Universidad Nacional Autónoma de NicaraguaRecinto Universitario “Rubén Darío”

Facultad de Ciencias e IngenieríasDepartamento de construcción

Facultativa I

Tema: Diseño de un puente mixto (losa de concreto y vigasde acero), con vehículo de tipo HS 20/44.

Educador: Dr. Ing. Bayardo Ramón Altamirano.

Fechas de Entrega: 25 de Septiembre de 2015.

Estudiantes:

Joel Enrique santana Peña. Greybin Josué Borge Castro.

“No basta tener un buen ingenio, lo principal es aplicarlo bien.René Descartes”

DISEÑE UN PUENTE MIXTO CON LOS DATOS SIGUIENTES:

Tabla 1. Datos iniciales de losa para el diseño.

Concreto Peso ( ) 2.4 ⁄Resistencia ( ) 210 ⁄

Acero Resistencia 2,800 ⁄3612Rodamiento Espesor de asfalto 0.050

Peso de asfalto 1.8 ⁄Tipo de vehículo 20/44 ( )

I- DISEÑO DE LOSA.

1.1- Separación entre vigas ( ). = 4⁄= 4⁄ = 6.3 4⁄ = 1.5751.2- Peralte ( ). = += 0.1 + 30 = 0.1 + 1.57530 = 0.153 ≅ 0.160Si se considera 4 cm de recubrimiento, entonces:= 0.160 + 0.040 = 0.2Ilustración 1. Datos iniciales y cálculos para el puente mixto.

1.3- Análisis estructural.

1.3.1- Carga muerta (CM).

Losa. = ∙ ∙ = (0.2 )(2.4 ⁄ )(1 ) = 0.480 /Rodamiento de asfalto.= (0.050 )(1.8 ⁄ )(1 ) = 0.090 /Amplificador de carga muerta ( ) = 1.4= 1.4 ( + ) = 1.4 (0.480 + 0.090) = 0.798 /Cortante último ( ).= ( ∙ ) 2⁄ = (0.798 / ∙ 1.575 ) 2 = 0.628⁄Momento último ( ).= ∙ 10⁄ = [0.798 / (1.575 )] 10⁄ = 0.198 ∙1.3.2- Carga viva (CV).

Amplificador de carga viva ( 1) = 1.250Impacto por carga viva ( 2).2 = 50+ 125 = 5014 ∙ 3.2801 + 125 = 0.293 = 1.293 % < 1.3 % ′ ′[Impacto según AASHTO 1196, acápite 3.8.2.1]

Ancho de rodadura ( ) - = 1.220 + 0.020 (1.575 ) = 1.250Momento último ( ).= 8 ∙2 ∙ = 8 (1.575 )2 ∙ 1.250 = 5.040 ∙ (1.293) = 6.517 ∙Momento actuante ( ).= + = 0.198 ∙ + 6.517 ∙ = 6.715 ∙

II- CUANTÍA DE ACERO.

2.1- cuantía tentativa ( = . %).= ⁄ = (1.6 100⁄ )(2,800 210⁄ ) = 0.213= 1 − (0.590 ∙ ) = 1 − [(0.590)(0.213)] = 0.8742.2- Capacidad resistente de la losa ( ).1 = ∅ ∙ ∙ ∙ = 0.9(0.213)(0.874)(210 ⁄ ) = 35.185 ⁄[Según AASHTO 5.5.4.2.1 “Construcción convencional” para flexión del hormigón].

2.3- Momento resistente ( ).= 1 ∙ ∙ = 35.185 ⁄ (100 )(16 ) = 900,726.221 ∙= 9 ∙ > 6.715 ∙ = ′ ′2.4- Acero de refuerzo principal ( ).= ∙ ∙ = (1.6 100⁄ )(100 )(16 ) = 25.6Se proponen varillas # 8 ( = 5.067 ), la separación sería:= 100⁄ = 10025.6 5.067⁄ = 19.793 ≅ 18 < 30 ′ ′[Separación de varillas según AASHTO 2004, acápite 5.10.3.2]

El armado principal será con varillas # 8 @ 18 cm.

2.5- Armado por contracción y temperatura ( ).(sección transversal) = ∙ = (100 )(20 ) = 2,000= (0.2 %) = (0.002)(2,000 ) = 4Se proponen varillas # 4 ( = 1.267 ), la separación sería:= 100⁄ = 1004 1.267⁄ = 31.675 ≅ 31 < 45 ′ ′[Separación de varillas según AASHTO 2004, acápite 5.10.8.2]

El armado por contracción y temperatura será con varillas # 4 @ 31 cm.

III- DISEÑO DE VIGAS.

Tabla 2. Datos iniciales de viga para el diseño.

Longitud del puente 14 mNúmero de vigas 5Ancho de calzada 6.3 mAncho de carril 3.150 mAncho de análisis para el diseño 1 mSeparación entre vigas 1.575 mPeso del vehículo 20 klbSeparación entre ejes 4.270 m

En el diseño de las vigas se usarán de perfiles de acero, como tentativa será el perfil24 104, el peso del vehículo para diseño será 10 , analizando un lado del carril.

3.1- Carga muerta (CM).

Losa. = ∙ ∙ = (0.2 )(2.4 ⁄ )(1.575 ) = 0.756 /Rodamiento de asfalto.= (0.050 )(1.8 ⁄ )(1.575 ) = 0.142 /Peso de viga ( 24 104).= 104 = 104 ∙ 12,208 ∙ 3.2811 = 0.155 ⁄= + + = 0.756 + 0.142 + 0.155 = 1.053 /Momento último ( ).= [ ∙ ( )] 8⁄ = [1.053 / (14 )] 8⁄ = 25.799 ∙

3.2- Carga viva (CV).

3.2.1- Cortante para carga viva ( ).Influencia de la carga.= 1 = 100 %= 1 − (4 100⁄ )(4.270) = 0.829 = 82.9 %= 0.829 − (4 100⁄ )(4.270) = 0.658 = 65.8 %Cargas en los ejes trasero, delantero y central.

Ilustración 2. Cálculo del impacto para los ejes del vehículo HS 20/44.

Ilustración 3. Influencia de cargas y cortante en los ejes del vehículo.

Carga de carril de diseño según el MTI ( ).= 9.350 ∙ 19.810 ∙ 11,000 = 0.953 /Cortante máximo que ejerce el vehículo ( ).= ( ∙ ) + ( ∙ ) + ( ∙ )= (4.701 ∙ 1) + (4.701 ∙ 0.829) + (1.175 ∙ 0.658) = 9.371Cortante por carga de carril de diseño ( ).= ∙2 = (0.953 / )(14 )2 = 6.671Cortante total por carga viva ( ).= + = 9.371 + 6.671 = 16.042

3.2.2- Momento para carga viva ( ).Se usará la teoría de líneas de influencia, quedando de la siguiente manera:Ilustración 4. Influencia de cargas y momento en los ejes del vehículo.

Influencia de la carga.= 4⁄ = 3.5 = 3.5 − (50 100⁄ )(4.270 ) = 1.365Momento máximo que ejerce el vehículo ( ).= ( ∙ ) + ( ∙ ) + ( ∙ )= (4.701 ∙ 1.365 ) + (4.701 ∙ 3.5 ) + (1.175 ∙ 1.365 ) = 24.474 ∙Momento por carga de carril de diseño ( ).= [ ∙ ( )] 8⁄ = [0.953 / (14 )] 8⁄ = 23.349 ∙Momento total por carga viva ( ).= + = 24.474 ∙ + 23.349 ∙ = 47.823 ∙

Momento total.= + = . ∙ + . ∙ = . ∙3.3- Revisión del módulo de sección ( ).= 73.622 ∙ ∙ 2.2081 39.3721 = 6,400.209 ∙El módulo de sección del perfil es = 258 .Revisión del módulo de sección requerido .= = 6,400.209 ∙36 ⁄ ≅ 178 < 258 ′ ′El módulo requerido cumple debido a que es menor que el del perfil, sin embargoqueda sobrado, por lo que se propone el perfil , cuyo = 196 , inclusoel peso es menor por lo cual también cumple para el peso por carga muerta.

3.4- Revisión del cortante permisible del perfil ( ).Espesor del alma, = 0.470Á = 24 (0.470 ) = 11.280= Á = 16.042 (2.208 1⁄ )11.280 = 3.140Á = 1.5 ∙ = 1.5 (3.140 ) = 4.710

Entonces como el cortante máximo es Á = 4.710 , menor al cortantepermisible = 12 , por tanto la viga puede soportar la carga por cortante.Debido a ello no se recomienda usar atiesador para la viga, pues incurre en gastospoco necesarios; en el caso que se haga el diseño para un vehículo de mayor peso,se deben revisar los cortantes y momentos máximos.