apuntes civ-312 puentes

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


Puente Turco (Frontera Albano - Turco)

Acueducto (Alemania)

Viaducto (Suiza)



Puente (Australia). Puente en arco de Hormigón armado. L=304[m]

Puente Garabito (Francia). Puente en arco de Hormigón armado. L=304[m]



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=



Puente de Normandia (Francia). Puente Atirantado



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


BordilloTablero o losa de calzada

Capa de rodadura Acera

Barandado

Viga principal o longitudinal

Diafragma (Separación máxima 12,5[m])

1% a 2%


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.



- 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.).



- 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



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.



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



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.



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]


1,80[m]

FL


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]


H = Altura libre del cuerpo de pila entre el nivel de aguas y su coronamiento [m]


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



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



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



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



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



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:



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



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



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



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 :



L.I.R1

L.I.R2

L.I.R3

D= distancia de una rueda interior al c.g. del conjunto de ruedas en fila.



Pero antes:

Entre los diafragmas la losa actúa como simplemente apoyada.



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)



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



Calculamos la separación máxima


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