diseño de puente
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Facultad de ingeniería
Carrera ingeniería civil
“Trabajo de puentes”Autor
Gutierres Facundo alexProfesor
2015
INTRODUCCIÓN
A través de la historia los puentes son elementos principales en las carreteras y sus funciones son distintas desde unir grandes tramos por la separación de un río, o los viaductos que sirven para unir caminos separados por terrenos profundos, hasta los que se utilizan en los pasos a desnivel. Estos además se deben construir de una manera funcional y segura para facilitar el desplazamiento de la población y realizar labores económicas y sociales. En nuestro país son muchas las condiciones que se deben tomar al momento de analizar y diseñar puentes, la peligrosidad y la vulnerabilidad sísmica, las cargas que soportan estas estructuras como: cargas vivas, accidentales, de impacto, etc. El mal diseño de estas cargas producirá daños en el concreto y el acero. El tipo de cimentaciones también es importante ya que este conforma la raíz del puente sosteniendo en el suelo toda la estructura, y un mal diseño podría ocasionar daños como la socavación.
OBJETIVO
General.
Proponer análisis y diseño de subestructuras para puentes de claros cortos y medianos utilizando las especificaciones AASTHO para el diseño de puentes.
Específicos.
Elaborar un material de consulta que sirva al lector para conocer acerca del Análisis y diseño de subestructuras para puentes más usuales en nuestro país. Aplicación de las especificaciones AASTHO para el diseño de puentes. En base a todas las variables que intervienen en el análisis y diseño estructural de puentes mostrar cómo deben ser consideradas según las normas ASSHTO y la forma en que estas afectan a la subestructura. Realizar una secuencia de los pasos a seguir en el diseño de los elementos de la subestructura
Diseñar una alosa de puente simplemente apoyada de 12m de longitud, con armadura principal paralela al tráfico y la sección transversal que se muestra. Utilizar concreto f’c=210kg/cm2 y f’y=4200kg/cm2. La carga viva a utilizar es HL-93.
Luz 12 m
Solución:Pre-dimensionamiento
tmin=1.2(12000+3000)
30=0.60mTomamos t=0.60m
Diseño de franja interior(1.0m de ancho)1. Momentos de flexión por cargas.
Carga muerta (DC):W losa=0.60mx 1.0mx 2.4
Tm3
=1.44 Tm
MDC=W losax L
2
8=1.44 x12
2
8=25.92T−m
Carga por superficie de rodadura (DWW asf 2' '=0.05mx 1.0mx2.25
Tm3
=0.113 Tm
MDW=W asf 2' ' x L
2
8=0.113 x12
2
8=2.034T−m
Carga viva (LL)
Para el vehículo HL-93, y con la consideración de la carga dinámica (33%) en estado límite de resistencia I:
M ¿+ℑ=98.83T−m
Siendo la luz del puente L=8m > 4.6m, el ancho de faja E para carga viva es aplicable. El momento se distribuye en un ancho de faja para carga viva E:
Caso de dos ó más vías cargadas:E=2100+0.12√L IW I ≤
WN L
L1=8m≤18m=8000mmW 1=8.4m≤18m=8400mm(2ó más vías)W 1=8.4m≤9m=8400mm (para1vía)W=ancho total=8.4m=8400mmN L=númerode vías
N L=w3.6
=7.63.6
=2SiendoW el ancho libre de lacalzada .
E=2100+0.12√12000 x 8400≤ 8.42E=3.30≤4.2m
Caso de una via cargada:
E=250+0.42√L IW I
E=250+0.42√12000 x 8400=4.47m
El ancho de faja critico es E=3.08m
M ¿+ℑ=98.83T−m3.30m
=29.95 T−mm
2 Resumen de momentos flectores y criterios LRFD aplicables.
Momentos positivos por cargas (Franja Interior)
Carga M(+) T-m
ᵞ Resistencia
1Servicio
1Fatiga
DC 8.64 1.25 1 0DW 0.90 1.5 1 0
LL+IM 19.03 1.75 1 0.75
Resistencia1 :U=n[1.25DC+1.5DW +1.75 (¿+ℑ )]Servicio1:U=n [1.0DC+1.0DW+1.0 (¿+ℑ ) ]Fatiga :U=n[0.75 (¿+ℑ )]
3 Cálculo del aceroParael estado Límitede Resistencia1 , conn=nDnRnI=1M u=n [1.25DC+1.5DW+1.75 (¿+ℑ ) ]M u=1.25 (25.92 )+1.5 (2.03 )+1.75 (19.029 .95 )=87.86T−m
A s principal paralelo altráficoUtilizando A Sɸ=1’ ’ yunrecubrimiento r=2.5cm
z=2.5+ 2.542
=3.77 cm
d=0.60cm−3.77 cc=56.23cm
AS=0.85 x f ' c xbxd
f yx (1−√1− 2x M u
0.85 x 0.9x f c xbx d2 )
AS=0.85 x210 x100 x56.23
4200x (1−√1− 2x 82.46 x105
0.85 x 0.9 x210 x100 x56.232 )=39.58 cm2
a=AS x f y
0.85 x f c xb= 39.5 x 42000.85 x210 x100
=9.29
La separación será : s= 5.139.58
=0.14
Usar1ɸ1 ’’@0.14m
ASmáximo
Una secciónnosobre reforzada cumplecon : cde
≤0.42
β1=0.85 para f c=¿210 kgcm2
¿
c= aβ1
=7.550.85
=8.88 cm
de=41.23 cmcde
= 8.8841.23
=0.22≤0.42OK !
ASmínimoLa cantidad de acero proporcionado debe ser capaz de resistir el menor valor de1.2Mcr y 1.33Mu:
1.2M cr=1.2 f r xS=1.2x 29.13kgcm2 x33750cm
3=11.8T−m
Siendof r=0.63√ f cMPa=2.01√ f c kg
cm2=2.01√210kgcm2
=29.13 kgcm2
S=bx h2
6=100 x 45
2
6=33750 cm3
1.33M u=1.33 x45.45T−m=60.45T−mEl menor valor es 11.8 T-m y la cantidad de acero calculada (32.1 cm2) resiste Mu=45.45 T-m > 11.8 T-m OK!
ASdedistribución
%=1750√S
≤50%
%= 1750√12000
=19.57%
Asrepartido=0.1957 x 39.58 cm2=7.75cm2
Utilizando varillas ɸ 58
' '
, la separación será :s= 26.28
=0.32m
Usar1ɸ 58
' '
@0.32m
ASde temperaturaAstemp=0.0018 x Ag=0.0018 x 45 x100=8.1cm
2
Astemp=8.1cm2
2=4.05 cm2
capa
Utilizando varillas ɸ 12
' '
, laseparación será : s=1.294.05
=0.32m
Usar1ɸ 12
' '
@0.32m
B.4 Revisión de figuración por distribución de armadura.
Esfuerzomáximo del acero
f sa=Z
(dcA )13
≤0.6 f y
Para el acero principal positivo (dirección paralela al tráfico)
dc=2.5+2.542
=3.77 cm
b=espc del acero=16 cm
nv=númerode varillas=1
A=(2dc) xb
nv=2x 3.77 cmx 16cm
1=120.64 cm2
Z=30000 Nmm
=30591 kgcm
f sa=30591
(3.77 x 120.64)13
=3978 kgcm
f sa≤0.6 x 4200kgcm2=2520
kgcm2
Esfuerzodel acero bajocargas de servicio
f s=M s cl
n
Para el diseño por Estado Límite de Servicio l, con n=nDnRn I=1M s=n[1.0M DC+1.0M DW+1.0M¿+ℑ]
M s=1.0 [1.0 x8.64+1.0 x0.90+1.0 x19.03 ]=28.57 T−mm
Para un ancho tributario de 0.16mM s=28.57
T−mm
x 0.16m=4.57T−m
E s=200000MPa=2039400 kgcm2
Ec=15344 √ f c=15344 √210=222356 kgcm2
n=Es
Ec=2039400222356
=9
Área de acero transformada:A st=relaciónmodularxÁreade aceroA st=9 x5.10 cm
2=45.9 cm2
Momentos respecto del eje neutro para determinar y:
16 y y2=45.9(41.23− y )
8 y2+45.9 y−1892.46=0
y=12.78cm ,c=41.23cm− y=28.45cm
Inercia respecto del eje neutro de sección transformada:
I=A stC2+b y
3
3
I=45.9 x 41.232+ 16x 12.783
3=89158 cm4
Luego :
f s=M sCI
n=4.57 x105 x 28.45
89158x9=1312 kg
cm2
f s=1312kgcm2< f sa=2520
kgcm2
OK !
CONCLUSIONES
Como se ha podido apreciar, los puentes son estructuras que pueden cambiar la vida de los seres humanos, pues significan más que el acceso a un territorio inicialmente dividido por características geográficas, sino que representan una serie de oportunidades para las sociedades involucradas, ya sea en el ámbito social, cultural y económico .Es por eso que la fabricación de puentes se torna tan importante, y en particular en el caso de la sierra del Perú, donde existen abundantes desniveles territoriales y características geográficas que pueden dividir y aislar pueblos enteros .Esto muestra que las ventajas superan significativamente a las desventajas, convirtiendo la construcción de puentes en una inversión rentable y de gran beneficio para las comunidades involucradas, ya sea como parte del plan de gobierno brindando inclusión a pueblos o en el ámbito de empresas particulares acortando trechos para agilizar su recorrido de producción .La fabricación del puente y la elección de sus materiales estará dado principalmente por un análisis del territorio donde se pretende construir (en el caso de la sierra peruana, rocoso o arcilloso) junto con sus factores ambientales y en base a un estudio de materiales donde se analizará su coeficiente de elasticidad y su tendencia a la dilatación, siendo elegidos para contribuir con la resistencia del puente a la compresión, flexión otracción. Es así que por esto, y la elección del tipo de puente, resulta ideal la construcción de un puente colgante en la sierra peruana, puesto a la gran flexibilidad que su forma leotorga, haciéndolo resistente a desplomarse por el efecto de los fuertes vientos queafectan dicha zona del Perú