INFORME TECNICO

DISEÑO ESTRUCTURAL

PUENTE CAJON

REV FECHA DESCRIPCION POR REV. APRB.

0 12/04/2007 Para Aprobación

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1. GENERALIDADES

Se presenta un informe técnico de diseño de una estructura enterrada tipo cajón de

hormigón armado correspondiente al puente ubicado en la provincia de Nuble, VIII

región del Bío-Bío.

2. ANTECEDENTES

Como antecedentes para el diseño se consideraron los siguientes documentos:

Levantamiento topográficos entregados por la empresa Sierra Nevada

Información de mecánica de suelos entregada por la empresa

3. DESCRIPCION

Para la modelación y análisis se consideraron las siguientes características

generales del cajón:

Cajón de 5 m x 4 m

Ancho calzada 6.4 m

Guardarruedas de 0.2 m x 0.3 m

4. BASES DE CALCULO

Manual de carreteras Volumen 3 vigente

Norma AASHTO 96

Análisis de elementos finitos con Software SAP2000

Código ACI-1995

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9. DATOS GENERALES

Altura 4.5 m

Base 5.0 m

Espesor Losa 0.5 m

Espesor Muros 0.5 m

13. MATERIALES

Acero fy 4200 kg/cm2

Hormigón f’c 250 kg/cm2

h 2500 kg/m3

7. ANTECEDENTES DEL RELLENO

h2000 kg/m3

r 38°

8. ANTECEDENTES DEL SUELO DE FUNDACION

Coeficiente Balasto kv 2 kg/cm3 Ref. Mecánica de Suelos

Tensión Admisible Estática 1 kg/cm2 Ref. Mecánica de Suelos

Tensión Admisible Estática 1.3 kg/cm2 Ref. Mecánica de Suelos

9. MODELACION ESTRUCTURAL

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La interacción suelo-estructura se considero mediante la definición de

resortes verticales y horizontales que representan el suelo donde emplazara

el puente Batuco.

Rigidez de los resortes verticales Ref. MC 3.1003.501(2)(b)

Factor de rigidez sísmica F 1.6

Paso sl 20 cm

Paso st 20 cm

Rigidez de resortes internos 1280 kg/cm

Rigidez de resortes externos 640 kg/cm

Rigidez de los resortes Horizontales Ref. MC 3.1003.501(3)(b)

10. ESTADOS DE CARGA

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Peso Propio

Empuje en Reposo Según Jaky K0 = 1-senØ

Ko 0.384

Eo 0.768H ton/m2

ESTA CARGA ES APLICADA EN FORMA TRIANGULAR CRECIENTE CON LA PROFUNDIDAD.

Empuje Sísmico Ref. MC 3.1003.501(4)

ACELERACIÓN MAXIMA DEL SUELO 0.5g

DESANGULACION DEL SUELO 0.00055

DESPLAZAMIENTO ESTRUCTURA 0.0025

Es 4.1 ton/m2

ESTA CARGA ES APLICADA EN FORMA RECTANGULAR UNIFORME SOBRE EL MURO OPUESTO A LA

UBICACION DE LOS RESORTES HORIZONTALES.

Inercia Sísmica Estructural

Zona sísmica 3 Ref. MC 3.1004.304

Tipo de Suelo de Fundación III Ref. MC 3.1004.308 B

Coeficiente de Importancia 1.0 Ref. MC 3.1004.305

Factor de modificación de respuesta 1 Tabla 3.1004.310 A

Aceleración efectiva 0.40 g Ref. MC 3.1004.302

Coeficiente del suelo 1.2 Tabla 3.1004.308 A

Coeficiente sísmico Cs 0.24 Ref. MC 3.1004.309(1)

Ese 18.2 ton

ESTA CARGA FUE APLICADA COMO UNA CARGA PUNTUAL EN EL CENTROIDE DEL DIAFRAGMA RIGIDO DEFINIDO EN LA LOSA SUPERIOR.

Carga Móvil

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Tren de Carga HS 20-44 Ref. MC 3.1003.202

Carga por Ruedas 7.26 ton art. 3.7 AASHTO

Separación entre Ruedas 4.27 m art. 3.7 AASHTO

Coeficiente Impacto 1.3 art. 3.8 AASHTO

Coeficiente Mayoración mop 1.2 Ref. MC 3.1003.202

Coeficiente distribución 1.699

Carga de Diseño 6.67

ESTA CARGA FUE APLICADA COMO UNA CARGAS PUNTUALES EN LOS PUNTOS MAS DESFABORABLES DEL MODELO.

13. COMBINACIONES DE CARGA

Para Determinar Esfuerzos Máximos de Diseño

C1 = 1.3(1.5E0 + 1.67CM + PP)

C2 = 1.3(1.5E0 + Es + Ese + PP)

C3 = 1.3(0.5E0 + 1.67CM + PP)

C4 = 1.3(0.5 E0 + Es + Ese + PP)

Para Verificar Presiones de Contacto

C5 = E0 + CM + PP

C6 = E0 + Es + Ese + PP

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13. Resultados del Análisis

Losa Superior (e = 50 cm)

Diagrama de Momentos Flectores XX (kg-m/m)

Combinación Desfavorable Vano: C3

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Diagrama de Momentos Flectores XX (kg-m/m)

Combinación Desfavorable Apoyo: C2

DISEÑO

Losa Inferior (e = 50 cm)

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Diagrama de Momentos Flectores XX (kg-m/m)

Combinación Desfavorable vano: C3

Diagrama de Momentos Flectores XX (ton-m/m)

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Combinación Desfavorable Apoyo: C2

DISEÑO

Muros Laterales (e = 50 cm)

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Diagrama de Momentos Flectores YY (kg-m/m)

Combinación Desfavorable: C2

DISEÑO

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13. PRESIONES SOBRE EL SUELO DE FUNDACION

Diagrama de Deformaciones del Suelo de Fundación (cm)

Combinación desfavorable C5

Deformación Máxima: 0.33 cm

Tensión Máxima sobre el Suelo: 0.45 kg/cm2

La tensión máxima es menor a la admisible del suelo, por lo que el diseño cumple

satisfactoriamente.

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FISURACION

La capacidad de la estructura fue calculada para no admitir agrietamientos (Fase I

Hormigón). Esta capacidad queda determinada por el espesor de los elementos

estructurales.

La Fase I del Hormigón implica que:

- El hormigón armado trabaja previo a la aparición de la primera grieta.

- El hormigón y el acero se encuentran en comportamiento lineal elástico.

- El análisis se realiza usando las propiedades de la Sección transformada no agrietada,

que corresponde a la sección de un material único (hormigón) obtenida de un área

equivalente para el acero de refuerzo.

- El hormigón está resistiendo las tracciones dadas por la flexión (usualmente la

resistencia a la tracción es del orden del 10 a 20% de f’c)

Para el cálculo de la capacidad de la estructura se considero la sección transformada

no agrietada del hormigón, según se especifica a continuación.

A modo de ejemplo de cálculo para el espesor máximo del muro igual a 50 cm.

Para el cálculo de la sección transformada se utilizó como área de acero un

, dado a que según se detalla posteriormente es la

armadura que se utilizará en casi la totalidad del muro.

Cálculo posición eje neutro

DATOS VALOR UNIDAD

b 100 cm

e 50 cm

d 45 cm

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n 8.94 -

As 16.96 cm2

fr 35 kg/cm2

El cálculo de la posición del eje neutro se realiza como se indica a continuación:

Se calcula el área equivalente de la sección transversal:

Donde , es la razón de Módulos

Resolviendo se obtiene:

Cálculo Momento de Inercia

Resolviendo se obtiene:

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Cálculo Momento de agrietamiento

Según ACI 318-2002, ec. (9-9) el momento de agrietamiento se calcula de acuerdo a la

siguiente expresión:

Donde:

: módulo de rotura del hormigón

: momento de Inercia de la sección transformada no agrietada.

: distancia desde el eje centroidal de la sección bruta a la fibra extrema en

tracción.

Resolviendo se obtiene:

Este resultado indica que si la sección transversal del muro alcanza este momento,

aparecerá la primera grieta y con ello el hormigón estará en Fase II.

Diagrama de Momentos Máximos

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Combinación: C5

M11

M22

Diagrama de Momentos Máximos

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Combinación: C6

M11

M22

Todos los momentos anteriores son menores al de figuración, con lo que se

concluye que la estructura no tendrá problemas de este tipo.

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DISEÑO DE MUROS DE ALAS

Fig. Modelo Estructural

Estados de Carga

Peso Propio

Empuje en Reposo Según Jaky

Ko 0.384

Eo 0.768H ton/m2

Empuje Sísmico

Es 0.406H ton/m2

Combinaciones de Carga

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Para Determinar Esfuerzos Máximos de Diseño (ACI 318-95)

D1 = 1.4PP + 1.7 (E0 + Es)

D2 = 0.9PP + 1.7 (E0 + Es)

Para Verificar Presiones de Contacto y Estabilidad

D3 = PP + E0 + Es

Verificación Estabilidad Muro de Alas

Combinación: D3

Diagrama de Deformación Zapata (m)

En el diagrama anterior se puede apreciar que la totalidad de la base del muro se

encuentra en compresión. Por lo tanto esto asegura la estabilidad de la estructura al

volcamiento.

F.S.D = 61630/30177 = 2 ok > 1.5 MC.3.1003.31(3)

F.S.V = 143000/80000 = 1.78 ok > 1.5

Tensión máxima de Compresión sobre el suelo = 0.65 kg/cm2

Diagramas de Momentos Máximos Muro Voladizo (ton-m)

Combinación D1

M11

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M22

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Diagramas de Momentos Máximos Zapata (ton-m)

Combinación C1

M11

M22

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Anexo 1

Desplazamientos de nodos con Resortes Verticales

Estructura Cajón

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Anexo 2

Desplazamientos de nodos con Resortes Horizontales

Estructura Cajón

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Anexo 3

Desplazamientos de nodos con Resortes Verticales

Estructura Muro Ala

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