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Timestamp: 2019-07-15 18:13:36+00:00

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MEMORIA DE CÁLCULO DISEÑO ESTRUCTURAL MURO DE CONTENCIÓN PR13+0920, RUTA 6205 VÍA BARBOSA-CISNEROS
FRANCISCO JAVIER MEDINA RAMÍREZ
I NG. CIVIL, MS c. ESTRUCTURAS
NEIVA , SEPTIEMBRE DE 2013
1 ! INTRODUCCIÓN
CODIGOS Y REGLAMENTO S DE DISEÑO
4 ! ESPECIFICACIONES DE MATERIALES
DESCRIPCION DE MODEL OS DE ANALISIS
6 ! ANALISIS DE CARGAS
8 ! METODO DE DISEÑO
ANEXO 1: MEMORIA DE CALCULO MURO H= 6 . 75 m PR 1 3+092 0
Oficina principal = Edificio Caja Agraria of. 902 – Neiva, Huila Telefax = + 57 (098) 87172 7 3 , e mail = pi_solutions@yahoo.com
El presente memoria contiene las memorias de cálculo para la construcción del muro de contención en el PR 13+0920, RUTA 6205 VÍA BARBOSA-CISNEROS.
Los diseños se adelantaron siguiendo los lineamientos establecidos por el Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes de 1995 (CCDSP -95), El Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistentes (NSR -10), y sus decretos complementarios. El presente informe, consigna los procedimientos y resultados tendientes al dimensionamiento de la estructura buscando un comportamiento adecuado y seguro ante las cargas impuestas. En general se muestran los procedimientos de análisis y diseño de todos los elementos estructurales y los procedimientos empleados.
Se presenta el diseño de los muros de contención de altura h=6.75m .
Los análisis y resultados de laboratorio, y recomendaciones geotécnicas fueron elaborados por la firma SUELOS, CO NCRETOS Y ASFALTOS LIMITAD A . “SUCOAS LTDA”. Se plantea la cimentación superficial, según recomendación del Estudio de Suelos.
3 CODIGOS Y REGLAMENTOS DE DISEÑO
Para el desarrollo del presente diseño estructural se emplean las siguientes normas:
Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes CCDSP 95
Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente . NSR -10.
Especificaciones Técnicas de Materiales y Construcción y/o última versión de las normas INVIAS
Concreto f’c =21 MPa (3 .000 psi).
Concreto f’c 14.1 Mpa (2.000 psi) de limpieza.
Acero de refuerzo f y = 420 MPa (60.000 psi), Norma NTC 2289 (ASTM A706),
corrugado, para todo el refuerzo (#3 a # 10). Juntas de dilatación: Sello PVC tipo V -15 de Sika o equivalente m ás material llenante, aprobado por la interventoría.
5 DESCRIPCION DE MODELOS DE ANALISIS
Se presentan hojas de cálculo en la cual se involucran todas las propiedades geométricas y mecánicas de los elementos estructurales de los muros, además de las solicitaciones a las que están exigidas para el diseño de los elementos de concreto. Para mayores detalles véase los anexos de estas memorias.
6 ANALISIS DE CARGAS
Para la determinación de las cargas para el diseño de estructural, se utilizan los requisitos establecidos en la NSR -10 y el CCDSP, así:
! Carga Muerta: proveniente de la masa propia de los elementos de carácter permanente en la estructura.
Concreto reforzado γ=2.4 Tn/m3
Concreto simple γ=2.2 Tn/m3
Peso especifico del suelo γ=1.96 Tn/m3
! Cargas Vivas:
! Camión de diseño: C40 -95
! Carga viva peatonal: 400kg/m 2
! Cargas Horizontales: Están gobernadas por las cargas sísmicas, ya que las cargas de viento resultan muy inferiores a estas. La carga por sismo se calcula partir del espectro de aceleraciones derivado de la zonificación sísmica y las combinaciones, se utiliza coeficiente de disipación de energía igual a la unidad.
7 COMBINACIONES DE CARGA
Se emplearon las combinaciones de carga especificadas por el CCDSP en la sección A.3.12.COMBINACIONES DE CARGA las cuales se reproducen a continuación:
Grupo(N)= γ [ β D +
β L (L+I)+
β LF LF+ β R (R+S+T)+ β EQ EQ]
β C CF+
β E E+
β B B+
β S SF+
β W W+ β WL WL+
N = número de grupo γ = factor de carga (ver tabla de combinaciones) β = coeficiente de carga (ver tabla de combinaciones) D = carga muerta L = carga viva I = impacto E = em puje de tierras B = flotación W = fuerza del viento sobre la estructura WL = fuerza del viento sobre la carga viva CF = fuerza centrífuga R = acortamiento de la estructura S = retracción del fraguado T = temperatura EQ = sismo SF = presión por flujo de la corriente
8 METODO DE DISEÑO
Para el diseño de todos los elementos se utilizan los siguientes métodos:
! Concreto reforzado se utiliza el método de la Resistencia Ultima.
Los parámetros empleados para el diseño de la cimentación básicamente se definen en el informe del estudio de suelos y cimentaciones elaborado por la firma SUELOS, CONCRETOS Y ASFALTOS LIMITADA . “SUCOAS LTDA”, el cual debe ser consultado para m ayor información o aclaraciones .
Mat No. 63202-82781 QND
MEMORIA DE CALCULO MURO PR13+0920 VÍA BARBOSA - CISNEROS, RUTA 6205
P028_MURO RUTA 6205 VIA BARBOSA - CISNEROS PR13+0920 (MARGEN IZQUIERDA)
Norma: ACI 318-11 (USA) Hormigón: f'c=3000 PSI (21 MPa) Acero de barras: Grade 60 Recubrimiento en el intradós del muro: 3.5 cm Recubrimiento en el trasdós del muro: 7.50 cm Recubrimiento superior de la cimentación: 7.0 cm Recubrimiento inferior de la cimentación: 7.50 cm Recubrimiento lateral de la cimentación: 7.50 cm Tamaño máximo del árido: 30 mm
Aceleración Sísmica. Aceleración de cálculo: 0.08 Porcentaje de sobrecarga: 80 % Empuje en el intradós: Pasivo Empuje en el trasdós: Activo
Cota de la rasante: 0.00 m Altura del muro sobre la rasante: 0.00 m Enrase: Intradós Longitud del muro en planta: 17.00 m Separación de las juntas: 17.00 m Tipo de cimentación: Zapata corrida
Porcentaje del rozamiento interno entre el terreno y el intradós del muro: 0 % Porcentaje del rozamiento interno entre el terreno y el trasdós del muro: 0 % Evacuación por drenaje: 100 % Porcentaje de empuje pasivo: 100 % Cota empuje pasivo: 0.50 m Tensión admisible: 0.340 MPa Coeficiente de rozamiento terreno-cimiento: 0.58
Densidad aparente: 19.60 kN/m³ Densidad sumergida: 11.00 kN/m³ Ángulo rozamiento interno: 31.00 grados Cohesión: 0.00 kN/m²
Activo trasdós: 0.32 Pasivo intradós: 3.12
RELLENO EN TRASDÓS
Altura: 6.00 m Espesor superior: 25.0 cm Espesor inferior: 65.0 cm
Con puntera y talón Canto: 75 cm Vuelos intradós / trasdós: 140.0 / 175.0 cm Con tacón en prolongación del muro Canto del tacón: 100 cm Hormigón de limpieza: 10 cm
6.- ESQUEMA DE LAS FASES
7.- RESULTADOS DE LAS FASES
Ley de momento
(kN·m/m)
Cota: -6.00
Cota: -6.00 m
Cota: 0.00 m
8.- COMBINACIONES
1 - Carga permanente
2 - Empuje de tierras
3 - Sismo
COMBINACIONES PARA ESTADOS LÍMITE ÚLTIMOS
COMBINACIONES PARA ESTADOS LÍMITE DE SERVICIO
Armadura superior: 2 #3 Anclaje intradós / trasdós: 10 / 10 cm
#4c/30
#5c/25
#8c/25
Solape: 0.4 m
Solape: 1.4 m Refuerzo 1: #8 h=2.8 m
#7c/25
Patilla Intradós / Trasdós: 35 / 35 cm
#6c/25
Longitud de anclaje en prolongación: 73 cm
Longitud de pata en arranque: 30 cm
10.- COMPROBACIONES GEOMÉTRICAS Y DE RESISTENCIA
Referencia: Muro: P028 MURO PR13+0920_ACI (P028_MURO RUTA 6205 VIA BARBOSA -
CISNEROS PR13+0920 (MARGEN IZQUIERDA))
Comprobación a rasante en arranque muro:
Máximo: 1828.1 kN/m
Calculado: 207 kN/m
Espesor mínimo del tramo:
Norma ACI 318-11. Artículo 14.5.3.2
Mínimo: 19.05 cm
Calculado: 25 cm
Separación libre mínima armaduras horizontales:
Norma ACI 318-11. Artículo 7.6.1
Calculado: 23.4 cm
Separación máxima armaduras horizontales:
Norma ACI 318-11. Artículo 7.6.5
Máximo: 45.7 cm
Cuantía geométrica mínima horizontal por cara:
Norma ACI 318-11. Artículo 14.3.3
Trasdós (-6.00 m):
Mínimo: 0.001
Calculado: 0.00121
Intradós (-6.00 m):
Cuantía mínima mecánica horizontal por cara:
Criterio de CYPE Ingenieros (Cuantía horizontal > 20% Cuantía vertical)
Mínimo: 0.00013
Cuantía mínima geométrica vertical cara traccionada:
Norma ACI 318-11. Artículo 14.3.2
Trasdós (-3.20 m):
Mínimo: 0.00075
Calculado: 0.00624
Calculado: 0.00437
Cuantía mínima mecánica vertical cara traccionada:
Norma ACI 318-11. Artículo 10.5.1
Mínimo: 0.00333
Cuantía mínima geométrica vertical cara comprimida:
Intradós (-3.20 m):
Calculado: 0.00065
Calculado: 0.00091
Cuantía máxima geométrica de armadura vertical total:
Norma ACI 318-11. Artículo 10.9.1
(0.00 m):
(-3.20 m):
Máximo: 0.08
Calculado: 0.0098
Calculado: 0.00966
Separación libre mínima armaduras verticales:
Calculado: 8.6 cm
Calculado: 27.4 cm
Armadura vertical Trasdós:
Armadura vertical Intradós:
Calculado: 30 cm
Comprobación a flexión compuesta:
Comprobación realizada por unidad de longitud de muro
Norma ACI 318-11. Artículo 11.2.1.2
Máximo: 242.8 kN/m
Calculado: 153 kN/m
Verificación de la fisuración por tensión en barras:
Norma ACI 318-11. Artículo 10.6.4
Máximo: 238.62 MPa
Calculado: 173.249 MPa
Norma ACI 318-11. Artículo 12.15.1
Base intradós:
Mínimo: 0.38 m
Calculado: 0.4 m
Comprobación del anclaje del armado base en
Calculado: 10 cm
Mínimo: 0 cm
Cota de la sección con la mínima relación 'cuantía horizontal / cuantía vertical' Trasdós: -6.00
Cota de la sección con la mínima relación 'cuantía horizontal / cuantía vertical' Intradós: -
Sección crítica a flexión compuesta: Cota: -6.00 m, Md: 416.12 kN·m/m, Nd: 73.35 kN/m,
Vd: 207.01 kN/m, Tensión máxima del acero: 302.189 MPa
Sección crítica a cortante: Cota: -5.47 m
Referencia: Zapata corrida: P028 MURO PR13+0920_ACI (P028_MURO RUTA 6205 VIA BARBOSA -
Comprobación de estabilidad:
Coeficiente de seguridad al vuelco (Situaciones
persistentes):
Calculado: 2.48
accidentales sísmicas):
Mínimo: 1.2
Calculado: 2
Coeficiente de seguridad al deslizamiento (Situaciones
Mínimo: 1.5
Calculado: 1.74
Calculado: 1.42
- Zapata:
Norma ACI 318-11. Artículo 15.7.
Mínimo: 15.2 cm
Calculado: 75 cm
Tensión media (Situaciones persistentes):
Máximo: 0.34 MPa
Calculado: 0.0921 MPa
Tensión máxima (Situaciones persistentes):
Máximo: 0.425 MPa
Calculado: 0.1546 MPa
Tensión media (Situaciones accidentales sísmicas):
Calculado: 0.0925 MPa
Tensión máxima (Situaciones accidentales sísmicas):
Máximo: 0.51 MPa
Calculado: 0.1902 MPa
Flexión en zapata:
Comprobación basada en criterios resistentes
Armado superior trasdós:
Mínimo: 10.16 cm²/m
Calculado: 15.48 cm²/m
Armado inferior trasdós:
Mínimo: 0 cm²/m
Armado superior intradós:
Armado inferior intradós:
Mínimo: 8.14 cm²/m
Armadura transversal del tacón:
Mínimo: 10.05 cm²/m
Calculado: 11.32 cm²/m
Norma ACI 318-11. Artículo 11.2.1.1.
Trasdós (Situaciones persistentes):
Máximo: 385.3 kN/m
Calculado: 172.1 kN/m
Trasdós (Situaciones accidentales sísmicas):
Máximo: 308.2 kN/m
Calculado: 152.5 kN/m
Intradós (Situaciones persistentes):
Calculado: 147.3 kN/m
Intradós (Situaciones accidentales sísmicas):
Calculado: 128.8 kN/m
En el tacón (Situaciones persistentes):
Máximo: 328.6 kN/m
Calculado: 53.2 kN/m
En el tacón (Situaciones accidentales sísmicas):
Máximo: 262.9 kN/m
Calculado: 29.8 kN/m
Arranque trasdós:
Norma ACI 318-11. Artículo 12.5.
Mínimo: 38 cm
Calculado: 64.1 cm
Arranque intradós:
Norma ACI 318-11. Artículo 12.3.
Mínimo: 27 cm
Armado inferior trasdós (Patilla):
Calculado: 35 cm
Armado inferior intradós (Patilla):
Armado superior trasdós (Patilla):
Armado superior intradós (Patilla):
Norma ACI 318-11. Artículo 7.7.1.
Mínimo: 7.6 cm
Calculado: 7.5 cm
Mínimo: #3
Armadura transversal inferior:
Calculado: #7
Armadura longitudinal inferior:
Calculado: #5
Armadura transversal superior:
Armadura longitudinal superior:
Armadura longitudinal del tacón:
Calculado: #4
Calculado: #6
Norma ACI 318-11. Artículo 7.6.5.
Máximo: 45.7
Calculado: 22.9 cm
Calculado: 45.2 cm
Armado longitudinal rama horizontal tacón:
Armado transversal del tacón:
Armado longitudinal rama vertical tacón:
Norma ACI 318-11. Artículo 7.6.1.
Referencia: Zapata corrida: P028 MURO PR13+0920_ACI (P028_MURO RUTA 6205 VIA BARBOSA - CISNEROS PR13+0920 (MARGEN IZQUIERDA))
- Armado longitudinal rama vertical tacón:
- Armadura longitudinal inferior:
Norma ACI 318-11. Artículo 7.12.2.1.
Calculado: 0.00105
- Armadura longitudinal superior:
- Armadura transversal inferior:
Calculado: 0.00206 Mínimo: 0.0009
- Armadura transversal superior:
- Armadura longitudinal del tacón:
Calculado: 0.00136
- Armadura transversal del tacón:
Calculado: 0.00174 Mínimo: 0.0009
- Momento flector pésimo en la sección de referencia del trasdós: 242.43 kN·m/m - Momento flector pésimo en la sección de referencia del intradós: 194.76 kN·m/m
11.- COMPROBACIONES DE ESTABILIDAD (CÍRCULO DE DESLIZAMIENTO PÉSIMO)
Referencia: Comprobaciones de estabilidad (Círculo de deslizamiento pésimo): P028 MURO
PR13+0920_ACI (P028_MURO RUTA 6205 VIA BARBOSA - CISNEROS PR13+0920 (MARGEN
Círculo de deslizamiento pésimo:
- Combinaciones sin sismo.
Fase: Coordenadas del centro del círculo (-1.50 m ; 1.40 m) -
Radio: 9.40 m:
Calculado: 1.645 Cumple
- Combinaciones con sismo.
Calculado: 1.434 Cumple
MURO EN CONCRETO - RUTA 6205, VIA BARBOSA - CISNEROS PR
13+0920 (MARGEN IZQUIERDA)
E adic horizontal
γ rellenok ah relleno
γ aguah agua
k aW recarga
E adic
w sobrecarga =
γ fundación =
Sobrecarga del relleno
Ángulo de fricción interna del relleno
0.32 Factor de empuje activo del relleno
Esfuerzo admisible suelo de fundación
Ángulo de fricción interna del suelo de fundación
3.12 Factor de empuje pasivo del suelo de fundación
Coeficiente de fricción del terreno de fundación con el concreto
h muro
talón =
VOL MURO =
Altura del relleno
Espesor superior del muro
MENOR QUE MÍNIM
Espesor inferior del muro
Base + t
inf + Talón del muro
1.75 m Largo del talón
5.58 m^3
Estabilidad por volcamiento (chequeo por metro de ancho):
Coeficientes de aceleración sísmica horizontal
Coeficiente de aceleración sísmica horizontal
0.05 rad
= 2.86 °
Ángulo de inercia sísmico
K activo dinámico
17.60 Tonf
Empuje dinámico total
E relleno =
15.23 Tonf
Empuje horizontal del material de relleno sin la sobrecarga
Δ P AE =
2.37 Tonf
Componente de Empuje dinámico P AE - P est.
Brazo correspondiente a Δ P AE
Carga (Tonf)
M (+) A (Tonf_m)
P1= 2.904
P2= 5.190
P3= 6.384
P4= 21.547
P5= 1.750
37.775 Tonf
95.1 Tonf_m
Tipo análisis =
17.45 Tonf
Empuje horizontal del material de relleno más la sobrecarga
Brazo de E t
E hidro
0.00 Tonf
Brazo hidro =
Brazo del empuje hidrostático
54.01 Tonf_m
F.S. volcamiento =
Presiones sobre el suelo de fundación
σ mín
F fricción
F.S. deslizamiento =
σ a-b
llave req
llave elegida =
Recub. =
Diseño del muro:
E = E ` =
E sismo relleno =
E sismo puente =
φ = v c =
f´ c = b= φ = h=
41.1 Tonf_m
22.69 Tonf/m2
-2.8 Tonf/m2
m Distancia desde la resultante de fuerzas verticales al punto "A"
m Excentricidad de la resultante de fuerzas verticales
Fuerza de fricción en la base Factor de seguridad al deslizamiento
Estabilidad por deslizamiento:
22.7 Tonf
Factor de seguridad insuficient
Dimensionamiento "llave" (sólo si factor de seguridad anterior es insuficiente)
13.30 Tonf/m2
25.190 Tonf
12.585 Tonf
Presión del suelo sobre la base debajo de la sección a-b Reacción del terreno sobre la base de sustentanción antes de la llave Reacción del terreno sobre la base de sustentanción después de la llave
Altura de llave requerida para un factor de seguridad al deslizamiento de 2
Altura de llave requerida elegida
1.30 Factor de seguridad al deslizamiento
12.316 Tonf
2.001 Tonf
0.000 Tonf
16.691 Tonf
26.706 Tonf
46.85 Tonf/m2
65 Tonf/m2 OK
Factor de mayoración para cortante Fuerza cortante mayorada en el muro Altura efectiva de la sección de chequeo Esfuerzo cortante mayorado en el muro
Factor de reducción de resistencia para cortante
1.4 Factor de mayoración para momento
53.92 tonf_m
2647 mm2
0.65 m Altura viga
Cuantía mínima sobre el área bruta
Elegir diámetro de barra =
Separación por A s requerido =
Separación concepto 3*h =
Separación concepto 500mm =
Refuerzo en la dirección de armado =
c / 0.19
c / 0.5
Voladizo de la base:
38.824 Tonf
62.62 Tonf/m2
65 Tonf/m2
29.79 tonf_m
f´ c =
Voladizo del talón:
σ c-e
8.93 Tonf/m2
4.115 Tonf
6.6 Tonf/m2
φ v c =
36.148 tonf_m
1591 mm2
Elegir diámetro de barra = Separación por A s requerido = Separación concepto 3*h = Separación concepto 500mm = Refuerzo en la dirección de armado =
Factor de mayoración para cortante
Fuerza cortante mayorada en el muro
Altura efectiva de la sección de chequeo
Esfuerzo cortante mayorado en el muro
Factor de mayoración para momento
#6 c / 0.204
Presión del suelo sobre la base debajo de la sección c-e
#6 c / 0.179
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