analisis de puentes ing.garcia garcia

1 1

PROCESO DE ANÁLISIS

DE PUENTES MAS

UTILIZADOS.

Y ASOCIADOS, S.C.

Ing. Ángel García García Oaxaca de Juárez a 18 de Octubre 2010

2 2

Análisis y diseño de

superestructura

Y ASOCIADOS, S.C.

3 3

ELEVACIÓN DE UN PUENTE

Estribo 1 Estribo 2

NAME

NAMO

NAMIN

Perfil de

socavación

Relleno compactado

al 90 % Proctor

Lavaderos,

defensas y

guarniciones Superestructura Parapeto

Terreno

natural L

ibre

bo

rdo

Claro

Longitud total

4 4

Sección transversal de Superestructura

Losa Parapeto peatonal Parapeto vehicular Trabes aashto Diafragmas

5 5

CARGA PEATONAL

M = wl² 8

En donde:

M= Momento flexionante

w= Carga peatonal (295 kg/m²)

l= Longitud de la banqueta (m)

6 6

ANALISIS Y DISEÑO DE LOSA

Mcm = ω L 2

12

T T T T

Vcm = ω L

2 Mcv =

S + 0.61

9.74 x P

T T T

Momento por Carga Muerta Cortante por Carga muerta Momento por Carga Viva

(Aashto)

7 7

ANALISIS DE VOLADO

Mcv = P x d

E

Vcv = P

E

P = Peso de una llanta

más el impacto

E = Ancho de

distribución

Momento por Carga Viva

Cortante por Carga Viva

Mcm = W x L

2

2

Vcm = W x L

Momento por Carga Muerta Cortante por Carga muerta

8 8

Wcm

ESFUERZOS POR CARGA MUERTA

M = wl² 8

Wcm= Peso de losa

Peso de asfalto

Peso de diafragmas

Peso propio

Peso de parapetos

Peso peatonal

9 9

Wcv

ESFUERZOS POR CARGA VEHICULAR

Wcv= HS-20

IMT-20.5

T3-S3

T3-S2-R4

IMT-66.5

10 10

CA

RG

A V

EH

ICU

LA

R

11 11

Σ M2 = R1 L – P ( L-x ) Sabemos que: P = P1 + P2

P ( L-x )

L

Σ M1 = R2 L – Px

Px

L

P

a

P P 1 2

R R 1 2

L

b x

3

R1 =

R2 =

12 12

M3 = R2 (L-x-b) Sustituyendo el valor de R2 tenemos:

M3 = Px L

( L-x-b) L

M3 = Px – Px2 - Pxb L

P

a

P P 1 2

R R 1 2

L

b x

3

13 13

1 – 2x – b = 0 L L

- 2x = b - 1

L L 2x = 1 - b

L L

Despejando “x”, tenemos:

X = ( 1-b ) L

2 = L

2 2 b

= L - b 2

- L

Buscamos el valor de “x” para que se produzca el

Momento Máximo, para lo cual derivamos:

d Mx

d x = P – 2Px - Pb

L L Igualando a 0 (cero) y dividiendo entre P

14 14

P

P P 1 2

R R 1 2

L

b x

3

L / 2 L / 2

C L

L C

b/2 b/2

a

CONCLUSION:

EN UNA VIGA LIBREMENTE APOYADA EN SUS EXTREMOS

SUJETA A UN TREN DE CARGAS MÓVILES, CUYAS

DISTANCIAS PERMANEZCAN CONSTANTES, EL MOMENTO

FLEXIONANTE MÀXIMO OCURRE:

“CUANDO UNA DE LAS RUEDAS Y LA RESULTANTE DE LA

CARGA EQUIDISTAN DEL CENTRO DEL CLARO”

20 20

I = 15.24

L + 38

I = Impacto

L = Longitud del Claro (m)

I M P A C T O

Es el incremento en

porcentaje del peso de

un camión del peso de un

camión al entrar y

transitar por la

superestructura

21 21

Fc = Factor de concentración

nt = Cantidad de trabes

e = Distancia de la carga al centro

d = Distancia entre trabes

C O U R B O N

Fc =

1 + 6 (nt + 1) (2n)

nt² - 1

(e)

d

nt

P P

FACTOR DE CONCENTRACIÓN DE CARGA Porcentaje de las

cargas vehiculares

que se le atribuye a

cada trabe en virtud

de que éstas se

encuentran a

diferente distancia

del centro de la

superestrctura

22 22

DISEÑO DE LA LOSA Y TRABE

𝐹𝑐 = 0.4 ∙ 𝑓′𝑐

k=1

1 +𝐹𝑠

𝑛 ∙ 𝐹𝑐

𝑛 =𝐸𝑠

𝐸𝑐 𝑗 = 1 −

𝑘

3

𝐾 = 𝐹𝑐 ∙ 𝑘 ∙𝑗

2

Constantes de cálculo

23 23

DISEÑO (continuación)

Revisión de la sección (profundidad del eje neutro)

𝑘𝑑 =−𝑏 ± 𝑏2 − 4𝑎𝑐

2𝑎

Profundidad de compresión

𝑗𝑑 = 𝑑 − 𝑍

𝑍 =𝑥

3

Obtención del brazo del par de fuerzas

24 24

24

Obtención de la compresión

Obtención del momento resistente

Esfuerzo actuante

𝐹𝑐 > 𝑓𝑐

𝑓𝑐 =𝑀

0.5 ∙ 𝑘𝑑 ∙ 𝑏 ∙ 𝑗 ∙ 𝑑

Comparación del esfuerzo actuante con el resistente

Revisión de la compresión

𝐶 = 0.5 ∙ 𝑘𝑑 ∙ 𝑏 ∙ 𝑓𝑐

𝑀 = 𝐶 ∙ 𝑗 ∙ 𝑑 𝑀 = 0.5 ∙ 𝑘𝑑 ∙ 𝑏 ∙ 𝑓𝑐 ∙ 𝑗 ∙ 𝑑 ≈


25 25

Cálculo del acero de refuerzo

Se propone acero

Cálculo de la tensión

𝑀 = As ∙ 𝑓𝑠 ∙ 𝑗 ∙ 𝑑 Entonces

Revisión de la tensión

𝑇 = 𝐴𝑠 ∙ 𝑓𝑠

𝐴𝑠 =𝑀

𝑓𝑠 ∙ 𝑗 ∙ 𝑑

𝐴𝑠𝑓 =𝑎𝑠 ∙ 100

𝑆

y como 𝑀 = 𝑇 ∙ 𝑗 ∙ 𝑑


26 26

𝑓𝑠 =𝑀

𝐴𝑠 ∙ 𝑗 ∙ 𝑑

Se sustituye


𝐹𝑠 > 𝑓s



27 27

𝑣 =𝑉

𝑏 ∙ 𝑑

Esfuerzo cortante actuante

Revisión por cortante en losa

𝑉𝑐 = 0.95 𝑓′𝑐 (f’c en psi)

Esfuerzo cortante resistente

𝑣 𝑟𝑒𝑠 > 𝑣 act



28 28

𝑆 =𝑎𝑣 ∙ 𝐹𝑠 ∙ 𝑛

𝑉𝑐 ∙ 𝑏

Obtención de la separación de los estribos

Revisión por cortante en trabe



𝑣 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑟𝑒𝑡𝑜 + 𝑣(𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜) > 𝑣 act



29 29

Análisis y diseño

de estribos

Y ASOCIADOS, S.C.

30 30

Relleno de piedra

de pepena desquebrajada

de 25cm de espesor.

Cuerpo y aleros de concreto

Ciclópeo de f’c=150kg/cm²

Elev. de desplante

Estribo 1= 1504.695m

Estribo 2= 1504.617m

Espacio para izado

de 30x30x25cm

Tubo de PVC de

10cm de ø Talud de 1:4

31 31

COMPORTAMIENTO DE MUROS DE

CONTENCIÓN

VOLTEAMIENTO DESLIZAMIENTO ESFUERZO

W b/2 = MR μ W Fad Terreno E n3 MA E

˃1 F ma x

˃1

PUENTES 2 2 1.2

WΣFv

MΣFH

μ ΣFv

ΣFH ˃1

Fy + M A

y I

˃1 Cv = CD =

Cy = S =

32 32

Wcm = carga muerta superestructura

Wcv = carga viva

Wimp + cc = impacto + concentración de

carga

Wt = peso tierra

Wpp = peso propio estribo

E1 = Empuje

E2 = Empuje por sobrecarga

Fr = Frenaje

Fs = Sismo

Fv = Viento

Ft = Temperatura

MR = ΣFx X

MA = ΣFy Y

33 33

CARGA DE

SUPERESTRUCTURA

CARGAS

VERTICALES

Wcm= Peso de losa

Peso de asfalto

Peso de diafragmas

Peso propio

Peso de parapetos

Peso peatonal

Wcv= HS-20

IMT-20.5

T3-S3

T3-S2-R4

IMT-66.5

34 34

CARGA MUERTA DE

SUBESTRUCTURA

CARGAS VERTICALES (continuación)

W= Peso propio

Peso de las cuñas

de tierra

35 35

Empujes de tierras -

Sismo -

CARGAS

HORIZONTALES Fricción

Frenaje

Viento

36 36

CARGAS HORIZONTALES (continuación)

37 37

Se debe considerar una fuerza provocada por el

efecto del frenaje de los vehículos que transitan por

la superestructura. Se considera en dirección

horizontal, en sentido longitudinal, pero a una altura

de 1.8 metro de la rasante, su valor se estima como

el 5% de la carga viva vehicular que actúa en cada

uno de los carriles (aplicando las consideraciones de

los factores de reducción según el número de

carriles). En la obtención de esta fuerza no se debe

incluir el impacto.


Frenaje

38 38

El empuje de tierras sin sobrecarga se determina así con la fórmula

de Rankine:

K x W x h² E =

2

1 – sin Α K =

1 + sin A

En donde:

E= empuje de tierra

W= peso volumétrico del material.

h= altura del material

A=ángulo de reposo del material.

El material que se ocupa en los terraplenes, en este caso para los

accesos, comúnmente tienen un talud de 1.5:1. Con esta

inclinación se presenta un ángulo de reposo del material del orden

de los 33°41’.

1-sin 33°41’

1+sin 33°’41 = 0.286 Entonces: K =

0.286 x 1,600 x 6.09²

2 = 8.495 ton Por lo tanto: E =

CARGAS HORIZONTALES (continuación) Empuje de tierra

39 39

Tipo I.- Suelo Rígido y estable o roca de cualquier naturaleza con

espesor no menor a 60 m.

Tipo II.- Suelos formados de arcillas semirígidas o suelos

friccionantes con espesor igual o mayor a 9 metros sobre estrato de

suelos tipo I.

Tipo III.- Suelos formados por limos o arcillas blancas con espesor

igual o mayor a 12 metros sobre estrato de suelos tipo I.

En la consideración del comportamiento dinámico de los

suelos en donde se construyen las estructuras, se

consideran tres tipos de suelos basados en resultados de

exploraciones geotécnicas.

Sismo CARGAS HORIZONTALES

(continuación)

40 40

El método simplificado utilizado la siguiente fórmula:

En donde:

S= Fuerza horizontal equivalente

c= Coeficiente que se obtiene de la tabla de

espectros sísmicos para estructuras tipo B

Q = Factor de comportamiento sísmico

W = Peso de la estructura

La relación c/Q no deberá ser menor que ͣ0 de la tabla de

espectros sísmicos para estructuras tipo B

W Q c

S =


Sismo

41 41

Valores del espectro sísmico para estructuras

tipo B

Sismo

42 42

FALLA SECCIÓN

INTERMEDIA

43 43

REVISIÓN DE GRUPOS

Esfuerzo máximo en el desplante: ton/m²

Fuerza vertical (Fv): ton

Fuerza horizontal (Fh): ton

Momento vertical (Mv): ton m

Momento horizontal (Mh): ton m

Base del estribo (b): m

Área (A): m²

Centro de cargas (y=b/2): m

Grupo I %

44 44

TABLA DE LOS COEFICIENTES γ y β

45 45

REVISIÓN DE GRUPOS

Excentricidad en la cimentación del estribo para el

grupo I

Centro de gravedad: Fv

Excentricidad:

Momento de diseño

Por tratarse del grupo I, el esfuerzo del terreno no

sufre cambio, ya que se debe considerar el 100% de

su valor

2 Momento de inercia I’ = b x h

46 46

COMO ENCONTRAR ΣF, ΣFX, ΣMΑ Y ΣMR

MOMENTO (ton-m)

GRUPO

CARGAS

Fv

VERTICALES

(ton)

FH

HORIZONTALES

(ton)

BRAZO

(m)

VERTICALES

HORIZONTALES

Wcm

Wcv

WImp+cc

Wt

Wpp

14,2

4.3

1,3

11,1

40,3

2,30

2,30

2,30

3,41

2,28

32.66

9.89

2.99

37.85

91.88

E=E1+E2

Fr

Fs

Fv

Ft

26,0

0,01

0,8

0,3

0,6

3,44

7,40

7,40

7.40

7,40

89.44

0.07

5.92

7.23

4.44

ΣFv = 71.2 ΣFH = 27.41 ΣMv = 175.27 ΣMH = 99.87

47 47

Wy

MH ˃1 Cv =

Fy

Fx ˃1 CD = μ

PUENTES

2

2

Fy

A

f max

y min 1 +

I x b

b My - Mx

A =

e = 2 F

6e

b =

48 48

E

a a’

b

b’

T T

¿ DONDE FALLARA ?

EN EL CUERPO DE LA PILA

49 49

fmax

a a’

C

I

ΣFx

ΣFy PROCESO EN EL CUERPO DE LA PILA

HACER ANALISIS INTERVINIENDO TODAS

LAS CARGAS HASTA LA SECCION a-a’

REVISAR EN ESTA SECCIÓN LOS

ESFUERZOS QUE SE PRESENTAN

NO DEBE HABER TENSIONES

50 50

REVISIÓN DEL ESCALON

Esfuerzos en el desplante para el grupo I

51 51

Diseño del cabezal

Empujes de tierras -

Sobrecarga -

Fricción -

Frenaje -

Sismo -

52 52

FALLAS POR SOCAVACION

53 53

PUENTE “MICHIAPA” – Falló por falta de inspección periódica ( cada año ) que debe hacer el ingeniero de puentes o el de conservación del camino.

54 54

Un lugareño nos expreso: “Antes que el estribo fallara, nos

bañabamos y se podia uno meter debajo de la cimentación”

55 55

Análisis y diseño

De Pilas

Y ASOCIADOS, S.C.

56 56

Fd= Fza dinámica del

agua

Fs = Sismo

Fv = Viento

Ft = Temperatura

Wcm = carga muerta

superestructura

Wcv = carga viva +

impacto

Wpp = peso propio pila

Cargas

Verticales

Fr = Frenaje

Fs = Sismo

Fv = Viento

Ft = Temperatura

57 57

DISEÑO DEL

CABEZAL

P

M

V

Esfuerzos a los que estará sujeto el

cabezal

Armado del cabezal

58 58

Sismo

Q

C S= W

En donde:

S= Fuerza horizontal equivalente

c= Coeficiente que se obtiene de la

tabla de espectros sísmicos para

estructuras tipo B

Q = Factor de comportamiento sísmico

W = Peso de la estructura

FUERZA SÍSMICA

59 59

Valores del espectro sísmico para estructuras

tipo B

60 60

FUERZA POR VIENTO

Viento

Transversal

Longitudinal

En Carga viva: 0.15 ton/m 0.059

ton/m (a una altura de 1.8 sobre la

rasante)

En superestructura: 0.25 ton/m2 0.06

ton/m2

En subestructura: 0.2 ton/m2

62 62

Y

X

Wt

Wpp

E1 + E2

Fr + Fs + Fv + Ft

Wcm + Wcv+imp + cc DISEÑO DE LA

COLUMNA

63 63

DISEÑO DE LA

COLUMNA

Revisión por efecto de esbeltez

Los efectos de esbeltez se pueden

despreciar cuando (KH’/r)<22

Donde:

H’= Altura efectiva

r = Radio de giro

k= factor que depende si la columna

es contraventeada o no lo es.

Wt

E1 + E2

64 64

W b/2 = MR M W

Fad. Terreno E nʒ MA E ˃1

F ma x ˃1

2 2 1.2

WΣFv

MΣFH

ΣFv

ΣFH ˃1 Fv + M

A y

I

VOLTEAMIENTO DESLIZAMIENTO ESFUERZO

Cy = CD =

Cy = M = S =

65 65

DISEÑO DEL CABEZAL

𝐹𝑐 = 0.4 ∙ 𝑓′𝑐

k=1

1 +𝐹𝑠

𝑛 ∙ 𝐹𝑐

𝑛 =𝐸𝑠

𝐸𝑐 𝑗 = 1 −

𝑘

3

𝐾 = 𝐹𝑐 ∙ 𝑘 ∙𝑗

2

Constantes de cálculo

66 66


Revisión de la sección (profundidad del eje neutro)

𝑘𝑑 =−𝑏 ± 𝑏2 − 4𝑎𝑐

2𝑎

Profundidad de compresión

𝑗𝑑 = 𝑑 − 𝑍

𝑍 =𝑥

3

Obtención del brazo del par de fuerzas

67 67

Obtención de la compresión

Obtención del momento resistente

Esfuerzo actuante

𝐹𝑐 > 𝑓𝑐

𝑓𝑐 =𝑀

0.5 ∙ 𝑘𝑑 ∙ 𝑏 ∙ 𝑗 ∙ 𝑑


Revisión de la compresión

𝐶 = 0.5 ∙ 𝑘𝑑 ∙ 𝑏 ∙ 𝑓𝑐

𝑀 = 𝐶 ∙ 𝑗 ∙ 𝑑 𝑀 = 0.5 ∙ 𝑘𝑑 ∙ 𝑏 ∙ 𝑓𝑐 ∙ 𝑗 ∙ 𝑑 ≈


68 68

Cálculo del acero de refuerzo

Se propone acero

Cálculo de la tensión

𝑀 = As ∙ 𝑓𝑠 ∙ 𝑗 ∙ 𝑑 Entonces


𝑇 = 𝐴𝑠 ∙ 𝑓𝑠

𝐴𝑠 =𝑀

𝑓𝑠 ∙ 𝑗 ∙ 𝑑

𝐴𝑠𝑓 =𝑎𝑠 ∙ 100

𝑆

y como 𝑀 = 𝑇 ∙ 𝑗 ∙ 𝑑


69 69

𝑓𝑠 =𝑀

𝐴𝑠 ∙ 𝑗 ∙ 𝑑

Se sustituye


𝐹𝑠 > 𝑓s



70 70

𝑣 =𝑉

𝑏 ∙ 𝑑


Revisión por cortante






71 71

𝑆 =𝑎𝑣 ∙ 𝐹𝑠 ∙ 𝑛

𝑉𝑐 ∙ 𝑏

Obtención de la separación de los estribos

Revisión por cortante



𝑣 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑟𝑒𝑡𝑜 + 𝑣(𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜) > 𝑣 act



72 72

DISEÑO DE LA COLUMNA

=1.5% – 2%

Se propone la cuantía de acero

r

Revisión por agrietamiento

𝑒𝑥

𝑏+

𝑒𝑦

ℎ< 0.5

Revisión por efectos de esbeltez

𝑘ℎ

𝑟< 22

Revisión en el sentido X

73 73


𝒓

𝒆

pn

pn

Se entra a la gráfica con los

siguientes valores:

𝒓

𝒆 pn

Y se obtienen los siguientes

valores:

k

c

c

74 74

Con los datos obtenidos de la gráfica se obtiene el esfuerzo

actuante del concreto:


𝑓𝑐 =𝑐 ∙ 𝑀

𝑝𝑖 ∙ 𝑟3

𝐹𝑐 𝑟𝑒𝑠 > 𝑓𝑐 (𝑎𝑐𝑡)

Comparación del esfuerzo del concreto actuante con el

resistente

Con los datos obtenidos de la gráfica se obtiene el esfuerzo

actuante del acero:

𝑓𝑠 = 𝑛 ∙ 𝑓𝑐 ∙ (1

𝑘− 1)

𝐹𝑠 𝑟𝑒𝑠 > 𝑓𝑠 (𝑎𝑐𝑡)

Comparación del esfuerzo del acero actuante con el

resistente

75 75

DISEÑO DE LA COLUMNA

Para la revisión de la columna en el sentido Z se procede

de la misma manera antes descrita, solo que se hace

intervenir los datos en el otro sentido

Revisión en el sentido Z

76 76

𝑣 =𝑉

𝑏 ∙ 𝑑


Revisión por cortante de la columna






77 77

PTE JALAPA COSTA DE CHIAPAS ESCOINTLA

78 78 78

Puente La Fortuna Ubicado en la localidad de Despoblado Chiapas

79 79 79

Puente La Fortuna Ubicado en la

localidad de Despoblado Chiapas

Espacio entre las dos estructuras en

donde se observa el nivel de azolve que a

lo largo de los años se ha logrado

acumular

80 80 80

82 82

Sugerencias

Y ASOCIADOS, S.C.

83 83

¿QUE HACEMOS PARA CAMBIAR LOS APOYOS

DE NEOPRENO?

Sube

Sube

Gatos

Calzas

Bloque de

gateo

84 84


DE NEOPRENO?

Sube

Sube

Gatos

Calzas

Bloque de

gateo

85 85


DE NEOPRENO?

Sube

Sube

Gatos

Calzas

Bloque de

gateo

Neoprenos

nuevos

86 86


DE NEOPRENO?

Baja

Baja

Gatos

Calzas

Bloque de

gateo

87 87


DE NEOPRENO?

Baja

Baja

Gatos

Calzas

Bloque de

gateo

88 88

88

ELEVACION DE SUPERESTRUCTURA

MEDIANTE GATOS HIDRAULICOS.

CONSTRUCCION DE MENSULAS PARA

GATEO Y CAMBIO DE APOYOS.

89 89

DIAFRAGMAS PARA

GATEO

NICHOS PARA GATEO

BLOQUES DE GATEO

OPCIONES DE ELEMENTOS PARA GATEO DE

SUPERESTRUCTURA DESDE PROYECTO.

90 90

CIMENTACION INSUFICIENTE Y SUPERESTRUCTURA

CON CLAROS SIMPLEMENTE APOYADOS

Puente Tubul

91 91

Que pasa con los puentes que tienen insuficiente

rigidez debido a la ausencia de diafragmas?

cabezal

cabezal

Nichos de izaje

diafragma Trabes presforzadas

Dispositivo antisísmico

Apoyos de

neopreno

Nicho de

izaje

Banco

W

W

92 92

Puente Zacatal.

93 93

Puente Pijijiapan.

96 96

Juntas WR capacidad de movimiento de 50 a 75 mm

Juntas WOSd capacidad de movimiento de 50 a 100 mm

Juntas Wd capacidad de movimiento de 60 a 230 mm

98 98

¿Y los reencarpetamientos

sobre la losa?

EJEMPLO: PUENTE S/RIO LAVADERO

99

DETALLE DEL ACABADO EN LA LOSA DE CONCRETO

100 100

101 101

GRACIAS POR VENIR A OAXACA QUE LO DISFRUTEN!!

Ing. Ángel García García

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