CONCRETO ARMADO I
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VIGAS T EN PUENTES, PUENTE VIGA, PUENTE LOSA
I.- INTRODUCCIÓN: Existen diversos tipos de vigas, losas, estribos, sistemas de apoyo, sistemas de juntas, cada uno con sus condiciones específicas. Sin embargo, los requerimientos del diseño de superestructuras de acero, se pueden recoger del “Manual de iseño de !uentes" o de las especificaciones de ##S$%& para puentes. En el presente informe se 'ablara de puentes seg(n su estructura.
II.- DEFINICIÓN: !uente es toda estructura en general que nos permite salvar obst)culos naturales, como ríos, valles, lagos o bra*os de mar y a su ve* obst)culos artificiales, como vías f+rreas o carreteras, con el fin de unir o dar continuidad a los caminos.
III.- CLASIFICACIÓN DE LOS PUENTES: #. !or el servicio que prestan
#cueductos -iaductos !eatonales
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CONCRETO ARMADO I . !or el material de la superestructura e madera e concreto armado e concreto preesfor*ao e acero e secci/n compuesta
0. !or la forma de la estructura
1osa maci*a 1osa aligerada -igas caj/n -igas % -igas 2 y secci/n compuesta #rco #tirantado 0olgante !/rtico 3eticulado
. Seg(n el tiempo de vida (til !rovisionales efinitivos
E. Seg(n el tipo de apoyo 2sost)ticos $iperest)ticos
4. !or el proceso constructivo -aciados en sitio 0ompuestos !or dovelas !refabricados
5. !or su tra*o geom+trico 3ecto Esviado 0urvo
3.1.- POR LA FORMA DE LA ESTRUCTURA:
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1ongitudinalmente se puede optar por diversos sistemas estructurales. # continuaci/n, presentamos los principales esquemas estructurales.
3.1.1.- PUENTES TIPO VIGA: Son los m)s comunes, estructuralmente, tambi+n son los m)s sencillos, se pueden dividir en6 !uentes de tramos simplemente apoyados 7una o varias luces simplemente
apoyadas8. !ueden ser los de losa maci*a o de losas y vigas como se muestra en la figura. Su desventaja se encuentra en el mayor n(mero de juntas y dispositivos de apoyo.
Fig. 1. puente de vigas simplemente apoyadas
!uentes isost)ticos con voladi*os 7gerber8. Existen vigas gerber con apoyo interno
y vigas gerber con apoyo externo tal como se muestra en la figura 9, tiene las mismas ventajas y desventajas de las vigas simplemente apoyadas. En la actualidad, este tipo de puentes se 'a dejado de utili*ar
Fig. 2 puente de vigas gerber
!uentes de vigas continuas 7fig. :8, este tipo de puentes constituyen
estructuralmente la soluci/n m)s eficiente. ;n tipo especial de estos puentes son los formados por vigas parcialmente continuas 7fig. <8, est) formado por vigas prefabricadas, que se colocan entre los apoyos y posteriormente integrarse con una losa vaceada en sitio.
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Fig.3 puente de vigas connuas
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Fig. 4 puente de vigas parcialmente connuas
Puentes de estrutur! !"#rt$!d!.- 1a principal característica de estos puentes es la uni/n rígida entre la superestructura y los pilares y=o estribos. Existen diversos esquemas de p/rticos, entre los principales tipos tenemos. En la fig. > se presentan los principales elementos de un puente tipo viga. 0omo se puede apreciar del grafico un puente tipo viga est) conformado por6 1osa, vigas, estribos y pilares, cimentaci/n, sistemas de apoyos y juntas y pobras complementarias 7barandas, separadores, drenaje, etc8
Fig. 5 elementos de un puente po viga
Fig. 6 losa cargada en la dirección transversal al trafco
1a losa es el elemento estructural que sirve para soportar el tr)nsito ve'icular y peatonal para luego transmitir sus cargas al sistema de vigas. En estos casos la losa es cargada principalmente en la direcci/n transversal al tr)fico 7ver fig. ?8. En puentes pequeños 71 @ A m8, la losa puede ser cargada principalmente en la direcci/n del tr)fico 7ver fig. B8.
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fg.7 losa cargada en la dirección del transito
#dem)s, para luces grandes 7mayores a > m8. 1a losa puede ser aligerada. Esto se puede conseguir usando bloques o ladrillos de arcilla con viguetas espaciadas cada C.>: m. !ara evitar que los bloques se puedan desprender por la vibraci/n producida por el paso de ve'ículos no conviene tener m)s de un bloque entre viguetas. $errera mantilla 7D?8, recomienda dejar una plaqueta de 9cm. ebajo de los bloques de arcilla, con esfuer*o secundario en ambas direcciones 7ver fig.A8.
Fig. losa aligerada con blo!ues de arcilla
V$%!s.- 1as vigas constituyen el elemento estructural que soporta la losa. En la actualidad, existen muc'os tipos de vigas. Seg(n la forma de su secci/n transversal, las vigas pueden ser rectangulares, tee, 2, caj/n, etc. -er fig. 8. seg(n su material las vigas m)s comunes pueden ser armadas, pretensadas o postensadas.
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"ipos de vigas #
Su&estrutur!.- 1as subestructuras est)n conformadas por los estribos y los pilares quienes tienen la funci/n de soportar a la superestructura 7vigas y losas8. # su ve*, los estribos y pilares transmiten sus cargas a la cimentaci/n y esta las transmite al terreno. 1os estribos y pilares pueden ser de distintos tipos, asimismo la cimentaci/n puede ser superficial o profunda 7pilotes8.
A"#'#s ' (unt!s.- 1os sistemas de apoyos tienen la funci/n de transmitir las cargas de la superestructura a la subestructura 7ver fig. DC8. #simismo, los sistemas de apoyos restringen o admiten movimientos traslacionales o rotacionales de la superestructura. 1os sistemas de juntas tienen la funci/n de resistir las cargas extremas y proveer seguridad al tr)nsito sobre la breca entre el puente y el estribo o entre dos puentes. %ambi+n las juntas deben proveer una transici/n suave entre el puente y las )reas adyacentes.
Fig. 1$ sistemas de apoyos
3.1.).- V$%!s T: Se proyectan en concreto refor*ado o concreto preesfor*ado. En nuestro país se plantean de una sola lu* o continuos para cubrir entre DD y :C a :> mt
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Se proyectan generalmente en concreto preesfor*ado y prefabricado. En nuestro país se plantean en puentes de una sola lu* para cubrir entre 9> y C metros sin ning(n apoyo intermedio y con capacidad de soportar cargas tan altas como las de bodegas o puentes. 3egularmente se usa en puentes con claros medianos 7DC.CC 'asta 9<.>C metros8, en pasarelas o en edificaciones donde se requieren entrepisos o tec'os de concreto con combinaciones de cargas y claros, que imposibilitan el uso de sistemas convencionales de losa. El diseño y la fabricaci/n se reali*an seg(n los requerimientos específicos de cada proyecto.
Vent!(!s: 0ubre grande claros sin apoyos intermedios. Soporta cargas altas, inclusive mayores a las de puentes. &ptimi*a el diseño seg(n las necesidades de cada proyecto 1as reacciones de capacidad portante al peso propio y de beneficio son las
mejores de todos los sistemas de losas.
D$se*#: 1a viga %, utili*ada por arquitectos y =o directores de proyectos, es una 'erramienta para generar grandes espacios libres de columnas o muros intermedios. El diseño estructural usa los par)metros adecuados para la regi/n donde es requerida tomando en cuenta las condiciones críticas de cada lugar como sismos, climas, etc
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F!&r$!$+n: Estas vigas son de concreto pretensado con secci/n transversal en forma de % se producen industrialmente en líneas de pretensados de gran capacidad y con formaleta met)lica. Sus dimensiones pueden variar, dependiendo de los requerimientos de cada proyecto, los materiales que se utili*an, son de alta calidad, se logra resistencia de concreto fFc GBCCC lb=pulg9. #cero de presfuesr*o primario de fpuG9BCCCC lb=pulg9 y acero de refuer*o complementario con fy G?CCCC lb=pulg9 todos conforme a las normas #S%M.
3.1.3.- PUENTE TIPO LOSA
en nuestro país se plantean para cubrir luces de <.? 'asta DC mt. En el caso de tramos simplemente apoyados. Hormalmente se proyectan de concreto refor*ado.
Se$#nes tr!ns,ers!es t"$!s /ue se enuentr!n en est! de0$n$$+n ELEMENTOS DE APOO
TIPO DE TA2LERO
SECCIÓN TRANSVERSAL TPICA
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1osa de 'ormig/n colado in Monolítico situ o losa alivianada %ablero de madera tesada !aneles
de
Madera integral
madera Madera integral
encolados=clavados
con
viga de separacion
CARGAS ACTUANTES:
1.- "es# "r#"$# 1osa estructural de concreto -iga sardinel o vereda
).- !r%! 4uert!
#sfalto arandas
3.- !r%! ,$,!: Sobrecarga ve'icular, siendo la recomendada por el M%0 la del ##S$%& 134, $1:. El reglamento del ##S$%& define para el diseño de losas, con respecto a la sobrecarga, el t+rmino de anc'o equivalente, en el cual act(a la carga.
An5# e/u$,!ente 6E7: es considerado como el anc'o de losa que act(a para resistir las cargas concentradas. epende de diversos factores principalmente de la rigide* de la losa y la expansi/n de las cargas.
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El anc'o equivalente 7E8 por carril, tanto para corte como para momento, con un carril cargado 7dos líneas de ruedas8 es6 E= 250+ 0.42 √ L1 W 1 ( ∝)
El anc'o equivalente 7E 8 por carril, tanto para corte como para momento, con m)s de un carril cargado es6 E= 2100+ 0.12 √ L1 W 1 ≤
w ( β ) N L
E= anchoequivalente ( mm ) L1=el menor valor entre la luz del tramo ( mm ) y 18000 mm . W 1= elmenor valor entreel anchoreal del puente ( mm ) y
(
9000 mm . 1 carril
) ó 18000 mm ( multiples carriles )
W = ancho fisico entre bordes del puente ( mm ) N L = nuemro decarriles de diseño.
CALCULO DE MOMENTOS POR CARGAS PUNTUALES: 7%E&3EM# E #3E%%8
0uando 'ay m)s de una carga sobre un elemento simplemente apoyado, el momento m)ximo se produce en una posici/n de las cargas de tal manera queI el centro de lu* es equidistante de la resultante y de la carga m)s pesada y m)s cercana a esta resultante. El
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momento m)ximo se producir) debajo de la carga m)s pesada y m)s cercana al centro de lu*.
S$ste4! de C!r%!: Se 'ace el an)lisis por anc'o de vía, como se muestra a continuaci/n6 7para s=c $1:8.
0uando se tienen luces de A m. o menores se debe tener cuidado en la evaluaci/n del M m)x., es recomendable verificar para las dos condiciones, con 9 o : ejes de cargas por vía.
F!t#r "#r 48t$"e "resen$! ,e5$u!r 647 Nue4r# de ,!s !r%!d!s D 9 : <
4 D.9 D C.A> C.?>
M#4ent# Atu!nte "#r S#&re!r%! L +1=
m∗ ma! E
∗1.33
En el diseño se debe considerar el valor de E para un carril cargado 7J 8 y para el caso de dos / m)s carriles cargados 7 K 8, para obtener el efecto mayor. " =n ( 1.25 #$ + 1.5 #W + 1.75 ( L + % ) )
#rmadura !rincipal ;na ve* reali*ado el an)lisis de la sobrecarga, así como tambi+n por los efectos del peso propio y de la carga muerta, se obtienen los momentos de diseño
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para cada caso. 0on estos valores calculamos el )rea de acero principal necesaria para resistir los esfuer*os producidos por las cargas actuantes.
Ar4!dur! de Re"!rt$$+n.- Se coloca perpendicularmente al acero principal y es un porcentaje de esta )rea, en cada secci/n. & =luz de calculo enmm
!ara refuer*o principal paralelo al tr)fico6
=
1750
&
0.50
'(.'sr =50 's principal
!ara refuer*o principal perpendicular al tr)nsito6
=
3480
&
0.50
'(.'sr =67 's principal
L es el porcentaje del )rea de acero principal para usar como acero de repartici/n.
Aer# de Te4"er!tur!.- 1a losa debe tener en cada cara y en cada sentido acero de temperatura que evite las rajaduras producidas por la dilataci/n y contracci/n de la losa. El )rea de armadura en cada direcci/n deber) satisfacer6 's t ) 0.75 '* / fy 2
'* =area bruta del a seccion ( mm ) fy =tensionde fluencia ( pa )
D$str$&u$r un$0#r4e4ente en !4&!s !r!s Si el espesor es menor o igual a D>C mm., la armadura se coloca en una sola capa 1a separaci/n debe ser menor o igual a : veces el espesor o <>C mm.
N# se ##! 's t : En la cara y sentido del acero de repartici/n, siempre que este sea mayor que el acero de temperatura correspondiente.
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En la cara y sentido del acero principal, si la losa puede dilatarse libremente. !ara el caso de losas empotradas en sus apoyos, el #st debe añadirse al acero principal.
EJEMPLO 01:
#nc'o de cal*ada G B.9C 1u*G Am Espesor de losa G C.>Cm #nc'o de sardinel G C.:C m Espesor de pavimento GC.C> m 3ecubrimiento libre G C.C: m fFc G 9AC Ng=cm9 G 9AMpa fy G <9CC Ng=cm9 G<9C Mpa ensidad de concreto G 9
#nc'o efectivo L1=8000 mm
W 1=7200 mm W =7800 mm
L1=2
9 O m)s vías cargadas 7 β 8 EG:CDC.B mm @ :CC mm 2 vía cargada 7
∝
8
EG :<:B.>? mm @ :CC mm Momentos de carga muerta6
0 pesode concreto = 0.5 ! 1 ! 2.4= 1.20 #$ =1.25 !
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8
2
8
=10.0 t −m / m
t m
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pesoasfalto=0.5 ! 1 ! 2.25 =0.113
P6
#W =0.113 !
8
t m
2
8
=0.90 t −m / m
MOMENTOS POR CARGA VIVA: 0ami/n MG :D.?9 tm = vía 7por baret8 %)ndem M G :A.:: tm = vía 7por baret8 !or S=0 distribuida M G C.B x
2
8
= A G B.B? tm = vía.
P!r! un! ,! !r%!d!: L + % =( 38.33 ! 1.33 + 7.76 ) ! m / E =20.5 t −m / m
P!r! d#s ,!s !r%!d!s: L + % = 19.5 t −m / m
MODIFICADORES DE CARGA 4actor ductibilidad6 n #= 0.95 ( componentes y conecciones ductiles )
4actor de redundancia6 n +=1.05 ( no redundante )
Factor ! "#$orta%c"a o$!rat"&a: n1=1.05 ( esde importanciaoperativa ) Modif. De carga: n= 0.95 x 1.05 x 1.05 =1.05
MOMENTO ULTIMO: Mu =1.05 (1.25 x 10.0+1.5x0.9+1.75x20.5) Mu =52.21 t-m
CALCULO DEL REFUER'O PRINCIPAL:
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Donde d = 45 ! ="4.10 cm2
∅
1#$15
Ac!ro ! r!$art"c"(% 0.50
=1750 / & =19.57 ' sr = 34.10 ! 0.196 =6.68 cm
2
∅5
/ 8 , 27.50
Ac!ro ! t!#$!rat)ra: $ara *a+ o+ ca$a+ ' st =( 0.75 ! 1000 ! 500 / 420 ) / 2= 446.43 mm =4.46 cm 2
2
∅5
/ 8 , 27.50
DISEO DEL SARDINEL %& !ardine& cum'&e aria! funcione!: 1) '!ico&gica: 'or*ue gua a& conductor 2) !eguridad: 'or*ue de,e e!tar di!eado 'ara !o'ortar una carga ori/onta& im'acto de 750 gm.
Para !* r!)!ro !* /or! ! *a *o+a D"+!o:
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Co#o )%a &"a r!cta%)*ar "%!$!%"!%t! ! *a *o+a = 0.25+e!'.a!fa&to+e!'. o!a , = 0.25 a 0."0 (m)
Ca*c)*o ! !+)!ro+ !% *a &"a +ar"%!* Dato+: = 0.50+0.05+0.25 =0.30 m. , = 0."0m. D:
W #$ =0.30 ! 0.80 ! 2.5=0.6 tm /m #$ = 4.8 tm− m/ m
W #w =0.15 tm / m
P6
#W = 1.2 tm −m / m ara &a carga D6 !e con!idera e& 'e!o de &a iga !ardien& ara &a carga D6 !e con!idera e& 'e!o de &a ,aranda e!timado en 150 gm o m8!6 !egn e& materia&.
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EJEMPLO 02: DISEO PUENTE VIGA LOSA
1.- PREDIMENSIONAMIENTO: Puente s$4"e4ente !"#'!d# SECCION TIPICA
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2.- DISEO DE LA LOSA: rmadura 'rinci'a& de &a &o!a !er8 en !entido 'er'endicu&ar a& tr8n!ito.
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CONCRETO ARMADO I III.- DISEÑO DE VIGAS PRINCIPALES
e tiene do! iga! 'rinci'a&e! en e& !entido de& tr8fico.
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IV.- DISEÑO DE VIGAS DIAFRAGMA
2$&$#%r!0!:
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tt':;;;.!&ide!are.netmax&eninticonacondori1di!eo-'uente-iga-&o!a! tt':e!.!&ide!are.net4<12<9"<di!eo-de-'uente-de-iga-&o!a tt':e!.!&ide!are.netfreddramirof&ore!ega9-'uente!-ti'o-&o!a tt':e!.!&ide!are.netecro'gua-'ara-e&-di!eo-de-'uente!-con-iga!--&o!a!
