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gradiente termico

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gradiente termico

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  • (aJ~ @G25.'1{'11;2q~J PUENTES PEATONALES TRONCAL TRANSMILENIOVal.f'bJi1O;~ -{

    ....- ..... ---..1

    msttuto de Desarrollo urnaCentro de Oocumentacir

    A.CJ..PROYECTOS

    SA

    MEMORIA DE CLCULO

    Contiene:

    Puente Peatonal No. 2

    KO+800

    JaSE OEL C. NIETO MUOZING. CIVlL-M.I.C. UNIVERSIDAD NACIONAL

    BOGOTA, D.C. ABRIL DE 2005

  • 2INDICE

    -""

    1Instituto de Oesarrollo ur~_ano .

    Centro de OocumentaclOO

    1. INTRODUCCION 05

    2. CONSIDERACIONES DE DISEOOE LA SUPERESTRUCTURA 072.1 ANLISIS ESTRUCTURAL 07

    2.2 VERIFICACION DE ESFUERZOS 07

    3. ANLISIS DE CARGAS 08

    3.1 CARGA MUERTA 08

    3.2 CARGA DE TENSIONAMIENTO 09

    3.3 CARGA VIVA 10

    3.4 CARGA DE VIENTO 11

    3.5 CARGAS SSMICAS 11

    3.6 CARGA POR TEMPERATURA 14

    3.7 CASOS DE CARGA 14

    3.8 COMBINACIONES DE CARGAS BSICAS 14

    4. SECCIONES Y MATERIALES 18

    4.1 MATERIALES 18

    4.2 SECCIONES 18

    5. CONSIDERACIONES ADICIONALES DE DISEO 195.1 ESTABILIDAD DEL CORDN SUPERIOR 19

    5.2 FUERZAS RESISTIDAS POR LOS ELEMENTOS VERTICALES (PARALES) 19

    6. DEFLEXIONES y DESPlAZAMIENTOS HORIZONTALES 216.1 CHEQU60 DE DEFLEXIONES 21

    6.1.1CargaViva 21

    6.1.2 Cargade Viento 29

    6.1.3 Deflexinen lasViguetasde Piso

    6.2 DESPLAZAMIENTOS HORIZONTALES

    6A CONTROL DE VIBRACIONES

    7. ANALlSIS ESCALERA7.1 Modelo 3D Sap2000

    7.2 Entrada de cargas

    8. ANALISIS RAMPA

    8.1 Modelo 3D Sap2000

    8.2 Entrada de Cargas

    27

    29

    33

    35

    35

    36

    39

    39

    40

  • 9. ANALISIS TRAMO PRINCIPAL9.1 Modelo 3D Sap2000

    9.2 Entrada de cargas

    10. REACCIONES10.1 Tipos de Cimentacin

    10.2 Reacciones Tramo Principal

    Reacciones Rampa

    Reacciones Escalera.

    11. DISEO DE CONEXIONES11.1 FUERZAS DE DISEO: 48

    Conexin Cordn Superior.

    Tramo Principal.

    Rampa Derecha.

    Escalera Derecha.

    Conexin Cordn Inferior.

    Tramo Principal.

    Rampa Derecha.

    Escalera Derecha.

    Conexiones Diagonales y Clevises.

    Tramo Principal.

    Rampa Derecha.

    Escalera Derecha.

    Conexin Vigueta Paral.

    Tramo Principal.

    Rampa Derecha.

    Escalera Derecha.

    Conexin Columna Base y Columna Plataforma.

    Tramo Principal.

    Rampa Derecha.

    Escalera Derecha.

    Apoyo cercha en plataforma.

    Tramo Principal.

    Rampa Derecha.

    Escalera Derecha.

    12. VERIFICACION DE ESFUERZOS

    343

    43

    44

    47

    4748

    49

    62

  • A,C.1.PROYEC10S

    SA

    In;:;it:.!o d ' OeSaftj;'D !jrh',noCentro de Docomentac.on @ 4

    PLANTA DE LOCALlZACION

    El

    CJoU-IoDA IZQUIERDA

    _._--~-_._---------

    oSEPARADORo

    ~._-----------.----_.-~N

    Pt..Al.OlETA

  • @ 5

    1. INTRODUCCION

    Se muestra la estructura de un puente peatonal metlico tipologa IDU; el puente esta

    soportado por un sistema de plataformas fabricadas por perfiles "1" sobre columnas con

    perfiles tubulares de seccin circular en acero.

    Los accesos al puente estn conformados por una rampa y por una escalera, sobre el

    costado derecho; sobre la calzada izquierda el acceso se hace por medio de una terraza.

    LUCES (m) LONGITUDPUENTE No4

    L1 L2 L3 Pte(%) TOTAL(m)

    TRAMO PRINCIPAL 25.60 28.40 - - 54.00RAMPA DERECHA 14.43 17.95 - 8 34.05

    ESCALERA DERECHA 15.63 - - 40 16.83RAMPA IZQUIERDA - - - - -ESCALERA IZQUIERDA - - - - -

    El puente se conforma por mdulos tpicos de 6.00 m, que se ensamblan con otros

    mdulos de ajuste de tipo recto, curvo, de interseccin y terminales que definen la

    geometra requerida para el paso peatonal.

    Los mdulos estn compuestos por dos cerchas verticales, con cordones y elementos de

    seccin tubular rectangular, las diagonales son varillas de 1 pulgada conectadas por

    clevises. El ancho total del modulo estndar es de 3.00m; a nivel del sistema de

    estructura lleva un arriostrado horizontal conformado por elementos verticales de las

    cerchas, el arriostrado inferior forma un marco rgido en H.

    Sobre los elementos horizontales se apoya el sistema de piso, conformado por elementos

    livianos, las cerchas de la estructura servirn de baranda a la cual se le instala un

    pasamanos y un cerramiento metlico de proteccin.

    Los mdulos se soportan sobre columnas fabricadas con perfiles tubulares de seccin

    circular, arriostradas entre si transversalmente. Las uniones entre las plataformas y las

  • @ 6columnas son articulaciones que permiten un fcil montaje de la estructura. En los

    arranques, el puente se apoya en un soporte simple .

  • @ 72. CONSIDERACIONES DE DISEO DE LA SUPERESTRUCTURA

    El diseo de los elementos Metlicos se desarrollara utilizando los siguientes

    cdigos de diseo:

    * Allowable Stress Design (AISC-ASD), esfuerzos admisibles bajo cargas de

    servicio.

    * Normas Colombianas De Diseo Y Construccin Sismo Resistente (NSR-

    98) * AASHTO -Pedes tran Bridges Specifications

    * Cdigo Colombiano De Diseo Ssmico De Puentes (CCDSP)

    * * Micro zonificacin Ssmica De Santa fe De Bogota.

    2.1 ANLISIS ESTRUCTURAL

    Para el anlisis de la estructura, se utilizo el software especializado Sap2000 versin

    8.2.3 NL. La modulacin de los diferentes elementos se hizo a lo largo de su centro de

    gravedad; de forma tridimensional. Para la obtencin de las fuerzas ssmicas, se

    procedi a un Anlisis espectral multimodal, se analizaron los 12 primeros modos de

    vibracin, mediante la utilizacin de valores propios (eigenvalues), con combinacin

    cuadrtica completa (C.Q.C).

    Para la obtencin de la carga por peso propio, el programa la evala teniendo en cuenta

    la densidad del material asignado y la geometra del elemento, para aquellos elementos

    no modelados que contribuyen a una respuesta ssmica, como lo es el piso y la persiana

    metlica, se asignaron al modelos las masas translacionales contribuyentes a los nudos

    respectivos de la superestructura, dado que las fuerzas ssmicas estn en funcin de la

    altura de las masas.

    2.2 VERIFICACION DE ESFUERZOS

    Se efecta la revisin de esfuerzos de los elementos estructurales mediante el uso

    del post- procesador de diseo del SAP2000.

  • 83. ANALISIS DE CARGAS

    3.1 CARGA MUERTA

    La carga muerta la constituye el peso propio de todos los componentes de la

    estructura en s misma: viguetas, plataformas, columnas, cerchas en celosa,

    arriostramientos, etc., los cuales son modelados y evaluados por el programa

    considerando una densidad del acero de 7850 kg/m3

    Al activar la opcin de peso propio, se le ha i1gresado un factor de 1.20 para tener

    en cuenta los elementos de conexin,platinas, tortillera, clevises, pasadores,

    articulaciones y otros elementos no modelados. Este factor ha sido calculado con

    base en el peso de los elementos modelados (kg/m) y el peso real de la estructura

    obtenido a partir de los planos de taller como se muestra a continuacin:

    Peso de la estructura SAP2000... ~..580 Kg/ml

    Elementos en pianos 6264Kg/54.00m = 116 Kg/ml

    Peso mdulo metro lineal = 580.+ 116 = .696

    Factor multiplicador carga muerta=696/580 = 1.20

  • A.CJ.PROYECTOS

    SA

    PISO METALlCO =Ancho aferente viguetas longitudinales interiores =

    Carga distribuida viguetas longitudinales interiores =Ancho aferente viguetas lonqltudlnales exteriores =

    Carga distribuida viguetas longitudinales exteriores =

    PEkslANA METLlCA=Peso elementos horizontales por metro=

    Longitud aferente=Peso en el poste=

    Peso elemento vertical=Peso plantinas apoyo=

    CARGA VERTICAL EN EL POSTE =3.2 CARGA DE TENSIONAMIENTO

    96.5 Kg/rn2

    0.58 m3.77 Kg/m

    0.29 m1.885 Kg/m

    15.247 Kg/m1.20 m

    18.2964 Kg3.0494 Kg3.9579 Kg

    25.30 kg

    Durante el armado de los mdulos de puente, se aplica una carga inicial de

    tensionamiento en los elementos diagonales, la existencia de este tensionamiento

    inicial har que no se observen elementos diagonales con pandeo en el rango

    elstico, pues dependiendo de la condicin de carga, alguna diagonales

    aumentaran su tensin y la diagonal opuesta se descargara sin lIeger a producir

    inversin de esfuerzos (compresiones) que produzcan su pandeo.

    Este tensionamiento se modelara mediante un gradiente de temperatura de -79.77C

    la cual produce un acortamiento en el miembro restringido.

    AL =~T. 0.. L=

    L=2000mm (En modelo)

    0.= 1.17e-5 mm/mm oC

    ~T= -39.88C

    ~L=-O.9333mm

    Luego la tensin producida es

  • 10P=A. E. AL. IL

    A=506mm2 = rea de una varilla diagonal (Son 2)

    E=20400 kg/mm2

    &=-0.9333mm

    L=2000mm (En modelo)

    P=4817 kg

    Al tenerse dos diagonales reales se aplicara una tensn final de 9634kg.f la que

    se modela mediante una AT= -79.77C

    Para efectos de lograr esta tensin inicial, se debe tener un alargamiento de AL=

    0.983mm, lo cual para una rosca estndar de 1" en cada extremo, equivale a una

    rotacin de 55 con respecto a la posicin de tensin O.

    3.3 CARGA VIVA

    La carga viva la constituyen las fuerzas producidas por el uso y ocupacin de la

    estructura, especificadas para el proyecto como:

    CV = 450 Kgf I m2 (Sobre los elementos estructurales de piso)

    Esta carga se aplica de forma distribuida a lo largo de las viguetas longitudinales de

    piso, cuya distancia promedio de separacin es de 0.58 m.

    CARGAVIVA= 450 Kg/m2

    Ancho aferente viguetas longitudinales interiores =Carga distribuida viguetas longitudinales interiores =

    0.58 m261 Kg/m

    Ancho aferente viguetas longitudinales exteriores =Carga distribuida viguetas longitudinales exteriores =

    0.29 m130.50 Kg/m

  • 113.4 CARGA DE VIENTO

    Segn las especificaciones del CCp, se debe aplicar una carga de viento (CW) no

    inferior a 450 Kgflm en el plano de barlovento, para una velocidad del viento de

    160 km/h. Teniendo en cuenta que la velocidad del viento en Bogota D.C.

    SEGUN EL CODIGO DE PUENTESPARA Vw=160 KPH

    Las cargas de viento deben multiplicarse por la relacin (V/160) al cuadrado para otrasvelocidades.

    CARGA MINIMA DE VIENTOBARLOV= 450 kg/mSOTAV = 225 kg/m

    PARA 80 KPHBARLOVENTO: CSUP = CINF= 450/2*(80/160)1\2 =SOTAVENTO: CSUP = CINF= 225/2*(80/160)1\2 =

    56.3 Kg/m28.1 Kg/m

    3.5 FUERZAS SISMICAS

    Para la evaluacin del comportamiento ssmico de la estructura se utilizo el

    ESPECTRO DE DISEO dado por l mapa de microzonificacin de Bogota, D.C y

    segn los siguientes parmetros obtenidos de los estudios de suelos.

  • A.C.I.PROYEClOS

    SA

    12

    ESPEC"FRO ELASTICO DE DISEOMICROZONIFICACIN SSMICA DE LA CIUDAD DE BOGOTA

    ZONA ESPECIFICA ZONA2A

    COEFICIENTES ESPECTRALES DE ZONA2ACELERACION MAXIMA Am= 0.30ACELERACION NOMINAL An= 0.40FACTOR DE AMPLlFICACION DE LA ACELERACION Fa= 1.00FACTOR DE AMPLlFICACION Fv= 2.25PERIODO INICIAL To= 0.20PERIODO CORTO Te= 1.20PERIODO LARGO TL= 6.00

    COEFICIENTE DE IMPORTANCIA: , 11 1= 1.10

    ACELERACION ESPECTRAL

    Si -

    SiSi

    T

  • PERIODO Sa (g)I (secundos\

    0.000 0.3300.050 0.4540.100 0.5780.150 0.7010.200 0.8250.450 0.8250.700 0.8250.950 0.8251.200 0.8251.500 0.6601.800 0.5502.100 0.4712.400 0.4132.700 0.3673.000 0.3303.300 0.3003.600 0.2753.900 0.2544.200 0.2364.500 0.2204.800 0.2065.100 0.1945.400 0.1835.700 0.1746.000 0.165

    To

    Te

    0.900

    0.850

    0.800

    0.750Ci 0.700--ro 0.650C/)~

    0.600

    1:) 0.550Cll 0.500el.C/) 0.450Wc: 0.400-o 0.350'0ro 0.300...Cll

    0.250Q3o 0.2000.150

    0.100

    0.050

    MICROZONIFICACION SISMICA DE BOGOT. DECRETO 074.ESPECTRO DE DISEO MINIMO DEFINIDO PARA UN COEFIENTE DE

    AMORTIGUAMIENTO P RESPECTO AL CRITICO DE 5%- o'

    o-

    i

    1 \ 1\

    ..~

    ~~

    ~ ~ r-,l+-- t-+- r-+- --.r---. ~ 1+- -e- ....I

    0.0000.0 0.2 0.5 0.7 1.0 1.2 1.5 1.7 2.0 2.2 2.5 2.7 3.0 3.2 3.5 3.7 4.0 4.2 4.5 4.7 5.0 5.2 5.5 5.7 6.0 6.2 6.500 50 00 50 00 50 00 50 00 50 00 50 00 50 00 50 00 50 00 50 00 50 00 50 00 50 00

    PERIODO T(s)

    TL @

  • 3.6 CARGAPORTEMPERATURA

    @

    Para tener en cuenta los esfuerzos o movimientos causados por las variaciones de

    temperatura se asume un gradiente trmico igual a 20 oC.

    3.7 CASOSDECARGA

    PESOPROPIO 1.20VIVA 1 1.00

    VIVA 2 1.00

    VIVA 3 1.00PISO METALlCO 1.00BARLOVENTO 1.00SOTAVENTO 1.00PERSIANA METLICA 1.00HORIZONTAL BARANDA 1.00TEMPERATURA 1:00

    3.8 COMBINACIONESBASICAS DECARGA

    PERMANENTE

    VIENTO

    VIVA TOTAL

    Pesopropio

    Piso Metalico

    Persiana Metlica

    BarloventoSotavento

    Viva 1Viva 2Viva 3

    14

  • 15

    FSX U1 = 9.81 Espectro Zona

    FSY U2=9.81 Espectro Zona

    EX ( R=1) U1 = 9.81 Espectro Zona

    EY ( R=1) U2= 9.81 Espectro Zona

    EX1 U1 = 9.81 Espectro ZonaU2=2.943 Espectro Zona

    EY1 U1 = 2.943 Espectro ZonaU2=9.81 Espectro Zona

    COMB01PERMANENTE 1.0

    COMB02PERMANENTE 1.0

    VIVA 1 1.0

    COMB03PERMANENTE 1.0

    VIVA 2 1.0

    COMB03APERMANENTE 1.0

    VIVA 3 1.0

    COMB03BPERMANENTE 1.0

    VIVA 1 1.0VIVA2 1.0

    COMB03CPERMANENTE 1.0

    VIVA 2 1.0VIVA 3 1.0

    COMB04PERMANENTE 1.0VIVA TOTAL 1.0

    COMB05PERMANENTE 1.0

    VIENTO 0.5

    COMB06PERMANENTE 1.0

    VIENTO -0.5

    COMB07PERMANENTE 1.0

    EX +- 0.5

  • ~~ 16COMB08

    PERMANENTE 1.0EY + - 0.5

    COMB09PERMANENTE 1.0

    EX1 + -0.50

    COMB010PERMANENTE 1.0

    EY1 + - 0.50

    COMB011PERMANENTE 0.75

    VIENTO 0.75

    COMB012PERMANENTE 0.75

    VIENTO -0.75

    COMB013PERMANENTE 0.75

    VIVA 1 0.75EX +-0.75

    COMB014PERMANENTE 0.75

    VIVA 1 0.75EY +-0.75

    COMB015PERMANENTE 0.75

    VIVA 2 0.75EX +-0.75

    COMB016PERMANENTE 0.75

    VIVA 2 0.75EY +-0.75

    COMB017PERMANENTE 0.75VIVA TOTAL 0.75

    EX +-0.75

    COMB018PERMANENTE 0.75VIVA TOTAL 0.75

    EY +-0.75

    COMB018APERMANENTE 1.00VIVA TOTAL 1.00

    TEMPERATURA 1.00

    ENVOLVENTE ASOCOMOB01 1.0COMOB02 1.0COMOB03 1.0COMB03A 1.0COMB03S 1.0COMOB04 1.0COMOS05 1.0COMOB06 1.0COMOS07 1.0

  • ~~~ 17COMOB07 1.0COMOB08 1.0COMOB09 1.0

    COMOB010 1.0COMOB011 1.0COMOB012 1.0COMOB013 1.0COMOB014 1.0COMOB015 1.0COMOB016 1.0COMOB017 1.0COMOB018 1.0COMB018A 1.0

    COMB019PERMANENTE 1.0

    HORIZONTAL BARANDA 1.0VIVA TOTAL 1.0

  • 4. SECCIONES Y MATERIALES

    18

    Se presenta un listado.de los materiales y la calidad 'de los mismos utilizados para

    cada uno de los elementos.

    ELEMENTOS

    CORDON SUPERIOR RAMPA

    CORDON INFERIOR

    VERTICALES BARANDA

    VIGUETAS HORIZONTALES TRANSVERSALES

    VIGUETAS HORIZONTALES LONGITUDINALES

    VARILLA LISA DIAGONALES

    LONGITUDINALES

    RIOSTRA DIAGONAL HORIZONTAL

    IDENTIFICACION

    PT150X100X6.35

    PT150X150X6.35

    PT150X1OOX6.35

    PT100X150X6.35

    5X5X.24S

    2VARILLAS 1"

    PT60X120X2.5

    RIOSTRA DIAGONAL HORIZONTAL PLATAFORMA L3X3X5/16

    PT60X60X2.25

    COLUMNAS

    MONTANTESHORIZONTALESDIAGONALES

    - PLATAFORMA

    PSTUBOS"PSTUBOS"P4 TUBO 4"

    W14x61

    MATERIAL

    ASTM A500 Gr C 50.000 PSI

    ASTM A500 Gr C 50.000 PSI

    ASTM A500 Gr C 50.000 PSI

    ASTM A500 Gr C 50.000 PSI

    ASTM A500 Gr C 50.000 PSI

    ASTM A500 -SAE 1020 44.000 PSI

    ASTM A500 Gr C 50.000 PSI

    ASTM A500 Gr C 50.000 PSI

    ASTM A572 GR 50

    ASTM A500 Gr C 46.000 PSIASTMA500 GrC 46.000 PSIASTM A500 Gr C 46.000 PSI

    ASTMA-36

  • @ 19

    5. CONSIDERACIONES ADICIONALES DE DISEO

    5.1 ESTABILIDAD DEL CORDON SUPERIOR

    La estabilidad del cordn superior depende de la rigidez del prtico que forman los

    elementos verticales (paral) y el elemento transversal (vigueta de piso).

    La constante de resorte e del prticotransversal es:

    c= E1"> *( h b.n: _._+--)

    3*1 ')*1, 11

    E: Modulo de Elasticidad del Acero. (2.1x1010 kg/m2). h:Altura libre del paral. (1.1 m)b: Distancia entre ejes de parales. (2.814 m) k;Inercia del Para!. (3.32 x 1O~ m")b: Inercia de la Vigueta de Piso. (1.27 x 1

  • _ e = 540 k9 e =:540 Icg _

    '"El momento adicional que debe resistir el paral, es por tanto:

    .M =C*h = 540 *1.1= 594kg!m

    20