Modelamiento de un Puente colgante sobre el río Upano

1. Elementos Estructurales.

1.1. Vigas principales (VP)

Para las vigas principales se ha diseñado el puente tipo arco con la ecuación parabólica:

Y=3,2e−4 X2

Las vigas centrales tienen una longitud de 2,5m y el resto de 2m

En estas fueron liberados sus momentos en los extremos, en el lugar donde se encuentra la ménsula.

Las vigas principales tienen la siguiente sección:

1.2. Vigas transversales (VLT)

Las vigas tienen una longitud de 7m y la siguiente sección

Dichas vigas transversales están cada 2m metros a excepción de las del centro que están separadas a 2,5m

1.3. Diagonales (PL 8 y 8a)

Para las diagonales se usa un perfil L 100x8. En el cual POS 8a son las diagonales del centro y POS 8 son el resto las diagonales

POS Perfil Tipo Espesor(mm)

Ancho(mm)

Longitud(mm)

8 L 8 L100x8 34268a L 8 L100x8 3760

1.4. Vigas transversales de Hormigón

De dimensiones 40x80 cm

Tienen una longitud de 7m

Hormigón: f´c= 280 kg/cm²

As = 41,59 cm²

1.5. Columnas de Hormigón.

Dimensiones 60x100 cm

Altura Total = 23,3m

Fy = 4200 kg/cm²

F’c = 280 kg/cm²

As = 135,47cm²

1.6. Cables

Los cables están divididos en dos tipos; cables principales y cable de péndola.

16.1. Cable Principal

ф= 2in c/cable

Número de Cables = 6

Área = 18.84m²

1.6.2. Cable de Péndola

ф = 1in

Área = 0,78 in²

1.7. Losa

Se consideró una losa maciza de 14,8 cms en dos direcciones, con recubrimiento de 5cm, reduciendo su peso específico en un 81,5%, este valor se obtuvo a partir del porcentaje vacío en un metro cuadrado.

Se usaron tableros de 7x6m a excepción de los tableros centrales que miden 7x5m. Reforzados por malla electro-soldada de acero de ф10 cada 15cm. Construida con hormigón estructural tipo “B”

2. Cargas.

El diseño se realizó utilizando el vehículo de diseño HL-93 con un tren de carga de 950 kg/m/(cada carril de 3m). Con cargas puntuales en tres ejes separados 4.5m como se muestra la siguiente figura:

Para el diseño se ubicó el vehículo en el centro del puente de tal forma que la mitad del puente se ubique entre la carga P2 y la reacción que genera el vehículo, ubicada a 1.5m de la reacción. Que representa el caso más desfavorable.

Sentido O-E Sentido E-O

Se obtuvieron en las siguientes cargas distribuidas en cada losa:

Sentido O-E Sentido E-O

A = 100 kg/m A = 345,44 kg

B = 414,28 kg B = 414,28 kg

C = 345,44 kg C = 100 kg

Se incluyó una carga de impacto del 30%

2.1.Combinación de Cargas.

La combinación de cargas fue la siguiente:

CU = 1.25xD + 1.75xIxL

CU = 1.25xD+1.75x1.3xL

3. Diseño de Anclajes

3.1. Anclaje 1.

El anclaje es de hormigón ciclópeo (ϒ=2,2Tn/m3) con muros de hormigón armado.

Del programa Sap 2000 se obtuvo que el anclaje derecho debe soportar una fuerza total horizontal Tx=779,63Tn y una fuerza vertical Ty= 369,08Tn

El suelo (ϒ=1,8Tn/m3) tiene un ángulo de fricción de 25° donde el coeficiente u de fricción concreto- estructura es:

u=tan (25 ° )=0,47

3.1.1. Fuerzas horizontalesSe debe cumplir la condición

Tx<W 1∗u−E

Donde:

W1 es el peso requerido para que el anclaje no se deslice.E es el empuje del suelo

Tx 779,63 TnU 0,47E 30,26 TnW1 1607,03 Tn

3.1.2. Fuerza verticalTy=266,2Tn

Dicho fuerza debe ser contrarrestada por el peso W2, el cual es el peso para el cual el anclaje no se levante

W2=266,2Tn

3.1.3. Dimensionamiento

Peso total 1873 TnDensidad H° 2,2 T/m3Volumen requerido 851 m3

Ancho 7,7 mLargo 15 mProfundidad 8,2 mVolumen real 861 m3

Esquema

3.2. ANCLAJE 2

El anclaje es de hormigón ciclópeo (ϒ=2,2Tn/m3) y hormigón armado (ϒ=2,2Tn/m3) con muros de hormigón armado.

Del programa Sap 2000 se obtuvo que el anclaje derecho debe soportar una fuerza horizontal Tx=782,7Tn y una fuerza vertical Ty= 270,154Tn

El suelo (ϒ=1,8Tn/m3) tiene un ángulo de fricción de 25° donde el coeficiente u de fricción concreto- estructura es:

u=tan (25 ° )=0,47

3.2.1. Fuerzas horizontalesSe debe cumplir la condición

Tx<W 1∗u−E

Donde:

W1 es el peso requerido para que el anclaje no se deslice.E es el empuje del suelo, no se considera, debido a que su valor es muy pequeño

Tx 782,7 Tnu 0,466W1 1679 Tn

3.2.2. Fuerza vertical

Ty=270,15Tn

Dicho fuerza debe ser contrarrestada por el peso W2, el cual es el peso para el cual el anclaje no se levante

W2=270,15Tn

Viga de hormigón armado

Fy 4200 Kg/cm2f´c 280 Kg/cm2Ancho (b) 7,7 MH 4,6 MD 4,53 MFuerza 828 TnBrazo 7,25 MMu (Fuerza x brazo) 6003 Tn-mRu 4,64Ru min 13,587As min 1057 cm2As/m 151 cm2

Se colocará dos niveles de varillas ф32, con recubrimiento de 7cm. En el nivel superior se colocarán 10ф32 y el nivel inferior 9ф32.

Se ha impuesto un ancho de 7,7m

Peso de la viga=684 Tn

3.2.3. Dimensionamiento

Peso total requerido 622 TnPeso requerido de H°ciclópeo 1327 TnVolumen requerido de H°ciclópeo 603 m3

Volumende H °Ciclópeo=134,2∗7,7=1033m 3

Esquema

3.3. Modelamiento del anclaje

Para modelar el anclaje se colocó resortes en la base del anclaje con un coeficiente de balasto de 35 k/cm^3 considerando un suelo con buenas condiciones.

Para la presión del tanque se considera una presión triangular en la cual la máxima es la densidad de 2,2 tn/m2 por la altura de cada anclaje, la cual también se agrega en la base de la losa del tanque.

4. Diseño de los Muros del Anclaje

4.1. Diseño a Flexión

Se diseñaron considerando las cargas que ejercerá el suelo sobre el anclaje todas sus direcciones. Sabiendo que el peso específico del suelo es de 2200 kg/m³.

Considerando que cada anclaje tiene una altura de 8,5 y 8,2m los momentos generados son de 225179,16 kg.m y 202168,67 kg.m.

Con estos valores se obtuvieron valores de Ru de 51,06 y 45,84 respectivamente que equivalen a 84,78 cm² y 75 cm² respectivamente.

Para el Anclaje 1 se usará 1ф32 cada 9cm y en el Anclaje 2 se utilizaron 1ф32 cada 10cm.

4.2. Diseño a Corte.

El terreno ejerce en los anclajes para su profundidad más extrema los siguientes momentos cortantes. En el Anclaje 1 79475kg. Y en el Anclaje 2 73864kg. Considerando que el hormigón por sí mismo resisten un cortante Vc=54098kg. Por ello fue necesario agregar un acero transversal.

El acero calculado fue de 1ф12 cada 11cm en el Anclaje 1 y cada 14cm en el anclaje 2.

5. Esquema del puente

Conclusiones.

La deformación máxima producida es 1,68m. El diseño no cumple con las normas mínimas de deformación Se recomienda rediseñar el puente cambiando la sección de la viga principal de

preferencia por una cercha.