Memoria de Calculo-puente Jr. Shapaja

CONSTRUCCIÓN DE PUENTE VEHICULAR SOBRE EL RIO SHILCAYO INTERSECCIÓN CON EL JR. SHAPAJA Y EL PASAJE DE LOS BOSQUES, DISTRITO DE TARAPOTO Y LA BANDA SE SHILCAYO, PROVINCIA DE SAN MARTÍN - SAN MARTÍN

CONTENIDO Datos generales.................................................................................................................. 02

Descripción del proyecto..................................................................................................... 02

Hipótesis.............................................................................................................................. 03

Objetivos del proyecto......................................................................................................... 03 Análisis mediante el modelo tridimensional de la estructura............................................... 04 Análisis sísmico…………………………………………………………………………………... 06

Análisis De Fuerzas De Viento Sobre La Estructura Y Sobre La Carga Viva…………….... 10 Análisis…………………………………………………………………………………………….. 11 Diseño……………………………………………………………………………………………… 11 Evaluación De Los Resultados Del Análisis – Diseño……………………………………….. 22 Contrastación De Resultados…………………………………………………………………… 25

Conclusiones……………………………………………………………………………………… 25 Referencia Bibliográfica Consultada…………………………………………………………… 27 Anexos…………………………………………………………………………………………. 28

MANUEL VILLOSLADA TRUJILLANO. INGENIERO CIVIL-CIP 81343

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CONSTRUCCIÓN DE PUENTE VEHICULAR SOBRE EL RIO SHILCAYO INTERSECCIÓN CON EL JR. SHAPAJA Y EL PASAJE DE LOS BOSQUES, DISTRITO DE TARAPOTO Y LA BANDA SE SHILCAYO, PROVINCIA DE SAN MARTÍN - SAN MARTÍN

PUENTE VEHICULAR SOBRE EL RIO SHILCAYO. 1.

DATOS GENERALES. NOMBRE DEL PROYECTO

:

UBICACIÓN REGION PROVINCIA DISTRITOS

PUENTE VEHICULAR SOBRE EL RIO SHILCAYO.

: : :

SAN MARTIN. SAN MARTIN. TARAPOTO-BANDA DE SHILCAYO.

LONGITUD TOTAL ENTRE EJE DE APOYOS EXTREMOS :

44.35 METROS.

TIPO DE ESTRUCTURA PORTANTE

:

EMPOTRADO – VIGA LOSA

SOBRE CARGA VEHICULAR

:

HL-93M CODIGO (AASHTO LRFD)

La Sobrecarga vehicular HL-93M (AASHTO – LRFD) está dentro de los estándares de sobrecargas vehicular actuales para puentes en carreteras de primer orden. 2.

DESCRIPCION DEL PROYECTO A nivel de superestructura el puente consta de dos tramos de 25.40m y 18.95m, con cuatro vigas principales de peralte de 1.25m. Y vigas diafragma de peralte 1.05m.

La estructura portante del tablero forma una estructura tipo emparrillado sobre el cual va la losa de concreto armado de 22 cm de espesor; la losa se apoya sobre las vigas principales.

El tablero tiene un ancho de calzada de 7.20 m. de extremo a extremo, las aceras estarán dispuestas con

ancho de 1.80 m.

La distancia entre las vigas de rigidez (principales) es de 2.03 m de sus ejes y entre vigas transversales es L / 4 entre sus ejes.

Los apoyos de izquierda a derecha son:

Empotrado (estribo) – móvil (pilar) - móvil (estribo).

En el estribo izquierdo se encuentran dos torres de concreto armado de espesor 0.50m y una altura de 9.87m aproximadamente, además en estas torres se encuentra fijadas tubos de fierro fundido de 0.10m de diámetro

como tirantes. Es bueno recalcar estos elementos son solo arquitectónicos que no interfieren en el

comportamiento estructural de puente.

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3.

HIPOTESIS

“El Análisis Estructural de un puente utilizando los métodos expuestos permite determinar los parámetros óptimos que se requieren para el diseño definitivo del mismo”.

4. •

OBJETIVO DEL PROYECTO.

Diseñar y verificar los elementos estructurales que conforma el puente, con los parámetros establecidos en el

manual de diseño de puentes por el método LRFD.

Fig. 01: Modelo Estructural del puente

Fig. 02: Modelo Estructural del puente.

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5.

ANALISIS MEDIANTE EL MODELO TRIDIMENSIONAL DE LA ESTRUCTURA. El modelo tridimensional del puente se analizó utilizando el Programa de Análisis Estructural SAP2000 mediante un análisis elástico. Entre las ventajas de usar este programa están la facilidad para efectuar el

análisis de primer y segundo orden, por medio del empleo de la matriz de rigidez geométrica de la estructura; así como la sencillez para definir y aplicar las cargas de sismo, y las cargas vivas sobre el tablero del puente.

•

Análisis de Cargas Permanentes.

El análisis se hizo linealmente en base al modelo tridimensional antes idealizado, sin embargo con fines de comprobación se consideró realizar un análisis no-lineal en base al uso de la matriz de rigidez geométrica,

que en la terminología empleada en el SAP2000 se denomina P-DELTA; este último se presenta con mayor incidencia en la torre y en la viga tirante.

Luego de terminada el análisis no-lineal, el SAP2000 llega a una matriz de rigidez de la estructura ensamblada en base a las correspondientes matrices de rigidez geométrica de la estructura.

Esta matriz es empleada en los demás análisis de la estructura, con otros sistemas de carga, sismo, carga

viva o viento.

De esta manera el análisis no-lineal se extiende a otros sistemas de carga de manera indirecta, lo cual es

adecuado, por cuanto las no-linealidades se presentan fundamentalmente ante acciones de larga duración y

no bajo acciones como las de carga viva o el sismo que tiene períodos relativamente pequeños en cuanto a su acción.

•

Análisis por Carga viva.

Para el Análisis de Carga Viva, el SAP2000 dispone de un módulo de análisis SAP-BRIDGE, el cual permite

definir el número y ubicación de las vías o carriles de circulación que forman el tablero, así como la ubicación de las cargas respecto al eje del tablero o de una de las vigas principales.

El análisis se hizo utilizando tanto las cargas centradas, así como las cargas excéntricas, y considerando la

aproximación del vehículo hacia la berma o barrera del puente. Se asignó como sobrecarga vehicular HL-

93M el cual significa tomar en cuenta la carga del camión HS20 más la carga equivalente (distribuida) según

la Norma AASHTO LRFD. Con fines de comprobación se analizó también con la sobrecarga vehicular camión TANDEM, que corresponde al camión con dos ejes cargados.

La ubicación de las cargas y la ubicación critica del camión, permite por un lado analizar adecuadamente el

tablero del puente, el arco y los tirantes, para obtener las máximas tensiones ante la presencia de cargas excéntricas; por otro lado considerar los momentos torsionales que las cargas excéntricas pudieran generar en el tablero.

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A. REGLAMETO AMERICANO (ESPECIFICACIONES AASHTO STANDARD Y LRFD) A.1 Camión (HS)

3.60 m

Ancho de Vía

145kN

145kN 4.30 - 9.00 m

1.80 m

35kN

3.00 m

4.30 m

.60m general .30m Losa

Bordillo

Fig. 03.- Vehículo HS20 AASHTO LRFD

A.2 Sobrecarga Equivalente (HS)

Fig. 04.- Sobre Carga equivalente Vehículo HS20 AASHTO LRFD

A.3 Camión (Tándem) 3.60 m

Ancho de Vía

110kN

110kN 1.20 m

1.80 m

3.00 m

.60m general .30m Losa

Bordillo

Fig. 05.- Sobre Carga de camión Tándem LRFD.

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B. SOBRE CARGA VEHICULAR LRFD (ESPECIFICACIONES AASHTO LRFD) B.1. Camión de Diseño: Similar al Esquema del Camión (HS) B.2. Sobrecarga Distribuida.

Tabla 01.- Especificaciones de Cargas – AASHTO, HS20, HS25 Y LRFD. ESPECIFICACIONES DE CARGAS - AASHTO HS20, HS25 y LRFD

TIPO HS-20

Peso W

P

a

b

We

Pi

Pi

Camión (t)

(t)

(m)

rango (m)

( Kg/m )

P. Corte (t)

P. Momento (t)

32.66

3.63

4.27

HS-25

40.82

4.54

4.27

LRFD

33.13 23.08

3.695 2.885

4.30 -

6.

4.27 - 9.14

4.27 - 9.15

3.30 - 9.00 1.20

952.40

11.80

8.20

1,190.50

14.70

10.20

970.00 -

-

-

ANÁLISIS SÍSMICO.

El Análisis Símico se hizo por medio de un análisis de Superposición Modal Espectral, obviando la masa de la estructura en los nudos de la misma, y considerando la combinación de los primeros 10 modos de vibración por medio de la combinación CQC (Raíz cuadrada de la suma de los cuadrados) de cada modo individual.

El Espectro de Análisis empleado, así como los correspondientes factores de suelo y zona se obtuvieron

tomando en cuenta la Metodología de Análisis Sísmico propuesta en las especificaciones AASHTO-LRFD.

Es importante resaltar que para el cálculo de los períodos de vibración y las formas de modo, se empleó la matriz de rigidez de la estructura que considera la influencia de las correspondientes matrices de rigidez geométrica de los elementos.

A manera de comparación se muestra más adelante los periodos de vibración de la estructura para el comportamiento lineal - elástico de la estructura (Teoría de Primer Orden).

Fig. 06.- Mapa de zonificación sísmica MANUEL VILLOSLADA TRUJILLANO. INGENIERO CIVIL-CIP 81343

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ALCANCES PARA EL ANALISIS SISMICO •

Disposiciones de aplicación: Las disposiciones de esta sección son aplicables a puentes con una longitud total de mayor de 150 m. y cuya superestructura esté compuesta por losas, vigas T o cajón, o tijerales. Para estructuras con

otras características y en general para aquellas con longitudes de más de 150 m será necesario especificar y/o aprobar disposiciones apropiadas. •

Coeficiente de aceleración: El coeficiente de aceleración “A” para ser usado en la aplicación de estas disposiciones deberá ser

determinado del mapa de iso-aceleraciones con un 10% de nivel de excedencia para 50 años de vida

útil, equivalente a un periodo de recurrencia de aproximadamente 475 años. En este caso se ha considerado el Mapa de Peligro del Perú, elaborado por Castillo y Alva (1,993). Estudios especiales

para determinar los coeficientes de aceleración en sitios específicos deberán ser elaborados por profesionales calificados si existe una de las siguientes condiciones: • • •

•

El lugar se encuentra localizado cerca de una falla activa. Sismos de larga duración son esperados en la región.

La importancia del puente es tal que un largo periodo de exposición, así como periodo de retorno, debería ser considerado.

Categorización de las estructuras: Los puentes se clasifican en tres categorías de importancia: Tabla 02.-

Función

Índice de Importancia

Otros puentes.

II.

Puentes esenciales

I.

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•

Zonas de comportamiento sísmico:

Cada puente deberá ser asignado a una de las tres zonas sísmicas de acuerdo con la siguiente tabla: Tabla 03.-

Zonas Sísmicas

Zona

Factor Z

2

0.3

3 1

•

Categoría de desempeño:

0.4

0.15

Consisten en asignarle una categoría de respuesta o desempeño sísmico (SPC) (3.4): A, B, C o D. Tabla 04-

Categoría de desempeño

Coeficiente de aceleración

Factor de Importancia

A (de AASHTO)

I

II

A