calculo y diseño de viga metalica

ESTUDIO DE PRE INVERSIÓN A NIVEL DE PERFIL: "INSTALACIÓN DEL PUENTE CUCHARÁN, DISTRITO DE ACORIA, PROVINCIA Y DEPARTAMENTO DE HUANCAVELICA" ALTERNATIVA I

CÁLCULO Y DISEÑO DE LAS VIGAS METÁLICAS Locallidad: Distrito: Provincia: Depa Depart rtam amen ento to:: I.

DATOS DE DIS DISEÑO:

L= Lcaj= Lviga= Nº Vº= a= t= Nº Viº= S/CV= b= δc=

f'c= fy= fy= a= S= P= s/c eq= P eq= P eq = Es= b= φ= e=

ℓe= n=

II.

Cucharán Acoria Huancavelica Huan Huanca cave velilica ca

Entidad: Responsable: Tipo:

GOBIERNO REGIONAL DE HUANCAVELICA OFICINA REGIONAL DE ESTUDIOS DE PRE INVERSIÓN SECCION COMPUESTA

Se diseñará con el método LRFD, usando la s/c de diseño HL93

35.00 m. 0.80 m. 35.70 m. 1.00 Via 4.00 m. 0.20 m. 3.00 Und 0.40 Tn-m2 0.15 Tn/m 2.40 Tn/m3 210.00 Kg/cm2 4,200.00 Kg/cm2 2,530.00 Kg/cm2 7.85 Tn/m3 2.80 m. 3.629 Tn 0.96 Tn/m 9.00 Tn/m 13.00 Tn/m 2,100,000.00 Kg/cm2 100.00 cm. 0.85 0.05 m. 2.00 Tn/m3 1.05

Longitud del Puente entre ejes de apoyo Ancho de cajuela en apoyos Longitud de viga Número de Vías del Puente Ancho del Puente Espesor de Losa Número de Vigas principales Sobrecarga peatonal en vereda Peso de la baranda metálica Peso Específico del Concreto Resistencia del Concreto a emplear en la losa Fluencia del Acero de refuerzo en losa Fluencia del Acero Tipo A-36 Peso Específico del Acero de vigas Separación entre ejes de vigas metálicas Sobrecarga móvil HL93/rueda (camión o tren de carga) Sobrecarga equivalente correspondiente a HL-93 Carga Puntual sobrecarga equiv.p/momentos Carga Puntual sobrecarga equiv.p/cortantes Módulo de Elasticidad del Acero de refuerzo Ancho de Losa Factor de disminución de momentos Espesor de Asfalto Peso Específico del asfalto Factor de ductilidad, redundancia e importancia

PREDIMENSIO PREDIMENSIONAM NAMIENT IENTO O DE VIGAS DE ACERO ACERO METÁLIC METÁLICAS AS Para el diseño de las vigas principales de acero nos basaremos en los criterios del reglamento AASHTO

2.1 Pe Peralte Mínimo de la Viga d=L/30 d =1.17 m Asumir:

2.2 Pe Peralte mínimo de la Viga compuesta h=L/25 hc =1.40 m d =1.50 m

2.3 Espesor Espesor de losa t=hc-h t = 0.20 m También t=0.1+S/30 t =0.19 m Se tomará al mayor:

t = 0.20 m

III. SECCIÓN SECCIÓN DE VIGA METÁLICA METÁLICA ELEGIDA ELEGIDA bf = 50.00 cm Ancho de ala patín superior superior tfs = 2.54 cm Espesor de ala patín superior tfi = 2.54 cm Espesor de ala patín inferior hc = 144.90 cm Altura del alma tw = 1.30 cm Espesor del alma bp = 50.00 cm Ancho de platabanda patín patín inferior tp = 2.54 cm Espesor de platabanda patín inferior d = 150.00 cm Peralte de viga metálica Ap = 565.00 cm2 Área de viga metálica metálica y platabanda P = 443.50 Kg Peso de viga/metro Ap = 127.00 cm2 Área de platabanda lcg lcg = 2,28 ,284,47 ,475.31 .31 cm4 cm4 Moment mentoo de de in inerc ercia

Asumir:

d =1.70 m


CÁLCULO Y DISEÑO DE LAS VIGAS METÁLICAS Locallidad: Distrito: Provincia: Departamento:

Cucharán Acoria Huancavelica Huancavelica Sx = 37,684.00 cm3 Ycg = 60.40 cm Lp = 21.00 m Pvig = 45.08 Tn Pp = 7.78 Tn Peso = 52.86 Tn



Módulo sección (ala inferior) Altura de fibra inferior al centro de gravedad Longitud de platabanda 60% Peso de vigas Peso de platabandas Peso total de viga + platabanda

3.1 Ancho efectivo de losa (be) Según el reglamento AASHTO, el ancho efectivo no debe sobrepasar las siguientes dimensiones

be
Por lo tanto el ancho efectivo de losa es: be = 2.40 m be = 240.00 cm n = 9.00

3.3 Inercia de Concreto o Losa Io=(be/n)*t^3/12 Io = 17,777.78 cm4 IV. MOMENTOS ACTUANTES 4.1 Momento de Carga Muerta (Md) Elementos Peso propio de losa (1) Veredas (2,3,4,5) Viga metálica Atiesadores + conect

Md=Wd*L^2/8 Md = 0,686.69 Tn-m

Area(m2) 0.94 0.27 0.4435

Pe (Tn/m3) 2.40 2.40 3 Estimado Wd=

W (Tn/m) 2.26 0.65 1.33 0.25 4.48 Tn/m

Wd=

W (Tn/m) 0.4 0.3 0.70 Tn/m

Md=Md/Nº de Vigas Md = 228.90 Tn-m

4.2 Momento de Carga Muerta (Mcm) Area(m2) 0.20 2.00

Asfalto Barandas Mcm=Wd*L^2/8 Mcm = 107.19 Tn-m

Pe (Tn/m3) 2.00 0.15

Mcm=Md/Nº vigas Mcm = 35.73 Tn-m

4.3 Momento de carga viva (ML) *Coeficiente de Concentración (C.C) Viga Exterior (Cce) Cce = 0.89

Viga Interior (Cci) Cce = 0.29

*Momento originado por la Sobrecarga Carga de Camión de Diseño P = 3.63 Tn ML HL93 = 312.59 Tn-m

*Momento originado por la S/C TANDEM Carga de Camión Tándem ML Tándem = 237.08 Tn-m

*Momento de carga viva elegido es: Escogemos el mayor de los momentos de HL93 y Tándem ML (carril) = 312.59 Tn-m *Momento de carga viva afectado por sus coeficientes de Concentración ML=ML(carril)*C.C/Nº vigas Descripción Viga exterior Viga interior

ML(carril) 312.59 312.59

C.C 0.89 0.29

ML 92.74 30.22



Cucharán Acoria Huancavelica Huancavelica



4.4 Momento originado por carga distribuida (Meq)

w = 0.96 Tn/m

17.50 m

17.50 m 8.75

ML (equiv)= 147.00 Tn-m ML=ML (carril)*C.C/Nº de vigas Momento por carga viva ML(carril) 147.00 147.00

Descripción Viga exterior Viga interior

C.C 0.89 0.29

ML 43.61 14.21

Se tomará a los mayores momentos ML Viga Exterior Viga Interior

92.74 Tn-m 30.22 Tn-m

4.5 Momento de Carga Impacto (Mi) Ci = 33% Mi=ML*Ci 30.60 9.97

Descripción Viga exterior Viga interior

4.6 Momento de Servicio y Último (M y Mu)

V.

Por Servicio

Viga exterior Viga interior

Mu=MD+Ms/c+Mi Mu = 387.96 Tn-m Mu = 304.81 Tn-m

Momento Último

Viga exterior Viga interior

Mu=n*(1.25*Md+1.5Mcm+1.75*(Ms/c+Mi)) Mu = 583.33 Tn-m Mu = 430.55 Tn-m

DISEÑO DE SECCION COMPUESTA * Pandeo del alma hc/tw =111.46 <107 Dado que no cumple se calculará el mínimo tw Despejando se tiene: tw=hc/107

bf/(2*tf)= 1600/Fy^0.5 bf/(2*tf)<1600/Fy^0.5 * Ubicación del Eje Neutro Si T
MAL tw = 1.35 cm

9.843 31.81 OK El Eje Neutro cae en el ALA

0.85*f'c*be*t+2*bf*Yp*Fy=As*Fy






Yp=(Ap*Fy-0.85*f'c*be*t)/(2*bf*fy) Yp = 2.26 cm C=0.85*f'c*be*t C'=bf*Yp*Fy T=Ap*Fy

C = 856.80 Tn C' = 286.33 Tn T = 1,429.45 Tn

*Centro de gravedad y Momento de Inercia (Ycg, Icg) - VIGA NO COMPUESTA DESCRIPCION Ala superior Alma Ala inferior Platabanda

A (cm2) 127.00 188.37 127.00 127.00

Y (cm) 151.27 77.53 3.81 1.27 569.37

A*Y (cm3) 19,211.29 14,604.33 483.87 161.29

Io (cm4) 68.28 329,584.87 63.12 63.12 34,460.78

Md*Y'/Icg (ML+Mi)*Y't/It

Ala superior 896.51 Kg/cm2 326.77 Kg/cm2 1,223.28 Kg/cm2

Ala inferior 701.09 Kg/cm2 106.47 Kg/cm2 807.57 Kg/cm2

0.66*Fy = 1,669.80 Kg/cm2

CUMPLE

CUMPLE

Centro de Gravedad

Ycg = 60.52 cm Y'=d-Ycg Y' = 89.48 cm

Momento de Inercia

Icg = 2,284,475.31 cm4

*Verificación de los espesores de alas (f=Mc/l) Fb(Carga Muerta) Fb(Carga viva+Imp) El Esfuerzo permisible es

VI. VERIFICACIÓN DE SECCIÓN SIN APUNTALAMIENTO TEMPORAL: * Momento por carga muerta W (Tn/m) Viga metálica 1.33 Atiesadores + conect. 0.25 Wd = 1.58 Tn/m

Md=Wd*L^2/8= Md/Nº vigas=

242.01 Tn/m 80.67 Tn/m

*Momento por carga viva (obreros+encofrado+equipos=100 Kg/cm2) W (Tn/m) Obreros+econf.+equipos 0.55 Peso propio de losa 2.26 Veredas (2,3,4,5) 0.65 WL = 3.45 Tn/m ML=Wd*L^2/8= 528.89 Tn/m ML/Nº vigas= 176.30 Tn/m * Momento Último Mu=n*(1.5Md+1.75*ML) Mu = 451.00 Tn/m * Verificación de Esfuerzos Fb=Mu*Y/Icg Fb = 1,194.88 Kg/cm

El esfuerzo del perfil cuando el concreto está fresco debe ser mayor que Fy

Fb<9*Fy VII. VERIFICACIÓN A LAS DEFLEXIONES * Antes que endurezca el concreto La carga muerta de servicio considerar será

OK

do(cm) 90.75 17.01 56.71 59.25

Io + Ado^2 1,045,883.36 384,059.69 408,561.53 445,970.74 2,284,475.31






W (Tn/m) 1.33 Tn/m 0.25 Tn/m 2.26 Tn/m 0.65 Tn/m 0.55 Tn/m Wd = 5.03 Tn/m 770.91 Tn/m 256.97 Tn/m 681.91 Tn/m

Viga metálica Atiesadores + conect Peso propio de losa Veredas (2,3,4,5) Obreros + encof + equipo Md=Wd*L^2/8= Md/Nº vigas= fb=Mu/Sx=

La deflexión será: df=fb*L^2/(d*1000) df = 5.57 cm Por lo tanto debe ejecutarse una contraflecha de: Cf = 5.57 cm

* Sobre la sección compuesta La carga a considerar será solamente la viva, por lo que calcularemos el WL correspondiente: WL=ML*8/L^2= 1.15 Tn/m La deflexión será: dfc=WL*L^4/(384*E*It)=

0.94 cm

La deflexión máximo esta definido por: df (max)=

L/1000 = 3.50 cm

Comparando las deflexiones se tiene: dfc
OK

VIII.VERIFICACIÓN POR CORTE 8.1 Cortante originado por la carga muerta (Vd)

Wd = 5.03 Tn/m Vd = 88.10 Tn Vd/Nº vigas= 29.37 Tn 1.0

8.2 Cortante originado por la carga viva (VL) * Cortante originado por la S/C H: HL93

VL (HL93)= 30.49 Tn * Cortante originado por sobrecarga equivalente (VL equiv) WL = 0.96 Tn/m ML equiv = 16.80 Tn * Cortante de carga viva elegido: El valor de la cortante por cargas vivas es: W (carril) HL 93 = 30.49 Tn W (carril) HL 93 = 51.13 Tn Cortante de carga viva por viga (viga externa) VL=VL (carril)*Cce/Nº vigas 15.17 Tn 8.3 Cortante originado por el Impacto (Vi) Vi=i*VL=

5.01 Tn

8.4 Cortante Último Vu=n*(1.5*Vd+1.75*(VL+Vi)) Vu = 83.32 Tn Vu=n*1.75*(VL+Vi) Vu = 37.07 Tn




8.5 Verificación de Cortantes * Según Bresler Lin y Scalzi Fv=Vu/(tw*hc) Fv = 424.64 Kg/cm2



fv (max)=0.33*Fy tw = 1.35 cm Fv(max) = 834.90 Kg/cm2

Fv
OK

* El espesor del alma (tw), debe cumplir la siguiente relación tw
OK OK

IX. DISEÑO DE ATIESADORES * Espaciamiento de Atiezadores (a) De los siguientes valores escogemos el menor 1) 2) 3)

12' = 365.76 cm hc = 144.90 cm 11000*tw/fv^0.5=

693.95 cm

a = 144.90 cm * Dimensiones El ancho mínimo será: (bs) bs=2"+d/30 bs = 3.97 pulg

bs = 10.08 cm

Pero, el ancho mínimo debe cumplir la siguiente relación: bs>bf/4 MAL Por lo tanto el ancho mínimo es: bs = 12.50 cm bs = 4.92 pulg El espesor mínimo será: (ts) ts=bs/16

ts = 0.78 cm

ts = 0.308 pulg

J=25/(a/hc)^2 - 20 J = 5.00

<5

OK

Imin=a*tw^3*J/10.92 Imin = 3.96 pulg^4 Momento de Inercia del atiesador I (atiez)=ts*bs^3/12 I (atiez) = 3.05 pulg4

CORREGIR

Por lo tanto debemos aumentar ts

X.

Cálculo de espesor del atiezador (bs) bs=(12*Imin/ts)^(1/3) bs = 5.37 pulg

bs = 14.00 cm

Recálculo del espesor del atiezador (ts) ts=bs/16 ts = 0.335 pulg

ts = 0.85 cm

DISEÑO DE CONECTORES * Cortantes para conectores tipo vástago Para 1/2" x 2" (50 mm) q= 2,320.00 Kg Para 5/8" x 2.5" (64 mm) q= 3,630.00 Kg Para 3/4" x 3" (76 mm) q= 5,230.00 Kg Para 7/8" x 3.5" (89 mm) q= 7,090.00 Kg






* Datos necesarios Vu = 37.07 Tn It = 9,248,773.91 cm4 Q = 86,688.00 cm3 * Cortante (V)

V=q*It/(s*Q) Escogemos conectores del tipo 3/4" x3" (76 mm) q= 5,230.00 Kg Reeemplazando y escogemos 2 conectores por fila Para un espaciamiento de s = 25.00cm V = 44.64 Tn

V>Vu

OK

Para un espaciamiento de: s = 35.00cm s = 45.00cm s = 60.00cm

V = 31.89 Tn V = 24.80 Tn V = 18.60 Tn

V>Vu V>Vu V>Vu

Usar 2 de 3/4", [email protected], [email protected], r@035

NO CUMPLE NO CUMPLE NO CUMPLE

calculo y diseño de viga metalica

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