de calculo boveda
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A. Memoria de Cálculo
Canal de Mampostería Embovedado
1) Introducción
La estructura tiene el propósito de realizar el dimensionamiento y cálculo de los elementos
proyectados para el control hidráulico en la Quebrada Frontera. Con este fin, se fijaron los
parámetros principales y se efectuaron las verificaciones de las condiciones de estabilidad
y tensiónales de los diferentes elementos estructurales.
2) Funcionamiento Estructural
La bóveda trabaja tensionalmente como un pórtico sometido a las compresiones y a las
flexiones que se generen transversalmente en la medida que su trazado sea o no
antifunicular.
Las bóvedas, cualquiera que sea su directriz, generan cargas verticales y empujes
horizontales sobre sus apoyos, obligando a que éstos tengan la dimensión suficiente
como para lograr que su peso propio centre la resultante sobre la base de sustentación
para mantener el conjunto en situación de equilibrio. Además estos empujes producen
esfuerzos cortantes tendentes a producir deslizamientos, bien de los sillares de arranque
sobre sus juntas horizontales, o bien de los sillares del muro que sostiene la bóveda.
3) Modelos Informáticos
Modelización de la estructura fue simulado mediante el SAP 2000. Los resultados gráficos
de elaboración propia.
4) Tipos de Estructuras: Bóveda de hormigón armado con canal de Mampostería de
Piedra.
Las bóvedas de hormigón armado serán estructuras apoyadas sobre los muros laterales
del canal, con armaduras pasantes para materializar apoyos fijos. De esta manera, la
concepción estructural de la bóveda es la de un elemento biarticulado en los extremos. Se
ha modelado la estructura mediante un programa de elementos finitos con el fin de
estudiar su comportamiento ante las acciones extremas.
Las cargas a las que estará sometida serán el peso propio, el peso del relleno de tierras y
tráfico vehicular por encima de la clave, el peso propio y el del agua contenida en el
interior. Introducidas estas acciones en el programa, se han obtenido las solicitaciones
para diferentes combinaciones de carga.
Se ha considerado que las bóvedas serán construidas con hormigón simple tipo “A” con
una resistencia cilíndrica característica a la edad de 28 días = 210 kg/cm2. El acero de
refuerzo, en cuantía mínima, será corrugado y tendrá un límite de fluencia mínimo de
4200 kg/cm2.
Para el cálculo y diseño de la bóveda se ha seguido la Norma Boliviana del Hormigón
CBH-87, aplicando el diseño en Estado Límite Ultimo de rotura. Las acciones han sido
mayoradas de acuerdo a las consideraciones constructivas y de funcionamiento de la
bóveda, utilizándose factores de seguridad.
De los resultados obtenidos, se han determinado las armaduras de refuerzo detalladas en
planos, las cuales proporcionan suficiente seguridad a la estructura, garantizando su
comportamiento estructural acorde a los propósitos del proyecto. Dichas armaduras son
suficientes para cubrir eventuales empujes por relleno asimétrico o por la acción de
ligeras reactivaciones de los rellenos laterales que se pretende estabilizar con el proyecto.
Figura 1.1. Sección tipo embovedado.
ESQUEMA BOVEDA PROPIEDADES SUELO
CARACTERISTICAS DEL CANAL H1 = 3,10 [m]
h = 1,20 [m] H2 = 0,80 [m]
b = 1,20 [m] H3 = 1,80 [m]
CARACTERISTICAS CANAL Camion de Diseño
h1= 0,50 [m] HS20-44
b1= 0,30 [m] Distancia ejes = 0,92 [m]
h2= 0,50 [m] Distancia ruedas = 4,30 [m]
b2= 0,60 [m] P = 7272,73 [Kg]
h3= 0,80 [m] Bancho carril = 3,048 [m]
b3= 0,90 [m] q = 954,39 [Kg/ m]
h4= 0,40 [m] Pm = 8181,82 [Kg]
b4= 1,60 [m] Pc = 11818,18 [Kg]
h5= 0,20 [m] Propiedades del Relleno
b5= 1,60 [m] γ2 = 1800,00 [Kg/ m3]
h6= 1,20 [m] c2 = 0,00 [Kg/ m2]
b6= 0,20 [m] Φ2 = 35,00
CARACTERISTICAS BÓVEDAL = 1,80 [m] h' = 1,6 [m]f = 0,80 [m] Altura al eje
h = 0,20 [m]fck = 21,00 [MPa]
γHºAº = 2400,00 [Kg/ m3]
1. Parametros fisicos de la bóveda
CALCULO CANAL EMBOVEDADO DE 1,20 X 1,20 M
INGRESO DE DATOS
Y
X
0
2. Determinación de las cargas actuantes en la estructuraCarga Vivaa) Camión de carga HS20-44Se elige el que generara carga mas desfavorable. Con la ecuación de Boussinesq:
Empleamos la ecuación de Boussinesq:
Cargas vivas resultantes de combinación 1:
Wdl = 1025,15 [Kg/ m]
Wtl = 369,85 [Kg/ m]
b) CARGA VIVA DISTRIBUIDA (CARRIL DE CARGA)+P(MOMENTO)Cargas Vivas Resultantes:
Wd2 = 215,64 [Kg/ m]
Wt2 = 134,84 [Kg/ m]
CARRIL DE CARGA + P(MOMENTO)c) Carril viva distribuida (carril de carga)+P cortanteCarga Distribuida
Wv = 313,12 [Kg/ m] Por ancho de bóvedaCarga concentrada para momento :
Pm = 3877,36 [Kg] Por ancho de bóvedaCargas Vivas Resultantes:
Wd3 = 296,95 [Kg/ m]
Wt3 = 182,22 [Kg/ m]
CARRIL DE CARGA + P(CORTATNE)
Y
X
0
PP P/4
Y
X
0
PP P/4
1
2
1
2
Presion de Tierraa) Presion veritcalUtilizando la ecuación de terzagui:
El factor de carga para presion de tierra será:
βE = 1,50 τ = 1,3
Factor total = 1,95
Wps = 187,41 [Kg/ m]
Wds = 4107,06 [Kg/ m]
b) Presion LateralCoeficiente de Rankine Ka:
Ka = 0,271
Wld = 1112,97 [Kg/ m]
Wlt = 50,79 [Kg/ m]
Wlcanal = 92,67 [Kg/ m]
Carga Muertah = 0,20 [m]
El peso del arco queda de la siguiente forma:Wo = 480,00 [Kg/ m]
El factor de carga para presion de tierra será:
βD = 1,00 τ = 1,3
Factor total = 1,30Wo = 624,00 [Kg/ m]
Combinación de Carga
La carga lateral por el relleno queda: 46,33 [Kg/ m] Wps
La carga viva puntual del camión: 184,93 [Kg/ m] Wt1
La carga viva (carril de carga+Pmom): 67,42 [Kg/ m] Wt2
La carga viva (carril de carga+Pcort) : 91,11 [Kg/ m] Wt3
De este modo las combinaciones quedan asi:1) Carga muerta (relleno y estructura)+carga viva puntual (camión HS20-44)WD1 = Wo+Wds+Wd1+Wt1 = 5941,13 [Kg/ m]Wp1 = 187,41 [Kg/ m] 6003,598Wld+Wlt = 1159,30 [Kg/ m]2) Carga muerta (relleno y estructura)+Carga viva (carril de carga+Pmomento)WD2 = Wo+Wds+Wd2+Wt2 = 5014,12 [Kg/ m]Wp1 = 187,41 [Kg/ m] 5076,59Wld+Wlt = 1159,30 [Kg/ m]3) Carga muerta (relleno y estructura)+Carga viva (carril de carga+Pcortante)WD3 = Wo+Wds+Wd3+Wt3 = 5119,12 [Kg/ m]Wp1 = 187,41 [Kg/ m] 5181,586Wld+Wlt = 1159,30 [Kg/ m]
Para simplificar el diseño se convertiran las cargas distribuidas triangulares en rectangulares, de este modo para:
3. TABULACION DE DATOS
L = 1,80 [m]f = 0,80 [m]
4. MODELACION DE DATOS
DIAGRAMA FUERZA AXIAL DIAGRAMA DE MOMENTOS
5. SOLICITACIONES Y EVALUACION DE RESULTADOS
Nro ELEMENTOMOMENTO
[Kgf-m]
FUERZA
AXIAL [Kgf]
CORTANTE
[Kgf]
SECCION
DISEÑOσ[MAX] σ[MIN]
1 Bóveda 22,83 -18,11 -8,74 0,20 27,31 -27,49 Necesita Refuerzo2 Muro -7,76 -98,63 -13,93 0,90 -0,57 0,35 Cumple3 Solera -32,04 -13,95 -9,89 0,80 -2,42 2,39 Cumple
Tabla 1.2. Resultados del Análisis de las cargas de la bóveda y canal
B. Planos
En este punto mostraremos los esquemas de los principales componentes de la obra. Los
planos a detalle se muestran a una escala más aplicable, en el tomo de Anexos de todo el
estudio.
Figura 1.1. Sección tipo “Embovedado río Frontera”.
Figura 1.2. Sección y Perfil tipo de caída “Embovedado río Frontera”.