Enero 2015
INFORME TCNICO: DISEO ESTRUCTURAL Y PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO
PROPUESTO PARA EL SISTEMA DE DRENAJE DE LA CIUDAD DE JULIACA -
PUNO
I N D I C E
1.ASPECTOS GENERALES DEL
ESTUDIO31.1ANTECEDENTES31.2UBICACIN32.OPTIMIZACIN ESTRUCTURAL PARA
LOS DRENES DEL PROYECTO42.1SISTEMA LOSA PARA UNA TUBERIA42.2SISTEMA
ARCO PARA UNA TUBERIA62.3SISTEMA LOSA PARA DOS TUBERIAS132.4SISTEMA
ARCO PARA DOS TUBERIAS142.5ANLISIS CONSTRUCTIVO173.OPTIMIZACIN
CONSTRUCTIVO PARA LOS DRENES DEL PROYECTO184.CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES19
NDICE DE TABLASTabla 1. Ubicacin del proyecto.3Tabla 2.
Resultados de cantidad de acero por dimetro (D < 140 cm).4Tabla
3. Resultados de cantidad de acero por dimetro (D 140 cm).7Tabla 4.
Cuadro comparativo de aceros requeridos entre ambos sistemas.8Tabla
5. Resultados de cantidad de acero por dimetro Sistema Losa para
dos tuberas.13Tabla 6. Resultados de cantidad de acero por dimetro
Sistema Arco para dos tuberas.15
NDICE DE FIGURASFigura 1. Vista satelital de ubicacin del
proyecto.4Figura 2. Diagrama de momento flector para un dimetro
menor de 140 cm de tubera.4Figura 3. Seccin tpica de distribucin de
acero para D < 1.4 m.5Figura 4. Diagrama de momento flector para
una tubera de dimetro mayor o igual 140 cm.6Figura 5. Seccin tpica
de distribucin de acero para D 1.4 m.7Figura 6. Diagrama de fuerza
cortante (dimetro 1.5 m).12Figura 7. Diseo por corte.12Figura 8.
Diagrama de momento flector - Sistema Losa con dos Tuberas.13Figura
9. Bosquejo distribucin acero Sistema Losa para dos
tuberas.14Figura 10. Esquema representativo a dos tuberas14Figura
11. Diagrama de momento flector - Sistema Arco con dos
Tuberas.15Figura 12. Bosquejo distribucin acero en planta Sistema
Arco para dos tuberas.16Figura 13. Corte A Sistema Arco para dos
tuberas.16Figura 14. Corte B Sistema Arco para dos tuberas.16Figura
15. Bosquejo en planta de junta de dilatacin de concreto y unin de
tuberas.18
INFORME TCNICO: DISEO ESTRUCTURAL Y PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO
PROPUESTO PARA EL SISTEMA DE DRENAJE DE LA CIUDAD DE JULIACA -
PUNO
1. ASPECTOS GENERALES DEL ESTUDIO
1.1 ANTECEDENTES
El Per durante los ltimos 10 aos ha emprendido la construccin de
diferentes tipos de obra de infraestructura siendo una de ellas el
rea de Saneamiento (Agua y Desage); donde en algunos casos y en
especial en ciudades que son capitales de regiones, se han
presentado problemas en ejecucin de las obras causando atrasos y en
algunos casos paralizacin total de la obra por tiempo
indefinido.
Estas demoras y/o paralizaciones de obra en la mayora de casos
se debe a las limitaciones que aparecen durante la ejecucin; las
cuales en su mayora pudieron ser reducidas al mnimo si las
Instituciones indicadas intervienen en forma proactiva en bsqueda
de la correccin de estas limitaciones, mediante un proceso de
optimizacin del proyecto el cual suele involucrar una revisin de
los criterios de diseo, construccin, operacin y mantenimiento para
encontrar una actualizacin del diseo que incluya las variaciones
tcnicas y de materiales desde la poca del estudio hasta su ejecucin
como obra, pero siempre buscando las siguientes
consideraciones:
Que la obra contine o mejore las condiciones de eficiencia
concebida en el proyecto Que la solucin o modificacin planteada en
la optimizacin permita la ejecucin de la obra en el menor tiempo
posible Que el costo de la obra no se incremente por causa de
implementar la optimizacin
Para lograr la optimizacin descrita la firma Contratista Aldesa
ha contratado a la Consultora Mansen + Kuroiwa Ingenieros Asociados
S.A.C para llevar a cabo la optimizacin del diseo estructural para
los drenes y el procedimiento constructivo adecuada para la ciudad
de Juliaca.
1.2 UBICACIN
El proyecto abarca casi la totalidad de la ciudad de Juliaca,
departamento de Puno, en donde la topografa del lugar presenta un
relieve plano. La cota aproximada del proyecto es de 3835 msnm,
dicha ciudad se ubica aproximadamente a 25 km del Lago Titicaca. La
ubicacin promedio de la ciudad se muestra en la Tabla 1 y una
imagen de referencia en la Figura 1.
Tabla 1. Ubicacin del proyecto.PROYECTO COORDENADAS
GEOGRFICASDatum: WGS 84 - COORDENADAS UTM
LatitudLongitud ZonaEste (m)Norte (m)
Ciudad de JuliacaS 152916W 700734 19L 379204 8287401
Rio CoataLago TiticacaJuliacaJuliaca
Figura 1. Vista satelital de ubicacin del proyecto.2.
OPTIMIZACIN ESTRUCTURAL PARA LOS DRENES DEL PROYECTO
En el siguiente resumen detallaremos clculos de anlisis y diseo
para una losa de concreto armado que funcionara como una viga
simplemente apoyada en donde plantearemos algunas soluciones y/o
mejoras.
2.1 SISTEMA LOSA PARA UNA TUBERIA
Datos: Resistencia del concreto: 210 kg/cm2 Fluencia del acero
60: 4200 kg/cm2 Recubrimiento del acero: 5 cm Carga de camin HS20:
14.5 ton Carga de carril : 0.97 ton/m Carga de acabado: 0.23
ton/m
Figura 2. Diagrama de momento flector para un dimetro menor de
140 cm de tubera.
En el siguiente cuadro se muestra el resumen del clculo
estructural de la losa de concreto armado.
Tabla 2. Resultados de cantidad de acero por dimetro (D < 140
cm).
La zona de color amarillo son secciones en donde la falla que se
espera ser por aplastamiento del concreto, falla que no es
recomendable por ello se cambi la altura de la losa a 25 cm.
Acero minino: 4 cm2 Acero transversal por contraccin y
temperatura del concreto tendr un dimetro de 3/8 espaciadas cada
30cm.
Figura 3. Seccin tpica de distribucin de acero para D < 1.4
m.
Conclusiones Para luces mayores a 140 cm ocurrir la falla frgil,
la cual consiste en que el concreto tendr una deformacin unitaria
mayor a lo permitido por la norma peruana Segn la norma: Hiptesis
del diseo plstico. La deformacin unitaria mxima en la fibra de
compresin extrema se supondr igual a 0.003 en la ruptura (NTE-060).
A partir de un dimetro mayor a 140cm la falla ser frgil, eso quiere
decir que la falla ser por aplastamiento del concreto llegando a
explosionar, ya que el acero no fluir.Recomendaciones Para dimetros
mayores a 140cm se recomienda aumentar la resistencia del concreto,
ello llevara a que el concreto no se aplaste y se comporte
plsticamente el acero. Tambin se podra aumentar el peralte de la
losa de 20 cm a 25 cm, lo cual aumentara a inercia y podra soportar
la carga solicitada. Adoptar otro sistema que permita reducir
absorber las cargas solicitadas.
2.2 SISTEMA ARCO PARA UNA TUBERIA
Datos: Resistencia del concreto: 210 kg/cm2 Fluencia del acero
60: 4200 kg/cm2 Recubrimiento del acero: 5 cm Carga de camin HS20:
14.5 ton Carga de carril : 0.97 ton/m Carga de acabado: 0.23
ton/m
Figura 4. Diagrama de momento flector para una tubera de dimetro
mayor o igual 140 cm.
En el siguiente cuadro se muestra el resumen del clculo
estructural de los arcos de concreto armado.Tabla 3. Resultados de
cantidad de acero por dimetro (D 140 cm).
Como se observa todas las secciones fallan dctilmente, adems
tambin se observa que este sistema reduce grandemente la cantidad
de acero.
Figura 5. Seccin tpica de distribucin de acero para D 1.4 m.
Tabla 4. Cuadro comparativo de aceros requeridos entre ambos
sistemas.
ANEXO:PROBLEMTICA POR FALLA DEL CONCRETO (FALLA FRAGIL)Diseo a
flexin y con falla frgil (espesor de losa 20cm y Momento solicitado
de 10.73Ton-m)
ALTERNATIVA DE SOLUCIONAumentar la seccin de 20 a 25 cm de
altura de losa soluciona el problema para grandes luces. (Momento
solicitado 10.73 ton-m)
Aumentar la resistencia a la compresin del concreto tambin
soluciona el problema para grandes luces. (Momento solicitado 10.73
ton-m)
DISEO POR FUERZA CORTANTE
Figura 6. Diagrama de fuerza cortante (dimetro 1.5 m).
Figura 7. Diseo por corte.
2.3 SISTEMA LOSA PARA DOS TUBERIAS
Datos:
Resistencia del concreto: 210 kg/cm2 Fluencia del acero 60: 4200
kg/cm2 Recubrimiento del acero: 5 cm Carga de camin HS20: 14.5 ton
Carga de carril : 0.97 ton/m Carga de acabado: 0.23 ton/m
Momento NegativoMomento PositivoMomento Positivo
Figura 8. Diagrama de momento flector - Sistema Losa con dos
Tuberas.
Tabla 5. Resultados de cantidad de acero por dimetro Sistema
Losa para dos tuberas.
Figura 9. Bosquejo distribucin acero Sistema Losa para dos
tuberas.
2.4 SISTEMA ARCO PARA DOS TUBERIAS
En el siguiente resumen detallaremos el clculo del anlisis y
diseo para un ductor de concreto armado, que tendr doble tubera en
el interior que funcionara para alcantarilla y sobre el ducto
circulara transporte de la categora HS-20.
Figura 10. Esquema representativo a dos tuberas
Consiste en que el refuerzo principal envuelve el permetro del
tubo tal como se ver en los grficos siguientes.
Datos:
Resistencia del concreto: 210 kg/cm2 Fluencia del acero 60: 4200
kg/cm2 Recubrimiento del acero: 5 cm Carga de camin HS20: 14.5 ton
Carga de carril : 0.97 ton/m Carga de acabado: 0.23 ton/mMomento
NegativoMomento PositivoMomento Negativo
Figura 11. Diagrama de momento flector - Sistema Arco con dos
Tuberas.
Tabla 6. Resultados de cantidad de acero por dimetro Sistema
Arco para dos tuberas.
Figura 12. Bosquejo distribucin acero en planta Sistema Arco
para dos tuberas.
Figura 13. Corte A Sistema Arco para dos tuberas.
Figura 14. Corte B Sistema Arco para dos tuberas.2.5
PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO
1 METODOLOGIA:
2 METODOLOGIA
3. OPTIMIZACIN CONSTRUCTIVO PARA LOS DRENES DEL PROYECTO
De llevarse a cabo la optimizacin propuesta en base a tubera
PVC, no se requiere juntas de construccin en el arranque de las
paredes de los drenes. Al utilizar las tuberas de PVC se requiere
si juntas de dilatacin (juntas que los marcos de concreto tambin
requieren), el cual se recomienda sean cada 9 m y de espesor 1
pulg.
Indicar adems que es conveniente que las juntas de dilatacin del
concreto no coincidan con la unin de dos tuberas de PVC, sino que
exista un traslape entre ellas, de manera tal que de filtrarse agua
a travs de la unin de tuberas se encuentre con concreto mas no con
la junta de dilatacin. Si se toma en cuenta este detalle se ahorra
que en las juntas de dilatacin se coloque las cintas water-stop, y
tan solo requiere material elastomrico y tecknopor para rellenar la
junta. El suministro y colocacin de las cintas water-stop tiene
mayor costo que con el material elastomrico y el tecknopor.
Figura 15. Bosquejo en planta de junta de dilatacin de concreto
y unin de tuberas.
Al comparar las ventajas y desventajas del proceso constructivo
al usar tuberas de PVC y descartar los marcos de concreto, se
percata que son ms los beneficios que las desventajas las que
ofrecen las tuberas de PVC. Una de las principales ventajas de las
tuberas es su instalacin, que de hecho requiere mucho menos das que
el encofrado de los marcos de concreto.
Por otra parte, ambas alternativas demanda zanjas de excavacin,
la diferencia es que el armado de acero y el vaciado de concreto
demanda mucho menos das que si se hiciese con marcos de
concreto.
Respecto al problema de drenes abiertos en terrenos no
expropiados y que pueden restar futuro espacio vial; al utilizar el
sistema de tuberas de PVC este problema pasara a un segundo plano
puesto que todas las tuberas propuestas son a conducto cerrado y
van embebidas en concreto y con un espesor mnimo de 0.2 m por
encima de esta (dependiendo del caso) con lo cual no se le quitara
espacio a la calzada de las calles.
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La inclusin de un tubo dentro del cajn, mejora o favorece la
seccin transversal desde el punto de vista estructural. El refuerzo
estructural no aumenta en su metrado. Se reducen sustancialmente el
metrado de juntas. La seccin adoptada no generara mayor tiempo en
la construccin. La solucin ser en su mayora partidas existentes;
por lo que no ser necesario la apertura de nuevas
partidas.Conclusin Final.- Desde el punto de vista estructural, el
cambio funcionaria adecuadamente ya que actuara como una estructura
tipo tnel abovedado (tipo bal) Desde el punto de vista de
construccin la solucin mostrada, necesitara el mismo o menos tiempo
de la contractual.
Informe Tcnico: Diseo Estructural y Procedimiento Constructivo
propuesto para el Sistema de Drenaje de la ciudad de Juliaca -
Puno. 18