UNIVERSIDAD CATOLICA “ LOS ANGELES DE CHIMBOTE”
FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
I PROGRAMA DE ACTUALIZACION PARA TITULACION DE BACHILLERES DE ING. CIVIL
TESINA DE INGENIERIA: “CIMENTACION EN ROCA DE RESERVORIO NOCTURNO ATOCATA- LARAMATE-AYACUCHO” PRESENTADO POR :
BACHILLER: LUIS EDUARDO MENESES DE LA CRUZ
PARA OPTAR AL TÍTULO DE ING. CIVIL
CHIMBOTE –PERÚ 2009
UNIVERSIDAD CATOLICA “LOS ANGELES DE CHIMBOTE”
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL I PROGRAMA DE ACTUALIZACION PARA TITULACION DE BACHILLERES DE INGENIERIA CIVIL TESINA : APROBADO POR:
--------------------------------------------Ing. Eulogio Huambachano Sanchez
PRESIDENTE
----------------------------------Ing. Javier Chavez Peralta MIEMBRO
------------------------------------------Ing. Carlos Huamancayo Quiquín MIEMBRO
2
Dedico esta Tesina a mis queridos padres, esposa e hijos, que con tanto cariño y dedicación me brindaron la oportunidad de estudiar.
3
Agradezco a los Docentes de Ingeniería Civil , por su exigencia y motivación, que han sido de mucha ayuda en mi formación profesional.
4
INDICE Pág. DEDICATORIA
1
AGRADECIMIENTO
2
CAPITULO I : GENERALIDADES 1.1.- TITULO.
6
1.2.- OBJETIVOS.
6
1.3.- INTRODUCCION
7
1.4.- CONCEPCION DEL PROYECTO.
7
1.5.- CRITERIOS TECNICOS DE DISEÑO.
8
1.6.- CONSIDERACIONES TECNICAS DEL PROYECTO.
10
1.7.- COMPONENTES DEL PROYECTO.
10
1.8.- DESARROLLO DEL DISEÑO ESTRUCTURAL PROYECTO.
11
1.8.1.- CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
15
1.8.1.1.- Ancho del muro
15
1.8.1.2.- Concreto
16
1.8.1.3.- Acero
19
1.8.1.4.- Suelo
19
1.8.1.5.- Relleno
23
1.8.2.- Diseño de Muro de gravedad
24
1.8.2.1.- Predimencionamiento de cimentación de acuerdo al RNE.
5
25
Pág. 1.8.2.2.- Predimencionamiento de pantalla
de
29
acuerdo al RNE. CAPITULO II : ANALISIS ESTRUCTURAL 2.1.- DISEÑO DE PANTALLA
31
2.1.1.- NORMAS DE DISEÑO
31
2.1.2.- ESPECIFICACIONES DE LA ESTRUCTURA
31
2.1.3- ESTRUCTURA PROYECTADA
32
2.1.4.- ANALISIS ESTRUCTURAL
32
2.1.5.- ANALISIS POR CARGAS DE GRAVEDAD
32
2.1.6.- ANALISIS DE ESTABILIDAD
33
2.1.7.- OTROS DATOS IMPORTANTES
33
2.2.- DISEÑO DE CIMENTACION
33
2.2.1.- NORMAS DE DISEÑO
33
2.2.2.- ESPECIFICACIONES DE LA ESTRUCTURA
34
2.2.3- ESTRUCTURA PROYECTADA
34
2.2.4.- ANALISIS ESTRUCTURAL
34
2.2.5.- ANALISIS POR CARGAS DE GRAVEDAD
35
2.2.6.- ANALISIS DE ESTABILIDAD
35
2.2.7.- OTROS DATOS IMPORTANTES
35
6
Pág. CAPITULO III : CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 3.1.- CONCLUSIONES
36
3.2.- RECOMENDACIONES.
37
- BIBLIOGRAFIA
38
- ANEXOS
7
CAPITULO I GENERALIDADES 1.1.- TÍTULO : “CIMENTACION EN ROCA DE RESERVORIO NOCTURNO ATOCATA- LARAMATE-AYACUCHO” 1.2. -OBJETIVO Al final de este trabajo se pretende ampliar los conocimientos del que suscribe, así también como de toda aquella persona que tenga contacto con este trabajo. Se deberá comprender detalladamente todo el procedimiento de un buen desarrollo para la elaboración de Diseño de un Muro de gravedad para un Reservorio nocturno de riego , con la finalidad de transmitir la carga al terreno a través de la cimentación, también sirve para sostener el relleno de la parte posterior del muro. Así también como anteriormente se dijo obtener resultados que puedan dar una mayor comprensión y resultados que ayuden en el análisis y diseño de un muro de gravedad para un Reservorio nocturno de riego. Planear la elaboración de proyectos de obras de infraestructura hidráulica para el almacenamiento, derivación, conducción y distribución del agua, a fin de satisfacer las exigencias que plantea
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la demanda de agua de los diferentes usos, en particular la del riego en cultivos agrícolas.
1.3.- INTRODUCCION El análisis de los empujes sobre las estructuras de contención es un tema muy extenso
que necesita de simplificaciones para su
consideración en los cálculos del proyecto; en donde interesan las fuerzas que actúan sobre el muro de contención y el estado limite de cargas cuando ocurra la falla de relleno; la teoría de Coulomb en base a una cuña deslizante de relleno, en torno al cual se plantea el equilibrio de fuerzas, ha sido la principal vía de solución para estos cálculos. En el análisis debe tenerse en cuenta las consideraciones de estabilidad del relleno, las deflexiones esperadas en el muro, los procedimientos constructivos y toda restricciones del mismo en
posibilidad de movimiento o
el muro. De
acuerdo a ello se
consideran los estados activos, de reposo o de empuje pasivo de tierras.
Por otro lado, los efectos del agua en el incremento de
empuje lateral o en las presiones de poro que origina el flujo cuando existe una diferencia de niveles de agua entre ambos lados del muro deben ser analizados. Por otro lado
se realizará el calculo de dimensiones de la
cimentación en este tipo de terreno y la cantidad de acero tanto en pantalla y en la cimentación. 1.4.- CONCEPCION DEL PROYECTO: El problema especifico está constituido por la existencia de 140 hás de tierras de cultivo y que el canal existente con un caudal de
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70 lps no abastece para el riego de tierras aptas para el cultivo; por tanto se aprovecha el canal existente y se proyecta un reservorio nocturno de 3024 M3 de capacidad, que tendrá una longitud de 70 metros de largo y 24 metros de ancho, con altura útil de 1.80 metros. El reservorio nocturno planteado se construirá de concreto armado en tramos de 20 metros de longitud , separados por juntas de Water Stop de 8” desde la cimentación. En las uniones de muros ortogonales con longitudes de 10 metros. El
reservorio nocturno contará con un canal de
ingreso de concreto simple, que se diseñará con
el caudal
existente de 70 LPS , la pendiente con que cuenta el terreno y otros factores con la ecuación de Maning , por el método de eficiencia hidráulica. Por otro lado
contará con un desarenador,
canal de rebose, tubería de salida para 70 lps, poza de disipación de energía y canal de distribución.
1.5.- CRITERIOS TECNICOS DE DISEÑO
:
El criterio técnico de diseño esté relacionado con la elección y procedimiento para desarrollar la propuesta técnica de solución al problema que permita la proyección de la infraestructura más conveniente para almacenar 3024 m3 de agua para irrigar
un
incremento 70 hás de tierra aptas para el cultivo.
La funcionalidad de la cual se le ha provisto a la infraestructura no solo está referida a almacenamiento de agua para riego, si no también para uso turístico d e la zona en conotaje y otros fines.
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Estructuralmente el reservorio nocturno está constituido por muros de gravedad de concreto armado tanto en la pantalla y la zapata, en vista que los agregados se encuentra a más de 80 Km de distancia promedio. El muro de gravedad sostendrá principalmente el empuje del agua
y por tanto no existirá una sobre carga
importante que se pueda considerar en el diseño. En el análisis de selección de la infraestructura mas apropiada como alternativa de solución al problema existente se ha desestimado la construcción de un reservorio nocturno con geomenbranas y geotextiles armado, por las siguientes razones: •
El desnivel entre las cotas de ingreso y de salida de la infraestructura. Asimismo por la topografía existente en la zona.
•
La construcción de un reservorio con geomenbranas y geotextiles necesita material de relleno adecuados en un 50 % de su longitud y la pendiente del terreno no permite.
•
La vida útil de las geomenbranas y geotextiles no pasan con mucho cuidado y mantenimiento de los 10 años.
•
En el caso de incrementarse el área de riego, la proyección de un reservorio con geomenbranas y geotextiles dificultaría en encimamiento de
la altura del reservorio. Por tanto
no
permitiría mayores posibilidades de aumentar el caudal de riego. Los puntos anteriormente expuestos fueron determinantes para decidir en este caso la construcción de un reservorio con muro de
11
gravedad de concreto armado como alternativa de solución para el problema existente. 1.6.- CONSIDERACIONES TECNICAS DE DISEÑO : Para el planteamiento del proyecto se ha tomado en cuenta los estudios relacionados directamente con el Diseño Estructural.
1.
Estudios Topográficos para proyectar el infraestructura del proyecto en el contexto global de su concepción.
2.
Se realizó el aforo en épocas de secano; por tanto el mes de setiembre.
3.
Estudio de Suelos para determinar la capacidad portante en las zonas de ubicación de las zapatas de muro de gravedad y de las otros obras hidráulicas. Este valor va ha permitir definir la profundidad de desplate de la cimentación.
4.
Ubicación
de
canteras
de
agregados
y
pruebas
de
granulometría de cada uno de ellos. 5.
Pruebas de concreto para poder determinar la resistencia de compresión de los mismos.
Es necesario y conveniente tener en consideración aspectos referidos a estudio de canteras, diseño de mezclas, estudios de impacto ambiental y otros aún cuando esta información no interviene directamente en la estructuración del proyecto. 1.7.- COMPONENTES DEL PROYECTO: El sistema de conducción está constituido por un canal rectangular para conducir el caudal de 70 lts/seg, de 0.40 mts de plantilla y
12
0.35 mts de altura de Muro, el canal se encuentra apoyado sobre terreno natural. El planteamiento estructural del proyecto ha sido planteado considerando que los muros de gravedad de concreto armado, tendrá un máximo de 20 m de longitud , separados con juntas de dilatación de 1”. Cabe señalar que el reservorio nocturno tendrá un capacidad de 3024 M3, el piso será de manta asfáltica de 4 MM de espesor. Por otro lado contará con un desarenador de concreto simple, tubería de salida de 10” de diámetro, un pozo disipador de energía de concreto armado , canales rectangulares de salida e ingreso, canal de rebose (Aliviadero) y distribución de concreto simple. Los elementos estructurales componentes del proyecto, objeto del presente informe son:
1.
Diseño de muro de gravedad de Concreto Armado.
2.
Diseño de zapata. El suelo se constituye en el principal elemento estructural del proyecto debido a que soporta la carga de toda la estructura, su estudio con lleva a verificar la estabilidad del mismo y determinar el tratamiento mas apropiado para su mejoramiento, si el caso lo requiere.
1.8.- DESARROLLO DEL DISEÑO ESTRUCTURAL DEL PROYECTO: El desarrollo de la elaboración de un proyecto consiste en el dimensionamiento de cada elemento estructural del muro de
13
gravedad para soportar los esfuerzos de flexión, compresión y corte según el caso, en concordancia con el Reglamento Nacional de Edificaciones. Así mismo constituye parte del desarrollo del proyecto la determinación de la calidad de concreto, cuantificación del acero principal, acero de temperatura o repartición, determinación de estribos aceros mínimos, los que deben estar en concordancia con las Normas Técnicas anteriormente señaladas. El procedimiento seguido par el diseño estructural de cada elemento componente del proyecto, para cada caso se detalla a continuación.
Diseño de muro de gravedad .
Es un muro de concreto armado que descansa sobre la zapata. En el Diseño de la pantalla
se ha determinado
el cortante actuante,
cortante resistente y el cortante remanente, así mismo se ha determinado la necesidad de colocar estribos asumiendo el caso que el muro va ha soportar los efectos sismorresistentes. Se tomará como espesor de todo el muro uniforme igual a B/12 ,
El análisis estructural corresponde como
una viga en voladizo cuyo
ancho tributario de 1 metro y una longitud de 2 mts Las Cargas del Diseño se obtienen sumando el peso propio del muro de gravedad y las cargas del agua. Las cargas
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del relleno no se
consideran por tener un altura despreciable que no afecta en los cálculos; por tanto no existe empuje pasivo. El muro de Sostenimiento se ha diseñado como una viga de Voladizo, las características de la resistencia del concreto y la resistencia del fierro se determinan de acuerdo a las Normas E 060 para Muros. El Calculo del Momento, determinación del acero principal, acero mínimo, Verificación por corte, cálculo de estribos se determina aplicando los mismos métodos y se utilizan las mismas fórmulas que las utilizadas en el diseño de vigas longitudinales.
El área de acero principal se ha determinado por el méto todo de la rotura, esta cantidad de acero resulta de resolver las ecuaciones que se detallan por un proceso iterativo.
Formula 1 As =
Formula 2 Mu ø fy ( d - a/2)
Donde : As =
Area del acero
ø =Factor de reducción ø = 0.90 = Para Flexión f¨c = Resistencia a la compresión del Concreto fy = Esfuerzo de fluencia del acero Mu = Momento último
15
a=
As * fy 0,85 f¨c b
b = Ancho de la estructura a = Es la altura donde actua el esfuerzo de Compresión d = b-r- øest./2 (Peralte efectivo de la viga)
Se determinó el acero mínimo de las estructuras
sometidas a
flexion utilizando la siguiente expresión: Asmín = 0.0018 * b * d Se comparó ambas áreas de acero escogiéndose el mayor, con el cual se seleccionará el diámetro de Varilla utilizar. Se determinó el área de acero por temperatura para contrarrestar los esfuerzos de contracción utilizando la siguiente expresión: Asmín = 0.002 * b *d. De esta manera se ha procedido a dimensionar el acero del muro de concreto y a determinar el esfuerzo estructural, En el Diseño de Estribos se ha determinado como en el caso anterior el cortante actuante, cortante resistente y el cortante remanente, así mismo se ha determinado la necesidad de colocar estribos asumiendo el caso que el muro y la zapata
va
soportar los efectos
sismorresistentes.
Diseño de Zapata.
El Reglamento Nacional de Edificaciones señala que las zapatas deberá dimensionarse para transmitir al suelo de cimentación una presión máxima que no exceda a la especificada en el estudio de Mecánica de suelos. Se considerará para este fin las cargas y momentos de servicio sin amplificar
16
Las cargas del diseño esta conformada por la carga de la pantalla y la carga estimada de la zapata equivalente al predimensionamiento. La carga total entre la capacidad portante del terreno se obtiene el dimensionamiento de las zapatas. Se determina el momento en la cara donde se apoya el agua o el relleno respectivamente para determinar el peralte de la zapata. El peralte se obtiene de la Fórmula: d = ( Mu / K * b )1/2 que corresponde al diseño estructural por el método elástico. Posteriormente se realiza la comprobación de la resistencia por cortante, se determina el corte por punzonamiento y se define la longitud de anclaje y su relación con la altura de cimentación. Se deberá tener en cuenta que la zapata actúa como viga, con una sección crítica que se extiende en un plano a través del área total y que está localizada a una distancia de la cara del muro, cumpliéndose que el cortante admisible por el concreto está dado por la expresión: Vc = 0.53 * ( f ´ c )1/2 ( b * d )
1.8.1.- CARACTERISTICAS TECNICAS: 1.8.1.1. Ancho del Muro.El ancho del muro se asumirá igual a H/12 , entonces 2.2/12 = 0.18 Metros. Por tanto tomamos una ancho de 0.20 metros.
17
1.8.1.2. Concreto.El concreto a utilizarse tanto en los muros y la cimentación será con una resistencia a la compresión en : * Pantalla y cimentación: f ‘c = 175 Kg/cm2 (Resistencia a la compresión del concreto) γ = 2400 Kg/m3 ( Peso especifico de concreto armado) El agregado grueso: El peso volumétrico seco compactado = 1600 Kg/m3 Tamaño máximo de agregado grueso
= ¾”
Porcentaje de absorción
= 12.5 %
Contenido de humedad
= 14%
El agregado fino: El peso volumétrico seco compactado = 1936 Kg/m3 Modulo de finura
= 2.4
Porcentaje de absorción
= 13 %
Contenido natural de humedad
= 14.5%
Cemento : Portland Tipo I- ASTM C-150 El peso volumétrico
= 1500 Kg/m3
Diseño: Por el método de peso ( CAPECO) Asentamiento máximo
= 3” de tabla A
Tamaño máximo de agregado grueso
= ¾”
Estimación del agua de mezclado
= 200 Kg/m3 de tabla B
18
con slump 3” y Tamaño Máximo A.Grueso ¾” Relación agua cemento
= 0.445 Interpolando en
Tabla C Con K=1.25 F’cr= 1.25*175=218.75 Contenido de cemento
= 200/0.445= 449.44 Kg/m3= = 10.58 Bls
Contenido de agregado grueso: Usando Tabla E Con Modulo de finesa= 2.4 El peso volumétrico seco compactado = 1600 Kg/m3 Agregado G= 1600*0.66= 1056 Kgs Contenido de agregado fino: Usando Tabla F Contenido de agregado grueso: Usando Tabla E Concreto sin aire incorporado Agregado fino= 2355-1056-449.44-200= 649.56 Kgs Ajuste de humedad de peso de agregados: Agregado grueso: 1056*1.14
= 1203.84
Agregado fino= 649.56*1.15
= 746.99
Agua de mezcla neta: Agregado grueso: 1056*(14-12.5%)= 15.84 Agregado fino= 675.54*(15-13%)
19
= 14.94 -------------
30.78 Agua de mezcla neta: 200 -30.78= 169.22 Kgs Dosificación en peso resultante: Cemento
:.10.58 Bolsas = 0.299 M3
Agregado grueso
: 1203.84 Kgs
Agregado fino
= 746.99 Kgs
Agua
= 169.22 Kgs
Dosificación en Volumen Cemento
:.1500 Kg/m3
Agregado grueso
: 1600Kgs/m3
Agregado fino
= 1700 Kgs/m3
Agua
= 0.169
Cemento
:.10.58 Bolsas = 0.299 M3
Agregado grueso
: 1203.84 /1600= 0.752 M3
Agregado fino
= 746.99/1700 =0.439 M3
Agua
= 0.169 M3
La proporción será: Cemento : Arena : Piedra Chancada C 1
: :
A 1.50
1.8.1.3. Acero.-
20
: :
P 2.5
El acero es una aleación de diversos elementos entre ellos: Carbono, magnesio, silicio, cromo, niquel y vanadio. El carbono es el mas importante y el que determina sus propiedades mecánicas. A mayor contenido de carbono, la dureza , la resistencia a la tracción y el límite elástico aumentan. Por el contrario disminuyen la ductilidad y tenacidad. El magnesio es adicionado en forma de ferro magneso . Aumenta la forjabilidad del acero, su templacidad y resistencia al impacto..Asimismo disminuye su ductilidad. El silicio se aumenta en un 0.05% a 0.5%; para propósitos de desoxidación. El cromo incrementa la resistencia a la abrasión y la templacidad. El niquel mejora la resistencia al impacto y calidad superficial y el vanadio mejora la templacidad. El acero que se utilizara será el corrugado de grado 60, que se fabrica bajo las normas ASTM-A-615-96a, A-616-96a, A617-96a y A-706-96b,con esfuerzo de fluencia 4200 Kg/cm2 y con resistencia mínima a la tracción a la rotura de 6300Kg/cm2. 1.8.1.4. Suelo.En el diseño de cimentaciones de estructura s como muros de gravedad requiere en el conocimiento de factores como : a) La carga que será transmitida por estructura a la cimentación, b) El comportamiento y la deformabilidad asociada al esfuerzo de los suelos que se aportará al sistema de cimentación y c) Las condiciones geológicas del suelo considerado. Las
propiedades
geotécnicas
del
suelo
tales
como
la
granulometría, la plasticidad, la compresibilidad y la resistencia al cortante, pueden determinarse mediante pruebas apropiadas de laboratorio.
21
Determinando la dureza de la roca con martillo geológico: Roca débil : Es cuando deja marcas poco profundas golpeando fuertemente con el martillo geológico. Entonces posee una resistencia aproximada a la comprensión simple de 5 a 25 MPa, Grado R2. La roca es de tipo caliza con Modulo de poisson u= 0.27 a 0.30, y un modulo de Young= 1.2x 12.6 a 15.6 Lb/pulg2. La fuente de datos es del curso de geotecnia de profesionalización de Ing. Civil –ULADECH. Clasificacion de rocas según metodo RQD RQD= Sumatoria de long. De testigos >=10cm/Long.Total de Taladro x!00= Si Long de testigos : 12, 20, 17, 11, 15, 23, 8 centímetros. RQD= (12+20+17+11+15+23)/ 200 x 100= 49 % RQD (%)
Calidad de Roca
<25% 25a 50 50 a 75 75 a 90 90 a 100
Muy mala Mala Regular Buena Muy buena
Por tanto según Tabla corresponde a una Roca de calidad mala Resistencia al corte del macizo rocoso: Indice de Q de Barton (1974) Q= RQD/Jn*Jr/Ja *Jw/SRF Donde :
22
SRF= Indice del estado de tensión de macizo rocoso En tabla : C) Roca deformable, flujo plástico de roca incompetente bajo la influencia de altas presiones. M= Deformación moderada = 7 Jw= Indice de flujo de agua En tabla : E= Flujo o presión excepcionalmente alto al momento de la excavación, decayendo con el tiempo= 0.10 Ja= Indice de alteración de las paredes de la fracturas: En tabla : c) No hay contacto de cajas al producirse el cizalle J= En zonas o bandas de roca desintegrada =6 Jn= Indice de Nº de familias de fracturas C= Un set de fracturas mas otra aleatoria = 3 Jr= Indice de rugosidad de fracturas En tabla : b) Contacto de cajas antes de 10 cm de cizalla A= Fracturas discontinuas = 4 Calculando Q= 49/3*4/6*0.10/7= 0.16 Por tanto en tabla la roca se clasifica como : Mala Índice geológico de resistencia: GSI
23
GSI= 9 Ln Q’ +44= Calculando Q`= RQD/Jn*Jr/Ja= 49/3*4/6= 10.89 GSI= 9*Ln 10.89+44= 65.50 Si la Cohesión de roca es de 75 KPa y mi= 6 En tabla con datos de GSI, C y mi, se tiene un ángulo de fricción = 32º Método de Bartón – Bandis: Si cohesión =C= 75 a 150 Kpa , Entonces en tabla ángulo de fricción = 30º a 35º Entonces tomamos ángulo de fricción de 32º. CLASIFICACION DE ROCAS METODO RMR Calculo de RMR de Bieniawski (1979) Observado la roca in situ , en un metro de ancho la roca se muestra muy fracturada por tanto : RMR = 20 a 30 = Roca de calidad mala Calculo de relación de esfuerzos = K = 0.5+1500/Altura
σ v/ σ h=
K= 0.5+1500/ 3120= 0.98 Suelo de cimentación: * Roca fracturada: Caliza * γ = 1550 Kg/m3 = Peso especifico de la roca caliza Capacidad Portante: σ = 4.00 Kg/cm2
24
Nivel de Cimentación: h = 3120.50 m.s.n.m.
1.8.1.5.- Rellenos Los materiales utilizados como relleno detrás de un muro de sostenimiento deberán ser granulares y permitir el libre drenaje. Si los muros retienen suelos cohesivos in situ se deberá proveer drenaje adecuado para reducir la presión
hidrostática detrás del
muro. La mayor parte de los conocimientos y experiencias relacionadas con las estructuras de tierra estabilizada
mecánicamente se han
obtenido
En
con
rellenos
no
cohesivos.
consecuencia,
el
conocimiento de la distribución de las tensiones internas, la resistencia al arrancamiento y la geometría de la superficie de falla se verán afectadas por las propiedades de los suelos granulares. Aunque
se
han
utilizado
suelos
cohesivos
con
resultados
satisfactorios, también se han observado problemas como por ejemplo deformaciones excesivas y colapsos totales. La mayor parte de estos problemas se atribuyen a un drenaje pobre o inadecuado. Roca suelta : Calidad Mala •
Angulo de fricción interna: Ø = 32°
•
Peso Específico:
25
γ = 1550 Kg/m3
1.8.2.- Diseño de Muro de gravedad. Datos de diseño
σ = 4.00 Kg/cm2
-
Resistencia de roca caliza
-
Ancho corona muro
-
Longitud de muro
-
Altura total del muro
-
Altura agua
-
Angulo de Fricción(material de cimentación) φ = 32º
-
Peso especifico de relleno Pe® = 1.60
-
= 0.20m = 1.00mt H= 2.00m H= 1.80m
Tn m3 Tn Peso especifico del concreto Pe© = 2.4 m3 Tn Peso especifico del agua Pe H20 = 1.0 m3
1.8.2.1.- PREDIMENSIONAMIENTO DE CIMENTACION DE ACUERDO AL RNE.
26
Pe H2O= Ø=
1 32º
Tn /m3
Ka=
(1-senØ )/1+senØ
Ka=
(1-sen b4)/(1+sen B4)= 0.31
Ea= Ea=
1/2*(PeH20)*H^2 1.620 Tn
1.8 P2 H= 2 Ea
0.24, Asumimos mejor
0.4
H/10
0.95
2 Asumimos= ESTABILIDAD DE MURO Zona 1
Peso (Tn) 0.96
Brazo 0.35
ME (Tn-m) 0.3
2 3
1.71 1.68 4.35
0.925 0.7
1.6 1.2 3.09
27
Momento por Volteo =
0.972
Tn-m
VERIFICACION POR VOLTEO F.S=
Sun M E/Sum M volteo=
3.18 > 2
OK
VERIFICACION POR DESLIZAMIENTO: f=
0.9*tag 32º =
0.562
FR=
Sum Fv x f=
2.44
FSD=
FR/Ea=
1.51 > 1.5
OK
UBICACIÓN DE RESULTANTE: X=
(Sum ME-Mv)/ Sum Fv =
0.49 OK
ESTA DENTRO DEL TERCIO CENTRAL DE LA BASE
EXCENTRICIDAD: e= B/6=
B/2-X=
0.21 0.233 > 0.21
OK
CALCULO DE PRESIONES: q max=
Sum Fv /B(1 + 6e/B)=
5.93
0.593 < 4
Kg/cm2
q min=
Sum Fv /B(1 - 6e/B)=
0.28
0.028 < 4
Kg/cm2
28
0.95
0.5
0.28
4
CALCULO DE ESFUERZOS EN EL TALON
qsc=
H* PeH2O+ Df*P
0.5 0.95 0.28
29
4
Mmax=
0.621
Tn-m
Vmax=
0.671
Tn
V=
0.160
Kg/Cm2
CALCULO DE ESFUERZOS EN LA PUNTA
0.25
5.155
0
Mmax=
0.140
Tn-m
30
Vmax=
1.086
Tn
V=
0.258
Kg/Cm2
CALCULO DE ACERO EN LA PUNTA.
AS=
Mu/øFy(d-a/2)=
Fy=
4200
Kg/Cm2
d=
41.21
cm
Ǿ=
0.9
B3= f'c= b= Mmax=
0.85 175 100 0.140
Kg/Cm2 Cm Tn-m
Mu=
0.231
Tn-m
SI AS=
D 3/8" 1/2" 5/8" 3/4"
(d-a/2)= 0.164
0.9d= 37.08 Cm2
CORRIGIENDO EL VALOR DE
a=
a= As *Fy/(B3*F'c*b)=
0.046
a
a/2= 0.023
d-
CALCULANDO EL ACERO
AS= ASmin=
0.148 7.42
Cm2 Cm2
31
Con Fe 1/2"
5.75
6
ACERO TRANSVERSAL Ast=
10
Con Fe 1/2"
Cm2
7.75
8
CALCULO DE ACERO EN EL TALON
AS=
Mu/øFy(d-a/2)=
Fy=
4200
Kg/Cm2
d=
41.24
cm
Ǿ=
0.9
B3= f'c= b= Mmax=
0.85 175 100 0.621
Kg/Cm2 Cm Tn-m
Mu=
1.024
Tn-m
(d-a/2)=
0.9d=
Si AS=
0.730
a= As *Fy/(B3*F'c*b)=
D 3/8" 1/2" 5/8" 3/4"
37.12
Cm2
CORRIGIENDO EL VALOR DE a
a=
0.206
a/2= 0.103
CALCULANDO EL ACERO
AS=
0.659 Cm2
32
d-
ASmin=
7.42
Cm2
Con Fe 1/2"
5.75
6
Con Fe 1/2"
7.75
8
ACERO TRANSVERSAL Ast=
10
Cm2
VERIFICACION POR CORTANTE
V actuante=
Vu=
0.160
Kg/cm2
1.4* V act.
0.224 Kg/cm2
Vdu/Ф'=
0.25 Kg/cm2
Vc =
6.53 > 0.25
V actuante=
Vu=
0.258 Kg/cm2
1.4* V act.
OK
EN PUNTA
0.362 Kg/cm2
Vdu/Ф'=
0.40 Kg/cm2
Vc =
6.53 > 0.40
AS Montaje=
EN TALON
OK
Con Fe 47 1/2"
46.44
33
1.8.2.2.- PREDIMENSIONAMIENTO DE PANTALLA DE ACUERDO AL RNE.
V= Mu= V max=
0.502
Tn
1.65*Ka*Pe H2O*H^3/6 0.251
Tn-m
Kg/cm2 d=
Mu=
AS=
1.604
Tn-m
Mu/øFy(d-a/2)=
Fy=
4200
Kg/Cm2
d=
15.21
cm
Ǿ=
0.9
B3= f'c= b=
0.85 175 100
Kg/Cm2 Cm
Mu=
1.604
Tn-m
SI AS=
(d-a/2)= 3.100
0.875
2.87
13.6845
Cm2 a
a/2= 0.438
CALCULANDO EL ACERO
AS=
D 3/8" 1/2" 5/8" 3/4"
0.9d=
CORRIGIENDO EL VALOR DE
a=
a= As *Fy/(B3*F'c*b)=
Cm2
34
ASmin=
2.74
Con Fe 1/2"
Cm2
2.23
3
2Fe 1/2" +1Fe 3/8" ACERO TRANSVERSAL Arriba Ast= 2/3 Ast=
1/3 Ast=
b* ρ= 2.67
1.33
4
Cm2/m
Cm2
Nº de Fe =
3.8 Fe 3/8"
Usar
@ max=
20 Cm
Cm2
Nº de Fe =
1.9 Fe 3/8"
Usar
@ max=
20 Cm
As Montaje S=
36*Ф=
46.44 Usar
Ф 1/2" @ 0.47m
VERIFICACION POR CORTANTE
Vdu=
1.6*vD=
1.6*0.5*1*(hp-d)^2=
Vdu=
2.73
Tn
Vdu/Ф'=
3.04
Tn
35
Vc= Vc=
0.53*f'c^0.5*b*d= 10.66
> 3.04
CAPITULO II
36
OK
ANALISIS ESTRUCTURAL 2.1.- DISEÑO DE PANTALLA 2.1.1.-NORMAS DE DISEÑO Se ha considerado como código básico para el diseño de las estructuras existentes, el Reglamento Nacional de Edificaciones. Este reglamento incluye las Normas Técnicas de edificación: E.020 “ Cargas” E.050 “suelos y cimentaciones” E.060 “ Concreto Armado”
En conjunto, estas normas incluyen consideraciones detalladas para la carga muerta,
métodos aceptados de análisis y diseño,
factores de carga y coeficientes de seguridad para cada uno de los elementos estructurales y materiales.
2.1.2.-ESPECIFICACIONES DE LA ESTRUCTURA
Resistencia del concreto:
f’c = 175 kg/cm2
Resistencia del acero:
f’y = 4200 kg/cm2
Presión admisible del suelo
σt = 3 (kg/cm2)
E concreto
Ec= 15000 *f’c^0.5
37
2.1.3.-ESTRUCTURA PROYECTADA. La configuración estructural del muro esta definida por un sistema de viga en voladizo de concreto armado. La rigidez lateral en los ejes transversales, esta conformada por una viga en voladizo con un ancho de 0.20 cm , mientras que en los ejes longitudinales , la rigidez lateral esta conformada por muros de concreto armado, con un longitud máximo de 20 metros en este sentido. En la dirección longitudinal ò X-X los muros son portantes de cargas sísmicas y de gravedad, están conformados por bloques de muros de 20 metros de longitud y en las uniones ortogonales con bloques de 10 metros en cada uno de los ellos. En la dirección transversal ò Y-Y, los muros son portantes del empuje activo del agua, cargas sísmicas y de gravedad,
2.1.4.- ANALISIS ESTRUCTURAL
El análisis de la estructura se ha realizado mediante métodos elásticos y lineales.
2.1.5.- ANALISIS POR CARGAS DE GRAVEDAD Para el análisis por cargas de gravedad, se consideró el peso propio de la estructura, el empuje activo del agua y se mayoró las cargas según reglamento. 2.1.6.- ANALISIS DE ESTABLIDAD Se tuvo las siguientes consideraciones : Factor de seguridad por Volteo
38
=2
Factor de seguridad por Deslizamiento = 1.5 Momento ùltimo
= 1.65 Mmàx.
Corte ùltimo
= 1.4 V actuante.
2.1.7.- OTROS DATOS IMPORTANTES : Cuantía : Cuantía mín.en muros = 0.0018 b*d Cuantía mín. acero transversal = 0.002 b*t 2.2.- DISEÑO DE CIMENTACION 2.2.1.- NORMAS DE DISEÑO Se ha considerado como código básico para el diseño de las estructuras existentes, el Reglamento Nacional de Edificaciones. Este reglamento incluye las Normas Técnicas de edificación: E.020 “ Cargas” E.060 “ Concreto Armado” E.050 “suelos y cimentaciones” En conjunto, estas normas incluyen consideraciones detalladas para la carga muerta,
métodos aceptados de análisis y diseño,
factores de carga y coeficientes de seguridad para cada uno de los elementos estructurales y materiales.
2.2.2.- ESPECIFICACIONES DE LA ESTRUCTURA
39
Resistencia del concreto:
f’c = 175 kg/cm2
Resistencia del acero:
f’y = 4200 kg/cm2
Presión admisible del suelo
σt = 4.00 kg/cm2
E concreto
Ec= 15000 *f’c^0.5
2.2.3.- ESTRUCTURA PROYECTADA. La configuración estructural del muro esta definida por un sistema de
viga
de concreto armado. La rigidez lateral en los ejes
transversales, esta conformada por una viga suelo con un ancho de
apoyado sobre el
140 cm , mientras que en los ejes
longitudinales , la rigidez lateral esta conformada por una viga de concreto armado, con un longitud máximo de 20 metros en este sentido. En la dirección longitudinal ò X-X la viga son portantes de cargas sísmicas y de gravedad, están conformados por una viga de 20 metros de longitud y en las uniones ortogonales con bloques de 10 metros en cada uno de los ellos. En la dirección transversal ò Y-Y, l a viga tiene un peralte de 50 cms son portantes de cargas de gravedad,
2.2.4.- ANALISIS ESTRUCTURAL El análisis de la estructura se ha realizado mediante métodos elásticos y lineales.
2.2.5.- ANALISIS POR CARGAS DE GRAVEDAD
40
Para el análisis por cargas de gravedad, se consideró el peso propio de la estructura, el peso del agua y se mayoró las cargas según reglamento.
2.2.6.- ANALISIS DE ESTABLIDAD Se tuvo las siguientes consideraciones : Momento ultimo Corte ultimo
= 1.65 M màx. = 1.4 V actuante.
2.2.7.- OTROS DATOS IMPORTANTES : Cuantía : Cuantía mín. en cimentación = 0.0018 b*d Cuantía mín. acero transversal = 0.002 b*t
CAPITULO III
41
3.1.- CONCLUSIONES: A)
De esta manera se ha ejecutado el diseño estructural de todos los elementos componentes de un muro de gravedad de concreto armado que se ha planteado como una alternativa de solución para almacenar 3024 M3 de agua e irrigar un adicional de 70 hás.
B)
Las cimentaciones de roca son adecuadas por que tienen una buena capacidad portante y no necesita mejorar el suelo, además en casos de sismo absorbe adecuadamente dichos esfuerzos; por eso en los cálculos no se considero fuerzas de sismo.
C)
En la construcción, en la excavación de la zapata debe realizarse manualmente; a fin no debilitar la roca. Por otro lado se colocará un solado de 2” de espesor , que sobre ella se debe colocaran los aceros de refuerzo tanto de las zapatas y de la pantalla.
D)
Concordante con lo expuesto anteriormente; de los análisis de los elementos estructurales proyectados: Cimentación y Muros;
se concluye que éste tienen la capacidad para
soportar las cargas proyectadas, de acuerdo al R.N.E. y sus normas E-050; E-060; E-020.
42
3.2.- RECOMENDACIONES. A)
Ampliar el diseño estructural hasta determinar el Diagrama de Presiones de la Zapata .
B)
Tener en consideración el diseño del muro de gravedad en estado de flexo compresión incluyendo en el análisis estructural, el impacto del agua sobre el muro, considerando la fuerza del oleaje y de sismos.
C)
Si en caso existe agregados de buena calidad en la zona se puede diseñar el muro de gravedad de concreto ciclópeo, por que tiene solo una altura de 2 metros.
43
BIBLIOGRAFIA 1.
ACI PERU.- Normas Peruanas de Estructuras, Capitulo Peruano del American Concrete Institute, Segunda Edición 2006.
2.
ACI PERU.- Diseño de Obras hidráulicas, Capitulo de estudiantes de la Universidad Nacional de Ingeniería, Primera Edición 1994.
3.
ACI PERU.- Cimentación de Concreto Armado en Edificaciones, Capitulo de Estudiantes de la Universidad Nacional de Ingeniería, Segunda Edición 1993.
4.
ING. WALTER BARNECHEA
SOTO.- Diseño en Concreto
Armado II, Universidad Nacional de Ingeniería.
5.
Ing. ROBERTO MORALES MORALES - Diseño en Concreto Armado . Edición 2006 –ACI 318-05.
6.
Ingº JESUS RAMOS SALAZAR –Cámara Peruana de Construcción.
44
ANEXOS
45
TABLA A ASENTAMIENTOS RECOMENDADOS PARA VARIOS TIPOS DE CONSTRUCCIO N SLUMP Tipo de construcción Máximo (Pulg) Mínimo (Pulg) Zapatas y muros de cimentación reforzados 3 1 Zapatas simples, muros de subestructura 3 1 Vigas y muros reforzados 4 1 Columnas de edificios 4 1 Pavimentos y losas 3 1 Concreto masivo 2 1
TABLA B REQUERIMIENTOS APROXIMADOS DE AGUA DE MEZCLADO PARA DIFERENTES SLUMP Y TAMAÑO MAXIMO DE AGREGADOS AGUA EN Kg/ M3 DE CONCRETO SLUMP TAMAÑO MAXIMO DE AGREGADOS (Pulg) 1/2" 3/4" 1 1/2" 1/2" a 2" 160 175 160 2" a 3" 215 200 180 3" a 5" 240 215 195
46
TABLA C CONDICIONES Materiales de calidad muy controlada, dosificación por pesado, supervisión especializada constante Materiales de calidad controlada, dosificación por volumen, supervisión especializada esporádica Materiales de calidad controlada, dosificación por volumen, sin supervisión especializada Materiales variables , dosificación por volumen, sin supervisión especializada
K 1.15 1.25 1.35 1.5
TABLA D f'c= Kg/cm2 140 175 210 245 280 315
Relación a/c (en peso) Sin aire incorporado Con aire incorporado 0.8 0.71 0.67 0.54 0.58 0.46 0.51 0.4 0.44 0.35 0.38 Requiere otros métodos de estimación
TABLA E VOLUMEN DE AGREGADO GRUESO SECO COMPACTADO POR UNIDAD DE VOLUMEN DE CONCRETO (en m3) Tamaño máx del agregado (Pulg) 1/2" 3/4" 1" 1 1/2"
2.4 0.59 0.66 0.71 0.76
Modulo de fineza de la arena 2.6 0.57 0.64 0.69 0.74
47
2.8 0.55 0.62 0.67 0.72
3 0.53 0.6 0.65 0.7
TABLA F ESTIMACION DEL PESO DEL CONCRETO EN Kg/M3 Tamaño máx Peso del concreto en Kg/m3 del agregado concreto sin (Pulg) aire incorporado 1/2" 2315 3/4" 2355 1" 2375 1 1/2" 2420
concreto con aire incorporado 2235 2280 2315 2355
POR BARTON -BANDIS:
Si Cohesión
C= 75 a 150 Kpa
Ф= 30º a 35º
Cohesión en roca argilizada
C= 25 a 100 Kpa
Ф= 22º a 30º
Fuente :
Evaluación geomecánica de macizo rocoso Por Ing. Herbert Sotelo A.
TABLA 12.5 MODULO DE POISSON Y MODULO DE YOUNG Material Anfibolita Anhidrita Diabasa Diorita Caliza Fuente :
Modulo de Poisson
Modulo de Young Lb/Pulg2 13.6 a 17.6 *10^6 9.80 *10^6 12.6 a 16.9 *10^6 10.9 a 15.6 *10^6 12.6 a 15.6 *10^6
0.28 a 0.30 0.3 0.27 a 0.30 0.26 a 0.29 0.27 a 0.30 Evaluación geomecánica de macizo rocoso Por Ing. Herbert Sotelo A.
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49
