Memoria de cálculo puente sobre canal

MEMORIA DE CÁLCULO

PUENTE

VEHICULAR

PUENTE VEHICULAR SOBRE CANAL IRCHIM MUNICIPALIDAD DE SANTA

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MEMORIA DE CÁLCULO

PROYECTO: “"INSTALACION DE PUENTE VEHICULAR QUE CRUZA EL CANAL IRCHIM

UNIENDO VALLE EL PROGRESO HACIA EL CEMENTERIO. DISTRITO

SANTA-SANTA- ANCASH"

Fecha: Chimbote, marzo del 2014

1.0 INTRODUCCION .-En este documento se muestra la memoria de cálculo del Factor de

Seguridad del “Puente Vehicular”, donde se siguió a detalle el Manual de Diseño de Puentes

[MTC, 2003] y las especificaciones del AASHTO-LRFD Bridge Design Specifications

[AASHTO, 2007].

Figura 1. Puente Vehicular de un tramo (9.20m).


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2.- CONCEPCIÓN ESTRUCTURAL DEL PUENTE:

2.1.- CONCEPCION ESTRUCTURAL DE LA SUPERESTRUCTURA.- Consiste en un tramo

rectos de 9.20m el mismo que se apoya en estribos en sus extremos. Está formado por tres

vigas longitudinales principales de 12”×6.5”×13.2mm×7.6mm y siete vigas secundarias

(transversales) de 12”×6.5”×13.2mm×7.6mm amarrando todo el tablero que forman un

sistema con capacidad de disipar mediante deformaciones inelásticas los esfuerzos. Este

sistema mixto está formado por vigas metálicas y cobertura de concreto armado. La losa es

de 15cm de espesor.

3.- ANALISIS ESTRUCTURAL

El análisis Estructural se ha elaborado en función del proceso constructivo y cargas que

actúan sobre la estructura durante su vida útil. Se ha considerado diversos tipos de cargas,

entre ellos: Carga Muerta (DL), Carga Viva (LL), Cargas por viento (WL), Cargas por Sismo

(EQ). Para las etapas de Construcción se hace el análisis no-lineal.

Se ha utilizado el programa CSIBRIDGE 15.1. Se cuenta con una Certificación para el uso

correcto del programa.


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3.1 MODELO ESTRUCTURAL EN SCI BRIDGE

Se ha utilizado la interfaz del programa y se utilizó tres tipos de elementos: Frame y Shell.

Los elementos Frame se utilizaron para las vigas, los elementos Shell para la carpeta de

rodadura.

Figura 2. Eje longitudinal y eje transversal.

La figura 2 muestra dos ejes para poder visualizar los datos y respuestas, así como también

las retículas.

3.2 CARGAS.-

a.) Cargas Muertas (DL).- Conformada por el peso propio de los arcos principales, columnas,

pilares y vigas de los pórticos sismo-resistentes, vigas transversales de conexión de los

arcos, vigas o trabes de apoyo del tablero, tablero del puente, superficie de rodadura, etc.

Para todos los elementos se han utilizado las densidades indicadas en la tabla 1.


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Tabla 1. Densidad de materiales utilizados [MANUAL DE DISEÑO DE PUENTES

MTC, 2003]

La carga de la superficie de rodadura se tomó como una carga distribuida de un pavimento

de 5.00cm de espesor, es decir una carga es 2.20Tnf/m³x0.05m = 0.110Tnf/m², que se

muestra en color morado en la figura 3. En la zona peatonal se ha considerado una carga

lineal de 2.4Tnf/m³×0.7×.20=0.336Tnf/m además de la baranda de 1 Tnf/m (color amarillo,

figura 3).

Fig. 3 Carga de asfalto, carga de vereda y carga de baranda.


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a.) Cargas Vivas (LL).- Se han determinado siguiendo los procedimientos que indica el

“Manual de Diseño de Puentes” [MTC, 2003], el cual se basó en el AASHTO LRFD Bridge

Design Specification [AASHTO, 2007].

Número de líneas de diseño: Generalmente el número de líneas de diseño debería ser

determinado tomando la parte entera de la relación w/360, donde w, es el ancho de la

superficie de rodadura en cm.

Con ayuda de la figura 4, el ancho de la superficie de rodadura es w = 460cm, en

consecuencia el número de líneas de diseño será 460/360=1.25, por consiguiente utilizara 1

líneas de diseño de 3.60m de ancho como se muestra en la figura 4.

Fig. 4 Líneas de diseño de 3.60 m de ancho.

Carga en la línea de diseño: La línea de diseño consistirá de una carga de 9.30KN/m

(970kgf/m) uniformemente distribuida en la dirección longitudinal.

Transversalmente la carga de la línea de diseño será asumida como uniformemente

distribuida sobre un ancho de 3.00m. Los efectos de fuerza de las cargas de las líneas de

diseño no estarán sujetos a efectos dinámicos.

Vehículos de diseño: Los vehículos de diseño se definieron siguiendo especificaciones del

AASHTO-LRFD 2007.


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1) El efecto del tándem diseño combinado con el efecto de la línea de carga (línea de

diseño). El tándem de diseño consiste en dos ejes de 25kips (110KN) espaciados a 4

pies (1.20m). La línea de diseño consiste en una carga uniforme de 0.64kips/ft

(9.30KN/m) distribuida sobre todos los tramos del puente. Esta combinación está

identificada en CSIBridge como HL-93M.

2) El efecto de un camión de diseño con espaciamiento variable entre ejes, combinado

con el efecto de la línea de carga (carril de carga) de 0.64kips/pie (9.30KN/m). Esta

combinación está identificada en CSIBridge como HL-93K.

Fig. 5 Camión de diseño HL-93K, CSIBridge

3) Para momentos negativos entre puntos inflexión: 90% del efecto de un tren de carga

combinado con el 90% del efecto del carril de carga. El tren de cargas consiste en

dos camiones de diseño (ver figura 7) espaciados una distancia mínima de 50' (15m)

entre el eje delantero de un camión y el eje posterior del otro camión. La distancia

entre los dos ejes de 32kips deberá ser de 14' (4.30m) para cada camión. Los puntos


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de inflexión se evalúan según la separación entre camiones. Esta combinación está

identificada en CSIBridge como HL-93S.

Fig. 6 Camión de diseño HL-93S, CSIBridge

Para el cálculo de los momentos negativos en los apoyos se siguió el esquema que se

muestra en la figura 7, y para los momentos positivos el esquema de la figura 8.

Fig. 7 Muestra de las cargas móviles según AASHTO LRFD-2007 para momentos negativos

en los apoyos.


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Fig. 8 Muestra de las cargas móviles según AASHTO LRFD-2007 para momentos positivos

en el centro del claro

De acuerdo a lo indicado líneas arriba ello se ha cargado el modelo con los tres tipos de

vehículos (camiones de diseño) HL-93M, HL-93K, y HL-93S (ver figura 9).

Fig. 9 Definición de vehículos de Diseño en CSIBridge


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Fig. 10 Muestra de la carga para cálculos de líneas de Influencia en CSIBridge

4).- Cargas de Sismo (EQ).- Las cargas sísmicas se deberán tomar como

solicitaciones horizontales determinadas de acuerdo con los requisitos del Artículo 4.7.4 del

AASHTO LRFD 2007 en base al coeficiente de respuesta elástica, Csm, especificado en el

Artículo 3.10.6 del mismo, y al peso equivalente de la superestructura, y se deberán ajustar

aplicando el factor de modificación de la respuesta, R, especificado en el Artículo 3.10.7.1

del AASHTO LRFD 2007.

Los requisitos especificados en el AASHTO LRFD 2007 se deben aplicar para puentes con

superestructuras de losas convencionales, vigas de alma llena, vigas cajón y reticuladas

cuyas longitudes no sean mayores que 150m. Para otros tipos de construcción y puentes de

más de 150m de longitud el Propietario deberá especificar y/o aprobar requisitos adecuados.

4.a Coeficiente de aceleración A: Según la Tabla 2.4.311.5 cada puente

deberá será asignado a una de las cuatro zonas sísmicas.


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TABLA 2.4.3.11.5 Zonas Sísmicas

Coeficiente de Aceleración Zona Sísmica

09.0A 1

19.009.0 A 2

29.019.0 A 3

A29..0 4

Según esta tabla el Distrito de Santa se encuentra en la Zona 4 y también en base al mapa

de Distribución de Isoaceleraciones del Manual de Diseño de Puentes del MTC se tiene para

la Provincia del Santa., A=0.38.

Fig. 11 Mapa de Distribución de Isoaceleraciones del Manual de Diseño de puentes MTC

4.b. Efectos de Sito de Emplazamiento: De la tabla 2.4.3.11.6 y según el

estudio de suelos se tiene un valor S=1.5.

SANTA


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Coeficiente de

sitio

Tipo de Perfil de Suelo

I II II IV

S 1.0 1.2 1.5 2.0

Tabla 2.4.3.11.6 para efectos de condiciones Locales.

4.c: Coeficiente de Respuesta Sísmica: se tabulara de la siguiente expresión:

AT

ASCn

sn 5.22.13

2 , donde:

Tn=Periodo de vibración del enésimo modo.

A= Coeficiente de aceleración=0.38

S=Coeficiente de sitio=1.5

Además Csn debe modificarse dividiendo entre R.

R= Factor de Modificación de Respuesta=1.5

Con estos datos se genera la siguiente tabla y diagrama de aceleración espectral de diseño

para el puente vehicular en estudio.

T(seg) Csn(m/seg²)

0.01 0.633

0.10 0.633

0.20 0.633

0.30 0.633

0.40 0.633

0.50 0.633

0.60 0.633

0.70 0.578

0.80 0.529

0.90 0.489

1.00 0.456

2.00 0.287

3.00 0.219

5.00 0.156

6.00 0.138

7.00 0.125


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Fig. 12 Tabla y grafico de Aceleración espectral para el análisis sísmico.

4.0 ESFUERZOS EN LOS ELEMENTOS DE LA SUPERESTRUCUTURA

Fig. 13 Momento Flector en viga exterior por Carga Muerta

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

0.000.501.001.502.002.503.003.504.004.505.005.506.006.507.00

Ace

lera

ció

n E

sp

ectr

al

Sa

Período t

Espectro de Respuesta Inelástica


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Fig. 14 Momento Flector en viga exterior por Carga de Superficie

Fig. 15 Momento Flector en viga exterior por una probable Carga Vehicular


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5.0 DISEÑO DE LOS PERFILES PRINCIPALES Y TRANVERSALES

1.6.eqLRFDAASHTOM

MMMMRF

IMLLL

PPDWDWDCDCn

Dónde:

RF= Factor Rating

Mu=Momento Nominal Resistente

f= Factor de resistencia por flexión

gscMsc= Demanda del Momento Factorizado debido a la carga de los componentes de la

estructura y conexiones.

gswMsw= Demanda del Momento Factorizado debido a la carga de la superficie de rodadura y

accesorios

gpMp= Demanda del Momento Factorizado debido a otras cargas permanentes

gLMLL+IM= Demanda del Momento Factorizado debido a l carga vehicular


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Fig. 16 Control de los factores de diseño

Se observa que los valores son menores que 1, eso significa que la capacidad de los

elementos son mayores a la demanda de las cargas.

Fig. 17 Detalle de los factores de diseño

Optimizando las secciones se tiene que las vigas principales de

12”×6.5”×13.2mm×7.6mm” y las vigas transversales de 12”×6.5”×13.2mm”×7.6mm

funcionan adecuadamente.

7.- DISEÑO DE ARMADURA EN LOSA:


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Fig. 17 Armadura inferior en dirección transversal

Empleando diámetro de 3/8” se tiene un espaciamiento 25cm en ambas direcciones.

La losa se apoya sobre la losa colaborante (acero DECK).

En la rampa de ingreso y salida, se tiene un espesor de losa e=15cm con un

espaciamiento de 25 cm en ambas direcciones y acero diámetro ½”. La losa armada

de concreto se encuentra sobre una falsa cimentación de concreto ciclópeo.

8. - BIBLIOGRAFÍA

- MANUAL DE DISEÑO DE PUENTES MTC-2003

- Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-2011).

- AASHTO-LRFD Bridge Design Specifications [AASHTO, 2007].

- Manuales de CSIBridge 15.1 y SAFE 12.2.3.