DISEÑO PUENTE VIGA-LOSAPUENTE PROGRESO - COINA- USQUIL- OTUZCO

I.- PREDIMENSIONAMIENTO :Puente simplemente apoyado

SECCION TIPICA:

C A C

0.05 0.05

0.70

g

E LOSA

0.50

CARTELA .15x.15

H

VIGA PRINCIPAL

VIGA DIAFRAGMA

a b S b a

6.00

Longitud Total del Puente Lt (m) = 5.60 Ancho de Cajuela 0.40 Número Vigas DiafragmaLuz de Cálculo del Puente L (m) = 5.20 Peralte Vigas DiafragmaAncho de Vía 3.60 A (m) = 4.60 Ancho Vigas DiafragmaPeralte Viga Princ. 0.364 H (m) = 0.50 Dist. entre Vigas Diafrag.Ancho Viga Princ. 0.4~0.6 b (m) = 0.40 Separación Vigas Princ. S (m) = 2.10 TREN DE CARGASEspesor Losa 0.18 E (m) = 0.20 Ancho Vereda 0.60 C (m) = 0.65 Concreto f'c =Espesor Vereda 0.15 g (m) = 0.15 Acero fy =Longitud Volado a (m) = 1.55 Luz Libre del Puente:

L

e D

b'

VIGAS DIAFRAGMA

II.-DISEÑO DE LA LOSA :La armadura principal de la Losa será en sentido perpendicular al tránsito.

2.1ARMADURA PRINCIPAL TRAMO INTERIORMomento por Peso Propio (Md) :- Metrado de Cargas (para 1 m. de ancho): P. propio = (1m.)(E)(2.4 T/m3) 0.48 Asfalto = (1m.)(0.05)(2.0 T/m3)(No hay) 0.00

Wd = 0.48 T/m- Suponiendo un coeficiente 1/10 para los momentos (+) y (-): Md =[ Wd.(S)^2 ]/10 ===> Md = 0.21168 T.m +/-

Momento por Sobrecarga (Ml) :- Como es una losa armada perpendicularmente al sentido del tráfico: Ml = (S+0.61) P/9.74 ( P: Carga de rueda más pesada : HS-20 7.258 Ml = 2.01942 T.m- Como existe continuidad entre losa y viga se recomienda afectar al momento de factores: Mom. positivo = 0.80 Ml ===> + Ml = 1.615538 T.m Mom. negativo=0.90 Ml ===> - Ml = 1.817481 T.m

Momento por Impacto (Mi) :- Coeficiente de Impacto : I=15.24/(S+38)= 0.38 I <= 0.30 Menor Valor ==> I = 0.30 - Momentos : Mom. positivo = I Ml+ ===> + Mi = 0.484662 T.m Mom. negativo = I Ml- ===> - Mi = 0.545244 T.m

Verificación del peralte : (Diseño por Servicio o Esfuerzos de Trabajo)- Momentos por Servicio: M = Md + Ml + Mi (Momento flector) Mom. positivo = ===> + M = 2.31188 T.m Mom. negativo = ===> - M = 2.574405 T.m- Peralte mínimo : d = [ (2.M)/(Fc.K.J.b) ]^(1/2) donde: b = 1 m. = 100 cm Fc = 0.4 f'c = 0.40 x 210 = 84 Kg/cm2 Fs = 0.4 fy = 0.40 x 4200 = 1680 Kg/cm2 Es = 2100000 Kg/cm2 Ec = 15000 Raiz(f'c) 217371 Kg/cm2 n = Es / Ec = 10 > 6 O.K. r = Fs / Fc = 20 K = n / (n+r) = 0.3257 J = 1 - K/3 = 0.8914

===> d = 13.77 cm. < E = 20.00 cm O.K. Admitiendo un recubrimiento de 2" (5 cm) y suponiendo el empleo de fierro de 5/8 " = el Peralte seria: E - 5.00 - 1.59 /2 = 14.21 cm

Consideremos para el diseño d = 14.00 cm

Diseño por Rotura :- Momento Ultimo Resistente : Mu = 1.30 [Md+1.67(Ml+Mi)] Mom. positivo = ===> + Mu = 4.834718 T.m

Mom. negativo = ===> - Mu = 5.40466 T.m- Acero : Mu = Ø.As.fy.[d-(As.fy)/(1.70 f'c.b)] Ø = ===> As = (f'c.b.d)/fy [0.85-Raiz(0.7225-1.70(Mu)/(Ø.f'c.b.d^2))]

- Acero positivo : (por 1 m. de ancho de losa) +As = 9.97 cm2

Verificando la cantidad mínima por cuantía: As min = 14/fy b.d ===> Asmin= 4.66667 cm2

As min < +As .......... O.K.Considerando acero de 5/8 " = 2.00 cm2 , el espaciamiento de las barras será:

s = (Av. b) / As ===> s = 20.06 cmAcero positivo : 5/8 " @ 20 cm

- Acero negativo : (por 1 m. de ancho de losa) -As = 11.28 cm2

As min < -As .......... O.K.Considerando acero de 5/8 " = 2.00 cm2 , el espaciamiento de las barras será:

s = (Av. b) / As ===> s = 17.73 cmAcero negativo : 5/8 " @ 18 cm

2.2ARMADURA PRINCIPAL TRAMO EN VOLADIZOMomento por Peso Propio (Md) : Por metro de longitud.Sección Carga (T) Dist.(m) Momento (T.m)

1 (C)(0.20)(1)(2.4) 0.312 1.225 0.382 2 (0.05/2)(0.20)(1)(2.40) 0.012 0.883 0.011 3 (0.50)(E/2)(1)(2.40) 0.120 1.217 0.146 4 (a-0.50)(E)(1)(2.40) 0.504 0.525 0.265 5 (0.15)(0.15)(1)(2.40) 0.054 0.050 0.003

Asfalto (a-C-0.05)(0.05)(1)(2.00) 0.085 0.425 0.036 Baranda 0.150 0.150 1.475 0.221

===> Md = 1.063 T.m

Momento por Sobrecarga (Ml) :- Como es una losa armada perpendicularmente al sentido del tráfico: Ancho Efectivo : E = (0.80)(X)+1.143 E = 1.58 m. (distancia cara Viga a Rueda: X = 0.55 m ) Momento resultante: Ml = (P)(X) / E Ml = 2.522 T.m (P: Carga de rueda más pesada : HS-20 7.258 T. )

Momento por Impacto (Mi) : Mi = (I) (Ml) ===> Ml = 0.757 T.m

Diseño por Rotura :- Momento Ultimo Resistente : Mu = 1.30 [Md+1.67(Ml+Mi)] ===> Mu = 8.500 T.m- Acero : Resolviendo ===> As = 19.140 cm2 As min = 14/fy b.d = 4.667 cm2 As min < As .......... O.K.Considerando acero de 5/8 " = 2.00 cm2 , el espaciamiento de las barras será:

s = (Av. b) / As ===> s = 10.45 cmAcero : 5/8 " @ 10 cm

2.3ACERO DE REPARTICION :Como el Acero principal es perpendicular al tráfico: % Asr = 121 / ( L )^0.5 < 67 % As ===> % Asr = 55.23 % As % Asr < 67% As .......... O.K.===> Acero de Repartición : Asr = 6.231 cm2

Considerando acero de 1/2 " = 1.29 cm2 , el espaciamiento de las barras será:

s = (Av. b) / As ===> s = 20.70 cmAcero de Repartición : 1/2 " @ 21 cm

2.4ACERO DE TEMPERATURA : Ast = 0.0018 b E > 2.64 cm2 ===> Ast = 3.600 cm2 Ast > 2.64 cm2 .......... O.K.Considerando acero de 3/8 " = 0.71 cm2 , el espaciamiento de las barras será:

s = (Av. b) / As ===> s = 19.72 cmAcero de Temperatura : 3/8 " @ 20 cm

III.-DISEÑO DE VIGAS PRINCIPALESSe tiene dos Vigas Principales en el sentido del tráfico.

3.1ARMADURA PRINCIPAL VIGA EXTERIORMomento por Peso Propio (Md) :- Metrado de Cargas ( por metro de losa y viga): pp losa= (E)(a-0.5+S/2+b)(2.4 T/m3) 1.200 pp viga= [(H-E)(b)+0.15^2](2.4 T/m3) 0.342 Asfalto = (0.05)(A/2)(2.0 T/m3) 0.230 Acera = (0.65)(0.4 T/m2) 0.260 Volado = (0.20*C+0.005+0.25*E)(2.4T/m3) 0.444

Wd = 2.476 T/m- Aporte de las Vigas Diafragma pp Viga Diafrag. (b')(e)(S/2)(2.4 T/m3) ==> Wv = 0.189 T. Número de Vigas Diafragma: N = 3- Cálculo del Md para la sección al centro de la luz (sección crítica) Según Diag. de Línea de Influencia de momentos en el caso de 4 Vigas Diafrag. se tiene: Md = Wd(L^2/8)+Wv(2L/6) ===> Md = 8.696 T.m

Momento por Sobrecarga (Ml) :- Coeficiente de Concentración de carga (Cc) : Para este caso de Puente de un carril y cargas HS-20 se tiene: R = [ 1 + 0.70/(S+b) ] Pr ===> Cc = [ 1 + 0.70/(S+b) ] ==> Cc = 1.280- Momento máximo por eje de rueda en la sección crítica (a 0.70 m. del centro) Según Diagrama de Línea de Influencia de momentos para este caso se tiene: Ms/c = Cc [ P/2 (2.25L^2 - 10.5L + 4.41) / L ] donde : P = 3.629 T. ==> Ms/c = 4.757 T.m (Por Viga)- Momento por Sobrecarga Equivalente Considerando la Sobrecarga del Reglamento, situando la carga de cuchilla en la posición crítica (a la mitad de la long. del puente) Meq = [ 9/4L + 0.96 (L^2)/8 ] /2 ==> Meq = 7.472 T.m (Por Viga)- Momento por Sobrecarga (Ml): Tomamos el mayor ==> Ml = 7.472 T.m

Momento por Impacto (Mi) :- Coeficiente de Impacto : I=15.24/(L+38)= 0.35 I <= 0.30 ==> I = 0.30

==> Mi = 2.242 T.m

DISEÑO VIGA TVerificación del peralte : (Diseño por Servicio o Esfuerzos de Trabajo)- Momento por Servicio: M = Md + Ml + Mi ==> M = 18.411 T.m- Peralte mínimo :

d = [ (2.M)/(Fc.K.J.b) ]^(1/2) donde: (E) hf b = Menor valor de las siguientes expresiones:

b <= L/4 ==> b <= 1.30 m(b-bw) <= 16 hf ==> b <= 3.60 mb <= bw + S ==> b <= 2.50 m

Asumiendo b = 1.30 m. Suponiendo que el eje neutro se halla dentro del ala ( C < E ) realizamos los cálculos como si fuera una viga rectangular de ancho b = 130 cm Peralte :

d = 34.08 cm. < H = 50.00 cm Consideremos para el diseño d = 40.00 cm- Area del Acero : (Por servicio) As = M/(Fs.J.d) ==> As = 30.733481 cm2- Verificamos la cuantía : Cuantía balanceada: pb = (0.85 f'c ß)/fy . (0.003 Es)/(0.003Es+fy) ==> pb = 0.0217 ß = 0.85 Cuantía máxima: pmax = 0.75 pb ==> pmax = 0.0163 Cuantía de la Viga: p = As/(b.d) ==> p = 0.0059 ==> p < pmax .................. O.K.

Diseño por Rotura :- Momento Ultimo Resistente : Mu = 1.30 [Md+1.67(Ml+Mi)] ==> Mu = 32.394779 T.m- Acero : Mu = Ø.As.fy.[d-(As.fy)/(1.70 f'c.b)] Ø = ===> As = (f'c.b.d)/fy [0.85-Raiz(0.7225-1.70(Mu)/(Ø.f'c.b.d^2))] Resolviendo:

As = 22.58 cm2 En este caso la Cuantía de la Viga estará indicada como: p = As/(b.d) ==> p = 0.0043 < pmax O.K. Para no verificar deflexiones: pmax = 0.18 f'c/fy ==> pmax = 0.0090 > p O.K.

Verificación del Eje Neutro: a = (As.fy)/(0.85f'c.d) = => a = 4.086604 cm. < E = 20.00 O.K. Es correcto el diseño de la Viga como Rectangular pues el Eje neutro se halla en el ala de la Viga

Verificación por Fatiga en Servicio: Momento por servicio máximo: M = Md+Ml+Mi = 18.411 T.m fs max = M/(As.J.d) ==> fs max = 2286.790 Kg/cm2 Momento por servicio mínimo: Mmin=Md= 8.696 T.m fs min = Mmin/(As.J.d) ==> fs min = 1080.194 Kg/cm2 Rango de Esfuerzos actuantes: f ac = (fs max) - (fs min) ==> f ac = 1206.596 Kg/cm2 Rango de Esfuerzos admisibles: f ad = 1635.36-0.36(fs min) ==> f ad = 1246.490 Kg/cm2 ===> f ad < f ac ........ O.K.

Distribución del Acero: Si consideramos barras de 1 " = 5.10 cm2 entonces el número de barras será:

N° varillas 1 " = 5

En este caso el acero se distribuirá en capas y se considerará 5 Varillas Ø As = ( 25.50

Verificación por Agrietamiento: Para condiciones severas de exposición:

Z = 23000 Kg/cm2 El valor de A es: A = 2.X.b/(N° barras)

A = 240 Máximo esfuerzo admisible: Fs max = Z/(dc.A)^(1/3) Fs max adm = 1890.76 kg/cm2 X = 15 O O O O O O Máximo esfuerzo actuante: Fs max = M/(As.d.J) dc = 7.5

Fs max act = 2024.79 kg/cm2 ===> Fs max act < Fs max adm ....... FALSO

3.2VERIFICACION POR CORTE.

Por Peso propio: El Esfuerzo Cortante por Peso Propio (Vd) para este caso de 4 Diafragmas será: Vd = Wd.L/2 + Wv.(1+2/3+1/3) ===> Vd = 6.816 T.

Por Sobrecarga de HS-20 : El Esfuerzo Cortante por Sobrecarga (Vl) está dado por la siguiente relación: Vl = Cc [ 4.P + 4.P.(L-4.20)/L + P.(L-8.40)/L ] P : Carga por rueda de eje delantero = 3,629 / 2 Kg ==> > P = 1.8145

===> Vl = 9.6475569 T.

Por Impacto: El Esfuerzo Cortante por Impacto (Vi) será: Vi = I . Vl ===> Vi = 2.8942671 T.

Diseño por Rotura : Esfuerzo Cortante total (Vu) : Vu = 1.30 [Vd+1.67(Vl+Vi)] ==> Vu = 36.08858 T. Esfuerzo Cortante Nominal (V'u) : V'u = Vu / ( Ø b d ) ==> V'u = 8.165 kg/cm2 Esfuerzo Cortante Resistente del Concreto (Vc) : Vc = Ø [ 0.5 (f'c)^0.5 + 175.p.Vu.d/Mu ] para Esfuerzo cortante: Ø = 0.85

==> Vc = 6.162 kg/cm2 ===> Vc > V'u ....... O.K. Como V'u < Vc, teóricamente no se requiere refuerzo en el Alma, pese a ello colocaremos acero mínimo con estribos de 3/8 " = 0.71 cm2 haciendo un área de:

Av = 2 x as = 1.42 cm2 siendo el espaciamiento: S = (Av.fy) / [(V'u-Vc).b] ==> S = -74 cm.

3.3ACERO LATERAL

Como la Viga tiene más de dos pies (0.61 m.), será conveniente colocar Acero lateral en unacantidad de :

As lat. = 0.10 (As) ==> As lat = 2.258 cm2.El espaciamiento entre barras deberá cumplir: S <= 30 cm. ; S <= bw = 40 cmescogeremos S = 30 cm.La altura libre del nervio es : 30.00 cm., estimando 10 cm. en la parte superior e inferiornos resta 10 cm. lo cual hace: 1 fierrosComo se dispondrá a ambos lados, la cantidad total de fierros es n= 2 por lo que cada uno será:

Av = (As lat) / n = 1.129 cm2 = 1 Ø 1/2" = 1.27Entonces dispondremos, a ambos lados del nervio de la Viga : 1 fierros de 1/2"

IV.-DISEÑO DE VIGAS DIAFRAGMA 4.1ACERO PRINCIPAL

El Momento flector que deben soportar los Diafragmas es igual al Momento Torsor que deben soportar las Vigas principales a lo largo del area de influencia de cada diafragma.El Momento torsor en las Vigas principales es una fracción del Momento Flector negativo que segenera en la losa en sus apoyos en las vigas.

El Momento flector con el que debe diseñarse cada Diafragma es el siguiente:M = T + Mpp

donde: T : Momento flector en las vigas principales a lo largo del área de influencia T = 0.70 [ (-)Mom max losa] D Mom max losa : Momento flector negativo máximo de diseño de la losa /m de ancho Mpp: Momento por peso propio de la Viga diafragma. Wpp = (b')(e)(2.40 T/m3) = 0.180 T/m Mpp = Wpp(S^2/10) ===> Mpp = 0.07938 T.m entonces: M = T + Mpp ; T = 9.363573 T.m ===> M = 9.443 As = (f'c.b.d)/fy [0.85-Raiz(0.7225-1.70(Mi)/(Ø.f'c.b.d^2))]

b = 25.00 cm. ; d = 24 cm. As = 14.57 cm2 Considerando acero de 5/8" = 2.00 cm2

N° varillas 5/8" = 8

Ing. Javier N. Colina Pozo

0.50

VIGA PRINCIPAL

N = 3 b' = 0.30 e = 0.25 D = 2.22

HS-20

210 kg/cm24200 kg/cm24.80 m.

e

T. )

1.97933 cm21.59 cm

0.90

b

bw

O.K.

0.90

entonces el número de barras será:

1 " cm2 )

O O O O O O

40.00

T.

cm., estimando 10 cm. en la parte superior e inferior

por lo que cada uno será:

cm2

T.m

CRITERIOS PARA PREDIMENSIONAMIENTO:

1.- Luz libre para Vigas principales (L') L = L' + 2.C C = i/2 + r (i=0.10 m. y asumimos r=0.30)

C = 0.10/2 + 0.30 = 0.35 (Cmin. =0.25) L' = L - 2.C

2.- Peralte de la Viga Principal (H) :H = L/15 ó H = 0.07 L

3.- Espesor de la Losa (t) :

S (m) 1.80 2.10 2.40 2.70 3.00 4.00 4.50 E (cm) 16.00 16.50 18.00 19.00 20.00 22.00 25.00

4.- Ancho económico de la Viga Principal (b) : b = 0.015 L S (De 0.40 a 0.60 )

5.- Número de Vigas diafragma (N) :Si L >= 12 m. N = 2

6.- Ancho de Viga Diafragma (b')b' varía de 0.15 a 0.30

7.- Distancia centro a centro entre Vigas Diafragma (D) : D = (L-N.b')/(N-1)

=> M : Momento flectorFc : Esfuerzo de compresión en el concreto Fc = 0.40 f'cFs : Esfuerzo permisible en el acero de ref. Fs = 0.50 fy para fy < 4200 Kg/cm2

Fs = 0.40 fy para fy >= 4200 Kg/cm2Es : Módulo de elasticidad del acero de ref. Es = 2'100,000 Kg/cm2.Ec : Módulo de elasticidad del concreto Ec = 15000 Raiz(f'c) Kg/cm2. con agregados de peso normal: 2.4 T/m3n : Relación de módulos de elasticidad n = Es/Ec (N° entero >= 6)r : Relación entre las tensiones r = Fs/FcK : Factor adimensional K = n/(n+r)J : Factor adimensional J = 1 - K/3b : Ancho de la cara de compresión del elemento en flexión

19.1396

ACERO DE REPARTICION.- Acero colocado en el fondo de la losa, perpendicular al acero principalSe coloca en todos los casos excepto en puentes y alcantarillas con rellenosmayores de 2" (debido a que el efecto de relleno reparte la carga)

55.2287

3.60

* ==> (ver apuntes)

* ==> (ver apuntes)

* ==> (ver apuntes)

* ==> (ver apuntes)

* ==> VIGAS T: En las estructuras que se emplean vigas T, la losa y la viga estánmonolíticamente construidas

En la Viga T, la losa es el ala o patín de la viga, mientras que la parte de estaque sobresale por debajo de la losa forma lo que se denomina Alma o nervio.

(E)

* ==> (ver apuntes)

* ==> (ver apuntes)

(Cmin. =0.25)

Fs = 0.50 fy para fy < 4200 Kg/cm2Fs = 0.40 fy para fy >= 4200 Kg/cm2

Ec = 15000 Raiz(f'c) Kg/cm2.

(N° entero >= 6)

Se coloca en todos los casos excepto en puentes y alcantarillas con rellenos

VIGAS T: En las estructuras que se emplean vigas T, la losa y la viga están

En la Viga T, la losa es el ala o patín de la viga, mientras que la parte de estaque sobresale por debajo de la losa forma lo que se denomina Alma o nervio.