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PROPUESTA DE DISEÑO ESTRUCTURAL DEL PUENTE “FLANDES - PARQUE

CENTRAL” EN EL MUNICIPIO DE PASCA CUNDINAMARCA MEDIANTE UN

DISEÑO EN LOSA MACIZA EN CONCRETO CON VIGAS FUNDAMENTADO

EN LA NORMA CCP-14

PRESENTADO POR

RIVERA HERNÁNDEZ FRANK NICOLAS

GUTIÉRREZ RIVEROS JOHAN SEBASTIÁN

TRUJILLO RODRÍGUEZ DANIEL GUILLERMO

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C.

JULIO 2021

PROPUESTA DE DISEÑO ESTRUCTURAL DEL PUENTE “FLANDES - PARQUE

CENTRAL” EN EL MUNICIPIO DE PASCA CUNDINAMARCA MEDIANTE UN

DISEÑO EN LOSA MACIZA EN CONCRETO CON VIGAS FUNDAMENTADO

EN LA NORMA CCP-14

PRESENTADO POR

RIVERA HERNÁNDEZ FRANK NICOLAS

GUTIÉRREZ RIVEROS JOHAN SEBASTIÁN

TRUJILLO RODRÍGUEZ DANIEL GUILLERMO

TESIS

DOCENTE ASESOR

JAIME IVÁN MORA SAMACA

Ing. Civil

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTA D.C.

JULIO 2021

AGRADECIMIENTOS

El presente proyecto de grado es un esfuerzo en el que directa o indirectamente participaron

varias colegas, amigos, profesionales y compañeros leyendo, opinando, corrigiendo, dando

ánimo, acompañándonos en los momentos de dificultad y en los momentos de felicidad.

El agradecimiento de este proyecto es a Dios principalmente quien ha guiado y ha dado

fortaleza para seguir adelante en este proyecto.

Al ingeniero Jaime Iván Mora Samacá por su guía y por aportar su conocimiento como

ingeniero civil, al cual admiramos en este campo de la ingeniería y cada uno de los autores

de cada uno de los documentos que fueron investigados para el desarrollo de esta tesis, los

cuales aportaron un grano de arena y aportaron también en nuestro crecimiento como

ingenieros.

DEDICATORIAS

A nuestros padres quienes nos han forjado como personas de bien; muchos de nuestros logros

se los debemos a ellos y a nuestra familia, incluyendo este. Nos formaron con reglas y con

algunas libertades, pero al final de cuentas, nos han motivado constantemente para alcanzar

nuestros anhelos.

Contenido

1. GENERALIDADES.................................................................................................................. 15

1.1 Antecedentes ..................................................................................................................... 15

1.1.1 Local .......................................................................................................................... 15

1.1.2 Nacional .................................................................................................................... 17

1.1.3 Internacional .............................................................................................................. 18

4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................................. 20

4.2 Descripción del problema. ................................................................................................. 20

4.3 Formulación del problema. ............................................................................................... 20

5 OBJETIVOS ............................................................................................................................. 22

5.2 Objetivo General ............................................................................................................... 22

5.3 Objetivos Específicos ........................................................................................................ 22

6 JUSTIFICACIÒN...................................................................................................................... 23

7 DELIMITACIÓN ...................................................................................................................... 24

7.1 Espacio .............................................................................................................................. 24

7.2 Tiempo .............................................................................................................................. 24

7.3 Contenido .......................................................................................................................... 24

7.4 Alcance .............................................................................................................................. 24

7.5 Limitaciones ...................................................................................................................... 25

7.6 Criterios ............................................................................................................................. 25

8 MARCO DE REFERENCIA .................................................................................................... 26

8.1 Marco Teórico ................................................................................................................... 26

8.2 Marco Conceptual ............................................................................................................. 32

8.3 Marco Legal ...................................................................................................................... 36

9 METODOLOGÍA ..................................................................................................................... 38

9.1 Fuentes de Información ..................................................................................................... 38

9.2 Diseño Metodológico ........................................................................................................ 38

9.3 Tipo de investigación .............................................................................................................. 40

9.4 Etapa 1 Visita al área de estudio del proyecto: ................................................................. 41

9.5 FASE 2 Investigación y recopilación de información:...................................................... 45

9.6 FASE 3 Visita a la alcaldía del municipio: ....................................................................... 45

9.7 FASE 4 Revisión, verificación y selección de la información: ......................................... 45

9.8 FASE 5 Diseño y modelado del puente: ........................................................................... 46

9.9 FASE 6 y 7 Entrega y sustentación del proyecto: ............................................................. 94

10 CONCLUSIONES ............................................................................................................ 95

11 RECOMENDACIONES ................................................................................................... 97

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................... 99

INDICE DE FIGURAS

Fig. 1Elementos de un puente tipo viga. .............................................................................. 28

Fig. 2Losa cargada en la dirección transversal al tráfico. .................................................... 29

Fig. 3 Tipos de vigas. ........................................................................................................... 29

Fig. 4 Sistemas de apoyo. ..................................................................................................... 30

Fig. 5 Cargas por eje, camión C-40-90. ................................................................................ 32

Fig. 6 Planta del camión C-40-90. ....................................................................................... 32

Fig. 7 Ubicación puente ........................................................................................................ 41

Fig. 8 Sector suroriental puente ............................................................................................ 42

Fig. 9 Sector suroriental costado derecho puente ................................................................. 42

Fig. 10 Sector suroriental costado izquierdo puente............................................................. 42

Fig. 11 Sector noroccidental puente ..................................................................................... 43

Fig. 12 Sector noroccidental costado izquierdo puente ........................................................ 43

Fig. 13 Sector noroccidental costado derecho puente .......................................................... 43

Fig. 14 Vigas de apoyo de la losa del puente ....................................................................... 44

Fig. 15 Patologías del puente, ............................................................................................... 44

Fig. 16 Patologías del puente ................................................................................................ 44


Fig. 18 Sección transversal y distribución de los apoyos ..................................................... 49

Fig. 19 Línea de influencia para momento negativo. fuente propia ..................................... 49

Fig. 20 Grafico de línea de inflFig. 1Elementos de un puente tipo viga. ............................. 25

Fig. 2Losa cargada en la dirección transversal al tráfico. .................................................... 26

Fig. 3 Tipos de vigas. ........................................................................................................... 26

Fig. 4 Sistemas de apoyo. ..................................................................................................... 27

Fig. 5 Cargas por eje, camión C-40-90. ................................................................................ 29

Fig. 6 Planta del camión C-40-90. ....................................................................................... 29

Fig. 7 Ubicación puente ........................................................................................................ 39

Fig. 8 Sector suroriental puente ............................................................................................ 39

Fig. 9 Sector suroriental costado derecho puente ................................................................. 39

Fig. 10 Sector suroriental costado izquierdo puente............................................................. 40

Fig. 11 Sector noroccidental puente ..................................................................................... 40

Fig. 12 Sector noroccidental costado izquierdo puente ........................................................ 40

Fig. 13 Sector noroccidental costado derecho puente .......................................................... 41

Fig. 14 Vigas de apoyo de la losa del puente ....................................................................... 41

Fig. 15 Patologías del puente, ............................................................................................... 41



Fig. 18 Sección transversal y distribución de los apoyos ..................................................... 46

Fig. 19 Línea de influencia para momento negativo. fuente propia ..................................... 47

Fig. 20 Grafico análisis de cargas por momento positivo .................................................... 49

Fig. 21 Tabla resumen de análisis de cargas permanentes ................................................... 51

Fig. 22 Puntos de inflexión para una carga uniformemente distribuida, sección transversal

del puente, fuente propia. ..................................................................................................... 58

Fig. 23 Sección para análisis de vigas internas, fuente propia. ............................................ 58

Fig. 24 Gráfico SAP2000 combinación de carga resistencia i, fuente propia. ..................... 61

Fig. 25 Gráfico SAP2000 combinación de carga servicio i, fuente propia .......................... 61

Fig. 26 Sección para análisis de vigas externas, fuente propia....... 70uencia para el momento

positivo, fuente propia .......................................................................................................... 52


del puente, fuente propia. ..................................................................................................... 60

Fig. 23 Sección para análisis de vigas internas, fuente propia. ............................................ 61


Fig. 25 Gráfico SAP2000 combinación de carga servicio i, fuente propia .......................... 64

Fig. 26 Sección para análisis de vigas externas, fuente propia............................................. 72


Fig. 28 Gráfico SAP2000 combinación de carga servicio i, fuente propia. ......................... 74

Fig. 29 Dimensionamiento del estribo, fuente propia .......................................................... 82

Fig. 30 Distribución cargas en el estribo, fuente propia ....................................................... 83

INDICE DE TABLAS

Tabla 1 Cronograma de actividades, fuente propia. ............................................................. 40

Tabla 2 Tabla datos básicos del puente. Fuente propia ........................................................ 47

Tabla 3 Tabla propiedades básicas de los materiales del puente. Fuente propia.................. 48

Tabla 4 Dimensionamiento de las vigas ............................................................................... 48

Tabla 5 Cargas de diseño en luces internas de la losa .......................................................... 50

Tabla 6 Tabla resumen del análisis de cargas vivas, cargas vehiculares .............................. 51

Tabla 7 Calculo del refuerzo en secciones internas de la losa.............................................. 55

Tabla 8 Factores de verificación de refuerzo en secciones internas de la losa ..................... 55

Tabla 9 Calculo del refuerzo de secciones internas de la losa.............................................. 55

Tabla 10 Tabla resumen de refuerzo en la losa .................................................................... 57

Tabla 11 Tabla resuenen factores de mayoración de resistencia y servicio ......................... 58

Tabla 12 Tabla resumen de refuerzo calculado sobre el voladizo la sección de diseño....... 58

Tabla 13 Factores de verificación de refuerzo en el voladizo de la losa .............................. 59

Tabla 14 Calculo del refuerzo en el voladizo de la losa ....................................................... 59

Tabla 15 Resumen del análisis de cargas permanentes ........................................................ 61

Tabla 16 Evaluación de los dos casos de la carga viva ........................................................ 62

Tabla 17 Verificaciones de factores tabla 4.6.2.2.2b-1 ........................................................ 63

Tabla 18 Resumen momentos de diseño por factores combinaciones, fuente propia .......... 64

Tabla 19 Resumen de datos de diseño para el refuerzo de las vigas internas, fuente propia.

.............................................................................................................................................. 64


.............................................................................................................................................. 65

Tabla 21 Factores de verificación de refuerzo en viga internas del puente .......................... 65

Tabla 22 Calculo del refuerzo en vigas internas del puente ................................................. 65

Tabla 23 Resumen refuerzo a flexión en vigas internas, fuente propia. ............................... 66

Tabla 24 Tabla cuantía de refuerzo a cortante en vigas internas, fuente propia. .................. 70

Tabla 25 Análisis en las cargas permanentes ....................................................................... 72

Tabla 26 Resumen momentos de diseño por factores combinaciones, fuente propia .......... 74

Tabla 27 Resumen de datos de diseño para el refuerzo de las vigas externas, fuente propia.

.............................................................................................................................................. 74

Tabla 28 Resumen de refuerzo calculado sobre las vigas externas del puente. ................... 75

Tabla 29 Factores de verificación de refuerzo en vigas externas del puente ....................... 75

Tabla 30 Calculo del refuerzo en vigas externas del puente ................................................ 75

Tabla 31 Resumen refuerzo a flexión en vigas externas, fuente propia ............................... 76

Tabla 32 Tabla cuantía de refuerzo a cortante en vigas externas, fuente propia. ................. 80

Tabla 33 Resumen peso del estribo, fuente propia ............................................................... 83

Tabla 34 Acciones verticales por m de estribo, fuente propia.............................................. 84

Tabla 35 Acciones sísmicas sobre el estribo, fuente propia. ................................................ 85

Tabla 36 Cargas horizontales por m sobre el estribo, fuente propia .................................... 86

Tabla 37 Resumen de fuerzas y momentos con respecto al punto A por m de estribo, fuente

propia. ................................................................................................................................... 86

Tabla 38 Resumen de coeficientes de γ, fuente propia......................................................... 87

Tabla 39 Fuerzas verticales caso carga: estribo más superestructura ................................... 88

Tabla 40 Momentos de estabilización caso carga: estribo mas superestructura ................... 88

Tabla 41 Fuerzas horizontales caso carga: Estribo más superestructura .............................. 89

Tabla 42 Momentos de desestabilización a fuerzas horizontales caso carga: estribo mas

superestructura ...................................................................................................................... 89

Tabla 43 Especificaciones de los materiales de la pila ......................................................... 90

Tabla 44 Refuerzo transversal, flejes No.4 .......................................................................... 91

Tabla 45 Espesores elementos del apoyo de neopreno, fuente propia ................................. 92

Tabla 46 Detalle de apoyo de neopreno, medidas en milímetros ......................................... 94

1. RESUMEN

La ingeniería civil tiene muchos enfoques, tal es el caso de la rama de la ingeniería que

se encarga del diseño, estructuración y ejecución de puentes, estructuras que permiten omitir

obstáculos volviendo más eficientes y rápidos los trayectos por donde se encuentran. En el

transcurso de los años los puentes han evolucionado según las necesidades de la humanidad.

Hasta principios del siglo XIX, los puentes eran diseñados y construidos por maestros con

procedimientos empíricos, pero el proceso constante de crecimiento económico y

tecnológico a partir de la revolución industrial, con la invención de hierro fundido, forjado y

el acero, se creó la escuela de ingeniería civil y la aparición de las estructuras.

La presente tesis, tuvo como objeto principal el diseño del puente “Flandes – Parque

Central”, ubicado en Pasca Cundinamarca, actualmente este puente no se encuentra en

buenas condiciones, debido a la falta de mantenimiento y su uso constante. El puente que se

plantea diseñar es de concreto reforzado, la superestructura consta del diseño de una losa

maciza con vigas, la infraestructura consta del diseño de estribos y una pila central, es de

aclarar, que se abstiene de presentar el diseño de las cimentaciones, este diseño se

fundamenta en la norma CCP-14.

En primer lugar, se diseñó el pre - dimensionamiento del puente, haciendo una ampliación

de un carril, una bici carril y un sendero peatonal; seguido de esto, se realizó el avalúo de

cargas dinámicas y estáticas, para determinar valores del ancho de las vigas y espesor de la

losa; posteriormente se calculó el refuerzo del acero, siendo estos los cálculos permisivos

para el correspondiente diseño de los estribos y, finiquitar su análisis en el programa

estructural SAP 2000.

2. ABSTRACT

Civil engineering has many approaches, such as the case of the branch of engineering that is

responsible for the design, structuring and execution of bridges, which allow to avoid

obstacles, making the routes through which the bridge is located more efficient and faster.

Over the years, bridges have evolved according to the needs of humanity. Until the beginning

of the 19th century, bridges were designed and built by másteres with empirical procedures,

but the constant process of economic and technological growth from the industrial revolution,

with the invention of cast iron, wrought iron and steel, the school was created civil

engineering and the appearance of structures.

The main objective of this thesis was the design of the bridge "Flandes - Parque Central",

located in Pasca Cundinamarca, currently this bridge is not in good condition, due to lack of

maintenance and its constant use. The bridge to be designed consists of reinforced concrete,

the superstructure consists of the design of a solid slab with beams, the infrastructure consists

of the design of abutments and a central pier, it is to be clarified, which refrains from

presenting the design of the foundations, whose design is based on the CCP-14 standard.

In the first place, the pre - dimensioning of the bridge was designed, making an

extension of a lane, a bike lane and a pedestrian path; followed by this, the evaluation of

dynamic and static loads was carried out to determine the values of the width of the beams

and the thickness of the slab; Subsequently, the reinforcement of the steel was calculated,

these being the permissive calculations for the corresponding design of the abutments and,

finalizing its analysis in the SAP 2000 structural program.

3. INTRODUCCIÓN

Un puente es una construcción que permite salvar un accidente geográfico como un río, un

cañón, un valle, una carretera, un camino, una vía férrea, un cuerpo de agua o cualquier otro

obstáculo físico. “Gamboa Asch, Federico, Manual de inspección de puentes Ministerio de

Obras Públicas y Transportes. San José, Costa Rica, 1972. Como obra civil, aporta al

desarrollo social, económico y tiempos de movilización de cada uno de los productos que

necesitan las comunidades, contribuyendo al desarrollo de los diferentes sectores de la

sociedad.

Cotidianamente nos topamos con puentes ya sean de diferentes utilidades como pueden ser

peatonales, vehiculares, mixtos o por sus materiales, conforme estén a base de madera, metal

o concreto y en su ubicación, sean urbanos, municipales o intermunicipales. Muy pocas

veces nos tomamos el tiempo de detenernos y admirar cada detalle de esta estructura por

simple que sea cada una de ella. Una mezcla de arte y ciencia, todos son fruto de la creación

de sus diseñadores y constructores. Una definición muy interesante de lo que es un puente,

que se adentra más allá de mencionar elementos meramente técnicos es pues: "la

combinación armoniosa de arte y ciencia es una de las mayores creaciones de la

humanidad".

El municipio de Pasca Cundinamarca se encuentra en vías de desarrollo con un incremento

acelerado de la población ya que la mayoría de habitantes son campesinos, esto conlleva a

la necesidad de conectarse con las diferentes vías urbanas, rurales, intermunicipales y

departamentales, para que aumente el desarrollo del municipio con las regiones y los

campesinos puedan completar la cadena de producción de manera óptima, por esto, se

presenta el diseño estructural de la propuesta del puente “Flandes-parque central”, dando

como solución la ampliación del puente existente que se ubica sobre el cauce del río corrales

mejorando la movilidad del municipio. Para la elaboración de la tesis, surgen las siguientes

preguntas: ¿Podría un rediseño del puente solventar las necesidades en el desarrollo del

municipio de Pasca? ¿Cuál sería el diseño ideal para esto? Las preguntas anteriores están

basadas en el conocimiento de que antes de diseñar y modelar un puente se deben considerar

ciertas pautas que incluyen: los elementos del tipo de estructura seleccionada, los materiales

disponibles para su construcción, la viabilidad económica del proyecto, el funcionamiento

del puente según las necesidades de los usuarios, la adecuada planeación de la estructura

según las normas de diseño.

Teniendo conocimientos previos de la falta de mantenimiento del puente existente, adicional

a la necesidad de un espacio más amplio para la transpirabilidad de vehículos en el sector,

se propone realizar la ampliación de este. Para esto, se presenta el diseño estructura,

implementando un puente tipo losa-viga en concreto reforzado, ya que bajo los objetivos de

construcción de cualquier estructura en la medida en que sea construible, segura y

funcionante, se podría considerar algunos aspectos relacionados con la facilidad de

inspección, economía, y estética, concluyendo que este es el tipo de puente más viable para

el beneficio de movilidad y conexión en el municipio de Pasca.

Con la propuesta realizada, se pretende que el diseño estructural cumpla con la normatividad

nacional para este tipo de estructuras, Norma Colombiana de diseño de Puentes - LRFD -

CCP-14; adicionalmente que cumpla con la demanda que presentará dentro de la zona

beneficiada a lo largo de la vida útil de la estructura; así como con los demás requerimientos

técnicos establecidos necesarios para el correcto desarrollo de acuerdo a la normatividad

colombiana, manual geométrico de vías 2006, NSR-10 y Normas Técnicas Colombianas

(NTC).

1. GENERALIDADES

1.1 Antecedentes

1.1.1 Local

● Carrillo, A. Lozano M. (2018). DISEÑO EN CONCRETO REFORZADO DEL

NUEVO PUENTE “LAS DELICIAS” PARA LA CONEXIÓN DE LOS

MUNICIPIOS DE ALPUJARRA Y BARAYA BAJO LA NORMA COLOMBIANA DE

PUENTES LRFD CCP-14, (trabajo de grado), Universidad Católica de Colombia,

Colombia.

Problema de investigación: El objetivo de este trabajo de grado es evidenciar la

problemática que posee el municipio de Alpujarra, Tolima, debido al estado actual del puente

“Las Delicias” porque por medio de este puente es el camino por donde se abastece el

municipio, que vienen de la capital del Departamento del Huila, de igual forma por posición

geográfica en sus productos de exportación es importante el comercio con el mismo, los

habitantes de este municipio se encuentran en riesgo debido a que este puente es un paso

obligado.

El puente de “Las Delicias” está ubicado sobre el río Cabrera entre los municipios de

Alpujarra y Baraya, el puente presenta desgaste y deterioro a nivel estructural, debido a la

falta de mantenimiento y el tránsito que pasa han generado un desgaste tal que existe la

posibilidad de un colapso del puente. El puente Las Delicias presenta deterioros en los cables,

la capa de rodadura al punto que fue reemplazada por láminas de madera y, sumado a esto,

el pórtico estructural sufre una deformación cíclica debida a las cargas de tránsito, acelerando

los procesos de fatiga en la estructura metálica.

Procedimiento: El primer paso es el predimensionamiento, comenzando un avalúo de

cargas muertas y vivas, las cuales deberán ser transmitidas a la estructura para continuar con

un dimensionamiento de los apoyos de esta, cerciorándose que la cimentación soporte y así

poder determinar las posibles modificaciones que se hacen necesarias para optimizar la

estructura y garantizar los parámetros establecidos por el CCP-14. (The et al. 2000) Sumado

a los demás criterios que certifiquen la seguridad estructural como un buen evaluó de la

estructura se debe tener en cuenta que esta sea completamente funcional, factores como es el

estudio socioeconómico; para garantizar el total cumplimiento, entrega de la obra

satisfaciendo una necesidad prioritaria para la comunidad. (Diana Milena Castro Triana

2017) Es de suma importancia determinar el posible impacto paisajístico y ambiental que

este genere; Se observan los requerimientos para el cumplimiento de los parámetros

geométricos siendo que estos pueden facilitar el tránsito, haciendo que este resulte cómodo

para los usuarios; definiendo también un costo mínimo de mantenimiento para el total de su

vida útil. (Durante 2013).

Resultados y conclusiones: Para los resultados y conclusiones de este trabajo, se realizó

un diseño de vigas múltiples de cortas dimensiones con la finalidad de garantizar una mayor

distribución de las diferentes cargas y un menor esfuerzo soportado por cada una de ellas

minimizando así los posibles riesgos de daño por sobrecarga o sobreesfuerzos en la vida útil

del puente, así mismo reduciendo significativamente las áreas de empuje de viento que

puedan afectar la superestructura. Además, con la nueva implementación de diseño permite

que la economía de la población se active, especialmente en la agricultura.

● Lobo, M. (2017) “ANÁLISIS DE LA INCIDENCIA TÉCNICA AL APLICAR LA

NORMA CCP-14 VERSUS LA NORMA CCDSP 95 EN EL DISEÑO

ESTRUCTURAL DE LA SUPERESTRUCTURA DE UN PUENTE REFORZADO

SIMPLEMENTE APOYADO DE 20 METROS DE LONGITUD” (trabajo de grado),

Bogotá D. C, Colombia, Universidad Santo Tomas.

Procedimiento: Se realiza en tres etapas el desarrollo de la tesis, en la primera etapa se

realiza un diseño de acuerdo con la norma anterior, CCDSP 95, con todas las consideraciones

que trae esta norma para el diseño de puentes; en la segunda etapa se realiza el diseño del

puente de acuerdo con las consideraciones de la norma actual, CCP-14; Por último, en la

tercera etapa se hace la comparación entre estos dos diseños analizando la incidencia técnica

y factores cambiaron con la norma actual.

Resultados y conclusiones: La incidencia técnica de la norma actual (CCP-14) sobre

la norma anterior de diseño de puentes (CCDSP), entre lo que se destacó como conclusión

una menor cuantía y valores más bajos en los factores de diseño, pero también se recomienda

hacer el proceso con la subestructura del puente o un puente en acero para una mayor

fiabilidad de los resultados en la comparación de las metodologías usadas por estas normas.

1.1.2 Nacional

● Hernández, L. (2016) “Proyecto de maestría en ingeniería civil” (trabajo de grado),

Bogotá D.C, Colombia, Universidad de los Andes.

Problema de investigación: Diseño del puente vehicular mediante el código colombiano

de puentes CCP-14, de un puente con características de longitud 72 m con 2 apoyos

intermedios, el cual tiene como nombre “Puente 5”, y se enmarca en el proyecto

“CONSTRUCCIÓN DE LA VARIANTE SAN FRANCISCO MOCOA”.

Procedimiento: Se planteó un análisis y evaluación del comportamiento estructural

de un puente, se divide en dos etapas: la primera es el análisis y diseño estructural teniendo

el comportamiento elástico de los elementos, teniendo en cuenta los requisitos de la Norma

Colombiana de Diseño de puentes LRFD- CCP14; en la segunda etapa, se realiza un análisis

de comportamiento no linear de la estructura de los elementos que son susceptibles a formar

rótulas plásticas, bajo fuertes cargas súbitas como lo son las que producen los eventos

sísmicos, para lo cual se usarán los requisitos del documento Caltrans Seismic Design

Criteria Versión 1.7.

Resultados y conclusiones: Se realizó el diseño estructural y evaluación del

comportamiento no lineal de los elementos del puente vehicular. El análisis se realizó en dos

etapas, la primera etapa fue con un diseño estructural de todos los elementos estructurales,

según la norma LRFD – CCP14 las cuales son: Seguridad, utilidad, deformaciones,

constructibilidad y economía, en la segunda etapa del proyecto se analizó el comportamiento

no lineal de los elementos críticos sísmicos, como las columnas de apoyo, la cual se evaluó

el comportamiento dúctil de los elementos tanto como individualmente como globalmente.

Para los elementos críticos analizados y diseñados en la fase inicial tienen una demanda de

ductilidad al desplazamiento adecuada tanto individualmente como globalmente, para que

tengan una flexibilidad en el rango no lineal, que permita una adecuada disipación de las

cargas generadas por evento sísmico determinado sin que la estructura presente colapso.

1.1.3 Internacional

● Aquino, D. & Hernández, R. (2004). “Manual de construcción de puentes en

concreto” (trabajo de grado), San Salvador, El Salvador, Universidad de El Salvador.

Problema de investigación: La investigación plantea la elaboración de un manual para

construcción de puentes de concreto para El Salvador, esto para que sirva de guía en los

proyectos de construcción de puentes de concreto en este país.

Procedimiento: La elaboración de este manual de construcción de puentes de concreto

reforzado se hizo mediante pruebas y el análisis de las diferentes normas tanto nacionales de

El Salvador como normas internacionales, tiene como énfasis puentes con uno o dos carriles,

esto debido a que son tipos los más requeridos y óptimos a la hora del diseño y ejecución de

puentes en este país. El cual estará dirigido a constructores y profesionales especializados en

este tipo de obras civiles y en apoyo a la construcción de puentes.

Resultados y conclusiones: Se hicieron diferentes pruebas y los resultados tanto exitosos

como fallidos se registraron, sus respectivos análisis de resultados se iban documentando en

este manual las diferentes consideraciones de cada prueba que están a favor del desarrollo

del objetivo del manual. Además de los ensayos se obtienen conclusiones acerca del proyecto

que no están del todo relacionadas con el objetivo general de este proyecto pero sí generan

un aporte en el desarrollo y construcción de este tipo de proyectos como lo son temas

relacionados al tiempo y recursos económicos del proyecto, en la construcción de puentes de

concreto, se usan diversas técnicas constructivas que conllevan a mayor eficiencia en las

obras construidas y a menores costos de realización y que la calidad de la construcción de

estos proyectos se da por medio del contacto entre entidades, constructores y diseñadores

especializados en procedimientos constructivos.

● Salas, R. (2018). “Evaluación de Estructura y Propuesta de Reforzamiento del Puente

Peatonal Shamboyacu, Picota” – San Martin, 2019, Tarapoto, Perú, Universidad

César Vallejo.

Problema de investigación: En este trabajo de investigación se pretendió evaluar la

estructura del puente peatonal ubicado en Shamboyacu, Picota – San Martin, Perú y formular

una propuesta de reforzamiento para este puente peatonal mediante las normas vigentes de

este país.

Procedimiento: Se lleva a cabo con base en el Manual de Diseño de Puentes (2018)

del MTC y AASHTO LRFD (2017), como primer paso se realizó la evaluación de la actual

estructura, de acuerdo con los resultados y conclusiones de este análisis, se realiza una

propuesta en donde se hace un reforzamiento de la estructura, se pretende que el resultado de

esta investigación sirva como base o guía para una posible intervención a la estructura en

beneficio de la comunidad.

Resultados y conclusiones: Se realiza una propuesta de reforzamiento de la

estructura, complementando con un estudio sobre el sector de influencia en donde se

concluye que habrá una alta población beneficiada directamente con la ejecución de este

proyecto “puente peatonal Shamboyacu”, en la parte técnica se tiene como resultado que el

puente cumple con una rigidez y periodo de vibración natural debido a que no supera los 3.00

Hz, los ensayos no destructivos sobre el puente como esclerómetro y ultrasonido, sirven para

adquirir datos de resistencia del concreto, determinar los valores necesarios y realizar la

evaluación de la estructura para dar a conocer la propuesta de reforzamiento teniendo en

consideración los datos previamente obtenido y es una propuesta rentable para el sector.

4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

4.2 Descripción del problema.

En el municipio de Pasca – Cundinamarca, sobre el cauce del río Corrales en la zona

urbana se encuentra en puente “Flandes – Parque central”, que conecta el centro del

casco urbano con todo el sector ubicado hacia el sur del municipio, en la actualidad se

presentan dos problemas fundamentales. La primera dificultad se encuentra en el

desgaste existente presentado en la superestructura del puente y deterioro debido al

inexistente mantenimiento realizó desde su construcción; el segundo obedece al

desarrollo del municipio, ya que el puente al ser de un solo carril no tiene la capacidad

suficiente para satisfacer las necesidades de movilidad; además si tenemos en cuenta de

acuerdo a la información recopilada este puente tiene aproximadamente cincuenta (50)

años de construido y para entonces Colombia no contaba con una normatividad

adecuada para este tipo de estructuras.

A lo largo de la historia, en el área de la ingeniería relacionada con el diseño de

puentes, ha evolucionado en sus metodologías, tanto en el diseño, así como también en

los materiales con el que se construye. (Escobar, 2014).

4.3 Formulación del problema.

En el municipio de Pasca – Cundinamarca, la vía “Flandes – Parque central”, conecta

el centro del casco urbano con todo el sector ubicado hacia el sur del municipio. Se

pretende un nuevo diseño estructural que reemplace el puente ya existente resolviendo

las problemáticas de diseño, identificadas así; el dimensionamiento del puente

justificado por las constantes congestiones vehiculares, la ausencia de un espacio que

permita la movilidad y seguridad vial de los ciclistas, la carencia de mantenimiento.

¿Cómo se realizaría el diseño de un puente tipo viga losa del nuevo puente “Flandes -

Parque Central” garantizando el cumplimiento de los requerimientos geométricos y de

diseño estructural de la normatividad vigente?

Diseño de la ampliación del puente que garantice reducir los problemas de deterioro del

actual puente puesto que éste será totalmente nuevo y de movilidad al aumentar el

número de carriles vehiculares, peatonales y para ciclas, ¿cumpliendo con lo establecido

en la norma colombiana de diseño de puentes CCP-14

5 OBJETIVOS

5.2 Objetivo General

• Realizar un diseño óptimo y seguro de la ampliación del puente “Flandes – Parque

Central” que cumpla con las necesidades requeridas por el municipio.

5.3 Objetivos Específicos

• Plantear el diseño del Puente “Flandes – Parque Central” con mayor amplitud para el

flujo en ambos sentidos, con bici carril y sendero peatonal.

• Diseñar el puente que mejore el acceso dentro del municipio de Pasca y el ciclo de

producción de los bienes y servicios producidos por el municipio.

• Entregar la propuesta de diseño como aporte estudiantil a la alcaldía de Pasca.

6 JUSTIFICACIÒN

Dentro del casco urbano se localiza el puente “Flandes - Parque Central” sobre el cauce

del río Corrales, este conecta el parque central donde se encuentra la alcaldía central de pasca

y la vía departamental del municipio de Pasca la cual conecta al municipio de Fusagasugá y

es la más transitada del municipio, con el barrio Flandes que conecta con todas las veredas

de la parte sur del municipio y se encuentran edificios públicos como lo es el puesto de salud,

la principal plaza de mercado del municipio, este puente recoge una gran afluencia de

personas y de tránsito vehicular, debido a que es una de las principales vías de conexión del

municipio; ya que se ha venido deteriorando su estado y funcionalidad debido al desgaste y

poco mantenimiento de la estructura, se pretende realizar un nuevo diseño estructural en

donde no se tenga en consideración la estructura actual.

Tomando como base que una mejor comunicación y mejores vías ayuda al crecimiento

de los municipios, especialmente este tipo de lugares tradicionalmente campesinos y que

están en vías de desarrollo.

En el plan de desarrollo municipal se tiene como meta la ampliación de un puente dentro

del casco urbano, dado el análisis realizado se priorizo este puente frente a los demás

existentes por tanto se plantea este diseño satisfaciendo esta necesidad.

En este trabajo, se tiene como objetivo presentar una propuesta como posible solución

ante la necesidad de movilidad con respecto al puente actual, para ayudar al desarrollo del

municipio; mejorando la infraestructura local por el posible reemplazo del puente

obedeciendo siempre con el acato de la normatividad actual.

7 DELIMITACIÓN

7.1 Espacio

La propuesta se desarrolla en el casco urbano del municipio de Pasca, en donde se

encuentra en puente “Flandes - Parque Central” sobre el cauce del río Corrales y al cual se

pretende realizar un nuevo diseño estructural en donde no se tenga en consideración la

estructura actual.

7.2 Tiempo

El diseño de la propuesta de un nuevo diseño estructural del puente “Flandes - Parque

Central”, de acuerdo con toda la normatividad técnica, se ejecuta en un plazo estimado de

seis (6) meses.

7.3 Contenido

Se ejecutará el procedimiento del cálculo estructural y demás requerimientos técnicos

para lo que será el nuevo diseño estructural del puente “Flandes - Parque Central” en el

municipio de Pasca Cundinamarca, así como lo indica el código colombiano de diseño de

puentes y demás normas que apliquen; para lo cual será un sistema de puente, losa apoyada

sobre vigas para la superestructura y la infraestructura con los estribos y la pila central con

sus respectivos planos.

7.4 Alcance

El proyecto tiene como alcance el desarrollo de los diseños arquitectónicos y

estructurales para la propuesta de construcción del puente “Flandes – Parque central” y

entrega de la propuesta a la alcaldía de Pasca – Cundinamarca, mediante el abordaje

académico en la línea estructural de la carrera de Ingeniería Civil para presentar un diseño

viable y seguro.

Generando una alternativa de diseño que beneficie a la comunidad con una nueva

estructura mediante la ampliación de un carril más y la implementación del bicicarril, así para

una mayor y mejor transitabilidad en el sector. El Puente “Flandes – Parque central” es una

de las principales conexiones viales del municipio, debido a que la mayoría de los productos

deben pasar por este punto.

7.5 Limitaciones

● Reconocimiento técnico del puente.

● Información insuficiente del puente existente.

● No se tendrá en cuenta el presupuesto, ni las cantidades de obra.

● No se realizará un nuevo estudio de tránsito de acuerdo con el nuevo diseño del

puente.

● Al no tener estudios de suelos del lugar, se usarán estudios cercanos a la zona e

información que se encuentre en las bases de datos disponibles.

● Estar sujetos a la respuesta de la alcaldía para revisión de las memorias de cálculos

y planos para su correspondiente aprobación.

● Este trabajo de investigación es un aporte estudiantil del cual no se está haciendo

participes de una legalización, ya que se está contribuyendo a la comunidad.

7.6 Criterios

• Se uso una tipología de diseño losa apoyado sobre vigas debido a si facilidad y rapidez

constructiva, reducción en los costos de ejecución, facilidad en el mantenimiento

debido al tipo de material (concreto), uso del puente, características topográficas y la

ubicación geográfica no amerita un puente de mayor complejidad.

8 MARCO DE REFERENCIA

8.1 Marco Teórico

Un Puente es toda estructura en general que nos permite salvar obstáculos naturales,

como ríos, valles, lagos o brazos de mar; y a su vez obstáculos artificiales, como vías férreas

o carreteras, con el fin de unir o dar continuidad a los caminos. El diseño de cada puente varía

dependiendo de su función y la naturaleza del terreno sobre el que se construye.

Los puentes se pueden construir de diversos materiales que se han comprobado a lo

largo de la historia, en donde ninguno es más importante que otro, ya que este aspecto se

convierte en un tema subjetivo al conocer la utilidad de este, se pueden clasificar por

materiales como:

1) Madera: Fueron de estos materiales los primeros puentes en el mundo por la unión

de varios troncos uniendo dos orillas de un riachuelo.

2) Mampostería: Es un puente de piedra natural que solo es necesario darle forma y

pulir para dar una mejor presencia.

3) Acero: Es un puente metálico donde se especificarán el acero estructural en sus

elementos.

4) Concreto Armado: Puentes de concreto y acero, con una gran demanda en el

mercado actual.

5) Concreto Presforzado: Es la aplicación de precargas con el objetivo de mejorar el

comportamiento general, habiendo dos tipos de sistema, el pretensado y postensado

que hoy en día son utilizados para salvar grandes luces.

Sin embargo, la clasificación de un puente no solo se da por su material, sino por

otros aspectos como lo puede ser su tipo de estructura:

1. Simplemente apoyados: En esta clasificación se ubica el puente tipo losa, donde la

losa se encuentra simplemente apoyada sobre los estribos.

2. Puente tipo viga: Son puentes que disponen de vigas y losa (tablero), de cualquier

material (madera, acero, concreto, etc.), siendo éstos los elementos principales, las

vigas que pueden ser de sección “I” o de ala ancha.

3. En Arco: Cuentan entre los más atractivos logros de la ingeniería, adopta este

nombre por la forma de arco del puente, y puede ser construido de cualquier material

(madera, acero, concreto entre otros).

4. Continuos: Formada por vigas o viguetas de hormigón armado, hormigón

presforzado de celosía o de acero. Los de viga de celosía suelen ser de dos o tres

tramos, pero los de viga armada pueden salvar ininterrumpidamente muchos tramos.

5. Armadura: De origen muy reciente, resultan sumamente útiles para separar en

niveles los cruces de carreteras y ferrocarriles.

6. Simples de tramos múltiples.

7. Cantiléver (brazos voladizos): Reciben este nombre por la forma parecida a

personas con brazos voladizos que se proyectan desde las pilas; tienen especial

aplicación en tramos muy largos.

8. Atirantado: Se denomina de esta manera por su atractivo principal los cables que

sostienen el tablero del puente, y los tirantes (cables) se disponen en las pilas. A

diferencia de los puentes colgantes estas también trabajan a tracción y otras a

compresión.

9. Colgante: De aspecto armonioso y extensa explicación, salvan los más amplios

tramos de todo el mundo. Una estructura que resiste gracias a su forma, mediante un

mecanismo resistente (cable) que funciona exclusivamente a tracción.

10. Pontones: Son considerados pontones cuando la luz es menor a los 10 metros.

11. Levadizos: Es de tipo móvil y se puede elevar el tablero con la ayuda de una

instalación mecánica y permitir el paso de vehículos o personas.

Y también se encuentra la clasificación según su uso:

1. Peatonales: Son puentes construidos solo y exclusivamente para el paso de las

personas llamados peatones, así que surge esta denominación, estos puentes solo son

construidos cuando hay varias vías, autopistas y similares.

2. Carreteros: Estos puentes tienen por objetivo unir dos poblaciones separadas por

un río, riachuelo, cañones o similares para el transporte vehicular.

3. Ferroviarios: Fueron uno de los primeros puentes construidos ya que antiguamente

el transporte era por vía férrea en todas partes del mundo.

En la fig. 1 Se presentan los principales elementos de un puente tipo viga (tipo

estructural del puente de énfasis de esta tesis). Como se puede apreciar del gráfico un puente

tipo viga está conformado por: losa, vigas, estribos y pilares, cimentación, sistemas de apoyos

y juntas, y obras complementarias (barandas, separadores, drenaje, etc.)

Fig. 1Elementos de un puente tipo viga.

Manrique. E, (2004), GUÍA PARA EL DISEÑO DE PUENTES CON VIGAS Y LOSA,

recuperado de: https://pirhua.udep.edu.pe/bitstream/handle/11042/1364/ICI_112.pdf

La losa es el elemento estructural que sirve para soportar el tránsito vehicular y

peatonal para luego transmitir sus cargas al sistema de vigas. En estos casos la losa es cargada

principalmente en la dirección transversal al tráfico (ver fig. 2).

Fig. 2Losa cargada en la dirección transversal al tráfico.



Las vigas constituyen el elemento estructural que soporta la losa. En la actualidad,

existen muchos tipos de vigas. Según la forma de su sección transversal, las vigas pueden ser

rectangulares, tee, I, cajón, etc. (ver fig. 3). Según su material las vigas más comunes pueden

ser de madera, concreto o acero. A su vez, las vigas de concreto pueden ser armadas,

pretensadas o postensadas.

Fig. 3 Tipos de vigas.



Las subestructuras están conformadas por los estribos y los pilares que tienen la

función de soportar a la superestructura (vigas y losa). A su vez, los estribos y pilares

transmiten sus cargas a la cimentación y ésta las transmite al terreno.

Los sistemas de apoyos tienen la función de transmitir las cargas de la superestructura

a la subestructura (ver fig. 4). Asimismo, los sistemas de apoyos restringen o admiten

movimientos traslacionales o rotacionales de la superestructura. Los sistemas de juntas tienen

la función de resistir las cargas externas y proveer seguridad al tránsito sobre la brecha entre

el puente y el estribo o entre dos puentes. También las juntas deben proveer una transición

suave entre el puente y las áreas adyacentes.

Fig. 4 Sistemas de apoyo.



El buen funcionamiento del puente requiere de obras complementarias que aseguren

la durabilidad de las estructuras y que brinden seguridad y comodidad al tránsito. Entre las

obras complementarias podemos encontrar las barandas, separadores, bermas, losas de

transición, cortinas y alas, obras de iluminación, obras de señalización, drenaje, obras de

captación, pavimentación, etc.

Las cargas sobre los puentes se dividen en cargas que actúan sobre la superestructura y cargas

que actúan sobre la infraestructura.

-Cargas sobre la superestructura:

1. Cargas gravitacionales: Muertas, vivas e impacto

2. Fuerzas longitudinales: Variaciones de temperatura y fuerzas debidas a la carga

viva

3. Fuerzas laterales: Viento, sismo y fuerzas centrífugas Las cargas vivas pueden ser.

4. Cargas de los vehículos camión C40-95. Camión C 32-95 o líneas de carga.

5. Cargas debidas a los peatones

- Cargas sobre subestructura: Las cargas que actúan sobre la subestructura de un puente son

1. Cargas gravitacionales muertas (peso propio), Vivas (cargas provenientes de la

superestructura y cargas provenientes de la subestructura).

2. Cargas laterales: Viento, fuerzas sísmicas, fuerzas longitudinales provenientes de

la superestructura, empujes de tierra, flujo de la corriente, fuerzas de origen térmico

3. Otras cargas: Flotación.

La carga viva para puentes de carreteras está conformada por camiones estándar o

líneas de carga que son equivalentes a trenes de camiones.

Los camiones estándar son de dos tipos. El camión C40-95 y el camión C32-95 que

equivale al 80 por ciento de la carga del camión C40-95, La figura (ver Fig. 5 y 6) siguiente

muestra los valores de las cargas por eje correspondientes al camión C40-95.

Fig. 5 Cargas por eje, camión C-40-90.

Fuente propia

Fig. 6 Planta del camión C-40-90.

Fuente propia

8.2 Marco Conceptual

Se definirá como puente a aquella construcción en la cual se generará una plataforma

elevada del suelo que presentará un tráfico de uno o más tipos de flujo característico, cuya

función principal será superar un obstáculo, y deberá cumplir con las condiciones básicas de

diseño; siendo estas: resistencia óptima, deformación compatible, y durabilidad. (Gratitas

1983)

La construcción de puentes inicia con la necesidad de los primeros hombres en

superar obstáculos naturales para generar conexiones entre los puntos de recolección y los de

asentamiento; (Giraldo et al. 2014)

Para el correcto desarrollo de este tipo de estructuras, en la actualidad se hacen

necesarios los estudios de ingenierías de vías, topográficas, hidrológicas, hidráulicas,

geológicas, geotécnicas, estructurales, correcto análisis de presupuestos, cronograma de obra,

y reducir los impactos ecológicos. (José a Rica 2015)

Para el énfasis de estudios estructurales se deben tener en cuenta los parámetros

establecidos por la norma constructiva de puentes (CCP-14), definiendo así el camión con el

cual se realizarán los cálculos necesarios para un óptimo desarrollo de la estructura. (Muñoz

a Gómez 2013)

El procedimiento a seguir para el diseño de este tipo de estructuras arranca con el pre

dimensionamiento de la superestructura, comenzando un avalúo de cargas muertas y vivas,

las cuales deberán ser transmitidas a la estructura para continuar con un dimensionamiento

de los apoyos de la estructura, cerciorándose que la cimentación soporte y así poder

determinar las posibles modificaciones que se hacen necesarias para optimizar la estructura

y garantizar los parámetros establecidos por el CCP-14. (The et al. 2000)

Sumado a los demás parámetros que certifiquen la seguridad estructural como un

buen evaluó de la estructura se debe tener en cuenta que esta sea completamente funcional,

factores como es el estudio socioeconómico; para garantizar el total cumplimiento, entrega

de la obra satisfaciendo una necesidad prioritaria para la comunidad. (Diana Milena Castro

Triana 2017)

Es de suma importancia determinar el posible impacto paisajístico y ambiental que

este género; Se observan los requerimientos para el cumplimiento de los parámetros

geométricos, siendo estos los que pueden facilitar el tránsito, haciendo que este resulte

cómodo para los usuarios; definiendo también un costo mínimo de mantenimiento para el

total de su vida útil. (Durante 2013)

Un puente es una estructura que construyen los seres humanos para evadir o superar

un obstáculo, el cual debe cubrir una distancia que será denominada como longitud, la que

se encontrará compuesta por una o más luces; todo esto estipulado bajo la normatividad de

código colombiano de puentes del año 2014 (CCP14); publicada por el instituto nacional de

vías (INVIAS) en el año 2015 bajo el título norma colombiana del diseño de puentes; que se

definen como la distancia presente entre el centro de dos apoyos. Esta solución de obstáculo

será recorrida en una dirección de circulación por la cual atravesarán las personas y los

vehículos dentro del puente. (Leiva 2015)

Este se compone de una superestructura dividida en un tablero y vigas de diferentes

tipos, los tableros son elementos rígidos resistentes por el cual circulan los vehículos que

tienen la necesidad de superar el obstáculo, son el principal determinante cuando existen

vientos fuertes; las vigas permiten una mejor adaptación a las circunstancias de diseño ya

que pueden ser de diferentes tipos, encargándose de transmitir la carga portante hacia la

infraestructura. (Leiva 2015)

El sistema de losa-viga implementa un elemento estructural cuya función es brindar

un apoyo de propiedades únicas y de restricciones variables permitiendo una mayor

flexibilidad en el caso que se presente un evento sísmico disminuyendo los daños que se

pueda generar en la estructura debido a este fenómeno natural. (Yanin a Ruiz Nedatováno)

A nivel mundial en la literatura científica, en relación al diseño estructural de puentes,

se encuentran las especificaciones Europeas, la Canadiense entre otras y las Americanas

desarrolladas por la AASHTO , las cuales han incluido en sus metodologías la utilización de

los factores estadísticos y la teoría de las probabilidades al desarrollo de los diseños de dichas

estructuras, la cual se fundamenta en la filosofía de diseño LRFD (Load Resistant Factor

Design) (Ministerio de Transporte & INVIAS, 2014)

Según (C. SIMONS & T. BABER, 2007), los códigos de diseño basados en la

filosofía de los esfuerzos de trabajos ASD, no permiten diseñar directamente contra los

estados límite de falla reales, en otras palabras, se trabaja en el estado elástico de los

materiales, a menos que esos estados límite se produjeran dentro del rango elástico. Esta

limitación se aplica a todos los materiales, el comportamiento inelástico ocurre al comienzo

de la falla. Por tal motivo contar con un enfoque de diseño basado en estados límite es

preferible. Las primeras publicaciones del código AASHTO, para utilizar un método de

diseño basado en un estado límite para el diseño de estructuras de acero, fue el denominado

Factor de Carga (LFD), para el año de 1970 como una alternativa a las especificaciones ASD.

La filosofía de diseño LFD mantuvo el modelo de carga ASD y no consideró los diferentes

niveles de incertidumbre en los modelos de resistencia estructural, pero por primera vez se

permitía el diseño directamente contra el estado de falla.

Otra ventaja del hormigón pretensado es que aun cuando se le lleve a la fisuración

por efecto de una tracción algo excesiva, pero manteniendo la armadura en régimen todavía

elástico, al descargar la pieza, se cierra automáticamente a fisura sin que sea posible después

reconocerla a primera vista. (Eduardo Torroja, Razón y ser de los tipos de estructuras)

Es claro, entonces, que cuanto mayor es la luz, mayor es el peso propio de la

estructura resistente, de manera que se puede considerar que, en un puente de 100 metros de

luz de hormigón, el 90 % de su capacidad resistente se destina a soportar el peso propio,

quedando el 10% restante para sostener la carga a que se destina el puente. (Javier Manterola,

Puentes)

Mientras que Emil Winkler (1835-1888) empleó el concepto de línea de influencia

para la determinación de fuerzas y momentos en una sección determinada, Otto Mohr

introdujo la línea de influencia de la deformación en un punto específico de una estructura.

(Karl Eugen Kurrer, Historia de la ciencia de las construcciones)

El terreno (suelo) ha de considerarse, hoy, como un material estructural; como un

material tan esencial a toda estructura de construcción como lo es el agua para un buque o el

aire para un avión. (Eduardo Torroja, Razón y ser de los tipos estructuras)

No es ninguna exageración afirmar que el rol de las analogías ha sido muy importante

para el progreso del conocimiento ya que convierte lo desconocido y lo extraño en objetos

familiares y conocidos. En este sentido todo conocimiento es reconocimiento. Al estudiar el

origen de un concepto, no se debe olvidar que la metáfora ha sido un poderoso agente tanto

para la evolución del lenguaje como para la ciencia. (Max Jammer, Conceptos de fuerza)

Poncelet demostró analíticamente que una carga aplicada repentinamente produce el

doble de esfuerzo del que se obtiene si la carga se aplica gradualmente. El investigó el efecto

que un impacto longitudinal tiene sobre las vibraciones longitudinales en una barra y mostró

que, si una fuerza pulsante actúa sobre una barra, se pueden producir amplitudes que alcanzan

condiciones de resonancia. Además, investigó el posible riesgo que significa, para la

estabilidad de un puente colgante, la marcha de un destacamento de soldados. (Stephen

Timoshenko (1878-1972), Historia de la resistencia de materiales)

Con acierto se ha dicho que, en el hormigón armado, el acero da fibra a la piedra,

mientras que en el hormigón da masa al acero. El hormigón armado es una piedra

orgánicamente constituida, dentro de cuya masa el complejo tendinoso de la armadura, se

dosifica para prestar al hormigón la resistencia a la tracción que necesita cada punto, y se

orienta y se refuerza según las exigencias del pleno tensional previsto. Es por eso, al material

más técnico de todos y el único al que verdaderamente puede aplicarse el título de material

adecuado-resistente. (Eduardo Torroja, Razón y ser de los tipos estructurales)

8.3 Marco Legal

● NORMA COLOMBIANA DE DISEÑO DE PUENTES – LRFD – CCP 14: La CCP

14 es la norma encargada de pautar el diseño estructural para los puentes

colombianos, basada en la especificación “AASHTO LRFD Bridge Design

Specifications” 6th Ed.2012 y 7th Ed.2014, la cual consta de 15 secciones. Las cargas

vehiculares de diseño y la fuerza sísmica han sido actualizadas y calibradas.

● Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente: La NSR-10 es el

Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente, que regula las

condiciones con las que deben contar las construcciones con el fin de que la respuesta

estructural a un sismo sea favorable.

Entre sus funciones está el atender y absolver las consultas que formulen acerca de

las normas sismo resistentes, dirigir y supervigilar las investigaciones que se lleven a

cabo sobre aspectos relacionados con la Ley 400 de 1997, coordinar seminarios sobre

actualizaciones de las normas entre otras.

● Instituto Nacional de Vías INVIAS 2006: El Instituto Nacional de Vías, Invías, tendrá

como objeto la ejecución de las políticas, estrategias, planes, programas y proyectos

de la infraestructura no concesionada de la Red Vial Nacional de carreteras primaria

y terciaria, férrea, fluvial y de la infraestructura marítima, de acuerdo con los

lineamientos dados por el Ministerio de Transporte.

● Normas APA: En el momento de realizar un escrito académico, es necesario utilizar

fuentes de información de acuerdo con el tema que se desee trabajar. Del mismo

modo, es necesario que en la presentación de los documentos académicos se citen

todas aquellas fuentes consultadas por el autor del texto.

La producción de textos científicos bajo las normas de la APA es rigurosa, no sólo en

cuanto a la citación y referenciación de autores y textos, sino también en su

presentación. A continuación, se presentarán las consideraciones más relevantes de

la sexta edición de la APA.

9 METODOLOGÍA

9.1 Fuentes de Información

Las principales fuentes de información empleadas en la realización de la presente

tesis se presentan como las correspondientes normativas para el diseño estructural regido en

Colombia, como la NSR 10, INVIAS 2006, y la CCP 14.

Sin embargo, se empleó una búsqueda exhaustiva de antecedentes históricos con

problemas y aciertos en casos semejantes a los manejados en la presente, presentándose

artículos científicos, tesis tanto de pregrado, posgrados y maestrías y páginas web con

temáticas relacionadas.

Y finalmente se encuentran como anexos, toda aquella información técnica y

metodológica empleada en el lugar de los hechos (Pasca - Cundinamarca) que no se encuentra

como pública, que permitió el complemento estructural del trabajo de investigación para dar

solución a la problemática presentada.

9.2 Diseño Metodológico

Se realiza el diseño de estructural para la propuesta de lo que sería el nuevo puente

“Flandes – Puente parque central” mediante un diseño en losa maciza en concreto con vigas,

que permita una mejor comunicación vial del municipio, el cual se irá desarrollando en

diferentes fases en las cuales se identifique de manera clara y concisa las actividades

planeadas con sus respectivos plazos para su cumplimiento.

FASE 1: Visita al área de estudio del proyecto:

Posteriormente se realiza una visita técnica al lugar de estudio, identificando

problemáticas sociales y estado actual de las características del puente existente, el cual

permitirá una ampliación del panorama del proyecto.

FASE 2: Investigación y recopilación de información:

Esta fase consta en la indagación del conocimiento teórico y práctico en cuanto a

proyectos existentes, que comparten una similitud estructural con los puentes en losa maciza

en concreto con vigas.

FASE 3: Visita a la alcaldía del municipio:

Solicitando información necesaria para el proyecto como la topografía, aforos,

estudio de suelos e información adicional del puente.

Fase 4: Revisión, verificación y selección de la información:

Con la información suministrada por la alcaldía se verifica y se selecciona la

información más relevante para el proyecto y se modifica para su uso.

Fase 5: Diseño y modelado del puente:

Se realiza el correspondiente diseño según la norma NSR-10 y la CCP-14, con su

correspondiente modelado en software estructural (SAP2000) y los respectivos planos.

Fase 6: Entrega de propuesta:

Entrega de propuesta estructural del puente con memorias de cálculo, planos y

modelado en 3D, sujeto a aprobación por parte de la universidad, para presentarlo en la

alcaldía del municipio.

Fase 7: Sustentación del proyecto:

Sustentación del proyecto ante los jurados para optar al título como ingenieros.

Cronograma de Actividades.

Tabla 1 Cronograma de actividades, fuente propia.

9.3 Tipo de investigación

A la hora de redactar un documento tesis, es necesario tener claro en qué tipo de

investigación se encuentra, para que a la hora de redactar el texto se haga de una forma

clara y concisa a lo que se requiere; dicho esto, métodos de investigación, están clasificados

como:

Tesis documental o teórica es toda la recopilación de muchos datos sobre un tema.

Tesis de investigación o práctica esta es la de comprobar un hecho o hipótesis a

través de un experimento.

Tesis teórico-práctica es la unión de las dos anteriores.

Luego de exponer esto, se concluye que el presente documento se basa en una tesis

teórico práctica debido a que su principal objetivo es la puesta en marcha de un proyecto

acerca de un análisis estructural para un puente, no obstante, se es indispensable el conocer,

plasmar y entender la teoría tanto del diseño como la normatividad, además a esto se

necesita el conocimiento sobre hechos históricos sobre la temática tanto exitosos como

fracasos, para así generar un análisis detallado del que pueda obtener resultados exitoso.

9.4 Etapa 1 Visita al área de estudio del proyecto:

En la primera etapa del proyecto se evidencia la visita presencial del área de estudio

del proyecto, la cual permite una ampliación del panorama acerca de la problemática a tratar,

además, permite un registro fotográfico que brinda un conocimiento accesible a todo aquel

que lea este documento.

A continuación, se presenta el registro mencionado anteriormente:

No. Fotografía Descripción

1

Fig. 7 Ubicación puente

Ubicación puente

Coordenadas:

74°18'2.026"W

4°18'30.73"N

Fuente, Google earth.

2

Fig. 8 Sector suroriental puente

Sector suroriental

puente, fuente propia.

3

Fig. 9 Sector suroriental costado derecho puente

Sector suroriental

costado derecho


4

Fig. 10 Sector suroriental costado izquierdo puente

Sector suroriental

costado izquierdo


5

Fig. 11 Sector noroccidental puente

Sector noroccidental


6

Fig. 12 Sector noroccidental costado izquierdo puente


costado izquierdo


7

Fig. 13 Sector noroccidental costado derecho puente


costado derecho


8

Fig. 14 Vigas de apoyo de la losa del puente

Vigas de apoyo de la

losa del puente, fuente

propia.

9

Fig. 15 Patologías del puente,

Patologías del puente,

fuente propia.

10

Fig. 16 Patologías del puente


fuente propia.

11

Fig. 17 Patologías del puente


fuente propia.

Tabla evidencia fotográfica puente Flandes – Parque Central, fuente propia.

9.5 FASE 2 Investigación y recopilación de información:

En la segunda fase, se desarrolla de manera investigativa, en la cual a partir de lectura

y análisis se descartan y recopilan toda aquella información útil para el correcto desarrollo y

panorama técnico del proyecto. La información mencionada se ha presentado a lo largo del

documento y sus respectivos marcos.

9.6 FASE 3 Visita a la alcaldía del municipio:

Se realizó la visita a la alcaldía de Pasca – Cundinamarca el día 05/01/2021, con el

fin de obtener la mayor cantidad de información posible y relevante acerca del área de

estudio, antecedentes y condiciones actuales, además de esto, se recopiló estudios de

ingeniería cuyos resultados se muestran como anexos del documento final.

9.7 FASE 4 Revisión, verificación y selección de la información:

Posteriormente, se acude al análisis de la información obtenida en cada una de las

fases de metodología anteriores con el fin de realizar un filtro de evaluación y eliminación

de la información relevante e inútil para la puesta en marcha del cuerpo del documento.

Información la cual se ve reflejada en la bibliografía.

9.8 FASE 5 Diseño y modelado del puente:

De acuerdo con lo establecido en el manual de diseño geométrico INVIAS 2006, se

realizó dos predimensionamientos a la nueva estructura del puente Flandes-Parque central,

teniendo en cuenta anchos de carril recomendados, para la cual se realizó:

OPCIÓN 1 (Ver anexo plano opción 1), esta opción cuenta con:

10 2 carriles vehiculares, 3.25 metros c/u.

11 2 bici carriles, 1.20 metros c/u.

12 2 senderos peatonales, 1.25 metros c/u.

13 3 separadores, 0.60 metros c/u.

OPCIÓN 2 (Ver anexo plano opción 1), Cuenta con:

14 2 carriles vehiculares, 3.50 metros c/u.

15 2 bici carriles, 1.30 metros c/u.

16 1 sendero peatonal, 1.50 metros.

17 1 separador, 0.60 metros.

18 3 barandas, 0.30 metros c/u.

Se eligió LA OPCIÓN 2, dado que, los anchos tanto de los carriles vehiculares como los

bici carriles son mayores a los de la opción A, esto representa vías más anchas y tiene mejor

impacto en los conductores y bici usuarios, se tiene un sendero peatonal, semejante al de la

estructura actual, también que la sección transversal del puente es menor al de la opción A

y esto representa una reducción en las cantidades de obra y en los costos, viéndolo en un

enfoque económico, haciendo más viable la propuesta.

Se establece una inclinación del tablero del 2% en todas las opciones.

● opción 1 (Ver anexo plano opción sección transversal estructural), esta opción cuenta

con 4 vigas de apoyo con una separación, s = 3.15 m

● opción 2 (Ver anexo plano opción sección transversal estructural), esta opción cuenta

con 5 vigas de apoyo con una separación, s = 2.60 m

Se realiza el diseño de un puente la superestructura del puente, losa apoyada sobre

vigas con refuerzo principal perpendicular al sentido del tráfico, con prediseño de la

subestructura, estribos, pila central y apoyo de neopreno.

Tabla 2 Tabla datos básicos del puente. Fuente propia

Datos Básicos del Puente

Ancho (m) 12.60

Número de luces 2.00

Luz 1 (m) 18.50

Luz 2 (m) 18.50

Número de vigas 5

separación vigas, ejes (m) 2.60

Separación vigas, cara interna (m) 2.10

Ancho viga (m) 0.50

Voladizo (m) 0.85

Espesor capa de rodadura (m) 0.08

Inclinación puente 3%

Propiedades de los materiales, según tabla 3.5.1-1 CCP-14

Tabla 3 Tabla propiedades básicas de los materiales del puente. Fuente propia

Materiales Peso específico (kN/m³) Resistencia (MPa) Módulo de elasticidad (MPa)

Concreto 24 28 24870.1

Acero 7.8 420 200000

Asfalto 22.5

Paso 1: Pre-dimensionamiento de los elementos.

Se toma como referencia la tabla 2.5.2.6.3-1 para el predimensionamiento de la losa

y vigas de la superestructura del puente.

Tabla 4 Dimensionamiento de las vigas

PASO 2: Análisis y diseño de la losa, con refuerzo principal perpendicular al sentido

del tráfico.

Para diseño y análisis de la losa, nos remitimos a la norma en el artículo 4.6.2 Métodos

aproximados de análisis.

En este método el tablero se subdivide en franjas perpendiculares a los componentes

de apoyo (transversalmente), la longitud de estas franjas será de 1000 mm, de acuerdo con lo

establecido en el artículo 4.6.2.1.3

El análisis de las cargas del puente se subdivide en tres principales tipos, cargas

permanentes de concreto, cargas asfálticas permanentes y cargas vivas, se realiza un análisis

por cada tipo de carga y de acuerdo con los elementos que componen cada una, este análisis

se realiza mediante software de análisis estructural SAP2000.

Idealización del tablero y sus apoyos (sección transversal), de acuerdo con los

métodos aproximados de análisis

Fig. 18 Sección transversal y distribución de los apoyos

Diseño de la losa para luces internas (B-C, C-D, D-E, E-F)

Análisis de cargas por momento negativo

Se realiza el cálculo de momentos negativos de diseño para la losa.

La posición del momento máximo negativo ocurre en el apoyo en C, cuando se coloca

una carga puntual a una distancia de 0.577 L desde el primer apoyo.

Fig. 19 Línea de influencia para momento negativo. fuente propia

2.60 m

De acuerdo con el gráfico anterior, será el apoyo C, el cual se tomarán el valor de los

momentos de diseño de la losa.

Análisis de cargas permanentes

Tabla 5 Cargas de diseño en luces internas de la losa

Análisis de cargas vivas, cargas vehiculares

Para el análisis por cargas vivas vehiculares se tendrá en cuenta dos métodos, el

primero que implica el uso de la línea de influencia y el segundo que implica el uso de tabla

del apéndice A4-1 de la norma CCP-14.

Método A, momento con línea de influencia.

Se hace el análisis para dos condiciones, un carril cargado y dos carriles cargados,

aplicado al momento obtenido el factor de presencia múltiple.

(Ver anexo para observar el análisis detallado).

Método B, Apéndice A 4. Tabla para diseño de losas de tablero

Factor para tener en cuenta para la Tabla A.4-1 momentos máximos de carga viva por

unidad de ancho.

Comparando los momentos calculados en el método A y los momentos dados en el

apéndice A4, método B, se toma el momento mayor por ser el más crítico.

Para momento negativo por carga viva vehicular se toma

-M = -18.15 kN.m


● Carga viva peatonal, se toma como una carga uniformemente distribuida en la zona

de influencia como lo indica el Articulo 3.6.1.6

Tabla resumen

Para el diseño de la losa se tomará los factores de mayoración Resistencia I, de

acuerdo con lo establecido en la tabla 3.4.1-1 Combinaciones y Factores de Carga.

Dado que algunos de los valores de momento son positivos y en este caso se está

calculando el máximo momento negativo, se tomará con un factor RI = 0, y de esta manera

obtener una condición más desfavorable.

Tabla 6 Valores de momento negativo sobre el apoyo C de la sección de diseño con valores

de resistencia 1, fuente propia.

Carga 250 mm Izq.

(kN m) Centro (kN m)

250 mm Der

(kN m) Factor R I

Losa -1.36 -2.84 -1.35 1.25

Capa rodadura -0.57 -1.19 -0.56 1.5

Andén -0.07 -0.17 -0.08 0.9

Barandas 0.73 1.3 1.13 0

Viva Vehicular -18.15 -18.15 -18.15 1.75

Viva peatonal 0.014 0.016 0.007 0

Resistencia I para 250mm a la izquierda

𝑀(0.25𝐼𝑧𝑞) = −1.36(1.25) − 0.57(1.5) − 0.07(0.9) − 18.15(1.75)

𝑀(0.25𝐼𝑧𝑞) = −34.38 𝑘𝑁 𝑚

Resistencia I para 250mm a la derecha

𝑀(0.25𝐷𝑒𝑟) = −1.35(1.25) − 0.56(1.5) − 0.08(0.9) − 18.15(1.75)

𝑀(0.25𝐷𝑒𝑟) = −34.36 𝑘𝑁 𝑚

Se toma como momento negativo de diseño calculado -M= -34.38 kN m.

Análisis de cargas por momento positivo

La posición del momento máximo positivo ocurre en el apoyo en C, cuando se coloca

una carga puntual a una distancia de 0.4 L desde el primer apoyo

Fig. 20 Grafico de línea de influencia para el momento positivo, fuente propia

1.04 m

2.14 m


Se toman los mismos valores de carga de diseño usados en el análisis por momento positivo.


Se realiza el mismo procedimiento que se realiza en el análisis de cargas vivas por

momento negativo.

Para el análisis por cargas vivas vehiculares +M = 30.45 kN.m


● Carga viva peatonal, se toma como una carga uniformemente distribuida en la zona

de influencia como lo indica el Articulo 3.6.1.6

Tabla resumen

Para el diseño de la losa se tomará los factores de mayoración Resistencia I, de

acuerdo con lo establecido en la tabla 3.4.1-1 Combinaciones y Factores de Carga.

Se toma como factor RI = 0 a los valores de momento negativo para así tener una

condición más desfavorable.

Tabla 7 Tabla valores de momento positivo de la sección de diseño con valores de resistencia 1, fuente propia.

Carga +M (kN m) Facto RI

Losa 1.16 1.25

Capa rodadura 0.48 1.5

Andén 0.08 0.9

Barandas -2.57 0

Viva Vehicular 30.45 1.75

Viva peatonal 0.006 1.75

𝑀 = 1.16(1.25) + 0.48(1.5) + 0.08(0.9)30.45(1.75) + 0.006(1.75)

𝑀 = 55.54 𝑘𝑁 𝑚

ARMADURA A FLEXIÓN PARA LA LOSA

Datos básicos de los materiales y secciones de diseño

Concreto = 28 MPa

Acero = 420 MPa

BASE = 1 m

Espesor losa = 0.20 m

Recubrimiento = 0.05 m

D = 0.20 - 0.05 = 0.15m

Tabla resumen de refuerzo calculado por momento positivo y negativo sobre la

sección de diseño

Tabla 8 Calculo del refuerzo en secciones internas de la losa

Tomando en cuenta el momento para As mínimo (Art. 5.7.3.3.2) y espaciamiento

mínimo de acuerdo con la revisión por fisuración (Art. 5.7.3.4), se recalcula el refuerzo

longitudinal para momento negativo de la losa. (ver anexo para el análisis detallado de estos

factores)

Tabla 9 Factores de verificación de refuerzo en secciones internas de la losa

Tabla 10 Calculo del refuerzo de secciones internas de la losa

ARMADURA DE REPARTICIÓN (Artículo 9.7.3.2)

La armadura de repartición va en sentido perpendicular al refuerzo principal de la

losa del puente, se calculó en base al refuerzo principal del puente.

La longitud S es la distancia entre las caras internas de las vigas, para este caso s =

2150 mm

% = (3840

√𝑠)

% = (3840

√2150) = 82.82%

Si % > 67%, se toma 67%

Por lo tanto

A.R. = % * As

A.R. = 0.67 * 14.23 = 9.53 cm²

Barras 5#5

Armadura 1#[email protected]

Artículo 5.10.3 espaciamiento del refuerzo

5.10.3.1.1 Espaciamiento mínimo de las barras de refuerzo, para concreto vaciado in

situ.

● 1.50 veces el espacio nominal de las barras

● 1.50 veces el tamaño máximo del agregado

● 38 mm

5.10.3.2 Espaciamiento máximo de barras de refuerzo.

● 1.50 veces el espesor del elemento, 1.50 * 200 = 300 mm

about:blank

● 450 mm

ARMADURA POR TEMPERATURA Y RETRACCIÓN AL FRAGUADO

(Artículo 5.10.8)

𝐴𝑠 =0.75𝑏ℎ

2(𝑏 + ℎ)𝑓𝑦

𝐴𝑠 =0.75(1000)(200)

2(1000 + 200)420= 150 𝑚𝑚2/𝑚

Se usarán barras #3 cada 25 cm, Para lo se cual se tendrá una cuantía:

Armadura 1#[email protected]

As = 284 mm²/m

0.233 ≤ 𝐴𝑠 ≤ 1.27

0.233 ≤ 0.284 ≤ 1.27 𝐶𝑈𝑀𝑃𝐿𝐸

Tabla 11 Tabla resumen de refuerzo en la losa

Tipo de Refuerzo Sentido del refuerzo Cantidad de refuerzo

Por momento negativo Perpendicular al sentido del

tráfico (arriba)

1#[email protected]

Por momento positivo Perpendicular al sentido del

tráfico (abajo)

1#[email protected]

Armadura de repartición Paralelo al sentido del tráfico

(abajo)

1#[email protected]

Por retracción del fraguado y

temperatura

Paralelo al sentido del tráfico

(arriba)

1#[email protected]

about:blank

about:blank

about:blank

about:blank

about:blank

Ver anexo 2, Refuerzo de la losa del puente en el plano, en el cual se da de manera

detallada el refuerzo de la losa del puente.

DISEÑO DEL VOLADIZO

Se toma como referencia el voladizo localizado en el extremo izquierdo de la sección

transversal, se toman los valores de carga y momento evaluados en el diseño de momento

negativo.

Tabla resumen

Para el diseño del voladizo de losa se tomará los factores de mayoración Resistencia

I y Servicio I, de acuerdo con lo establecido en la tabla 3.4.1-1 Combinaciones y Factores de

Carga.

Tabla 12 Tabla valores de momento sobre el voladizo de la sección de diseño, factores de

mayoración resistencia 1 y servicio 1, fuente propia.

Carga Tipo -M (kN m) Resistencia 1 Servicio 1

Losa DC -1.93 1.25 1.00

Andén DC -0.123 1.25 1.00

Baranda DC -4.29 1.25 1.00

Capa de Rodadura DW -0.80 1.50 1.00

Viva vehicular LL+IM -1.27 1.75 1.00

Momentos de diseño (kN m) -11.35 -8.41

Tabla 13 Tabla resumen de refuerzo calculado sobre el voladizo la sección de diseño




factores)

Tabla 14 Factores de verificación de refuerzo en el voladizo de la losa

Tabla 15 Calculo del refuerzo en el voladizo de la losa

Nota: como la cuantía calculada es menor a la cuantía mínima requerida por lo

materias, se calcula el área del acero con la cuantía mínima dada por los materiales, en este

caso ρ = 0.003333

Dado que la armadura a flexión en el voladizo se calcula con la cuantía mínima y que

la longitud del voladizo es menor a un (1) metro, se tomará a flexión el mismo refuerzo que

para las luces internas de la losa

De igual manera, la armadura de repartición y retracción del fraguado en el voladizo

será la misma que en las luces internas de la losa.

Remitirse al plano, refuerzo de la losa del puente, para ver detalladamente la

ubicación del refuerzo calculado

Paso 3: Diseño de vigas, apoyos de la losa.

Para el diseño de las vigas se evaluaron 3 casos de mayoración establecidos en la

tabla 3.4.1-1, Resistencia I, Servicio I y Fatiga I, este análisis se realiza sobre la sección

longitudinal del puente.

FACTORES DE DISTRIBUCIÓN:

Se realiza el cálculo de los factores de distribución para el cálculo de momentos por carga

viva de las vigas internas del puente

Se toma una viga distribuida unitaria, con el fin de hallar los puntos de inflexión sobre la

sección longitudinal del puente.


del puente, fuente propia.

ANÁLISIS VIGAS INTERNAS

AVALUO DE CARGAS (Aferencia = 2.60 m)

Fig. 22 Sección para análisis de vigas internas, fuente propia.

Análisis para el cálculo de momentos positivos y negativos sobre las vigas


Tabla 16 Resumen del análisis de cargas permanentes


Para el análisis de momentos por carga viva se deberá seguir lo dispuesto en el

Artículo 3.6.1.2 - Carga viva vehicular de diseño.

La carga viva vehicular en las calzadas del puente o en estructuras incidentales, designada

como CC-14, debe consistir en una combinación de, cuya combinación ya está afectada por

el factor de mayoración especificado en la tabla 3.6.2.1-1.

❖ Caso 1: Cargas del camión de diseño CC-14 (Art. 3.6.1.2.2) combinado con el carril

de diseño.

❖ Caso 2: Cargas del tándem de diseño (Art. 3.6.1.2.3) combinado con el carril de

diseño.

Tabla 17 Evaluación de los dos casos de la carga viva

Al analizar los resultados se puede concluir que los valores por momentos dados por el

caso 1, camión CC 14 más carril de diseño, son mayores que los valores por momento dados

por la combinación 2, tándem de diseño más carril de diseño, dado esto se toman los valores

del caso 1 al ser más crítico.

DISEÑO A FLEXIÓN.

Tabla 18 Verificaciones de factores tabla 4.6.2.2.2b-1

1100 < S < 49000 S = 2600 Cumple

110 < ts < 300 ts = 200 Cumple

6000 < L < 73000 L = 18500 Cumple

Nb > 4 Nb = 5 Cumple

4.1623x109 < Kg < 2.9136x1012 Kg = 0.222 x 1012 Cumple

Factores de distribución mgmi en vigas internas

Momentos positivos y momentos negativos, el factor es Mgm-0.734

(Ver anexo para análisis detallado del cálculo)

Con los valores de momento para cargas permanentes de concreto (DC), cargas

asfálticas permanentes (DW) y cargas vivas multiplicada por el factor Mg (LL+IM), y con la

ayuda del software SAP2000 se realizan las combinaciones de carga.

● Estado límite de Resistencia I

𝑀𝑈 = 1.25𝑀𝐷𝐶 + 1.5𝑀𝐷𝑊 + 1.75𝑀(𝐿𝐿+𝐼𝑀)

Fig. 23 Gráfico SAP2000 combinación de carga resistencia i, fuente propia.

● Estado límite de Servicio I

𝑀𝑆 = 1.0𝑀𝐷𝐶 + 1.0𝑀𝐷𝑊 + 1.0𝑀(𝐿𝐿+𝐼𝑀)

Fig. 24 Gráfico SAP2000 combinación de carga servicio i, fuente propia

RESUMEN DE MOMENTOS DE DISEÑO

Tabla 19 Resumen momentos de diseño por factores combinaciones, fuente propia

MOMENTOS DE DISEÑO VIGAS INTERNAS

+M (kN m) -M (kN m)

Resistencia 1 3260.34 -2873.39

Servicio 1 2095.61 -1955.04


Datos de básicos de diseño de vigas

Base del alma 0.50 m

Recubrimiento Art. 5.12.3 5 cm

Base aleta 2.60 m

Altura de la viga 1.50 m

Propiedades de los materiales

f’c 28 MPa

fy 420 MPa

β 0.85

𝞥 0.90





factores)

Tabla 22 Factores de verificación de refuerzo en viga internas del puente

Tabla 23 Calculo del refuerzo en vigas internas del puente

Tabla 24 Resumen refuerzo a flexión en vigas internas, fuente propia.

Momento Fuerza Cantidad

Positivo tensión 4 filas 5#8 c/u

compresión 1 filas 5#8

Negativo tensión 3 filas 6#8 c/u


Nota: Ver anexo 2, ubicación del refuerzo detallado ver plano refuerzo vigas internas

ARMADURA DE SUPERFICIE Art. 5.7.3.4

Si la distancia de un miembro no prees forzado o parcialmente prees forzado excede

1 m debe distribuirse uniformemente refuerzo superficial a lo largo de ambas caras del

elemento, en una distancia de/2 más cercana al refuerzo de tracción por flexión. El área del

refuerzo será:

𝐴𝑠𝑘 ≥ 0.001(𝑑𝑒 − 760) ≤𝐴𝑠 + 𝐴𝑠𝑝

1200

Para momento positivo

𝐴𝑠𝑘 ≥ 0.001(1330 − 760) ≤10200 + 2550

1200

𝐴𝑠𝑘 ≥ 0.57 ≤ 10.63

Para momento negativo

𝐴𝑠𝑘 ≥ 0.001(1330 − 760) ≤9180 + 2550

1200

𝐴𝑠𝑘 ≥ 0.57 ≤ 9.78

REVISIÓN POR FATIGA

Factores de distribución por fatiga

Para determinar los factores de distribución para la verificación por fatiga deben

tenerse en cuenta las siguientes consideraciones

● Artículo 3.6.1.4.1, la carga de fatiga corresponde a un camión de diseño (CC

14) con un espaciamiento constante entre los ejes de 160 kN de 9m.

● Tabla 3.6.2.1-1, la amplificación dinámica para la carga de fatiga es 15%.

● Artículo 3.6.1.1.2, para las verificaciones por fatiga los factores de

distribución para un carril cargado deben dividirse entre 1.2 y no se consideran

más carriles cargados.

REVISION PARA MOMENTO POSITIVO POR FATIGA, Carga de Fatiga CCP-14 Art.

3.6.1.4

Momento por Carga muerta DC = 776.16 kN m

Momento por capa de rodadura DW = 120.55 kN m

Momento por fatiga Carga viva LL+IM = 798.18 kN m

Sección fisurada Art. 5.5.3.1

Los efectos de fatiga deben satisfacer, 𝛥𝑓 ≤ 𝛥𝐹𝑇𝐻

Las propiedades de la sección para investigaciones de fatiga deben basarse en

secciones fisuradas cuando la suma de los esfuerzos, debidas a las cargas permanentes y re-

esfuerzo no mayorados y la combinación de carga de Fatiga I, es a tracción y excede 0.25

Raíz (f`’c) en MPa.

Art. 5.5.3 𝐹𝑎𝑡 = 0.25√𝑓′𝑐

𝐹𝑎𝑡 = 0.25√28 = 1322.88𝑚²𝑘𝑁

M’fat = MDC + MDW + Mfat =1694.89 kN m

𝐹𝑡𝑟𝑎𝑐 =𝑀′𝑓𝑎𝑡

𝑆𝑐=

1694.89

0.158= 10727.15𝑚²

𝑘𝑁

𝐹𝑡𝑟𝑎𝑐 > 𝐹𝑎𝑡

Se analiza el estado de esfuerzos sobre el acero de refuerzo.

Esfuerzo mínimo, por cargas permanentes:

𝑓𝑚𝑖𝑛 =𝑀𝐷𝐶 + 𝑀𝐷𝑊

𝐴𝑠 ∗ 𝑗𝑑=

776.12 + 120.55

0.0102 ∗ 1.237= 71066.15𝑚²

𝑘𝑁

Umbral de fatiga de amplitud constante, Art. 5.5.3.2-1:

(∆𝐹)𝑇𝐻 = 166 − 0.33𝑓𝑚𝑖𝑛 = 166 − 0.33(71.07) = 142.55𝑀𝑃𝑎

Esfuerzo máximo, por cargas permanentes más camión de fatiga:

𝑓𝑚𝑎𝑥 =𝑀𝐷𝐶 + 𝑀𝐷𝑊 + 𝑀𝑓𝑎𝑡


1694.89

0.0102 ∗ 1.237= 134329.58𝑚²

𝑘𝑁

Rango de esfuerzo: 𝛥𝑓=𝑓𝑚𝑎𝑥-𝑓𝑚𝑖𝑛 = 134329.58 − 71066.15 = 63263.43𝑚²𝑘𝑁

se satisface, 𝛥𝑓 ≤ 𝛥𝐹𝑇𝐻

63.26𝑀𝑃𝑎 ≤ 142.55 𝑀𝑃𝑎 CUMPLE

REVISION PARA MOMENTO NEGATIVO POR FATIGA, Carga de Fatiga CCP-14 Art.

3.6.1.4

Carga muerta DC = 1016.48 kN m

Carga por carpeta de rodadura DW = 158.79 kN m




Art. 5.5.3 𝐹𝑎𝑡 = 0.25√𝑓′𝑐

𝐹𝑎𝑡 = 0.25√28 = 1322.88𝑚²𝑘𝑁

M’fat = MDC + MDW + Mfat = 1767.09 kN m


𝑆𝑐=

1767.09

0.158= 11184.11𝑚²

𝑘𝑁






1016.48 + 158.79

0.00918 ∗ 1.237= 103496.41𝑚²

𝑘𝑁


(∆𝐹)𝑇𝐻 = 166 − 0.33𝑓𝑚𝑖𝑛 = 166 − 0.33(103.50) = 131.85 𝑀𝑃𝑎




1767.09

0.00918 ∗ 1.237= 155613.15𝑚²

𝑘𝑁



52.12 𝑀𝑃𝑎 ≤ 131.85 𝑀𝑃𝑎 CUMPLE

DISEÑO POR CORTANTE (ART. 5.8)

Nota: ver anexo 1, sección del procedimiento detallado del cálculo de acero a cortante.

Se hará los cálculos correspondientes de la separación de los estribos #4 a lo largo de

la luz de la viga, en secciones tomadas arbitrariamente cada 3 metros

Tabla 25 Tabla cuantía de refuerzo a cortante en vigas internas, fuente propia.

DISEÑO A CORTANTE, SECCIONES CADA 3m, VIGAS INTERIORES

X (m) 1.58 3 6 9 12 15 17.5

Vu (kN) 868.20 721.63 428.20 448.37 737.15 1045.76 1272.48

Mu (kN m) 1350.25 2373.84 3480.98 3474.52 2493.02 509.86 3113.22

vu (kN) 1607.78 1336.34 792.96 830.31 1365.09 1936.59 2356.44

As flexión (m²) 102 102 102 102 102 91.8 91.8

εs (m) 0.0010 0.0013 0.0016 0.0016 0.0014 0.0008 0.0021

θ 32.42 33.63 34.71 34.74 33.83 31.80 36.37

β 2.77 2.41 2.16 2.15 2.36 3.00 1.86

vc (kN) 729.93 634.79 568.77 567.38 621.62 790.18 490.34

Vs (kN) 234.74 167.01 -92.99 -69.19 197.43 371.78 923.52

s (cm) 60 60 60 60 60 56 19

Refuerzo transversal mínimo Art. 5.8.2.5-1, se toma como referencia a la distancia

17.5 m debido a que es el más crítico

𝐴𝑉 ≥ 0.083𝐵𝑉𝑆

𝑓𝑦√𝑓𝑐

′

𝐴𝑉 ≥ 0.083500 ∗ 160

420√28 = 99.96𝑚𝑚²

258 𝑚𝑚2 ≥ 99.96𝑚𝑚2 𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒

Debido a que las luces del puente son simétricas, la segunda luz tendrá el mismo

refuerzo a cortante, efecto espejo.

VERIFICACIÓN DEL ACERO LONGITUDINAL

Verificación del acero longitudinal de la luz Art. 5.8.3.5

Se debe satisfacer:

𝐴𝑝𝑠𝑓𝑝𝑠 + 𝐴𝑦𝑓𝑦 ≥|𝑀𝑢|

𝑑𝑣𝛷𝑓+ 0.50

𝑁𝑢

𝛷𝑐+ (|

𝑉𝑢

𝛷𝑉− 𝑉𝑝| − 0.50𝑉𝑠) 𝑐𝑜𝑡 𝑐𝑜𝑡 𝜃

Diseño en concreto reforzado, por tanto:

Aps = 0

fps = 0

0.0102 ∗ 420000 ≥|3474.52|

1.20 ∗ 0.90+ |

448.37

0.9| 𝑐𝑜𝑡 34.74

4284 ≥ 3935.55 CUMPLE

DEFLEXION Art. 5.7.3.6.2

El cálculo de deflexiones y de contra flechas debe considerar la carga muerta, la carga

viva, el pre-esfuerzo, las cargas de montaje, el flujo plástico y la retracción del concreto, y la

relajación del acero.

La deflexión está en función del módulo de elasticidad y de la inercia de la sección es por

ello por lo que se deben calcular estas variables.

Deflexión y contra flecha. Artículo 5.7.3.6.2

𝐼𝑒 = (𝑀𝑐𝑟

𝑀𝑎)

3

𝐼𝑔 + [1 − (𝑀𝑐𝑟

𝑀𝑎)

3

] 𝐼𝑐𝑟 ≤ 𝐼𝑔 5.7.3.6.2 − 1

En la cual,

𝑀𝑐𝑟 = 𝑓𝑟

𝐼𝑔

𝑦𝑡

Ma = 3260 kN m

Mcr = 1002.98 kN m

𝐼𝑒 = (1002.98

3260)

3

0.0933 + [1 − (1002.98

3260)

3

] 0.091 ≤ 𝐼𝑔 𝐴𝑟𝑡. 5.7.3.6.2 − 1

0.0911 ≤ 0.0933 cumple

ANÁLISIS VIGAS EXTERIORES

AVALUO DE CARGAS (Aferencia = 2.40 m)

Fig. 25 Sección para análisis de vigas externas, fuente propia.

Análisis para el cálculo de momentos positivos y negativos sobre las vigas


Tabla 26 Análisis en las cargas permanentes


Para el análisis de momentos por carga viva se seguirá lo dispuesto en el análisis de

cargas vehiculares para vigas internas

DISEÑO A FLEXIÓN

De acuerdo con el artículo 4.6.2.2 las vigas exteriores no pueden ser de menor resistencia

a las vigas internas del puente y se usa el método de la palanca para calcular el factor de

distribución Mg.

Para vigas exteriores se realiza el procedimiento de acuerdo con lo establecido en la

tabla 4.6.2.2.2.d-1, regla de la palanca para vigas exteriores para uno y dos carriles cargados,

también se realiza la verificación de los factores de distribución para vigas exteriores de

acuerdo con la suposición de sección transversal rígida, ir a anexo para ver el procedimiento

detallado.

De acuerdo con la regla de la palanca y la verificación de sección transversal rígida el

factor para carga viva será Mg= 1.29

Con los valores de momento para cargas permanentes de concreto (DC), cargas

asfálticas permanentes (DW) y cargas vivas multiplicada por el factor Mg (LL+IM), y con la

ayuda del software SAP2000 se realizan las combinaciones de carga.

● Estado límite de Resistencia I

𝑀𝑈 = 1.25𝑀𝐷𝐶 + 1.5𝑀𝐷𝑊 + 1.75𝑀(𝐿𝐿+𝐼𝑀)

Fig. 26 Gráfico SAP2000 combinación de carga resistencia i, fuente propia.

● Estado límite de Servicio I

𝑀𝑆 = 1.0𝑀𝐷𝐶 + 1.0𝑀𝐷𝑊 + 1.0𝑀(𝐿𝐿+𝐼𝑀)

Fig. 27 Gráfico SAP2000 combinación de carga servicio i, fuente propia.

RESUMEN DE MOMENTOS DE DISEÑO

Tabla 27 Resumen momentos de diseño por factores combinaciones, fuente propia

MOMENTOS DE DISEÑO VIGAS EXTERNAS

+M (kN m) -M (kN m)

Resistencia 1 4990.34 -4054.02

Servicio 1 2850.64 -2665.57

Tabla 28 Resumen de datos de diseño para el refuerzo de las vigas externas, fuente propia.

Datos de básicos de diseño de vigas

Base del alma 0.50 m

Recubrimiento Art. 5.12.3 5 cm

Base aleta 2.60 m

Altura de la viga 1.50 m

Propiedades de los materiales

f’c 28 MPa

fy 420 MPa

β 0.85

𝞥 0.90

Tabla 29 Resumen de refuerzo calculado sobre las vigas externas del puente.




factores)

Tabla 30 Factores de verificación de refuerzo en vigas externas del puente

Tabla 31 Calculo del refuerzo en vigas externas del puente

Tabla 32 Resumen refuerzo a flexión en vigas externas, fuente propia

Momento Fuerza Cantidad

Positivo

tensión 4 filas 6#8 c/u


Negativo

tensión 4 filas 5#8 c/u


Nota: Ver anexo 2, ubicación del refuerzo detallado ver plano refuerzo vigas externas

ARMADURA DE SUPERFICIE Art. 5.7.3.4

Si la distancia de un miembro no prees forzado o parcialmente prees forzado excede

1 m debe distribuirse uniformemente refuerzo superficial a lo largo de ambas caras del

elemento, en una distancia de/2 más cercana al refuerzo de tracción por flexión. El área del

refuerzo será:

𝐴𝑠𝑘 ≥ 0.001(𝑑𝑒 − 760) ≤𝐴𝑠 + 𝐴𝑠𝑝

1200

Para momento positivo

𝐴𝑠𝑘 ≥ 0.001(1330 − 760) ≤12240 + 2550

1200

𝐴𝑠𝑘 ≥ 0.57 ≤ 12.33

Para momento negativo

𝐴𝑠𝑘 ≥ 0.001(1330 − 760) ≤10200 + 2550

1200

𝐴𝑠𝑘 ≥ 0.57 ≤ 10.63

REVISIÓN POR FATIGA

Factores de distribución por fatiga

Para determinar los factores de distribución para la verificación por fatiga deben

tenerse en cuenta las siguientes consideraciones

● Artículo 3.6.1.4.1, la carga de fatiga corresponde a un camión de diseño (CC

14) con un espaciamiento constante entre los ejes de 160 kN de 9m.

● Tabla 3.6.2.1-1, la amplificación dinámica para la carga de fatiga es 15%.

● Artículo 3.6.1.1.2, para las verificaciones por fatiga los factores de

distribución para un carril cargado deben dividirse entre 1.2 y no se consideran

más carriles cargados.

REVISION PARA MOMENTO POSITIVO POR FATIGA, Carga de Fatiga CCP-14 Art.

3.6.1.4

Momento por Carga muerta DC = 875.61 kN m

Momento por capa de rodadura DW = 111.89 kN m




Art. 5.5.3 𝐹𝑎𝑡 = 0.25√𝑓′𝑐

𝐹𝑎𝑡 = 0.25√28 = 1322.88𝑚²𝑘𝑁



𝑆𝑐=

2946.99

0.158= 18651.84𝑚²

𝑘𝑁






875.61 + 111.89

0.0102 ∗ 1.237= 71066.15𝑚²

𝑘𝑁


(∆𝐹)𝑇𝐻 = 166 − 0.33𝑓𝑚𝑖𝑛 = 166 − 0.33(71.07) = 142.55𝑀𝑃𝑎




2946.99

0.0102 ∗ 1.237= 134329.58𝑚²

𝑘𝑁



63.26𝑀𝑃𝑎 ≤ 142.55 𝑀𝑃𝑎

REVISION PARA MOMENTO NEGATIVO POR FATIGA, Carga de Fatiga CCP-14 3 Art.

6.1.4

Carga muerta DC = 1147.74 kN m

Carga por carpeta de rodadura DW = 147.38 kN m




Art. 5.5.3 𝐹𝑎𝑡 = 0.25√𝑓′𝑐

𝐹𝑎𝑡 = 0.25√28 = 1322.88𝑚²𝑘𝑁



𝑆𝑐=

2748.00

0.158= 17392.41𝑚²

𝑘𝑁






1147.74 + 147.38

0.00918 ∗ 1.237= 103496.41𝑚²

𝑘𝑁


(∆𝐹)𝑇𝐻 = 166 − 0.33𝑓𝑚𝑖𝑛 = 166 − 0.33(103.50) = 131.85 𝑀𝑃𝑎




1767.09

0.00918 ∗ 1.237= 155613.15𝑚²

𝑘𝑁



52.12 𝑀𝑃𝑎 ≤ 131.85 𝑀𝑃𝑎 CUMPLE

DISEÑO POR CORTANTE (ART. 5.8)

Nota: ver anexo 1, en el procedimiento detallado del cálculo de acero a cortante.

Se hará los cálculos correspondientes de la separación de los estribos #4 a lo largo de

la luz de la viga, en secciones tomadas arbitrariamente cada 3 metros

Tabla 33 Tabla cuantía de refuerzo a cortante en vigas externas, fuente propia.

DISEÑO A CORTANTE, SECCIONES CADA 3m, VIGAS EXTERIORES

X (m) 1.58 3 6 9 12 15 17.5

Vu (kN) 823.00 679.41 390.47 418.19 703.03 1008.22 1277.59

Mu (kN m) 1293.06 2266.59 3323.86 3299.63 2324.16 1519.18 3440.89

vu (kN) 1524.07 1258.17 723.09 774.43 1301.91 1867.07 2365.91

As flexión (cm²) 122.4 122.4 122.4 122.4 122.4 102.00 102.00

εs (m) 0.0008 0.0011 0.0013 0.0013 0.0011 0.0012 0.0021

θ 31.80 32.85 33.55 33.55 32.85 33.20 36.35

β 3.00 2.63 2.43 2.43 2.63 2.53 1.86

vc (kN) 790.55 693.09 640.45 640.45 693.09 665.73 491.22

Vs (kN) 123.89 61.81 -206.59 -175.79 88.06 454.52 928.33

s (cm) 60 60 60 60 60 44 19

Debido a que las luces del puente son simétricas, la segunda luz tendrá el mismo

refuerzo a cortante.

Refuerzo transversal mínimo Art. 5.8.2.5-1

𝐴𝑉 ≥ 0.083𝐵𝑉𝑆

𝑓𝑦√𝑓𝑐

′

𝐴𝑉 ≥ 0.083500 ∗ 600

420√28 = 198.11𝑚𝑚²

258𝑚𝑚2 ≥ 57.51𝑚𝑚2 𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒

VERIFICACIÓN DEL ACERO LONGITUDINAL

Verificación del acero longitudinal en el centro de la luz Art. 5.8.3.5

Se debe satisfacer

𝐴𝑝𝑠𝑓𝑝𝑠 + 𝐴𝑦𝑓𝑦 ≥|𝑀𝑢|

𝑑𝑣𝛷𝑓+ 0.50

𝑁𝑢

𝛷𝑐+ (|

𝑉𝑢

𝛷𝑉− 𝑉𝑝| − 0.50𝑉𝑠) 𝑐𝑜𝑡 𝜃

Diseño en concreto reforzado, por tanto:

Aps = 0

fps = 0

0.01224 ∗ 420000 ≥ |3299.63|

1.20 ∗ 0.90+ |

418.19

0.9| 𝑐𝑜𝑡 33.55

5140.80 ≥ 3755.90CUMPLE

DEFLEXION Art. 5.7.3.6.2

Deflexión y contra flecha Artículo 5.7.3.6.2

𝐼𝑒 = (𝑀𝐶𝑅

𝑀𝑎)

3

𝐼𝑔 + [1 − (𝑀𝑐𝑟

𝑀𝑎)

3

] 𝐼𝑐𝑟 ≤ 𝐼𝑔 5.7.3.6.2 − 1

En la cual,

𝑀𝐶𝑅 = 𝑓𝑟

𝐼𝑔

𝑦𝑡

Ma = 3260 kN m

Mcr = 1002.98 kN m

𝐼𝑒 = (1002.98

3260)

3

0.0933 + [1 − (1002.98

3260)

3

] 0.091 ≤ 𝐼𝑔 𝐴𝑟𝑡. 5.7.3.6.2 − 1

0.0911 ≤ 0.0933 cumple

Paso 4: SUBESTRUCTURA

ESTRIBOS

Para el diseño de los estribos se realizó de acuerdo con las normas CCP-14 y NSR-

10. Este diseño se realizó con información limitada del terreno, por lo cual mediante

correlaciones se definieron propiedades del suelo necesarias para el análisis y pre - diseño.

Dimensionamiento del estribo:

Fig. 28 Dimensionamiento del estribo, fuente propia

Tabla 34 Resumen peso del estribo, fuente propia

PESO DEL CONCRETO DEL ESTRIBO (t/m)

ÁREA (m2) DC 𝑋𝐴 𝑌𝐴 𝐷𝐶𝑋𝐴 𝐷𝐶𝑌𝐴

Zapata 10.6 2.45 0.45 25.9 4.76

Vástago 11.2 1.65 3.5 18.53 39.31

Espaldar 1.51 2.25 6.65 6.40 10.05

Topes 0.5 1.65 6.65 0.80 3.24

Aletas 5.6 3.65 4.3 20.44 24.07

Suma 29.4 69.1 81.5

Fig. 29 Distribución cargas en el estribo, fuente propia

Sobrecarga por carga viva LS.

Tabla 35 Acciones verticales por m de estribo, fuente propia

ACCIONES VERTICALES SOBRE EL ESTRIBO (m)

CARGA ORIGEN PESO (t/m) 𝑋𝐴 𝑀𝐴

DC ESTRIBO 29.4 2.35 69.1

DC SUPERESTRUCTURA 14 1.65 23.1

DW ASLFÀLTICA 1.86 1.65 3.1

EV PESO DEL TERRENO 36.4 3.65 132.9

LL+IM CC-14 13.85 1.65 22.9

LS CARGA VIVA 1 3.65 3.7

SUMA 97 255

Los cálculos que siguen suponen que el estribo es infinitamente rígido.

Tabla 36 Acciones sísmicas sobre el estribo, fuente propia.

RESUMEN DE LAS ACCIONES SÍSMICAS SOBRE EL ESTRIBO

FUERZAS HORIZONTALES

𝑃𝑠𝑒𝑖𝑠 110.075 kN/m

𝐻𝑏𝑢 39.46 kN/m

SUMA 150.21 kN/m

MOMENTOS DE DESESTABILIZACIÓN RESPECTO AL PUNTO A

𝑀𝑃𝑠𝑒𝑖𝑠 236.15 kN m/m

𝑀𝐻𝑏𝑢 136.137 kN m/m

SUMA 372.29 kN m/m

Se analizaron los siguientes estados limites: Resistencia I, evento extremo I y servicio I para

el caso de carga estribo más superestructura, y de acuerdo con la tabla 3.4.1-1

Tabla 37 Cargas horizontales por m sobre el estribo, fuente propia

ACCIONES HORIZONTALES SOBRE EL ESTRIBO (m)

ORIGEN PESO (𝑘𝑁

𝑚) 𝑌𝐴(𝑚)

𝑀𝐴 (𝑘𝑁 𝑚

𝑚)

EH 95.63 1 95.63

𝑃𝑠𝑒𝑖𝑠 110.075 2 220.15

𝐻𝑏𝑢 39.46 3.45 136.137

BR 3.49 14.4 50.256

LS 44.03 4.63 203.86

SUMA 292.69 706.032

Tabla 38 Resumen de fuerzas y momentos con respecto al punto A por m de estribo, fuente

propia.

RESUMEN DE FUERZAS (kN/m) Y MOMENTOS (kN m /m) CON RESPECTO AL PUNTO A

ORIGEN FUERZA DIRECCIÓN MOMENTO SENTIDO

DC, SUPERESTRUCTURA 109.66 Vertical 172.71 ESTABILIZACIÓN

DW, SUPERESTRUCTURA 13.11 Vertical 20.65 ESTABILIZACIÓN

CARGA VEHICULAR CC-14

(LL+IM)

81.16 Vertical 127.83 ESTABILIZACIÓN

FUERZA DE FRENADO (BR) 3.49 Horizontal 50.26 DESESTABILIZACIÓN

DC, PESO DEL CONCRETO

DEL ESTRIBO

294 Vertical 691 ESTABILIZACIÓN

EV, PESO DEL RELLENO

DEL ESTRIBO


LS x, SOBRECARGA POR

CARGA VIVA

44.03 Horizontal 110.07 DESESTABILIZACIÓN

LS Y, SOBRECARGA POR

CARGA VIVA


EH, EMPUJE ACTIVO 95.63 Horizontal 95.63 DESESTABILIZACIÓN

𝑃𝑠𝑒𝑖𝑠 110.08 Horizontal 220.15 DESESTABILIZACIÓN

𝐻𝑏𝑢 39.65 Horizontal 136.137 DESESTABILIZACIÓN

Tabla 39 Resumen de coeficientes de γ, fuente propia

ACCIONES VERTICALES

VALORES EXTREMOS DE 𝑌𝑃

𝑌𝑃 Máximo Mínimo

DC 1.25 0.9

DW 1.5 0.65

EH 1.5 0.9

EV 1 N/A

EV 1.35 1

ES 1.5 0.75

LS 1.75 N/A

Tabla 40 Fuerzas verticales caso carga: estribo más superestructura

Combinación de fuerzas verticales sobre el estribo. Estados límites de resistencia I, evento

extremo I y de servicio. Casos máximo y mínimo, fuente propia.

Tabla 41 Momentos de estabilización caso carga: estribo más superestructura

Combinación de momentos de estabilización sobre el estribo con respecto al punto A.

Estados límites de resistencia I, evento extremo I y de servicio. Casos máximo y mínimo,

fuente propia.

Tabla 42 Fuerzas horizontales caso carga: Estribo más superestructura

Combinación de fuerzas horizontales sobre el estribo. Estados límites de resistencia I, evento

extremo I y de servicio Casos máximo y mínimo, fuente propia.

Tabla 43 Momentos de desestabilización a fuerzas horizontales caso carga: estribo más

superestructura

Combinación de momentos de desestabilización sobre el estribo con respecto al punto A.

Estados límites de resistencia I, evento extremo I y de servicio. Casos máximo y mínimo,

fuente propia

Debido al alcance del proyecto se dejan todas la cargas y factores de seguridad y

sismo para el diseño de la cimentación, de acuerdo con un estudio de suelo más detallado

PILA CENTRAL

Tabla 44 Especificaciones de los materiales de la pila

La ecuación C.10.6.3.2 de la NSR-10 define la resistencia axial nominal (valor máximo

permitido) como:

𝜑𝑃𝑛𝑚𝑎𝑥 = 0.75𝜑[0.85𝑓´𝑐(𝐴𝑔 − 𝐴𝑠𝑡)] + 𝑓𝑦 𝐴𝑠𝑡

en donde Pu se define como:

𝑃𝑈 = 1.2𝑃𝐷 + 1.6𝑃L

Conociendo el valor mayorado producto del apoyo central de la superestructura del

puente se obtiene a Pu= 7529,24 kN; al optar por el diseño de tres pilas centrales como se

muestra en la siguiente fotografía, se tiene la división de esta carga como Pu= 2509,75 kN

para cada una.

Tabla resumen cálculo del refuerzo de la columna

Tabla 45 Refuerzo transversal, flejes No.4

Paso 5: DISEÑO DEL APOYO DE NEOPRENO

Datos Generales

Estado límite de servicio I

Neopreno tipo 1, dureza (shore A) 50+/- 5

Método de diseño: Art. 14.7.6 Método A

Para la región del puente, Pasca Cundinamarca, temperatura máxima 25 °C, temperatura

mínima 5 °C

Durante la instalación la temperatura promedio es 15 °C

Coeficiente de dilatación térmica del concreto Art. 5.4.2.2

𝛼 = 1.08 ∙ 10−5°𝐶𝑚

Deformación unitaria debido al flujo plástico, Art. 5.4.2.3.1 se toma un valor promedio

𝜀𝑝 = 0.30

Se suponen espesores de las capas de apoyo del neopreno

Tabla 46 Espesores elementos del apoyo de neopreno, fuente propia

Espesor capa externa hrs 10 mm

Espesor capa interna hri 15 mm

Espesor lámina de acero hs 3 mm

Deformación por cortante del apoyo de neopreno

Art. 14.7.6.3.4-1ℎ𝑟𝑡 = 2∆𝑠

Por tanto, la deformación horizontal ∆𝑠= 𝛼𝐿∆𝑇 + 𝜀𝑝𝐿

∆𝑠= 1.08 ∙ 10−5 ∗ 37000 ∗ (25 − 10) + 0.0003 ∗ 38000 = 17.56 𝑚𝑚

Espesor mínimo requerido

De acuerdo con la tabla 3.4.1-1 yTu = 1.20

Art. 14.7.6.3.4-1 ℎ𝑟𝑡 = 2𝑦𝑇𝑢∆𝑠

ℎ𝑟𝑡 = 2 ∗ 1.2 ∗ 17.56 = 42.13 𝑚𝑚

Se estimó hri = 15 mm

Por tanto, el espesor requerido por la capa superior, Art. 14.7.6.1

ℎ𝑟𝑠

ℎ𝑟𝑖≤ 0.7

ℎ𝑟𝑠 = 0.70 ∗ ℎ𝑟𝑖 = 10.5 ≈ 10 𝑚𝑚

Determinación del número de capas internas

𝑛 =ℎ𝑟𝑡,𝑚𝑖𝑛 − 2ℎ𝑟𝑠

ℎ𝑟𝑖

𝑛 =42.13 − 2 ∗ 10

15≈ 2 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑠

Altura total de las capas (2 internas y 2 externas)

ℎ𝑟𝑡 = 2ℎ𝑟𝑠 + 2ℎ𝑟𝑖 = 2 ∗ 10 + 2 ∗ 15 = 50 𝑚𝑚

Altura total del apoyo de neopreno con láminas de acero intermedias

𝐻 = ℎ𝑟𝑡 + ℎ𝑠(𝑛 + 1) = 50 + 3(2 + 1) = 59 𝑚𝑚

Tabla 47 Detalle de apoyo de neopreno, medidas en milímetros

fuente propia.

9.9 FASE 6 y 7 Entrega y sustentación del proyecto:

Finalmente, el proyecto concluye de tal manera en que se realizará la entrega de

planos, memorias de cálculo, documento, fase investigativa y modelado render 3D a la

alcaldía de Pasca – Cundinamarca con el fin de que sea tenido en cuenta en la reestructuración

futura del puente “Flandes – Parque Central”, no obstante, se hará entrega del proyecto

completo luego de tener el visto bueno por parte de la Universidad Piloto de Colombia

avalando la aceptación del documento final.

10 CONCLUSIONES

Se realizó el diseño estructural de la nueva propuesta del puente Flandes – Parque Central,

de acuerdo con la normatividad vigente, teniendo en cuenta factores como lo fueron

constructibilidad, seguridad, servicio, economía y estética.

La ejecución de esta propuesta de diseño puede permitir que el acceso dentro del

municipio de Pasca y el ciclo de producción de los bienes y servicios producidos por el

municipio, mejore considerablemente para todos los usuarios.

Se genera el diseño de un puente mediante la metodología losa - apoyado sobre vigas ya

que, de acuerdo con las características, longitud, ancho y número de luces, es más viable,

mayor facilidad constructiva y más económico que otras metodologías de puente como o son

puentes colgantes o atirantados.

No se requiere el cálculo de barandas ni bordillos debido a que en la norma estos se

estandarizan a unos valores puntuales en el caso de estructuras de concreto armado, tampoco

en el caso de carga viva peatonal.

La norma colombiana de diseño de puentes – LRFD – CCP 14, no presenta procedimiento

detallado de cálculo, por lo tanto, se logró realizar el procedimiento de diseño estructural de

la nueva propuesta del puente Flandes – Parque Central, de manera detallada y didáctica;

basado principalmente en el libro Fundamentos de diseño de puentes de Carlos Ramiro

Vallecilla Bahena y el documento “análisis de la incidencia técnica al aplicar la norma CCP-

14 versus la norma CCDSP 95 en el diseño estructural de la superestructura de un puente

reforzado simplemente apoyado de 20 metros de longitud” de Mauricio Pino Lobo.

Por medio del software estructural SAP2000 se verificó los valores de momento flector

y carga cortante necesarios para el análisis y cálculos de las estructuras del puente.

El conocimiento relacionado al Diseño de Puentes ha crecido en aspectos teóricos y

prácticos, gracias a este trabajo y a los demás documentos y fuentes de información

investigadas relacionadas al diseño y normatividad para la ejecución de este tipo de

estructuras.

11 RECOMENDACIONES

La propuesta de diseño del puente se realizó como una obra social para el beneficio de la

comunidad pasqueña, fue ejecutado con una excelente calidad. Por lo mismo, se entrega a la

alcaldía municipal como aporte estudiantil que será revisado y evaluado por los funcionarios

de esta entidad para una posible ejecución o uso del mismo como insumo para un nuevo

proyecto de este puente, siguiendo las recomendaciones dadas en este documento y

completando los estudios pertinentes por profesionales especializados para brindar plena

seguridad y cumplimiento de los requisitos legales y técnicos de este tipo de proyecto.

Con el mejoramiento en el diseño del puente se da un precedente a nivel regional para

realizar obras de este mismo tipo y eventualmente convertir este en un proyecto de plan

nacional para el mejoramiento de la infraestructura vial del país, promoviendo mayor

movilidad terrestre y generando un aumento comercial en los diferentes municipios debido

al aumento de los diferentes aportes comerciales que ofrece el turismo de población flotante.

Con el mejoramiento de este puente se hace necesario el mantenimiento de los tramos en

los extremos de la estructura, debido a que en la visita técnica se evidencio que este no es el

óptimo lo que incrementa en un porcentaje acelerado la reducción de vida útil del puente.

Una vez terminada su construcción, el nuevo puente “Flandes – Parque Central” contara

con un sendero peatonal establecido por el Código Colombiano de Puentes LRFD CCP-14,

por lo tanto, la creación de campañas que enseñen a la comunidad el uso de este con el fin de

prevenir riesgos y accidentes.

Realizar el estudio de suelos e hidrográfico pertinente para poder desarrollar los cálculos

y el diseño de los estribos y la cimentación para el nuevo puente de “Flandes – Parque

Central”, ya que los cálculos presentados anteriormente no se le atribuye el diseño completo

a la subestructura, ya que lo presentado se hizo una suposición de datos desconocidos en su

condición más crítica; fuera de que es fundamental para conocer las condiciones en las que

se encontraría frente a la etapa de construcción de este puente y reconocer que la mejor

solución es el sistema losa-viga expuesto anteriormente en el documento teniendo en cuenta

los factores ambientales, morfológicos y geográficos.

Realizar una investigación o estudio detallado para analizar la viabilidad de la estructura,

las cantidades de obra, APU y costo de la intervención.

Se recomienda a futuras investigaciones trabajar e identificar la demanda y población

beneficiada en él puente, para poder tener referencias de la incidencia de la transitabilidad de

los peatones, vehículos y bici usuarios, que utilizan y a su vez la influencia que tiene en la

evaluación de una estructura para poder realizar alguna propuesta de reforzamiento.

Se recomienda considerar los ensayos no destructivos para no alterar la estructura

existente, que permite obtener datos necesarios para la formulación de propuesta de

reforzamiento y contar con equipos certificados y validados por un laboratorio especializado.

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