Diseño y revisión de la viga maestra y los elementos que contiene un puente para sus debidas recomendaciones.
Proyecto II. Puente Alberto Vargas Diaz C131122 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO 9° C FIC UNACH “
”
Catedrático: Ing. Gustavo R. Aranda Hernández
Proyecto II. Puente
ÍNDICE Introducción . ………………... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …………………… . 2
1. Características de la ubicación …………. . . . . . . . . . . . .. .. . . . ……………. 3 2. Descripción de la obra ……. ………... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……. . . . . 4 3. Solicitaciones …………………. . . . . . . . . . . . . …………………. . . . . . . . . ....6 4. Análisis …………. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……………………… ... .9 5. Diseño……………………… . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 5.1. Resistencia de diseño en flexión f lexión ……………….. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 15 5.2 Resistencia de diseño al cortante c ortante ………. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 6. Recomendaciones ………………… ……. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 Bibliografía ……………... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……………………… . . . . . .19
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Proyecto II. Puente
Introducción
Con el fin de adoptar mayor conocimiento en el diseño de puentes se han realizado las actividades mencionadas en el contenido como parte de investigación y aplicación de lo que se ha aprendido en el salón de clases. En este proyecto se presenta lo que se desea realizar, es decir, la descripción de la obra, ya que ahí se menciona el contenido de esta misma, llevándonos a tener una idea de la parte física y visible. Otra de las cosas que se debe tomar en cuenta es la ubicación del proyecto, ya que sin ella no se podrá llevar a cabo la obra que se está deseando realizar en un futuro, en este caso, el puente que se está calculado en este trabajo es analizarlo, ya que está en existencia, estando ubicado en Ocozocoautla. Lo que complementa al trabajo es la hoja de cálculo, la que contiene las solicitaciones, análisis y diseño; en esta ocasión se analiza con respecto a un camión de carga, y obviamente el peso propio de los elementos que contendrá el proyecto; también, se diseñarán por flexión la viga de acero que esta va a contener (viga maestra) usando el método de estado límite de resistencia y de servicio.
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Revisión de diseño del pu ente Características de la ubicación
Ubicación geográfica Esta obra se localiza en el municipio de Ocozocoautla de Espinosa, Chiapas.
Ubicación del terreno. Fuente: Google Earth
Este será aprovechado para el uso inmediato de la misma población del municipio, coadyuvando no solo la comunicación foránea, si no también mayor seguridad en la modernización del puente en revisión.
Puente en estado actual. Fuente: Google Earth
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Descripc ión d e la obra
De acuerdo al terreno de ubicación, el proyecto se desarrolla sobre una importante fracción de terreno, ya que es el principal medio vehicular y peatonal a la vez, propiedad del mismo municipio ubicado en la vía de entrada de la colonia Espinal de Morelos, Ocozocoautla de Espinosa, Chiapas. La planta de esta sección de terreno es de forma irregular, similar a un rectángulo, con una superficie aproximada de 130 m 2, con las siguientes medidas y colindancias: al Norte, a 300m aproximadamente, parque central de la colonia; al Sur, salida 1km aprox., al Este, parte del rio que atraviesa el puente; al Oeste, casas de colindancia y complemento del afluente. Con respecto a la topografía del lugar, se dice que es plana-regular, ya que es una zona trabajada, en la que no habrá necesidad de realizar trabajos extras para la nivelación del suelo. En cuestión de infraestructura, no conlleva redes hidrosanitarias en su interior. Se usará para su construcción losa de concreto reforzado, se diseñará con un desgaste de 0.04 de concreto reforzado, las dimensiones de ancho de calzada son de 680cm, con acotamiento en los costados de 50 cm para la construcción de banquetas; no olvidando que el ancho total del puente será de 800 cm (8m). Este puente permite el paso de la población, teniendo seguridad a los costados, ya que se harán sus respectivas barandas a los costados.
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Vista lateral del puente
Vista en plan del puente en diseño
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Solicitaciones o
Carga Muerta
La carga muerta está constituida por el peso de la estructura ya terminada, incluyendo la carpeta, banquetas, parapetos, barandas y demás instalaciones para servicios públicos. Cuando al construir el puente se coloque sobre la carpeta una capa adicional para desgaste o cuando se piense ponerla en el futuro debe tomarse en cuenta al calcular la carga muerta. Concreto armado (Obtenido del reglamento para construcción D.F.)
2400 Kg/m2
Peso muerto (2400*0.3*2) (2400*0.04*2) Carga muerta lineal
1440 Kg/m 192 Kg/m 1632 Kg/m
Carta muerta puntual (2400*0.02*0.05)
720 Kg
Áreas tributarias: Área del triángulo: A = Área del trapecio: A =
Dimensiones de losa de concreto reforzado
. + . 6
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o
Carga Viva
Las cargas vivas que se consideran en esta sección, son: Las personas que probablemente circulen ahí, banquetas y parapetos. 350 kg/m 2 350 kg/m
Carga viva (Reglamento D.F.) Carga viva lineal (350*1m) o
Carga Vehicular
Dentro del reglamento de la AASHTO las cargas vehiculares consideradas para el diseño de los componentes estructurales de los puentes utilizan modelos de cargas equivalentes llamados vehículos de diseño. Para esta normativa americana, el vehículo de diseño lo ha dividido en dos clases; Tipo H y HS.
La carga viva consiste en el peso de la carga móvil aplicada, correspondiente los camiones, carros y peatones, en este caso se analizará con respecto a un transporte de carga tipo HS15-44.
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∑ =24520 = ∑= ∗−109004.27 −1090010.50 =0 =6.56
Diagrama de fuerza causada por el vehículo o
Impacto (Diseño estructural, Meli, fórmula 3.8)
= 37.15 5 ≤0.3 = 1637.15 5 =0.28≤0.3
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Análi si s
Móvil
•
Criterio 1. Análisis de carga en la viga maestra tomando que el camión viene de izquierda a derecha.
Reacciones en cada uno de los apoyos
Diagrama de cortante V máx= 17.30 ton
Diagrama de momento M máx= 53.33 ton-m
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Criterio 2. Análisis de carga en la viga maestra tomando que el camión viene de derecha a izquierda.
Reacciones en cada uno de los apoyos
Diagrama de cortante V máx= 14.03 ton
Diagrama de momento M máx= 60.34 ton-m
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Criterio 3. Análisis de carga en la viga maestra tomando que el camión viene de derecha a izquierda. Considerando que la fuerza de la llanta delantera queda fuera del puente y por lo tanto, se desprecia en estudio.
Reacciones en cada uno de los apoyos
Diagrama de cortante V máx= 12.40 ton
Diagrama de momento M máx= 56.32 ton-m
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•
Carga muerta
Diagrama de cortante V máx=6.53 ton
Diagrama de momento M máx= 26.11 ton-m
•
Carga viva
Diagrama de cortante V máx=2.80 ton
Diagrama de momento M máx=11.20 ton-m
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Ya que se han analizado los diagramas observamos que los momentos máximos de la carga móvil se encuentra a 1.14 m de donde se encuentran las anteriores (Viva y Muerta), por lo tanto, se tomará como valor de análisis la carga máxima. MCMovil = MCMax * 1 = 6034000 kg.cm * 1.28 MCMovil = 7725775.70 kg.cm MTotal = MCMovil + MCV + MCM MTotal = (7725775.70 + 1120000 + 2611000)kg.cm = 11456775.7 kg.cm Así que… MActuante =
MTotal * FC = (11456775.7 kg.cm) * (1.4) MActuante = 1603986 kg.cm
Criterio elástico -Tensión y compresión en las fibras extremas de miembros compactados.
=0.66 σact = σact= . = σper m = 16039486 =8238. 0 5 1947 / σperm
= 0.66 * (2950 kg/cm 2) = 1947 kg/cm 2
Sabiendo que, el esfuerzo actuante es: es:
=
, obtenemos:
, y el módulo de sección elástico
.
Por lo tanto, con los datos que se tienen registrados elegimos un perfil I con el cual comprobaremos si cumple o no con la condición para ser aceptado y proseguir con la revisión.
Perfil I 14” x 311
σact= SMx <0.66Fy kg. c m kg σact= 16039486 =1934. 4 8292cm cm σact<0.66Fy → 1934.3 <1947
Si cumple con esta condición, por lo tanto, se diseñará por flexión y cortante.
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Diseño ▪
Material
Acero estructural con límite de fluencia mínimo de: B-99 (ASTM A529)
=2950 =4220
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Resistencia de diseño en flexión En el diseño de miembros en flexión deben considerarse los estados límite de falla ya mencionados en la NTC-metálicas, de las cuales en este proyecto se hace mención de: a) Pandeo local del patín b) Pandeo local del alma, producido por flexión Para la resistencia en flexión, M R, de una trabe o viga debe considerárselas condiciones que se menciona, sólo será desplegada la que corresponda a las condiciones. Valores máximos admisibles de las relaciones ancho grueso, patines de secciones I en flexión: Tipo 2, Compactas (Diseño plástico y diseño sísmico con
2 ≤0.38 /
≤2
)
3.59 cm ≤ 9.99 cm admitido. L= Distancia entre secciones de la viga soportada lateralmente de manera adecuada. Lu= Longitud máxima no soportada lateralmente para la que el miembro pueda desarrollar todavía el momento plástico Mp. 1) Miembros de sección transversal I.
Donde…
= √ 2 1 1 ℎ == 24 → . → =23848236 2 ℎ = 3 → . → =5772 = 34 → . → =0.162 15
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=4.293 =3.22 → . → =0.52 =13.01 = √ 2 1 1 → . → =40.74 =16 =13.01 > ≤ >
Por lo tanto, al sustituir los datos anteriores en la ecuación, tenemos que:
Por lo que nos queda resolver…
A partir de lo anteriormente obtenido tenemos que tanto:
y
*Miembros en los que el pandeo lateral no es crítico (
).
*Miembros en los que el pandeo lateral es crítico (
, por lo
).
La resistencia de diseño de miembros en flexión cuyas transversales están provistas de soportes laterales con separaciones mayores que Lu. a) Para secciones tipo 1 ó 2 (Si
Si
>
.
<;16<40.74
).
En vigas de sección transversal I o H, momento resistente nominal de la sección, cuando el pandeo lateral se inicia en el intervalo elástico, es igual a:
= ( ) = [2. 6 ]
Sustituyendo los valores ya calculados, procedemos a M u: Por lo tanto:
=48703704.3 . =∗=29148950 . 16
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Así que:
48703704.3 . >(23)29148950=19432633.33 . =1.15 (1− 0.28 )≤ =25113452.5 . <26234055
Por lo tanto el momento de resistencia es de:
Dado el resultado obtenido, este perfil es apto para tener una resistencia en flexión porque el momento resistente es ligeramente menor al permisible, pero para este caso el momento actuante debe ser menor al momento resistente para aprobar el perfil. Si
>
Por lo tanto …
25113452.5 . >16039486 .
Con esto se confirma el uso del perfil I 14”x311.
Resistencia el diseño de cortante Valores máximos admisibles de las relaciones ancho grueso, patines de secciones I en flexión: Tipo 2, Compactas (Diseño plástico y diseño sísmico con
≤0.38 ⁄ 7.99≤97.56 .
≤2
).
Esta sección se aplica al alma de vigas y trabes de sección transversal con dos ejes de simetría, sometidas a fuerzas cortantes alojadas en uno de los planos de simetría. Resistencia de diseño al cortante, V R de sección I:
= 17
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Donde:
a) Si
≤0.98
Por lo tanto…
= = , 0.9
=0.66 =0.66∗2950∗ 2 8. 6 ∗3. 5 8 =199349.44 = =179414.50 = ∗ =120817.84 120817.84 <179414.50
Para considerar este apartado, debe cumplir que la V perm < VR.
Por lo tanto
Se aprueba el uso del perfil I 14”x311
Recomendaciones
Se recomienda el uso del perfil 14 ”x311 para el rediseño del puente, haciendo uso del acero en las vigas principales, quedando comprobado que este tendrá un momento resistente mayor al momento actuante y, por lo tanto, sucederá lo mismo con las fuerzas cortantes que actúan en el mismo perfil. Se sugiere el uso de atiesadores a la mitad del claro para un mejor funcionamiento y seguridad a la población que hará uso de este servicio.
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Bibliografía
Meli Piralla, R. Diseño estructural 2 a edición. Editorial Limusa. ✓ Normas Técnicas Complementarias para diseño y construcción de estructuras metálicas. RCDF 2004. ✓ Instituto Mexicano de la Construcción en Acero (IMCA). Manual de Construcción en Acero. Editorial Limusa. ✓ Análisis de efectos longitudinales y transversales en puentes debido a cargas vivas vehiculares. IMT, SCT. Publicación técnica 398. Querétaro 2014. ✓ Guía para el diseño de puentes con vigas y losas. Seminario Manrique, Tesis Universidad de Piura. Febrero 2004. ✓ Reglamento de Construcción para el Distrito Federal ✓ Apuntes de puentes. PDF ✓ STC. Proyecto N-PRY-CAR-6-01-003/01. ✓
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