h de alcantarilla= a de la alcantarilla=
1m FRANJA DE DISEÑO
3.00m 3.00m 0.25m
H = profundidad del relleno (m) = 1.80
0.20m
0.25m
DESIDAD DEL MATERIAL DE RELLEN γ (kg/m3)= 2000.00
CARGAS SOBRE LA ALCANTARILLA (en fajas de 1m. de ancho) 1) Presión Vertical del Terreno Se calcula previamente previ amente el factor fac tor Fe para tener en cuenta la interacción int eracción suelo- estructura:
donde: H = profundidad del relleno (m) = 1.80 Bo = ancho exterior de la alcantarilla (m) = 3.40 Fe = factor de interacción suelo-estructura suelo-estruct ura para elementos enterrados =
1.106 < 1.15,se tomara altura de
Presión del terreno en la parte superior de la alcantarilla: EV = Fe .γ.H
(12.11.2.2.1-1, AASHTO LRFD)
EV (kg/m) = 3981 Asumiendo que la losa de fondo es rígida comparada comparada a la sub-base, sub-base, las reacciones reacciones del suelo a las c verticales aplicadas a la alcantarilla alcantaril la se consideran uniformemente uniformement e distribuidas distribui das en el fondo de la losa. EV =
3981 kg/m
PRESION VERTICAL DEL RELLENO DEL SUELO Y REACCION DEL
EV =
3981 kg/m
2) Presión horizontal del terreno (EH) El coeficiente de empuje lateral activo (teoría de Rankine) para un ángulo de fricción interna del terreno Ø= 21.5 ° es 0.464 Presión lateral del terreno en la parte superior de la alcantarilla:
Presión lateral del terreno en la parte inferior de la alcantarilla:
.
EH1
=
k a.γ.H1
=
EH2
=
k a.γ.H2
=
1669 1669 kg/m kg/m2 2
4914 4914 kg/m kg/m2 2
3) Carga de Agua (WA) (3.7.1, AASHTO LRFD) LRFD) En este caso necesitamos considerar dos casos de carga: alcantarilla colmada de agua y alcantarilla alcantaril la vacía. Al interior de la alcantarilla, cuando la alcantarilla está colmada, colmada, en la parte superior superior la presión del ag En el fondo de la alcantarilla, la presión del agua: WA= γh=
3000 kg/m2
La zona del suelo en la parte inferior de la alcantarilla reacciona con una presión semejante.
CARGA DE AGUA EN ALCANTARILLA 4) Carga Carga Viva (LL) (LL) (3.6.1.3.3, AASHTO LRFD) LRFD)
El factor de carga dinámica (IM) para el caso de elementos enterrados es: IM = 33[1− 0.41(DE )] ≥ 0
(3.6.2.2-1, AASHTO LRFD)
IM = 8.65 8.65% % Siendo , la profundidad del relleno sobre la alcantarilla. alcantaril la. DE(m)=
1.80
Para el caso de fatiga se tiene: IM = 15[1− 0.41(DE )] IM = 3.93 3.93% %
(Tabla 3.6.2.1-1, AASHTO LRFD)
Distribución de la carga viva: 4.1) Carga de camión HL-93 (una vía cargada): El Art. 3.6.1.2.5 AASHTO-LRFD refiere que el área de contacto de una rueda se asume como un rectángul ancho 0.51m y longitud 0.25m. El Art. 3.6.1.2.6 3.6. 1.2.6 AASHTO-LRFD AASHTO- LRFD indica que si la profundidad del relleno es menor que 0.60m, se pue desprecia el efecto ef ecto del relleno r elleno sobre la distribución distribuci ón de la sobrecarga. s obrecarga. Si la profundidad pr ofundidad del relle r elle mayor que 0.60m, se puede considerar que las cargas de las ruedas están uniformemente distribuidas distr ibuidas en un área rectan lados son iguales a la dimensión del área de contacto de los neumáticos, más 1.15 veces la profundidad del caso de rellenos granulares seleccionados, o la profundidad del relleno en todos los demás casos. Si las áre ruedas se superponen, la carga total se deberá distribuir uniformemente en el área. Para las alcantarillas tramo los efectos de la sobrecarga se pueden despreciar si la profundidad del relleno es mayor q mayor que la longitud del tramo; para las alcantarillas alcantaril las de múltiples tramos estos efectos se pueden despreci profundidad del relleno es mayor que la distancia entre las caras de los muros extremos.
En este caso, con la consideración del factor de pre múltiple (Tabla 3.6.1.1.2-1, 3.6.1.1.2-1, AASHTO LRFD), se tiene: tiene: m= 1.2
1748 kg/m2
La reacción del suelo sera: w = 1192.58 .58662 kg/m kg/m2 2
2.32m = 1.80m
=1748
=1193
3.40m 4.38m CARGA DE CAMIÓN (una via cargada)
4.2) Carga de camión HL-93 (dos vías cargadas): En este caso, con la consideración del factor de presencia múltiple (Tabla 3.6.1.1.2-1, AASHTO LRFD), s m= 1.0 1729 1729 kg/m kg/m2 2 La reacción del suelo sera: w = 1179.65 .65886 kg/m kg/m2 2
2.32m = 1.80m
=1729
=1180
7.38m
3.40m CARGA DE CAMIÓN (2 vias cargadas) cargadas)
4.3) Carga de vía: w= 320 320 kg/m kg/m2 2
227 227 kg/m kg/m2 2 3.00m w=
= 1.80m
320 kg/m2
=227
=227
3.40m 5.07m CARGA DE VIA 4.4) Carga de Tandem (una vía cargada): 1743 1743 kg/m kg/m2 2
= 1.80m =1743
= 3.52m =1743
4.38m
3.40m TANDEM
4.5) Carga de Tandem (dos vías cargadas): 1725 1725 kg/m kg/m2 2
= 1.80m
= 3.52m =1725
=1725
7.38m
3.40m DOBLE TANDEM
Como se aprecia la carga de tándem (una vía cargada) es mayor que el caso del camión de diseño por usaremos afectado del factor de carga dinámica (IM) junto a la carga de vía para el diseño por Resistencia Servicio: IM= 1.086 1.08646 46 =2121 kg/m2
CARGA DE TANDEM + CARGA DE VIA
=2121 kg/m2
3.40m Para el chequeo por fatiga se usa en una vía sólo un camión HL-93 con una separación constante entre los ejes ejes de 14.8T (Art. 3.6.1.4.1). No se aplica aplica el factor de presencia múltiple múltiple (Art. 3.6.1.1.2); se incluye incluye , calculado. IM= IM= 1.03 1.0393 93
= 2.32m
= 1.80m
=1816
=1239
3.40m 4.38m CARGA DE CAMION PARA FATIGA( INCLUYENDO IM) Para los estados l mites de Resistencia y Servicio, Servicio, tres casos casos ser n considerados: considerados: a) Carga C arga vertical máxima sobre la losa l osa superior de la alcantarilla alcantaril la y carga máxima saliente en las parede DCmáx + EVmáx + EHmín + (LL+IM)máx + WAmáx b) Carga vertical mínima sobre sobr e la losa superior super ior y carga máxima máx ima entrante entrant e en las paredes: DCmín + EVmín + EHmáx c) Carga vertical máxima sobre la losa superior super ior y carga máxima máxi ma entrante en las paredes: DCmáx + EVmáx + EHmáx + (LL+IM)máx Las combinaciones de carga para el estado límite de Resistencia I son: 1. U = 1.0[1.25DC+1.3EV+0.90EH+1.7 1.0[1.25DC+1.3EV+0.90EH+1.75(LL+IM)+1.0WA] 5(LL+IM)+1.0WA] 2. U = 1.0[0.9DC+0.9EV+1.50EH] 3. U = 1.0[1.25DC+1.3EV+1.50EH+1.7 1.0[1.25DC+1.3EV+1.50EH+1.75(LL+IM)] 5(LL+IM)]
Las combinaciones de carga para el estado límite de Servicio I son: 4. U = 1.0[DC+EV+EH+(LL+IM)+WA] 5. U = 1.0[DC+EV+EH] 6. U = 1.0[DC+EV+EH+(LL+IM)] 1.0[DC+EV+EH+(LL+IM)] La combinación de carga para el estado límite de Fatiga es: 7. U =0.75(LL+IM) ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE ALCANTARILLA Realizando el análisis estructural usando el programa SAP2000 se obtienen las envolventes de Mo Cortante y Carga Axial que se muestran:
