diseÑo de estribos lrfd 2013

DISEÑO DE ESTRIBOS

Ing. LUIS A. CAMPUZANO CASTRO Mg. Sc.

1.- ESTRIBOS

Son estructuras que sirven de apoyo extremo al puente y que además de soportar la carga de la superestructura, sirven de contención de los terraplenes de acceso y por consiguiente están sometidos al empuje de tierra.Los estribos como son muros de contención, pueden ser de concreto simple (estribos de gravedad), o de concreto armado (muros en voladizo o con pantalla y contrafuertes).

TIPOS DE ESTRIBOS

2.- CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO DE ESTRIBOS

PREDIMENSIONAMIENTO:

a) DE GRAVEDAD (CONCRETO SIMPLE)Estos estribos con macizos que utilizan su propio peso para resistir las fuerzas laterales debido al empuje del terreno y otras cargas. No necesitan refuerzo y son adecuados cuando el terreno es de buena capacidad portante y la altura a cubrir no es superior a 6 metros. No son admitidas tracciones en cualquier sección del estribo

PREDIMENSIONAMIENTO DE ESTRIBOS:a) DE GRAVEDAD (CONCRETO SIMPLE)

CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO DE ESTRIBOSANCHO DE CAJUELA:

El ancho mínimo de cajuela se determinan eligiendo el mayor de los valores obtenidos entre calcular los máximos desplazamientos o como un porcentaje del ancho empírico de la cajuela N determinada por la ecuación:

donde:

CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO DE ESTRIBOSANCHO DE CAJUELA:

CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO DE ESTRIBOS

PREDIMENSIONAMIENTO:

b) EN VOLADIZO (CONCRETO ARMADO)Estos estribos son económicos cuando su altura está entre 4 y 10 metros.Adecuados en la presencia de terrenos de baja capacidad portante y cuando los agregados son escasos o el transporte de los mismos no es económico.

PREDIMENSIONAMIENTO DE ESTRIBOS:b) EN VOLADIZO (CONCRETO ARMADO)

CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO DE ESTRIBOS

PREDIMENSIONAMIENTO:

c) ESTRIBOS CON PANTALLA Y CONTRAFUERTES (CONCRETO ARMADO)En este caso la pantalla vertical no se encuentra en voladizo sino mas bien apoyada en los contrafuertes y el cimiento

PREDIMENSIONAMIENTO DE ESTRIBOS:c) CON PANTALLA Y CONTRAFUERTES

(CONCRETO ARMADO)

3.- EMPUJE DE SUELO

• EH: Empuje horizontal del suelo• ES: Sobrecarga de suelo• LS: Sobrecarga viva• DD: Fricción negativa• Para el empuje de suelo se considera: tipo y

densidad de suelo, contenido de agua, fluencia lenta del suelo, compactación, nivel freático, interacción suelo – estructura, sobrecarga, efectos sísmicos, pendiente de relleno e inclinación de muro.

EMPUJE LATERAL DEL SUELO 3.11.5.1

• Se asumirá que le empuje lateral del suelo es linealmente proporcional a la altura del suelo y se deberá tomar como:

EMPUJE LATERAL DEL SUELO 3.11.5.1

• Se asumirá que la carga de suelo lateral resultante debida al peso del relleno actúa a una altura igual a H/3 desde la base del muro, siendo H la altura total del muro medida desde la superficie del terreno en el respaldo del muro hasta la parte inferior de la zapata o la parte superior de la plataforma de nivelación (para estructuras de tierra estabilizadas mecánicamente)

COEFICIENTE DE EMPUJE LATERAL EN REPOSO, Ko 3.11.5.2

COEFICIENTE DE EMPUJE LATERAL EN REPOSO, Ko 3.11.5.2

COEFICIENTE DE EMPUJE LATERAL EN ACTIVO, Ka 3.11.5.3

COEFICIENTE DE EMPUJE LATERAL EN ACTIVO, Ka 3.11.5.3

COEFICIENTE DE EMPUJE LATERAL EN ACTIVO, Ka 3.11.5.3

COEFICIENTE DE EMPUJE LATERAL PASIVO, Kp 3.11.5.4

COEFICIENTE DE EMPUJE LATERAL PASIVO, Kp 3.11.5.4

METODO DEL FLUIDO EQUIVALENTE PARA ESTIMAR EMPUJES LATERALES DE RANKINE 3.11.5.5

METODO DEL FLUIDO EQUIVALENTE PARA ESTIMAR EMPUJES LATERALES DE RANKINE 3.11.5.5

METODO DEL FLUIDO EQUIVALENTE PARA ESTIMAR EMPUJES LATERALES DE RANKINE 3.11.5.5

SOBRECARGA VIVA (LS), 3.11.6.4

4.- CARGAS DE DISEÑO

5.- CONSIDERACIONES PARA LA ESTABILIDAD. 11.6.3.1

• Los estribos y muros de sostenimiento se deben dimensionar de manera de asegurar su estabilidad contra fallas por vuelco, deslizamiento y presiones en la base

A. VUELCO – Estados Limites de Resistencia y Evento Extremo

• Se debe calcular la excentricidad de la resultante alrededor del punto A en la base del estribo. Las fuerzas y momentos que resisten el vuelco se usan con factores de carga ᵞ mínimos (caso de cargas tipo DC, DW, EV, etc.). Las fuerzas y momentos que causan vuelco se usan como factores de carga ᵞ máximos (cargas EH y otras).

A. VUELCO – Estados Limites de Resistencia y Evento Extremo

B. DESLIZAMIENTO – Estados Limites de Resistencia y Evento Extremo (10.6.3.3)

• El valor de la resistencia factorada al deslizamiento corresponde a una componente friccional actuando a lo largo de la base del estribo y una componente debido a la presión pasiva del terreno actuando en la cara vertical correspondiente. Esto es:

B. DESLIZAMIENTO – Estados Limites de Resistencia y Evento Extremo (10.6.3.3)

C. PRESIONES EN LA BASE – Estados Limites de Resistencia y Evento Extremo

(11.6.3.2)

• Se calculan los esfuerzos basados en una distribución uniforme; en estribos cargados excéntricamente cimentados sobre roca, se supone una distribución de presiones triangular o trapezoidal.

• METODO DE MEYERHOF:• 1. Hallar la excentricidad e con respecto al punto

central de la base del cimiento con las cargas aplicables factoradas.

C. PRESIONES EN LA BASE – Estados Limites de Resistencia y Evento Extremo (11.6.3.2)

• 2. Determinar los esfuerzos verticales factorados. Si la estructura está cargada bi-axialmente, el calculo se realiza en ambas direcciones.

• Basados en una distribución de presión uniforme actuando en la base (suelo no rocoso), el valor de q es:

C. PRESIONES EN LA BASE – Estados Limites de Resistencia y Evento Extremo (11.6.3.2)

• Para suelo rocoso la distribución de presiones es trapezoidal o triangular:

TERRENO NO ROCOSO

TERRENO ROCOSO

C. PRESIONES EN LA BASE – Estados Limites de Resistencia y Evento Extremo

• 3. Comparar q ó qmax, que incluyen factores de carga, con la capacidad portante del terreno (capacidad última de apoyo para el suelo, multiplicado por el factor de resistencia apropiado). La capacidad de apoyo factorada (resistencia) debe ser mayor o igual que el esfuerzo de apoyo factorado:

6.- CONSIDERACIONES SISMICAS APENDICE A11.1

ENUNCIADO DEL PROBLEMA

• Diseñar el estribo de concreto armado mostrado para un puente simplemente apoyado de una sola vía.

• Las cargas verticales provenientes de la superestructura que inciden sobre el estribo son: PDC=12 Ton/m y PDW=1.8 Ton/m. La fuerza de frenado BR=1.99 ton/m.

• El relleno es de 7.00m de altura, el suelo es no cohesivo de peso unitario t=1925 kg/m³, capacidad admisible qadm=2.67 kg/cm² (FS=3), ángulo de fricción interna Øf=30°.

• Considerar un coeficiente sísmico de aceleración horizontal A=0.3 y coeficiente de sitio=1.2.

PREDIMENSIONAMIENTO

PREDIMENSIONAMIENTO

PREDIMENSIONAMIENTO DE LA CAJUELA DEL ESTRIBO

CASO I.- ESTRIBO CON PUENTECARGAS VERTICALES: Se considera franja de 1 mt. de longitudCARGAS DC: Peso propio de estribo de concreto armado (DC)

CASO I.- ESTRIBO CON PUENTECARGAS VERTICALES: Se considera franja de 1 mt. de longitudCARGAS DW: Peso propio de carpeta de asfalto

CASO I.- ESTRIBO CON PUENTECARGAS EV: Peso del terreno

CASO I.- ESTRIBO CON PUENTECARGAS LL + IM: Carga viva e impacto desde la superestructura

CASO I.- ESTRIBO CON PUENTECARGAS LS: Sobrecarga por carga viva en el terrenoAltura equivalente de suelo por S/C (Tabla 3.11.6.4-1)

Por cargas vehiculares actuando sobre el terreno, agregamos una porción equivalente de suelo. En este caso para H= 7.00 m., h= 0,60 m.Terreno equivalente extendido en 2,75m. Del talón del estribo:

CASO I.- ESTRIBO CON PUENTERESUMEN DE CARGAS VERTICALES:

CARGAS HORIZONTALES(Se considera franjas de 1 m. de longitud de estribo)

Cálculo del coeficiente de empuje activo (Ka)

CARGAS ACTUANTES:

CARGAS ACTUANTES:

CARGAS ACTUANTES:

CARGAS ACTUANTES:

CARGAS ACTUANTES:

CARGAS ACTUANTES:

A) ESTADOS LIMITES APLICABLES Y COMBINACIONES DE CARGAS

ESTRIBO CON PUENTECARGAS VERTICALES Vu

ESTRIBO CON PUENTEMOMENTO ESTABILIZADOR (POR CARGAS VERTICALES Mvu)

ESTRIBO CON PUENTECARGAS HORIZONTALES Hu

ESTRIBO CON PUENTEMOMENTOS DE VUELCO (POR CARGAS HORIZONTALES) MHU

B) CHEQUEO DE ESTABILIDAD Y ESFUERZOSa) Vuelco alrededor del punto «A»

Cálculo de emax:

B) CHEQUEO DE ESTABILIDAD Y ESFUERZOSa) Vuelco alrededor del punto «A»

Cálculo de emax:

B) CHEQUEO DE ESTABILIDAD Y ESFUERZOSb) Deslizamiento en base del estribo

B) CHEQUEO DE ESTABILIDAD Y ESFUERZOSb) Deslizamiento en base del estribo

B) CHEQUEO DE ESTABILIDAD Y ESFUERZOSb) Deslizamiento en base del estribo

B) CHEQUEO DE ESTABILIDAD Y ESFUERZOSb) Deslizamiento en base del estribo

B) CHEQUEO DE ESTABILIDAD Y ESFUERZOSc) Presiones actuantes en la base del estribo

B) CHEQUEO DE ESTABILIDAD Y ESFUERZOSc) Presiones actuantes en la base del estribo

CASO II.- ESTRIBO SIN PUENTEA) ESTADOS LIMITES APLICABLES Y COMBINACIONES DE CARGASCARGAS VERTICALES Vu

CASO II.- ESTRIBO SIN PUENTEA) ESTADOS LIMITES APLICABLES Y COMBINACIONES DE CARGASMOMENTO ESTABILIZADOR POR CARGAS VERICALES Mvu

CASO II.- ESTRIBO SIN PUENTEA) ESTADOS LIMITES APLICABLES Y COMBINACIONES DE CARGASCARGAS HORIZONTALES Hu

CASO II.- ESTRIBO SIN PUENTEA) ESTADOS LIMITES APLICABLES Y COMBINACIONES DE CARGASMOMENTOS DE VUELCO POR CARGAS HORIZONTALES MHU

CASO II.- ESTRIBO SIN PUENTEB) CHEQUEO DE ESTABILIDAD Y ESFUERZOSa) Vuelco alrededor del punto «A»

CASO II.- ESTRIBO SIN PUENTEB) CHEQUEO DE ESTABILIDAD Y ESFUERZOSb) Deslizamiento en base del estribo

CASO II.- ESTRIBO SIN PUENTEB) CHEQUEO DE ESTABILIDAD Y ESFUERZOSb) Deslizamiento en base del estribo

CASO II.- ESTRIBO SIN PUENTEB) CHEQUEO DE ESTABILIDAD Y ESFUERZOSb) Deslizamiento en base del estribo

CASO II.- ESTRIBO SIN PUENTEB) CHEQUEO DE ESTABILIDAD Y ESFUERZOSb) Deslizamiento en base del estribo

CASO II.- ESTRIBO SIN PUENTEB) CHEQUEO DE ESTABILIDAD Y ESFUERZOSb) Deslizamiento en base del estribo

CASO II.- ESTRIBO SIN PUENTEB) CHEQUEO DE ESTABILIDAD Y ESFUERZOSc) Presiones actuantes en la base del estribo

CALCULO DEL ACEROI) DISEÑO DE PANTALLA

CARGAS EN BASE DE PANTALLA

a) Acero por flexiónMomento de diseño en la base de la pantalla

a) Acero por flexión

CALCULO DEL ACERO2) DISEÑO DE CIMENTACION

CALCULO DEL ACERO2) DISEÑO DE CIMENTACION

a) Acero parte superior de zapata

CALCULO DEL ACERO2) DISEÑO DE CIMENTACION

a) Acero parte superior de zapata

GRACIAS