DISEÑO DE UN PUENTE TIPO CAJON NOCIONES PRELIMINARES 1. DEFI DEFINI NICI CION ON Un puente es una obra que se construye para salvar un obstáculo dando así continuidad a una vía. Suele sustentar un camino, una carretera o una vía férrea, pero también puede transportar tuberías y líneas de distribución de energía. Los puentes que soportan un canal o conductos de agua se llaman acueductos. Aquellos construidos sobre terreno seco o en un valle, viaductos. Los que cruan autopistas y vías de tren se llaman pasos elevados. !onstan fundamentalmente de dos partes" a# La superestr superestructura uctura conform conformada ada por" tablero tablero que soporta soporta directame directamente nte las cargas$ vigas, armaduras, cables, bóvedas, arcos, quienes transmiten las cargas del tablero a los apoyos. b# La infrae infraestr struct uctura ura confor conformad madaa por" por" pilare pilaress %apoy %apoyos os centr centrale ales#$ s#$ estrib estribos os %apoyo %apoyoss e&trem e&tremos# os# que sopor soportan tan direc directam tament entee la supere superestr struct uctura ura$$ y cimientos, encargados de transmitir al terreno los esfueros.
2. CLAS CLASIF IFIC ICAC ACION ION A los puentes podemos clasificarlos" a# Seg'n su función" ( )eatonales ( !arreteros ( *erroviarios b# )or los materiales de construcción ( +adera ( +ampostería ( Acero structural ( Sección !ompuesta ( !oncreto Armado ( !oncreto )resforado c# )or el tipo de estructura ( Simplemente apoyados
( !ontinuos ( Simples de tramos m'ltiples ( !antilever %braos voladios# ( n Arco ( Atirantado %utilian cables rectos que atirantan el tablero# ( !olgantes ( Levadios %basculantes# ( )ontones %puentes flotantes permanentes#
3. GEOM EOMETRÍA TRÍA a# Sección Secc ión transver tra nsversal sal l anc-o de la sección transversal de un puente no será menor que el anc-o del acceso, y podrá contener" vías de tráfico, vías de seguridad %bermas#, veredas, ciclovía, barreras y barandas, elementos de drenae. b# Anc-o Anc- o de vía %calada %cal ada## Siempre que sea posible, los puentes se deben construir de manera de poder acomodar el carril de dise/o estándar y las bermas adecuadas. l n'mero de carriles de dise/o se determina tomando la parte entera de la relación 012.3, siendo 0 el anc-o libre de calada %m#. Los anc-os de calada entre 3.44 y 5.64 m tendrán dos carriles de dise/o, cada uno de ellos de anc-o igual a la mitad del anc-o de calada. c# 7erm 7e rmas as Una berma es la porción contigua al carril que sirve de apoyo a los ve-ículos que se estacionan por emergencias. Su anc-o varía desde un mínimo de 4.34 m en carreteras rurales menores, siendo preferible 8.9 a 6.: m, -asta al menos 2.4 m, y prefer preferen entem tement entee 2.3 m, en carre carreter teras as mayore mayores. s. Sin emb embarg argoo deb debee tenerse en cuenta que anc-os superiores a 2.4 m predisponen a su uso no autoriado como vía de tráfico. d# ;ere ;e reda dass Utiliadas con fines de fluo peatonal o mantenimiento. stán separadas de la calada adyacente mediante un cordón barrera, una barrera %baranda para tráfico ve-icular# o una baranda combinada. l anc-o mínimo de las veredas es 4.5< m.
4. CARGAS Y FACTORES DE CARGA Las cargas que presentamos a continuación están basadas en las especificaciones de AAS=>?. n general, estas cargas pueden ser divididas en dos grandes grupos" cargas permanentes y cargas transitorias %cargas de ve-ículos, peatonales, de fluidos, de sismo, de -ielo y de colisiones#. Adicionalmente, dependiendo del tipo de estructura pueden presentarse otras fueras como las debidas al creep, a s-rin@age, o al movimiento de los apoyos de la estructura. gualmente, en este capítulo se presentan los estados límites de dise/o de resistencia, servicio, evento e&tremo y fatiga con sus correspondientes combinaciones de carga. Las abreviaciones utiliadas en este capítulo son las empleadas por AAS=>?.
Carga pera!e!"e Las cargas permanentes incluyen" B !arga muerta de elementos estructurales y elementos estructurales unidos %C!#. B !arga muerta de superficie de revestimiento y accesorios %CD#.
no
Los elementos estructurales son los que son parte del sistema de resistencia. Los elementos no estructurales unidos se refieren a parapetos, barreras, se/ales, etc. n caso de no contar con las especificaciones técnicas o manuales que den información precisa del peso, se pueden usar los pesos unitarios de AAS=>? presentados en la tabla 6.8. La carga muerta de la superficie de revestimiento %CD# puede ser estimada tomando el peso unitario para un espesor de superficie.
Carga# "ra!#$"%r$a# Las cargas que estudiaremos a continuación comprenden las cargas del tráfico ve-icular, del tráfico peatonal, de fluidos, de sismo, de -ielo, de deformaciones y las causadas por colisiones.
a& Carga# 'e (e)*+,-%# Los efectos del tráfico ve-icular comparados con los efectos del tráfico de camiones son despreciables. Cebido a esto el dise/o de cargas de AAS=>? -a desarrollado modelos de tráficos de camiones que son muy variables, dinámicos, y pueden ser combinados con otras cargas de camiones. sos efectos incluyen fueras de impacto %efectos dinámicos#, fueras de frenos, fueras centrífugas, y efectos de otros camiones simultáneos. n 8EE6, Fulic@i austó un estudio de >ransportation Gesearc- 7oard %>G7, 8EE4# a las cargas de camiones presentes y desarrolló un nuevo modelo. ste modelo consiste en tres cargas diferentes" B !amión de dise/o. B !amión tándem de dise/o. B Línea de dise/o.
Cargas de diseño de AASHTO
DISEÑO DEL PUENTE Lo primero que -acemos es iniciar al programa es seleccionar el tipo de modelo que se va a realiar en nuestro caso utiliaremos será el de un puente tipo caón por lo cual iniciaremos con la opción marcada en la figura mostrada en la parte inferior, también se se/alara las unidades en las cuales se trabaara.
Seleccionamos esta opción para iniciar el modelo
Seguidamente pasamos a definir el n'mero de tramos que tendrá nuestro modelo, el cual consta de tres tramos de 24 metros cada uno.
A-ora nos dirigimos a las propiedades de los ees para definirlos, tanto el ee maestro como los ees de los carriles. n este men' también se editaran la sección del puente el tipo de carga ve-icular.
Las propiedades del material serán introducidos en la siguiente opción, para puentes consideraremos las siguientes propiedades" H
Gesistencia del concreto a los 69 días *Ic " 694 @g1cm6
H
+ódulo de elasticidad del concreto E=15100 √ f ´ c
" 6<6444 @g1cm6 H
)eso específico concreto γ J
del
6<44@g1m2
PREDIMENCIONAMIENTO DE LA LOSA A-ora pasaremos a definir las dimensiones en la sección del tablero la cual contara con las siguientes características geométricas. Lc
vereda
Losa superior
h Alma Losa inferior
l puente a dise/ar es de : carriles entonces 6 carriles seran usados para un sentido y los otros dos para el sentido contrario, entonces el anc-o de la seccion tranversal estara dado por las siguientes dimensiones" H H H H H
: !arriles 6 bermas 6 veredas 7arandas metalicas +uro ne0yersey
" 2.34 m 1carril " 8.94 m 1berma " 8.64 m 1vereda " 4.8< m 1lado " 4.<4 m
)or lo tanto el anc-o de la seccion transversal es" LT J :%2.3#K6%8.9#K6%8.6#K6%4.8<#K4.< LT J 68.6 m Si asumimos un espesor de alma b0 J 4.24 m, y que tendra la seccion tendra : celdas, entonces la longitud interior de las celdas sera" )rimero definamos la losa superior la cual sera una longotud restandole las veredas y las barands y resulta Ls J 89.< m, y la losa inferior sera restandole el volado que representara quitandole a la losa superior la longitud de las bermas y resulta Li J8:.E m Lc =(14.9 −0.3∗5−2∗1.8)/ 4
Lc J2.2< m
)ara el predimencionamiento de la seccion del puente usaremos los siguientes criterios 8.H )redimencionamiento del peralte de la seccion h1
=
0.055 ⋅ L ( Tramo simple )
h1
=
0.06 ⋅ L (Tramo continuo )
h2
=
0.17 +
L 18
-8 " 4.4324 h 2=0.017 + 30 / 18
-8J 8.94 m -6J 8.39 m
escogemos el valor de -8J 8.94 m por raones de seguridad, tambien se a podido escoger el promedio de los dos valores -allados.
6.H )redimencionamiento de losas Pr e dim ensionamie nto Losas Superior t S Inferior t I
=
=
( Lc + 3000 )
Lc 16
30
≥ 175mm
≥ 175mm
Losa superior ts=
Losa inferior
3475 + 3000
ti=3475 / 16
30
ti= 217.2 mm
ts=215.83 mm
ntonce daremos valores para los espesores -allados multiplos de 4.4< asi que las dimensiones asignadas seran" ts J 4.24 m
y
ti J 4.64 m
las dimenciones antes calculadas se representan en plano siguiente
Las dimenciones de la seccion -alladas seran colocadas en el programa para su posterior calculo
Como se puede observar se ha cambiado para que sea de cuatro cajones
Luego pasamos a definir las líneas por donde pasaran los ve-ículos, o sea el n'mero de carriles del puente. n la imagen siguiente se muestra la definición de los carriles interiores.
n la imagen siguiente se muestra la definicion de los carriles e&teriores, las cuales seran las lineas 2 y : respectivamente.
=asta a-ora el modelo del puente va quedando de la siguiente manera"
La imagen muestra el puente con sus cuatro carriles
Cefiniremos los diferentes tipos de carga, ya sea la carga permanente como la carga móvil. 8. !argas móviles
CAMION CD /0L3&
Leading Load
Trailing Load
TANDEM CD /0L3M&
Leading load
xed
Trailing Load
0L3S
)ara definir las cargas mencionadas anteriormente seguimos la siguiente ruta en el programa como lo muestra la figura siguiente.
)rimero ingresaremos las cargas del >ándem =LHE2+
A-ora ingresamos las cargas !amión =LHE2F
)or 'ltimo el tren de cargas final que se debe de introducir es"
H
>ambién se pasara a definir las cargas de vereda, baranda, peatonal %)L#, carga de la superficie de rodadura %CD#, y la carga muerta de los elementos estructurales y no estructurales %C!#.
H
>ambién creamos la clase de ve-ículo con las cargas móviles ya antes designadas %=LHE2+, =LHE2F, =LHE2S#
H
Cefinimos la carga lineal distribuida de las barandas tanto iquierdas como derec-as
H
Cefinición de la carga de asfalto
H
Cefinición de la carga de vereda, la cual resulta de multiplicar la sección de la vereda con el peso específico del concreto el cual será 6.2 tn1m2 para este caso
H
Cefinición de la carga peatonal, la cual será de 4.23 tn1m6 H
A-ora pasaremos a definir las combinaciones de carga para nuestro modelo, para lo cual creamos una carga llamada LL que representara nuestra carga móvil.
La primera combinación será la mostrada en la figura, la cual será el estado 'ltimo de las cargas
La ultima combinación será él se la resistencia la cual representa al estado ultimo multiplicado por un factor.
Luego de definir las cargas podemos mostrarla como por eemplo la carga distribuida de la vereda
RESULTADOS Luego de analiar el puente en el programa los resultados obtenidos son los siguientes, la imagen siguiente muestra la deformada del puente debido al peso propio.
Los momentos obtenidos producto de la combinación de carga resistencia ultima se muestran a continuación, los valores eran mostrados en una tabla.
Se observa que los momentos en los e&tremos del puente son cero debido a que se le asignó un apoyo simple eso quiere decir que se -a asignado de forma correcta esta suposición que se -a realiado.
Layout ItemTy Line pe Distance m
V2
V3
T
M2
M3
Tonf
Tonf
Tonfm
Tonfm &%*+ !, &%*+ !, %&+ ! *%'+ !, %&+ ! *%'+ !, .%&+ ! %+ !, .%&+ ! %+ !, '%$+ ! &%!+ ! '%$+ ! &%!+ ! &%$+ !. &%*+ ! &%$+ !. &%*+ ! &%.+ !. &%.+ ! &%.+ !. &%.+ ! &%'+ !.
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Envolvente de esfuerzo debido a la combinación RESISTENCIA I
Envolvente de esfuerzo debido a la combinación ÚLTIMA
Las lneas de influencia !eneradas por las car!as ve"iculares se muestran a continuación
Cistribución de acero en la losa del puente
