diseÑo de intersecciones. cargas

7/28/2019 DISEO DE INTERSECCIONES. CARGAS

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INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO - IDU 43

4. CRITERIOS Y PARMETROS DE DISEO PARA LAS

INTERSECCIONES VIALESEl presente captulo tiene por objeto establecer los criterios y procedimientos de diseoestructural seguidos en la ejecucin de los clculos, anlisis y diseos de lasIntersecciones Viales del Proyecto "Estudios y Diseos Troncal Carrera 7" del SistemaTransmilenio de la Ciudad de Bogot, D.C.

4.1 ALCANCE Y DESCRIPCIN GENERAL

4.1.1 Alcance

Los criterios de diseo estructural contenidos en este documento cubren las siguientesEstructuras Nuevas del Proyecto:

Interseccin Calle 85





Los criterios de diseo de otras estructuras que hacen parte del proyecto no listadasanteriormente, se incluyen en otros captulos de este documento.

4.1.2 Descripcin General

Se describen a continuacin las obras estructurales cubiertas por estos criterios de

diseo:

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4.1.2.1 Interseccin Calle 85

Los estudios y diseos de Factibilidad dieron como resultado la recomendacin de unpaso vial tipo deprimido y a nivel para esta interseccin, con giros en crculo. Para elsentido sur-norte, el carril derecho va a nivel, apoyado sobre el terreno, permitiendo elflujo de trfico mixto. El giro de trfico mixto sentido sur-norte hacia el occidente se hacea travs de un deprimido, con una solucin basada en muros de contencin en voladizo,con alturas variables, donde este entrega a la Calle 85. De igual modo, desde la Calle 85,el giro hacia el norte se hace a travs del deprimido. A nivel, se planea un tablero ensentido de la Carrera 7, que dar paso a los carriles de Transmilenio (uno en cadasentido), y al trfico mixto en sentido Norte-Sur. El tablero podr ser una estructuraconvencional de concreto reforzado con placa y vigas, de dos luces de unos 20 metros,con apoyo en estribos y en una pila intermedia.


El cruce se desarrolla en general a nivel, previndose solo una interseccin elevada paralos empalmes de trfico mixto entre la Avenida Circunvalar, tanto desde la Carrera 7 ensentido Norte-Sur, la Circunvalar en sentido norte-Sur y como el retorno Sur-Norte de laCircunvalar, por la Carrera 7 hacia el Sur. Este paso ser un tablero de dos vas decirculacin, que se prev que puede resolverse con un sistema de viga cajn en concretoreforzado, proyectada para luces promedio entre 20 y 25 metros, apoyadas sobre pilas deuna sola columna, de alturas variables, que compensen los desniveles de terreno, enparticular en la zona de giro en oreja. Las alturas de pila variarn entre 5 y 10 metros.


El paso de la Carrera 7 en sentidos Norte-Sur y Sur-Norte se desarrolla a nivel, debiendoresolverse los giros desde la Carrera 7 en sentido Sur-Norte hacia el occidente de la Calle94, y el giro desde la Calle 94 hacia el norte por la Carrera 7. La solucin ms viabledada la topografa del sector ser hacer estos cruces de forma deprimida, con unaestructura basada en muros de contencin para las rampas de acceso y salida, y con untablero a nivel con sistema de placa y vigas para el paso de la Carrera 7 a nivel, tantopara las vas de Transmilenio, como para los carriles de trfico mixto en ambos sentidos.

4.1.2.4Interseccin Calle 127

La solucin vial planteada consiste en un paso a nivel para la Carrera 7, tanto para loscarriles de Transmilenio como para los carriles de mixto, en ambos sentidos. La Diagonal127A se elevara sobre la Carrera 7, con orejas para empalme en las esquinas Sur-Oriental y Sur-Occidental. La solucin ser un tablero de dos (2) vas y cuatro (4) carrilesde circulacin, que se prev que puede resolverse con un sistema de viga cajn en

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concreto reforzado y con uso de acero de tensionamiento, proyectada para luces entre 15y 30 metros, apoyadas sobre pilas de dos columnas, de alturas variables. En una zonade la interseccin se presentar la interseccin del paso superior con el canal de aguasll uvias de la Diagonal 127A.


De acuerdo con la geometra de la interseccin, la Carrera 7 tendr su paso a nivel paralos dos sentidos, y para las calzadas de trfico mixto y de Transmilenio, y los empalmesde la Calle 134 irn deprimidos para el cruce de la 7 en sentido Sur-Norte hacia elOccidente por la calle 134, y para el cruce por la Calle 134 hacia el oriente con direccin ala Carrera 7 hacia el norte. Este paso ser una estructura tipo box de dos vas decirculacin mas andenes, con losa superior de 10 metros de luz, en placa y vigasconvencionales apoyadas sobre los muros laterales, y con losa de fondo de tipoaligerado. En las zonas de rampas, se tendrn espacios a cielo abierto delimitados por

muros de contencin en voladizo, de altura variable.

4.2 CDIGOS Y NORMAS APLICABLES

En este numeral se citan los diferentes cdigos, normas y estndares que aplican a laejecucin de los diseos de estructuras, de acuerdo con la normatividad vigente, y deacuerdo con los requisitos especficos del contrato.

4.2.1 Normas Colombianas

Para todo lo relacionado con el anlisis y diseo de estructuras viales en lasintersecciones descritas en el alcance, aplica la normatividad expedida por el InstitutoNacional de Vas:

Cdigo Colombiano de Diseo Ssmico de Puentes, edicin de 1995, y su Adendo No. 1de 1996, adoptado mediante resolucin 3600 de 1996 (Ministerio de Transporte INVIAS). En adelante, esta norma ser citada de manera abreviada en los criterios dediseo, como el CCP-95.

Adems de las normas nacionales anteriores, que conforman el marco de referencia delas estructuras viales del proyecto, son aplicables otras normas locales expedidas para laciudad de Bogot:

Decreto 074 de Enero 30 de 2001, por el cual complementa y modifica el Cdigo deConstruccin de Bogot D.C., y se identifican los lmites de Micro-zonificacin Ssmica yse adoptan los espectros de diseo, luego modificado por el Decreto 193 de 2006. En

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adelante, esta norma ser citada de manera abreviada en los criterios de diseo, como elMZS-B

Aplican tambin un conjunto de normas y estndares relacionados, como los que se citan

a continuacin.

4.2.2 Otras normas y estndares aplicables

Para los diseos relacionados con puentes y obras viales, aplican tambin los siguientesdocumentos:

AASHTO, American Association of State Highway and Transporting Officials:Standard Specification for Highway Bridges, 17th Edition, 2005.

Normas SISTEC de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogot.

Normas NTC 4774, para lo relacionado con cruces peatonales a nivel y elevados,o puentes peatonales.

Decreto 279 de 2003, que reglamenta los puentes peatonales en Bogot D.C.

NCHRP350 y NCHRP537, normas americanas para barandas de puentesvehiculares, y la norma EN 1317, norma europea para barandas de puentesvehiculares.

AASHTO Roadside Design Guide, 3rd Edition.

4.3 CARGAS

En este captulo se describen los diferentes tipos de cargas a ser tenidas en cuenta enlos anlisis, sus mtodos de evaluacin, y las diferentes combinaciones que aplican a losdiseos de las estructuras.

4.3.1 Cargas muertas y permanentes

Corresponden al peso de los elementos permanentes de las estructuras, como su pesopropio, y el peso de otros elementos que permanecern fijos durante la vida til. En laevaluacin de estos pesos se consideran los siguientes pesos unitarios de materiales:

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MaterialPeso unitario

(kNim3)

Concreto reforzado 24,00Concreto simple 23,00Concreto ciclpeo 23,00Acero 78,50Pavimento asfltico 24,00Agua 10,00Materiales de Relleno 18,00 a 20,00Mampostera de ladrillo hueco 13,00Mampostera de ladrillo macizo 18,00Mampostera de piedra 22,00

Los pesos de otros posibles materiales que pudieran aparecer, sern indicados en lamemoria de cada estructura, explicando su origen.

4.3.2 Cargas vivas

Corresponden bsicamente a cargas gravitacionales que pueden variar durante laconstruccin u operacin de las estructuras, y que por ser de naturaleza variable, debeconsiderarse en el diseo su existencia o no, para determinar las condiciones de diseocrticas. Dentro de las cargas vivas se incluyen:

4.3.2.1 Cargas de vehculos

En general para las estructuras nuevas con trfico convencional de vehculos, se

contemplan las condiciones de carga viva indicadas en el CCP-95, impuestas por elcamin de diseo C40-95, o su lnea de carga equivalente. El C-40-95 es un vehculo de3 ejes (eje delantero, eje trasero y eje semitrailer). Los ejes trasero y de semitraileraplican al piso una cargade15 toneladas por eje. El eje delantero aplica al piso unacarga total de 10 toneladas. Las cargas de rueda corresponden a la mitad de los valoresanteriores. La separacin entre el eje delantero y en trasero es fija, de 4,0 metros, y laseparacin entre el eje trasero y el eje de semitrailer variar entre 4,0 m y 9,0 m, de modoque se obtengan los mximos esfuerzos. En sentido transversal, la separacin entrell antas ser de 1,80 m. La Figura 4.1 presenta un esquema bsico del camin C-40-95:

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Vara de 4.00 a 9.00j , 4.00

Carga Eje 10.0 TonCarga Rueda 5.0 Ton

y 1.80 .1.

Adelante 5.0 Ton 5.0 TonIntermedio 7.5 Ton 7.5 TonAtrs 7.5 Ton 7.5 Ton

15.0 Ton7.5 Ton

15.0 Ton7.5 Ton

Figura 4.1 Camin C-40-95 INV- Diagrama de distribucin de cargas

Para luces superiores a 27 metros, se usa a cambio de la carga de camin, la franja decarga equivalente, con los siguientes valores por va de circulacin:

2carga uniforme para momento: w=1.50

(L

00

8)

t/m/carril.2

Carga puntual para momento; P=12.0 t, localizada donde produzca el mayor efecto.

( -2Carga uniforme para cortante: w =1.50L 00 4)T/m/carril.3Carga puntual para cortante: P=16.0 t, localizada donde produzca el mayor efecto.En el caso de puentes nuevos que formen parte del trazado de troncales Transmilenioexistentes o futuras se efectan, adems de los clculos de carga de vehculo C-40-95,evaluaciones adicionales con la utilizacin de las cargas impuestas por los BusesTransmilenio actuando simultneamente en varios carriles, sin aplicar el criterio dereduccin por simultaneidad de cargas por nmero de carriles. La Figura 4.2 muestra elesquema bsico del Bus Transmilenio:

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I

6.70

Carga Eje 7.5 TonCarga Rueda 3.75 Ton

12.5 Ton6.25 Ton

12.5 Ton6.25 Ton

AdelanteIntermedioAtrs

3.75 Ton6.25 Ton6.25 Ton

3 75 Ton6.25 Ton6.25 Ton

Figura 4.2 Bus Transmilenio, diagrama de distribucin de cargas

4.3.2.2 Cargas de Peatones

Para pasos peatonales y andenes de pasos vehiculares, la carga viva uniformeconsiderada ser de 450 kg/m2.

4.3.2.3 Impacto

La carga viva de vehculos y peatones debe incrementarse para aquellos elementosestructurales tales como superestructuras de puentes, y pilas que no se encuentrenenterradas. Este impacto incluye los efectos vibratorios y el impacto motivado por lavelocidad del camin de diseo al entrar al puente. Se incluye como una de las cargastransmitidas de la superestructura a la infraestructura, pero su efecto se disminuye hastadesaparecer en elementos como cimientos o partes de pilas o columnas que estnenterradas.

El incremento por efecto del impacto en superestructuras se expresa como un porcentajede la carga viva, y se determina de acuerdo con la siguiente frmula:

i=16 30%L + 40

donde

i = porcentaje de impacto aplicable a la carga viva.L = longitud en metros de la luz del elemento estructural que se analiza.CONSORCIO TRONCAL CARRERA 7ESTUDIOS Y DISEOS TRONCAL CARRERA 7U :\ UNIFICADO\ PROYE CTOS \ IDU Carrera Tentregas informe decriterios de diseo estructural \entrega 6 de marzo200TTK7-G5-1-

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CRITERIOS DE DISEO ESTRUCTURASREV. 1 MARZO 6, 2007

gbr
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Para el caso de estructuras nuevas que se encuentren en el trazado de las troncales deTransmilenio, se redefinen los parmetros de impacto generados por el Bus de acuerdocon los resultados obtenidos en el contrato IDU 019 de 2005.

En las estructuras del tipo alcantarillas, box-culverts, y otros conductos enterrados sobrelos que la carga viva ejerza algn efecto, el factor de impacto se calcula segn la alturadel relleno sobre la placa superior de los mismos:

Altura del relleno (m) Factor de Impacto0.00 - 0.30 30%0.31 - 0.60 20%0.61 - 0.90 10%0.91 o ms 0%

4.3.2.4 Fuerzas longitudinales

Se considera el efecto de una fuerza horizontal longitudinal equivalente al 5% del valor dela carga viva sin impacto, en todos los carriles que tengan trfico en la misma direccin.El punto de aplicacin de esta carga esta ubicado a 1,80 metros por encima del nivel dela calzada.

4.3.2.5 Fuerzas centrfugas

Para las intersecciones que tengan alineamientos en curva, se incluye en los anlisis una

fuerza horizontal radial equivalente a un porcentaje de la carga viva sin impacto, segn lasiguiente frmula:

C = 0.79s2

R

donde C es la fuerza centrfuga por aplicar, Ses la velocidad de diseo en kph, y Res elradio de la curva. La fuerza centrfuga se aplica a 1,80 metros sobre el nivel de lacalzada. La velocidad de diseo se determina incluyendo los efectos del peralte.

4.3.3 Cargas de viento

Para el caso de las estructuras viales, se considera la carga de viento tanto sobre laestructura como sobre la carga viva, actuando tanto longitudinal como transversalmente,segn las especificaciones del CCP-95. Para los grupos de diseo II y V, se aplica sobreel rea proyectada de vigas y tablero del puente una carga de 250 kg/m 2 a un ngulo de

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90 grados respecto del eje longitudinal. Para los grupos III y VI se usa esta cargareducida al 70%, mas una carga de 150 kg/m aplicada a 1,80 metros sobre la calzada,sobre la carga viva. Para el diseo de la infraestructura se consideran tanto las cargas deviento provenientes de la superestructura descritas anteriormente, como las fuerzasejercidas por el viento directamente sobre la infraestructura, para diferentes ngulos deataque del viento, segn lo indicado en la seccin A.3.6 del CCP-95.

4.3.4 Cargas de sismo

En la evaluacin de las cargas ssmicas se utilizarn espectros de diseo locales,definidos el Decreto Distrital 193 de 2006. Se har uso de espectros provenientes deestudios previos de amenaza ssmica local ya aceptados por la DPAE, y segn serequiera, se obtendrn por medio de estudios de amenaza ssmica local, buscando suhomologacin por parte de la DPAE.

En general, las cargas ssmicas para anlisis de cualquier estructura son funcin de lamasa asociada al sismo (carga muerta mas alguna proporcin de la carga viva), delespectro de diseo ssmico adoptado, y de la capacidad de disipacin de energa de laestructura. En forma general.

S a

F =WR

siendo Wel peso de los elementos asociados al sismo, Sa la ordenada del espectro, y Rel coeficiente de disipacin de energa. En general, todo espectro de aceleraciones se

define como una ecuacin dependiente del Perodo. Para determinar el espectro seusarn los datos de amenaza local aplicables a cada estructura, el coeficiente deimportancia, y el coeficiente de sitio.

El perodo de vibracin de cada estructura es una propiedad inherente a su geometra yse determina de forma general como:

T=I N< I 14"

donde K es la rigidez de la estructura, y M su masa.

Respecto de la importancia de las estructuras, el CCP-95 clasifica los puentes segndiferentes categoras de comportamiento ssmico. Esta clasificacin es funcin de laaceleracin del sitio, y del grado de importancia del puente. En el caso particular de laIntersecciones viales de la Troncal Transmilenio de la Carrera 7, estas deben catalogarsecomo pertenecientes al Grupo I, Puentes Esenciales. Por solicitud expresa de los

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Trminos del Contrato, debe usarse el mtodo de diseo ssmico PAS-2 (Mtodoespectral con varios modos de vibracin) para todas las intersecciones.

4.3.5 Empujes de Tierras

4.3.5.1Empuies de tierra estticos

El empuje horizontal de tierras estar definido en funcin del ngulo de friccin interna delmaterial y del ngulo de la superficie del terreno que se contiene. Se establecen 3 tiposde presiones de tierras diferentes, dependiendo de la forma como el material de rellenoacta sobre el sistema de contencin:

e

Presin activa

Presin de reposo

Presin pasiva

Cada uno de estos tipos de presiones se relaciona con un coeficiente de empuje detierras. En general, la presin de tierras a una profundidad h sobre la superficie ser:

ah=Kyi

donde K es el coeficiente de presin de tierras aplicable, y es el peso especfico delmaterial que se contiene, y h es la altura a la que se evala la presin, medida desde lasuperficie. Cualquiera de los tres tipos de empuje se incrementa de manera lineal con laaltura, de modo que su resultante, la fuerza de empuje de tierras sobre una estructura,ser para la altura total H:

1

KyH 2F=--2

con el valor de K aplicable segn el tipo de empuje (Ka, Ko Kp), y con la altura total de

la estructura. La resultante se coloca a una distancia de 1/3 de la altura total medidadesde la base. Los valores de los coeficientes de empujes de tierras provienen de lasrecomendaciones geotcnicas aplicables al sitio de cada estructura particular.

En general, los empujes de tierras contra estructuras de contencin como muros deestructuras, y estribos de puentes se evalan para condiciones activas o de reposo,segn convenga en cada caso particular. El efecto estabilizador de los empujes pasivosCONSORCIO TRONCAL CARRERA 7 CRITERIOS DE DISEO ESTRUCTURASESTUDIOS Y DISEOS TRONCAL CARRERA 7 REV. 1 MARZO 6, 2007

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no ser tenido en cuenta en general en muros, por cuanto se requerir una deformacinms all de lo deseable para lograr que se desarrollen. Cuando el empuje de tierras secombine con la presencia de niveles freticos dentro de la masa del relleno, se debencalcular los empujes de condicin seca y condicin sumergida, usando en las frmulas declculo de empuje el peso especfico del material correspondiente a la condicin seca osumergida, y el empuje adicional del agua para la parte sumergida.

4.3.5.2Empuies de tierra en condiciones de sismo

El efecto ssmico en rellenos debe evaluarse en trminos de investigar posibles sobre-presiones en los sistemas de contencin de tierras por efecto de las cargas ssmicas.Para cuantificar este efecto hay diversas teoras. Una de las ms aceptadas es la teorade Mononobe-Okabe, que consiste en un anlisis seudo-esttico en el que se calcula elcoeficiente de empuje de tierras activo o pasivo (Ka Kp) en una condicin de sismo.Para efectos de los anlisis ssmicos de las estructuras de contencin cubiertas por estos

criterios, se usar la teora de Mononobe-Okabe, cuya formulacin bsica para losempujes de tierra activos generados en un sismo es la siguiente:

Ka =(1 a v )s en 2 (a + y)DA cos0.sen

2

a.sen(a S - yt)

Donde:

ah:Aceleracin horizontal del sismo de diseo

av: aceleracin vertical del sismo de diseo0: ngulo de friccin interna del material

fi: ngulo del terreno con la horizontal

a. ngulo de la fuerza de empuje respecto de la normal a la cara del muroangulo de la cara del muro con la horizontal (usualmente 90)

4.3.5.3 Efectos de sobrecarga en rellenos

En general se evaluarn dos tipos de sobrecarga actuando lateralmente a muros y otrasestructuras de contencin de tierras: sobrecargas uniformes, y sobrecargas puntuales.

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P


Las sobrecargas uniformes se evalan como una altura de relleno adicional de 60 cm,que produce una presin lateral uniforme en toda la altura.

Las sobrecargas puntuales se evalan segn la teora de Spangler & Gerber, que asigna

una sobre-presin lateral que vara con la altura y con la cercana de la carga al muro quecontiene el relleno, segn la siguiente formulacin:

1.77Pm2 n2cr

h

=H2 (m2

-I- n2)3

0.28P n2

0-

h

=H

2(0.16

+n2)3

Si m


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4.3.6 Otras cargas

Dependiendo de su importancia dentro del anlisis de cada elemento individual, se tienenen cuenta otras cargas, como los efectos de temperatura, contraccin, creep del

concreto, fuerza de la corriente, flotacin, etc. Su magnitud e importancia se evalandentro de la memoria de clculo de cada estructura, y en ella se incluye la descripcindetallada de los criterios utilizados en el anlisis.

Cuando se utilice tensionamiento en estructuras de concreto, dentro de la evaluacin decargas se contempla el efecto del sistema de preesfuerzo previsto.

4.3.7 Combinacin de cargas

En los anlisis de las intersecciones viales se consideran diferentes grupos de carga, de

acuerdo con las indicaciones del CCP-95, o sus equivalentes de la norma AASHTO, queincluyen factores de combinacin de cargas tanto para diseo por esfuerzos ltimos( Mtodo del estado lmite de resistencia), como por esfuerzos de trabajo (Mtodo delestado lmite de servicio).

Para las estructuras de las intersecciones vehiculares, se tienen adems en cuentacombinaciones adicionales que contemplen un porcentaje de carga viva como cargamuerta para las combinaciones de carga que involucran los anlisis ssmicos, a fin deconsiderar las probables congestiones de trfico vehicular y cubrir la eventualidad deexistencia de cargas vivas cuando ocurra el evento ssmico. Para tal propsito, seconsidera que un porcentaje del 30% de la carga viva, aplicado en todos los carriles de lainterseccin, se asocie a la carga muerta de la estructura para las evaluaciones de lacarga ssmica de diseo.

4.3.7.1 Mtodos de diseo

La prctica actual de diseo de estructuras utiliza dos mtodos de diseo diferentes:

El Mtodo del estado lmite de servicio, conocido tambin como "Mtodo elstico", o"Mtodo de los esfuerzos de trabajo", y el mtodo del estado lmite de resistencia,conocido tambin como "Mtodo de los esfuerzos ltimos".

El primero de los mtodos investiga el comportamiento de los elementos estructuralesutilizando las cargas de servicio de las estructuras, y el segundo investiga losmecanismos que conducen a la falla de los materiales, en un sistema de cargasmayorado.

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Ambos mtodos son igualmente aplicables al anlisis de las estructuras de lasintersecciones vehiculares, siempre y cuando se siga un procedimiento consistente en suaplicacin. Es prctica comn en el proyecto de elementos pre-esforzado el usopredominante del mtodo del estado lmite de servicio, porque permite seguir de maneraconsistente los estados de esfuerzo en los elementos para los diferentes estados de

carga, hacindose de todos modos algunas verificaciones para el estado lmite deresistencia. Las obras de concreto reforzado convencional se disean en general por elmtodo del estado lmite de resistencia, aunque si el proyecto de una estructura requiereel control de fisuracin para garantizar la estanqueidad, se hacen verificaciones para elestado lmite de servicio. Las verificaciones de estabilidad al deslizamiento y al vuelco,flotacin, y estudio de esfuerzos en el terreno se hacen para el estado lmite de servicio.En la aplicacin de las cargas de sismo, no debe perderse de vista el hecho de que lascargas ssmicas prescritas por el CCP-95 y la NSR-98 son evaluadas con espectrosmayorados, es decir, consistentes con la teora del estado lmite de la resistencia.

Las combinaciones aplicables a cualquiera de los mtodos se definen segn la siguiente

ecuacin general, donde los factoresfi y y varan segn el mtodo usado:

Gupo(N)= yrfiD D +fi,(L+ i) +fi c CF + fiEE + fiBB + fi sSF

+fiw

W + fiwL

I V L +fiLLF + fiR(R + S +T)+ fiEQEQ +filcEICE

Donde:

N : Nmero del grupo o combinacin de cargaY

: Factor de carga dependiente del mtodo de diseo

13: Coeficiente de carga individual dependiente del mtodo de diseo

D: Carga muertaL : Carga vivaImpacto de la carga viva

E: Presin de tierrasB: FlotacinW: Viento en la estructuraWL: Viento en la carga vivaLF: Fuerza longitudinal por carga vivaCF: Fuerza centrfuga por carga vivaR+S+T: Acortamiento, shrinkage y temperaturaEQ: Carga de sismoSF: Fuerza de la corriente

ICE: Carga de hieloPara cada mtodo, se indican los valores de los coeficientes aplicables, a continuacin:

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4.3.7.2Combinaciones de carga para el mtodo del estado lmite de servicio

Para las estructuras de las Intersecciones que se diseen siguiendo el mtodo del estadolmite de servicio (Esfuerzos de trabajo), aplican las siguientes combinaciones de carga:

COEFICIENTES PARA DISEO POR EL MTODO DEL ESTADO LIMITE DE SERVICIOGRUPO y FACTOR[3

D L+ i CF E B SF W WL LF RST EQ ICE

I 1,00 1 1 1 1 3 E* 1 1 0 0 0 0 0 0IA 1,00 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

IB 1,00 1 0 1 1 3 E* 1 1 0 0 0 0 0 0

II 1,00 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0

III 1,00 1 1 1 [ 3 E* 1 1 0.3 1 1 0 0 0

IV 1,00 1 1 1 1 3 E* 1 1 0 0 0 1 0 0y

1,00 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0

VI 1,00 1 1 1 1 3 E * 1 1 0.3 1 1 1 0 0

V I I 1,00 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0

V II I 1,00 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1

IX 1,00 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1

X 1,00 1 1,67 0 13 E * O O O O O O O O

1,0 o 0,5 en cargas laterales sobre marcos rgidos, para culverts

1,0 para cargas verticales y laterales en todas las otras estructurasLos porcentajes de la ltima columna corresponden al porcentaje de sobre-esfuerzo admisibleen la combinacin

4.3.7.3Combinaciones de carga para el mtodo del estado lmite de resistencia

Para las estructuras de las Intersecciones que se diseen siguiendo el mtodo del estadolmite de servicio (Esfuerzos de trabajo), aplican las siguientes combinaciones de carga:

COEFICIENTES PARA DISEO POR EL METODO DEL ESTADO LIMITE DE RESISTENCIAGRUPO y FACTOR ( 3

D L+ i CF E B SF W WL LF RST EQ ICE

I 1,30 13D

* 1,67 1 1 3 E* 1 1 0 0 0 0 0 0

IA 1,30 1 3 D* 2,20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0IB 1,30 I3

D

* 0 1 1 3 E* 1 1 0 0 0 0 0 0

I I 1,30 1 3 D* O O 13E* 1 1 1 0 0 0 0 0

1 1 1 1,30 ( 3 D* 1 1 ( 3 E* 1 1 0,3 1 1 0 0 0

IV 1,30 13D

* 1 1 P I E * 1 1 0 0 0 1 0 0

V 1,25 P I D

* O O ( 3 E* 1 1 1 0 0 1 0 0

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CRITERIOS DE DISENO ESTRUCTURASREV. 1 MARZO 6, 2007

gbr

RE*

R E*

100%

150%

150%

125%

125%

125%

140%

140%

133%

140%

150%

100%


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RE*

RE*

RE*

13E*

RE*

13D*

3D*

RD*


COEFICIENTES PARA DISEO POR EL METODO DEL ESTADO LIMITE DE RESISTENCIA

GRUPO y FACTOR rD L+i CF E B SF W WL LF RST EQ ICE

VI 1,25 OD* 1 1 06* 1 1 0,3 1 1 1 0 0

VII 1,00 I3D * O O O E* 1 1 0 0 0 0 1 0

VIII 1,30 r3 D * 1 1 1 3 E

* 1 1 0 0 0 0 0 1

IX 1,30 I3 D * O O PE* 1 1 1 0 0 0 0 1

X 1,30 1,00 1,67 0 0 E * O O O O O O O O culverts

1,3 para presin lateral de tierras en muros de contencin y marcos rgidos, Excluye culverts

0,5 para presin lateral de tierras al revisar momento positivo en marcos rgidos

1,0 para presin vertical de tierras

1,0 para culverts rgidos

1,5 para culverts flexibles

0,75 para chequeo de columnas con axial mnimo y mximo momento

1,0 para chequeo de columnas con axial mximo y mnimo momento

1,0 para miembros a tensin y flexin

4.4 MATERIALES

En el diseo estructural de las obras del proyecto se utilizarn los siguientes materiales:

4.4.1 Concretos

Los concretos que se utilicen en las nuevas Intersecciones viales tendrn las siguientesresistencias nominales:

f"c= 5.000 psi, 350 kg/cm2, 35 MPa, para vigas de tableros, que hagan uso detensionamiento, y otros elementos con requisitos de resistencia especiales.

Vc= 4.000 psi, 280 kg/cm2, 28 MPa, para los dems elementos principales, biensea de superestructuras o infraestructuras. El uso de este concreto asegura una

mejor durabilidad de las estructuras.

f"c= 3.000 psi, 210 kg/cm2, 21 MPa, para elementos secundarios.

f"c= 2.500 psi, 175 kg/cm2 , 17,5 MPa, para concretos de solado.


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Los componentes de las mezclas, tamaos y gradaciones de agregado, y los sistemasde fabricacin, colocacin, transporte, curado y dems aspectos relacionados con laobtencin de concretos de calidad, estarn regulados por las especificaciones tcnicas deconstruccin.

4.4.2 Acero de refuerzo

El acero de refuerzo para concreto consistir en varillas corrugadas y/o lisas, de lassiguientes resistencias especificadas:

fy=60.000 psi, 4.200 kg/cm 2 , 420 MPa, refuerzo Grado 60 para varillas corrugadas, paravarillas #3 y superiores. Este acero deber cumplir los requisitos de sismo-resistencia delas normas ASTM A706 (NTC 2289).

fy=34.200 psi, 2.400 kg/cm2

, 240 MPa, refuerzo A-37, en varillas lisas, y solo paraestribos, espirales y refuerzo de reparticin o temperatura. No se permite el uso de esteacero como refuerzo principal. Deber cumplir con la norma ASTM A615 (NTC 161).

Tambin podr especificarse el uso de mallas electrosoldadas, fabricadas de alambre lisoo corrugado, con una resistencia nominal fy=60.000 psi, 4.200 kg/cm 2 , 420 Mpa, quecumplan las normas ASTM A185 (NTC 1925) para el caso de mallas de alambre liso, y lanorma ASTM A497 (NTC 2310) para el caso de mallas de alambre corrugado. Las mallassern soldadas de fbrica, y no se permitir la fabricacin de mallas o el uso desoldaduras de campo en acero de refuerzo para concreto, a menos que se cumplan lasnormas especiales para soldar varillas de refuerzo de la AWS.

4.4.3 Acero de tensionamiento

Cuando en el diseo de vigas principales de tableros se utilice tensionamiento, se usarncables de alta resistencia, normas ASTM A-416, A-421 y A-722 (NTC 2010, NTC 159 yNTC 2142 respectivamente). Sern Grado 270, con una resistencia nominal fy = 270 000psi, 18 900 kg/cm2 , 1 890 MPa. Irn colocados dentro de ductos que se inyectarn conlechada una vez se realicen todas las etapas de tensionamiento. Estos ductos debernser a prueba de fugas de mortero, y a prueba de reaccin con el concreto, o con elmaterial de relleno.

4.4.4 Acero estructural

Donde se requiera el uso de elementos metlicos, como barandas, incrustaciones yelementos de anclaje, se disearn con base en los siguientes materiales:

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Acero ASTM A-36 (NTC 1920), para perfiles y platinas, con una resistencia especificada ala fluencia fy=36.000 psi, 2.530 kg/cm 2, 253 MPa. Este es el acero normal parafabricacin de estructuras basadas en ngulos, perfiles laminados, y lminas.

Acero ASTM A-570 Grado 50 (NTC 3347) para lminas y platinas en elementos quepuedan requerir una mayor resistencia del acero.

Acero ASTM A-709 (NTC 4005), usado como acero estructural para puentes.

Acero ASTM A-53, Grado B (NTC 3470), con una resistencia a la fluencia fy=33.000 psi,2.320 kg/cm2 , 232 MPa, para estructuras construidas con tubos, con o sin costura, comobarandas y pasamanos.

Soldaduras electrodos E-60-XX y E-70-XX, normas AWS (American Welding Society),para empalmes soldados entre elementos de acero estructural.

Tornillos y pernos de conexin entre estructuras, clases A-307 (Grado 2), A-325 (Grado5) y A-490 (Grado 8), segn se especifique en planos.

Tambin podrn usarse pernos de anclaje mecnico o qumico, para anclaje deestructuras metlicas la concreto, iguales o similares a los producidos por Hilti, para cuyodiseo se debern seguir las recomendaciones del fabricante.

4.4.5 Otros Materiales

En los casos en que se utilicen otros materiales, como elementos de madera, aluminio,neopreno, etc., y dichos elementos cumplan funciones estructurales, sus caractersticasde resistencia y dems datos tcnicos se indicarn en las en las memorias y planos, conlas notas y aclaraciones convenientes, y en las especificaciones tcnicas de construccin.Estos materiales cumplirn los requisitos mnimos segn lo especifiquen las normastcnicas que apliquen ya sean ICONTEC, ASTM, ANSI, etc.

4.5 ANLISIS DE ESTABILIDAD

4.5.1 Generalidades

La seguridad de las estructuras de las Intersecciones Viales ser evaluada de maneraindividual para estribos, pilas y muros, en trminos de establecer los factores deseguridad al volcamiento, deslizamiento y flotacin, y compararlos contra unos valoresmnimos establecidos, considerando condiciones normales y extremas.

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4.5.2 Seguridad al deslizamiento

Se define el factor de seguridad al deslizamiento como la relacin entre las fuerzashorizontales estabilizantes, y las fuerzas horizontales desestabilizantes. Las primeras

incluyen dos componentes bsicos: Las fuerzas de friccin en la base, y las fuerzasprovenientes de la cohesin. Las segundas provienen de empujes de tierras, aguas,empujes ssmicos, etc., y se cuantifican segn cada caso particular que se estudie. Laformulacin bsica del factor de seguridad al deslizamiento es:

FSD=

(WU)f +cAEFh

donde:

FSD: Factor de seguridad al deslizamiento

W: Pesos verticales actuantes

U: Subpresin. Cuando existe, esta disminuye los pesos verticales actuantes

f: Coeficiente de friccin suelo-estructura. Normalmente, este coeficientecorresponde af=Tan(2/3 ), siendo ^el ngulo de friccin del terreno.

c: Cohesin. Este trmino ser funcin de las caractersticas del material defundacin. En general, si la fundacin de una estructura se hace sobre materiales de tipo

granular, este valor debe tomarse como cero.

A: rea de la cimentacin en contacto con el suelo.

Suma de fuerzas horizontales actuantes sobre la estructura

4.5.3 Seguridad al volcamiento

Se define como factor de seguridad al volcamiento, la relacin entre los momentos que

proporcionan estabilidad a la estructura (momentos resistentes, MR),y los momentos quetienden a volcarla (momentos actuantesMO contra un punto. La frmula general de

clculo ser:

MR

FSV=1E

M V

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Instituto de Desarrollo UrbanoINSTITUTO DE DESARROLLO URBANO - IDU

enntro tiP. Do2umentmcin62

El punto de vuelco se deber escoger adecuadamente segn la tendencia de la

estructura al giro. La subpresin, cuando ella exista, se deber tener en cuenta comouna de las fuerzas que producen tendencia al vuelco.

4.5.4 Seguridad a la flotacin

El efecto de flotacin se tendr en cuenta para aquellos casos en que no se produzca eldrenado exterior rpido, y la cimentacin pueda estar por debajo del nivel fretico. Paraque las estructuras no se levanten, se proporcionarn de manera que su peso seasuperior a la fuerza de subpresin, con un adecuado factor de seguridad. Este factor secalcula como:

FSF = WU

siendo E W la suma de fuerzas verticales hacia abajo, y U la subpresin.

4.5.5 Factores de seguridad

La estabilidad general se verificar con base en las cargas de servicio, para las diferentescombinaciones de carga segn condiciones de operacin, y para condiciones normales, ycondiciones extremas. Se definen como condiciones normales todas aquellascombinaciones de carga que puedan ocurrir frecuentemente durante la vida til de la

estructura. Se definen como condiciones extremas aquellas que solo ocurraneventualmente, como el caso de sismo, o niveles freticos extremos.

Para cada condicin de trabajo, se definen unos factores de seguridad mnimosadmisibles a los efectos de deslizamiento, volcamiento, y flotacin, segn la siguientetabla:

CONDICIONES NORMALESFSD mnimo, suelos granulares 1,50FSD mnimo, suelos cohesivos 2,00FSV mnimo, suelos granulares 3,00FSV mnimo, suelos cohesivos 2,00

FSF mnimo 1,50

CONDICIONES EXTREMASFSD mnimo, suelos granulares 1,30FSD mnimo, suelos cohesivos 1,50FSV mnimo, suelos granulares 2,00FSV mnimo, suelos cohesivos 1,50

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FSF mnimo 1,20

Para capacidad portante, el factor de seguridad en condiciones normales ser de 3,0, yen condiciones extremas ser de 2,5.

Cuando se realicen verificaciones de estabilidad intrnseca, el valor del factor deseguridad mnimo ser de 1,6, tanto para condiciones normales como extremas.

El factor de seguridad mnimo para estabilidad general del sistema ser de 1,5, tantopara condiciones normales como extremas.

4.6 ANLISIS Y DISEO ESTRUCTURAL

El anlisis estructural de los diferentes elementos que conforman las estructuras del las

Intersecciones Viales sern realizados por mtodos numricos con base en modelos eidealizaciones que reflejen de la mejor manera posible el comportamiento de la(s)estructura(s). Se har uso de programas de computador de reconocida eficacia, como elSAP 2000, y programas de anlisis y evaluacin de estructuras basados en hojaselectrnicas desarrolladas y probadas. Las evaluaciones de cargas y sus combinaciones,conducirn a establecer los estados de fuerzas internas en los elementos, para procedera realizar el posterior diseo. Las modelaciones sern tan completas como sea posible, eincluirn aspectos como la interaccin suelo-estructura, considerando los parmetros desuelos resultantes de las investigaciones geotcnicas

Se definir la vida til de la(s) estructura(s) considerando un mnimo de 50 aos, entrminos de durabilidad, estudiando las medidas preventivas para evitar el deterioro poragentes agresivos del ambiente donde se proyecten, y diseando las medidas porimplementar durante la construccin, como uso de adecuados espesores derecubrimiento del acero de refuerzo, mejoramiento de las caractersticas de las mezclasde concreto, uso de sistemas y espesores de recubrimientos de elementos metlicos, usode recubrimientos de proteccin de superficies de concreto, etc. Los documentos finalesincluirn una gua de mantenimiento preventivo, rutinario y correctivo, que permitagarantizar la durabilidad de las estructuras durante la vida til definida.

4.6.1 Superestructura

4.6.1.1 Tableros de losa

En el anlisis y diseo de las losas de tablero se seguirn los procedimientos contenidosen la seccin A.4.2 del CCP-95, bien sea que se trate de losas que constituyen latotalidad de la superestructura (pontones de losa maciza), o bien, losas que hagan partede tableros, como es el caso de placa en puentes de placa y vVigas, o puentes de

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estructura lateral. Tal es el caso de losas con armadura principal perpendicular al trfico,para luces en voladizo, y luces apoyadas sobre varios soportes (vigas o nervios).

Aplicarn los criterios sobre luz de clculo, distancia de cargas de ruedas a bordes de

losas, anchos de reparticin y dems condiciones aplicables a la evaluacin de momentosy cortantes, y para diseo de los aceros de refuerzo principales y de distribucin.

4.6.1.2 Tableros de losa y vigas

Para el anlisis y diseo de esta clase de tableros se tendrn en cuenta losprocedimientos establecidos en la seccin A.4.3. Las losas de tableros con vigas seanalizan segn corresponda a losas en voladizo o luces interiores, con armadura principalperpendicular al trfico. Se tendrn adems en cuenta las recomendaciones sobre usode diafragmas extremos e intermedios.

Para el anlisis de las vigas, se tendrn en cuenta en primera instancia para efectos dedimensionamiento inicial, los clculos basados en Factores de Rueda, para vigasinteriores y para vigas exteriores, y para evaluaciones de momentos y de cortantes. Parael diseo detallado, por solicitud del IDU, se harn las evaluaciones de transferencia delas cargas de vehculos de las losas a las vigas, basndose en Modelos de Parrilla queproduzcan resultados de mayor precisin que los obtenidos mediante los factores derueda.

Al iniciar los diseos, y dependiendo de la conveniencia segn el tipo de estructura, serealizarn predimensionamientos de superestructuras basadas en elementos de Concretopreesforzado o de acero estructural, efectuando una evaluacin econmica general quepermita seleccionar el material ms apropiado para optimizar una solucin que concilielos aspectos tcnicos y econmicos. En los diseos se tendr en cuenta la solicitud delIDU en el sentido de que se usen superestructuras continuas con vigas preesf orzadas deseccin cajn o vigas dorsales de seccin trapezoidal.

En los anlisis y diseos se descartar el uso de plaquetas prefabricadas paraconstruccin de superestructuras, y todas las losas sern monolticas, con continuidad delos aceros principales y de reparticin. Los anlisis considerarn los momentosproducidos por carga muerta y viva formulados en el CCP-95, y se harn consideracionesrelacionadas con la posible diferencia en la deformacin de los elementos de soporte dela placa (vigas), considerando la posicin critica del camin de diseo en el sentido

transversal, modelando las vigas longitudinales como resortes, cuya rigidez depende delsitio donde se realice el anlisis y de las condiciones de apoyo de las vigas.

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4.6.1.3 Tableros celulares

Los tableros celulares son un tipo de superestructura caracterizado por secciones huecascerradas formadas por la losa superior, tabiques verticales o inclinados, y la losa de

fondo. Son tambin conocidos como tableros de vigas cajn. Los tableros celulares secomportan como un solo elemento, lo que permite hacer una mejor distribucin delrefuerzo, repartindolo de manera uniforme en las losas inferior y superior. Lasintersecciones areas del proyecto han sido previstas con esta configuracin en losestudios de factibilidad, y se preservar en lo posible este tipo de solucin. El anlisis deeste tipo de superestructuras est regulado por la seccin A.4.4 del CCP-95.

4.6.2 Infraestructura

4.6.2.1 Estribos y muros de contencin

En general, los muros de contencin se analizan como elementos que deben soportar losempujes laterales ejercidos por las tierras, en condiciones estticas y dinmicas, segnlas clases de carga indicadas en el numeral 4.3 de este documento. Se incluyen dentrode ellos los estribos de puentes, donde adems de las cargas horizontales generadas porrellenos, se consideran las cargas verticales provenientes del sistema de apoyo de lasuperestructura. Se harn los anlisis de estabilidad de estos elementos, segn loindicado en la seccin 4.5, de modo que se cumpla con factores de seguridadapropiados. Para todo lo relacionada con los anlisis y diseo estructural, aplican lasnormas indicadas en el captulo A.5 del CCP-95. Se pondr especial atencin a losrequisitos sismo-resistentes de estos elementos, de modo que el desarrollo de

articulaciones plsticas que permiten disipar la energa ssmica tenga lugar en zonas defcil acceso y reparacin, protegiendo los elementos de ms difcil mantenimiento en casode un evento ssmico. De requerirse, se podr contemplar la utilizacin de las losas detransferencia o aproximacin de estribos en el trabajo de controlar los movimientoslongitudinales del puente, aprovechando la friccin de las losas sobre los terraplenes, conel fin de reducir el efecto directo sobre los espaldares de los estribos en el evento en quelos clculos estimen el cierre de la totalidad de la junta de dilatacin de los extremos.

Para el dimensionamiento de las zonas bajas se tendr en cuenta que los terraplenes deacceso debern constituirse por s mismos en las zonas encerradas, es decir, que ellmite de las zonas encerradas estar definido por los estribos de la estructura y no

podrn superar alturas de 2,50 libres en las zonas bajas; as mismo, los terraplenes deacceso tendrn pendientes de ascenso y descenso inferiores o iguales al 6%, y seconsiderar el uso de rellenos compactados en tierra reforzada, ceniza u otrasalternativas disponibles, y usando muros de confinamiento (aletas). Adicionalmente, setendr en cuenta que las zonas bajas debern mantener un glibo mnimo a la superficiepeatonal de 2,20 metros.

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4.6.2.2 Requisitos para pilas

Se denominan Pilas los elementos de Infraestructura que sirven de apoyos intermedios asuperestructuras de varias luces. Su propsito es transmitir de manera adecuada las

cargas provenientes del tablero a la fundacin.

En el dimensionamiento de elementos tipo pila se tendr en cuenta que el glibo mnimopara las calzadas vehiculares incluyendo retornos en las zonas bajas ser de 5,00metros, y se har previsin de una altura adicional de 0,20 metros para futurosreparcheos o pavimentaciones de las calzadas vehiculares inferiores.

Al igual que en el caso de los estribos y muros de contencin, las estructuras tipo Pilacumplirn requisitos especiales de sismo-resistencia, adelantando el anlisis y diseo enforma tal que la estructura sea provista de articulaciones que puedan desarrollar laplastificacin ante las cargas ssmicas, y que ellas se concentren en los elementos decolumna, cuyo futuro acceso y reparacin sea fcil. Se harn verificaciones en aquelloscasos en que los niveles de relleno y las zonas duras ejerzan algn tipo de restriccin all ibre comportamiento de pilas y columnas, evitando el efecto de columna corta.

Se pondr especial atencin en el diseo a los sistemas y longitudes de apoyo de loselementos de superestructura en la infraestructura, utilizando los valores mnimosdefinidos en el CCP-95, seleccionando dicha longitud segn los movimientoslongitudinales y transversales derivados del anlisis estructural, considerando la

posibilidad de divergencia de movimiento de las unidades de apoyo.

En la localizacin de las Pilas se harn consideraciones relacionadas con lasimplicaciones de futuras ampliaciones, de modo que ellas se puedan realizar hacia loscostados, y en los casos en los que haya circulacin de vas inferiores, la localizacin delas pilas corresponder a la ubicacin de los separadores, usando el menor nmero

posible de elementos tipo columna. Toda localizacin de apoyos tipo pila serconsecuente con la investigacin sobre localizacin de redes, de modo que se respetenlas distancias adecuadas, y se compruebe su localizacin mediante apiques en los sitios

proyectados de cada unidad de cimentacin.

4.6.2.3 Cimentaciones profundas

Se prev que, dadas las condiciones del subsuelo, y la magnitud de las cargas a

transferir a las fundaciones, ser necesario el uso de sistemas de pilotes en lasintersecciones del proyecto. Se considera que la solucin de pilotes pre-barrenados serde extensa aplicacin. El anlisis y diseo de estos elementos estar regulado por lasindicaciones del Captulo A.6 del CCP-95, seccin A.6.6.

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Se establece como criterio de anlisis, a solicitud del IDU, que los pilotes no debern serexigidos por encima del rango elstico, proporcionando las articulaciones en loselementos tipo estribo o pila, de modo que los valores de momento y cortante ssmico nosuperen los valores plsticos de las rtulas, los cuales no sern superiores a laresistencia elstica de los sistemas de pilotes.

4.6.3 Diseo estructural

4.6.3.1 Concreto reforzado

Consideraciones generales de diseo

El clculo de los elementos de concreto reforzado se har siguiendo la normatividadcontenida en el captulo A.7 del CCP, y las recomendaciones aplicables de la normaNSR-98, considerando las resistencias del concreto de cada elemento estructural, segnlo indicado en la seccin de Materiales de este documento. En las evaluaciones delMdulo de Elasticidad del Concreto se considerar el valor adoptado por la norma NSR-98 como valor medio para toda la informacin experimental nacional, que corresponde a:

E, =39004 f'c , en MPa,

tomando como base la resistencia del concreto utilizado, tambin en MPa. La relacin dePoisson para el concreto se tomar con el valor de 0,20. El mdulo de elasticidad del

acero de refuerzo se tomar como Es=2.040.000 kg/cm2en todos los casos.

En general, para elemento de concreto, se utilizarn las alturas mnimas recomendadasen la Tabla A.7-1 del CCP-95, para miembros prismticos, de modo que no existanproblemas de deflexiones. En los casos en los que por conveniencia o necesidad seusen alturas mnimas inferiores a las indicadas en dicha tabla, se harn lascomprobaciones de deflexiones necesarias que demuestren que la capacidad de serviciode los elementos es adecuada.

En el diseo de las superficies en concreto se definir en las especificaciones deconstruccin el uso de formaletas metlicas que garanticen un acabado uniforme, limpio yl ibre sin quiebres, porosidades, rugosidades, etc.

De manera general, se adopta como mtodo de diseo de los elementos de concretoreforzado, el mtodo del estado lmite de resistencia, o de los esfuerzos ltimos. Cuandose use de manera alternativa el mtodo del estado lmite de servicio, este se indicarespecficamente en la memoria, indicando las razones que condujeron al uso de dichomtodo.CONSORCIO TRONCAL CARRERA 7 CRITERIOS DE DISEO ESTRUCTURASESTUDIOS Y DISEOS TRONCAL CARRERA 7 REV. 1 MARZO 6, 2007U :\ UNIFICADOTROYECTOS \ I DU Carrera

7\entregas informe de gbrcriterios de diseo estructural \entrega 6 de marzo2007\TK7-G5-1-

Rl.doc
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La resistencia de diseo que tiene un elemento, en trminos de momento flector, cargaaxial, cortante y torsin, debe ser igual a su resistencia nominal calculada, multiplicadapor un coeficiente de reduccin de resistencia, 4). En general,

Resistencia de Diseo = 4) (Resistencia Nominal) > Resistencia Requerida

Los coeficientes de reduccin de resistencia que deben adoptarse son:

Flexin sin carga axial................................. 0=0,90

Traccin axial, con o sin flexin.................. 4)=0.90

Compresin axial, con o sin flexin

Miembros con refuerzo en espiral ..... 4)=0,75

Miembros reforzados de otra forma .. 4)=0,70

Para valores de compresin axial bajos, el valor de puede aumentarse linealmentehasta 0,90

Cortante y torsin.......................................... 4)=0,85

Presin de contacto sobre el concreto.......... 4)=0,70

4.6.3.2 Flexin y fuerza axial

El diseo de secciones transversales sometidas a flexin, o a fuerza axial, o a flexin yfuerza axial combinadas, estar basado en la compatibilidad de esfuerzos ydeformaciones, donde las deformaciones unitarias del refuerzo y del concreto se suponendirectamente proporcionales a la distancia desde el eje neutro del elemento, excepto enmiembros de gran altura. La mxima deformacin unitaria del concreto en la fibraextrema a compresin ser de 0,003. En general, no se considera la resistencia atraccin del concreto.

Los principios generales, requisitos y formulaciones que se usen para realizar los anlisisy diseos de los elementos estructurales de concreto reforzado sometidos a flexin yfuerza axial, sern los contenidos en las secciones A.7.8.5 (Flexin), A.7.8.6 (Miembros acompresin), A.7.8.7 (Acciones biaxiales), A.7.8.8 (Efectos de esbeltez en miembros acompresin), del CCP-95, y el las indicaciones del Captulo C-10 de la norma NSR-98.

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Los requisitos de refuerzo mnimo a flexin y fuerza axial sern los indicados en laseccin A.7.9 del CCP-95. De igual modo, debern cumplirse los requisitos sobrecolocacin del refuerzo, recubrimientos, ganchos y detalles de doblado, longitudes deanclaje, desarrollo y de traslapo indicadas en las secciones A.7. 12 y siguientes, delCCP-95.

Cortante y torsin

El diseo de secciones transversales sometidas a cortante y traccin diagonal se basaren la contribucin combinada de la resistencia a cortante proporcionada por el concreto, yla resistencia proporcionada por el refuerzo, aplicando el factor de reduccin deresistencia correspondiente. En el clculo de la resistencia aportada por el concreto,debern tenerse en cuenta los efectos de traccin o compresin axial, en particularcuando estos reduzcan la resistencia nominal del concreto.

Los principios generales, requisitos y formulaciones que se usen para realizar los anlisisy diseos de los elementos estructurales de concreto reforzado sometidos a cortante ytorsin, sern los contenidos en las secciones A.7.8.9 (Cortante), A.7.8.10 (Cortante porfriccin), A.7.8.11 (Cortante horizontal en elementos compuestos), A.7.8.12 (Cortante enplacas y zapatas), A.7.8.13 (Disposiciones para alcantarillas en cajn), A.7.8.14(Disposiciones para Mnsulas y Cornisas), del CCP-95, y el las indicaciones del CaptuloC-11 de la norma NSR-98.

Los requisitos de refuerzo mnimo a cortante y torsin sern los indicados en la SeccinA.7.10 del CCP-95.

Requisitos ssmicos para concreto reforzado

Adems de los requisitos convencionales establecidos en los procedimientos de anlisis ydiseo de elementos de concreto reforzado, deben cumplirse requisitos especiales dediseo Sismo-resistente, aplicables segn la categora de comportamiento ssmico de laestructura. Dichos requisitos se hallan consignados en la seccin A.7.24 del CCP-95, sonde obligatorio cumplimiento para obtener estructuras con adecuado comportamiento en elrango inelstico.

4.6.3.3 Concretopreesforzado


En el anlisis y diseo de las superestructuras de las intersecciones, en los elementosque sean pre-esforzados, se utilizarn los procedimientos indicados en el Captulo A.8CONSORCIO TRONCAL CARRERA 7 CRITERIOS DE DISENO ESTRUCTURASESTUDIOS Y DISEOS TRONCAL CARRERA 7 REV. 1 MARZO 6, 2007U :\UNIFICADMPROYECTOS IDU Carrera7\entregas informe de gbrcriterios de diseo estructural \entrega 6 de marzo2007\TK7-G5-1-R1 .doc


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del CCP, correspondiente a concreto preesforzado. Se evaluarn los estados deesfuerzos en las diferentes etapas (viga prefabricada, viga+losa en seccin compuesta), ypara condiciones a corto y largo plazo. Se evaluarn las prdidas de tensionamiento pordiferentes conceptos, incluyendo prdidas por friccin, por acortamiento elstico, por flujoplstico, por relajacin, y por corrimiento del anclaje. Se evaluarn las trayectorias decables, y se establecern las fuerzas de tensionamiento en el gato que permitan obtenerel adecuado tensionamiento efectivo en los elementos. En el diseo de las superficies enconcreto pre-esforzado se definir en las especificaciones de construccin el uso deformaletas metlicas que garanticen un acabado uniforme, limpio y libre sin quiebres,porosidades, rugosidades, etc.

Esfuerzos admisibles

El diseo de los elementos pre-esforzados se basar en la resistencia y elcomportamiento bajo condiciones de servicio en todas las etapas de carga que puedan

ser crticas durante la vida de la estructura. Se supone que las deformaciones varanl i nealmente con la profundidad del miembro, para todo el rango de carga. Antes de lafiguracin, los esfuerzos son linealmente proporcionales a las deformaciones. Despusde la figuracin, el concreto no resiste tensin.

Esfuerzos en el acero de preesfuerzo

Miembros pretensados: 0,70 para tendones relevados de esfuerzos

Miembros pretensados: 0,75f pu para tendones de baja relajacin.Se admiten sobreesfuerzos hasta 0,85f pu por cortos perodos de tiempo.Miembros postensados: 0,70 fpu

Se admiten sobreesfuerzos hasta 0,90 fpy por cortos perodos de tiempo.

Bajo cargas de servicio despus de prdidas: 0,80fpy

Esfuerzos en el concreto para diferentes estados de carga

Esfuerzos temporales antes de prdidas de flujo plstico y retraccin:

e Compresin en miembros pretensados ...................... 0,60 f'ci

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Compresin en miembros postensados ..................... 0,55 f'ci

Tensin, en kg/cm 2.................................. ft= 2,011.f iEsfuerzos bajo cargas de servicio despus de prdidas dependientes del tiempo:

Compresin, en kg/cm 2 fc = 0,40f'c Tensin en zonaprecomprimida, refuerzo adherido ......... ft=1,6V7Tc

Esfuerzos de fisuracin, concreto de peso normal ........... ft =2,0ffj

Esfuerzo de contacto en anclajes ...... 210 kg/cm2 , sin exceder 0,90 f'ci

Prdidas de preesfuerzo

Las prdidas debidas a conceptos diferentes a friccin se evaluarn segn lo indicado enla seccin A.8.8.2 del CCP-95. El clculo de prdidas por friccin se basarn en valoresadecuados de los coeficientes de desviacin y curvatura, que se debern verificar en lasoperaciones de tensado. La evaluacin de las prdidas por friccin se har segn loindicado en la seccin A.8.8.1 del CCP-95.

Cortante y torsin

El diseo de secciones transversales sometidas a cortante y traccin diagonal se basaren la contribucin combinada de la resistencia a cortante proporcionada por el concreto, yla resistencia proporcionada por el refuerzo, aplicando el factor de reduccin deresistencia correspondiente. En el clculo de la resistencia aportada por el concreto,debern tenerse en cuenta lo indicado en la seccin A.8.7.4.2 del CCP-95. En laevaluacin de la resistencia proporcionada por el acero de refuerzo en el alma no sepodrn considerar aceros con resistencia superior a fy=4200 kg/cm 2 . En miembroscompuestos, la transferencia de las fuerzas de corte horizontal debe hacerse de acuerdocon los requisitos de A.8.7.4.4.3 A.8.7.4.4.4 del CCP-95.

Otros requisitos

Los elementos de concreto preesforzado deben poseer adecuada ductilidad, para lo cualdebe limitarse la cantidad de acero de preesfuerzo, segn lo indicado en la seccin

A.8.7.5.1 del CCP-95. De igual modo, la cantidad de acero preesforzado y no

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preesf orzado debe ser adecuada para desarrollar un momento ltimo en la seccin crticade por lo menos 1.2 veces el momento de agrietamiento de la seccin.

4.6.3.4Acero estructural


En el anlisis y diseo del los elementos metlicos de las intersecciones, se tendrn encuenta los requisitos del captulo A.9 del CCP-95, correspondiente a acero estructural.Podrn usarse en los anlisis y diseos cualquiera de las dos metodologas de usoextendido en elementos de acero, bien sea el mtodo de diseo por esfuerzos admisibles(ASD), consignado en la Parte C del captulo A.9 del CCP-95, o el mtodo de diseo delos coeficientes de carga y resistencia (LRFD), contenido en la Parte D del mismocaptulo. En cualquiera de los dos casos, debe hacerse uso consistente de las

metodologas adoptadas, y no mezclarlas durante el proceso de diseo.

Independientemente del mtodo que se use, se debern cumplir requisitos mnimosdimensionales, como relaciones de altura de vigas respecto de su luz, longitudes lmitesde miembros sometidos a compresin para controlar la esbeltez, espesores mnimos deelementos, contraflechas, radios de curvado por calentamiento, etc., requisitos descritosen la Parte B del captulo A.9 del CCP-95. Es de particular importancia en el diseo deestructuras metlicas de estructuras para trfico de vehculos, hacer consideraciones

adecuadazas relacionadas con repeticiones de carga, tenacidad, y resistencia a la fatiga,segn lo indicado en esta parte del CCP-95.

Esfuerzos admisibles y actuantes para el mtodo ASD

El mtodo de diseo de los esfuerzos admisibles, de uso generalizado en estructurasmetlicas para puentes y obras viales, se proporcionan los miembros estructuralesutilizando cargas de servicio, y se verifican los esfuerzos actuantes por comparacin conlos esfuerzos admisibles, para flexin, tensin, compresin, cortante, y suscombinaciones. El CCP-95 ha resumido los esfuerzos admisibles en el acero para lasdiferentes fuerzas internas en los elementos, en las tablas A.9-8 a A.9-13, incluidas en laseccin A.9.32. Las caractersticas y limitaciones de diseo de vigas laminadas seencuentran en la seccin A.9.33, las de vigas ensambladas, almas, aletas y rigidizadoresen la seccin A.9.34, las de armaduras en A.9.35, y las formulaciones para considerarlas combinaciones de esfuerzos en la seccin A.9.36. La seccin A.9.38 regula el diseode vigas principales compuestas, conformadas por vigas principales de acero con losasde concreto unidas por medio de conectores, de uso extendido en superestructuras depuentes.

Diseo por el mtodo LRFDCONSORCIO TRONCAL CARRERA 7 CRITERIOS DE DISENO ESTRUCTURASESTUDIOS Y DISEOS TRONCAL CARRERA 7 REV. 1 MARZO 6, 2007

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La parte D del captulo A.9 presenta como mtodo alterno de diseo de vigas continuas ysimplemente apoyadas, el mtodo de los coeficientes de carga y resistencia. A fin degarantizar adecuadas condiciones de servicio y durabilidad, insiste en dar especialconsideracin al control de deformaciones permanentes por sobrecargas, a lascaractersticas de fatiga bajo cargas de servicio, y al control de deflexiones de carga vivade servicio, cuando se disee por este mtodo.

Cuando se diseen vigas principales simtricas, bien sea que se trate de vigas desecciones compactas, secciones arriostradas no compactas, secciones no arriostradas,vigas con rigidizadores transversales, con rigidizadores longitudinales, se deben seguirlas indicaciones sobre dimensiones y evaluaciones de esfuerzos y resistencias indicadosen la seccin A.9.48 del CCP-95. La seccin A.9.49 de la misma norma establece losrequisitos para vigas principales asimtricas, y la seccin A.9.50 para vigas principalescompuestas. La capacidad de miembros a compresin, o sometidos a carga axial y

flexin combinadas se dan en la seccin A.9.54 del CCP-95.

Conexiones y juntas

Independientemente del mtodo de anlisis y diseo que se utilice, las conexiones yjuntas entre elementos deben disearse para transferir con adecuada seguridad lasfuerzas que se presenten en el sitio de la conexin. Podrn utilizarse conexionespernadas, soldadas, o una combinacin de ellas, dependiendo de cada caso particular.

En el caso del diseo por LRFD, las formulaciones de clculo de conexiones soldadas seencuentran en la seccin A.9.56.1.2 del CCP-95, y lo referente a conexiones con pernosse indica en la seccin A.9.56.1.3. En las conexiones de elementos estructurales

mediante pernos, se presta especial a las conexiones por friccin, o juntas dedeslizamiento crtico.

Si las estructuras se disean por ASD, los requisitos de conexiones soldadas seencuentran en la seccin A.9.32.2 del CCP-95, y lo referente a conexiones con pernos seindica en la seccin A.9.32.3. En las conexiones de elementos estructurales mediante

pernos, se presta especial a las conexiones por friccin, o juntas de deslizamiento crtico.

4.6.3.5 Otros elementos

Apoyos

En general, dados los tipos de estructuras previstos en las intersecciones, en los que seprevn superestructuras de concreto basadas en vigas cajn, o vigas dorsales, y cajonesde concreto para pasos deprimidos, se considera que los sistemas de apoyo entreelementos de superestructura y de infraestructura estarn basados en el uso de apoyosCONSORCIO TRONCAL CARRERA 7 CRITERIOS DE DISENO ESTRUCTURASESTUDIOS Y DISEOS TRONCAL CARRERA 7 REV. 1 MARZO 6, 2007

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elastomricos (neopreno). Los apoyos elastomricos permiten transferir las cargas, yacomodarse a los movimientos relativos entre la superestructura y la infraestructura.Podrn ser de tipo simple (lminas de elastmero simples) o de tipo reforzado (lminasalternadas de elastmero y acero pegadas entre si), segn la conveniencia de cadaestructura particular. La capacidad de los apoyos ser funcin de las propiedades delelastmero, especificadas segn el tipo de dureza. El diseo de estos apoyos estregulado por las indicaciones de la seccin A.10.2 del CCP-95.

Barandas y barreras de trfico.

Para las estructuras de las Intersecciones vehiculares se utilizarn sistemas de barandasen concreto tipo New Jersey que cumplan con el nivel de prueba de colisin requeridosegn la normatividad vigente, adoptando diseos que hayan sido probados.Especficamente para puentes vehiculares rectos se garantizar un nivel de prueba TL-4y para puentes vehiculares curvos un nivel de prueba TL-5.

Las barandas, pasamanos y bordillos cumplirn con lo exigido en la norma NTC 4774 y elcaptulo A.11 del CCP-95. En el diseo de barreras longitudinales para trfico devehculos (New Jersey) considerarn una carga transversal de diseo P no inferior a 4540kilogramos. Para barreras sin pasamanos, ella se colocar totalmente en la partesuperior de la barrera, cuya altura no podr ser inferior a 70 centmetros medidos a partirde la superficie de rodadura. Para barreras con pasamanos, la carga se distribuirproporcionalmente a la barrera y a los pasamanos, y se considerar una carga horizontalde pasamanos adicional de 75 kg/m. Las barandas para peatones que hagan parte delas intersecciones vehiculares tendrn una altura mnima de 1.10 metros, y cumplirn losrequisitos de separacin entre elementos horizontales que impidan que una esfera de 15cm de dimetro pase a travs de cualquier abertura.

Juntas

De acuerdo con la solicitud del IDU, slo se implementarn juntas de dilatacin en losextremos de la superestructura de las intersecciones, de modo que la losa sea continuaen los posibles apoyos intermedios. Las juntas sern de tipo elastomrico (no se haruso de juntas metlicas), y sus dimensiones y caractersticas se establecern de acuerdocon los movimientos esperados de la superestructura, tanto por consideraciones decambios de temperatura, como por consideraciones relacionadas con movimientosssmicos.

4 . 7 PROCESOS CONSTRUCTIVOS Y PRUEBAS DE CARGA

En los anlisis y diseos de las intersecciones se tendrn en cuenta consideracionesespeciales relacionadas con procesos constructivos y pruebas de carga. Para tal fin, se




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efectuarn un primer anlisis para el diseo de la estructura como operar normalmente,un segundo anlisis para verificar el diseo bajo las condiciones propuestas de montaje, yun tercer anlisis para definir los parmetros de control en las pruebas de carga de lasestructuras.

Dentro del desarrollo de los diseos se definir cada uno de los procesos constructivos yde montaje de estructuras verificando a travs de modelaciones matemticas el estadode esfuerzos y deformaciones de los diferentes elementos estructurales, definiendopuntos de control y especificaciones del proceso de construccin. Ser de particularimportancia el uso de apuntalamientos temporales de tramos de superestructura,detallado la secuencia de construccin para garantizar el sistema de continuidad de lasuperestructura, la verificacin de acortamientos esperados verificando esfuerzosinducidos en pilas y prticos que puedan ocasionar fisuracin o agrietamiento de estoselementos, el sistema de izaje de vigas previendo orificios para disposicin de cables yotros elementos de montaje,

En el caso de sistemas deprimidos, se especificarn detalladamente las secuencias deexcavacin y vaciado de pantallas verificando esfuerzos generados durante laconstruccin sobre estos elementos, garantizando que durante el proceso constructivo losempujes generados no ocasionen desplazamiento de las pantallas en forma convergenteque disminuyan el ancho til definido para el deprimido y evitando que se generenfisuraciones o agrietamientos en el espaldar de la pantalla que faciliten el deterioro porfenmenos de corrosin del refuerzo. Tambin se definirn las condiciones mnimasrequeridas por la excavacin para mantener la estabilidad de pantallas durante el procesode construccin.

Como parte del proceso de diseo se elaborarn los protocolos para la ejecucin pruebasde carga estticas y dinmicas para las intersecciones, partiendo de la premisa que setratan de pruebas para la verificacin de la capacidad estructural.

Para tal propsito se harn modelaciones matemticas que reflejen cada una de lascondiciones de carga de la prueba, definiendo los puntos crticos a controlar en trminosde esfuerzos y deformaciones, tabulando los rangos de magnitudes esperadas tanto deesfuerzos como deformaciones segn los modelos para cada uno de los incrementos y

decrementos de carga, incluyendo condiciones de precargas y elaborando un documentoque permita el seguimiento a las pruebas. Se tendrn en cuenta los estudios, anlisis yresultados de ejecucin de pruebas de carga ejecutados con anterioridad al presenteestudio en los diferentes proyectos del IDU, y la bibliografa internacional aplicable,mejorndolas y cubriendo como mnimo lo especificado en ellas.

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diseÑo de intersecciones. cargas

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