Publicación: Diseño estructural de una alcantarilla tipo cajón prefabricada de concreto reforzado de 10´x10´ mediante normativas AASHTO LRFD 2018
| dc.contributor.advisor | Pallais Beteta, Hugo Enrique | |
| dc.contributor.author | Melgar Morán, Daniel | |
| dc.date.accessioned | 2026-03-26T21:35:32Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description | Formato PDF digital — 66 páginas — incluye gráficos, tablas y referencias bibliográficas. | |
| dc.description.abstract | Las alcantarillas tipo cajón son estructuras esenciales para el manejo controlado del agua bajo infraestructura vial, conteniendo deslaves y previniendo inundaciones. Este trabajo se enfoca en el diseño estructural de una alcantarilla prefabricada de concreto reforzado de 10'x10' bajo las normativas AASHTO LRFD 2018. Se considerarán cargas de transporte y del suelo, permitiendo la parametrización para un diseño estructural adecuado que cumpla con las condiciones de sitio, terreno y tránsito vehicular. El diseño y análisis se basarán en los códigos AASHTO LRFD BRIDGE DESIGN, ACI 318-16 y el software SAP2000. Se presentarán informes, planos de datos, resultados de análisis, detalles de armaduras y medidas de materiales. | spa |
| dc.description.abstract | This study presents the structural design of a 10'x10' precast reinforced concrete box culvert based on the guidelines of the AASHTO LRFD Bridge Design Specifications (2018). The objective was to ensure structural safety and serviceability under various load combinations and environmental conditions. The design process included the definition of relevant loads such as dead loads, soil pressures, hydrostatic forces, and vehicular live loads (HL-93), followed by structural modeling and analysis using SAP2000. Critical internal forces (moments and shears) were obtained and used for the flexural and shear design of the culvert walls, top slab, and bottom slab. Reinforcement detailing was carried out based on strength and serviceability requirements, including minimum and maximum reinforcement limits, crack control checks, and axial force considerations. A design spreadsheet in Microsoft Excel was also developed to serve as a practical tool for similar projects. The final design ensures compliance with the structural and durability requirements set forth by the AASHTO LRFD code and provides a replicable methodology for the design of precast concrete box culverts. | eng |
| dc.description.degreelevel | Pregrado | |
| dc.description.degreename | Licenciado en Ingeniería Civil Arquitectónica | |
| dc.description.tableofcontents | ÍNDICE I. INTRODUCCIÓN II. JUSTIFICACIÓN III. OBJETIVOS A. Objetivo general B. Objetivos específicos MARCO TEÓRICO. 1 A. Aspectos sísmicos . 1 B. Estructuras enterradas . 6 C. Alcantarillas tipo cajón . 6 D. Tipos de alcantarillas. 7 1. Secciones circulares . 7 2. Secciones tipo cajón. 8 E. Geometrías (espesores mínimos) . 9 F. Análisis estructural . 9 G. Concreto reforzado . 10 H. Ventajas y desventajas del concreto reforzado . 13 I. Muros de contención . 14 J. Factores de carga . 16 K. Mecánica de suelos . 17 1. Tipo de suelos . 17 L. Peso propio . 18 M. Cargas verticales de suelo (EV). 18 N. Cargas horizontales de suelo (EH) . 20 O. Cargas vivas vehiculares . 21 P. Cargas vivas vehiculares para rellenos de 2 pies o inferiores . 23 Q. Sobrecarga de carga viva (vehículos en aproximación) . 24 R. SAP2000 en el diseño de alcantarillas . 25 1. Características Generales de SAP2000 . 25 2. Modelado de la Alcantarilla en SAP2000 . 27 METODOLOGÍA . 29 ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS . 33 A. Datos iniciales . 33 B. Cálculo de cargas muertas, cargas de suelo y cargas vivas . 34 C. Cálculo de cargas por agua . 40 D. Cálculo de cargas dinámicas . 41 E. Combinaciones de carga en SAP2000 . 44 F. Diseño de refuerzos por flexión . 53 G. Chequeos de acero mínimo y máximo . 60 H. Resumen de áreas de acero de refuerzo . 61 I. Revisión de cortante y chequeo de empuje axial . 62 J. Detalles de refuerzo y longitudes de refuerzo . 62 CONCLUSIONES . 64 RECOMENDACIONES . 65 REFERENCIAS. 66 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Valores de protección sísmica. 2 Tabla 2. Valores para el coeficiente de sitio para periodos de vibración cortos . 3 Tabla 3. Valores para el coeficiente de sitio para periodos de vibración largos . 3 Tabla 4. Factores Kd con relación al nivel del sismo . 4 Tabla 5. Listado de varillas y sus características 12 Tabla 6. Combinaciones y factores de carga . 16 Tabla 7. Factores de reducción de resistencia . 17 Tabla 8. Datos Iniciales del modelo . 33 Tabla 9. Resumen de cargas muertas aplicadas al modelo . 35 Tabla 10. Resumen de cargas verticales y horizontales del suelo . 38 Tabla 11. Resumen de sobrecargas vivas . 40 Tabla 12. Resumen de cargas dinámicas . 43 Tabla 13. Resultado Análisis Estructural Momento en (Kip,ft) . 50 Tabla 14. Resultado Análisis Estructural Cortante en (Kip) . 50 Tabla 15. Resultado Análisis Estructural Carga Axial en (Kip) . 50 Tabla 16. Resultado Análisis Estructural SAP2000 V25 Losa Superior Centro . 51 Tabla 17. Resultado Análisis Estructural SAP2000 V25 Losa Superior Lateral. 51 Tabla 18. Resultado Análisis Estructural SAP2000 V25 Muro Lateral Superior. 51 Tabla 19. Resultado Análisis Estructural SAP2000 V25 Muro Lateral Centro . 52 Tabla 20. Resultado Análisis Estructural SAP2000 V25 Losa Inferior Centro. 52 Tabla 21. Resultado Análisis Estructural SAP2000 V25 Losa Inferior Lateral . 52 Tabla 22. Resumen de Momento Ultimo y Área de acero requerida . 55 Tabla 23. Resumen de acero requerido por Momento último y por control de agrietamiento 59 Tabla 24. Resumen de acero mínimo requerido por flexión . 60 Tabla 25. Resumen de deformación del refuerzo . 60 Tabla 26. Valor máximo de razón de refuerzo. 61 Tabla 27. Resumen de áreas de acero de refuerzo y su ubicación. 61 Tabla 28. Verificación de cortante ultimo Vu . 62 Tabla 29. Longitudes del acero de refuerzo 62 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Mapa de zonificación sísmica de Guatemala . 1 Figura 2. Gráfico del espectro de respuesta . 5 Figura 3. Dimensiones alcantarillas tipo cajón de concreto reforzado. 7 Figura 4. Ejemplo de alcantarilla de secciones circulares . 8 Figura 5. Ejemplo de alcantarilla tipo cajón o de sección rectangular . 9 Figura 6. Modelo bidimensional para análisis estructural. 10 Figura 7. Testigos de concreto . 11 Figura 8. Curvas de esfuerzo-deformación . 11 Figura 9. Esfuerzo Ultimo y Esfuerzo de fluencia 13 Figura 10. Varillas de acero rugoso . 13 Figura 11. Distintos muros de contención . 15 Figura 12. Sección de muro por gravedad. 15 Figura 13. Instalación debajo de terraplén . 19 Figura 14. Instalación en zanja . 20 Figura 15. Variables para la presión activa de suelo . 20 Figura 16. Tipos de vehículos y su nomenclatura . 22 Figura 17. Características del camión de diseño . 22 Figura 18. Trafico transitando en paralelo con el vano . 23 Figura 19. Sobrecarga de carga viva . 25 Figura 20. Interfaz de programa determinando geometrías . 26 Figura 21. Interfaz de programa para determinar secciones y áreas . 26 Figura 22. Dimensionamiento y características de grilla . 28 Figura 23. Sección de la alcantarilla tipo cajón prefabricada a analizar . 34 Figura 24. Cálculo de cargas muertas . 35 Figura 25. Cálculo de presión de suelo . 36 Figura 26. Cálculo de presión de suelo segunda parte . 37 Figura 27. Cálculo de presión de suelo segunda parte . 38 Figura 28. Cálculo de sobrecarga viva lateral parte superior e inferior . 39 Figura 29. Cargas Hidrostáticas aplicadas al modelo. 40 Figura 30. Cálculo de factor IM . 41 Figura 31. Cálculo de cargas vivas para el camión de diseño . 42 Figura 32. Cálculo de cargas vivas para configuración tándem . 43 Figura 33. Carga Viva producida por TANDEM . 44 Figura 34. Modelo de SAP2000 . 44 Figura 35. Modelo de SAP2000 aplicado con cargas de momento M22 . 45 Figura 36. Modelo de SAP2000 aplicado con cargas de momento M11 . 45 Figura 37. Modelo de SAP2000 aplicado con cargas de momento V13 . 46 Figura 38. Modelo de SAP2000 aplicado con cargas de momento V23 . 46 Figura 39. Load Cases utilizados en el modelo de SAP2000. 47 Figura 40. Load Combinations utilizados en el modelo de SAP2000 . 47 Figura 41. Detalle de combinaciones de carga en el modelo de SAP2000 . 48 Figura 42. Detalle de combinaciones de carga . 48 Figura 43. Deformación de carga 1A_TANDEM . 48 Figura 44. Diagrama resultante de Momento de carga 1A_TANDEM . 49 Figura 45. Ubicaciones de análisis de carga en modelo SAP2000 . 49 Figura 46. Cálculo de área de acero Muros Laterales . 53 Figura 47. Cálculo de área de acero Losa Superior. 54 Figura 48. Cálculo de área de acero Losa Inferior . 54 Figura 49. Cálculo por control de agrietamiento Losa Superior . 55 Figura 50. Corrección por control de agrietamiento Losa Superior . 56 Figura 51. Calculo por control de agrietamiento Losa Inferior. 57 Figura 52. Corrección por control de agrietamiento Losa Inferior . 58 Figura 53. Calculo por control de agrietamiento Muros Laterales . 59 Figura 54. Chequeos de acero mínimo para refuerzos por flexión . 60 Figura 55. Detalle de acero de refuerzo de alcantarilla tipo cajón prefabricada de concreto reforzado . 63 | spa |
| dc.format.extent | 66 páginas | |
| dc.format.mimetype | application/pdf | |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.uvg.edu.gt/handle/123456789/6363 | |
| dc.language.iso | spa | |
| dc.publisher | Universidad del Valle de Guatemala | |
| dc.publisher.branch | Campus Central | |
| dc.publisher.faculty | Facultad de Ingeniería | |
| dc.publisher.place | Guatemala | |
| dc.publisher.program | Licenciatura en Ingeniería Civil Arquitectónica | |
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| dc.rights.accessrights | info:eu-repo/semantics/openAccess | |
| dc.rights.coar | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 | |
| dc.rights.license | Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0) | |
| dc.rights.uri | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject.armarc | Alcantarillas | |
| dc.subject.armarc | Structural design | |
| dc.subject.armarc | Diseño de estructuras | |
| dc.subject.armarc | Culverts -- Guatemala | |
| dc.subject.ddc | 620 - Ingeniería y operaciones afines::624 - Ingeniería civil | |
| dc.subject.ocde | 2. Ingeniería y Tecnología::2A. Ingeniería Civil | |
| dc.subject.ods | ODS 9: Industria, innovación e infraestructura. Construir infraestructuras resilientes, promover la industrialización inclusiva y sostenible y fomentar la innovación | |
| dc.subject.ods | ODS 11: Ciudades y comunidades sostenibles. Lograr que las ciudades y los asentamientos humanos sean inclusivos, seguros, resilientes y sostenibles | |
| dc.subject.proposal | Alcantarillas tipo cajón | spa |
| dc.subject.proposal | Diseño estructural | spa |
| dc.subject.proposal | AASHTO LRFD | spa |
| dc.title | Diseño estructural de una alcantarilla tipo cajón prefabricada de concreto reforzado de 10´x10´ mediante normativas AASHTO LRFD 2018 | spa |
| dc.title.translated | Structural design of a 10′×10′ prefabricated reinforced concrete box culvert using AASHTO LRFD 2018 standards | |
| dc.type | Trabajo de grado - Pregrado | |
| dc.type.coar | http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f | |
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| dc.type.content | Text | |
| dc.type.driver | info:eu-repo/semantics/bachelorThesis | |
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| dc.type.visibility | Public Thesis | |
| dspace.entity.type | Publication |
