Barandales de Hormigon

7/28/2019 Barandales de Hormigon

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BARANDAS VEHICULARES (LRFD)

Todos los sistemas de barreras para el tráfico vehicular en puentes se denomina barandas.

Las barreras nuevas se deben diseñar considerando las necesidades locales y el concepto de ensayo múltiple.

A lo largo de los bordes de la estructura, se deberán disponer barandas para proteger el tráfico y a los peatones.

2,800 3,000 0,500

2,500

0,250 0,050

1,00

0,07

0,23 0,300

0,20

0,300

1,375 2,600 2,600 2,600 2,600

Se utiliza una baranda para tráfico vehicular cuando un puente sea solo para tráfico carretero.

Solamente se usa una barrera combinada junto con un cordón y una acera sobrelevadas en las carreteras de baja velocidad

Para el diseño los estados límites de deberán aplicar utilizando las combinaciones de carga que se requieran.

En el Apéndice A (Sección 13) , se da el procedimiento para las muestras o probetas a ensayar para determinar la resistencia alchoque.

Una acera peatonal debe estar separada de la calzada adyacente mediante un cordón o barrera, una baranda para tráfico vehicular o

una baranda combinada

En una carretera de alta velocidad , la via peatonal o ciclovía deben tener tanto una baranda para peatones o ciclistas en su parteexterna como una baranda combinada en su parte interna

Se debería considerar el uso de puentes peatonales independientes del puente carretero si la cantidad de tráfico peatonal u otrofactor de riesgo así lo amerita.

Las barandas de los puentes nuevos y su unión ( anclaje) al voladizo se deben ensayar al choque para confirmar que satisfacen los

requisitos estructurales y geométricos de un nivel de ensayo especificado utilizanfo los criterios de ensayo especificados en el Art.13.7.2

2%



39

13.7 BARANDAS PARA TRAFICO VEHICULAR

Se debe tener en cuenta en el diseño de barandas lo siguiente:

■ Protección de los ocupantes del vehículo que se impacta.

■ Protección de vehículos próximos.■ Protección de personas y propiedades cercanas.

■ Posibles mejoras futuras de las barandas

■ Relación costo/beneficio de las barandas

■ Estética y visibilidad de los vehículos circulantes.

Art. 13.7.2 NIVELES DE ENSAYO

TL-4

Tabla 13.7.2.1 Nivles de ensayo para las barandas.

13.7.3 DISEÑO DE LAS BARANDAS

13.7.1 Requisitos Generales

13.7.3.1.1 Uso de Sistemas previamente ensayados.

13.7.3.1.2 Sistemas Nuevos

Se deberá verificar la trasnferencia de las cargas al tablero.

Las cargas que actúan sobre las barandas se deberán tomar del Apéndice A de la sección 13.

El mínimo espesor del voladizo del tablero será:

■ Para voladizos que soportan un sistema de postes montados en el tablero: 200 mm.

■ Para postes montados lateralmente: 300 mm.■ Para voladizos de hormigón que soportan paramentos o barreras de hormigón: 200 mm.

13.7.3.2 Altura del parapeto o baranda para tráfico vehicular.

APENDICE A

A13.1Geometría y Anclajes

* El ancho de los rieles de las barandas se puede tomar de la figura 1 que se muestra:

*

*

*

Para las barandas de tráfico vehicular, los criterios para definir la máxima abertura libre debajo del riel inferior Cb, el retiro de lospostes S y la máxima abertura entre rieles C, se debe basar en los siguientes criterios

Para velocidades igual o mayor que 80 km/hora , para proteger a los peatones se puede utilizar una barrera para separarlos del tráficovehicular.

Se debe proveer de guardarrieles en el inicio de todas las barandas de puentes, en zonas rurales con tráfico de alta velocidad.

Estas barandas deben contener y corregir la dirección de desplazamiento de los vehículos desviados que usan la estructura. Se debedemostrar que las barreras, barandas para tráfico vehícular y barandas combinadas sean estructrual y geométricamente resistentesal choque

El uso de una baranda combinada para vehículos y peatones con una acera, se debe limitar a las carreteras en las cuales lavelocidad máxima sea menor o igual a 70 Km/hora.

Nivel de ensayo cuatro.- generalmente aceptable para un amplio rango de carreteras de alta velocidad, autovías,autopistas y carreteras interestatales en las cuales el tráfico incluye camiones y vehículos pesados.

Una baranda para tráfico vehicular debería tener una cara de riel continua y hacia el lado del tráfico. Las rieles deberían estar retirados de los postes.

Se podrá usar barandas resistentes al choque sin realizar análisis y/o ensayos si lo que se va a colocar tiene las mismascaracterísticas de la configuración ensayada, para que se pueda comportar de igual forma.

Se podrá usar sistemas nuevos, siempre que mediante ensayos de choque a escala se demuestre que el comportamiento esaceptable.

Es responsabilidad de la Institución para la que se diseña el puente, definir el nivel de ensayo más adecuado, para el sitio donde estáubicado el puente.

Las barandas para tráfico vehicular deberán tener como mínimo una altura de 685 mm para barandas TL-3, 810 mm para barandasTL-4.

En el caso de las barandas con postes, la combinación de A/H y el retiro de los postes S deberá estar dentro o por encima del área sombreada de la figura 3

El ancho total del riel o los rieles, en contacto con el vehículo A, no deberá ser menor que el 25% de la altura de labaranda

En el caso de las barandas con postes, la abertura libre vertical C, y el retiro de los postes S deberá estar dentro o por debajo del área sombreda que se indica en la respectiva figura 2



40

FIGURA 1

FIGURA 2



41

A13.1.2 Anclajes

A13.2 Fuerzas de diseño para las barandas para tráfico vehicular.

Se deberán aplicar al estado límite correspondiente a evento extremo y a las combinaciones de carga de la tabla 3.4.4-1

Las fuerzas de diseño de las barandas y los criterios geométricos a utilizar, se toman de la siguiente tabla.

La Tensión de fluencia de los anclajes utilizados en barandas de acero se deberá desarrollar completamente,mediante adherencia, ganchos, fijación a placas embebidas en el hormigón o cualquier combinación de estosmecanismos.

Las armaduras de las barandas de hormigón deberán tener una longitud embebida suficiente para desarrollar latensión de fluencia.

No es necesario aplicar las cargas trasnversales y longitudinales indicadas en la tabla, simultáneamente con las cargas verticales.

FIGURA 3



42

La altura efectiva He, de la fuerza de vuelco de un vehículo se toma:

W B

2 F t

G.- Altura del centro de gravedad de un vehículo por encima del tablero del puente, en mm. Ver Tabla 13.7.2.1

W.- Peso del vehículo correspondiente al nivel de ensayo en N. Ver Tabla 13.7.2.1

B.- Separación entre bordes exteriores de las ruedas de un eje, en mm. Ver Tabla 13.7.2.1Ft.- Fuerza transversal correspondiente al nivel de ensayo requerido, en N. Ver Tabla 13.7.2.1

R Ft

Y He

R = Ri

(Ri / Yi)

R

Ri.- Resistencia de la riel en N

Yi.- Distancia desde el tablero del puente hasta la riel i, en mm

Todas las fuerzas de deben aplicar a los elementos longitudinales.

La distribución de la carga a los postes deberá ser consistente con la continuidad de los elementos de los rieles.

A.13.3.2 BARANDAS FORMADAS POR POSTES Y VIGAS

Para este diseño se debe utilizar análisis inelásticos

- Para los modos de falla que involucran un número de tramos de baranda N, Par

- Para N par

L.- Separación entre postes

Mp.- Resistencia inelástica o para linea de fluencia de todos los rieles que contribuyen a una rótula pástica.- N-mmPp.- Resistencia última a la carga transversal de un único poste ubicada a una altura Ycg por encima del tablero. - N

R.- Resistencia última o nominal de la baranda.- N

Lt , Ll.- Longitud transversal y longitudinal de las cargas distribuidas debidas al impacto de los vehículos, Ft y Fl.- mm

R =16Mp + (N - 1)(N + 1)Pp L

2N L - Lt

La resistencia nominal crítica de los rieles R, se deberá tomar como el menor valor entre los determinados en las ecuaciones 1 y 2para diferentes número de tramos de baranda N.

G -

R =16Mp + N² Pp L

2N L - Lt

Y =

He =

1

2

FIGURA 5



43

Para cualquier número de tramos de la baranda

( i) .- i = 1, …. N

La acción sobre un número de tramos se puede apreciar en el gráfico de la figura 6

EJERCICIO: DISEÑO DE UN PUENTE DE HORMIGON ARMADO

1.- DATOS GENERALES

1.1 GEOMETRIA DEL PUENTE

LONGITUD TOTAL Lt = 28,00 m

ANCHO CALZADA Ac = 7,40 m

ANCHO VEREDA Av = 1,00 m

ANCHO TOTAL At = 9,40 m

LUZ DE CALCULO Lc = 27,25 m

PENDIENTE TRANSVERSAL Pt = 2,00 % Ambos lados

NUMERO DE VIGAS Nv = 3

SEPARACION ENTRE VIGAS Sv = 3,10 mNUMERO DE VIAS Nvías = 2

ESPESOR CAPA DE RODADURA ecr = 0,05 m

Para un impacto en el extremo de un segmento de riel, que provoca la caida del poste ubicado en el extremo de una baranda, laresistencia nominal crítica del riel R, se deberá calcular utilizando la ecuación 3

R = 2Mp +2 Pp L( i)2N L - Lt

3

FIGURA 6



44

1.2 MATERIALES

HORMIGON f'c = 280 kg/cm²

ACERO DE REFUERZO Fy = 4.200 kg/cm²

MODULO ELASTICIDAD ACERO Ec = 2.030.000 kg/cm²

MODULO ELASTICIDAD HORMIGON Es = 200.798 kg/cm² 12000f'c

1.3 NORMAS DE DISEÑO AASHTO LRFD 2010

SOBRECARGA: HL - 93

1.4 FACTOR MODIFICADOR DE CARGAS n

nD = 1 Factor relacionado con la ductilidad

nR = 1 Factor relacionado con la redundancia

nI = 1 Factor relacionado con la importancia operativa

n = 1

1.5 FACTOR DE PRESENCIA MULTIPLE

No de vías cargadas1,2

1

0,85

0,65

1.4 SECCION TRANSVERSAL DEL PUENTE

4,700

1,000

0,670 3,700

0,280 0,050

1,40

0,200

0,20 0,200

0,750 0,650

0,400

1,600 3,100

0,070

2

3

>3

Factor de presencia múltiple m

1

CL

Simetría

t

2% 2%



45

2.- PROTECCIONES.-

Las protecciones serán diseñadas para un nivel de ensayo 4 : TL-4

2.1 DISTRIBUCION DE PROTECCIONES y GEOMETRIA

0,03

1,262 1,262 1,262 2,000 2,000 2,000 2,000 2,000

0,10 0,230

14,000

0,280

0,070

C = 0,260 m

A = 0,220 m

H = 1,400 m

0,25H = 0,350 m

A = 0,660 m > 0,25H

A/H = 0,471

C = Abertura entre rieles

A = Ancho de rieles

H = Altura del poste

0,220

0,220

0,260

0,220

1,400

0,260

0,220

Simetría

13,984

S =

A

A

A

C

C



46

UBICACIÓN DE LA RESULTANTE

Ycg He

Ycg . - Ubicación de la resultate de fuerzas resistentesHe Altura efectiva de la fuerza de vuelco.- TL-4

He = 0,810 m

Las tres rieles serán de igual resistencia, por tanto:

Ycg = 0,810 m

2.2 DISEÑO DE RIELES Y POSTES

Nivel de ensayo : TL-4

Ft = 240.000 N 24,465 t

Fl = 80.000 N 8,155 t

Lt = Ll = 1.070 mm 1,070 m

RESISTENCIA DE LOS RIELES R

Para N impar

Para N par

L.- Separación entre postes

Mp.-

Pp.-

R.- Resistencia última o nominal de la baranda.-

Lt , Ll.-

Para extremo:

N, par o impar

i = 1,……., N

ARMADO DE POSTES Y RIELES

POSTE

3 22 Cara interna

3 16 Cara externa

As = 11,40 cm20,280

A's = 6,03 cm2

Resistencia inelástica o para linea de fluencia de todos los rieles que contribuyen a una rótula pástica.-

Resistencia última a la carga transversal de un único poste ubicada a una altura Ycg por encima deltablero.

Longitud transversal y longitudinal de las cargas distribuidas debidas al impacto de los vehículos, Ft yFl.-

0,200

R =16Mp + N² Pp L

2N L - Lt

R =2Mp + 2Pp L( i )

2N L - Lt

R =16Mp + (N - 1)(N + 1)Pp L

2N L - Lt

Para verificar que la ubicación de la resultante sea igual o superior que la altura efectiva de vuelco establecida,para elnivel de ensayo 4.- TL-4

mm

1 E 10 mm a 0,10 m

mm



47

RIEL

3 16 Cara interna

3 16 Cara externa

0,220

As = 6,03 cm2

A's = 6,03 cm2

MOMENTOS RESISTENTES

ANALISIS DE LA CAPACIDAD RESISTENTE A FLEXION PARA VIGAS SIMPLE Y DOBLEMENTE ARMADAS

DATOS: POSTE

MATERIALES

f'c = 280 kg/cm2 Resistencia del concretoFy = 4.200 kg/cm2 Límite de fluencia del acero

GEOMETRIA

b = 20,00 cm Base de la viga

h = 28,00 cm Altura de la viga

r = 4,00 cm Recubrimiento de As(+)

d' = 4,00 cm Recubrimiento de As(-)

d = 24,00 cm Altura efectiva

ARMADURA

As = 11,40 cm2

A's = 6,03 cm2

Es = 2,10E+06 kg/cm2

CALCULOS:

ß1 = 0,85

f 's = Fy = 4.200 kg/cm2 Suposición inicial

y = Fy/Es = 0,00200

a = [Asfy - A'sf's]/[0,85f'cb] = 4,74 cm inicial

's = 0,003[(a-ß1 d')/a] = 0,00085 inicial

's y ? 0 1 si es verdad; 0 si es falso

f 's = 1.781,1 kg/cm2

f 's 0 ? 0 1 si es verdad; 0 si es falso

f 's = 1.781,1 kg/cm2

a = [Asfy - A'sf's]/[0,85f'cb] = 7,805 cm definitivo

s = [0,003(ß1 d - a)/a] = 0,00484 definitivos y ? SI: BIEN

= As/bd = 0,0238

' = As'/bd = 0,0126

mín = 14/Fy = 0,0033

mín? = SI: BIEN

bal = [(0,85f'cß1/Fy)*(6300/(6300+Fy))]

bal = 0,0289

´f's/Fy = 0,0053

CHEQUEOS

máx = %bal + 'f's/Fy

CHEQUEO EN CONDICION NORMAL: NO SISMICO

máx = 0,0270

max? SI: BIEN

0,220

mm

mm

As

A'sd'

r

b

hd

1 E 10 mm a 0,15 m



48

CONTROL DE DUCTILIDAD

ab = 1 [ 6300/(6300+Fy)] d

ab = 12,24 cm

0,75ab = 9,18 cm

0,50ab = 6,12 cm

a < 0,75ab ? SI: BIEN.- SECCION DUCTIL EN CONDICION NORMAL

MOMENTO ULTIMO RESISTENTE

Mu = 8,396 tm Mu = [ (AsFy-A´sf´s)(d-a/2) + A´s(f´s-0,85fć)(d-d´)]

Mu = 8,396 tm Mu = [ (0,85fćab)(d-a/2) + A´s(f´s-0,85fć)(d-d´)]

DATOS: RIELES

MATERIALES

f'c = 280 kg/cm2 Resistencia del concreto

Fy = 4.200 kg/cm2 Límite de fluencia del acero

GEOMETRIA

b = 22,00 cm Base de la viga

h = 22,00 cm Altura de la vigar = 4,00 cm Recubrimiento de As(+)

d' = 4,00 cm Recubrimiento de As(-)

d = 18,00 cm Altura efectiva

ARMADURA

As = 6,03 cm2

A's = 6,03 cm2

Es = 2,10E+06 kg/cm2

CALCULOS:

ß1 = 0,85

f 's = Fy = 4.200 kg/cm2 Suposición inicial

y = Fy/Es = 0,00200a = [Asfy - A'sf's]/[0,85f'cb] = 0,00 cm inicial

's = 0,003[(a-ß1 d')/a] = -12,71300 inicial

's y ? 0 1 si es verdad; 0 si es falso

f's = -2,7E+07 kg/cm2

f 's 0 ? 1 1 si es verdad; 0 si es falso

f 's = 0,0 kg/cm2

a = [Asfy - A'sf's]/[0,85f'cb] = 4,838 cm definitivo

s = [0,003(ß1 d - a)/a] = 0,00649 definitivo

s y ? SI: BIEN

= As/bd = 0,0152

' = As'/bd = 0,0152mín = 14/Fy = 0,0033

mín? = SI: BIEN

bal = [(0,85f'cß1/Fy)*(6300/(6300+Fy))]

bal = 0,0289

´f's/Fy = 0,0000

CHEQUEOS

máx = %bal + 'f's/Fy

CHEQUEO EN CONDICION NORMAL: NO SISMICO

máx = 0,0217

max? SI: BIEN

CONTROL DE DUCTILIDAD

ab = 1 [ 6300/(6300+Fy)] d

As

A's

d'

r

b

hd



49

ab = 9,18 cm

0,75ab = 6,89 cm

0,50ab = 4,59 cm

a < 0,75ab ? SI: BIEN.- SECCION DUCTIL EN CONDICION NORMAL

MOMENTO ULTIMO RESISTENTE

Mu = 3,372 tm Mu = [ (AsFy-A´sf´s)(d-a/2) + A´s(f´s-0,85fć)(d-d´)]Mu = 3,372 tm Mu = [ (0,85fćab)(d-a/2) + A´s(f´s-0,85fć)(d-d´)]

POSTE

Mrp = 8,396 tm Momento resistente poste

Pp = 10,365 t

RIELES

Nr = 3 Número de rieles

Mp = 10,115 tm

INTERIOR EXTREMOS

L = 2,000 m L = 1,262 mOBTENSION DE R

INTERIOR EXTREMOS

Modo de falla: Un solo tramo Modo de falla: Un solo tramo

16Mp

2N L - Lt

N = 1 N = 1

R = 55,235 t R = 31,916 t

Modo de falla: Dos tramos Modo de falla: Dos tramos

N = 2 N = 2

R = 35,319 t R = 24,818 t

Modo de falla: Tres tramos Modo de falla: Tres tramos

N = 3 N = 3

R = 29,980 t R = 27,254 t

R > Ft

R =

R =16Mp + N² Pp L

2N L - Lt

2Mp + 2Pp L( i )

2N L - LtR =

R =16Mp + (N - 1)(N + 1)Pp L

2N L - LtR =

R =2Mp + 2Pp L( i )

2N L - Lt

2Mp + 2Pp L( i )

2N L - Lt



50

2.3 ARMADO DE PROTECCIONES

2.4 CARGAS POSTERIORES

Np = 18 Número de postes

Aplicando el Art. 3.23.2.3.1.1, distribuimos proporcionalmente al número de vigas

POSTES: = 0,121 t/m

RIELES = 0,304 t/mwp+p = 0,425 t/m

ACERA:

La consideramos como parte del tablero

wa = 0,000 t/m

CAPA DE RODADURA:

Ac = 7,40 m

ecr = 0,05 m

wcr = 0,814 t/m

1 E 10 mm a 0,10 m

3 22 mm

TABLERO

VEREDA

3 16 mm

2 16 mm

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