01 memoria de calculo de tuneles

MEMORIA DE CALCULO

MEMORIA DE CÁLCULO

PROYECTO : “XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX”.

UBICACIÓN : ANEXO : XXXXXXXXXXXXXX. DISTRITO : XXXXXXXXXXXXXXXXXX.

PROVINCIA : XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX.DEPARTAMENTO : XXXXXXXXXXXXXXX.REGION : XXXXXXXXXXXXXX.

FECHA : TACNA, OCTUBRE DEL 2015

1. GENERALIDADES DEL PROYECTO

1.1. INTRODUCCION

El Proyecto Especial Tacna está desarrollando el Proyecto Mejoramiento y Ampliación de la Provisión de Agua para el Desarrollo Agrícola en el Valle de Tacna - Vilavilani II – Fase I”-COMPONENTE I: CANAL DE CONDUCCIÓN VILACHAULLANI-CALACHACA-CHUAPALCA, con código SNIP N° 58358, el mismo que contempla la construcción de un túnel (Túnel Azancallani) para cruzar el Cerro Azancallani y permitir que aguas de rio Maure pasen a la cuenca del rio Caplina.

El túnel tiene 480 m de longitud, ubicado entre las progresivas 38+061.602 (portal de entrada) y 38+541.590 (portal de salida).

Las dimensiones del túnel serán: El diámetro de la excavación es de 2.65 m y el diámetro final acabado será de 2.30 m. La altura de la excavación será de 2.20 m y el ancho acabado será de 1.80 m.

El túnel será excavado íntegramente en roca blanda de la formación Capilluni de estructura homogénea y masiva. Se tiene evidencias de fallas geológicas que pueda comprometer la estabilidad del túnel, también, se ha registrado estructuras geológicas menores como fallas locales y sistemas de diaclasas.

La cobertura de roca por encima del túnel varia de 9.00 m hasta un máximo de 40 m; es decir se trata de un túnel poco profundo, por lo que su estabilidad estará controlada por los defectos estructurales del macizo rocoso.

2. CRITERIOS DE DISEÑO

MEMORIA DE CALCULO 1

MEMORIA DE CALCULO

El diseño de una abertura subterránea está relacionado principalmente con la estimación de la dimensión autoportante de la abertura y el dimensionamiento de los elementos de refuerzo y sostenimiento para estabilizar las rocas plastificadas. Para el diseño geotécnico del túnel se requiere conocer la geometría del túnel, propiedades mecánicas de la roca y macizo rocoso y propiedades de los elementos de sostenimiento, los siguientes aspectos:

Geometría del túnel. La geometría de la sección del túnel es el considerado en la evaluación de la estabilidad, que en este caso fue definido por los requerimientos del servicio que prestara el túnel. La sección del túnel serán de 2.65 m de alto y 2.30 m de ancho. La altura acabada es de 2.20 m. y el ancho de 1.80 m.

Esfuerzos in situ. La cobertura de roca sobre los túneles varia de 9.00 m en los portales y 40.00 m en el sector central; por las coberturas indicadas los túneles son clasificadas como poco profunda, en consecuencia su estabilidad estará controlada principalmente por los defectos del macizo rocoso y la incidencia de los esfuerzos naturales serán mínimas. El nivel de esfuerzo vertical in situ varía de 0.16 a 0.87 MPa.

El esfuerzo horizontal in situ, por otro lado, depende de factores más complejos, tales como la topografía superficial, y otros elementos estructurales en las cercanías, etc. Para el presente caso se ha estimado un valor de K que varía desde 1.00 en los portales para roca tipo Va hasta 3.00 en la zona central para roca tipo Vb, habiéndose estimado que el esfuerzo horizontal varía entre 0.16 a 2.61 MPa.

Coeficiente sísmico. En la evaluación de la estabilidad se ha considerado un coeficiente sísmico es de 0.38 g para periodos de retorno de 475 años (10% de excedencia en 50 años).

Propiedades de resistencia del macizo rocoso, roca intacta y discontinuidades. Se ha utilizado el criterio de falla de Hoek-Brown (Hoek y Brown, 2002) para macizo rocoso como la andesita. Y el criterio de falla de Mohr-Coulomb, para macizo constituido por roca blanda.


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3. NORMAS DE DISEÑO

La ejecución del presente proyecto se rige por las siguientes Normas:

Norma Técnica de Edificación E.020 Cargas.Norma Técnica de Edificación E.050 Suelos y Cimentaciones.Norma Técnica de Edificación E.030 Diseño Sismo Resistente.Norma Técnica de Edificación E.060 Concreto Armado.El Código A.C.I. 318-99

4. CARGAS

Las cargas de diseño empleadas son debido al peso propio, a la carga viva y la carga por efectos sísmicos. Dichas cargas son como se detalla a continuación:

Las cargas consideradas para el proyecto son:

Cargas Permanentes.


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Cargas vivasCargas Por empuje del terreno

Cargas Permanentes:

Peso específico de elementos de concreto armado : 2400 Kg./m3

Cargas Vivas:

Sobrecarga en la bóveda : 100Kg/m2

5. ESPECIFICACIONES DE DISEÑO

En esta etapa se definen lo más concreta y completamente posible las limitaciones que han de regir el desarrollo del proyecto. La resistencia se asegura mediante un análisis y diseño de la estructura, adoptando un factor de seguridad adecuado fijado en las normas de Diseño.

En los elementos de Concreto Armado

Acero Estructural fy = 4200kg/cm2Concreto f’c = 210kg/cm2Módulo de Elasticidad del concreto Ec = 15000√fc kg/cm2Modulo de Elasticidad del Acero Es = 2.10 E+6kg/cm2Radio de poisson para el concreto V = 0.20

Recubrimientos libres:Zapatas: r = 7.5 cmMuros r = 4.0 cm

Suelo: (Según estudio de Mecánica de Suelos)

Tipo de roca Propiedades

Va Vb

Portal Entrada Portal de SalidaInterior del

túnelDensidad de la roca (MN/m3) 0.0256 0.0256 0.0256Cohesión (MPa) 0.186 0.274 0.472Angulo de fricción (°) 59 63 64Modulo Em (MPa) 3600 4660 7504Resistencia a la compresión Uniaxial del Macizo Rocoso (MPa)

10.00 10.00 8.00

Resistencia global del macizo rocoso (MPa)

6.79 6.42 4.14

6. MODELO ESTRUCTURALMEMORIA DE CALCULO 4

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Este modelo considera el efecto tridimensional de aporte de rigidez de cada elemento estructural. Para modelar los muros de albañilería se emplearon elementos tipo Shell (áreas) que incluyen el efecto de membrana y de flexión.

Fig.1. Modelo estructural

Ca= (1-sen64)/ (1+sen64)


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Ca= 0.05

W1=0.05*2500*2.30

W1=287.50 kg.m

W2=0.05*2500*1.50

W2=187.50 kg.m

7. ANÁLISIS ESTRUCTURAL

Para el diseño estructural se analizara el modulo típico de zona de aulas lo cual se consideran las combinaciones exigidas por la norma E-060.

Fig.2. Diagrama de momentos finales interior del túnel


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Fig.3. Diagrama de cortante finales interior del túnel

Fig.4. Diagrama de momentos finales interior del túnel


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Fig.5. Diagrama de cortante finales interior del túnel

8. DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

El Análisis Estructural se ha ejecutado aplicando el Software sap2000, debido a su interface gráfica para la introducción de datos y obtención de resultados. En lo que respecta al diseño específico de los elementos estructurales se ha seguido lo indicado en las normas vigentes los siguientes métodos:

Muros

Flexión Diseño a la rotura

Corte Diseño por capacidad

En lo que respecta al diseño por flexión se ha trabajado utilizando el Método a la Rotura del Concreto, buscando la falla por fluencia del acero, para lo cual:

As= Mu

Øxfyx (d−a2) a= Asxfy

0. 85 xf ' cxb

MIN = 0 .70 x √ f ' c

fy MAX = 0.50xb

El Diseño por Corte ha sido considerado con:

Vc=0 .53 x √ f ' c xbxd ØVc < Vud


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S= AvxfyxdVs Vn=Vs+Vc

A. DISEÑO DEL TUNEL EXTERIOR

La determinación del refuerzo de las vigas se hizo con la ayuda del programa ETABS2000, y se verificó los resultados de acuerdo a las disposiciones indicadas en la NTE E-060.

1.00 DATOS DE DISEÑO

f'c = 210.00 kg/cm2

fy = 4200.00 kg/cm2

h = 25.00 cmβ = 0.85 corteΦ = 0.90 flexionr = 3.00 cm

d = 22.00Cm


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4.00 CALCULO DE MOMENTO MAXIMO ADMISIBLE

A. Calculo de cuantia balanceadaρb = 0.0217

B. Calculo de cuantia Maximaρmax = 0.0108

C. Calculo de cuantia Mecanicaρmec = 0.2168

5.00 DISEÑO POR FLEXION

Acero minimoρ_mín= 0.20%

As_mín= 0.002x100x22As_mín= 4.40 cm2

Momento NegativoMu (-) = 0.47 Ton-mKu (-) = 0.46916x1000x100/100x22^2Ku (-) = 0.97

ρ = 0.0003As (-) = 0.0003x100x22As (-) = 0.57 cm2

S= 58.64 cm2 Se recomienda usar (-) Ø 1/2''@ 0.25 dos capas

Momento PositivoMu (+) = 0.49 Ton-mKu (+) = 0.49x1000x100/100x22^2Ku (+) = 1.01

ρ = 0.0003As (+) = 0.0003x0x0x0.4+0x0.4As (+) = 0.59 cm2

S= 58.64 cm2 Se recomienda usar (-) Ø 1/2''@ 0.25 dos capas

6.00 DISEÑO POR CORTE

Vu = 1.06 Ton fuerza cortante ultima nominalϕVc = 0.85(1.10*0.53*√f'c*b*dϕVc = 0.85(1.1x0.53xRAIZ210x100x22)ϕVc = 15.80 Ton Fuerza cortante del concreto

7.00 REFUERZO POR CONTRACCION Y TEMPERATURA

b = 100.00 cmt = 25.00 cm

As = 0.0020xbxtAs = 5.00 cm2

Ø = 1/2'' 1.29 cm2Sep. = 25.80 cm 1 Ø 1/2'' @ 0.25 m


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B. DISEÑO DEL TUNEL INTERIOR

1.00 DATOS DE DISEÑO

f'c = 210.00 kg/cm2

fy = 4200.00 kg/cm2

h = 15.00 cmβ = 0.85 corte

Φ = 0.90 flexionr = 3.00 cmd = 12.00 cm

4.00 CALCULO DE MOMENTO MAXIMO ADMISIBLE

A. Calculo de cuantia balanceadaρb = 0.0217

B. Calculo de cuantia Maximaρmax = 0.0108

C. Calculo de cuantia Mecanicaρmec = 0.2168

5.00 DISEÑO POR FLEXION


MEMORIA DE CALCULO

Acero minimoρ_mín= 0.20%As_mín

= 0.002x100x12As_mín

= 2.40 cm2 Momento NegativoMu (-) = 0.47 Ton-mKu (-) = 0.46916x1000x100/100x12^2Ku (-) = 3.26

ρ = 0.0009As (-) = 0.0009x100x12As (-) = 1.05 cm2

S= 53.75 cm2 Se recomienda usar (-) Ø 1/2''@ 0.20

Momento PositivoMu (+) = 0.49 Ton-mKu (+) = 0.493x1000x100/100x12^2Ku (+) = 3.42

ρ = 0.0009As (+) = 0.0009x0x0x0.4+0x0.4As (+) = 1.10 cm2

S= 53.75 cm2 Se recomienda usar (-) Ø 1/2''@ 0.20

6.00 DISEÑO POR CORTE

Vu = 1.11 Ton fuerza cortante ultima nominalϕVc = 0.85(1.10*0.53*√f'c*b*dϕVc = 0.85(1.1x0.53xRAIZ210x100x12)ϕVc = 8.62 Ton Fuerza cortante del concreto

7.00 REFUERZO POR CONTRACCION Y TEMPERATURA

b = 100.00 cmt = 15.00 cm

As = 0.0020xbxtAs = 3.00 cm2

Ø = 1/2'' 1.29 cm2Sep. = 43.00 cm 1 Ø 1/2'' @ 0.25 m


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9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

Teniendo en cuenta los figura 02, 03, 04 y 05 del diagrama de momentos y diagrama de fuerza cortante de la estructura donde se realizó la verificación de acero mínimo y máximo.

RECOMENDACIONES


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