MEMORIA DE CÁLCULO PUENTE PRUSIA

MEMORIA DE CÁLCULO PUENTE PRUSIA

1. INTRODUCCIÓN.- El puente es diseñado consideran los estados limites especificados en la norma AASHTO LRFD a fin de lograr los objetivos de constructivos, seguridad y serviciabilidad, considerando debidamente los aspectos relacionados con la inspección, economía y estética.

2. FILOSOFÍA DE DISEÑO.- El diseño por resistencia de los elementos y conexiones se determina en base a su comportamiento inelástico, aun cuando las solicitaciones se determinan mediante análisis elásticos. El propósito fundamental del diseño del puente, es lograr una estructura económica y segura, que cumpla con ciertos requisitos funcionales y estéticos. Para alcanzar esta meta, el diseñador debe tener un conocimiento completo de las propiedades de los materiales, del comportamiento estructural y de la relación entre la distribución y la función de una estructura, de la mecánica, y del análisis estructural; debe tener también, una apreciación clara de los valores estéticos y contribuir así, a la obtención de un buen funcionamiento de la estructura. En el diseño estructural, juegan un papel importante la teoría de las estructuras, le mecánica estructural, y la "experiencia" para valuar ciertos datos que en general, se basan en suposiciones ingenieriles.

3. ESTADOS LÍMITES.- A menos que se especifique lo contrario, cada uno de los elementos y conexiones satisfacen la siguiente ecuación:

Donde: γi : Factor de Carga, Multiplicador de base estadística que se aplica a las solicitaciones. ηi : Factor de Modificación de las Cargas, factor relacionado con la ductilidad, redundancia e importancia operativa. Qi : Solicitaciones.

φ : factor de resistencia, multiplicador de base estadística que se aplica a la resistencia nominal, según lo especificado en la norma AASHTO LRFD vigente. Rn : Resistencia Nominal Rr : Resistencia Mayorada: φRn 3.1. Estado Límite de Servicio.-

El estado límite de servicio se debe considerar como restricciones impuestas a las tensiones, deformaciones y anchos de fisura bajo condiciones de servicio regular.

3.2. Estado Límite de Fatiga y Fractura.- El estado límite de fatiga se considera como restricción impuesta al rango de tensiones que se da como resultado de un único camión de diseño ocurriendo el número anticipado de ciclos del rango de tensión. El estado límite de fractura se debe considerar como un conjunto de requisitos sobre resistencia de materiales de las especificaciones sobre materiales de AASHTO.

3.3. Estado Límite de Resistencia.- Se considera el estado límite de resistencia para garantizar que se provee resistencia y estabilidad, tanto local como global, para resistir las combinaciones de cargas estadísticamente significativas especificada que se anticipa al comportamiento que un puente puede experimentar durante el periodo de diseño.

3.4. Estados Límites correspondientes a Eventos Extremos.-

De ser necesario se considera el estado límite correspondiente a eventos extremos para garantizar la supervivencia estructural de un puentes durante una inundación o sismo significativo, o cuando es embestido por una embarcación, un vehículo o un flujo de hielo, posiblemente en condiciones socavadas.

4. CARGAS Y COMBINACIONES DE CARGA.-

4.1. Combinaciones de Carga.-

Con el fin de poder considerar todas las condiciones de carga posible, y siendo éstas las más desfavorables para la estructura, se consideran las siguientes

combinaciones de carga las cuales han sido extraídas de la norma AASHTO LRFD:

El significado de las distintas variables que se presentan la tabla expuesta se puede encontrar en la norma AASHTO LRFD.

4.2. Cargas.- Las cargas permanentes incluyen el peso propio de todos los componentes de la estructura, accesorios e instalaciones de servicio unidas a la misma, superficies de rodadura, futuras sobre capas y ensanchamientos previstos. Las cargas vivas son distribuidas en el número de carriles de diseño que se determinen por calculo, considerando la relación w/3600, siendo w el ancho libre de la calzada entre barreras, en [mm]. Si en algún caso particular la calzada tuviera un ancho libre comprendido entre 6000 y 7200 [mm] se tendrá 2 carriles de diseño, cada uno de ellos de ancho igual a la mitad del ancho de calzada.

Debido a la probabilidad de ocurrencia de que se encuentre más de un carril cargado, esta memoria de cálculo basa su resultados sobre la teoría expuesta en el Art. 3.6.1.1.2 de la norma AASHTO LRFD y considerando los siguientes factores de presencia múltiple.

Las cargas de diseño que se considera es un vehículo sobre la calzada del puente o estructuras incidental, designada con la sigla HL-93 y consiste en una combinación de camión de diseño o tándem de diseño y la carga carril.

5. DEFORMACIONES.- El puente es diseñado a manera de evitar los efectos estructurales o psicológicos indeseados que provocan las deformaciones. A pesar de aquellos, salvo en el caso de los tableros de placas ortótropas, las limitaciones referidas a deflexiones y profundidad son optativas, cualquier desviación importante de las prácticas relacionadas con la esbeltez y las deflexiones que en el pasado resultaron exitosas son revisadas.

En ausencia de otros criterios, para las construcciones de aceros y/u hormigón se pueden considerar los siguientes límites de deflexión:

- Carga vehicular, general Longitud/800 - Cargas vehiculares y/o peatonales Longitud/1000 - Carga vehicular sobre voladizo Longitud/300 - Cargas vehiculares y/o peatonales sobre voladizos Longitud/375

6. DIMENSIONAMIENTO.- El pre-dismensionamiento obedece a las condiciones establecidas en el Manual de Diseño de Puentes del MTC. 6.1. ARRIOSTRE LATERAL.-

Confiere todos los elementos que conforman los arcos metálicos principales característicos de la estructura.

6.1.1. Viga Superior (VSuperior).-

El dimensionamiento obedece a la relación esfuerzo es proporcional a la fuerza sobre el área de la sección.

6.1.2. Viga Inferior (VInferior).-

Vsuperior

746 mm

862 mm

38 mm

25m

m

350 mm 38 mm38 mm

900 mm

25m

m

6.1.3. Diagonales (Dia-01).-

6.1.4. Montantes (Mon-01).-

6.2. ARRIOSTRE SUPERIOR.- 6.2.1. Viga Arriostre Superior (Vas-01).-

Vinferior

350 mm25 mm25 mm

285 mm

90 mm

285 mm

875 mm

25m

m

25 mm

25m

m

250 mm

15mm

350 mm

25 mm

25 mm

Dia-01

20 mm

200 mm

350 mm

25 mm

25 mm

15mm

Mont-01

20 mm

6.3. ARRIOSTRE INFERIOR.- 6.3.1. Viga Principal 01 (Pinf-01).-

6.3.2. Viga Principal 02 (Pinf-02).-


200 mm

300 mm 268 mm

16 mm

16 mm

92 mm

16 mm 92 mm

Vas-01

12mm

200 mm

800 mm760 mm

20 mm

20 mm

20 mm90 mm

90 mm

Vpinf-01

15mm

200 mm

400 mm 368 mm

16 mm

16 mm

16 mm

92 mm92 mm

Vpinf-02

12mm

200 mm

350 mm310 mm

20 mm

20 mm

20 mm

90 mm90 mm

Vpinf-03

15mm


6.4. LOSA DE CONCRETO.-

200 mm

800 mm736 mm

32 mm

32 mm

32 mm84 mm

84 mm

Vpinf-04

18mm

DETALLE LOSA ARMADA (dos direcciones)

5/8 @ 20 cm 5/8 @ 20 cm 2%Protector Asfáltico 1.5"

5/8 @ 20 cm

5/8 @ 20 cm

75 cm 75 cm360 cm

5/8 @ 20 cm5/8 @ 20 cm2%Protector Asfáltico 1.5"

112.99 cm

20 cm

191.47 cm

20 cm

191.58 cm

20 cm

191.47 cm

20 cm

112.99 cm

2 cm2 cm

Desague Pluvial 4" pvc @ 4 m Desague Pluvial 4" pvc @ 4 m

Casetón Teckopor45 cm Casetón Teckopor 45 cm

179° cm

40 c

m

20 c

m

25 c

m

360 cm

7. CÁLCULO DE LAS SOLICITACIONES.- 7.1. SUPERESTRUCTURA.-

En la mayoría de los códigos los principios de diseño están claramente definidos, ya que al definir los requisitos y principios de diseño los códigos tratan estructuras enteras y no sólo secciones. Sin embargo, a diferencia de lo que ocurre con los principios, los procedimientos de dimensionamiento y los procedimientos de verificación se concentran en secciones, y se realizan diferentes verificaciones para las diferentes acciones, tales como los momentos y las fuerzas de cortante. Además, las reglas de detallado incluidas en los códigos pretenden garantizar la seguridad global de las estructuras. Los programas de análisis estructural son una herramienta importante hoy día, ya que se pueden modelar estructuras completas o elementos medulares para el buen funcionamiento de dichas estructuras; los programas de análisis se deben tomar como una ayuda para la rapidez de la obtención de los elementos mecánicos para el diseño de las estructuras, aunque el ingeniero está obligado a manejar dichos elementos con el criterio de optimizar el diseño y consciente de que los resultados son aproximadamente los esperados. Para el cálculo de la estructura se ha utilizado el software CSI BRIDGE en su versión 15, el cual permite el cálculo de puentes en base a elementos finitos y álgebra matricial para los elementos del tipo vigas. CSIBridge permite un diseño y adaptación rápida y sencilla de puentes de acero y concreta. Los modelos de puentes pueden definirse usando pestañas y botones que utilizan términos comunes de ingeniería de puentes, tales como líneas de carril, componentes de la superestructura o subestructura, soportes, pilares, y postensado. Los Carriles y Vehículos pueden definirse rápidamente e incluir efectos de anchura. Están disponibles gráficas de Grantt sencillas y prácticas para estimular el modelado y construcción de secuencias y programación. Construcción en Etapas, flujo plástico y análisis por agrietamiento, tensión en cables para el objetivo de las fuerzas y la flecha o deflexión, no-linealidad geométrica (P-Delta y grandes desplazamientos), no-linealidad en materiales, pandeo, análisis estático y dinámico, todo esto esta disponible en CSIBridge. El diseño por AASHTO LRFD se incluye para puentes de acero y concreto con combinaciones de carga automatizadas. El diseño sísmico y revisión de capacidades puede automatizarse para incluir análisis lateral pushover. La capacidad de carga por Rating se utiliza para determinar la “Capacidad a la Carga Viva” de un puente. Las demandas de cargas muertas se sustraen de la capacidad de la sección y el numero resultante se divide por las demandas de

carga viva. (basado en las cargas vehiculares especificadas en el código). El numero resultante es el llamado factor “Rating”. Los factores de “Rating” mayores a 1 indican que el puente es adecuado para soportar el trafico existente. Si el factor de “Rating” es menor que 1, se indican restricciones de peso en los vehículos para asegurar condiciones de operación segura en el puente. Completamente integrado en el paquete de diseño CSiBridge es el poder del motor de análisis SAPFire, incluyendo la construcción por etapas, la fluencia y el análisis de la contracción, no linealidad geométrica (P-delta y grandes desplazamientos), la no linealidad del material ( superestructura, rodamientos, subestructura y el suelo apoya), pandeo y Análisis estático y dinámico. Todos estos se aplican a un modelo único y completo. Además, el diseño AASHTO LRFD se incluye con combinaciones de carga automática, diseño de la superestructura, y lo último en diseño sísmico.

7.1.1. DEFORMADA MÁXIMA.-

7.1.2. HOJA RESUMEN REACIONES.-

7.1.3. ARRIOSTRE LATERAL.-

7.1.3.1. Viga Superior (VSuperior).- Fuerzas Actuantes:

Diseño del Elemento según LRFD:

7.1.3.2. Viga Inferior (VInferior).- Fuerzas Actuantes:

7.1.3.3. Diagonales (Dia-01).- Fuerzas Actuantes:

7.1.3.4. Montantes (Mon-01).- Fuerzas Actuantes:

7.1.4. ARRIOSTRE SUPERIOR.-

7.1.4.1. Viga Arriostre Superior (Vas-01).- Fuerzas Actuantes:

7.1.5. ARRIOSTRE INFERIOR.-

7.1.5.1. Viga Principal 01 (Pinf-01).- Fuerzas Actuantes:

7.1.6. CONEXIONES.-

7.1.7. LOSA DE CONCRETO.-

7.2. SUB-ESTRUCTURA.-

7.2.1. ESTRIBOS.- Se diseñaran principalmente para resistir los empujes del terreno sobre los elementos, tales como muros o columnas, y deberán cumplir con los factores de seguridad al deslizamiento y al volteo (AASHTO 4.4.9), para el deslizamiento se calculan las fuerzas verticales y se multiplican por el coeficiente de fricción entre el concreto y el tipo de terreno, la relación de este resultado entre las fuerzas laterales no deberá sobrepasar los factores de seguridad al deslizamiento; para el volteo se calculan los momentos actuantes y los momentos resistentes y la relación de momentos actuantes entre resistentes no deberá sobrepasar los factores de seguridad al volteo. La condición de empuje de tierras es la que en la mayoría de los casos rige, pero también se deberán revisar los efectos de sismo y las descargas al terreno por carga muerta más carga viva.

7.2.2. CÁLCULO DE LA CAPACIDAD PORTANTE.-

8. LANZAMIENTO DE LA ESTRUCTURA.- Para el lanzamiento de la estructura se ha previsto el uso de 4 gruas de 150 toneladas cada una que aproximará la estructura metálica a su posición final. Las maniobras se realizarán usando rodillos, polines, tecles y tilfor con las dimensiones y capacidades adecuadas para la carga. Se adjunta un video explicativo con un puente de ejemplo lanzado con este sistema.

9. BIBLIOGRAFÍA.- 9.1. Puentes. Diseño, análisis y construcción, Hernández Ibáñez, S., E.T.S.I.C.C.P.

Universidade da Coruña, La Coruña, 2002.

9.2. Puentes, Leonhardt, F., Presses Polytechniques Romandes, Lausanne.

9.3. Bridges, Brown, D.J., Ed. Mitchell Beazley, Londres.

9.4. Les Ponts, Marrey, B., Picard, París.

9.5. Puentes y sus constructores, Steiman, D. & Watson, S., Colegio de I.C.C. y P.

9.6. Pontes históricas de Galicia, Nárdiz, C. & otros, Colegio de I.C.C. y P.

9.7. Concepción de puentes, Grattesat, G., Editores Técnicos Asociados, Barcelona.

9.8. Prestressed Concrete Bridges, Menn, C., Springer-Verlag, Viena.

9.9. Curso de puentes, Monleón, S., Vol. I y II, SPUPV, Valencia.

9.10. Estructuras de hormigón armado, Leonhardt, F., Tomo VI, Ed. El Ateneo, Buenos Aires.

9.11. Bridge Deck Behaviour, Hambly, E., E & FN Spon, Londres.

9.12. Analysis and Design of curved steel bridges, Nakai, H. & Chai Hong, Y., McGraw-Hill, Nueva York.

9.13. Bridge Substructure and Foundation Design, Xanthakos, P., Prentice Hall, New Jersey.

9.14. Theory and Design of Bridges, Xanthakos, P., John Wiley & Sons Inc., 1994.

9.15. Wind Effects on Structures. Fundamentals and Applications to Design, Simiu,E & Scanlan, R.H., John Wiley & Sons Inc., 1996.

9.16. Recomendaciones para el proyecto de puentes metálicos, RPM-95, Ministerio de Fomento.

9.17. Recomendaciones para el proyecto de puentes mixtos, RPM-95, Ministerio de Fomento

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