Informe Final Estructuras

MUNICIPALIDA MUNIC IPALIDAD D METROPOLITANA METROPOLITANA DE LIMA – PROTRANSPORTE PROTRANSPORTE DE LIMA ESTUDIOS DEFINITIVOS DE ARQUITECTURA, INGENIERIA INGENIERIA DE LA LAS S OBRAS DE INSERCION URBANA SUR

INFORME FINAL PROYECTO DEFINITIVO ESTRUCTURAL  INSERCIÓN  INSERCIÓN URBANA URBANA SUR

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ÍNDICE

1. Generalidades 2. Objetivo 3. Diseño del Proyecto de Estructuras Inserción Urbana Sur 3.1 Bases para el diseño 3.1.1.  Normas Aplicables 3.2 Características de las estructuras 3.3 Información existente proporcionada por Protransporte 3.4 Hipótesis de análisis 3.4.1. Propiedades de los Materiales 3.4.2. Cargas 3.4.3. Combinaciones de Carga 3.5 Análisis Estructural 3.5.1. Modelo Estructural de los puentes 3.6 Modos de vibración 3.7 Desplazamientos y distorsiones de entrepiso 4. Presupuesto, Metrados y Especificaciones Técnicas de Estructuras 4.1 Puente Javier Prado 1 4.2 Puente Javier Prado 2 4.3 Puente Javier Prado 3 – Begonias (NO ) 4.4 Puente Panamá 4.5 Inserción Estadio Nacional 4.6 Inserción Ovalo Balta

Página 3 3 3 3 3 3 3 4 4 5 7 8 8 11 13 14

ANEXOS Anexo 1. Planos de Diseño del Proyecto Estructural de Inserción Urbana Sur

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INFORME FINAL  INSERCIÓN URBANA SUR 1. GENERALIDADES El Instituto Metropolitano Protransporte de Lima - PROTRANSPORTE contrató al Ing. Jorge Milciades Olarte Navarro para los servicios de Consultor Especializado en Estructuras para asesorar, diseñar y supervisar los proyectos de estructuras del Patio Terminal Naranjal e Inserción Urbana Sur. Esta última considera el diseño de cuatro  puentes peatonales.

2. OBJETIVO El objetivo del presente informe es la presentación del Informe Final del Proyecto definitivo estructural de Inserción Urbana Sur.

3. DISEÑO DEL PROYECTO DE ESTRUCTURAS INSERCIÓN URBANA SUR 3.1. BASES PARA EL DISEÑO 3.1.1. Normas Aplicables       

Manual de Diseño de Puentes. Ministerio de Transportes y Comunicaciones. Dirección General de Caminos y Ferrocarriles. Lima, 2003 Reglamento Nacional de Construcciones. Norma Técnica de Edificación E-020 "Cargas". Lima, 2006. Reglamento Nacional de Construcciones. Norma Técnica de Edificación E-030 "Diseño Sismo Resistente". Lima, 2006. Reglamento Nacional de Construcciones. Norma Técnica de Edificación E-050 "Suelos y Cimentaciones". Lima, 2006. Reglamento Nacional de Construcciones. Norma Técnica de Edificación E-060 “Concreto Armado”. Lima, 2006. Reglamento Nacional de Construcciones. Norma Técnica de Edificación E-070 “Albañilería”. Lima, 2006. Reglamento Nacional de Construcciones. Norma Técnica de Edificación E-090 “Estructuras Metálicas”. Lima, 2006.

3.2. CARACTERÍSTICAS DE LAS ESTRUCTURAS Las estructuras de los puentes y rampas consisten en dos armaduras metálicas paralelas tipo Pratt, unidas por el tablero. Los apoyos son pilares de concreto armado. El tablero esta compuesto por perfiles metálicos.

3.3.

INFORMACIÓN PROTRANSPORTE

EXISTENTE

PROPORCIONADA

POR

Planos de Arquitectura A-01 Inserción Urbana en Estación Javier Prado: Planta General Sectorizada A-02 Inserción Urbana en Estación Javier Prado: Cortes Generales 3

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A-03 Inserción Urbana en Estación Javier Prado: Planta General Sector 1 A-04 Inserción Urbana en Estación Javier Prado: Planta General Sector 2 A-05 Inserción Urbana en Estación Javier Prado: Planta General Sector 1 A-01 Inserción Urbana en Estación Republica de Panamá: Planta General A-02 Inserción Urbana en Estación Republica de Panamá: Cortes Generales A-01 Inserción Urbana en Estación Balta: Planta General A-02 Inserción Urbana en Estación Balta: Planta General A-03 Inserción Urbana en Estación Balta: Planta General A-01 Inserción Urbana en Estación Estadio Nacional: Planta General A-02 Inserción Urbana en Estación Estadio Nacional: Cortes A-01 Inserción Urbana en Estación Javier Prado: Desarrollo Puente Peatonal 1 A-02 Inserción Urbana en Estación Javier Prado: Desarrollo Puente Peatonal 2 A-04 Inserción Urbana en Estación Republica de Panama: Desarrollo Puente Peatonal S/N Inserción Urbana sección Constructiva: Puente Peatonal S/N Inserción Urbana sección Constructiva: Giro Silla de Ruedas

3.4. HIPÓTESIS DE ANÁLISIS Los puentes fueron analizados mediante un modelo tridimensional, suponiendo apoyos simples para cada tramo de las rampas. En el análisis se adoptó un comportamiento lineal y elástico. Los elementos de concreto armado se representaron con elementos lineales mientras que las placas de concreto armado se modelaron con elementos tipo Shell. Estado Límite de Vibraciones: Las vibraciones pueden afectar al comportamiento en servicio de las estructuras por razones funcionales. Las vibraciones pueden causar incomodidad en sus ocupantes o usuarios, pueden afectar al funcionamiento de equipos flexibles a este tipo de fenómenos. En el caso de pasarelas peatonales deben evitarse estructuras con frecuencias comprendidas entre 1.6 y 2.4 Hertz, y entre 3.5 y 4.5 Hertz. Con estas consideraciones, se realizaron coordinaciones con el Arq. Bernardo Aguilar (Proyectista de Arquitectura) con la finalidad de mantener a las estructuras fuera de los rangos indicados, variando el peralte a los puentes de análisis.

3.4.1. Propiedades de los Materiales Los materiales considerados tienen las siguientes propiedades: 2 6 2  Acero estructural Fy = 2500 kg/ cm , E = 2x10  kg/ cm 2 2  Concreto: f´c = 210 kg/cm , E = 217,000 kg/cm f´c = 280 kg/cm2, E = 251,000 kg/cm 2 2 6 2  Acero corrugado: fy = 4200 kg/ cm , E = 2x10  kg/ cm

3.4.2. Cargas

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Las cargas se evaluaron conforme al Manual de Diseño de Puentes del MTC (2003) y la norma de Cargas, E-020. Los pesos de las estructuras se calcularon a partir de sus dimensiones propuestas, considerando un peso específico del acero de 7,850 kg/m 3  y concreto de 2,400 kg/m3. El peso del tablero y acabados a apoyarse sobre las correas de unión de armaduras se estimo en 318 kg/m 2. La carga viva de 510 kg/m 2. El análisis sísmico se realizó según la norma vigente, Manual de Diseño de Puentes del MTC (2003), con el procedimiento de superposición modal espectral. Utilizando las condiciones de suelo, las características de la estructura y las condiciones de uso, se utilizaron los parámetros sísmicos que se indican en las tabla 3, 4, 5 y 6 que son las siguientes:

Tabla 3. Parámetros para el Análisis Sísmico

PARÁMETROS PARA EL ANÁLISIS SÍSMICO PUENTES JAVIER PRADO A = 0.44 S = 1.0

Coeficiente de aceleración: Lima, Zona 4 (*) Coeficiente de sitio: Perfil de suelo tipo I Período para definir espectro de seudo aceleración

Tn R=3

Factor de Modificación de la respuesta: Columnas individuales (Categoría de importancia : otros puentes)

(*) Apéndice A de Manual de Diseño de Puentes: Distribución de isoaceleraciones, J. Alva, J. Castillo, 1993, Universidad Nacional de Ingeniería, FIC - CISMID

Tabla 4. Valores numéricos del Espectro Inelástico de Respuesta Puentes Peatonales Javier Prado

Tn 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.10 2.20

Csn = 1.2 AS / T n2/3 (*) Csn g / R 1.10 1.10 1.10 1.10 0.97 0.84 0.74 0.67 0.61 0.57 0.53 0.50 0.47 0.44 0.42 0.40 0.39 0.37 0.36 0.34 0.33 0.32 0.31

3.60 3.60 3.60 3.60 3.18 2.74 2.43 2.19 2.00 1.85 1.73 1.62 1.53 1.45 1.38 1.32 1.26 1.21 1.17 1.13 1.09 1.05 1.02

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(*)

Csn

≤

2.5 A

Espe ctr o de Diseño M TC 2003 - Suelo tip o I Puent es Peatonales Jav ier Prado 4.00 3.50 3.00    R 2.50    /   g 2.00   n   s

   C 1.50

1.00 0.50 0.00 0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

Tn

Figura 1. Espectro Inelástico Puentes Peatonales Javier Prado Tabla 5. Parámetros para el Análisis Sísmico Puente Panamá

PARÁMETROS PARA EL ANÁLISIS SÍSMICO PUENTE PANAMA A = 0.44

Coeficiente de aceleración: Lima, Zona 4 (*) Coeficiente de sitio: Perfil de suelo tipo II Período para definir espectro de seudo aceleración Factor de Modificación de la respuesta: Columnas individuales (Categoría de importancia : otros puentes)

S = 1.2 Tn R=3

(*) Apéndice A de Manual de Diseño de Puentes: Distribución de isoaceleraciones, J. Alva, J. Castillo, 1993, Universidad Nacional de Ingeniería, FIC - CISMID

Tabla 6. Valores numéricos del Espectro Inelástico de Respuesta Puente Peatonal Panamá

Tn

Csn = 1.2 AS / T n2/3

Csn g / R

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50

1.10 1.10 1.10 1.10 1.10 1.01 0.89 0.80 0.74 0.68 0.63 0.59 0.56 0.53 0.51 0.48

3.60 3.60 3.60 3.60 3.60 3.29 2.91 2.63 2.40 2.22 2.07 1.94 1.83 1.74 1.66 1.58

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1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.10 2.20

(*)

Csn

≤

1.51 1.45 1.40 1.35 1.31 1.26 1.22

2.5 A

Espe ctr o de Diseño M TC 2003 - Suel o tip o II Puen te Peaton al Panamá 4.00 3.50 3.00    R 2.50    /   g 2.00   n   s

   C 1.50

1.00 0.50 0.00 0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

Tn

Figura 2. Espectro Inelástico Puente Peatonal Panamá

3.4.3. Combinaciones de Carga La verificación de la capacidad de los elementos estructurales se basó en un  procedimiento de cargas factoradas, conforme al Manual de Diseño de Puentes del Ministerio de Transportes y Comunicaciones (2003). Resistencia I: Resistencia II: Resistencia III: Resistencia IV: Resistencia V: Evento Extremo I: Evento Extremo II: Servicio I: Servicio II: Servicio III:

U = 1.25 DC + 1.75 PL + 1.2 TU U = 1.25 DC + 1.35 PL + 1.2 TU U = 1.25 DC + 1.4 WS U = 1.0 DC + 1.2 WS U = 1.25 DC + 1.35 PL + 0.4 WS + 1.2 TU U = 1.25 DC + 0.5 PL + 1.0 EQ U = 1.25 DC + 0.5 PL + 1.0 CT U = 1.0 DC + 1.0 PL + 0.3 WS U = 1.0 DC + 1.3 PL + 1.2 TU U = 1.0 DC + 0.8 PL + 1.2 TU

Donde: DC = Carga muerta de componentes estructurales y no estructurales PL = Carga viva de peatones TU = Temperatura uniforme WS = Efecto de viento sobre estructura EQ = Efecto de sismo CT = Fuerza de choque vehicular 7

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3.5. ANÁLISIS ESTRUCTURAL 3.5.1. Modelo Estructural de los puentes El dimensionamiento de la estructura de los puentes peatonales tiene siguientes características:

Puente Javier Prado 1 Javier Prado 2 Javier PradoBegonias Panamá

Tabla 7. Características de los Puentes Peralte Longitud Brida Brida Armadura (m) Paños (m) Superior Inferior

Montantes Diagonales

Pratt

1.2

1.3

2C6”x10.5

C6”x10.5

2C6”x8.2

C6”x8.2

Pratt

1.2

1.3

2C6”x10.5

C6”x10.5

2C6”x8.2

C6”x8.2

Pratt

2.0

1.6

2C10”x15.3 +Pl 3/8”

C6”x10.5

2C6”x8.2

C6”x8.2

Pratt

1.8

1.4

2C6x10.5 + Pl 3/8”

C6”x10.5

2C6”x10.5 C6”x10.5

C6”x8.2

Los apoyos consisten en columnas circulares de concreto armado de 1.00 y 0.80 m de diámetro y columnas rectangulares de 0.60 x 1.20 m. Las figuras 3, 4, 5 6 siguientes muestran los modelos empleados para el análisis estructural de los puentes.

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Figura 3. Modelo 3D de Puente Javier Prado 1

Figura 4. Modelo 3D de Puente Javier Prado 2

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Figura 5. Modelo 3D del Puente Javier Prado – Begonias

Figura 6. Modelo 3D del Puente de Puente Panamá

3.6.

MODOS DE VIBRACIÓN 10

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Tabla 8. Modos, periodos y frecuencias de Puente Javier Prado 1 Modo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Periodo Frecuencia (s) 0.174 0.162 0.158 0.152 0.141 0.131 0.128 0.122 0.120 0.105 0.092 0.080 0.079 0.077 0.075 0.070 0.070 0.065 0.064 0.063

(Cyc/s) 5.750 6.182 6.320 6.565 7.082 7.632 7.812 8.211 8.352 9.520 10.918 12.484 12.635 12.989 13.265 14.245 14.281 15.471 15.577 15.896

Tabla 9. Modos, periodos y frecuencias de Puente Javier Prado 2 Modo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Periodo

Frecuencia

(s) 0.183 0.180 0.172 0.145 0.138 0.130 0.121 0.113 0.104 0.098 0.091 0.090 0.081 0.080 0.077 0.073 0.073 0.072 0.068 0.067

(Cyc/s) 5.466 5.567 5.828 6.908 7.272 7.668 8.252 8.868 9.591 10.213 10.994 11.078 12.416 12.520 13.009 13.633 13.682 13.982 14.804 14.999

Tabla 10. Modos, periodos y frecuencias de Puente Javier Prado- Begonias Modo

Periodo Frecuencia

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

(s) 0.208 0.205 0.154 0.139 0.110 0.082 0.078 0.076 0.069 0.068 0.067 0.067 0.063 0.063 0.060 0.058 0.058 0.056 0.055 0.053

(Cyc/s) 5.750 6.182 6.320 6.565 7.082 7.632 7.812 8.211 8.352 9.520 10.918 12.484 12.635 12.989 13.265 14.245 14.281 15.471 15.577 15.896

Tabla 11. Modos, periodos y frecuencias de Puente Panamá Modo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

3.7.

Periodo Frecuencia (s) 0.197 0.177 0.096 0.085 0.084 0.077 0.075 0.074 0.068 0.064 0.062 0.059 0.058 0.056 0.055 0.052 0.050 0.048 0.047 0.046

(Cyc/s) 5.750 6.182 6.320 6.565 7.082 7.632 7.812 8.211 8.352 9.520 10.918 12.484 12.635 12.989 13.265 14.245 14.281 15.471 15.577 15.896

DESPLAZAMIENTOS Y DISTORSIONES DE ENTREPISO

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Las máximas distorsiones y desplazamiento se obtuvieron multiplicando el desplazamiento calculados en el análisis dinámico por 0.75*R, según la dirección de análisis, obteniéndose así los desplazamientos y distorsiones finales. Las siguientes tablas muestran las distorsiones obtenidas en los pilares y en el centro de los vanos de la estructura metálica.

Tabla 12. Desplazamientos y distorsiones Puente Javier Prado 1 Distor sio nes

Brida superior Brida inferior Pilar central sup. Pilar central inf. Pilar norte sup. Pilar norte inf. Pilar sur sup. Pilar sur inf.

R= 3 Puente Javier Prado 1 Despazamiento absoluto Despazamiento relativo Altura X Y X Y cm cm cm cm cm 0.483 0.074 0.399 0.059 120 0.084 0.015 0.013 0.025 0.013 0.025 590 0.000 0.000 0.002 0.006 0.002 0.006 220 0.000 0.000 0.011 0.028 0.011 0.028 280 0.000 0.000

Distorsión X Y 0.003

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

Tabla 13. Desplazamientos y distorsiones Puente Javier Prado 2 Disto rsio nes

Puente Javier Prado 2 Despazamiento absoluto X Y cm cm Brida superior 0.148 1.082 Brida inferior 0.158 0.379 Pilar central sup. 0.159 0.033 Pilar central inf. 0.000 0.000 Pilar norte sup. 0.031 0.013 Pilar norte inf. 0.000 0.000 Pilar sur sup. 0.167 0.287 Pilar sur inf. 0.000 0.000

R= 3 Despazamiento relativo Altura X Y cm cm cm -0.010 0.703 120

Distorsión X Y 0.000

0.006

0.159

0.033

480

0.000

0.000

0.031

0.013

281

0.000

0.000

0.167

0.287

480

0.000

0.001

Tabla 14. Desplazamientos y distorsiones Puente Javier Prado - Begonias Disto rsio nes

Brida superior Brida inferior Pilar central sup. Pilar central inf. Pilar norte sup. Pilar norte inf. Pilar sur sup. Pilar sur inf.

Puente Javier Prado-Begonias R= 3 Despazamiento absoluto Despazamiento relativo Altura X Y X Y cm cm cm cm cm 0.008 1.621 -0.005 1.069 200 0.012 0.552 0.006 0.052 0.006 0.052 415 0.000 0.000 0.009 0.048 0.009 0.048 415 0.000 0.000 0.006 0.036 0.006 0.036 445 0.000 0.000

Distorsión X Y 0.000

0.005

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

Tabla 15. Desplazamientos y distorsiones Puente Panamá Disto rsio nes

Puente Panamá Despazamiento absoluto

R= 3 Despazamiento relativo Altura

Distorsión

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Brida superior Brida inferior Pilar central sup. Pilar central inf. Pilar norte sup. Pilar norte inf. Pilar sur sup. Pilar sur inf.

X cm 2.387 0.953 0.472 0.000 0.256 0.000 0.380 0.000

Y cm 0.563 0.557 0.568 0.000 0.521 0.000 0.551 0.000

X cm 1.435

Y cm 0.006

X

Y

cm 180

0.008

0.000

0.472

0.568

415

0.001

0.001

0.256

0.521

320

0.001

0.002

0.380

0.551

415

0.001

0.001

Se observa que las distorsiones en la estructura en las direcciones X-X e Y-Y son menores a las permitidas en la Norma E-030 de Diseño Sismorresistente para concreto armado (0.007) y para estructuras metálicas (0.010).

4. PRESUPUESTO, METRADOS Y ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE ESTRUCTURAS 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6.

PUENTE JAVIER PRADO 1 PUENTE JAVIER PRADO 2 PUENTE JAVIER PRADO 3 – BEGONIAS ( no ) PUENTE PANAMA INSERCIÓN ESTADIO NACIONAL INSERCIÓN OVALO BALTA

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4.1 PUENTE JAVIER PRADO 1

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4.2 PUENTE JAVIER PRADO 2

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4.3 PUENTE JAVIER PRADO 3 – BEGONIAS

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4.4 PUENTE PANAMÁ

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4.5 INSERCIÓN ESTADIO NACIONAL

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4.6 INSERCIÓN OVALO BALTA

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ANEXOS

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ANEXO 1 PLANOS DE DISEÑO DEL PROYECTO ESTRUCTURAL DE INSERCIÓN URBANA SUR

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