apèndix 07: càlculs estructurals - gencat.cat · · guía de cimentaciones en obras de carretera....

Projecte Constructiu. Millora general.

Desdoblament de la carretera C-55, del PK 21+500 al 24+700. Tram: Sant Vicenç de Castellet - Manresa. Clau: DB-02125.2

Annex d’Integració Ambiental i Mesures Correctores 1

Apèndix 07:

Càlculs estructurals




APÈNDIX 07. CÀLCULS ESTRUCTURALS

ÍNDEX

1 INTRODUCCIÓ .............................................................................................. 3 2 DISSENY DE L’APANTALLAMENT ACÚSTIC ............................................. 3 3 MÈTODE D’ESTUDI ESTABLERT PER AL CÀLCUL DE

PANTALLES ACÚSTIQUES .......................................................................... 4 3.1 Condicions generals ......................................................................................... 4

3.1.1 Bases de càlcul ......................................................................................... 4 3.1.1.1 Descripció dels càlculs realitzats ....................................................................... 4 3.1.1.2 Normativa aplicable ........................................................................................... 4 3.1.1.3 Característiques dels materials ......................................................................... 5 3.1.1.4 Coeficients de seguretat pels Estats Límits Últims ............................................ 6 3.1.1.5 Coeficients de seguretat pels Estats Límits de servei ....................................... 6 3.1.1.6 Coeficients de minoració de resistències .......................................................... 6 3.1.1.7 Bases de càlcul orientades a la durabilitat ........................................................ 6

3.1.2 Accions considerades al càlcul ................................................................. 6 3.1.2.1 Accions permanents .......................................................................................... 6 3.1.2.2 Accions permanents de valor no constant ......................................................... 7 3.1.2.3 Accions variables ............................................................................................... 7 3.1.2.4 Accions accidentals ........................................................................................... 11

3.1.3 Hipòtesis geotècniques ............................................................................. 13 3.1.4 Hipòtesis considerades en el càlcul .......................................................... 14 3.1.5 Sistemes de fixació ................................................................................... 14 3.1.6 Estats Límits de servei .............................................................................. 14 3.1.6.1 Elements acústics .............................................................................................. 14 3.1.6.2 Elements estructurals ........................................................................................ 15

3.1.7 Estats Límits Últims .................................................................................. 15 3.2 Càlculs .............................................................................................................. 17

3.2.1 Càlcul d’empenta de vent sobre pantalles acústiques .............................. 21 3.2.2 Càlcul dels perfils metàl·lics ...................................................................... 24 3.2.3 Plaques i perns d’ancoratge ..................................................................... 27 3.2.4 Càlcul de la fonamentació ......................................................................... 28




1 INTRODUCCIÓ

El present annex recull el disseny de l’estructura per suportar l’apantallament acústic de

la C-55 en el tram de Castellgalí a Sant Vicenç de Castellet, que minimitza l’impacte

acústic de l’eix viari en l’entorn.

Les pantalles acústiques consten de dos trams: del punt quilomètric 24+110 al 24+190 i

del 24+340 al 24+390. Tenen una alçada total sobre cota de terreny de 2,10 metres en

tota la seva longitud. El panell acústic té unes dimensions de 4,00 metres de longitud i

2,00 metres d’alçada i es recolza en un sòcol de formigó en massa de 10 cm de gruix.

2 DISSENY DE L’APANTALLAMENT ACÚSTIC

Perfils i plaques d’ancoratge d’acer

Els perfils per a les diferents pantalles seran els normalitzats HEA 140.

La llum entre els suports s’ha adoptat, com a màxim, de 4 metres. Aquesta llum màxima

està condicionada a les propietats mecàniques dels plafons que constitueixen l’aïllament

acústic.

Els perfils estaran degudament protegits contra la corrosió amb la finalitat de proporcionar

a l’estructura una protecció eficaç i duradora davant de condicions atmosfèriques

adverses i disminuir els treballs de manteniment.

Cada perfil anirà ancorat a la fonamentació mitjançant una placa d’ancoratge d’acer del

mateix tipus que els perfils.

Cargols i perns d’ancoratge

La fixació del perfil i placa d’ancoratge a la fonamentació es realitzarà mitjançant perns

d’ancoratge.

Pintura

Els perfils es protegiran adequadament contra la corrosió:

- Tractament de la superfície: sorrejat fins a grau Sa2 ½ segons norma ISO 8501.1.

- Imprimació: pintura epoxi-zinc (Zinc>70%) de 60 micres de gruix de capa seca.

- Pintura intermèdia: epoxi-poliamida, Segons la Norma SSPC-PAINT 22, 90 micres

de gruix de capa seca.

- Pintura d’acabat: Esmalt de poliuretà alifàtic, segons el tipus V de la Norma SSPC-

P5-GUIDE17, de color a definir, 40 micres de gruix total de capa seca.

Les plaques de l’apantallament podran tenir un acabat en qualsevol color a definir dintre

de la col·lecció RAL.

Acabat

A totes les juntes i unions dels diferents panells i perfil es col·locaran gomes de segellat

amb la finalitat de garantir una instal·lació correcta de l’apantallament.




3 MÈTODE D’ESTUDI ESTABLERT PER AL CÀLCUL DE PANTALLES ACÚSTIQUES

3.1 Condicions generals

La definició de les estructures portants de les pantalles i dispositius reductors de soroll, es

realitzarà segons la base de les característiques pròpies del tipus de material seleccionat

i dels esforços a suportar.

Es considerarà l’estipulat a la norma europea UNE-EN 1794-1:2011. Dispositivos

reductores de ruido de tráfico en carreteras. Comportameinto no acústico. Parte 1:

Comportamiento mecánico y requisitos de estabililidad.

Mentre desenvolupen la seva funció primària, els dispositius per a la reducció del soroll

estan sotmesos a una sèrie de forces degudes al vent i al pes propi dels elements. Així

mateix, poden estar també sotmesos a empentes causades per pedres o altres deixalles

projectades pels cotxes i en alguns casos, a la força dinàmica de la neu llançada per la

maquinaria utilitzada per a la neteja de les carreteres durant l’hivern.

A més, es considera que les deformacions dels dispositius de reducció de soroll

considerat, sota les càrregues anteriorment esmenades, no redueixen la seva eficàcia per

la seva vida de disseny.

3.1.1 Bases de càlcul

3.1.1.1 Descripció dels càlculs realitzats

Els càlculs efectuats asseguren tant l’adequat comportament dels elements resistents de

la pantalla acústica davant les càrregues considerades, com l’estabilitat de l’element

complet mitjançant la seva fonamentació.

Els càlculs corresponents als elements estructurals de les pantalles acústiques s’han

realitzat mitjançant el repartiment de les càrregues que actuen en els panells de les

pantalles sobre els suports. S’ha calculat el perfil considerant un encastament a la base,

per tant el seu funcionament és com el d’una mènsula sobre la qual actuen càrregues

uniformement repartides.

Per a la fonamentació, s’ha suposat que els perfils metàl·lics de les pantalles estan

encastats a la fonamentació.

A partir de les reaccions obtingudes a l’encastament de la base s’obtenen els esforços

per al càlcul de la fonamentació, així com el dispositiu d’ancoratge necessari.

Per al càlcul de la fonamentació s’ha utilitzat una fulla de càlcul que contempla cadascun

dels casos considerats. La formulació apareix detallada en altre apartat del mateix annex.

3.1.1.2 Normativa aplicable

La normativa d’accions d’obligat compliment és la següent:

· Código Técnico de la Edificación. CTE. Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo

(BOE del 28/03/2006).

· Norma de construcción sismorresistente. NCSE 02. Real Decreto 997/2002, de 27

de septiembre (BOE del 11/10/2002).

· Instrucción sobre las acciones a considerar en el proyecto de puentes de

carretera, IAP-11. Orden FOM/2842/2011, de 29 de septiembre (BOE del

21/10/2011).

Altres normatives d’accions i documents de referència:

· Eurocódigo 1 – Bases de proyecto y acciones sobre las estructuras, EC1.

· Guía de cimentaciones en obras de carretera. Ministerio de Fomento.

· UNE-EN 14388:2006. Dispositivos reductores de ruido de tráfico en carreteras.

Especificaciones.




· UNE-EN 1794-1:2011. Dispositivos reductores de ruido de tráfico en carreteras.

Comportamiento no acústico. Parte 1: Comportamiento mecánico y requisitos de

estabilidad.

· UNE 135311:2013. Señalización vertical. Elementos de sustentación y anclaje.

Hipótesis de cálculo.

· UNE-EN 12899-1:2009. Señales verticales fijas de circulación. Parte 1: Señales

fijas.

Pel que fa a la normativa de materials, les d’obligat compliment són:

· Instrucción de Hormigón Estructural, EHE-08. Real Decreto 1247/2008, de 18 de

juliol (BOE del 22/08/2008).

· Código Técnico de la Edificación. CTE. Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo

(BOE del 28/03/2006).

· Instrucción de Acero Estructural (EAE). Real Decreto 751/2011, de 27 de mayo

(BOE del 23/06/2011).

Altres normatives o documents de referència:

· Eurocódigo 2 – Proyecto de estructuras de hormigón, EC2.

· Eurocódigo 3 – Proyecto de estructuras de acero, EC3.

3.1.1.3 Característiques dels materials

En el present apartat es defineixen els materials i els nivells de control tant dels materials

com de l’execució:

Mòdul de pantalla acústica:

- Panell sandvitx. Acer galvanitzat amb un nucli de llana mineral de roca.

Suports i plaques d’ancoratge de pantalla acústica:

- Acer: S 275 JR, fy=275 MPA, fu = 430 MPa

- Perns d’ancoratge: B-500-S, fyb = 500 MPa, fub = 550 MPa

Fonamentació:

- Formigó:

HA-25 / B / 20 / IIa, fck = 25 MPa, Ec = 8500·fcm1/3 = 27.264 MPa

- Acer per armar:

B-500-S, fyk = 500 MPa, Es = 200.000 MPa

Nivell de control (amb els coeficients de seguretat de materials i accions que impliquen):

Materials: Formigó: Control Estadístic

Acer per a armar: Normal

Acer estructural: Intens

Execució: Intens

En els elements estructurals de formigó s’han seguit els requisits d’espessor, dimensions

mínimes, recobriments, etc., que fixa la Instrucció EHE.




3.1.1.4 Coeficients de seguretat pels Estats Límits Últims

Els coeficients parcials de les accions de cara a les comprovacions dels Estats Límits

Últims s’adoptaran amb els següents valors:

TIPUS D’ACCIÓ

Situacions persistents o transitòries Situacions accidentals

Efecte favorable

Efecte desfavorable

Efecte favorable

Efecte desfavorable

Permanent G =1,00 G =1,35 G =1,00 G =1,00

Permanent de valor no constant G* =1,00 G* =1,50 G* =1,00 G* =1,00

Variable Q =0,00 Q =1,50 Q =0,00 Q =1,00

Accidental A =1,00 A =1,00

3.1.1.5 Coeficients de seguretat pels Estats Límits de servei

Els coeficients parcials de les accions de cara a les comprovacions dels Estats Límits de

Servei s’adoptaran amb els següents valors:

TIPUS D’ACCIÓ Efecte favorable Efecte desfavorable

Permanent G =1,00 G =1,00

Permanent de valor no constant G* =1,00 G* =1,00

Variable Q =0,00 Q =1,00

3.1.1.6 Coeficients de minoració de resistències

Els valors dels coeficients parcials de seguretat dels materials per a l’estudi dels Estats

Límits Últims son els que s’indiquen a continuació:

SITUACIÓ DEL PROJECTE FORMIGÓ c ACER PASSIU s

Persistent o transitòria 1,50 1,15

Accidental 1,30 1,00

El coeficient de seguretat parcial de l’acer estructural es M0=1,05.

3.1.1.7 Bases de càlcul orientades a la durabilitat

Classe específica de l’exposició ambiental: IIa, corresponent als elements soterrats.

El recobriment nominal serà el següent: rnom = rmin + r = 25 + 5 =30 mm. Als pilons el

recobriment serà de 70 mm.

Obertura màxima de fissura: segons art. 49 de la instrucció EHE, l’obertura característica

de fissura ha de ser inferior a 0,30 mm.

3.1.2 Accions considerades al càlcul

3.1.2.1 Accions permanents

Pes propi

S’ha considerat els pesos propis de cadascun dels elements constituents dels elements

acústics.




Pel pes propi dels elements acústic s’utilitza tant el pes en sec com el pes en mullat.

Quan els elements que constitueixen les pantalles acústiques poden absorbir l’aigua, el

pes mullat és un aspecte important a tenir en compte al disseny dels elements del suport.

El pes en mullat es pren en consideració el fet de que les cavitats i els materials porosos

poden omplir-se d’aigua.

S’han considerat les següents densitats i pesos propis:

- Formigó armat, c = 25 kN/m3.

- Pantalla metàl·lica panell sandvitx: pant = 0,2 kN/m2.

- Acer estructural: s = 78,50 kN/m2

3.1.2.2 Accions permanents de valor no constant

Accions reològiques: No es consideren al disposar l’estructura de juntes que permetin les

deformacions de retracció i fluència. Les pantalles hauran de disposar juntes elàstiques

adequades.

Accions degudes al terreny: No existeixen accions del terreny sobre les pantalles. Pel que

fa a la fonamentació, l’obtenció de les empentes del terreny sobre la mateixa és justifica a

continuació.

A les pantalles acústiques recolzades sobre el terreny es considera un material amb les

següents característiques:

- Pes específica aparent: 20 kN/m3.

- Angle de fregament intern: 30º.

- Angle de fregament formigó terreny = 0º en actiu i, passiu.

- Cohesió, c = 0,00 kN/m3 en actiu i en passiu.

Perfectament drenat i sense presència d’empentes hidrostàtiques.

3.1.2.3 Accions variables

Per a la determinació de la càrrega de vent, s’han considerat les condicions climàtiques

de la regió.

S’ha considerat que les càrregues de vent actuen perpendicularment a la superfície del

dispositiu de reducció de soroll.

Vent

Pel càlcul de la càrrega deguda a l’acció del vent sobre les pantalles acústiques s’aplicarà

el mètode descrit al Eurocódigo 1: Acciones en estructuras. Parte 1-4: Acciones

generales. Acciones de viento.

El mètode està basat en els mapes eòlics nacionals que recullen les velocitats bàsiques

de vent. Els càlculs poden realitzar-se, així mateix, considerant una velocitat del vent

base a partir de dades més precises, referides a un període de retorn de 50 anys.

A continuació es detalla el procés de càlcul:

Segons Eurocódigo 1. Parte 1-4.

La força del vent, Fw, s’obtindrà de la següent expressió:

F c c c q z A

on

cscd és el factor estructural. Agafarem com a valor recomanat 1,0.

cf és el coeficient de força per a l’element estructural o l’estructura.

qp(ze) és la pressió corresponent a la velocitat de pic a l’alçada de referència ze.

Aref és l’àrea de referència per a l’element estructural o l’estructura.

Pressió corresponent a la velocitat de pic, qp(z), a una alçada z., s’obtindrà de:




q z 1 7 l z12

v z c z q

on

és la densitat de l’aire, que depèn de l’altitud, de la temperatura i de la pressió

baromètrica esperada a la regió duran les tempestes de vent. Es prendrà el valor = 1,25

kg/m3.

ce(z) és el factor d’exposició donat a l’expressió

qp és la pressió corresponent a la velocitat mitja de referència del vent;

on

vb és la velocitat bàsica del vent, definida en funció de la direcció del vent i

l’època de l’any a 10m d’alçada d’un terreny de categoria II;

,

on

vb,0 és el valor fonamental de la velocitat bàsica del vent

cdir és el factor direccional. Agafarem com a valor recomanat 1,0.

cseason és el factor estacional. Agafarem com a valor recomanat 1,0.

Com a velocitats fonamentals de la velocitat bàsica del vent es prenen les especificades a

la IAP degut a que l’Eurocódigo només ofereix dades aproximades, no disponibles per a

Espanya de dades més exactes. Dites velocitats de referència es prenen del següent

mapa:

Mapa de isòtaques per a l’obtenció de la velocitat bàsica fonamental del vent vb,o

Turbulències

La intensitat de la turbulència lv(z) a una alçada z es defineix com la desviació típica de la

turbulència dividida per la velocitat mitja del vent i s’haurà de determinar mitjançant

l’expressió

)zz

o

lv

o(z)·ln(c

k(z)l Per a zmin ≤ z ≤ zmax

lv(z)=lv(zmin) Per a z<zmin

on

kl és el factor de turbulència. El valor de kl es poden establer en l’annexa nacional.

El valor recomanat per a kl és 1,0;

co és el coeficient topogràfic

zo és la longitud de la rugositat.




Velocitat mitja del vent

La velocitat mitja del vent vm(z) a una alçada z per sobre del terreny, depèn de la rugositat

i l’orografia del terreny, i de la velocitat bàsica del vent, vb i s’haurà de determinar

mitjançant l’expressió

v z c z c z v

on

cr(z) és el factor de rugositat;

co(z) és el coeficient topogràfic, que es pren com 1,0

Coeficient de Rugositat.

El coeficient de rugositat, cr(z), te en compte la variabilitat de la velocitat mitja del vent en

el lloc on s’ubica l’estructura, deguda a:

- L’alçada sobre el nivell del terreny;

- La rugositat del terreny situat a sobrevent de l’estructura en la direcció del vent

considerada.

El coeficient de rugositat a una alçada z es defineix mitjançant la següent llei logarítmica.

maxmin0

Tr zz Para zzln(z)c zk

minminrr zz Para )(zC(z)c

on

kT és el factor del terreny, que depèn de la longitud de la rugositat zo i calculat

utilitzant: 0,07

II0,

0T z

z·19,0

k

on

z0,II = 0,05 (categoria de terreny II);

zmin és l’alçada mínima;

zmax: es pren igual a 200 m.

z0, zmin depenen de la categoria del terreny, i s’indiquen a la taula següent:

Categoria del terreny zo (m)

zmin (m)

0 Mar obert o zona costera exposada al mar obert 0,003 1 I Llacs o àrees planeres i horitzontals amb vegetació

menyspreable i sense obstacles 0,01 1

II Àrees amb vegetació baixa, com herba, i obstacles aïllats (arbres, edificacions) amb separacions de al menys 20 vegades l’alçada dels obstacles

0,05 2

III Àrees amb una cobertura de vegetació uniforme o edificacions o amb obstacles aïllats amb una separació màxima de 20 vegades l’alçada dels obstacles (viles, terrenys suburbans, boscos permanents

0,3 5

IV Àrees en les que al menys un 15% de la superfície estigui coberta per edificis que l’alçada mitja superi els 15 m 1,0 10

Coeficient d’orografia

Quan l’orografia (per exemple, cim, precipicis, etc.) augmenti la velocitat del vent en més

d’un 5%, els efectes hauran de tenir-se en compte mitjançant el coeficient topogràfic co.

Es poden menysprear els efectes de l’orografia quan la pendent mitja del terreny situat a

sobrevent sigui inferior a 3º. Es poden considerar una longitud del terreny a sobrevent de

10 vegades l’alçada de l’accident orogràfic aïllat.

El factor d’orografia està definit per:

co = 1 per < 0,05

co = 1 + 2·s· per 0,05 < < 0,3

co = 1 + 0,6·s per > 0,3




on

s és el factor de localització orogràfica d’acord amb la longitud efectiva de la

pendent a sobrevent, Le;

és la pendent a sobrevent H/Lu en la direcció del vent

Le és la longitud efectiva de la pendent a sobrevent, definida a la taula següent:

Tipus de pendent (ø=H/Lu)

Media (0,05 < ø < 0,3):

Pronunciada (ø > 0,3)

Le = Lu Le = H/0,3

Lu és la longitud real de la pendent a sobrevent;

Ld és la longitud real de la pendent a sotavent;

H és l’alçada efectiva de l’accident orogràfic;

x és la distància horitzontal entre l’emplaçament de l’edificació i el punt més alt de

l’accident;

z és la distància vertical des del nivell de terra a l’emplaçament de l’estructura.

En valls, co(z) es pot establir com 1,0 si no s’esperen augments de la velocitat del vent

per l’efecte embut. En estructures situades dintre de valls, o en ponts que creuin valls

amb costat amb una gran pendent s’hauran de tenir en compte aquest possible augment

de la velocitat per l’efecte embut.

La pressió del vent (o succió) resultant sobre una barrera u altre dispositiu reductor de

soroll vertical, es per tant:

peep czqW )(

on

qp(ze) és la pressió corresponent a la velocitat de pic;

ze és l’alçada de referència per a la pressió externa;

cpe: és el coeficient de pressió per a la pressió exterior.

Coeficient de pressió

El coeficient de pressió neta, proporciona l’efecte resultant del vent sobre una estructura,

element estructural o component per unitat d’àrea.

La pantalla acústica es dividirà en zones tal com es mostra a la figura següent:




A la taula següent, s’ofereixen, per a dos valors diferents de la relació de solidesa, els

valors dels coeficients de pressió total cp,net per a murs aïllats. Amb o sense contrafort a

l’extrem. Una solidesa = 1,0 indica un mur sòlid, mentre que = 0,80 indica un mur que

es sòlid en el 80%, amb un 20% de forats. En ambdós casos, la superfície de referència

és la superfície bruta.

Coeficients de pressió recomanats cp,net per a murs aïllats

Solidesa Zona A B C D

= 1,0 Sense

contraforts en

els extrems

l/h≤3 2,3

1,4 1,2 1,2

l/h=5 2,9 1,8 1,4 1,2

l/h≥10 3,4 2,1 1,7 1,2

Amb contrafort en els

extrems de longitud≥ha

2,1

1,8 1,4 1,2

= 0,8 1,2 1,2 1,2 1,2

a es pot utilitzar la interpolació lineal per a les longituds dels contraforts en els extrems en volta entre 0,0 i h

L’alçada de referència ze es prendrà com h.

A efectes de càlcul es considerarà el cas més desfavorable, es a dir considerar el tram de

cantonada en la zona B i zona C, sense contrafort en els extrems i per a solidesa 1.

A continuació es detalla la pressió del vent a cada zona:

Pantalla Pressió Vent (kN/m2)

Zona A Zona B Zona C Zona D

24+110 a 24+190

24+340 a 24+3903,50 2,16 1,75 1,24

A efectes de càlcul es considerarà el cas més desfavorable, el tram de cantonada en la

zona B i zona C:

Pressió Vent (kN/m2)

1,96

Sobrecàrrega en terraplè

Per al càlcul d’empentes del terreny sobre elements de l’estructura en contacte amb ell,

es considerarà l’actuació sobre la zona de coronació del terraplè en la que pot actuar el

trànsit, d’una sobrecàrrega uniforme de 10 kN/m2.

3.1.2.4 Accions accidentals

Segons el Mapa de Perillositat sísmica de la Norma de Construcción sismorresistente

NCSR-02, la regió afectada pel projecte es situa dins de la zona amb acceleració sísmica

bàsica (valor característic de l’acceleració horitzontal de la superfície del terreny

corresponen a un període de retorn de cinc-cents anys) amb valor igual a 0,04·g, sent g

el valor de l’acceleració de la gravetat i del coeficient de contribució K=1,00.

A partir d’aquest valor s’obté l’acceleració sísmica de càlcul, definida com el producte

ac = S··ab




on

ab és l’acceleració sísmica bàsica

és un coeficient adimensional de risc, funció de la probabilitat acceptable de que

s’excedeixi ac en el període de vida per a el que es projecte la construcció.

Prenen els següents valors:

construccions d’importància normal =1,0

construccions d’importància especial =1,3

S Coeficient d’amplificació del terreny. Pren el valor:

Per a ·ab ≤ 0,1·g ,

Per a 0,1·< ·ab < 0,4·g ,

3,33 0,1 1,

Per a 0,4·g ≤ ·ab 1

C és el coeficient del terreny. Depèn de les característiques

geotècniques del terreny de fonamentació.

La norma estableix un espectre normalitzat de resposta elàstica a la superfície del

terreny, per a acceleracions horitzontals, corresponents a un oscil·lador lineal simple amb

un amortiment de referència del 5% respecte al crític, definit pels següents valors:

Si T < TA (T)= 1+1,50·T/TA

Si TA ≤ T ≤ TB (T)=2,5

Si T > TB (T)=K·C/T

on

T) és el valor de l’espectre normalitzat de resposta elàstica

T és el període propi de l’oscil·lador en segons

K és el coeficient de contribució

C és el coeficient del terreny, que te en compte les característiques

geotècniques del terreny de fonamentació

TA, TB són els períodes característics de l’espectre de resposta, de valors:

TA = K·C / 10

TB = K·C / 2,5

S’ha considerat que les barreres acústiques son construccions d’importància normal per

tan el paràmetre serà igual a 1,0.

Prenen els valors corresponents per les pantalles es té:

ab = 0,04·g

K = 1,0

= 1,0

C = 1,30

S = C / 1,25 = 1,04

ac = 1,04·1,0·0,04·g = 0,042·g

TA = K·C/10 = 0,13 segons

TB = K·C/2,5 = 0,52 segons

Per a la determinació dels esforços deguts a l’acció sísmica s’obtenen primer les

càrregues equivalents d’acord amb el mètode simplificat de la NCSE-02.

La determinació de la primera freqüència pròpia de bigues, en el cas d’un mènsula, es

realitzarà de la següent manera:

on el període T = 1 / f

El coeficient de resposta contemplat es = 0,50 per a forces horitzontals, corresponents

a ductilitat BAIXA i a una estructura diàfana y per a forces verticals = 1,00, adoptant un

espectre de resposta elàstica, les ordenades de les mateixes siguin el 70% dels valors

corresponents a les de l’espectre per a moviments horitzontals.

D’acord amb això la força sísmica equivalent per a cada planta ve donada per:




kc

kkk ·P···gaP·sF k

on

ac és l’acceleració sísmica de càlcul

g és l’acceleració de la gravetat

b és el coeficient de resposta

k és el factor de distribució corresponent a la planta k

és el coeficient de valor

Per a T ≤ TB = 2,5

Per a T > TB = 2,5·(TB / T)

Pk es el pes corresponents a la massa de la planta k.

Pels perfils HEA 140 de 2,10 m d’alçada, es considerarà un pes, Pk = 2,20 kN. Es

considerarà únicament el primer mode de vibració (TMODE1 = 0,14 segons), per al que

l’ordenada espectral de càlcul val, (TMODE1) = 2,50.

La força sísmica equivalent horitzontal seria de F = 0,052·Pk = 0,11 kN, mentre que la

força sísmica vertical seria de W = 0,0728·Pk = 0,16 kN.

Els esforços per la combinació sísmica en l’encastament són:

Força Vertical, Nd = 2,38 kN

Força Horitzontal, Vd = 0,11 kN

Moment flector, Md = 0,21 kNm

Molt inferiors als valors en la situació persistent o transitòria:

Força Vertical, Nd = 3,08 kN

Força Horitzontal, Vd = 24,66 kN

Moment flector, Md = 25,90 kNm

Per tant, serà més desfavorable el càlcul de l’estructura en ELU en les situacions

persistents o transitòries, que en la situació accidental per sisme.

Impacte de vehicles

Les pantalles acústiques estan protegides per una barrera de protecció, de manera que

no poden rebre l’impacte d’un vehicle.

3.1.3 Hipòtesis geotècniques

Per a l’obtenció de les empentes a la fonamentació es distingirà entre tipus diferents

d’empentes:

- Per a l’empenta del terreny es considerarà l’empenta activa.

- Com a reacció del terreny, davant el bolcament de la fonamentació, com a

conseqüència de l’empenta del vent es considerarà l’empenta passiva del terreny.

Els coeficients de seguretat a enfonsament per a fonamentacions profundes segons la

Guía de cimentaciones en obras de carretera i el procediment d’anàlisis utilitzat en

l’estimació de la càrrega d’enfonsament són els següents:

PROCEDIMENT D’ANÀLISIS UTILITZAT EN

L’ESTIMACIÓ DE LA CÀRREGA

D’ENFONSAMENT

COEFICIENT DE SEGURETAT EN FRONT A L’ENFONSAMENT

COMBINACIÓ CARACTERÍSTICA F2

Mètode basat en dades de penetròmetres dinàmics

continus i usos de correlacions

3,0

Els valors recomanats per al topall estructural del pilots perforats de formigó “in situ”

segons la Guía de cimentaciones en obras de carretera és:

Qtopall estructural= ·Ar




on

= 4 MPa

Ar és l’àrea de la secció transversal

Els coeficients de seguretat per trencament del terreny per empentes horitzontal per a

fonamentacions per a fonamentacions profundes segons la Guía de cimentaciones en

obras de carretera son el següents:

COMBINACIÓ D’ACCIONS COEFICIENT DE SEGURETAT EN FRONT TRENCAMENT HORITZONTAL DEL TERRENY

Característica F2 ≥ 2,60

Els coeficients de seguretat en front al lliscament en fonamentacions superficials segons

la Guía de cimentaciones en obras de carretera son el següents:

COMBINACIÓ D’ACCIONS COEFICIENT DE SEGURETAT EN FRONT A LLISCAMENT


Els coeficients de seguretat en front a la bolcada rígida en fonamentacions superficials

segons la Guía de cimentaciones en obras de carretera son el següents:

COMBINACIÓ D’ACCIONS COEFICIENT DE SEGURETAT A BOLCADA RÍGIDA


3.1.4 Hipòtesis considerades en el càlcul

Les combinacions considerades seran les corresponents a les de pes propi i càrregues

estàtiques de vent combinades.

Els elements hauran de suportar sense fallida la combinació de les càrregues del pes

propi i les càrregues estàtiques i del vent (pressió o succió) calculades d’acord a l’exposat

en l’apartat anterior.

3.1.5 Sistemes de fixació

Els ancoratges o fixacions tals com perns, soldadures, etc. hauran d’aguantar la força per

a la que han estat dissenyades a suportar, sense símptomes de fallides tals com

esquerdes o deformacions plàstiques.

Les fixacions els perfils de la pantalla a la fonamentació serà desmuntable, amb

subjeccions cargolades. El mètode consisteix en:

- Embeure els perns, als quals s’haurà dotat de rosca, a la fonamentació. Per a

anivellar-lo i assegurar-nos que coincideixen amb els orificis de la placa de

assentament, es pot utilitzar una plantilla.

- Es cargola el perfil, amb la seva placa base als perns. S’utilitza una doble femella,

el que ens permet corregir un possible error en l’anivellament.

- Mitjançant aquest mètode es pot rectificar petits errors que s’hagin produït a la

fonamentació dels perns, el que ens permet un anivellament més fàcil i precís.

- L’utilització de perns corrugat redueix la longitud dels mateixos, es recomanable

que estiguin doblegat en pota d’ancoratge.

3.1.6 Estats Límits de servei

3.1.6.1 Elements acústics

L’element haurà de suportar el seu pes propi mullat i el pes apropiat que correspongui als

elements que quedin col·locat per sobre d’ells, sense resultar afectat, d’acord amb el

següent criteri:




Inestabilitat local: La deformació horitzontal no haurà de ser major de:

50hd

on

d és la deformació (fletxa);

h és l’alçada total de l’element acústic.

Deformació vertical: Amb l’element suportat de manera en que s’utilitza a la pràctica, la

fletxa o deformació màxima no haurà de ser superior a:

400ALd

on

d és la deformació (fletxa);

LA Longitud de l’element acústic.

La deformació permanent després de que la càrrega sigui retirada haurà de ser inferior a:

500ALd

ó 200maxhd

Aquestes condicions hauran de ser exigides al contractista.

3.1.6.2 Elements estructurals

La fletxa màxima o deformació elàstica sota la càrrega de vent de disseny, haurà de ser

inferior a:

100maxSLd per a Hnrd ≤ 3 m

on

Ls Longitud màxima de l’element estructural.

Hnrd alçada total dels elements acústic que constitueixen el dispositiu antisoroll.

A més:

- L’element no haurà de mostrar cap símptoma de fallida tal com el vinclament,

desplaçaments permanents del material absorbent o esquerdes superiors a

l’admissible per a resistir a l’exposició a ambients corrosius severs.

- Els elements no hauran d’arribar a deixar-se anar dels seus suports o fixacions

(ancoratges).

- La deformació permanent després de que la càrrega sigui retirada haurà de ser

inferior a:

500maxSL

d

En el cas d’elements de sustentació per a senyal de trànsit, la deformació temporal

màxima a flexió del suport es recomana adoptar com a màxim una deformació

corresponen a una classe TDB4 (dz < 25mm/m).

3.1.7 Estats Límits Últims

El sistema estructural de les pantalles acústiques està format per panells acústics que es

recolzen sobre suport formats per perfils d’acer laminat. Aquests es troben encastat a la

fonamentació, consolidant l’ancoratge mitjançant una placa d’acer subjecte al formigó

mitjançant perns, que hauran de quedar embeguts al formigó de la fonamentació.

Poden establir-se diferències estructurals pel que fa a l’acoblament del panell al perfil, ja

que els perfils són de grans dimensions i necessiten un sistema que permeti la subjecció

del panell. Quan la separació entre el perfil i el panell es de pocs centímetres, la pantalla

es suplement mitjançant neoprè. El cas contrari es disposen de tubs d’acer per a

aconseguir una adequada subjecció de la pantalla al perfil.

- Panells acústics.

Igual que en la situació de servei els requisits estructurals corresponents als

panells acústics s’inclouran en el plec de prescripcions tècniques particulars de




cada pantalla. En aquest cas s’haurà de realitzar la comprovació de la resistència

del panell.

- Perfils

El perfil haurà de suportar les accions segons les hipòtesis de combinació

establertes.

Generalment el requisit resistent de la secció no serà més desfavorable sinó la

geometria dels panells a col·locar.

De totes maneres es realitzarà la comprovació en tot punt del perfil. Com a

mètode aproximat i conservador, podrà aplicar-se per a totes les classes de

secció una suma lineal de la contribució dels esforços resultants. Per a seccions

de classe 1, classe 2 o classe 3 sotmeses a l’acció combinada de NEd, My,Ed, Mz,Ed

s’aplicarà la següent expressió:

,

,

,

,1

On NRd, My,Rd, Mz,Rd son els valors de càlcul de la resistència de la secció en front

als esforços axil i flector, i que depenen de la classificació de la secció transversal.

En aquest valors es considera la secció eficaç resultant dels efectes

d’arrossegament per tallant.

El funcionament del perfil és en mènsula, per tant les majors tensions tant a flexió

com a tallant es produeixen al recolzament inferior.

- Unió soldada perfil – placa d’ancoratge

Les soldadures de la unió entre el perfil i la placa d’ancoratge hauran de complir

amb les condicions presentades a la normativa EAE: Instrucción de Acero

Estructural, per aquest tipus d’unió.

- Placa d’ancoratge

Per a la comprovació de la placa d’ancoratge parteix de la hipòtesis de que la

placa es rígida o hipòtesis de Benoulli. Se suposa que la placa roman plana

davant dels esforços als quals es veu sotmesa, de manera que es poden

menysprear les seves deformacions a efectes de repartiment de càrregues.

- Fonamentació mitjançant pilons

Càrrega d’enfonsament de pilons aïllats:

La càrrega d’enfonsament del piló aïllat l’obtenim de l’annex de geotècnia.

El seu valor serà la suma de la càrrega d’enfonsament per punta i la

càrrega d’enfonsament per fust.

A continuació presentem un resum del paràmetres que s’han tingut en

compte:

Pantalla Resistència per punta (kN/m2)

Resistència per fust (kN/m2)

24+110 a 24+190 900 2,68

Càlcul de la resistència horitzontal del piló:

Un piló aïllat sotmès a esforços horitzontals (en general esforços

transversals al seu eix), sol estar limitat per l’esgotament de la seva

capacitat resistent. Poden arribar a generar-se esforços de flexió i/o tallant

que esgotin la secció estructural del mateix.




Quan els pilons són curts, i/o el terreny dèbil, i a més la capacitat resistent

del propi piló és suficientment alta, pot produir-se la fallada per trencament

horitzontal del terreny.

El mecanisme de fallida i el procediment senzill que convé seguir per

analitzar-ho s’indica de manera esquemàtica a la figura següent:

Per calcular la capacitat última a cada piló carregat lateralment, Broms va

desenvolupar una solució simplificada, suposant la fallida per tallant del sòl

en pilons curts, presentant el cas que ens concerneix aquesta solució es

presenta per a pilons amb cap lliure en sorres.

Hipòtesis de partida:

e(z) = 3··z·kph·D

H,

f,

M H e f

Amb la força horitzontal de trencament, HULT, obtenim així el corresponent

coeficient de seguretat comparant-la amb la força horitzontal actuant sobre

els pilons.

3.2 Càlculs

L’estructura de les pantalles estan definides, tant la seva geometria, materials i seccions,

d’acord amb els plànols que es presenten al document PLÀNOLS. El càlcul de les

pantalles es poden trobar a continuació.

A l’ apèndix s’ha realitzat les següents comprovacions i càlculs:

- Càlcul de les empentes sobre les pantalles: En aquest apartat es recullen els

càlculs de les empentes del vent.

- Dimensionament dels perfil metàl·lics: Es dimensionen els pilars amb els esforços

majorats a la seva base.

- Dimensionament de les plaques i perns d’ancoratge: Es projecten les plaques

d’ancoratge que uneixen els pilars a les fonamentacions o estructures, amb els

esforços majorats de l’apartat anterior.

- Dimensionament de la fonamentació: En aquest apartat es dimensionen els pilons

que transmeten al terreny les càrregues de les pantalles recolzades en una

fonamentació pròpia.

·

·




3.2.1 CÀLCUL D’EMPENTA DE VENT SOBRE PANTALLES ACÚSTIQUES




El perfil més desfavorable estarà carregat en zones B i C,la separació entre els perfils

metàl·lics és de 4,0m.

q = 2,16 kN/m2 · 2,0 m + 1,75 kN/m2 · 2,0 m = 7,83 kN/m




3.2.2 CÀLCUL DELS PERFILS METÀL·LICS




3.2.3 PLAQUES I PERNS D’ANCORATGE




3.2.4 CÀLCUL DE LA FONAMENTACIÓ

apèndix 07: càlculs estructurals - gencat.cat · · guía de cimentaciones en obras de carretera....

Documents