Memoria de Calculo Puente Peatonal

(1)

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

PROYECTO: “CONSTRUCCIÓN DE PUENTE PEATONAL GRAU EN AV.

HIPOLITO

UNANUE EN LA CIUDAD DE TACNA”

1.0 GENERALIDADES

1.1 OBJETIVO DEL PROYECTO:

El objetivo del presente trabajo es realizar el análisis estructural y el diseño en

acero y en concreto armado del proyecto “PUENTE PEATONAL TACNA”

que consta de dos escaleras de concreto de tramos variables cada una,

considerando la altura a desplazarse, estas llegan a una estructura reticular, de

forma tubular (paso peatonal), que se apoya sobre columnas de concreto

armado, las escaleras de Acceso se apoyan en columnas de concreto armado

verticales unidos y rigidizados con vigas de concreto armado las cuales

cumplen una Función, estructural y ornamental.

1.2 DESCRIPCION DEL PROYECTO:

La ubicación del proyecto esta dada por las siguientes referencias

USO

: “PUENTE PEATONAL AV. HIPOLITO UNANUE”

REGION

:

Tacna

PROVINCIA

:

Tacna

DISTRITO

: Tacna

LUGAR

:

zona de ingreso de Tacna”, Frente Mercado Grau.

2.0 CARGAS Y MATERIALES:

(2)

Se consideran como cargas muertas a los peso de los elementos que componen la

estructura. El cálculo de estas fuerzas se realiza de acuerdo al American Institute of

Steel Constrution (AISC) teniendo en cuenta el peso indicado por unidad de

longitud del elemento.

2.2 CARGAS VIVAS

Se han considerado para el cálculo del peso de la estructura una sobrecarga de 500

kg/m2 de acuerdo al Manual de diseño de puentes, para el calculo de la masa.

2.2 MATERIALES

En el proyecto se consideran los siguientes tipos de materiales:

a) CONCRETO:

Se utiliza una resistencia de 210 kg/m2 en todos los elementos estructurales de

concreto armado. Por consiguiente se utilizara un modulo de elasticidad de

2173706.5 ton/m2 (NTE E-060).

b) REFUERZO DE ACERO:

El acero utilizado tiene un limite de fluencia de Fy = 4200 kg/cm2

c) ESTRUCTURA METALICA

Se utiliza Acero Estructural ASTM A-36

3.0 PREDIMENSIONAMIENTO:

Previamente a la estructuración se deben fijar las dimensiones geométricas de los

distintos miembros que forman el sistema estructural. Estas dimensiones se asumen

en una primera instancia de acuerdo a criterios y recomendaciones prácticas para

posteriormente verificarlas a través del análisis y diseño, solo así estas se

convierten en soluciones definitivas.

(3)

Para el presente proyecto se ha partido de dimensiones de acuerdo a las luces

grandes, sobre todo en caso de las cerchas longitudinales que soporta el paso

peatonal.

4.0 ESTRUCTURACION:

La concepción estructural o estructuración es la etapa principal del diseño

estructural, de el depende el comportamiento del puente peatonal, sometido a cargas

de gravedad y sobrecargas vivas, esta etapa una vez completa viene a ser la

idealización del puente peatonal, a un modelo matemático que representa de la

mejor forma el comportamiento de la estructura. Una vez modelada la estructura el

proceso es puramente Mecánico y la precisión en su solución depende solamente

del método a emplearse.

De aquí se concluye que la etapa de concepción estructural es la etapa creativa del

diseño, donde se definen las principales características de la estructura tales como

forma, ubicación y distribución de los elementos resistentes y su dimensionamiento

básico.

Su propósito esencial es de proveer resistencia y en determinadas situaciones

rigidez y ductilidad, siempre por los medios mas económicos.

a) FORMAS QUE DEBE TERNER LA ESTRUCTURA:

- Ser simple y simétrica

- Uniformidad y continuidad

- Resistencia y ductilidad

- Diafragma horizontal

(4)

PASO PEATONAL Y ESCALERA DE ACCESO

En este caso el sistema estructural se basa en que el piso metálico trasmite cargas a

las vigas longitudinales de acero (tubulares), y estas trasmiten las cargas a 06

soportes verticales de concreto armado, los cuales trasmiten las cargas a la

cimentación.

La cimentación de esta estructura es sobre la base de zapatas aisladas conectadas.

5.0 METRADO DE CARGAS

5.1. Metrado en ejes exteriores: eje 5’ y eje 9’

Nudo b,u

Área Tributaria=0.30*0.50=0.15m2

Carga Muerta:

Nudo b, u

Peso de viga longitudinal Tubo 6"x4"x1/4" : 23.245 0.500 11.623 Peso de viga transversal Tubo 4"x4"x1/4" : 18.170 0.300 5.451 Peso de columna de acero Tubo 4"x4"x1/4" : 18.170 2.500 45.425 Peso de viga superior transversal 4"x4"x1/4" : 18.170 2.500 45.425 Peso de plancha metalica 8mm. : 12.300 0.300 0.500 1.845 Peso de cobertura policarbonato 6mm : 1.300 3.095 0.500 2.012 Peso de tubo circular D=1 1/2" : 7.470 3.095 1 23.120 Peso de parante Tubo 4"x4"x1/4" : 18.170 0.800 14.536 Peso de diagonal Tubo 4"x2"x1/4" : 13.110 0.640 8.390 Peso de viga 6"x2"x1/4" : 18.170 0.500 9.085

D 166.911 Kg.

Carga Viva:

Sobrecarga 500Kg./m2 : 500.000 0.300 1.000 150.000

(5)

Nudo b’, t’

Área Tributaria=0.30*1.00=0.30m2

Carga Muerta:

Nudo b',t'

Peso de viga longitudinal Tubo 6"x4"x1/4" : 23.245 1.000 23.245 Peso de viga transversal Tubo 4"x4"x1/4" : 18.170 0.300 5.451 Peso de plancha metalica 8mm. : 12.300 0.300 1.000 3.690 Peso de cobertura policarbonato 6mm : 1.300 3.095 1.000 4.024 Peso de tubo circular D=1 1/2" : 7.470 3.095 2 46.239 Peso de parante Tubo 4"x4"x1/4" : 18.170 0.800 14.536 Peso de diagonal Tubo 4"x2"x1/4" : 13.110 1.280 16.781 Peso de viga 6"x2"x1/4" : 18.170 1.000 18.170

D 132.136 Kg.

Carga Viva:

Sobrecarga 500Kg./m2 : 500.000 0.300 1.000 150.000

L 150.000 Kg/m

Nudo c,t

Área Tributaria=0.30*0.85=0.255m2

Carga Muerta:

Nudo c,t

D 190.268 Kg.

Carga Viva:

Sobrecarga 500Kg./m2 : 500.000 0.300 1.000 150.000

L 150.000 Kg/m

Nudo d

Area Tributaria=0.30*0.895=0.2685m2

Carga Muerta:

Nudo d

Peso de viga longitudinal Tubo 6"x4"x1/4" : 23.245 0.895 20.804 Peso de viga transversal Tubo 4"x4"x1/4" : 18.170 0.300 5.451 Peso de columna de acero Tubo 4"x4"x1/4" : 18.170 2.500 45.425 Peso de viga superior transversal 4"x4"x1/4" : 18.170 2.500 45.425 Peso de plancha metalica 8mm. : 12.300 0.300 0.895 3.303

(6)

Peso de cobertura policarbonato 6mm : 1.300 3.095 0.895 3.601 Peso de tubo circular D=1 1/2" : 7.470 3.095 1 23.120 Peso de parante Tubo 4"x4"x1/4" : 18.170 0.800 14.536 Peso de diagonal Tubo 4"x2"x1/4" : 13.110 1.110 14.552 Peso de viga 6"x2"x1/4" : 18.170 0.895 16.262

D 192.479 Kg.

Carga Viva:

Sobrecarga 500Kg./m2 : 500.000 0.300 1.000 150.000

L 150.000 Kg/m

Nudo d’

Area Tributaria=0.30*1.09=0.327m2

Carga Muerta:

Nudo d'

D 225.703 Kg.

Carga Viva:

Sobrecarga 500Kg./m2 : 500.000 0.300 1.000 150.000

L 150.000 Kg/m

Nudo e

Área tributaria=0.30*1.17=0.351m2

Carga Muerta:

Nudo e

Peso de viga longitudinal Tubo 6"x4"x1/4" : 23.245 1.170 27.197 Peso de viga transversal Tubo 4"x4"x1/4" : 18.170 0.300 5.451 Peso de columna de acero Tubo 4"x4"x1/4" : 18.170 2.500 45.425 Peso de viga superior transversal 4"x4"x1/4" : 18.170 2.500 45.425 Peso de plancha metalica 8mm. : 12.300 0.300 1.170 4.317 Peso de cobertura policarbonato 6mm : 1.300 3.095 1.170 4.707 Peso de tubo circular D=1 1/2" : 7.470 3.095 1 23.120 Peso de parante Tubo 4"x4"x1/4" : 18.170 0.800 14.536 Peso de diagonal Tubo 4"x2"x1/4" : 13.110 1.440 18.878 Peso de viga 6"x2"x1/4" : 18.170 1.170 21.259 D 210.315 Kg.

Carga Viva:

Sobrecarga 500Kg./m2 : 500.000 0.300 1.000 150.000 L 150.000 Kg/m

Nudo e’,f,f’,g,g’,h,h’,i,i’,ll’,m,m’,n,n’,ñ,ñ’,o,o’,p,p’,q,q’

Area tributaria=0.30*1.25=0.375m2

(7)

Carga Muerta:

Nudo e’,f,f’,g,g’,h,h’,i,i’,ll’,m,m’,n,n’,ñ,ñ’,o,o’,p,p’,q,q’

D 237.890 Kg.

Carga Viva:

Sobrecarga 500Kg./m2 : 500.000 0.300 1.000 150.000

L 150.000 Kg/m

Nudo j,ll

Area tributaria=0.30*1.225=0.3675m2

Carga Muerta:

Nudo j,ll

D 236.662 Kg.

Carga Viva:

Sobrecarga 500Kg./m2 : 500.000 0.300 1.000 150.000

L 150.000 Kg/m

Nudo j’,l’

Area Tributria=0.30*1.20=0.36m2

Carga Muerta:

Nudo j',l'

Peso de viga longitudinal Tubo 6"x4"x1/4" : 23.245 1.200 27.894 Peso de viga transversal Tubo 4"x4"x1/4" : 18.170 0.300 5.451 Peso de columna de acero Tubo 4"x4"x1/4" : 18.170 2.500 45.425 Peso de viga superior transversal 4"x4"x1/4" : 18.170 2.500 45.425 Peso de plancha metalica 8mm. : 12.300 0.300 1.200 4.428

(8)

Peso de cobertura policarbonato 6mm : 1.300 3.095 1.200 4.828 Peso de tubo circular D=1 1/2" : 7.470 3.095 2 46.239 Peso de parante Tubo 4"x4"x1/4" : 18.170 0.800 14.536 Peso de diagonal Tubo 4"x2"x1/4" : 13.110 1.480 19.403 Peso de viga 6"x2"x1/4" : 18.170 0.500 9.085

D 222.714 Kg.

Carga Viva:

Sobrecarga 500Kg./m2 : 500.000 0.300 1.000 150.000

L 150.000 Kg/m

Nudo k,l

Area Tributaria=0.30*0.95=0.285m2

Carga Muerta:

Nudo k,l

D 223.151 Kg.

Carga Viva:

Sobrecarga 500Kg./m2 : 500.000 0.300 1.000 150.000

L 150.000 Kg/m

Nudo r

Área tributaria=0.30*0.977=0.2931m2

Carga Muerta:

Nudo r

D 222.249 Kg.

Carga Viva:

Sobrecarga 500Kg./m2 : 500.000 0.300 1.000 150.000

(9)

Nudo r’

Área Tributaria=0.30*0.704=0.2112m2

Carga Muerta:

Nudo r'

D 206.084 Kg.

Carga Viva:

Sobrecarga 500Kg./m2 : 500.000 0.300 1.000 150.000

L 150.000 Kg/m

Nudo s

Area Tributaria=0.30*0.702=0.2106m2

Carga Muerta:

Nudo s

D 181.555 Kg.

Carga Viva:

Sobrecarga 500Kg./m2 : 500.000 0.300 1.000 150.000

L 150.000 Kg/m

5.2. Metrado en ejes interiores: eje 6’, eje 7’ y eje 8’

Carga Muerta:

Peso de viga longitudinal Canal 4"x2"x1/4" : 23.245 0.702 16.318

(10)

WD

Peso de Viga Longitudinal Canal 4”x2”x1/4”

:

Peso de plancha metálica 8mm.

Carga Viva

Sobrecarga 500Kg./m2 : 500.000 0.600 1.000 300.000

WL 300.000 Kg/m

6.0 ANALISIS ESTRUCTURAL

5.1.0 METODO DE ANALISIS:

El análisis para nuestra estructura se realiza utilizando el Programa SAP2000

v.10, el cual realiza un análisis tridimensional desarrollando el método de los

elementos finitos. Análisis de tipo lineal.

(11)

Para el diseño de la estructura metálica se realizo de acuerdo a la norma técnica

de edificaciones E-090 y concreto armado de acuerdo a la norma de

edificaciones E-060.

Los elementos de concreto armado se diseñan por el método a la rotura del

concreto que considera las hipótesis siguientes:

U= 1.5 CM+1.8 CV

U= 1.25 CM+1.25 CV+1.0 CS

U= 1.25 CM+1.25 CV-1.0 CS

U= 0.95 CM+1.0 CV

U= 0.9 CM-1.0 CV

Los elementos de estructuras metálicas se diseñan por el método LRFD, que

considera las siguientes hipótesis.

U=1.4 D

U=1.2 D+1.6 Lr+0.5 L

U=1.2 D+1.0 E+0.5L+0.2 S

U=1.2 D-1.0 E+0.5 L+0.2 S

U=0.9 D+1.0 E

U=0.9 D-1.0 E

En el anexo se adjuntan gráficos que permiten conocer el comportamiento de la

estructura con las características indicadas.

Diseño de Miembros de Acero en Compresión: (Solo se diseñara los elementos que

soportan mayor carga, es decir elementos críticos, ya que para el resto de

elementos las cargas serán despreciables y no habrá peligro de falla del elemento.

Columna Eje d

Carga axial:

9045 Kg

19940 Lb

19.94 Klb

seccion:

Tubo de 4"x4"x1/4"

Altura:

2.5m

8.2 pies

Area:

3.59 in2

Inercia:

8.22 in4

r:

1.51 in

K:

1 (de tabla)

Fy:

36 Ksi

(12)

E:

29000

Verificando la relación de esbeltez

65.166 <200

Ok

Parametro de esbeltez

=

0.731 <1.5

Entonces empleamos la siguiente formula.

=

28.788 Klb/pulg2

Resistencia Nominal:

Pn=AcFcr=

103.349 Resistencia de Diseño:

Pu=

=

87.847 Klb >

19.94 Klb

Ok

Diagonal d-e

Carga axial:

7586 Kg

16724.266 Lb

16.724 Klb

seccion:

Tubo de 4"x4"x1/4"

Altura:

2.5m

8.2 pies

Area:

3.59 in2

Inercia:

8.22 in4

r:

1.51 in

K:

1 (de tabla)

Fy:

36 Ksi

E:

29000

Verificando la relacion de esbeltez

=65.166 <200

Ok

Parametro de esbeltez

=

0.731 <1.5

Entonces empleamos la siguiente formula.

=

28.788 Klb/pulg2

Resistencia Nominal:

Pn=AcFcr=

103.349 











=

r

l

k *

λ

c

λ

E

Fy

r

kl

c

π

λ

=

(

)

Fy

Fcr

c2

658 .

0

λ

=

φPn













=

r

l

k *

λ

c

λ

E

Fy

r

kl

c

π

λ

=

(

)

Fy

Fcr

c2

658 .

0

λ

=

(13)

Resistencia de Diseño:

Pu=

=

87.847 Klb > 16.7242661 Klb

Ok

Diagonal j-k

Carga axial:

13250 Kg

29211.248 Lb

29.211 Klb

seccion:

Tubo de 4"x4"x1/4"

Altura:

2.5m

8.2 pies

Area:

3.59 in2

Inercia:

8.22 in4

r:

1.51 in

K:

1 (de tabla)

Fy:

36 Ksi

E:

29000

Verificando la relacion de esbeltez

=65.166 <200

Ok

Parametro de esbeltez

=

0.731 <1.5

Entonces empleamos la siguiente formula.

=

28.788 Klb/pulg2

Resistencia Nominal:

Pn=AcFcr=

103.349 Resistencia de Diseño:

Pu=

=

87.847 Klb >

29.211 Klb

Ok

Diagonal l-ll

Carga axial:

17297 Kg

38133.355 Lb

38.133 Klb

seccion:

Tubo de 4"x4"x1/4"

Altura:

2.5m

8.2 pies

Area:

3.59 in2

Inercia:

8.22 in4

r:

1.51 in

K:

1 (de tabla)

Fy:

36 Ksi

E:

29000

Verificando la relacion de esbeltez

=65.166 <200

Ok

φPn













=

r

l

k *

λ

c

λ

E

Fy

r

kl

c

π

λ

=

(

)

Fy

Fcr

c2

658 .

0

λ

=

φPn













=

r

l

k *

λ

c

λ

(14)

Parametro de esbeltez

=

0.731 <1.5

Entonces empleamos la siguiente formula.

=

28.788 Klb/pulg2

Resistencia Nominal:

Pn=AcFcr=

103.349 Resistencia de Diseño:

Pu=

=

87.847 Klb >

38.133 Klb

Ok

Diagonal r-s

Carga axial:

13908 Kg

30661.889 Lb

30.662 Klb

seccion:

Tubo de 4"x4"x1/4"

Altura:

2.5m

8.2 pies

Area:

3.59 in2

Inercia:

8.22 in4

r:

1.51 in

K:

1 (de tabla)

Fy:

36 Ksi

E:

29000

Verificando la relacion de esbeltez

65.166 <200

Ok

Parametro de esbeltez

=

0.731 <1.5

Entonces empleamos la siguiente formula.

=

28.788 Klb/pulg2

Resistencia Nominal:

Pn=AcFcr=

103.349 Resistencia de Diseño:

E

Fy

r

kl

c

π

λ

=

(

)

Fy

Fcr

c2

658 .

0

λ

=

φPn













=

r

l

k *

λ

c

λ

E

Fy

r

kl

c

π

λ

=

(

)

Fy

Fcr

c2

658 .

0

λ

=

(15)

Pu=

=

87.847 Klb >

30.662 Klb

Ok

Diseño de Miembros de Acero en Tracción: (Solo se diseñara los elementos que

soportan mayor carga, es decir elementos críticos, ya que para el resto de

elementos las cargas serán despreciables y no habrá peligro de falla del elemento.