Preparación del Programa de Recuperación Sostenible del Lago de Yojoa, Honduras. Contrato No. 216/2023-ORHON PREPARACIÓN DEL PROGRAMA DE RECUPERACIÓN SOSTENIBLE DEL LAGO DE YOJOA, HONDURAS Contrato Marco de Prestación de Servicios de Consultoría No. 216/2023-ORHON PRODUCTO 2 Estudio de factibilidad de un sistema de Gestión Integrada de Residuos en la Cuenca del Lago de Yojoa ANEXO 3 Diseño de Báscula de Relleno Sanitario. 1 Preparación del Programa de Recuperación Sostenible del Lago de Yojoa, Honduras. Contrato No. 216/2023-ORHON Índice 1. Introducción general. ..................................................................................................................................................... 3 2. Información básica, criterios técnicos y normativas para la Báscula. ............................................................................ 3 3. Conceptualización de diseño de losa ............................................................................................................................ 6 4. Cálculo de corte y momento por carga viva .................................................................................................................. 8 2 Preparación del Programa de Recuperación Sostenible del Lago de Yojoa, Honduras. Contrato No. 216/2023-ORHON 1. Introducción general. Para el Relleno Sanitario de Santa Cruz de Yojoa se define la necesidad de la instalación de un Báscula para la supervisión ambiental y operativa del relleno sanitario. El monitoreo del peso de los residuos que se reciben establece una línea base de información de indicadores de tendencia o de situaciones específicas, estas sean de cambio o mejoras en la gestión de residuos o en su defecto la no mejora de la recolección y su gestión operativa. Esto ayuda a garantizar el cumplimiento de normativas ambientales y a prevenir impactos negativos en el entorno. En otras de sus funciones es el registro lo cual es esencial para llevar un control preciso del volumen de residuos recibidos, lo que permite planificar y optimizar el uso del espacio disponible en el relleno. En otras de sus servicios es que la información recopilada es crucial para la facturación a los generadores de residuos, como municipios o empresas, asegurando un cobro justo y transparente. En resumen, la báscula no solo es una herramienta de medición, sino también un instrumento clave para la gestión eficiente, sostenible y responsable de los residuos en un relleno sanitario, en este caso el de la Ciudad de Santa Cruz de Yojoa. 2. Información básica, criterios técnicos y normativas para la Báscula. La estructura de la Báscula para Equipo Pesado consiste en una losa plana en una dirección encajuelada en un canal estructural el cual descasa sobre una estructura metálica de perfil tipo W (perfiles americanos de alma paralela) la que transmiten su carga puntual en las cuatro esquinas donde estarán ubicadas sensores de 4 básculas. El subsistema de cimentación propuesto es a base de zapatas aisladas poco profundas y de éstas al suelo de cimentación. La estructura de la Báscula se define de la siguiente forma: Largo total Ancho total Básculas = 6.00 m = 3.00 m = 4 Cuatro celdas electrónicas tipo SCA camionera 45,360 Kg de capacidad, 10 Volt DC Esta medidas y tipo de Báscula son acorde a la necesidad de un relleno de 50 toneladas y a los camiones compactadores establecidos para la gestión de residuos. La normativa utilizada para la determinación de las especificaciones de la báscula son las siguientes: American Association of State Highway and Transportation Official. Standard Specifications for Highway Bridges, AASHTO-1996 for bridges and Elastomeric or TFE Bearings. Specification for Structural Steel Buildings AISC-ASD 01' Manual de Carreteras Soptravi. Código Hondureño de construcción CHOC 08. Para determinación de las cargas vivas de los camiones se utiliza la normativa AASHTO por medio del camión AASHTO HS20-44 + 20% este, es un vehículo de diseño estándar utilizado como referencia en ingeniería civil, específicamente en el análisis y diseño de puentes y estructuras viales, representa una carga vehicular típica que simula el peso y la distribución de fuerzas de un camión pesado. El término HS20-44 se refiere a un camión con un peso total de 72,000 libras (32.66 toneladas), distribuido en tres ejes: un eje delantero con 8,000 libras (3.63 toneladas) y dos ejes traseros con 32,000 libras (14.51 toneladas) cada uno. Este 3 Preparación del Programa de Recuperación Sostenible del Lago de Yojoa, Honduras. Contrato No. 216/2023-ORHON camión es utilizado como carga de diseño para garantizar que las estructuras soporten el peso de vehículos pesados en condiciones normales de operación en este caso en una Báscula de control de peso. El +20% indica un incremento del 20% en la carga del camión estándar, lo que equivale a un peso total de 86,400 libras (39.19 toneladas). Este factor de aumento se aplica para considerar cargas adicionales, como impactos dinámicos, sobrecargas eventuales o condiciones extremas que podrían afectar la estructura. En resumen, el camión AASHTO HS20-44 + 20% es una herramienta de diseño que asegura que puentes y carreteras tengan un margen de seguridad adecuado para soportar cargas pesadas y garantizar su durabilidad y seguridad a largo plazo. El esquema del camión se presenta a continuación: En este caso se muestra el diagrama de fuerzas puntuales: Para considerar los efectos dinámicos y distribución de carga se definen los coeficientes que nos brindan un umbral de seguridad y durabilidad de la infraestructura: Coeficiente de Impacto (CI) - AASHTO 3.8 El Coeficiente de Impacto (CI) tiene en cuenta las fuerzas dinámicas generadas por el movimiento de los vehículos sobre la estructura, como vibraciones o golpes. Según la norma AASHTO, se calcula con la fórmula: 4 Preparación del Programa de Recuperación Sostenible del Lago de Yojoa, Honduras. Contrato No. 216/2023-ORHON Donde Lc es la longitud de la luz o tramo de la estructura en metros. El valor máximo permitido es 0.30, lo que significa que el impacto no puede aumentar la carga estática en más del 30%. Si el cálculo excede este valor, se usa CI=1.30. Este coeficiente asegura que la estructura pueda soportar cargas adicionales debido a efectos dinámicos. Coeficiente de Reducción (CR) - AASHTO 3.12 El Coeficiente de Reducción (CR) se aplica según el número de pistas de tránsito que soportan la carga. Para una o dos pistas, el valor de CR es 1.0, lo que indica que no hay reducción en la carga. Este coeficiente refleja la distribución de las cargas vehiculares en función del número de pistas, asegurando que el diseño estructural considere adecuadamente la concentración de tráfico. 3. Coeficiente de Distribución (CD) - AASHTO 3.23 El Coeficiente de Distribución (CD) es utilizado en el diseño de vigas para determinar qué porcentaje del peso del camión se transfiere a cada viga. Este coeficiente depende de la geometría de la estructura, como la separación entre vigas y el tipo de tablero. Su cálculo permite asegurar que cada viga soporte la proporción correcta de la carga total, optimizando el diseño y garantizando la seguridad estructural. 4. Coeficiente de Mayoración (CM) El Coeficiente de Mayoración (CM) se introduce para considerar el incremento en las cargas de los camiones a lo largo del tiempo. Debido a que los vehículos pesados tienden a ser más grandes y pesados, se aplica un factor de mayoración de 1.2. Esto amplifica las cargas de diseño en un 20%, asegurando que la estructura tenga la capacidad suficiente para soportar cargas futuras más elevadas y mantenga su integridad a largo plazo. La Combinación Crítica, según el Artículo 3.22.1 de la AASHTO, es un enfoque utilizado en el diseño de puentes y estructuras viales para determinar la condición de carga más desfavorable que podría actuar sobre la estructura. Este método combina diferentes tipos de cargas (permanentes, variables y eventuales) con sus respectivos coeficientes de mayoración, con el fin de garantizar que la estructura sea capaz de resistir las condiciones más críticas durante su vida útil. Tipos de Cargas Consideradas: 3. Cargas Permanentes (CP): Incluyen el peso propio de la estructura y elementos permanentes como barandas, pavimento, etc. 4. Cargas Variables (CV): Comprenden las cargas vivas, como el tráfico vehicular (camiones, autos, peatones), y efectos dinámicos (coeficiente de impacto). 5. Cargas Eventuales (CE): Son cargas especiales como sismos, viento, nieve o fuerzas de frenado. Formula General: Carga Total = 1.2*CP+1.6*CV+1.0*CE El propósito de la combinación crítica es asegurar que la estructura tenga la resistencia suficiente para soportar las condiciones más adversas, considerando todas las posibles interacciones de cargas. Esto garantiza la seguridad, funcionalidad y durabilidad de la estructura bajo cualquier escenario probable durante su vida útil. El resultado de la carga por rueda se estimó en 20.47 TON. 5 Preparación del Programa de Recuperación Sostenible del Lago de Yojoa, Honduras. Contrato No. 216/2023-ORHON Para la determinación de la condición crítica de se planteó el modelo conceptual siguiente: 3. Conceptualización de diseño de losa Para la determinación de la losa se utilizaron los siguientes criterios según normativa aplicable: Espesor Mínimo Según el Artículo 9.5.2 del ACI Tabla 9.5(a) Peraltes mínimos de losas en una dirección. El peralte mínimo para casos simplemente apoyadas es L/20 (en donde L= Long en cm). Cálculo de refuerzo Fórmula de cálculo de área de acero que se utilizará para el cálculo de todas las áreas de acero del proyecto, según sección 8 de AASHTO y según ASTM Diseño Cama Inferior Fórmula de cálculo de área de acero que se utilizará para el cálculo de todas las áreas de acero del proyecto, según sección 8 de AASHTO y según ASTM ( F’c = 280 kg/cm2 y Fy’=4200 kg/cm2 ) Fórmula utilizada Donde: As: Área de acero requerida (en mm² o cm²). b: Ancho de la sección (en mm o cm). d: Peralte efectivo de la sección (en mm o cm). Mu: Momento último (en kN·m o kg·cm). fc : Resistencia a la compresión del concreto (en MPa o kg/cm²). fy : Resistencia a la fluencia del acero (en MPa o kg/cm²). 6 Preparación del Programa de Recuperación Sostenible del Lago de Yojoa, Honduras. Contrato No. 216/2023-ORHON Acero por temperatura: Artículo 8.20.1 de AASHTO: fórmula para calcular acero por temperatura y que se utilizará en los cálculos de todas las áreas en el proyecto. Diseño de Vigas Principales Longitudinales: Artículo 8.20.1 de AASHTO: fórmula para calcular acero por temperatura y que se utilizará en los cálculos de todas las áreas en el proyecto. De acuerdo a un diagrama general se determina las cargas vivas y muertas con base a los resultados de Momento, cortante y normal. Cortante máximo = 21370 kg. En X= 3 Momento máximo = 14074 kg-m, en X=1.5 7 Preparación del Programa de Recuperación Sostenible del Lago de Yojoa, Honduras. Contrato No. 216/2023-ORHON Como parte del proceso se determina el factor de sobrecarga de 1.35, además de la inclusión del demás coeficiente antes presentados se obtiene la siguiente 4. Cálculo de corte y momento por carga viva Para este diseño utilizaremos el “método del tren de cargas”. Dado que la longitud del camión de diseño es mayor que la longitud de la báscula, el procedimiento para pesar el camión en la báscula se realiza en dos partes, primero se pesa el eje delantero y posteriormente los ejes traseros. Por tanto, tomaremos los valores críticos para las solicitaciones se producirán cuando los ejes traseros estén sobre la báscula. Mediante el programa de simulación estructural se procedió a analizar las diferentes combinaciones de carga obteniéndose los siguientes esfuerzos máximos. Los resultados son los siguientes: Mmax: 19,317 kg-m, Vmax: 19,228 kg para una longitud de 6 metros. 8 Preparación del Programa de Recuperación Sostenible del Lago de Yojoa, Honduras. Contrato No. 216/2023-ORHON Selección del Perfil W Para determinar la Sección que cumpla con los requerimientos se utilizó el programa simulador de estructuras el cual tiene módulos para el cálculo para los perfiles de acero en el caso de estructuras metálicas, siguiendo los lineamientos del ASCIASD89.El perfil Seleccionado es el W-16 x 7 x 50 (16” x 7”) Cimentación Para determinar las dimensiones y armado de las zapatas que cumpla con los requerimientos se utilizó software especializado en el diseño y cálculo de zapatas aisladas para estructuras de concreto reforzado. Este programa nos permitió ingresar datos como cargas, dimensiones, resistencias de materiales (concreto y acero) el cual tiene módulos para el cálculo para la cimentación. Se presentan a continuación el proceso de calculo con las pantallas de resultados y formulas utilizadas. La imagen nos presenta la configuración inicial del programa, en la siguiente pagina se presenta las imágenes de los cuadros de resultados obtenidos. 9 Preparación del Programa de Recuperación Sostenible del Lago de Yojoa, Honduras. Contrato No. 216/2023-ORHON Imágenes de cálculo de capacidad de carga 10 Preparación del Programa de Recuperación Sostenible del Lago de Yojoa, Honduras. Contrato No. 216/2023-ORHON 11 Preparación del Programa de Recuperación Sostenible del Lago de Yojoa, Honduras. Contrato No. 216/2023-ORHON 12 Preparación del Programa de Recuperación Sostenible del Lago de Yojoa, Honduras. Contrato No. 216/2023-ORHON 13 Preparación del Programa de Recuperación Sostenible del Lago de Yojoa, Honduras. Contrato No. 216/2023-ORHON Los detalles del diseño se pueden ver en los planos correspondientes. 14
