Informes Laborales

DISEÑO ESTRUCTURAL DE OBRAS DE ARTE

Ing. Arturo Rodríguez Serquén

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DISEÑO ESTRUCTURAL DE OBRAS DE ARTE EN CARRETERAS

Por: MC ING. ARTURO RODRÍGUEZ SERQUÉN

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ALCANTARILLAS
Efectuar el diseño de la alcantarilla mostrada. El peso del material de relleno sobre la alcantarilla es 2000kg/m³, ángulo de friccióninterna Ø=21.5° .

CARGAS SOBRE LA ALCANTARILLA (en fajas de 1m. de ancho) 1) Presión Vertical del Terreno Se calcula previamente el factor Fe para tener en cuenta la interacción sueloestructura:

H Fe = 1+ 0.20  ≤ 1.15 Bc 

(12.11.2.2.1-2, AASHTO LRFD y 12.11.2.2.1, AASHTO LRFD)

1.80m  Fe = 1+ 0.20 = 1.106 < 1.15  3.40m  
donde: Fe = factor de interacción suelo-estructurapara elementos enterrados H = profundidad del relleno (m) =1.80m Bc = ancho exterior de la alcantarilla (m) = 3.40m Presión del terreno en la parte superior de la alcantarilla:

EV = Fe .γ.H

(12.11.2.2.1-1, AASHTO LRFD)

EV = 1.106(2,000kg / m 3 )( .80m) = 3,982 kg / m2 1

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Asumiendo que la losa de fondo es rígidacomparada a la sub-base, las reacciones del suelo a las cargas verticales aplicadas a la alcantarilla se consideran uniformemente distribuidas en el fondo de la losa.

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:

φ k a = tg2 (45° − ) = 0.464 2
Presión lateral del terreno en laparte superior de la alcantarilla: EH1 = k a.γ.H1 = 0.464(2,000kg / m 3 )( .80m) = 1670kg / m2 1 , Presión lateral del terreno en la parte inferior de la alcantarilla: EH2 = k a.γ.H2 = 0.464(2,000kg / m3 )(5.30m) = 4,918kg / m2

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3) Carga de Agua (WA) (3.7.1, AASHTO LRFD) En este caso necesitamos considerar dos casos decarga: alcantarilla colmada de agua y alcantarilla vacía. Al interior de la alcantarilla, cuando la alcantarilla está colmada, en la parte superior la presión del agua es cero. En el fondo de la alcantarilla, la presión del agua: WA=γh=(1,000kg/m³)(3.0m) =3,000 kg/m² La zona del suelo en la parte inferior de la alcantarilla reacciona con una presión semejante.

4) Carga Viva (LL) (3.6.1.3.3,AASHTO LRFD) El factor de carga dinámica (IM) para el caso de elementos enterrados es:

IM = 33[ − 0.41(DE )] ≥ 0 (3.6.2.2-1, AASHTO LRFD) 1 IM = 33[ − 0.41( .80)] = 8.65% 1 1
Siendo DE=1.80m, la profundidad del relleno sobre la alcantarilla. Para el caso de fatiga se tiene:

IM = 15[ − 0.41( .80)] = 3.93% 1 1

(Tabla 3.6.2.1-1, AASHTO LRFD)

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Distribución de la carga viva: HL4.1) 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 rectángulo simple de ancho 0.51m y longitud 0.25m. El Art. 3.6.1.2.6 AASHTO-LRFD indica que si la profundidad del relleno es menor que 0.60m, se puede desprecia el efecto del relleno sobre ladistribución de la sobrecarga. Si la profundidad del relleno es mayor que 0.60m, se puede considerar que las cargas de las ruedas están uniformemente distribuidas en un área rectangular cuyos lados son iguales a la dimensión del área de contacto de los neumáticos, más 1.15 veces la profundidad del relleno en el caso de rellenos granulares seleccionados, o la profundidad del relleno en todos los demáscasos. Si las áreas de varias ruedas se superponen, la carga total se deberá distribuir uniformemente en el área. Para las alcantarillas de un solo tramo los efectos de la sobrecarga se pueden despreciar si la profundidad del relleno es mayor que 2.4m y mayor que la longitud del tramo; para las alcantarillas de múltiples tramos estos efectos se pueden despreciar si la profundidad del relleno es mayor...