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  • UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE INGENIERA CIVIL

    MANUAL PRCTICO PARA EL PRE-DIMENSIONAMIENTO DE PUENTES EN ACERO Y CONCRETO, PARA UNA LUZ MENOR A

    15 METROS

    Hctor Kelinton Ramos Garca Asesorado por Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos

    Guatemala, octubre de 2010

  • UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

    FACULTAD DE INGENIERA

    MANUAL PRCTICO PARA EL PRE-DIMENSIONAMIENTO DE PUENTES EN ACERO Y CONCRETO, PARA UNA LUZ MENOR A 15 METROS

    TRABAJO DE GRADUACIN

    PRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA

    FACULTAD DE INGENIERA

    POR

    Hctor Kelinton Ramos Garca Asesorado por Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos

    AL CONFERIRSELE EL TTULO DE

    INGENIERO CIVIL

    Guatemala, octubre de 2010

  • UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

    NMINA DE JUNTA DIRECTIVA

    DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos VOCAL I Inga. Glenda Patricia Garca Soria VOCAL II Inga. Alba Maritza Guerrero Spnola de Lpez VOCAL III Ing. Miguel ngel Dvila Caldern VOCAL IV Br. Luis Pedro Ortz de Len VOCAL V P.A. Jos Alfredo Ortz Herincx SECRETARIO Ing. Hugo Humberto Rivera Prez

    TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN GENERAL PRIVADO

    DECANO Ing. Sydney Alexander Samuels Milson EXAMINADORA Inga. Patricia Villatoro de Escobar EXAMINADORA Inga. Carmen Marina Mrida Alva EXAMINADOR Ing. Nicols de Jess Guzmn Senz SECRETARIO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco

  • ACTO QUE DEDICO A:

    DIOS Cuya fuente de sabidura, me ha orientado por el buen camino, sabiendo siempre que l est presente en todo.

    Mis padres Cuya fuerza inalcanzable, me han apoyado a lo largo de mi vida incondicionalmente y cuyo ejemplo seguir siempre.

    Mi familia Que siempre ha estado a mi lado, en las buenas y las

    malas, por la cual siempre luchar.

  • AGRADECIMIENTOS

    Vengan, cantemos al Seor con alegra; cantemos a nuestro protector y

    salvador. Entremos en su presencia con gratitud y cantemos himnos en su

    honor, gracias por la sabidura. Salmos 95:1,2.

    A toda mi familia, por su apoyo y comprensin.

    Al arquitecto Francisco Ballesteros, por su ayuda a la elaboracin de este

    documento.

    Al Ingeniero Murphy Paiz Recinos, mi asesor, por su ayuda y direccin para

    realizar este trabajo.

    A mis amigos, por apoyarme y estar siempre cuando los necesito.

  • I

    NDICE GENERAL

    NDICE DE ILUSTRACIONES XI LISTADO DE SMBOLOS XVII GLOSARIO XXI RESUMEN XXVII OBJETIVOS XXIX INTRODUCCIN XXXI

    1. GENERALIDADES SOBRE PUENTES 1 1.1. Breve historia sobre los puentes 1

    1.2. Funciones de los puentes 2

    1.3. Tipos de puentes 3

    1.3.1. Puentes de acero 3

    1.3.1.1. Puentes de vigas 4

    1.3.1.2. Puentes de trabes armados 4

    1.3.1.3. Puentes de armadura 5

    1.3.1.4. Puentes colgantes 5

    1.3.1.5. Puentes en arco 6

    1.3.1.6. Puentes sostenidos por cables 7

    1.3.2. Puentes de concreto reforzado 8

    1.3.3. Puentes de concreto preesforzado 8

    1.4. Localizacin de un puente 10

    1.5. Especificaciones generales 12

    1.5.1. Consideraciones de diseo 13

    1.5.2. Normas de diseo 13

  • II

    2. ESTUDIOS PRELIMINARES 17 2.1. Estudio topogrfico 17

    2.2. Estudio hidrolgico e hidrulico 18

    2.2.1. Localizacin del rea estudiada 18

    2.2.2. Hidrologa y clculo de caudales 19

    2.2.2.1. Intensidad de lluvias 19

    2.2.2.2. rea de cuencas 20

    2.2.2.3. Clculo de caudales 21

    2.2.3. Capacidad hidrulica de la estructura 21

    2.3. Estudio de suelos 22

    2.3.1. Perfil del sub-suelo 23

    2.3.2. Ensayos de laboratorio 24

    2.3.3. Proteccin del cauce 24

    2.4. Estudio geolgico del cauce 25

    2.4.1. Geomorfologa de la cuenca 25

    2.4.2. Caractersticas geolgicas de la cuenca 25

    3. ELEMENTOS QUE COMPONEN UN PUENTE 27 3.1. Sub-estructura 27

    3.1.1. Gaviones 28

    3.1.2. Estribos de concreto 28

    3.1.3. Pilas 29

    3.1.4. Zapatas 30

    3.1.5. Pilotes 31

    3.1.6. Super-estructura 32

    3.1.7. Losa principal 33

    3.1.8. Banquetas 34

    3.1.9. Pasamanos 35

    3.1.10. Carpeta asfltica, segn diseo 35

  • III

    3.1.11. Apoyos de neopreno 36

    3.2. Juntas en los puentes 39

    3.2.1. Variacin de la temperatura 39

    3.2.2. Temperatura efectiva 39

    3.2.3. Rango de temperatura 40

    3.2.4. Coeficiente de expansin trmica del concreto 41

    3.2.5. Temperatura inicial del puente 41

    3.2.6. Contraccin por secado del concreto 42

    3.2.7. Movimiento de rotacin 42

    3.2.8. Movimientos que se producen en las juntas 43

    3.2.8.1. Movimiento por cambios de temperatura 44

    3.2.8.2. Contraccin del secado del concreto 44

    3.2.8.3. Contraccin por fluencia del concreto 45

    3.2.9. Juntas utilizadas en puentes 46

    3.2.9.1. Juntas abiertas 48

    3.2.9.2. Junta placa deslizante 48

    3.2.9.3. Junta con angulares en sus bordes 49

    3.2.9.4. Junta con placas en sus bordes 50

    3.2.9.5. Junta con angulares superiores 50

    3.2.9.6. Junta con placa en forma de dedos 51

    3.2.9.7. Juntas ahogadas 52

    4. PRE-DIMENSIONAMIENTO DE PUENTES EN ACERO 53 4.1. Cargas de diseo 53

    4.1.1. Cargas muertas 54

    4.1.2. Cargas vivas 54

    4.1.3. Impacto 55

    4.2. Conexiones en los puentes 55

    4.2.1. Conexiones con pernos 55

  • IV

    4.2.2. Conexiones soldadas 56

    4.3. Materiales para la super-estructura 56

    4.3.1. Vigas armadas tipo Joist 56

    4.3.2. Vigas de molino y vigas armadas 57

    4.4. Diseo estructural para puentes en acero 58

    4.4.1. Datos para el diseo 58

    4.4.2. Diseo de losa con el sistema metal-deck 59

    4.4.2.1. Elementos del metal-deck 60

    4.4.2.2. Tablas de diseo 60

    4.4.2.3. Diseo estructural 63

    4.4.2.4. Clculo de la carga distribuida por CM y CV 64

    4.4.2.5. Deflexiones permisibles 65

    4.4.2.6. Esfuerzos en losa metal-deck (losa acero) 66

    4.4.2.7. Chequeos en losa metal-deck (losa acero) 71

    4.4.2.7.1. Chequeo por envolventes de

    momento 72

    4.4.2.7.2. Chequeo por punzonamiento 73

    4.4.2.7.3. Chequeo por cortante vertical 74

    4.4.2.7.4. Chequeo deflexiones por

    carga viva 74

    4.4.2.7.5. Chequeo capacidad a flexin 75

    4.4.2.8. Conectores Nelson Stud, pernos de corte 76

    4.4.3. Diseo de losa por coeficientes de carga 76

    4.4.4. Diseo de diafragmas 81

    4.4.5. Diseo de vigas por coeficientes de carga 82

    4.4.5.1. Integracin de cargas muertas 83

    4.4.5.2. Integracin de cargas vivas 83

    4.4.5.3. Momentos flectores 84

    4.4.5.4. Propiedades de la seccin 87

  • V

    4.4.5.5. Comprobacin del pandeo 89

    4.4.5.6. Seccin compuesta para momentos 92

    4.4.5.7. Esfuerzos en la seccin compuesta 95

    4.4.5.8. Chequeo de cortante 96

    4.4.5.9. Diseo de rigidizantes 96

    4.4.5.10. Conectores de corte 101

    4.4.5.11. Deflexiones permisibles 103

    5. PREDIMENSIONAMIENTO DE PUENTES EN CONCRETO 105 5.1. Cargas de diseo 105

    5.1.1. Carga muerta 105

    5.1.2. Carga viva 106

    5.1.3. Aplicacin de la carga viva 107

    5.1.4. Carga de impacto 108

    5.1.5. Banquetas 109

    5.1.6. Bordillos 110

    5.1.7. Barandas 110

    5.2. Fuerzas de diseo 111

    5.2.1. Fuerzas de viento 111

    5.2.2. Fuerzas trmicas 112

    5.2.3. Fuerzas de sismo 113

    5.2.4. Fuerza de frenado 115

    5.2.5. Fuerzas centrfugas 115

    5.3. Diseo estructural 116

    5.3.1. Datos para el diseo 116

    5.3.2. Diseo de losa 117

    5.3.2.1. Momentos por carga muerta 118

    5.3.2.2. Momentos por carga viva 119

    5.3.2.3. Factor de impacto 119

  • VI

    5.3.2.4. Integracin de cargas ltimas 119

    5.3.2.5. Acero de refuerzo para losa 120

    5.3.3. Diseo de acera (banqueta) 123

    5.3.4. Armado final de postes y barandas 124

    5.3.5. Diseo para las vigas principales 125

    5.3.5.1. Momentos por carga muerta 125

    5.3.5.2. Momentos por carga viva 126

    5.3.5.3. Factor de impacto 130

    5.3.5.4. Fuerza de frenado 130

    5.3.5.5. Factor de distribucin 130

    5.3.5.6. Integracin de cargas 132

    5.3.5.7. Acero de refuerzo para vigas 132

    5.3.5.8. Comprobacin del corte ltimo 135

    5.3.6. Diseo para las vigas exteriores 139

    5.3.6.1. Momentos por carga muerta 139

    5.3.6.2. Momentos por carga viva 140

    5.3.6.3. Factor de impacto 141

    5.3.6.4. Fuerza de frenado 142

    5.3.6.5. Factor de distribucin 142

    5.3.6.6. Integracin de cargas 143

    5.3.6.7. Acero de refuerzo para vigas 144

    5.3.6.8. Comprobacin del corte ltimo 145

    5.3.7. Diseo de vigas secundarias (diafragmas) 149

    5.3.7.1. Dimensionamiento de diafragmas 150

    5.3.7.2. Diseo de diafragmas interiores 150

    5.3.7.3. Diseo de diafragmas exteriores 153

  • VII

    6. DISEO DE ESTRIBOS DE ENTRADA Y SALIDA 155 6.1. Diseo de aleros 155

    6.2. Diseo de cortina 160

    6.3. Diseo de viga de apoyo 164

    6.4. Diseo de muro de contencin 167

    6.5. Clculo de estabilidad del estribo 171

    6.5.1. Factor de seguridad al volteo 171

    6.5.2. Factor de seguridad al deslizamiento 172

    6.5.3. Revisin de las presiones en el terreno 172

    6.6. Cargas y fuerzas actuantes sobre el pie de l