Memoria de cálculo: Revisión estructural de Puente con tablero mixto

MEMORIA DE CÁLCULO PARA LA REVISIÓN DE UN PUENTE CARRETERO CON TABLERO DE TRABES METÁLICAS

Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ingeniería ‐ Posgrado en Ingeniería Especialización en Estructuras Materia: Taller de Puentes Profesor: Ing. Armando Gallegos Suárez

Alumno:

José Christian Balcázar Benítez

Entrega final de Proyecto Semestre 2016‐1

11/12/2015

TALLER DE PUENTES PROYECTO: PUENTE CON TABLERO METÁLICO

ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 3 1.1 Objetivo ..................................................................................................................................... 3 1.2 Alcances .................................................................................................................................... 3 2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO. .......................................................................................................... 4 2.1 Nombre del Puente y Propietario ............................................................................................... 4 2.2 Ubicación .................................................................................................................................... 4 2.3 Estructuración General ............................................................................................................... 4 2.4 Superestructura .......................................................................................................................... 5 2.5 Subestructura ............................................................................................................................. 5 3. BASES DE DISEÑO. ............................................................................................................................ 8 3.1 Normativa ................................................................................................................................... 8 3.2 Materiales ................................................................................................................................... 8 3.2.1 Concreto ............................................................................................................................. 8 3.2.2 Acero de refuerzo ............................................................................................................... 8 3.2.3 Acero estructural ................................................................................................................ 8 3.3 Cargas a considerar ..................................................................................................................... 8 3.3.1 Carga muerta ...................................................................................................................... 8 3.3.2 Carga viva ........................................................................................................................... 9 3.3.3 Sismo .................................................................................................................................. 9 3.4 Combinaciones de carga para diseño ......................................................................................11 3.5 Herramientas para el análisis y diseño ....................................................................................12 4. DISEÑO DE SUPERESTRUCTURA .....................................................................................................13 4.1 Presideño de viga metálica .......................................................................................................13 4.2 Losa de Puente .........................................................................................................................15 4.2 Análisis y Diseño de Viga Metálica ...........................................................................................18 4.2.1 Análisis de carga viva ........................................................................................................18 4.2.2 Diseño de Viga Metálica ...................................................................................................25 5. ANALISIS SÍSMICO ...........................................................................................................................30 5.1 Análisis Simplificado y Cuasidinámico ......................................................................................30 5.1.1 Desglose de cargas por viga .............................................................................................33 5.1.2 Desglose de cargas por pila ..............................................................................................34

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5.1.3 Espectro de Diseño ...........................................................................................................34

5.1.4 Fuerza Sísmica Estática .....................................................................................................35 5.1.5 Fuerza Sísmica Método Cuasidinámico ............................................................................35 6. DISEÑO DE SUBESTRUCTURA .........................................................................................................37 6.1 Modelo de Análisis para Diseño ...............................................................................................37 6.1.1 Geometría .........................................................................................................................37 6.1.2 Cargas ...............................................................................................................................37 6.1.3 Combinaciones de Cargas para diseño .............................................................................40 6.1.4 Elementos Mecánicos .......................................................................................................42 6.2 Diseño de cabezal .....................................................................................................................45 6.3 Diseño de columnas ..................................................................................................................52 7. REVISIÓN DE CIMENTACIÓN ..........................................................................................................57 7.1 Reacciones ................................................................................................................................57 7.2 Información disponible .............................................................................................................57 8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .........................................................................................59 8.1 Superestructura ........................................................................................................................59 8.2 Subestructura ...........................................................................................................................59 8.3 Cimentación ..............................................................................................................................59

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1. INTRODUCCIÓN 1.1 Objetivo

El presente documento tiene como finalidad elaborar una Memoria de Cálculo para una propuesta estructural de un Puente Carretero con tablero de trabes metálicas, partiendo de un Proyecto que originalmente está planteado con trabes de concreto presforzado.

Como en toda estructura se revisará que el dimensionamiento propuesto cumpla con los requisitos de resistencia y servicio que se establecen en la normativa indicada, presentando los cálculos necesarios para esta justificación.

1.2 Alcances

En esta memoria se presentará la Descripción de la Estructura, se plantearán las Bases de Diseño definiendo la Normativa a utilizar así como las cargas y combinaciones a considerar en el análisis y diseño estructural y los materiales que se emplearán en su construcción.

Se hará el diseño de la Superestructura en lo que respecta a la losa de puente y las trabes metálicas del tablero.

Se mostrarán los modelos realizados para el análisis tanto para carga vertical como para sismo y los resultados de los mismos.

El diseño de la Subestructura cubrirá el diseño estructural de cabezales y pilas. Puesto que no se cuenta con Estudio Geotécnico se mantendrá el tipo de cimentación del proyecto original y sólo se comentarán las reacciones obtenidas acorde a la capacidad de carga indicada en planos.

No se realizarán planos de esta propuesta, sólo croquis indicativos.

En las conclusiones se presenta el resumen de resultados y su comparación con el Proyecto Original.

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2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO. 2.1 Nombre del Puente y Propietario El puente se denomina como Puente “Troncal” o Puente “Río Calabozo”. El Propietario del Puente es la Secretaría de Comunicaciones y Transportes y el proyecto está gestionado por la Dirección General de Carreteras a través de la Dirección General Adjunta de Caminos Rurales y la Subdirección de Proyectos de la misma.

2.2 Ubicación El puente se ubicará en el municipio Las Choapas en el Estado de Veracruz, en el Km 0+240 de la carretera S/ Camino Nanchital en el Tramo Zaragoza‐Alfonso Medina.

2.3 Estructuración General El puente tiene una longitud total de 113.92m por medio del cual se cruzará el Río Calabozo. El Proyecto geométrico del camino presenta un alineamiento horizontal con trazo recto del Puente y en el emplazamiento del mismo se presenta un alineamiento vertical con curva convexa que presenta una pendiente variable de +1.9786% en la entrada y que cambia a ‐0.6795% en la salida.

El puente consta de 4 claros: el primer claro es de 28.32 m seguido de 2 claros de 26.64 m y el cuarto claro es de 28.32m a ejes de pilas.

El ancho total del Puente es de 9.0 m con guarnición y banqueta de 40 cm y 60 cm de ancho respectivamente a ambos lados de una calzada con ancho de 7.0 m que permitirá 2 carriles de circulación. La calzada presenta un bombeo de 2% a ambos lados desde el eje del puente.

El Puente se propondrá con una Superestructura de losa de concreto reforzado en sección compuesta con trabes metálicas tipo “I” hecha con placas de acero estructural, la cuales se apoyarán sobre neoprenos que descansan sobre una Subestructura de concreto reforzado con pilas a base de columnas circulares.

Los accesos en los extremos del puente están resueltos con terraplenes compactados al 95% de su peso volumétrico y las losas de acceso al puente serán de concreto reforzado.

Elevación por el eje de trazo

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2.4 Superestructura La superestructura del puente se propone con una losa de concreto reforzado de 18cm de espesor apoyada sobre 6 trabes metálicas tipo “I” hecha con placas de acero estructural. Para mantener la rasante de proyecto se proponen trabes con peralte de 1350 mm y que cubren claros de apoyo de 28m con 30cm adicionales en cada extremo para formar vigas de 28.6m de longitud total.

Se mantendrá la separación entre trabes de 1.60m y los volados a los extremos de 0.50m. La rigidización transversal de las vigas metálicas del tablero se hará mediante diafragmas metálicos a base de ángulos espalda con espalda separados a cada 5.6m desde los ejes de apoyo y con configuración geométrica tipo “A” arriostrando el contraventeo superior. Estos diafragmas deberán habilitarse sobre las vigas ya instaladas previo al colado de la losa de concreto.

Las trabes del Puente se apoyarán sobre apoyos de neopreno con dimensiones de 20cm x 40cm y peraltes de 4.1 y 5.7 según si el apoyo es fijo o móvil. El desplante de las trabes es variable según el peralte de los bancos de apoyo sobre los que se coloca el neopreno y por el medio de los cuales se da el bombeo requerido de 2% a ambos lados del eje del puente. Así mismo, los niveles de corona pila y pila varían para dar la rasante requerida en el trazo longitudinal del puente.

La separación entre tableros de un claro a otro es de 4cm donde se colocarán juntas de dilatación.

Sección transversal típica

Las vigas metálicas se fabricarán con acero estructural ASTM A‐709 grado A‐50 con resistencia a la fluencia de 3515 kg/cm2. La losa de concreto será con resistencia de 250 kg/cm2.

2.5 Subestructura La subestructura del puente es a base de Caballetes al inicio y final de puente y con 3 pilas centrales separadas 28.32m en los claros extremos y 28.64m en los claros centrales.

Tanto caballetes y pilas serán de concreto reforzado y están conformados por un cabezal donde se apoyarán las trabes de la superestructura y el cual está apoyado sobre 3 columnas de sección circular, cada pila o caballete tiene alturas variables desde el terreno natural y que continúan como pilas de

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cimentación perforadas en el suelo a distintas profundidades hasta su desplante. El remate de estas pilas de cimentación tiene una ampliación a 150 cm de diámetro en su desplante.

Los caballetes tienen un cabezal con longitud de 9m y sección transversal de 1.40m de ancho por 1m de peralte. En la corona del cabezal se colarán bancos de nivelación para dar las alturas necesarias para dar un bombeo simétrico de 2% a la calzada. En los extremos del cabezal en todo su ancho se colarán muros laterales de 15cm de espesor y altura de 1.40m y en la parte trasera se construirá un muro respaldo de 30cm de espesor que contendrá el empuje del terreno de aproche así como para dar soporte a la losa de acceso.

Las pilas tienen un cabezal con longitud de 9.50m y sección transversal de 1.40m de ancho por 1m de peralte. En la corona del cabezal también se colarán bancos de nivelación, éstos son de un ancho de 70cm y con alturas y pendientes variables. En los extremos del cabezal en todo su ancho se colarán topes sísmicos con ancho de 40cm y peralte de 50cm.

Los cabezales tanto de caballetes como de pilas se apoyan sobre 3 columnas de sección circular con diámetro de 1.20m separadas 3.50m desde el eje del puente.

Geometría de Caballete

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Las alturas totales de pilas desde su cimentación son las siguientes:

Eje Corona Cab. NSUP [m] NTN [m] H COL [m] CAB 1 998.34 997.34 993.2 4.14 P2 998.58 997.58 989.5 8.08

N.D.P [m] 979.34 977.98

HTOT [m] 18 19.6

P3

998.73

997.73

987.6

10.13

972.93

24.8

P4

998.76

997.76

987

10.76

972.96

24.8

CAB 5

998.69

997.69

996

1.69

985.89

11.8

Geometría de Pila

Basado en el análisis previo del tablero de concreto presforzado que presenta deficiencias en subestructura se ha determinado para la opción con tablero metálico que las secciones actuales de pilas se mantendrán con sus dimensiones y refuerzos originales y tendrán comportamiento estructural adecuado.

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3. BASES DE DISEÑO. 3.1 Normativa Tanto para la definición de cargas y sus combinaciones así como para el control de calidad de los materiales y para el análisis y diseño estructural se tomará como base los siguientes códigos:

 Normas de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes: N‐PRY‐CAR 6‐01, Ejecución de Proyectos de Nuevos Puentes y Estructuras Similares.  AASHTO: Standard Specifications for Highway Bridges 16th Edition, 1996  Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal y sus Normas Técnicas Complementarias.

3.2 Materiales 3.2.1 Concreto Para la losa de superestructura así como para guarniciones y para todos los elementos de la subestructura: cabezales, topes, bancos, columnas y pilas de cimentación se usará: Resistencia a la compresión f’c=250 kg/cm2 Módulo de elasticidad igual a Ec=14 000√(f’c)= 221,359.4 kg/cm2 Peso volumétrico γc>=2400 kg/m3

3.2.2 Acero de refuerzo El acero de refuerzo será grado 42 con límite de fluencia fy=4,200 kg/cm², con módulo de elasticidad Es = 2,000,000 kg/cm2 y peso volumétrico de 7850 kg/m3

3.2.3 Acero estructural El acero estructural de los elementos metálicos será de acuerdo a la norma ASTM A709 grado 50 con las siguientes características:

Esfuerzo de fluencia: Fy=3515 kg/cm² Módulo de elasticidad igual a Es=2,040,000 kg/cm2 Peso volumétrico de 7850 kg/m3

3.3 Cargas a considerar 3.3.1 Carga muerta

Como carga muerta se considerará el peso propio de la estructura con los pesos volumétricos definidos en el apartado de materiales.

Como sobrecarga muerta se considerará para efectos de diseño un espesor de carpeta asfáltica de 12cm con peso volumétrico de 2400 kg/m3 en el ancho que para tal efecto se defina en el tablero.

Adicionalmente se considerará el peso de guarniciones, banquetas y parapetos.

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3.3.2 Carga viva La carga viva corresponde a la carga móvil que circulará sobre el puente.

Se consideró el camión T3‐S2‐R4 con un peso total de 72.5ton con la distribución de cargas a sus ejes como se muestra en la figura

350

5.30T

120

8.40T

8.40T

425

320

120

8.40T

8.40T

120

8.40T

8.40T

425

120

8.40T

8.40T

CAMION T3-S2-R4 TIPO I PESO = 72.5 TON.

También se consideró el camión HS‐20 con peso total de 32.67m

El ancho de la carretera permite sólo dos carriles de circulación.

Se tomó en cuenta el factor de impacto correspondiente:

F .I . = 15.24 / 38.1 + L 

3.3.3 Sismo

De acuerdo con la Normativa de la SCT (N‐PRY‐CAR‐6‐01‐005) se tomaron las siguientes consideraciones para el análisis por Sismo:

De acuerdo a su importancia, el Puente se consideró Tipo B por ser parte de una carretera de 2 carriles, por lo que el factor de importancia será 1.0.

Según su comportamiento sísmico se consideró una estructura Tipo 1s al tener una estructuración regular.

De acuerdo a la ubicación del puente y conforme a la regionalización sísmica se consideró Zona B.

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Puesto que no se cuenta con el estudio Geotécnico se consideró un suelo tipo II

Espectro sísmico Dado lo anterior, los parámetros para formar el espectro serán los siguientes:

a0=0.08*g; c= 0.30g; Ta=0.3s; Tb=1.5s; r=2/3

La ordenada “a” para cualquier periodo “T” en el espectro está definida por las siguientes expresiones:

Factor de comportamiento Se consideró un Factor de comportamiento sísmico Q = 2.0 para diseño de la subestructura.

Para la conexión de la columna a la cimentación se consideró un Factor de comportamiento Q = 1.0

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3.4 Combinaciones de carga para diseño Para las combinaciones para diseño se consideraron las recomendadas por el AASHTO Estándar acorde con las cargas que se considerarán en el análisis y en concordancia con lo establecido en la Normativa de la SCT N‐PRY‐CAR‐6‐01‐006 “Combinaciones de carga“ considerando que se realizará el diseño por factores de carga.

En resumen se usarán las siguientes combinaciones:

Grupo de cargas l 1.3 (CMCM + V CV+I) Grupo de cargas Vll 1.3 (CM CM. + SL+ 0.30 ST ) Grupo de cargas Vll 1.3 (CM CM + 0.30 SL+ ST )

SL= Sismo Longitudinal que corresponderá a la dirección X de nuestro modelo ST = Sismo transversal que corresponderá a la dirección Y de nuestro modelo

El Coeficiente de carga viva se considerará como lo indica AASHTO con V =1.67 en lugar de V =1.5 como lo indica la SCT. El Coeficiente de carga muerta se considerará como CM=1.0 para el diseño de elementos a flexión y tensión; y para el diseño de elementos a flexocompresión se considerarán 2 alternativas, CM=1.0 para verificar la condición de máxima carga axial y mínimo momento y CM=0.75 para verificar la columna en la condición de mínima carga axial y máximo momento.

Para la revisión de la cimentación no se considerará el impacto sobre la carga viva.

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3.5 Herramientas para el análisis y diseño

Para el análisis de la estructura se utilizó el programa de cálculo SAP2000 v 14.0.0 que permite modelar la estructura tridimensionalmente. Este programa permite aplicar la carga viva móvil definida en el proyecto.

Para el análisis de Carga Viva se hizo un modelo de un solo tablero con las propiedades de sección compuesta para la condición de servicio.

Para el análisis por Sismo se hizo un cálculo simplificado como se muestra en el Capítulo 5.

Para la revisión del diseño de la subestructura se utilizó el programa de cálculo MIDAS CIVIL donde se hicieron modelos de los marcos independientes de cada pila con la aplicación de la fuerza sísmica estática calculada como se muestra en el Capítulo 5. Este programa tiene integradas las rutinas de diseño del Código AASHTO Estándar por el método de factores de carga (LFD96).

La revisión de la Superestructura se hizo mediante una hoja de cálculo basado en la normativa ya citada.

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4. DISEÑO DE SUPERESTRUCTURA 4.1 Presideño de viga metálica

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4.2 Losa de Puente

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4.2 Análisis y Diseño de Viga Metálica

4.2.1 Análisis de carga viva Se realizó un modelo tridimensional del tablero con las propiedades geométricas y de materiales mencionadas previamente, así como con la carga viva de 1 camión T3‐S2‐R4 sobre 2 carriles de circulación.

Datos Claro del puente

28 m

Longitud volado izquierdo Longitud volado derecho separación de vigas Número de vigas

0.5 0.5 1.6 6

m m m m

MATERIALES Viga losa

fy= f'c =

3515 kg/cm2 250 kg/cm2

9 m 0.18 m

ANCHO TOTAL DEL TABLERO

espesor de losa

eje de Camión 1

eje de Camión 2

_

SECCIÓN TRANSVERSAL

CARGA VIVA

350

5.30T

120

8.40T

8.40T

425

120

8.40T

8.40T

320

120

8.40T

8.40T

425

120

8.40T

8.40T

CAMION T3-S2-R4 TIPO I PESO = 72.5 TON.

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MOMENTO MÁXIMO PARA 1 CAMIÓN 1 2 3 4 5 6 7 cargas ‐ 3.5 1.2 4.25 1.2 3.2 1.2 sep [m] 0 3.5 4.7 8.95 10.15 13.35 14.55 x 5.3 8.4 8.4 8.4 8.4 8.4 8.4 p (ton) p*x 0 29.4 39.48 75.18 85.26 112.14 122.22 si

10.891

7.391

 P =  P*x = centroide x' = sep. min x' s =

72.5 789.6 10.89 0.741

eje

5

pos =

6.191 ton ton‐m m m

1.941

0.741

claro

L = x = x0 = Rizq =

1er eje reacción Mmax

2.459 28.000 13.629 3.479 35.291

3.659

8 4.25 18.8 8.4 157.92

9 1.2 20 8.4 168

7.909

9.109

m m m ton

M = 315.478 ton‐m

Los resultados del modelo deberán verificarse para comprobar que la distribución de momentos sobre las vigas equipare el efecto total de 1 camión independientemente del carril que se aplique

Modelo realizado en SAP

Isométrico

Planta con secciones

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Sección Transversal

Propiedades de Materiales

Propiedades de Trabes Metálicas (Exterior e Interior)

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Factores de modificación de inercia para sección compuesta Viga‐Losa (Exterior e Interior)

Envolvente de Momentos para el Camión 1

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Envolvente de Momentos para el Camión 2

Se obtuvo el siguiente resumen de Momentos Máximos en cada viga.

Viga 1 2 3 4 5 6 SUMA vs Mmax

momentos My [ton‐m] SAP X=14.0 Camión 1 Camión 2 97.44 19.067 90.087 35.058 66.072 48.895 42.458 67.371 20.402 71.019 ‐2.014 73.06 314.445 314.47 0.997 0.997

Se observa que la suma de momentos de todas las trabes es sensiblemente parecida al momento máximo del camión, por lo que el modelo es aceptable.

Se revisa la combinación de efectos de ambos camiones

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COMBINACIONES 1 Camión % 100 2 Camiones % 100 Viga 1 2 3 4 5 6

Mmax [ton‐m] RIGE

97.440 90.087 66.072 67.371 71.019 73.060

Camión 1 Camión 1 Camión 1 Camión 2 Camión 2 Camión 2

Viga 1 2 3 4 5 6

Mmax [ton‐ m]

116.507 125.145 114.967 109.829 91.421 71.046

RIGE C1+C2 C1+C2 C1+C2 C1+C2 C1+C2 C1+C2

ENVOLVENTE Viga Mmax [ton‐m] RIGE 1 116.507 2 Camiones 2 125.145 2 Camiones 3 114.967 2 camiones 4 109.829 2 camiones 5 91.421 2 Camiones 6 73.060 2 Camiones

Se compara envolvente con la combinación de carga móvil del modelo que combina los efectos de ambos camiones

Momento máximo para viga exterior debido a carga viva T3S2R4 en 2 carriles

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Momento máximo para viga interior debido a carga viva T3S2R4 en 2 carriles

Se muestra a continuación la gráfica de deformaciones :

Deformaciones del tablero debido a carga viva T3S2R4 en 2 carriles

Para viga interior:

2.083 cm

Para viga exterior:

2.125 cm

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4.2.2 Diseño de Viga Metálica

En las hojas siguientes se muestra la Revisión a detalle de la Viga Metálica Interior

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Christian Balcázar

TALLER DE PUENTES:Proyecto Final (TABLERO METÁLICO)

REVISIÓN

DISEÑO DE VIGAS METÁLICAS VIGA INTERIOR DATOS LONGITUD DE LA VIGA LONGITUD ENTRE APOYOS ANCHO DE LOSA ESPESOR DE LOSA ANCHO DE PAVIMENTO ESPESOR DE PAVIMENTO # DIAFRAGMAS INTERIORES 2 LI 4''X3/8'' lsup=

28.6 28 160 18 160 12 4 1.5

2x2 LI 4''X3/8''ldiag=

1.05

m

Linf=

1.5

m

2 LI 4''X3/8''

m m cm cm cm cm pzas m

3

_

2

2

f'closa =

250

kg/cm

ACERO EN TRABE

fy =

3515

kg/cm2

ACERO DE REFUERZO

fy =

4200

kg/cm2

SEGMENTO 1 2 3

TRABE : TRABE : Binf [cm] 45 1.59 45

Módulos de Elasticidad k = 14000 1/2 Elosa = k * f'closa = Etrabe = n =

IPR 1350 mm x 342 kg/m IPR 1350 mm x 342 kg/m

Bsup [cm] 45 1.59 45

hi [cm] 2.54 129.92 2.54 135

hacum [cm] 2.54 132.46 135

yci [cm] 1.270 64.960 1.270

yinf [cm] 1.270 67.500 133.730

A [cm2] 114.300 206.573 114.300

A = 435.17 A*yc = 29374.16 yc = 67.50 I = 1293422.30

A Yi [cm3] 145.161 13943.664 15285.339

I [cm4] 61.451 290565.411 61.451

dy [cm] ‐66.230 0.000 66.230

Ady2 [cm4] 501366.994 0.000 501366.994

I [cm4] 1293422.30 8437.70

dy [cm] ‐31.97 44.53

Ady2 [cm4] 444911.39 619547.93

cm2 cm3 cm 4 cm

221359.4362 2.04E+06

Elosa/Etrabe =

SECCIÓN COMPUESTA SEGMENTO Trabe losa

"TRONCAL" S/ Camino Nanchital

1

MATERIALES CONCRETO EN LOSA

SECCIÓN SIMPLE SECCIÓN SIMPLE

Puente: Carretera:

Binf [cm] ‐ 17.36

RESUMEN PROPIEDADES SECCIÓN SIMPLE H = 135.00 AREA 435.17 INERCIA 1293422.30 Yci 67.50 Ycs 67.50 Yst Ss = 19161.81189 Si = 19161.81189 Sst =

0.1085

9.21578061

TRABE + LOSA Bsup [cm] ‐ 17.36

hi [cm] 135.00 18.00

hacum [cm] 135.00 153.00

yci [cm] 67.50 9.00

yinf [cm] 67.50 144.00

2

A [cm ] 435.17 312.51

A = 747.68 A*yc = 74375.24 yc = 99.47 I = 2366319.33 COMPUESTA 153.00 747.68 2366319.33 99.47 53.53 35.53 44209.33 23788.16 66609.33

Factor cm 2 cm cm4 cm cm cm 3 cm cm3 cm3

1.718 1.830

CARGAS w [ton/m] 0.3416

acero =

7.85

LOSA

0.691

conc =

2.4

PAVIMENTO G ‐ B ‐ B DIAFRAGMA

0.461 0.257

pav =

PESO PROPIO

2.4 Repartido en 6 trabes

FACTOR DE CONCENTRACIÓN PARA CARGA VIVA FC = FACTOR DE IMPACTO

1

P [ton] 0.166

# 4

weq[ton/m] 0.0237

Se usan elementos mecánicos del modelo en SAP

I=15.24/(38.1+L)<0.3 I = 0.231

PROY_Viga metálica (INTERIOR)_R1.xlsx

A Yi [cm3] 29374.16 45001.07 cm2 cm3 cm 4 cm

Christian Balcázar

TALLER DE PUENTES:Proyecto Final (TABLERO METÁLICO)

DISEÑO DE VIGAS METÁLICAS VIGA INTERIOR

REVISIÓN

Puente: Carretera:

"TRONCAL" S/ Camino Nanchital

ELEMENTOS MECÁNICOS

0.00 0.05 0 10 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0 65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00

0.00 1.40 2 80 2.80 4.20 5.60 7.00 8.40 9.80 11.20 12.60 14.00 15.40 16.80 18.20 18 20 19.60 21.00 22.40 23.80 25.20 26.60 28.00

VPP

VLOSA

VPAV

VGBB

VDIAF

VCV

VCV_FC

VCV+I

4.783 4.304 3 826 3.826 3.348 2.870 2.391 1.913 1.435 0.957 0.478 0.000 ‐0.478 ‐0.957 ‐1.435 1 435 ‐1.913 ‐2.391 ‐2.870 ‐3.348 ‐3.826 ‐4.304 ‐4.783

9.677 8.709 7 741 7.741 6.774 5.806 4.838 3.871 2.903 1.935 0.968 0.000 ‐0.968 ‐1.935 ‐2.903 2 903 ‐3.871 ‐4.838 ‐5.806 ‐6.774 ‐7.741 ‐8.709 ‐9.677

6.451 5.806 5 161 5.161 4.516 3.871 3.226 2.580 1.935 1.290 0.645 0.000 ‐0.645 ‐1.290 ‐1.935 1 935 ‐2.580 ‐3.226 ‐3.871 ‐4.516 ‐5.161 ‐5.806 ‐6.451

3.598 3.238 2 878 2.878 2.519 2.159 1.799 1.439 1.079 0.720 0.360 0.000 ‐0.360 ‐0.720 ‐1.079 1 079 ‐1.439 ‐1.799 ‐2.159 ‐2.519 ‐2.878 ‐3.238 ‐3.598

0.332 0.299 0 266 0.266 0.232 0.199 0.166 0.133 0.100 0.066 0.033 0.000 ‐0.033 ‐0.066 ‐0.100 0 100 ‐0.133 ‐0.166 ‐0.199 ‐0.232 ‐0.266 ‐0.299 ‐0.332

17.56 15.97 13 25 13.25 12.55 11.55 10.85 9.44 7.60 7.41 7.10 5.93 ‐7.10 ‐7.41 ‐7.60 ‐7 60 ‐9.44 ‐10.85 ‐11.55 ‐12.55 ‐13.25 ‐15.97 ‐17.56

17.56 15.97 13 25 13.25 12.55 11.55 10.85 9.44 7.60 7.41 7.10 5.93 ‐7.10 ‐7.41 ‐7.60 7 60 ‐9.44 ‐10.85 ‐11.55 ‐12.55 ‐13.25 ‐15.97 ‐17.56

21.61 19.65 16 31 16.31 15.44 14.21 13.35 11.62 9.35 9.11 8.73 7.29 ‐8.73 ‐9.11 ‐9.35 9 35 ‐11.62 ‐13.35 ‐14.21 ‐15.44 ‐16.31 ‐19.65 ‐21.61

MOMENTOS FLEXIONANTES [ton‐m] MPP X/L X 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00

0.00 1.40 2.80 4.20 5.60 7.00 8.40 9.80 11.20 12.60 14.00 15.40 16.80 18.20 19.60 21.00 22.40 23.80 25.20 26.60 28.00

0.000 6.361 12.052 17.074 21.426 25.108 28.121 30.465 32.139 33.143 33.478 33.143 32.139 30.465 28.121 25.108 21.426 17.074 12.052 6.361 0.000

ELEMENTOS MECÁNICOS ÚLTIMOS X/L X Vu [ton] 0.00 0.00 79.205 0.05 1.40 71.731 0.10 2.80 61.240 0.15 4.20 56.127 0.20 5.60 50.232 0.25 7.00 45.119 0.30 8.40 38.136 0.35 9.80 29.986 0.40 11.20 26.244 0.45 12.60 22.192 0.50 14.00 15.832 0.55 15.40 ‐22.192 0.60 16.80 ‐26.244 0.65 18.20 ‐29.986 0.70 19.60 ‐38.136 0.75 21.00 ‐45.119 0.80 22.40 ‐50.232 0.85 23.80 ‐56.127 0.90 25.20 ‐61.240 0.95 26.60 71.731 ‐71.731 1.00 28.00 ‐79.205 Mu =

MLOSA

MPAV

MGBB

MDIAF

MCV

MCV_FC

MCV+I

0.000 12.870 24.386 34.546 43.352 50.803 56.900 61.641 65.028 67.060 67.738 67.060 65.028 61.641 56.900 50.803 43.352 34.546 24.386 12.870 0.000

0.000 8.580 16.257 23.031 28.901 33.869 37.933 41.094 43.352 44.707 45.158 44.707 43.352 41.094 37.933 33.869 28.901 23.031 16.257 8.580 0.000

0.000 4.785 9.067 12.845 16.119 18.890 21.156 22.919 24.179 24.934 25.186 24.934 24.179 22.919 21.156 18.890 16.119 12.845 9.067 4.785 0.000

0.000 0.442 0.837 1.185 1.487 1.743 1.952 2.115 2.231 2.301 2.324 2.301 2.231 2.115 1.952 1.743 1.487 1.185 0.837 0.442 0.000

1.940 27.941 51.031 65.916 77.161 92.039 104.950 112.689 116.257 122.156 125.145 122.156 116.257 112.689 104.950 92.039 77.161 65.916 51.031 27.941 1.940

1.940 27.941 51.031 65.916 77.161 92.039 104.950 112.689 116.257 122.156 125.145 122.156 116.257 112.689 104.950 92.039 77.161 65.916 51.031 27.941 1.940

2.387 34.383 62.797 81.114 94.951 113.259 129.147 138.671 143.061 150.320 153.998 150.320 143.061 138.671 129.147 113.259 94.951 81.114 62.797 34.383 2.387

Combinación 1.3 [PP + LOSA + PAV + GBB + 1.67 [CV+I]] Mu [ton‐m] 5.183 Momentos Flexionantes 117.595 217.709 600.000 291.383 350.810 500.000 415.423 470.260 400.000 506.758 527.593 550.134 300.000 560.380 550.134 200.000 527.593 506.758 470.260 100.000 415.423 350.810 0.000 291.383 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 217.709 X [m] 117.595 5.183 560.380 ton‐m

Mpp Mlosa

M [ton‐m m]

FUERZAS CORTANTES [ton] X/L X

PROY_Viga metálica (INTERIOR)_R1.xlsx

Mpav Mgbb Mcv+i Mu Mdiag

25.00

30.00

Christian Balcázar

TALLER DE PUENTES:Proyecto Final (TABLERO METÁLICO)

DISEÑO DE VIGAS METÁLICAS VIGA INTERIOR

REVISIÓN

Puente: Carretera:

Esfuerzos permisibles: Fb = 0.55*fy 2 Fb inf. = 1933.25 Kg/cm

ESFUERZOS EN VIGA ESFUERZOS EN FIBRA INFERIOR EN kg/cm

2

X/L

X

fiPP

con secc. simple fiLOSA

fiDIAF

fiPAV

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00

0.00 1.40 2.80 4.20 5.60 7.00 8.40 9.80 11.20 12.60 14.00 15.40 16.80 18.20 19.60 21.00 22.40 23.80 25.20 26.60 28.00

0.000 ‐33.195 ‐62.896 ‐89.103 ‐111.815 ‐131.033 ‐146.757 ‐158.987 ‐167.723 ‐172.964 ‐174.711 ‐172.964 ‐167.723 ‐158.987 ‐146.757 ‐131.033 ‐111.815 ‐89.103 ‐62.896 ‐33.195 0.000

0.000 ‐67.166 ‐127.261 ‐180.287 ‐226.242 ‐265.127 ‐296.943 ‐321.688 ‐339.363 ‐349.968 ‐353.503 ‐349.968 ‐339.363 ‐321.688 ‐296.943 ‐265.127 ‐226.242 ‐180.287 ‐127.261 ‐67.166 0.000

0.000 ‐2.304 ‐4.366 ‐6.185 ‐7.762 ‐9.096 ‐10.188 ‐11.037 ‐11.643 ‐12.007 ‐12.128 ‐12.007 ‐11.643 ‐11.037 ‐10.188 ‐9.096 ‐7.762 ‐6.185 ‐4.366 ‐2.304 0.000

0.000 ‐36.069 ‐68.341 ‐96.816 ‐121.495 ‐142.377 ‐159.462 ‐172.750 ‐182.242 ‐187.937 ‐189.836 ‐187.937 ‐182.242 ‐172.750 ‐159.462 ‐142.377 ‐121.495 ‐96.816 ‐68.341 ‐36.069 0.000

X/L

X

fsPP PP

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0 50 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00

0.00 1.40 2.80 4.20 5.60 7.00 8.40 9.80 11.20 12.60 14 00 14.00 15.40 16.80 18.20 19.60 21.00 22.40 23.80 25.20 26.60 28.00

0.000 33.195 62.896 89.103 111.815 131.033 146.757 158.987 167.723 172.964 174 711 174.711 172.964 167.723 158.987 146.757 131.033 111.815 89.103 62.896 33.195 0.000

con secc. Compuesta fiGBB fiCV+I

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 0 95 1.00

0.000 67.166 127.261 180.287 226.242 265.127 296.943 321.688 339.363 349.968 353 503 353.503 349.968 339.363 321.688 296.943 265.127 226.242 180.287 127.261 67.166 0.000

0.000 2.304 4.366 6.185 7.762 9.096 10.188 11.037 11.643 12.007 12 128 12.128 12.007 11.643 11.037 10.188 9.096 7.762 6.185 4.366 2.304 0.000

ESFUERZO EN FIBRA SUPERIOR DE LOSA EN kg/cm2 fsGBB fsCV+I fsPAV X 0.00 1.40 2.80 4.20 5.60 7.00 8.40 9.80 11.20 12.60 14.00 15.40 16.80 18.20 19.60 21.00 22.40 23.80 25.20 26.60 26 60 28.00

0.000 19.408 36.773 52.095 65.374 76.610 85.803 92.954 98.061 101.125 102.147 101.125 98.061 92.954 85.803 76.610 65.374 52.095 36.773 19.408 19 408 0.000

‐10.036 ‐144.539 ‐263.983 ‐340.983 ‐399.153 ‐476.117 ‐542.906 ‐582.939 ‐601.397 ‐631.912 ‐647.374 ‐631.912 ‐601.397 ‐582.939 ‐542.906 ‐476.117 ‐399.153 ‐340.983 ‐263.983 ‐144.539 ‐10.036

ESFUERZOS EN FIBRA SUPERIOR EN kg/cm2 con secc. simple con secc. Compuesta a nivel de l.s. trabe fsLOSA fsDIAF fsPAV fsGBB fsCV+I LOSA DIAF PAV GBB CV+I 0.000 12.881 24.407 34.576 43.389 50.847 56.949 61.694 65.084 67.118 67 796 67.796 67.118 65.084 61.694 56.949 50.847 43.389 34.576 24.407 12.881 0.000

2

X/L

0.000 ‐20.116 ‐38.115 ‐53.997 ‐67.761 ‐79.407 ‐88.936 ‐96.347 ‐101.641 ‐104.817 ‐105.876 ‐104.817 ‐101.641 ‐96.347 ‐88.936 ‐79.407 ‐67.761 ‐53.997 ‐38.115 ‐20.116 0.000

0.000 10.824 20.509 29.055 36.461 42.727 47.855 51.843 54.691 56.400 56.970 56.400 54.691 51.843 47.855 42.727 36.461 29.055 20.509 10.824 10 824 0.000

5.400 77.773 142.044 183.476 214.776 256.189 292.127 313.668 323.600 340.019 348.339 340.019 323.600 313.668 292.127 256.189 214.776 183.476 142.044 77.773 77 773 5.400

fstotal 5.400 108.006 199.326 264.626 316.611 375.527 425.785 458.464 476.352 497.545 507.456 497.545 476.352 458.464 425.785 375.527 316.611 264.626 199.326 108.006 108 006 5.400

0.000 7.184 13.612 19.284 24.199 28.359 31.762 34.408 36.299 37.433 37 812 37.812 37.433 36.299 34.408 31.762 28.359 24.199 19.284 13.612 7.184 0.000

3.584 51.619 94.276 121.775 142.549 170.035 193.888 208.185 214.776 225.674 231 196 231.196 225.674 214.776 208.185 193.888 170.035 142.549 121.775 94.276 51.619 3.584

fi tot

<Fbinf

‐10.036 ‐303.389 ‐564.963 ‐767.371 ‐934.228 ‐1103.158 ‐1245.191 ‐1343.749 ‐1404.009 ‐1459.606 ‐1483.429 ‐1459.606 ‐1404.009 ‐1343.749 ‐1245.191 ‐1103.158 ‐934.228 ‐767.371 ‐564.963 ‐303.389 ‐10.036

ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok

fs tot fs tot 3.584 174.350 326.818 451.210 555.957 654.498 736.486 795.999 834.889 865.165 877 147 877.147 865.165 834.889 795.999 736.486 654.498 555.957 451.210 326.818 174.350 3.584

Fb = 0.45*f'c*n (Esf. superior en el concreto) 2 Fb sup. = 1036.775 Kg/cm ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok ok

PROY_Viga metálica (INTERIOR)_R1.xlsx

"TRONCAL" S/ Camino Nanchital

Christian Balcázar

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DISEÑO DE VIGAS METÁLICAS VIGA INTERIOR

REVISIÓN

Momento Resistente dw/tw = dw/tw <

129.92 1.59 5366 raiz(fy)

=

81.711

=

90.508

f''c = 170 kg/cm2 b = 160 cm At = 435.17 cm2 fy = 3515 kg/cm2 bf = 45 cm a =Atfy/bf''c Atfy = 1529632.392 kg bf''c = 27200 kg/cm a= 56.236 cm El eje neutro está en la viga de acero

tp = ta = t = d ‐2tp=dw = y =

2.54 1.59 18 129.92 21.1585

cm cm cm cm cm

Cc = ytaFy = C =

489600 kg 118251.696 kg 607851.696 kg

T =

607851.696

Cp = Ca =

401764.5 kg 118251.696 kg

Ta = Tp = Cp =

607851.696 kg 401764.5 kg

yct = ycp = yca = yca yta = ytp =

32.6985 22.4285 10 5793 10.5793 54.3807 110.0315

cm cm cm cm cm

Mn = Mn =

103533357.2 kg‐cm 1035.334 ton‐m

Mr = Mu =

880.0335 ton‐m 560.380 ton‐m

PROY_Viga metálica (INTERIOR)_R1.xlsx

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5.

ANALISIS SÍSMICO

5.1 Análisis Simplificado y Cuasidinámico Considerando que la estructura es regular y se ha clasificado como una estructura tipo 1s por su comportamiento sísmico se hará un análisis simplificado para determinar los cortantes sísmicos a los que se someterá la estructura.

Este análisis simplificado consiste en obtener el peso total que tributa a cada pila y obtener un cortante sísmico estático con el cual se analizará cada marco de apoyo para determinar su rigidez, con lo cual se hará un análisis cuasidinámico para determinar el periodo de la estructura y corregir dicho cortante sísmico.

No se realizará análisis modal –espectral y se analizarán de manera independiente cada pila con el cortante estático calculado

En las hojas siguientes se muestra el Análisis Simplificado y Cuasidinámico.

30

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ANÁLISIS SÍSMICO 5.1 Método Simplificado y CuasiDinámico

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REVISIÓN

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ANÁLISIS SÍSMICO 5.1 Método Simplificado y CuasiDinámico

DATOS GENERALES DEL PUENTE # Claros Arreglo de claros (a ejes de pila) [m] Longitud entre apoyos [m] Longitud de vigas [m] Ancho de Junta de dilatación [m]

4 28.32 + 28.64 + 28.64 + 28.32 28 28.6 0.04

DATOS GENERALES PARA EL TABLERO TÍPICO tipo de vigas i d i VIGA I 1350X341 VIGA I 1350X341 Área de la sección de viga Número de vigas Separación de vigas Longitud volado izquierdo Longitud volado derecho Ancho total del Tablero Ancho de Guarnición (2 lados) Ancho de banqueta (2 lados) Ancho de carpeta espesor de losa espesor de carpeta (diseño) # Diafragmas # Diaf. Interiores lsup= 2 LI 4''X3/8'' 2x2 LI 4''X3/8'' 2 LI 4''X3/8''

ldiag= Linf=

435.17 6 1.6 0.5 0.5 9 0.4 0.6 7 0.18 0.12 6 4 1.5

C b l Cabezal:

cm2 m m m m m m m m m

m

7.85 7 85 2.4 2.4 2.4

9.5 1.4 1

9 1.4 1

Bancos Longitud Ancho Peralte*

pzas m

Altura de columnas: Corona Cab. NSUP [m] 998.34 997.34 998.58 997.58 998.73 997.73

Longitud [m] Ancho [m] Peralte [m]

P2 P3 P4 P2‐P3‐P4

CAB 1 5 CAB 1; 5

1.4 0.4 0.5

1.4 0.15 1.41

6 1.4 0.7 0.057823

pzas m m m

NTN [m] 993.2 989.5 987.6

H COL [m] 4.14 8.08 10.13

N.D.P [m] 979.34 977.98 972.93

HTOT [m] 18 19.6 24.8

1.05

m

P4

998.76

997.76

987

10.76

972.96

24.8

1.5

m

CAB 5

998.69

997.69

996

1.69

985.89

11.8

CARGA MUERTA Peso propio Peso propio losa pavimento guarnicion y ban

DATOS GENERALES PARA SUBESTRUCTURA P2‐P3‐P4 P2 P3 P4 CAB 5* CAB 5* T Topes

9 1.4 1

Columnas en pilas : #Columnas 3 Diámetro: 1.2

Eje CAB 1 P2 P3

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* Se proponen dimensiones de cabezal de Caballete 5 iguales a Caballete 1

CAB 1 CAB 1

Longitud [m] Ancho [m] Peralte [m]

CARGAS

peso vol. [m3]

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REVISIÓN

w [ton/m] 0.3416 0 3416

w [ton/m2] 0.432 0.288

0.77

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ANÁLISIS SÍSMICO 5.1 Método Simplificado y CuasiDinámico

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5.1.1 DESGLOSE DE CARGAS POR VIGA VIGA ANCHO TRIBUTARIO Peso propio losa pavimento guarnicion y ban Longitud de vigas: dd

1 1.3 0.342 0.5616 0.0864 0.257

2 1.6 0.342 0.6912 0.4608 0.257

3 1.6 0.342 0.6912 0.4608 0.257

4 1.6 0.342 0.6912 0.4608 0.257

5 1.6 0.342 0.6912 0.4608 0.257

6 1.3 0.342 0.5616 0.0864 0.257

W2 9.770 19.768 13 179 13.179 7.341

W3 9.770 19.768 13 179 13.179 7.341

W4 9.770 19.768 13 179 13.179 7.341

W5 9.770 19.768 13 179 13.179 7.341

W6 9.770 16.062 2 471 2.471 7.341

SUMA 58.620 111.197 57 658 57.658 44.044

W TOTAL =

271.518

28.6

PESO TOTAL DEL TABLERO TÍPICO (sin diafragmas) W1 9.770 Peso propio 16.062 losa i t 2 471 pavimento 2.471 guarnicion y ban 7.341

REACCIONES POR APOYO (1 TABLERO TÍPICO) APOYO 1 Y 2 APOYO 1 Y 2 1 4.885 Peso propio 8.031 losa 1.236 pavimento 3.670 guarnicion y ban

2 4.885 9.884 6.589 3.670

3 4.885 9.884 6.589 3.670

4 4.885 9.884 6.589 3.670

5 4.885 9.884 6.589 3.670

6 4.885 8.031 1.236 3.670

SUMA 29.310 55.598 28.829 22.022

17 822 17.822

25 029 25.029

25 029 25.029

25 029 25.029

25 029 25.029

17 822 17.822

135 759 135.759

P2‐P3‐P4 1.40 0.40 0.50 0 50 2 0.56 1.344

CAB 1; 5 1.40 0.15 1.41 1 41 2 0.5922 1.421

CARGA MUERTA TOTAL POR APOYO CARGA MUERTA TOTAL POR APOYO

PESO TÍPICO DE CABEZALES, TOPES, BANCOS, DIAFRAGMAS Cabezales P2‐P3‐P4 CAB 1; 5 Topes L [m]= 9.50 9.00 L [m]= B [m]= 1.40 1.40 B [m]= H [m]= 1.00 1.00 H [m]= H [m]= 1 00 1 00 H [m]= # = 1 1 # = Vol [m3]= Vol [m3]= 13.3 12.6 W CAB [ton]= W TOP [ton]= 31.92 30.24

Peso típico de bancos L [m]= 1.40 B [m]= 0.70 H [m]= 0.06 H [m]= 0 06 # = 6 Vol [m3]= 0.34 W BAN [ton]= 0.8160

ton

ton

Peso típico de diafragmas L tot LI[m]= 10.20 W LI [kg/m]= 14.80 f.w. adic 1.10 f w adic 1 10 # = 5 W DIAF [ton]=

0.83028

* Peso para 1 eje de diaf.

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ANÁLISIS SÍSMICO 5.1 Método Simplificado y CuasiDinámico

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PESO DE COLUMNAS [m]= h COL [m]= # COL = 3

Vol [m ] = W COL [ton]= W COL‐s [ton]=

completa 0.5W sismo

Cab 1 1.2 4.14

P2 1.2 8.08

P3 1.2 10.13

P4 1.2 10.76

Cab5 1.2 1.69

3

3

3

3

3

14.047 33.712

27.415 65.796

34.370 82.489

36.508 87.619

5.734 13.762

0.000

32.898

41.244

43.809

0.000

*L * Las columnas de caballetes estarán ahogadas en el derrame del relleno por lo que se asume que estarán confinadas l d b ll á h d ld d l ll l á fi d 5.1.2 DESGLOSE DE CARGAS POR PILA (PARA CONSIDERACIÓN SÍSMICA)

TABLERO DIAFRAGMAS CABEZAL TOPE SISMICO BANCOS COLUMNAS

Cab 1 135.759 2 491 2.491 30.24 1.421 0.8160 0.000

P2 271.518 4 982 4.982 31.92 1.344 0.816 32.898

P3 271.518 4 982 4.982 31.92 1.344 0.816 41.244

P4 271.518 4 982 4.982 31.92 1.344 0.816 43.809

Cab5 135.759 2 491 2.491 30.24 1.421 0.816 0.000

PESO TOTAL POR PILA PESO TOTAL POR PILA SUMA CM [ton]

Cab 1 Cab 1 170.727

P2 343.478

P3 351.824

P4 354.389

Cab5 170.727

5.1.3 ESPECTRO DE DISEÑO

Espectro de diseño Ubicación del Puente Ubicación del Puente Estado: Veracruz Zona Sísmica: B Tipo de Suelo: II a0 = 0.08 c= 0.3 Ta = 0.3 Tb= 1.5 r= 0.67

0.3500 0.3000 0.2500

seg segg

a

0.1500

a/Q

0.1000 0.0500

FACTOR DE COMPORTAMIENTO

Q=

0.2000

2

0.0000 0.00

FACTOR DE IMPORTANCIA

GRUPO B:

1 Por ser carretera de 2 carriles

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

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ANÁLISIS SÍSMICO 5.1 Método Simplificado y CuasiDinámico

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5.1.4 FUERZA SÍSMICA ESTÁTICA Fs = c W / Q

 W F = c W / Q

Suponiendo que Ta < T < Tb Cab 1 170.727 25.609

P2 343.478 51.522

5.1.5 FUERZA SÍSMICA MÉTODO CUASIDINÁMICO Í É Á SISMO EN DIRECCIÓN Y Suponiendo Ta < T < Tb P2 HCOL [m]= 8.58 F [ton] = 51.522  [m]= 0.00502 /H = 0.00059 RIGIDEZ R [ton/m]= V /  = m [tons2/m]= W/g =

PERIODO  = (R/m)1/2  [rad/s]= T [s]= 2pi / = a/g= Q = a/Q = Fy [ton]= Fuerza Grupo B FyB [ton]=

10,263.28 35.01

P3 351.824 52.774

P4 354.389 53.158

Cab5 170.727 25.609

SUMA 208.672 Í Á MODELO TÍPICO PARA ANÁLISIS DE DESPLAZAMIENTOS DE PILAS 2, 3, 4 EN DIR Y Fy

P3 10.63 52.774 0.00943 0.00089

P4 11.26 53.158 0.0111 0.00099

5,596.36 35.86

4,789.05 36.13

HCOL

1.25 17.1210 0.3670

12.4918 0.5030

11.5138 0.5457

0.3000 2 0.15000 51.522

0.3000 2 0.15000 52.774

0.3000 2 0.15000 53.158

3.5

3.5

Espectro de diseño 0.3500

a 0.2500

a/Q TyP2

0.1500

TyP3

0.0500

51.522

52.774

53.158

1.25

TyP4 ‐0.0500 0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

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SISMO EN DIRECCION X Suponiendo Ta < T < Tb HCOL [m]= F [ton] =  [m]= /H = RIGIDEZ R [ton/m]= V /  = # DE COLUMNAS RIGIDEZ TOTAL R [ton/m]= PERIODO  = (R/m)1/2  [rad/s]= T [s]= 2pi / =

P2 9.08 51.522 0.05756 0.0063

P3 11.13 52.774 0.10827 0.0097

P4 11.76 53.158 0.12764 0.0109

895.10 3

487.43 3

416.47 3

2,685.29

1,462.28

1,249.41

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MODELO TÍPICO PARA ANÁLISIS DE DESPLAZAMIENTOS DE PILAS 2, 3, 4 EN DIR X Fx

HCOL

Espectro de diseño 0.3500

a/g= Q = a/Q = Fx [ton]= [ ] Fuerza Grupo B FxB [ton]=

8.76 0.72

6.39 0.98

5.88 1.07

0.3000 2 0.15000 51.522

0.3000 2 0.15000 52.774

0.3000 2 0.15000 53.158

51.522

52.774

53.158

0.3000

a

0.2500 0.2000

a/Q

0.1500

TxP2

0.1000

TxP3

0.0500

TxP4

0.0000 0.00

RIGIDEZ ESTIMADA PARA ESTRIBOS CAB 1 R Y = 5,131.64 NODOS = 1 RU2 = 5131.641 R X 1,342.64 NODOS 6 RU1 = 223.774

P2 10,263.28

P4 4,789.05

2,685.29

1,249.41

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

CAB 5 2,394.52 1 2394.523 624.71 6 104.118

FUERZAS SÍSMICAS POR PILA

Fy Fx

CABALLETE 1 25.761 25.761

PILA 2 51.522 51.522

PILA 3 52.774 52.774

PILA 4 53.158 53.158

CABALLETE 5 26.579 26.579

* Se estiman fuerzas en estribos como la mitad de sus pilas adyacentes

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6.

DISEÑO DE SUBESTRUCTURA

Para el diseño de cabezales y columnas se realizaron modelos en MIDAS CIVIL de cada pila.

Para la consideración sísmica se aplicaron los cortantes sísmicos estáticos calculados con el método simplificado‐cuasidinámico.

Basado en el análisis previo del tablero de concreto presforzado que presenta deficiencias en subestructura se ha determinado para la opción con tablero metálico que las secciones actuales de pilas se mantendrán con sus dimensiones y refuerzos originales y tendrían comportamiento estructural adecuado.

6.1 Modelo de Análisis para Diseño 6.1.1 Geometría

Pila 2

Pila 3 Elevaciones

Pila 4

6.1.2 Cargas En todos los casos se aplicaron las cargas por nodo como se obtuvieron del desglose de cargas por viga.

Se generaron los siguientes estados de carga:

37

CM del Tablero

-0.1

-0.1

-0.1

-0.1

-0.1

-0.1

-0.7

-0.2 -0.2

Diafragmas

Carga Muerta

-0.7

-0.5 -0.5

-0.5 -0.5

-0.5 -0.5

-0.5 -0.5

-17.8 -17.8

-25.0 -25.0

-25.0 -25.0

-25.0 -25.0

-0.2 -0.2

-17.8 -17.8

-25.0 -25.0

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Topes Sísmicos

Bancos

-13.7

-25.8 -18.8

-8.6

-13.5

-25.9

Se generaron 2 casos de carga móvil para valorar cuál sería más desfavorable para el diseño de la subestructura en términos del grupo I de combinaciones (CM+CV)

Reacciones máximas de Camión T3S2R4 en 2 carriles Carga Viva Móvil

Con respecto a las cargas sísmicas se aplicaron como fuerzas estáticas en ambas direcciones.

38

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17.2

51.5

17.2 17.2

SISMO SX

PILA 2

SISMO SY

17.7 17.7

53.2

17.7

PILA 4

SISMO SY

SISMO SX

39

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6.1.3 Combinaciones de Cargas para diseño Se aplicaron las combinaciones de carga con los distintos factores de carga según el objeto de la revisión, como puede ser para elementos a flexión o para elementos a flexocompresión. +============================================================+ | MIDAS(Modeling, Integrated Design & Analysis Software) | | MIDAS/Civil - Load Combinations | | (c)SINCE 1989 | +============================================================+ | MIDAS Information Technology Co.,Ltd. (MIDAS IT) | | MIDAS/Civil Version 8.4.1 | +============================================================+ ----------------------------DESIGN TYPE : Concrete Design ----------------------------LIST OF LOAD COMBINATIONS ============================================================================================= NUM NAME ACTIVE TYPE LOADCASE(FACTOR) + LOADCASE(FACTOR) + LOADCASE(FACTOR) ============================================================================================= 1 cLCB1 Strength/Stress Add PP( 0.975) + CMT( 0.975) + DIAF( 0.975) + TOPE( 0.975) + BAN( 0.975) + T3S2R4( 2.672) --------------------------------------------------------------------------------------------2 cLCB2 Strength/Stress Add PP( 0.975) + CMT( 0.975) + DIAF( 0.975) + TOPE( 0.975) + BAN( 0.975) + SX( 1.300) + SY( 0.390) --------------------------------------------------------------------------------------------3 cLCB3 Strength/Stress Add PP( 0.975) + CMT( 0.975) + DIAF( 0.975) + TOPE( 0.975) + BAN( 0.975) + SX(-1.300) + SY( 0.390) --------------------------------------------------------------------------------------------4 cLCB4 Strength/Stress Add PP( 0.975) + CMT( 0.975) + DIAF( 0.975) + TOPE( 0.975) + BAN( 0.975) + SX( 0.390) + SY( 1.300) --------------------------------------------------------------------------------------------5 cLCB5 Strength/Stress Add PP( 0.975) + CMT( 0.975) + DIAF( 0.975) + TOPE( 0.975) + BAN( 0.975) + SX( 0.390) + SY(-1.300) --------------------------------------------------------------------------------------------6 cLCB6 Serviceability Add PP( 1.000) + CMT( 1.000) + DIAF( 1.000) + TOPE( 1.000) + BAN( 1.000) + T3S2R4( 2.000) --------------------------------------------------------------------------------------------7 cLCB7 Serviceability Add PP( 1.000) + CMT( 1.000) + DIAF( 1.000) + TOPE( 1.000) + BAN( 1.000) + SX( 1.000) + SY( 0.300) --------------------------------------------------------------------------------------------8 cLCB8 Serviceability Add PP( 1.000) + CMT( 1.000) + DIAF( 1.000) + TOPE( 1.000) + BAN( 1.000) + SX(-1.000) + SY( 0.300) --------------------------------------------------------------------------------------------9 cLCB9 Serviceability Add PP( 1.000) + CMT( 1.000) + DIAF( 1.000) + TOPE( 1.000) + BAN( 1.000) + SX( 0.300) + SY( 1.000) --------------------------------------------------------------------------------------------10 cLCB10 Serviceability Add PP( 1.000) + CMT( 1.000) + DIAF( 1.000) + TOPE( 1.000) + BAN( 1.000) + SX( 0.300) + SY(-1.000) --------------------------------------------------------------------------------------------11 cLCB11 Strength/Stress Add PP( 1.300) + CMT( 1.300) + DIAF( 1.300)

40

TALLER DE PUENTES PROYECTO: PUENTE CON TABLERO METÁLICO

+ TOPE( 1.300) + BAN( 1.300) + T3S2R4( 2.672) --------------------------------------------------------------------------------------------12 cLCB12 Strength/Stress Add PP( 1.300) + CMT( 1.300) + DIAF( 1.300) + TOPE( 1.300) + BAN( 1.300) + SX( 1.300) + SY( 0.390) --------------------------------------------------------------------------------------------13 cLCB13 Strength/Stress Add PP( 1.300) + CMT( 1.300) + DIAF( 1.300) + TOPE( 1.300) + BAN( 1.300) + SX(-1.300) + SY( 0.390) --------------------------------------------------------------------------------------------14 cLCB14 Strength/Stress Add PP( 1.300) + CMT( 1.300) + DIAF( 1.300) + TOPE( 1.300) + BAN( 1.300) + SX( 0.390) + SY( 1.300) --------------------------------------------------------------------------------------------15 cLCB15 Strength/Stress Add PP( 1.300) + CMT( 1.300) + DIAF( 1.300) + TOPE( 1.300) + BAN( 1.300) + SX( 0.390) + SY(-1.300) --------------------------------------------------------------------------------------------16 cLCB16 Serviceability Add PP( 1.000) + CMT( 1.000) + DIAF( 1.000) + TOPE( 1.000) + BAN( 1.000) + T3S2R4( 2.000) --------------------------------------------------------------------------------------------17 cLCB17 Serviceability Add PP( 1.000) + CMT( 1.000) + DIAF( 1.000) + TOPE( 1.000) + BAN( 1.000) + SX( 1.000) + SY( 0.300) --------------------------------------------------------------------------------------------18 cLCB18 Serviceability Add PP( 1.000) + CMT( 1.000) + DIAF( 1.000) + TOPE( 1.000) + BAN( 1.000) + SX(-1.000) + SY( 0.300) --------------------------------------------------------------------------------------------19 cLCB19 Serviceability Add PP( 1.000) + CMT( 1.000) + DIAF( 1.000) + TOPE( 1.000) + BAN( 1.000) + SX( 0.300) + SY( 1.000) --------------------------------------------------------------------------------------------20 cLCB20 Serviceability Add PP( 1.000) + CMT( 1.000) + DIAF( 1.000) + TOPE( 1.000) + BAN( 1.000) + SX( 0.300) + SY(-1.000) --------------------------------------------------------------------------------------------21 gLCB21 Strength/Stress Add PP( 0.975) + CMT( 0.975) + DIAF( 0.975) + TOPE( 0.975) + BAN( 0.975) + T3S2R4-CEN( 2.672) --------------------------------------------------------------------------------------------22 gLCB31 Strength/Stress Add PP( 1.300) + CMT( 1.300) + DIAF( 1.300) + TOPE( 1.300) + BAN( 1.300) + T3S2R4-CEN( 2.672) ---------------------------------------------------------------------------------------------

41

TALLER DE PUENTES PROYECTO: PUENTE CON TABLERO METÁLICO

6.1.4 Elementos Mecánicos Para no saturar de información y listados se presentan diagramas de elementos mecánicos en colores y con una tabla de referencia. Se presentan como envolventes de elementos mecánicos.

Se presentará sólo Pila 4 que es la que rige el diseño MIDAS/Civil POST-PROCESSOR BEAM DIAGRAM AXIAL 46.18 0.00 -22.26 -56.48 -90.70 -124.93 -159.15 -193.37 -227.59 -261.81 -296.04 -330.26 CBall: RC ENV_ST~ MAX : 6 MIN : 2 FILE: P4_M UNIT: tonf DATE: 12/11/2015 VIEW-DIRECTION X: 0.000 Y:-1.000 Z: 0.000

Envolvente de Carga Axial Pila 4

MIDAS/Civil POST-PROCESSOR BEAM DIAGRAM SHEAR-y 23.04 18.85 14.66 10.47 6.28 2.09 0.00 -6.28 -10.47 -14.66 -18.85 -23.04 CBall: RC ENV_ST~ MAX : 3 MIN : 3 FILE: P4_M UNIT: tonf DATE: 12/11/2015 VIEW-DIRECTION X:-0.483 Y:-0.837 Z: 0.259

Envolvente de Cortante Fy Pila 4

42

TALLER DE PUENTES PROYECTO: PUENTE CON TABLERO METÁLICO

MIDAS/Civil POST-PROCESSOR BEAM DIAGRAM SHEAR-z 148.32 121.91 95.49 69.08 42.67 16.26 0.00 -36.56 -62.97 -89.39 -115.80 -142.21 CBall: RC ENV_ST~ MAX : 8 MIN : 9 FILE: P4_M UNIT: tonf DATE: 12/11/2015 VIEW-DIRECTION X: 0.000 Y:-1.000 Z: 0.000

Envolvente de Cortante Fz Pila 4

MIDAS/Civil POST-PROCESSOR BEAM DIAGRAM MOMENT-y 141.24 114.11 86.99 59.86 32.74 0.00 -21.51 -48.63 -75.75 -102.88 -130.00 -157.13 CBall: RC ENV_ST~ MAX : 2 MIN : 6 FILE: P4_M UNIT: tonf*m DATE: 12/11/2015 VIEW-DIRECTION X: 0.000 Y:-1.000 Z: 0.000

Envolvente de Momentos My Pila 4

43

TALLER DE PUENTES PROYECTO: PUENTE CON TABLERO METÁLICO

MIDAS/Civil POST-PROCESSOR BEAM DIAGRAM MOMENT-z 259.38 212.22 165.06 117.90 70.74 23.58 0.00 -70.74 -117.90 -165.06 -212.22 -259.38 CBall: RC ENV_ST~ MAX : 3 MIN : 3 FILE: P4_M UNIT: tonf*m DATE: 12/11/2015 VIEW-DIRECTION X:-0.483 Y:-0.837 Z: 0.259

Envolvente de Momentos Mz Pila 4

44

TALLER DE PUENTES PROYECTO: PUENTE CON TABLERO METÁLICO

6.2 Diseño de cabezal

Los elementos mecánicos que se presentan en el cabezal más solicitado son:

MIDAS/Civil POST-PROCESSOR BEAM DIAGRAM MOMENT-y 90.15 67.67 45.19 22.71 0.00 -22.25 -44.73

-1.4 -1.9

-39.6 -21.1

-157.1 90.2

-34.0 90.2

-117.4

-117.3

48.9

49.0

-156.5 -33.6 89.7

-67.21

-46.4 -21.1

-1.4 -1.9

-89.69 -112.17

89.7

-134.65 -157.13 CBall: RC ENV_ST~ MAX : 6 MIN : 6 FILE: P4_M UNIT: tonf*m DATE: 12/11/2015 VIEW-DIRECTION X: 0.000 Y:-1.000 Z: 0.000

PILA 4: Envolvente de Momentos flexionantes en cabezal

MIDAS/Civil POST-PROCESSOR BEAM DIAGRAM SHEAR-z 148.32 121.91 95.49 69.08 42.67 16.26 0.00

148.3 76.6 40.1

4.1 3.1

8.1 -121.7

66.0 -51.4

6.4

125.4 51.2

-6.6

-65.8

-7.8

-142.2

-36.56 -62.97

-40.1 -90.1

-3.1 -4.1

-89.39 -115.80 -142.21 CBall: RC ENV_ST~ MAX : 8 MIN : 9 FILE: P4_M UNIT: tonf DATE: 12/11/2015 VIEW-DIRECTION X: 0.000 Y:-1.000 Z: 0.000

PILA 4: Envolvente de Cortantes en cabezal

45

TALLER DE PUENTES PROYECTO: PUENTE CON TABLERO METÁLICO

Se presenta el resumen de diseño de los elementos más solicitados del cabezal de Pila 4.

RC Beam Design Result

MIDAS/Civil Company

Project Title

Author

File Name

C:\...\PROYECTO 2\MIDAS\P4_M.mcb

1. Design Information Member Number : 6 Design Code

: AASHTO-LFD96

Unit System

: tonf, m

Material Data

: fc' = 2500, fy = 42000, fys = 42000 tonf/m^2

Beam Span

: 3.5 m

Section Property : CAB (No : 1)

2. Section Diagram

0.08

1 0.08

1 0.08

1

0.08

[END-J]

0.08

[MID]

0.08

[END-I]

1.4

1.4

1.4

TOP : 0.0048221 m^2

TOP : 0.0022085 m^2

TOP : 0.0035733 m^2

BOT : 0.002669 m^2

BOT : 0.0027121 m^2

BOT : 0.0017672 m^2

STIRR UPS : 4.0-#4 @430

STIRR UPS : 4.0-#4 @430

STIRR UPS : 4.0-#4 @270

3. Bending Moment Capacity END-I

Negative Moment (Mu)

MID

157.13

56.87

END-J

117.40

(-) Load Combination No.

15

5

14

Factored Strength (PhiMn)

160.84

75.26

120.75

Check Ratio (Mu/PhiMn)

0.9769

0.7556

0.9723

Positive Moment (Mu)

89.00

90.15

45.62

(+) Load Combination No.

4

14

15

Factored Strength (PhiMn)

90.85

92.22

60.56

Check Ratio (Mu/PhiMn)

0.9796

0.9775

0.7533

Required Top As

0.0048

0.0022

0.0036

Required Bot As

0.0027

0.0027

0.0018

MID

END-J

4. Shear Capacity END-I

Load Combination No.

15

15

11

Factored Shear Force (Vu)

121.65

117.83

148.32

Shear Strength by Conc.(PhiVc)

91.80

91.80

91.80

Shear Strength by Rebar.(PhiVs)

39.26

39.26

60.67

Required Shear Reinf. (AsV)

0.0012

0.0012

0.0018

Required Stirrups Spacing

4.0-#4 @430

4.0-#4 @430

4.0-#4 @270

Check Ratio

0.9282

0.8991

0.9728

46

TALLER DE PUENTES PROYECTO: PUENTE CON TABLERO METÁLICO

RC Beam Design Result

MIDAS/Civil Company

Project Title

Author

File Name

C:\...\PROYECTO 2\MIDAS\P4_M.mcb

1. Design Information Design Code

: AASHTO-LFD96

Unit System

: tonf, m

Material Data

: fc' = 2500, fy = 42000, fys = 42000 tonf/m^2

Beam Span

: 3.5 m

Section Property : CAB (No : 1)

2. Section Diagram

0.08

1 0.08

1 0.08

1

0.08

[END-J]

0.08

[MID]

0.08

[END-I]

1.4

1.4

1.4

TOP : 0.0035733 m^2

TOP : 0.0021909 m^2

TOP : 0.0048221 m^2

BOT : 0.0017705 m^2

BOT : 0.0027121 m^2

BOT : 0.002669 m^2

STIRR UPS : 4.0-#4 @330

STIRR UPS : 4.0-#4 @430

STIRR UPS : 4.0-#4 @430

3. Bending Moment Capacity END-I

Negative Moment (Mu)

MID

117.31

56.42

END-J

156.50

(-) Load Combination No.

15

4

14

Factored Strength (PhiMn)

120.75

74.64

160.84

Check Ratio (Mu/PhiMn)

0.9715

0.7560

0.9730

Positive Moment (Mu)

45.71

89.75

88.37

(+) Load Combination No.

14

15

5

Factored Strength (PhiMn)

60.62

92.22

90.85

Check Ratio (Mu/PhiMn)

0.7541

0.9732

0.9727

Required Top As

0.0036

0.0022

0.0048

Required Bot As

0.0018

0.0027

0.0027

MID

END-J

4. Shear Capacity END-I

Load Combination No.

11

11

11

Factored Shear Force (Vu)

142.21

121.56

125.38

Shear Strength by Conc.(PhiVc)

91.80

91.80

91.80

Shear Strength by Rebar.(PhiVs)

51.34

39.26

39.26

Required Shear Reinf. (AsV)

0.0016

0.0012

0.0012

Required Stirrups Spacing

4.0-#4 @330

4.0-#4 @430

4.0-#4 @430

Check Ratio

0.9935

0.9276

0.9567

Se requieren 48.2cm2 en el lecho superior del cabezal sobre las columnas exteriores y 36cm2 sobre la columna central. En el lecho inferior se requieren 27cm2. Se observa que con el refuerzo del proyecto original con 10 vars #8C se cumpliría con las cuantías necesarias.

47

TALLER DE PUENTES PROYECTO: PUENTE CON TABLERO METÁLICO

Se propone la sección con refuerzo y se realiza la revisión de diseño:

48

TALLER DE PUENTES PROYECTO: PUENTE CON TABLERO METÁLICO

RC Beam Checking Result

MIDAS/Civil Company

Project Title

Author

File Name

C:\...\PROYECTO 2\MIDAS\P4_M.mcb

1. Design Information Design Code

: AASHTO-LFD96

Unit System

: tonf, m

Material Data

: fc' = 2500, fy = 42000, fys = 42000 tonf/m^2

Beam Span

: 3.5 m

Section Property : CAB (No : 1)

2. Section Diagram

0.08

1 0.08

1 0.08

1

0.08

[END-J]

0.08

[MID]

0.08

[END-I]

1.4 TOP1 : 10- #8, TOP2 : BOT1 : 10- #8, BOT2 : STIRR UPS : 4.0-#4 @200

1.4

1.4

TOP1 : 10- #8, TOP2 : BOT1 : 10- #8, BOT2 : STIRR UPS : 4.0-#4 @200

TOP1 : 10- #8, TOP2 : BOT1 : 10- #8, BOT2 : STIRR UPS : 4.0-#4 @200

3. Bending Moment Capacity END-I

Negative Moment (Mu)

MID

157.13

56.87

END-J

117.40

(-) Load Combination No.

15

5

14

Factored Strength (PhiMn)

170.30

170.30

170.30

Check Ratio (Mu/PhiMn)

0.9227

0.3340

0.6894

Positive Moment (Mu)

89.00

90.15

45.62

(+) Load Combination No.

4

14

15

Factored Strength (PhiMn)

170.30

170.30

170.30

Check Ratio (Mu/PhiMn)

0.5226

0.5294

0.2679

Using Rebar Top (As_top)

0.0051

0.0051

0.0051

Using Rebar Bot (As_bot)

0.0051

0.0051

0.0051

MID

END-J

4. Shear Capacity END-I

Load Combination No.

15

15

11

Factored Shear Force (Vu)

121.65

117.83

148.32

Shear Strength by Conc.(PhiVc)

91.80

91.80

91.80

Shear Strength by Rebar.(PhiVs)

84.76

84.76

84.76

Using Shear Reinf. (AsV)

0.0026

0.0026

0.0026

Using Stirrups Spacing

4.0-#4 @200

4.0-#4 @200

4.0-#4 @200

Check Ratio

0.6890

0.6674

0.8401

49

TALLER DE PUENTES PROYECTO: PUENTE CON TABLERO METÁLICO

RC Beam Checking Result

MIDAS/Civil Company

Project Title

Author

File Name

C:\...\PROYECTO 2\MIDAS\P4_M.mcb

1. Design Information Design Code

: AASHTO-LFD96

Unit System

: tonf, m

Material Data

: fc' = 2500, fy = 42000, fys = 42000 tonf/m^2

Beam Span

: 3.5 m

Section Property : CAB (No : 1)

2. Section Diagram

0.08

1 0.08

1 0.08

1

0.08

[END-J]

0.08

[MID]

0.08

[END-I]

1.4 TOP1 : 10- #8, TOP2 : BOT1 : 10- #8, BOT2 : STIRR UPS : 4.0-#4 @200

1.4

1.4

TOP1 : 10- #8, TOP2 : BOT1 : 10- #8, BOT2 : STIRR UPS : 4.0-#4 @200

TOP1 : 10- #8, TOP2 : BOT1 : 10- #8, BOT2 : STIRR UPS : 4.0-#4 @200

3. Bending Moment Capacity END-I

Negative Moment (Mu)

MID

117.31

56.42

END-J

156.50

(-) Load Combination No.

15

4

14

Factored Strength (PhiMn)

170.30

170.30

170.30

Check Ratio (Mu/PhiMn)

0.6888

0.3313

0.9190

Positive Moment (Mu)

45.71

89.75

88.37

(+) Load Combination No.

14

15

5

Factored Strength (PhiMn)

170.30

170.30

170.30

Check Ratio (Mu/PhiMn)

0.2684

0.5270

0.5189

Using Rebar Top (As_top)

0.0051

0.0051

0.0051

Using Rebar Bot (As_bot)

0.0051

0.0051

0.0051

MID

END-J

4. Shear Capacity END-I

Load Combination No.

11

11

11

Factored Shear Force (Vu)

142.21

121.56

125.38

Shear Strength by Conc.(PhiVc)

91.80

91.80

91.80

Shear Strength by Rebar.(PhiVs)

84.76

84.76

84.76

Using Shear Reinf. (AsV)

0.0026

0.0026

0.0026

Using Stirrups Spacing

4.0-#4 @200

4.0-#4 @200

4.0-#4 @200

Check Ratio

0.8055

0.6885

0.7102

50

TALLER DE PUENTES PROYECTO: PUENTE CON TABLERO METÁLICO

Se propone el siguiente armado de cabezales:

51

TALLER DE PUENTES PROYECTO: PUENTE CON TABLERO METÁLICO

6.3 Diseño de columnas

Los elementos mecánicos que se presentan en las columnas más solicitadas son:

-215.4 -35.9 -255.2 -65.7

-290.5 -121.9 -330.3 -151.7

-221.9 -65.5

-182.2 -35.7

-31.1 11.5

-33.2 11.5

PILA 4: Momentos flexionantes para ENV(CM+SISMOS)

-259.4

259.4

-259.4

259.4

259.4

259.4

-123.1

-12.6 8.4 132.4

-141.2

-3.9 3.9 141.2

-133.1

123.8

-8.4 12.7

-26.8 11.5

PILA 4: Cargas axiales para ENV(CM+SISMOS)

52

TALLER DE PUENTES PROYECTO: PUENTE CON TABLERO METÁLICO

Se presenta el resumen de diseño de la columna más solicitada de Pila 4.

RC Column Design Result

MIDAS/Civil Company

Project Title

Author

File Name

C:\...\PROYECTO 2\MIDAS\P4_M.mcb

1. Design Condition AASHTO-LFD96

Unit System

tonf, m

Member Number

1

Material Data

fc' = 2500, fy = 42000, fys = 42000 tonf/m^2

Column Height

11.26 m

Section Property

COL (No : 2)

Rebar Pattern

Total Rebar Area Ast = 0.0144906 m^2 (Rhost = 0.0128)

1.2

Design Code

0.08

2. Applied Loads Load Combination Pu

3

AT (I) Point

= 103.748 tonf,

Mcy

= 34.3673,

Mcz

= 259.375,

Mc

= 261.642 tonf-m

3. Axial Forces and Moments Capacity Check Concentric Max. Axial Load

PhiPn-max

= 1669.43 tonf

Axial Load Ratio

Pu/PhiPn

= 103.748 / 107.185

= 0.968 < 1.000 ....... O.K

Moment Ratio

Mcy/PhiMny

= 34.3673 / 35.3928

= 0.971 < 1.000 ....... O.K

Mcz/PhiMnz

= 259.375 / 267.636

= 0.969 < 1.000 ....... O.K

Mc/PhiMn

= 261.642 / 269.966

= 0.969 < 1.000 ....... O.K

4. P-M Interaction Diagram P(tonf) 3062 Theta=82.47Deg. N.A=82.45Deg.

2688 2313 1939

1669 1565

PhiPn(tonf)

PhiMn(tonf-m)

2086.79

0.00

1649.16

184.57

1363.17

260.01

1118.38

301.23

1191

919.70

322.42

816

762.76

331.98

643.86

329.45

537.16

320.99

421.55

305.63

280.36

278.88

111.17

270.51

-202.18

169.88

-547.74

0.00

442 68

0

107,270) ( (104,262)

- 306

M(tonf-m)

518

467

415

363

311

259

207

156

104

0

52

- 680

5. Shear Force Capacity Check Applied Shear Strength Shear Strength by Conc Shear Strength by Rebar Shear Ratio

Vu PhiVc PhiVs Vu/PhiVn

= 23.6777 tonf (Load Combination

2)

= 85.9230 tonf = 29.0170 tonf (2.0-#4 @300) = 23.6777 / 114.940

= 0.206 < 1.000 ....... O.K

Se requieren 145cm2 de refuerzo longitudinal que pueden cubrirse con el refuerzo original de la columna, 30 vars #8C

53

TALLER DE PUENTES PROYECTO: PUENTE CON TABLERO METÁLICO

Se propone la sección con refuerzo y se realiza la revisión de diseño:

54

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RC Column Checking Result

MIDAS/Civil Company

Project Title

Author

File Name

C:\...\PROYECTO 2\MIDAS\P4_M.mcb

Design Code

AASHTO-LFD96

Unit System

tonf, m

Member Number

1 (PM), 1 (Shear)

Material Data

fc' = 2500, fy = 42000, fys = 42000 tonf/m^2

Column Height

11.26 m

Section Property

COL (No : 2)

Rebar Pattern

Pos 1 30- #8

Layer 1

Pos 2

1.2

1. Design Condition

Pos 3

--

-0.08

Total Rebar Area Ast = 0.0152903 m^2 (Rhost = 0.0135)

2. Applied Loads Load Combination Pu

3

AT (I) Point

= 103.748 tonf,

Mcy

= 34.3673,

Mcz

= 259.375,

Mc

= 261.642 tonf-m

3. Axial Forces and Moments Capacity Check Concentric Max. Axial Load

PhiPn-max

Axial Load Ratio

Pu/PhiPn

= 1687.29 tonf = 103.748 / 110.633

= 0.938 < 1.000 ....... O.K

Moment Ratio

Mcy/PhiMny

= 34.3673 / 36.5824

= 0.939 < 1.000 ....... O.K

Mcz/PhiMnz

= 259.375 / 278.859

= 0.930 < 1.000 ....... O.K

Mc/PhiMn

= 261.642 / 281.248

= 0.930 < 1.000 ....... O.K

4. P-M Interaction Diagram P(tonf) 3062 Theta=82.53Deg. N.A=82.45Deg.

2688 2313 1939

1687

PhiPn(tonf)

PhiMn(tonf-m)

2109.11

0.00

1662.94

187.97

1373.69

264.25

1565

1125.79

1191

923.78

328.38

816

763.91

338.64

643.69

336.38

535.10

327.95

417.63

312.40

275.64

287.49

100.55

279.91

-221.26

175.10

-577.97

0.00

442 68

0

( 111,281) ( 104,262)

- 306

M(tonf-m)

518

467

415

363

311

259

207

156

104

0

52

- 680

306.40

5. Shear Force Capacity Check Applied Shear Strength Shear Strength by Conc Shear Strength by Rebar Shear Ratio

Vu PhiVc PhiVs Vu/PhiVn

= 23.6777 tonf (Load Combination

3)

= 85.9230 tonf = 44.2218 tonf (2.0-#4 @200) = 23.6777 / 130.145

= 0.182 < 1.000 ....... O.K

55

TALLER DE PUENTES PROYECTO: PUENTE CON TABLERO METÁLICO

El refuerzo existente en columnas, y que tiene el mismo arreglo para todas las pilas es el siguiente cumpliría con la cuantía de refuerzo de pilas con tablero metálico.

56

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7.

REVISIÓN DE CIMENTACIÓN

7.1 Reacciones

Se presentan las reacciones obtenidas de los modelos realizados, tomando en cuenta que para las combinaciones de carga para revisión de cimentación no se consideran el impacto en la carga viva.

Se presentan las reacciones obtenidas en los modelos independientes realizados en MIDAS CIVIl tanto para combinaciones del Grupo I 1.3 (CM + CV) como del Grupo VII. Se muestra sólo Pila 4.

REACCIONES MIDAS PILA 4

‐23.035 143.798

259.375

‐33.044

0.000

1

gLCB13

‐5.121

23.035

143.798

‐259.375

‐33.044

0.000

1

gLCB14

‐20.413

‐6.911

105.523

77.813

‐122.500

0.000

1

gLCB15

23.280

‐6.911

214.879

77.813

133.090

0.000

1

gcLCB41

2.659

‐0.359

210.350

25.613

9.586

‐0.486

2

gLCB12

‐7.660

‐23.035 202.613

259.375

‐42.371

0.000

2

gLCB13

‐7.660

23.035

202.613

‐259.375

‐42.371

0.000

2

gLCB14

‐25.532

‐6.911

202.758

77.813

‐141.236

0.000

2

gLCB15

25.532

‐6.911

202.344

77.813

141.236

0.000

2

gcLCB41

0.104

0.323

306.294

23.460

0.147

‐0.470

3

gLCB12

‐7.951

‐23.035 176.543

259.375

‐43.417

0.000

3

gLCB13

‐7.951

23.035

176.543

‐259.375

‐43.417

0.000

3

gLCB14

‐23.160

‐6.911

214.672

77.813

‐132.369

0.000

3

gLCB15

20.293

‐6.911

105.730

77.813

121.779

0.000

3

gcLCB41

‐2.764

0.036

237.348

24.859

‐10.449

‐0.428

GI

‐5.121

Grupo VII

gLCB12

G I

1

Grupo VII

FX (tonf) FY (tonf) FZ (tonf) MX (tonf*m) MY (tonf*m) MZ (tonf*m)

Grupo VII

Load

G I

Node

Se observa que tenemos reacciones de casi 310 ton. Esto deberá compararse con la capacidad de carga del terreno.

7.2 Información disponible La cimentación del proyecto original es a base de pilas de cimentación ancladas en el terreno hasta 14.67m (Pila 2) con la misma sección de columnas con diámetro de 120cm y con una ampliación en la base de desplante a 150cm. Se considerará como pila de cimentación todo el tramo enterrado por debajo del terreno natural.

Eje P2

NTN [m] 989.5

N.D.P [m] 977.98

Hpilote [m] 11.52

P3

987.6

972.93

14.67

P4

987 972.96 Profundidad de PIlotes

14.04

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TALLER DE PUENTES PROYECTO: PUENTE CON TABLERO METÁLICO

No se cuenta con el Estudio Geotécnico y en los planos de Proyecto sólo se indica una capacidad de carga por pila de 230 ton, la cual se infiere corresponde a la capacidad de carga en la punta.

Al ser un pilote de cimentación se infiere que debe haber una capacidad de carga por fricción en el fuste de la pila de cimentación, sin embargo se desconoce el valor.

Este valor sería necesario conocerlo para saber cuánta carga desarrolla el pilote por fricción y cuánta carga llega a la punta y con esos valores compararlos con las reacciones del modelo.

Para esta propuesta con tablero métalico se presentan reacciones máximas de 310 ton que es mayor a la capacidad de carga por punta, quizá se podría disminuir la longitud de perforación si supiéramos el valor de capacidad de carga por fricción.

Se requiere conocer el Estudio Geotécnico para valorar si el suelo tiene la capacidad suficiente para estas descargas.

58

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8.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se realizó la revisión estructural del Puente Troncal proponiendo un Tablero a base de vigas metálicas en lugar de un tablero con trabes pretensadas y se obtuvieron los siguientes resultados:

8.1 Superestructura

En la revisión de Losa del Puente se mantiene el peralte de 18cm pero se logró disminuir el acero principal obteniendo separaciones @17.5cm en lugar de las separaciones @15cm del proyecto original.

Reduciendo esta cuantía se logra disminuir también el acero de distribución que ahora sí podría detallarse como lo marca el proyecto original con separación @24cm.

Se propuso una viga metálica simplemente apoyada con dimensiones de 1350x450 con patines de 2.54cm y almas de 1.59cm de espesor a fabricar en acero ASTMA A‐709 grado 50. La sección propuesta su diseño se rigió más por la deformación que por resistencia. En un análisis más detallado se podría optimizar la sección en otros tramos pues sólo se revisó la zona de máximo momento al centro del claro.

Se requieren conectores de cortante para que la viga trabaje en sección compuesta con la losa de concreto.

Se requiere habilitar las vigas metálicas con una contraflecha para compensar las deformaciones que se van a presentar permanentemente.

8.2 Subestructura Basado en los resultados del análisis previo de la subestructura del puente con tablero de trabes pretensadas donde se observó que no se cumplía con las cuantías de refuerzo necesarias, para el tablero metálicos se decidió mantener las dimensiones de subestructura del proyecto original ya que al reducir el peso de propio de las vigas se esperaba reducir la demanda sísmica. El peso del tablero se redujo en un 35% y también se disminuye el peso de diafragmas aunque se requieran más ejes de arriostramiento.

Prácticamente el cortante sísmico se redujo casi en la misma proporción (32%).

Tanto cabezal como columnas se podrían mantener con el refuerzo del proyecto original.

8.3 Cimentación Se obtuvieron reacciones mayores a la capacidad de carga por pila consignada en el Proyecto Original, aunque se desconoce si esta capacidad es sólo por punta. Las descargas máximas son del orden de 310 ton por pila y la capacidad de carga está indicada en 230 ton. En comparación con el proyecto original con trabes pretensadas se disminuyó la descarga en un 22.5%, quizá se podría reducir la profundidad de desplante de estos pilotes pero se requeriría conocer a detalle la capacidad de carga del suelo.

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