diseÑo puente con cepas_rev.b

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES

TALLER DE ESTRUCTURAS

MEMORIA DE CÁLCULO

DISEÑO DE PUENTE CON CEPAS

REVISOR:

Igor Reyes Tapia

INGENIEROS:

Manuel Alfaro Guerra

Alejandro Bezmalinovic Colleoni

Enrique Fuentes Arriagada

César López Sabelle

Javier Valenzuela Álvarez

DICIEMBRE 2013-REV.B



DISEÑO PUENTE CON CEPAS REV.B

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ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 4

1.1 ALCANCES .................................................................................................................. 4

1.2 OBJETIVOS .................................................................................................................. 4

2. ESTRUCTURACIÓN .......................................................................................................... 4

3. BASES DE DISEÑO ............................................................................................................. 5

3.1 MATERIALIDAD ........................................................................................................ 5

3.1.1 VIGAS ................................................................................................................... 5

3.1.2 LOSAS, CEPAS Y ESTRIBOS .............................................................................. 5

3.1.3 PAVIMENTO ....................................................................................................... 5

3.2 NORMATIVA .............................................................................................................. 6

3.3 COMBINACIONES DE CARGA Y FACTORES DE CARGA .................................. 6

3.4 CARGA MÓVIL ........................................................................................................... 8

4. DETALLE CÁLCULO VIGA PRETENSADA – VIGA LUZ 17m .................................. 10

5. DETALLE CÁLCULO VIGA PRETENSADA – VIGA LUZ 20m .................................. 16

6. MODELACIÓN EN SAP 2000 .......................................................................................... 21

6.1. VIGA TIPO I (L=17m) CDi = 0,806 CDe = 0,575 ...................................................... 22

6.1.1 Viga interior ........................................................................................................ 22

6.1.2 Viga exterior ....................................................................................................... 22

6.2 VIGA TIPO II (L=20m) CDi = 0,771 CDe = 0,55 ...................................................... 23

6.2.1 Viga interior ........................................................................................................ 23

1.2.1. Viga exterior ........................................................................................................... 23




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7. COMPARACIÓN DE RESULTADOS ............................................................................. 24

7.1 VIGA TIPO I (L=17m) ................................................................................................ 24

7.1.1 Viga interior ........................................................................................................ 24

7.1.2 Viga exterior ....................................................................................................... 24

7.2 VIGA TIPO I (L=17m) ................................................................................................ 24

7.2.1 Viga interior ........................................................................................................ 24

7.2.2 Viga exterior ....................................................................................................... 25

8. CROQUIS ARMADO VIGA PRETENSADA .................................................................. 26




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1. INTRODUCCIÓN

1.1 ALCANCES

El presente informe detalla el cálculo estructural de un puente emplazado

sobre un río. Este puente tiene como función principal dar conectividad vial a

ambas riberas del cauce.

1.2 OBJETIVOS

Para la presente revisión se establecen los siguientes objetivos:

Determinar las solicitaciones y momentos que afectan a la viga durante todo su

vida útil, desde la construcción hasta la puesta en servicio.

Realizar el diseño estructural de las vigas pretensadas considerando todas las

etapas constructivas.

Verificar si las tensiones admisibles cumplen con la cantidad de cables de acero

dispuesto.

2. ESTRUCTURACIÓN

El puente proyectado, catalogado como puente recto con cepas, posee un largo

total de 74 m, dispuesto en 4 tramos: el tramo inicial y final con un largo de 17 m,

mientras que los dos centrales de 20 m cada uno. Los tramos se encuentran soportados

por 5 vigas de hormigón pretensado de altura 123 cm, separadas transversalmente a 2,7 m

entre sí.

El tablero, de 15 cm de espesor y ancho total de 13,80 m, contempla una calzada de

7 m y pasadas peatonales de 1,2 m. Ambos lados se encuentran restringidos mediante

defensa tipo F alta y baranda peatonal externa respectivamente.

La superestructura descansa sobre apoyos elastoméricos, los cuales permiten el

traspaso de las cargas a la infraestructura, consistente en estribos tradicionales rígidos con




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muros ala en 90° con respecto al muro frontal y en tres cepas intermedias del tipo pila-

pilote. Ambos elementos se encuentran fundados mediante pilotes de hormigón armado,

con una profundidad por definir en revisiones posteriores.

3. BASES DE DISEÑO

3.1 MATERIALIDAD

3.1.1 VIGAS

3.1.1.1 Hormigón

Hormigón : H55

Peso unitario : 2500 kg/m3

3.1.1.2 Cables de Pretensado

Acero : f´s = 18600 kg/cm2

E del acero : 2100000 kg/cm2

3.1.2 LOSAS, CEPAS Y ESTRIBOS

3.1.2.1 Hormigón

Hormigón : H30

Espesor : 20 cm

Densidad : 2500 kg/m3

3.1.2.2 Acero de refuerzo

Acero : A630-420H

Es : 2100000 kg/cm2

3.1.3 PAVIMENTO

Espesor : 5 cm

Peso unitario : 2400 kg/m3




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3.2 NORMATIVA

Para el presente proyecto se considera la siguiente normativa:

- Manual de Carreteras. Volumen 3, “Instrucciones y Criterios de Diseño”.

Diciembre 2010. Ministerio de Obras Públicas.

- Nuevos Criterios Sísmicos para el diseño de puentes en Chile, Julio 2010.

Ministerio de Obras Públicas.

- AASHTO LRFD Bridge Design Specifications. 2007.

3.3 COMBINACIONES DE CARGA Y FACTORES DE CARGA

Se utilizan las combinaciones de cargas especificadas por la norma AASHTO LRFD

2007 de acuerdo a lo indicado en la Tabla 3.4.1-1 y Tabla 3.4.1-2 de la sección 3:




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Para el diseño del puente se utilizan, específicamente, las siguientes combinaciones

de carga:

Diseño de Superestructura

�� (��á�� )

�� (��á�� )

Diseño de Infraestructura

��

Diseño de Viga Pretensada

��




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Verificación Viga Pretensada

��

3.4 CARGA MÓVIL

Para la carga móvil solicitante se utiliza el Camión HL-93 de la norma AASHTO

LRFD 2007.

La carga móvil se encuentra afectada por los siguientes factores de corrección:

Coeficiente de Incremento por Carga Dinámica (IM):

Se define el Coeficiente de Incremento por Carga Dinámica (IM) según la norma

AASHTO LRFD 2007 en la Tabla 3.6.2.1-1 en la sección 3:




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Coeficiente de Distribución

Se define el Coeficiente de Distribución para el cálculo del momento flector, según

la norma AASHTO LRFD 2007, a través de los siguientes casos:

a) Para vigas interiores según Tabla 4.6.2.2.2b-1

- Una pista de diseño:

�� = 0,06 + ��

4300�

�,�

∙ ��

��

�,�

∙ ��

� ∙ ��

�,�

- Dos pistas de diseño o más:

�� = 0,075 + ��

2900�

�,�

∙ ��

��

�,�

∙ ��

� ∙ ��

�,�

Donde,

S : Separación entre vigas (mm) ; 1100 < � < 4900

L : Longitud de cálculo (mm) ; 7000 < � < 73000

ts : Espesor de losa de Ho (mm) ; 110 < �� < 300

Kg : Rigidez longitudinal (mm⁴) ; 4 ∙ 10� < �� < 3 ∙ 10��

�� = � ∙ (� + � ∙ ��)

Donde,

n : Factor modular de homogeneización ; � = �� ⁄

I : Inercia viga (sin losa colaborante)

A : Área viga (sin losa colaborante)

eg : Distancia entre centros de gravedad de viga y tablero

b) Para vigas exteriores, se obtiene de la ley de momentos.




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4. DETALLE CÁLCULO VIGA PRETENSADA – VIGA LUZ 17m




16

5. DETALLE CÁLCULO VIGA PRETENSADA – VIGA LUZ 20m




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6. MODELACIÓN EN SAP 2000

Las propiedades del perfil N-123 son calculadas con el software “CSI – Section

Designer” (CSISD).

La carga móvil definida incorpora las solicitaciones del camión tipo HL-93+FAJA.

El ítem CARGA de cada tabla ‘A’ son solicitaciones sin mayorar.

Debido a que la modelación considera solamente las solicitaciones tributantes a una

viga, el número de máximo admitido de pistas cargadas simultáneamente corresponde a

la unidad (asimismo los factores de multipresencia).

Por ello, su efecto se considera en el coeficiente de distribución (CD), el cual se

incorpora al análisis ponderando directamente los momentos máximos por carga móvil

que se adjuntan y según sea la naturaleza de la viga (Tipo I, Tipo II, interior o exterior).

TABLA 1: Detalle carga móvil (HL-93)

VehName LoadType UnifLoad UnifWidth AxleLoad AxleType AxleWidth MinDist MaxDist

Text Text Tonf/m m Tonf Text m m m

HL-93 Leading Load 0,9524 3,048 4,8262 Two Points 1,8288

HL-93 Fixed Length 0,9524 3,048 19,3049 Two Points 1,8288 4,2672

HL-93 Variable Length 0,9524 3,048 19,3049 Two Points 1,8288 4,2672 9,144

HL-93 Trailing Load 0,9524 3,048




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6.1. VIGA TIPO I (L=17m) CDi = 0,806 CDe = 0,575

6.1.1 Viga interior

TABLA A-1: VIGA TIPO I INTERIOR

Caso Nombre

carga

Tipo FACTOR CARGA M3 MAX Station

Tonf/m Tonf-m m

DEADLOAD PPVIGA LinStatic 1,25 1,097 117,7421 8,5

DEADLOAD PPTRAV LinStatic 1,25 0,16

DEADLOAD PPLOSA LinStatic 1,25 1,35

LIVELOAD PERM LinStatic 1,5 0,48 26,01 8,5

CAMION HL-93 LinMoving 1,75 Tabla 1 293,16409 8,5

6.1.2 Viga exterior

TABLA A-2: VIGA TIPO I EXTERIOR

Caso Nombre

carga


Tonf/m Tonf-m m

DEADLOAD PPVIGA LinStatic 1,25 1,097 121,3546 8,5



LIVELOAD PERM LinStatic 1,5 0,48 26,01 8,5

CAMION HL-93 LinMoving 1,75 Tabla 1 293,16409 8,5




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6.2 VIGA TIPO II (L=20m) CDi = 0,771 CDe = 0,55

6.2.1 Viga interior

TABLA A-3: VIGA TIPO II INTERIOR

Caso Nombre

carga


Tonf/m Tonf-m m

DEADLOAD PPVIGA LinStatic 1,25 1,097 162,96384 10



LIVELOAD PERM LinStatic 1,5 0,48 36 10

CAMION HL-93 LinMoving 1,75 Tabla 1 373,28195 10

1.2.1. Viga exterior

TABLA A-4: VIGA TIPO II EXTERIOR

Caso Nombre

carga


Tonf/m Tonf-m m

DEADLOAD PPVIGA LinStatic 1,25 1,097 167,96484 10



LIVELOAD PERM LinStatic 1,5 0,48 36 10

CAMION HL-93 LinMoving 1,75 Tabla 1 373,28195 10




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7. COMPARACIÓN DE RESULTADOS

7.1 VIGA TIPO I (L=17m)

7.1.1 Viga interior

TIPO I INTERIOR

MANUAL SAP2000 ERROR(%)

DEADLOAD 119,04 117,74 1,092

LIVELOAD 25,79 26,01 0,853

HL-93*CDi 233,88 236,290 1,031

7.1.2 Viga exterior

TIPO I EXTERIOR


DEADLOAD 122,42 121,3546 0,870

LIVELOAD 25,79 26,01 0,853

HL-93*CDe 166,72 168,569 1,109

7.2 VIGA TIPO I (L=17m)

7.2.1 Viga interior

TIPO II INTERIOR


DEADLOAD 162,99 162,96384 0,016

LIVELOAD 35,7 36 0,840

HL-93*CDi 284,17 287,800 1,278




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7.2.2 Viga exterior

TIPO II EXTERIOR


DEADLOAD 167,68 167,96484 0,170

LIVELOAD 35,7 36 0,840

HL-93*CDe 202,57 205,305 1,350

A la luz de los resultados, se considera que los errores observados se deben

fundamentalmente a distorsiones numéricas propias del número de dígitos significativos

involucrados en cada metodología y al hecho de haber trabajado intercaladamente entre

los sistemas Métrico e Inglés. La naturaleza simple del modelo involucrado (viga

simplemente apoyada de un tramo) permite afirmar que los errores por aproximación del

Método de Elementos Finitos son inexistentes, incluso si los valores de esfuerzos internos

poseen en general asociado un orden de aproximación un grado menor al dado a los

desplazamientos.




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8. CROQUIS ARMADO VIGA PRETENSADA

diseÑo puente con cepas_rev.b

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