CURSO DE PUENTES.pdf

INGENIERIA CIVIL

CURSO

:

DISEÑO DE PUENTES

PUENTES Ing. Elsa Carrera Cabrera

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Definición • Puente es toda estructura en general que nos permite salvar obstáculos naturales, como ríos, valles, lagos o brazos de mar; y a su vez obstáculos artificiales, como vías férreas o carreteras, con el fin de unir o dar continuidad a los Ing. Elsa Carrera Cabrera caminos.

Partes SUPERESTRUCTURA

INFRAESTRUCTURA

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Clasificación de los Puentes 1.2.3.4.5.6.7.-

Por el Servicio que prestan Por el Material de la Superestructura Por la Forma de la Estructura Según el Tiempo de Vida útil Según el Tipo de Apoyo Por el Proceso Constructivo Por su Trazo Geométrico. Ing. Elsa Carrera Cabrera

Clasificación 1.-

Por el servicio que prestan - Acueductos

- Viaductos

- Peatonales

Ing. Elsa Carrera Cabrera

2.-

Por el material de la superestructura • • • • •

De madera De concreto armado De concreto presforzado De acero De sección compuesta

Ing. Elsa Carrera Cabrera

2.-

Por el material de la superestructura

•De madera Ing. Elsa Carrera Cabrera

2.-

Por el material de la superestructura

•De concreto Ing. Elsa Carrera Cabrera

2.-

Por el material de la superestructura

• De concreto presforzado Ing. Elsa Carrera Cabrera

2.-

Por el material de la Superestructura

•De acero

•De sección compuesta

Ing. Elsa Carrera Cabrera

3.- Por la forma de la superestructura a) Losa Maciza b) Losa Aligerada c) Vigas Cajón d) Vigas T e) Vigas I y Sección Compuesta. f ) Arco g) Atirantado h) Colgante i ) Pórtico j ) Reticulado Ing. Elsa Carrera Cabrera

3.- Por la forma de la superestructura

a) Losa maciza

b) Losa aligerada Ing. Elsa Carrera Cabrera

3.- Por la forma de la superestructura

c) Vigas Cajón

Ing. Elsa Carrera Cabrera

3.- Por la forma de la superestructura

d) Vigas “T”

e) Vigas “I”

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Propiedades de las Secciones de las Vigas I de AASHTO - PCI Sección

Area/pul2

Momento de Inercia/p

Cb / pul.*

Rango de Luz/pie

I

276

22,750

-12.59

30 - 45

II

369

50,980

-15.83

40 - 60

III

560

125,390

20.87

55 - 80

IV

789

260,730

24.73

70 - 100

* Distancia del centro de gravedad a la cara inferior

VIGAS DE CONCRETO PRETENSADO AASHTO - PCI Ing. Elsa Carrera Cabrera

3.- Por la forma de la superestructura

f) Arco

g) Atirantado

Ing. Elsa Carrera Cabrera

3.- Por la forma de la superestructura h) Colgante

i) Pórtico

Ing. Elsa Carrera Cabrera

3.- Por la forma de la superestructura

j) Reticulado

Ing. Elsa Carrera Cabrera

4.-

Según el tiempo de vida útil a) Provisionales

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Panel de Puente Bailey

Ing. Elsa Carrera Cabrera

PUENTES BAILEY Secciones Transversales DOBLE DOBLE SIMPLE SIMPLE

DOBLE DOBLE REFORZADO

SIMPLE SIMPLE REFORZADO

TRIPLE DOBLE DOBLE SIMPLE

DOBLE SIMPLE REFORZADO

TRIPLE SIMPLE

TRIPLE SIMPLE REFORZADO

SIMPLE TRIPLE

Ing. Elsa Carrera Cabrera

TRIPLE DOBLE REFORZADO

TRIPLE TRIPLE

4.-

Según el tiempo de vida útil b) Definitivos

Ing. Elsa Carrera Cabrera

5.-

Según el tipo de apoyo

a) Isostáticos

a.1)

Simplemente apoyado

a.2)

Tipo Gerber Ing. Elsa Carrera Cabrera

5.-

Según el tipo de apoyo b) Hiperestáticos b.1) Continuo

Ing. Elsa Carrera Cabrera

5.-

Según el tipo de apoyo b) Hiperestáticos

b.2) Pórtico o Marco Ing. Elsa Carrera Cabrera

6.-

Por el Proceso Constructivo a) Vaciados en sitio

Ing. Elsa Carrera Cabrera

6.-

Por el Proceso Constructivo b) Compuestos

Ing. Elsa Carrera Cabrera

c) Por Dovelas

d) Prefabricados

Ing. Elsa Carrera Cabrera

7.-

Por su trazo geométrico Eje Carretera

a) Recto

Eje Carretera

b) Esviado Eje de la Carretera

c) Curvo Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puentes en Planta

a) Tramo recto

Configuración Estructural en Planta

b) Tramo curvo

b) Tramo recto

c) Tramo recto en esviaje

b) Tramo recto en esviaje

d) Tramo curvo en esviaje

b) Tramo curva e) Tramo combinado

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Ejemplos

Puente de la Barqueta Arco con tablero intermedio Ing. Elsa Carrera Cabrera

Ejemplos

Puente en la Bahía de Sydney (Australia) Arco con tablero intermedio Ing. Elsa Carrera Cabrera

Ejemplos

Puente de La Unidad Atirantado Ing. Elsa Carrera Cabrera

Ejemplos

Puente Vasco (Portugal) Atirantado Ing. Elsa Carrera Cabrera

Ejemplos

Puente de Las Americas Arco Reticulado Metálico Ing. Elsa Carrera Cabrera

Ing. Elsa Carrera Cabrera

ALCANTARILLAS

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Alcantarillas de Planchas Estructurales

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Alcantarillas de Concreto

a) Entrada Ing. Elsa Carrera Cabrera

b) Sección

Puentes Colgantes

Por: Ing. Elsa Carrera Cabrera Ing. Elsa Carrera Cabrera

En los puentes colgantes, la estructura resistente básica está formada por los cables principales, que se fijan en los extremos del vano a salvar y tienen la flecha necesaria para soportar, mediante un mecanismo de tracción pura, las cargas que actúan sobre él. Ing. Elsa Carrera Cabrera

La gran virtud y a su vez defecto de los puentes colgantes es su ligereza. Esta ligereza los hace más sensibles que ningún otro tipo de puente al aumento de las cargas de tráfico que circulan por él, porque su relación peso propio/carga de tráfico es mínima.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Actualmente los puentes colgantes se utilizan casi exclusivamente para grandes luces; por ello, salvo raras excepciones, todos tienen tablero metálico.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Los 10 Puentes Colgantes más Largos Nº

Puente

Tramo

Location

Año

1

Akashi-Kaikyo

1991 m

Kobe-Naruto, Japón

1998

2

Great Belt East

1624 m

Korsor, Denmark

1998

3

Runyang

1490 m

Zhenjiang-Yangzhou, China

2005

4

Humber

1410 m

Hull, Britain

1981

5

Jiangyin

1385 m

Jiangsu, China

1999

6

Tsing Ma

1377 m

Hong Kong, China

1997

7

VerrazanoNarrows

1298 m

New York, NY, USA

1964

8

Golden Gate

1280 m

San Francisco, CA, USA

1937

9

Höga Kusten

1210 m

Kramfors, Sweden

1997

10

Mackinac

Ing. Elsa Cabrera City, MI, USA 1158 m Carrera Mackinaw

1957

Los principios de funcionamiento de un puente colgante son relativamente simples. La implementación de estos principios, tanto en el diseño como en la construcción, es el principal problema de ingeniería. En principio, la utilización de cables como los elementos estructurales más importantes de este puente tiene por objetivo el aprovechar la gran capacidad resistente del acero cuando está sometido a tracción.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

El cable es un elemento flexible, lo que quiere decir que no tiene rigidez y por tanto no resiste flexiones. Si se le aplica un sistema de fuerzas, tomará la forma necesaria para que en él sólo se produzcan esfuerzos axiales de tracción.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Debido a que los cables principales van a soportar casi la totalidad de las cargas que actúan sobre el puente, se suele utilizar acero de alta resistencia (con esfuerzos de rotura superiores a los 15000 Kg./cm2); y para que estos tengan la flexibilidad apropiada, para trabajar exclusivamente a tracción, los cables de gran diámetro están constituidos por un sinnúmero de cables de diámetro menor.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

El cable principal es el elemento básico de la estructura resistente del puente colgante. Su montaje debe salvar el vano entre las dos torres y para ello hay que tenderlo en el vacío. Esta fase es la más complicada de la construcción de los puentes colgantes.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Inicialmente se montan unos cables auxiliares, que son los primeros que deben salvar la luz del puente y llegar a anclajes extremos. La mayoría de los grandes puentes colgantes están situados sobre zonas navegables, lo que permite pasar los cables iniciales con un remolcador; pero ésto no siempre es posible.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Los elementos fundamentales son el cable principal, las péndolas y un tablero sin rigidez, o lo que es lo mismo, con articulaciones en los puntos de unión con las péndolas. En la mayoría de los puentes colgantes, las péndolas que soportan el tablero son verticales.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

De los cables principales se sujetan y suspenden tensores equidistantes en la dirección longitudinal del puente, que generalmente son cables de menor diámetro o varillas de hierro enroscadas en sus extremos, conocidas como péndolas. La separación entre tensores o péndolas es usualmente pequeña, teniendo valores entre 3 y 8 metros. Ing. Elsa Carrera Cabrera

De la parte inferior de los tensores se sostienen: – Vigas transversales (prefabricadas de acero o concreto) – Vigas de rigidez (longitudinales), que unen todos los tensores. Estas últimas conforman una estructura similar a una viga continua sobre apoyos elásticos, determinados por la ubicación de las péndolas. Este esquema de funcionamiento estructural permite que las dimensiones transversales de las vigas de rigidez y de las vigas transversales dependan de la distancia entre péndolas.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

La malla de vigas longitudinales y transversales se puede arriostrar y rigidizar mediante diagonales y contra diagonales. Estos persiguen la formación de un diafragma horizontal de gran resistencia a la flexión en la dirección horizontal para resistir las solicitaciones transversales al puente sobre ese plano horizontal como son la acción dinámica de los sismos y del viento.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

El esquema clásico de los puentes colgantes admite pocas variaciones; los grandes se han hecho siempre con un cable principal en cada borde del tablero.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Las torres han sido siempre los elementos más difíciles de proyectar porque son los que permiten mayor libertad. Por eso, en ellas se ha dado toda clase de variantes. La mayoría tienen dos pilares con sección cajón de alma llena, unidos por riostras horizontales, o cruces de San Andrés.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

La componente vertical de la tensión del cable es fácilmente resistida por las torres de sustentación, pero para resistir la componente horizontal que produciría su vuelco se deben crear mecanismos para compensarla. Para puentes vehiculares inicialmente la solución T2 del problema consiste en extender el puente y los Acción Equilibrante cables principales hacia Transmitida por los el otro lado de la torre, Cables del Voladizo para equilibrar total o parcialmente las cargas permanentes. Ing. Elsa Carrera Cabrera

T1 Acción Transmitida por los Cables del Tramo Central

Las torres no plantean problemas especiales de construcción, salvo la dificultad que supone elevar piezas o materiales a grandes alturas; las metálicas del puente Verrazano Narrows tienen una altura desde el nivel del mar de 210 m, y las de hormigón del puente Humber de 155 m.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Con el objeto de reducir los costos de los macizos de anclaje, estos son construidos en hormigón armado, conformándose celdas selladas llenas de lastre (piedra y tierra) dentro de los estribos.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

El montaje del tablero se ha hecho en muchos de los grandes puentes colgantes por voladizos sucesivos, avanzando la ménsula desde una péndola a la siguiente, de la que se cuelga; el avance se hace simétricamente desde la torre hacia el centro del vano principal y hacia los extremos.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Otro sistema de montaje, que se ha utilizado en la mayoría de los últimos grandes puentes, y en todos los de sección en cajón, consiste en dividir el tablero en dovelas de sección completa que se llevan por flotación bajo su posición definitiva, y se elevan a ella desde los cables principales mediante cabrestantes; una vez situadas en su posición definitiva se cuelgan de las péndolas.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puentes Colgantes con fiadores cargados

L‘

L

Ing. Elsa Carrera Cabrera

L’

Puentes Colgantes con fiadores descargados

MACIZO DE ANCLAJE

TORRE

CABLE

VIGA DE RIGIDEZ

L

Ing. Elsa Carrera Cabrera

PENDOLA

Puentes Atirantados

Por: Ing. Elsa Carrera Cabrera Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puentes Atirantados

Este tipo de puentes surge como una variante de los puentes colgantes. Ing. Elsa Carrera Cabrera

Los elementos que constituyen la estructura resistente de este tipo de puentes son: los cables, las torres y el tablero. De ellos, los más importantes son los tirantes, que son cables rectos que levantan el tablero, proporcionándoles una serie de apoyos intermedios más o menos rígidos.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Las torres sirven para elevar el anclaje fijo de los tirantes, de forma que introduzcan fuerzas verticales en el tablero para crear los seudo – apoyos.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

El tablero interviene en el esquema resistente, porque los tirantes, al ser inclinados, introducen fuerzas horizontales que se deben equilibrar a través de él.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

El más largo en servicio es el Tatara en Japón de 890 m.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Y el más alto es el puente Millau en Francia.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Se estima que en menos de 40 años la luz máxima se va a incrementar. Este carácter singular de los puentes atirantados les confiere un valor de novedad que los han convertido en el puente privilegiado del momento actual. AÑO 1955 1957 1959 1969 1970 1975 1983 1986 1991 1992 1993 1995 1999

NOMBRE Stromsund Teodor Heuss Severin Knei Duisburg Saint Nazaraire Barrios de Luna Alex Fraser Iguchi Kvarnsund Yang Pu Normandie Tatara

LUZ 183 m 260 m 302 m 320 m 350 m 404 m 440 m 465 m 490 m 530 m 602 m 856 m 890 m

VIGA Acero Acero Acero Acero Acero Acero Concreto Concreto Acero Concreto Concreto Acero Acero

Ing. Elsa Carrera Cabrera

TORRE Acero Acero Acero Acero Acero Acero Concreto Concreto Acero Concreto Concreto Concreto Acero

PAIS Suecia Alemania Alemania Alemania Alemania Francia España Canada Japón Noruega China Francia Japón

Longitudinalmente pueden tener dos torres y ser simétricos, o una sola torre desde donde se atiranta todo el vano principal.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Pueden tener dos planos de atirantamiento situados en los bordes del tableros, o un solo plano situado en su eje.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Pueden tener muchos tirantes muy próximos , o pocos tirantes muy separado.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Pueden tener tirantes paralelos, radiales, o divergentes.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

TIPOS DE TIRANTES

Radiales o en Abanico

Paralelos o en Arpa

Divergentes Ing. Elsa Carrera Cabrera

Los radiales funcionan mejor que los paralelos porque el atirantamient o es más eficaz y las flexiones en la torre son menores. Ing. Elsa Carrera Cabrera

Los primeros puentes de este tipo tenían pocos tirantes, con separación de algo más de 50 m. Se trataba de convertir puentes de luces grandes en uno de luces medias.

Puente Yanango Ing. Elsa Carrera Cabrera

Actualmente, el número de tirantes es mucho mayor y se utilizan distancias entre anclajes que varían entre cinco y veinte metros, por lo que la flexión local, o sea la producida por la distancia entre apoyos, es muy pequeña en comparación a la flexión producida por la deformación general de la estructura. Esto da lugar a que ahora se considere a los tirantes como un medio de apoyo casi continuo y elástico al tablero.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Las torres se pueden iniciar en los cimientos, o se pueden iniciar a partir del tablero, de forma que el conjunto tablero - torres - tirantes se apoya sobre pilares convencionales Ing. Elsa Carrera Cabrera

Las torres pueden tener diversas formas;

Estar formadas por dos pilas, por una sola, pueden tener forma de A, forma de Ing. Elsa Carrera Cabrera Y invertida, etc.

Las torres, en los grandes puentes atirantado con planos de atirantamiento en ambos bordes del tablero, pueden ser análogas a las de los puentes colgantes: dos pilares verticales o ligeramente inclinados, unidos entre sí por vigas horizontales o cruces de San Andrés; se han construido muchos puentes atirantados con torres de este tipo.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Si los tirantes están contenidos en planos inclinados, la solución clásica es la torre en forma de A, que se ha utilizado con frecuencia desde los primeros puentes atirantados hasta los actuales. A partir de esta forma base se han realizado una serie de variantes. Ing. Elsa Carrera Cabrera

La mayoría de las torres de los puentes atirantados son verticales en el plano de elevación del puente, en algunos casos la torre está inclinada.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

El tablero interviene en el esquema resistente básico de la estructura del puente atirantado porque debe resistir las componentes horizontales que le trasmiten los tirantes. Estas fuerzas generalmente se equilibran en el propio tablero.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

La sección transversal del tablero depende de la ubicación de los tirantes; los que están atirantados en el eje son generalmente un cajón cerrado con volados laterales.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puente Rayito de Sol

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puentes Arco

Por: Ing. Elsa Carrera Cabrera Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puentes Arco

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Son atractivos y se construyen de acero, de concreto armado o pretensado y a veces, de madera. Hasta el siglo XIX fue utilizada la piedra labrada.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Este tipo de puente consiste en un arco, por donde se transmiten las cargas, con apoyos a los extremos del vano. La forma de arco le permite a la estructura sostenerse sobre dos apoyos relativamente distantes utilizando materiales que sólo resisten compresión.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

El arco es una estructura que reparte las tensiones de manera que se producen compresiones en todas las partes del arco. Las tracciones y flexiones se evitan o reducen al mínimo, con lo cual se consigue que materiales que no resisten tracciones pueden ser usados para la construcción de este tipo de puentes. Ing. Elsa Carrera Cabrera

Partes Generales del Puente TABLERO

CLAVE ARCO EJE DEL ARCO

F=FLECHA

COLUMNA

CIMENTACION

ROCA

ARRANQUE

L = LUZ Ing. Elsa Carrera Cabrera

El tablero puede estar apoyado o colgado de esta estructura principal, dando origen a distintos tipos de puentes. ARCO CON TABLERO SUPERIOR

ARCO CON TABLERO INTERMEDIO

Ing. Elsa Carrera Cabrera

TABLERO SUPERIOR: Las cargas se transmiten al arco con elementos a compresión, llamados “montantes”.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

TABLERO INFERIOR: Las cargas son transmitidas al arco con elementos a tensión, llamados “tirantes o tensores”.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

TABLERO INTERMEDIO: Se combina la acción

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Los puentes en arco trabajan transfiriendo el peso propio del puente y las sobrecargas de uso hacia los apoyos mediante la compresión del arco, donde se transforma en un empuje horizontal y una carga vertical. Normalmente la esbeltez del arco (relación entre la flecha máxima y la luz) es alta, haciendo que los esfuerzos horizontales sean mucho mayores que los verticales. Por este motivo, son adecuados para sitios capaces de proporcionar una buena resistencia al empuje horizontal.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Muchos puentes modernos, hechos de acero u hormigón armado, poseen forma de arco y tienen parte de su estructura cargada en tensión (tirante), esto posibilita una reducción o eliminación de la fuerza horizontal ejercida contra los apoyos, permitiendo su construcción en suelos más débiles

Vista Perspectiva

Ing. Elsa Carrera Cabrera

En un puente multi-arco, desde cada arco se transmiten las cargas sobre sus vecinos; por esto, es necesario construir todos los arcos al mismo tiempo (y al mismo ritmo), para que las fuerzas horizontales que se producen, se compensen entre los arcos consecutivos. Ing. Elsa Carrera Cabrera

Esta clase de puentes puede ser de: • Tímpano de celosía diagonal, cuya rigidez queda asegurada por miembros diagonales colocados entre el cuerpo del arco (intradós) y el tablero • Arco de celosía vertical • Arco de losa o viga de alma llena. Ing. Elsa Carrera Cabrera

Los arcos de acero pueden construirse con articulación doble, en los estribos, o triple, en cuyo caso existe una articulación más situada en la clave del arco. Los arcos de celosía vertical pueden estar unidos a los estribos en forma rígida, en cuyo caso componen un arco fijo no articulado. Las articulaciones tienen por objeto permitir los pequeños desplazamientos causados por las variaciones de carga y temperatura.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puente de Alcántara, Toledo (España), año 104 Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puente de Valentré (siglo XIV), Francia

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puente de Rialto, Venecia, 1592

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Pasarela de las Artes, París (Francia), 1804. (Arco Reticulado) Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puente sobre el Mississippi , San Luis (USA), 1874. (Arco Reticulado) Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puente del puerto de Sydney, 1932. Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puente Bolognesi, Piura

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Vista Puente Bolognesi

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Proceso Constructivo

Ing. Elsa Carrera Cabrera

1.- Construcción por voladizos sucesivos: Ee el más frecuente, se avanza desde los pilares o estribos. Presenta numerosas variantes.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

2.- Construcción sobre cimbra: Sistema clásico, donde las dovelas se apoyan en una estructura auxiliar hasta cerrar el arco.

3.- Construcción por autocimbra: El arco metálico hace de autocimbra y armadura para el definitivo. Ing. Elsa Carrera Cabrera

4.- Abatimiento de los semiarcos: Consiste en construir los dos semiarcos en la vertical de los estribos y una vez concluidos abatirlos mediante un giro hasta cerrarlos en la clave.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

5.- Construcción mediante cable colgado: Se construyen torres provisionales en los estribos y se cuelgan cables de los cuales penden las dovelas que se empalman hasta cerrar el arco.

6.- Traslación horizontal o vertical: Se utiliza para arcos de tablero inferior habitualmente. Ing. Elsa Carrera Cabrera

PROCESO CONSTRUCTIVO DEL ARCO DE RICOBAYO

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Avance en voladizo con rigidización por tirantes

Imagen de medio arco en voladizo con los tirantes a tracción. Ing. Elsa Carrera Cabrera

Imagen de los dos voladizos y la viga de lanzamiento de dovelas. Ing. Elsa Carrera Cabrera

Imagen de los dos voladizos. Obsérvese la ausencia de la losa superior del tablero, sustituido temporalmente por tablones de madera. Ing. Elsa Carrera Cabrera

Lanzamiento y colocación de dovela del arco.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Losas prefabricadas del tablero de hormigón acopladas en obra. Ing. Elsa Carrera Cabrera

Etapas del Proceso Constructivo Mediante Cable Colgado

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puentes Reticulados

Por: Ing. Elsa Carrera Cabrera Ing. Elsa Carrera Cabrera

PUENTES RETICULADOS

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Son aquellos que se componen de elementos conectados (generalmente rectos) que soportan esfuerzos de tracción, compresión o ambos para la acción de cargas dinámicas. Para propósitos de análisis, pueden considerarse uniones articuladas para trabajar con fuerzas axiales. Ing. Elsa Carrera Cabrera

Un análisis más complejo seria el suponer uniones rígidas con flexiones significativas en los elementos, pero obteniendo un diseño más económico.

El comportamiento de un reticulado funciona de forma análoga a una viga. •La hilera superior trabaja a compresión. •Los elementos que forman el cordón inferior trabajan a tensión. Ing. Elsa Carrera Cabrera

ESTRUCTURA METALICA TABLERO

ARRIOSTRE CORDON SUPERIOR

LOSA DE CONCRETO

VIGA TRANSVERSAL

Ing. Elsa Carrera Cabrera

RETICULADO 2

RETICULADO 1

C

Partes de un Reticulado

Líneas claras: Tracción Líneas oscuras: Compresión (en condiciones estáticas) Ing. Elsa Carrera Cabrera

• Las luces que cubren los reticulados van de pequeñas a medianas, pudiendo cubrir luces mayores a 150 m.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Bajo ciertas combinaciones especiales (como en el caso del arco reticulado), las luces pueden ser mayores, sobrepasando los 300 m.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Formas básicas de reticulado

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Tipos

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Procesos Constructivos

El montaje de la armadura: con maquinaria especializada con la cual se va realizando la construcción del puente por tramos. Ing. Elsa Carrera Cabrera

Prefabricado por partes

Las piezas prefabricadas se transportan al lugar y se conectan. Ing. Elsa Carrera Cabrera

Sistemas de Lanzamiento de Puentes Reticulados. La topografía de la quebrada y el estado hidrológico del río determina fundamentalmente el sistema de montaje mas apropiado. Entre los sistemas de lanzamiento realizados en el Perú se tiene los siguientes: • • • •

Usando nariz de lanzamiento Por medio de apoyos intermedios Por medio de cables Lanzamiento y montaje utilizando falso puente colgante. Ing. Elsa Carrera Cabrera

Lanzamiento con Apoyos Intermedios Consiste en hacer deslizar la estructura metálica completamente montada en un lado del estribo, sobre unos rodillos y auxiliándose con apoyos intermedios ubicados en el cauce.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Este sistema se usa cuando la topografía de la quebrada permite construir en el cauce apoyos temporales. Asimismo, debe contarse con un área apropiada detrás del estribo a fin de efectuar el montaje de la estructura y el lanzamiento debe efectuarse preferentemente en épocas de estiaje. Ing. Elsa Carrera Cabrera

EN EL MUNDO…

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puente Commodore Barry. Nueva Jersey, Estados Unidos. Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puente Stoney Creek. Beaver Valley, Canadá. Reticulado en arco Ing. Elsa Carrera Cabrera

Forth Bridge - Escocia Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puente Sidney - Australia Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puente De Dinosaur - Amsterdam Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puente I-95, Philadelphia, Pennsylvania Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puente Pacífico Meridional Del Ferrocarril Tempe - Arizona (1912) Ing. Elsa Carrera Cabrera

EN EL PERÚ…

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puente Reque Chiclayo

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Puente Huaytara Ica

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Shacsha - Huaraz Ing. Elsa Carrera Cabrera

Villa Rica

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Acerca de la Elaboración de un Estudio de Hidrología e Hidráulica para el Diseño de Puentes

Mediante el Estudio de Hidrología e Hidráulica se especifica aquellos aspectos hidráulicos relevantes para el diseño del puente en base a una estimación del caudal máximo de diseño y los efectos de su paso a través del conjunto cauce naturalpuente proyectado.

Elevación Puente Buenqueme

Objetivo del Estudio de Hidrología • Estimar el caudal máximo de diseño

Objetivo del Estudio de Hidráulica • Estimar las dimensiones mínimas que debiera tener la obra de cruce para evacuar el caudal máximo de diseño sin daños que paralicen el servicio de la vía ante la ocurrencia de un evento extremo previsible.

Estudio de Hidrología

Métodos de Hidrología Utilizados

• Análisis de Frecuencia • Método del Hidrograma Unitario • Método Racional

Selección de la Metodología Apropiada • Cuando se trata de un río que cuenta con información hidrométrica (caudales máximos), la serie histórica de tales datos puede ser adquirida y puede llevarse a cabo un análisis de frecuencia que proporcione el caudal máximo de diseño. • Si se trata de un río o quebrada que no cuenta con información hidrométrica, el caudal máximo debe ser estimado a partir de la información pluviométrica (precipitación), en tal caso se hace uso del método del hidrograma unitario o, en algunos casos, el método racional. Estos métodos requerirán la estimación de la tormenta máxima de diseño, de modo que también es necesario llevar a cabo un análisis de frecuencia con la información pluviométrica.

Ubicación del cruce puente-curso de agua • Una fuente de información importante para la ubicación del cruce puente-curso de agua son las cartas nacionales del Instituto Geográfico Nacional (IGN). Estas cartas suelen ser adquiridas a escala 1/100 000; sin embargo, también se tienen disponibles a escala 1/50 000 y 1/250 000. En estas cartas están representadas las vías asfaltadas y sin asfaltar, los cursos de agua visibles, las curvas de nivel con indicación de accidentes geográficos importantes, líneas de alta tensión, etc., con localización mediante coordenadas geográficas. • También se dispone de planos topográficos a escala 1/25 000 en el Proyecto Especial Titulación de Tierras y Catastro Rural (PETT) del Ministerio de Agricultura. Estos planos no cubren todo el territorio nacional, sólo las tierras del catastro rural; sin embargo, ello corresponde a gran parte de la costa y la sierra del Perú.

Porción de la Carta Nacional Mazuco

Fuentes de Información Hidrométrica y Pluviométrica • Existen diversas fuentes para adquirir información hidrométrica y pluviométrica, sin embargo, la más importante sería el Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI), la cual está a cargo de la mayor parte de las estaciones de medición distribuidas en el país. • Adicionalmente, puede hallarse información en Electro Perú, el Instituto Nacional de Recursos Naturales (INRENA), Proyectos Especiales de Desarrollo y empresas mineras de nuestro territorio.

Información hidrométrica y/o pluviométrica que debe adquirirse • Si el curso de agua a estudiar cuenta con una estación hidrométrica cercana a la ubicación del cruce, debe adquirirse el registro de caudales máximos, el cual suele ser proporcionado a nivel mensual, para un cierto número de años. • Si el caudal máximo de diseño debe estimarse a partir de información pluviométrica, debe adquirirse el registro de precipitación máxima en 24 horas, el cual también suele ser proporcionado a nivel mensual, para un cierto número de años. De contarse con información pluviográfica, lo cual no es usual, debe adquirirse el registro de intensidades máximas, el cual suele ser proporcionado para diferentes duraciones de tormenta, para un cierto número de años.

Delimitación de la Cuenca Hidrográfica • En el caso de una determinación del caudal máximo de diseño a partir de un registro de caudales no suele ser necesario efectuar una delimitación de la cuenca hidrográfica del río a estudiar, sin embargo, esta puede efectuarse con el fin de establecer la magnitud de esta cuenca (área) para relacionarla con el caudal máximo obtenido, sólo como descripción. • En el caso de una determinación a partir de registros de lluvia sí es imperativo delimitar la cuenca hidrográfica del río o quebrada y determinar algunas de sus características físicas, parámetros que serán utilizados para la estimación precipitación-caudal.

Características Físicas - Cuenca Buenqueme Cuadro N° 1 Características Físicas de las Cuencas

N° Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q

1 2 3 4 5 6 7 8 9 9a 9b 10 11 12 12a 13 13a 14 15

Nombre

Loro Piwicho Loro Aurora Loro Chacarero Dos de Mayo Amanapu Buenqueme

Huanquimy Villa Rosita Ronsoco El Arenal Avispa

Progresiva 315+699.00 316+017.00 316+293.50 316+809.25 317+893.80 318+295.00 320+642.60 321+456.00 322+655.00 323+237.47 324+292.70 324+875.00 326+744.00 327+135.90 327+590.48 328+134.82 328+754.60 328+982.66 329+780.00

Area (km2) 0.587 0.478 0.184 1.196 0.410 29.647 2.116 0.506 2.453 0.273 0.236 10.546 0.103 0.164 0.109 0.957 0.073 3.510 2.275

Longitud (km) 1.628 1.355 1.228 2.635 1.438 7.391 3.021 1.362 2.429 0.921 1.036 4.404 0.644 0.579 0.515 1.448 0.474 2.431 2.333

Desnivel Pendiente (m) (m/m) 0.080 130.0 0.092 125.0 0.114 140.0 0.083 220.0 0.108 155.0 0.029 215.0 200.0 0.066 165.0 0.121 200.0 0.082 50.0 0.054 60.0 0.058 150.0 0.034 65.0 0.101 60.0 0.104 60.0 0.116 65.0 0.045 100.0 0.211 180.0 0.074 190.0 0.081

tc (h) 0.26 0.21 0.18 0.36 0.21 1.21 0.44 0.19 0.34 0.19 0.20 0.76 0.11 0.10 0.09 0.29 0.07 0.36 0.33

Análisis de Frecuencia de Datos Hidrológicos • La información hidrométrica y pluviométrica disponible es histórica, con eventos cuyo patrón de ocurrencia debe ser analizado a fin de establecer la probabilidad de que se presente un evento superior al que se consideraría en el diseño o, recíprocamente, a partir de una probabilidad de excedencia adoptada, establecer cuál sería el evento de diseño. La probabilidad de excedencia viene a ser la frecuencia, la cual es equivalente a la inversa del periodo de retorno (tiempo promedio en años transcurrido entre los eventos que igualan o exceden determinada magnitud en determinado lugar).

Modelos de Análisis de Frecuencia Utilizados • Gumbel • Log Normal • Log Pearson Tipo III

Selección de la Muestra de Datos Hidrológicos para Análisis • Se dispondrá inicialmente de un registro histórico con un dato por mes y por año a partir del cual se obtendrá una muestra de longitud igual al número de años en los que se cuenta con información (longitud del registro en años). Lo usual es tomar un valor por año hidrológico: el máximo valor anual de la variable hidrológica analizada. El año hidrológico se inicia con el inicio del periodo de avenidas y finaliza con el término del periodo de sequías, periodos que se suceden año a año. • Existen otras metodologías para elaborar la muestra, sin embargo, la indicada previamente es la recomendable para el rango de periodos de retorno utilizados en el diseño de puentes.

Cuadro N° 2 Valores de Precipitación Máxima en 24 horas Utilizados* Estación: Quincemil

Año 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

*

P24 (mm) 230.8 155.0 192.0 264.2 206.5 187.3 130.2 270.0 270.0 200.0 175.4 183.8 276.2 172.2 224.0 198.9 175.4 160.0 235.5 166.1

Fuente: SENAMHI, Oficina General de Estadística e Informática

Periodos de Retorno Utilizados para el Diseño de Puentes • El periodo de retorno es un parámetro de diseño determinante. Si bien en el caso de puentes suele considerarse un periodo de retorno de diseño de 100 años, la entidad que solicita el proyecto debe indicar en los Términos de Referencia cuál será el periodo de retorno a considerar para el diseño. • En algunos casos puede recomendarse incrementar el periodo de retorno indicado en los Términos de Referencia; ello dependerá de la importancia de la estructura y las pérdidas que podrían resultar si esta falla. • En algunos casos se requiere que la socavación sea evaluada tanto para el periodo de retorno de 100 años como de 500 años.

Resultado del Análisis de Frecuencia • Caudal máximo para el periodo de retorno solicitado. • Precipitación máxima en 24 horas para el periodo de retorno solicitado. • Intensidad máxima para distintas duraciones de tormenta para el periodo de retorno solicitado.

Cuadro Nº 4 Valores de Diseño* de Precipitación Máxima en 24 Horas Estación: Quincemil

Tr (años) 2 5 10 25 50 100 500

P máx 24 hr

* Son los obtenidos con el modelo Gumbel.

197.4 242.8 272.8 310.8 338.9 366.9 431.5

En el caso de una estimación a partir de los datos de lluvia

Elaboración de la Curva IntensidadDuración correspondiente • A partir de la precipitación máxima en 24 horas determinada para el periodo de retorno de diseño solicitado puede estimarse cuál sería la precipitación correspondiente a duraciones menores a 24 horas. Para ello se utilizan factores determinados regionalmente. • Entonces puede estimarse la intensidad para tales duraciones. • El gráfico de estos valores intensidad-duración viene a ser la curva ID para el periodo de retorno considerado. Esta curva es utilizada directamente en el Método Racional.

Figura Nº 1 Intensidad de Lluvia - Duración (escala logarítmica) Estación: Quincemil

Intensidad de Lluvia (mm/hr)

1000.00

100.00

y = 114.35x-0.5715 y = 97.232x-0.5715 y = 89.823x-0.5715 y = 82.36x-0.5715

10.00

1.00 0.01

0.1

1

10

100

Duración (horas)

Tr = 2 años

Tr = 10 años

Tr = 25 años

Tr = 50 años

Tr = 100 años

Tr = 500 años

Cuadro N° 7a Caudales Máximos de Diseño de los Puentes Obtenidos con el Método Racional

N° Q 4 Q 7 Q 9 Q 15

Nombre Loro Aurora Amanapu Buenqueme Avispa

Progresiva 316+809.25 320+642.60 322+655.00 329+780.00

Area tc 2 (km ) (min) 1.196 21.8 2.116 26.5 2.453 20.6 2.275 20.1

C 0.47 0.47 0.47 0.47

I100 (mm/h) 173.36 155.12 179.13 181.90

Q100 3

(m /s) 27.09 42.90 57.41 54.07

C 0.56 0.56 0.56 0.56

I500 (mm/h) 203.88 182.43 210.67 213.92

Q500 (m3/s) 37.97 60.11 80.45 75.76

Elaboración del Hietograma de la Tormenta de Diseño • A partir de la curva ID puede elaborarse el hietograma de la tormenta de diseño, el cual es utilizado en el Método del Hidrograma Unitario. • El hietograma utilizado es un hietograma de precipitación: incrementos de precipitación para determinados intervalos de tiempo.

Figura 3 Hidrograma de Avenida Tr = 100 años - Huanquimy

250.0 Hietograma de Precipitación Efectiva

70

225.0

60

Pe (mm)

50

200.0

40 30 20 10

175.0

0 1

4

7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 Intervalo de Tiempo 0,31 h

Hidrograma Unitario

125.0 1.600 Caudal Unitario (m3/s/mm)

Caudal (m3/s)

150.0

100.0

75.0

1.400 1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 0.000

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

Tiempo (h)

50.0

25.0

0.0 0

5

10

15

20 Tiempo (h)

25

30

35

Finalmente, se habrá estimado el caudal máximo de diseño, esto es, el caudal máximo asociado a un periodo de retorno que tiene en cuenta minimizar el riesgo de falla del puente.

Estudio de Hidráulica

Métodos de Hidráulica Utilizados

• Flujo Gradualmente Variado • Flujo Uniforme (excepcionalmente) • Dinámica Fluvial General y Local

Información Necesaria • Planos topográficos con curvas de nivel cada 0,50 m en un tramo de 1 km aguas arriba y 1 km aguas abajo del cruce (ubicación del puente). • Características granulométricas del suelo (de preferencia perfiles estratigráficos) en la ubicación del cruce (a lo largo de la sección transversal). • Condición de la superficie en lecho y márgenes en el tramo estudiado (presencia de vegetación, bolonería, palizada, etc.). • De ser posible, fotografías aéreas (recientes y antiguas) que evidencien la dinámica general del cauce.

Vista hacia aguas arriba

Vista hacia aguas abajo

Vista del lecho

PROYECTO TRAMO III CONTRATISTA SUPERVISIÓN

: CORREDOR VIAL INTEROCEÁNICO SUR : Km. 300+000 al Km. 366+000 : CONIRSA : CESEL S.A.

Análisis Mecánico por Tamizado y Límites de Attembertg Puente Coordenada Prog. (Km.) Prof.

Buenqueme -- - -322+634 0,00 - 2,90

Fecha

3 de noviembre de 2006

Límite Líquido MTC E 110 Ensayo Nº de Golpes Recipiente Nº R + Suelo Hum. R + Suelo Seco Peso Recip. Peso Agua Peso S. Seco % de Humedad

Granulometria de los agregados (MTC E 107) Datos de ensayo Peso de muestra húmeda : Peso de muestra seca : Peso de muestra lavada :

L.L : NP

Peso (gr)

% Ret % Ret % que Parcial Acum. Pasa

495.0 2231.0 2417.0 3585.0 2024.0 1807.0 903.0 1733.0 1151.2 619.8 2411.5 2484.9 340.9 618.7

2.2 9.8 10.6 15.7 8.9 7.9 4.0 7.6 5.0 2.7 10.6 10.9 1.5

NP

2 24 66 41.67 37.91 22.50 3.76 15.41 24.40

3 16 31 49.49 45.37 29.33 4.12 16.04 25.69

Límite Plástico MTC E 111 Ensayo Recipiente Nº R + Suelo Hum. R + Suelo Seco Peso Recip. Peso Agua Peso S. Seco % de Humedad

100.0 97.8 88.1 77.5 61.8 52.9 45.0 41.0 33.4 28.4 25.7 15.1 4.2 2.7

2.2 11.9 22.5 38.2 47.1 55.0 59.0 66.6 71.6 74.3 84.9 95.8 97.3

L.P : NP

Especificaciones

1 4 35.96 34.86 26.77 1.10 8.09 13.60

2 18 32.28 31.04 21.86 1.24 9.18 13.51

DETERMINACION DE LIMITE LIQUIDO 16.0

15.0

% de Humedad

Malla Tamiz mm. 152.40 6" 127.00 5" 101.60 4" 76.200 3" 2 1/2" 63.500 50.600 2" 1 1/2" 38.100 25.400 1" 3/4" 19.050 1/2" 12.700 9.525 3/8" 4.760 No4 2.000 10 0.840 20 0.420 40 0.149 100 0.074 200 pasa

22822 22203

1 32 72 40.93 37.27 21.73 3.66 15.54 23.55

14.0

13.0

12.0

11.0

10.0

Numero de golpes

10

Clasificación Sucs : GW

I.P : NP

100

Clasificación AASHTO : A-1-a (0)

CURVA GRANULOMETRICA 6" 5" 4"

3" 2½" 2" 1½"

1" 3/4"

1/2" 3/8"

¼" Nº4

8 10

16

20

30

40

50 60

80 100

200

100

80 70 60 50 40 30 20 10

ABERTURA (mm)

OBSERVACIONES :

Se apresia material meyores de 2" a 3" es = 5%. Nivel Freático esta a 1,50 mts.

0.010

0.074

0.100

0.180 0.149

0.300 0.250

0.420

0.590

0.840

1.190 1.000

2.380 2.000

4.760

6.350

12.700 10.000 9.525

19.050

25.400

38.100

50.600

76.200 63.500

152.400 127.000 100.000 101.600

1000.000

0

% QUE PASA EN PESO

90

Características Hidráulicas Importantes • Las características hidráulicas del flujo en la ubicación de la obra de cruce, en caso de presentarse el caudal máximo de diseño, son determinadas generalmente mediante técnicas de flujo gradualmente variado y sólo excepcionalmente como flujo uniforme. • Son importantes: el nivel máximo que alcanzará la superficie de agua, el ancho superficial máximo correspondiente y la velocidad promedio en la sección. • También será de utilidad conocer el régimen del flujo, la pendiente hidráulica, los esfuerzos cortantes actuantes sobre el lecho del cauce, el tirante medio hidráulico, el radio hidráulico.

Puente Buenqueme

34 0.0

E le vatio n (m)

33 9.5

. 0 4 5

Plan:

1) Plan 01 16/01/2007

.045

. 0 4 5

Le gend EG PF 1 WS PF 1

33 9.0

Cri t P F 1 33 8.5

Gro und

33 8.0

B ank S ta

33 7.5 33 7.0 -20

-15

-10

-5 S ta ti on (m)

0

5

10

Puente Buenqueme

Plan: Plan 02

19/02/2007

B ue n qu e me Pu e nte

E lev at ion (m )

3 44

Lege nd

3 42

E G PF 1

3 40

WS PF 1 Cri t PF 1

3 38 G ro u nd 3 36 3 34 3 32 3 30 0

1 00

2 00

3 00

4 00

M ai n Ch an n e l Di sta n ce (m)

5 00

6 00

7 00

Estimación de la Socavación Potencial en Pilares y Estribos • Socavación general: se estima según la profundización del lecho observada a lo largo de varios años y la tendencia a futuro. • Socavación por contracción: se estima si los estribos del puente contraen el flujo en cauce, es decir, cuando la luz del puente es menor al ancho superficial máximo evaluado en un cauce sin puente o, también en el caso de una contracción natural del cauce. • Socavación local: se estima si los pilares o estribos interactúan con el flujo en cauce, lo obstaculizan, creando una dinámica local que produce una mayor socavación. • La suma de los tres tipos de socavación indicados viene a ser la socavación potencial total.

Para la estimación de la socavación por contracción y local, se cuenta con fórmulas empíricas elaboradas por distintos autores. El U.S. Department of Transportation de la Federal Highway Administration (E.E.U.U.) recomienda el uso de la ecuación de Laursen para la socavación por contracción, la ecuación de la Colorado State University (CSU) para la socavación local en pilares y la ecuación HIRE (Highways in the River Environment) de la FHWA, para la socavación local en estribos. Fuente: HEC-18 (Hydraulic Engineering Circular N° 18).

Dimensionamiento del Puente desde el Punto de Vista Hidráulico • Se puede indicar una luz de puente mayor al ancho superficial del flujo obtenido en la hidráulica del cauce sin puente; así se evita la ocurrencia de socavación local y sólo se tendrá que estimar la socavación general y por contracción. • Si la luz del puente obliga a un modelamiento hidráulico con interacción del cauce y la estructura, se tendrá que estimar una socavación potencial mayor que incluya la socavación general, por contracción y local. • Adicionando un borde libre apropiado a la elevación de agua máxima calculada, se determina la elevación mínima del tablero de puente (parte inferior). • Restando la profundidad de socavación potencial al nivel mínimo del cauce (terreno), se determina la elevación máxima de cimentación de los apoyos del puente.

Comparación para Análisis de Alternativas

Estimación de la Profundidad de Erosión Potencial - PUENTE BUENQUEME Tr = 100 años Q diseño

3 57.4 m /s

Para el caudal de diseño indicado, en la ubicación de la obra de cruce se tendría un flujo de las siguientes características (obtenido luego de utilizar el programa de cómputo Hec RAS): NA Nmin A T V Y medio Y máximo Esf. Cort. d50

338.69 337.28 19.61 19.90 2.93 0.99 1.41 173.09 16.30

m m m2 m m/s m m N/m2 mm

nivel de agua nivel mínimo del cauce área de flujo ancho superficial velocidad media tirante medio tirante máximo esfuerzo cortante total diámetro medio partículas de lecho

Estimación de la erosión general

x

0.94 3.15 1.00 0.33

coeficiente de contracción coeficiente de capacidad hidráulica coeficiente de periodo de retorno exponente que depende de d50

Nmin A T V Y medio Y máximo Esf. Cort. d50

337.28 19.61 19.90 2.93 0.99 1.41 173.09 16.30

m m2 m m/s m m N/m2 mm

nivel mínimo del cauce área de flujo ancho superficial velocidad media tirante medio tirante máximo esfuerzo cortante total diámetro medio partículas de lecho

Estimación de la erosión general

x ds

0.94 3.15 1.00 0.33 2.70 m

sg

1.3 m

coeficiente de contracción coeficiente de capacidad hidráulica coeficiente de periodo de retorno exponente que depende de d50

Estimación de la erosión por contracción Determinación del tipo de erosión y1 S1 V1 Vc

0.76 m 0.0094 1.99 m/s 1.50 m/s

V1>Vc v* w

tirante medio hidráulico sección aguas arriba pendiente de la línea de energía aguas arriba velocidad media aguas arriba velocidad crítica EROSIÓN DE LECHO VIVO

0.27 m/s 0.32 m/s

velocidad de corte velocidad de caída d50

sg

1.3 m

Estimación de la erosión por contracción Determinación del tipo de erosión y1 S1 V1 Vc

0.76 m 0.0094 1.99 m/s 1.50 m/s

V1>Vc

tirante medio hidráulico sección aguas arriba pendiente de la línea de energía aguas arriba velocidad media aguas arriba velocidad crítica EROSIÓN DE LECHO VIVO

v* w

0.27 m/s 0.32 m/s

velocidad de corte velocidad de caída d50

v*/w

0.83

ALGO DE MATERIAL EN SUSPENSIÓN

Cálculo utilizando la expresión de Laursen y1 yo Q1 Q2 W1 W2 n1 n2 k1 k2 y2 sc

0.76 0.99 55.42 57.41 39.36 19.90 0.045 0.045 0.64 0.21 1.21

m m m3/s m3/s m m

m

0.3 m

tirante medio hidráulico sección aguas arriba tirante en la sección contraída antes de erosión flujo en el cauce aguas arriba flujo en el cauce contraído, caudal total ancho del cauce aguas arriba ancho del cauce en sección contraída Manning sección aguas arriba Manning sección contraída exponente exponente tirante medio hidráulico en sección contraída

Elevación Puente Buenqueme

Obras de Protección

Son evaluadas según las características hidráulicas del flujo en el tramo estudiado, teniendo en cuenta la dinámica fluvial general. • Enrocado de protección de diámetro adecuado. • Gaviones caja y/o colchones de protección de dimensiones y calidad apropiados. • Mampostería de piedra. • Otro tipo de protección.

Finalmente, se habrá estimado las características hidráulicas del flujo ante el paso del caudal máximo de diseño, el efecto de esta hidráulica sobre el lecho y márgenes del río, y con ello, se habrá indicado los parámetros que desde el punto de vista hidrológico e hidráulico deben ser considerados en el dimensionamiento del puente.

Debe aceptarse que algunas estimaciones se basan en fórmulas empíricas que aún no son consideradas válidas para todos los casos, de modo que el criterio ingenieril debe estar presente en toda estimación; sin embargo, el avance logrado a la fecha en el conocimiento de las técnicas de hidrología e hidráulica utilizadas es tal que el estudio no puede limitarse al sólo uso de este criterio ingenieril.

La falla de un puente puede deberse a un diseño defectuoso o también puede ser resultado de los vacíos aún presentes en nuestro estado de conocimiento respecto a la compleja hidráulica fluvial; sin embargo, también es cierto que el diseño lleva asociado un riesgo y es posible la ocurrencia de un evento extraordinario superior al considerado en el análisis. No será posible la construcción de superestructuras que garanticen un riesgo cero.

Caso de la Quebrada Huanquimy

Vista hacia aguas arriba

Vista hacia aguas abajo

Vista del lecho

PUENTE HUANQUIMY Tr = 100 años Q diseño

3 170.3 m /s

Para el caudal de diseño indicado, en la ubicación de la obra de cruce se tendría un flujo de las siguientes características (obtenido luego de utilizar el programa de cómputo Hec RAS): NA Nmin A T V Y medio Y máximo Esf. Cort. d50

309.87 305.15 74.38 21.49 2.29 3.46 4.72 57.49 0.20

m m m2 m m/s m m N/m2 mm

nivel de agua nivel mínimo del cauce área de flujo ancho superficial velocidad media tirante medio tirante máximo esfuerzo cortante total diámetro medio partículas de lecho

CARGAS Y FILOSOFÍA DE DISEÑO Por: Ing. Elsa Carrera Cabrera

Definición y Clasificación de Las Cargas Las cargas se definen como todas las fuerzas que actúan tanto sobre la superestructura como la infraestructura. Estas se subdividen en : a) Permanentes b) Variables c) Excepcionales a) Cargas Permanentes: Son aquellas que actúan durante la vida útil de la estructura, sin mayor variación. a.1) Peso propio: Se consideran como cargas de “peso propio” las cargas de todos los elementos propios del conjunto estructural portante. Ejemplos de pesos unitarios en la siguiente tabla. Ing. Elsa Carrera Cabrera

TABLA DE PESOS UNITARIOS POR MATERIAL Materiales

Kg/m3

Aluminio

2,800

Asfalto

2,250

Hierro

7,200

Acero

7,850

Madera fuerte

960

Concreto Densidad Normal (f'c MV Siendo Ø (AASHTO 10.5.6): – Para E.L. Resistencia I: • Arcilla, resistencia obtenida por ensayos CPT • Arcilla, en el resto de casos • Arena, resist. obtenida por ensayos SPY y CPT • Arena, resist. obtenida por ensayo de penetración (cono) • Roca

0.50 0.60 0.35-0.45 0.55 0.60

– Para E.L. Evento Extremo I :

1.00

– Para E.L. Servicio I :

0.50

Ing. Elsa Carrera Cabrera

37

2. Deslizamiento La fuerza que se opone al Empuje horizontal es el peso de la infraestructura y las cargas verticales actuantes afectadas por la fricción que se presenta en la base del estribo. Para asegurar la estabilidad del estribo, debe cumplir: ØT FV Tan δ > FH ØT = Factor de resistencia al corte entre suelo y cimentación Tanδ = TanØ (vaciado en sitio) ó 0.8TanØ (prefabricado) Ø = Ángulo de fricción interna del suelo (35º suelo compactado) Valores de ØT para Resistencia I: – Concreto prefabricado vaciado sobre arena 0.90 – Concreto vaciado en obra sobre arena 0.80 – Sobre arcilla, con resistencia al corte menor a 0.5 veces la presión normal, estimada por ensayos CPT 0.80 – Sobre arcilla, en el resto de casos 0.85 – Sobre suelo 1.00 Valor de ØT para Evento Extremo I : Ing. Elsa Carrera Cabrera

1.00 38

3. Control de Presiones Para cimentación en suelo: σ t= ∑ FV B-2e Para cimentación sobre roca: σ t= ∑ FV ( 1 + 6e ) A B

FH

A = Área de la base = B* 100 (Para el cálculo por metro lineal de estribo) FV

e = B - ( x - z ), 2 x = ∑ MR , z =∑ MV ∑ FV ∑ FV

Ing. Elsa Carrera Cabrera

R

B/2 e

Z X

39

3. Control de Presiones (continúa) No se aceptan tracciones, por lo cual la excentricidad está limitada de la siguiente manera: E.L. Resistencia I: • Al cimentar en suelo: • Al cimentar en roca:

e ≤ B/4 e ≤ 3B/8

E.L. Evento Extremo I: • Si γEQ = 0 : • Si γEQ = 1 : • Si γEQ = 0.5 :

e ≤ B/3 e ≤ 2B/5 e ≤ 11 B/30 (interpolando)

E.L. Servicio I: • En todos los casos:

e ≤ B/6

Ing. Elsa Carrera Cabrera

40

Estribos en planta Terraplen

Cuerpo central

Alas Ing. Elsa Carrera Cabrera

41

Estribos en Voladizo d

Eje de Apoyo

hp c

( De Concreto Armado ) d = Junta + distancia de extremo de superestructura b = Base de la elevación b ≈ ( 0.10 a 0.15)h

H

h

B ≈ ( 0.4 a 0.7)H C≈ ( 0.10 a 0.15)H

b

C (2/3 a 1/2)B

Ing. Elsa Carrera Cabrera

(1/3 a 1/2)B

B

42

Estribos con Contrafuerte Min 0.20 cm hp = depende de altura de viga, neopreno y otros. Contrafuerte: Espesor mínimo Separación ( l )

H B/2 a B/3

2B/3 a B/2

Zapata anterior Ing. Elsa Carrera Cabrera

B = 0.4 a 0.7 H

= 0.50 = de 2 @ 3.00 m. y por criterio

- Pantalla .- El espesor mínimo en la pantalla recomendado es de 50 cm - Zapata .- El espesor mínimo es ≈ H/10

Zapata posterior 43

Estribos con Contrafuerte (Continuación) Acción de Cargas Contrafuertes

e

l

Pantalla e

Ing. Elsa Carrera Cabrera

44

Estribos con Contrafuerte (Continuación) Consideraciones del Diseño El control de estabilidad de esta clase de estribo es similar al del estribo voladizo. Hay que considerar la acción de las cargas entre contrafuertes. El diseño de los estribos con contrafuerte se realiza teniendo en cuenta el comportamiento diferente de sus elementos por la presencia de otros componentes estructurales.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

45

Estribos con Contrafuerte (Continuación) - Zapata Delantera Se diseña con los mismos criterios que en el caso del estribo en voladizo. -Zapata Posterior Se diseña como una losa continua apoyada en los contrafuertes por metro de ancho ó como losa empotrada en 3 bordes. -Pantalla del cuerpo central La pantalla vertical del estribo tiene armadura principal horizontal debido a que se diseña como una losa apoyada en los contrafuertes, sometida al empuje del relleno. Como el empuje varia con la altura, se deben analizar varias secciones para distribuir el refuerzo requerido en cada nivel. Por otro lado, también se puede diseñar como una losa empotrada en los contrafuertes y en la zapata. Ing. Elsa Carrera Cabrera

46

Diseño de Estribos de Pórticos h = hp + h vigaC + h” Ea = ½ w.h (h + 2h’)c Ep = 1 w (h”)² 2c h’ = 0.60 m.

a Cajuela h' hp h E A

h viga Ep

h ''

1

1.5 H

B aprox. 0.5 H SECCION TRANSVERSAL EJE MENOR

Ing. Elsa Carrera Cabrera

(Rankine)

Tiene que existir un equilibrio en los empujes en la pantalla superior para mantener estable el relleno del terraplén de acceso. Entonces: EA =EP y resolviendo se encuentra el valor de h’’ 47

Ejemplo: Superestructura de 4 Vigas ANCHO DE LA PANTALLA

a

a

a

h viga

S

Se recomienda que las columnas tengan una separación S en donde: 3a > S > a Se recomienda que en la sección transversal, el ancho de las columnas sea igual por lo menos al ancho de la cajuela.

A

ELEVACION

Ing. Elsa Carrera Cabrera

48

Para el control de la estabilidad del estribo con una altura H se considera el empuje actuante en todo el ancho de la pantalla y para su altura correspondiente (h).

D L

EA H

h d

H

d'

O

Ing. Elsa Carrera Cabrera

Se determina la posición de la acción del empuje y de allí a la base del estribo tendremos una distancia d’ para hallar el Momento de Volteo por el efecto del empuje en la pantalla superior. 49

Estribo Celular Acción de Cargas LF Super.

Asfalto

EQ D L E1

W t

E2

W p

Ing. Elsa Carrera Cabrera

50

Sismo Aplicación Simplificada En las regiones donde pueda ocurrir movimiento sísmicos deberá considerarse una fuerza lateral de:

EQ = kh (DC+DW). EQ = Fuerza lateral aplicada longitudinalmente en el centro de gravedad del peso de la estructura. Según prácticas y otros reglamentos se recomienda para el Perú los siguientes valores cuando no se requiere un estudio especializado. kh .07 0.08 a 0.10 0.11 a 0.20

Ing. Elsa Carrera Cabrera

SISMICIDAD En zonas de baja sismicidad y de terreno de buena capacidad En zonas de mediana sismicidad y según el terreno de cimentación En zonas de alta sismicidad y según el terreno de cimentación

51

Estos coeficientes vienen del Reglamento Japonés, y varían de acuerdo a:

Table 4.3 Horizontal Design Sismic Coefficiente (Out of Date)

Ground Condition* Regions*

Weak

Ordinary

Firm

Where severe earthquakes have been frequently experienced

0.35 – 0.30

0.30 – 0.20

0.20 – 0.15

Where severe earthquake have been occurred

0.30 – 0.20

0.20 – 0.15

0.15 –0.10

0.20

0.15

0.10

Other regions

Ing. Elsa Carrera Cabrera

52

INFRAESTRUCTURA

Ing. Elsa Carrera Cabrera

1

2.- PILARES Para el adecuado diseño de un pilar de un puente, debemos analizar todos los aspectos relacionados a la zona del proyecto en estudio, en donde los estudios básicos determinarán los parámetros exactos de diseño y por tanto las características definitivas del mismo. Son de carácter forzoso y necesario los siguientes estudios: » Topografía de la zona del proyecto, del cual obtendremos el perfil topográfico del eje del camino incluyendo las cotas de rasante y las cotas del terreno.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

2

» Estudios de Suelos y/o Geotécnico, del cual obtendremos la profundidad de cimentación y su correspondiente valor de la capacidad portante del terreno. » Estudios Hidrológicos e Hidráulicos, con los que se obtendrán los niveles de agua mínimos, máximos y extraordinarios, además del ancho de curso de agua y la velocidad del flujo, así como también su capacidad o no de arrastre (caudal sólido),además de la socavación. La altura del pilar y tipo de cimentación se determinan con los datos anteriores.

Ing. Elsa Carrera Cabrera

3

(*) La cota de fondo de cimentación se debe determinar de tal forma, que los esfuerzos trasmitidos sean inferiores a la resistencia admisible del terreno y además que este libre de la posibilidad de socavación. Ing. Elsa Carrera Cabrera

4

Tipo de Pilares Pilar tipo muro

V. Longitudinal

V. Transversal

Ing. Elsa Carrera Cabrera

5

Tipo de Pilares Pilar Columna

Pilar Pórtico

Ing. Elsa Carrera Cabrera

6

Tipo de Pilares Pilar en T

Eje de Apoyo de Vigas Super

Vista transversal Ing. Elsa Carrera Cabrera

7

Tipo de Pilares Pilar Celosía

Vista Longitudinal Ing. Elsa Carrera Cabrera

8

Secciones de Pilares

cables

tablero

e) Sección transversal y longitudinal

Ing. Elsa Carrera Cabrera

9

Secciones de Pilares

cables

f) Sección longitudinal

tablero

pila

Ing. Elsa Carrera Cabrera

10

Pilares tipo “ A “

Ing. Elsa Carrera Cabrera

11

Pilar “Y” Invertida

Ing. Elsa Carrera Cabrera

12

Pilares

Tipo Placa

Tipo Columna

Ing. Elsa Carrera Cabrera

13

Tipo Placa

Tipo Cajón Ing. Elsa Carrera Cabrera

14

Diseño del Pilar (dos tramos simp. Apoyados) 1.- Predimensionamiento: De acuerdo a las características de la superestructura del puente y de la resistencia del terreno. Eje de Apoyo de Vigas Super

Eje de Pilar Eje de Apoyo de Tramos

ELEVACIÓN

CIMENTACIÓN

Vista Transversal del Vista Longitudinal puente del puente Ing. Elsa Carrera Cabrera

15

COMBINACIONES DE CARGA (AASTHO LRFD)

Ing. Elsa Carrera Cabrera

16

2.- Principales Combinaciones de Carga Las principales combinaciones pueden ser: a)

Resistencia 1 1,25DC + 1,5DW + 1,5EH + EV + 1,75LL + 1,75 BR + WA

b)

Evento Extremo 1 1,25DC + 1,5DW + 1,5EH + EV + 0,5LL + 0,5BR + EQ + WA

b)

Servicio 1 DC + DW + EH + EV + LL + BR + WA

Ing. Elsa Carrera Cabrera

17

RESISTENCIA I Y SERVICIO I Eje de Apoyo Fijo

Eje de Apoyo Móvil 0.5 BR1 DC, DW LL

BR2 DC, DW LL

WA

E

B

Ing. Elsa Carrera Cabrera

18

EVENTO EXTREMO I Eje de Apoyo Móvil

Eje de Apoyo Fijo

DC, DW, LL 0.5 EQs1

DC, DW, LL EQs2

EQi

WA

E

B

Ing. Elsa Carrera Cabrera

19

WA: CARGAS HIDRÁULICAS: 1)

PRESIÓN HIDROSTÁTICA (agua en reposo): Actúa perpendicular a la superficie que retiene el agua. p = h . γ agua . g h = altura de columna de agua γ agua = 1000 kg/m3 g = aceleración de la gravedad (9.8 m/s2)

Ing. Elsa Carrera Cabrera

20

2)

PRESION DE AGUA EN MOVIMIENTO (flujo) WA

Las estructuras que están sujetas a la fuerza del agua, deben ser diseñadas para resistir estas fuerzas La presión de flujo de agua en pilares esta dado por: Þ = 5.14 x 10-4 CDV2 Donde: Þ = Presión de agua (MPa) V = Velocidad de agua (m/s) CD = Coeficiente de arrastre

WA = Fuerza del Flujo = Þ x A A = área proyectada del pilar CD =

1.4 Extremos cuadrados

0.7 Para pilares circulares Ing. Elsa Carrera Cabrera

0.8 Para extremos en forma de cuña 21

Pilares , Estribos y Cimentaciones

Cimentación Superficial

Cimentación Profunda

Ing. Elsa Carrera Cabrera

22

EJEMPLO APLICATIVO Diseño de Vigas Principales Método LRFD

Se plantea lo siguiente : Superestructura de concreto armado, de un solo tramo (simplemente apoyado) Longitud de superestructura (Luz) = 22.00 m Ancho de calzada (2 vías) = 7.20 m Espesor de losa de concreto = 0.18 m Espesor de Asfalto = 0.05 m Separación / vigas principales = 2.00 m Ancho de vigas principales = 0.40 m Separación / vigas diafragma = 4.40 m Ancho de vigas diafragma = 0.25 m Peso de veredas = 0.36 t/m Peso de barandas = 0.25 t/m ™ Peralte de Viga = 1.60 m

™ ™ ™ ™ ™ ™ ™ ™ ™ ™ ™

Ing. Elsa Carrera Cabrera

EJEMPLO APLICATIVO Diseño de Vigas Principales Método LRFD a) Vista en Planta Eje de Apoyo Izquierdo

Eje de Apoyo Derecho

EJE DE CAMINO

Ing. Elsa Carrera Cabrera

EJEMPLO APLICATIVO Diseño de Vigas Principales Método LRFD b) Vista Transversal

Ing. Elsa Carrera Cabrera

EJEMPLO APLICATIVO 1. Factores de Carga y Combinaciones RESISTENCIA I Símbolo DC DW LL

Descripción

Factor de Carga

Carga muerta estructural y no estructural Carga muerta superficial de rodadura Carga viva vehicular

1.25 1.50 1.75

2. Factor de Resistencia Flexión y Tracción de Concreto Armado

Ing. Elsa Carrera Cabrera

φ = 0.90

EJEMPLO APLICATIVO 3. Modificadores de Carga Símbolo nD nR nI

Descripción

Valor

DUCTILIDAD REDUDANCIA IMPORTANCIA OPERATIVA

4. Número de Vías Ancho de Calzada

7.20 m

Número de Vías

2.00 und

Ing. Elsa Carrera Cabrera

0.95 1.05 1.05

EJEMPLO APLICATIVO 5. Efectos de Fuerza (FLEXION) SOBRECARGA VEHICULAR A) Camión de Diseño

RESULTADOS Reacción A Reacción B Mmáx

15.47 t 17.66 t 143.60 t-m

Mmáx ( L +I) = 190.99 t-m por vía

Ing. Elsa Carrera Cabrera

EJEMPLO APLICATIVO SOBRECARGA VEHICULAR B) Tandem de Diseño

RESULTADOS Reacción A Reacción B Mmáx

10.89 t 11.51 t 116.52 t-m

Mmáx (L+ I) = 154.97 t-m por vía

Ing. Elsa Carrera Cabrera

EJEMPLO APLICATIVO SOBRECARGA VEHICULAR C) Sobrecarga Distribuida por ancho de vía RESULTADOS Reacción A Reacción B

10.67 t 10.67 t

Mmáx

58.69 t-m

Por lo tanto el Momento total por sobrecarga vehicular por vía (camión) será :

M (L+I) (Por vía) = 190.99 + 58.64 M (L+I) (Por vía) = 249.68 t- m Ing. Elsa Carrera Cabrera

EJEMPLO APLICATIVO 6. Coeficiente de Distribución de Carga - Momentos 6.1 Viga Interior (gint)

eg

2

Kg = n ( I + A eg )

⎛ S ⎞ 0.075 + ⎜ ⎟ ⎝ 2900 ⎠

0.60

⎛S⎞ ⎜ ⎟ ⎝L⎠

0.20

⎛ Kg ⎞ ⎜ 3⎟ ⎜ Lt ⎟ ⎝ s ⎠

0.10

n :

1.000

y

:

1.029 m

I

:

0.240 m4

A :

0.951 m2

eg :

0.481 m

S :

2.00 m

L

:

22.00 m

Kg :

0.460 m

ts :

0.180 m

Ing. Elsa Carrera Cabrera

4

Kg = 0.460 m4

Gint = 0.638 M(L+I) int = 159.30

EJEMPLO APLICATIVO 6. Coeficiente de Distribución de Carga - Momentos 6.2 Viga Exterior (gext) de e = 0.77 + de 2.800

e = 0.984 m

Donde : de = 600 mm

gext = e . gint

gext = 0.628 M (L+I) ext = 156.78

Ing. Elsa Carrera Cabrera

EJEMPLO APLICATIVO 7. Diseño de Vigas Principales (Flexión) 7.1 Viga Interior Cuadro de Momentos Carga Muerta - Peso Propio Nº

Tipo

Unidad

1

DC

(t/m)

2.481

22.00

150.10

(t)

1.340

22.00

17.69

(t/m)

0.220

22.00

13.31

(t/m)

0.305

22.00

18.45

2

DW

Carga

Luz (m)

MDi

M D (t-m)

167.79 31.76

Por veredas y barandas = (0.36+0.25) * 2 / 4=0.305 Por asfalto = 0.05 x 2 x 2.2 = 0.22 Para la carga repartida : M Para la carga puntual : M

DC

DC

= WL 2 / 8

= 3PL / 5

Reemplazando valores en la ecuación básica de diseño, tenemos:

nΣγiQi =

(0.95x1.05x1.05) (1.25x167.79 + 1.50x31.76+ 1.75x159.30)

nΣγiQi =

562.96 t-m

Ing. Elsa Carrera Cabrera

EJEMPLO APLICATIVO 7. Diseño de Vigas Principales (Flexión) 7.1 Viga Exterior Cuadro de Momentos Carga Muerta - Peso Propio Nº

Tipo

Unidad

1

DC

(t/m)

2.325

22.00

140.66

(t)

0.672

22.00

8.87

(t/m)

0.18

22.00

10.89

(t/m)

0.610

22.00

36.91

2

DW

Carga

Luz (m)

MDi

M D (t-m)

149.53 47.80

Por veredas y barandas = 0.36+0.25=0.61 Por Asfalto = 0.05 x 1.6 x 2.2 =0.18 Para la carga repartida : M DC = WL 2 / 8 Para la carga puntual : M = 3PL / 5 DC

Reemplazando valores en la ecuación básica de diseño, tenemos:

nΣγiQi =

(0.95x1.05x1.05) (1.25x149.53 + 1.50x47.80 + 1.75x156.78)

nΣγiQi =

559.63 t-m

Ing. Elsa Carrera Cabrera

CARACTERISTICAS DEL PUENTE EJEMPLO El mismo desarrollado en clase

Diseñ Diseño de Vigas Principales Mé Método LRFD

Se plantea lo siguiente : Superestructura de concreto armado, de un solo tramo (simplemente apoyado) Longitud de superestructura (Luz) = 22.00 m Ancho de calzada (2 vías) = 7.20 m Espesor de losa de concreto = 0.18 m Espesor de Asfalto = 0.05 m Separación / vigas principales = 2.00 m Ancho de vigas principales = 0.40 m Separación / vigas diafragma = 4.40 m Ancho de vigas diafragma = 0.25 m Peso de veredas = 0.36 t/m Peso de barandas = 0.25 t/m  Peralte de Viga = 1.60 m

          

1ra PARTE: MODELAMIENTO Y ANALISIS DE CARGAS MOVILES EN SAP 2000 NOTAS PREVIAS 1. En este análisis se modelan vigas Principales (longitudinales) y Vigas diafragma (no tablero apoyado en vigas) 2. Pero el tablero contribuye al comportamiento de las vigas, considerándolas como viga T 3. Se ejecuta para cargas vivas móviles:  camión + carga distribuida  tandem + carga distribuida “BRIDGE ANALYSIS” (Análisis de puentes) en el SAP (ver Manual – Analysis Reference)

 Usado para determinar la respuesta de las estructuras de puente debido al peso de la carga viva de vehículos.  El efecto de las cargas vivas pueden ser combinados con cargas estáticas y dinámicas, y las envolventes de respuesta pueden ser calculadas.  El puente se modela con elementos FRAME (representando la superestructura, subestructura u otros elementos de interés) (Pueden usarse otros tipos de elementos (Shell, Plane, solid, etc.), pero contribuyen a la rigidez de la estructura pero no se analizan para el efecto de la carga viva.)

 Los “LANES” se definen en la superestructura donde las cargas vivas pueden actuar. Estos Lanes o líneas pueden no ser paralelas o de la misma longitud, en tal forma que pueden considerarse patrones de tráfico complejos. Procedimiento para realizar un Análisis de Puentes es:  Modelar el comportamiento del puente con elementos Frame  Definir Lanes describiendo donde actúan las cargas vivas de vehículos  Definir las diferentes cargas vivas de vehículo que pueden actuar en el puente  Definir “Vehicle Classes” (clases o grupos de vehículos) que contienen uno o mas vehículos intercambiables.  Definir los casos de carga móvil (“Moving Load”)

 AL INICIAR VERIFICAR LAS UNIDADES DE TRABAJO (t, m)

GEOMETRIA (ejes), MATERIALES  Planta del puente en XY X: 6 ejes a 4.40m (5 luces) Y: 4 ejes a 2.00m (3 luces) Define-Coordinate Systems/Grids Ingresar coordenadas

 Material – concreto por defecto con f´c=280Kg/cm2 Define-Material-CONC

DEFINICION DE SECCIONES DE VIGAS T

ASIGNACION DE SECCIONES DE VIGAS  Es útil redefinir las etiquetas de los elementos (Edit – Change Labels – element label/frame)

Abajo, la primera ventana con secciones de elementos y la segunda ventana con etiquetas de elementos

VISTAS DEL MODELO

En DEFINE-BRIDGE LOADS se definen líneas, vehículos y clases de vehículos

DEFINIR LÍNEAS (LANES) CADA LANE ES PARA UNA POSICION DE CAMIONES (TRANSVERSAL) Considerando excentricidad según posición de los camiones en sentido transversal – (ver sección transversal)

Sobrecarga vehicular HL 93 HL-93 K HL-93 M

ANCHO DE VIA

8P= 145 kN

8P= 145 kN

2P= 35 kN

9.3 kN/m



var 4.30 a 9.00 m

9.3 kN/m

4.30 m



3.00 m

.60m General .30m Losa

Bordillo

POSICION TRANSVERSAL

4,50 1,50

0,60

3,00

1,20

POSICIÓN 1 1,50

1,50

0,60

0,60

POSICIÓN 2 3,00

1,20

POSICIÓN 3

Define- Bridge Loads - LANES

DEFINIR VEHÍCULOS HL-93M: tandem + carga distribuida HL-93K: camión + carga distribuida En los vehículos Standard de la biblioteca de SAP, tenemos: HL-93M: TANDEM + carga distribuida

25k=11.20t (110kN) 0.640Kip/pie=0.97t/m

HL-93K: camion + carga distribuida 8k=3.56t (110kN) 32k=14.78t (145kN) 0.640Kip/pie=0.97t/m

Define- Bridge Loads - VEHICLES

DEFINIR CLASE DE VEHÍCULOS Define- Bridge Loads - VEHICLES CLASSES

DEFINIR CASOS DE ANÁLISIS (carga móvil) CADA CASO ES PARA UNA POSICION DE CAMIONES (TRANSVERSAL), o sea seran 3 casos. Se asignan los lanes correspondientes

Define- ANALYSIS CASES – Add New Case, Moving load

RESULTADOS MOMENTOS EN VIGA EXTERIOR

MOMENTOS EN VIGA INTERIOR

CORTANTES EN VIGA EXTERIOR

CORTANTES EN VIGA INTERIOR

TABLA RESUMEN DE RESULTADOS -SAP Caso de carga HL-93(1)

HL-93(2)

HL-93(3)

Mmax (t-m)

153.88

128.68

116.90

Vmax (t)

39.63

35.83

17.99

Mmax (t-m)

135.22

123.15

134.17

Vmax (t)

21.32

19.06

39.21

Elem –Fz.Int/ VIGA EXTERIOR

VIGA INTERIOR

2da PARTE: RESUMEN DE RESULTADOS DEL EJEMPLO EN CLASE – Met. Aprox. con coeficientes de distribucion  CALCULO CON FORMULAS DE CLASE (EJEMPLO DE CLASE)  SE PRESENTAN LOS RESULTADOS PARA LO MISMO CALCULADO EN EL SAP 2000, ES DECIR SOLO EL ANALISIS PARA LAS CARGAS MOVILES

Notas previas (memo) 1) Se consideran los mismos casos de carga móvil, es decir:   HL-93M: TANDEM + carga distribuida

camión + carga distribuida tandem + carga distribuida

25k=11.20t (110kN) 0.640Kip/pie=0.97t/m

HL-93K: camion + carga distribuida 8k=3.56t (110kN) 32k=14.78t (145kN)

2) Calculamos los momentos de cada caso de carga móvil para la posición más desfavorable 3) Como lo anterior se calcula para una vía, se debe calcular cuánto de esa carga le afecta a una viga interior y a una viga exterior a través del coeficiente de distribución 4) Luego podremos comparar los resultados con los obtenidos anteriormente en el SAP2000

CALCULO DE MOMENTO PARA CADA CASO DE CARGA MOVIL Calculamos los momentos de cada caso de carga móvil, por ejemplo los valores obtenidos en clase: SOBRECARGA VEHICULAR A) Camión de Diseño

RESULTADOS Reacción A Reacción B Mmáx

15.47 t 17.66 t 143.60 t-m

Mmáx ( L +I) = 190.99 t-m por vía

SOBRECARGA VEHICULAR B) Tandem de Diseño

RESULTADOS Reacción A Reacción B Mmáx

10.89 t 11.51 t 116.52 t-m

Mmáx (L+ I) = 154.97 t-m por vía

Al camión o tandem se le considera el impacto 33%.

Luego, al caso de Camión con el que se obtiene el mayor momento se agregó la carga distribuida SOBRECARGA VEHICULAR C) Sobrecarga Distribuida por ancho de vía RESULTADOS Reacción A Reacción B

10.67 t 10.67 t

Mmáx

58.69 t-m

Por lo tanto el Momento total por sobrecarga vehicular por vía (camión) será :

M (L+I) (Por vía) = 190.99 + 58.64 M (L+I) (Por vía) = 249.68 t- m

Como este valor obtenido es para una vía, a través de los coeficientes de distribución para Vigas Exteriores y Vigas interiores se calculan los momentos correspondientes a VPext y Vpint: gext = 0.628 M (L+I) ext = 156.78

Gint = 0.638 M(L+I) int = 159.30

3ra PARTE: COMPARACIÒN DE RESULTADOS COMPARACIÓN DE RESULTADOS Herramienta

SAP 2000

Elemento

Metodo aproxCoef. distrib Mmax (t-m)

FLEXION - Mmax (t-m)

VIGA EXTERIOR

153.88

156.78

VIGA INTERIOR

135.22

159.30

CORTANTE - Vmax (t)

VIGA EXTERIOR

39.63

VIGA INTERIOR

39.21

SOBRE LAS LINEAS DE INFLUENCIA “Diagrama cuyas ordenadas muestran magnitud y carácter de algún elemento mecánico (deflexiones, fuerzas, momento o reacción) de la estructura, cuando una carga unitaria se mueve a lo largo de ésta. Cada ordenada del diagrama da el valor del elemento mecánico cuando la carga esta situada en el lugar asociado a esa ordenada en particular” Diagrama de Momento o Cortante: Muestra el valor (la variación) del Momento o Cortante a lo largo de la viga para la posición de cargas en UN SOLO LUGAR Línea de Influencia: Muestra el valor (la variación) del Momento o Cortante en UN PUNTO O SECCION de la viga

(del SAP:) Las líneas de influencia de una CARGA UNITARIA para cualquier DESPLAZAMIENTO, REACCIÒN O FUERZA, de un punto pueden ser mostradas en un “Bridge Lane” (línea de puente) de la estructura. The influence lines can be displayed for any joint displacement, reaction or force component due to a unit load on a defined Bridge Lane in the structure. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

On the Display menu, click Show Influence Lines …Joints. This will display the Show Joints Influence Line dialog box. Select the Lane for which you want to see influence lines. Select the Joint for which the results are reported. Select the Vector Type as Displacement, Spring Force or Reaction. There may be no influence lines for some of these Vector Types, depending on the structural configuration. Select the Scaling method used. Selecting Auto will automatically set the scale factor. Selecting Scale Factor lets the user scale the diagrams. If the Auto was selected previously, then the scale factor text edit box will show the scale factor used by the Auto. Pressing the Table button will show the influence line data points in tabular form. The table includes the Lane name, Frame name, Location relative to the starting point of the lane, Location relative to the i end of the frame member, and the influence line value. Click OK to view the Influence line or Cancel to close the dialog box without viewing the influence lines.

EJEM, ANOTACIONES Y COMENTARIOS DEL EJEMPLO (EJEMvigaSEMINARIO.sdb) (P. Gibu, Vi 04 Abr. 2008, version inicial para preparar presentacion Ppoint) SE ANALIZA EN SAP 2000 EL MISMO EJEMPLO PRESENTADO EN CLASE (se tienen los resultados por el método aproximado, ver si se pueden comparar resultados finales) NOTAS (para la Ing. Elsa): 4. En este análisis se modelan vigas Principales (longitudinales) y Vigas diafragma (no tablero apoyado en vigas) 5. Pero hace que el tablero contribuya al comportamiento de las vigas, considerándolas como viga T 6. Se ejecuta para cargas vivas móviles:  camión + carga distribuida  tandem + carga distribuida 7. xxx

NOTAS DEL MANUAL (Analysis Reference) SAP 2000 (1997, impreso) , cap XVIII- Bridge Analysis “Bridge Analysis” puede ser usado para determinar la respuesta de las estructuras de puente debido al peso de la carga viva de vehículos. El efecto de las cargas vivas pueden ser combinados con cargas estáticas y dinámicas, y las envolventes de respuesta pueden ser calculadas. El puente se modela con elementos FRAME (representando la superestructura, subestructura u otros elementos de interés) Pueden usarse otros tipos de elementos (Shell, Plane, solid, etc.), pero contribuyen a la rigidez de la estructura pero no se analizan para el efecto de la carga viva. Los “LANES” se definen en la superestructura donde las cargas vivas pueden actuar. Estos Lanes o líneas pueden no ser paralelas o de la misma longitud, en tal forma que pueden considerarse patrones de tráfico complejos. En resumen, el procedimiento para realizar un Análisis de Puentes es:  Modelar el comportamiento del puente con elementos Frame  Definir Lanes describiendo donde actúan las cargas vivas de vehículos  Definir las diferentes cargas vivas de vehículo que pueden actuar en el puente  Definir “Vehicle Classes” (clases o grupos de vehículos) que contienen uno o mas vehículos intercambiables.  Definir los casos de carga móvil (“Moving Load”) MODELAMIENTO DE LA ESTRUCTURA PUENTE Geometría (coordenadas) Elementos Frame (materiales, sección) Soportes, apoyos, juntas y conexiones ROADWAYS AND LANES Geometría (coordenadas) Elementos Frame (materiales, sección) Soportes, apoyos, juntas y conexiones

Definir Vehículos Define Vehicles This information defines the Vehicle loads that are required for bridge moving-load analysis. After defining vehicles, they must be added to one or more Vehicle Classes before they can be assigned to lanes in a moving-load case, even if the classes only contain a single vehicle. On the Define menu, click Bridge Loads > Vehicles. This will display the Define Vehicles dialog box.