DISEÑO DE PUENTE MIXTO

I.- DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN PUENTE

MIXTO

El puente que se va a proyectar es un puente mixto de dos tramos continuos, conformado

por vigas metálicas en la cual se apoyarán una losa de concreto armado a continuación

vamos a describir las características de la elección del tipo de puente.

ELECCIÓN DEL TIPO DE ESTRUCTURA.

Luego de realizar el análisis respectivo, el tipo de puente ha seleccionar será del tipo

mixto, las características del puente a proyectar son las siguientes.



Por el material a utilizar: será de acero estructural, concreto y acero de construcción.



Por la posición del tablero: tablero superior



Por la carga a la que será sometida: vehicular



Por su fijeza: fijo



Por su planimetría: recto



Por su duración: definitivo



Por la gradiente de la calzada: de simpleza horizontal



Por su finalidad: carretero



Por su sección transversal: la superestructura será compuesta de dos materiales: acero

y concreto armado



Por su sistema constructiva: vigas metálicas prefabricas, la plataforma vaciada in-situ,

los estribos y cámaras de anclaje vaciadas in-situ

I DISEÑO DE LOSA

El diseño de la losa del puente se realizará en concreto armado, la cual estará apoyada en vigas metálicas, la losa se diseñará para un camión HS 20 de la norma AASHTO ESTÁNDAR.

I.2 PREDIMENSIONAMIENTO :

A continuación presentamos la geometría que tendrá las sección del puente, apartir de la cual se realizará el predimensionamiento.

El peralte mínimo que nos recomienda la AASHTO es:

S = 2.05 m = 6.72 pies

Donde:

e = Espesor de la losa

S = Luz entre ejes de vigas, en pies Reemplando datos tenemos:

e = 0.17 m

30

10





S

e

III.7.1.3 DISEÑO DE TRAMO INTERIOR :

A) METRADO DE CARGAS :

Peso propio de la losa: 0.17 m x 1.00 m x 2.40 t/m³ = 0.41 t/m

WD = 0.41 t/m

Carga de Neumático más pesado = P = 7.26 t

Carga de Neumático Delantero = P' = 1.81 t

B) COEFICIENTE DE IMPACTO :

L = S = 6.72 pies

Donde:

I

Reemplando datos tenemos:

I = 0.38

C) CALCULOS DE MOMENTOS FLECTORES : C.1) Por Carga Permanente :

Los momentos positivo y negativos tendrán el mismo valor: Datos: WD = 0.41 t/m S = 2.05 m

(

±) M

125

50





L

I

10

)

(

S

W

M





C.2) Por el Camión de Diseño (HS 20) :

Cuando la losa tiene la armadura principal transversal al tráfico, la AASHTO nos da la siguiente expresión: Datos: P = 7.26 t S = 2.05 m

(

±) M

Se considera un porcentaje de la carga vehícular, esté porcentaje es el coeficiente de impacto.

M

= 0.3xM

(

±) M

D) VERIFICACION DE LA LOSA :

La losa se diseñara para una resistencia de concreto y una fluencia de acero de:

f'c =

fy =

Momento de servicio:

M = M

+ M

+ M

=

Donde:

Fc = Esfuerzo de Admisible del concreto : 0.45

f'c =

Fs = Esfuerzo de Admisible del Acero : 0.4

f'c =

Ec = Módulo de elasticidad del concreto : 15000√f'c =

Es = Módulo de elasticidad del acero : 29000 ksi =

M =

b = Base de la sección ( losa): 100 cm

Reemplazando valores: r = 17.78 n = 9.38 dmin = 13.78 cm k = 0.345 j = 0.885 Espesor calculado :

e = 17 cm Se utilizará un recubrimiento en la parte superior de: 4.00 cm

d = 13.00 cm Verificamos :

d ≤ dmin; cambiar sección

217370.65 kg/cm² 2038934.90 kg/cm² 1680.00 kg/cm²

kjb

F

M

d

2



P

S

M











 



75

.

9

61

.

0

Entonces Utilizaremos el siguiente espesor: e = 20 cm

d = 16.00 cm Nuevo metrado de cargas:

Peso propio de la losa: 0.20 m x 1.00 m x 2.40 t/m³ = 0.48 t/m

WD = 0.48 t/m

Calculo de nuevo momento:

Datos: WD = 0.48 t/m S = 2.05 m

(

±) M

M = M

+ M

+ M

=

E.1) Diseño por flexión :

Datos:

MD = 0.20 t-m

ML = 1.98 t-m

MI = 0.59 t-m

Mu = 5.84 t-m

Momento resistente del concreto:

Datos:

ø

ø

ø

E.2) Diseño por cortante :

El cálculo del corte crítico se realizará en la cara del apoyo ( cara de las vigas) Por carga muerta

Datos: WD = 0.48 t/m S = 2.05 m

V

10

)

(

S

W

M











M

M

M



Mu



1

.

3



1

.

67



'

59

.

0

1

bd

kbd

c

f

fy

fy

Mn









_

















2

* S

W

V



Por sobrecarga vehicular

Sí S> 2m → E = 0.4S + 1.125 S = 2.05 m

E = 1.95 m

Carga que transmite el neumático a una franja de 1m de ancho 7.26 t

1.95 m

Las reacciones se tomarán con respecto a las caras de los patines de la viga 3.73 t/m x 1.35 m

VI = 0.3VL = 0.89 t/m

Corte factorizado: Datos:

VD = 0.49 t/m

VL = 2.96 t/m

VI = 0.89 t/m

Vu = 8.99 t-m

Corte que resiste el concreto: Datos:

ø

ø

ø



E

P







V

V

V



Vu



1

.

3



1

.

67



bd

c

f

Vc



0

.

53

'





E.3) Diseño de acero : Espesor (e) = 20.00 cm

ø

fy

f'c

Mu

ω = 0.1308

ρ = 0.0065

As

= 2.88 cm²

El acero calculado es tanto para la parte positiva como negativa, ya que se tiene los mismos momentos.

Acero de Repartición

L = 2.05 m

AS rep= 0.85As > 0.67AS

As

AS rep= 7.01 cm²

Espaciamiento de acero (S)

1.29 cm² x 100.0 cm

Área de Acero = 210 kg/cm²

Area de acero mínimo = 5.84 t-m/m

Area de varilla x Ancho de la franja de diseño Area calculada S = = 18.41 cm = 4200 kg/cm² S = = 19.02 cm

→ 1 ø 5/8" @ 0.20

= 10.46 cm²

→ 1 ø 1/2" @ 0.18

= 10.46 cm²

S = Area de varilla x Ancho de la franja de diseño Area calculada

d

b

As





*

*



















*

*

'

*

*

7

.

1

7225

.

0

85

.

0

d

b

c

f

Mu





fy

c

f '







xA

A

L

A



121



0

.

67

III.7.1.4 DISEÑO DE TRAMO EN VOLADIZO :

1150

Hallando el valor de "X" X = 1.525 - 1.15 X = 0.375 m

A) CALCULOS DE MOMENTOS FLECTORES :

a) Cálculo de Momento Por Carga Permanente :

Sección Carga (t/m) Brazo (m) Momento (t-m)

1 0.48 1.125 0.54

2 0.012 0.708 0.01

3 0.48 0.4625 0.22

Baranda 0.100 1.425 0.14

1.072 0.91

Para refuerzo perpendicular al tráfico el ancho efectivo será: E = 0.8X+1.143

E = 1.443 m

b) Cálculo de Momento Por El Camión de Diseño ( HS 20) : P = 7.26 t

M

c) Cálculo de Momento Por Impacto :

M

= 0.3xM

M

D) DISEÑO POR ROTURA : Diseño por flexión :

Datos: MD = 0.91 t-m ML = 1.89 t-m MI = 0.57 t-m Mu = 6.52 t-m ---Total Dimensiones 0.2*1*2.4 (0.05*0.2)/2*2.4 0.2*1*2.4

E

PX

M









M

M

M



Mu



1

.

3



1

.

67



Momento resistente del concreto: Datos:

ø

ø

ø

E) COMPARACION DE MOMENTOS NEGATIVOS

Momento en el tramo interior : 5.84 t-m

Momento en el tramo en voladizo : 6.52 t-m

negativos de la losa consideraremos el momento mayor.

Espesor (e) = 20.00 cm

ø

fy

f'c

Mu

ω = 0.1476

ρ = 0.0074

As

= 2.88 cm²

Area de acero mínimo

= 11.81 cm²

S = Area de varilla x Ancho de la franja de diseño Area calculada

S = = 16.86 cm

→ 1 ø 5/8" @ 0.17

11.81 cm²

Como podemos darnos cuenta, hay una aproximación en ambos momentos debido al dimensiona-miento y la ubicación de la viga longitudinal; para el diseño referente al diseño de los momentos

= 4200 kg/cm² Área de Acero = 210 kg/cm² = 6.52 t-m/m 2 2

'

59

.

0

1

bd

kbd

c

f

fy

fy

Mn









_













_



d

b

As





*

*



















*

*

'

*

*

7

.

1

7225

.

0

85

.

0

d

b

c

f

Mu





fy

c

f '







fy

bd

As



14

Espaciamiento de acero (S)

1.29 cm² x 100.0 cm

III.7.1.5 DISEÑO DE LA ACERA :

A) METRADO DE CARGAS :

Peso propio de la losa: 0.20 m x 1.00 m x 2.40 t/m³ = 0.48 t/m

Peso propio Baranda: = 0.10 t/m

WD = 0.58 t/m

Según la norma AASHTO se considera una carga viva WL = 0.40 t/m

B) CALCULOS DE MOMENTOS FLECTORES : B.1) Por Carga Permanente :

Datos:

WD = 0.58 t/m

S = 0.60 m

M

B.2) Por Carga Viva :

Datos:

WD = 0.40 t/m

S = 0.60 m

M

C) DISEÑO POR ROTURA :

Datos:

MD = 0.10 t-m

ML = 0.07 t-m

Mu = 0.28 t-m

S = Area de varilla x Ancho de la franja de diseño Area calculada S = = 16.31 cm

→ 1 ø 1/2" @ 0.17

2

S

W

M



2

S

W

M



M

M

Mu



1

.

5



1

.

8

Momento resistente del concreto: Datos:

ø

ø

ø

Espesor (e) = 20.00 cm

ø

fy

f'c

Mu

Area de acero mínimo y temperatura

ω = 0.0058

ρ = 0.0003

As

= 2.88 cm²

→ 1 ø 3/8" @ 0.25

= 0.46 cm²

S = Area de varilla x Ancho de la franja de diseño Area calculada 2 2

'

59

.

0

1

bd

kbd

c

f

fy

fy

Mn









_













_



d

b

As





*

*



















*

*

'

*

*

7

.

1

7225

.

0

85

.

0

d

b

c

f

Mu





fy

c

f '





