DIAGNÓSTICO Y PREDISEÑO DEL PUENTE PEATONAL PARA LA VEREDA VADO CASTRO DEL MUNICIPIO DE TÓPAGA
LUIS ALBERTO GRANADOS GUTIERREZ ROLANDO TORRES FERNÁNDEZ
UNIVERSIDAD AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTA 2015
DIAGNÓSTICO Y PREDISEÑO DEL PUENTE PEATONAL PARA LA VEREDA VADO CASTRO DEL MUNICIPIO DE TÓPAGA
LUIS ALBERTO GRANADOS GUTIERREZ ROLANDO TORRES FERNÁNDEZ
Tesis de grado para optar el título de Ingeniero civil.
Tutor: ING. SERGIO OLARTE
UNIVERSIDAD AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ 2015
NOTA DE ACEPTACIร N
_____________________________________
_____________________________________
_____________________________________
_____________________________________ Jurado
Bogotรก, Marzo de 2015
A toda mi familia que con su paciencia supieron acompañarme en el transcurso de este proyecto a Víctor Galán y Martha L. Díaz quienes en todas las circunstancias me apoyado siempre. Rolando
A Dios primeramente por darme la licencia, sabidurĂa y fortaleza de cumplir con la meta propuesta hace 5 aĂąos; a mi madre, esposa e hijos por confirmar en mis capacidades brindĂĄndome respaldo y apoyo incondicional. Luis Alberto.
AGRADECIMIENTOS
Primero que todo, queremos agradecer a Dios, por permitirnos sacar adelante nuestros estudios; también a nuestras familias, docentes, compañeros y asesores, quienes nos apoyaron para la realización de este proyecto. Agradecemos también al Alcalde del Municipio de Tópaga – Boyacá, José Osvaldo Castro Tejedor quien nos ha brindado su colaboración y nos dio la oportunidad de presentarle el prediseño de un puente para beneficio de sector poblado Vado Castro.
6
TABLA DE CONTENIDO
Pag
1
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................... 15
2
OBJETIVOS .......................................................................................................... 16 2.1
GENERAL……. ........................................................................................ 16
2.2
ESPECÍFICOS ......................................................................................... 16
3
JUSTIFICACIÓN ................................................................................................... 17
4
UBICACIÓN Y LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA ................................................... 18
5
4.1
RESEÑA HISTÓRICA .............................................................................. 18
4.2
GEOGRAFÍA ............................................................................................ 19
4.2.1
Descripción física de Tópaga. .................................................................. 19
4.2.2
Localización. ............................................................................................ 19
4.2.3
Límites del municipio. ............................................................................... 20
4.2.4
Extensión Territorial. ................................................................................ 20
4.2.5
Población. ................................................................................................ 20
4.2.6
Economía. ................................................................................................ 21
4.3
LOCALIZACIÓN ESPECÍFICA DEL PROYECTO .................................... 22
4.3.1
San Juan Nepomuceno. ........................................................................... 22
4.3.2
Sector Poblado Vado Castro. ................................................................... 23
ANALISIS Y DIAGNOSTICO DE LA POBLACION PEATONAL ........................... 25 5.1
MOVILIDAD PEATONAL ......................................................................... 25
5.2
ACCIDENTALIDAD. ................................................................................. 26
5.2
DISPOSITIVOS DE CONTROL................................................................ 27
5.3
ANALISIS DEL FLUJO PEATONAL ......................................................... 29
5.3.1
Medición del flujo peatonal. ...................................................................... 29
5.3.2
Población Estudiantil. ............................................................................... 30
5.3.3
Usuarios Continuos. ................................................................................. 30
5.3.4
Usuarios Ocasionales. ............................................................................. 30 7
5.4
ANÁLISIS DEL NIVEL DE SERVICIO ...................................................... 31
5.4.1
Nivel se servicio A. ................................................................................... 32
5.4.2
Nivel se servicio B. ................................................................................... 32
5.4.3
Nivel se servicio C. ................................................................................... 33
5.4.4
Nivel se servicio D. ................................................................................... 33
5.4.5
Nivel se servicio E. ................................................................................... 33
5.4.6
Nivel se servicio E. ................................................................................... 34
5.5
NIVEL DE SERVICIO DETERMINADO ................................................... 34
5.6
REQUERIMIENTOS DE ESPACIO .......................................................... 35
6 LINEAMIENTOS PARA EL DISEÑO Y GEOMETRIA PARA UN PUENTE PEATONAL BASADO EL LA NTC 4774. ..................................................................... 36 6.1
LINEAMIENTOS PARA EL PREDISEÑO Y GEOMETRIA PARA EL PUENTE PEATONAL PARA LA VEREDA VADO CASTRO. ............................................... 37
7
6.1.1
Pendiente. ................................................................................................ 37
6.1.2
Descansos. .............................................................................................. 37
6.1.3
Altura de la baranda. ................................................................................ 37
6.1.4
Altura del pasamano. ............................................................................... 37
6.1.5
Ancho. ...................................................................................................... 38
6.1.6
Superficie del piso. ................................................................................... 38
6.1.7
Galibo. ...................................................................................................... 38
MARCO TEÓRICO................................................................................................ 39 7.1
PUENTES ................................................................................................ 39
7.2
PUENTES PEATONALES ....................................................................... 39
7.3
CLASIFICACIÓN DE PUENTES ............................................................. 40
7.3.1
Según el uso ............................................................................................ 40
7.3.2
Según su tipo. .......................................................................................... 40
7.3.3
Según el Material. .................................................................................... 40
7.4
PARTES DE UN PUENTE ....................................................................... 41
8
8
9
7.4.1
Superestructura........................................................................................ 42
7.4.2
Subestructura. .......................................................................................... 43
7.5
PARAMETROS DE DISEÑO SEGÚN EL CCDSP 95. ............................. 43
7.5.1
Localización de Puentes. ........................................................................ 44
7.5.2
Gálibos. .................................................................................................... 44
7.5.3
Cargas. .................................................................................................... 44
7.5.4
Caracterización del comportamiento sísmico. .......................................... 46
7.5.5
Movimientos sísmicos de diseño.............................................................. 47
7.5.6
Zonificación sísmica del país. .................................................................. 47
7.5.7
Categoría del comportamiento sísmico. ................................................... 48
7.5.8
Procedimientos de análisis....................................................................... 50
7.5.9
Normatividad para barandas según CCDSP-95....................................... 51
TOPOGRAFÍA ....................................................................................................... 53 8.1
PERFIL DE LA VÍA................................................................................... 55
8.2
TRABAJO DE CAMPO ACTUAL.............................................................. 55
PARAMENTOS DEL PREDISEÑO ....................................................................... 56 9.1
SUPERESTRUCTURA ............................................................................ 56
9.1.1
Fuerzas aplicadas directamente a la superestructura. ............................. 57
9.2
SUB-ESTRUCTURA ................................................................................ 57
9.2.1
Rampa de acceso. ................................................................................... 57
9.2.2
Columnas de apoyo en concreto reforzado. ............................................ 58
9.2.3
Cimentación. ............................................................................................ 58
9.2.4
Cargas de viento. ..................................................................................... 58
9.2.5
Fuerzas aplicadas directamente a la sub-estructura. ............................... 58
10 CALCULOS DEL PREDISEÑO PUENTE PEATONAL ......................................... 60 10.1
DATOS GENERALES SUPERESTRUCTURA ........................................ 60
10.1.1 Materiales................................................................................................. 60 10.1.2 Características sísmicas. ......................................................................... 60 10.1.3 Zonificación sísmica del país. ................................................................. 60 9
10.1.3.1 Efectos de sitio. ................................................................................... 61 10.1.3.2 Características generales. .................................................................... 61 10.2
DATOS GENERALES SUBESTRUCTURA ............................................. 61
10.2.1 Dimensiones de los requisitos de longitud de apoyo mínima (N) ............. 61 10.2.2 Fuerzas .................................................................................................... 62 10.2.3 Análisis estructural. .................................................................................. 62 10.2.3.1 Refuerzo vertical. .................................................................................. 62 10.2.3.2 Resistencia a la flexión. ........................................................................ 62 10.2.3.3 Refuerzo transversal para cortante ....................................................... 62 10.3
DISEÑO DE LA SUPERESTRUCTURA - TABLERO.............................. 63
10.3.1 Dimensiones y generalidades ................................................................. 63 10.3.2 Evaluación de cargas por metro de losa .................................................. 64 10.3.2.1 Carga Muerta. ....................................................................................... 64 10.3.2.2 Carga viva............................................................................................. 64 10.3.2.3 Carga por viento ................................................................................... 64 10.3.2.4 Otras Cargas. ....................................................................................... 65 10.3.3 Carga Muerta ó Permanente ................................................................... 65 10.3.4 Carga Viva más Impacto = L+I ................................................................ 65 10.3.5 Carga última. ............................................................................................ 65 10.3.6 Carga última para el voladizo del tablero. ................................................ 66 10.3.7 Momentos. ............................................................................................... 66 10.3.7.1 Momento flector en el tablero luz interior. ............................................ 66 10.3.7.2 Momento flector para carga viva. .......................................................... 66 10.3.7.3 Momento flector de diseño luz interior. ................................................. 66 10.3.7.4 Momento flector en el voladizo. ............................................................ 66 10.3.7.5 Momento flector último.......................................................................... 67 10.3.8 Diseño de refuerzo luz interior. ................................................................ 67 10.3.9 Armadura de Repartición ......................................................................... 68 10.3.10
Armadura de retracción y fraguado....................................................... 68 10
10.3.11 10.4
Calculo de las longitudes de desarrollo. ............................................... 69 PREDISEÑO DE LA VIGA ...................................................................... 70
10.4.1 Predimensionamiento de la viga exterior ................................................. 70 10.4.2 Ancho efectivo de la viga ........................................................................ 70 10.4.3 Evaluación de carga muerta para la viga exterior .................................. 70 10.4.3.1 Cargas uniformes.................................................................................. 70 10.4.3.2 Carga puntual riostra ............................................................................ 71 10.4.4 Carga viva................................................................................................ 71 10.4.5 Momento último. ...................................................................................... 72 10.4.6 Diseño a cortante .................................................................................... 72 10.4.6.1 Determinación de la armadura mínima de la viga exterior. ................... 72 10.4.6.2 Propiedades geométricas de la sección bruta de concreto. .................. 73 10.4.6.3 Armadura mínima para momentos positivos. ........................................ 73 10.4.6.4 Verificación de la profundidad del eje neutro. ....................................... 73 10.4.7 Diseño a flexión de la viga exterior ......................................................... 74 10.4.7.1 Verificación del límite de esfuerzos de fatiga ........................................ 74 10.4.7.2 Rango de esfuerzos en kg/cm2 ............................................................ 74 10.5
PREDISEÑO DE LA VIGA RIOSTRA ..................................................... 75
10.5.1 Evaluación de cargas .............................................................................. 75 10.5.2 Carga muerta= D ..................................................................................... 76 10.5.3 Carga viva ................................................................................................ 76 10.5.4 Diseño por flexión .................................................................................... 77 10.5.5 Diseño a cortante .................................................................................... 77 10.6
DISEÑO DE BARANDA METALICA PEATONAL ................................... 78
10.6.1 Diseño de parales .................................................................................... 79 10.6.2 Fuerzas de diseño ................................................................................... 79 10.6.3 Sección .................................................................................................... 79 10.6.4 Propiedades............................................................................................. 79 10.6.5 Diseño a flexión ....................................................................................... 80 11
10.6.6 Diseño a compresión ............................................................................... 80 10.6.7 Revisión flexo-compresión ...................................................................... 80 10.6.8 Diseño en cortante .................................................................................. 80 10.6.9 Diseño de tubos horizontales .................................................................. 80 10.6.10
Diseño en flexión .................................................................................. 81
10.6.11
Diseño en cortante ............................................................................... 81
10.6.12
Peso de la baranda .............................................................................. 82
10.6.13
Diseño de anclajes de la baranda ........................................................ 82
10.6.14
Fuerzas actuantes por anclaje ............................................................. 82
10.6.15
Diseño de láminas de unión ................................................................. 83
10.7
CALCULO COEFICIENTE ESPECTRAL ................................................. 85
10.7.1 Datos ........................................................................................................ 85 10.7.2 Espectro de diseño .................................................................................. 86 10.7.3 Efectos de sitio puentes ........................................................................... 86 10.7.4 Coeficiente espectral para diseño ............................................................ 86 10.7.5 Procedimiento de análisis ....................................................................... 88 10.7.6 Información de ingreso para el uso de software en el diseño de la superestructura ..................................................................................................... 89 10.8
DISEÑO DE LA RAMPA DE ACCESO ................................................... 90
10.8.1 Programa de diseño ................................................................................ 90 10.8.2 perfilería estructural ................................................................................. 90 10.8.3 Dimensiones y generalidades ................................................................. 91 10.8.4 Evaluación de cargas por metro de tablero ............................................ 91 10.8.5 Fuerzas sísmicas ..................................................................................... 92 10.8.6 Requisitos sísmicos para concreto reforzado ......................................... 92 10.8.7 Estructura de apoyo ................................................................................ 93 10.8.8 Cimentación ............................................................................................. 93 1 1 CONCLUSIONES.................................................................................................. 94 12 BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 95 13 ANEXOS ............................................................................................................... 96 12
LISTA DE TABLAS Pág. Tabla 1. Población Sectores Urbano y Rural……………………………..…...
21
Tabla 2. Consolidado de peatones………………………………………..…….
31
Tabla 3. Niveles de Servicio Peatonal…........................................................ 32 Tabla 4. Lineamientos para el diseño y geometría puentes peatonales….... 36 Tabla 5. Caracterización del comportamiento sísmico………………………… 46 Tabla 6 Categoría de comportamiento sísmico (CCS)……………………….... 49 Tabla 7. Departamento de Boyacá…………………………………………….....
49
Tabla 7. Coeficientes espectrales…………………………………………..……
86
Tabla 8. Calculo del peso del puente ……………………………………….……
88
Tabla 9. Grupo combinación de cargas para diseño de la estructura…….. . 90
13
LISTA DE FIGURAS Pág. Figura 1. Ubicación Tópaga en el mapa de Colombia………………………....
19
Figura 2. Ubicación Veredas aledañas al Municipio Tópaga y municipios….... 22 Figura 3. Ubicación Sector Poblado Vado Castro al Puente Peatonal……….... 23 Figura 4. Ubicación Puente Peatonal según vía principal intermunicipal…..….
26
Figura 5. Tránsito de peatones en vía pública……………………………………... 26 Figura 6. Ubicación de bahías y paraderos sector Vado Castro………………… 28 Figura 7. Simulación en 3D del diseño de la bahía y el paradero……………..… 28 Figura 8. Elipse para el requerimiento de espacio…………………………………. 36 Figura 9. Puente peatonal en madera……………………………………………….. 43 Figura 10. Puente peatonal en estructura de concreto reforzado acceso……... 43 Figura 11. Mapa Zonificación Sísmica del País CCDSP -95……………………... 48 Figura 12. Detalle de la Baranda……………………………………………..………. 52 Figura 13. Registro Fotográfico del Levantamiento Topográfico………….…….
53
Figura 14. Levantamiento Topografía……………………………………………….
54
Figura 15. Perfil de Terreno………………………………………………………….
54
Figura 16. Perfil de la Vía……………………………………………………………..
55
Figura 17. Registro fotográfico del sitio actualmente………………………….…..
55
Figura 18. Esquema de la superestructura…………………………………..……..
56
Figura 19. Sección transversal de la superestructura…………………………...… 64 Figura 20. Longitud de desarrollo del gancho…………………………………..….
61
Figura 21. Diagrama de momento flector carga muerta sobre la viga tipo……..
71
Figura 22. Sección Transversal viga riostra …………………………………….....
75
Figura 23. Diagrama posición de carga para efectos máximos…………………. 76 Figura 24. Detalle del refuerzo principal y flejes de la viga………………………
14
78
1
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El sector poblado Vado Castro no cuenta con una infraestructura para ofrecer un paso peatonal seguro sobre la vía intermunicipal que conduce de Sogamoso al noreste del departamento de Boyacá con poblaciones como Corrales, Tasco, Paz de Río, Soacha entre otros. Esta vía pasa por el centro del sector dividiéndolo en dos. Por m , motra parte Vado Castro es un sector bastante poblado y puerta de entrada al municipio de Tópaga. (Ver Figura 4).
La alcaldía municipal ha encaminado los últimos proyectos de infraestructura hacia el lado sur occidente del sector pues dentro el plan de ordenamiento territorial se están realizando obras, tales como la construcción de bahías peatonales en este sitio; cabe señalar que el mayor tráfico peatonal que se registra actualmente
es el de
los
estudiantes del colegio Vado castro que cuenta con capacidad de 500 estudiantes, además de este se está
construyendo
una urbanización proyectada para 30
viviendas. Se estima que la población crezca hacia este sector ya que se cuenta con los terrenos baldíos para la construcción de vivienda, centros recreativos; entre otros; lo cual implica la generación de un tráfico atraído futuro y el incremento del tráfico existente.
En este sector crece paulatinamente la población y por ende se incrementará
la
circulación vehicular, lo puede que generar caos y posiblemente la accidentalidad podría aumentar en horas determinadas de entrada y salida de los estudiantes. Para mitigar el impacto y poder ofrecer un paso seguro se propone la construcción de un puente peatonal contribuyendo al bienestar de cualquier peatón y teniendo en cuenta la topografía del terreno.
15
2
2.1
OBJETIVOS
GENERAL
Realizar el diagnóstico y prediseño del puente peatonal para la vereda Vado Castro Municipio de Tópaga
2.2
ESPECÍFICOS
Llevar a cabo una evaluación
del comportamiento del flujo peatonal
para
determinar la ubicación y dimensiones del puente peatonal. Efectuar el levantamiento topográfico necesario para definir la geometría del puente. Realizar el prediseño del puente peatonal de acuerdo con la normatividad vigente de diseño de puentes, en este caso, el código colombiano de diseño de puentes, el CCDSP-95.
16
3
JUSTIFICACIÓN
La Implementación de un puente peatonal en el sector poblado de Vado Castro ofrece un cruce seguro de los peatones al atravesar la vía, facilitando la movilización y reduciendo tiempos de desplazamiento. Con esta obra de infraestructura vial los peatones teóricamente no pondrían en riesgo su seguridad y tampoco interferirían con el rápido desplazamiento del transporte público y privado.
Esté proyecto
beneficiara la movilidad peatonal y vehicular del sector poblado de
Vado Castro, por cuanto se mejora las condiciones de seguridad personal y colectiva con referencia a los entornos del espacio público, siendo consideraciones de alta sensibilidad entre los ciudadanos, dentro de la proyección urbanística para el sector por parte de la administración se contempla la construcción de un puente peatonal.
Con el diagnóstico y prediseño de este puente no solo se beneficiara todos los estudiantes, docentes y administrativos del colegio Vado Castro, si no también toda la población del sector incluidos los peatones con movilidad restringida los cuales en momento tienen que desplazarse aproximadamente 100 metros más adelante del sitio donde se proyecta la construcción del puente para tomar la ruta al colegio y la población futura de la autoconstrucción San Agustín.(Ver figura 5)
Con la presentación de este diagnóstico queda evidenciado el requerimiento, el cual está encaminado a satisfacer la necesidad del sector poblado de Vado Castro, obra que resulta imprescindible para el bienestar y seguridad de cualquier peatón.
17
4
4.1
UBICACIÓN Y LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA
RESEÑA HISTÓRICA
Tópaga, Boyacá fue fundado por el Corregidor Álvaro Leiva en el año de 1.593 siendo Encomendero don Pedro Bravo. Encontrándose los Padres Jesuitas de paso para las Misiones de Casanare. Ellos construyeron el Templo en 1.632 por orden del Ilustrísimo Jesús del Carbón. Este templo fue declarado Monumento Nacional por la Ley 42 de 1.965, fue restaurado en 1.982 guardando sus características y sus reliquias.
Entre otras se encuentran el Altar de los Espejos y el Arco Toral tallado en Alto Relieve y madera policromada con las imágenes de San Francisco Javier, San Ignacio de Loyola, el Arcángel San Gabriel, dos Dragones, dos Ángeles del Silencio y la imagen del diablo el cual adoraban nuestros primeros habitantes descendientes del Cacique Tópaga y este a su vez del Cacique Iraca quien recibió enseñanza de carácter, religioso y político de Bochica para transmitirle a su pueblo.
El Cacique Tópaga opuso resistencia en 1,537 cuando los españoles trataron de repartir sus tierras. En 1.564 don Gonzalo Jiménez de Quezada ordena apoderarse del Cacique Tópaga y sus tierras. En 1.819 el Peñón de Tópaga fue escenario de combates entre los españoles y las tropas de Simón Bolívar, allí murieron los patriotas Ramón Barrantes, Manuel Alderete, Lobo Guerrero, N, Gómez y Francisco Villegas. Se erige Municipio en 1.832 y desaparecen los Resguardos Indígenas.1
1
Tomado de la página oficial del municipio de Tópaga 18
4.2
GEOGRAFÍA
4.2.1 Descripción física de Tópaga.
El Municipio de Tópaga cuenta con una extensión de 37 kilómetros cuadrados, se encuentra localizado a 98 Kms, al noreste de la capital Departamental (Tunja), a 5º 46´ de latitud norte y 72º de longitud al oeste del Meridiano de Greenwich, en territorios montañosos cuyo relieve corresponde a la cordillera oriental, en su geografía se encuentran los pisos térmicos frío y páramos regados por las aguas de los ríos Chicamocha, Gámeza, y Monguí.
4.2.2 Localización.
Vado castro estar ubicado en el municipio de Tópaga por un costado
del rio
Chicamocha a lo largo de la vía principal que comunica a Sogamoso con el municipio de Tópaga, por ende la vía es altamente peligrosa para los transeúntes del sector de Vado castro, mas que es un sitio que comunica a las zonas aledañas del sector con el centro del caserío.
Figura 1. Ubicación Tópaga en el mapa de Colombia
19
4.2.3 Límites del municipio.
Por el occidente con Nobsa y Corrales; al oriente con los Municipios de Mongua y Gámeza, al norte con Gámeza y por el sur con Monguí y Sogamoso.
4.2.4 Extensión Territorial.
Extensión total: 37 Km2
Extensión área urbana: 6.4 Km2
Extensión área rural: 30.6 Km2
Altitud de la cabecera municipal (metros sobre el nivel del mar): 2.900 metros sobre el nivel del mar
Temperatura media: 12º C
Distancia de referencia: a 98 kilómetros de Tunja
4.2.5 Población.
La población del municipio de Tópaga proyectada para el año 2010 fue de 3.692 habitantes, de los cuales 1.345 (36.4%) son urbanos y 2.347 (63.6%) viven en el sector rural y en el centro poblado Vado Castro. Se aprecia un crecimiento de la población urbana de 108 habitantes, mientras que la población rural presenta disminución de 24 habitantes.
20
Tabla 1. Población Sectores Urbano y Rural. POBLACION PROYECTADA 2010
2005
2010
Variación N°
Variación %
URBANO
1.237
1.345
108
8%
RURAL
2.371
2.347
‐ 24
‐ 1%
TOTAL
3.608
3.692
84
2.2%
SECTORES
Fuente: Tomado de la página del municipio http://www.topaga-boyaca.gov.co
4.2.6 Economía.
La base económica del Municipio se fundamenta en la minería del carbón, agricultura, ganadería y productos manufacturados. La actividad minera que sirve de sustento para un gran porcentaje de la población, se desarrolla de forma artesanal y en proceso de transición hacia una minería intermedia; esta actividad se elabora con pocos elementos de seguridad personal, por esto es una actividad de alto riesgo.
La comercialización del carbón se hace con las empresas termoeléctricas en porcentaje alto y a empresas industriales, nacionales, también para el consumo en ladrilleras, calizas y consumo doméstico.
Actualmente se han creado proyectos alternativos como la elaboración de artesanías en carbón para los jóvenes del municipio, productos comestibles “hongos”, productos lácteos, artesanías y tejidos en lana.
El comercio se compone de algunas tiendas donde se venden comestibles, bebidas y golosinas.
Existen
restaurantes,
cafeterías,
asaderos,
un
hospedaje,
dos
cooperativas; una de producción de carbón mineral COIMTRATOP LTDA y otra de 21
producción y comercialización de artesanías en carbón mineral “CRECER LTDA”, también existe una ladrillera y otra parte de los habitantes del poblado de VADO CASTRO se ocupa en la parte de agricultura en el cultivo de cebolla, en la minería con la explotación de arena, y reciclan el carbón coquizado de Acerías Paz del Río este grupo de la población se encuentra organizado en una cooperativa. 2
4.3
LOCALIZACIÓN ESPECÍFICA DEL PROYECTO
4.3.1 San Juan Nepomuceno.
La vereda San Juan Nepomuceno se encuentra ubicada en la parte sur del municipio y limita por el Norte con el municipio de Nobsa; por el Oriente con la vereda de la Esperanza; por el Sur y Occidente con la ciudad de Sogamoso. En esta vereda se encuentra ubicado el centro poblado de Vado Castro. Lugar que ha ido creciendo por su vecindad e influencia con Acerías Paz del Río S.A. (ver figura 2).
Figura 2. Ubicación Veredas aledañas al Municipio Tópaga y municipios colindantes
2
Tomado de la página oficial del municipio de Tópaga 22
4.3.2 Sector Poblado Vado Castro.
Está ubicado estratégicamente por el paso vehicular con la carretera Central que comunica a los municipios de Monguí, Mongua, Gámeza, Sogamoso, Corrales y la cabecera municipal, allí se comercializan productos de panificación, venta de chatarra, arena. La formación física de Vado Castro es irregular, las construcciones de vivienda siguen la ruta de la carretera nueva y antigua. En su equipamiento se encuentra la escuela y el colegio. Existe inspección de policía y un centro de salud. Sus moradores económicamente dependen de actividades comerciales, agropecuarias y mineras (Ver Figura 4)
Figura 3. Ubicación Sector Poblado Vado Castro respecto al Puente Peatonal
23
Figura 4. Ubicación Puente Peatonal según vía principal intermunicipal.
24
5
5.1
ANALISIS Y DIAGNOSTICO DE LA POBLACION PEATONAL
MOVILIDAD PEATONAL
El prediseño del puente peatonal para el sector poblado de Vado Castro, se propone con el fin de poder brindar al peatón, y a las personas de todas las condiciones físicas, que se desplazan a pie diariamente de un lado al otro, un método seguro y rápido de desplazamiento.
El peatón es un factor muy importante en cualquier zona de circulación urbana, su movilidad se da a partir de la decisión que toma cualquier individuo a emprender un viaje para suplir sus intereses o necesidades particulares, por lo que se hace necesario tener un espacio público suficiente en el que el peatón se sienta libre y seguro de hacer su recorrido. En la siguiente figura se observa un paso seguro a nivel demarcado y señalizado en una vía pública (Ver figura 5).
Figura 5. Tránsito de peatones en vía pública
25
5.2 ACCIDENTALIDAD.
Ante un accidente los
peatones cuentan con las condiciones más desfavorables
puesto que no poseen una armadura como lo es el auto para el conductor y se tiene que desplazar enfrentando todo tipo de obstáculos. Así mismo la ausencia o mal estado en que se encuentra las señales y demarcaciones sobre las vías empeoran la situación de este, lo que genera que tanto el conductor como el peatón no puedan guiarse ni reconocer sus respectivas zonas de prioridad.
Realizando la consulta de accidentalidad el sector poblado de Vado Castro en las bases de datos de la policía, centros de saludos, personería y fiscalía del municipio y no se encontraron datos de accidentalidad del sector. Según la conversación con la secretaria de la personería la Doctora María Teresa Araque y quien es habitante del sector poblado Vado Castro comenta que al año se presentan hasta (3) tres accidentes no mortales sin reporte a las autoridades municipales, se considera que por esta causa no existe este tipo de información en las bases de datos del municipio.
Hacia la vía al colegio y la urbanización existen sitios críticos que ponen en peligro la integridad de los peatones, como paraderos no establecidos y pasos peatonales inseguros sin la señalización respectiva; estos lugares son potencialmente riesgosos y deben contar con una infraestructura exclusiva para uso peatonal. (Ver figura 3 y 4).
El riesgo de accidentalidad puede presentarse debido a las siguientes causas:
Falta de infraestructuras peatonales.
Infraestructura poco atractiva.
Ubicación inadecuada.
Inseguridad
26
5.2
DISPOSITIVOS DE CONTROL
Se asume que los accidentes peatonales han sido causados por el uso indebido de los dispositivos de control o por falta de estos, los cueles se pueden presentan con mayor frecuencia en zonas que no cuentan con las características de diseño e infraestructura que garanticen la seguridad de los peatones.
Los peatones necesitan de espacios públicos exclusivos que garanticen seguridad y libre circulación, que no estén aislados sino incorporados en el espacio de transito cotidiano, es por esto que el peatón debe ser considerado como prioridad en el diseños de infraestructura vial.
Las redes peatonales cumplen la función de articular los espacios públicos con las edificaciones, mediante elementos como: puentes, andenes, escaleras, túneles y los que sean necesarios para permitir la integración de las actividades de toda comunidad.
Todo municipio debe adoptar planes de movilidad en concordancia con el nivel de servicio a prestar identificando los componentes relativos de la movilidad como lo son los sistemas de transporte público, la estructura vial, ciclo rutas y la circulación peatonal y otros modos alternativos de trasporte.
Para dar cumplimiento a lo anterior actualmente la Alcaldía Municipal de Tópaga está adelantando la ampliación y mejoramiento del entorno paisajístico de la vía intermunicipal que pasa por el sector poblado Vado Castro, que consiste en
la
ampliación de la vía, paraderos a ambos lados de la vía con sus respectivas habías y andenes peatonales (Ver figura 6 y 7).
27
La ampliación y la implementación de estos paraderos conllevan a presentar este diagnóstico y prediseño
para el puente peatonal para este sector brindando
comodidad y seguridad al peatón.
ÁREA 2
ÁREA 5
ÁREA 3
ÁREA 4
Figura 6. Ubicación de bahías y paraderos sector Vado Castro Fuente: Tomado del proyecto ampliación y mejoramiento del entorno paisajístico
Figura 7. Simulación en 3D del diseño de la bahía y el paradero Fuente: Tomado del proyecto ampliación y mejoramiento del entorno paisajístico
28
5.3
ANALISIS DEL FLUJO PEATONAL
En el sector poblado como Vado Castro, desplazarse a pie, puede convertirse en la forma más eficiente de desplazarse. Las distancias que deben realizarse para desplazarse a los diversos puntos de interés local son relativamente cortas, con lo que se hace todavía más interesante la apuesta por el fomento de este modo de movilidad. Además es interesante destacar el hecho de que la movilidad peatonal, entre otras cuestiones, es sin duda una herramienta muy importante para favorecer la convivencia y las relaciones sociales que son características de cualquier comunidad.
5.3.1 Medición del flujo peatonal.
Los flujos peatonales no son tan canalizados como los vehiculares en un carril de circulación, ya que las personas tienen mayor libertad de maniobra y pueden moverse de forma unidireccional, bidireccional o multidireccional sin causar muchos conflictos, sin embargo, cuando se presentan altos flujos, tienden a comportarse de manera similar a los flujos vehiculares.
Teniendo en cuenta que el sector poblado Vado Castro es un sector muy pequeño, se estima que aproximadamente un 40% de la población rural del municipio habita en este sector unos 939 habitantes de los 2347 proyectados en el censo del 2010. (Ver tabla 1).
Para poder tener un estimado de la población futura que se beneficiará con la propuesta del prediseño del puente peatonal se tendrán en cuenta las siguientes poblaciones.
29
5.3.2 Población Estudiantil.
La capacidad total del colegio es de 500 estudiantes según la información obtenida en la administración de esta; un 80% de los estudiantes son de Vado Castro mientras que 20% restantes son de los alrededores o poblaciones vecinas, de la capacidad total del colegio se estima que un 60 % de ellos utilizarían el puente, ya que viven en el otro extremo y/o tienen que pasarlo para tomar el transporte.
500 Estudiante X 60% = 300
5.3.3 Usuarios Continuos.
Son las personas que por una u otra razón deben cruzar la vía por cuestiones de trabajo o para tomar transporte público hacia alguno de los lugares cercanos y que serían usuarios fijos, se estima que un 90% ya que se estima que no todos los días tendrían la misma rutina de movilización.
120 Habitantes X 90% = 108
5.3.4 Usuarios Ocasionales.
Teniendo en cuenta que existe un buen porcentaje poblacional junto al proyecto, el tráfico atraído será inminente y debemos tenerlo en cuenta para las proyecciones peatonales, se estima un 70% de los usuarios.
120 Habitantes X 70% = 84
La población total que se estima puede hacer uso del puente peatonal en una hora pico es de 492 habitantes
30
A continuación presentamos un consolidado de la población peatonal que se beneficiará con la implementación del puente y que en buena medida lo utilizara para su desplazamiento de un lado a otro de la vía. Las cifras de cantidad se determinaron según la capacidad del colegio y la población existente en los costados de la vía así como un tráfico atraído ocasional. Se asumen los porcentajes de usos tentativos de la población en una hora pico para proyectar un número de peatones hora. Tabla 2. Consolidado de peatones. Población Rural Censo del 2010 = 2347 Hab. Población Sector poblado Vado Castro = 939 Hab
CANTIDAD
USUARIOS
(hab)
% DE USO Estimado
TOTAL (Peatones)
Población Estudiantil
500
0.6
300
Usuarios continuos
120
0.9
108
Usuarios Ocasionales
120
0.7
84
TOTAL USUARIOS
740
492
Fuente: Autor
Se proyecta que
por este puente se pueden desplazar en ambos sentidos 492
peatones en una hora pico.
5.4
ANÁLISIS DEL NIVEL DE SERVICIO
Los criterios seguidos para establecer los distintos niveles de servicio (NS) en la circulación peatonal, están basados en medidas subjetivas y por lo tanto puede resultar algo impreciso. No obstante cabe definir intervalos de superficie por peatón, intensidades y velocidades que puedan utilizarse para evaluar la calidad de la circulación. 31
La velocidad es un criterio importante en la determinación del nivel de servicio debido a su fácil observación y medida, y porque describe bien la sensación de calidad de servicio percibida por los peatones.
Para velocidades de 45 m/min e incluso inferiores, la mayoría de los peatones recurren al forzado, de arrastre de pies.
Tabla 3. Niveles de Servicio Peatonal
Fuentes: Manual 2000 Highway Capacity.
5.4.1 Nivel se servicio A.
En las vías peatonales con nivel de servicio A los peatones prácticamente caminan en la trayectoria que desean, sin verse obligados a modificarla por la presencia de otros peatones. Se elige libremente la velocidad de marcha, y los conflictos entre viandantes son poco frecuentes.
5.4.2 Nivel se servicio B.
En el nivel de servicio B proporciona la superficie para permitir que los peatones elijan libremente su velocidad de marcha, se adelantan unos a otros y evitan los conflictos 32
al entrecruzarse entre sí. En este nivel los peatones comienzan a acusar la presencia del resto, hecho que manifiestan en la selección de su trayectoria.
5.4.3 Nivel se servicio C.
En el NS C existe la suficiente superficie para seleccionar una velocidad normal de marcha y permitir el adelantamiento, principalmente en corrientes de un único sentido de circulación. En el caso que exista movimiento en sentido contrario o incluso entrecruzado, se producirán ligeros conflictos esporádicos y las velocidades y el volumen serán un poco menores.
5.4.4 Nivel se servicio D.
En el NS D se restringe la libertad individual de elegir la velocidad de marcha y el adelantamiento. Una alta probabilidad de generación causa los cambios frecuentes de velocidad y de posición para eludirlos. Este movimiento proporciona un flujo razonablemente fluido; no obstante, existen entre los peatones unas fricciones e interacciones notables.
5.4.5 Nivel se servicio E.
En el NS E prácticamente todos los peatones verán restringida su velocidad normal de marcha, lo que les exigirá con frecuencia modificar y ajustar su paso. No se dispone de la superficie suficiente para el adelanto de los peatones más
lentos. Los
movimientos en sentido contrario o entrecruzado, solo son posibles con extrema dificultad. La intensidad de proyecto se aproxima al límite de la capacidad de la vía peatonal, lo que origina detenciones e interrupciones en el flujo.
33
5.4.6 Nivel se servicio E.
En el NS F todas las velocidades de marcha se ven frecuentemente restringidas y el avance hacia delante solo puede realizar mediante el paso de “arrastre de pies”. Entre los peatones se producen frecuentes e inevitables contratos. Los movimientos en sentidos contrarios o entrecruzados son virtualmente imposibles de efectuar. El flujo es esporádico e inestable. La superficie peatonal es más propia de formaciones en cola que de corrientes de circulación de peatones.
5.5
NIVEL DE SERVICIO DETERMINADO
Con los datos obtenidos anteriormente se puede concluir lo siguiente. Primer análisis, en una hora pico, por el puente pasarían 492 pt/hora y/o 8 pt/mi, se puede determinar un nivel de servicio “B”, tomando como referencia la Tabla 3 del manual de capacidad del 2000, la intensidad oscila entre 7 a 23 pt/min, con una velocidad media de 75 m/min. (Ver tabla 3).
En otra condición si tomamos el 100% de la población consolidada registrada en la tabla 2, tenemos un total de usuarios de 740 pt/ hora y/o
12 pt/min, se puede
determinar que se mantiene un nivel de servicio B. En caso que se presentara un evento público y el total de la población del sector los 939 habitantes necesitara pasar por el puente el nivel de servicio se mantiene en un nivel de servicio B. Ej. 939 pt/ hora y/o 16 pt/min.
Teniendo en cuenta que los parámetros para un nivel de servicio B van hasta 23 pt/min los peatones podrán elijan libremente su velocidad de marcha, se adelantan unos a otros y evitan los conflictos al entrecruzarse entre sí.
34
El nivel de servicio obtenido no tiene ninguna incidencia en el diseño, nos sirve para determinar la comodidad y calidad con que los peatones van a transitar por este puente.
5.6
REQUERIMIENTOS DE ESPACIO
Según el Manual de Planeación y Diseño para la Administración del Tránsito y el Transporte de Bogotá, “Los diseñadores de zonas e instalaciones peatonales utilizan el cuerpo humano para definir medidas estándares de requerimientos de espacio, al menos implícitamente. Una simple elipse de 0.50 x 0.60 m con un área total de 0.30 m2, se usa como el espacio básico que ocupa un peatón. En la evaluación de instalaciones peatonales, se usa un área de 0,75 m2 como zona de amortiguación para cada peatón. Un peatón que esté caminando necesita cierta cantidad de espacio disponible hacia delante.
Figura 8. Elipse para el requerimiento de espacio
Fuente: Manual de Capacidad de Carreteras (HCM 2000).
35
6
LINEAMIENTOS PARA EL DISEÑO Y GEOMETRIA PARA UN PUENTE PEATONAL BASADO EL LA NTC 4774.
Tabla 4. Lineamientos para el diseño y geometría para puentes peatonales.
Fuente: IDU. Guía Práctica de la Movilidad Peatonal Urbana.
36
6.1
LINEAMIENTOS PARA EL PREDISEÑO Y GEOMETRIA PARA EL PUENTE PEATONAL PARA LA VEREDA VADO CASTRO.
Teniendo en cuenta los lineamientos para el diseño y geometría recomendados por la NTC 4774 se optan para el prediseño lo siguiente.
6.1.1 Pendiente.
Las rampas se diseñaran con una
longitud máxima de desarrollo de 15 m entre
descanso, con una pendiente del 10% según la guía práctica de movilidad del IDU.
6.1.2 Descansos.
La rampa contara con tres descansos a lo largo del recorrido, uno a los 15 m, del descenso,
el segundo a la altura media del galibo y otro en las ¾ del recorrido
entregando al nivel del andén, el ancho del descanso será de 1.50m
6.1.3 Altura de la baranda.
La baranda tendrá una altura mínima de 1.10 mts Según la recomendación del CCDSP 95 ubicados en ambos lados de la rampa y el puente.
6.1.4 Altura del pasamano. La baranda se construirá en tubo de 2” con tres tubos intermedios de de la siguiente manera
2” distribuidos
del nivel 0 de la placa a 50, 70 y 100 cm
correspondientemente, encaminados a ofrecer pasamanos en todo el recorrido.
37
cuatro
alturas diferentes
del
6.1.5 Ancho.
Teniendo en cuenta el ancho de una persona normal de 0,60 m, el ancho efectivo será de 2.40 m Según CCDSP – 95 garantizando el paso de tres personas en un mismo sentido y el libre desplazamiento de dos personas en silla de ruedas con un ancho promedio de 0.90 m, está medida se mantiene en las dos rampas. El ancho total del puente será de 3.00 m para ubicar a cada lado las barandas.
6.1.6 Superficie del piso.
La placa de piso en concreto se diseñara con una superficie antideslizante y con una pendiente transversal del 2%, con sumideros a lado y lado del puente cada 3 mts.
6.1.7 Galibo.
El galibo entre rampas será de 2.40 m.
38
7
7.1
MARCO TEÓRICO
PUENTES
Un puente es una estructura destinada a salvar obstáculos naturales, como ríos, valles, lagos o brazos de mar; y obstáculos artificiales, como vías férreas o carreteras, con el fin de unir caminos de viajeros, animales y mercancías.
La infraestructura de un puente está formada por los estribos o pilares extremos, las pilas o apoyos centrales y los cimientos, que forman la base de ambos. La superestructura consiste en el tablero o parte que soporta directamente las cargas y las armaduras, constituidas por vigas, cables, o bóvedas y arcos que transmiten las cargas del tablero a las pilas y los estribos. (Galeon.com)
7.2
PUENTES PEATONALES
El puente peatonal como construcción cerrada, permite el paso de peatones sobre cuerpos de agua vías de tráfico o valles en las montañas. Se pueden construir en diferentes tipos de materiales. Los hay estáticos y móviles (que se pliegan, giran o elevan). Los tamaños son muy diversos desde unos metros hasta cientos de metros. Debido a la poca carga para la que están concebidos y a la limitada longitud que han de atravesar, el diseño de los mismos puede ser muy diversos.
Desde el punto de vista de planificación de transporte la gran ventaja de estas estructuras es que no dificultan el tráfico. Desde el punto de vista del puente este tipo de estructuras alargan el camino con respecto a un paso de cebra o con semáforo. (Wikipedia).
39
7.3
CLASIFICACIÓN DE PUENTES
Los puentes peatonales pueden ser clasificados según muchas características que presentan, entre las más comunes se tienen las siguientes:
7.3.1 Según el uso
Vehicular.
Vías férreas
Transporte de Fluidos
Peatonales
Mixtos.
7.3.2 Según su tipo.
Atirantado
Arco
Colgante
Simplemente apoyado
Box coulver
7.3.3 Según el Material.
Madera
Concreto Reforzado
Mampostería
Metálicos
Compuestos
Piedra 40
Figura 9. Puente peatonal en madera
Figura 10. Puente peatonal en estructura de concreto reforzado con rampa de acceso.
7.4
PARTES DE UN PUENTE
El puente peatonal se compone de las siguientes partes principales:
41
7.4.1 Superestructura.
Parte del puente que se construye sobre apoyos como son la losa, las vigas, bóveda, estructura metálica, etc. Siendo los elementos estructurales que constituyen el tramo horizontal. Los elementos principales de la superestructura son de acuerdo al tipo de puente y son las siguientes:
7.4.1.1 Losa o Placa. La estructura de éste tipo de puente, consiste en una plancha de concreto reforzado o pre esforzado, madera o metal, y sirve de tablero al mismo tiempo.
7.4.1.2 Vigas. Los puentes de vigas utilizan como elemento estructural vigas paralelas a la carretera, que soportan esfuerzos de componente vertical y transmiten las cargas recibidas a las pilas y estribos del puente, sobre las vigas se dispone una losa de concreto reforzado que sirve de base a la calzada.
7.4.1.3 Diafragmas o vigas transversales. Los diafragmas son considerados como elementos simplemente apoyados, que sirven como rigidizadores entre vigas, y que a su vez transmiten fuerzas a las vigas longitudinales a través del cortante vertical, el cual es transmitido por el apoyo directo de la losa sobre la viga y por medio de varillas de acero que
traspasan la viga
longitudinal.
7.4.1.4 Barandas. Son elementos de seguridad que se encuentran a los costados del puente, su función es la de canalizar el tránsito y eventualmente evitan la caída de vehículos y personas.
42
7.4.2 Subestructura.
Es la parte del puente que recibe las cargas de la superestructura y las trasmite a las fundaciones. Se considera que los estribos y los muros de contención son parte de la subestructura. CCSDP-95 A.5.1
7.4.2.1 Columnas aisladas. Las dimensiones longitudinal y transversal son del mismo orden de magnitud (max. 1:2). La estabilidad en ambos sentidos depende exclusivamente del empotramiento en la fundación. CCSDP-95 A.5.1.1.1
7.4.2.2 Pilas. La dimensión transversal es mucho mayor que la longitudinal. La estabilidad en ambos sentidos depende del empotramiento en la fundación. CCSDP-95 A.5.1.1.2
7.4.2.3 Pórticos. Están conformados por columnas unidas por vigas en la parte superior. Si la subestructura es continua con la superestructura, el conjunto debe considerarse como un pórtico. CCSDP-95 A.5.1.1.3
7.4.2.4 Pórtico de pilotes. Los pilotes que sirven de fundación sobresalen del suelo y unidos por una viga transversal, reciben la superestructura. CCSDP-95 A.5.1.1.4
7.5
PARAMETROS DE DISEÑO SEGÚN EL CCDSP 95.
El objeto de estas especificaciones es proveer los requisitos mínimos para lograr un diseño seguro y funcional de puentes y demás estructuras viales.
43
7.5.1 Localización de Puentes.
En general la localización de un puente está gobernada por el alineamiento de la vía. La localización del puente debe seleccionarse para que se ajuste al obstáculo que debe salvarse. Para este prediseño se realizó
topografía del lugar, donde se
evidencia el trazado y las dimensiones que se aplican para efectos del prediseño. Existe un urbanismo realizado por el municipio de Tópaga indicando algunas modificaciones del sitio donde se proyecta el puente peatonal, como son las bahías y andenes de circulación.
7.5.2 Gálibos.
El gálibo sobre las vías principales en áreas rurales, debe ser por lo menos 4.90 m en todo el ancho de la vía y debe preverse la posibilidad de repavimentación. En vías principales de áreas urbanas, debe proveerse un galibo mínimo de 4.90 m, excepto en áreas altamente desarrolladas. Debe proveerse un galibo mínimo de 4.90 m, en áreas rurales y urbanas cuando tal galibo se requiera por seguridad. En todas las otras vías el galibo debe ser de 4.50m, mínimo sobre el ancho de la vía y debe preverse la posibilidad de repavimentación. (Según el CCDSP -95 numeral A.2.2.3.) Se toma el galibo de 4.90 m por ser una vía donde transitan vehículos de carga pesada que en algún momento pueden tener una altura significativa.
7.5.3 Cargas.
Las estructuras para puentes deben diseñarse para que soporten las cargas y fuerzas siguientes:
Carga muerta.
Carga Viva.
Impacto o efecto dinámico de la carga viva. 44
Carga de viento.
Carga por sismo.
Existen otras fuerzas longitudinales de la carga viva, fuerza centrífuga, fuerza térmicas, empuje de tierras, flotación, retracción del fraguado, acordamiento de la estructura, fuerzas de montaje, fuerza de la corriente del agua y fuerzas sísmicas. Las fuerzas que apliquen, se tendrán en cuenta cuan se haga la modelación utilizando un software de diseño, como el SAP 2000 o similar.
Se deben tomar medidas para la transmisión de fuerzas entre la superestructura e infraestructura que representen el efecto de fricción en apoyos de expansión o de resistencia al corte en apoyos elastoméricos. (Según el CCDSP -95 numeral A.3.2.1) Los miembros se deben dimensionar con referencia a los factores de carga y resistencia (diseño por carga última). (Según el CCDSP -95 numeral A.3.2.2).
7.5.3.1 Cargas Muertas. Se considera carga muerta al peso de la totalidad de la estructura incluyendo la capa de rodadura, andenes, barandas, tuberías, ductos cables y cualquier otro elemento de servicio público. (Según el CCDSP -95 numeral A.3.3.1 y A.3.3.5). Los siguientes pesos pueden usarse en la evaluación de la carga muerta, basados en la sección A.3.3.5 del CCDSP -95. Acero fundido o acero…………………………. 7.850 kgf/m3 Concreto simple o reforzado…………………. 2.400kgf/m3
7.5.3.2 Cargas vivas. La carga viva es el peso de las cargas móviles aplicadas de los vehículos y peatones. Los puentes peatonales o para bicicletas deben diseñarse para una carga viva de 400 kgf/m2 = 0.40 Ton/m2 (Según el CCDSP-95 numeral A.3.4.8.1.3.). Para efectos del presente prediseño se toman los 400 Kgf/m2. 45
7.5.3.3 Cargas por sismo. El propósito de los presentes requisitos de diseño y construcción es el de minimizar los daños causados en los puentes por los efectos de los sismos.
Para el diseño final se debe tener en cuenta la carga correspondiente por sismo, según sección A.7.24 del CCDSP – 95, donde se definen los parámetros que se deben cumplir. En el prediseño se hace la caracterización del comportamiento sísmico, pero no se tiene en cuenta el efecto de la carga sísmica en la estructura, ya que corresponden al análisis final de diseño.
7.5.4 Caracterización del comportamiento sísmico.
Los requisitos sísmicos que se deben emplear en el diseño y construcción del puente son función de su importancia y de hecho de que éste sea indispensable para la recuperación con posterioridad a la ocurrencia del sismo.
Los parámetros para la caracterización del comportamiento sísmico de la estructura para el prediseño se resumen en la tabla 5. Tabla 5. Caracterización del comportamiento sísmico
DESCRIPCION Municipio de
VALOR A= 0.25
NORMA
OBSERVACION
Figura A.3.5-1
Tópaga- Boyacá sector vado castro Perfil de suelo
A.3.5.2.4
Corroborar
con
estudio de suelos Coeficiente de sitio
1.5
Tabla A.3.5-1
Importancia
Grupo III
A.3.5.1.3
Comportamiento
CCS-C
Tabla A.3.5-2
sísmico 46
7.5.5 Movimientos sísmicos de diseño.
Los movimientos sísmicos de diseño se definen en función de la localización geográfica del puente y se afectan por las características del suelo subyacente bajo el sitio del puente. Esta definición se realiza por medio de un espectro suavizado de diseño. Los presentes requisitos permiten la utilización de familias de acelerogramas de acuerdo con lo definido en el numeral CCDSP-A.3.5.2.6. Los movimientos sísmicos de diseño se definen como movimientos causados por un sismo cuya probabilidad de ser excedidos es de 10% en un lapso de 50 años.
7.5.6 Zonificación sísmica del país. En el siguiente mapa se dan los valores del coeficiente de aceleración, “A”, que debe ser utilizado en la construcción del espectro de diseño para cualquier sitio dentro del territorio nacional. El municipio de Tópaga está ubicado en la zona 6 por lo tanto para el prediseño se toma el mismo.
47
Figura 11. Mapa Zonificación Sísmica del País CCDSP -95
7.5.7 Categoría del comportamiento sísmico.
Todos los puentes deben asignarse a una categoría de comportamiento sísmico de acuerdo con los siguientes requisitos. Las categorías de comportamiento sísmico, las cuales van de A a D, se definen con base en el coeficiente de aceleración, “A” y el 48
grupo de importancia al que pertenezca. Los requisitos mínimos de análisis y diseño están gobernados por la correspondiente categoría de comportamiento sísmico. (Ver tabla 6).
Para efectos del prediseño A= 0,25 Tabla 6 Categoría de comportamiento sísmico (CCS).
Coeficiente de Aceleración
CLASIFICACIÓN POR IMPORTANCIA
A
I
II
III
A ≤ 0.09
CCS-B
CCS-A
CCS-A
0.09 < A ≤ 0.19
CCS-C
CCS-B
CCS-B
1.09 < A ≤ 0.29
CCS-C
CCS-C
CCS-C
0.29 < A
CCS-D
CCS-C
CCS-C
Fuente: Tomado CCDSP-95
Según el apéndice A-4 la norma NRS 10 los valores de Aa, Av, Ae y Ad para el Municipio de Tópaga le corresponden los siguientes valores. Ver tabla 8 Tabla 7. Departamento de Boyacá Municipio
Código Municipio
Aa
Av
15001 15238 15759
0.20 0.20 0.25
15466 15215
0.25 o.25
Tunja Duitama
Ae
Ad
0.20 0.25 0.25
Zona de Amenaza Sísmica Intermedia Alta Alta
0.15 0.14 0.16
0.07 0.07 0.08
0.25 0.25
Alta Alta
0.16 0.16
0.08 0.08
Sogamoso Mongui Corrales
Fuente: Tomado de NRS -10
Nomenclatura 49
Aa = Coeficiente que representa la aceleración horizontal pico efectiva, para diseño. Av = Coeficiente de aceleración que representa la velocidad horizontal pico efectiva, para diseño. Ae = Coeficiente que representa la aceleración pico efectiva reducida para diseño con seguridad limitada. Ad= Coeficiente que representa la aceleración pico efectiva, para el umbral de daño.
7.5.8 Procedimientos de análisis.
Para efectos de la aplicación de los requisitos sísmicos se defines cuatro procedimientos de análisis.
Procedimiento de análisis sísmico simplificado (PAS-S), Consiste en determinar las fuerzas sísmicas horizontales que transmite la superestructura a los apoyos y estribos tanto longitudinal como transversalmente, las cuales se obtienen multiplicando la reacción en el apoyo o estribo, causadas por las cargas muertas por el coeficiente sísmico dado. (Según el CCDSP-95 numeral A.3.5.5.)
Procedimiento de análisis sísmico 1 (PAS-1). Método de respuesta espectral de un solo modo, descrito en el numeral A.3.5.6.
Procedimiento de análisis sísmico 2 (PAS-2). Método de respuesta espectral con varios modos, descrito en el numeral A.3.5.7.
50
Procedimiento de análisis sísmico 3 (PAS-3). Método de respuesta integrado contra el tiempo las ecuaciones de movimiento y utilizando familias de acelerogramas descrito en el numeral A.3.5.8.
7.5.9 Normatividad para barandas según CCDSP-95.
7.5.9.1 Geometría. La altura mínima altura de las barandas para peatones deberá
ser de 1.10 m,
medidos a partir de la cara superior de la acera. Una baranda para peatones puede estar compuesta por elementos horizontales y/o verticales. La abertura libre entre los elementos deberá ser tal que no permita el paso de una esfera de 0.20 m de diámetro, se deberá proveer un riel de seguridad o un cordón al nivel la superficie de rodamiento de 0.10 m.
7.5.9.2 Sobrecargas de Diseño. La carga mínima de diseño para las barandas para peatones se deberá tomar como w = 74.4 kilos, tanto transversal como verticalmente en cada miembro longitudinal. Además, cada elemento longitudinal deberá estar diseñado para una carga concentrada de 890 N, la cual deberá actuar simultáneamente con las cargas previamente indicadas en cualquier punto y en cualquier dirección en la parte superior del elemento longitudinal.
51
7.5.9.3 Dise単o de la Baranda.
Figura 12. Detalle de la Baranda
52
8
TOPOGRAFÍA
Teniendo en cuenta el proyecto de ampliación y mejoramiento del entorno paisajístico de la vía intermunicipal que pasa por el sector poblado Vado Castro, se determinó que el sitio más recomendado para la ubicación del puente peatonal es donde esta ubicadas las bahías y paraderos en la parte baja del colegio. (Ver figura No 6).
El levantamiento topográfico se realizó aproximadamente hace 2 años antes de iniciar las obras de mejoramiento como se puede observar en las siguientes imágenes para determinar el perfil de la vía y la distancia a salvar. (Ver figura 13).
Figura 13. Registro Fotográfico del Levantamiento Topográfico.
53
Procesando los datos del levantamiento se obtiene el plano topogrĂĄfico del sitio especifico con sus curvas de nivel y el perfil del terreno donde va a quedar ubicado el puente peatonal. (Ver figura 14 y 15).
Figura 14. Levantamiento TopografĂa
PERFIL DEL TERRENO
Figura 15. Perfil de Terreno
54
8.1
PERFIL DE LA VÍA
Las dimensiones propuestas en la ampliación de la vía y el urbanismo son 3.65 m el ancho efectivo de un carril de la vía, 1.15 m de berma, 3.70 m de bahía y 1.50 m de anden, se determina que la distancia a salvar son 20 metros, 10 m a lado y lado de la vía tomando como eje el centro de la calzada para obtener un diseño simétrico. (Ver figura 17).
Figura 16. Perfil de la Vía
8.2 TRABAJO DE CAMPO ACTUAL.
En el momento el proyecto de ampliación y mejoramiento del entorno paisajístico de la vía intermunicipal que pasa por el sector poblado ya se está adelantando por un costado de la vía como se observa en siguiente registró fotográfico (Ver Figura No 17).
Figura 17. Registro fotográfico del sitio actualmente.
55
9
9.1
PARAMENTOS DEL PREDISEÑO
SUPERESTRUCTURA
Se propone pre-diseñar un puente peatonal simplemente apoyado con vigas, diafragmas y placa en concreto reforzado, teniendo en cuenta los parámetros de diseño para puentes peatonales según el CCDSP del 95 se determina las siguientes dimensiones de diseño.
Figura 18. Esquema de la superestructura.
Ancho del tablero 3.00 m
Ancho libre efectivo 2.40 m
Espesor del tablero 0.17 m
Dimensión de bordillos 0.3 m * 0.3 m
Dimensión de vigas principales 0.35 m * 0.90 m
Dimensión de vigas diafragma centrales 0.25 m * 0.33 m
Dimensión de vigas diafragma apoyo 0.25 m * 0.53 m
Dimensión de barandas h=1.10 m 56
9.1.1 Fuerzas aplicadas directamente a la superestructura.
Para los puentes comunes de vigas y placas que tengan luces máximo de 40 m se puede utilizar las siguientes cargas:
W = Carga de viento sobre la estructura.
Sentido transversal = 250 Kg / m2 Sentido longitudinal = 60 Kg / m2
Las dos fuerzas se deben aplicar simultáneamente. CCDSP-95 A.3.6.2.1.3.
9.2
SUB-ESTRUCTURA
9.2.1 Rampa de acceso.
Rampa en concreto reforzado de 21 Mpa, la carga viva para el diseño se debe tener en cuenta según la norma de 400 Kg / m2 CCDSP-95 A.3.4.8.1.3.
Ancho libre de la rampa 1.30 m
Ancho total rampa 1.70 m
Bordillo en concreto de 0.20 m * 0.20 m
Galibo vertical mínimo entre rampas 2.40 m
Pendiente máxima de las rampas de acceso continuas 10% con dos descansos en todo el trayecto
Descansos de 1.50 m
Baranda metálica con altura de 1.10 m sobre el nivel de la placa de la rampa.
Columnas de apoyo en concreto reforzado 0.30 m * 0.30 m y h= variable
57
9.2.2 Columnas de apoyo en concreto reforzado.
Se deben calcular según modelación de la superestructura realizada en un software especializado, donde se tendrán en cuenta estos resultados para definir dimensiones y refuerzos finales.
9.2.3 Cimentación.
Se debe realizar un estudio de suelos en el sitio del proyecto para definir el tipo, tamaño y profundidad de la cimentación, según cargas, características y capacidad portante. El refuerzo será definido en el diseño final según las cargas trasmitidas por la sub-estructura.
La cimentación para los apoyos de la rampa se definirá también con los parámetros anteriores. El refuerzo será definido en el diseño final según las cargas trasmitidas por la rampa.
9.2.4 Cargas de viento.
Las cargas de viento deben consistir en cargas móviles uniformemente distribuidas aplicadas al área expuesta de la estructura. El área expuesta debe ser la suma de las áreas de todos los elementos incluyendo el sistema de piso y as barandas. Las fuerzas y cargas que se especifican a continuación son para una velocidad de 160 km/hora. CCDSP-95 A.3.6.
9.2.5 Fuerzas aplicadas directamente a la sub-estructura.
Las fuerzas transversal y longitudinal se deben aplicar directamente a la subestructura asumiendo una fuerza de viento de 200 Kg / m2. Para direcciones del viento asumidas
inclinadas
con
respecto
a 58
la
sub-estructura,
esta
fuerza
debe
descomponerse en las direcciones perpendiculares a las elevaciones final y frontal de la sub-estructura. CCDSP-95 A.3.6.2.2.
59
10 CALCULOS DEL PREDISEÑO PUENTE PEATONAL
Prediseño del puente peatonal para el sector poblado Vado Castro
en concreto
reforzado con rampa en concreto reforzado a lado y lado del mismo.
10.1 DATOS GENERALES SUPERESTRUCTURA
Luz
20 mts
10.1.1 Materiales
Tablero o losa en concreto
f´c´
28 Mpa =
280
kg/cm2
Vigas en concreto
f´c´
28 Mpa =
280
kg/cm2
Acero de refuerzo
fy
420 Mpa = 4200 kg/cm2
10.1.2 Características sísmicas.
Movimientos sísmicos de diseño Grupo
I
A.3.5.2
Según CCDSP-95
Tipo de perfil del suelo
S3
A.3.5.2.4 Según CCDSP-95
Coeficiente de sitio
1.5
tabla A.3.5 – 1
Tipo del perfil del suelo
D
10.1.3 Zonificación sísmica del país.
Ubicación
Municipio de Tópaga Boyacá
Región 6
A = 0.25
Zona de riesgo sísmico
Alta
60
CCDSP-95
10.1.3.1
Efectos de sitio.
Clasificación por
importancia: Puente peatonal que no está comprendido entre el
grupo de importancia I y II según CCDSP – 95 A.3.5.2.4.
Grupo de importancia
III
según CCDSP - 95 A.3.5.1.3
Perfil del suelo
S3
según CCDSP - 95 A.3.5.2.4
Coeficiente de sitio
1.5
según CCDSP - 95 A.3.5.1
CCS – C
CCS Espectro de diseño
10.1.3.2
según CCDSP - 95 A.3.5.2 según CCDSP - 95 A.3.5.2.5
Características generales.
Puente recto y regular de una luz
Procedimiento de análisis:
PAS-S
según CCDSP - 95 A.3.5.4.3
Grupo de carga I:
Wu = 1.3 (D + 1.67(L + I))
Espectro de Aceleración:
Vs = W * Sa (Cortante de la base de la estructura).
10.2 DATOS GENERALES SUBESTRUCTURA
Coeficiente de modificación de respuesta = R según CCDSP- 95 A.3.5.3.3 Pila tipo Muro
= 2 según CCDSP- 95 tabla A.3.5-3
10.2.1 Dimensiones de los requisitos de longitud de apoyo mínima (N)
L = 20 mts H =
cero “0” para puentes de una sola luz
N = 30.5 + 0.25L + 1.00H
= 35.5 cm
Como mínimo se toma
= 40 cm
61
según CCDSP formula (A.3- 13) según CCDSP – 95 A.3.5.9.3
10.2.2 Fuerzas
Las fuerzas longitudinales y transversales deben aplicarse simultáneamente en el centro de gravedad del área expuesta de la superestructura, según CCDSP -95 A.3.6.2.1.1.
Las fuerzas sobre la viga se tomaran lateral y longitudinalmente según el Angulo de inclinación y el grupo de cargas de tal forma que se generen los máximos esfuerzos en la estructura. Por el tipo de puente no se tiene en cuenta flotacion, empuje de tierras, fuerza centrífuga.
10.2.3 Análisis estructural.
La modelación se hará con un programa de elementos finitos SAP 2000, definiendo la estructura
mediante elementos tipo frame y los apoyos se consideran de primer
grado.
10.2.3.1
Refuerzo vertical.
Refuerzo vertical y resistencia a la flexión con cuantía no menor a 0.01 y no mayor a 0.06 veces el área de la sección bruta.
10.2.3.2
Resistencia a la flexión.
La columna se debe verificar para las fuerzas axiales máximas y mínimas A.3.5.13.3
10.2.3.3
Refuerzo transversal para cortante
La cuantía mínima de refuerzo transversal en las columnas debe ser la prescrita en la sección A.7.9.3.2.
62
10.3 DISEﾃ前 DE LA SUPERESTRUCTURA - TABLERO
10.3.1 Dimensiones y generalidades
Luz del puente Ancho total del tablero
20
m
3
m
Ancho del bordillo
0.30
m
Altura del bordillo
0.30
m
Ancho libre del tablero
2.40
m
Altura de la viga puente peatonal h viga = 0.033 * L
0.66 m segﾃｺn CCDSP -95 tabla A.7.1
Se opta
0.90 m
Base min viga
0.30 m
Se asume base viga
0.35 m
Separaciﾃｳn libre entre vigas S = L/ 15 Separaciﾃｳn entre ejes de la viga
1.65 m 2.00 m
Altura de la losa Hmin = 0.10 + (S/30) > 16 cm Se opta Numero de vigas Altura libre de la viga
0.16 m 0.17 m 2 0.53 m
Numero de diafragmas o riostras
5
63
Figura 19. Sección transversal de la superestructura.
10.3.2 Evaluación de cargas por metro de losa
10.3.2.1
Carga Muerta.
Es el peso total
de la estructura
incluye tablero, barandas, vigas, accesorios,
estructura de base para el concreto reforzado, para el concreto reforzado = 24 KN/m3.
10.3.2.2
Carga viva.
Para el diseño del puente peatonal se toma una carga viva de 400 Kg/m2.
10.3.2.3
Carga por viento.
Se teniendo en cuenta la combinación de cargas por los efectos de carga muerta, viva más impacto igual carga de viento, Según A.3.6 CCDSP-95.
La carga de viento para las vigas de la superestructura no debe ser mayor a
450
kgf/m2. Según CCDSP – 95 A.3.6.1.
Para la infraestructura las fuerzas longitudinales y transversales deben aplicarse simultáneamente en el centro de gravedad del área expuesta de la superestructura según CCDSP-95 A.3.6.2.1.1. Las fuerzas sobre la viga se tomaran lateral y 64
longitudinalmente segĂşn el ĂĄngulo de inclinaciĂłn y el grupo de cargas de tal forma que se generen los mĂĄximos esfuerzos en la estructura.
10.3.2.4
Otras Cargas.
Por el tipo de puente no se tiene en cuenta flotaciĂłn, empuje de tierras, fuerza centrĂfuga.
10.3.3 Carga Muerta Ăł Permanente
Loza
0,41 ton/m
Sobre piso
0,11 ton/m
Bordillo
0,22 ton/m
Carga de la baranda
0,017 ton/m
Carga total = D
0,75 ton/m
10.3.4 Carga Viva mĂĄs Impacto = L+I
Luz de diseĂąo, segĂşn A.4.2.1.1
Factor de impacto
0,27 < 0,30 I=
Carga viva
=L
0,27
CCDSP A.3.4.3.1
L>8
0,4 T/m
CCDSP A.3.4.8.1.3
L+I
0,508 T/m
10.3.5 Carga Ăşltima. Para el tramo central del tablero
Wu = 1.30 â&#x2C6;&#x2014; ((đ??ˇ) + 1.67 â&#x2C6;&#x2014; (đ??ż+đ??ź) )
1,78 T/m
65
10.3.6 Carga Ăşltima para el voladizo del tablero.
Wu = 1.30 â&#x2C6;&#x2014; ((đ??ˇ) + 1.67 â&#x2C6;&#x2014; (đ??ż+đ??ź) )
2,08 T/m
10.3.7 Momentos.
10.3.7.1
Momento flector en el tablero luz interior. â&#x2C6;&#x2014;
=
â&#x2C6;&#x2014;
â&#x2C6;&#x2014;
Se toma par el diseĂąo
10.3.7.2
0,14
ton-m/m
0,26
ton-m/m
0,26 ton-m/m
Momento flector para carga viva.
Factor de continuidad
0,8 0,073 ton-m/m A.4.2.2.1.1 CCDSP 0,093
10.3.7.3
ton-m/m
Momento flector de diseĂąo luz interior.
MĂŠtodo de resistencia ultima â&#x2C6;&#x2014;
â&#x2C6;&#x2014;
0,54
ton-m/m
0,22
ton-m/m
0,017
ton-m/m
Losa
0,41
ton-m/m
Carga muerta
0,64
ton-m/m
10.3.7.4
Momento flector en el voladizo.
Carga muerta Bordillo
0,3x0.30
Banda metĂĄlica
66
Carga viva en el voladizo. Tomado del A.3.4.3.2 L es la distancia desde el punto de evaluación. M(L+I)
0,09
10.3.7.5
ton-m/m
Momento flector último.
Voladizo = D*0,5^2/2
0,38
ton-m/m
0,09
ton-m/m
0,69
ton-m/m
Mu (grupo I) ∗
10.3.8
∗
Diseño de refuerzo luz interior.
Armadura en el centro del tablero
b=
1,0
m
H
0,17
m
Recubrimiento
0,05
m
d
0,12
K=
∗
m
0,0048 ton/cm2
0,01050 As =
∗ ∗
12,60 cm2
Barra No.5 - Area
2
# de varillas /ml
6
Separación
16
cm2
cm
6 No.5 cada 16 cms arriba y abajo en luz y apoyos
Armadura en el voladizo del TABLERO
b=
1,0
m
H
0,17
m
67
Recubrimiento
0,05
m
d
0,12
m
∗
K=
0,0005756
ton/cm2
0,00330 As
∗
∗
No. 4 # de varillas /ml
3,96
cm2
1,29
cm2
2
Separación
0,50
m
2 No.4 cada 20 cms arriba y abajo en luz y apoyos
10.3.9 Armadura de Repartición
S
1,65 m 94,20 > 67%
Se coloca el máximo %= 67% del refuerzo principal
67
%
Este refuerzo de distribución del área del acero colocada para el movimiento positivo. As repartición
8,4
cm2
No.4
1,29
cm2
# de varillas /m
7
Separación
0.15
m
7 No.4 cada 15 cm abajo en el sentido paralelo al ingreso del peatón al puente
10.3.10
Armadura de retracción y fraguado.
0,00120 As
1,44
cm2
Se colocaran 3 cm2/m por norma
A.7.11
según CCDSP-95
1No.4 cada 40 cms en ambas direcciones
68
10.3.11
Calculo de las longitudes de desarrollo.
Longitud de desarrollo del gancho 90° (ver figura 20).
Numero
mm
12*db
No.4
12,7
152,4
No.5
15,9
190,5
No.6
19,1
228,6
No.7
22,2
266.7
Figura 20. Longitud de desarrollo del gancho.
Longitud de desarrollo barras a compresión
Se toma el mayor de los calculados. Ldc debe ser mayor a igual a 200m Numero
mm
√
L
∗ )
∗
L
)
Lcd
No.4
12,7
278,69
229,36
278,69
No.5
15,9
348,36
286,70
6291,45
No.6
19,1
418,04
344,04
7549,74
No.7
22,2
487,04
401,38
8808,03
69
10.4 PREDISEÑO DE LA VIGA
10.4.1 Predimensionamiento de la viga exterior
s = Longitud de la luz
20,0
m
0,9
m
tf =Espesor de la losa
0,17
m
h= Altura libre de la viga
0,73
m
5,0
m
H= Altura total de la viga
0,033*s
10.4.2 Ancho efectivo de la viga
Separación de las riostras
s/4
bw
0,35 m ∗
2,39 m
S= separación libre entre vigas
1,65 m 2,00 m
Luz entre ejes en el voladizo
0,50 m
10.4.3 Evaluación de carga muerta para la viga exterior
Longitud aferente de la viga
10.4.3.1
1,50 m
Cargas uniformes
Losa: Alma o base de la viga
∗ ∗
∗
0,51
ton/m
0,45
ton/m
Bordillo
0,22
Banda metálica
0,017 ton/m TOTAL=
70
1,19
ton/m
ton/m
10.4.3.2
Carga puntual riostra
Peso total de la riostra
0,42
t/n
Reacción
0,22
t/n
0.22t
0.22t 5
0.22t 5
0.22t
0.22t
5
5
1.19 t /m
A
C
10
10 medidas en m DIAGRAMA DE CARGAS 6.17
12.45
0.11
0.22 12.5
0.11 6.17
t-m
61.70 t-m
RA=RC
12,45
ton
MD
61,7
ton-m
I = 16/(s 40
0,29
Se toma
29
%
10.4.4 Carga viva.
∗
0,39 ton
∗
19,35 ton-m
71
10.4.5 Momento último.
61,7 ton-m 19,35 ton-m
∗
∗
∗
122,22 ton-m
∗
559.52 ton/m2 0,018
As =
∗
∗
49.77
No.8 Área de la varilla
5.1
Numero de varillas /ml
10
cm2 cm2
10.4.6 Diseño a cortante
Altura efectiva de la viga
∗
Vu =
∗ ∗
vu = ɸvc =
0,79 m
)
12,45
ton
4
ton
24,87
∗
ton/cm2
0,01058 ton/cm2
∗
0,0021 ton/cm2
ɸvs=Vu -ɸvc
0,00849 ton/cm2 8.49 kg/cm2
Estribo No 3
23474.23 kg
S
10.4.6.1
18.6 cm
Determinación de la armadura mínima de la viga exterior.
Módulo de elasticidad del concreto de la viga
209165 kg/cm2
Módulo de elasticidad del concreto de la losa
209165 kg/cm2
Relación modular
1
Ancho efectivo
1 72
m
i. 6*tf
1,02 m
ii. bef/2
1
10.4.6.2
m
Propiedades geométricas de la sección bruta de concreto.
A
0,6567
m2
Ys
0,2435
m
Yt
0,6341
m
Ig
0,0456
m2
10.4.6.3
Armadura mínima para momentos positivos.
ft = 334 t-m2 f´c
280 kg/cm2 ∗
23,8 t-m 28,8 t-m
Mcr
130,7 t/m2
∗
10.4.6.4
Verificación de la profundidad del eje neutro.
d
0,79 ∗
a
∗
0,0582 0,0460
cms
<0.17 cms ok
El eje neutro se encuentra dentro de la aleta, comportamiento como viga rectangular
73
10.4.7 DiseĂąo a flexiĂłn de la viga exterior
Ancho del patĂn Altura efectiva de la viga d â&#x2C6;&#x2014;đ??ż â&#x2C6;&#x2014;
đ??ˇ
â&#x2C6;&#x2014;
1,5
m
0,79
m
61,70
ton/m
1,55
ton-m
83,57
ton-m ton/cm2
0.03826
â&#x2C6;&#x2014;
0,00330 As =
â&#x2C6;&#x2014;
â&#x2C6;&#x2014;
No.
17,33
cm2
3,87
cm2
7
# De varillas
4
Comportamiento como viga rectangular
10.4.7.1
VerificaciĂłn del lĂmite de esfuerzos de fatiga
fr = 1470 - 0.33*fmin+560 r/H = 0.30
10.4.7.2
Rango de esfuerzos en kg/cm2
As= 16x 5.1
81,6 cm2
n=10.16 bef d
200
cm
65
cm
0,00628 k
0,267
j
0,911
74
Esfuerzo Mínimo f min
824,67 kg/cm2
Esfuerzo Máximo f Max
2060,8 kg/cm2
ff=
1365,86 >2060.8-824.13 365,86 >1236.13 OK
10.5 PREDISEÑO DE LA VIGA RIOSTRA
10.5.1 Evaluación de cargas
Riostra en concreto reforzado Altura
0,53 m
Base de la riostra
0,2
m
2
m
Recubrimiento
0,05
m
d
0,48 m
Peso propio
0,32 t/m
Longitud de la riostra por sección
0.2
0.33
SECCION TRANSVERSAL Figura 22. Sección Transversal viga riostra
75
P
P
1.25
1.25
Momento máximo corte máximo Posicón de carga para efectos máximos por carga viva Figura 23. Diagrama posición de carga para efectos máximos
10.5.2 Carga muerta= D
Peso propio
0,64
ton
Peso propio
0,39
ton/m
0,154
ton-m
10.5.2.1
10.5.2.2
Momentos flectores
Cortante por carga muerta. 0,32
ton
10.5.3 Carga viva
∗ ∗
= 0.8(P*L/4)
10.5.3.1
0,38
ton
0,15
ton-m
Cortante para la viga riostra por carga viva
Vcv
0,19
76
ton
10.5.4 Diseño por flexión ∗
∗
0,53
∗
0,00032
0,00330 As= ∗
ton-m
∗
cuantía mínima
ton/m2 t/m2
3.96
2 No.4
cm2
2,58
No de Barras
cm2
2
10.5.5 Diseño a cortante
Vu =
∗ ∗
vu = vc =
∗
)
0,83
∗
ton
0,00047 t/cm2
∗
0,0081 t/cm2
vu –vc
0,000722 t/cm2 0.722
k/cm2
Separación de los estribos Estribos No.4 Av
1,29
cm2
fy
4200
k/cm2
La separación de los estribos será la menor distancia de: Sep sep =
d/2 ∗
∗
41
∗
cm
50,9 cm
Por norma sep =
30 cm
77
Colocar 1 No.3 cada 30 cms a partir de 5 cm del borde del apoyo
No.3 @ 0.30 m 2 No. 4
1.65 2.0
DETALLE DEL24. REFUERZO PRINCIPAL Y principal FLEJES DEyLA VIGAde la viga Figura Detalle del refuerzo flejes RIOSTRA medidas en m los tres primeros flejes en ambos apoyos cada 5 cms
10.6 DISEﾃ前 DE BARANDA METALICA PEATONAL
Segﾃｺn CCDSP-95 secciﾃｳn A.11.3.1 Concreto F`c
210 kg/cm^2
W carga peatonal por unidad de
74,4 kg/m
Refuerzo Fy
4200 kg/cm^2
P carga de diseﾃｱo
4540 kg
Ht altura total de la baranda
1
L Espaciamiento de postes
m
1,5 m
n Numero de tubos horizontales
3
H1: Altura desde el nivel inferior al primer tubo
0,52 m
H2: Altura 2 desde el nivel inferior al segundo H3: Altura 3 desde el nivel inferior al tercer tubo
un
0,92 m 1 m
C: factor de incremento de la carga por altura de baranda superior a 0,84 m 1,13
78
10.6.1 DiseĂąo de parales
Acero propuesto
A36
fy
2530
kg/cm^2
E
2040000
kg/cm^2
10.6.2 Fuerzas de diseĂąo â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x2014;
â&#x2C6;&#x2014;đ??żâ&#x2C6;&#x2014;
â&#x2C6;&#x2014;
41245
Kg-cm
V
2692 Kk
P
126
kg
10.6.3 SecciĂłn
Bf: Ancho de aleta
10 cm
tf: Espesor de aleta
0,635 cm
hw: Altura del alma
10 cm
tw: espesor del alma
0,635 cm
10.6.4 Propiedades
A: Ă rea
18,24 cm^2
Ix
313,67 cm^4
Sx
62,73 cm^3
Aw
6,35 cm^2
r
4,15 cm
79
10.6.5 DiseĂąo a flexiĂłn
Esfuerzo admisible Fb
1518 kg/cm^2
Esfuerzo actuante
658 kg/cm^2
10.6.6 DiseĂąo a compresiĂłn đ?&#x153;&#x17D; = *L
Esfuerzo admisible Cc =
â&#x2C6;&#x2014;
36,144578
â&#x2C6;&#x2014; đ??ż
Fa =
126,16 â&#x2C6;&#x2014;
â&#x2C6;&#x2014;
đ??ż
đ??ż
1370 kg/cm^2 fa: Esfuerzo actuante
7 kg/cm^2
10.6.7 RevisiĂłn flexo-compresiĂłn
0,01 0,43 fa/Fa+fb/Fb<1
0,44 <1
10.6.8 DiseĂąo en cortante ď&#x201A;ˇ
Esfuerzo admisible â&#x2C6;&#x2014;
834,9 kg/cm^2 423,94 kg/cm^2
10.6.9 DiseĂąo de tubos horizontales
Perfil de acero Fy
3220 kg/cm^2
80
ď&#x201A;ˇ
Fuerzas de diseĂąo â&#x2C6;&#x2014;
â&#x2C6;&#x2014;đ??ż
4205 kg-cm
V
126 kg ď&#x201A;ˇ
SecciĂłn
Tubo de 2 "*3.91 colmena A
6,93 cm^2
Ix
27,72 cm^4
Sx
9,19 cm^3
Aw
3,47 cm^2
10.6.10 ď&#x201A;ˇ
Esfuerzo admisible
Fb = ď&#x201A;ˇ
DiseĂąo en flexiĂłn
â&#x2C6;&#x2014;
1932 Kg/cm^2
Esfuerzo actuante 458 Kg/cm^2
10.6.11 ď&#x201A;ˇ
DiseĂąo en cortante
Esfuerzo admisible
Fv =
â&#x2C6;&#x2014;
1063 Kg/cm^2
81
Esfuerzo actuante
fv =
10.6.12
36 Kg/cm^2
Peso de la baranda
Peso del acero
7850 Kg/cm^3
Parales
9
Horizontales
kg
16 kg
Total
25 kg
w baranda
17 kg/m
10.6.13
Diseño de anclajes de la baranda
Fuerzas actuantes
M
41245 kg-cm
V
2692 kg
d
7
cm
Tensión
5892 kg
10.6.14
Fuerzas actuantes por anclaje
Cortante
Cantidad
4
V anclaje
673 kg
82
Tensión
Cantidad
2
T anclaje
2692 kg
Esfuerzos admisibles
Ft
3410 Kg/cm^2
Fv
1760 Kg/cm^2
Fuerzas resistentes
Tr
4331 kg
Vr
2235 kg
Revisión esfuerzos combinados
0,53 0,14 TOTAL
0,66 ok
10.6.15
Diseño de láminas de unión
10.6.15.1
Revisión por aplastamiento
Esfuerzo admisible
Fy
2530 Kg/cm^2 2024 Kg/cm^2
83
Anclajes
Diam anclaje
0,500 in 1270 cm
Diam hueco
0,625 in 1,58 cm
Cantidad
4
A requerida =
0.33 cm^2
T requerida
0,21 cm
T colocado
1,27 cm
10.6.15.2
Dimensiones del patín
A
15 cm
B
15 cm
Chequeo espesor lámina
F`c concreto bordillo
210 Kg/cm^2 ∗
Presión debida a momento
73,5 Kg/cm^2 ∗
Espesor requerido ∗
=
73,3 Kg/cm^2
∗
3 cm
∗
1,02 cm
m=
2,75 cm 84
Disminución de presión de aplastamiento =
59,88 kg/cm^2
Momento de flexión al borde de la aleta M
3905 Kg.cm
Esfuerzo admisible en flexión de la platina Fb = tpm =
1898 kg/cm^2 ∗
0,91 cm
t puesto Se pondrá
1,29
cm
platina 150*150*1/2”
10.7 CALCULO COEFICIENTE ESPECTRAL
10.7.1 Datos
DESCRIPCION
CANT
Longitud de la superestructura Ancho total del tablero Espesor de la losa de concreto Separación entre ejes de las vigas principales Base de las vigas Separación vigas diafragma o riostra
UNID
20
mts
3
mts
0,17
mts
2
mts
0,35
mts
5
mts
Base de las vigas diafragma
0,2
mts
Altura total de la viga
0,7
mts
F´c
28
MPa
fy
420
MPa
Condición estructural simplemente apoyada.
85
10.7.2 Espectro de diseño
A= coeficiente de aceleración expresado en función de la gravedad Región
6
según CCDPS-95 Fig A.3.5-1
A
0,25
g
según CCDPS-95 Fig A.3.5-1
Categoría de comportamiento sísmico
CCS-C
10.7.3 Efectos de sitio puentes
S3
1,5
Suelos granulares con una potencia de estratos de Estrato promedio
20
Vs
mts
según CCDPS-95 A.3.5.2.4
150-270 m/seg según CCDPS-95 A.3.5.2.4
10.7.4 Coeficiente espectral para diseño
CARGAS POR SISMO Tabla 7. Coeficientes espectrales.
ZONA DE RIESGO SISMICO
ALTA
APENDICE A-4
Periodo inicial
To
0,146 A.2.6.1
Periodo corto
Tc
0,702 A.2.6.1
Periodo largo
TL
4,56
A.2.6.1
Coeficiente de aceleración pico efectiva
Aa
0,25
APENDICE A.4
Perfil de suelo
D
Tabla A.2.4-4
Coeficiente de amplificación que afecta la aceleración
en
la
zona
de
periodos 86
Fv
1,9
Tabla A.2.4-3
intermedios Coeficiente de amplificación que afecta la aceleración en la zona de periodos cortos
Fa
1,3
Tabla A.2.5.3
Grupo III
1
Tabla A.2.5.1
Coeficiente de importancia: estructuras de ocupación normal.
Sam (m/seg2)
0
0,799
0,05
0,799
0,14
0,792
0,142
0,799
0,64
0,813
0,65
0,813
0,66
0,813
0,67
0,813
0,68
0,813
0,69
0,813
0,7
0,813
0,702
0,813
1,20
0,475
1,20
0,474
1,70
0,335
1,70
0,335
2,20
0,259
2,20
0,259
2,70
0,211
2,70
0,211
Sam =
∗𝐴∗𝑆 𝑇
< 2.5*A
ESPECTRO DE ACELERACIONES
Sam (m/seg2)
Tm (seg)
0,900 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000
Sam (m/seg2)
0
5 Tm (seg)
87
10
3,20
0,178
3,20
0,178
3,70
0,154
3,70
0,154
4,20
0,136
4,56
0,125
4,70
0,118
5,20
0,096
5,70
0,080
6,20
0,068
Coeficiente de amortiguamiento 5% del crítico
10.7.5 Procedimiento de análisis
10.7.5.1
PAS-S
Según tabla A.3.5-5, según CCDSP-95 La fuerza sísmica horizontal que trasmite la estructura a los apoyos es: CCS-C
A= 0,25
Tipo de puente
una luz
10.7.5.2
Fuerza horizontal equivalente
Tabla 8. Calculo del peso del puente
DESCRIPCION
Área (m2)
Luz (m)
Volumen (m3)
Peso Específico (T/m3)
Peso Total (Ton)
Tablero
0,465
20
9,3
2,4
22,32
Bordillo
0,09
40
3,6
2,4
8,64
Vigas R
0,41
1,65
0,68
2,4
1,62
Acabado
0,10
20
1,92
2,4
4,61
88
Baranda
0,025
metálica vigas principales
0,371
20
1,1
PESO TOTAL:
Peso Total (W):
39,86
Coeficiente de Aceleración:
0,25
Aceleración de Gravedad:
9,8
Fuerza
Sísmica
Horizontal (Pe):
2,4
2,64
S
39,86
Ton
m/s2
48,82
Ton
10.7.6 Información de ingreso para el uso de software en el diseño de la superestructura
Para una carga Po (1 T) aplicada horizontalmente en la estructura se calculan los desplazamientos estáticos utilizando el software SAP2000.
Las características del modelo son:
f´c= 28 MPa Ec = 24800 MPa Viga longitudinal de 0,35 x 0,70 mts Viga transversal o riostras de 0,20 x 0.33 mts Losa de 0.17 mts de espesor Un apoyo fijo articulado y un apoyo móvil
89
Tabla 9. Grupo de combinación de cargas para el diseño de la estructura GRUPO
Y
D
L
W
H
E
I
1,3
2
2,67
0
0
0
IA
1,3
1
2,2
0
0
0
II
1,3
1
0
1
1,3
0
III
1,3
1
1
0,3
1,3
0
VII
1
1
0
0
1
1
10.8 DISEÑO DE LA RAMPA DE ACCESO
Es una estructura en concreto reforzado consiste en un pórtico conformado por tramo por 20 columnas distancia entre ellas de 3.0 m. y una viga de 1.30 m x 0.30 m apoyado el tablero de la rampa con un ancho total de 1.70 mts, la rampa tiene una longitud total de 50 m y con una pendiente del 12%.
10.8.1 Programa de diseño
Con el programa SAP 2000 se hace la modelación para las columnas y vigas sobe las cuales se está apoyando el tablero de la rampa, empotramiento para las columnas y para el análisis sísmico, las fuerzas sobre la estructura se hace por análisis espectral PAS-S.
10.8.2 perfilería estructural
Altura de la baranda metálica de la rampa peatonal: H=
1.1
m
Tubo de acero galv.2” Parales tubo de galv de 1 1/2” cada 1.50 m Tubo de 2” se une al paral con una platina de 2 x 3/4"
90
10.8.3 Dimensiones y generalidades
Ancho total del tablero de la rampa
1,7
m
Base del bordillo
0,20 m
Alto del bordillo
0,20 m
Espesor del tablero
0,10
m
Altura de la baranda de protecci贸n incluye
1,1
m
10.8.4 Evaluaci贸n de cargas por metro de tablero
10.8.4.1
Carga muerta
Es el peso total de la estructura incluye tablero, barandas, vigas, accesorios, estructura de base
Para el concreto reforzado = 24KN/m3
10.8.4.2
Carga muerta o permanente
Tablero
0,41 t/m
Vigas (谩rea aferente)
0,19 t/m
Bordillo
0,10 t/m
Barandas
0,017 t/m
CARGA TOTAL
10.8.4.3
0,71 t/m
Carga viva
Para el dise帽o del puente peatonal y la rampa de acceso se toma viva de 400 kg/m2
91
10.8.5 Fuerzas sísmicas
10.8.5.1
Carga por viento
Según A.3.6 CCDSP-95, Teniendo en cuenta la combinación de cargas por los efectos de carga muerta, viva ms impacto, carga de viento.
10.8.5.2
Análisis estructural
La modelación se hará con un programa de elementos finitos SAP-2000, definiendo la estructura mediante elementos tipo frame y los apoyos se consideran de primer.
10.8.6 Requisitos sísmicos para concreto reforzado
El refuerzo transversal mínimo en los extremos superior e inferior de las columnas según numeral A.7.24.4.1.
10.8.6.1
Refuerzo vertical
Refuerzo vertical y resistencia a la flexión con cuantía no menor a 0.01 y no mayor a 0.06 veces el área de la sección bruta
10.8.6.2
Resistencia a la flexión
La columna se debe verificar para las fuerzas axiales máximas y mínimas A.3.5.13.3.
10.8.6.3
Refuerzo transversal para cortante
La cuantía mínima de refuerzo transversal es las columnas debe ser la prescrita en la sección A.7.9.3.2
10.8.6.4
Refuerzo transversal de confinamiento
El refuerzo transversal de confinamiento debe tener una resistencia nominal a la fluencia menor o igual al del refuerzo longitudinal. 92
10.8.7 Estructura de apoyo Se colocaran pórticos (columnas – vigas) cada 3.0 mts
10.8.8 Cimentación
Estudio de suelos Según los resultados obtenidos en el estudio e suelos, se propone
1
una zapata corrida
93
1 1 CONCLUSIONES
Este proyecto se realiza con el propósito de contribuir al desarrollo de esta región, buscando dar solución a una necesidad de seguridad vial que se presenta en el sector poblado de Vado Castro teniendo en cuenta su viabilidad por ser parte del plan de desarrollo del municipio de Tópaga. El pre diseño presentado está cumpliendo con los parámetros establecidos en la normatividad vigente según el CCDSP-95. Este proyecto busca minimizar el riesgo de accidentalidad para los peatones que necesitan desplazarse de un lado a otro de la vía, la cual presenta alta frecuencia de tránsito vehicular. Parte de los beneficiarios serán las personas con limitaciones físicas ya que la estructura se diseña bajo estándares incluyentes para ellos. En el pre-diseño se propone una estructura en concreto reforzado, esta se puede contemplar en otros materiales tipos y formas, según análisis finales de costos u otras variables. La Fundación universitaria Uniagraria, mediante su sistema de convenio con las entidades oficiales, puede aportar al desarrollo de las comunidades mediante este tipo de proyectos.
94
12 BIBLIOGRAFIA
INVIAS (Instituto Nacional de Vías). Código colombiano de diseño sísmico de Puentes. 1995. INTITUTO NACIONAL DE INVIAS, manual sobre dispositivos para la regulación del tránsito en calles y carreteras – Cuarta versión Bogotá D.C. 2010. Decreto 4774 del 11 de Noviembre 2007, Accesibilidad a los modos de transporte, Ministerio de transporte. FRANCO, Edgar Fernando. Comparación económica del diseño de súper estructura utilizando el método LRFD de la ASTO y el CCDSP95. Trabajo de grado especialización en estructuras: Bogotá D.C., 2001. TORRES, Juan Ricardo. Comparación económica de diseño de puentes en concreto reforzado con superestructura de losa y vigas de dos y tres luces: Vigas continúas contra vigas simplemente apoyadas. Trabajo de grado especialización en estructuras: Bogotá D.C., 2006. VALLECILLA BAHENA, Carlos Ramiro. Puentes en concreto postensado. Bogotá D.C. : Editorial Bauen, 2009. VALLECILLA BAHENA, Carlos RAmiro. Manual de puentes en concreto reforzado. Bogotá D.C. : Editorial Bauen, Diciembre, 2006. SEGURA FRANCO, Jorge. Estructuras de concreto I. Bogotá D.C. : s.n., 2011. INVIAS (Instituto Nacional de Vías). Especificaciones generales de construcción de carreteras. 2007.
95
13 ANEXOS PLANOS ARQUITECTONICOS Y ESTRUCTURALES
96