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