ICG-DPAL2007-02

July 11, 2017 | Author: Franz Perez Valdez | Category: Foundation (Engineering), Bridge, Concrete, Architectural Elements, Architectural Design
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Descripción: CURSO DISEÑO DE PEUNTE INGENIERIA CIVIL ICG...

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DISEÑO DE PUENTES CON AASHTO LRFD y EL MODULO BRIDGE DEL SAP2000

CLASE 02

Ing. JOHN AMPUERO – Ing. CESAR ALVARADO

Clase 02 Ing. John Ampuero Alata

ESTUDIOS DE IMPACTO AMBIENTAL Los estudios ecológicos tendrán como finalidad: • Identificar en forma oportuna el problema ambiental, incluyendo una evaluación de impacto ambiental en la concepción de los proyectos. De esta forma se diseñarán proyectos con mejoras ambientales y se evitará, atenuará o compensará los impactos adversos. • Establecer las condiciones ambientales de la zona de estudio. • Definir el grado de agresividad del medio ambiente sobre la subestructura y la superestructura del puente. • Establecer el impacto que pueden tener las obras del puente y sus accesos sobre el medio ambiente, a nivel de los procedimientos constructivos y durante el servicio del puente. • Recomendar las especificaciones de diseño, construcción y mantenimiento para garantizar la durabilidad del puente.

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CLASE 02

Ing. JOHN AMPUERO – Ing. CESAR ALVARADO

CONSULTA de AUDITORIO z

z

Si claro, en el sentido de que, una adecuada ubicación y diseño del puente, puede o no puede impactar, la zona de prueba puede ser riesgoso. Buen alcance, porque he visto que el detalle es que tienen que hacerse vía para evitar cuestiones en justamente de cruzamiento de proyectos y todo eso, en ambos casos Y esos emergentes, se podría tomar el ejemplo que expresaste temprano, referente a la población. Si hay poblados, zonas que, terrenos que tienen un dueño, porque ese dueño de repente no quiere; entonces te va salir caro dedicarte a todo eso

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Ing. JOHN AMPUERO – Ing. CESAR ALVARADO

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¿Por qué 25 m para los sondajes?

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TIPOS Y COMPONENTES ESTRUCTURALES DE PUENTES

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TIPOS DE SUPERESTRUCTURAS La construcción de la superestructura de un puente depende del tipo de superestructura que puede ser establecido de la siguiente manera: PUENTES METÁLICOS Simplemente apoyados, reticulados o de alma llena. Continuos, reticulados o de alma llena. Arcos. Atirantados. Colgantes. PUENTES DE CONCRETO Simplemente apoyados. Continuos. Pórticos. Arcos

PUENTES METÁLICOS

a. Simplemente Apoyados

b. Continuo

c. Arco

d. Atirantado

e. Colgante

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PUENTES DE CONCRETO CL

a. Simplemente Apoyados CL

b. Continuo

CL

c. Arco CL

d. Pórtico CL

e. Atirantado

PUENTES: DEFINICIÓN Y CONCEPTOS GENERALES Para muchos, los puentes son sólo grandes y casi indestructibles obras de la ingeniería. Son muy pocas las personas que al verlos se detienen y reflexionan acerca de su utilidad, de su forma, su estructura y otras importantes características que hacen de ellos obras muy necesarias para el desarrollo de un país, pueblo o región.

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ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE UN PUENTE El rol que juegan los elementos estructurales de un puente en el proceso de construcción es de vital importancia. Se presenta a continuación los principales componentes de los puentes. - La Superestructura * Tablero * Estructura principal - La Subestructura * Estribos * Pilares - La Cimentación * Zapatas, Pilotes y * Cajones (caissons) - Elementos de conexión

LA SUPERESTRUCTURA Se denomina superestructura al sistema estructural formado por el tablero y la estructura portante principal. El tablero: está constituido por los elementos estructurales que soportan, en primera instancia, las cargas de los vehículos para luego transmitir sus efectos a la estructura principal. En los puentes definitivos, en la mayoría de los casos, se utiliza una losa de concreto como el primer elemento portante del tablero. En los puentes modernos de grandes luces, en lugar de la losa de concreto se esta utilizando el denominado tablero ortotrópico que está conformado por planchas de acero reforzados con rigidizadores sobre el que se coloca un material asfáltico de 2” como superficie de rodadura.

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LA SUPERESTRUCTURA El tablero ortotrópico de acero es mucho más caro que la losa de concreto, pero por su menor peso, su uso resulta conveniente en los puentes de grandes luces. Por ejemplo, en la construcción del tablero del puente provisional Reque (1999), ubicado en la ciudad de Chiclayo se utilizó este tipo de tablero que permitió disminuir el peso del tablero considerablemente, mejorando la capacidad sismorresistente del puente. En el caso de los puentes provisionales en lugar de la losa de concreto se utiliza el maderamen, que consiste de un sistema estructural en base a tablas dispuestas en dirección transversal y paralelo al eje del puente (huellas), debido a que permite reducir notablemente la carga muerta sobre la estructura principal. La estructura principal: Se denomina estructura principal, al sistema estructural que soporta el tablero y salva el vano entre apoyos, transmitiendo las cargas a la subestructura.

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LA SUBESTRUCTURA En los puentes convencionales, la subestructura esta formada por los elementos estructurales que soportan la superestructura y que transmiten las cargas a la cimentación. Dependiendo de su ubicación, se denominan estribos o pilares. Los estribos son los apoyos extremos del puente, mientras que los pilares son los apoyos intermedios. Sin embargo, en ciertos tipos de puentes la superestructura se une monolíticamente y en consecuencia, la separación entre superestructura y subestructura deja de tener sentido. En este caso el estudio del comportamiento estructural del puente para todos los estados de carga debe de ser realizado considerando el puente como un todo. Por ejemplo, en los puentes tipo pórtico y puentes de arco. Los pilares generalmente son de concreto armado y pueden ser de varios tipos: de una sola placa o una sola columna, o dos o mas columnas unidas por una viga transversal. Los pilares de gran altura se hacen en sección hueca y en los otros casos de sección maciza. Los estribos pueden ser concreto ciclópeo o de concreto armado. Se debe añadir que los elementos de la subestructura transmiten las cargas al terreno a través de su cimentación.

LA CIMENTACIÓN La cimentación puede ser clasificada en dos grupos: Cimentación directa o superficial: Es la que se hace mediante zapatas que transmiten la carga al suelo portante. Este tipo de cimentación se utiliza cuando el estrato portante adecuado se encuentra a pequeñas profundidades y a la cual es posible llegar mediante excavaciones. Cimentación profunda: Se utiliza cuando el estrato resistente se encuentra a una profundidad al que no es fácil llegar mediante excavaciones. Las cimentaciones profundas se hacen a través de cajones de cimentación (caissones), pilotaje y cimentaciones compuestas (cajones con pilotes). Por ejemplo, en la cimentación de los pilares del puente provisional Reque se utilizó el sistema mixto: pilotes y cajones de concreto armado.

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DISPOSITIVOS DE CONEXIÓN En los puentes, además de los elementos estructurales indicados anteriormente, existen dispositivos de conexión que deben ser analizados y diseñados cuidadosa y generosamente por cuanto se ha observado que su comportamiento es de suma importancia durante sismos, huaycos y cambios de temperaturas. A los dispositivos de conexión entre la superestructura y la subestructura se les denomina aparatos de apoyo que pueden ser fijos o móviles.

ACCESORIOS DEL TABLERO Un puente es una obra que permite brindar continuidad a la vía en la cual se encuentra y como tal, el tablero debe satisfacer los requisitos de funcionalidad que se establecen en las Normas y Especificaciones correspondientes; es por ello que por ejemplo, en el tablero se deben colocar elementos accesorios como veredas, barandas, etc., que en general constituyen carga muerta adicional. En los puentes de ferrocarril se coloca balasto, durmientes y rieles; y en los puentes para trenes electrico de transporte rápido masivo los rieles se colocan generalmente sin utilizar balasto, con lo que se reduce el peso muerto y se bajan los costos de mantenimiento.

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PUENTES RETICULADOS Son aquellos que se componen de elementos conectados (generalmente rectos) que soportan esfuerzos de tracción, compresión o ambos en caso de cargas dinámicas. Para propósitos de análisis, pueden considerarse uniones articuladas para trabajar con fuerzas axiales.

ESTRUCTURA METÁLICA TABLERO

ARRIOSTRE CORDON SUPERIOR

LOSA DE CONCRETO

RETICULADO 2

RETICULADO 1

C

VIGA TRANSVERSAL

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PARTES DE UN RETICULADO

Líneas claras: Tracción Líneas oscuras: Compresión (en condiciones estáticas)

PUENTES DE ARCO

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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.

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.

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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 que se consigue que materiales que no resistan tracciones puedan ser usados para la construcción de este tipo de puentes.

PARTES GENERALES DEL PUENTE TABLERO

CLAVE ARCO EJE DEL ARCO

F=FLECHA

COLUMNA

CIMENTACIÓN

ROCA

ARRANQUE

L = LUZ

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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

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

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

TABLERO INTERMEDIO

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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 en sitios capaces de proporcionar una buena resistencia al empuje horizontal.

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

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Arco atirantado: Vista Perspectiva

Puente Bolognesi, Piura

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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.

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.

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Puente del puerto de Sydney, 1932.

PROCESOS CONSTRUCTIVOS

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

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.

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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 clave.

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.

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ETAPAS DE L PROCESO CONSTRUCTIVO MEDIANTE CABLE COLGADO

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PUENTES MODULARES Los puentes diseñados con estructuras metálicas modulares tienen el principio de la construcción prefabricada, permitiendo un rápido montaje, lo que lo hace versátil para solucionar eficientemente la interrupción temporal de una vía, de allí es que se le relaciona con construcciones temporales para salvar una emergencia, denominándoseles estructuras provisionales.

PUENTES MODULARES

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Dentro de este tipo de estructuras, podemos mencionar los siguientes: Bailey Mabey Compact 200 Acrow Panel Sima de similares características en sus paneles que lo constituyen, con superficie de rodadura de madera o metálico.

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PUENTE MODULAR TIPOS DE PANELES

BAILEY

ACROW

MABEY COMPACT 200

CONFIGURACIONES TÍPICAS

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PUENTE MODULAR BAILEY CONFIGURACIONES DEL SISTEMA

SS

SSR

DS

DSR

TS

TSR

DD

DDR

PUENTE MODULAR BAILEY

TABLERO DE MADERA

SECCION TRANSVERSAL - STANDARD (TS)

TABLERO DE MADERA

e l e v a cion

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SELECCIÓN DEL TIPO DE ESTRUCTURA „

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Para el caso de los puentes tipo Bailey se realiza inicialmente el cálculo de las máximas solicitaciones por flexión y corte, y se compara con los valores admisibles que figura en las tablas del manual, dependiendo de la superficie de rodadura y la configuración asumida. Recordar que los valores en la tabla están expresadas en t-pie y t, para flexión y corte respectivamente, teniendo en cuenta que se trata de la tonelada larga, equivalente a 1018 kg.

EJEMPLO SOBRECARGA HS15-44 L= 24.384 m CARGAS (t) C1= C2= C3=

2.730 10.910 10.910

ESPAC.(m)

R=

24.550

4.270 4.270

BRAZO (m) 0.000 4.270 8.540

139.757

UBICACION DE LA RESULTANTE MEDIDO DESDE LA CARGA C1

ESTADO 1: Sumatoria M en 2 = R1 = R2 =

X=

Sumatoria M en 2 = R1 = R2 =

5.693 m

Suponiendo Mmax. en C2 281.849 t-m 11.559 t 12.991 t

Sumatoria de M en B ESTADO 2:

CARGAS*BRAZO (t-m) 0.000 46.586 93.171

M=

121.045 t-m

Suponiendo Mmax. en C3 334.264 t-m 13.708 t 10.842 t

Sumatoria de M en C

M=

116.747 t-m

CORTANTE MAXIMO Tomando momentos en 2

V(1) = V(2) =

2.867 t 21.683 t

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Tabla 6a Tabla de Momentos Flectores admisibles para carga viva en pies toneladas BAILEY STANDARD - PLATAFORMA DE MADERA Pies 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250

S.S. 407 400 387 370 347 319 286 249 206 158 105 47 -

D.S. 785 759 725 683 633 576 511 439 359 271 176 -

S.S.R. 802 781 754 720 680 634 582 524 460 390 313 -

T.S. 1116 1067 1008 940 863 777 681 577 464 342 210 70 -

D.S.R. 1484 1420 1347 1264 1170 1068 956 833 701 560 408 -

D.D. 1493 1414 1323 1223 1112 990 858 716 562 398 224 40 -

T.S.R. 2188 2096 1991 1875 1745 1604 1450 1284 1106 915 712 496 -

T.D. 2299 2198 2083 1956 1815 1660 1492 1311 1116 907 686 450 202 -

D.T. 2583 2430 2263 2081 1885 1674 1448 1218 954 685 402 103 -

D.D.R. 2881 2747 2601 2442 2270 2086 1888 1678 1455 1220 972 700 -

T.T. 4025 3827 3610 3375 3122 2849 2557 2257 1918 1567 1203 817 463 -

T.D.R. 4443 4268 4076 3868 3642 3400 3142 2867 2575 2266 1941 1598 1240 855 473 -

D.D.R. 74 72 69 67 64 62 59 57 54 51 49 46 -

T.T. 97 93 90 86 82 78 75 71 67 63 60 56 52 -

T.D.R. 102 98 95 92 88 85 82 78 75 71 68 65 61 58 55 -

Tabla 6B Tabla de Esfuerzos Cortantes en toneladas BAILEY STANDARD - PLATAFORMA DE MADERA Pies 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250

S.S. 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 -

D.S. 55 54 52 51 49 48 46 45 43 42 40 -

S.S.R. 26 25 24 22 21 20 19 18 17 15 14 -

T.S. 71 69 67 65 63 62 60 58 56 55 53 51 -

D.S.R. 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 -

D.D. 87 85 83 81 79 77 75 73 70 68 66 64 62 -

T.S.R. 65 63 60 58 55 53 50 48 45 43 40 38 36 -

T.D. 111 108 105 103 100 97 95 92 89 86 84 -

D.T. 71 68 65 62 59 56 53 50 47 45 42 39 -

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CLASE 02

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USANDO ESTRUCTURAS METALICAS MODULARES BAILEY DSR De acuerdo al Manual Bayley y Uniflote, se tiene que Impacto = 25% M max resist= 1347 tl-pie V max resist= 44 tl Cargas actuantes M act.= 1.25*121.045= V act.= 1.25*21.683= M res = V res =

„

417.96 t-m 44.79 t

equivalente a equivalente a

417.96 t-m 44.79 t

M act = V act =

151.31 t-m 27.10 t

151.31 t-m 27.10 t > >

Para el caso de estructuras tipo Mabey Compact 200, en los manuales ya se indica la configuración necesaria para diferentes longitudes, dependiendo del tipo de camión de diseño seleccionado, y del tipo de superficie de rodadura.

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„

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Se deberá tener en cuenta las deformaciones de estructura por peso propio y por la acción de carga de diseño, las mismas que dependerán de intensidad de tráfico que soporta el puente, como tiempo de servicio de la estructura.

la la la el

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„

Para el caso de empleo de estas estructuras en tramos continuos o esquemas especiales, se deberá verificar la capacidad admisible de los diferentes elementos para las nuevas solicitaciones a la cual se verá expuesta el puente durante su vida útil, incluso durante el montaje del mismo.

„

Otra de las modalidades del empleo de los paneles de estos puentes modulares son como apoyos temporales para el montaje de estructuras mayores, resultando económico su utilización ya que son reutillizables. Para este caso, es necesario tomar en cuenta lo expreso en los manuales de los diferentes fuerzas admisibles dependiendo de la forma de empleo de cada uno de ellos.

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PUENTES CON ESTRUCTURAS METÁLICAS MODULARES PROVISIONALES

Puente km 6 +920 - Amazonas

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Puente Taruca - Huánuco

Puente Taruca - Huánuco

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Puente Huiquiza - Puno

Puente Chinquini - Puno

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Puente Lunahuaná - Lima

Puente Arica - Puno

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Puente Arica - Puno

Apoyo provisional Puente Reque Lambayeque

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Puente Tsejjtzy - Huancavelica

Puente San Miguel - Piura

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Puente San Miguel - Piura

PROYECTO RECONSTRUCCIÓN DEL PUENTE NIEVA Y ACCESOS

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ANTECEDENTES

„

„

„ „ „ „

„

El Puente Nieva que colapsó en el periodo de lluvias del año 1994, presentaba las siguientes características: Tipo: Estructura metálica modular tipo Bailey (DSR) Longitud: 144.00 m (4 tramos de 36 m simplemente apoyados) No de vías: 1 Ancho de vía: 3.15 m Sup. Rodadura: Tablero metálico Subestructura: Pórticos metálicos constituidos por dos pilotes tubulares metálicos de 0.30 m de diámetro y viga cabezal. S/C diseño: 20 t (aprox.)

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CARACTERÍSTICAS DEL PROYECTO „

Tipo:

„

„

Longitud: No de vías: Ancho de vía: Sup. Rodadura: Subestructura:

„

S/C diseño:

„ „ „

Estructura metálica colgante con fiadores descargados y con viga de rigidez metálica en base a paneles tipo Mabey Compact 200 DSR 155.448 m 1 4.20 m Tablero metálico Torres metálicas articuladas, apoyadas sobre estribos de concreto armado, cimentados a una profundidad de 12 m a través de caissones abiertos y cámaras de anclaje de concreto. HS20 (32 t)

Puente Nieva - Amazonas

155.448m

40.00m

40.00m

230.000

220.000

210.000

200.000

190.000

180.000

170.000

204.712

205.187

205.662

206.138

-4.752%en 50.000 m

206.577

206.945

207.242

207.506

207.316

207.116

206.894

206.652

206.389

206.105

-1.900%en 23.286 m

207.468

Pendiente Variable en 155.448 m

+1.900%en 51.266 m

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155.448m 155.448m 155.448m 155.448m 155.448m

Proyecto: Reconstrucción Puente Nieva y Accesos

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GRACIAS GRACIAS POR POR SU SU ATENCIÓN ATENCIÓN

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