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