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TABLA DE CONTENIDO

2.5.5.1FUERZAS TRMICAS52.5.5.2RETRACCIN DE FRAGUADO CREEP62.5.5.3FUERZAS SSMICAS62.5.5.4FUERZAS DE VIENTO63.3.3.1Ejes 1 y 7283.3.3.2Apoyo pila ejes 2 a 628

MEMORIA DE CLCULO ESTRUCTURAL

PUENTE PUENTE VEHICULAR BARRIO HEROES DEL CHACO LA FLORIDA

PARMETROS DE ANLISIS Y DISEO

NORMAS DE DISEO

Norma Bsica:Cdigo Colombiano de Diseo Ssmico de Puentes 1995

Normas Adicionales:Standard Specifications for Highway Bridges AASHTO Edition 1996Ontario Highway Bridge Design Code 1991CEB-FIPPCI-Precast Prestressed ConcreteBridge design Manual.PTI-Postensioning Institute ManualPROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Resistencia de los Concretos:

El concreto de los diferentes elementos diseados debe corresponder a las resistencias especificadas a los 28 das de edad de acuerdo a las especificaciones del INVIAS como se muestra en la siguiente tabla:

Vigas Postensadas= Clase A: 350 Kg/cm2 = (5.000 psi)Placa= Clase C: 280 Kg/cm2 = (4.000 psi)Losas de aproximacin = Clase D: 210 Kg/cm2 = (3.000 psi)Riostras= Clase C: 280 Kg/cm2 = (4.000 psi)Estribos= Clase C: 280 Kg/cm2 = (4.000 psi)Bordillos= Clase D: 210 Kg/cm2 = (3.000 psi)Prticos= Clase D: 280 Kg/cm2 = (4.000 psi)Pilotes(clase tremie)= : 245 Kg/cm2 = (3.500 psi)Solados= Clase F: 140 Kg/cm2 = (2.000 psi)

Mdulos de Elaticidad de los concretos:

Los anlisis y clculos fueron revisados para los mdulos de elasticidad del concreto presentados a continuacin:

Concreto Clase A= fc = 5.000 psi E= 233854 kg/cm2Concreto Clase C= fc = 4.000 psi E= 209165 kg/cm2Concreto Clase = fc = 3.500 psi E= 195655 kg/cm2Concreto Clase D= fc = 3.000 psi E= 181142 kg/cm2

Acero de refuerzo y tensionamiento:

A-60fy = 60000 psi = 4200 kgf/cm2 = 420 MPa (Para todos los dimetros 1/4 )Mdulo de elasticidad = Es = 30000 ksi = 2100000 kgf/cm2 = 210000 MPaTens:fpu = 18900 kgf/cm2 = 1890 MPaFpy = 17000 kgf/cm2 = 1700 MPaMdulo de elasticidad = 2000000 kgf/cm2 = 204000 MPaRECUBRIMIENTOS Y ALINEAMIENTOS

De acuerdo a los Cdigos mencionados y/o en su defecto se usarn las normas del Cdigo NSR-10.ANLISIS ESTRUCTURAL

El anlisis estructural se realiza por medio del programa de anlisis estructural: MIDAS/Civil 2011 V.1.1, en el cual se analizaron las vigas de 19.30m, la subestructura y cimentacin.CARGAS DE DISEO

Nota: La nomenclatura es la usada en el anlisis estructural.

CARGAS MUERTA

DL01: Peso propio de la estructura

DL02: Carga sobreimpuestas, incluye el paso de las barandas, barreras de trfico y pavimento.Calculadas as:

Pavimento = 0.06*2.2 = 0.13t/m2. Bordillo = (0.121)*2.45 = 0.30t/m. Baranda = 0.05t/mCARGA VIVA MVIL

ML: Correspondientes a la carga mvil del camin C40-95 en diferentes posiciones sobre el tablero, Para la luz entre ejes de 19.30m:

Flexin: LC_M (l = 19.30 m) : w(m) = caminCortante: LC_V (l = 19.30 m) : w(m) = camin

El clculo de los esfuerzos causados por st carga se hizo con un anlisis por lineas de influencia

Figura 3. Camin de Diseo C40-95

CARGA VIVA PEATONAL

LP: Correspondientes a la carga peatonal debido a la presencia de la cicloruta en el costado occidental del pueente:

LP = 0.45 ton/m2

IMPACTO

El efecto dinmico por carga viva se calcula a partir del factor de amplificacin por la frmula donde I = 16 / (L + 40).

Para la luz: L = 19.30 mI = 16 / (19.30 + 40) = 0.27

OTRAS FUERZAS

FUERZAS TRMICAS

Para estudiar el comportamiento de la estructura ante los cambio de temperatura se asign un valor de 35 C a la superestructura.

RETRACCIN DE FRAGUADO CREEP

Para el anlisis de estos efectos se tuvo en cuenta la variacin de las propiedades de los materiales en el tiempo, de acuerdo a la metodologa del CEB-FIP.

FUERZAS SSMICAS

Los siguientes son los parmetros ssmicos que rigen las fuerzas por sismo segn la Seccin A.3.5 del CCDSP.

Zona de amenazas ssmica = 3 (CCDSP A.3.5.2.2)A = 0.10 coeficiente de aceleracin pico (CCDSP Fig. A.3.5-1)

Clasificacin por Importancia (A.3.5.1.3)Grupo I. Puente Esencial

Categoria de comportamiento sismico ( A.3.5-2)CCS-C

Procedimiento de Anlisis Ssmico (A.3.5.4)Configuracin Estructural: Puente regular (CCDSP A.3.5.4.2)Procedimiento de anlisis ssmico minimo= PAS-1-(Tabla A.3.5-4)

Sin embargo, debido a la particularidad del suelo, se trabaja con un espectro de sitio (descrito ms adelante) y el anlisis se hace mediante el mtodo de respuesta espectral con varios modos de vibracin.

FUERZAS DE VIENTO

Segn los estudios locales de intensidad de viento, se trabaja con categora 3 en la escala de Saffir-Simpson, y con una velocidad de:

V= (178+209)/2V= 193.5 km/h

Con el dato anterior, y segn el CCDSP A3.6, el factor de modificacin de la velocidad del viento para las combinaciones de carga II y V est dado por:

F = (193.52)/(1602) = 1.46

Viento transversal sobre la superestructura (Wtrans):Longitud puente = 117mArea = 206m2Presin = 250 kg/m2Wtrans = 250*206*1.46/117 Wtrans = 642 kg/m

Viento transversal sobre la carga viva (Wl trans):Wl trans = 150 kg/m a 1.80m de la rasante.

Viento longitudinal sobre la carga viva (Wl long):Wl long = 60kg/m

COMBINACIONES DE CARGA

Las combinaciones de carga se definen de acuerdo con el numeral A.3.12 del CCDSP y se muestran a continuacin:

Tabla 1 Tabla de Coeficientes. Tabla A.3.12-1 del CCDSP.

ANALISIS ESTRUCTURAL

Para el anlisis y diseo estructural de la infraestructura se realizo un modelo 3D en el software MIDAS CIVIL 2011 V.1.1 donde se model cada uno de los elementos del puente. Los pilotes, dados, vigas I y vigas cabezales se modelaron como elementos tipo frame. Las cargas aplicadas son de acuerdo a lo expuesto en el inciso 2.5

A continuacin se muestran los modelos generados:

Figura 4. MODELO ESTRUCTURAL DEL PUENTE

ANALISIS SISMICO

Se realiza el anlisis smico para el puente de acuerdo a los parmetros establecidos en el estudio de suelos desarrollado por la firma CIMAT CONSULTORES. A continuacin se presenta el espectro recomendado segn estudio local:

Figura 5. Espectro Ssmico de Diseo

El diseo se desarrollo mediante la metodologa dinmica Modal Espectral (PAS-2) cuyos periodos y frecuencias de vibracin de la estructura del puente corresponden a lo siguiente:

Para cada modo de vibracin se indica el porcentaje de participacin de masas de acuerdo a la siguiente tabla.

Como podemos observar se establece que para el nmero de modos empleado el porcentaje de participacin es superior al 90%.

Modos de Vibracin:

Figura 6. Modos de Vibracin Fundamentales.ANALISIS Y DISEO DE LA SUPERESTRUCTURA

El diseo de la superestructura se realiza con la siguiente metodologa:

El predimensionamiento se realiza con base en hojas de clculo desarrolladas teniendo en cuenta las propiedades reales de la seccin, adems de las prdidas en los cables para el clculo de los esfuerzos finales. Despus de realizar el predimensionamiento se construy un modelo bidimensional con el software MIDAS/CIVIL 2011 V1.1, que permite tener en cuenta el proceso constructivo considerando los efectos de Madurez del Concreto, Flujo Plstico (Creep), retraccin de fraguado (shrinkage) y relajacin del acero.

El Puente tiene una longitud de 55 m y consta de seis (2) luces de 27.5 mLos materiales de la vigas utilizadas en el diseo, tienen las siguientes especificaciones:Concreto para vigas preesfozadas: Concreto clase A, fc = 35MPa (5000psi).Acero de refuerzo pasivo: fy= 420MPa (60000psi). Acero de refuerzo Tensionado: fpu= 18900 kg/cm2, fpy= 17000 kg/cm2.

A continuacin se muestra el anlisis y diseo estructural de cada una de las vigas.

ANALISIS Y DISEO DE LA VIGA DE 27.5

La geometra y dimensiones de la viga de 27.5 m utilizada en el diseo corresponde a la siguiente figura:

Figura 7. Seccin transversal viga de 27.5m (seccin transversal)

Se utilizo elementos tipo beam para modelar las vigas de seccin compuesta, definidas con su forma y rigidez real, por medio del tipo de seccin: Composite-I. a continuacin se presentan las propiedades de la seccin compuesta utilizada en el anlisis:

Figura 8. Seccin Compuesta Viga I Viga de 27.5m.

Figura 9. Seccin Compuesta Viga en el anclaje Viga de 27.5m.

Para la viga de 27.5m de longitud, en el primer tensionamiento se tienen dos cables de 10 torones de 12.5 mm a 100 ton de fuerza del gato en el anclaje.

En el segundo tensionamiento (una vez se realice el vaciado de la placa y esta alcance el 100% de su resistencia) se tiene un cable ms de 10 torones de 12.5 mm a 142.0 ton de fuerza del gato en el anclaje.

En el anlisis realizado se incluye para los cables las prdidas por friccin, curvatura y deslizamiento de cua en el anclaje. A continuacin se muestran las propiedades de los cables donde se muestran los parmetros de friccin, curvatura y relajacin del acero considerados en el diseo:

Figura 10. Cable Tipo de 7 torones de 0.5

Figura 11. Cable Tipo de 7 torones de 0.6

A continuacin se muestran las grficas de fuerza en el tensionamiento para los cables, siguiendo el orden de tensionamiento:

Figura 12. Prdidas Iniciales Cable No 1, viga de 27.5m

Figura 13. Prdidas a Largo Plazo Cable No 1, viga de 27.5m

Figura 14. Prdidas Iniciales Cable No 2, viga de 27.5m

Figura 15. Prdidas a Largo Plazo Cable No 2, viga de 27.5m

Figura 16. Prdidas Iniciales Cable No 3, viga de 27.5m

Figura 17. Prdidas a Largo Plazo Cable No 3, viga de 27.5m

En el anlisis de esfuerzos se tuvieron en cuenta, los lmites mximos permitidos, segn CCDSP-95, los cuales se muestran a continuacin:

Esfuerzos temporales antes de prdidas debidas al flujo plstico y retraccin del fraguado, para el concreto, en miembros preesforzados: Resistencia a compresin del concreto en el momento de la transferencia 0.75* fc = 263 kg /cm2

Mximo a compresin = 0.55 * = 0.55 * 263 = 144 kg / cm2

Esfuerzo bajo cargas de servicio despus de que ocurren las prdidas dependientes del tiempo:

Mximo a compresin = 0.40 * = 0.40 * 350 = 140 kg / cm2

Mdulo de rotura, fr = 1.6 * = 30 kg / cm2

Terminado el proceso constructivo obtenemos los siguientes diagramas de esfuerzos a lo largo de las vigas postensadas.

Grficas esfuerzos en fibras superior e inferior de la seccin: Para estado en construccin.

Figura 18. Esfuerzos en la Fibra Superior e Inferior Viga I (Peso Propio Viga+ Primer Tensionamiento) Viga 27.5m

Figura 19. Esfuerzos en la Fibra Superior e Inferior Viga I (Peso Propio Viga, Losa y Riostra) Viga 27.5m

Figura 20. Esfuerzos en la Fibra Superior e Inferior Seccin Compuesta + Segundo Tensionamiento Viga 27.5m

Figura 21. Esfuerzos en la Fibra Superior e Inferior Se adiciona DL02 Viga 27.5mGrficas esfuerzos de fibras superior e inferior del puente .Para estado en funcionamiento, Grupo I .

Figura 22. Esfuerzos en la Fibra Superior e Inferior Seccin Compuesta en Servicio Viga 27.5m

A los 10000 das se obtienen los siguientes esfuerzos:

Figura 23. Esfuerzos en la Fibra Superior e Inferior Seccin Compuesta en Servicio a los 10000 das Viga 27.5m

Los datos para el diseo de la viga se obtienen del anlisis del MIDAS as:

Figura 24. Diagrama de cortante por Cargas Muertas (Peso Propio + DL02) Viga de 27.5m

Figura 25. Diagrama de flexin por Cargas Muertas (Peso Propio + DL02) Viga de 27.5m

Figura 26. Envolvente de cortante por Carga Viva, ML01 (Incluye Impacto) Viga de 27.5m

Figura 27. Envolvente de momento por Carga Viva, ML01 Viga de 27.5m

Figura 28. Diagrama de fuerza Axial por Cables Viga de 27.5m

Figura 29. Momento de diseo (ton-m) por Cargas de Servicio (Incluye los cables) Viga de 27.5m

TIPOLOGA DEL PUENTEAnlisis y diseo de Riostras:

Se suministran 2 barras de dimetro 3/4, As = 5.68cm2

Se suministran varillas de dimetro 3/8 cada 0.25m

ANLISIS Y DISEO DE NEOPRENOS

ANLISIS DE INFRAESTRUCTURA

Ejes 1 y 7

Para el diseo estructural del prtico se establece lo siguiente:

VIGA CABEZAL DEL PRTICO

Calculo de cuanta mnima por momento de fisuracin:

Figura 30. Refuerzo estribo ejes 1 y 7

Apoyo pila ejes 2 a 6

Para el diseo estructural del prtico se establece lo siguiente:

VIGA CABEZAL DEL PRTICO

Figura 31. Diagrama de momentos viga

Figura 32. Diagrama de cortantes viga

Figura 33. Diagrama de momentos en la viga

15.00 ton

15.00 ton

10.00 ton

4.00 a 9.00 m

4.00 m

wm, wv

Pm = 12 ton

Pv = 16 ton