diseÑo puente con cepas_rev.a

Universidad de Santiago de Chile Facultad de Ingeniería

Depto. de Ingeniería en Obras Civiles

TALLER DE ESTRUCTURAS

SECCIÓN DE PUENTES

PRIMERA ENTREGA

PROFESOR:

Igor Reyes Tapia

ALUMNOS:

Manuel Alfaro Guerra

Alejandro Bezmalinovic Colleoni

Enrique Fuentes Arriagada

César López Sabelle

Javier Valenzuela Álvarez

NOVIEMBRE 2013

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL EN OBRAS CIVILES

TALLER DE ESTRUCTURAS – SECCIÓN PUENTES

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ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 3

1.1 ALCANCES .............................................................................................................. 3

1.2 OBJETIVOS ............................................................................................................. 3

2. ESTRUCTURACIÓN .................................................................................................. 3

3. INFORMACIÓN BÁSICA UTILIZADA ......................................................................... 4

3.1 INFORMACIÓN TOPOGRÁFICA Y GEOMETRÍA DE LA RUTA .............................. 4

3.2 INFORMACIÓN DEL ESTUDIO HIDRÁULICO ......................................................... 4

3.3 INFORMACIÓN ESTRUCTURACIÓN DEL PUENTE Y MATERIALES .................... 4

3.4 BASES DE DISEÑO TABLERO ............................................................................... 5

3.5 MATERIALES A EMPLEAR: .................................................................................... 5

4. CRITERIOS PARA ENCAJES DE ESTRUCTURAS DE PUENTES ........................... 5

4.1 ENCAJE EN PLANTA. ............................................................................................. 5

4.2 ENCAJE EN ELEVACIÓN. ....................................................................................... 6

4.3 SECCIÓN TRANSVERSAL ...................................................................................... 6

4.4 TIPO DE FUNDACIÓN ............................................................................................. 7

4.5 OTROS DETALLES IMPORTANTES ....................................................................... 7

5. CALCULO DEL NÚMERO DE CEPAS Y LONGITUD DE LAS VIGAS ....................... 7

5.1 DETERMINACIÓN DE LA ALTURA DE LA VIGA Y LARGO DEL PUENTE ............. 7

5.2 ANÁLISIS DEL TRAMO CORTO .............................................................................. 8

5.3 ANÁLISIS DEL TRAMO LARGO .............................................................................. 9

5.4 RESULTADOS DE PLANTA LONGITUDINAL ....................................................... 11

5.4.1 ESTRIBOS ....................................................................................................... 11

5.4.2 TRAMOS ......................................................................................................... 11

5.4.3 VIGAS Y CEPAS ............................................................................................. 11

5.4.4 ANCHO DE TABLERO Y ESPACIAMIENTO ENTRE VIGAS .......................... 12




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6. ESQUEMAS DE ENCAJE DE LA ESTRUCTURA .................................................... 13

6.1 VISTA EN PLANTA ................................................................................................ 14

6.2 PERFIL TRASVERSAL .......................................................................................... 15

6.2.1 PERFIL TRANSVERSAL TRAMOS 1 A 3 ........................................................ 15

6.2.2 PERFIL TRANSVERSAL TRAMO 4 (CON PERALTE) .................................... 16

6.3 PERFIL LONGITUDINAL........................................................................................ 17




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1. INTRODUCCIÓN

1.1 ALCANCES

El presente documento técnico, aborda sobre el diseño estructural de un

puente que se emplazará sobre un río. Este puente, tiene como función principal el

dar conectividad vial a ambas riberas del cauce.

1.2 OBJETIVOS

Se trazan como objetivos el realizar el encaje de un puente sobre un río,

para lo cual se hace necesaria la determinación del largo de la estructura a partir

de la información entregada. También se debe pre-dimensionar la viga pretensada

y el número de cepas intermedias a utilizar, las cuales serán en función de la

longitud total del puente asignada.

A su vez, es necesario determinar las separaciones entre vigas a lo ancho

del tablero, de manera de cuantificar el número el total de vigas necesarias en la

estructuración del puente, y así obtener como resultado final una esquematización

de la sección transversal y longitudinal del puente proyectado.

2. ESTRUCTURACIÓN

El puente proyectado que cae dentro de la categoría de puente recto, se

estructura en base a estribos de muro lleno, vigas de hormigón pretensado y un

tablero de 13,80 mts de hormigón armado, el cual considera dos pistas de 3.6 mts

de ancho, bermas de 1 mt y otra de 2.5 mt, dos hileras de defensas tipo F de

ancho 0.36 mt a cada lado del puente y dos pasillos peatonales de 1.2 mt con sus

respectivas baranda de 0.1 mt de espesor. Además, se cuenta con un bombeo

establecido en 2.5%, requerido por el proyectista vial. Se determinará el número

total de vigas necesarias y las cepas a disponer en el tramo del proyecto.

El cauce que esta estructura debe salvar, posee un nivel de aguas

máximas para un periodo de 200 años en la cota 244.11 mt según topografía. Se

necesita establecer la rasante del puente en la cota 250 mt, por lo que se




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determinó una altura disponible de 1.5 mt para la viga. Todo esto considerando lo

estipulado en el Manual de Carreteras en cuanto a las restricciones que establece

y también considerando el espesor del tablero y pavimento.

3. INFORMACIÓN BÁSICA UTILIZADA

Para la realización de este informe y de las futuras bases de diseño, se

consideró la siguiente información proporcionada:

3.1 INFORMACIÓN TOPOGRÁFICA Y GEOMETRICA DE LA RUTA

Planta vial con topografía del río.

Planta vial con geometría de la ruta, sobre la topografía del río.

Perfil longitudinal por eje del puente, con cotas de la rasante del eje vial y

terreno por el fondo del río.

3.2 INFORMACIÓN DEL ESTUDIO HIDRÁULICO

Cota aguas máximas en perfil longitudinal para un periodo de retorno t=200.

Socavación local de 2 mt, y socavación general de 1 mt. Considerar 100%

de socavación concomitante con sismo. Las socavaciones se miden según

una línea horizontal a partir del punto más bajo del lecho.

3.3 INFORMACIÓN ESTRUCTURACIÓN DEL PUENTE Y MATERIALES

Se cuenta con la sección tipo del puente por eje vial.

Se considera una Tipología de puente con vigas de hormigón pretensado,

estribos de muro lleno, cepas de columnas, todo con fundación indirecta

pilotes.

Archivo con set de geometría de vigas tipo.




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3.4 BASES DE DISEÑO TABLERO

El tablero se procede a calcular con procedimientos simplificados de la

norma AASHTO. Posteriormente se verificaron los resultados con modelos

en SAP2000.

3.5 MATERIALES A EMPLEAR:

Para el caso del hormigón se utiliza H-30 en elementos de hormigón

armado y H55 en vigas pretensadas.

Para el caso del acero de armaduras se utiliza A63 42H, y para vigas

pretensadas se usa un acero con f´s = 18600 k/cm2 en torones de 1,4 cm2

de área.

Se considera un pavimento de concreto asfáltico de espesor mínimo de 5

cm (peso específico de 2.4 ton/mt3) el cual descansa sobre un tablero de

hormigón armado de 20 cm de espesor.

Se utiliza Defensas tipo F alta sin pasamanos según detalle Manual de

Carreteras vol. 4.

4. CRITERIOS PARA ENCAJES DE ESTRUCTURAS DE PUENTES

Para las consideraciones y diseño de la estructura proyectada, la cual

clasifica como un caso de puente sobre río, se tienen las siguientes

consideraciones para la determinación del encaje de la estructura y por

consiguiente su emplazamiento en el lugar requerido.

4.1 ENCAJE EN PLANTA.

Se define como encaje del puente al proceso de emplazamiento geográfico

de la entrada y salida del puente. Implica también la obtención de los anchos de

plataforma, ubicación de estribos, longitud de alas, etc. Para tal efecto, se dibuja

en planta la cota de inundación, de manera de situar los estribos en una ubicación

para la cual no se vean afectados, considerando una holgura respecto al borde de




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inundación señalado.

4.2 ENCAJE EN ELEVACIÓN.

Se procedió a alinear la disposición determinada para el puente en planta

con sus respectivos elementos principales con el perfil longitudinal, determinando

coordenadas de kilometraje de los puntos críticos del puente. Luego, se determina

la cota de socavación de manera de poder determinar las cotas de sello de las

fundaciones tanto de estribos como cepas.

La cota de socavación general se mide desde el punto más bajo del cauce,

y la de socavación local bajo ésta cota general. Posteriormente, se calcula la

altura disponible entre el nivel de aguas máximas y la rasante del camino,

respetando la revancha mínima exigida por el Manual de Carreteras de 1 mt. Así,

de acuerdo a la relación de longitud de tramo y canto de viga utilizada, se pre-

dimensiona la altura de la viga, y con ello se establece la longitud y número de

tramos. La relación que se utiliza según la experiencia empírica es:

�� = ��

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4.3 SECCIÓN TRANSVERSAL

Para la sección transversal del puente se consideran las calzadas, bermas,

aceras, defensas de hormigón armado y barandas peatonales entregadas en la

información básica. En La sección transversal del puente, se consideró el bombeo

o peralte de la carretera que son necesarios respetar tanto como en la entrada

como en la salida del puente según la información entregada, de manera de poder

disponer transversalmente las vigas de hormigón pretensado necesarias para

cubrir toda la sección, como también la losa de tablero que ira sobre dichas vigas

y que servirá de apoyo para todos los elementos considerados al principio de este

apartado.




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4.4 TIPO DE FUNDACIÓN

Tanto los estribos y cepas estarán fundados sobre pilotes, para los cuales

se hace necesario estimar la cota de fundación y también determinar

posteriormente la profundidad de dichos pilotes. Cabe notar que dichas cotas

deben estar bajo el nivel de socavación señalado.

El dimensionamiento propio de las fundaciones de toda la estructura, será

en la fase de diseño de estribos y cepas.

4.5 OTROS DETALLES IMPORTANTES

En el puente no se considera la utilización de juntas intermedias. Sin

embargo, se incluyen juntas de dilatación en los estribos de un espesor a

determinar.

La carpeta de rodadura que va sobre la losa, es de concreto asfaltico de 5

cms de espesor. La losa de tablero y estribos se impermeabilizan mediante una

membrana de 10 mm de espesor.

Se incluye además en el diseño del puente travesaños de hormigón

armado de 25 cm de espesor y altura por definir, tanto en cepas como en estribos.

En dichos travesaños se ubican también topes sísmicos.

En el tablero se incluyen travesaños intermedios de la misma dimensión. Y

en cuanto a los estribos, serán de muro lleno con alas a 90 grados y longitud a

definir.

5. CÁLCULO DEL NÚMERO DE CEPAS Y LONGITUD DE LAS VIGAS

5.1 DETERMINACIÓN DE LA ALTURA DE LA VIGA Y LARGO DEL PUENTE

Primero, se posicionan los estribos asegurando un margen para que el nivel

de las aguas máximas no los afecte. Se determina la ubicación de un primer

estribo en el Dm 826, asegurando con esto un margen de 2.69 mt al nivel de las

aguas. El segundo estribo se emplaza en el Dm 900, con un margen al nivel de

las aguas máximas de 2.76 mt. Esto define un largo total del puente en 74 mt.




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Particularmente en el Dm. 833.81 existe un cambio en el peralte de la

rasante del camino. Para proporcionar este cambio a la rasante, se contempla la

ubicación en dicho Dm de una cepa, de manera que el cabezal de apoyo de las

vigas de ese tramo sea quien provea de la inclinación necesaria para que la losa

que está apoyada sobre las vigas y por consiguientemente, la rasante del camino,

obtenga el bombeo que define la información vial proporcionada. La incorporación

de la cepa en dicho punto, determina en primera instancia dos tramos, uno de 57

mt y otro final de 17 mt.

5.2 ANÁLISIS DEL TRAMO CORTO

Para el análisis del tramo corto se tiene una longitud definida de 17 mt.

Luego, con el espacio libre disponible se determina la pre-dimensión de la viga, la

cual viene dada por la expresión

�� = �� − �� − �� − ��

�� = 1.5 ��

Posteriormente, se determina según relación empírica el largo de viga y

además el número de vigas necesarias para alcanzar la luz total del puente

�� = �� ∗ 18 = 27 ��

�� =17

27= 0.63 ~ 1 ��

A pesar de que como se aprecia en el resultado anterior que propone la

utilización de menos de una viga, evidentemente que se por la condición de

cambio de peralte se propone para este tramo una longitud máxima de la viga de

17 mt y no de 27 mt. Por tanto, se puede recalcular la altura de la viga que en

primera instancia dio como resultado de altura máxima 1,5 mt, dando como

resultado:

�� =17

18= 0.9 �

Como no existen vigas tipo de esa altura en el mercado se recomienda

utilizar en este tramo vigas de 1 mt, utilizado la información básica entregada se




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define como VIGA N-100 como una primera opción, puesto que aun se debe

verificar que este tamaño sea el apropiado para el resto del puente.

5.3 ANÁLISIS DEL TRAMO LARGO

Para el análisis del segundo tramo del puente desde el inicio del primer

estribo hasta la cepa que proporciona el cambio de peralte de la rasante, se tiene

un largo de 57 mt. Ahora bien, producto que se impuso una primera cepa a 17 mt

del estribo de salida, se decide proponer la ubicación de otra cepa a la misma

distancia en el estribo de entrada, de manera de dar simetría al puente. Por tanto,

queda un tramo central de 40 mt en el que se procede a calcular el número de

vigas necesarias:

�� =40

27= 1,48 ~ 2 ��

Como se determina que es necesario utilizar 2 vigas realmente, implica que

en este tramo se debe incorporar otra cepa. Se calcula nuevamente el largo real

de la viga que debe utilizarse en este tramo

�� =40

2= 20 ��

En donde para esta longitud se tiene una altura real de viga:

�� =20

18= 1.11 ��

Finalmente, considerando los resultados de alturas de vigas tanto para el

tramo corto como para el tramo largo, se determina que la altura óptima de la viga

sea de 1,11 mts para todos los tramos. Sin embargo, dentro de las vigas tipo no

existe una que tenga exactamente esa altura, por tanto, si se tiene una altura

máxima de viga a disponer por efectos de 1,5 mt, se escoge para todos los

tramos una VIGA N-123, la cual cumple con el requisito mínimo y máximo de

altura.




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Esta viga tiene como sección transversal:




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5.4 RESULTADOS DE PLANTA LONGITUDINAL

La estructura en general queda definida de la siguiente manera: 5.4.1 ESTRIBOS

Primer estribo estará ubicado en el Dm. 826, con un margen de seguridad

de 2.69 mt respecto al nivel de aguas máximas

Segundo estribo estará ubicado en el Dm. 900 con un margen de seguridad

de 2.76 mt respecto al nivel de aguas máximas.

5.4.2 TRAMOS

Se definen los siguientes tramos:

Tramo 1: De longitud 17 mt y ubicado entre el Dm. 826 y el Dm. 843




5.4.3 VIGAS Y CEPAS

Para los Tramos 1 y 3, se emplearán vigas de hormigón pretensado del tipo

N-123, con longitud total 17 mt.

Para los Tramos 2 y 3, se emplearan vigas de hormigón pretensado del tipo

N-123, con longitud total 20 mt.




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5.4.4 ANCHO DE TABLERO Y ESPACIAMIENTO ENTRE VIGAS

Según la información entregada, la sección transversal queda definida por

un ancho de 13.80 mt, considerando un voladizo de 1.5 mt desde cada borde del

tablero. De lo anterior se tiene que la distancia entre ejes vigas exteriores de

10.82 mt.

Ahora bien, para determinar el número de vigas necesarias en el ancho de

tablero, se tiene que considerando un espaciamiento máximo de 3,2 mt:

�� =10,80

3,2+ 1 = 3,37 + 1

�� = 4,37 ~ 5 ��

Recalculando el espaciamiento real al disponer de 5 vigas, las cuales

generan 4 vanos intermedios, por lo que resulta:

�� =10,82

4= 2.705 ��

Constructivamente, se adopta un espaciamiento 2,7 mt y con voladizos a

1.5 mt. Finalmente, para el diseño transversal que se define para la totalidad del

puente se tiene:

5 vigas transversales de hormigón pretensado con sección del tipo N-123,

separadas a 2.8 mt a eje entre ellas.

Voladizo de longitud de 1.5 mt para cada borde.




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6. ESQUEMAS DE ENCAJE DE LA ESTRUCTURA




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6.1 VISTA EN PLANTA




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6.2 PERFIL TRASVERSAL

6.2.1 PERFIL TRANSVERSAL TRAMOS 1 A 3




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6.2.2 PERFIL TRANSVERSAL TRAMO 4 (CON PERALTE)




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6.3 PERFIL LONGITUDINAL

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