Memorias Cimentacion Tuberias y Tablestacado Edita
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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
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CIMENTACIÓN DE TUBERÍAS Y
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TABLESTACADO
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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
Tabla 8. Concreto Ø = 20 cm. H = 6 m.
18
Tabla 9. Concreto Ø = 20 cm. H = 8 m.
19
Tabla 10. Concreto Ø = 25 cm. H = 3 m.
20
Tabla 11. Concreto Ø = 25 cm. H = 6 m.
21
Tabla 12. Concreto Ø = 35 cm. H = 3 m.
22
Tabla 13. Concreto Ø = 35 cm. H = 6 m.
23
Tabla 14. Concreto Ø = 35 cm. H = 6 m.
24
Tabla 15. Concreto Ø = 40 cm. H = 3 m.
25
Tabla 16. Concreto Ø = 40 cm. H = 6 m.
26
Tabla 17. Concreto Ø = 45 cm. H = 3 m.
27
Tabla 18. Concreto Ø = 45 cm. H = 6 m.
28
Tabla 19. Concreto Ø = 60 cm. H = 3 m.
29
Tabla 20. Concreto Ø = 60 cm. H = 6 m.
30
Tabla 21. Concreto Ø = 100 cm. H = 3 m.
31
Tabla 22. Concreto Ø = 100 cm. H = 6 m.
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
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
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 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
%
Máxima recomedada 7%
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
Modulo elasticidad E
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
Factor deflexión DL
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
Factor de soporte kb
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
%
Máxima recomedada 7%
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
profundidad a cota clave= 3.0 m
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
profundidad a cota clave= 3.0 m
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
Tabla 7. Concreto Ø = 20 cm. H = 3 m.
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
Carrera 16 Nº 135 - 93, Bogotá, D.C,
Teléfonos 2164694 - 2163967 - 2163988 Fax 2587680
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CIMENTACIÓN DE TUBERÍAS Y
Página 18
TABLESTACADO
30/10/12
Tabla 8. Concreto Ø = 20 cm. H = 6 m.
vr.
Diametro (cm)
20
Referencia Verificación
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
Momento de inercia I
cm4
210079.5
Momento flector kg.m
257.355
esfuerzo Flexión
kg/cm2
1.60
22
ok
Factor de disipación
Eng
2
Factor de impacto
1
Cortante/sismo kg/cm2
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
Factor de flotación
0.03
ok
Altura de relleno H( m)
6
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CIMENTACIÓN DE TUBERÍAS Y
Página 19
TABLESTACADO
30/10/12
Tabla 9. Concreto Ø = 20 cm. H = 8 m.
vr.
Diametro cm
20
Referencia Verificación
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
Angulo de fricción phi
19
ku=
0.11
K
0.71329307
Cd=
4.04180383
Carga muerta We
2145.46
Carga sobre la tuberia
2254.87
Momento de inercia I
cm4
210079.5
Momento flector kg.m
281.859
esfuerzo Flexion
kg/cm2
1.76
22
ok
Factor de disipación
Eng
2
Factor de impacto
1
Cortante/sismo kg/cm2
5.10
14
ok
Carga rotura kg/m
2254.87
3569
ok
Factor seguridad Fs
1.58
ok
Deflexión por asentam °
0.47°
1°34ók
Factor de flotación
0.02
ok
Altura de relleno H( m)
8
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CIMENTACIÓN DE TUBERÍAS Y
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TABLESTACADO
30/10/12
Tabla 10. Concreto Ø = 25 cm. H = 3 m.
vr.
Diametro cm
25
Referencia Verificación
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
Angulo de friccion phi
19
ku=
0.11
K
0.71329307
Cd=
2.45442376
Carga muerta We
1493.27
Carga sobre la tuberia
1641.36
Momento de inercia I
cm4
353606.9
Momento flector kg.m
205.170
esfuerzo Flexion
kg/cm2
0.91
22
ok
Factor de disipacion
Eng
2
Factor de impacto
1
Cortante/sismo kg/cm2
3.00
14
ok
Carga rotura kg/m
1641.36
3569
ok
Factor seguridad Fs
2.17
ok
Deflexión por asentam °
0.47°
1°34ók
Factor de flotación
0.05
ok
Altura de relleno H( m)
3
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CIMENTACIÓN DE TUBERÍAS Y
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TABLESTACADO
30/10/12
Tabla 11. Concreto Ø = 25 cm. H = 6 m.
vr.
Diametro cm
25
Referencia Verificación
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
Angulo de fricción phi
19
ku=
0.11
K
0.71329307
Cd=
3.5835244
Carga muerta We
2180.22
Carga sobre la tuberia
2328.30
Momento de inercia I
cm4
353606.9
Momento flector kg.m
291.038
esfuerzo Flexión
kg/cm2
1.28
22
ok
Factor de disipación
Energía
2
Factor de impacto
1
Cortante/sismo kg/cm2
4.25
14
ok
Carga rotura kg/m
2328.30
3569
ok
Factor seguridad Fs
1.53
ok
Deflexión por asentam °
0.47°
1°34ók
Factor de flotación
0.03
ok
Altura de relleno H( m)
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CIMENTACIÓN DE TUBERÍAS Y
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TABLESTACADO
30/10/12
Tabla 12. Concreto Ø = 35 cm. H = 3 m.
vr.
Diametro cm
35
Referencia Verificación
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
Angulo de fricción phi
19
ku=
0.11
K
0.71329307
Cd=
2.27633727
Carga muerta We
1672.41
Carga sobre la tubería
1933.62
Momento de inercia I
cm4
1184495.0
Momento flector kg.m
241.703
esfuerzo Flexión kg/cm2
0.44
22
ok
Factor de disipación Eng
2
Factor de impacto
1
Cortante/sismo kg/cm2
1.97
14
ok
Carga rotura kg/m
1933.62
3671
ok
Factor seguridad Fs
1.90
ok
Deflexión por asentam °
0.47°
1°34ók
Factor de flotación
0.08
ok
Altura de relleno H( m)
3
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CIMENTACIÓN DE TUBERÍAS Y
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TABLESTACADO
30/10/12
Tabla 13. Concreto Ø = 35 cm. H = 6 m.
vr.
Diametro cm
35
Referencia Verificación
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
Angulo de friccion phi
19
ku=
0.11
K
0.71329307
Cd=
3.5835244
Carga muerta We
2180.22
Carga sobre la tuberia
2441.43
Momento de inercia I
cm4
1184495.0
Momento flector kg.m
305.178
esfuerzo Flexion kg/cm2
0.55
22
ok
Factor de disipacion Eng
2
Factor de impacto
1
Cortante/sismo kg/cm2
2.49
14
ok
Carga rotura kg/m
2441.43
3671
ok
Factor seguridad Fs
1.50
ok
Deflexión por asentam °
0.47°
1°34ók
Factor de flotación
0.06
ok
Altura de relleno H( m)
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CIMENTACIÓN DE TUBERÍAS Y
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TABLESTACADO
30/10/12
Tabla 14. Concreto Ø = 35 cm. H = 6 m.
vr.
Diametro cm
35
Referencia Verificación
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
Angulo de friccion phi
19
ku=
0.11
K
0.71329307
Cd=
2.27633727
Carga muerta We
1672.41
Carga sobre la tuberia
1987.62
Momento de inercia I
cm4
1443122.7
Momento flector kg.m
248.453
esfuerzo Flexion kg/cm2
0.38
22
ok
Factor de disipacion Eng
2
Factor de impacto
1
Cortante/sismo kg/cm2
1.78
14
ok
Carga rotura kg/m
1987.62
3671
ok
Factor seguridad Fs
1.85
ok
Deflexión por asentam °
0.47°
1°34ók
Factor de flotación
0.08
ok
Altura de relleno H( m)
3
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CIMENTACIÓN DE TUBERÍAS Y
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TABLESTACADO
30/10/12
Tabla 15. Concreto Ø = 40 cm. H = 3 m.
vr.
Diametro cm
40
Referencia Verificación
Espesor pared cm
4.1
Peso tuberia kg/m
219
Area anular (cm2)
568.03
Area seccion transversal
1256.64
Peso fluido kg/m
125.66
Angulo de friccion phi
19
ku=
0.11
K
0.71329307
Cd=
2.1961303
Carga muerta We
1613.48
Carga sobre la tuberia
1958.15
Momento de inercia I
cm4
1679142.7
Momento flector kg.m
244.768
esfuerzo Flexion kg/cm2
0.35
22
ok
Factor de disipacion Eng
2
Factor de impacto
1
Cortante/sismo kg/cm2
1.72
14
ok
Carga rotura kg/m
1958.15
3569
ok
Factor seguridad Fs
1.82
ok
Deflexión por asentam °
0.47°
1°34ók
Factor de flotación
0.09
ok
Altura de relleno H( m)
3
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CIMENTACIÓN DE TUBERÍAS Y
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TABLESTACADO
30/10/12
Tabla 16. Concreto Ø = 40 cm. H = 6 m.
vr.
Diametro cm
40
Referencia Verificación
Espesor pared cm
3.1
Peso tuberia kg/m
99
Area anular (cm2)
568.03
Area seccion transversal
1256.64
Peso fluido kg/m
125.66
Angulo de friccion phi
19
ku=
0.11
K
0.71329307
Cd=
3.5835244
Carga muerta We
2180.22
Carga sobre la tuberia
2404.88
Momento de inercia I
cm4
1018143.7
Momento flector kg.m
300.610
esfuerzo Flexion kg/cm2
0.68
22
ok
Factor de disipacion Eng
2
Factor de impacto
1
Cortante/sismo kg/cm2
2.12
14
ok
Carga rotura kg/m
2404.88
3569
ok
Factor seguridad Fs
1.48
ok
Deflexión por asentam °
0.47°
1°34ók
Factor de flotación
0.07
ok
Altura de relleno H( m)
6
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CIMENTACIÓN DE TUBERÍAS Y
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30/10/12
Tabla 17. Concreto Ø = 45 cm. H = 3 m.
vr.
Diametro cm
45
Referencia Verificación
Espesor pared cm
5
Peso tuberia kg/m
265
Area anular (cm2)
785.40
Area sección transversal
1590.43
Peso fluido kg/m
159.04
Angulo de fricción phi
19
ku=
0.11
K
0.71329307
Cd=
2.12112186
Carga muerta We
1558.38
Carga sobre la tuberia
1982.42
Momento de inercia I cm4
3086259.1
Momento flector kg.m
247.802
esfuerzo Flexión kg/cm2
0.22
22
ok
Factor de disipacion Eng
2
Factor de impacto
1
Cortante/sismo kg/cm2
1.26
14
ok
Carga rotura kg/m
1982.42
4487
ok
Factor seguridad Fs
2.26
ok
Deflexión por asentam °
0.47°
1°34ók
Factor de flotación
0.12
ok
Altura de relleno H( m)
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CIMENTACIÓN DE TUBERÍAS Y
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TABLESTACADO
30/10/12
Tabla 18. Concreto Ø = 45 cm. H = 6 m.
vr.
Diametro cm
45
Referencia Verificación
Espesor pared cm
5
Peso tuberia kg/m
265
Area anular (cm2)
785.40
Area sección transversal
1590.43
Peso fluido kg/m
159.04
Angulo de fricción phi
19
ku=
0.11
K
0.71329307
Cd=
3.5835244
Carga muerta We
2180.22
Carga sobre la tuberia
2604.26
Momento de inercia I cm4
3086259.1
Momento flector kg.m
325.532
esfuerzo Flexión kg/cm2
0.29
22
ok
Factor de disipación Eng
2
Factor de impacto
1
Cortante/sismo kg/cm2
1.66
14
ok
Carga rotura kg/m
2604.26
4487
ok
Factor seguridad Fs
1.72
ok
Deflexión por asentam °
0.47°
1°34ók
Factor de flotación
0.09
ok
Altura de relleno H( m)
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CIMENTACIÓN DE TUBERÍAS Y
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TABLESTACADO
30/10/12
Tabla 19. Concreto Ø = 60 cm. H = 3 m.
vr.
Diametro cm
60
Referencia Verificación
Espesor pared cm
7.2
Peso tuberia kg/m
530
Area anular (cm2)
1520.03
Area sección transversal
2827.43
Peso fluido kg/m
282.74
Angulo de fricción phi
19
ku=
0.11
K
0.71329307
Cd=
1.92295541
Carga muerta We
1412.78
Carga sobre la tuberia
2225.53
Momento de inercia I cm4 11104764.9
Momento flector kg.m
278.191
esfuerzo Flexión kg/cm2
0.09
22
ok
Factor de disipación Eng
2
Factor de impacto
1
Cortante/sismo kg/cm2
0.73
14
ok
Carga rotura kg/m
2225.53
3569
ok
Factor seguridad Fs
1.60
ok
Deflexión por asentam °
0.47°
1°34ók
Factor de flotación
0.20
ok
Altura de relleno H( m)
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CIMENTACIÓN DE TUBERÍAS Y
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TABLESTACADO
30/10/12
Tabla 20. Concreto Ø = 60 cm. H = 6 m.
vr.
Diámetro cm
60
Referencia Verificación
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
Angulo de fricción phi
19
ku=
0.11
K
0.71329307
Cd=
3.5835244
Carga muerta We
2180.22
Carga sobre la tubería
2992.96
Momento de inercia I cm4 11104764.9
Momento flector kg.m
374.120
esfuerzo Flexión kg/cm2
0.13
22
ok
Factor de disipación Eng
2
Factor de impacto
1
Cortante/sismo kg/cm2
0.98
14
ok
Carga rotura kg/m
2992.96
3569
ok
Factor seguridad Fs
1.19
ok
Deflexión por asentam °
0.47°
1°34ók
Factor de flotación
0.15
ok
Altura de relleno H( m)
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CIMENTACIÓN DE TUBERÍAS Y
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TABLESTACADO
30/10/12
Tabla 21. Concreto Ø = 100 cm. H = 3 m.
vr.
Diametro cm
100
Referencia Verificación
Espesor pared cm
4.1
Peso tuberia kg/m
1011
Area anular (cm2)
1340.86
Area sección transversal
7853.98
Peso fluido kg/m
785.40
Angulo de fricción phi
19
ku=
0.11
K
0.71329307
Cd=
1.53639456
Carga muerta We
1128.78
Carga sobre la tuberia
2925.18
Momento de inercia I cm4 7646254.8
Momento flector kg.m
365.647
esfuerzo Flexión kg/cm2
0.26
22
ok
Factor de disipación Eng
2
Factor de impacto
1
Cortante/sismo kg/cm2
1.09
14
ok
Carga rotura kg/m
2925.18
3569
ok
Factor seguridad Fs
1.22
ok
Deflexión por asentam °
0.47°
1°34ók
Factor de flotación
0.31
ok
Altura de relleno H( m)
3
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CIMENTACIÓN DE TUBERÍAS Y
Página 32
TABLESTACADO
30/10/12
Tabla 22. Concreto Ø = 100 cm. H = 6 m.
vr.
Diametro cm
100
Referencia Verificación
Espesor pared cm
10
Peso tuberia kg/m
1011
Area anular (cm2)
1340.86
Area sección transversal
7853.98
Peso fluido kg/m
785.40
Angulo de fricción phi
19
ku=
0.11
K
0.71329307
Cd=
3.5835244
Carga muerta We
2180.22
Carga sobre la tubería
3976.61
Momento de inercia I cm4 62860163.2
Momento flector kg.m
497.077
esfuerzo Flexión kg/cm2
0.05
22
ok
Factor de disipación Eng
2
Factor de impacto
1
Cortante/sismo kg/cm2
1.48
14
ok
Carga rotura kg/m
3976.61
3569
ok
Factor seguridad Fs
0.90
ok
Deflexión por asentam °
0.47°
1°34ók
Factor de flotación
0.28
ok
Altura de relleno H( m)
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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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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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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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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Figura 8. Tablestacado colocando tensores
Figura 9. Diagrama de cargas sobre tablestacado
H = Altura de tablestacado
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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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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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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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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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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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