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• Maria Magdalena Hurtado

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DISEÑÑ O PUEÑTE VEHICULAR CARACOLLO SOBRE VIGAS POSTEÑSADAS

CAPÍTULO V: DISEÑO DE LA INFRA-ESTRUCTURA. 5.1.

INTRODUCCIÓN.

El diseño de los muros de contención comprende dos aspectos: 1º .- Tiene que ver con los suelos . 2º.- El diseño estructural del muro propiamente dicho. 5.2.

PROPIEDADES MECÁNICAS: (MATERIALES)

Concreto: 2400 [kg/m3]

γH =

(Peso Especifico del Hormigón)

Ec  4270 *  1.5 * f ' c Tipo P R210 f'c = 210 [kg/cm2] (Resistencia característica) EC = 230067.0 [kg/cm2] Acero: G-60 fy = Es =

4200 [kg/cm2] (Limite de fluencia) 21000000 [kg/cm2]

Propiedades del suelo: Ø= γo = qa = hs =

30 º (Angulo de fricción Interna) 1800 [kg/m3] (Peso Especifico del Suelo) 2.40 [kg/cm2] (Resistencia del suelo ó Capacidad Portante) 0.72 [m] (Profundidad de Socavación)

MARIO JAVIER ZAMBRAÑA MUÑÑ OZ

146

DISEÑÑ O PUEÑTE VEHICULAR CARACOLLO SOBRE VIGAS POSTEÑSADAS



Dimensiones y cargas que actúan en el estribo: WLL LF

p

b2

b3

h1

PPS CVHS20 CV

H2

WL

B

h2

H3

h2

H5

H4

h3

S2

S1

h1

h6

b8

b7

S4 S3

E1

h7

H6

h4

S5

y1

h8

dx

E2

H7 h5

E

H1 b4

C M b5 b9

D

y2

h5 b6

A

b1 =

8.4

[m]

h1 =

2.0

[m]

b2 =

0.3

[m]

h2 =

0.5

[m]

b3 =

0.7

[m]

h3 =

0.4

[m]

b4 =

3

[m]

h4 =

4.64

[m]

b5 =

0.7

[m]

h5 =

0.7

[m]

x1 =

0.33

[m]

b6 =

3

[m]

h6 =

0.15

[m]

dx =

0

[m]

b7 =

0.3

[m]

h7 =

2.39

[m]

x2 =

0.7

[m]

b8 =

0

[m]

h8 =

2.5

[m]

x3 =

0

[m]

b9 =

6.7

[m]

h9 =

8.24

[m]

x4 =

0.3

[m]

h10=

8.24

[m]

MARIO JAVIER ZAMBRAÑA MUÑÑ OZ

147

DISEÑÑ O PUEÑTE VEHICULAR CARACOLLO SOBRE VIGAS POSTEÑSADAS

Dado: Base = Ancho = Alto = Hv = 5.3. 

0.4 0.5 0.15 1.6

[m] Neopreno: [m] [m] [m]

Base = Ancho = Alto = S=

0.5 0.25 0.05 2.7

[m] [m] [m] [m]

SOLICITACIONES EN EL ESTRIBO: - Carga Muerta de la superestructura (CM):

Sobre el cabezal (Para cada viga)

Pv =

1.551

[Tn/m]

(Peso propio de una viga) n =

PL = Pcr =

0.994 0.101

[Tn/m] [Tn/m]

(Peso propio de la losa) (Peso capa de rodadura)

Pb+a =

0.426

[Tn/m]

(Peso barandado + acera)

PD =

0.595

[Tn]

(Peso Diafragma) n =

L= L=

30.6 30.0

Pps =

[m] [m]

4

(Longitud Viga) (Luz de Calculo)

(1.551+0.994+0.101+2*0.426/3)*30/2 + 4*0.595/2 =

Pps =

45.14

PTS =

3*45.14 =

PTS =

135.42



3

[Tn]

- Peso propio del Estribo:

MARIO JAVIER ZAMBRAÑA MUÑÑ OZ

45.14

[Tn]

(Para cada viga) 135.42 [Tn]

[Tn] (Peso total de la superestructura sobre el estribo)

γH =

2.4 [Tn/m3]

γo =

1.8 [Tn/m3]

148

DISEÑÑ O PUEÑTE VEHICULAR CARACOLLO SOBRE VIGAS POSTEÑSADAS

Sección Tipo

base [m]

Alto [m]

Profund. [m]

Nº

Peso [Tn]

Brazo "A" [m]

M "A" [Tn-m]

1

H1

6.7

0.7

8.4

1

94.550

3.35

316.743

2

H2

0.3

2

8.4

1

12.096

3.83

46.328

3

H3

1.0

0.5

8.4

1

10.080

3.500

35.28

4

H4

0.3

0.4

8.4

1

1.210

3.8

4.598

5

H5

0

0.15

8.4

1

0.000

3

0

6

H6

0.7

5.0

8.4

1

71.124

3.35

238.265

7

H7

0

4.6

8.4

1

0.000

3.7

0

8

H8

0.7

2

0.3

2

2.016

3.35

6.754

I

S1

2.7

7.5

8.4

1

307.813

5.35

1646.8

II

S2

0.3

0.4

8.4

1

0.907

3.9

3.537

III

S3

0.3

4.6

8.4

1

21.047

3.85

81.031

IV

S4

0

4.6

8.4

1

0

3.7

0

V

S5

3

2.5

8.4

1 Σ =

113.4 634.243

1.5

170.1 2549.436

Sección

 qac = b= L=

0.29 0.65 30

CVac = 

CVac 

Carga Viva en las aceras: [Tn/m2] [m] [m]

qac * b * L *2 2

(Según Reglamento en aceras)

0.29*0.65*30*2/3 =

3.77

[Tn]

Carga Viva HS20-44:

Figura: Posiciones de carga para obtener reacciones max. En el cabezal del estribo. P

a

P

a

P/4

1

2

L R

Reacciones por fila de ruedas sobre el diafragma del apoyo. MARIO JAVIER ZAMBRAÑA MUÑÑ OZ

149

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P= a= L=

7.265 4.3 30

[Tn] [m] [m]

ΣM2 = 0 :

→

P (9*30 - 6*4.3)*7.265/(4*30) = R  ( 9 L  6a )14.784 4L 4 (Fila de ruedas)

R= Fr = CVHS20 =

4*14.784 =

59.136

[Tn]

[Tn]

Luego, según posiciones críticas del tren de cargas mostrada en la figura anterior, para Reacciones max.en el apoyo1 por HS20 para una faja de tráfico, las reacciones en los apoyos de las vigas serán: POSICION DE HS-20 PARA REACC. MAX. EN EL APOYO 1 R

CL

R

E

b 2

1

3

S

a

S

R1

E= S= b=

a

R2

1.8 2.7 0.35

[m] [m] [m]

R3

L= c=

5.4 1.45

[m] [m]

Resolviendo la viga hiperestática por el método de superposición: R2 =

7.89

[Tn]

ΣM3 = 0 :

→

R1 =

22.611

[Tn]

ΣV = 0 :

→

R3 =

-0.933

[Tn]

Reacciones max.en el apoyo 2 por HS20 para dos fajas de tráfico, las reacciones en los

MARIO JAVIER ZAMBRAÑA MUÑÑ OZ

150

DISEÑÑ O PUEÑTE VEHICULAR CARACOLLO SOBRE VIGAS POSTEÑSADAS

apoyos de las vigas serán: POSICION DE HS-20 PARA REACC. MAX. EN EL APOYO 2 R

R

E

C L

R

R

E

b

b 2

1 a

S

S

R1

E= S= b=

3

1.8 2.7 0.3

a

R2

[m] [m] [m]

R3

L= c=

5.4 2.1

[m] [m]

Resolviendo la viga hiperestática por el método de superposición: R2 =

32.448

ΣV = 0 : 

[Tn] →

R1 =R3 =

13.344

[Tn]

Carga De Viento:

Viento en la Superestructura:

s/g AASHTO

wL =

0.06

[Tn/m2]

(Viento Longitudinal)

wT =

0.245

[Tn/m2]

(Viento Transversal)

Superficie expuesta de medio tramo (áreas : vigas + aceras + bar): L= hv = hac = e=

30 1.6 0.43 0.2

[m] [m] [m] [m]

hbar =

0.125

[m]

0.9 15

[m]

hpost = Nº P = Viga =

MARIO JAVIER ZAMBRAÑA MUÑÑ OZ

1.6*15

=

24

[m2] 151

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Acera = Postes = Baranda =

Area =

0.43*15 = 15*0.2*0.9/2 = 2*0.125*(30 - 0.2*15)/2 =

35.175

6.45 1.35 3.375 35.175

[m2] [m2] [m2] [m2]

[m2]

WL =

0.06*35.175 =

2.111

[Tn]

(Viento Longitudinal)

WT =

0.245*35.175 =

8.618

[Tn]

(Viento Transversal)

Viento en la infraestructura:

(Para este caso no se considera)

Viento en la carga viva:

s/g AASHTO

WLL =

0.06

[Tn/m2]

(Viento Longitudinal)

WLT =

0.15

[Tn/m2]

(Viento Transversal)

Longitud expuesta a medio tramo:

15.00

PLL =

0.06*15 =

0.900

[Tn]

PLT =

0.15*15 =

2.25

[Tn]

Que actúan sobre la capa de rodadura a y1 = 

Fuerza longitudinal de frenado:

[m]

1.8

[m]

s/g AASHTO

LF  0.05 *  q * L  Cm * n Donde:

LF =

q= Cm = n= L=

0.935 8 2 15

[Tn/m] (Carga equivalente para el vehículo especificado) [Tn] (Carga concentrada equivalente para momento) (Nº de fajas de trafico) [m] (Longitud a medio tramo del puente)

0.05*(0.935*15 + 8)*2 =

Que actúan sobre la capa de rodadura a y2 = MARIO JAVIER ZAMBRAÑA MUÑÑ OZ

2.203

[Tn] 1.8

[m] 152

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

Fuerza de la corriente del agua:



Empuje lateral del suelo en el estribo:

 *H  H  2 Hs K 2 p Hs   E

(Para los estribos no se considera)

(Formula de Rankine)

Hs =

0.556

[m]

Hs =

0.6

[m]

(s/g AASHTO art. 3.20.3 , Hs>0.60 [m])

Ø  K  tan 2  45º    2

K= Donde:

0.3333 1.8 γ= H = Variable Ø= 30 º

[Tn/m3] [m]

p=

[Tn/m2]

1.0

(Peso Esp. del material de relleno) (Altura total del muro) (Angulo de friccion interna del material) (Sobrecarga en el terraplen, valor min. recomendado)

Brazo de "E" a la base de la zapata en [m]:

(ya simplificado)

H 2 / 3  Hs * H y H  2 Hs Momento debidos al empuje del suelo:

ME  E * y Remplazando valores según corresponda: Empuje E1 : H= 8.2 L= 8.4 E1 =

(Activo) [m] [m] 0.5*1.8*8.24*(8.24 + 2*0.6)*0.3333*8.4 =

MARIO JAVIER ZAMBRAÑA MUÑÑ OZ

196.000

[Tn] 153

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y1 = Ho =

(8.24^2/3 + 0.6*8.24)/(8.24 + 2*0.6) = 0.00 [m]

Y1 =

2.921 + 0 =

ME1 =

196*2.921 =

Empuje E2 : H= 2.5 B= 8.4

2.921

Hs =

[Tn-m]

0

E2 =

-0.5*1.8*2.5*(2.5 + 2*0)*3*8.4 =

y2 = Ho =

(2.5^2/3 + 0*2.5)/(2.5 + 2*0) = 0.0 [m]

Y2 =

0.833 + 0 =

ME2 =

-141.764*0.833 =

0.833

[m]

[m] 572.516

(Pasivo) [m] [m]

2.921

[m]

-141.764 0.833

[Tn]

[m]

[m] -118.089

[Tn-m]

Empuje de tierras horizontal y momento respecto a "A": E=

196+(-141.764) =

ME = 

572.516+(-118.089) = Combinaciones de carga:

54.236

[Tn]

454.427

[Tn-m]

s/g AASHTO art. 3.22

Las combinaciones mas desfavorables para nuestro caso son: En Servicio:

C  I  10 . *[CM  (CVHS 20  CVAC )  E ]  j  100% C  II  10 . *(CM  E  W )  j  125% C  III  10 . *[CM  (CVHS 20  CVAC )  E  0.3W  WL  LF ]  j  125% En Rotura:

CU  I  13 . *[CM  167 . (CVHS 20  CVAC )  E ] CU  II  13 . *(0.75CM  13 . E W) CU  III  13 . *[0.75CM  (CVHS 20  CVAC )  13 . E  0.3W  WL  LF ]

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154

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

Análisis de estabilidad:



Verificación al Volamiento:



Verificación al deslizamiento:

Mrla Zapata Calculo de la presión actuante del sueloFScontra  1.50 v  Mv N* f La posición de la resultante debe estar dentro del FSdB/3  central: 1.50 E 

Excentricidad: Presión actuante del suelo contra la Zapata Mr  Mv N N 6*e  q *1   qa B*L  B 

x 

Donde:



e

B B x 2 6

N= Carga total de Verticales Mr = Momento resistente respecto a la punta de la base (Punto A) Mv = Momento de vuelco respecto a la punta de la base (Punto A) B= Ancho de la Zapata L= Largo de la Zapata qa = Tensión admisible del suelo f = 0.9*Tan(Ø) (Factor de fricción entre el Hº y el Suelo) Análisis de estabilidad:

Longitud efectiva del estribo [m]: Ancho de la fundación del estribo [m]:

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C  III  10 . *[CM  (CVHS 20  CVAC )  E  0.3W  WL  LF ]

8.4 6.7

γo [Tn/m3] = Ø [º] =

1.8 30 155

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Posición x =

3.27 [m]

Peso [Tn]

Momento "A" [Tn-m]

Brazo "A" [m]

Pp Est. = P. P. Estribo

1.0

634.243

Fuerzas

Pp S = P. P. Superestructura

1.0

135.42

3.35

453.657

Verticales

CV HS20 = CV-HS20/44

1.0

59.136

3.35

198.106

CV AC = CV-Aceras Total FV

1.0

11.31 840.109

3.35

37.889 3239.088

→

1.0

196

572.516

E2 = Empuje de tierra - 2 ← Fuerzas Total Empuje de Tierra Horizontales W = Viento long. en la supest. WL = Viento long. en la carga viva LF = Fuerza long. de frenado Total FH N = Total Carga de Verticales [Tn] H = Total Carga de Horizontales [Tn] Mr = Momentos Resistentes respecto de "A" [Tn-m] Mv = Momentos de Vuelco respecto de "A" [Tn-m] F. S. (Vuelco) F. S. (Deslizamiento) Excentricidad [m] < L/6

1.0

-141.764 54.236 2.111 0.900 2.203 5.214 840.109 59.450

-118.089 454.427 4.078 8.874 21.722 34.674

E1 = Empuje de tierra - 1

0.3 1.0 1.0

qadm. [kg/cm2]

5.4.

E=

6.44 9.86 9.86

6.62 7.34 0.08

3239.088 489.101 > 1.5 ok > 1.5 ok < 1.1 ok

1.49