1 Memoria TécnicaPuente TécnicaPuente-CanalCSSLI1+125
1 Intro Introducció ducción..... n............ .............. ............. ............. .............. ............. .............. ....................3 ............3
MEMÓRIA TÉCNICA
2 Gene Generalida ralidades... des.......... .............. ............. ............. ..................... ................................4 ..................4 3 Unida Unidades. des........ ............. ............. .............. ............. ............. .............. ............. ............. ................5 .........5 4 Cál Cálcul culos os Hid Hidráu ráulico licos.. s....... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......6 ..6 5 Res Resume umen n de cargas.. cargas...... ........ ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .........8 ....8 6 orma ormati!idad ti!idad em"lea em"leada.... da........... .............. ............. ............. ..................... .................# ...# $ %nál %nálisis isis geot&c geot&cnico.. nico......... ............. ............. .............. .................... ........................1' ...........1' $.1 (odelo geot&cnico.... geot&cnico.......... ............. .............. .............. ............................. .........................1' ...1' $.2 )ise*o de las cimentaciones... cimentaciones.......... .............. .............. ............. .................. ............12 12 $.2.1..............................+stado l,mite de -alla Ca"acidad de carga/ 12 $.2.2 $.2. 2 +stado l,mite de ser!icio ser!icio %sen %sentamien tamientos/.. tos/....... .......... ........... ............15 ......15
8 %nál %nálisis isis estru estructura ctural....... l.............. .............. .............. ............. ............. ................... ............15 15 # Con Conclu clusio siones nes... ....... ....... ...... ....... ....... ...... ....... ........ ......... .......... .......... .......... .......... .......... ......1# .1# 1' ReRe-ere erenci ncias as 0i0 0i0lio liográ gráca cas... s....... ....... ...... ....... ........ ......... .......... .......... .......... .....1# 1#
2
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1 Introducción Se realizará la construcción de varios puentes canal en la zona de riego de la Ciudad Ciudad de Baja Baja Cal Califo iforn rnia, ia, como como parte parte de un progr programa ama de infra infraest estruc ructur tura a en el Estado. Debido a la naturaleza de este tipo de puentes se tiene ue realizar el dise!o inte integr gral al de ca cada da puen puente te reue eueri rido do,, es de deci decirr se debe deberá rá ejec ejecut utar ar el dise dise!o !o "idráulico, "idráulico, geot#cnico $ estructural. %na vez obtenido el dimensionamiento dimensionamiento necesario por funcionamiento "idráulico, "idráulico, se deberá obtener dimensiones de la cimentación $ de la estructura del puente. Debido a todo lo anterior se realiza la presente memoria de cálculo, para el &uente'Canal &uente'Canal (m )*++ del Canal -amal -amal )*)2 /ver 0gura ).)1.
igura 1.1 U0icación del "uentecanal m 42'' de C7. 1'3''
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2 Generalidades El puente puente canal canal,, como como todas todas las estruct estructura urass de cruce cruce,, se constr constru$e u$e con un material al ue se le pueda dar un mejor acabado, ue en el canal, con objeto de ue este admita velocidades ma$ores en el agua, por ser más resistente a la erosión. &or lo tanto en bene0cio de la econom3a de la obra, al puente'canal se le dará una sección "idráulica más peue!a ue la del canal. Como la estructura trabaja como canal, de acuerdo con su sección, pendiente $ rugosidad, su funcionamiento "idráulico puede estudiarse con la fórmula de 4anning.
dónde5 6 ' 7asto, en m8s. 9 ' :rea "idráulica, en m2. - ' -adio "idráulico, en m. S ' &endiente de la conducción. n ' Coe0ciente de rugosidad de 4anning.
El puente'canal se calcula para gasto $ condiciones normales de trabajo. ;a secció sec ción n resul resultan tante te debe debe de tener tener un bordo bordo libre libre aprop apropiad iado, o, para para permi permitir tir cierta cierta
MEMÓRIA TÉCNICA El puente'canal puede ser de un solo claro cuando de un modo económico se pueda salvar el espacio de la depresión con #l, pero si el espacio es grande, tendrán ue construirse varios tramos. En cada caso se "arán las alternativas ue se crean convenientes para escoger las longitudes correctas, el n=mero de tramos $ las posiciones de los apo$os. ;os apo$os e?tremos pueden ser estribos o caballetes $ los intermedios pilas o caballetes. @ales apo$os serán calculados como los caminos o ferrocarriles, para ue soporten todos los esfuerzos ue le transmita la superestructura $ las cargas ue reciba directamente, $ serán desplantados sobre material 0rme $ protegidos contra posibles asentamientos, deslaves, socavaciones, etc. Conviene primero estudiar la superestructura, para ue de0nidas las cargas ue transmite a la subestructura se proceda a calcular #sta. En la superestructura se distinguen dos formas de trabajo5 el primero es de formar una cubeta impermeable de un canal por donde escurre el agua. El segundo es en sentido longitudinal, para lograr ue todo el tramo, cargado con agua $ todas las cargas ue deba soportar, trabaje como viga o como puente apo$ado en sus e?tremos.
3 Unidades ;as unidades utilizadas para todos los análisis $ dise!os son las del Sistema Anternacional $ el 4(S /4etro, (ilogramo, Segundo1.
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4 Cálculos Hidráulicos El puente'canal se calcula para gasto $ condiciones normales de trabajo, la sección resultante debe de tener un libre bordo apropiado para permitir cierta 2 m8s &lantilla5 b . m @irante5 d . m Bordo libre5 bl.2 m &endiente5 s .) -ugosidad5 n .)+ @alud5 t ). -esultados en &uente'Canal /ver 9ne?o15 9nc"o de plantilla B ).) m @irante p . m Bordo libre ;Bp . m F ).2 m @ ).> m ;ong. de transición ;t 2. m Gelocidad v .) m8s Se propone la siguiente estructura del puente'canal, ver Higura >.) Sección de &uente'Canal.
+
MEMÓRIA TÉCNICA igura 4.1ección de "roecto de 9uenteCanal.
1 Resumen de cargas 4ediante la sección del cruce ue abarcará el puente'canal, se propusieron los apo$os intermedios con claros ue no sean e?cesivos. Se planteó una estructuración mediante dos estribos en los e?tremos $ cuatro columnas centrales con claros de apro?imadamente ) m, como se muestra en la 0gura 2.). Cómo producto del análisis $ el dise!o estructural se obtuvieron las siguientes distribuciones de cargas como se muestra en la Higura .)5
E1
E2
P1
P2
igura 5.1 +structuración del "uente canal
;os datos a considerar para la bajada de cargas fueron obtenidas calculando el peso propio del puente con el peso del agua, $ aplicando un factor de seguridad de ).> para cargas vivas $ el peso propio de los apo$os, ue en primer instancia se desconoce el nivel de desplante de los apo$os, ver tabla .).
:a0la 5.1 Resumen de cargas en los a"oos del "uente
C9-79 9IA9; EJ &A;9 E) &) &2 E2
@KJ )> > 2 )2
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1 ormati!idad em"leada
Están de acuerdo a los criterios de la normativa para la infraestructura del transporte /Jormativa SC@1, libro de pro$ectoL tema, carreteraL parte, pro$ecto de puentes $ estructurasL t3tulo, pro$ectos nuevos de puentes $ estructuras similares. Cargas aplicables a los puentes están de acuerdo a la J'&-'+')'8)5 ;as cargas de viento $ sismo, están de acuerdo a las J'&-'+')'>8) $ J'&-' +')'8). ;as estructuras de concreto reforzado se dise!an $ constru$en de acuerdo a las MJormas @#cnicas Complementarias para el Dise!o $ Construcción de Estructuras de Concreto del -CDHN. 7aceta K0cial del Distrito Hederal. + de Kctubre, 2> o con el m#todo de resistencia =ltima estipulado en la =ltima revisión del reglamento 9CA') del 9merican Concrete Anstitute. Calidad de los materiales. Concreto estructural en cimentación /estribos $ apo$os intermedios15fOc4&a Pg8cmQ. Concreto en losas, muros, transiciones5 fOc2 4&a 2 Pg8cmQ. &lantilla de concreto fOc) 4&a ) Pg8cmQ. 9cero de refuerzo de los tama!os 2. al )2 de acero normal $ corrugado 9'+) grado + /9S@41 con H$>) 4&a >2 Pg8cmQ. ;as unidades utilizadas en la presente memoria son en sistema internacional /SA1 $ /4(S1.
R
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2 %nálisis geot&cnico El análisis geot#cnico de las cimentaciones está basado en las cargas proporcionadas por el análisis estructural del puente $ en las caracter3sticas geot#cnicas del terreno de cimentación, el cual seg=n el estudio de e?ploración $ laboratorio muestra ue la estructura se desplantará sobre suelos predominantemente arenosos potencialmente licuables, debido a ue son arenas mal graduadas con poco contenido de 0nos /menos del )21 $ con nivel freático cercano a la super0cie. Sin embargo se emiten algunas recomendaciones de tipo general para realizar un tratamiento para mitigar este fenómeno.
2.1 (odelo geot&cnico De acuerdo a los resultados de la campa!a de e?ploración del sitio, la cual consistió en un sondeo del tipo S.&.@. /&rueba de penetración Estándar1 a ) m de profundidad, se realizó el modelo geot#cnico del sitio de estudio. ;os parámetros mecánicos fueron obtenidos con correlaciones con el n=mero de golpes,se obtuvo con la correlación propuesta por &ecP, Fanson $ @"orbucP, /T"itman, )RR>1, ver tabla .). &ara este caso se consideró una co"esión de cero debido a ue el tipo de suelo encontrado se puede tratar como puramente friccionante debido a su poco contenido de 0nos. El peso volum#trico fue obtenido mediante valores t3picos de este tipo de suelos.
:a0la$.1.1Correlación de la "rue0a 9: con el ángulo de -ricción interna
N
Compacida d
F
Golpes S.P.T.
relativa
(grados)
> > ) ) U
4u$ suelta Suelta 4edia Densa 4u$ densa
2 2
2 > >
Se muestra a continuación /Ger tabla .).2.1las unidades geot#cnicas del sitio de estudio, las cuales fueron determinadas de acuerdo a los resultados de la e?ploración, la secuencia estratigrá0ca está formada por un estrato de suelos 0no el cual corresponde al espesor del bordo de material tipo tepetate $ debajo de este se )
MEMÓRIA TÉCNICA encuentran depósitos de arena de compacidad suelta a media de los >. m a los ) m de profundidad con un rango de n=mero de golpes de )2 a ), el nivel freático se encuentra apro?imadamente a los m de profundidad.
:a0la$.1.2ecuencia estratigráca del sitio de estudio
9 continuación se muestra el modelo geot#cnico ue se utilizó para el dise!o geot#cnico de las cimentaciones /ver 0gura .).1. :a0la4.1.39ro"iedades mecánicas del sueloen el sitio de estudio
))
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2.2 )ise*o de las cimentaciones ;as profundidades de desplante se muestran a continuación, en la 0gura .2.). 9u3 se observa cómo están planteados estribos en los e?tremos mediante zapatas $ pilas de cimentación coladas en sitio ue "acia arriba se convierten en columnas, como apo$os centrales.
igura $.2.1:i"o de sistema de cimentación em"leado en el "uente Canal
2.2.1 +stado l,mite de -alla Ca"acidad de carga/
Zapatas (estribos)
&ara el análisis de la capacidad de cargade las cimentaciones se realizó una subdivisión, $a ue primero se calculo la capacidad de carga de los estribos con la teor3a de 4e$er"oV, pero además se realizaron las revisiones como muro debido a ue los estribos tambi#n funcionan como elemento de retención de tierras, debido a )2
MEMÓRIA TÉCNICA ue #stos contendrán el terrapl#n de acceso del puente canal. De lo anterior se tiene ue se tuvo ue efectuar las siguientes revisiones para estos elementos5 • • •
Golteo Deslizamiento Capacidad de carga
;a estructura básica del estribo es una zapata con 2. m de anc"o $ ). m de largo con un espesor de la contratrabe de .> m $ .m de peralte de la losa de la zapata. Esto se muestra a continuación5 0.4
2.5
2.0
igura $.2.1.1;a"ata estri0o como a"oo e
&ara el análisis se muestran los datos de entrada utilizados los cuales están en función de la estratigraf3a utilizada $ de las propiedades del relleno, tomando en cuenta ue ser3a del tipo tepetate5
)
MEMÓRIA TÉCNICA igura $.2.1.2uer=as elementos 0ásicos "ara el análisis del estri0o como muro
/Das, 2>1
&ara el análisis se tienen los siguientes datos de entrada5 Datos: q= D=
). (J8m2 2.00 m
H1 >
0.000 m
H2 =
2.20 m
H3 = a>
B) B2 B B= Cor =
0.25 m 0.00º 0.80 m 0.40 m
H) H2
5.00º 1.00º
c1 = . (J8m2 )+. g1 > PJ8m ). g2 > PJ8m 2>. gc > PJ8m c2 = 2R. (J8m2
0.80 m 2.00 m 0.40 m
Con estos datos se efectuaron los análisis $ se obtuvieron los siguientes factores de seguridad. Como ane?o al 0nal del presente documento se presentan la memoria de cálculo completa. :a0la $.2.1.1actores de seguridad de las re!isiones de esta0ilidad del estri0o
Volteo 2.0
Factores de seguridad (Revisiones) Deslizamiento Capacidad de carga 4.1
3.2
Apoyos centrales (pilas)
&ara el análisis $ dise!o de la pila de cimentación se utilizaron las teor3as de 4e$er"oV $ Wevaeert, $ se utilizó un factor de seguridad de , para los dos cálculos. 9l realizar el análisis de los apo$os centrales se tiene ue la profundidad a la cual se obtuvo la capacidad de carga admisible con un factor de seguridad de .2, fue a )>
MEMÓRIA TÉCNICA 2m de profundidad, a partir del nivel más bajo de terreno natural, es decir los elementos estructurales deberán uedar desplantados a 2 metros $ tendrán una columna rectangular de .m ? ). m. 9 continuación se muestran los resultados del análisis. 9l 0nal del presente documento se muestran la memoria de cálculo completa.
:a0la $.2.1.2?alores de ca"acidad de carga en a"oos e
Meer!o""
Capacidad de carga admisible(t/m 2 ) #erzag!i Presi$n de contacto
11.1%
%.5
3.2
:a0la $.2.1.3?alores de ca"acidad de carga en a"oos centrales
Meer!o""
Capacidad de carga admisible(t/m 2 ) #erzag!i Presi$n de contacto
30.%3
3&.&3
'.8
2.2.2 +stado l,mite de ser!icio %sentamientos/
Se realizo el análisis de asentamientos inmediatos /en los apo$os centrales1, para evaluar el orden de magnitud de #stos $ saber si serán de consideración, sin embargo el análisis muestra ue las deformaciones inmediatas no serán importantes, sin embargo es recomendable medir los asentamientos con cierta regularidad mediante nivelaciones con referencias de nivel super0cial. ;os asentamientos se evaluaron con la teor3a de Stenbrainner /)R>1, resultando los siguientes resultados. :a0la $.2.2.1%sentamientos en =ona de estri0os
Asentamientos (cm) (ten)rainner Es*+ina
Centro
0.10
0.2
)
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3 %nálisis estructural Se elaborará considerando los siguientes aspectos5 :i"o de material. Se seleccionará el tipo de material de la estructura,
tomando en cuenta las caracter3sticas del entorno ambiental a 0n de incluir medidas ue mitiguen los da!os ambientales, faciliten las tareas de conservación $ alarguen la vida de la estructura. 9redimensionamiento. %na vez seleccionado el material de la estructura, se
de0nirán las dimensiones preliminares de la estructura $ cada uno de sus elementos, para este caso no se toman en cuenta condiciones de carácter est#tico ni mejoras en el aspecto aruitectónico. Cargas. &ara las estructuras predimensionadas, se inferirán las cargas a ue
estarán sujetas, considerando lo indicado en la Jorma J'&-'C9-'+')', Cargas $ 9cciones. )ise*o sim"licado. Con las cargas inferidas, se realizará el dise!o
simpli0cado de las estructuras predimensionadas, deduciendo las deformaciones $ los elementos mecánicos internos de cada elemento, determinando las caracter3sticas de resistencia de los materiales ue se van a emplear $ ajustando, en su caso, las dimensiones preliminares de la estructura $ de sus elementos. El análisis de las estructuras por pro$ectar, as3 como de las obras secundarias ue lo reuieran, cu$o propósito es determinar los elementos mecánicos internos $ las deformaciones ue e?perimentará cada parte, se ejecutarán asumiendo ue #stas tienen un comportamiento elástico, aun cuando el dise!o se realice por factores de carga, considerando la plasti0cación de las secciones cr3ticas.
;os armados uedaron como sigue5
)+
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igura 8.1.1Resultado del armado estructural del 9uenteCanal !er ane
igura 8.1.2%rmado estructural de la =a"ata estri0os/@ !er ane
)
MEMÓRIA TÉCNICA
igura 8.1.3%rmado estructural de =a"atas de los a"oos intermedios ?er ane
)
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igura 8.1.4%rmado estructural de los a"oos intermedios ?er ane
En el ane?o del presente documento se muestra la memoria de cálculo del dise!o estructural.
)R
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4 Conclusiones Se decidió desplantar las zapatas ue forman los estribos sobre el material formado por los bordos $a ue no es necesario bajar las zapatas "asta la arena con el 0n de minimizar costos de construcción, de esta manera el suelo de cimentación es un arena limosa mezclado con un limo de baja plasticidad al cual se le conoce como MtepetateN, al ser #ste un material de banco presenta la ventaja ue es un suelo de baja plasticidad.
5 Re-erencias 0i0liográcas . ,i)ro
Demeneg"i, 9gust3n /2>1. Análisis y dis!o d ci"ntacions s#$%&cials. 4#?ico5 9puntes de la Hacultad de Angenier3a. Das, Braja, /2>1. '%inci$ios d In(ni%)a d ci"ntacions* 7obierno del Distrito Hederal /2>1.No%"as T+cnicas Co"$l"nta%ias dl Dist%ito Fd%al .4#?ico.
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MEMÓRIA TÉCNICA
%+AB
2)
MEMÓRIA TÉCNICA ,ondos n la -ona d st#dio
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MEMÓRIA TÉCNICA M"o%ia d cálc#lo d scci.n d $#nt/canal
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MEMÓRIA TÉCNICA
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MEMÓRIA TÉCNICA M"o%ia d cálc#lo d ci"ntacions 0a$atas
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MEMÓRIA TÉCNICA Ca$acidad d ca%(a d los st%ios My%4o5
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MEMÓRIA TÉCNICA T%-a(4i
MEMÓRIA TÉCNICA Dis!o st%#ct#%al d col#"nas so% -a$atas $a%a a$oyos cnt%als
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MEMÓRIA TÉCNICA Ca$acidad d ca%(a d las $ilas My%4o5
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MEMÓRIA TÉCNICA
Tala a#6ilia% d s7#%-os n la "asa d s#lo
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