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01 Diseno Estructural Alcantarilla
pag.
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OBRAS HIDRAULICAS
Diseño Estructural Alcantarilla Sección Rectangular
TIPO MARCO DE 3.00 x 3.00 m
Datos de diseño
Cota de Terreno (Cota 1) 100.00 msnm Peso Especí昀椀co del Relleno (Ƴ 1800
Cota Cara Superior (Cota 99.10 msnm Angulo Reposo Relleno (ф) 32 °
Cota Fondo (Cota 3) 96.10 msnm Presión Admisible Fundación 1.50
Cota Nivel Hidráulico (Cot 97.60 msnm Concreto (f'c) 280 kg/cm2
Espesor de losa superior ( 0.30 m Acero de refuerzo (f'y) 4200 kg/cm2
Espesor de losa de fondo 0.30 m Tren de Carga HL-93
Espesor de muros (e3) 0.30 m Peso Especí昀椀co del Concreto 2400
3.00 m
Peso Especí昀椀co del Concr 2,400.00
Peso Especí昀椀co del Asfalto 2,250.00
Espesor de carpeta asfálti 0.075 m
kg/m3
kg/cm2
kg/m3
Ancho interior de Alcantari
kg/m3
kg/m3
L
1
e3
e2
e3
e1
L
2
L
2
H
Cota 3
Cota 2
Cota 1
Cota 4
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OBRAS HIDRAULICAS
Cargas Actuantes de diseño
1.-Peso propio
2.-Sobrecarga HL-93
3.-Impacto
4.-Empuje del relleno sobre el muro
5.-Sobrecarga sobre el relleno
6.-Empuje del agua
7.-Peso del agua
Metrado de cargas
3.00 m Presión vertical de relleno
Peso de losa Superior (W 2,160.00 kg Presión vertical del relleno = WEV = Fe x Ƴs x 1.00 x H
Peso de losa de fondo (W 2,160.00 kg Bc = L1 + 2e3
Peso de muros (WDC3) 5,184.00 kg Factor de interacción suelo - e Fe = 1 + 0.2 x H /Bc
Peso de la Estructura 9,504.00 kg Fe = 1.03
Peso del agua (WA) 9,000.00 Kg Presión vertical de rellen 1,116.00 kg/m
Peso del asfalto (WD) 168.75 Kg/m
Altura de alcantarilla (L
2
)
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OBRAS HIDRAULICAS
Presión horizontal del suelo Presión del agua
W sup. = 0.00 Kg/m
W inf. = 1,500.00 Kg/m
Ka = 0.307
Presión lateral del suelo WEH = Ko x Ƴs x H
H1 = 0.60 m
H2 = 4.05 m
WEH1= 331.84 Kg/m
WEH2 = 2,239.93 Kg/m
Presión de la sobrecarga
HT = 4.05 m
heq = 0.795 m
SC = 1,431.00 Kg/m2
 439.69 Kg/m
Sobrecargas de diseño
La sobrecarga vehicular, designada como HL-93, deberá consistir en una combinación de:
1.- Camión de diseño o tandem de diseño y
2.- Carga de carril de diseño
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OBRAS HIDRAULICAS
Camión de diseño
昀椀gura 1. Características del Camión de Diseño
Tandem de diseño
11.20 t 11.20 t
1.20 m
昀椀gura 2. Características Tandem de Diseño
Carga de carril de diseño
昀椀gura 3. Características carga de carril de diseño
Las cargas por eje y los espaciamientos entre ejes serán los 
indicados en la (Figura. 1), la distancia entre los dos ejes de 
145 kN (14,78 t) será tomada como aquella que, estando 
entre los límites de 4,30 m y 9,00 m, resulta en los mayores 
efectos. 
El tándem de diseño consistirá en un conjunto de dos ejes, 
cada uno con una carga de 110 kN (11,2 t), espaciados a 
1,20 m. La distancia entre las ruedas de cada eje, en 
dirección transversal, será de 1,80 m
Se considerará una sobrecarga de 9,3 kN/m (970 kgf/m), 
uniformemente distribuida en dirección longitudinal sobre 
aquellas porciones del puente en las que produzca un 
efecto desfavorable. Se supondrá que esta sobrecarga se 
distribuye uniformemente sobre un ancho de 3,00 m en 
dirección transversal. Esta sobrecarga se aplicará también 
sobre aquellas zonas donde se ubique el camión o el 
tándem de diseño. No se considerarán efectos dinámicos 
para esta sobrecarga.Según AASHTO las alcantarillas no 
son analizadas con la sobrecarga de carril.
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OBRAS HIDRAULICAS
Impacto
Para estructuras enterradas el coe昀椀ciente de ampli昀椀cación dinámica se tomará como:
600.00 mm
24.88%
La sobrecarga se considerará distribuida sobre un área de contacto:
1.19 m
0.94 m
### IM = ###
###
###
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OBRAS HIDRAULICAS
Evaluación de la rigidez del resorte
S = 0.33 m Ka = Kr x A
A = 0.33 m2 Kr = 6.00 Kg/cm3
Ka = ###
ESPECIFICACIONES DE DISEÑO AASHTO - LRFD - 2006
Combinaciones de carga y Factores de carga
FACTORES DE CARGA
Cargas Resistencia I Servicio I
Ƴ max Ƴ min
DC 1.25 0.90 1.00
EH 1.35 0.50 1.00
EV 1.30 0.90 1.00
DW 1.50 0.65 1.00
ES 1.50 0.75 1.00
LL 1.75 0.00 1.00
LS 1.75 0.00 1.00
IM 1.75 0.00 1.00
WA 1.00 1.00 1.00
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OBRAS HIDRAULICAS
Factores de resistencia
MATERIAL TIPO DE RESISTENCIA FACTOR DE RESISTENCIA
Para 昀氀exión 昀昀 = 1.00
Para corte fv = 1.00
Para compresión axial fc = 0.90
Para tensión controlada f = 0.90
Para corte y torsión f = 0.90
Para compresión controlada f = 0.75
ESTADO DC DW EH EV WA EQ n
RESISTENCIA 1 0.90 0.65 1.50 1.35 1.75 1.00 0.00 1.05
RESISTENCIA 1 0.90 1.50 1.50 1.35 1.75 1.00 0.00 1.05
RESISTENCIA 1 1.25 0.65 1.50 1.35 1.75 1.00 0.00 1.05
RESISTENCIA 1 1.25 1.50 1.50 1.35 1.75 1.00 0.00 1.05
EV. EXTREMO 1 0.90 0.65 1.50 1.35 0.5 1.00 1.00 1.00
EV. EXTREMO 1 0.90 1.50 1.50 1.35 0.5 1.00 1.00 1.00
EV. EXTREMO 1 1.25 0.65 1.50 1.35 0.5 1.00 1.00 1.00
EV. EXTREMO 1 1.25 1.50 1.50 1.35 0.5 1.00 1.00 1.00
Acero 
estructural
Concreto 
armado
LL IM 
 BR 
PL LS
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OBRAS HIDRAULICAS
ECUACION DE DISEÑO METODO LRFD : n ∑ γi φi ≤ Rn = Rr
n = nD nR nI > 0.95
n = factor que relaciona a la ductilidad, redundancia e importancia operativa
 γi = factor de carga se aplica a los efectos de fuerza
φi = efectos de fuerza
Rn = resistencia nominal
Rr = resistencia factorizada
nD = 1 factor que se re昀椀ere a la ductilidad como se especi昀椀ca en art. 2.3.2.2 manual de diseño de puentes
nR = 1 factor que se re昀椀ere a la redundancia como se especi昀椀ca en art. 2.3.2.3 manual de diseño de puentes
nI = 1 factor que se re昀椀ere a la importancia operacional como se especi昀椀ca en art. 2.3.2.4 manual de diseño de puentes
n = 1
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OBRAS HIDRAULICAS
DISEÑO DE ELEMENTOS A FLEXIÓN
DISEÑO DEL TABLERO
Datos del diseño
Esfuerzo de compresión f'c = 280 Kg/cm2
Esfuerzo de 昀氀uencia del a fy = ###
Ø longitudinal de la losa Ø = 1.91 cm
Recubrimeinto inferior ri = 4.00 cm 2,531.64 
Espesor de la losa h = 30.00 cm
Refuerzo mínimo
Esfuerzo de tracción por f ftr = 33 Kg/cm2
Momento de Inercia de la Ig = 225000 cm4
Momento mínimo 1.2 Mcr = 6.02 Ton-m
Mmin = 6.02 Ton-m
b = 100.00 cm
d = 25.05 cm
a = 1.15 cm
As = 6.51 cm2 Requerido por agrietamiento
Elección 20.00 cm
(-) izquierda (+) centro (-) derecha
Vu = 27.69 Ton 27.69 Ton
Mu = 8.50 Ton-m 14.42 Ton-m 8.50 Ton-m
b = 100.00 cm 100.00 cm 100.00 cm
d = 25.05 cm 25.05 cm 25.05 cm
a = 1.64 cm 2.85 cm 1.64 cm
As = 9.28 cm2 16.15 cm2 9.28 cm2
Elección Ø 5/8"
@ 20.00cm 17.50 cm 20.00 cm
 Ø 1/2" @
 Ø 5/8" Ø 3/4"
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OBRAS HIDRAULICAS
Refuerzo transversal en la cara inferior
porcentaje = 31.95 %
Ast = 5.16 cm2
25.00 cm
Refuerzo por temperatura en la cara superior
= 535.71 mm2 según AASHTO 5.10.8
Ast = 5.36 cm2
Ast = 2.68 cm2 en cara superior
Donde
Ag =
fy = Esfuerzo de 昀氀uencia del acero de refuerzo MPa
Asd = 3/8 @ 25.00 cm Acero colocado
Asd = 284 Acero colocado
Veri昀椀cación por corte
Para losas de alcantarilla tipo cajón debajo de 0.60 m. a más de relleno, la resistencia al corte se puede calcular como:
AASHTO 5.14.5.3-1
Vu = 25.17 Ton
Vc = 27.99 Ton Mu = 4.87 Ton-m
As = 928.21 mm2
Pero no debe ser mayor a Vc = 44.90 Ton
Ф Vc = 25.19 Ton > 25.17 Ton OK CUMPLE
 Ø 1/2" @
Área de la sección mm2
mm2
As≥0.75 Ag / fy
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OBRAS HIDRAULICAS
DISEÑO DE LOS MUROS LATERALES
Datos del diseño
Esfuerzo de compresión f'c = 210 Kg/cm2
Esfuerzo de 昀氀uencia del a fy = ###
Ø longitudinal del muro Ø = 1.59 cm
Recubrimeinto ri = 4.00 cm
Espesor del muro h = 30.00 cm
Refuerzo mínimo
Esfuerzo de tracción por f ftr = 29 Kg/cm2
Momento de Inercia de la Ig = 225000 cm4
Momento mínimo 1.2 Mcr = 5.22 Ton-m
Mmin = 5.22 Ton-m
b = 100.00 cm
d = 25.21 cm
a = 1.32 cm
As = 5.62 cm2 Requerido por agrietamiento
Elección 22.50 cm
(-) izquierda (+) centro (-) derecha
Vu = 3.86 Ton 4.62 Ton
Mu = 8.50 Ton-m 0.00 Ton-m 7.24 Ton-m
b = 100.00 cm 100.00 cm 100.00 cm
d = 25.21 cm 25.21 cm 25.21 cm
a = 1.63 cm 0.00 cm 1.38 cm
As = 9.22 cm2 0.00 cm2 7.81 cm2
Elección Ø 1/2" @ Ø 5/8"
@ 20.00 cm 22.50 cm 25.00 cm
Refuerzo horizontal del muro
Se considerará a cada lado del muro el refuerzo por contracción y temperatura
= 535.71 mm2 según AASHTO 5.10.8
Ast = 5.36 cm2
Ast = 2.68 cm2
Donde
Ag =
fy = Esfuerzo de 昀氀uencia del acero de refuerzo MPa
Asd = 3/8 @ 25.00 cm Acero colocado
Asd = 284 Acero colocado
 Ø 1/2" @
 Ø 5/8"
Área de la sección mm2
mm2
As≥0.75 Ag / fy
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OBRAS HIDRAULICAS
Veri昀椀cación por corte
AASHTO 5.14.5.3-1
Vu = 4.62 Ton
Vc = 21.39 Ton Mu = 7.24 Ton-m
As = 781.27 mm2
Pero no debe ser mayor a Vc = 39.13 Ton
Ф Vc = 19.25 Ton > 4.62 Ton OK CUMPLE
DISEÑO DE LA CIMENTACION
Datos del diseño
Esfuerzo de compresión f'c = 210 Kg/cm2
Esfuerzo de 昀氀uencia del a fy = ###
Ø longitudinal de la losa Ø = 1.91 cm
Recubrimeinto inferior ri = 7.50 cm
Espesor de la losa h = 30.00 cm
Refuerzo mínimo
Esfuerzo de tracción por f ftr = 29 Kg/cm2
Momento de Inercia de la Ig = 225000 cm4
Momento mínimo 1.2 Mcr = 5.22 Ton-m
Mmin = 5.22 Ton-m
b = 100.00 cm
d = 21.55 cm
a = 1.16 cm
As = 6.58 cm2 Requerido por agrietamiento
Elección 17.50 cm
Cara inferior Cara superior Cara inferior
(+) izquierda (-) centro (+) derecha
Vu = 4.67 Ton 4.67 Ton
Mu = 7.24 Ton-m 11.00 Ton-m 7.24 Ton-m
b = 100.00 cm 100.00 cm 100.00 cm
d = 21.55 cm 21.55 cm 21.55 cm
a = 2.20 cm 3.46 cm 2.20 cm
As = 9.37 cm2 14.68 cm2 9.37 cm2
Elección Ø 5/8"
@ 20.00 cm 17.50 cm 20.00 cm
 Ø 1/2" @
 Ø 5/8" Ø 3/4"
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OBRAS HIDRAULICAS
Refuerzo horizontal de cimentación de alcantarilla
= 535.71 mm2 según AASHTO 5.10.8
Ast = 5.36 cm2
Ast = 2.68 cm2 en cara superior
Donde
Ag =
fy = Esfuerzo de 昀氀uencia del acero de refuerzo MPa
Asd = 3/8 @ 25.00 cm Acero colocado
Asd = 284 Acero colocado
Veri昀椀cación por corte
Para losas de alcantarilla tipo cajón debajo de 0.60 m. a más de relleno, la resistencia al corte se puede calcular como:
AASHTO 5.14.5.3-1
Vu = 4.67 Ton
Vc = 18.36 Ton Mu = 7.24 Ton-m
As = 936.93 mm2
Pero no debe ser mayor a Vc = 33.45 Ton
Ф Vc = 16.52 Ton > 4.67 Ton OK CUMPLE
Área de la sección mm2
mm2
As≥0.75 Ag / fy
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OBRAS HIDRAULICAS
Veri昀椀cación de la 昀氀echa en estado límite de servicio
La 昀氀echa originada por la carga viva es 3.24 mm < S/800 = 3.75 mm OK CUMPLE
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Area calculada 6.25
1 2 3 4 5 6
1/4 " 0.32 0.64 0.96 1.28 1.60 1.92
3/8 " 0.71 1.42 2.13 2.84 3.55 4.26
1/2 " 1.27 2.54 3.81 5.08 6.35 7.62
5/8 " 1.99 3.98 5.97 7.96 9.95 11.94
3/4 " 2.84 5.68 8.52 11.36 14.20 17.04
7/8 " 3.87 7.74 11.61 15.48 19.35 23.22
1 " 5.10 10.20 15.30 20.40 25.50 30.60
cm2
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	COMB1
	K (BALASTO)
	BD Acero