ANALISIS Y DISEÑO DE UN PUENTE VIGA – LOSA

ANALISIS Y DISEÑO DE UN PUENTE VIGA – LOSA

Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann Facultad de Ingeniería

CONTENIDO DEL PROYECTO 1. GENERALIDADES 1.1 INTRODUCCION

1.2 OBJETIVOS

2. EXPEDIENTE TECNICO 2.1 MEMORIA DESCRIPTIVA

2.2 ESPECIFICACIONES TECNICAS

3. ESTUDIOS NECESARIOS PARA EL DISEÑO DEL PUENTE 3.1 ESTUDIO TOPOGRAFICO 3.3 ESTUDIO HIDROLOGICO

3.2 ESTUDIOS GEOLOGICOS Y GEOTECNICOS 3.4 ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL

4. DISEÑO DEL PUENTE VIGA - LOSA 4.1 DIMENSIONAMIENTO

4.2 DISEÑO DE LOSA

4.3 DISEÑO DE VIGAS

4.4 DISEÑO DEL ESTRIBO

5. CONCLUSIONES 5.1 CONCLUSIONES

1. GENERALIDADES

1.1 INTRODUCCION: Puentes de viga “T”

Consiste en una losa de Concreto Armando transversalmente “apoyada” (es solidaria) sobre las vigas longitudinales. Requieren un encofrado más complicado particularmente en el caso de extremos “esviados”. General mente más económicos para luces de 12 a 18m. El ancho de almas (bw): 35 a 55cm controlado por el espaciamiento horizontal de varillas y el recubrimiento. Espaciamiento de vigas longitudinales: 1.80 – 3.00m para un costo mínimo de encofrado y materiales estructurales. En un extremo, si el falso puente (andamiaje) es difícil y costoso se puede aumentar el espaciamiento de vigas longitudinales. Rango general: 9.00 – 24.00 (en realidad hasta 28.00m)

1.2 OBJETIVOS: OBJETIVOS GENERALES:

 Materializar la ejecución de un Puente que permita la unión de los pueblos con fines de lograr la integración departamental.

 Fomento del intercambio comercial, cultural, social y deportivo; así como impulsar el turismo interno y externo creando fuentes de trabajo. OBJETIVOS ESPECIFICOS:

 Aplicar los métodos conocidos y aprendidos en clase para el análisis de la estructura de un puente tipo viga - losa.  Diseño de los diferentes elementos estructurales:

Superestructura. Subestructura. Dispositivos de Apoyo.  Detalles de diseño y su respectiva maqueta del puente Viga-Losa.

2. EXPEDIENTE TECNICO

2.1 MEMORIA DESCRIPTIVA: PROYECTO

: Construcción y Mejoramiento de Carreteras

SUB PROYECTO

: Construcción Puente Bellavista de la Red Vial Bellavista Distrito de Santa

OBRA

: Construcción del Puente Bellavista 30 m.

SECTOR

: Bellavista-Santa

UBICACIÓN

:

ACCESO

: Ancash – Santa

REGIÓN : Ancash DISTRITO : Santa SECTOR : Bellavista-Santa

INTRODUCCION

El presente proyecto se refiere al diseño de los elementos estructurales de un puente tipo Viga-Losa, que corresponderá a un camino vecinal de red vial Local, servicio que será de beneficio de las poblaciones del Santa y de todos los pueblos aledaños que hacen uso de esta vía; que pertenece al Distrito de Santa, Provincia de Santa y de la Región de Ancash.

2.2 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS: EL PUENTE SE HA DISEÑADO DE ACUERDO A:    

Reglamento Nacional de Puentes (Minist. de Transp. y Comunic.) Reglamento Nacional de Construcciones. Standard Specifications for Highway Bridges AASHTO M270. Especificaciones AISC-LRFD entre otros. CARACTERISTICAS TÉCNICAS DEL PUENTE Tipo de Puente Número de tramos Luz por tramo Número de Vías Tipo de Sobre Carga Categoría de la Vía Zona Geográfica Bombeo Losa y Vigas Estribos Armadura

: Viga-Losa : dos : 15.00 metros : 3 vías : H-20 : Segunda : Costa : 2% : Concreto f’c = 210 kg/cm2 : Concreto f’c = 175 kg/cm2 : fy = 4200 kg/cm2

3. ESTUDIOS NECESARIOS PARA EL DISEÑO DEL PUENTE

3.1 ESTUDIO TOPOGRÁFICO:

OBJETIVO CONCLUSION

PLANO TOPOGRAFICO DEL PUENTE BELLAVISTA SOBRE EL RÍO SANTA

3.2 ESTUDIOS GEOLÓGICOS Y GEOTÉCNICOS: Condiciones de Cimentación: Descripción

Estribo Izquierdo

Estribo Derecho

Tipo de Suelo

Roca

Roca

Prof. de cimentación (m) Análisis químico de sales (m)

1.5

1.5

No agresivo

No agresivo

1.80

1.80

Capacidad Admisible (kg/m2) Por Carga qadm =

Los Resultados del Ensayo de Corte Directo Residual que se obtuvo de una muestra de suelo del lugar donde se ubicaran los estribos son los siguientes:

3.3 ESTUDIO HIDROLÓGICO: Cuadro resumen: T retorno (años)

Caudales (m3/s) MAC MATH

HIDROGRAMA

PROMEDIO

5

28

20

24

10

37

26

32

25

52

36

44

50

66

46

56

100

84

59

71

500

150

104

127

Q diseño = 56 m3/s

Calculo de la Socavación: Donde: Hs : profundidad de la socavación

Hs = 1.46 m ds : p. s. respecto al fondo del cauce.

ds = -0.94 m

3.4 ESTUDIO IMPACTO AMBIENTAL: OBJETIVO: Identificar, analizar y describir los impactos positivos y negativos, que ocasionaran las actividades comprendidas en el proceso de construcción del puente Bellavista.

CONCLUSIONES:  Los impactos negativos se presentan durante el desarrollo de los trabajos de la obra, debiéndose adoptar todas las medidas preventivas y de mitigación establecidas en el EIA.  Las áreas utilizadas como depósito de excedentes de obra y cantera, al final de la obra deberán ser restauradas a fin de no alterar la calidad paisajística del lugar.  Se ha determinado que los impactos ambientales que se susciten, no implican una limitación ni tampoco constituyen restricciones importantes para la ejecución del proyecto; por tanto el proyecto es viable.

4. DISEÑO DEL PUENTE VIGA - LOSA

4.1 DIMENSIONAMIENTO: DETERMINACION DE LA SECCION TRANSVERSAL Y LONGITUDINAL 1. ANCHO DE CARRIL DE TRÁFICO DEL PUENTE = Para 3 vías, calzada de 10.50 m 2.PREDIMENSIONAMIENTO DE LA ACERA. a)Ancho de la acera:

- Ancho de circulación peatonal - Colocación de baranda - Ancho total

: : :

0.90m. 0.10m. 1.00m.

a)Peralte de la acera Peso propio:

CARGA MUERTA

(1.00)(0.15)(2400 )  360 kg /m

Acabados

:

(1.00)(100)  100 kg /m

WD  460 kg /m

CARGA VIVA: kg Sobrecarga : (1.00)(400)  400 m

CARGA ÚLTIMA.

L h 4  WU

WU  1.4(460)  1.7(400)  1324

L L 4  0.132 11

hacera

kg m

L 1.60  1.41( )  1.41( )  0.21m. 11 11

Tomaremos:

h  0.20m.

3. NÚMERO Y SEPARACIÓN DE LA VIGA LONGITUDINAL Para 3 vías, se planteara 4 vigas long. Del grafico se tiene: a a  3a   10.5  2(0.2  0.05) 2 2 Tenemos que:

a  2.75m

Se adoptara :

hv  0.90 m.

4. PREDIMENSIONAMIENTO DE LA VIGA LONGITUDINAL. a) Altura de la viga .-

h1  0.07 xL

h2 

y

S 9 18

;

b) Ancho de la viga .- Se tomará considerando cierto N° de var. por capa y un espacio libre entre var. de 3.75 cm. Ancho de la viga (para 5 barras de 1’’ por capa, primer tanteo)

bv  0.40 m.

5. PREDIMENSIONAMIENTO DE LA LOSA Se tiene peralte mínimo según AASHTO:

d

S  10 30

Tomamos :

t  0.20m.

6. PREDIMENSIONAMIENTO DE VIGAS DIAFRAGMA a) Número de diafragmas: Se colocaran 4 diafragmas a cada 1/3 de luz del puente (espac. a 5 m) b) Ancho de la viga diafragma Tomaremos:

bd  0.25 m

c) Altura de la viga diafragma:

hd  0.90  0.20  0.70 m

SECCION TRANSVERSAL DEL PUENTE (PREDIMENSIONAMIENTO)

4.2 DISEÑO DE LA LOSA: 1m

0.05 m

0.05 m

Diseño tramo interior

Carga muerta: Peso propio de la losa : 0.20m x 1.00m x 2.4Tn/m3 = 0.48 Tn/m

CL

1.75 m

a) METRADO DE CARGAS

LOSA

Capa de asfalto

: 0.05m x 1.00m x 2.0Tn/m3 = 0.10 Tn/m WD  0.58Tn / m

Carga viva: 0.2 m 0.1 m 0.2 m

1.975 m S'=2.35 0.8 m

1.374 m 1.974 m

2.551 m 0.4 m

Peso de la rueda trasera del H-20 :

W L  8000kg  8Tn

Carga de impacto: 15.24 15.24 Im pacto    0.378 S  38 2.28  38 2 x0.1 S  S '  2.28 Donde: 3

I max  30%  0.30

b) MOMENTOS

Por carga muerta (MD) :

MD 

WD xS 2 0.58 * 2.282   0.30Tn  m 10 10

M D  0.30Tn  m

: M L  S  0.61 xP  2.28  0.61 x8  2.374Tn  m

Por carga viva (ML)

9.74

M L  2.374Tn  m

9.74

Por continuidad entre viga y losa hallaremos los momentos positivos y negativos. Momento Positivo :

0.8(2.374)  1.899T  m

Momento negativo

:

0.9(2.374)  2.136T  m

Por impacto (MI): Momento por impacto positivo por servicio. 

M I  0.3 x1.899  0.570T  m

Momento por impacto negativo por servicio. 

M I  0.3 x 2.136  0.641T  m

c) DETERMINACION DEL PERALTE POR SERVICIO 







Mto final + por serv. M  M D  M L  M I 

M  0.30  1.899  0.570  2.769Tn  m









Mto final - por serv. M  M D  M L  M I 

M  0.30  2.136  0.641  3.077Tn  m

Peralte mínimo d 

d

2M F ' ckjb

Donde:

2 x 2.769 x105  14.92 84 x0.333x0.889 x100

d  14.92  20 ¡OK !

Kg cm 2 kg Fy  0.4 F ' y  1680 2 cm Fs 1680 r   20 Fc 84 Fc  0.4 F ' c  84

n

2100000 15000 210

 10

n 10   0.333 n  r 10  20 0.333 J  1  0.889 3 b  1.00m  100cm k

Tenemos un recubrimiento superior de 5cm y utilizaremos fierro de 5/8” cuyo diámetro es 1.99cm.

tlosa  d calculado  recubrimiento 



t losa  20.915  20.92

2

Momento

Carga Muerta Peso propio de la losa

: 0.229 X 1.00 X 2.4 = 0.502 Tn/m

Capa de asfalto

: 0.050 X 1.00 X 2.0 = 0.100 Tn/m

()() M D 

0.602 x 2.282  0.313Tn  m 10

WD  0.602Tn / m d) DISEÑO POR ROTURA *Acero positivo; 

Momento Ultimo (+)

M t  1.3( M D  1.67 ( M L  M I ))

Reemplazando en la ecuación

M U  0.9 AS FY (d 

Verificando la cuantía mínima.

As m in 

AS xFy 1.7 xF ' cxb

)

14 14 bd  x100 x13 .7 Fy 4200



M t  5.756Tn  m

Tenemos:

AS  10.365cm 2

As min  4.57cm 2

< 10.365cm 2

Hallando el espaciamiento de las barras, para un acero de 5/8” con As = 1.99cm2 10.37 1.99

100cm Ss 5/8”

Ss 5  19.19cm 8

Tomaremos:



5' ' @ 0.20m 8

¡OK!

*Acero negativo: Mto ultimo (-) M t  6.429Tn  m

Reemplazando:

M U  0.9 AS FY (d 

AS xFy 1.7 xF ' cxb

Tenemos: )

AS  12.65cm 2 >

Hallando el espaciamiento de acero de 5/8” 12.65cm2 1.99cm2

100cm Ss 5/8”

Ss 5  15.73cm

Tomaremos



8

Asmin  4.57cm 2

5' ' @ 0.15m 8

DISEÑO TRAMO EN VOLADIZO a) Momento por carga muerta. Sección

Carga (Tn)

Distancia (m)

Momento (tn-m)

1

0.80x0.20x1.00x2.40  0.38

1.58

0.6004

2

0.20x0.30x1.00x2.40  0.14

1.08

0.1512

3

0.05x0.30 x1.00 x2.40  0.02 2

0.958

0.0192

4

1.18x0.20x1.00x2.40  0.57

0.59

0.3363

Asfalto

0.925x0.05x1.00x2.40  0.46

0.46

0.0506

1.93

0.1930

Baranda

b) Metrado por Carga Viva (sobrecarga) M L  8 x0.625  3.04Tn  m

 0.1

El momento total será

M t  1.3507Tn  m

1.643

c) Momento por impacto M I  0.30  3.04  0.913Tn  m

d) Diseño por rotura:

M U  10.34Tn  m1

Momento último negativo: Hallando el área de acero M U  0.9 AS FY (d 

AS xFy 1.7 xF ' cxb

)

AS  20.21cm 2 > AS min OK.

Hallando el espaciamiento de acero de 5/8” 12.21cm2

100cm

1.99cm2

Ss 5/8”

Ss 5  9.87cm 8

Tomaremos



5' ' @ 0.10m 8

ARMADURA DE REPARTICIÓN: ASr ()  0.67(1011.19)  7.50cm 2

Acero de repartición positivo:

2 Acero de repartición negativo: ASr ()  0.67(20.21)  13.54cm

ARMADURA DE TEMPERATURA:

ASt  0.001bh



Tomaremos 

5' ' @ 0.25m 8

Tomaremos 

5' ' @ 0.15m 8

ASt  0.001x100 x 20  2cm 2

AASHTO, recomienda que el área de acero por temperatura debe ser el menos 2.64 cm2/m en cada dirección. 2 Entonces: ASt  2.64cm

; Asumiremos: 

3' ' cm 2 8 m

2 ( AS  0.71cm ) ,

Tenemos:



3' ' @ 0.25m 8

DISEÑO DE LA ACERA a) Metrado de cargas: Carga Muerta Peso propio de la losa Baranda Carga Viva

: 0.20 x 1.00 x 2.4 = 0.48 : = 0.10

Tn Según Norma AASHTO se considera: 400 kg/m2  W L  0.4 m

b) Momentos: Por carga Muerta (MD)

MD 

0.48 x0.82  0.10 x0.75  .023Tn  m 2

Por carga viva (ML)

ML 

0.4 x0.82  0.13Tn  m 2

c) Diseño por Rotura: Calculo Momento Último:

M U  1.5M D  1.8M L  0.579 Tn  m

Calculo del Peralte Efectivo: Considerando r = 3cm., diámetro de 3/8” (1.27cm) d  20  3 

1.27  16.365cm 2

M U  0.9A S FY (d 

Calculo del Acero:

A S xF y 1.7xF' cxb

)

Desarrollando la ecuación:

AS  0.942cm 2

d) Verificación por cuantía mínima: As min  0.0018(100)(16.37)

As m in  0.0018 bd

As min  2.95cm 2

As min > AS

Tomando: 3/8” ; As = 0.71cm2 Con una separación de:

S

0.7 x100  23.73cm 2 2.95

S max  45cm

Tomaremos:



3' ' @ 0.23m 8

Se colocara:



3' ' @ 0.20m 8

Tendremos:



3' ' @ 0.20m 8

f) Acero transversal: AS  0.0018 bt

AS  0.0018 x100 x 20

AS  3.6cm 2

Asumiendo 3/8” ; (As = 0.71cm2) tendremos una separación de:

S

0.71x100  19.72 3.6

g) Acero por temperatura: At m in  0.0018 bt

At min  0.0018 x100 x 20

AS  3.6cm 2

Asumiendo 3/8” ; (As = 0.71cm2) tendremos una separación de:

S

0.71x100  19.72 3.6

4.3 DISEÑO DE VIGAS:

SE CONTINUARA EN WORD…

VISTA EN 3D PUENTE VIGA – LOSA “BELLAVISTA”

CONCLUSIONES  En el diseño de Puentes es requisito indispensable los estudios previos (Topográfico, geotécnico, Hidráulico, etc); que se realizan en la zona, para definir las características del puente.  Los puentes son una parte importante del patrimonio en infraestructura del país, ya que son puntos medulares en una red vial para la transportación en general y en consecuencia para el desarrollo de los habitantes Preservar este patrimonio de una degradación prematura es, pues, una de las tareas más importantes de cualquier administración de carreteras sea publica o privada.  Para ello hay que dedicar medios humanos y técnicos suficientes que permitan tener un conocimiento completo y actualizado del diseño, que permita definir el volumen de recursos necesarios para su diseño, y garanticen el empleo óptimo y eficaz de dichos recursos.

CONCLUSIONES  El diseño de puentes es muy viable; se ha demostrado, a través de varios puentes que en la práctica, que con la aplicación del proceso de diseño se arrojan datos exitosos.

 Se deben proponer períodos de supervisión cortos para los puentes más importantes, como los internacionales (que tienen gran aforo); puentes especiales como son los atirantados o lanzados (de gran longitud y altura); y también se deben hacer paquetes para supervisión de puentes de tramos más importantes para la red vial.  Todo esto con el fin de hacer del proceso de conservación un proceso más dinámico mediante el cual se garantice la estabilidad de la red y el desarrollo de las ciudades del país.