memorias cimentacion tuberias y tablestacado edita

CONTRATO CM 001 CQ124 DE 2011

ESTUDIOS, ALTERNATIVAS Y DISEÑOS PARA LA OPTIMIZACIÓN DE LOS

SISTEMAS DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DEL MUNICIPIO DE

QUIBDÓ – CHOCÓ

Quibdó, Octubre de 2012

Carrera 16 Nº 135 - 93, Bogotá, D.C,

Teléfonos 2164694 - 2163967 - 2163988 Fax 2587680

Email: [email protected]

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CIMENTACIÓN DE TUBERÍAS Y

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30/10/12

CONTRATO CM 001 CQ124 DE 2011

ESTUDIOS, ALTERNATIVAS Y DISEÑOS PARA LA OPTIMIZACIÓN DE LOS

SISTEMAS DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DEL MUNICIPIO DE

QUIBDÓ – CHOCÓ

ESTADO DE REVISIÓN Y APROBACIÓN

ELABORADO

APROBADO

VERSIÓN

FECHA

OBJETO

POR:

POR:

Ing. Armando

Ing. Jorge

0

30-10-12

Elaboración

Díaz

Restrepo


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TABLA DE CONTENIDO

Pág.

1.

DISEÑO DE CIMENTACION TUBERIAS ............................................................... 6

1.1

DESCRIPCION DEL PROYECTO ........................................................................ 6

1.2

PROCEDIMIENTO GENERAL DE DISEÑO .......................................................... 6

1.3

PARÁMETROS GEOSISMICOS DEL SUELO PARA QUIBDÓ ............................. 6

1.3.1 Cimentación de las tuberías

6

1.3.1.1

Modelo Conceptual ........................................................................................... 7

1.3.1.2

Parametrización................................................................................................ 8

1.3.2 Cargas

9

1.3.2.1

Tipos de carga externa en tubería enterrada .................................................... 9

1.3.3 Verificación de condiciones límite tubería flexible

10

1.3.3.1

Deflexión tubería concreto de alcantarillado Ø = 8” H = 3 m. .......................... 14

1.3.3.2

Deflexión tubería concreto de alcantarillado Ø = 8” H = 6 m. .......................... 16

2.

RESUMEN EN LA VERIFICACIÓN DE CONDICIONES LÍMITE PARA

TUBERÍAS DE CONCRETO CON DIFERENTES ALTURAS DE RELLENO ....... 17

2.1

RECOMENDACIONES ....................................................................................... 32

3.

DISEÑO DE TABLESTACADO PARA LAS EXCAVACIONES EN EL

ALCANTARILLADO DE QUIBDÓ ........................................................................ 35

3.1

PARÁMETROS GEOMECÁNICOS ..................................................................... 35

3.2

PARÁMETROS DEL SUELO .............................................................................. 37

3.2.1 Análisis del modelo estructural

38

3.2.2 Cálculo de esfuerzos para el sistema de cargas y diseño de tensores

39

3.2.3 Comprobación del perfil del tablestacado WGRI2 a flexión

41

3.2.4 Recomendaciones

41


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LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Rigideces de tubería según diámetro

11

Tabla 2. Deflexión tubería Novafort de Alcantaril ado Ø = 8” H= 3 m.

12

Tabla 3. Deflexión tubería Novafort de Alcantaril ado Ø = 8” H= 6 m.

13

Tabla 4. Resumen deflexiones en tuberías Novafort

13

Tabla 5. Tubos de concreto sin refuerzo para alcantarillado

14

Tabla 6. Cargas máximas tubería concreto sin refuerzo

15

Tabla 7. Concreto Ø = 20 cm. H = 3 m.

17


18


19


20


21


22


23


24


25


26


27


28


29


30


31


32

Tabla 23. Cuadro de cargas en el tablestacado

39

Tabla 24. Diseño de tensores

40


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LISTADO DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Mapa de sismicidad ............................................................................................. 7

Figura 2. Sección típica de cimentación de tubería ............................................................ 8

Figura 3. Tubería De Concreto Colocada En La Zanja ....................................................... 9

Figura 4. Rigidez De La Tubería Flexible ......................................................................... 11

Figura 5. Rigidez De La Tubería Flexible ......................................................................... 11

Figura 6. Tubería con recubrimiento interior ..................................................................... 34

Figura 7. Sección del tablestacado metálico tipo “Trench”................................................ 35

Figura 8. Tablestacado colocando tensores ..................................................................... 36

Figura 9. Diagrama de cargas sobre tablestacado .......................................................... 36

Figura 10. Fuerza Dinámica (w) resultante de la cuña de falla ........................................ 38

Figura 11. Diagrama de presiones en condiciones estáticas (suelo y carga viva) ........... 39

Figura 12. Diagrama de presiones del empuje sísmico (E3) ............................................ 39

Figura 13. Diagrama de presiones del empuje sísmico (E3) ............................................ 40

ANEXOS

ANEXO 1 – ANÁLSIS PATOLÓGICO DEL ACUEDUCTO DE QUIBDÓ

ANEXO 2 – MODELOS DEL INSFOPAL


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1. DISEÑO DE CIMENTACION TUBERIAS

1.1 DESCRIPCION DEL PROYECTO

Diseño de la cimentación de tuberías para alcantarillado del municipio de Quibdó.

1.2 PROCEDIMIENTO GENERAL DE DISEÑO

Se basa en consideraciones:

o Norma sísmica NSR10.

o Funcionales.

o Económicas.

o Estudio de Suelos (JVS IAN SAS).

o Normas EPM para cimentación de tuberías, Anexo 5.1

Norma RAS 2000 en su numeral G.3.2.2.

1.3 PARÁMETROS GEOSISMICOS DEL SUELO PARA QUIBDÓ

Tipo De Perfil Del Suelo D, Zona De Sismicidad Alta

Coeficiente que representa la aceleración pico efectiva, para diseño;

Aa = 0.35

Coeficiente que representa la velocidad horizontal pico efectiva;

Av = 0.35

o Sistema de unidades: SI (norma A.1.7.1 del NSR 10)

o Zona de amenaza sísmica : ALTA (Figura A.2.3.1 NSR 10)

o Coeficiente que representa la aceleración pico efectiva reducida; Ae = 0.25

o Coeficiente que representa la aceleración pico efectiva, umbral de daño; Ad = 0.13

o Coeficiente de ampliación en zona de periodos cortos, efectos de sitio; Fa = 1.15

o Coeficiente de ampliación en zona de periodos medios de espectro; Fa = 1.70

1.3.1 Cimentación de las tuberías

Se utilizará la cimentación tipo B presentada en las Normas y especificaciones generales deconstrucción de EPM, especificación 801, esquema 1, utilizando un material de cimentación trituradoentre 1” y ¾” de tamaño por estar las tuberías la mayor parte del tiempo sumergidas en el nivelfreático por tener Quibdó una alta pluviosidad.


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Figura 1. Mapa de sismicidad

Se agregará una capa adicional de triturado de 1” a ¾“ hasta 0.3 + D/2 por la razón anterior como lomuestra la figura 1.

Antes de cimentar se debe colocar a manera de limpieza un concreto de baja resistencia en un espesorno menor de e = 0,05 m. (Ver estudio de suelos).

1.3.1.1 Modelo Conceptual

Se ha tomado la norma NSR 10, en el capítulo H, zona de amenaza sísmica ALTA, norma H.4.3.1 delNSR10 y las normas EPM para cimentación de tuberías, anexo 5.1, La norma RAS en su capítulo G.


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Cuando la pendiente de la tubería sea superior al 15%, para tuberías de superficie exterior lisa, o al25% para tuberías de superficie exterior rugosa, la tubería llevará anclajes necesarios para garantizarla estabilidad de la tubería, frente al fenómeno de fuerzas de arrastre generadas por el flujo. (EPMNormas de alcantarillado 5.2.13).

El valor mínimo de profundidad a la cota clave de las tuberías en ningún caso será inferior a 1.2 m(EPM Normas de alcantarillado 5.2.15).

Figura 2. Sección típica de cimentación de tubería

1.3.1.2 Parametrización

Se analizará la tubería de concreto y la tubería PVC sanitaria.

Angulo de fricción interna del suelo= 23°

Bd=Ancho del zanja= 45 cm

ku´= 0.13 arcillas ordinarias (tabla A.5-3 Normas

EPM).

Material de atraque: no se utilizarán arenas por la alta posibilidad que las tuberías estén bajo el nivelfreático.(A.5.3.2 Normas EPM).

Se utilizará material triturado entre ¾” y ½” para el atraque de la tubería debidamente compactadocon medios manuales.en los alrededores y hasta 30 centimetros por encima de la tubería.


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Concreto reforzado, de 21 Mpa (210Kg/cm2).

Acero de 420 Mpa(4200kg/cm2)

Módulo de elasticidad concreto: 21.5*10^6 kPa

Módulo de elasticidad del Acero 200*10^6 kPa

Resistencia a cortante del concreto: 14MPa

1.3.2 Cargas

Teniendo en cuenta el numeral G.3.2.2 de la norma RAS. En tuberías enterradas se consideran lascargas impuestas sobre la tubería debidas al peso propio del relleno simultáneamente con las cargastransitorias, vivas y de impacto.

Figura 3. Tubería De Concreto Colocada En La Zanja

1.3.2.1 Tipos de carga externa en tubería enterrada

Diámetro = 200 mm

profundidad a cota clave= 3.0 m


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Cargas De Trabajo

-

Peso de la tubería =

41 kg/m

-

Peso del fluido=

31.4 kg/m

-

Carga muerta externa, We (relleno)=1,062kg/m

-

We= 1,062. kg/m

-

Modulo de elasticidad del Novafort=400.000 PSI

Cargas Vivas

-

Cargas vivas en vías

-

Cargas vivas de vías automóvil en H= 3m=12.31 kg/cm2

1.3.3 Verificación de condiciones límite tubería flexible

El cálculo de cargas y deformaciones en tuberías se realizan según la norma RAS 2000

G3.2.2.2, también se tiene en cuenta las normas EPM en su Anexo 5.1 Diseño Estructural de tuberías.

E

=

Mod tubería De=Diámetro exterior

Sp

=

Rigidez especifica anillo

I

=

Inercia tubo Di= Diámetro Interior

DL

=

Factor retardo

Deflexión

E'

=

Modulo compuesto Elasticidad

E'n

=

Modulo Elasticidad suelo


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Figura 4. Rigidez De La Tubería Flexible

Fuente: Pagina web http://www.plastigama.com.ec/pdfs/novafort.pdf

En la Tabla 1 se presentan las rigideces para la tuberia flexible al aplastamiento.

Tabla 1. Rigideces de tubería según diámetro

Fuente: Pagina web http://www.plastigama.com.ec/pdfs/novafort.pdf

http://www.plastigama.com.ec/pdfs/novafort.pdf

http://www.plastigama.com.ec/pdfs/novafort.pdf

Figura 5. Rigidez De La Tubería Flexible


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Tabla 2. Deflexión tubería Novafort de Alcantarillado Ø = 8” H= 3 m.

CALCULO DE LA

valores

unidades

DEFLEXIÓN h= 3m

Diámetro externo

0.2

m

Espesor tubería

0.018

m

Momento inercia I

0.000000486

m^4

Modulo elasticidad E

2744

Mpa

E*I

0.001333584

Rigidez del tubo PS

394

Kpa

Factor deflexión DL

1.5

Factor de soporte kb

0.083

Carga viva por trafico

500 N/m

Presión suelo P+CV

3848 N/m

Modulo de reaccion subr

7 Mpa

DL*Kb*W*r^3

3.49246E-05

E*I+0.061*E´*r^3

0.044033584

Deflexión (m)

0.000793136 m

Deflexión(%)

0.40

%

Máxima recomedada 7%

ok


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Tabla 3. Deflexión tubería Novafort de Alcantarillado Ø = 8” H= 6 m.

CALCULO DE LA

valores

unidades

DEFLEXIÓN h= 6m

Diámetro externo

0.2

m

espesor tuberia

0.018

m

Momento inercia I

0.000000486

m^4


2744

Mpa

E*I

0.001333584

Rigidez del tubo PS

394

Kpa


1.5


0.083

Carga viva por tráfico

500

N/m

Presión suelo P+Cv

6980

N/m

Módulo de reacción subr

7

Mpa

DL*Kb*W*r^3

6.33508E-05

E*I+0.061*E´*r^3

0.044033584

Deflexión (m)

0.001438693

m

Deflexión(%)

0.72

%


ok

Tabla 4. Resumen deflexiones en tuberías Novafort

CALCULO DE LA

DIAMETROS

unidades

DEFLEXIÓN h= 8m

Diámetro externo(m)

0.2

0.25

0.35

0.4

0.45

0.6

1

m

espesor tuberia

0.018

0.023

0.028

0.038

0.043

0.065

0.08

m

1.8E-

4.6E-

6.6E-

2.3E-

4.3E-

Momento inercia I

4.9E-07

1E-06

m^4

06

06

06

05

05


2744

2744

2744

2744

2744

2744

2744

Mpa

0.0013

0.0027

0.0050

0.0125

0.0181

0.0628

0.1170

E*I

3

8

2

5

8

0

8

Rigidez del tubo PS

394

394

394

394

394

394

394

Kpa


1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5


0.083

0.083

0.083

0.083

0.083

0.083

0.083

Carga viva por tráfico

500

500

500

500

500

500

500

N/m

Presión suelo P+Cv

9140

11300

15620

17780

19940

26420

43700

N/m

Módulo de reacción subr

7

7

7

7

7

7

7

Mpa


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CALCULO DE LA

DIAMETROS

unidades

DEFLEXIÓN h= 8m

0.0001

0.0001

0.0001

0.0002

DL*Kb*W*r^3

8.3E-05 0.0001

4

6

8

4 0.0004

0.0440

0.0306

0.0306

0.0306

0.0306

0.0306

0.0306

E*I+0.061*E´*r^3

3

3

3

3

3

3

3

0.0018

0.0033

0.0046

0.0052

0.0059

0.0078

0.0129

Deflexión (m)

m

8

5

3

7

1

3

5

Deflexión (%)

0.94

1.67

2.31

2.63

2.95

3.91

6.48

%


ok

ok

ok

ok

ok

ok

ok

Carga por impacto:

Estas cargas se representan por un factor que aumenta las cargas vivas.

La carga muerta externa total de diseño por unidad de longitud de la tubería (We) está dada por lasuma de la carga de suelo (Wd), la carga externa concentrada (Wcsu) y la carga externa equivalente

debido al peso del líquido en la tubería (Ww), por unidad de longitud en cada caso:

Por tener una profundidad de 3 m de relleno se toma el factor de impacto =1

(PAVCO, tabla 3, soluciones tubulares).

1.3.3.1 Deflexión tubería concreto de alcantarillado Ø = 8” H = 3 m.

Tabla 5. Tubos de concreto sin refuerzo para alcantarillado

Fuente: Pagina web American Pipe

Diámetro = 200 mm


Cargas de Trabajo:

- Peso de la tubería =

78 kg/m

- Peso del fluido=

31.4 kg/m


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- Carga muerta externa, We (relleno)=1,062 kg/m

We= 1,062. kg/m

- Módulo de elasticidad del concreto=300,000 kg/cm2

Cargas Vivas:

- Cargas vivas en vías

- Cargas vivas de vías automóvil en H= 3m =12.31 kg/cm2

Verificación de Condiciones Límite tuberías de concreto

En la tabla 6 se presentan las cargas máximas para tuberías de concreto sin refuerzo tomadas delmanual de American Pipe.

Tabla 6. Cargas máximas tubería concreto sin refuerzo

Fuente: Catálogo American Pipe

Cargas aplicada a tubería

CV+CM=1109.4+2.5=1111.9 kg/m

Factor de seguridad aplicado con carga de rotura FS= 3569/1111.9=3.2

Verificación de cargas por esfuerzos cortante en la tubería por sismo

Factor de disipación moderada

Las principales causas que originan la falla de tuberías durante la ocurrencia de un sismo son losmovimientos vibratorios del suelo y la falla del terreno (Ariman yMuleski, 1981).

Los primeros inducen en las tuberías deformaciones axiales cuyas magnitudes generalmente sonmucho mayores que las de flexión. La falla del terreno ocasiona deformaciones de magnitudes muygrandes comparadas con las provocadas por el paso


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de las ondas sísmicas. Por lo anterior, los criterios de diseño adoptados deben tener uniones flexiblespara permitir movimientos de expansión y contracción en las juntas, de tal manera que se disipen lasfuerzas ocasionadas por el sismo.

De la misma forma deberán revisarse los diseños cuando al excavar se encuentren suelos inestables enlos cuales puede ocurrir el fenómeno de licuación.

Utilizando un factor R de disipación moderado de energía =2

V=1111.9/2=555.4 kg

Área de la tubería = 0.0314 m2

Vc=0.18 k/cm2 <14 kg/cm2 ok

Verificación en condiciones de flexión

M= 200.14 kg.m

I=75161 cm4

Y= 10 cm

Esfuerzo en la fibra extrema G=2.66 kg/cm2<22 kg/cm2 ok

1.3.3.2 Deflexión tubería concreto de alcantarillado Ø = 8” H = 6 m.

Diámetro = 200 mm


Cargas de Trabajo:

- Peso de la tubería =

78 kg/m

- Peso del fluido=

31.4 kg/m

- Carga muerta externa, We (relleno)=1,062 kg/m

We= 1,062. kg/m

- Módulo de elasticidad del concreto=300,000 kg/cm2

Cargas vivas

- Cargas vivas en vías

- Cargas vivas de vías automóvil=12.31 kg/cm2


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2. RESUMEN EN LA VERIFICACIÓN DE CONDICIONES LÍMITE PARA TUBERÍAS

DE CONCRETO CON DIFERENTES ALTURAS DE RELLENO


vr.

Diametro (cm)

20

Referencia Verificación

Espesor pared (cm)

3.1

Peso tubería kg/m

78

Área anular (cm2)

220.86

Área sección

transversal

314.16

Peso fluido kg/m

31.42

Angulo de fricción phi

19

ku=

0.11

K

0.71329307

Cd=

2.55347731

Carga muerta We

1200.66

Carga sobre la tubería

1310.07

Momento de inercia I

cm4

210079.5

Momento flector kg.m

163.759

esfuerzo Flexión

kg/cm2

1.02

22

ok

Factor de disipación

Eng

2

Factor de impacto

1

Cortante/sismo kg/cm2

2.97

14

ok

Carga rotura kg/m

1310.07

3569

ok

Factor seguridad Fs

2.72

ok

Deflexión por

asentamiento

0.47°

1°34ók

Factor de flotación

0.04

ok

Altura de relleno H( m)

3


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vr.

Diametro (cm)

20


Espesor pared (cm)

3.1

Peso tuberia kg/m

78

Area anular (cm2)

220.86

Area seccion

transversal

314.16

Peso fluido kg/m

31.42

Angulo de friccion phi

19

ku=

0.11

K

0.71329307

Cd=

3.67250042

Carga muerta We

1949.42

Carga sobre la tuberia

2058.84


cm4

210079.5


257.355

esfuerzo Flexión

kg/cm2

1.60

22

ok


Eng

2

Factor de impacto

1


4.66

14

ok

Carga rotura kg/m

2058.84

3569

ok

Factor seguridad Fs

1.73

ok

Deflexión por asentam °

0.47°

1°34ók


0.03

ok


6


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vr.

Diametro cm

20


Espesor pared cm

3.1

Peso tuberia kg/m

78

Area anular (cm2)

220.86

Area sección

transversal

314.16

Peso fluido kg/m

31.42


19

ku=

0.11

K

0.71329307

Cd=

4.04180383

Carga muerta We

2145.46


2254.87


cm4

210079.5


281.859

esfuerzo Flexion

kg/cm2

1.76

22

ok


Eng

2

Factor de impacto

1


5.10

14

ok

Carga rotura kg/m

2254.87

3569

ok

Factor seguridad Fs

1.58

ok


0.47°

1°34ók


0.02

ok


8


Teléfonos 2164694 - 2163967 - 2163988 Fax 2587680


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Página 20

TABLESTACADO

30/10/12


vr.

Diametro cm

25


Espesor pared cm

3.1

Peso tuberia kg/m

99

Area anular (cm2)

273.66

Area seccion

transversal

490.87

Peso fluido kg/m

49.09


19

ku=

0.11

K

0.71329307

Cd=

2.45442376

Carga muerta We

1493.27


1641.36


cm4

353606.9


205.170

esfuerzo Flexion

kg/cm2

0.91

22

ok

Factor de disipacion

Eng

2

Factor de impacto

1


3.00

14

ok

Carga rotura kg/m

1641.36

3569

ok

Factor seguridad Fs

2.17

ok


0.47°

1°34ók


0.05

ok


3


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TABLESTACADO

30/10/12


vr.

Diametro cm

25


Espesor pared cm

3.1

Peso tuberia kg/m

99

Area anular (cm2)

273.66

Area sección

transversal

490.87

Peso fluido kg/m

49.09


19

ku=

0.11

K

0.71329307

Cd=

3.5835244

Carga muerta We

2180.22


2328.30


cm4

353606.9


291.038

esfuerzo Flexión

kg/cm2

1.28

22

ok


Energía

2

Factor de impacto

1


4.25

14

ok

Carga rotura kg/m

2328.30

3569

ok

Factor seguridad Fs

1.53

ok


0.47°

1°34ók


0.03

ok


6


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Página 22

TABLESTACADO

30/10/12


vr.

Diametro cm

35


Espesor pared cm

4

Peso tuberia kg/m

165

Area anular (cm2)

490.09

Area sección transversal

962.11

Peso fluido kg/m

96.21


19

ku=

0.11

K

0.71329307

Cd=

2.27633727

Carga muerta We

1672.41


1933.62


cm4

1184495.0


241.703

esfuerzo Flexión kg/cm2

0.44

22

ok

Factor de disipación Eng

2

Factor de impacto

1


1.97

14

ok

Carga rotura kg/m

1933.62

3671

ok

Factor seguridad Fs

1.90

ok


0.47°

1°34ók


0.08

ok


3


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Página 23

TABLESTACADO

30/10/12


vr.

Diametro cm

35


Espesor pared cm

4

Peso tuberia kg/m

165

Area anular (cm2)

490.09


962.11

Peso fluido kg/m

96.21


19

ku=

0.11

K

0.71329307

Cd=

3.5835244

Carga muerta We

2180.22


2441.43


cm4

1184495.0


305.178

esfuerzo Flexion kg/cm2

0.55

22

ok

Factor de disipacion Eng

2

Factor de impacto

1


2.49

14

ok

Carga rotura kg/m

2441.43

3671

ok

Factor seguridad Fs

1.50

ok


0.47°

1°34ók


0.06

ok


6


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Página 24

TABLESTACADO

30/10/12


vr.

Diametro cm

35


Espesor pared cm

4.5

Peso tuberia kg/m

219

Area anular (cm2)

558.42

Area seccion transversal

962.11

Peso fluido kg/m

96.21


19

ku=

0.11

K

0.71329307

Cd=

2.27633727

Carga muerta We

1672.41


1987.62


cm4

1443122.7


248.453


0.38

22

ok


2

Factor de impacto

1


1.78

14

ok

Carga rotura kg/m

1987.62

3671

ok

Factor seguridad Fs

1.85

ok


0.47°

1°34ók


0.08

ok


3


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TABLESTACADO

30/10/12


vr.

Diametro cm

40


Espesor pared cm

4.1

Peso tuberia kg/m

219

Area anular (cm2)

568.03


1256.64

Peso fluido kg/m

125.66


19

ku=

0.11

K

0.71329307

Cd=

2.1961303

Carga muerta We

1613.48


1958.15


cm4

1679142.7


244.768


0.35

22

ok


2

Factor de impacto

1


1.72

14

ok

Carga rotura kg/m

1958.15

3569

ok

Factor seguridad Fs

1.82

ok


0.47°

1°34ók


0.09

ok


3


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Página 26

TABLESTACADO

30/10/12


vr.

Diametro cm

40


Espesor pared cm

3.1

Peso tuberia kg/m

99

Area anular (cm2)

568.03


1256.64

Peso fluido kg/m

125.66


19

ku=

0.11

K

0.71329307

Cd=

3.5835244

Carga muerta We

2180.22


2404.88


cm4

1018143.7


300.610


0.68

22

ok


2

Factor de impacto

1


2.12

14

ok

Carga rotura kg/m

2404.88

3569

ok

Factor seguridad Fs

1.48

ok


0.47°

1°34ók


0.07

ok


6


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Página 27

TABLESTACADO

30/10/12


vr.

Diametro cm

45


Espesor pared cm

5

Peso tuberia kg/m

265

Area anular (cm2)

785.40


1590.43

Peso fluido kg/m

159.04


19

ku=

0.11

K

0.71329307

Cd=

2.12112186

Carga muerta We

1558.38


1982.42

Momento de inercia I cm4

3086259.1


247.802


0.22

22

ok


2

Factor de impacto

1


1.26

14

ok

Carga rotura kg/m

1982.42

4487

ok

Factor seguridad Fs

2.26

ok


0.47°

1°34ók


0.12

ok


3


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TABLESTACADO

30/10/12


vr.

Diametro cm

45


Espesor pared cm

5

Peso tuberia kg/m

265

Area anular (cm2)

785.40


1590.43

Peso fluido kg/m

159.04


19

ku=

0.11

K

0.71329307

Cd=

3.5835244

Carga muerta We

2180.22


2604.26

Momento de inercia I cm4

3086259.1


325.532


0.29

22

ok


2

Factor de impacto

1


1.66

14

ok

Carga rotura kg/m

2604.26

4487

ok

Factor seguridad Fs

1.72

ok


0.47°

1°34ók


0.09

ok


6


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Página 29

TABLESTACADO

30/10/12


vr.

Diametro cm

60


Espesor pared cm

7.2

Peso tuberia kg/m

530

Area anular (cm2)

1520.03


2827.43

Peso fluido kg/m

282.74


19

ku=

0.11

K

0.71329307

Cd=

1.92295541

Carga muerta We

1412.78


2225.53

Momento de inercia I cm4 11104764.9


278.191


0.09

22

ok


2

Factor de impacto

1


0.73

14

ok

Carga rotura kg/m

2225.53

3569

ok

Factor seguridad Fs

1.60

ok


0.47°

1°34ók


0.20

ok


3


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TABLESTACADO

30/10/12


vr.

Diámetro cm

60


Espesor pared cm

7.2

Peso tubería kg/m

530

Área anular (cm2)

1520.03

Área sección transversal

2827.43

Peso fluido kg/m

282.74


19

ku=

0.11

K

0.71329307

Cd=

3.5835244

Carga muerta We

2180.22


2992.96



374.120


0.13

22

ok


2

Factor de impacto

1


0.98

14

ok

Carga rotura kg/m

2992.96

3569

ok

Factor seguridad Fs

1.19

ok


0.47°

1°34ók


0.15

ok


6


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TABLESTACADO

30/10/12


vr.

Diametro cm

100


Espesor pared cm

4.1

Peso tuberia kg/m

1011

Area anular (cm2)

1340.86


7853.98

Peso fluido kg/m

785.40


19

ku=

0.11

K

0.71329307

Cd=

1.53639456

Carga muerta We

1128.78


2925.18



365.647


0.26

22

ok


2

Factor de impacto

1


1.09

14

ok

Carga rotura kg/m

2925.18

3569

ok

Factor seguridad Fs

1.22

ok


0.47°

1°34ók


0.31

ok


3


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TABLESTACADO

30/10/12


vr.

Diametro cm

100


Espesor pared cm

10

Peso tuberia kg/m

1011

Area anular (cm2)

1340.86


7853.98

Peso fluido kg/m

785.40


19

ku=

0.11

K

0.71329307

Cd=

3.5835244

Carga muerta We

2180.22


3976.61



497.077


0.05

22

ok


2

Factor de impacto

1


1.48

14

ok

Carga rotura kg/m

3976.61

3569

ok

Factor seguridad Fs

0.90

ok


0.47°

1°34ók


0.28

ok


6

Según el informe de suelos se presentan valores de PH entre 5 y 6 de algunos sectores lo que implicala presencia de suelos ácidos. Ver tabla resumen del estudio de suelos en anexo.

2.1

RECOMENDACIONES

De acuerdo a la norma RAS 2000, G.2.5.3, El relleno debe efectuarse lo más rápidamente despuésde la instalación de la tubería, para evitar que, caigan objetos extraños o material de los taludes en lazanja.

Mediante apisonamiento manual debe proporcionarse un relleno inicial de 15 a 30 cms sobre latubería. Por encima de esta capa la compactación es preferiblemente ejecutada con equipos, y se debebuscar una densidad no menor del 95% de la máxima densidad seca, obtenida del ensayo ProctorModificado.


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TABLESTACADO

30/10/12

Las capas deben conformarse en espesores compactados de 20 cms.

Las tuberías Novafort se puede utilizar para profundidades hasta de 8 metros en diámetros hasta de60cm. Cumplen con los valores admisibles por deformación además de trabajar mucho mejor ensuelos ácidos (ver tabla resumen en anexo del estudio de suelos)

Por encontrarse Quibdó en zona de alta sismicidad las tuberías flexibles absorben muy bien lasvibraciones generadas por sismicidad y tráfico vehicular.

El diámetro de 1 metro en Novafort con rellenos de 8 metros, la deformación por cargas externasestá muy cerca del valor admisible.

Por tanto se recomienda utilizar tubería de concreto reforzado en diámetro de 1 metro paraprofundidades de 8m o más

Las uniones deben utilizar en tuberías de concreto uniones flexibles debidamente protegidas lo quepermite cierto grado de absorción de las vibraciones por sismicidad.

A continuación se comentan en conjunto los criterios y recomendaciones para mitigar los efectos delos factores que resultan más agresivos por acidez del suelo para las tuberías de concreto.

El uso de protectores específicos de sellado de la superficie de la tubería de concreto teniendo encuenta su grado de acidez, los aspectos técnicos y

económicos.

Una primera clasificación de este tipo de productos puede hacerse respecto al espesor de la capa derecubrimiento aplicada sobre el tubo, así existen protectores de pequeño espesor, los cuales se aplicangeneralmente con brocha o con pistola,

variando el grosor de protección aplicado entre 0,25 mm y 0,35 mm.

Para lograr buenos resultados a largo plazo, es fundamental una buena y uniforme adherencia alconcreto, por lo que es necesaria una adecuada y cuidadosa preparación de la superficie del tubo deconcreto sobre la que se aplicara el producto protector.

Los tipos de productos empleados para los protectores van desde resinas epoxi hasta bituminosas,éstos últimos son empleados en la mayoría de los casos, para

recubrimientos exteriores, con la función de sellar la tubería contra ataques producidos por cloruros ysulfatos.

Los recubrimientos protectores de espesor grueso (> a 1,2 mm) son más caros y proporcionan unaprotección más duradera, normalmente son: mortero de resina Carrera 16 Nº 135 - 93, Bogotá, D.C,

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TABLESTACADO

30/10/12

epóxica y mangas de PAD, el primero se aplica mecánicamente una vez que los

tubos están fabricados, son comunes para suelos ácidos.

Los fluidos que están en contacto con la tubería pueden ejercer sobre ella una acción perjudicial,pudiendo ser del tipo mecánica o química. La primera es la erosión producida por el agua al fluirsobre las superficies internas de la tubería, la segunda incluye la disolución del material y la reacciónde éste con las sustancias que contiene el agua, sobre todo la acción del gas sulfuro de hidrógeno(H2S) que

se puede convertir en ácido sulfúrico en la clave del tubo.

Figura 6. Tubería con recubrimiento interior

Fuente : Pagina web http://www.comecop.com.mx/pdf/mdt_tub_reforzada.pdf


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http://www.comecop.com.mx/pdf/mdt_tub_reforzada.pdf

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TABLESTACADO

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3. DISEÑO DE TABLESTACADO PARA LAS EXCAVACIONES EN EL

ALCANTARILLADO DE QUIBDÓ

3.1

PARÁMETROS GEOMECÁNICOS

Coeficiente activo (ka):

0.438

Peso específico del material de relleno

1.80 t/m3

Factor de fricción del suelo:

0.5

Cohesión del suelo

0

Coeficiente de empuje dinámico

0.414

Aceleración sísmica (Aa)

0.35

Capacidad admisible del suelo

7.46 t/m2

Figura 7. Sección del tablestacado metálico tipo “Trench”


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TABLESTACADO

30/10/12

Figura 8. Tablestacado colocando tensores

Figura 9. Diagrama de cargas sobre tablestacado

H = Altura de tablestacado


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TABLESTACADO

30/10/12

B= longitud de la base del muro

Wm= peso del tablestacado

Ws= peso del relleno

E1= empuje estático del relleno

E1= empuje de carga viva

E3= empuje dinámico

Análisis de Estabilidad general del muro (tablestacado)

᭦ᮄ

Volcamiento : Factor de seguridad al volcamiento=

> 2

᭦ᮈ

Deslizamientoḓ ᭯ > 1. 5

᭡

Combinaciones con sismo

᭦ᮄ

Volcamiento Factor de seguridad al volcamiento

> 1. 5

᭦ᮈ

Deslizamiento ḓ ᭯ > 1. 5

᭡

Combinaciones de Carga NSR 2010 B.2.4.2

3.2

PARÁMETROS DEL SUELO

Peso específico del suelo(γ)= 1.8 t/m3

Coeficiente de presión activa(ka)= 0.438

Angulo de fricción interna del suelo(ø)=23°

Angulo de fricción suelo/ tablestaca metálica(δ)=0°

Coeficiente de aceleración horizontal (Kv)

Pendiente del relleno(Τ)=0°


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TABLESTACADO

30/10/12

Pendiente de la cara de la cuña(β)=0°

Los esfuerzos de volcamiento y deslizamiento no se tienen en cuenta en el tablestacado por cuantoestá diseñado con tensores que absorben las fuerzas horizontales de empuje de tierra, sísmicas ypresión hidrostática, Los tensores quedan trabajando a compresión, anulando de esta manera elvolcamiento y deslizamiento.

Las vigas horizontales que reciben los tensores deben puntearse con soldadura para poder hacer elmontaje del tablestacado rápidamente y con la mayor seguridad.

3.2.1 Análisis del modelo estructural

El empuje de tierras bajo condiciones dinámicas (Es) es igual al empuje sísmico (Ed) menos elempuje en condiciones estáticas

᭞ ᮅ = ᭞᭷ − ᭞᭸

Empuje sísmico activo(Ed)

Coeficiente de ampliación= 1.7

Coeficiente sísmico de tabal H.2.5.1 norma NSR10

a=1.7*0.5/4=0.21

Se analizará el tablestacado ante la acción de la componente horizontal del movimiento del terrenonormal al eje vertical del muro.

Figura 10. Fuerza Dinámica (w) resultante de la cuña de falla

ḝ = atan 0. 21 = 0. 209

ᮉ = a ∗ csc 0. 209 ∗ ᭰ᮈ

Donde Wv= peso de la cuña con el ángulo de falla

Wv=17712 kg

W=0.21*4.81*17712=12842 KG


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TABLESTACADO

30/10/12

Empuje sísmico en condiciones estáticas=9940

Es=Ed-Ee= 12842-9940=2902kg/m

Figura 11. Diagrama de presiones en condiciones estáticas (suelo y carga viva)

Figura 12. Diagrama de presiones del empuje sísmico (E3)

3.2.2 Cálculo de esfuerzos para el sistema de cargas y diseño de tensores

Tabla 23. Cuadro de cargas en el tablestacado

ALTURA

(m)

K/m2

K/m2

K/m2

K/m2

KG

1

795

100

450

333.33

1671.73

2

1576.8

100

450

666.67

2793.47

3

2365.2

100

450

1000.00

3915.20

4

3153.6

100

450

1333.33

5036.93

5

3942

100

450

1666.67

6158.67

6

4730.4

100

450

2000.00

7280.40


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TABLESTACADO

30/10/12

7

5518.8

100

450

2333.33

8402.13

8

6307.2

100

450

2666.67

9523.87

9

7095.6

100

450

3000.00

10645.60

Figura 13. Diagrama de presiones del empuje sísmico (E3)

Fuente: Consorcio Quibdó 2011

Tabla 24. Diseño de tensores

DISEÑO DE TENSORES

ACERO A36 CON

FS=2

2520

KG(CM2)

ALTURA

(m)

CARGA

AREA

TENSORES

DISTANCIA

1 1671.73333

1.33

1.1/2"

C/1m

2 2793.46667

2.22

1.1/2"

horizontal

3

3915.2

3.11

1.1/2"

y vertical

4 5036.93333

4.00

1.1/2"

5 6158.66667

4.89

1.1/2"

6

7280.4

5.78

1.1/2"

7 8402.13333

6.67

1.1/2"

8 9523.86667

7.56

1.1/2"


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Versión 0


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TABLESTACADO

30/10/12

DISEÑO DE TENSORES

ACERO A36 CON

FS=2

2520

KG(CM2)

9

10645.6

8.45

1.1/2"

3.2.3 Comprobación del perfil del tablestacado WGRI2 a flexión

Esfuerzo de flexión entre dos apoyos M=10645*1*1/8=1330 kg/cm2

Esfuerzo de trabajo (Ḛ )

Sigma (Ḛ )= 112 kg/cm2< 1260kg/cm2 ok

3.2.4 Recomendaciones

Usar un tipo de entibado que pueda ser retirado por etapas, retirando hacia arriba el panel inferiorde la entibación.

El levantamiento del entibado debe realizarse progresivamente para que el material del lecho y elmaterial de la zona de la tubería puedan ser compactados contra la zanja natural hasta 30 mm porencima de la tubería.

Para evitar sobrecargas en el entibado, el material excavado será depositado a una distancia de lazanja , como mínimo igual a su profundidad.

Para evitar la percolación del agua lluvia hacia la zanja es necesario:

Verificar la existencia de fisuras laterales en el suelo, si esto ocurre, se debe proceder al sellado delas mismas y a la impermeabilización del área.

Verificar si junto a las aceras no se produce infiltración de agua lluvia, de ser así, se deben sellarlas fisuras empleando para ello asfalto.

Todos los rellenos deben cumplir con la norma G.2.5 del RAS 2000, especificaciones mínimas derelleno para estructuras.

Las demoliciones deben cumplir la norma G.2.6.6 del RAS: El constructor no puede emprender lademolición de estructuras ni el retiro de tuberías, sin previa autorización del interventor, sobre elalcance y los procedimientos propuestos para adelantar el trabajo.


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