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• Alexis Masami

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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA

“DISEÑO DE UN PUENTE DE CONCRETO ARMADO" CURSO: PUENTES.

INTEGRANTES DEL GRUPO: MENDOZA PORTILLO, Heider ESTEBAN ROJAS, Wilfredo. POMPILLA YABAR, Alexis. ESCOBEDO HUAMANQUISPE, Edison.

DOCENTE: Ing. ZEGARRA SIQUERO, Luis Antonio.

JEFES DE PRÁCTICA: Ing. YECKLE ONTALVO, Luis Enrique. Ing.PERALTILLA ACEVEDO, Juan José

LIMA- PERÚ 2017

I

INDICE

1.

CAPITULO I-ESTRUCTURACIÓN ................................................................................. 5 1.1.

DATOS GENERALES. ................................................................................................... 5

1.2.

MATERIALES. ............................................................................................................. 5

1.3.

PREDIMENSIONAMIENTO ......................................................................................... 5

2.

CAPÍTULOII- METRADO DE CARGAS.......................................................................... 7 2.1.

LOSA: ......................................................................................................................... 7

2.2.

VIGA PRINCIPAL ......................................................................................................... 8

2.3.

VEREDA ...................................................................................................................... 8

2.4.

BARANDA................................................................................................................... 9

3.

CAPITULO III-ANÁLISIS ESTRUCTURAL .................................................................... 11 3.1.

LOSA ........................................................................................................................ 11

3.2.

VIGA PRINCIPAL ....................................................................................................... 17

3.3.

Análisis y Diseño de puente Usando CSi Bridge ...................................................... 24

4.

5.

CAPITULO IV-DISEÑO .............................................................................................. 33 4.1.

LOSA DE TABLERO ................................................................................................... 33

4.2.

VIGA PRINCIPAL ....................................................................................................... 35 ANEXOS ................................................................................................................... 37

II INDICE DE FIGURA

Figura N° 2.1 Camión de diseño HL-93.............................................................. 7 Figura N° 2.2 Detalle de vereda ......................................................................... 8 Figura N° 2.3 Detalle de baranda. ...................................................................... 9 Figura N° 2.4 Cargas actuantes en la baranda. ............................................... 10 Figura N° 3.1 Diagrama de momento flector caso 1......................................... 13 Figura N° 3.2 Diagrama de momento flector caso 2. ........................................ 14 Figura N° 3.3 Diagrama de momento flector caso 3......................................... 15 Figura N° 3.4 Diagrama de momento flector caso 4......................................... 16 Figura N° 3.5 Definición del carril del puente. .................................................. 25 Figura N° 3.6 Propiedades del concreto. .......................................................... 25 Figura N° 3.7 Propiedades del acero. .............................................................. 26 Figura N° 3.8 Sección del puente. .................................................................... 26 Figura N° 3.9 Asignación de carga móvil. ........................................................ 27 Figura N° 3.10 Cargas de asfalto ..................................................................... 27 Figura N° 3.11 Cargas de vereda. .................................................................... 28 Figura N° 3.12 Cargas de baranda................................................................... 28 Figura N° 3.13 Diagrama de Momentos en las vigas interiores debido a la carga viva. ........................................................................................................... 30 Figura N° 3.14 Diagrama de momento en las vigas exteriores debido a la carga viva. ........................................................................................................... 30 Figura N° 3.15 Diagrama de momentos en las vigas interiores debido a la carga muerta ....................................................................................................... 30 Figura N° 3.16 Diagrama de momentos en las vigas exteriores debido a la carga muerta.............................................................................................. 31

III

Figura N° 3.17 Diagrama de momento en las vigas interiores según estado limite de resistencia I. ................................................................................ 31 Figura N° 3.18 Diagrama de momento en las vigas exteriores según estado límite de resistencia I. ................................................................................ 31 Figura N° 3.19 Momento vigas interiores según estado límite de servicio I. .... 32 Figura N° 3.20 Diagrama de momento vigas exteriores según estado de servicio I..................................................................................................... 32

INDICE DE TABLAS

Tabla 2.1 Fuerzas de diseño para barandas ...................................................... 9 Tabla 3.1 Factor de corrección por número de vías cargadas ......................... 17 Tabla 3.2 Momentos de carga viva según los casos analizados. ..................... 17 Tabla 3.3 Ubicación de la resultante de las cargas. ......................................... 17 Tabla 3.4 Aplicación de teorema de Barré. ...................................................... 18

4

5

1. CAPITULO I-ESTRUCTURACIÓN 1.1. DATOS GENERALES. •

Luz de diseño- entre apoyos

:

20 mts.

•

Número de carriles

:

2 carriles.

•

Ancho de carril

:

3.60mts.

•

Bombeo

:

2%

•

Ancho de veredas a cada lado del puente

:

1.30 mts.

•

Ancho de inclinación de la vereda/ calzada

:

0.05 mts.

•

Ancho total del puente

:

9.4 mts.

•

Ancho de la baranda

:

0.20 mts.

1.2. MATERIALES. •

Concreto f’c

:

280kg/cm2.

•

Peso específico del concreto

:

2400 kg/m3.

•

Acero de refuerzo

:

4200 kg/cm2.

•

Carpeta asfáltica

:

3’’ (0.075cm).

•

Barandas metálicas a cada lado del puente

:

150 kg/m.

1.3. PREDIMENSIONAMIENTO 1.3.1. Espesor de la losa de calzada (t): Según la tabla 2.9.1.4.1-1 “Peralte Mínimo para Superestructuras de Peralte Constante” del Manual de Diseño de Puentes recomienda para puentes de concreto reforzado la siguiente expresión:

t

t

S  3000  165mm 30

2950  3000  198.33mm 30 t  200mm

6

1.3.2. Peralte de la viga principal (h): ℎ = 0.007 ∗ 𝐿 ℎ = 0.007 ∗ 20 = 1.4𝑚 Es pertinente aclarar que el resultado obtenido anteriormente comprende el peralte de la viga y la losa.

1.3.3. Ancho de la viga principal: 𝑏 = 0.0157 ∗ √𝑆 ′ ∗ 𝐿 𝑏 = 0.0157 ∗ √𝑆 + 𝑏 ∗ 𝐿 𝑏 = 0.50𝑚

1.3.4. Peralte de la viga diafragma Para las vigas diafragmas espaciadas cada 5 metros asumimos un peralte cuya dimensión difiere en 0.30 metros con relación al peralte de las vigas principales. ℎ = 1.10𝑚 La base para las vigas diafragmas son: 𝑏 = 0.30𝑚(𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟𝑒𝑠) 𝑏 = 0.40𝑚(𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟𝑒𝑠)

7

2. CAPÍTULOII- METRADO DE CARGAS 2.1. LOSA: Carga permanente

•

Peso propio

•

Carpeta Asfáltica

:

𝑊𝐷𝐶 = 0.2 ∗ 2.4 = 0.48 𝑇𝑛/𝑚

: = 0.075 ∗ 2.25 = 0.169 𝑇𝑛/𝑚 𝑊𝐷𝐶

Carga viva

•

Camión de diseño HL-93: Figura N° 2.1 Camión de diseño HL-93.

P= Peso de la rueda trasera más impacto.

𝑃/2 = •

14.78 ∗ 1.33 = 9.83 𝑇𝑛 2

Sobrecarga de diseño HL-93:

La sobrecarga distribuida actuara en un ancho de 3m.

𝑆/𝐶 =

0.97 𝑇𝑛/𝑚 ∗𝐸 3𝑚

E= Ancho de franja transversal.

𝐸

8

2.2. VIGA PRINCIPAL Carga permanente

•

Carga muerta (DC)

W losa

:

0.20 ∗ 2.4 ∗ 9.6 = 4.608 Ton/m

W viga

:

0.50 ∗ 2.4 ∗ 1.2 ∗ 4 = 5.760 Ton/m

W vereda

:

0.25 ∗ 2.4 ∗ 1.3 ∗ 2 = 1.56 Ton/m

W barandas metálicas

:

0.15 ∗ 2 = 0.30 Ton/m

W diafragma

:

3 ∗ 1.8 ∗ 0.35 ∗ 0.9 ∗ 2.4 ∗ 3 = 12.247Ton/m

𝑊𝐷𝐶 = 24.47/4 = 6.118 Tn/m

•

Superficie de rodadura (DW)

W asfalto

:

0.075 ∗ 2.25 ∗

7.2 = 0.304 Ton/m 4

2.3. VEREDA

Figura N° 2.2 Detalle de vereda

9 Carga permanente Peso Propio:

0.45 ∗ 2.4 = 1.08 Tn/m2

Baranda:

0.15 Tn/m

Carga viva Sobrecarga peatonal :

0.36 Tn/m2

2.4. BARANDA Tabla 2.1 Fuerzas de diseño para barandas

Fuente: Manual de diseño de puentes, MTC. Figura N° 2.3 Detalle de baranda.

0.13 0.10 0.20

0.90

0.20

10 Figura N° 2.4 Cargas actuantes en la baranda.

Fv=8.2tn/m

Fl=8.2tn/m Ft=24.5tn/m

11

3. CAPITULO III-ANÁLISIS ESTRUCTURAL 3.1. LOSA 3.1.1. METODO APROXIMADO 𝑏 < 1.5 𝑎

(2 𝑠𝑒𝑛𝑡𝑖𝑑𝑜𝑠)

𝑏 > 1.5 𝑎

(1 𝑠𝑒𝑛𝑡𝑖𝑑𝑜)

𝑏 = 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑑𝑖𝑎𝑔𝑟𝑎𝑔𝑚𝑎𝑠

Donde:

𝑎 = 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑣𝑖𝑔𝑎𝑠

𝑏 5 = = 2.08 > 1.5 𝑎 2.4

∴ 𝐿𝑜𝑠𝑎 𝑎𝑟𝑚𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑛 1 𝑠𝑒𝑛𝑡𝑖𝑑𝑜

En este método se utilizan franjas de diseño: Ancho de franja

•

𝐸(𝑚𝑚) = 1140 + 0.833 ∗ 𝑋

Volados:

Donde:

𝑋 = 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑒𝑙 𝑒𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑣𝑖𝑔𝑎 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑦 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎.

En este caso la carga no actúa en el volado.

•

𝐸(𝑚𝑚) = 660 + 0.55 ∗ 𝑆

Momento Positivo:

Donde:

𝑆 = 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑒𝑗𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑔𝑎𝑠 𝐸(+) = 660 + 0.55 ∗ 2400 = 1980 𝑚𝑚

•

Momento Negativo:

𝐸(𝑚𝑚) = 1220 + 0.25 ∗ 𝑆

𝐸(−) = 1220 + 0.25 ∗ 2400 = 1820 𝑚𝑚

12 Cálculo de momento en la vereda:

𝑀𝐷𝐶

1.08 ∗ 1.552 = + 0.1 ∗ 1.3 = 1.427 𝑇𝑛 − 𝑚 2

𝑀𝐿 =

0.36 ∗ 1.552 = 0.432 𝑇𝑛 − 𝑚 2

Momentos debido a carga permanente:

𝑊𝐷𝐶

𝑀1−𝐷𝐶 1

𝑀4−𝐷𝐶

3

2 2.4

2.4

4 2.4

𝑀1−𝐷𝐶 = 𝑀4−𝐷𝐶 = 1.427 𝑇𝑛 − 𝑚 𝑊𝐷𝐶 = 0.48 𝑇𝑛/𝑚 𝑀2 = 𝑀3 = 0 𝑀+ = 0.355 𝑇𝑛 − 𝑚

𝑊𝐷𝑊

1

3

2 2.4

2.4 𝑊𝐷𝐶 = 0.169 𝑇𝑛/𝑚 𝑀2 = 𝑀3 = −0.1 𝑇𝑛 − 𝑚 𝑀+ = 0.073 𝑇𝑛 − 𝑚

4 2.4

13 Momentos debido a carga viva:

•

1 vía cargada: CASO 1: Se coloca el camión lo más cerca posible a la vereda:

3𝑚 𝑆/𝐶 𝑃/2 0.6

𝑃/2 1.8

1

3

2

1.2

2.4

𝑆/𝐶 =

2.4

4 2.4

0.97 𝑇𝑛/𝑚 ∗ 1.82 𝑚 = 0.588 𝑇𝑛/𝑚 3𝑚

Figura N° 3.1 Diagrama de momento flector caso 1.

1.2

14 CASO 2: Como un eje cae justo encima de una viga se coloca una carga en la mitad de un tramo y el otro eje donde caiga: 3𝑚 𝑆/𝐶 1.2

1 1.2

0.6

1.2

3

2 2.4

2.4

4 2.4

Figura N° 3.2 Diagrama de momento flector caso 2.

1.2

15

•

2 vías cargadas:

CASO 3: Se colocan los 2 camiones lo más cerca a la vereda:

6𝑚

𝑆/𝐶

0.6

1 1.2

1.2

1.8

1.2

3

2 2.4

0.6

2.4

4 2.4

Figura N° 3.3 Diagrama de momento flector caso 3.

1.2

16

CASO 4: Como en el caso de una vía cargada se colocarán los ejes al medio del tramo para producir mayores efectos:

6𝑚

𝑆/𝐶

1.2

1.2

1 1.2

0.6

1.2

1.2

1.2

3

2 2.4

0.6

2.4

4 2.4

Figura N° 3.4 Diagrama de momento flector caso 4.

1.2

17

Tabla 3.1 Factor de corrección por número de vías cargadas

Tabla 3.2 Momentos de carga viva según los casos analizados.

3.2. VIGA PRINCIPAL 3.2.1. METODO APROXIMADO AASHTO: Para camión de diseño HL-93 Hallamos M L I : Tabla 3.3 Ubicación de la resultante de las cargas.

𝑅 = 325𝐾𝑁

𝑋1 =

145𝑥4.3 + 145𝑥8.6 325

𝑋1 = 5.75𝑚

18

Tabla 3.4 Aplicación de teorema de Barré.

𝑅𝑖 =

35𝑥15.23 + 145𝑥10.9 + 145𝑥6.63 20

𝑅𝑖 = 153.75 𝐾𝑁 𝑅𝑗 = 171.26 𝐾𝑁 Calculando el momento máximo: 𝑀𝑚𝑎𝑥 = 153.75𝑥5.17 + (153.75 − 35)𝑥4.3 𝑀𝑚𝑎𝑥 = 1305.51 𝐾𝑁 − 𝑚

Para sobrecarga distribuida

𝑀𝑚𝑎𝑥 =

9.3𝑥202 8

𝑀𝑚𝑎𝑥 = 465 𝐾𝑁

Momento para una línea de carga 𝑀𝐿+𝐼 = 1305.51 ∗ 1.33 + 465 𝑀𝐿+𝐼 = 2201.33 𝐾𝑁 − 𝑚

19 Condiciones para utilizar el método aproximado · El ancho del tablero es constante · A menos que se especifique lo contrario, el número de vigas no es menor que cuatro · Las vigas son paralelas y tienen aproximadamente la misma rigidez; · A menos que se especifique lo contrario, la parte de vuelo correspondiente a la calzada, de, no es mayor que (910 mm). Características geométricas: 𝐿 = 20𝑚

𝑆 = 2.4𝑚

𝐻 = 1.4𝑚

𝑡 = 0.2 𝑚

𝑑𝑒 = 0𝑚

Parámetro de rigidez longitudinal: (0.5𝑥1.23 ) (2.4𝑥0.23 ) 𝐾𝑔 = 1𝑥( + + 𝐴 ∗ 0) 12 12 𝐾𝑔 = 0.0736𝑚4

20 Momento de la viga principal interior Coeficientes de distribución para vigas interiores para dos o más carriles de circulación cargados: 0.6 𝑆 ) 2900

𝑔 = 0.075 + (

𝑆 0.2 𝐿

𝐾𝑔 0.1 ) 𝐿∗𝑡𝑠3

∗( )

∗(

… (1)

Se aplican cuando: 1100≤S≤4900 110≤ts≤300 6000≤L≤73000 Nb≥4 Aplicando la ecuación (1): 2.4 0.6

𝑔 = 0.075 + (2.9)

2.4 0.2

∗ ( 20 )

0.0.736 0.1

∗ (20.∗0.23 )

𝑔𝑖𝑛𝑡 = 0.616 𝑀𝐿+𝐼 (𝑖𝑛𝑡) = 𝑔 ∗ 𝑀𝐿+𝐼 𝑀𝐿+𝐼 = 0.616 ∗ 2201.33 𝐾𝑁 − 𝑚 𝑀𝐿+𝐼 = 1354.930 𝐾𝑁 − 𝑚 Momento de la viga principal exterior Coeficientes de distribución para vigas interiores para dos o más carriles de circulación cargados: 𝑔 = 𝑒 ∗ 𝑔𝑖𝑛𝑡 𝑒 = 0.77 +

𝑑𝑒 2800

𝑒 = 0.77 𝑔 = 0.77 ∗ 0.616 = 0.474 < 1

NOTA: Adoptamos g int = 0.616 puesto que g ext < 1 no cumple con las condiciones del reglamento de que la viga exterior debe adoptar momentos menores que la viga interior.

21 También debemos aclarar que los factores de distribución aproximados del reglamento no deben ser afectados por el factor de presencia múltiple de las cargas, porque ya este aspecto se tuvo en cuenta en las fórmulas. Por lo tanto: 𝑔𝑒𝑥𝑡 = 0.615 𝑀𝐿+𝐼 (𝑒𝑥𝑡) = 𝑔 ∗ 𝑀𝐿+𝐼 𝑀𝐿+𝐼 = 0.615 ∗ 2201.33 𝐾𝑁 − 𝑚 𝑀𝐿+𝐼 (𝑒𝑥𝑡) = 𝑔 ∗ 𝑀(𝑀𝐿+𝐼 ) 𝐾𝑁 − 𝑚 𝑀𝐿+𝐼 = 1354.930 𝐾𝑁 − 𝑚 𝑀𝐿+𝐼 (𝑒𝑥𝑡) = 𝑔 ∗ 𝑀(𝑀𝐿+𝐼 ) 𝐾𝑁 − 𝑚 De lo expuesto tenemos: Momento para viga interior: 𝑀𝐿+𝐼 = 1606.97 𝐾𝑁 − 𝑚 𝑀 = 𝑔 ∗ 𝑇𝑜𝑛 𝑀(𝑀− 𝑀𝐿+𝐼 𝐿+𝐼 (𝑒𝑥𝑡) = 138.258 𝐿+𝐼 𝑚) 𝐾𝑁 − 𝑚 Momento interior: 𝑀 = 𝑔 ∗viga 𝑀(𝑀 𝐿+𝐼 (𝑒𝑥𝑡) para 𝐿+𝐼 ) 𝐾𝑁 − 𝑚 𝑀𝐿+𝐼 = 1606.97 𝐾𝑁 − 𝑚 𝑀 (𝑒𝑥𝑡) = 𝑔 ∗ 𝑀(𝑀𝐿+𝐼𝑚) 𝐾𝑁 − 𝑚 𝑀𝐿+𝐼 𝐿+𝐼 = 138.258 𝑇𝑜𝑛 − 𝑀𝐿+𝐼 (𝑒𝑥𝑡) = 𝑔 ∗ 𝑀(𝑀𝐿+𝐼 ) 𝐾𝑁 − 𝑚

3.2.2. METODO COURBON: •

Carga viva

Consideramos una sola vía cargada: Nota: Como todas las vigas son iguales, El centro de inercia de la sección coincide con el centro de la sección transversal, luego:

𝑀𝐿+𝐼 = 1606.97 𝐾𝑁 − 𝑚 𝑀𝐿+𝐼 = 𝑔 ∗ 𝑀(𝑀𝐿+𝐼 ) 𝐾𝑁 − 𝑚 𝑀𝑖 =(𝑒𝑥𝑡) 𝐾𝑖 ∗ 𝑀𝑥 𝑀𝐿+𝐼=(𝑒𝑥𝑡) =𝑔 ∗ 𝑀(𝑀𝐿+𝐼= ) 𝐾𝑁 − 𝑚𝐾𝑁 − 𝑚 𝑀𝑥 1 ∗ 1.2 ∗ 2201.33 2641.6 𝑀𝐿+𝐼 (𝑒𝑥𝑡) = 𝑔 ∗ 𝑀(𝑀𝐿+𝐼 ) 𝐾𝑁 − 𝑚

22

𝐾𝑖 =

𝐼𝑖 ∑ 𝐼𝑗

+𝑒∗

𝐼𝑗 ∗ 𝜕𝑖 ∑ 𝐼𝑗 ∗ 𝜕𝑖2

𝑀𝐿+𝐼 (𝑒𝑥𝑡) = 𝑔 ∗ 𝑀(𝑀𝐿+𝐼 ) 𝐾𝑁 −𝑚 DATOS 𝜕𝑖 = −3.6𝑚 𝜕𝑖 = −1.2𝑚 𝜕𝑖 = 1.2𝑚 𝜕𝑖 = 3.6𝑚

∑ 𝐼𝑗 = 4𝐼

𝐾𝑖 =

𝐼 𝐼 ∗ 𝜕𝑖 +𝑒∗ 2 4𝐼 𝐼(3.6 + 1.22 + 1.22 + 3.62 ) 𝜕

𝑖 𝐾𝑖 = 0.25 + 𝑒 ∗ 28.8

Para las vigas 4 y 5 𝐾4 = 0.25 +

1.2∗2.11 28.8

= 0.338

𝐾5 = 0.25 +

3.6∗2.11 28.8

= 0.514

Por lo tanto, tenemos: Para la viga 4: 𝑀𝐿+𝐼 = 𝐾4 ∗ 2641.6 = 892.86 𝐾𝑁 − 𝑚 Para la viga 5: 𝑀𝐿+𝐼 = 𝐾5 ∗ 2641.6 = 1357.78 𝐾𝑁 − 𝑚

Consideramos dos vías cargada:

𝑀𝑖 = 𝐾𝑖 ∗ 𝑀𝑥

23

𝑀𝑥 = 2 ∗ 1 ∗ 2201.33 = 4402.7 𝐾𝑁 − 𝑚 𝜕

𝑖 𝐾𝑖 = 0.25 + 𝑒 ∗ 28.8

Para las vigas 4 y 5 𝐾4 = 0.25 +

1.2∗0.6 28.8

= 0.275

𝐾5 = 0.25 +

3.6∗0.6 28.8

= 0.325

Por lo tanto, tenemos: Para la viga 4: 𝑀𝐿+𝐼 = 𝐾4 ∗ 4402.7 = 1210.7 𝐾𝑁 − 𝑚 Para la viga 5: 𝑀𝐿+𝐼 = 𝐾5 ∗ 4402.7 = 1430.9 𝐾𝑁 − 𝑚

Nota: Finalmente calculamos los momentos de sobrecarga viva por los Métodos, Adoptamos el método de Courbon, puesto que este método es más confiable que el método Aproximado de AASHTO teniendo como momentos finales para la viga interior y exterior respectivamente: Para la viga 4 (Viga interior): 𝑀𝐿+𝐼 = 𝐾4 ∗ 4402.7 = 1210.7 𝐾𝑁 − 𝑚 Para la viga 5 (Viga Exterior): 𝑀𝐿+𝐼 = 𝐾5 ∗ 4402.7 = 1430.9 𝐾𝑁 − 𝑚

•

Carga permanente

Carga muerta (DC): 𝑀𝐶𝐷 = 𝑊𝐶𝐷 ∗

𝐿2 6.118𝑥202 = = 305.94 𝑇𝑛 − 𝑚 8 8

Superficie de rodadura (DW) 𝑀𝐷𝑊 = 𝑊𝐷𝑊 ∗

𝐿2 0.304𝑥202 = = 15.2 𝑇𝑛 − 𝑚 8 8

24

RESUMEN DE MOMENTOS POSITIVOS: 𝑀𝐶𝐷 = 219.45 𝑇𝑛 − 𝑚 𝑀𝐷𝑊 = 15.2 𝑇𝑛 − 𝑚

VIGA 4 (INTERIOR) 𝑀𝐿+𝐼 = 123.41 𝑇𝑛 − 𝑚 VIGA 5 (EXTERIOR) 𝑀𝐿+𝐼 = 145.86 𝑇𝑛 − 𝑚

3.3. Análisis y Diseño de puente Usando CSi Bridge Este proyecto consiste en el diseño estructural de un puente de veinte metros (20 m) de longitud. En el presente Capitulo se presenta el modelado mediante el software CSiBridge 2017 v 19.2.1.

3.3.1. Características del Puente El puente de 2 carriles de 3.6 cada uno teniendo un total de 7.2 m de superficie de rodadura, un ancho de 1.1 destinado para las aceras y también a cada lado tiene barandas metálicas. El sistema estructural es un puente viga losa, con un espesor de losa de 0.20m y las dimensiones de la viga es de 0.50x140m.

25 Figura N° 3.5 Definición del carril del puente.

Materiales Para el diseño del Puente se considera los siguientes materiales. Concreto El concreto tendrá una resistencia de f’c = 280 kg/cm2 Figura N° 3.6 Propiedades del concreto.

26 Acero Las varillas de refuerzo son de 4200 kg/cm^2 Figura N° 3.7 Propiedades del acero.

Figura N° 3.8 Sección del puente.

27 Asignación de cargas

•

Cargas móviles

Se considera el camión HL-93 Figura N° 3.9 Asignación de carga móvil.

•

Cargas de asfalto:

Estas cargas son producto de la superficie de rodadura las cual se encuentra en 7.2 m, se consideró la densidad del asfalto como 2.25 Tn/m3 y un espesor de 0.075 m Figura N° 3.10 Cargas de asfalto

28 Figura N° 3.11 Cargas de vereda.

Figura N° 3.12 Cargas de baranda.

3.3.2. ANÁLISIS DEL MODELO Calculo de Deflexiones y contra flechas. Para el cálculo de deflexiones se toma el mayor valor correspondiente al camión de diseño o a la suma de la carga distribuida más el 25% del camión de diseño. Los límites de deflexión pueden ser considerados para la construcción en concreto, aluminio y acero

29

•

Carga Vehicular, en general

L/800

•

Carga Vehicular y/o peatonal

L/1000

•

Carga Vehicular sobre estructura en voladizo

L/300

•

Cargas Vehiculares y/o peatonales sobre estructura en voladizo L/375

En este caso la deflexión máxima es de:

𝐿 1000

20

= 1000 = 0.02𝑚

➢ Deflexión debido al camión de diseño:

➢ Deflexión debido a la carga repartida más 25% del camión de diseño

30 Momentos en la sección Figura N° 3.13 Diagrama de Momentos en las vigas interiores debido a la carga viva.

Figura N° 3.14 Diagrama de momento en las vigas exteriores debido a la carga viva.

Figura N° 3.15 Diagrama de momentos en las vigas interiores debido a la carga muerta .

31 Figura N° 3.16 Diagrama de momentos en las vigas exteriores debido a la carga muerta.

Figura N° 3.17 Diagrama de momento en las vigas interiores según estado limite de resistencia I.

Figura N° 3.18 Diagrama de momento en las vigas exteriores según estado límite de resistencia I.

32 Figura N° 3.19 Momento vigas interiores según estado límite de servicio I.

Figura N° 3.20 Diagrama de momento vigas exteriores según estado de servicio I.

33

4. CAPITULO IV-DISEÑO 4.1. LOSA DE TABLERO VEREDA ESTADO LIMITE DE RESISTENCIA I: 𝑀𝑈 = 1.25 ∗ 𝑀𝐷𝐶 + 1.75 ∗ 𝑀𝐿

𝑀𝑈 = 1.25 ∗ 1.427 + 1.75 ∗ 0.432 = 2.541 𝑇𝑛 − 𝑚 Peralte efectivo para momento negativo:

𝑑 = 200 − 50 −

𝐴𝑠 =

12.7 = 143.65 𝑚𝑚 2

0.85 ∗ 𝑓 ′ 𝑐 ∗ 𝑏 ∗ 𝑑 2 ∗ 𝑀𝑈 ∗ (1 − √1 − ) 𝑓𝑦 ∅ ∗ 0.85 ∗ 𝑓 ′ 𝑐 ∗ 𝑏 ∗ 𝑑2

𝐴𝑠 = 4.81 𝑐𝑚2 /𝑚

Acero adicional necesario:

Usando:

∅ = 3/8′′

𝐴𝑠 = 4.81 − 3.8 = 1.01 𝑐𝑚2 /𝑚

𝑆=

0.71 ∗ 100 = 700 𝑚𝑚 1.01

∅ = 3/8′′ @ 600 𝑚𝑚

ESTADO LIMITE DE RESISTENCIA I: 𝑀𝑈 = 1.25 ∗ 𝑀𝐷𝐶 + 1.5 ∗ 𝑀𝐷𝑊 + 1.75 ∗ 𝑀𝐿+𝐼 𝑀2 = 1.25 ∗ 0 + 1.5 ∗ 0.1 + 1.75 ∗ 2.86 = 5.16 𝑇𝑛 − 𝑚 𝑀3 = 1.25 ∗ 0 + 1.5 ∗ 0.1 + 1.75 ∗ 2.60 = 4.70 𝑇𝑛 − 𝑚 𝑀+ = 1.25 ∗ 0.355 + 1.5 ∗ 0.073 + 1.75 ∗ 2.61 = 5.12 𝑇𝑛 − 𝑚

34 Acero negativo: 𝑑 = 200 − 50 − 7.94 = 142 𝑚𝑚

𝐴𝑠 =

0.85 ∗ 𝑓 ′ 𝑐 ∗ 𝑏 ∗ 𝑑 2 ∗ 𝑀𝑈 ∗ (1 − √1 − ) 𝑓𝑦 ∅ ∗ 0.85 ∗ 𝑓 ′ 𝑐 ∗ 𝑏 ∗ 𝑑2 𝐴𝑠 = 10.27𝑐𝑚2 /𝑚

𝑀𝑈 = 5.16 𝑇𝑛 − 𝑚

Usando:

∅ = 5/8′′

𝑆=

1.98 ∗ 100 = 192.8𝑚𝑚 10.27

∅ 5/8′′ @ 175 𝑚𝑚

Acero positivo:

𝑑 = 200 − 25 −

𝐴𝑠 =

12.7 = 168.65 𝑚𝑚 2

0.85 ∗ 𝑓 ′ 𝑐 ∗ 𝑏 ∗ 𝑑 2 ∗ 𝑀𝑈 ∗ (1 − √1 − ) 𝑓𝑦 ∅ ∗ 0.85 ∗ 𝑓 ′ 𝑐 ∗ 𝑏 ∗ 𝑑2

𝐴𝑠 = 8.38 𝑐𝑚2 /𝑚

𝑀𝑈 = 5.12 𝑇𝑛 − 𝑚

Usando:

∅ = 1/2′′

𝑆=

1.27 ∗ 100 = 151.6 𝑚𝑚 8.38

∅ 1/2′′ @ 150 𝑚𝑚

Acero de repartición: 𝐴𝑅 =

𝐴𝑅 =

Usando:

3840 √2400

∅ = 1/2′′

3840 √𝑆

< 67% 𝐴𝑠

= 78.38% > 67% 𝐴𝑠

𝑆=

∴ 𝐴𝑅 = 0.67 ∗ 8.38 = 5.61 𝑐𝑚2 /𝑚

1.27 ∗ 100 = 226.4 𝑚𝑚 5.61

Acero de temperatura: 𝐴𝑠𝑡 = 0.0018 ∗ 𝑏 ∗ ℎ 𝑐𝑚2

∅ 1/2′′ @ 200 𝑚𝑚

35 𝐴𝑠𝑡 = 0.0018 ∗ 100 ∗ 20 = 3.6 𝑐𝑚2 /𝑚

∅ = 3/8′′

Usando:

𝑆=

0.71 ∗ 100 = 197.2 𝑚𝑚 3.6

∅ 3/8′′ @ 175𝑚𝑚

Esquema de Armado:

∅ 5/8′′ @ 175𝑚𝑚

∅ 3/8′′ @ 175𝑚𝑚

50 𝑚𝑚 200 𝑚𝑚 25 𝑚𝑚 ∅ 1/2 @ 200 𝑚𝑚 ∅ 1/2@ 150 𝑚𝑚

4.2. VIGA PRINCIPAL Cálculo de acero principal Verificación de que el área de acero esté dentro de los límites reglamentarios. Para ello aplicamos las expresiones reglamentarias:

𝐴𝑠 𝑚𝑖𝑛 =

0.7 ∗ √𝑓 ′ 𝑐 𝐹𝑦

Luego utilizaremos 7∅ = 3/4′′

∗𝑏∗𝑑 =

0.7 ∗ √280 ∗ 50 ∗ 131.83 = 18.38 𝑐𝑚2 4200

36 Diseño de viga T

Estado límite de resistencia 1: 𝑀𝑈 = 1.25 ∗ 𝑀𝐷𝐶 + 1.5 ∗ 𝑀𝐷𝑊 + 1.75 ∗ 𝑀𝐿+𝐼 𝑀2 = 1.25 ∗ 305.94 + 1.5 ∗ 15.2 + 1.75 ∗ 123.41 = 621.19𝑇𝑛 − 𝑚

𝑏𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡 = 𝑏 = 2.4𝑚 Diseñará como una viga rectangular.

d=140-17.5= 122.5 cm(tres capas) 𝑀𝑢 = 621.19 ∗ 10^5 𝑘𝑔 − 𝑐𝑚

0.85 ∗ 𝑓 ′ 𝑐 ∗ 𝑏 ∗ 𝑑 2 ∗ 𝑀𝑈 𝐴𝑠 = ∗ (1 − √1 − ) 𝑓𝑦 ∅ ∗ 0.85 ∗ 𝑓 ′ 𝑐 ∗ 𝑏 ∗ 𝑑2

𝐴𝑠 = 140 𝑐𝑚2 Luego utilizaremos 15∅ = 1 3/8 ′′

con estribos de ∅ = 1/2′′

37

5. ANEXOS