PUENTE VEHICULAR TALA
1. DATOS GENERALES.
NOMBRE DEL PROYECTO : CONSTRUCCION DEL PUENTE TALA DE INTEGRACION DE
LOS DISTRITOS DE MARGEN DERECHA E IZQUIERDA DEL RIO
CHICHA DEL DISTRITO DE HUAYANA, PROVINCIA DE
ANDAHUAYLAS - APURIMAC
UBICACIN : REGION : APURIMAC
PROVINCIA : ANDAHUAYLAS
LOCALIDAD : HUYANA.
LONGITUD TOTAL ENTRE EJE DE APOYOS EXTREMOS : 45.00 METROS.
TIPO DE ESTRUCTURA PORTANTE : SIMPLEMENTE APOYADO
SOBRE CARGA VEHICULAR : HL-93M NORMA (AASHTO LRFD)
La Sobrecarga vehicular HL-93M (AASHTO LRFD) est dentro de los estndares de sobrecargas
vehicular actuales para puentes en carreteras de primer orden.
2. DESCRIPCION DEL PROYECTO
A nivel de superestructura el puente consta de un tramo simplemente apoyado de 45.00m; el tramo es de
seccin compuesta (vigas metlicas y losa de concreto). La estructura portante del tablero forma una
estructura tipo emparrillado sobre el cual va la losa de concreto armado de 22 cm de espesor; la losa se
apoya sobre las vigas principales vigas transversales forman parte de la estructura portante del tablero.
El tablero tiene un ancho de calzada de 4.20 m. de extremo a extremo, las aceras estarn dispuestas con
ancho de 1.20 m. Las vigas principales son vigas de alma llena con peralte de y 1.80 m. respectivamente.
La distancia entre las dos vigas (principales) es de 3.00 m. y entre vigas transversales es de 7.50 m.
Los apoyos de izquierda a derecha son:
Fijo (estribo margen izquierdo) mvil (estribo margen derecho).
3. HIPOTESIS
El Anlisis Estructural de un puente de un tramo simplemente apoyado utilizando los mtodos expuestos
permite determinar los parmetros ptimos que se requieren para el diseo definitivo del mismo.
4. OBJETIVO DEL PROYECTO.
Presentar los diferentes mtodos de Anlisis Estructural para este tipo de puentes.
Efectuar el Anlisis Estructural y diseo de un puente con un tramo simplemente apoyado
sucesivos con dimensiones diferentes sobre el Ro Chicha en el Distrito de Huayana, que permita
resolver el problema de continuidad de trfico.
Fig. 01: Modelo Estructural del puente.
5. ANALISIS MEDIANTE EL MODELO TRIDIMENSIONAL DE LA ESTRUCTURA.
El modelo tridimensional del puente se analiz utilizando el Programa de Anlisis Estructural SAP2000
mediante un anlisis elstico. Entre las ventajas de usar este programa estn la facilidad para efectuar el
anlisis de primer y segundo orden, mediante la aplicacin de la matriz de rigidez geomtrica de la
estructura; as como la facilidad para definir y aplicar las cargas de sismo, y las cargas vivas sobre el
tablero del puente.
5.1. Anlisis de Cargas Permanentes.
El anlisis se realiz linealmente en base al modelo tridimensional idealizado, sin embargo con fines de
comprobacin se consider realizar un anlisis no-lineal en base al uso de la matriz de rigidez geomtrica,
que en la terminologa empleada en el SAP2000 se denomina P-DELTA; este ltimo se presenta con
mayor incidencia en los pilares.
Luego de terminada el anlisis no-lineal, el SAP2000 llega a una matriz de rigidez de la estructura
ensamblada en base a las correspondientes matrices de rigidez geomtrica de la estructura. Esta matriz es
empleada en los dems anlisis de la estructura, con otros sistemas de carga, sismo, carga viva o viento.
De esta manera el anlisis no-lineal se extiende a otros sistemas de carga de manera indirecta, lo cual es
adecuado, por cuanto las no-linealidades se presentan fundamentalmente ante acciones de larga duracin
y no bajo acciones como las de carga viva o el sismo que tiene perodos relativamente pequeos en cuanto
a su accin.
Fig. 02: Modelo del tablero Tramo Central.
5.2. Anlisis por Carga viva.
Para el Anlisis de Carga Viva, el SAP2000 dispone de un mdulo de anlisis SAP-BRIDGE, el cual
permite definir el nmero y ubicacin de las vas o carriles de circulacin que forman el tablero, as como la
ubicacin de las cargas respecto al eje del tablero o de una de las vigas principales.
El anlisis se hizo utilizando tanto las cargas centradas, as como las cargas excntricas, y considerando la
aproximacin del vehculo hacia la berma o barrera del puente. Se asign como sobrecarga vehicular HL-
93M el cual significa tomar en cuenta la carga del camin HS20 ms la carga equivalente (distribuida)
segn la Norma AASHTO LRFD. Con fines de comprobacin se analiz tambin con la sobrecarga
vehicular camin TANDEM, que corresponde al camin con dos ejes cargados.
La ubicacin de las cargas y la ubicacin critica del camin, permite por un lado analizar adecuadamente el
tablero del puente, el arco y los tirantes, para obtener las mximas tensiones ante la presencia de cargas
excntricas; por otro lado considerar los momentos torsionales que las cargas excntricas pudieran generar
en el tablero de ambos tramos.
A. REGLAMETO AMERICANO (ESPECIFICACIONES AASHTO STANDARD Y LRFD)
A.1 Camin (HS)
Fig. 03.- Vehculo HS20 AASHTO LRFD
A.2 Sobrecarga Equivalente (HS)
A.3 Camin (Tandem)
B. SOBRE CARGA VEHICULAR LRFD (ESPECIFICACIONES AASHTO LRFD)
B.1.Camin de Diseo: Similar al Esquema del Camin (HS)
B.2.Sobrecarga Distribuida.
Fig. 04.- Sobre Carga equivalente Vehculo HS20 AASHTO LRFD
Fig. 5.- Sobre Carga de camin Tandem LRFD
Tabla 01.- Especificaciones de Cargas AASHTO, HS20, HS25 Y LRFD.
ESPECIFICACIONES DE CARGAS - AASHTO HS20, HS25 y LRFD
Peso W P a b We Pi Pi
TIPO Camin rango P. Corte P. Momento
( t ) ( t ) ( m ) ( m ) ( Kg/m ) ( t ) ( t )
HS-20 32.66 3.63 4.27 4.27 - 9.14 952.40 11.80 8.20 HS-25
40.82
4.54
4.27
4.27 - 9.15
1,190.50
14.70
10.20
LRFD
33.13 23.08
3.695 2.885
4.30 -
4.30 - 9.00 1.20
970.00 - - -
6. Anlisis Ssmico.
El Anlisis Smico se hizo por medio de un anlisis de Superposicin Modal Espectral, simplificando la
masa de la estructura en los nudos de la misma, y considerando la combinacin de los primeros 10 modos
de vibracin por medio de la combinacin CQC (Raz cuadrada de la suma de los cuadrados) de cada
modo individual.
El Espectro de Anlisis empleado, as como los correspondientes factores de suelo y zona se obtuvieron
tomando en cuenta la Metodologa de Anlisis Ssmico propuesta en las especificaciones AASHTO-LRFD.
Es importante resaltar que para el clculo de los perodos de vibracin y las formas de modo, se emple la
matriz de rigidez de la estructura que considera la influencia de las correspondientes matrices de rigidez
geomtrica de los elementos.
A manera de comparacin se muestra ms adelante los periodos de vibracin de la estructura para el
comportamiento lineal - elstico de la estructura (Teora de Primer Orden).
Fig. 06.- Mapa de zonificacin ssmica
ALCANCES PARA EL ANALISIS SISMICO
a. Disposiciones de aplicacin:
Las disposiciones de esta seccin son aplicables a puentes con una longitud total de no mayor de 150 m. y
cuya superestructura est compuesta por losas, vigas T o cajn, o tijerales. Para estructuras con otras
caractersticas y en general para aquellas con longitudes de ms de 150 m ser necesario especificar y/o
aprobar disposiciones apropiadas.
b. Coeficiente de aceleracin:
El coeficiente de aceleracin A para ser usado en la aplicacin de estas disposiciones deber ser
determinado del mapa de iso-aceleraciones con un 10% de nivel de excedencia para 50 aos de vida til,
equivalente a un periodo de recurrencia de aproximadamente 475 aos. En este caso se ha considerado el
Mapa de Peligro del Per, elaborado por Castillo y Alva (1,993). Estudios especiales para determinar los
coeficientes de aceleracin en sitios especficos debern ser elaborados por profesionales calificados si
existe una de las siguientes condiciones:
El lugar se encuentra localizado cerca de una falla activa.
Sismos de larga duracin son esperados en la regin.
La importancia del puente es tal que un largo periodo de exposicin, as como periodo de
retorno, debera ser considerado.
c. Categorizacin de las estructuras:
Los puentes se clasifican en tres categoras de importancia:
Tabla 02.-
Funcin ndice de Importancia
Puentes esenciales I
Otros puentes. II
d. Zonas de comportamiento ssmico:
Cada puente deber ser asignado a una de las tres zonas ssmicas de acuerdo con la siguiente tabla:
Tabla 03.-
Zonas Ssmicas
Zona Factor Z
3 0.4
2 0.3
1 0.15
e. Categora de desempeo:
Consisten en asignarle una categora de respuesta o desempeo ssmico (SPC) (3.4): A, B, C o D.
Tabla 04-
f. Condiciones Locales:
Para considerar la modificacin de las caractersticas del sismo como resultado de las distintas condiciones
de suelo, se usarn los parmetros de la tabla (e.1) segn el perfil de suelo obtenido de los estudios
geotcnicos:
Tabla 05.-
COEFICIENTE DE SITIO (SUELO)
Determinacin del factor de suelo
Tipo Descripcin Tp (s) S
S1 Roca o suelo muy rgidos 0.4 1.0
S2 Suelos intermedios 0.6 1.2
S3 Suelos flexibles o con estratos de gran potencia 0.9
1.4 (AASHTO = 1.5)
S4 Condiciones excepcionales * *
Categora de desempeo
Coeficiente de aceleracin Factor de
Importancia
A (de AASHTO) I II
A
g. Coeficiente de respuesta ssmica elstica.
Para el n-simo modo(s) de vibracin, deber tomarse como:
sn 2/3
1.22.5
ASC A
Tn
Donde:
Tn = Perodo de vibracin del n-simo modo(s) del puente
A = Coeficiente de aceleracin, Z en el caso peruano.
S = Factor de suelo.
h. Factores de modificacin de respuesta R Subestructuras (AASHTO 1996)
Tabla 06.-
SUB-ESTRUCTURA Factor R
Pilares tipo Muro o pared 2.0
Prticos con pilares de concreto armado
* Solo pilares verticales 3.0
* Un o ms pilares inclinados 2.0
Columnas aisladas 3.0
Pilares de acero o acero compuesto con concreto
* Slo pilares verticales 5.0
* Uno ms pilares inclinados 3.0
Prticos con mltiples columnas 5.0
Tabla 07.-
CONEXIONES Factor R
Superestructura a estribo 0.8
Juntas de expansin dentro de la superestructura 0.8
Columnas, pilares o pilotes a las vigas cabezal
o superestructura 1.0
Columnas o pilares a la cimentacin 1.0
Tabla 08.- Datos del Espectro de Aceleracin Normalizado.
T Sa
0.0 0.37500000 0.4 0.37500000 0.5 0.34287863 0.6 0.30363576 0.7 0.27398181 0.8 0.25064580 0.9 0.23171745 1.0 0.21600000 1.1 0.20270228 1.2 0.19127854 1.3 0.18133913 1.4 0.17259772 1.5 0.16483885 1.6 0.15789696 1.7 0.15164257 1.8 0.14597285 1.9 0.14080498 2.0 0.13607147 2.1 0.13171671 2.2 0.12769443 2.3 0.12396579 2.4 0.12049793 2.5 0.11726284 0.375 2.6 0.11423649 2.7 0.11139813
2.8 0.10872975 A = Z = 0.3 Zona 2 2.9 0.10621563 R = 2.0 Pilar de placas 3.0 0.10384197 S = 1.2 (S. intermedios)
7. Anlisis de Fuerzas de Viento sobre la Estructura y sobre la Carga Viva.
Para el anlisis de las fuerzas de viento se emplear la carga considerada en otros puentes del mismo tipo
en otros lugares y con similares condiciones (p = 0.242 t/m2), y que fueron determinados anteriormente
mediante estudios por especialistas. En vista de la falta de mayores registros de velocidades medidas de
viento en la zona en que se piensa ubicar el Puente Santa Rosa.
Se seala que estas cargas estn por encima de las cargas especificadas por la AASHTO (Guidelines for
the Design of Cable Stayed Bridges) en los casos en que se carece de mayor informacin documentada, o
de registros de este tipo. Las cargas reaplicaron uniformemente sobre la estructura sobre toda la
estructura, tanto en sentido transversal al eje del puente, como en direccin longitudinal. Las cargas
2 / 3
1.22.5
AS ASa
T R R
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
Co
ef.
de
Ac
ele
rac
in
Sa
(m
/s2
)
Perodo (seg.)
ESPECTRO DE ACELERACION NORMALIZADO
PUENTE VEHICULAR.
S
Fig. 07.- Curva de Espectro de Aceleracin Normalizado AASHTO
aplicadas al ser el resultado de presiones de viento, son aplicadas de manera perpendicular a los ejes
locales de los elementos.
Para aplicar la carga de viento sobre la carga viva se discretiz la accin en cargas nodales sobre el
tablero compuestas por una fuerza puntual transversal al tablero, y un momento torsor equivale al producto
de la fuerza puntual por un brazo al centro de gravedad de la carga.
ANALISIS
El anlisis del puente se ha realizado con ayuda del programa SAP2000. El puente ha sido modelado
tridimensionalmente y se ha incluido las cargas muertas, la sobrecarga peatonal y de sismo.
DISEO
El diseo se ha realizado con el mtodo de rotura para los elementos de concreto, los elementos de acero
se disear por esfuerzos admisibles.
Todos los componentes y conexiones deben cumplir la siguiente ecuacin:
i i nyQ R Donde:
0.95D R ii
yi = Factor de carga
= Factor de resistencia
= Factor referente a la ductilidad, redundancia e importancia
Para el puente en estudio:
D = 1.00
D = 1.05
i = 1.00
Para las combinaciones de carga se utilizara lo indicado en la seccin 3 AASHTO LRFD Bridge Design
Specifications.
ANLISIS SISMICO
Para puentes de un solo tramo y simplemente apoyado la AASHTO recomienda:
H = A x S x P
Donde:
A = Coeficiente de aceleracin, 0.3 para la zona 2(Localidad de Puerto Per)
S = Coeficiente de sitio, 1.0 (ver estudio de suelos)
P = Peso del puente (cargas permanentes).
H = 30% P
P = carga permanente de la superestructura
RESUMEN DE PESOS DE DIFERENTES MATERIALES
Peso del concreto 2,400.00 kg/m3
Peso del asfalto 2,200.00 kg/m3
Peso especfico de la madera 1,100.00 kg/m3
Peso del terreno 1,800.00 kg/m3
Peso del Acero 7,850.00 kg/m3
COMBINACION DE CARGA UTILIZADAS
CARGAS DC: Peso Permanente
DW: Peso Eventual
EQ: Fuerza de Sismo (Considerando 10% y RD=3)
E: Empuje del Terreno
LL+lM: Sobrecarga HL-93M (Tandem+Lane Load)
Expresin General: AASHTO LRFD
Resistencia I: Estado Lmite
Servicio I: Estado Lmite
1.25 1.5 1.75( ) 1.0 TGU DC DW LL IM FR TG
1.05 1.25 1.5 1.75( )U DC DW LL IM
1.0( ) 1.0( ) 0.3( ) 1.0U DC Dw LL IM WS WL FR
ANALISIS ESTRUCTURAL DEL PUENTE BAJO CONDICIONES CRTICAS DE CARGA. A.- UBICACIN Y DISTRIBUCIN DE LA CARGA VEHICULAR
Fig. 08.- Ubicacin transversal del camin en el puente
Fig. 09.- Ubicacin de los ejes del camin en la seccin del puente
B.- ANALISIS ESTRUCTURAL DEL PUENTE a.- TRAMO L = 45 m.
26.7 cm., se compensar con la contraflecha de servicio. COMENTARIO: Durante el anlisis se ha realizado la comparacin de las deformaciones de los elementos estructurales principales (vigas de acero) para el tramo central por la carga vehicular de diseo, para el proyecto con la Norma AASHTO LRFD, la deformacin admisible no debe ser mayor de 5.63 cm., para el tramo y viga crtica de L = 45.00 m.
adecuado comportamiento de todos los elementos estructurales del puente frente a las diferentes solicitaciones de carga vehicular y peso permanente.
Fig. 10.- Deformada de la viga crtica debido a carga permanente.
Fig. 11.- Deformada del tramo central debido a carga vehicular HL-93M ( = 5.46 cm.)
Fig. 12.- Fuerza cortante ltima en la viga principal Vu = 165.99 ton.
Fig. 13.- Momento flector ltimo en la viga del tramo Mu = 2201.35 ton-m.
Fig. 14.- Reacciones en los apoyos vigas principales (por servicio)
Fig. 15.- Reacciones en los apoyos vigas principales (por rotura)
LINEAS DE INFLUENCIA PARA CARGAS DINAMICAS a.- TRAMO (L = 45.00 m.) LINEA DE INFLUENCIA EN VIGAS PRINCIPALES PARA FUERZA CORTANTE
SAP2000 v7. 21 File: P1 Ton-m Units PAGE 1
I N F L U E N C E L I N E
Frame
20 Statio n L oc 0 Compon ent
V2
Lane
LANE1
FRA ME
STATION DISTANCE
L.I. POR CORTE
41
0 0 -7.95E-03
41
0.11 0.11 -5.98E-03
41
0.23 0.23 -4.00E-03
41
0.34 0.34 -2.01E-03
41
0.45 0.45 0
20
0 0.45 0
20
0 0.45 -1
20
1.5 1.95 -0.906
20
3 3.45 -0.775
20
4.5 4.95 -0.633
20
6 6.45 -0.508
30
0 6.45 -0.508
30
0.38 6.83 -0.482
30
0.75 7.2 -0.458
30
1.13 7.58 -0.437
30
1.5 7.95 -0.42
31
0 7.95 -0.42
31
0.75 8.7 -0.407
31
1.5 9.45 -0.395
31
2.25 10.2 -0.383
31
3 10.95 -0.372
32
0 10.95 -0.372
32
1.13 12.08 -0.356
32
2.25 13.2 -0.342
32
3.38 14.33 -0.329
32
4.5 15.45 -0.317
33
0 15.45 -0.317
33
1.88 17.33 -0.298
33
3.75 19.2 -0.278
33
5.63 21.08 -0.257
33
7.5 22.95 -0.235
34
0 22.95 -0.235
34
1.88 24.83 -0.214
34
3.75 26.7 -0.193
34
5.63 28.58 -0.174
34
7.5 30.45 -0.155
35
0 30.45 -0.155
35
1.13 31.58 -0.143
35
2.25 32.7 -0.132
35
3.38 33.83 -0.12
35
4.5 34.95 -0.109
36
0 34.95 -0.109
36
0.75 35.7 -0.101
36
1.5 36.45 -9.29E-02
36
2.25 37.2 -8.51E-02
36
3 37.95 -7.72E-02
37
0 37.95 -7.72E-02
37
0.38 38.33 -7.33E-02
37
0.75 38.7 -6.93E-02
37
1.13 39.08 -6.54E-02
37
1.5 39.45 -6.15E-02
24
0 39.45 -6.15E-02
24
1.5 40.95 -4.59E-02
24
3 42.45 -3.05E-02
24
4.5 43.95 -1.52E-02
24
6 45.45 0
53
0 45.45 0
53
0.11 45.56 1.14E-03
53
0.23 45.68 2.28E-03
53
0.34 45.79 3.42E-03
53
0.45 45.9 4.56E-03
Fig. 16.- Diagrama de Lnea de Influencia por fuerza cortante en la viga principal.
LINEA DE INFLUENCIA EN VIGAS PRINCIPALES PARA MOMENTO FLECTOR
SAP2000 v7. 21 File: P1 Ton-m Units PAGE 1
I N F L U E N C E L I N E
Frame
34 Statio n L oc 0 Compon ent
M3
Lane
LANE1
FRA ME
STATION DISTANCE
L.I. MOMENTO FLECTOR
41
0 0 -9.93E-02
41
0.11 0.11 -7.44E-02
41
0.23 0.23 -4.96E-02
41
0.34 0.34 -2.48E-02
41
0.45 0.45 0
20
0 0.45 0
20
1.5 1.95 0.332
20
3 3.45 0.675
20
4.5 4.95 1.03
20
6 6.45 1.398
30
0 6.45 1.398
30
0.38 6.83 1.492
30
0.75 7.2 1.587
30
1.13 7.58 1.682
30
1.5 7.95 1.778
31
0 7.95 1.778
31
0.75 8.7 1.972
31
1.5 9.45 2.162
31
2.25 10.2 2.348
31
3 10.95 2.529
32
0 10.95 2.529
32
1.13 12.08 2.793
32
2.25 13.2 3.047
32
3.38 14.33 3.292
32
4.5 15.45 3.525
33
0 15.45 3.525
33
1.88 17.33 3.919
33
3.75 19.2 4.371
33
5.63 21.08 4.885
33
7.5 22.95 5.468
34
0 22.95 5.468
34
1.88 24.83 4.64
34
3.75 26.7 4.133
34
5.63 28.58 3.802
34
7.5 30.45 3.504
35
0 30.45 3.504
35
1.13 31.58 3.195
35
2.25 32.7 2.903
35
3.38 33.83 2.626
35
4.5 34.95 2.364
36
0 34.95 2.364
36
0.75 35.7 2.196
36
1.5 36.45 2.035
36
2.25 37.2 1.879
36
3 37.95 1.728
37
0 37.95 1.728
37
0.38 38.33 1.651
37
0.75 38.7 1.572
37
1.13 39.08 1.493
37
1.5 39.45 1.414
24
0 39.45 1.414
24
1.5 40.95 1.084
24
3 42.45 0.739
24
4.5 43.95 0.377
24
6 45.45 0
53
0 45.45 0
53
0.11 45.56 -2.87E-02
53
0.23 45.68 -5.73E-02
53
0.34 45.79 -8.58E-02
53
0.45 45.9 -0.114
Fig. 17.- Diagrama de Lnea de Influencia para Momento flector para la viga principal del tramo
ESFUERZOS Y FUERZAS DE DISEO EN LA LOSA DEL TABLERO a.- TRAMO (L = 45.00 m.) FUERZA CORTANTE MOMENTO FLECTOR
Fig. 19.- Momento flector positivo ltimo en la losa tramo (ton-m2/m)
Fig. 18.- Fuerza cortante ltima en la losa tramo
7. EVALUACIN DE LOS RESULTADOS DEL ANLISIS - DISEO
En esta parte se efectuar el diseo de los elementos con los datos del anlisis estructural realizado debido
a la aplicacin de las cargas en el puente; en ese sentido tenemos lo siguiente:
7.1 VERIFICACION ESTRUCTURAL DE LA SUPERESTRUCTURA DEL PUENTE.
En base a los resultados del Anlisis del Puente y efectuando las combinaciones de cargas permanentes y
carga viva, se ha determinado bajo la accin de la carga vehicular HL-93, los cuales se han generado los
esfuerzos mayores en cada uno de los elementos de acuerdo a la disposicin de estos y tambin a la
posicin de las lneas de sobrecarga vehicular.
La verificacin se centr en los principales componentes estructurales del puente, como son: las vigas
principales, las vigas transversales, la losa y toda la infraestructura. Como resultado se observ un buen
comportamiento de la estructura bajo el esquema de la configuracin estructural propuesto.
El procedimiento de verificacin se detalla en las hojas de clculo adjuntas, y es descrito brevemente a
continuacin
Fig. 20.- Momento flector negativo ltimo en la losa tramo (ton-m2/m)
7.1.1 Vigas principales.
Se refiere a las vigas tramo de 45.00 m; se efectu la verificacin para el sistema de cargas ms crticas,
con la combinacin de cargas permanentes, cargas viva y de sismo sobre la estructura. Debido a la
presencia combinada de fuerzas cortantes y momentos flectores, se efectu la verificacin de las vigas
principales como elementos sometidos a flexin y cortante.
El criterio de resistencia ltima establecido por la AASHTO para este tipo de elementos es:
El momento nominal de acuerdo a la terminologa de la AASHTO se conoce como Secciones Compactas,
es decir que cumplen una serie de requisitos que aseguren que se puede desarrollar el Momento Plstico
en la Seccin sin que se presenten problemas de pandeo local en el elemento.
Los requisitos para el diseo de vigas metlicas como secciones compactas son:
- Para el pandeo local en las alas (b = Proyeccin de las alas):
' 2,055
y
b
t F
- Para el pandeo local en el alma de la Viga (D = Altura no arriostrada):
19,230
w y
D
t F
Cuando b/t y Lb/tw son mayores al 75% de los valores antes especificados se debe adems cumplir:
' 33,650
9.35w yt
D b
t t F
- Para la longitud de entre arriostramiento de las alas en compresin (Lb)
613.6 2.2( / ) 10ub
y y
M M xL
r F
7.1.2 Vigas transversales (cercha diafragma).
Las vigas transversales al ser de elementos livianos solo sirven de arriostramiento a las vigas principales
se analizaron en tres secciones diferentes:
- Una primera seccin cercana a su unin con la viga principal, en la cual se une a travs de
elementos auxiliares (cartelas) estos elementos de la viga cercha no estn adheridos a la losa del
tablero por lo tanto la losa solo se apoya y adhiere a las vigas principales.
En resumen todos los elementos de la viga transversal estn analizados y diseados como una estructura
flexible de acuerdo a la seccin propuesta y verificada estructuralmente.
7.2 VERIFICACION ESTRUCTURAL DE LA INFRAESTRUCTURA.
7.2.1 Estribos.
Los estribos servirn de apoyos extremos al puente, la mayor incidencia de trabajo es el de empuje de
tierras provenientes del relleno de los accesos, considerando que apoya a un tramo menor del puente, la
carga vertical no es considerable como la fuerza vertical.
Los muros de retencin de los estribos estn configurados como placas arriostradas mediante vigas tirante.
El diseo se fundamenta en el chequeo de la estabilidad en ambas direcciones y el clculo del refuerzo de
las vigas tensoras.
CUADRO No. 05.- EVALUACION ESTRUCTURAL DE VIGAS.
DIMENSIONES DE LA VIGA PRINCIPAL (cm)
ALA SUPERIOR ALMA
ALA INFERIOR RIGIDIZADOR Area Yg A1 Z fy
Mn = Mp
Nn=A fy
X bfs tfs h tw bfi tfi b t (mm2) (mm) (mm2) (mm3) (kg/cm2
) (ton-m) (ton)
0 2.50 m. 500 25 1800 12.5 600 25 200 16 50000 895 23150 16311.747 340.43 102.64 125.15 2.50-6.45 m 500 25 1800 12.5 600 25 200 16 50000 886 23150 16495.118 491.63 167.05 112.101 6.45-10.95m 500 32 1800 12.5 600 32 200 16 57700 964 24350 17361.781 561.15 230.35 117.384
10.95-17.50m 500 32 1800 12.5 600 50 200 16 68500 981 24670 18415.114 590.63 128.56 108.126 17.50-22.50m 500 32 1800 12.5 600 50 200 16 68500 942 25150 19195.747 764.91 83.43 153.437
Momento nominal para diseo plstico
Criterio de resistencia a Flexo-Compresin:
Mu+
ND
NL+F.impact
N.ltimo
Mu/Mn N.ltm/Nn Mu/Mn + N.u/Nn
0 -6.45 m. 262.52
-14.89
-102.34
-204.11
0.0455111 -0.096842
-0.09534 < 1 OK.
6.45-10.95 m 1100.23
29.45
23.11
78.21
0.0141794 0.115378 0.45471 < 1 OK. 10.95-
22.50m. 2201.35
2.34
5.01
24.86
0.0148657 0.675632 0.26685 < 1 OK.
n p yM M Z f
1.00.9
u u
n n
M N
M N
CUADRO No. 06.- CHEQUEO LA VIGA PRINCIPAL
Fig. 21.- Seccin ptima de la seccin de la viga principal metlica
Fig. 22.- Seccin ptima de la viga transversal de arriostre
7.3 CONTRASTACION DE RESULTADOS.
La metodologa seguida para el anlisis de los puentes, nos ha permitido determinar como consecuencia de la
aplicacin de los diversos mtodos estructurales nos dan resultados confiables para disear con seguridad y
economa los elementos estructurales. Por tanto, debe admitirse la importancia de estos potentes mtodos de
anlisis.
El uso de los mtodos de anlisis estructural usado junto al mtodo ssmico nos permite obtener todas las
variables que se requieren para el diseo de la estructura: Por eso, la propuesta de Anlisis Estructural del
Puente Vehicular y su correspondiente diseo servir de base para el anlisis y diseo de otros puentes y/o
estructuras de mayor envergadura.
8. CONCLUSIONES
El Anlisis y diseo realizado nos permite llegar a lo siguiente:
a) Como resultado del estudio efectuado se han presentado las tcnicas para implementar el estudio de
las no-linealidades geomtricas en el rea de los Puentes de seccin compuesta, teniendo en cuenta
los tres tipos principales efectos de no-linealidades como son:
La interaccin de las Fuerzas cortantes y Momentos Flectores segn la Teora de Elasticidad y de
Segundo Orden.
Las no-linealidades debido a grandes desplazamientos de los elementos de la estructura por
medio del estudio de la Matriz de Rigidez Geomtrica.
b) En el estudio del Puente se llev a cabo varios Anlisis de la estructura para determinar la influencia
de los efectos de las cargas en el comportamiento final del puente y en la distribucin de los esfuerzos
en sus elementos.
c) El anlisis del efecto de las cargas no solo se limit al caso de cargas estticas, sino tambin al
campo de las cargas mviles y cargas dinmicas, mostrndose el cambio en las diferentes
combinaciones.
d) En lo referente a la evaluacin de la estructura para el caso de la carga viva vehicular HL-93, se ha
determinado que el esquema de construccin propuesto es adecuado por cuanto se cumplen con los
objetivos del sistema adoptado.
e) En la etapa de diseo estructural, se ha podido comparar los esfuerzos generados por las cargas
actuantes en la estructura final adoptada, con las correspondientes fuerzas y momentos resistentes de
la estructura.
f) Como resultado de esta verificacin se concluye que el proyecto diseado es la alternativa adecuada,
por cuanto se ha comprobado que la superestructura del Puente posee la suficiente capacidad
resistente como para soportar la sobre carga vehicular HL-93 (AASHTO LRFD).
h) Los resultados obtenidos son satisfactorios en el modelo y en el desempeo de la estructura, para las
sobrecargas vehiculares actuales.
9. REFERENCIA BIBLIOGRAFICA CONSULTADA.
1. American Association of State Highway and Transportation Officials, AASHTO LRFD BRIDGE
DESIGN SPECIFICATIONS, by American Association of State Highway and Transportation Officials
Publications, First Edition, USA, 1994.
2. AISC LRFD, Manual of Steel Construction, USA, 1986.
3. CAPITULO PERUANO DEL AMERICAN CONCRETE INSTITUTE, Anlisis, Diseo y Construccin en
CONCRETO PRETENSADO Y POSTENSADO, Primera Edicin, Per, 2002.
4. DYWIDAG SYSTEMS INTERNATIONAL, Barras para Potenzado DYWIDAG, Tercera Edicin,
Espaa, 2002.
5. England George L, Tsang Neil C.M. and Bush David I., Integral Bridges: A fundamental approach to
the time-temperature loading problem - First published, Germany, 2000.
6. Wilson, Edward L. Three-Dimensional Static and Dynamic Analysis of Structures, Third Edition, USA,
2002.
7. Zapata Baglietto, Luis F. DISEO ESTRUCTURAL EN ACERO, Editorial Luis F. Zapata Baglietto,
Per, Primera Edicin, 1997.