h de alcantarilla= 3.00m1m FRANJA DE DISEÑO a de la alcantarilla= 3.00m

0.25m

= 1.80 0.20m

0.25m

DESIDAD DEL MATERIAL DE RELLENO

2000.00

donde:

H = profundidad del relleno (m) = 1.80Bo = ancho exterior de la alcantarilla (m) = 3.40Fe = factor de interacción suelo-estructura para elementos enterrados 1.106

< 1.15,se tomara altura de relleno

Presión del terreno en la parte superior de la alcantarilla:

(12.11.2.2.1-1, AASHTO LRFD)

EV (kg/m) =3981

H = profundidad del relleno (m)

γ (kg/m3)=

CARGAS SOBRE LA ALCANTARILLA (en fajas de 1m. de ancho)

1) Presión Vertical del TerrenoSe calcula previamente el factor Fe para tener en cuenta la interacción suelo- estructura:

EV = Fe .γ.H

Asumiendo que la losa de fondo es rígida comparada 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.

EV = 3981 kg/m

EV = 3981 kg/m

Ø= 21.5 ° es

0.464 .

1669 kg/m2

4914 kg/m2

3000 kg/m2

Asumiendo que la losa de fondo es rígida comparada 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.

PRESION VERTICAL DEL RELLENO DEL SUELO Y REACCION DEL TERRENO

2) Presión horizontal del terreno (EH)

El coeficiente de empuje lateral activo (teoría de Rankine) para un ángulo de fricción interna del terreno

Presión lateral del terreno en la parte superior de la alcantarilla:

EH1 = ka.γ.H1 =

Presión lateral del terreno en la parte inferior de la alcantarilla: EH2 = ka.γ.H2 =

3) Carga de Agua (WA) (3.7.1, AASHTO LRFD)

En este caso necesitamos considerar dos casos de carga: 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=

La zona del suelo en la parte inferior de la alcantarilla reacciona con una presión semejante.

CARGA DE AGUA EN ALCANTARILLA

(3.6.2.2-1, AASHTO LRFD)

8.65%

1.80

Para el caso de fatiga se tiene:

(Tabla 3.6.2.1-1, AASHTO LRFD)3.93%

Distribución de la carga viva:

4.1) Carga de camión HL-93 (una vía cargada):

m= 1.2

1748 kg/m2

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[1− 0.41(DE )] ≥ 0

IM =

Siendo , la profundidad del relleno sobre la alcantarilla. DE(m)=

IM = 15[1− 0.41(DE )] IM =

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 la distribución de la sobrecarga. Si la profundidad del relleno es mayor que0.60m, 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 demás casos. 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 que la distancia entre las caras de los muros extremos.

En este caso, con la consideración del factor de presencia múltiple (Tabla 3.6.1.1.2-1, AASHTO LRFD), se tiene:

La reacción del suelo sera:w = 1192.5866 kg/m2

2.32m= 1.80m =1748

=1193

3.40m4.38m

CARGA DE CAMIÓN (una via cargada)

4.2) Carga de camión HL-93 (dos vías cargadas):

m= 1.0

1729 kg/m2

La reacción del suelo sera:w = 1179.6589 kg/m2

2.32m= 1.80m =1729

=1180

7.38m 3.40mCARGA DE CAMIÓN (2 vias cargadas)

4.3) Carga de vía:

En este caso, con la consideración del factor de presencia múltiple (Tabla 3.6.1.1.2-1, AASHTO LRFD), se tiene:

w=320 kg/m2

227 kg/m2

3.00m

w= 320 kg/m2

= 1.80m=227

=227

3.40m

5.07mCARGA DE VIA

4.4) Carga de Tandem (una vía cargada):

1743 kg/m2

= 1.80m

=1743

= 3.52m

=1743

4.38m 3.40mTANDEM

4.5) Carga de Tandem (dos vías cargadas):

1725 kg/m2

= 1.80m = 3.52m

=1725

=1725

7.38m 3.40mDOBLE TANDEM

IM= 1.08646

=2121 kg/m2CARGA DE TANDEM + CARGA DE VIA

=2121 kg/m2

3.40m

IM= 1.0393

Como se aprecia la carga de tándem (una vía cargada) es mayor que el caso del camión de diseño por lo que la usaremos afectado del factor de carga dinámica (IM) junto a la carga de vía para el diseño por Resistencia y Carga de Servicio:

Para el chequeo por fatiga se usa en una vía sólo un camión HL-93 con una separación constante de 9.0 m entre los ejes de 14.8T (Art. 3.6.1.4.1). No se aplica el factor de presencia múltiple (Art. 3.6.1.1.2); se incluye , tal como lo calculado.

= 1.80m= 2.32m=1816

=1239

3.40m4.38m

CARGA DE CAMION PARA FATIGA( INCLUYENDO IM)

ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE ALCANTARILLA

Para los estados límites de Resistencia y Servicio, tres casos serán considerados:

a) Carga vertical máxima sobre la losa superior de la alcantarilla y carga máxima saliente en las paredes:DCmáx + EVmáx + EHmín + (LL+IM)máx + WAmáx

b) Carga vertical mínima sobre la losa superior y carga máxima entrante en las paredes:DCmín + EVmín + EHmáx

c) Carga vertical máxima sobre la losa superior y carga máxima 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+1.75(LL+IM)+1.0WA]2. U = 1.0[0.9DC+0.9EV+1.50EH]3. U = 1.0[1.25DC+1.3EV+1.50EH+1.75(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)]

La combinación de carga para el estado límite de Fatiga es:

7. U =0.75(LL+IM)

Realizando el análisis estructural usando el programa SAP2000 se obtienen las envolventes de Momento flector, Cortante y Carga Axial que se muestran: