DISEÑO DE PUENTE MIXTO

I.- DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN PUENTE MIXTO El puente que se va a proyectar es un puente mixto de dos tramos continuos, conformado por vigas metálicas en la cual se apoyarán una losa de concreto armado a continuación vamos a describir las características de la elección del tipo de puente.

ELECCIÓN DEL TIPO DE ESTRUCTURA. Luego de realizar el análisis respectivo, el tipo de puente ha seleccionar será del tipo mixto, las características del puente a proyectar son las siguientes.  Por el material a utilizar: será de acero estructural, concreto y acero de construcción.  Por la posición del tablero: tablero superior  Por la carga a la que será sometida: vehicular  Por su fijeza: fijo  Por su planimetría: recto  Por su duración: definitivo  Por la gradiente de la calzada: de simpleza horizontal  Por su finalidad: carretero  Por su sección transversal: la superestructura será compuesta de dos materiales: acero y concreto armado  Por su sistema constructiva: vigas metálicas prefabricas, la plataforma vaciada in-situ, los estribos y cámaras de anclaje vaciadas in-situ

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INGENIERO: JULIO ALMAGRO HUAMAN ITURBE

I DISEÑO DE LOSA I.1 GENERALIDADES : El diseño de la losa del puente se realizará en concreto armado, la cual estará apoyada en vigas metálicas, la losa se diseñará para un camión HS 20 de la norma AASHTO ESTÁNDAR.

I.2 PREDIMENSIONAMIENTO : A continuación presentamos la geometría que tendrá las sección del puente, apartir de la cual se realizará el predimensionamiento.

El peralte mínimo que nos recomienda la AASHTO es:

e

S  10 30

S = 2.05 m = 6.72 pies

Donde: e = Espesor de la losa S = Luz entre ejes de vigas, en pies Reemplando datos tenemos: e = 0.17 m

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III.7.1.3 DISEÑO DE TRAMO INTERIOR :

A) METRADO DE CARGAS : Peso propio de la losa:

0.17 m x

1.00 m x

Carga de Neumático más pesado = Carga de Neumático Delantero =

2.40 t/m³ = 0.41 t/m W D = 0.41 t/m

P = 7.26 t P' = 1.81 t

B) COEFICIENTE DE IMPACTO :

I 

50 L  125

L = S = 6.72 pies

Donde:

I : Coeficiente de Impacto (máximo 30%) =

0.30

L: Longitud cargada en pies. Reemplando datos tenemos:

I = 0.38

≥ 0.30; Tomar 0.30

C) CALCULOS DE MOMENTOS FLECTORES : C.1) Por Carga Permanente : Los momentos positivo y negativos tendrán el mismo valor: Datos:

W S2 () M D  D 10 ( ±) M D

W D = 0.41 t/m S = 2.05 m = 0.17 t-m

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C.2) Por el Camión de Diseño (HS 20) : Cuando la losa tiene la armadura principal transversal al tráfico, la AASHTO nos da la siguiente expresión: Datos:  S  0.61  P = 7.26 t ML   P S = 2.05 m  9.75 

( ±) M L

= 1.98 t-m

C.3) Por Impacto: Se considera un porcentaje de la carga vehícular, esté porcentaje es el coeficiente de impacto.

M I = 0.3xM L ( ±) M I

= 0.59 t-m

D) VERIFICACION DE LA LOSA : La losa se diseñara para una resistencia de concreto y una fluencia de acero de:

f'c = 210 kg/cm² fy = 4200 kg/cm² D.1) Peralte requerido por servicio : Momento de servicio: M = MD + ML + MI = 2.74 t-m

d min 

2M FC kjb

Donde:

k 

n nr

j  1

k 3

n

Es Ec

Fc = Fs = Ec = Es =

Esfuerzo de Admisible del concreto : Esfuerzo de Admisible del Acero : Módulo de elasticidad del concreto : Módulo de elasticidad del acero : M = Momento de servicio : b = Base de la sección ( losa):

r

fs fc

0.45 f'c = 0.4 f'c = 15000 √f'c = 29000 ksi =

94.50 kg/cm² 1680.00 kg/cm² 217370.65 kg/cm² 2038934.90 kg/cm² 2.74 t-m 100 cm

Reemplazando valores: r= n= k= j=

17.78 9.38 0.345 0.885

d min =

13.78 cm

Espesor calculado : e = 17 cm d = 13.00 cm

Se utilizará un recubrimiento en la parte superior de:

4.00 cm

Verificamos : d ≤ dmin; cambiar sección

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Entonces Utilizaremos el siguiente espesor: e = 20 cm d = 16.00 cm Nuevo metrado de cargas: Peso propio de la losa:

0.20 m x

1.00 m x

2.40 t/m³ = 0.48 t/m W D = 0.48 t/m

Calculo de nuevo momento: Datos:

W S2 () M D  D 10

W D = 0.48 t/m S = 2.05 m

( ±) M D

= 0.20 t-m

Momento de servicio:

M = MD + ML + MI =

2.77 t-m

Peralte Mínimo: d min =

13.86 cm d

≥ dmin; Cumple

E) DISEÑO POR ROTURA : E.1) Diseño por flexión : Datos:

M D = 0.20 t-m M L = 1.98 t-m M I = 0.59 t-m

Mu  1.3M D  1.67M L  M I  Mu = 5.84 t-m Momento resistente del concreto: Datos:



Mn   fy 1  0.59 

øMn = øMn

ø=

0.9 k = 54.35 kg/cm² b = 100 cm d = 16.00 cm

fy 

bd 2  kbd 2 f ' c 

12.52 t-m ≥ Mu; → Ok

( La sección es simplemente armada)

E.2) Diseño por cortante : El cálculo del corte crítico se realizará en la cara del apoyo ( cara de las vigas) Por carga muerta Datos:

W *S VD  D 2

VD

W D = 0.48 t/m S = 2.05 m

= 0.49 t/m

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Por sobrecarga vehicular Sí S > 2m

→

E = 0.4S + 1.125 E = 1.95 m

S = 2.05 m

Carga que transmite el neumático a una franja de 1m de ancho

P  E

7.26 t 1.95 m

= 3.73 t/m

Las reacciones se tomarán con respecto a las caras de los patines de la viga 3.73 t/m x 1.35 m 1.70

RL = VL = V I = 0.3V L

= 2.96 t/m

= 0.89 t/m

Corte factorizado:

Datos:

V D = 0.49 t/m V L = 2.96 t/m V I = 0.89 t/m

Vu  1.3VD  1.67VL  VI  Vu = 8.99 t-m Corte que resiste el concreto:

Vc   0.53 f ' cbd

øVc = øVc

9.83 t-m

Datos:

ø= f'c = b= d=

0.8 210 kg/cm² 100 cm 16 cm

≥ Vu; → Ok

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E.3) Diseño de acero :

ø

Espesor (e) = 20.00 cm Recubrimiento Área de Acero d b

= 4.00 cm = 1.99 cm² = 16.00 cm = 100 cm

= 0.90

fy = 4200 kg/cm² f'c = 210 kg/cm² Mu = 5.84 t-m/m

5/8 pulg

Fórmulas a utilizar:



1.7 * Mu   2    * f 'c *b * d 

  0.85  0.7225  

→

 

f 'c fy

→

As   * b * d

Area de acero mínimo

ω = 0.1308 ρ = 0.0065 As = 10.46 cm²

As min = As ct = 0.0018*b*d As min = 2.88 cm²

Espaciamiento de acero (S) S=

S=

Area de varilla x Ancho de la franja de diseño Area calculada 1.99 cm² x 100.0 cm 10.46 cm²

= 19.02 cm

→ 1 ø 5/8" @ 0.20

Nota : El acero calculado es tanto para la parte positiva como negativa, ya que se tiene los mismos momentos. Acero de Repartición

ASrep 

121 xAS  0.67 AS L

0.85As A S rep = 7.01 cm² A S rep =

> 0.67A S

L = 2.05 m

As = 10.46 cm²

Espaciamiento de acero (S) S=

S=

Area de varilla x Ancho de la franja de diseño Area calculada 1.29 cm² x 100.0 cm 7.01 cm²

= 18.41 cm

→ 1 ø 1/2" @ 0.18

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III.7.1.4 DISEÑO DE TRAMO EN VOLADIZO :

1150

Hallando el valor de "X" X = 1.525 - 1.15 X = 0.375 m

A) CALCULOS DE MOMENTOS FLECTORES :

a) Cálculo de Momento Por Carga Permanente : Sección 1 2 3 Baranda

Dimensiones 0.2*1*2.4 (0.05*0.2)/2*2.4 0.2*1*2.4 ----------------------Total

Carga (t/m) 0.48 0.012 0.48 0.100 1.072

Brazo (m) 1.125 0.708 0.4625 1.425

Momento (t-m) 0.54 0.01 0.22 0.14 0.91

Para refuerzo perpendicular al tráfico el ancho efectivo será: E = 0.8X+1.143 E = 1.443 m b) Cálculo de Momento Por El Camión de Diseño ( HS 20) :

ML 

PX E

ML

= 1.89 t-m

P = 7.26 t

c) Cálculo de Momento Por Impacto :

M I = 0.3xM L MI

= 0.57 t-m

D) DISEÑO POR ROTURA : Diseño por flexión : Datos:

Mu  1.3M D  1.67M L  M I 

M D = 0.91 t-m M L = 1.89 t-m M I = 0.57 t-m

Mu = 6.52 t-m

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Momento resistente del concreto: Datos:



Mn   fy 1  0.59 

øMn = øMn

ø=

0.9 k = 54.35 kg/cm² b = 100 cm d = 16 cm

fy 

bd 2  kbd 2 f ' c 

12.52 t-m ≥ Mu; → Ok

( La sección es simplemente armada)

E) COMPARACION DE MOMENTOS NEGATIVOS Momento en el tramo interior : Momento en el tramo en voladizo :

5.84 t-m 6.52 t-m

Como podemos darnos cuenta, hay una aproximación en ambos momentos debido al dimensionamiento y la ubicación de la viga longitudinal; para el diseño referente al diseño de los momentos negativos de la losa consideraremos el momento mayor.

ø

Espesor (e) = 20.00 cm Recubrimiento Área de Acero d b

= 4.00 cm = 1.99 cm² = 16.00 cm = 100 cm

= 0.90

fy = 4200 kg/cm² f'c = 210 kg/cm² Mu = 6.52 t-m/m

5/8 pulg

Fórmulas a utilizar:



  0.85  0.7225  

1.7 * Mu

 

2    * f 'c *b * d 

→

 

f 'c fy

→

As   * b * d

Area de acero mínimo

ω = 0.1476 ρ = 0.0074 As = 11.81 cm²

As min = As ct = 0.0018*b*d As min = 2.88 cm²

Espaciamiento de acero (S) Area de varilla x Ancho de la franja de diseño Area calculada

S=

1.99 cm² x 100.0 cm 11.81 cm²

S=

= 16.86 cm

→ 1 ø 5/8" @ 0.17

Acero mínimo:

As min  14

Datos:

bd fy

fy = 4200 kg/cm² b = 100 cm d = 16 cm

As min = 5.33 cm²

Acero de Repartición

ASrep  A S rep =

121 xAS  0.67 AS L 1.26As

A S rep = 7.91 cm²

> 0.67A S

L = 0.925 m

As = 11.81 cm²

> As min = As ct

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Espaciamiento de acero (S) Area de varilla x Ancho de la franja de diseño Area calculada

S=

1.29 cm² x 100.0 cm 7.91 cm²

S=

= 16.31 cm

→ 1 ø 1/2" @ 0.17

III.7.1.5 DISEÑO DE LA ACERA : A) METRADO DE CARGAS : Peso propio de la losa: Peso propio Baranda:

0.20 m x

1.00 m x

2.40 t/m³ WD

= 0.48 t/m = 0.10 t/m = 0.58 t/m

W L = 0.40 t/m

Según la norma AASHTO se considera una carga viva

B) CALCULOS DE MOMENTOS FLECTORES : B.1) Por Carga Permanente :

MD 

Datos:

WD S 2 2

W D = 0.58 t/m S = 0.60 m

MD

= 0.10 t-m

B.2) Por Carga Viva :

ML 

Datos:

WL S 2 2

W D = 0.40 t/m S = 0.60 m

MD

= 0.07 t-m

C) DISEÑO POR ROTURA : Datos:

Mu  1.5M D  1.8M L

M D = 0.10 t-m M L = 0.07 t-m

Mu = 0.28 t-m

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Momento resistente del concreto: Datos:



Mn   fy 1  0.59 

øMn = øMn

ø=

bd 2  kbd 2 f ' c 

12.52 t-m ≥ Mu; → Ok

( La sección es simplemente armada)

ø

Espesor (e) = 20.00 cm Recubrimiento Área de Acero d b

0.9 k = 54.35 kg/cm² b = 100 cm d = 16.00 cm

fy 

= 4.00 cm = 0.71 cm² = 16.00 cm = 100 cm

= 0.90

fy = 4200 kg/cm² f'c = 210 kg/cm² Mu = 0.28 t-m/m

3/8 pulg

Fórmulas a utilizar:



  0.85  0.7225  

1.7 * Mu

 

2    * f 'c *b * d 

→

 

f 'c fy

→

As   * b * d

Area de acero mínimo y temperatura

ω = 0.0058 ρ = 0.0003 As = 0.46 cm²

As min = As ct = 0.0018*b*d As min = 2.88 cm²

Espaciamiento de acero (S) S=

S=

Area de varilla x Ancho de la franja de diseño Area calculada 0.71 cm² x 100.0 cm 2.88 cm²

= 24.65 cm

→ 1 ø 3/8" @ 0.25

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