diseÑo de un puente de losa y viga con luz de 19 m

DISEÑO DE UN PUENTE DE PLACA Y VIGA CON LUZ DE 19 m.

HUGO ALFREDO SILVA RIBÓN

Código: 20 01 11 50 44

Presentado al docente:

ING. JORGE GONZÁLEZ G.

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

SANTA MARTA

2005

PRESENTACIÓN

La realización de diseños en las diferentes asignaturas cursadas durante

el desarrollo de la carrera, abre el horizonte y provee de herramientas

útiles al estudiante para su desempeño en el mundo laboral.

Desde la antigüedad el ser humano resolvió sus problemas de

comunicación y desplazamiento utilizando los materiales con que

contaba y recurriendo a su ingenio, no obstante ahora se dispone de la

tecnología y de los avances en el campo de la ingeniería que hacen

posible salvar grandes luces, que antes sería imposible pensar en ello.

El diseño de puentes ha tenido significativos avances durante el

desarrollo de la humanidad, ha contribuido al desarrollo de zonas

apartadas y ha mejorado la economía de regiones apartadas debido a su

difícil acceso por condiciones del relieve o por la presencia de obstáculos

naturales o artificiales.

A continuación se presenta la metodología de diseño de un puente de

luz de 19 m, del tipo de viga y placa.

DISEÑO DE LA PLACA, VIGAS: EXTERIOR E INTERIOR DE UN

PUENTE DE LUZ DE 19 m.

Prediseño.

Se tiene una calzada con 2 carriles, el ancho de calzada es de 8.80 m.

0.4 m 0.4 m

19 m

18.6 m

0.25 m

b

1 %1 %

0.35 m

0.30 m

0.35 m

0.30 m

8.10 m

0.20 m

0.20 m

1.10 m

1.10 m 2.20 m 2.20 m 2.20 m 1.10 m

0.4 m

0.4 m

0.4 m

0.4 m

18.2 m

Número de vigas.

Número de vigas = Número de carriles + 1 = 2 + 1 = 3.

Ancho total de la calzada = 8.80 m.

Separación entre vigas, Sv.

Esta separación es alta considerando el valor normal aceptable y

recomendado para Colombia de separación entre las vigas que es 2 m.

Se colocarán 4 vigas con el objeto de bajar esta separación.

Número de vigas = 4

Separación entre vigas, Sv.

Ancho de vigas.

Espesor de placa, eplaca.

… Luces continuas.

Altura de vigas hv.

… Viga simplemente

apoyada.

Diseño de la placa con refuerzo principal perpendicular al

tráfico.

Especificaciones para la losa.

Camión de diseño: camión C-40-95.

Concreto con f’c = 5000 psi = 350 kg/cm2.

Acero de fy = 4200 kg/cm2.

Diseño de la placa interior.

Análisis de cargas.

Carga Muerta (CM).

Descripción. Cargas

Peso propio de la losa2400 x 0.20 x

1=

480

kg/m

Capa de rodadura, concreto asfáltico2200 x 0.05 x

1=

110

kg/m

WCM =590

kg/m

Carga viva.

PCamión = 15 ton.

Prueda = 7.5 ton.

Prueda x I = 1.3 x 7.5 ton = 9.75 ton.

Se utiliza el impacto máximo de I = 30 %.

Momentos en apoyos y entre apoyos.

Diseño del refuerzo por efecto de flexión con la teoría última.

Se diseña con la combinación crítica, Grupo I.

Recubrimiento:

Se utilizará un recubrimiento para la parte superior de 5 cm.

Se utilizará un recubrimiento para la parte inferior de 2.5 cm.

Momento Negativo.

Se utilizarán varillas No. 5, con diámetro igual a 15.9 mm y área Av = 2

cm2.

De tablas con f’c = 350 kg/cm2 y fy = 4200 kg/cm2, se tiene:

Se colocarán 5 varillas No. 5, con:

Momento Positivo.


cm2.



Refuerzo de distribución.

Este refuerzo de distribución es el 67 % del área de acero colocada para

el momento positivo.

Se utilizarán varillas No. 4, con Av = 1.29 cm2.


Como el diseño a flexión de la losa se hizo siguiendo los lineamientos de

la norma, no se exige la revisión de corte y adherencia.

Refuerzo por temperatura.

Se colocarán 3 cm2/m para cumplir con los requerimientos de la norma.

Se utilizarán varillas No. 4, con Av = 1.29 cm2.

Diseño de la placa en voladizo.


Carga Muerta (CM).

El análisis se hará por metro de ancho.

0.9 m

0.35 m

0.3 m

0.2 m

0.2 m

0.05 m

0.3 m

P

0.25 m

I

III

II

IV

0.20 m

A

Se utilizará una baranda metálica, de peso por metro lineal de 50 kg/m y

con postes espaciados cada 3 metros.

El ancho de distribución para la carga de las barandas está dado por:

De la figura

Zona A (m2)

(kg/m3) (m)E

(m)P

(kg)M

(kg.m)

I 0.20 x 0.9= 0.18 2400 0.45 - 432 194.4

II0.05 x 0.55 =

0.02752200 0.275

-60.5 16.64

III0.325 x 0.20 =

0.0652400 0.737

-156 114.97

IV - - 0.82.14 3 x

5056.07

Sumatorias

798.5

382.08

Carga Viva (CV).

Se toma:

Combinación crítica, Grupo I.


cm2.



Diseño de la viga riostra.

Posiciones de carga para efectos máximos por carga viva.

La sección escogida para las vigas riostras es de 0.20 m de ancho por

1.10 m de alto.


Carga muerta.

Descripción. Carga/m

Peso de propio de la riostra 0.2 x 1.10 x 2400 528 kg/m

Suma de cargas = 528 kg/m

Momento entre apoyos y en apoyos para la viga riostra por carga

muerta:

Cortante para la viga riostra por carga muerta:

Sección

1.10 m

0.20 m

Viga Viga Viga riostra

2.2 m

P

2.2 m

P

Momento máximo Corte máximo

Carga viva.

PCamión = 15 ton.

Prueda = 7.5 ton.

Prueda x I = 1.3 x 7.5 ton = 9.75 ton.

Se utiliza el impacto máximo de I = 30 %.

Momento entre apoyos y en apoyos para la viga riostra por carga viva:

Cortante para la viga riostra por carga viva:

Diseño a flexión.

Combinación crítica, Grupo I.

Se utilizarán varillas No. 7, con diámetro igual a 22.2 mm y área Av =

3.87 cm2.

Se coloca cuantía mínima, de tablas con f’c = 350 kg/cm2 y fy = 4200

kg/cm2.


Diseño a Cortante.


Separación de los estribos:

Se utilizarán estribos de varilla No. 3, con Av = 0.71 cm2 y fy = 4200

kg/cm2.

La separación de los estribos será la menor distancia de:

Colocar E No. 3 cada 50 cm, a partir de 5 cm del borde del apoyo.

Diseño de las vigas interior y exterior del puente.

Especificaciones para la viga.

Camión de diseño: camión C-40-95.

Concreto con f’c = 5000 psi = 350 kg/cm2.

Acero de fy = 4200 kg/cm2.

Carga Muerta (CM).

Las barandas, los bordillos y la capa de rodadura de pavimento asfáltico,

se colocarán una vez haya fraguado la losa, asegurando tal proceso

constructivo que las cargas puedan repartirse por igual para cada una

de las vigas.

Descripción. Cargas

Peso de los voladizos© 798.5 x 2 = 1597 kg

Peso losa y Capa de rodadura¤ 590 x 7 = 4130 kg

Vigas 4 x (0.4 x 1.10 x 1 x 2400) = 4224 kg

Riostras (2 x (0.2 x 1.10 x 5.4) + (0.2 x 0.85 x 5.4))x

2400 /19416 kg

Suma de cargas = 10367 kg

© Tomado del análisis de carga del voladizo, P.¤ Tomado del análisis de carga para la placa interior, WCM.

E No. 3 @ 0.50 m

2 No. 7

2 No. 7

Detalle de refuerzo principal y estribos en la viga riostra

0.15

0.15

1.0 1.0

0.10

0.10

Lc = 2.50 m

Detalle de Estribo No. 3

Momento para las vigas por carga muerta:

Carga viva.

PCamión = 15 ton 15 ton 10 ton

Prueda = 7.5 ton 7.5 ton 5.0 ton

Prueda x I = 9.547 ton 9.547 ton 6.365 ton

Factor de rueda.

Para viga exterior

Para viga interior

Se presenta el caso: Sv < b + 0.6:

Situación 1.

Sv = 2.2 m

a = 0.2 m

b = 1.6 m

2.2 m 1.1 m

0.55 m

1.8 m

0.6 m

0.35 m

2.35 m

P P

1.1 m 2.2 m

2.2 m

2.2 m

1.1 m

1.8 m 1.8 m0.6 m 0.6 m

b a

Situación 2.

Sv = 2.2 m

d = 1.0 m

e = 0.4 m

Se toma el mayor valor de los FR y se diseñan todas las vigas con él, así

todas las vigas tendrán la misma capacidad de carga.

FR = 1.64.

PCamión = 15 ton 15 ton 10 ton

Prueda = 7.5 ton 7.5 ton 5.0 ton

Prueda x I = 9.547 ton 9.547 ton 6.365 ton

Prueda x I x FR = 15.657 ton 15.657 ton 10.439 ton

Según el Teorema de Barré para 11 m < L < 28 m, la ubicación de las

cargas que producen los mayores efectos es la siguiente:

Tomando momentos con respecto al punto B, se halla la reacción en el

apoyo A.

1.1 m 2.2 m

2.2 m

2.2 m

1.1 m

1.8 m 1.8 m1.2 m

d e

13.25 m

9.25 m

5.25 m

9.5 m

9.75 m

4 m0.25

m4 m

2/3 PPP

RA

A BC

Momento para las vigas por carga viva:

Este momento se halla a 0.25 m del centro de la luz (punto C).

Diseño del refuerzo para las vigas por efecto de flexión con la teoría

última.


Se colocarán barras en paquete, para lo cual:

Recubrimiento: El recubrimiento mínimo de concreto debe ser igual al

diámetro equivalente del paquete, sin necesidad de ser mayor de 5 cm.

Se utilizarán varillas No. 10, con diámetro igual a 32.3 mm y área Av =

8.19 cm2; además se colocarán paquetes de 4 barras con lo cual el

diámetro equivalente es el que se deduce del área total de las barras

colocadas en el paquete, como sigue:

Se utilizará un recubrimiento de 7 cm.


Se colocarán en el centro de la viga 4 paquetes de 4 varillas No. 10, con:

Momento en el tercio inicial y en el tercio final de la luz de la viga.

Carga muerta

Carga viva

L/319 m

RA

A B

WCM = 2.6 ton/m

13.25 m

9.25 m

5.25 m

9.5 m

9.75 m

4 m0.25

m4 m

2/3 PPP

RA

A BC

L/3

Paquete de 4 No. 10


Se colocarán barras en paquete, para lo cual se utilizará un

recubrimiento de 7 cm.


Se colocarán en el tercio inicial de la viga 4 paquetes de 4 varillas No. 10

por facilidad de construcción, con:

Tercio final de la viga.


Se colocarán barras en paquete, para lo cual se utilizará un

recubrimiento de 7 cm.


Se colocarán en el tercio final de la viga 4 paquetes de 4 varillas No. 10

por facilidad de construcción, con:

Diseño a Cortante para las vigas.

Cortante a una distancia “d” del borde del apoyo.

Carga Muerta

Carga Viva

Cortante último.


WCM = 2.6 ton/m

d19 m

RA

A B

13.25 m

9.25 m

5.25 m

9.5 m

9.75 m

4 m0.25

m4 m

2/3 PPP

RA

A BC

d

Separación de los estribos:

Se utilizarán estribos de 2 ramas de varilla No. 3, con Av = 0.71 cm2 y fy

= 4200 kg/cm2.

La separación de los estribos será la menor distancia de:

Colocar E No. 3 cada 19 cm, a partir de 5 cm del borde del apoyo.

Cálculo de las longitudes de desarrollo, traslapo y de gancho.

Con

Para la longitud de traslapo y de desarrollo de los paquetes de 4 barras

se considera un 30% adicional.

Utilizando las fórmulas anteriores y con los diámetros de barra correspondiente, se

calcularon las distintas longitudes que se tabulan a continuación:

Barra

no.

ld

(m)

lg

(m)

lt

(m)

lt, paquetes (m)

3 0.40 0.16 0.52 0,68

4 0.54 0.22 0.70 0,91

5 0.67 0.27 0.88 1,14

7 0.94 0.38 1.22 1,59

10 1.37 0.55 1.78 2,31

Diseño de los apoyos.

Se utilizarán para los apoyos de las vigas longitudinales almohadillas de

neopreno por ser este tipo los que se acostumbran.

Reacciones:

Datos generales.

L = 18.6 m

D = 50 kg/cm2

G =14 kg/cm2

Cálculos:

Dimensionamiento.

Apoyo de neopreno

Chequeo:

Factor de forma, S:

Además el valor de CTL < 56 kg/cm2, por tanto el diseño es correcto con

respecto a los esfuerzos de compresión.

Conclusión

El diseño del puente resultó algo complicado, en el transcurso de la

realización del trabajo se presentaron muchísimas dudas que fueron

resueltas y otras más quedaron en el aire. Sin embargo fue un ejercicio

muy bueno por que permitió familiarizarse con las consideraciones de

diseño para poder llevar a cabo un proyecto de este tipo. Queda a

consideración del docente evaluar y hacer las correcciones necesarias

para optimizar las bases del diseño.

Bibliografía

TRUJILLO OROZCO, José Eusebio. Diseño De puentes. Ediciones UIS.

Universidad Industrial de Santander. 2ª. Edición. 1993. Bucaramanga,

Colombia.

ANEXOS

(Despieces)

UNIVERSIDAD DEL MAGDALENAFACULTAD DE INGENIERÍA


PROYECTO: DISEÑO DE PUENTE CON LUZ DE 19 m PLANO: Despiece Placa

Materiales: Acero: fy = 4200 kg/cm2 PROPIETARIO:

HUGO SILVADISEÑÓ: H&S Asociados

UN: m Concreto: f’c = 350 kg/cm2

5 no. 51 no. 5 @ 0.2 Lc = 1.74 m

5 no. 51 no. 5 @ 0.2 Lc = 1.74 m

5 no. 51 no. 5 @ 0.2 Lc = 2 m

4 No. 51 no. 5 @ 0.25Lc = 7.94 m

5 no. 51 no. 5 @ 0.2 Lc = 2 m

5 no. 51 no. 4 @ 0.4 Lc = 9.14 m

4 No. 41 no. 4 @ 0.25

Convenciones: Refuerzo Principal Positivo. Refuerzo Principal

Negativo. Refuerzo por Temperatura. Refuerzo de Distribución.

4 paquetes de 4 varillas No 10

0.35 m

0.35 m

1.18m

0.10 m

0.10 m

Lc = 3.26 m

1.18m



PROYECTO: DISEÑO DE PUENTE CON LUZ DE 19 mPLANO: Sección Viga, refuerzo principal y detalle de Estribo

No. 3

Materiales: Acero: fy = 4200 kg/cm2

PROPIETARIO:HUGO SILVA DISEÑÓ: H&S Asociados


18.6 m

4 paquetes de 4 varillas No 10 Lc = 12 m

4 paquetes de 4 varillas No 10 Lc = 8.9 m

1.3 m



PROYECTO: DISEÑO DE PUENTE con LUZ DE 19 m PLANO: Despiece Viga, refuerzo principal.




18.6 m

1.3 m

98 estribos No 31 E No 3 @ 19 cm



PROYECTO: DISEÑO DE PUENTE con LUZ DE 19 m PLANO: Despiece Viga, Estribos.




diseÑo de un puente de losa y viga con luz de 19 m

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