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“UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA” FACULTAD DE INGENIERÍA E.A.P. INGENIERÍA CIVIL

CURSO: PUENTES Y OBRAS DE ARTE DOCENTE: ING. Rubén Lopez Carranza ALUMNOS:  Álvarez Zegarra Katherinne.  Cárdenas Cristobal Junior.  Cerna Sachun Nadia.  Flores Nima Alexander  Merino Rabanal Nicole. CICLO:

X

NOVIEMBRE, 2018

PUENTES Y OBRAS DE ARTE Semestre 2018-II Ingeniería Civil

ÍNDICE I.

INTRODUCCIÓN

II.

OBJETIVOS 2.1 Objetivo General 2.2 Objetivos Específicos

III.

UBICACIÓN GEOGRÁFICA

IV.

MARCO TEORICO

V.

DESCRIPCIÓN DEL PUENTE TIPO CAJÓN

VI.

DISEÑO DEL PUENTE TIPO CAJÓN

VII.

CONCLUSIONES

VIII. RECOMENDACIONES IX.

BIBLIOGRAFÍA

X.

ANEXOS: NOMENCLATURA

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INTRODUCCIÓN

La investigación que a continuación se muestra trata de explicar que un Puente Tipo Cajón tiene como función no solo conectar a las personas de un lugar a otro, sino que también puede transportar tuberías y líneas de distribución de energía. En este informe se toca los temas necesarios para saber lo más posible sobre este tipo de puente; así como también su diseño por el método LRFD, el cual es un punto importante para la futura construcción y el buen funcionamiento de este durante el tiempo de su vida útil, cumpliendo con el objetivo para el cual es construido. Este tipo de obras es muy importante en el campo de la ingeniería porque no solo tiene una influencia social, sino también económica, ayudando en el desarrollo de las regiones dentro de nuestro país.

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I.

TÍTULO

“DISEÑO DE PUENTE TIPO CAJÓN MEDIANTE EL MÉTODO LRFD” II.

OBJETIVOS 2.1 Objetivo General Diseñar un Puente Tipo Cajón mediante el método LRFD.

2.2 Objetivos Específicos Comprender el funcionamiento del Puente Tipo Cajón por el método LRFD. Obtener los conocimientos necesarios para diseñar un Puente Tipo Cajón por el método LRFD. Aplicar el diseño del Puente Tipo Cajón por el método LRFD en campo.

III.

UBICACIÓN GEOGRÁFICA Región:

Ancash

Departamento:

Ancash

Provincia:

Del Santa

Distrito:

Coishco

Sector:

KM 433 de la carretera Panamericana Norte

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Vista en planta del Puente Bailey en Coishco actualmente.

IV.

MARCO TEÓRICO 4.1.DEFINICIÓN Un puente es una obra que se construye para salvar un obstáculo dando así continuidad a una vía. Suele sustentar un camino, una carretera o una vía férrea, pero también puede transportar tuberías y líneas de distribución de energía. Los puentes que soportan un canal o conductos de agua se llaman acueductos. Aquellos construidos sobre terreno seco o en un valle, viaductos. Los que cruzan autopistas y vías de tren se llaman pasos elevados. Constan fundamentalmente de dos partes: a) La superestructura conformada por: tablero que soporta directamente las cargas; vigas, armaduras, cables, bóvedas, arcos, quienes transmiten las cargas del tablero a los apoyos. b) La infraestructura conformada por: pilares (apoyos centrales); estribos (apoyos extremos) que soportan directamente la superestructura; y cimientos, encargados de transmitir al terreno los esfuerzos.

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4.2.CLASIFICACIÓN A los puentes podemos clasificarlos: a) Según su función: − Peatonales − Carreteros − Ferroviarios b) Por los materiales de construcción − Madera − Mampostería − Acero Estructural

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− Sección Compuesta − Concreto Armado − Concreto Pre-forzado c) Por el tipo de estructura − Simplemente apoyados − Continuos − Simples de tramos múltiples − Cantilever (brazos voladizos) − En Arco − Atirantado (utilizan cables rectos que atirantan el tablero) − Colgantes − Levadizos (basculantes) − Pontones (puentes flotantes permanentes)

4.3.GEOMETRÍA a) Sección transversal El ancho de la sección transversal de un puente no será menor que el ancho del acceso, y podrá contener: vías de tráfico, vías de seguridad (bermas), veredas, ciclovía, barreras y barandas, elementos de drenaje.

b) Ancho de vía (calzada) Siempre que sea posible, los puentes se deben construir de manera de poder acomodar el carril de diseño estándar y las bermas adecuadas. El número de carriles de diseño se determina tomando la parte entera de la relación w/3.6, siendo w el ancho libre de calzada (m). Los anchos de calzada entre 6.00 y 7.20 m tendrán dos carriles de diseño, cada uno de ellos de ancho igual a la mitad del ancho de calzada. c) Bermas Una berma es la porción contigua al carril que sirve de apoyo a los vehículos que se estacionan por emergencias. Su ancho varía desde un mínimo de 0.60 m en carreteras rurales menores, siendo preferible 1.8 a 2.4 m, hasta al menos 3.0 m, y preferentemente 3.6 m, en carreteras mayores. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que anchos superiores a 3.0 m predisponen a su uso no autorizado como vía de tráfico.

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d) Veredas Utilizadas con fines de flujo peatonal o mantenimiento. Están separadas de la calzada adyacente mediante un cordón barrera, una barrera (baranda para tráfico vehicular) o una baranda combinada. El ancho mínimo de las veredas es 0.75 m.

4.4.CARGAS Y FACTORES DE CARGA Las cargas que presentamos a continuación están basadas en las especificaciones de AASHTO. En general, estas cargas pueden ser divididas en dos grandes grupos: cargas permanentes y cargas transitorias (cargas de vehículos, peatonales, de fluidos, de sismo, de hielo y de colisiones). Adicionalmente, dependiendo del tipo de estructura pueden presentarse otras fuerzas como las debidas al creep, a shrinkage, o al movimiento de los apoyos de la estructura. Igualmente, en este capítulo se presentan los estados límites de diseño de resistencia, servicio, evento extremo y fatiga con sus correspondientes combinaciones de carga. Las abreviaciones utilizadas en este capítulo son las empleadas por AASHTO.

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Carga permanente Las cargas permanentes incluyen: • Carga muerta de elementos estructurales y elementos no estructurales unidos (DC). • Carga muerta de superficie de revestimiento y accesorios (DW). Los elementos estructurales son los que son parte del sistema de resistencia. Los elementos no estructurales unidos se refieren a parapetos, barreras, señales, etc. En caso de no contar con las especificaciones técnicas o manuales que den información precisa del peso, se pueden usar los pesos unitarios de AASHTO presentados en la tabla 2.1. La carga muerta de la superficie de revestimiento (DW) puede ser estimada tomando el peso unitario para un espesor de superficie.

Cargas transitorias Las cargas que estudiaremos a continuación comprenden las cargas del tráfico vehicular, del tráfico peatonal, de fluidos, de sismo, de hielo, de deformaciones y las causadas por colisiones.

a) Cargas de vehículos Los efectos del tráfico vehicular comparados con los efectos del tráfico de camiones son despreciables. Debido a esto el diseño de cargas de AASHTO

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ha desarrollado modelos de tráficos de camiones que son muy variables, dinámicos, y pueden ser combinados con otras cargas de camiones. Esos efectos incluyen fuerzas de impacto (efectos dinámicos), fuerzas de frenos, fuerzas centrífugas, y efectos de otros camiones simultáneos. En 1992, Kulicki ajustó un estudio de Transportation Research Board (TRB, 1990) a las cargas de camiones presentes y desarrolló un nuevo modelo. Este modelo consiste en tres cargas diferentes: • Camión de diseño. • Camión tándem de diseño. • Línea de diseño.

Cargas de diseño de AASHTO

4.5.ESTUDIOS BÁSICOS DE INGENIERÍA PARA EL DISEÑO DE PUENTES 4.5.1. Estudios topográficos Posibilitan la definición precisa de la ubicación y dimensiones de los elementos estructurales, así como información básica para los otros estudios. Estudios de hidrología e hidráulicos Establecen las características hidrológicas de los regímenes de avenidas máximas y extraordinarias y los factores hidráulicos que conllevan a una real apreciación del comportamiento hidráulico del río.

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4.5.2. Estudios geológicos y geotécnicos Establecen las características geológicas, tanto locales como generales de las diferentes formaciones geológicas que se encuentran, identificando tanto su distribución como sus características geotécnicas correspondientes.

4.5.3. Estudios de riesgo sísmico Tienen como finalidad determinar los espectros de diseño que definen las componentes horizontal y vertical del sismo a nivel de la cota de cimentación.

4.5.4. Estudios de impacto ambiental Identifican el problema ambiental, para diseñar proyectos con mejoras ambientales y evitar, atenuar o compensar los impactos adversos.

4.5.5. Estudios de tráfico Cuando la magnitud de la obra lo requiera, será necesario efectuar los estudios de tráfico correspondiente a volumen y clasificación de tránsito en puntos establecidos, para determinar las características de la infraestructura vial y la superestructura del puente.

4.5.6. Estudios complementarios Son estudios complementarios a los estudios básicos como: instalaciones eléctricas, instalaciones sanitarias, señalización, coordinación con terceros y cualquier otro que sea necesario al proyecto.

4.5.7. Estudios de trazo y diseño vial de los accesos Definen las características geométricas y técnicas del tramo de carretera que enlaza el puente en su nueva ubicación con la carretera existente.

4.5.8. Estudio de alternativas a nivel de anteproyecto Propuesta de diversas soluciones técnicamente factibles, para luego de una evaluación técnica-económica, elegir la solución más conveniente.

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DG -2018

4.6.NORMATIVIDAD • AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C., 2010. • Manual de Diseño de Puentes, Dirección General de Caminos y Ferrocarriles, Ministerio de Transportes y Comunicaciones, Lima, Perú, 2018.

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V.

DESCRIPCIÓN DEL PUENTE TIPO CAJÓN Este proyecto consiste en realizar el diseño de un puente tipo cajón el cual tendrá las siguientes características:

Basándonos en la normatividad del libro Diseño de Puentes con AASHTO – LRFD 2010

𝑵° 𝒅𝒆 𝒄𝒂𝒓𝒓𝒊𝒍𝒆𝒔 (𝒗í𝒂𝒔) =

𝑾 𝟑. 𝟔

Donde: W = ancho libre de calzada (m).

Entonces:

𝑵° 𝒅𝒆 𝒄𝒂𝒓𝒓𝒊𝒍𝒆𝒔 (𝒗í𝒂𝒔) =

𝟖. 𝟒 𝟑. 𝟔

𝑵° 𝒅𝒆 𝒄𝒂𝒓𝒓𝒊𝒍𝒆𝒔 (𝒗í𝒂𝒔) = 𝟐. 𝟑 = 2 vías

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El factor que le corresponde a 2 carriles (vías) cargadas es 1.00

Sobrecarga Peatonal en Vereda es 510 kg/cm2 = 0.51 Tn/ m2

El espesor de la carpeta asfáltica será 0.05 m.

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El ancho de la vereda será 1.00 m. y su espesor será de 0.25 m.

Para un puente de luz = 26.0 m. le corresponden vigas cajón y estas serán 3, distribuyéndose uniformemente a lo largo de la luz.

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0.970t/m

Camión de Diseño Según LRFD HL-93 P= 3.695 Tn. b= 4.30 m. c= 4.30 m. S/C = 0.97 Tn.

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Peso del Asfalto a = 2.25 Tn/m3

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VII.

CONCLUSIONES

VIII. RECOMENDACIONES

IX.

BIBLIOGRAFÍA 

Libro Diseño de Puentes con AASHTO – LRFD 2010



AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C., 2010.



Manual de Diseño de Puentes, Dirección General de Caminos y Ferrocarriles, Ministerio de Transportes y Comunicaciones, Lima, Perú, 2018.

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X.

ANEXOS: NOMENCLATURA

Nomenclatura Factor de Carga Factor de Resistencia Factor de modificación de cargas Factor relacionado con la ductilidad Factor relacionado con la redundancia Factor relacionado con la importancia operativa Factor de distribucion de carga móvil en vigas internas Factor de distribucion de carga móvil en vigas externas CARGAS PERMANENTES Friccion negativa Peso propio de los componentes estructurales y accesorios no estructurales Peso propio de la superficie de rodamientos e instalaciones para servicios públicos. Empuje horizontal del suelo Tensiones residuales acumuladas resultantes del proceso constructivo, incluyendo las fuerzas secundarias del postensado. Sobrecarga del suelo Presión vertical del peso propio del suelo de relleno CARGAS TRANSITORIAS Fuerza de frenado de los vehículos Fuerza centrífuga de los vehículos Fluencia lenta Fuerza de colisión de un vehículo Fuerza de colisión de una embarcación Sismo Fricción Carga de hielo Incremento por carga vehicular dinámica Sobrecarga vehicular Sobrecarga de la carga viva Sobrecarga peatonal Asentamiento Contracción Gradiente de temperatura Temperatura uniforme Carga hidráulica y presión de flujo de agua

𝛾 Ф ƞ ƞ𝐷 ƞ𝑅 ƞ𝐼 mgi mge

DD DC DW

EL ES EV

BR CE CR CT CV EQ FR IC IM LL LS PL SE SH TG TU WA

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Viento sobre la sobrecarga Viento sobre la estructura

WL WS

Vigas interiores Vigas exteriores Ancho vereda Ancho del alma Peralte de viga Separación entre caras Separacion entre nervios Longitud de voladizo Altura de losa superior Altura de losa inferior Numero de vigas Cajon Longitud del puente Ancho de la seccion Peralte efectivo Resistencia del acero Resistencia del concreto Diametro de barra

VI VE V bw H S’ Sn Sv ts t1 Nc L b D Fy F’c db

Cuantía de refuerzo Momento amplificado en la sección Área de refuerzo longitudinal Resistencia Nominal

𝜌 Mu As Rn