apuntes civ-312 puentes
TRANSCRIPT
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
CAPÍTULO I
HISTORIA Y DEFINICIONES
1.1. Historia
El tronco de un árbol sobre una corriente de agua es una pasarela de las más primitivas.
Pasarela con lianas. Antecesores de los puentes colgantes y atirantados. Los cables se fabricaban de lianas, enredaderas, cuero, bambú, mimbre y materiales similares.
Las cuerdas se han utilizado para hacer puentes colgantes en muchas culturas primitivas, desde el Himalaya a los Andes, y desde África a las islas de Oceanía.
Puente Sharistan (Irán)
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 1
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
Puente Turco (Frontera Albano - Turco)
Acueducto (Alemania)
Viaducto (Suiza)
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 2
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
Puente (Australia). Puente en arco de Hormigón armado. L=304[m]
Puente Garabito (Francia). Puente en arco de Hormigón armado. L=304[m]
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 3
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
Puente Broklyn (Estados Unidos)
Puente colgante entre Honshu y Shikoku (Japón) - Puente Seto-Ohashi (Gran Puente de Seto), es una serie de puentes que conecta la ciudad de Kurashiki, en la isla de Honshu, con Sakaide, en la isla de Shikoku. Constituye la primera de las 3 vias de unión entre las islas japonesas de Honshu y Shikoku.
Tiene 2 pisos. 13,1 km de longitud.
El tablero superior es una autopista de peaje y el inferior es usado para el tráfico de trenes.
Puede soportar vientos de 150 km/h y terremotos de 8,5 grados.
Puente en acero Rheinbrucke (Alemania). L=
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 4
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
Puente de Normandia (Francia). Puente Atirantado
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 5
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 6
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
CLASIFICACIÓN.Existen diversos y numerosos criterios:
- Sección transversal, materiales de construcción, etc.
De acuerdo al Sistema Portante.a) Puentes en arcob) Puentes pórticosc) Puentes con cables
De acuerdo a las partes constitutivas de un puentea) Superestructurab) Infraestructura
Sección Longitudinal
a) SUPERESTRUCTURA
Sección Transversal Superestructura Losa A-A
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 7
BordilloTablero o losa de calzada
Capa de rodadura Acera
Barandado
Viga principal o longitudinal
Diafragma (Separación máxima 12,5[m])
1% a 2%
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
El parapeto es utilizado como protección de los peatones cuando exista un riesgo de caída en puentes y viaductos.
2[cm]
Lagrimal
Detalle de Acera
10cm
5cm
Detalle de Drenaje
Detalle de Junta de Dilatación
b) INFRAESTRUCTURA
▪ Estribo▪ Pila
DATOS PARA EL DISEÑO DE UN PUENTE
a) Topografía- Planimetría con curvas de nivel cada metro (si la quebrada es
profunda se recomienda cada metro, si el terreno es poco pronunciado preferiblemente menos juntas).
- Secciones transversales del río aguas arriba y aguas abajo a 500m (situadas entre 10 y 20m).
- Perfil longitudinal en el eje del Puente (con NAM, NAO, NAME, NAm).
- Material de arrastre del río.
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 8
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
- Velocidad de la corriente.
b) Hidrología- Media Anual (50 años).- Nivel máxima extraordinarias.
c) GeotecniaEstudio Geotécnico, Propiedades físico mecánicas del puente
d) Geología- Perfil geológico- Datos físico mecánicos del suelo.
Capacidad de soporte del suelo Angulo de fricción interno Cohesión Peso unitario natural Nivel freático Consolidación
e) Características de los ríos
- Ríos de caudal bruscamente variables o torrenciales
Variabilidad del lecho Inundaciones Socavaciones
- Ríos de caudal relativamente constantes
Socavación General. Depende del tipo de terreno Socavación Local. Depende:
Forma de la pila Ángulo de inclinación Velocidad de la corriente.
ELECCIÓN DEL TIPO DE PUENTE
Plantear por lo menos tres alternativas de anteproyectos.
- Económico- Constructivo- Estético
Si el suelo es granular o roca se utiliza una estructura HIPERESTATICASi el suelo es cohesivo o compresible se utiliza una estructura ISOSTATICA
PLANOS CONSTRUCTIVOS
- Plano general- Plano de la superestructura- Plano de la infraestructura- Plano de detalles (Barandas, parapeto, junta de dilatación, aparatos
de apoyo, drenaje, etc.).
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 9
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
- Arquitectónico- Estratos geológicos
DEFENSIVOS.Estos se utilizan cuando el puente es de menor longitud que el ancho hidráulico o en
ríos meandricos que se originan cuando el terreno es llano
Río Meándrico
Reducción del área hidráulica
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 10
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
CAPÍTULO 3SOLICITACIONES EN PUENTES
1. INTRODUCCIÓN Diseño en puentes carreteros (AASTHO 96)
2. CARGAS - Peso propio o carga muerta.- Carga viva.- Impacto o efecto dinámico de la carga viva.- Carga de viento.- Fuerza longitudinal (frenado o acelerado).- Fuerza centrífuga (Puentes curvos).- Fuerzas térmicas.- Presión de la tierra.- Subpresión.- Tensiones de retracción.- Acortamiento.- Tensiones de lanzamiento.- Hielo o presión de la corriente.- Sismo.- Palizada (Zona del oriente de Bolivia).
3. PESO PROPIO
Material Pesos unitarios- Acero 77.00- Aluminio 28.00- Madera (Tratada o no tratada) 9.00- Hormigón (Simple o armado) 24.00- Arena, tierra, grava o balasto compactado 19.00- Arena, tierra y grava suelta 19.00- Mampostería de piedra 27.00- Pavimento 24.00- Rieles, guardarrieles 32.00- Carpeta asfáltica de 2.54 [cm] de espesor 0.50
4. CARGA VIVA
Tren de cargas: M-13.50; M-18; MS-13.50; MS-18Carga equivalente: Considera carga distribuida en un ancho de de 3.0 [m]Sistemas de protección: Peatonal, ciclístico, parapeto.
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 11
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
M-18 H 20-44M-13,5 H 15-44
35,6 [KN]26,7 [KN]
142,4 [KN]106,8 [KN]
0,1 W 0,4 W
0,1 W 0,4 W
4,27 [m]
W =Total weight of truck and load0,
2W
0,8W
0,6 1,8 0,6
ANCHODE LINEA DECARGA3,0m
Bordillo
VISTA LATERAL
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 12
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
MS-18 HS 20-44MS-13,5 HS 15-44
35,6 [KN]26,7 [KN]
142,4 [KN]106,8 [KN]
142,4 [KN]106,8 [KN]
0,1 W 0,4 W
0,1 W 0,4 W
4,27[m] 4,27-9,14[m]
0,4 W
0,4 W
0,2W
0,8W
0,8W
5.1. CARGA EQUIVALENTE
80,06[Kn] Momento115,65[Kn] Cortante
9,34[Kn/m]
MS 18MS 13,5
60,05[Kn] Momento86,74[Kn] Cortante
7,0 [Kn/m]
M 13,5M 18
5. IMPACTO
Efecto debido a fuerzas dinámicas, vibratorias e impacto.
Grupo A: Se incluye el impacto.1) Superestructura2) Pilas, excluyendo la fundación y porción que este bajo el lecho del
río.3) La porción de pilotes de hormigón y acero que estén por encima del
lecho del río.
Grupo B: No se incluye el impacto.1) Estribos, muros de contención, pilotes excepto lo indicado en el
grupo A-3.2) Presión en las cimentaciones.3) Estructuras de madera.4) Carga peatonal.5) Alcantarillas y estructuras que tengan un relleno de 0.90 [m] o mas
de altura.
a) Para pisos de rodadura: longitud del tramo de diseño.
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 13
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
b) Para elementos transversales, como vigas de piso, la longitud del tramo del elemento, centro a centro de apoyos.
c) Para el cálculo de momentos con el tren de carga: longitud del tramo o para vigas en voladizo desde la sección donde se quiere determinar el momento hasta el eje más alejado del tren de cargas.
S
SL
d) Para cortante debido al tren de carga: La longitud de la porción cargada del tramo desde el punto bajo consideración a la reacción alejada, excepto, para vigas en voladizo usar 0.30.
e) Para tramos continuos: La longitud del tramo en consideración para momentos positivos, y el promedio de los dos tramos adyacentes para momentos negativos.
f) Para alcantarillas con alturas de relleno:0 - 0.30 [m] I = 0.300.33 – 0.61 [m] I = 0.200.64 – 0.89 [m] I = 0.10
6. FUERZA LONGITUDINAL
Se utiliza la carga equivalente sin impacto para momentos.
7. FUERZA CENTRÍFUGA
Porcentaje de la reacción en cada rueda sin impacto.S = Velocidad de diseño de la
carretera [km/h]R = Radio de curvatura [m]
- No se debe usar la carga equivalente para determinar la fuerza centrifuga.
- Se aplica a 1.80 [m] de la superficie de rodadura.
8. CARGA PEATONAL
4.07 [kN/m2] para la acera.
En el caso de vigas, reticulares, arcos y otros elementos la carga peatonal se calcula:
Tramos: 0 – 7.62 [m] 4.07 [kN/m2]7.92 – 30.48 [m] 2.87 [kN/m2]
Mayor a 30.48 [m]
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 14
1,80[m]
FL
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
Donde: L = Longitud cargada de la acera [m]W = Ancho de la acera [m]
Para pasarelas peatonales o ciclísticas 4.07 [kN/m2]
9. CARGA EN EL BORDILLO
0,25 [m]
7,30 [kN/m]
10. CARGAS DE VIENTO
Velocidad de l viento 160.90[km/h]
VIENTO EN LA SUPERESTRUCTURA.
Viento en la Superestructura Viento en la Carga Viva
Ángulo del
viento
Reticulares VigasÁngulo del
viento
Carga Later
al
Carga Longi
t.
Carga Later
al
Carga Longitudi
nal
Carga Later
al
Carga Longitudi
nal
Grados
[kN/m2]
[kN/m2] [kN/m2]
[kN/m2] Grados [kN/m2]
[kN/m2]
015304560
3.593.351.442.152.87
00.571.341.962.40
2.402.111.961.580.81
00.290.580.770.91
015304560
1.461.281.200.960.50
00.180.350.470.56
CUANDO LA LUZ ES MENOR O IGUAL A 38.10[M]:
Viento en la Superestructura Viento en la Carga VivaTransversal 2.39 [kN/m2]Longitudinal 0.57 [kN/m2]
Transversal 1.46 [kN/m2]Longitudinal 0.58 [kN/m2]
Estas fuerzas se aplican en el baricentro del área expuesta al efecto del viento
La fuerza se aplica a 1.80[m] sobre la losa de calzada.
VIENTO EN LA INFRAESTRUCTURA. Velocidad del viento de 160.90 [km/h]. Presión de 1.92 [kN/m2]
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 15
H = Altura libre del cuerpo de pila entre el nivel de aguas y su coronamiento [m]
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
L
b
b
Pila
Cuerpo de Pila
11. FUERZA DE LA CORRIENTE
V= velocidad de la corriente [ m/seg]
K= 0.72
K=0.36
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 16
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
12. EMPUJE DE TIERRAS Por RANKINE
=peso unitario del relleno [KN/m3]
=ángulo de fricción interna del relleno
Q= carga viva
VIGAS PREFABRICADAS DE HORMIGON UTILIZADAS EN PISOS MULTIVIGAS.
La inyección tiene lechada + expansor
Factor de carga = S/D <= 1.00 donde S= ancho del elemento prefabricado
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 17
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
NL=Numero de Fajas de traficoW= ancho total del puente medido perpendicularmente a ala viga longitudinal [m]
Si I/J>5.00 para la distribución de la carga viva utilizar métodos mas exactos.
I=momento de inerciaJ= constante de torsión de Saint-Venant
relación de Poisson para vigas
EN LOSAS
Momentos del área de influencia
a) Armadura Principal Perpendicular al tráfico
NOTA: si la losa esta sobre 3 o mas apoyos se multiplicara este momento por 0.80, sirve para tramos interiores
b) Armadura Principal paralela al Trafico
- Tramos Lc
- Apoyo
Ancho de distribución
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 18
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
El momento que hemos obtenido lo dividimos entre EPara apoyos se pone el promedio de la luz de E que convergen a los apoyosPara carga equivalente se divide entre 2 E
LOSAS MACISAS
Armadura perpendicular a la armadura principal Armadura de distribución
a) Perpendicular
L/2
b) Paralela.
Se la concentra más la armadura en la parte central L/2 y la mitad a los lados L/2 y L/4
LOSAS EN VOLADIZOa) Armadura principal paralela al tráfico
b) Armadura Principal paralela al trafico
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 19
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
VIGASPara vigas rectangulares llena, canal, Tee
Cuando se haga un prefabricado, debe diseñarse para la carga máxima es decir la viga externa o la más cargada
Vigas sección cajón
B= ancho total del cajónD=altura total del cajónT=Espesor de cada almaTf =espesor de dad ala
Para prediseños
Tipo de Puente Tipo de Viga K
multi-viga
Viga rectangular llena 0,7Viga rectangular con hueco circular 0,8cajón 1canal, tee 2,2
Factor de carga Exterior.-
Área de contacto de la Rueda
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 20
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
Ejemplo
Según el Libro de Belmonte, clases de pisos HºAº fracción de la carga de rueda en cada viga transversales es:- Vigas T de HºAº- 2 o mas fajas de trafijo y con S=<3.05 [m]
entonces
si S>3.05 m asumimos rotulas ficticias
Y estos valores no son iguales entonces. Debo hacer dos diseños una para carga interior y otra para la viga exterior.Para optimizar deben ser iguales, por tanto, igualaremos para un diseño único:
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 21
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
Se asume el resorte por que se deforma
Fi= 0.547*S
Igualamos fi=fe y se tiene.
LINEAS DE INFLUENCIAPara
Momento. Es importante colocar la carga máxima a analizar según el teorema de Barre.
P/4 P P P/4
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 22
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
Momento por carga viva
Asumiendo el factor de carga hallado anteriormente y la carga de un camión tipo MS 20
Impacto
Mto por impacto
Mto. Por carga viva mas impacto
se debe realizar el mismo análisis para la
carga repartida y la carga mínima
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 23
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
Cortante por carga viva
Impacto
Cortante por Impacto
Cortante por carga viva más impacto:
LINEAS DE INFLUENCIA DE VIGAS RIGIDAS SOBRE APOYOS ELASTICOS
Analizamos según las siguiente formula:
Completaremos lo anterior con un ejercicio
Continuando el Ejercicio anteriorCalcularemos los diafragmasLongitudinal
Transversal
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 24
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
Separación máxima entre diafragmas 12.5[m]
Tipo de carga P=1.00
Para:
Con estos datos dibujamos la L.I R1, R2 y R3 :
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 25
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
L.I.R1
L.I.R2
L.I.R3
D= distancia de una rueda interior al c.g. del conjunto de ruedas en fila.
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 26
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
Pero antes:
Entre los diafragmas la losa actúa como simplemente apoyada.
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 27
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
Para el tren de cargas:
Entonces:
Lo que pesa una ruedaEntonces lo cargamos al
diafragmaSegún el reglamento, lo más probable que circulen los camiones en:
Si tuviéramos que diseñar , faltaría el peso propio( solo actúa en la viga longitudinal)
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 28
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
2 y 1 Faja de tráfico adoptamos el > y con el cual diseñamos.Para continuar con el ejemplo asumiremos que MU=410.63 es el >Como datos requerimos:
Recubrimiento = 3.00 [cm]
En puentes utilizar=10.00 mm
Elegimos el menorUtilizamos la norma americana para obtener la armadura por flexión
Para que no colapse las estructurasPermite tener tolerancia, en el que se pueda tener un Hº en obraEs decir H-25 Lo que se requiere
H-24 Lo que se obtiene en obraEntonces:
0.9*25=22.5 es la resistencia a la que puedo llegar, es decir, hasta lo que puedo llegar H-24 si me sirve.Cubre ciertos aspectos en obra, para poder ser aceptada la estructura y asi no ser rechazada.Entonces
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 29
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
Calculamos la separación máxima
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 30
CIV-219 Apuntes de PuentesIng. Adolfo Castro UMSA
Univ. Vladimir Ulaque Zeballos 31