EN EL PRESENTE TRABAJO ENCONTRARÁN INFORMACIÓN NECESARIA QUE ABARCAN LAS GENERALIDADES SOBRE LA CONSTRUCCIÓN DE PUENTES.Descripción completa
Vigas transversales en puentes
Descripción completa
PuentesDescripción completa
Descripción: Cargas sobre puentes y box-culvert según la norma CCP-14
Descripción: PUENTES
puentesDescripción completa
tipos de puentes
Mantenimiento de puentes y todo lo referenteDescripción completa
unidad 1 puentes
.
Proyecto sobre puentesDescripción completa
Historia de puentes, Partes, Clases y tipos de puente...etc
PUENTES SOBRE VIGAS PRESFORZADAS
LA IDEA DEL PRESFUERZO Barril de madera
Diagramas de cuerpo libre Duelas de madera
Duela
Presfuerzo de tracción Zuncho
Zuncho metálico
Presión interna
presfu presfuerz erzoo de compre compresió siónn
LA IDEA DEL PRESFUERZO PRESFUERZO: Introducción de un estado de esfuerzos antes de cargar la pieza para conseguir un mejor comportamiento en ella
LA IDEA DEL PRESFUERZO La carga concentrada introducida por el puntal reduce el momento actuante sobre la viga
COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO módulo tangente
l a i x a i n u o z r e u f s e
n ó i s e r p m o c
≅
f tr = f ’c /12
ε tr
= f ’c /106
módulo secante
elástica
permanente
acortamiento 0.002
total
Elevada resistencia a compresión Baja resistencia a tracción
deformación
SOLUCIONES AL PROBLEMA • Concreto armado • El concreto toma la compresión • El acero toma la tracción • La sección funciona agrietada
SOLUCIONES AL PROBLEMA • Concreto presforzado • El concreto se somete a una compresión previa a la aplicación de las cargas externas
SOLUCIONES AL PROBLEMA • Concreto presforzado • Aplicación de cargas externas • La sección funciona sin agrietarse
SOLUCIONES AL PROBLEMA • La solución con presfuerzo mejora si la carga de presfuerzo se aplica de manera excéntrica, su capacidad para tomar carga externa aumenta considerablemente
CONCRETO PRESFORZADO • Los primeros intentos de hacer concreto presforzado se deben al Ing Ing.. P.A. P.A.Ja Jack ckso sonn en 1872 quien patentó un método para construir arcos y bóvedas
CONCRETO PRESFORZADO • Los primeros intentos de presforzar concreto fallaron por el desconocimiento de dos fenómenos propios de la reología del concreto: • RETRACCIÓN • FLUENCIA
Longitud inicial
Alargamiento del acero = 0.00067*L
Acortamiento del concreto = 0.0006*L
Se pierde la mayor parte del presfuerzo
LAS PÉRDIDAS EN EL CONCRETO PRESFORZADO • • • •
DEFORM DEFO RMAC ACIÓ IÓN N DE DELL AC ACER ERO O DE RE RESI SIST STEN ENCI CIA A NORM NORMAL AL E constante Esfuerzo aplica icado = 1400 kg/cm2 ε = σ /E = 1400/2100000 = 0.00067
• Esfu Esfuer erzzo rem reman aneente nte en en el el ace acero ro desp despue uess de pérd pérdid idas as
LAS PÉRDIDAS EN EL CONCRETO PRESFORZADO • En 1939 el Ing Eugene Freys Freyssi sinet net estu estudió dió las las fenómenos de fluencia y retracción e introdujo el acero de alta resistencia en el concreto pretensado
Con acero de alta resistencia: resistencia: ε= σ /E = 10500/2100000 = 0.005 Deformación después de pérdidas
ε=0.005-0.00060=0.0044 Esfuerzo remanente :
σ=ε*E= 0.0044*2100000=9240 kg/cm 2
Pérdidas: 12%
CONCRETO PRESFORZADO, UN EJEMPLO P = 20.43 ton
W=446 kg/m
e = 7.6 cm
A= 463.5 cm2 I=35939 cm4 W = I / y = 2364 cm3 g = 111 kg/m Mg a L/2 = g*L^2/8 g*L^2/8 Mg = 517 517 kg* kg*m m Efecto del presfuerzo kg/cm2 44 44 - 66 = -22 -22 fs = P/AP/A-P P*e* *e*ys / I
Compresión = + Tracción = -
e
fi = P/A P/A+P*e +P*e**yi / I kg/cm2 44 + 66 = 110
P
L/2 -22
110
Efecto
+ 22
= 0
Efecto
del peso propio
de la carga
f=Mg f=Mg*y *y / I
f=Mw f=Mw*y *y / I - 22
= + 88
+88 Total
- 88
+88
0
CONCRETO PRESFORZADO, UN EJEMPLO
LOS MATERIALES EN PRESFORZADO CONCRETO • Concreto • Alta resistencia: no menos de 350 kg/cm2 • Baja relación a/c • Mínimas re retracción y fluencia
CONCRETO,RETRACCIÓN CONCRETO,RE TRACCIÓN Y FLUENCIA • Fenómenos de la reología del concreto que tienden a disminuir su volumen con el tiempo
CONCRETO,RETRACCIÓN CONCRETO,RE TRACCIÓN Y FLUENCIA • Variación esquemática de las deformaciones por fluencia y retracción con el tiempo
fluencia
retracción
LOS MATERIALES EN PRESFORZADO ACERO • Aceros de alta resistencia y Es i s k n baja relajación o r e z eerfu u f s zo E • Alambres s ks • Cables i • Barras • Resistencias que varían entre 10000 y 19000 kg/cm2 • Acero de refuerzo
Gu ayas de pretensado pretensado (2 70 ksi ) A lambre lambre alivi alivi ado de de esfuerz esfuerz o ( 235 ksi)
Ba rras de prete nsar nsar d e alta alta resistencia (160 ksi) Acero de refuerzo de grado 60 con escalón de f luencia luencia Ac ero de refuerzo de grado grado 60 si n fluencia definida
deformación
Es fu a p M er n e o zo z r e u f s s E M pa
LOS MATERIALES EN PRESFORZADO OTROS MATERIALES • Se comienzan a usar nuevos materiales como son cables de “polímeros reforzados con fibras de carbón” (CFRP) y “concretos de alto desempeño”
FILOSOFÍA DE DISEÑO • • • •
Dise Diseño ño po porr esf esfue uerz rzos os admi admisi sibl bles es Dise Diseño ño po porr resi resist sten enci ciaa últi última ma Diseño pl plástico Dise Diseño ño por por est estad ados os lím límit ite, e,di dise seño ño no no line lineal al,, diseño probabilístico • Códigos
COMBINACIONES DE CARGAS • AASH AASHTO TO prop propon onee dif difer eren ente tess com combi bina naci cion ones es de acuerdo a método de diseño aplicado. • El puente debe resistir todas las combinaciones • Son de la forma: Grupo (N) = γ*[Σβi*C i] donde: N = número del grupo de carga
γ
= Factor de carga βi = coeficiente Ci = denominación de la carga i
COMBINACIONES DE CARGAS
PROCESO DE DISEÑO EN VIGAS PRESFORZADAS
• Se real realiz izaa un un dis diseñ eñoo hac hacie iend ndoo uso uso del del mét métod odoo de de los esfuerzos admisibles y se realiza una comprobación de su seguridad a la rotura • Mu <= ØMn Ø = 0.90 • Vu <= ØVn Ø = 0.85 • Tu <= ØTn Ø = 0.85 • Pu <= ØPn Ø = 0.75 con espirales Ø = 0.7 0.700 con con estr estrib ibos os
TIPOS DE VIGAS PRESFORZADAS • Vigas pretensadas 1. Tensado de los cables 2. Vaciado de del concreto 3. Curado 4. Transferencia de la fuerza
• 1. 2. 3.
Vigas postensadas Vaciado de del co concreto Curado Tensado de las cables y transferencia de fuerza
FLEXIÓN FABRICACIÓN DE VIGAS • • • • • • •
Etap Etapas as en la fabr fabric icaci ación ón de pu puen ente tess con con viga vigass pret preten ensad sadas as TENSAR VACIAR CURADO TRANSFERIR TRANSPORTE Y COLOCACIÓN SERVICIO
VIGAS PRETENSADAS • Tensado de los cables
VIGAS PRETENSADAS • Vaciado del concreto • Concretos con muy baja relación a/c lo que amerita el uso de aditivos plastificantes • Necesidad de vibradores internos y externos
VIGAS PRETENSADAS • Curado del concreto • El curado del concreto es de vital importancia para disminuir los efectos de fluencia y retracción. • Se puede ha hacer co con vapor para impedir la evaporación y aumentar la temperatura del concreto y acelerar su endurecimiento
VIGAS PRETENSADAS • Transferencia de de la la fu fuerza • Una vez alcanzada la resistencia especificada se liberan los cables y la fuerza de presfuerzo es transferida al concreto
VIGAS PRETENSADAS
• Transporte y colocación Las vigas deben manipularse de manera tal que no se produzcan en ella estados de esfuerzo que no hayan sido previstos y que puedan dañarla
VIGAS PRETENSADAS
• Servicio • La viga debe soportar las cargas a las que estará sometida sin daños ni deflexiones excesivas
Compresión: Elem lemento entoss prete retens nsad adoos R´cc ´cc = 0.60 .60 f´ci f´ci Elem lemento entoss posten stensa sado doss R´cc R´cc = 0.55 .55 f´ci f´ci Tracción: En áreas sin refuerzo adherido R´ct = 0.8√f´ci <= 14.1 kg/cm2 Si se se super superaa este este valor valor hay que propor proporcio cionar nar refuerzo refuerzo adheri adherido do para para toma tomarr toda toda la fuerza de tracción Concreto
Después de pérdidas por fluencia y retracción
Compresión: Tracción : Con refuerzo adherido : En ambiente agresivo : Sin refuerzo adherido : Con esfuerzos en kg/cm2
Rcc = 0.40 f´c Rct = 1.6√fc Rct = 0.8√fc 0
VIGAS PRETENSADAS • Acero: • Debi Debido do a la la fue fuerz rzaa del del gato gato sobr sobree el tend tendón ón:: fpj fpj = 0.8 0.80f 0fpj pj ó 0.9 0.94f 4fpy py • Post Posteri erior or a la la tra trans nsfe fere renc ncia ia o anc ancla laje je del del cab cable le : 0.7 0.700 fpu fpu
• Pérdidas promedio • Conc Concre reto to de peso peso no norm rmal al • 18%
Conc Concre reto to lige ligero ro 23%
VIGAS PRETENSADAS DISEÑO POR FLEXIÓN • Al transferir • Fibra superior • Fibra inferior
σ
s
σ
i
Fi
=
=
Ac
Fi Ac
• Transporte y colocación σ
σ
s
i
=
=
η
Fi
Ac η Fi Ac
−
+
−
η
+
Fi
* e
+
Ws
Fi * e Wi
−
Mg
≥ − R
Ws
Mg Wi
≤ R Compresión
= 1- pérdidas/100 * e
η
Fi
η
Ws Fi * e Wi
+
−
Mg Ws Mg Wi
Tracción
VIGAS PRETENSADAS DISEÑO POR FLEXIÓN LOSA
Vaciado losa
ENCOFRADO
Sección sencilla σ s
=
σ i
=
η Fi
Ac η Fi c
− +
η Fi
Ws η Fi
+ *e
Wi
Endurece la losa: σ s
=
σ i
=
η Fi
Ac η Fi c
− +
η Fi
Mg
ESTRIBO
VIGA
+ M E + M L Ws
−
Mg
losa
+ M E + M L Conectores de corte
Wi
Sección compuesta
* e Mg + M E + M L Mb + Mp + Mcv − M E + +
Ws η Fi * e Ws
−
Ws Mg + M E + M L Wi
−
Wst Mb + Mp + Mcv − M E Wit
VIGAS PRETENSADAS DISEÑO POR FLEXIÓN • Vaciado de la losa • •
Se aprecian los conectores de corte Se pueden usar losetas prefabricadas como encofrado perdido
VIGAS PRETENSADAS DISEÑO POR FLEXIÓN
• Inec Inecua uaci cion ones es de dise diseño ño,, con condi dici cion ones es bási básica cass
VIGAS PRETENSADAS DISEÑO POR FLEXIÓN • SECCIÓN COMPUESTA Sección resistente: sencilla Al transferir
σ s
=
σ i
=
Al vaciar losa σ s =
σ i
=
Fi
−
A Fi A
η Fi
A η Fi
A
Ws
+
+
Fi .e Wi
.
η Fi e
− +
Fi .e
Ws
.
η Fi e
Wi
+
−
Mg Ws
−
≥ − R ' ct
Mg Wi
≤ R ' cc
Mg + Ml + Menc ≤ Rcc Ws Mg + Ml + Menc Wi
≥ − Rct
Sección resistente: compuesta σ s =
Wst=módulo =módulo de secci sección ón de la la sección compuesta
Llamando:
σ
i
=
.
η Fi η Fi e
A
−
η Fi
A sc
Ws
+
σ s =
+
.
η Fi e
Wi
Mg + Ml + Menc Msc− Menc + ≤ Rcc Ws Wst
−
Mg + Ml + Menc
Msc − Menc Wst
Wi sc
σ i =
−
Msc − Menc Wit
Msc − Menc Wit
≥ − Rct
VIGAS PRETENSADAS DISEÑO POR FLEXIÓN Módulos de elasticidad necesarios: W s ≥
Mg + Ml + Menc − η Mg Rcc + η R ' ct −σ s
sc
W i ≥
Mg + Ml + Menc − η Mg Rct + η R' cc − σ i sc
Con los valores obtenidos se escoge una sección que los posea:
VIGAS PRETENSADAS DISEÑO POR FLEXIÓN • El sigu siguie ient ntee paso paso consi consist stee en en la la esco escoge genc ncia ia de un unaa fuer fuerza za y un unaa excentricidad que combinadas generen una solución adecuada. • Haci Haciend endoo uso uso de de las las inecu inecuac acio ione ness ya menc mencio iona nada dass se pu puede ede escr escrib ibir ir:: Evaluadas para e=0 Ki = Ws/ Ws/A A I )
II )
e
e
≤
≤
+ Mg
R ' ct .Ws Fi
+ Mg
R ' cc .Wi Fi
Ks = Wi/ Wi/A A
+ Ki
− Ks s c
III )
e≥
M g + L + e− ( Rcc−σ s ).Ws
.
η Fi
+ Ki
s c
IV ) e ≥
M g + L + e+ (− Rct +σ ).Wi i
V ) e ≤ emax
.
η Fi
− Ks
= yi − recubrimiento
− Ki 1 ≤ R ' ct .Ws + Mg Fi 1 Ks ≤ R ' cc .Wi + Mg Fi
−η Ki 1 ≥ g + L + E − ( M Rcc−σ scs )Ws Fi η Ks
M g + L + E + (− Rct + σ i cs )Wi
≥
1 Fi
VIGAS PRETENSADAS DISEÑO POR FLEXIÓN Solución más económica posible
IV Solución más económica
1/Fi
Solución más costosa
Soluciones posibles
Ks
Ki
emax posible
Diagrama de Magnel
emax teórico
VIGAS PRETENSADAS DISEÑO POR FLEXIÓN Envolvente de aceros e>IV e>III e
Envoltura de aceros Zona límite
VIGAS PRETENSADAS DISEÑO POR FLEXIÓN •
•
Para co controlar el el valor de de lo los esfuerzos en los extremos, donde los momentos por peso propio y otras cargas son pequeños, se hace necesario disminuir el momento ocasionado por la fuerza de presfuerzo. Teniendo en cuenta que M=F*b
podemos disminuirlo disminuyendo la fuerza o el brazo.
•
Disminuyendo el brazo
• •
Disminuyendo la fuerza ( im impidiendo la la ad adherencia) mangueras
VIGAS PRETENSADAS DISEÑO POR FLEXIÓN Momento de agrietamiento(Mcr): Momento que hace que se alcance en la fibra inferior de la viga el módulo de rotura del concreto (2*√f´c) Mu > 1.2 1.2 Mcr Mcr
Resistencia a flexión, momento último: φMn > Mu Mu = 1.3*(M 1.3*(Mcm cm + 5/3*M 5/3*Mcv) cv) (AASHTO) Índice de refuerzo: Ap*fps/(b*d*f´c)
≤0.30 subreforzada >0.30 sobrereforzada
VIGAS PRETENSADAS DISEÑO POR CORTE < 45º
= 45º
= 90º
GRIETA TIPO II
GRIETA TIPO I
GRIETA DE FLEXIÓN
Grieta tipo II :
Grieta tipo I :
Zona de grandes compresiones
Zona de pequeñas tracciones
Corte tomado por el concreto:
φVn > Vu V n = V c + Vs Vs = Vu/ φ-Vc Vs = Av* Av*fy fy*d *d/s /s S máxima: f´c*bw bw*d *d Smax Smax = ¾ h ó 61cm 61cm Si Vs<1.06 √f´c* f´c*bw*d *d Smax Smax = 3/8 h ó 30cm 30cm Si Vs>1.06 √f´c*bw Si Vs>1.06 √f´c*bw*d Rediseñar la sección
Grieta Tipo I (flexión-cort (flexión-corte) e) Vci = 0.16*√f´c*bw*d+Vpp+Vi/Mmax*∆Mcr≥0.45* √f´c*bw*d Grieta Tipo II (alma-corte) (alma-corte)
Vcw = (0.93* √f´c+0.3fpc)*bw*d+Vp
Se toma toma Vc como como el menor de los dos en cada sección de la viga
VIGAS PRETENSADAS DISEÑO POR CORTE
vu = Vu*Q/(b*I) 1) Cuando Cuando se usa usa acero mínimo (Conectores (Conectores Mínimos). M ínimos). ≤ 5,27 kg cm
2
2) Cuando Cuando se usan conectores mínimos y Rugosidad Rugosidad Artificial. 5,27 ≤
≤ 21 kg cm 2
RUGOSIDAD ARTIFICIAL
concreto fresco se ranuró transversalmente
Fig. 6.23 Esta rugosidad es mas útil hacia los extremos donde el corte es más g rande. 2 que aumentar aumentar los conectores Preferiblemente > 21 kg cm hay que 3) Si ν de diámetros pequeños. Por cada porciento de superficie de contacto provisto por estribos y amarres verticales de refuerzo que cruza la junta en exceso del mínimo (de conectores mínimos) se puede aumentar en
10 .5 kg cm 2 CONECTORES
Area de Conectores Α s Planta
b
As ×100 =P ⋅b
Fig. 6.24 La capacidad de corte que se aumentará aumentará será: (P-PO)*10.5 kg/cm2
VIGAS POSTENSADAS • Vaciado del concreto dejando un ducto dentro de él para colocar los cables • Una vez endurecido el concreto se procede a tensar el cable y a fijarlo en la viga
VIGAS POSTENSADAS • El gato se apl aplica contra la viga • Se tensa el cable un poco por encima del valor de la fuerza que se dará como definitiva (sobretensado), para minimizar las pérdidas que se producen por fricción entre el cable y el ducto y por el asentamiento del anclaje. • Al tens ensar se comprueban, tant anto la fuerza de tensado como la elongación del cable.
VIGAS POSTENSADAS
•
El extrem remo de la viga se ensancha produciéndose lo que se conoce como BLOQUE DE ANCLAJE donde se ubican las placas de asiento de las cables. Este ensanchamiento permite no solo manejar la concentración de esfuerzos que se produce en el lugar sino dar espacio para apoyar el gato con comodidad.
VIGAS POSTENSADAS •
Una Una vez vez blo bloqu quea eado do el cab cable le se iny inyec ecta ta el el duc ducto to con con un mo mort rter eroo con con el el fin de dar adherencia al cable y también para protegerlo de la corrosión así mismo se cubren las placas con el mismo fin.
VIGAS POSTENSADAS
•
Igual que las vigas pretensadas, las postensadas deben ser manejadas cuidadosamente para evitar daños por aparición de esfuerzos no previstos
VIGAS POSTENSADAS • Es pos posib ible le usar usar el el pos poste tens nsad adoo par paraa unir unir segm segmen ento toss de pu puen ente tess que que han han sido prefabricados, colocados en posición y finalmente unidos mediante el uso de la postensión
USO DEL POSTENSADO Secciones del proyecto
USO DEL POSTENSADO
PUENTE RAFAEL URDANETA Anteproyecto
PUENTE RAFAEL URDANETA Modelo tridimensional tridimensional de los tramos de 235 m para la determinación de líneas de influencia
PUENTE RAFAEL URDANETA Proceso de fabricación de vigas presforzadas
PUENTE RAFAEL URDANETA Transporte en gabarra de vigas presforzadas
