Análisis y diseño de alcantarilla cajón de hormigón (Excel)

Saludos, en esta publicación compartimos con la comunidad de ingeniería civil una hoja de cálculo Excel que les ayudará con el análisis y diseño de alcantarilla cajón de hormigón armado. Las alcantarillas son drenajes transversales que ayudan a drenar el agua proveniente de cursos naturales o artificiales, comúnmente utilizadas en carreteras o vías férreas (A través de los terraplenes construidos); las alcantarillas según su sección pueden ser alcantarillas cajón o tubulares (en este caso existen también chapas metálicas), su uso dependerá de la necesidad.

Concrete box culvert analysis and design spreadsheet

La planilla Excel fue obtenida de “The engineering Community”, a quienes damos el crédito y agradecimiento correspondiente. La Hoja de Cálculo está en idioma inglés técnico, motivo por el cual no representará mayor complicación para todos nuestros colegas, ya que la simbología y variables son las conocidas en ingeniería civil.

Excel Culvert está compuesta de tres hojas de Cálculo:

Hoja de Cálculo Main – Principal

Dentro de esta hoja se aprecia una sección transversal de la alcantarilla, esta sección es automática, cambiara sus proporciones en función a las medidas ingresadas. En la parte inferior del gráfico se encuentran ocho botones:

Materials – Botón Materiales de la Alcantarilla

Se especifica que las unidades utilizadas son las del sistema internacional, se debe introducir las características de los siguientes materiales:

• Concrete – Concreto
• Steel – Acero
• Soil – Suelo
• Wearing Surface – Capa de Rodadura
• Water – Agua

Geometry – Botón Geometría de la Alcantarilla

Se especifica que las medidas a ingresar son centímetros CM, se debe ingresar el número de celdas (Cells), además se debe ingresar los siguientes datos:

• Wearing surface height – Altura de la capa de rodadura (Espesor)
• Vertical Depth – Altura del terraplén, estructura de pavimento
• Cell clear width – Ancho libre de las celdas (Entre bordes de muros)
• Exterior Wall thickness – Espesor de los muros exteriores
• Interior Wall thickness – Espesor de los muros interiores
• Bottom slab height – Altura de la losa inferior
• Top slab height – Altura de la losa superior
• Cell clear height – Altura libre de las celdas (Entre bordes de losas)

Loads – Botón Cargas

Se especifica que las unidades utilizadas son KN/M2/M, se debe ingresar las carcas actuantes sobre la estructura, son las siguientes:

– Equivalend lane load – Cargas Equivalentes

Dead Loads – Cargas Muertas

– Top Slab Weight – Peso de la losa superior
– Full Concrete Weight – Peso total del hormigón
– Vertical Fill Load – Carga del relleno vertical
– Wearing Surface load – Carga de la superficie de rodadura
– Vertical water load – Carga del agua vertical
– Horizontal water load, top – Empuje horizontal del agua en la parte superior
– Horizontal water load, bottom – Empuje horizontal del agua en la parte inferior
– Horizontal fill load, top – Empuje horizontal del relleno en la parte superior
– Horizontal fill load, bottom – Empuje horizontal del relleno en la parte inferior

Live Loads – Cargas Vivas

– Lane load vertical effect – Efecto vertical de las cargas sobre el carril
– Lane load horizontal effect – Efecto horizontal de las cargas sobre el carril

Analysis – Botón Análisis

Una vez precionado este botón se podrá ver el diagrama de momentos (Midd/End Moments) de la estructura, así como el diagrama de esfuerzos cortantes (Shear forces). Al mismo tiempo existe el botón force details (Detalle de los esfuerzos), mismo que al ser presionado nos mostrará una tabla con los esfuerzos obtenidos en todos los elementos de la alcantarilla, así también nos mostrará valores de las reacciones de apoyo (Incluye un diagrama donde se podrá identificar cada elemento).

Walls, Slabs – Botón muros y losas

Al presionar estos botones Walls y Slabs, se mostrarán los parámetros de cálculo a partir de los cuales se obtienen las cuantías de acero, en el caso de los muros se muestran dos tablas correspondientes al muro exterior e interior, donde se observa los diámetros de barra que se pueden elegir y la distribución calculada a partir de estos. Sucede algo similar al presionar el botón Slab, se muestran dos tablas que corresponden a la losa superior e inferior, de la misma manera se elige diámetros de las diferentes barras, teniendo como resultado final la distribución de acero en función a la opción elegida.

Drawing – Botón Dibujo

Una vez ingresada a esta opción, se nos mostrará en corte transversal el esquema de las barras de acero calculadas a partir de toda la información ingresada, este nos servirá como una buena referencia para la elaboración de nuestros propios planos.

Hoja de Cálculo Works

Esta hoja la consideramos como referencial, ahí podrán ver los cálculos realizados a partir de los datos ingresados, esta todo el análisis y diseño de alcantarilla, es importante revisar siempre las formulas y cálculos realizados, de manera de no incurrir en errores.

Hoja de Cálculo F.E.M.

De igual manera en esta hoja de cálculo podrán revisar todo lo relacionado al análisis estructural de todos los elementos de la estructura (Análisis numérico).
Esperamos que esta planilla Excel (Excel Culvert) les sea de utilidad para el análisis y diseño de alcantarilla cajón, finalizar mencionando que algunas opciones no están habilitadas como ser el botón de reporte (Report) y la posibilidad de cambiar el sistema de unidades. Recuerden siempre revisar todos los cálculos, métodos y fórmulas utilizadas para no incurrir en errores.

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