Calculo de Punte Con Anclajes

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INSTITUTO NACIONAL DE VIAS - INVIAS

INTERSA S.A.

PUENTE TEORAMA

REVISION CAPACIDAD

ESTRUCTURAL

MEMORIA DE CÁLCULO

Contiene:

Análisis y Diseño Estructural

BOGOTA, D.C. ENERO DE 2015

Versión II ( Febrero 2015)

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1. CONTENIDO

1. CONTENIDO 2

2. INTRODUCCION 3

3. ALCANCE 5

4. METODOLOGIA 5

4.1 VERIFICACION DE ESFUERZOS 5 4.2 MATERIALES 6 4.3 SECCIONES ESTRUCTURALES 6 4.4 IDENTIFICACION DE SECCIONES 10 4.5 IDENTIFICACION DE NUDOS Y ELEMENTOS 12 4.6 CONECCCION DE NUDOS Y ELEMENTOS 15

5. CONDICIONES DE CARGA 23

6. COMBINACIONES DE CARGA 27

7. COMBINACIONES DE CARGA BASICAS PARA DISEÑO 28

8. ESFUERZAS EN ELEMENTOS 38

9. CALCULO DE FUERZA EN ANCLAJES 59

10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 62

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2. INTRODUCCION

En el departamento de Norte de Santander, a la altura de corregimiento de San Pablo,

municipio de Teorama, en la vereda Quince Letras, existe en la vía Convención-El Tarra,

un puente vehicular metálico, sobre el rio Catatumbo, su longitud marcada en una única

luz es de 23.00m. La estructura metálica actual es de tipo paso inferior, con una altura

entre ejes de 2.34m y un ancho entre ejes metálicos estructurales de 4.83m, soportando

un tablero de concreto de 4.00m. Las inspecciones visuales muestran que la estructura

metálica ya ha sufrido intervenciones, deformaciones y altos ataques atmosféricos.

Esquema general configuración geométrica, planta y alzado

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Esquema general configuración geométrica, sección transversal

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3. ALCANCE

El propósito del trabajo consiste en la producción de los Análisis, Diseños, Planos

definitivos para la adecuación, con un nivel tal que permita obtener un presupuesto de

construcción estimado para la rehabilitación temporal del puente.

4. METODOLOGIA

Se realiza la revisión de la superestructura, para el análisis; se emplea el módulo de

Puentes CSiBridge, modelando la estructura de manera tridimensional, involucrando los

diferentes tipos de elementos, materiales y propiedades estructurales, de los elementos

que aportan resistencia a cargas gravitacionales y horizontales.

La revisión de los esfuerzos de los elementos de acero se realiza bajo la metodología de

Esfuerzos Admisibles.

No se realiza revisión de estribos, dado que las cargas son entregadas a nivel inferior a

unos apoyos rígidos de concreto.

El puente se revisó bajo el efecto de las cargas permanentes existentes, para el efecto de

la carga viva, se tuvo en cuenta la acción de las cargas no simultaneas de los vehículos

C40-95 y C32-95, buscando la eficiencia del puente bajo la carga estipulada actualmente

por el INVIAS, teniendo en cuenta que esta sería una estructura temporal.

De acuerdo al informe de patología del puente, los apoyos sobre los estribos se

encuentran restringidos al desplazamiento por una solidificación en concreto. Por lo

anterior se han generado dos modelos de estudio, uno modelos “a”, con restricción al

desplazamiento en apoyos y un modelo “b”, si restricción de desplazamiento.

4.1 VERIFICACION DE ESFUERZOS

Se efectúa la revisión de esfuerzos de los elementos estructurales mediante el uso

del post- procesador de diseño del CSi Bridsge

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4.2 MATERIALES

Concretos: Tablero (Espesor Total 0.12m) f´c = 210 Kg./cm2

Acero de refuerzo fy = 4200 Kg/cm2

Acero Estructural Superestructura Existente ASTM A36 fy = 2531 Kg/cm2

Tornillería ASTM A325 O SAE GRADO 5.

Soldadura E-70XX

Lamina StellDeck Calibre 18 Grado 40

4.3 SECCIONES ESTRUCTURALES

Debido a que las secciones actuales metálicas de los diferentes elementos estructurales

que configuran el puente ya han sufrido modificaciones y han sido reforzadas, se han

introducido dentro del programa de análisis las características geométricas actuales de

cada una de las secciones.

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4.4 IDENTIFICACION DE SECCIONES

Planta a nivel de piso

Alzado típico cercha exterior

Alzado típico cercha interior

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Vista espacial modelo superestructura.

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4.5 IDENTIFICACION DE NUDOS Y ELEMENTOS

Planta a nivel de piso (Nudos)

Planta a nivel de piso (Elementos)

Cerchas exteriores (Nudos)

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Cerchas exteriores (Elementos)

Cerchas interiores (Nudos)

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Cerchas interiores (Elementos)

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4.6 CONECCCION DE NUDOS Y ELEMENTOS

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5. CONDICIONES DE CARGA

-Carga Muerta: La carga muerta de estructura metálica la constituye el peso propio de todos los

componentes de la estructura en sí misma: viguetas, plataformas, cerchas en

celosía, arriostramientos, etc., los cuales son modelados y evaluados por el

programa considerando una densidad del acero de 7850 kg/m3. Al activar la opción de

peso propio, se le ha ingresado un factor de 1.25 para tener en cuenta los elementos

de conexión, platinas, tortillería, pasadores, articulaciones y otros elementos no

modelados. La carga muerta en concreto la constituye el peso propio de los elementos

modelados, evaluado por el programa considerando una densidad de 2400 Kg/m 3.

Peso propio – Elementos Modelados -

Tablero = 630Kgf/m2 (Peso Sistema losa)

Barandas = No aplica

-Carga Viva Peatonal

La sección transversal existente del Puente no define andenes.

- Carga de Viento

Según las especificaciones del CCP, se debe aplicar una carga de viento (CW) no

inferior a 450 Kgf/m en el plano de barlovento, para una velocidad del viento de

160 km/h. Teniendo en cuenta que la velocidad del viento es de 80Km/h.

SEGUN EL CODIG0 DE PUENTES

PARA Vw=160 KPH

Las cargas de viento deben multiplicarse por la relación (V/160) al cuadrado para otras

velocidades.

CARGA MINIMA DE VIENTO

BARLOV= 450 kg/m

SOTAV = 225 kg/m

PARA 80 KPH

BARLOVENTO: CSUP = CINF= 450/2*(80/160)^2 = 56.3 Kg/m

SOTAVENTO: CSUP = CINF= 225/2*(80/160)^2 = 28.1 Kg/m

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- Carga viva vehicular

Camión C40-95 y C32-95

Impacto = 25.39%

Impacto elementos menores de 15m = 30%

- Efectos Sísmicos

Nivel de amenaza sísmica: Intermedia Aa=0.20

Requisitos de Análisis Sísmico A.3.5.4.2: Puente regular

Procedimiento de Análisis: A.3.5.4.3: Procedimiento de Análisis sísmico PAS-S, Método

de análisis sísmico simplificado que consiste en determinar las fuerzas sísmicas

horizontales que trasmite la superestructura a los apoyos y estribo.

- Carga Térmica

De acuerdo con el CCDSP para estructuras metálicas en clima moderado se debe tener

en cuenta una variación de temperatura de 0º a 48º. Para una temperatura media anual

de 24ºC se tiene un Delta de +- 24ºC

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Carga de Viento (Kg/m)

Carga de Muerta (Kg/m)

Carga por Temperatura (ºC)

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Definición de carril “Lane”

Lane 3.65m

Carga camión C40-95

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Carga camión C32-95

6. COMBINACIONES DE CARGA

Casos de Carga

Carga permanente:

Peso propio (Estructura metálica Modelada) 1.25

Tablero, sistema metálico y concreto (CmF) 1.00

Carga Viva Vehicular (CV C40-95)

(CV C32-95)

Carga de Viento (CW)

Temperatura (T)

NOTA:

El análisis se realiza a la superestructura, con el propósito de revisar la estabilidad en

servicio temporal, por estas condiciones y las características geométricas propias de los

puentes, el análisis sísmico no se tiene en cuenta para la revisión estructural.

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7. COMBINACIONES DE CARGA BASICAS PARA DISEÑO

Carga de Servicio.

En la revisión de los esfuerzos en los elementos metálicos de la superestructura y el

chequeo de las deflexiones, se utilizó el método de los esfuerzos admisibles para lo que

se tomaron las combinaciones de servicio del CCDSP95.

GRUPO

D

L+i

CF

E

W

WL

R+S+T EQ %

Sobreesfuerzo

EQx EQy

ES

FU

ER

ZO

S A

DM

ISIB

LE

S I 1.00 1.0 1.0 1.0 E - - - - - 100

-

125

125

125

140

140

133

133

140

150

100

IA 1.00 1.0 - 1.0 E - - - - -

II 1.00 1.0 - - 1.0 1.0 - - - -

III 1.00 1.0 1.0 1.0 E 0.3 1.0 - - -

IV 1.00 1.0 1.0 1.0 E - - 1.0 - -

V 1.00 1.0 - - 1.0 1.0 - 1.0 - -

VI 1.00 1.0 1.0 1.0 E 0.3 1.0 1.0 - -

VII-a 1.00 1.0 - - 1.0 - - - 1.0 0.3

VII-b 1.00 1.0 - - 1.0 - - - 0.3 1.0

VIII 1.00 1.0 1.0 1.0 1.0 - - - - -

IX 1.00 1.0 - - 1.0 1.0 - - - -

X 1.00 1.0 1.0 - E - - - - -

EQTSRWLWEILD EQRWLWELD )(

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ENVOLVENTE DE SERVICIO CON CARGA VIVA VEHICULAR C40-95 PLANTA Momentos ( Ton.m)

ENVOLVENTE DE SERVICIO CON CARGA VIVA VEHICULAR C32-95 PLANTA Momentos ( Ton.m)

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ENVOLVENTE DE SERVICIO CON CARGA VIVA VEHICULAR C40-95 CERCHAS EXTERIORES Momentos ( Ton)

ENVOLVENTE DE SERVICIO CON CARGA VIVA VEHICULAR C32-95 CERCHAS EXTERIORES Momentos ( Ton)

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ENVOLVENTE DE SERVICIO CON CARGA VIVA VEHICULAR C40-95 CERCHAS INTERIORES Momentos ( Ton)

ENVOLVENTE DE SERVICIO CON CARGA VIVA VEHICULAR C32-95 CERCHAS INTERIORES Momentos ( Ton)

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RELACION DE CAPACIDAD ASD CON CARGA VIVA VEHICULAR C40-95 PLANTA RATIOS Iteraction

RELACION DE CAPACIDAD ASD CON CARGA VIVA VEHICULAR C32-95 PLANTA RATIOS Iteraction

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RELACION DE CAPACIDAD ASD CON CARGA VIVA VEHICULAR C40-95 CERCHAS EXTERIORES RATIOS Iteraction

RELACION DE CAPACIDAD ASD CON CARGA VIVA VEHICULAR C32-95 CERCHAS EXTERIORES RATIOS Iteraction

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RELACION DE CAPACIDAD ASD CON CARGA VIVA VEHICULAR C40-95 CERCHAS INTERIORES RATIOS Iteraction

RELACION DE CAPACIDAD ASD CON CARGA VIVA VEHICULAR C32-95 CERCHAS INTERIORES RATIOS Iteraction

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DEFLEXIONES CON RESTRICCION AL DESPLAZAMIENTO EN APOYOS DEFLEXION CARGA VIVA VEHICULAR C40-95 (cm)

Deflexión maxima = L/800 = 2300cm/800 = 2.875 cm > 3.27cm No Cumple!

DEFLEXION CARGA VIVA VEHICULAR C32-95 (cm)

Deflexión maxima = L/800 = 2300cm/800 = 2.875 cm > 2.61cm Cumple!

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DEFLEXIONES SIN RESTRICCION AL DESPLAZAMIENTO EN APOYOS EJE 6 DEFLEXION CARGA VIVA VEHICULAR C40-95 (cm)


DEFLEXION CARGA VIVA VEHICULAR C32-95 (cm)


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FRECUENCIA VERTICAL CON RESTRICCION AL DESPLAZAMIENTO EN APOYOS EJE 6

Frecuencia 3.23 Hz

FRECUENCIA VERTICAL SIN RESTRICCION AL DESPLAZAMIENTO EN APOYOS EJE 6

Frecuencia 2.89 Hz

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8. ESFUERZAS EN ELEMENTOS

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9. CALCULO DE FUERZA EN ANCLAJES

Dado que se desconoce configuración geométrica de los estribos, se supondrá que estos están en

equilibrio y que serán afectados solo con la carga de sismo actual, la cual se estabilizara con

anclajes al terreno.

Fuerza de sismo de la superestructura

F(super) = Carga Muerta por viga * número de vigas * Aa

= (16.72Ton x 2 x 0.20)

= 6.70 Ton

Fuerza de sismo infraestructura

F(infra) = Espesor estribo * 2.40Ton/m3 * Aa

= 0.70m * 2.40Ton/m3 * 0.20

= 0.336 Ton/m2 * (Área vástago)

= 5.37 Ton

Fuerza de sismo relleno

F(relleno) = 0.067* 2.00Ton/m3*4.00m

= 0.536Ton/m2

= 0.536 Ton/m2 * 4.00m*4.00m / 2

= 4.28 Ton / metro lineal de estribo.

= 17.12 Ton

Fuerza en anclaje Total = 29.19 Ton

Fh (anclaje) = 29.19 Ton / 5.20m

= 5.61 Ton / metro lineal de estribo

= 5.61Ton/m * 2.60m

= 14.58 Ton

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Calculo cantidad de anclajes= usamos 2 anclajes, cada anclaje deberá proporcionar una fuerza

horizontal de Fh=14.58 Ton

Diagrama para un anclaje:

Fh=14.58 Ton

Beta= 15°

Ta = 15.58 / Cos26°

= 16.13 Ton Fuerza Tensionamiento por anclaje.

Fv= 4.03 Ton

Torones Diámetro ½”

Área = 0.987cm2

Resistencia a la rotura por tensión f’s=18900 Kg/cm2

Modulo Elasticidad Acero de preesfuerzo = 1950000 Kg/cm2

Tensión admisible de torones= 0.70*0.80f’s = 10584 Kg/cm2

Tensión admisible para torones de ½” = 0.987 * 10584 = 10.45 Ton / Torón

Numero de torones = 16.13 / 10.45 = 1.54 , UTILIZAR 2 TORONES POR CABLE

Fuerza en gato = 8.06 Ton

Revisión viga: Carga sobre viga = 16.13Ton/5.20 = 3.10 Ton /m

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Diagrama de momentos sobre la viga (Ton-m)

Mu=2.23Ton.m * 1.7 = 3.79 Ton.m Diseño de la sección de la viga de transferencia.

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10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Con la carga vehicular del camión C40-95, las deflexiones del puente en el centro de la

luz no cumplen con lo estipulado en el numeral A.9.6.2 del CCP200-94 Aplicando la

carga de camión C32-95, las deflexiones por carga viva cumplen con los requerimientos

del numeral ya mencionado. Bajo estas condiciones, se recomienda limitar por

deformaciones, la carga de este puente a la definida por el camión C32-95.

Los apoyos del puente sobre los estribos, se encuentran actualmente restringidos al

desplazamiento, no se recomienda modificar esa condición, al permitirle desplazamiento a

alguno de los apoyos, la rigidez del puente se ve afectada, incrementando así las

deflexiones por carga viva del camión C40-95 y C32-95, en ambos casos a valores no

aceptables.

Bajo las condiciones estructurales actuales, y sometiendo la superestructura a la carga

viva vehicular, la relación de esfuerzos de los elementos de resistencia estructural

principales del puente, están muy por encima de la unidad. Una intervención de

reforzamiento estaría interviniendo más del 80% de los elementos de la superestructura,

sin tener en cuenta el cambio de aquellos que se encuentran alterados por excedencia en

esfuerzos a cargas o impactos, y los que se encuentran afectados por ataques corrosivos.

La magnitud de las deflexiones calculadas bajo el efecto de las cargas vivas vehiculares,

evidencian que la superestructura carece de rigidez vertical, para aumentar la rigidez, se

debe pensar en una solución de adecuación estructural no solo pensada en suplir las

necesidad de esfuerzos internos de los diferentes elementos, si no en el efecto de inercia

que pueda atender las necesidades.

De acuerdo al informe patológico, la superestructura ya presenta una adecuación

estructural; esta se realizó en 1998. El reforzamiento consistió en la adherencia de una

cercha interna a las cerchas existentes, el incremento de este peso y por su proceso

constructivo aparente, fue soportado y dirigido a la estructura original, por lo que la

adecuación funciona en conjunto únicamente para la aplicación de carga viva, los

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elementos actuales redujeron su capacidad de resistencia al ser sometidos a carga

permanente adicional, lo anterior conlleva a que bajo nuestro análisis, la estructura

funcionando en conjunto no tenga capacidad de resistencia.

Con el propósito de dar estabilidad a la infraestructura, se proyectan dos anclajes a nivel

del estribo, estos anularan los efectos sísmicos generados por la superestructura y la

infraestructura.

Cordialmente,

_________________________ JOSE DEL C. NIETO MUÑOZ

ING. CIVIL – M.I.C.

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