Proyecto de Grado Puente Arco

Proyecto de grado '"Diseño estructural de un puente Arco"

1ra Alternativa.-

se aprecia que existe una curva horizontal dentro del trazado, en la prograsiva 8+668.14 de un radio

de 80 m, tambien si se ve la vista en planta del diseño (ver anexos) se puede ver que esta alternativa

tiene enormes terraplenes con una base maxima de 41.5 m lo que nos indica la enorrme cantidad de

relleno necesario para lograr el terraplen.

Esta alternativa se descarta para el diseño del presente trabajo, ya que como se mensiono esta siendo

diseñada por el SEDECA, y no es etico realizar el mismo diseño para poder estudiar otras alternativas

de solucion.

Primeramente se procede a dar una describcion de lo que se pretende realizar en el presente trabajo,

de manera de establecer bien los componentes del proyecto y sus dimenciones para la primera etapa

del proyecto.

El tramo carretero que se tiene ya en diseño por parte del SEDECA en la progresiva 8+620 tien una

depresion natural producida por el rio Carachy Mayu de manera que existe la necesidad de una obra

ingenieril para lograr salvar dicha depresion, existe en la institucion del SEDECA el diseño y la

alternativa de su diseño es la construccion de un puente pretensado de 32.3 metros y terraplenes que

sobrepasan los 8 metros de altura, lo que encarece la obra y produce un daño al ambiente mediante la

destruccion de vegetacion, lo que propone el presente trabajo es el uso del arco como estructura

principal de manera de abarcar una mayor luz y de aprobechar la estructura del suelo que es rocoso,

usando tambien estensiones del puente para lograr una mayor cobertura eliminando lo mas posible el

relleno.

A continuacion se muestra el perfil longitudinal de la carretera proporcionado por el SEDECA donde se

muestra las alternativas a estudiar:

Es la que se esta diseñando en el SEDECA donde se pretende construir un puente de 32.3m de

longitud con estrivos que sobrepasan los 8.3 mentros y con rellenos costosos, alterando

completamente el entorno natural del area.

PREDIMENCIONAMIENTO DE L PUENTE

2243.00

2244.00

2245.00

2246.00

2247.00

2248.00

2249.00

2250.00

2251.00

2252.00

2253.00

2254.00

2255.00

2256.00

2257.00

2258.00

2259.00

2260.00

2261.00

2262.00

8+580.00 8+590.00 8+600.00 8+610.00 8+620.00 8+630.00 8+640.00 8+660.00 8+670.00 8+680.00 8+690.00 8+700.00 8+710.00 8+720.00 8+730.00 8+740.00 8+750.00 8+760.00 8+770.00 8+780.00

2263.00

2264.00

2265.00

2266.00

2267.00

2268.00

2269.00

2270.00

2271.00

2272.00

8+650.00

PC 8+668.14

H=8.6 m

H=5.46 m

1


2da Alternativa.-

Describcion de la alternativa seleccionada:

Esta alternativa tiene por objeto reducir al maximo el volumen de relleno, minimizando asi el impacto

ambiental que este conlleva y proponiendo la estructura de arco para lograr asi el aporte academico

del estudiante, esta alternativa es estructuralmente mas compleja por lo que atravieza por una curva

horizontal, de modo que debera ser estudiada para ello.

Esta alternativa consta de tres tramos que se pueden diferenciar claramente , el primero consta de un

puente losa continuo de 2 banos de 4.5 metros que esta continuo al tablero superior del segundo

tramo que es un puente arco de 40 metros de luz, y el ultimo tramo, es un puente losa de 5 banos

continuos de 10 metros en curva, por lo que se tomo en cuenta que el arco este en posicion recta.

Esta configuracion permite reducir el volumen de relleno considerablemnte, de modo que no se

afecta en gran manera al medio ambiente, tambien permite esteticamente un paisaje adecuado para

el turismo en la region donde en epoca humeda presenta un hermoso sitio para el entretenimiento.

A continuacion se realiza el predimencionamiento de las distintas partes que constituyen el esquema

seleccionado.

2243.00

2244.00

2245.00

2246.00

2247.00

2248.00

2249.00

2250.00

2251.00

2252.00

2253.00

2254.00

2255.00

2256.00

2257.00

2258.00

2259.00

2260.00

2261.00

2262.00

Ele

vació

n

8+580.00 8+590.00 8+600.00 8+610.00 8+620.00 8+630.00 8+640.00 8+660.00 8+670.00 8+680.00 8+690.00 8+700.00 8+710.00 8+720.00 8+730.00 8+740.00 8+750.00 8+760.00 8+770.00

2263.00

2264.00

2265.00

2266.00

2267.00

2268.00

2269.00

2270.00

2271.00

2272.00

8+650.00

PC 8+668.14

H=4.37 mH=3.13 m

2


TABLERO DEL PUENTE:

Ancho de via:

Espesor de la losa:

4500 250 25 cm

4450 248.3333 25 cm

10000 433.3333 45 cm

Espesor de la losa en voladizo de la acera:

Espesor externo de la losa: 13 cm

Espesor interno de la losa: 20 cm

Postes y barandado:

Calculo del numero de postes:

Separacion entre postes: 2.00 m

No. de Postes: 46.00 postes

Como se tienen losas de 4.5 metros, de 4.45 metros y otras de 10 metros se calcula para los tres

casos:

De igual manera en el Art. 13.7.3.1.2 recomienda el espesor para la losa en voladizo de la acera, por

lo que se tomanar unas medidas similares dandole algo mas de estetica:

Se dispondran postes cada 2 metros a lo largo de la luz del puente, con barandas horizontales de

hormigon armado, cumliendo las normas del Art. 13.8.1 donde nos indica la geometria necesaria para

su diseño.

El tablero del puente pretendido se debe dimensionar de acuerdo a la norma de puentes AASHTO

LRFD y a la norma ABC de nuestro pais, de manera con satisfaga los requisitos para su buen

funcionamiento.

El ancho de via esta en funcion al diseño de la carrera el cual es perteneciente al SEDECA, que nos

indica un ancho de carril de 3.5m lo cual esta dentro de las normas AASHTO LRFD de puentes, que

indica como ancho minimo a 3m.

Segun las recomendaciones de la norma AASHTO LRFD en la tabla 2.5.2.6.3-1 para losas de tramos

continuos se debe tomar usar la siguiente formula:

3000165

30

Smm

si S mm h mm

si S mm h mm

. 1Postes

Postes

LNo

S

2243.00

2244.00

2245.00

2246.00

2247.00

2248.00

2249.00

2250.00

2251.00

2252.00

2253.00

2254.00

2255.00

2256.00

2257.00

2258.00

2259.00

2260.00

2261.00

2262.00

Ele

vació

n

8+580.00 8+590.00 8+600.00 8+610.00 8+620.00 8+630.00 8+640.00 8+660.00 8+670.00 8+680.00 8+690.00 8+700.00 8+710.00 8+720.00 8+730.00 8+740.00 8+750.00 8+760.00 8+770.00

2263.00

2264.00

2265.00

2266.00

2267.00

2268.00

2269.00

2270.00

2271.00

2272.00

8+650.00

PC 8+668.14

H=4.37 mH=3.13 m

si S mm h mm

3


Esquema grafico:

Pavimento:

Esquema grafico del tablero:

El siguiente grafico nos indica las dimensiones del tablero en el tramo 1-2 (puente arco):

Donde se evidensia que se esta siguiendo las

recomendasiones de la norma que estipula

que la altura no debe ser menor que 1.06m y

los espacios libres deben ser 0.15m hasta

una altura de 0.685m despues puede ser

0.20m

Debido a que la carretera en la ruta esta construida por pavimento flexible es este el que se usara. Y

los espesores se adoptan de modo que esten dentro de las normas de la AASHTO LRFD que indica

espesores entre 5 - 10 cm. Con un bombeo de 1.5%.

El siguiente grafico nos indica las dimensiones del tablero en el ultimp tramo pretendido (Puente losa

curvo):

0.12

0.15

0.12

0.15

0.12

0.15

0.20

1.10 1.08

0.15

0.12

0.15

Pavimento flexible e=5-10 cm

Losa e=25cm1.5%

1.00 1.003.50

1.10

0.13

0.35

0.25

0.75

0.25

0.75

0.25

0.80

0.55

0.20

0.25

7.00

0.20

0.45

7.00


Losa e=45cm1.5%

1.00 1.003.50

1.10

0.13

0.55

0.25

0.75

0.25

0.75

0.25

0.80

0.75

4


Seccion de las vigas transversales que soportan el tablero:

Tramo del arco (1-2):

0.455 m

0.45 m

Tramo curvo (3):

0.583 0.438

adoptado: 0.5 m

Seccion de las pendolas (columnas):

Seccion del arco en estudio:

La viga se presenta en 3 vanos, dos de ellos en voladizo y el central formando una longitud continua

de 7m, por lo que segun AASHTO ( ya que sera diseñada como viga T):

Las recomendaciones de ACI para la base de la viga son de alrededor de la mitad de la altura, pero en

el proyecto estara en funcion a las dimensiones de la columana para lograr una seccion continua.

Este tramo estara constituido por las losas y estas estaran apoyadas en pilas similares a las pendolas

del arco por lo que sus dimensiones seran:

Devido a observaciones en de puentes similares (de arco) se opta por asumir primeramente una

seccion para las pendolas de 40cm x 40cm lo que podra ser modificado al momento del diseño, para

las columnas de las pilas de la losa de la parte curva se tomara como 60cm x 60cm de igual manera

podran ser modificadas.

De igual manera la seccion del arco se la predimenciona de acuerdo a las observaciones realizadas a

puentes similares, de 80cm x 60cm.


Losa e=25cm1.5%

1.00 1.003.50

1.10

0.13

0.35

0.25

0.75

0.25

0.75

0.25

0.80

0.55

0.20

0.25

7.00

0.20

0.45

7.00


Losa e=45cm1.5%

1.00 1.003.50

1.10

0.13

0.55

0.25

0.75

0.25

0.75

0.25

0.80

0.75

0.065*h L

h

h

12 16

L Lh

h

5


Relacion de la luz y la flecha recomendada: 5.714 m/m

Luz de calculo del puente arco: 40 m

Flecha a utilziar: 7 m

Por recomendaciones bibliograficas, en el libro Estructuras de Hormigon Armado en su tomo VI, del

autor Fritz Leonhardt, para puentes arcos biempotrados (hiperestaticos) indica que la flecha deberia

cumplir con la siguiente relacion:

Pretendiendo una luz de 40 metros para el puente y sabiendo que las limitaciones del perfil del diseño

vertical de la carretera permiten hasta una altura de flecha de 7 metros, esta se elije para poder

reducir las reacciones horizontales.

DEFINICION DE LA FLECHA ADOPTADA PARA EL PROYECTO

: 2 10l f

:l f

l f


ESQUEMA DE LAS CARGAS QUE ACTÚAN EN EL ARCO:

DETERMINACIÓN DE LAS CARGAS ACTUANTES:

PESO DE LOS POSTES MÁS LOS BARANDADOS:

Luz de calculo del puente arco: 40 m

Separacion de los postes: 2 m

21 (numero de postes por lado)

Como se muestra en el grafico, no se toman en cuenta las cargas en los apoyos del arco, porque estos

no afectan al arco sino directamente a la fundacion, es asi que es necesario determinar los valores de

las cargas que seran variables debido al peso de las columnas que son de diferentes alturas, es asi que

a continuacion se muestra la estimacion de dichas cargas.

Se determina el peso linal por lado de los postes, es decir el peso total de los postes mas los

barandados divididos entre la luz total del puente.

La configuracion del arco debe ser tal que se aprobeche al maximo la caracteristica del hormigon que

es su resistencia a compresion, por lo que se debera evitar los esfuerzos de flexion elevados en la

pieza del arco, esto se lo trata de lograr mediante el estudio de la funicular de las cargas de peso

muerto para la configuracion realizada en el predimencionamiento.

Una forma de entender el funcionamiento del arco es imaginarlo “invertido”. Colgando una serie de

pesos de una cuerda, ésta tomará espontáneamente la forma de la curva funicular. Se definirá un

“arco inverso”, en el que la directriz trabajará a tracción, y no a compresión.

Por lo que a continuacion se realiza el estudio con la ayuda de la teoria de los cables para determinar

la forma del arcomas adecuada.

DEFINICION DE LA ECUACION DE LA DIRECTRIZ PARA EL ARCO DEL PROYECTO

. 1Postes

Postes

LNo

S

.PostesNo


Peso especifico del Ho.Ao.: 2400 Kg/m ³

Visata transversal del poste mas el barandado: Vista de las seciones del poste:

Volumen del poste: 0.029 m ³

Peso del poste: 69.30 Kg

Peso de todos los postes: 1455.30 Kg

Volumen del barandado: 2.304 m ³

Peso del barandado: 5529.60 Kg

PESO TOTAL DE LOS POSTES+BARANDADO: 6984.90 Kg

CARGA LINEAL DE LOS POSTES+BARANDADO: 174.62 Kg/m

PESO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE:

Peso especifico del Pavimento flexible.: 2250 Kg/m ³

Volumen de pavimento sobre el puente: 21 m ³

Peso del Pavimento flexible: 47250 Kg

CARGA LINEAL DEL PAV. FLEX: 590.63 Kg/m

Nota.- Esta carga distribuida esta tanto en el margen izquierdo como en el derecho, de manera que

esta es la que sera transferida a uno de los dos arcos del puente mediante las pendolas.

0.15

0.20

1.10

0.12

0.12

0.15

0.15

0.20

0.15

1 2 *2

Poste

A AV h

.*Poste Poste Ho AoP V

. . *T postes Postes PosteP No P

* *barandado filasV A L N

. .*T barandado barandado Ho AoP V

. . .T pst brd T postes T baranadoP P P

.

.

T pst brd

T pst brd

Pq

L

. . .*P flex P flex P flexP V

.

.2

P flex

P flex

Pq

L


Nota.- De modo similar esta carga es la que se transfiere a un arco.

PESO DEL TABLERO:


Volumen del tablero del puente: 90.88 m ³

Peso del tablero sobre el puente arco: 218112 Kg

CARGA LINEAL DEL TABLERO : 2726.40 Kg/m

Nota.- De modo similar esta carga es la que se transfiere a un arco.

PESO DE LAS VIGAS TRANSVERSALES:


Volumen de la viga transversal: 1.26 m ³

Peso de la viga transversal: 1512.00 Kg

Nota.- Este peso es puntual para un arco.

DETARMINACION DE LA CARGA TRANSMITIDA A UNA PENDOLA:

17049.83 Kg

Como se muestra en el anterior esquema el area de aporte a una pendola es de 4.45m por lo tanto las

cargas actuantes seran todas las que estan dentro de esta area y:

Nota.- Esta carga es transmitida a cada una de las pendolas, pero no se toma en cuenta el peso propio

de las pendolas, por lo que a continuacion se hace un analisis para estimar un peso aproximado de

dichos pesos.

.*Tab Tab Ho AoP V

2

TabTab

Pq

L

.*

2

vig Ho Ao

vig

VP

Área de aporte a una pendola 4.45m

PTot.

qPst+brd.=174.62 Kg/m

Pvig.=1512 Kg Pvig.=1512 Kg Pvig.=1512 Kg

4.45 4.45

qTab =2726.4 Kg/m

qPav.=590.63 Kg/m

. 4.45*Tot vig Pst brd Pav TabP P q q q


ESTIMACION DE LOS PESOS DE LAS PENDOLAS:

De modo que podemos crear la siguiente tabla en funcion a las caracteristica


Lado de la col rectangular: 0.4 m

Altura Peso prop.

m Kg

1 4.96 1904.64

2 2.92 1121.28

3 1.63 625.92

4 1 384

5 1 384

6 1.63 625.92

7 2.92 1121.28

8 4.96 1904.64

Peso prop. Peso prop.

Kg Ton

1 18954.47 18.954

2 18171.11 18.171

3 17675.75 17.676

4 17433.83 17.434

5 17433.83 17.434

6 17675.75 17.676

7 18171.11 18.171

8 18954.47 18.954

Pendola

Del grafico del arco realizado en autocada podemos acotar las posibles alturas de las pendolas o

columnas para tener una mayor idea del peso que se transmite al arco:

Por lo que el peso que se transfiere al arco vendra a ser la suma de estos pesos mas el peso de aporte

determinado anteriormente, con lo que ahora si se puede crear la siguiente tabla de las cargas

puntuales finales por peso propio de la estructura:

Pendola

2.921.63 1.00

4.96

2.921.631.00

4.96


DETERMINACION DE LA LINEA FUNICULAR PARA LAS CARGAS

A continuacion se grafica el diagrama de momentos de la viga producida por la cargas:

Resumen de los resultados:

72.230 T

319.979 T.m

557.075 T.m

713.314 T.m

790.878 T.m

Como en el centro del tramo la altura es 7 m y el momento es 790.878 T.m se calcula:

112.983

Aplicando el teorema general de los cables, se aplican las cargas a una viga como se muestra en la

siguiente figura:

Se supone un cable cargado con las cargas estudiadas anteriormente y con una flecha de 7 metros en

el centro de su luz, para determinar su forma:

h=7m

y 1

y 2

y 3 y 4

y 1

y 2

y 3y 4

18.95T

18.17T

17.68T17.43T

18.95T

18.17T

17.68T17.43T

18.95T 18.17T 17.68T 17.43T 17.43T 18.95T18.17T17.68T

40m

4.43 4.45 4.45 4.45 4.45 4.45 4.45 4.45 4.43

DIAGRAMA DE MOMENTOS

M1

M2M3

M4

M8

M7M6

M5

MH

y

1 2R R

1 8M M

2 7M M

3 6M M

4 5M M


Es asi que podemos calcular las otras flechas como sigue:

2.832 m 0 0

4.43 2.832

4.931 8.88 4.931

13.33 6.313

6.313 17.78 7

22.23 7

26.68 6.313

31.13 4.931

35.58 2.832

40 0

11 8

My y

H

22 7

My y

H

33 6

My y

H

y = -0.0177x2 + 0.7088x + 0.0174R² = 1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Arco de la inversa de la curva funicular de las cargas

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