Diseño de Estribo de Puente El Dorado.pdf

7/25/2019 Diseo de Estribo de Puente El Dorado.pdf

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|UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

SECCIN DE POSGRADOMAESTRIA EN INGENIERIA ESTRUCTURAL

COMPORTAMIENTO Y DISEO DE

ESTRUCTURAS DE CONCRETO

ntrega Final

Diseo Estructural De Un Estribo de

Concreto Armado para un Puente Carretero

PROFESOR:Dr. Vctor Fernndez Dvila

GRUPO:N 01

INTEGRANTES:

Cueva Caller, Carlos Eduardo

Llanos lvarez, Murakame

Guzman Salas, Rodolfo Beltran

CICLO:

2015-II

LIMA

PER2015


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Revisin: 0.1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

SECCION DE POSGRADO FICFecha

21/12/2015MAESTRIA EN CIENCIAS EN INGENIERIA

ESTRUCTURAL

INTRODUCCIN

Se conoce con el nombre de estribo a aquella parte de la subestructura de un puente situada en los extremos

del mismo. En el caso de estribos de extremo cerrado de puentes sirven para transmitir la carga desde la

superestructura hasta la cimentacin y actan como muros de contencin para retener la tierra de relleno por detrs

de ellos. Por tanto se podra decir, que los estribos de extremo cerrado es usado con doble propsito: el de transferirlas cargas de un tramo de la superestructura al terreno, y el de soportar el empuje lateral del terrapln situado en su

parte posterior.

Los estribos son por lo tanto, una combinacin de pilar y muro de contencin. Los estribos se deben

dimensionar de modo que debemos asegurar su estabilidad contra fallas por vuelco, deslizamiento y presiones en la

base. As, las cargas que se tendrn que considerar para su estabilidad son: cargas verticales de la superestructura;

incluyendo cargas muertas y mviles sin considerar el impacto; cargas del peso propio del estribo y del relleno; cargas

debido al empuje del terreno ms el efecto sobrecarga sobre el terreno; fuerzas de frenado debido a la carga mvil;cargas debido a la fuerza ssmica sobre la superestructura y subestructura, entre otros.

El planteamiento de tipos de estribos vara segn muchos factores, donde usualmente rige lo econmico;

las condiciones geomtricas son un factor importante donde se sugiere una determinada altura mnima buscndose

por tanto economizar sin afectar el desempeoo estructural del estribo. Para el caso de estribos de considerable

altura, usualmente se plantean los tipos de estribos en voladizo, y a mayores alturas inclusive suele plantearse los

estribos con contrafuertes, que es materia del presente trabajo.

En este proyecto semestral, se busca realizar el diseo estructural, poco citado en las bibliografas, de unestribo con contrafuertes, eligindose para tal fin, las cargas y consideraciones de diseo del estribo de concreto

armado que sirve de apoyo extremo del Puente el Dorado de 80m de luz aguas abajo, el cual se ubica sobre el Rio

Santa Isabel, en el distrito de Constitucin, perteneciente a la provincia de Oxapampa, en el departamento de Pasco,

ubicado en el tramo entre la ciudad de Constitucin con el Puerto Sngaro.

De acuerdo a la Ingeniera Bsica del proyecto se sabe que el Estribo deber tener una altura de 14m y

debe cubrir un ancho de calzada de 15.80 m (4 carriles), considerando un concreto de resistencia 280kg/cm2por

durabilidad.


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ESTRUCTURAL

INDICE GENERAL

1.0 GENERALIDADES

1.1 Alcance

1.2 Cdigos y Estndares

1.3 Documentos Referenciales

1.4 Datos considerados para el Anlisis y Diseo

1.4.1 Datos Geomtricos

1.4.2 Propiedades de los Materiales

1.4.3 Datos de Reacciones del Puente

1.4.4 Parmetros Ssmicos

2.0 ANALISIS ESTRUCTURAL

2.1 Calculo de Fuerzas de Empuje Esttico

2.2 Calculo de Fuerzas de Empuje Activo Ssmico (Mtodo Mononobe-Okabe)

2.3 Calculo de Fuerzas de Gravedad

2.4 Calculo de Fuerzas Ssmicas

2.5 Cargas y Combinaciones

2.6 Verificacin de Estabilidad

2.6.1 Verificacin por Deslizamiento

2.6.2 Verificacin de la Excentricidad

2.6.3 Verificacin de presiones en el suelo de fundacin

2.7

Modelamiento Estructural

3.0 RESULTADOS DEL ANALISIS ESTRUCTURAL

3.1 Mtodos de Anlisis estructural aceptables

3.2 Comportamiento de los materiales estructurales

3.3 Geometra

3.4 Diagrama de Esfuerzos de flexin

3.5

Deformaciones Laterales


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ESTRUCTURAL

4.0 DISEO DE ELEMENTOS

4.1 Estados Lmites

4.1.1 Estados Lmite de Servicio

4.1.2 Estados Lmite de Resistencia

4.2 Diseo de Pantalla Principal

4.3 Diseo de Parapeto

4.4

Diseo de Contrafuertes4.5 Diseo de Zapata

4.6 Diseo de Alas de Contencin

5.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 Conclusiones

5.2 Recomendaciones

ANEXOS


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ESTRUCTURAL

INDICE DE FIGURAS

1.1: Localizacin referencial de puente

1.2: Ubicacin del Puente sobre el rio Santa Isabel

1.3: Vista general en planta del puente El Dorado.

1.4. Elevacin del puente El Dorado

1.5: Vista Seccin Transversal del Puente El Dorado.

2.1:.Simbologa para el empuje activo de Coulomb

2.2: Aplicacin tpica de factores de carga para Resistencia de soporte

2.3: Aplicacin tpica de factores de carga para deslizamiento y excentricidad

2.4: Aplicacin tpica de sobrecarga viva

2.5: Criterio de esfuerzos convencional de soporte para cimientos de muros sobre suelo

2.6: Criterio de esfuerzos convencional de soporte para cimientos de muros sobre roca

2.7: Predimensionamiento para estribos de pantalla con contrafuerte

2.8: Muros con Contrafuertes

2.9: Distribucin de momentos sobre la pantalla vertical en estribos de muros con contrafuertes

2.10: Cargas que actan sobre los talones del estribo de muro con contrafuertes y distribucin del acero


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ESTRUCTURAL

CAPITULO I: GENERALIDADES

1.1 Alcance

El presente proyecto semestral tiene como alcances detallar los criterios estructurales adoptadosque sirven de base para el desarrollo del diseo del Estribo de Concreto Armado para el PuenteEl Dorado de 80m de luz entre ejes, logrando un buen desempeo de la estructura en su vida tilante cargas de servicio y eventos extremos debido a la ocurrencia de un sismo en el sitio, con el

fin de limitar daos, reducir gastos de reparacin, y mantener su funcionalidad y operatividad.Para lo cual para el diseo de los elementos se consideran los requerimientos indicados en elcdigo AASHTO LRFD Bridge Design Specifications y para considerar los requerimientos ssmicosde la estructura lo indicado en el Manual de Diseo de Puentes, MTC, Direccin General deCaminos y Ferrocarriles, 2003, adems se consider requerimientos de cdigos y estndaresafines para el proyecto.Este proyecto semestral contemplar, al finalizar, los diseos de los siguientes elementos comoproducto final:

Diseo de Zapata

Diseo de Pantalla Principal Diseo de Parapeto

Diseo de Alas de Contencin Diseo de Contrafuertes

1.2 Cdigos y Estndares

Para el desarrollo del trabajo se har uso de los cdigos y estndares que se especifican:

- AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, 6th Ed, 2012

- Manual de diseo de puentes, MTC, Direccin General de Caminos y Ferrocarriles, 2003

- Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural, ACI 318S-14

1.3 Documentos ReferencialesEn este proyecto semestral, se busca realizar el diseo estructural de un estribo de concretoarmado de extremo cerrado, eligindose para tal fin, las cargas y consideraciones de diseo delestribo de concreto armado que sirve de apoyo extremo al Puente el Dorado que cuenta con 80mde luz aguas abajo, el cual se ubica sobre el Rio Santa Isabel, en el distrito de Constitucin,perteneciente a la provincia de Oxapampa, en el departamento de Pasco, ubicado en el tramoentre la ciudad de Constitucin con el Puerto Sngaro; cuyos estudios bsicos servirn como depunto de inicio al presente proyecto semestral.


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ESTRUCTURAL

Fig. 1.1:Localizacin referencial de puente

1.4 Datos Considerados Para el Anlisis y Diseo

1.4.1. Datos GeomtricosPara un mejor panorama de los datos geomtricos se citan las siguientes imgenes conel dimensionamiento de la superestructura que son requisitos para el diseo del estribo,en este caso, el estribo extremo derecho aguas abajo.


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ESTRUCTURAL

Fig. 1.2:Ubicacin del Puente sobre el rio Santa Isabel

Fig. 1.3:Vista general en planta del puente El Dorado.


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ESTRUCTURAL

Fig. 1.4:Elevacin del puente El Dorado

Fig. 1.5:Vista Seccin Transversal del Puente El Dorado.

Estribo considerado a

disearse (H=14 m)


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ESTRUCTURAL

Dada las condiciones de requerimiento en altura para el estribo considerado a disearse (H=14 m), se haceeleccin por tanto, de un estribo con contrafuertes ya que por lo general segn bibliografas y la experienciaindican que resulta ms econmico que un estribo en voladizo o mnsula a alturas mayores de 10 m.

1.4.2. Predimensionamiento

1.4.3. Propiedades de los materiales

H 14.00 m Altura Total del EstriboL 17.80 m Longitud Total del Estribo

tp1 0.60 m Espesor Sup. de la Pantalla

tp2 1.20 m Espesor Inf. de la Pantalla

tp3 0.40 m Espesor del contrafuerte

N 1.00 m Ancho de Cajuela

H1 9.50 m Altura de Pantalla

H2 0.60 m Dimensones de Mnsula

H3 0.40 m

th1 0.30 m

H4 1.50 m Dimensones de Parapeto

th2 0.20 m

B 12.00 m Longitud Total de la Zapata

B1 4.00 m Longitud del Pie

B2 6.80 m Longitud del Taln

Hz 2.00 m Altura de la Zapata

Sc 3.50 m Espaciamiento de Contrafuertes

Acero de refuerzo

Esfuerzo de fluencia fy 4200 kgf/cm2

Concreto Armado

Resistencia a la Compresin f c 280 kgf/cm2

Peso especfico del concreto gc 2.4 ton/m3

Mdulo de Elasticidad del Concreto E 250998 kgf/cm2

Suelo de Relleno

Tipo Material granular no cohesivo

Densidad gs

1.80 ton/m3

Angulo de friccin f1 31

Suelo de Fundacin

Tipo Grava limpia,mezclas de grava y aren

Angulo de friccin f2 32

Coeficiente de friccin m 0.62

Propiedades de los Materiales


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ESTRUCTURAL

CAPITULO II: ANLISIS ESTRUCTURAL

En la seccin anterior se vio por conveniente la eleccin del diseo del estribo del tipo muro concontrafuertes dada bsicamente por sus condiciones geomtricas y econmicas. De aqu en adelante setrata de darle un enfoque a la metodologa del anlisis para finalmente gravitar en el diseo de loselementos. Para esto se centrar en el anlisis estructural como sigue:

2.1. Clculo de Fuerzas de Empuje Esttico

La rigidez de la estructura y las caractersticas del material contenido son los factores queinfluyen de manera ms significativa en el desarrollo de las presiones horizontales detierras.

Las estructuras que pueden movilizarse o deflectarse alejndose del suelo contenidopueden desarrollar un estado activo de presiones en la masa de suelo.

Las estructuras que se encuentran restringidas al movimiento deben ser diseadas pararesistir una distribucin de presiones de tierra en reposo.

Las estructuras que se encuentran forzadas a deflectarse horizontalmente contra un suelocontenido deben ser diseadas para resistir una presin de tierras pasiva.

AASHTO considera el empuje pasivo no como una carga sino como un componente deresistencia.

2.1.1. Empuje De Suelo

La presin de tierras horizontal (p) vara linealmente en forma proporcional a laprofundidad. Se encuentra definida por la siguiente ecuacin (AASHTO 3.11.5.1)

= Donde:

p = Presin de Tierras Lateral

gs= Peso unitario del suelo

Z = Profundidad debajo de la superficieK = Coeficiente de empuje lateral de tierras

Ko : Para elementos que no se deflectan o muevenFig. 07. Empuje de Suelo sobre Estribo.

Ka : Para elementos que se desplazan lo suficiente para desarrollar la presin activa.

Kp : Para elementos que se desplazan lo suficiente para desarrollar las condiciones de presin pasiva.


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ESTRUCTURAL

Se asumir que la carga de suelo lateral resultante debida al peso del relleno acta a una altura igual aH/3 desde la base del muro, siendo H la altura total del muro medida desde la superficie del terreno en elrespaldo del muro hasta la parte inferior de la zapata.

2.1.2. Coeficiente De Presin En Reposo

Para suelos normalmente consolidados, muro vertical y terreno nivelado, el coeficiente de empuje lateralen reposo se puede tomar como:

Donde:

ff= ngulo efectivo de friccin del suelo

ko= coeficiente de empuje lateral del suelo en reposo

2.1.3. Coeficiente de Presin Activa

Fig. 2.1:.Simbologa para el empuje activo de Coulomb

El coeficiente de empuje lateral activo se puede tomar como:

Y adems:

= ngulo de friccin entre relleno y muro (como referencia puede ser tomado como seespecifica en la Tabla N 01


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ESTRUCTURAL

= ngulo que forma la superficie del relleno respecto de la horizontal como se indicaen la figura 08.

= ngulo que forma el respaldo del muro respecto de la horizontal como se indica en lafigura 08.

ff= ngulo efectivo de friccin interna del suelo

2.1.4. Coeficiente de Presin Pasiva

Para los suelos cohesivos, los empujes pasivos se pueden estimar de la siguiente manera:

Donde:Pp= empuje lateral pasivo del suelogs= densidad del sueloz = profundidad debajo de la superficie del sueloc = cohesin del suelokp= coeficiente de empuje lateral pasivo del suelo especificado en los bacos 01 y 02g = aceleracin de la gravedad

2.2. Clculo de Fuerzas de Empuje Activo Ssmico (Mtodo Mononobe-Okabe)

La presin horizontal en estructuras de retencin es amplificada durante el evento ssmico debido

a la aceleracin en la masa de tierra contenida. El mtodo de Mononobe-Okabe es un mtodo deanlisis que permite determinar una presin de tierras esttica equivalente.El mtodo es aplicable cuando:

La estructura puede deflectarse lo suficiente para movilizar la presin activa en el suelocontenido.

El relleno puede deflectarse lo suficiente para movilizar la presin activa en el suelocontenido.

El relleno est conformado por material no-cohesivo y no-saturado.

La cua de falla est definida por una superficie plana.

La aceleracin es uniforme en la masa de suelo contenido.

Presin en Reposo

Ko 0.485

Presin Activa

Ka 0.320

Coeficientes de Presin del Suelo de Relleno

=

=


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ESTRUCTURAL

2.3. Clculo de Fuerzas de Gravedad

Son las cargas de peso propio (DC) y de carga muerta (DW)

2.4. Clculo de Fuerzas de Sobrecarga (LS)

Se deber aplicar una sobrecarga viva si se anticipa que habr cargas vehiculares actuando sobre lasuperficie del relleno en una distancia igual a la mitad de la altura del muro detrs del paramento posteriordel muro.El aumento del empuje horizontal provocado por la sobrecarga viva se puede estimar como:

donde:p = empuje horizontal constante del suelo debido a la sobrecarga viva (MPa)s = densidad total del suelo (kg/m3)

Peso Propio DC1 477.10 ton

Barreras y barandas DC2 60.00 ton

Carpeta Asfaltica DW 45.20 ton

Camin de Diseo HL93+IM LL+IM 167.70 ton

Carga Peatonal PL 44.04 ton

Apoyofijo BR 21.96 ton

Apoyofijo Friccion 0.00 ton

Apoyofijo EQ 279.50 ton

Reacciones de Superestructura


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ESTRUCTURAL

k = coeficiente de empuje lateral del sueloheq = altura de suelo equivalente para carga vehicular (mm)g = aceleracin de la gravedad (m/s2)

Las alturas de suelo equivalente, heq, para cargas carreteras sobre estribos y muros de sostenimiento sepueden tomar de las Tablas 3.11.6.4-1 y 3.11.6.4-2. Para alturas de muro intermedias se deberinterpolar linealmente.La altura del muro se deber tomar como la distancia entre la superficie del relleno y el fondo de la zapataa lo largo de la superficie de contacto considerada.

El factor de carga tanto para la componente vertical como para la componente horizontal de la sobrecargaviva se deber tomar como se especifica en la Tabla 3.4.1-1 para sobrecarga viva.

2.5. Cargas y CombinacionesTodos los estados lmites se deben considerar de igual importancia.

Para cargas para las cuales un valor mximo de i es apropiado:


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ESTRUCTURAL

Para cargas para las cuales un valor mnimo de i es apropiado:

La solicitacin mayorada total se tomar como:

donde:i = modificador de las cargasQi = solicitaciones de las cargas aqu especificadasi = factores de carga especificados en las Tablas 3.4.1-1 and 3.4.1-2


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ESTRUCTURAL

Los componentes y conexiones de un puente debern satisfacer la Ecuacin 1.3.2.1-1 para lascombinaciones aplicables de solicitaciones extremas mayoradas segn se especifica para cada uno de lossiguientes estados lmites:

RESISTENCIA ICombinacin de cargas bsica que representa el uso vehicular normal del puente, sinviento.

RESISTENCIA IICombinacin de cargas que representa el uso del puente por parte de vehculos dediseo especiales especificados por el Propietario, vehculos de circulacin restringida, o ambos, sin viento.

RESISTENCIA IIICombinacin de cargas que representa el puente expuesto a vientos de velocidadessuperiores a 90 km/h.

RESISTENCIA IV Combinacin de cargas que representa relaciones muy elevadas entre lassolicitaciones provocadas por las cargas permanentes y las provocadas por las sobrecargas.

RESISTENCIA V Combinacin de cargas que representa el uso del puente por parte de vehculosnormales con una velocidad del viento de 90 km/h.

EVENTO EXTREMO ICombinacin de cargas que incluye sismos.

EVENTO EXTREMO IICombinacin de cargas que incluye carga de hielo, colisin de embarcaciones yvehculos, y ciertos eventos hidrulicos con una sobrecarga reducida diferente a la que forma parte de lacarga de colisin de vehculos, CT.

SERVICIO ICombinacin de cargas que representa la operacin normal del puente con un viento de 90km/h, tomando todas las cargas a sus valores nominales. Tambin se relaciona con el control de lasdeflexiones de las estructuras metlicas enterradas, revestimientos de tneles y tuberas termoplsticas ycon el control del ancho de fisuracin de las estructuras de concreto armado. Esta combinacin de cargas

tambin se debera utilizar para investigar la estabilidad de taludes.


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ESTRUCTURAL

SERVICIO IICombinacin de cargas cuya intencin es controlar la fluencia de las estructuras de acero yel resbalamiento que provoca la sobrecarga vehicular en las conexiones de resbalamiento crtico.

SERVICIO IIICombinacin de cargas relacionada exclusivamente con la traccin en superestructuras deconcreto pretensado, cuyo objetivo es controlar la fisuracin.

SERVICIO IVCombinacin de cargas relacionada exclusivamente con la traccin en subestructuras deconcreto pretensado, cuyo objetivo es controlar la figuracin.

FATIGA I: la combinacin de carga de fatiga y fractura que se relacionan con la vida infinita fatiga inducidapor carga.

Las Figuras 2.3 y 2.4 ilustran cmo se aplican tpicamente los factores de carga para producir lassolicitaciones extremas totales mayoradas para evaluar la estabilidad externa de los muros desostenimiento. Si es necesario considerar una sobrecarga, la fuerza mayorada debida a la sobrecargageneralmente se incluye sobre el relleno inmediatamente encima del muro solamente a los fines de evaluarla capacidad de carga de las fundaciones y el diseo de la estructura, tal como se ilustra en la Figura 2.5.La sobrecarga debida a esta sobrecarga de suelo no se incluye encima del muro para evaluar laexcentricidad, el resbalamiento u otros mecanismos de falla para los cuales esta sobrecarga de suelorepresentara una contribucin a la resistencia. De forma similar, la sobrecarga que acta sobre el estribode un puente se incluye solamente para evaluar la capacidad de carga de la fundacin y el diseo de laestructura. El factor de carga correspondiente a la sobrecarga de suelo es igual tanto para las solicitacionesverticales como para las solicitaciones horizontales.

Las cargas y esfuerzos permanentes y transitorios ilustrados en las figuras incluyen, pero no se limitan a,los siguientes:

Cargas permanentes:

DC = peso propio de los componentes estructurales y accesorios no estructurales

DW = peso propio de las superficies de rodamiento e instalaciones para servicios pblicos

EH = empuje horizontal del suelo

ES = sobrecarga de suelo

EV = empuje vertical debido al peso propio del suelo de relleno

Cargas transitorias:

LS = sobrecarga viva

WA = carga hidrulica y presin del flujo de agua


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ESTRUCTURAL

Fig. 2.2:Aplicacin tpica de factores de carga para Resistencia de soporte

Fig. 2.3:Aplicacin tpica de factores de carga para deslizamiento y excentricidad


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ESTRUCTURAL

Fig. 2.4:Aplicacin tpica de sobrecarga viva

2.5. Verificacin de EstabilidadLa estabilidad global de todos los muros de sostenimiento, el talud retenido y el suelo o roca de fundacinse debern evaluar utilizando mtodos de anlisis basados en el equilibrio lmite. Tambin se deberinvestigar la estabilidad global de los taludes temporarios desmontados para facilitar la construccin.

Descripcin Vol. (m3) xi (m) yi (m) Fvi (ton) Mi (ton-m)

Estribo

Zapata 427.2 6.00 1.0 1025.3 6,151.7

Pantalla 1 101.5 4.90 6.8 243.5 1,193.2

Pantalla 2 50.73 4.40 5.2 121.8 535.7

Viga Cabezal 18.16 4.9 12.0 43.6 213.5

Parapeto 5.3 5.4 13.3 12.8 69.2

Relleno

Relleno 1452.5 8.6 2614.5 12,491.3

Superestructura

DC (DC1+DC2) 537.1 4.9 537.1 2,631.8

DW 45.2 4.9 45.2 221.5

LL +IM 4.9 167.7 821.7

PL 4.9 44.0 215.8

Sobrecarga Superficial

Sobrecarga Superficial 127.0 8.8 132.8 1,162.1

Cargas Resistentes


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ESTRUCTURAL

2.5.1 Verificacin por Deslizamiento

La falla por deslizamiento ocurre si los efectos de la fuerza debido a los componentes horizontales de lacarga exceden la ms crtica de la resistencia al corte factorada del suelo o la resistencia al corte factoradaen la interface entre el suelo y la cimentacin.

Para zapatas en suelo granular, la resistencia al deslizamiento depende de la rugosidad de la interfaceentre la cimentacin y el suelo. En muchos casos el movimiento de la estructura y su cimentacin sernpequeos. Consecuentemente, si la resistencia pasiva es incluida en la resistencia, la magnitud escomnmente tomada como el 50% de la mxima resistencia pasiva.

La resistencia factorizada contra el fallo por deslizamiento, en kips, se tomar como:

Rn = resistencia al deslizamiento nominal contra el fallo por deslizamiento (kips) = factor de resistenciapara la resistencia al cortante entre el suelo y la base especificada en la Tabla 10.5.5.2.2-1.R = nominal de resistencia entre el suelo y la base deslizante (kips)ep = factor de resistencia a la resistencia pasiva se especifica en la Tabla 10.5.5.2.2-1Rep = resistencia pasiva nominal de suelo disponible en toda la vida de diseo de la estructura (kips)

Descripcin yi (m) Fhi (ton) Mi (ton-m)

Empuje Estatico

Empuje de suelo de relleno (F0) 4.7 1522.7 7,106.1

Empuje Activo

Empuje de suelo de relleno (Fa) 4.7 1005.1 4,690.4

Fuerzas Sismicas

Empuje dinamico de suelo de relleno (DFae) 8.4 261.8 2,199.4

Superestructura 12.5 279.5 3,493.8

Inercia del Estribo 2.8 231.5 638.5

Inercia del Suelo de relleno (50%) 6.3 196.9 1,232.7

Fuerzas laterales de superestructura

Friccion 0.0 0.0 0.0

Frenado 15.8 22.0 347.0

Sobrecarga Superficial

Sobrecarga Superficial 7.0 273.4 1,914.1

Cargas Actuantes


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ESTRUCTURAL

Fa= 2,024.6 Ton-m

Fr= 4,932.8 Ton-m

sum V= 4,562.3 Ton

m = 0.6

Fr . m = 3,082.4 Ton

f = 0.8

fFr . m = 2,465.9 Ton

D/C = 0.82 OK

Analisis por Deslizamiento - Resistencia I

Fa= 2,248.2 Ton-m

Fr= 4,776.5 Ton-m

sum V= 4,776.5 Ton

m = 0.6

Fr . m = 2,984.7 Ton

f = 1.0

fFr . m = 2,984.7 Ton

D/C = 0.75 OK

Analisis por Deslizamiento - Ev. Extremo I


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ESTRUCTURAL

2.5.2. Verificacin de la Excentricidad

En las fundaciones en suelo la ubicacin de la resultante de las fuerzas de reaccin deber estardentro del medio central del ancho de la base. En las fundaciones en roca la ubicacin de laresultante de las fuerzas de reaccin deber estar dentro de los tres cuartos centrales del anchode la base.

Ma= 10,992.5 Ton-m

Mr= 25,328.7 Ton-m

sum V= 4,562.3 Ton

M=Ma-Mr+sum V*B/2 = 13,037.5 Ton-m

e=M/sum V = 2.9

e/B= 0.24 e/B max= 0.25 OK

D/C = 0.43

Analisis de Estabilidad a Voteo (Excentricidad) - Resistencia I

Ma= 14,168.9 Ton-m

Mr= 24,670.0 Ton-m

sum V= 4,776.5 Ton


e=M/sum V = 3.8

e/B= 0.32 e/B max= 0.33 OK

D/C = 0.57

Analisis de Estabilidad a Voteo (Excentricidad) - Ev. Extremo I


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ESTRUCTURAL

2.5.3 Verificacin de presiones en el suelo de fundacin

Los estribos y muros de sostenimiento se debern dimensionar de manera de asegurar su estabilidadcontra las fallas por aplastamiento, vuelco y deslizamiento. Tambin se deber investigar la falla de lasfundaciones.

La capacidad de carga se deber investigar en el estado lmite de resistencia utilizando cargas yresistencias mayoradas, y asumiendo las siguientes distribuciones de la presin del suelo:

Si el muro es soportado por una fundacin en suelo:

la tensin vertical se deber calcular suponiendo una presin uniformemente distribuida sobre el rea deuna base efectiva como se ilustra en la Figura 1. La tensin vertical se deber calcular de la siguientemanera:

donde:

V = sumatoria de las fuerzas verticales y las dems variables son como se define en la Figura 13

Si el muro es soportado por una fundacin en roca:

la tensin vertical se deber calcular suponiendo una presin distribuida linealmente sobre el rea de unabase efectiva como se ilustra en la Figura 2. Si la resultante cae dentro del tercio central de la base,

donde las variables son como se define en la Figura 11.6.3.2-2. Si la resultante cae fuera del terciocentral de la base,

donde las variables son como se define en la Figura 11.6.3.2-2.


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ESTRUCTURAL

Resistencia I

Evento extremo I

Ma= 13,550.1 Ton-m

Mr= 34,538.7 Ton-m

sum V= 6,309.8 Ton


e=M/sum V = 2.67

e/B= 0.22 e/B max= 0.25 OK

D/C = 0.39

qa = 53.28 Ton/m2

qn = 135.37 Ton/m2

jb = 0.45

qad = 60.92 Ton/m2

D/C = 0.87 OK

Ma= 14,168.9 Ton-m

Mr= 24,670.0 Ton-m

sum V= 4,776.5 Ton


e=M/sum V = 3.80

e/B= 0.32 e/B max= 0.33 OK

D/C = 0.57

qa = 61.03 Ton/m2

qn = 135.37 Ton/m2

jb = 1.00

qad = 135.37 Ton/m2

D/C = 0.45 OK


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ESTRUCTURAL

2.7. Modelamiento Estructural

2.7.1. Predimensionamiento

Se parte desde un predimensionamiento, para lo cual se puede hacer uso de lassiguientes dimensiones propuestas en el siguiente esquema:

Fig. 2.8:Predimensionamiento para estribosde pantalla con contrafuerte

N, es considerado en el AASHTO en el numeral 4.7.4.4-1 como:


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CAPITULO III: RESULTADOS DEL ANLISIS ESTRUCTURAL

3.1. Mtodos de Anlisis estructural aceptables

Se puede utilizar cualquier mtodo de anlisis que satisfaga los requisitos de equilibrio y compatibilidad yque utilice relaciones tensin-deformacin para los materiales propuestos, incluyendo pero no limitados a:

Mtodos clsicos de fuerza y desplazamientos,Mtodo de las diferencias finitas,Mtodo de los elementos finitos,Mtodo de las placas plegadas,Mtodo de las fajas finitas,Analoga de la grilla,Mtodos de las series u otros mtodos armnicos,Mtodos basados en la formacin de rtulas plsticas, yMtodo de las lneas de fluencia.

3.2. Comportamiento de los materiales estructurales3.2.1 Comportamiento Elstico vs Comportamiento InelsticoPara los propsitos del anlisis se deber considerar que los materiales estructurales se comportanlinealmente hasta un lmite elstico, e inelsticamente luego de superar dicho lmite.Las acciones en el estado lmite correspondiente a evento extremo se pueden acomodar tanto en elrango inelstico como en el rango elstico.

3.3. Geometra3.3.1 Teora de las Pequeas Deformaciones

Si la deformacin de la estructura no origina un cambio significativo de las solicitaciones debido a unaumento de la excentricidad de las fuerzas de compresin o traccin, dichas solicitaciones secundarias sepueden ignorar.

3.3.2 Teora de las Grandes DeformacionesSi la deformacin de la estructura origina un cambio significativo de las solicitaciones, en las ecuacionesde equilibrio se debern considerar los efectos de la deformacin. Los efectos de la deformacin y falta delinealidad geomtrica de los componentes se debern incluir en los anlisis de estabilidad y en los anlisisde grandes deformaciones. En el rango no lineal slo se debern utilizar cargas mayoradas, y no se deberaplicar superposicin de solicitaciones. En los anlisis no lineales el orden de aplicacin de las cargasdeber ser consistente con la aplicacin de las cargas en la estructura real.


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A. MODELAMIENTO ESTRUCTURAL

Fig. A.1 Modelo Estructural con elementos Shell en SAP2000

A.1. CARGAS

Fig. A.2 Modelamiento con Carga EH_relleno


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Fig. A.3 Modelamiento con Carga LSH_sc

Fig. A.4 Modelamiento con Carga LV_relleno


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Fig. A.5 Modelamiento con Carga LSV_sc

Fig. A.6 Modelamiento con Carga EQ_fae


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Fig. A.7 Modelamiento con DW_super

Fig. A.8 Modelamiento con PL_super


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Fig. A.9 Modelamiento con EQ_super


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CAPITULO IV: DISEO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

4.1. Estados LmitesLos componentes estructurales se debern dimensionar de manera que satisfagan los requisitos en todoslos estados lmites de servicio, fatiga, resistencia y eventos extremos que correspondan.

4.1.1 Estados Lmite de Servicio

Las acciones a considerar en el estado lmite de servicio sern fisuracin, deformaciones y tensiones delconcreto,

4.1.2 Estados Lmite de ResistenciaEn el estado lmite de resistencia se debern considerarla resistencia y la estabilidad.

El factor de resistencia se deber tomar como: Para flexin y traccin del concreto armado.............0,90 Para flexin y traccin del concretopretensado...................................................... 1,00 Para corte y torsin:

concreto de densidad normal .................. 0,90concreto de baja densidad ...................... 0,70

Para compresin axial con espirales o zunchos:

a excepcin de lo especificado en elArtculo 5.10.11.4.1b para ZonasSsmicas 3 y 4 en el estado lmite correspondiente a evento extremo............ 0,75

Para apoyo sobre concreto 0,70 Para compresin en modelos de bielas y tirantes .............................................. 0,70

Para compresin en zonas de anclaje:Concreto de densidad normal .................. 0,80Concreto de baja densidad ....................... 0,65

Para traccin en el acero en las zonas de anclaje ............................................. 1,00 Para Resistencia durante el hincado de pilotes........................................................ 1,00


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4.2. DISEO DE PANTALLA PRINCIPALCLCULO TPICO

Fig. A.10 Resultados M11 y M22 respectivamente


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4.2.1. Cuadro resumen de refuerzo en Pantalla


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4.4. DISEO DE CONTRAFUERTES

PREDIMENSIONAMIENTOH 12 m Altura total de estriboHZ 2 m Altura zapataZ 8 mH1 9.5 m Altura contrafuerteB 12 m BaseB2 6.8 m

tp2 1.2 mS 4.1 m Espaciamiento contrafuertesNc 5 Numero de contrafuertestp3 0.4 m Espesor contrafuerte

PROPIEDADES DE LOS MATERIALESAcero de refuerzoEsfuerzo de fluencia fy 4200 kg/cm2Concreto armadoresistencia a compresin f'c 210 kg/cm2

Peso especfico del concreto c 2.4 tn/m3Suelo de rellenoAngulo de friccin 31Peso especfico del suelo s 1.8 tn/m3Suelo de fundacinAngulo de friccin 32Coeficiente de friccin 0.62


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4.4.1

Por Flexin

Angulo (contrafuerte) 0.6212 radrecubrimiento r 0.07 mperalte d 7.93 m

Tu = 255.960 tn inferiorTu = 164.6859 tn medioTu = 74.54048 tn superior

=


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tercio tercio tercioinferior medio superior

As (cm2) 67.71 43.57 19.72As min (cm2) 57.10 40.78 24.46

Dimetro(pulg)

rea deacero

N deVarillas

fe @S(cm)

1 5.07 13 7.49 inferior1 5.07 9 11.64 medio1 5.07 5 11.64 superior

4.4.2

Por Fuerza Cortante (Refuerzo Horizontal)

Vu = 266.7543 tn.

Vu1 = 92.48429 tn.

Vc = 281.3119 tn.

Vs = 32.51675 tn.

1 =

= 0.3

=


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4.4.3

Por Traccin De La Pantalla Al Contrafuerte(Refuerzo Horizontal)

Tu-cf = 50.64 tn.

As = 6.70 cm2 calculadoAs min = 3.60 cm2

Dimetro

(pulg)

rea de

acero

fe @

s(cm)5/8 1.98 28.43

4.4.4 Por Traccin De La Zapata Al Contrafuerte(Refuerzo Vertical)

WD = 26.1 tn/mWs/c = 0.97 tn/mWu = 38.189 tn/m

qmax = 42.37 tn/mqmin = 0.927 tn/mqs = 21.056 tn/m

Wun = 21.31354 tn/m neto

Tu = 78.860 tn

As = 10.43 cm2 calculadoAs min = 7.20 cm2

= ( 3)

=

=


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Dimetro(pulg)

rea deacero

N deVarillas

fe @s(cm)

5/8 1.98 5 18.983/4 2.85 4 27.32

4.5. DISEO DE ZAPATA

4.5.1 Diseo De Zapata Posterior


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Mu(+) = 22.393 tn-mMu(-) = 29.857 tn-m

Acero Positivo = 0.000159As = 3.074 cm2As min = 34.74 cm2

Diametro(pulg)

Area deacero

N deVarillas

fe @s(cm)

3/4 2.85 4 8.20

Acero Negativo = 0.000212As = 4.100 cm2As min = 34.74 cm2

Dimetro(pulg)

rea deacero

N deVarillas

fe @s(cm)

3/4 2.85 12 8.20

4.5.2

Diseo De Zapata Anterior

WD = 18.00 tn/mWu = 25.2 tn/mqs = 18.688 tn/mMu = 166.970 tn/m = 0.001199

As = 23.132 cm2As min = 34.74 cm2

Dimetro(pulg)

rea deacero

N deVarillas

fe @s(cm)

3/4 2.85 4 8.20


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CAPITULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1. Conclusiones Se observa en el manual de diseo de puentes que los valores de los factores de carga y

resistencia son los mismos de AASHTO. Sin embargo, las condiciones de nuestra realidad sondiferentes a la realidad norteamericana donde se tiene un mayor control de las cargas y de losprocesos constructivos de puentes, por lo que se concluye que debera investigarse cmo serealiz el estudio de confiabilidad de estos factores de la norma peruana.

Un diseo de estribo de puente carretero que garantice un correcto funcionamiento, necesita elestudio de diversos campos como hidrologa, hidrulica, topografa, geologa, estudio de trnsito,sismo, etc. Muchas veces, la incertidumbre en estos campos de estudio influye negativamente enel diseo final del estribo.

La calidad de la subestructura controla el nivel de funcionamiento del puente. Los estribos son un tipo particular de muros de contencin que sirven de apoyo a la superestructura

del puente. El estribo debe ser capaz de mantener el cauce estable y la vez contener el terrapln. Los estribos debern ser en lo posible paralelos a las mrgenes de los ros. Cuando se evita la acumulacin de agua en la carretera se reducen los costos de mantenimiento

y de reposicin del pavimento, sobre todo en las regiones de la sierra y selva. La calidad de la subestructura controla el nivel de funcionamiento del puente. El adecuado uso de los geosintticos reduce los ndices de derrumbes por saturacin que

perjudican las obras viales. Como se observo en los anlisis de estabilidad, el factor de seguridadaumenta considerablemente al colocar un sistema de drenaje.

Al colocar un dren al muro de contencin, se reduce considerablemente las dimensiones y lascuantas de acero de refuerzo, lo que se traduce en un ahorro en costos en la estructura.

Un diseo de estribo de puente carretero que garantice un correcto funcionamiento, necesita elestudio de diversos campos como hidrologa, hidrulica, topografa, geologa, estudio de trnsito,sismo, etc. Muchas veces, la incertidumbre en estos campos de estudio influye negativamente enel diseo final del estribo.

El predimensionamiento suele obedecer modelos y proporciones convencionales al cual hay quesometerle las condiciones del proyecto para ajustar sus dimensiones realizndose un trabajo

iterativo de comprobaciones sucesivas, hasta alcanzar un modelo final. Existen muchas formas de modelar una estructura de este tipo, para el presente proyecto

semestral se us el modelo de elementos finitos, mediante el programa SAP2000; modelo al cualse someti las distintos requerimientos de carga cuyas respuestas fueron usadas para el diseode la pantalla, zapatas y dada la particularidad estructural de la mnsula, se us un modelo depuntales y tirantes.

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