Manual Puente Vigas i - Preesforzado - Csi Bridge
March 31, 2017 | Author: CarlosDuarte | Category: N/A
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FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL MÓDULO DE DISEÑO DE PUENTES TEMA: DISEÑO PUENTE DE VIGAS I – PREESFORZADAS EN CSI BRIDGE
REALIZADO POR: GUAMAN ILER OMAR HENRY
SEMESTRE: DECIMO “A” FECHA DE ENTREGA: 10-02-2015
PUENTE VIGAS PREESFORZADAS
Figura 1.-Puente Vigas Preesforzadas DATOS GENERALES Geometría del puente Longitud del tramo Ancho de calzada Ancho protección vehicular Ancho total Numero de vanos Longitud de vanos Separación entre vigas Numero de vigas Numero de Vías Ancho de vía Capa de rodadura Espesor de Tablero Espesor Aceras
Lt: 90m Ac: 11,8m Apar: 0.5m At: 13,20m Nvanos: 3 Lvanos: 30m Sv: 2.5m Nv: 5 Nvias: 3 Ancho: 3,60m ecr: 0.05m et: 0,2m ea=0,25m
Materiales Hormigón Tablero Hormigón Vigas Módulo de Elasticidad acero Módulo de Elasticidad H280 Módulo de Elasticidad H280
F´c= 280kg/cm2 F´c= 350kg/cm2 Ec=2050000kg/cm2 Ec = 200798.40 kg/cm2 Ec = 224499,44 kg/cm2
NORMAS DE DISEÑO AASHTO 2007
1. PROPIEDADES GEOMÉTRICAS DEL PUENTE 1.1 Espesor del Tablero AASHTO 2007 – CAP 9 - 9.7.1.1 Mínima Altura y Recubrimiento A menos que el Propietario apruebe una altura menor, la altura de un tablero de hormigón, excluyendo cualquier tolerancia para pulido, texturado o superficie sacrificable deberá ser mayor o igual que 175 mm. Espesor del tablero: 20mm > 175mm Espesor del tablero: 20cm 1.2 Número de carriles AASHTO 2007 – 3.6.1.1.1 Número de Carriles de diseño 𝑤⁄3600mm
Figura 2.- Ancho de carril de diseño w= ancho libre de la calzada = 11,80m 𝑁. 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑖𝑙 = 11,80𝑚⁄3,60𝑚 𝑁. 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑖𝑙 = 3,27 𝑵. 𝒄𝒂𝒓𝒓𝒊𝒍 = 𝟑 𝒄𝒂𝒓𝒓𝒊𝒍𝒆𝒔
1.3 Número de vanos
Figura 3.- Tipos de puentes según su luz libre Tipo de puente: Vigas pre esforzadas Rango: 20m - 50m Longitud del puente: 90m Debido a la longitud del puente no podemos trabajar con un solo vano, por lo tanto trabajamos con 3 vanos obtendríamos longitudes de vano 45m lo cual está permitido para este tipo de puente. 𝑵. 𝒗𝒂𝒏𝒐𝒔 = 3 𝑳𝒐𝒏𝒈𝒊𝒕𝒖𝒅 𝒅𝒆 𝒗𝒂𝒏𝒐𝒔 = 30𝑚 1.4 Determinamos el número de vigas El espaciamiento de vigas está entre 2,5m – 3,2m Espaciamiento de vigas: 2,7m S1, S2, S3,S4=2,7m
13,20 2,7 𝑁𝑣𝑖𝑔𝑎𝑠 = 4,88 𝑁𝑣𝑖𝑔𝑎𝑠 = 5 𝑁𝑣𝑖𝑔𝑎𝑠 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟𝑒𝑠 = 3 𝑁𝑣𝑖𝑔𝑎𝑠 =
1.5 Distancia entre volado y la viga L1 y L2
AASHTO 2007 – CAP 4 - 4.6.2.2.1. “A menos que se especifique lo contrario, la parte de vuelo correspondiente la calzada, dc, no es mayor que 910 mm.”
𝐿1 = 𝐿2 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐿1 + 𝑆1 + 𝑆2 + 𝑆3 + 𝑆4 + 𝐿2 13,2 − 2,7 − 2,7 − 2,7 − 2,7 𝐿1 = 2 𝐿1 = 1,2 𝑚 = 𝐿2 𝟏, 𝟐𝒎 > 𝟎, 𝟗𝒎 Ok
2. MODELO MATEMÁTICO 2.1 Propiedades de los Materiales 2.1.1 Propiedades del Hormigón 2.1.1.1 Resistencia del Hormigón AASHTO 2007 –CAP 5 - 5.4.2.1 Resistencia a la Compresión La resistencia a la compresión especificada para el hormigón y los tableros pretensados no deberá ser menor que 28 MPa. 𝑓 ′ 𝑐 = 28,0𝑀𝑃𝑎 𝑓′𝑐 = 280 𝑘𝑔⁄𝑐𝑚2 Resistencia en vigas prefabricadas AASHTO 2007 – CAP 5 - C5.4.2.1 Sólo se deberían utilizar resistencias superiores a 35 MPa si se verifica que los materiales necesarios para lograr estas resistencias están disponibles para la obra. AASHTO 2007 - 5.14.1.2.5 Resistencia del Hormigón Para los hormigones de curado lento, para todas las combinaciones de cargas que ocurren luego de 90 días se podrá utilizar la resistencia a la compresión a 90 días, siempre que el incremento de resistencia de la mezcla de hormigón utilizada sea verificado mediante ensayos previos. Si se trata de hormigón de densidad normal, la resistencia a 90 días de los hormigones de curado lento se puede estimar como 115 por ciento de la resistencia especificada en la documentación técnica. f ′ c = 28Mpa ∗ 115% 𝑓 ′ 𝑐 = 32: 2MPa 𝑈𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑓 ′ 𝑐 = 350 𝐾𝑔⁄𝑐𝑚2 2.1.1.2 Coeficiente de expansión térmica AASHTO 2007 - 5.4.2.2 Coeficiente de Expansión Térmica El coeficiente de expansión térmica se debería determinar realizando ensayos en laboratorio sobre la mezcla específica a utilizar. En ausencia de datos más precisos, el coeficiente de expansión térmica se puede tomar como:
Para hormigón de densidad normal: 10,8 ∗ 10 − 6⁄°𝐶 Para hormigón de baja densidad: 9,0 ∗ 10 − 6⁄°𝐶 Para una densidad de 2410𝐾𝑔⁄𝑐𝑚2 utilizamos 𝐴 = 10,8 ∗ 10 − 6⁄°𝐶
2.1.1.3 Módulo de elasticidad AASHTO 2007 – CAP 5- C5.4.2.4 Ver el comentario sobre resistencia especificada en el Artículo 5.4.2.1. Para hormigón de resistencia normal con γc = 2320 kg/m3, Ec se puede tomar como: Ec = 4800√𝑓 ′ 𝑐 Sistema Ingles Ec = 12000√𝑓′𝑐
Sisteman Internacional
Para Hormigón de 280 𝐸𝑐 = 12000 ∗ √280 Ec = 200798.40 𝐾𝑔⁄𝑐𝑚2 Ec = 2,00798E9 𝐾𝑔⁄𝑚2 Para Hormigón de 350 𝐸𝑐 = 12000 ∗ √350 Ec = 224499,44 𝐾𝑔⁄𝑐𝑚2 Ec = 2,24499E9 𝐾𝑔⁄𝑚2 2.1.1.4 Coeficiente de Poisson AASHTO 2007 – CAP 5- 5.4.2.5 Coeficiente de Poisson A menos que se determine mediante ensayos físicos, se puede asumir que el coeficiente de Poisson es igual a 0,2. El efecto del coeficiente de Poisson se puede despreciar en los componentes que se anticipa estarán sujetos a fisuración. U = 0,2 2.1.2
Propiedades del Acero
2.1.2.1 Límite de Fluencia AASHTO 2007 – CAP 5- 5.4.3.1 Requisitos Generales La tensión de fluencia o grado de las barras o alambres se deberán indicar en la documentación técnica. Sólo se podrán utilizar barras con tensiones de fluencia menores que 420 MPa con aprobación del Propietario. Acero para Diagragmas: AASHTO A36 2.1.2.2 Módulo de elasticidad AASHTO 2007 - CAP 5- 5.4.3.2 Módulo de Elasticidad El módulo de elasticidad del acero de las armaduras, Es, se deberá asumir igual a 200.000 MPa. Es = 200000MPA 𝐸𝑠 = 2040000 𝐾𝑔⁄𝑐𝑚2
2.2 Propiedades de las secciones 2.2.1
Sección de la viga I
Figura 4.- Propiedades Geométricas Para Vigas AASHTO Referencia: T.Y.Lin,”Desaing Of Prestressed Concrete Structures”, 3a Edición, Ed. John Wiley & Sons.
AASHTO 2007 – CAP2 - 2.5.2.6.3 Criterios Opcionales para Relaciones Longitud Si un Propietario decide invocar controles sobre las relaciones longitud-profundidad, en ausencia de otros criterios se pueden considerar los límites indicados en la Tabla 1, donde S es la longitud de la losa y L es la longitud de tramo, ambas en mm. Si se utiliza la Tabla 1, a menos que se especifique lo contrario los límites indicados en la misma se deben aplicar a la profundidad total Tabla 2.5.2.6.3-1 − Profundidades mínimas utilizadas tradicionalmente para superestructuras de profundidad constante.
Longitud del tramo = 30m Profundidad mínima = 0,040L Profundidad mínima = 0,040 ∗ 30 Profundidad mínima = 1,20m Profundidad de la viga = 1,60m > 1,20m
2.2.2
Sección de los Diafragmas
AASHTO 2007 – CAP 6 - 6.7.3 Mínimo espesor del acero El acero estructural, incluyendo el acero utilizado para las riostras, marcos transversales y todo tipo de placas de empalme no debe tener menos de 8mm de espesor. 2.2.3
Pilar
Diámetro del Pilar φ = 1m Espaciamiento entre pilotes = 4m Altura del Pilar = 7,0m D1 = 2,60m D2 = 6,60m D3 = 10,60m 2.2.4 Cabezal Altura = 1,5m Ancho= 2,0m Largo=13,2m
1,50
13,20
4,00
1,50
7,00
2,60
Figura 7.- Pilar
4,00
2,60
2.2.5
Torones
AASHTO 2007 – CAP 5 - Tabla 5.4.4.1-1 − Propiedades de los cables y barras de pretensado
Diámetro de torones: φ 12,7mm N.torones: 40 Fuerza inicial de tensado: 13.9 T c/u 2.3 Cargas 2.3.1
Carga Muerta Adicional
AASHTO 2007 – CAP 3 - sección 3.5.1. Cargas Permanentes La carga permanente deberá incluir el peso propio de todos los componentes de la estructura, accesorios e instalaciones de servicio unidas a la misma, superficie de rodamiento, futuras sobrecargas y ensanchamientos previstos
25
5
25
Tablero hormigon
20
25
106
Pasamano 20x20
70
Figura 8.- Sección Transversal Tablero
2.3.1.1 Carga de postes AASHTO 2007 – CAP 13 - 13.8.1 Geometría La mínima altura de las barandas para peatones deberá ser de 1060 mm, medidos a partir de la cara superior de la acera 𝑘𝑔 𝑾𝒑𝒐𝒔𝒕𝒆𝒔 = 0,25 𝑚 ∗ 0,25 𝑚 ∗ 1,06 ∗ 2410 3 = 𝟏𝟓𝟗, 𝟔𝟔 𝒌𝒈 𝑚 2.3.1.2 Carga Pasamanos 𝑾𝒑𝒂𝒔𝒂𝒎𝒂𝒏𝒐𝒔 = 0,20m ∗ 0,20m ∗ 2410
𝑘𝑔 ∗ 2 (𝑡𝑖𝑟𝑎𝑠) = 𝟏𝟗𝟐, 𝟖 𝒌𝒈/𝒎 𝑚3
2.3.1.3 Carga de aceras AASHTO 2007 – CAP 13 -13.11.2 Aceras Cuando en los accesos carreteros se utilizan cordones cuneta con acera, la altura del cordón para las aceras sobreelevadas en el puente no debería ser mayor que 200 mm. Si se requiere un cordón barrera, la altura del cordón no debería ser menor que 150 mm. Si la altura del cordón en el puente difiere de la altura del cordón fuera del puente se deberá proveer una transición uniforme en una distancia mayor o igual que 20 veces el cambio de altura. Altura de Acera = 0,25m 𝑘𝑔 𝑾𝒂𝒄𝒆𝒓𝒂𝒔 = 0,25 𝑚 ∗ 2410 3 = 𝟔𝟎𝟐, 𝟓 𝒌𝒈/𝒎𝟐 𝑚 2.3.1.4 Carga de asfalto 𝑾𝒂𝒔𝒇𝒂𝒍𝒕𝒐 = 0,05 𝑚 ∗ 2300
2.3.2
𝑘𝑔 = 𝟏𝟏𝟓 𝒌𝒈/𝒎𝟐 𝑚3
Carga Viva
2.3.2.1 Sobrecarga vehicular de diseño Esta carga consiste en una combinación de: Camión de diseño o tándem de diseño Es el peso de un camión considerado como un conjunto de cargas puntuales que actúan con una separación de acuerdo a la distancia entre ejes del camión de diseño. AASHTO 2007 – CAP3 - 3.6.1.2.2. Camión de Diseño Los pesos y las separaciones entre los ejes y las ruedas del camión de diseño serán como 145.000 N se deberá variar entre 4300 y 9000 mm para producir las se especifica en la figura. Así también la separación entre los dos ejes de solicitaciones extremas.
Figura 9.- Camión de Diseño 2.3.2.2 Cargas Peatonales AASHTO 2007 – CAP 3 - 3.6.1.6 Cargas Peatonales Se deberá aplicar una carga peatonal de 3,6 x 10-3 MPa en todas las aceras de más de 600 mm de ancho, y esta carga se deberá considerar simultáneamente con la sobrecarga vehicular de diseño. 𝑾𝒑𝒆𝒂𝒕𝒐𝒏𝒂𝒍 = 3,6 ∗ 10 − 3 𝑀𝑃𝑎 𝑘𝑔 𝑾𝒑𝒆𝒂𝒕𝒐𝒏𝒂𝒍 = 367,1 2 𝑚
3.- MODELACIÓN CSI (BRIDGE) Crear el Modelo del Puente 3.1 Definir la Línea de Diseño Definir las unidades Kg,m,C y Seleccionar una hoja en blanco
Figura 10.- New Model El modelo que vamos a realizar tiene dos vanos de 45m cada uno. La disposición la línea de diseño se define mediante el comando Layout > Layout Line > New, Figura 3 El trazado de la línea es recta, sin variación en la elevación. La longitud real de la línea de diseño es 90 metros.
Figura 11.- Bridge Layout Line Data
3.2 Definir materiales 3.2.1
Hormigón de 280 kg/cm2
El tipo de material para utilizar en el tablero, columnas y cabezal será un hormigón cuya resistencia es de 280 Kg/cm2. Este material se define mediante el comando Components > New. Realizamos Los siguientes cambios para definir el material: Material type: Concrete Weight per Unit Volume: 2410𝑘𝑔⁄𝑚3 Modulus of Elasticity, E: 2,0079𝐸9 𝑘𝑔⁄𝑚2 Poisson’s Ratio. U: 0.20 Coefficiente of Themal Expansion, A: 10,80𝐸 − 6 Specified Concrete Compressive Strength, F’c: 2,8𝐸6
Figura 12.- Material Property data – Hormigon 280 3.2.2
Hormigón de 350 kg/cm2
El tipo de material para utilizar en las vigas será un hormigón cuya resistencia es de 350 Kg/cm2. Este material se define mediante el comando Components > Copy. Asegurándonos que el material a copiar es el hormigón 280 Realizamos Los siguientes cambios para definir el material: Modulus of Elasticity, E: 2,2449𝐸9 𝑘𝑔⁄𝑚2 Specified Concrete Compressive Strength, F’c: 3,5𝐸6
Figura 13.- Material Property data – Hormigon 350 3.2.3
Acero A36
El tipo de material para utilizar en los diafragmas es un acero A36. Este material se define mediante el comando Components > desplegamos la pestaña > Add New Material Quick. En el cual elegimos la especificación ASTM A36
Figura 14.- Quick Material Definition – Acero A36
3.3
Definir Secciones de la Sub estructura
Cuatro propiedades de sección tipo FRAME usaremos en el modelo. Los cuatro tipos de elementos son: 3.3.1
Definir la sección de la viga
7,6
12.7
10.67
10,2
10,2
20,3
25,4
160
20,3
71,1
Figura 15.- Sección transversal Viga Tipo I Para definir la viga utilizamos el siguiente comando Components > Type > Frame Propieties > New. En la ventana Add Frame Section Propiety Seleccionamos el tipo de propiedad del material que es Concreto y el tipo de sección Precast I. En la ventana Precast Concrete I Girrder Cambiamos las dimensiones de las secciones con las dimensiones en la figura 15 y seleccionamos el tipo de material Hormigón 350
Figura 16.- Precast Concrete I Girder
3.3.2
Definir la sección de la columna
Las columnas se define mediante el comando Components > Type > Frame Properties > New. En la ventana Add Frame Section Propiety Seleccionamos el tipo de propiedad del material que es Concreto y el tipo de sección Pila. El diámetro a utilizar en la columna será de 1m y tendrá una resistencia de 280kg/cm2
Figura 17.- Circle Section 3.3.3
Definir la sección del Cabezal
El cabezal se define mediante el comando Components > Type > Frame Properties > New. En la ventana Add Frame Section Propiety Seleccionamos el tipo de propiedad del material que es Concreto y el tipo de sección Rectangular. La altura a utilizar es de 1,5m y un ancho de 2m, tiene una resistencia de 280 kg/cm2, Seleccionamos el comando Concrete Reindorcement, en la ventana Reinforcement Data Seleccionamos Beam (M3 Desinf Only)
Figura 18.- Rectangular Section
3.3.4
Definir el Tablero
Figura 19.- Sección transversal del Tablero Ancho total (Width) =13,20m t2= 0,75m placa de neopreno 𝑁𝑣𝑖𝑔𝑎𝑠 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟𝑒𝑠 = 3 𝑆 = 2,7𝑚 𝑇1 = 0,2𝑚 𝐿1 = 1,2 𝑚 𝐿2 = 1,2𝑚 El Tablero se define mediante el comando Components > Item > Deck Sections > New. En la ventana Select Bridge Deck Section Type Seleccionamos el tablero Precast I girder Asignamos los valores anteriormente determinados según corresponda en la ventana Define Bridge Section Data – Pecast Concrete I Girder
Figura 20.- Define Bridge Section Data 3.3.5
Definir el Diafragma
El Diafragma se define mediante el comando Components > Item > Diaphragms > New. En la ventana Bridge Diaphragm Property en el tipo de diafragma seleccionamos Chord and Brace, Los diafragmas superiores e inferiores son de tipo Doble Angulo (2L 100x100x8) y el diafragma intermedio es de tipo Angulo(L 100x100x8)
Figura 21.- Bridge Diaphragm Property
3.3.6
Definir Tipos de Apoyos
3.3.6.1 Apoyo Fijo Apoyo Fijo se define mediante el comando Components > Item > Bearings > New. En la ventana Bridge Bearing Data no hacemos ningún cambio debido a que el apoyo fijo tiene 3 restricciones
Figura 22.- Apoyo Fijo 3.3.6.2 Apoyo Móvil Apoyo Móvil se define mediante el comando Components > Item > Bearings > New. En la ventana Bridge Bearing Data Liberamos U3 debido a que el apoyo fijo tiene 2 restricciones
Figura 23.- Apoyo Móvil
3.3.7
Definir la Cimentación
La cimentación se define mediante el comando Components > Item > Fundation Springs > New. En la ventana Fundation Springs Data No hacemos ningún cambio
Figura 24.- Cimentación 3.3.8
Definir los Estribos
La cimentación se define mediante el comando Components > Item > Abustments > New. En la ventana Bridge Abutments Data Seleccionamos Cimentación (Propiedad creada en la Figura 26)
Figura 25.- Estribos
3.3.9
Definir el Pilar
El Pilar se define mediante el comando Components > Item > Bents > New. En la ventana Bridge Bent Data Cambiamos el ancho 13.20m, el número de columnas 3 y seleccionamos la sección Cabezal Damos click en el botón Modify/Show Column Data nos aparece una ventana Bridge Bent Column Data en la cual debemos cambiar la sección a Pila, Modificamos la distancia (D1= 2,6m; D2= 6,6m; D3= 10,6m) y finalmente Cambiamos la altura a 7m
Figura 26.- Bridge bent Data – Bridge bent Column Data
3.4 Definir Cargas 3.4.1
Vehículo HL-93M
El vehículo HL-93M se define mediante el comando Loads > Type > Vehicles > New. En la ventana Estándar Vehicle Data Cambiamos el tipo de vehículo seleccionando el vehículo HL-93M
Figura 27.- Vehículo HL-93M 3.4.2
Vehículo HL-93K
El vehículo HL-93K se define mediante el comando Loads > Type > Vehicles > New. En la ventana Estándar Vehicle Data Cambiamos el tipo de vehículo seleccionando el vehículo HL-93K
Figura 28.- Vehículo HL-93K
3.4.3
Convoy
El Convoy se define mediante el comando Loads > Type > Vehicle Class > New. En la ventana Vehicle Class Data Seleccionamos el Vehículo HL-93M creado en la Figura 29 y damos click izquierdo en Add, Luego seleccionamos el vehículo HL-93K creado en la Figura 20 y damos click izquierdo en Add, Luego seleccionamos el vehículo HL-93S creado en la Figura 20 y damos click izquierdo en Add
Figura 29.- Convoy 3.4.4
Load Patterns
Para crear los tipos de carga utilizamos el comando Loads > DL load Patternts. En la ventana Define Load Patterns cremos la carga POSTENSADO en Set Weigth Multiplier Ponemos cero (0) y damos click en Add new Load Pattem, hacemos lo mismo para las cargas (POSTES, PASAMANOS, ACERAS, ASFALTO)
Figura 30.- Asignación de Cargas
Para crear la carga PEATONAL Cambiamos el tipo por PREDESTRIA LL y le damos click en Add new Load Pattem
Figura 31.-Asignacion Carga Peatonal 3.4.5
Definir Carga Muerta Adicional
3.4.5.1 Definir Carga Postes Para la carga del POSTE IZQUIERDO utilizamos el comando Loads > Type > Point Load > New. En la ventana Bridge Point Load Defition Data Colocamos la carga calculada de 159,66 Kg y la colocamos con referencia al lado izquierdo (Left Edge of Deck) a una distancia de 0,125m (La mitad del Ancho del poste = 0.25/2 = 0,125m)
Figura 32.- Carga Poste Izquierdo
Para la carga del POSTE DERECHO utilizamos el comando Loads > Type > Point Load > Copy, asegurándonos de Copiar el POSTE IZQUIERDO. En la ventana Bridge Point Load Defition Data Cambiamos la colocación de la carga con referencia al lado Derecho (Rigth Edge of Deck) a una distancia de 0,125m (La mitad del Ancho del poste = 0.25/2 = 0,125m)
Figura 33.- Carga Poste Derecho 3.4.5.2 Definir Carga Pasamanos Para la carga del PASAMANO IZQUIERDO utilizamos el comando Loads > Type > Line Load > New. En la ventana Bridge Line Load Defition Data Colocamos la carga calculada de 192,8 Kg/m y la colocamos con referencia al lado izquierdo (Left Edge of Deck) a una distancia de 0,125m (La mitad del Ancho del poste = 0.25/2 = 0,125m)
Figura 34.- Carga Pasamano Izquierdo
Para la carga del PASAMANO DERECHO utilizamos el comando Loads > Type > Line Load > Copy, asegurándonos de Copiar el PASAMANO IZQUIERDO. En la ventana Bridge Line Load Defition Data Cambiamos la colocación de la carga con referencia al lado Derecho (Rigth Edge of Deck) a una distancia de 0,125m (La mitad del Ancho del poste = 0.25/2 = 0,125m)
Figura 35.- Carga Pasamano Derecha 3.4.5.3 Definir Carga Aceras Para la carga del ACERA IZQUIERDO utilizamos el comando Loads > Type > Area Load > New. En la ventana Bridge Area Load Defition Data Colocamos en ambas casillas la carga calculada de 602,5 Kg/m2 y la colocamos con referencia al lado izquierdo (Left Edge of Deck) a una distancia inicial de cero(0) y una distancia final de0,7m (es el ancho de la calzada 0,7m)
Figura 36.- Carga Acera Izquierda
Para la carga del ACERA DERECHA utilizamos el comando Loads > Type > Area Load > Copy, asegurándonos de copiar ACERA IZQUIERDA. En la ventana Bridge Area Load Defition Data Colocamos la carga con referencia al lado derecho (Rigth Edge of Deck) a una distancia inicial de 0,7m (es el ancho de la calzada 0,7m) y una distancia final de cero(0)
Figura 37.- Carga Acera Derecha 3.4.5.4 Definir Carga Asfalto Para la carga del ASFALTO utilizamos el comando Loads > Type > Area Load > New. En la ventana Bridge Area Load Defition Data Colocamos en ambas casillas la carga Proporcionada por la AASHTO 2007 de 367,1 Kg/m2 y la colocamos con referencia al lado izquierdo (Left Edge of Deck) a una distancia inicial de cero(0) y una distancia final 0,70 (Ancho Aceras = 0,7m)
Figura 38.- Carga Asfalto
3.4.5.5 Definir Carga Peatonal Para la carga PEATONAL IZQUIERDO utilizamos el comando Loads > Type > Area Load > New. En la ventana Bridge Area Load Defition Data Colocamos en ambas casillas la carga calculada de 602,5 Kg/m2 y la colocamos con referencia al lado izquierdo (Left Edge of Deck) a una distancia inicial de cero(0) y una distancia final de 0,7m (Ancho de la calzada 0,7m)
Figura 39.- Carga Peatonal Izquierda Para la carga PEATONAL DERECHA utilizamos el comando Loads > Type > Area Load > Copy, asegurándonos de copiar PEATONAL IZQUIERDA. En la ventana Bridge Area Load Defition Data Colocamos la carga con referencia al lado derecho (Rigth Edge of Deck) a una distancia inicial de 0,7m (Ancho de la calzada 0,7m) y una distancia final de cero(0)
Figura 40.- Carga Peatonal Derecha
3.5 Diseñar Puente 3.5.1
Definir Vanos
Para definir los vanos utilizamos el comando Bridge > New. En la ventana Bridge Object Data ingresamos la longitud del VANO 1 de 30m y damos click en el botón Add, ingresamos la longitud del VANO 2 de 60m y damos click en el botón Add
Figura 41.- Bridge Object Data 3.5.2
Asignar Tablero Para cada Vano
Para definir los vanos utilizamos el comando Bridge > Spans. En la ventana Bridge Object Span Assigments no realizamos ningún cambio.
Figura 42.- Bridge Object Span Assigments
3.5.3
Asignar Diafragmas
Para Asignar los DIAFRAGMAS utilizamos el comando Bridge > Spans Items > Diaphragms. En la ventana Bridge Object In-Span Cross Diaphragms Assigments colocamos Diafragmas cada 10m, no se coloca diafragmas a los 30m de cada vano debido que se coloca un diafragma con cada Pila y con cada Apoyo
Figura 43.- Bridge Object Span Assigments 3.5.4
Asignar Apoyos
Para Asignar los APOYOS utilizamos el comando Bridge > Supports > Abutments. En la ventana Bridge Object Abutment Assigments nos ubicamos en la pestaña Star Abutment y colocamos un Diafragma, un Estribo y lo asignamos como Apoyo Movil
Figura 44.- Start Abutment
Nos ubicamos en la pestaña End Abutment y colocamos un Diafragma, un Estribo y lo asignamos como Apoyo Movil
Figura 45.- Etart Abutment 3.5.5
Asignar Pilas
Para Asignar las PILAS utilizamos el comando Bridge > Supports > Bents. En la ventana Bridge Object Bent Assigments Seleccionamos el VANO 1 colocamos un Diafragma, un Pilar y lo asignamos como Apoyo Fijo
Figura 46.- Pilar Vano 1
Seleccionamos el VANO 2 colocamos un Diafragma, un Pilar y lo asignamos como Apoyo Fijo
Figura 47.- Pilar Vano 2 3.5.6
Asignar tendonesD
Para Asignar las Tendones utilizamos el comando Bridge > Pestress Tendosns. En la ventana Assigments Prestress Tendons Damos click en Add New Tendon en esta ventana seleccionamos la carga POSTENSADO, Cambiamos las unidades a Ton, cm, C; ingresamos el área de 40 torones: 50,8cm2 (𝐴𝑟𝑒𝑎 =
𝜋∗𝐷 2 4
∗ 40 =
𝜋∗1,272 4
∗ 40 = 1,27 ∗ 40 = 𝟓𝟎, 𝟖𝒄𝒎𝟐 ) , ingresamos la tensión de
los 40 torones: 556 Ton (13,9*40 = 556ton), Seleccionamos Model As Elements
Figura 48.- Bridge Tendon Data
en la Figura 50 damos click en Quick Start, el cuan en la ventana Tendon Quick Start seleccionamos Parabolic Tendon 1 y damos click en OK y en la siguiente ventana damos click en Done
Figura 49.- Tendon Quick Start En la ventana Assing Prestress Tendons damos click en Copy to All Girders para que los Tendones se copien a cada Viga, Para visualizar los tendones damos click en el botón Show All Tendons y en la ventana Bridge TEndon Layout Display podemos verificar que los tendondes se encuentren dentro de cada viga moviendo la última pestaña
Figura 50.- Bridge Tendon Layout Display
3.5.7
Asignar Cargas
3.5.7.1 Carga Puntual Para asignar la carga de POSTES usamos el comando Loads > Point Load. Damos click en Add New y seleccionamos la carga POSTES, la distribución POSTE IZQUIERDO a un espaciamiento de 10m con un número de 10 postes. Nuevamente damos click en Add New y volvemos hacer lo mismo pero para la distribución POSTE DERECHO
Figura 51.- Asignacion Carga Puntual 3.5.7.2 Carga Lineal Para asignar la carga de PASAMANOS usamos el comando Loads > Line Load. Damos click en Add New y seleccionamos la carga PASAMANOS, la distribución PASAMANO IZQUIERDO y que termine a 90m. Nuevamente damos click en Add New y volvemos hacer lo mismo pero para la distribución PASAMANO DERECHO
Figura 52.- Asignacion Carga Lineal
3.5.7.3 Carga Distribuida Para asignar la carga de ACERAS, ASFALTO y PEATONAL usamos el comando Loads > Area Load. Damos click en Add New y seleccionamos la carga ACERAS, la distribución ACERA IZQUIERDO y que termine a 90m. Nuevamente damos click en Add New y volvemos hacer lo mismo pero para la distribución ACERA DERECHO Damos click en Add New y seleccionamos la carga ASFALTO, la distribución ASFALTO y que termine a 90m. Damos click en Add New y seleccionamos la carga PEATONAL, la distribución PEATONAL IZQUIERDO y que termine a 90m. Nuevamente damos click en Add New y volvemos hacer lo mismo pero para la distribución PEATONAL DERECHO
Figura 53.- Asignacion Carga Distribuida 3.5.8
Visualizar Puente
Con el comando Update y seleccionando Update as Area Object Model podemos visualizar el diseño del puente finalizado en la figura 57
Figura 54.- Update
Figura 55.- Visualización del Puente Con el comando Home > Set Display options seleccionamos la opción Extrude View podremos visualizar de mejor manera el diseño del Puente en la Figura 59
Figura 56.- Extrude View
Figura 57.- Diseño de Puente Vigas Pre esforzadas 3.5.9
Definir Carriles
Para definir EL CARRIL 1 utilizamos el comando Layout > New, en la ventana asignamos una LINEA DE DISEÑO con una distancia inicial de Cero(0) y un ancho de 3,60m damos click en Add. Asignamos nuevamente una LINEA DE DISEÑO con una distancia final de 90m y un ancho de 3,60m damos click en Add
Figura 58.- Carril 1 Para definir CARRIL 2 utilizamos el comando Layout > Copy, nos aseguramos que copiamos el CARRIL 1 Realizamos Center Line offset de 4,1m (Ancho de carril + Separación ente carril = 3,60m+0,50m = 4,10m) es un offset a la derecha del center line. Nos aseguramos que el Center Line Offset este correcto.
Figura 59.- Carril 2 Para definir CARRIL 3 utilizamos el comando Layout > Copy, nos aseguramos que copiamos el CARRIL 1 Realizamos Center Line offset de - 4,1m (Ancho de carril + Separación ente carril = 3,60m+0,50m = 4,10m) es un offset a la Izquierda del center line. Nos aseguramos que el Center Line Offset este correcto.
Figura 60.- Carril 3 Para Visualizar los carriles utilizamos el comando Home > More > Show Lanes. En la ventana Show Lane seleccionamos los 3 Carriles definidos anteriormente CARRIL 1, CARRIL2 y CARRIL 3 y seleccionamos la opción Show Lane Width y podremos visualizar los Carriles en la figura 64
Figura 61.- Show Lane
Figura 62.- Carriles 3.5.10 Correr Programa Para Correr el programa utilizamos el comando Analysis > Run Ananlisis, en la ventana Set Load Cases to Run La carga MODAL no le corremos y le damos click en Run/Do Not Run Case. Finalmente damos click en Run Now
Figura 63.- Set Load Cases to Run
4. ANALISIS Y RESULTADOS 4.1. Deformaciones Carga Muerta Deflexión Máxima:
-15,6 mm
Figura 64.- Deformación Por carga Muerta Carga Pos tensado Deflexión Máxima:
28,6 mm
Figura 65.- Deformación Por Pos tensado
Carga Móvil Deflexión Máxima:
-20.8 mm
Figura 66.- Deformación por Carga Móvil 4.2. Momentos en la Vigas M3 Viga Exterior Izquierda
Figura 67.- Momentos Máximos y Mínimos en la viga exterior izquierda
Viga Intermedia
Figura 68.- Momentos Máximos y mínimos en la viga Intermedia
Tabla 1. Resultados Obtenidos de Momentos máximos y minimos Viga Exterior izquierda
Viga Intermedia
Mmáx
167,32 T-m
169,48 T-m,
Mmin
-212,65 T-m
-227,48 T-m
Mmáx
371,47 T-m
386,28 T-m
Mmin
- 347,17 T-m
-348,49 T-m
Mmáx
0,422 T-m
0,37 T-m
Mmin
-0,582 T-m
-0,44 T-m
Mmáx
5,74 T-m
4,91 T-m
Mmin
-8,82 T-m
-5,22 T-m
Mmáx
19,27 T-m
13,28 T-m
Mmin
29,13 T-m
-13,98 T-m
Mmáx
17,62 T-m
17,82 T-m
Mmin
-121,50 T-m
-224,33 T-m
Mmáx
7,5T-m
6,63 T-m
DEAD
POSTENSADO
POSTES
PASAMANOS
ACERAS
ASFALTO
PEATONAL
Mmin
-11,49 T-m
-7,00 T-m
Mmáx
193,16 T-m
170,94 T-m
Mmin
149,98 T-m
-137,02 T-m
MÓVIL
4.3. Cortantes en la Vigas V2 Viga Exterior Izquierda
Figura 69.- Cortantes Máximos y Mínimos en la viga exterior izquierda Viga Intermedia
Figura 70.-Cortantes Máximos y mínimos en la viga intermedia
Tabla 2. Resultados Obtenidos de Cortantes máximos y mínimos Viga Exterior Izquierda
Viga Intermedia
Vmáx
40,59 T
42,53 T
Vmin
-40,59 T
-42,53 T
Vmáx
76,89 T
76,67 T
Vmin
-81,67 T
-81,21 T
Vmáx
0,23 T
0,354 T
Vmin
-0,23 T
-0,354 T
Vmáx
3,72 T
0,436 T
Vmin
-3,72 T
-0,436 T
Vmáx
10,67 T
0,904 T
Vmin
-10,67 T
-0,904 T
Vmáx
3,65 T
5,54 T
Vmin
-3,65 T
-5,54 T
Vmáx
4,695 T
0,486 T
Vmin
-4,695 T
-0,486 T
Vmáx
34,77 T
43,30 T
Vmin
-34,77 T
-43,30 T
DEAD
POSTENSADO
POSTES
PASAMANOS
ACERAS
ASFALTO
PEATONAL
MÓVIL
4.4. Reacciones En las Pilas
Figura 71.- Reacciones Pilar Izquierdo
Figura 72.- Reacciones Pilar Derecho
Tabla 3.- Reacciones en las columnas de las Columnas de los Pilares TABLE: Joint Reactions Step Joint OutputCase Type Text Text Text 770 DEAD 770 POSTENSADO 770 POSTES 770 PASAMANOS 770 ACERAS 770 ASFALTO 770 PEATONAL 770 CARGA MOVIL Max 770 CARGA MOVIL Min 773 DEAD 773 POSTENSADO 773 POSTES 773 PASAMANOS 773 ACERAS 773 ASFALTO 773 PEATONAL 773 CARGA MOVIL Max 773 CARGA MOVIL Min 777 DEAD 777 POSTENSADO 777 POSTES 777 PASAMANOS 777 ACERAS 777 ASFALTO 777 PEATONAL 777 CARGA MOVIL Max 777 CARGA MOVIL Min 783 DEAD 783 POSTENSADO 783 POSTES 783 PASAMANOS 783 ACERAS 783 ASFALTO 783 PEATONAL 783 CARGA MOVIL Max 783 CARGA MOVIL Min 786 DEAD
F1 Tonf
F2 Tonf
F3 Tonf
M1 Tonf-m
M2 Tonf-m
M3 Tonf-m
190,1048
-2,0458
-0,3082
-0,00453
2,56709
-4,65756
-15,1144
0,1019
-1,072
-0,01037
8,94479
0,23599
0,7679
-0,0326
-0,0007635
0,00309
0,00671
-0,07465
7,2919
-0,3178
-0,0104
0,04178
0,09122
-0,72584
22,8667
-0,8384
-0,0605
0,1306
0,35817
-1,84426
15,2768
-0,0857
-0,0357
-0,0164
0,29527
-0,19428
9,4882
-0,3998
-0,0138
0,05126
0,12071
-0,91281
92,7135
1,4617
2,6063
3,15618
10,28927
3,87379
-15,6697
-2,1435
-2,6306
142,7543
-1,422E-10
-0,3044
-3,453E-12
-3,17714 -10,12476 2,56355
-4,845E-10
-5,37646
-13,1555
1,055E-10
-1,0655
6,469E-11
8,9406
3,538E-10
-0,1758
-9,004E-13
-0,0004858
1,051E-13
0,00341
-3,083E-12
-1,889
-7,868E-12
-0,0066
1,107E-12
0,04674
-2,696E-11
-3,7435
0,0201
-0,0187
0,03093
0,13495
0,11526
14,0923
-1,065E-11
-0,0366
-9,559E-13
0,31161
-3,622E-11
-2,0585
-1,06E-11
-0,0092
1,336E-12
0,06618
-3,628E-11
75,0403
1,1168
0,5459
2,60004
4,60174
3,05687
-7,6235
-1,1168
-0,5572
-2,60004
-4,50659
-3,05687
190,1048
2,0458
-0,3082
0,00453
2,56709
4,65756
-15,1144
-0,1019
-1,072
0,01037
8,94479
-0,23599
0,7679
0,0326
-0,0007635
-0,00309
0,00671
0,07465
7,2919
0,3178
-0,0104
-0,04178
0,09122
0,72584
14,5919
0,7178
0,0056
-0,0668
0,12161
1,70874
15,2768
0,0857
-0,0357
0,0164
0,29527
0,19428
9,4882
0,3998
-0,0138
-0,05126
0,12071
0,91281
92,7135
2,1435
2,6063
3,17714
10,28927
5,37646
-15,6697
-1,4617
-2,6306
-3,15618 -10,12476
-3,87379
190,1048
-2,0458
0,3082
0,00453
-2,56709
-4,65756
-7,6211
0,0237
1,0722
0,01026
-8,94518
0,05727
0,7679
-0,0326
0,0007635
-0,00309
-0,00671
-0,07465
7,2919
-0,3178
0,0104
-0,04178
-0,09122
-0,72584
22,8667
-0,8384
0,0605
-0,1306
-0,35817
-1,84426
15,2768
-0,0857
0,0357
0,0164
-0,29527
-0,19428
9,4882
-0,3998
0,0138
-0,05126
-0,12071
-0,91281
92,7135
1,4617
2,6306
3,17719
10,12476
3,87375
-15,6697
-2,1435
-2,6063
-3,1561 -10,28925
-5,37645
142,7543
1,223E-10
0,3044
2,013E-11
-2,56355
3,789E-10
786 786 786 786 786 786 786 786 790 790 790 790 790 790 790 790 790
POSTENSADO
-7,4228
-2,017E-10
1,0651
2,504E-11
-8,93983
-6,735E-10
POSTES
-0,1758
1,5E-12
0,0004858
-6,788E-14
-0,00341
4,85E-12
-1,889
1,637E-11
0,0066
-4,767E-13
-0,04674
5,313E-11
PASAMANOS ACERAS
-3,7435
0,0201
0,0187
-0,03093
-0,13495
0,11526
ASFALTO
14,0923
6,894E-12
0,0366
2,851E-12
-0,31161
2,069E-11
PEATONAL
-2,0585
2,051E-11
0,0092
-4,848E-13
-0,06618
6,652E-11
Max CARGA MOVIL Min
75,0405
1,1168
0,5572
2,59996
4,50659
3,05685
CARGA MOVIL DEAD POSTENSADO POSTES
-7,6235
-1,1168
-0,5459
-2,59996
-4,60173
-3,05685
190,1048
2,0458
0,3082
-0,00453
-2,56709
4,65756
-7,6211
-0,0237
1,0722
-0,01026
-8,94518
-0,05727
0,7679
0,0326
0,0007635
0,00309
-0,00671
0,07465
7,2919
0,3178
0,0104
0,04178
-0,09122
0,72584
ACERAS
14,5919
0,7178
-0,0056
0,0668
-0,12161
1,70874
ASFALTO
15,2768
0,0857
0,0357
-0,0164
-0,29527
0,19428
9,4882
0,3998
0,0138
0,05126
-0,12071
0,91281
3,1561
10,12476
5,37645
-3,17719 -10,28925
-3,87375
PASAMANOS
PEATONAL CARGA MOVIL Max CARGA MOVIL Min
92,7135
2,1435
2,6306
-15,6697
-1,4617
-2,6063
4. DISEÑAR LA ESTRUCTURA 4.1. Definir Estados Límites AASHTO 2007 RESISTENCIA I – Combinación de cargas básica que representa el uso vehicular normal del puente, sin viento. SERVICIO III – Combinación de cargas relacionada exclusivamente con la tracción en superestructuras de hormigón pretensado, cuyo objetivo es controlar la fisuración. Para definir los estado Límite utilizamos el comando Desing/Rating > D+L Add Defauls. En la ventana Add Code – generated User Load Combination Seleccionamos la opción Bridge Desing y damos click en el botón Set Load Combination Data. En la siguiente ventana Seleccionamos Stregth I y Service III que son los estados límites resistencia 1 y servicio 3 correspondientemente.
Figura 73.- Estados Límite
4.2. Seleccionar Código Para seleccionar el código utilizamos el comando Desing/Rating > Code Preferences. En la ventana Bridge Desing Preferences y seleccionamos el código AASHTO LRFD 2007
Figura 74.- Asignación Codigo AASHTO LRFD 2007 4.3. Definir Requerimientos De Chequeo Para definir el requerimiento de RESISTENCIA utilizamos el comando Desing/Rating > Desing Requests. En la ventana Bridge Desing Reques – AASHTO LRFD 2007 damos click en el botón Add New Request En la venta siguiente Seleccionamos el tipo de chequeo Precast Comp Stress, damos click en Add y añadimos 3 veces, en los 3 cambiamos el tipo de combo StrlGroup1, el método seleccionamos Use Directly Girder Forces From Analysis
Figura 75.- Resistencia
Para definir los requerimientos de CORTE utilizamos el comando Desing/Rating > Desing Requests. En la ventana Bridge Desing Reques – AASHTO LRFD 2007 damos click en el botón Add New Request En la venta siguiente Seleccionamos el tipo de chequeo Precast Comp Shear, damos click en Add y añadimos 3 veces, en los 3 cambiamos el tipo de combo StrlGroup2, el método seleccionamos Use Directly Girder Forces From Analysis
Figura 76.- Corte Para definir los requerimientos de FLEXION utilizamos el comando Desing/Rating > Desing Requests. En la ventana Bridge Desing Reques – AASHTO LRFD 2007 damos click en el botón Add New Request En la venta siguiente Seleccionamos el tipo de chequeo Precast Comp Flexure, damos click en Add y añadimos 3 veces, en los 3 cambiamos el tipo de combo StrlGroup1, el método seleccionamos Use Directly Girder Forces From Analysis
Figura 77.- Flexión 4.4. Diseñar Para Diseñar utilizamos el comando Desing/Rating > Run Super. En la ventana Perform Bridge Desing - Superstructure damos click en el botón Desing Now
Figura 78.- Correr Diseño
4.5. Resultados del diseño 4.5.1. Resultados Resistencia
Figura 79.- Viga Exterior Izquierda
Figura 80.- Viga Interior
4.5.2. Resultados Corte
Figura 81.- Viga Exterior
Figura 82.- Viga Interior Izquierda
4.5.3. Resultados Flexión
Figura 83.- Viga Exterior
Figura 84.- Viga Interior Izquierda
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