UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR 1

CURSO DE PUENTES Ing. Juan Manuel Vinueza Moreno

Fecha: mar-14

CAPITULO 1: GENERALIDADES

1.1 INTRODUCCION

Puente es una estructura, que permite salvar y dar continuidad a una vía ante un obstáculo.

La vía puede ser vehicular, peatonal, férrea, un acueducto, etc.

El obstáculo puede ser un río, una depresión del terreno, otra vía,etc.

Un puente está conformado por dos partes de tipo general: Infra y Superestructura.

Los estribos a más de ser el apoyo en los extremos del puente, contienen el relleno de los accesos.

1.2 CLASIFICACION Y TIPOS DE PUENTES.

A los puentes se los puede clasificar desde diversos puntos de vista así:

1.2.1 POR EL MATERIAL.

Puentes de hormigón armado.

Puentes de hormigón presforzado

Puentes de acero estructural

Puentes de madera

Puentes mixtos: acero - hormigón, madera - hormigón

1.2.2 POR EL TIPO DE SUPERESTRUCTURA EN LO RELATIVO A LA SECCION TRANSVERSAL

PUENTES LOSA

Losa maciza.

Losa alivianada.

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Losa nervada

Es importante entonces poner interés en este tipo de estructuras por el servicio que va a prestar. Por tanto la seguridadde estas obras y su economía son factores que deben tenerse presentes.

Los puentes son obras de gran importancia para el desarrollo del país, pues ayudan a la producción, al comercio, sonla integración de los pueblos,etc.

La estructuración, el uso de materiales, para dar la seguridad y buscar la economía de la obra, son función de lasluces, la magnitud de las cargas, etc.

El puente debe ser una estructura estable. Esta debe perdurar en el tiempo, resistir esfuerzos. Estas condiciónes sinembargo no deben ser las únicas, pues la ingeniería no debe limitarse al estudio de la resistencia de los materiales. ycomo hemos dicho factores como economía, servicio y aún aspectos estéticos deben ser tomados en cuenta.

La superestructura, es la que recibe las cargas de servicio, cargas de acabados, y las transmite conjuntamente con supeso propio a la infraestructura.

La elección del sitio de ubicación de los puentes se justificará mediante el análisis de alternativas, en los que seconsiderarán aspectos económicos, técnicos, sociales y ambientales, se deberán también incluir los costos demantenimiento e inspección

Al elegir la ubicación favorable para los puentes, se lo hará viendo que ésta se ajuste a las condiciones creadas por elobstáculo, facilite el diseño, construcción, mantenimiento y satisfaga los niveles de servicio y seguridad, con losmenores impactos para la vía.

La infraestructura transmite a la fundación las cargas de la superestructura y las de su peso propio. Elementos de lainfraestructura son los estribos y pilas. Estribos son las estructuras ubicadas en los extremos, esto es al inicio y fin deun puente. Las pilas son los elementos intermedios, ubicados entre los estribos. Las pilas aparecen cuando se tienedos o más tramos, vanos o luces.

Las pilas son los apoyos intermedios del puente y pueden estar sometidos a la acción de la fuerza de la corriente

PUENTES DE VIGAS SIMPLES

Vigas macizas

Vigas alivianadas

Vigas cajón o celulares (con celdas)

PUENTES DE VIGAS COMPUESTAS

Vigas de Hormigón Presforzado - Tablero H. Armado

Vigas de acero - Tablero de H. Armado

Vigas cajon - acero - H. Armado

1.2.3 POR EL TIPO DE SUPERESTRUCTURA LONGITUDINAL

Puentes isostáticos simples

Puente isostático con voladizos

Puentes con vigas Gerber: De inercia constante

De inercia variable.

Puente de vigas continuas: De inercia constante

De inercia variable.

Puente en pórtico (aporticados)

Puentes en arco De tablero superior

De tablero intermedio

De tablero inferior.

Puentes contrapesados.

Puentes atirantados

Puentes colgantes

1.2.4 POR EL PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO O DE MONTAJE

Puentes hormigonados o vaciados en sitio

Puentes premoldeados o prefabricados: ( En acero, Hormigón, etc.)

Puentes de volados sucesivos: De dovelas prefabricadas o fundidas en sitio.

1.2.5 POR SU GEOMETRIA EN PLANTA

Puentes rectos

Puentes curvos

Puentes esviajados o esviados

Puentes de ancho variable.

1.2.6 POR EL SERVICIO QUE PRESTAN

Peatonales

Vehiculares

Ferroviario

Mixtos

1.3 ELEMENTOS DE UN PUENTE.

Como habíamos visto un puente está constituído por dos partes principales: Super e infraestructura.

* En la superestructura, de acuerdo al tipo de puente, se tendrá los siguientes elementos:

Protecciones laterales:

Aceras Macizas, alivianadas.- ductos

Postes

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Barandales

Puentes de vigas lanzadas (izadas con grúas, teleféricos.- equipos de lanzamiento)

Diferentes tipos: tubo, hormigón, perfiles acero, aluminio

Diferentes tipos: tubo, hormigón, perfiles acero, aluminio

Elementos para funcionamiento:

Calzada Circulación de vehículos

Capa de rodadura Sobre la calzada

Drenaje. Tubos de desague, pendientes a la sección..

Junta de dilatación Tipos: metálicas, neopreno, etc.

Apoyos Tipos: Fijo - móvil Neopreno - acero

Elementos estructurales

Tablero: Diversos tipos: madera, hormigón, acero

Vigas Madera, hormigón, acero.

Principales, secundarias

Longitudinales, transversales

Alma, patines platabandas, rigidizadores

Arriostramientos

Diafragmas

Cables

Péndolas

Cordones

Diagonales

Parantes

Conexiones: Aperandas, soldadas

*

Zapata

Cuerpo

Pantalla Frontal, superior, lateral

Cabezal

Torres Para puentes atirantados, colgantes

Columnas Para Estribos, pilas, torres

Vigas de arriostramiento.

Pilotes Hincados, prebarrenados

Caisson : Prescavados, tipo cajón.

Anclajes

Macizos

Trabas antisísmicas

Relleno

Drenaje

Muros de ala

Muros de gaviones

Escolleras de piedra

Bolsacretos

Encauzamiento

Articulación - Rodillos

Empotramiento

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CAPITULO 2: CONSIDERACIONES Y ESTUDIOS PARA PUENTES

2.1 TIPO DE ESTRUCTURA A ADOPTAR

El tipo de estructura que se adopte dependerá de lo siguiente:

2.1.1 CONSIDERACIONES FUNCIONALES.

En la infraestructura, para pilas, estribos, y el puente en general, usaremos los siguientes términos paralos diferentes elementos:

La ubicación, alineación y tipo de estructura se debe seleccionar de tal manera que se satisfagan los requisitos de

Los requerimientos básicos serán: El tener conocimiento de la materia, experiencia y una gran dosis de sentido común que unidos a los difentes estudios de ingenieria que se requieren en un puente, darán como resultado undiseño óptimo.

El Objetivo de estas consideraciones será que diseñador obtenga la estructura más económica y que ésta sea la quemás se adapte técnicamente al sitio de cruce, con el criterio de que la seguridad primaria será velar por la seguridadpública

a) Sobre el puente

b) Bajo el puente.

2.1.2 CONSIDERACIONES DE SEGURIDAD

Algunos factores que deben tenerse en cuenta son:

Las cargas de diseño.

Cargas extraordinarias

Anchos necesarios, sobreanchos( puentes en curva), galibos.

Velocidad de diseño.

Superficie de rodamiento, peralte.

Alineaciones horizontal y vertical.- puentes rectos, curvos , niveles de rasante, visibilidad

2.1.3 CONSIDERACIONES SOBRE LA CONSTRUCCION

2.1.4 CONSIDERACIONES ECONOMICAS

El costo es un factor importante en el tipo de diseño y deberá contemplar:

Costo inicial

Costo de mantenimiento o reparaciones.

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Para el diseño, debe tenerse presente como el constructor va a desarrollar su trabajo, los métodos y equipos quepueda utilizar, los materiales disponibles en la zona y el país (agregados, acero, cables,etc.), las técnicas conocidas,las vías de acceso, las facilidades o dificultades topográficas o hidráulicas del sitio, etc. Estos factores permiten definirel tipo de infra y superestructura.

En lo referente a la luz vertical o gálibo, cuanto debajo del puente se tiene otra vía, es necesario que desde la calzadahasta la parte inferior de la estructura se deje una altura no menor a 5,30 m. Si se contempla que la via inferior puedetener repavimentaciones, una altura adicional deberá ser considerada. Para pasos peatonales una mayor luz vertical es requerida debido a que son estructuras menos resitentes al impacto

Estos factores deberán tenerse presentes para no producir accidentes dentro del puente, ni contra los elementos deseguridad (protecciones laterales), ni contra miembros estructurales de super e infraestructura. También debeconsiderarse la posibilidad de efectuar reparaciones futuras, por lo que se debe tener accesibilidad a los miembrosestructurales

No siempre el costo mínimo define el tipo de estructura, los demás factores pueden hacer modificar esta opción, porejemplo, la estética, la funcionalidad. En nuestro país, sin embargo, deberemos ver cuanto más vamos a pagar porlo estético.

Se deben considerar también factores regionales como disponibilidad de materiales, fabricación, ubicación, transportey montaje.

En los costos del proyecto deben estar incluídos los accesos y las obras de defensa por erosión de las aguas, choquesde embarcaciones o defensas contra accidentes de tránsito.

Debemos conocer el uso que se le va a dar a la estructura, es decir si va a ser un puente vehicular, ferroviario,peatonal. Esto nos define: las cargas, los anchos y gálibos necesarios, el tipo de tablero que se requiere.

Es necesario conocer si el puente en estudio cruza un río, una depresión profunda, otra carretera o vía férrea. Estodeterminará las luces, gálibos inferiores y el tipo de infra y superestructura.

Deberán tomarse en cuenta en las características funcionales otros factores como vida útil y futuras ampliaciones ,cambios del ancho del curso, cambios en la carretera, vías ferreas cruzadas por el puente. En cuanto a lasampliaciones estas deberán ser hechas en lo posible sin interrumpir el tráfico.

En el proyecto debemos tomar en consideración la seguridad vial o de tráfico, la seguridad estructural y laseguridad que debe haber en la etapa constructiva.

Se deberán entonces reducir los riesgos para que los vehículos no se descarrilen, se deben proveer barandas en losbordes donde sean necesarios y si es requerido por el propietario se puede colocar barreras en las aceras.

El tipo de estructura y el material que se va a utilizar debe selecionarse de acuerdo al costo, incluyendo los gastosfuturos de servicio proyectados para el puente.

, y p q g qtráfico sobre el puente y debajo del mismo.

2.1.5 CONSIDERACIONES ESTETICAS

Algunas consideraciones en este aspecto son:

Simplicidad de formas.

Continuidad de líneas

Sensación de seguridad

Evitar estructuras complejas

Usar estructuras simples

Proporción de luces y alturas.

- Alineación horizontal y vertical y ubicación en relación con el ambiente.

- Tipo de superestructura: si es arco viga cajón, colgante, etc.

- Ubicación de pilas

- Ubicación y geometría de estribos

- Geometría de la superestructura

- Geometría de las pilas

- Detalles de parapetos, barandas.

- Texturas y colores de superficies

- Ornamentación

2.1.6 CONSIDERACIONES DE FUTURAS AMPLIACIONES

Deberá tomarse en cuenta la posibilidad de ampliaciones en los dos sentidos:

Incremento de ancho del tablero

Aumento en la luz total

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Las vigas exteriores no deberán tener menor capacidad que las vigas exteriores.

En general toda ampliación presenta dificultades.

2.2 ESTUDIOS PARA PUENTES

2.2.1 ESTUDIO TOPOGRAFICO - VIAL

Evitar cambios bruscos en la geometría de los elementos y el tipo estructural. Se debehacer transiciones esteticamete suaves entre un tipo y otros.

Los puentes deben ser un complemento de sus alrededores, debe tener armonía con el entorno o con otrasestructuras existentes, tener formas elegantes y presentar un aspecto de resistencia. Esto es más importante enpuentes urbanos.

Fondos planos, curvas suaves , pocos elementos estructurales, evitar adornos uornamentos extraordinarios y no estructurales

El uso de diferentes tipos de materiales influye en los costos, pero el uso de estos más depende de las técnicasconstructivas, solicitaciones y esfuerzos.

Si los elementos principales son los de mayor tamaño y son los que saltan a la vista, son éstos los quedeterminan la aprariencia del puente, por lo que los diseñadores deben intentar lograr una buenaapariencia en los diferentes componentes del purente en el siguiente orden de importancia:

Se ha propuesto algunos procedimientos para integrar el concepto estético dentro del proceso dediseño:

Cuando se deba hacer un incremento de luz deberá tomarse en cuenta el tipo de estructura existente y sus soportes

Se deberían estudiar diseños alternativos, sin pilas o con pocas pilas, los mismos que deben refinarseen el diseño preliminar.

Los costos de las alternativas estructurales se deben basar en consideraciones a largo plazo, incluendo costos deinspección, mantenimiento y repararación y/o reemplazo

Siempre que sea posible se debe evitar usar el puente como apoyo de sitemas de señalización eiluminación.

Las formas de las pilas deben ser consistentes con la superestructura en cuanto a forma y detalles

Si se prevee futuras ampliacionres, los soportes (estribos), deberán contemplar esta condición.

Estas características de la vía, definen la geometría de la sección transversal que un puente debe tener.

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2.2.2 ESTUDIOS HIDROLOGICOS E HIDRAULICOS.

Se deberá dejar establecidas, con mojones o puntos inamovibles, las referencias necesarias para en el futuro poderreplantear el proyecto. Estas referencias deberán tener, abscisas, ángulos, distancias, etc., que permitan la ubicaciónposterior de un punto del trazado, y éste el replanteo de la infraestructura del puente.

Cuando sea necesario que la ubicación del cruce requiera que el puente tenga un esviajamiento, éste deberá no serexagerado a fin de no complicar el cálculo y la construcción.

Dentro del Trazado Vial debe evitarse las complicaciones en el sitio de cruce. En lo posible se procurará pasar enforma perpendicular al cauce del río, vía, etc. De no ser así se procurará que el trazado en el sitio en que se va aubicar el puente, responda a una ecuación ( curva circular) a fin de poder detallar geométricamente el proyecto.

Cuando el cruce de la vía va ser realizado sobre un curso de agua, se deben ejecutar los estudios hidrólogicos ehidráulicos, evaluando diferentes ubicaciones, con un grado de detalle con la importancia del puente y los riesgos que

Para las características geométricas de una carretera, generalmente se han hecho estudios previos de factibilidad ytráfico. Estos determinan el número de vías, los anchos necesarios y la clasificación del tipo de vía que se requiere. ElMOP tiene establecido diferentes tipos de vía de acuerdo a la zona en que se va ejecutar el proyecto.

Para el caso de caminos vecinales, si la vía ya existe, y el cruce prácticamente está definido, será necesarioigualmente hacer el levantamiento topográfico de este sitio de cruce, en general y después ampliar la parte que serequiere para la ubicación del puente. Para este levantamiento se debe determinar el eje, ya que en algunos sitios esnecesario desplazarlo del cruce actual por razones de mejorar el trazado, o por estar mal ubicados en razón de lascrecientes y principalmente, cuando se pueda, por mantener el tráfico durante la construcción del puente definitivo, sinafectar al paso provisional existente.

La topografía deberá determinar también los niveles de máxima y mínima creciente que se presentan, según lasobservaciones en sitio y haciendo constar estos en los planos del levantamiento.

Con el plano del levantamiento topográfico, se tiene una idea aproximada de la luz del puente. La luz definitiva sebasará en los otros estudios. Esta luz preliminar sirve de base para la ubicación del sitio de perforaciones o deinvestigación, que se harán en el estudio de suelos.

Es importante que el estudio de suelos se lo haga durante el tiempo que está allí el equipo de topografía, para podertomar su ubicación exacta y nivelar el inicio de las perforaciones, para luego poder detallar la estratigrafía del suelo conreferencia a las cotas reales del terreno.

Dentro de todo el Estudio Topográfico y su posterior Trazado Vial, en los sitios en que no es suficiente la colocación dealcantarillas, y se ha determinado la necesidad de ubicar un puente, se hace un levantamiento del sitio de cruce, enuna topografía de detalle, en que se pueda ver el recorrido que hace el río para proteger sus márgenes, encauzarlo yverificar que no pueda poner el riesgo la estructura a colocarse. Generalmente se presenta esta topografía a escala1: 500, con distancias antes y después del sitio de cruce, así como aguas arriba y abajo del mismo deaproximadamente 100 m o lo que se considere necesario.

De la misma topografía anterior se hace una ampliación a escala 1:100 ó 1:200, del sitio de cruce, tanto en plantacomo elevación, con una distancia razonable antes y después de la probable luz del puente, así como aguas arriba yabajo. Los perfiles deben estar empatados con el abscisado que se tiene en planta. Generalmente de debe obtener encampo y poner en el plano tres perfiles, uno en el eje de la vía y los otros dos a uno y otro lado, a una distancia deleje de vía, de al menos la mitad de la sección transversal. Estos dos perfiles adicionales permiten ver, en elevación, laubicación de la cimentación del puente, en sus dos extremos, verificando que la zapata no quede en el aire y estédebidamente protegida de las crecientes.

Generalmente el estudio Topográfico es parte del Trazado Vial del proyecto para cualquier carretera, en el que sedefinen los sitios de los cruces de la vía sobre los accidentes topográficos que se presenten en el avance del proyecto.El sitio de cruce y la rasante de un puente son parte del enlace que debe tener éste con los accesos al mismo. Enalgunos casos, en el Trazado Vial se requiere ubicar un puente en curva, con pendientes transversales a un solo lado,así como también el puente puede tener cierta pendiente longitudinal, porque así se requiere e el trazado, de acuerdoa las características topográficas que se presentan, según su importancia y clasificación de las vías en primero,segundo orden o caminos vecinales o acorde con la magnitud de tráfico que se espera tener.

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Debe indicar la posibilidad de poner pilas en el cauce, en base a estudios de socavación con laubicación de dicha pila. Este resultado define el tipo de estructura y material a usarse.

Recomendar el gálibo necesario a dejarse entre el nivel de máxima creciente y la parte inferior de lavigas de la estructura, en base al material que arrastra el río, si es navegable, etc.

Deberá dar el perfil de socavación que presentará el cauce, en el sitio del puente en un determinadonúmero de años, basándose en el estudio de suelos y la topografía del sitio.

Es importante que se realice este estudio mediante la recopilación de datos de campo en lo referente a las máximascrecientes, análisis de la cuenca en áreas de aportación, vegetación de la zona, afluentes, materiales de arrastre,ubicación del sitio de cruce, para ver si se requiere obras de defensa o encauzamiento del río. Debemos obtener datosde precipitaciones que puede encontrarse en el INHAMI, o de cualquier otra institución que tenga estos datos, para elsector, etc. El uso de las cartas del IGM ayudan a tener idea de las cuencas, los aportes que recibe el río de losafluentes, etc.

Si se tiene antecedentes históricos sobre el comportamiento del curso de agua, sobre inundaciones pasadas,socavaciones observadas, erosión de taludes y daños estructurales causados a otras estructuras.

Dentro de los estudios hidrólogicos, el alcance de estos depende de la clasificación de la carretera y los riesgos deinundación en el sitio de emplazamiento. Dentro de estos estudios se debe evaluar los riesgos y manejo de las zonasde inundación, determinar los posibles daños causadois por una inundación catastrófica. Se debe también investigar silas fundaciones del puente son las adecuadas para resitir la socavación, al igual que debe establecerse condicionesambientales.

En el análisis hidráulico de debe investigar la estabilidad del curso de agua y el impacto de la construcción del puenteen el mismo, si el curso de agua se está degradando, agrandando o está en equilibrio. También debe investigarse lainfluenia de un curso tributario cercano a la ubicación de la estructura, en cuanto a velocidades, flujos movimientosverticales y laterales y el efecto sobre el diseño hidráulico el puente.

Se debe hacer una estimación de la rugosidad, para el curso de agua y sus zonas de inundación, se debe muestrear elmaterial del lecho, para determinar las características de la socavación, si es del caso puede hacerse perforaciones ebel cauce.

También debe analizarse las aguas altas, esto es reservorios o cuencas de retención, estructuras de retención deaguas (presas)

En la evaluación de las estructuras de diseño, se debe tomar en cuenta la estabilidad del curso, remanso, caudales,velocidades del flujo, potencial de socavación, riesgo de inundación, etc.

El estudio deberá ser realizado por un ingeniero con los suficientes conocimientos para adoptar juicios prácticosrespecto al alcance de los estudios. Para el diseño de las fundaciones de un puente es necesario un equipointerdisciplinario compuesto por ingenieros estructurales hidráulicos y geotécnicos.

, , g p p y g qpuede tener la estructura.

En los levantamientos que se hace del sitio de cruce se debe establecer zonas de inundación aguas arriba y abajo.

La luz del puente que se requiere para este sitio, basándose en el área hidráulica, caudal y velocidadque se presentan.

Se debe tomar en cuanta si el curso es recto, en curva, forma meandros, verificando la necesidad de dispositivos decontrol para proteger al puente

Con los datos que se obtenga, a más del estudio de suelos para ver el tipo de material que se tiene en el cauce, eltipo de vegetación observado en sitio, etc., el ingeniero hidráulico, hará la evaluación correspondiente y presentará suinforme en el que debe constar entre otras cosas lo siguiente:

Algunas recomendaciones para reducir la vulnerabilidad del puente frente a la socavación son:

Ubicar los estribos lejos de los taludes del cauce

Ubicar las fundaciones a una profundidad apropiada

Se debe investigar la estabilidad de los estribos en zonas turbulentas.

2.2.3 ESTUDIOS GEOTECNICOS

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Emplear obras de corrección del cauce como espigones, presas que permitan reducir las turbulencias yfuerzas que actúan en la infraestructura del puente.

En todo caso el costo de construir un puente que sea menos vulnerable a los daños provocados por la socavación,siempre será menos que el que causa la falla del puente.

Es conveniente limitar el número de pilas dentro del puente y alinearlas en la dirección del flujo

Usar dispositivos que permitan detener el arraste de materiales antes que llegue al puente.

Indicará las obras de defensa que se requieran hacer en el sitio a fin de evitar socavaciones odesbordes que pongan en riesgo a la estructura, o si es necesario hacer un encauzamiento para quequede determinado el recorrido de las aguas y no sea tan divagante, cambiando el curso de uno a otrolado. Esto último se hará solo si se requiere.

Fijar las cotas de la superestructura tan alto como sea posible de acuerdo a las condiciones del sitio yoptar por estructuras aerodinámicas para disminuir el área sujeta a cargas hidráulicas.

Utilizar diseños de tramos continuos, anclar las superestructuras a las infraestructuras

Presentará un cuadro de los parámetros hidráulicos que utilizó en el cálculo, a fin de que se incluyan enlos planos como referencia para cualquier modificación que se quiera hacer en el futuro.

De acuerdo a las características que a simple vista se observen en el sitio, y según las condiciones de la vía quepermitan la entrada de los equipos, se hará el tipo de estudio, en lo posible mediante la penetración estándar (SPT),excavaciones a cielo abierto, o si es del caso mediante ensayos geofísicos, de refracción sísmica, resistividadeléctrica, etc. En campo se tomarán las muestras necesarias que se llevarán al laboratorio, para que se realicen losensayos pertinentes.

Las recomendaciones que se den para el diseño de la cimentación, deben contener los siguiente:

Las fundaciones deben estar basadas en aspectos estructurales, hidráulicos y geotécnicos, los mismos que deben sercoordinados antes de la aprobación del proyecto.

Indicará los volúmenes de obra desde el punto de vista hidráulico que se requienen en el proyecto.Estos se refieren a las protecciones como gaviones, escolleras, encauzamiento y si es necesario elderrocamiento de alguna estructura existente que esta perjudicando el comportamiento natural del río.

En la abscisa aproximada que señale el ingeniero estructural, basándose en el Estudio Topográfico, deberáinvestigarse las condiciones del suelo, que va a ser el soporte de estribos y pilas que se requieran en el puente.

En la parte geológica, se requiere la recomendación del sitio más seguro para la estructura en previsión de riegosnaturales que puedan afectar. Es necesario entonces que se estudie y determine la formación geológica, lalocalización de zonas inestables, movimientos de las masas de suelo y rocas y se de las recomendaciones referentesa la seguridad en el proceso constructivo.

Con los resultados obtenidos, se procede a la elaboración del informe, detallando los trabajos ejecutados, losparámetros resultantes y las recomendaciones para el diseño de la cimentación. Se añadirá la estratigrafía del suelo,indicando el nivel freático.

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2.2.4 ESTUDIO ESTRUCTURAL

Las consideraciones básicas para realizar este diseño son:

2.2.4.1 CARACTERISTICAS GEOMETRICAS.-

El ancho mínimo para una vía, especificado por el código es de 3,65 m.

De lo mencionado anteriormente, se desprende que un estudio de suelos no es similar en todos los sitios, pudiendovariar de un estribo a otro para el mismo puente. Los costos de un estudio de suelos depende de la profundidad deperforación y del equipo a usarse.

Tipo de cimentación, esto es si puede hacer una cimentación directa superficial, o se requiere hacercimentación profunda, mediante pilotes o caisson. Es importante anotar que cuando se realicenperforaciones, se debe ir chequeando la calidad del suelo, mediante el número de golpes, y si no setiene buenas condiciones de los diferentes estratos, la perforación debe continuar hasta tener buenascaracterísticas de suelo para cimentación.

La estratigrafia, datos de capacidades y recomendaciones que consten en este informe, deben colocarse en el planode implantación del puente a fin de que sirvan de referencia para la etapa constructiva, en la que se verificará laestratigrafía en el proceso de excavación, comparando con los resultados del estudio. En caso de discrepanciasdeberá solicitarse confirmaciones de cotas de cimentación, capacidad portante, para proceder a un rediseño de lainfraestructura.

El siguiente dato que debe tener las recomendaciones es el de las cotas de cimentación, tanto para unacimentación directa, o las cotas de desplante de pilotes o caisson, si es el caso de cimentaciónprofunda

Igualmente deberá darse los parámetros de capacidad portante del suelo, en kg/cm2 ó t/m2, para elcaso de cimentación directa, o la capacidad en toneladas (t) para el caso de pilotes. Adicionalmentedeberá indicarse el diámetro del pilote y su forma de construcción, que puede ser prebarrenado,hincado o prescavado.

De ser necesario se recomendará el mejoramiento del suelo, grado de compactación, espesor delmismo, características del material a compactarse

El estudio de suelos, en su informe deberá contener también las fuentes de materiales que se recomienda utilizar en laconstrucción del puente, su ubicación, calidad y cantidad, vías de acceso para el transporte.

Para cuando, el diseño de la cimentación se haga en base a pilotes, una vez que el ingeniero estructural, tenga lassolicitaciones en la cimentación, el ingeniero de suelos deberá obtener, en base a las características de soporte lateralde los diferentes estratos, el comportamiento de los pilotes ante los estados de carga que le entrega el ing. estructural.Se debe obtener principalmente desplazamientos y momentos a lo largo del pilote. Con estos datos se diseña el pilote desde el punto de vista estructural.

El criterio anterior es importante para que los estudios sean garantizados, es decir su pago debe hacerse por rubro deperforación en metros de trabajo realizado, o por el método que se utilice, si no ha sido factible la penetraciónestándar.

Basándose en los estudios anteriores, se realiza el estudio estructural, en el que se define la solución técnica yeconómica más conveniente para este sitio específico

INFRAESTRUCTURA.- El tipo de infraestructura se define en base a la altura que tendrán los estribosy pilas, determinadas por la diferencia entre la cota o nivel de rasante dado en el Trazado Vial y losniveles de cimentación establecidos en el Estudio de Suelos, el perfil de socavación, y las máximascrecientes La rasante de la vía cuando sea el caso se establece en base de la máxima creciente el

SUPERESTRUCTURA.- El ancho de la sección transversal está determinada en base del tráfico, el tipode vía. La luz del puente está definida por el estudio hidráulico, por el estudio de suelos o por latopografía del terreno, etc.

2.2.4.2 CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES

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2.2.4.3 ESPECIFICACIONES DE DISEÑO Y SOBRECARGAS

2.2.4.4 ESQUEMA ESTRUCTURAL

El tablero usualmente se diseña y construye en hormigón armado. En pasarelas o puentes peatonalesse suele utilizar madera o acero.

El acero estructural para vigas, por lo general se usa el acero ASTM A-588, con un límite de fluencia de3500 kg/cm2. Este acero tiene características anticorrosivas cuatro veces superior a las del acero A-36.

En el país no tenemos especificaciones propias para el diseño de puentes, por lo que el Ministerio deObras Públicas recurre a las Especificaciones AASHTO, para los diseños que son presentados en esainstitución. Las sobrecargas que se utilizarán en el cálculo serán el camión HS MOP, carga superior alcamión HS 20-44, y la carga equivalente de este último incrementada en un 25%.

Se deberá hallar las diferentes solicitaciones que se obtenga para los estados de carga en lasestructuras. A la carga viva deberá añadirse el factor de impacto que se presenta en estas cargas.

Generalmente se usa el hormigón de resistencia a la compresión a los 28 días de f’c = 240 kg/cm2 yel acero de refuerzo con un límite de fluencia de 4200 kg/cm2. Tableros sobre vigas metálicas enacción colaborante se recomienda sean de un hormigón al menos de f'c = 280 kg/cm2. Las vigas dehormigón preesforzado utilizan hormigones de mayor resistencia, especialmente si pueden ser fundidosen fábrica.

Actualmente se ha iniciado el uso o aplicación de las Especificaciones AASHTO LRFD, en que seutilizará la sobrecarga HL - 93

Se utilizará las combinaciones de carga que establece el código y en su diseño, para hormigón armado,se usará la Teoría de Ultima Resistencia.

crecientes. La rasante de la vía cuando sea el caso se establece en base de la máxima creciente, elgálibo recomendado y la altura de viga que se obtenga, o las características del trazado de la vía que aveces eleva la rasante con fines de que los accesos no tengan fuertes pendientes o para no hacergrandes movimientos de tierra en los sitios cercanos al puente.

Generalmente se usará vigas de hormigón armado, hasta luces aproximadas de 30.0 m. De esta luzhasta los 40.0 m., puede usarse el hormigón presforzado, siempre que se presenten facilidades demontaje con grúas o si el apuntalamiento puede ejecutarse en sitio, y si se tiene facilidad para realizarel tensado de los cables. Actualmente se están alcanzando mayores luces con el presforzado.De los40.0 m en adelante, es conveniente técnica y económicamente el uso de las vigas metálicas. En lucesmenores se puede recomendar el uso de estos materiales por tener dificultades de encofrado, porahorro de tiempo, alturas, etc.

De acuerdo a la altura del estribo, y sobre la base de la topografía, y distancia que se tenga desde elestribo al borde de la máxima creciente, el estribo podrá ser cerrado o abierto. Un estribo cerradodeberá contener todo el relleno y estará sometido a su presión, mientras el abierto permite que el suelopase entre sus columnas, formando un talud delante del mismo estribo.

Por razones de que pueden presentarse asentamientos y por la acción sísmica, generalmente se realizael cálculo considerando las vigas y tablero como simplemente apoyadas sobre los estribos o pilas

Según las alturas de los rellenos, se verá la necesidad de colocar muros de ala separados omonolíticos con los estribos, a fin de garantizar la estabilidad de los rellenos que conforman la vía eimpedir su erosión por la acción de las crecientes.

La infraestructura de un puente deberá hacerse necesariamente en hormigón armado, pero lassuperestructuras podrán tener el hormigón presforzado y el acero estructural como alternativas para lasvigas. Es necesario aclarar que el uso de estos materiales no es indriscriminado, sino que debehacerse una evaluación técnica y económica para recomendar su uso.

2.2.4.5 PLANOS ESTRUCTURALES

2.2.5 IMPACTOS AMBIENTALES

2.2.5.1 INTRODUCCION

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2.2.5.2 OBJETIVOS

GENERAL

ESPECIFICOS

2.2.5.3 METODOLOGIA

Descripción del proyecto y definición de las áreas de influencia

Los estribos deberán ser evaluados como estructuras de retención, debiendo verificarse su estabilidad yque los esfuerzos transmitidos al suelo no superen los admisibles que establece el estudio de suelos.

Determinar la línea – base ambiental de la zona definida para el proyecto y sus zonas de influencia.

Desarrollar un Plan de Mitigación Ambiental y determinar las instituciones responsables para suejecución en las etapas de construcción y funcionamiento de la obra

La evaluación ambiental forma parte del análisis de factibilidad de un proyecto. Este análisisdeterminará la interrelación Proyecto - Ambiente, tomando en cuenta la capacidad de afectación delproyecto hacia los elementos ambientales, y a su vez, el potencial de respuesta del medio hacia elproyecto.

Ejecutar los estudios de identificación, evaluación y mitigación de los potenciales impactos ambientalesdel proyecto de diseño de los puentes, a fin de optimizar su planificación y minimizar cualquierafectación ambiental.

Definir las medidas para prevenir, controlar o mitigar los impactos negativos que causará el proyecto enlas fases de construcción y operación.

Se pretende que la evaluación ambiental consiga que la ejecución del proyecto cause el menor impactonegativo, el menor deterioro sobre cada uno de los elementos ambientales involucrados.

Realizar el análisis ambiental que permita identificar y cuantificar los impactos negativos y positivos quepuedan ocurrir en el medio, como consecuencia de la implementación del proyecto.

el cálculo considerando las vigas y tablero como simplemente apoyadas, sobre los estribos o pilas,transmitiendo las cargas a través de los aparatos de apoyo, que son básicamente elastoméricos oapoyos de neopreno.

Evidentemente, al evaluar ambientalmente el proyecto, se considera también los efectos positivos quepueda aportar éste hacia el medio. El balance de los efectos negativos irreversibles, de los efectosnegativos con probabilidades de ser mitigados y corregidos al frente de los efectos positivos, darán lapauta de idoneidad del proyecto.

En el diseño de la infraestructura, de acuerdo al código AASHTO, se deberá realizar el análisis sísmicodel empuje de tierras, mediante el método de Mononobe – Okabe. Las especificaciones para el diseñosísmico de puentes el código AASHTO, lo presenta en la DIVISION I A, y se requiere adicionalmente dela clasificación en zonas sismicas, para el uso de los coeficientes de aceleración, los mismos quepodemos encontrar en el Código Ecuatoriano de la Construcción.

Los resultados del cálculo y diseño estructural de infra y superestructura deberán ser presentados enplanos en los que deben constar las características geométricas, el armado de las diferentes secciones,detalles, planillas de hierros, resumen de materiales, especificaciones, proceso constructivo, etc. Todode una manera clara.

El número de planos que se presenten serán los necesarios para que consten todos los componentesde la estructura. Adicionalmente se presenta un plano de implantación del puente, en planta y elevación, indicando las abscisas de inicio y fin del mismo, referencias, datos hidráulicos y de suelos y el resumentotal de cantidades de obra que se requieren en el proyecto. Constarán las especificaciones, lascaracterísticas geométricas, niveles de rasante, cimentación, etc., es decir todo lo necesario para quese pueda proceder a la contratación de la obra para su construcción.

Caracterización de aspectos físicos

Caracterización Biológica y Ecológica

Caracterización socioeconómica

Marco Legal Ambiental

Identificación de Impactos Ambientales

13

Evaluación de Impactos Ambientales

CAPITULO 3: CARGAS

3.1 CARGAS PERMANENTES

3.1.1. CARGA MUERTA: PESO PROPIO

Los pesos más comunes a usarse son:

Hormigón armado: 2,40 t/m3

Acero. 7,85 t/m3

Madera 0,80 t/m3

Asfalto 2,20 t/m3

Se completará el diagnóstico con investigación y verificación de campo. Para los inventarios biológicosy ecológicos se utilizará la metodología de Evaluación Ecológica Rápida

Para la obtención de la información socioeconómica, se acudirá a las instituciones provinciales,cantonales y parroquiales (Municipio, Juntas parroquiales, otros) y al Instituto Nacional de Estadísticasy Censos (INEC). Se realizan entrevistas y consultas a los pobladores locales e informantes calificados.Se utilizan guías de entrevista dirigidas con base a la metodología de Sondeo Rural Participativo.

Para la identificación de las interacciones ambientales causadas por las actividades y procedimientosconstructivos sobre el conjunto de factores y recursos ambientales (físicos, bióticos y socioeconómicos),se utilizará una matriz de doble entrada, donde por cruzamiento de variables se identifica la interacciónambiental

Se efectuará una revisión, descripción y alcance de las principales figuras legales de alcance tantolocal, regional y nacional, vigente en la actualidad en el país y que tengan relación con la ejecución delproyecto.

En el diseño de un puente deberán considerarse diferentes tipos de carga que pueden presentarse. La combinaciónmás probable de ellas, estará acorde al Art. 3.4 Tabla 3.4.1-1

La Calificación de los impactos se realizará a través de parámetros Cualitativos y Cuantitativos, quepermiten luego calcular la Magnitud e Importancia de cada uno de ellos, tanto a nivel del elementoafectado, como de la actividad que genera la afectación.

Son aquellas que permanecen en la estructura durante todo el tiempo de vida de la misma. En puentes distinguiremosdos tipos de cargas permanentes: Carga muerta por peso propio y cargas muertas posteriores o de acabados:

Son las cargas de peso propio de los elementos del puente, sean estos de hormigón, acero, madera,etc. Se denominarán como DC

Con base a la información de ingeniería básica a producir, (Planos, Diseños, Obras de Ingeniería yotros), se efectuará una descripción detallada de todos los procesos y procedimientos contempladospara la construcción de los puentes. Esta descripción permitirá al mismo tiempo, de acuerdo al alcancede las obras de construcción y posterior operación del proyecto, definir las áreas de influencia directa eindirecta del mismo.

La información secundaria se obtendrá de la amplia bibliografía publicada y datos disponibles en elCentro de Datos de la Biodiversidad del Ecuador (CIBE), del Ministerio del Ambiente

Para la caracterización climática, se obtendrá la información disponible en el INHAMI u otras fuentes deinformación. La caracterización de suelos y los usos se realizará con base a información publicada porel IGM. La cartografía básica necesaria se derivará de la cartografía existente para el proyecto en lacompañía consultora.

Hormigón simple 2,20 t/m3

Hormigón ciclópeo 2,20 t/m3

Gaviones 1,80 2,00 t/m3

Suelo 1,80 2,10 t/m3

3.1.2 CARGAS POSTERIORES O DE ACABADOS

3.2 CARGA VIVA Art. 3.6

La carga viva consiste en el peso en movimiento de vehículos, peatones.

Art. 3.6.1.1.1 Número de carriles de diseño

14

Art. 3.6.1.1.2 Presencia de múltiples sobrecargas

Tabla 3.6.1.1.2-1

No de vías cargadas

1,2

1

0,85

0,65

En ausencia de datos del predio, los valores de la tabla indicados:

- Se deberán utilizar al investigar el efecto de un carril cargado

- Se podrán utilizar al investigar el efecto de tres o más carriles cargados.

Si en lugar de emplear la ley de momentos y el método estático se utilizan factores de distribuciónaproximados para cada carril único de los Art. 4.6.2.2 y 4.6.2.3, las solicitaciones de deberán dividir por1,20

La solicitación extrema correspondiente a sobrecarga se deberá determinar considerando cada una delas posibles combinaciones de número de carriles cargados, multiplicado por un factor de presenciamúltiple, para tomar en cuenta que los carriles estén ocupados simultáneamente por la totalidad de lasobrecarga de diseño HL-93

>3

El número de carriles de diseño se deberá determinar tomando la parte entera de la relación w/3600,(w/12), (w/3,65) siendo w el ancho libre de calzada

Los anchos de calzada comprendidos entre 6000 y 7200 mm (20 y 24 ft) deberán tener dos carriles dediseño, cada uno de ellos de ancho igual a la mitad del ancho de calzada.

Factor de presencia múltiple m

1

Cuando el máximo esfuerzo producido en un miembro sea resultado de varias vías de tráfico cargadassimultáneamente, los siguientes porcentajes de carga viva serán usados en vista de la improbabilidadde coincidencia de máxima carga.

Estas cargas serán las correspondientes a aceras, parterre, protecciones, servicios públicos, carpetaasfáltica

De las cargas anteriores, las cargas de acera parterre, protecciones serán incluidas dentro de lascargas muertas DC. Las cargas de carpetas asfáltics y servicios públicos serán consideradas comoDW

2

3

El Art. 4.6.2.2, nos permite distribuir las cargas de acabados en forma proporcional al número de vigas,siempre que el tablero haya alcanzado la resistencia especificada.

Estas son las mismas cargas muertas de elementos secundarios que generalmente se construyencuando la estructura principal ha adquirido resistencia y está en capacidad de recibir esta carga enforma directa.

Especial importancia adquiere esta separación de las cargas permanentes en el diseño de puentesmetálicos en que los esfuerzos debidos a las cargas de acabados pueden ser tomados por la seccióncompuesta (viga de acero - tablero de hormigón), siempre que se trate de un diseño con colaboracióndel tablero de concreto en las propiedades de la viga metálica, para resisitir los esfuerzos.

Si TPDA < 100, se puede utilizar el 90 por ciento de la solicitación especificada.

Art. 3.6.1.2 Sobrecarga vehicular de diseño

Camión de diseño o tandem de diseño, y

Carga de carril de diseño

Se asumirá que las cargas ocupan 3,05 m transversalmente dentro de un carril de diseño

15

Art 3.6.1.2.2 Camión de diseño.-

35.000 145.000 145.000 N

8 32 32 Kp

3,635 14,540 14,540 t

mm

ft

m

Según LRFD, la sobrecarga vehicular sobre las calzadas de puentes es designada como HL - 93 yconsiste enla siguiente combinación:

Para determinar el número de carriles, si la condición de carga incluye cargas peatonales, estas sepueden considerar como un carril cargado.

Los factores especificados en la Tabla para presencia múltiple, no se pueden aplicar conjuntamente conlos factores de distribución de carga especificados en los artículos 4.6.2.2 y 4.6.2.3, excepto si seaplica la ley de momentos.

Cuando los artículos 4.6.2.2 y 4.6.2.3, especifican la ley de momentos, el Ingeniero debe determinar elnúmero y la ubicación de los vehículos y carriles y, por lo tanto debe incluir el factor de presenciamúltiple.

Si por ejemplo un elemento soporta una acera y un carril de sobrecarga vehicular, el elemento sedebería investigar para la sobrecarga vehicular solamente con m = 1,20 y para las cargas peatonalescombinadas con sobrecarga con m = 1,0.

Los factores de presencia múltiple fueron desarrollados en base a un TPDA de 5000 camiones en unadirección.

En lugares donde se tenga un menor TPDA la solicitación resultate de considerar el número adecuadode carriles se puede reducir de la siguiente manera

Si 100 TPDA 1000, se pueden utilizar el 95 por ciento de la solicitaciónespecificada

El modelo de sobrecarga es el camión o tandem combinado al mismo tiempo con una cargauniformenente distribuida. Esta combinación, para corte y momento, es la representación ideal de ungrupo de vehículos permitidos en las vías.

El modelo de sobrecarga se denomina ideal porque no es una representacion de ningún tipo de vehículoen especial.

El camión es el que se especifica en el gráfico. Se deberá considerar un incremento por carga dinámica, como se especifica en el Art. 3.6.2

4,27

14´0"

Variable de 4300 a 90004300

Variable de 4,27 a 9,14

Variable de 14´0" a 30´0"

General 600 1.800,00 mm

Voladizo del tablero 300

2 6 ft

1

0,61 1,83 m

0,305

Art 3.6.1.2.3 Tandem de Diseño

1200 mm

4 ft

1,22 m

16

Art 3.6.1.2.4 Carga del carril de diseño

En unidades inglesas: la carga uniforme será 0,64 kp/pie, distribuida en un ancho de 10 ft.

Art. 3.6.2 Incremento por carga dinámica IM

El factor a aplicar a la carga estática se deberá tomar como:

i = 1 + IM/100

IM

Juntas del tablero.- Todos los Estados Límites 75%

Todos los demás componentes

Estado Límite de fatiga y fractura 15%

Todos los demás Estados Límites 33%

El incremento de carga dinámica para componentes enterrados se aplicará acorde al Art. 3.6.2.2

Art. 3.6.2.2

IM = 33 (1 - 4,1x10 DE) > 0%

DE .- Profundidad mínima de la cubierta de tierra sobre la estructura, en mm.

Consiste de 2 ejes de 11,338 t (110000 N, 25 Kip), separados 1,22 m (1200 mm). Transversalmente lasruedas estan a 1,83 m (1800 mm, 6,0ft ). Se deberá considerar el incremento de carga dinámica, deacuerdo al Art. 3.6.2

Consiste en carga de 0,952 t/m ( 9,3 N/mm) uniformemente repartida en el sentido longitudinal.Transversalmente se supone repartida en un ancho de 3,05 m (3000 mm) Las cargas del carril dediseño no estarán sujetos a un incremento de carga dinámica.

Componente

El incremento por carga dinámica para alcantarillas y otras estructuras enterradas, seráel porcentaje:

Los efectos estáticos del camión o tandem de diseño, a excepción de las fuerzas centrifugas y defrenado deberán mayorarse aplicando un porcentaje de incremento por carga dinámica.

1800 6 1,83

El incremento por carga dinámica no se aplicará a las cargas peatonales ni a la carga del carril dediseño.

110 000 110 000

Kp

-4

25,0 25,0

N

11,33811,338 t

Art. 3.6.2.3 No es necesario aplicar el incremento de carga dinámica a los elementos de madera

No es necesario aplicar el incremento de carga dinámica a:

-

-

3.3 FUERZA DE FRENADO BR Art. 3.6.4

La fuerza de frenado se deberá tomar como el mayor de los siguientes valores.

- 25 por ciento de los pesos por eje del camión de diseño o tandem de diseño, o

-

17

Se aplicarán los criterios de presencia múltiple especificados en el Art. 3.6.1.1.2

1,83

3.4 FUERZAS CENTRIFUGAS: CE Art. 3.6.3

4 v²

3 g R

v.- velocidad de diseño de la carretera en m/s

g.- aceleración de la gravedad: 9,807 m/s2

R.- radio de curvatura del carril de circulación en m

C =

Muros de sostenimiento no solicitados por reacciones verticales de la superestructura

Componentes de las fundaciones que están completamente por debajo del nivel delterreno

5 por ciento del camión de diseño más la carga del carril o 5 por ciento del tandem de diseño más lacarga del carril

La fuerza de frenado se deberá ubicar en todos los carriles de diseño que se considerán cargados deacuerdo con el Art. 3.6.1.1.1 y que transportan tráfico en la misma dirección. Se asumirá que estasfuerzas actúan horizontalmente a una distancia de 1,83 m sobre la superficie de la calzada encualquiera de las direcciones longitudinales. Todos los carriles deberán ser cargados simultáneamentesi se prevé que en el futuro el puente puede tener tráfico exclusivamente en una dirección.

Las fuerzas centrífugas se deberá tomar como el producto entre los pesos por eje del camión o tandem de diseño y elsiguiente factor C

En el caso de puentes cortos y de mediana longitud, la fuerza de frenado puede ser considerablementemayor que la requerida anteriormente por las Especificaciones Estandar.

BR

Rcv

DE

Se deberán aplicar los factores de presencia múltiple especificados en el Art. 3.6.1.1.2

APLICACIÓN DE LA CARGA VIVA

Art. 3.6.1.3 Aplicación de sobrecargas vehículares de diseño

- La solicitación debida al Tandem de diseño combinada con la solicitación debida a la carga de carril de diseño

x Lc - x

Lc

-

18

m

mm

x Lc - x

Lc

-

m

mm

x L1 - x

L1 L2

A menos que se especifique lo contrario, la solicitación se deberá tomar como el mayor de los siguientes valores:

La solicitación debida a un camión de diseño, con la separación variable entre ejes, combinada con la solicitacióndebida a la carga de carril de diseño

Tanto para momento negativo entre puntos de contraflexión bajo una carga uniforme en todos los tramos, como parareacción en pilas interiores, 90% de la solicitación debida a dos camiones de diseño separados como mínimo 15,24 mentre el eje delantero de un camión y el eje trasero del otro, combinada con 90 % de la solicitación debida a carga decarril de diseño. La distancia entre ejes de 14,54 t de cada camión se deberá tomar como 4,27 m.

Tanto los carriles de diseño, como el ancho cargado de 3,05 m cada carril se deberán ubicar de manera que produzcalas solicitaciones máximas.

Las fuerzas centrífugas se deberán aplicar horizontalmente a una distancia de 1,83 m sobre la superficie de la calzada

Para el cálculo de esfuerzos, se considerará la carga viva actuando en un ancho de 3,05 m como una unidad. No seconsiderará fracciones de carga.

1,221200 11,338 t

110.000 N

wcv = 0,952 t/m (9,3 N/mm )

4300 - 9000

4,27

wcv = 0,952 t/m (9,3 N/mm)

4,270 4,27 4,270 4,270

145 000 N 145 000 N 35 000 N 145 000 N 145 000 N 35 000 N

4,27 - 9,14

4300

145 000 N 35 000 N145 000 N14,54t t 3,635 t14,54t t

wcv = 0,952 t/m (9,3 N/mm)

14,54t t 3,635 t14,54t t 14,54t t 3,635 t14,54t t

15,24

4300 4300 4300 4300

3,653,65 3,65

11,338 t110.000 N

15000

Para el diseño del voladizo del tablero a 0,30 m a partir del cordón o baranda

Para el diseño de todos los demás componentes a 0,61 m a partir del borde del carril de diseño.

El efecto dinámico se aplica solo al tandem o camión de diseño, pero NO se aplica a la carga de carril

Algunas consideraciones que deben tenerse presente son:

Tener presente el diagrama de linea de influencia para el apoyo, en vigas continuas

19

En vanos continuos, la carga de carril podrá ser continua o discontinua (CUR).

L2

CALCULO DE CORTES Y MOMENTOS DE CARGA VIVA SEGÚN LRFD

PARA VIGA SIMPLEMENTE APOYADA

CARGA DE CARRIL DE DISEÑO: (Carga uniforme)

MOMENTO

x L - x

w L

2

w x²2

w x

2

CORTE

Ri =

Mx = Ri x -

L1

Para M(+) en Tramo 2

Mx = (L - x)

L

El camión o tandem de diseño se deberá ubicar transversalmente de manera que ninguno de los centros de carga derueda esté a menos de:

Si una acera no está separada de la calzada por una barrera antichoque, se deberá considerar la posibilidad de que losvehículos se puedan montar sobre la acera.

w(L -x)

w

Ri

(L -x) / 2

w

wLL

A B C

A B C

wLL

1,83 1,83

0,61 0,61

1,83 1,83

0,61 0,611,22

3,653,65 3,65

x L - x

(L - x) / 2

L

w

2 L

TANDEM :

CORTE Y MOMENTO

R = 2Pe

x L - x

L - x - 0,61

L

L - x - 0,61

L

Mx = Ri x

20

CAMION DE DISEÑO

4,27 4,27

2P 2P 0,5P 4,5P

14,54 14,54 3,635 32,715

o R = 4,5P

Mo = 0

2P (4,27)+0,5P (8,54) - R ( x ) = 0

x = 2,847 m

d = 1,423 m

POSICION 1

CORTE Y MOMENTO

x L - x

L - x - 2,847

L

POSICION 2

MOMENTO

x L - x

Ri = Vx = R

Mx = Ri x

Ri = Vx w(L - x)

= R

L

L

Ri = Vx

Vx = (L - x) ²

L

L

Vx = 2Pe

4,27

Pe PeR

0,61

L - x - 2,847

Ri

Ri

R

1,22

4,27

2,847

L - x - 0,61

L - x - 1,423

Ri

R

4,27 4,27

1,423

Ri

w

d

R = 4.5 P

x

2P 2P 0,5P14,540 14,540 3,635

0,5P 2P 2P3,635 14,540 14,540

L - x - 1,423

L

Mx = Ri x - 0,5P x 4,27

Mx = Ri x - 3,635 x 4,27

Mx = Ri x - 15,521

Ejercicio:

L = 50,000 m

x = 12,500 m

Carril de diseño

wcv = 0,952 t/m

Momento:

wcv = 0,952

12,500 37,500

w L

2

21

Ri = 23,800 t

w x

2

Mx = t m

Corte

wcv = 0,952

12,500 37,500

w

2 L

Vx = 13,388 t

Carga de tandem

Pe = 11,338 t

12,500 37,500

L - x - 0,61

L

Vx = 16,730 t = Ri

Mx = Ri x

Mx = 209,129 t m

Camión de diseño.

Posición 1

P = 7,27 t

12,500 37,500

R = 4,500 P Peso total del camión

Vx = 2Pe

50,000

50,0

Vx = (L - x)²

50,0

223,125

Mx = (L - x)

Ri =

Ri = R

Calcular los momentos y cortes por carga viva más impacto por vía, de acuerdo al AASHTO LRFD, enel cuarto de la luz, para un puente de 42,0 m.

50,000

t/m

t/m

1,220

Pe Pe

Ri

4,27

L - x - 2,847

Ri

R

4,27

2,847

2P 2P 0,5P

Ri

L - x - 2,847

L

Ri = 3,119 P = 22,673 t = Vx

Mx = Ri x

Mx = 283,418 tm

Posición 2

12,500 37,500

R = 4,5 P Peso total del camión

L - x - 1,423

L

Ri = 3,247 P = 23,605 t

Mx = Ri x - 0,5P x 4,27

Mx = 279,54 tm

22

Efecto dinámico (impacto)

IM = 1,33

L = 50,0 m

Momentos

x L - x Carril de Tandem Momento Mcv+IM

mm mm Diseño Pos 1 Pos2 Mayor vía

t m t m t m t m t m tm

12,500 37,500 223,125 209,129 283,418 279,543 283,418 600,071

Cortes

x L - x Carril de Tandem Camión Corte Vcv+IM

m m Diseño Pos 1 Mayor vía

t t t t t

12,500 37,500 13,388 16,730 22,673 22,673 43,543

3.5 CARGA PEATONAL Art. 3.6.1.6

pa = 0,366 t/m2

3.6 CARGAS VEHICULARES DE COLISION CT Art. 3.6.5

Estribos y pilas localizadas a una distancia de 9,00 m del borde de la vía, no serán investigadas para colisión.

La provisión del Art. 2.3.2.2.1 se considerará como apropiada.

Se deberá aplicar una carga peatonal de 0,366t/m en todas las aceras de más de 0,60 m de ancho y esta carga sedeberá considerar simultáneamente con la carga vehicular de diseño.

Los puentes que son exclusivamente para tráfico peatonal o ciclista se deberá diseñar acorde a AASHTO´s LRDFGuide specifications for the Design of Pedestrian Bridges. (p = 440 kg/m2)

50,000

Ri = R

El efecto de Colisión será dirigida a proveer la resistencia estructural, redirigiéndola o absorbiendo la carga de colisión.

Donde se escoja proporcionar resistencia estructural, la pila o estribo se deberán diseñar para una fuerza estática de272,1 t la cual se asume actua en una dirección entre 0 y 15 grados con el borde del pavimento en el plano horizontal yactuando a una distance de 1,524 m sobre el suelo.

Camión de diseño

Ri = Vx = R

L - x - 1,423

Ri

R

4,270 4,270

1,423

pa

wa

Un terraplen

Una estructura de 1,07 m de altura ubicada a más de los 9,00 m del elemento a ser protegido.

23

3.7 PROTECCIONES LATERALES: PARAPETOS POSTES, RIELES

3.7.1 INTRODUCCION

Los tipos de protecciones más usuales han sido:

Parapetos continuos de hormigón armado

Postes y barandales de hormigón

Postes y barandales de acero estructural.

3.7.2 ESPECIFICACIONES ACTUALES AASHTO LRFD 2012 PARA PARA PROTECCIONES LATERALES

En vista que las Especificaciones del código AASHTO STANDARD no han respondido a la seguridad que deben tenerlas protecciones laterales, el AASHTO LRFD ha cambiado totalmente la filosofía de diseño en sus nuevasespecificaciones, por lo que es necesario ampliar totalmente este tema a fin de tener claro la forma en que deben serimplementados estos diseños.

En el Pais, se han usado indistintamente diferentes tipos de protecciones laterales, más con un diseño para impactosde vehículos, y no habiéndose considerado las disposiciones geométricas en altura para los casos en que a la vezdichas protecciones vayan a servir también para el tráfico peatonal.

Donde se escoja redireccionar o absorber la fuerza de colisión, las protecciones deberán consistir en una de lossiguientes:

Una estructura independiente a prueba de choque, anclada en el suelo, con una altura de 1,37 m, localizada dentro delos 9,0 m, del componente a ser protegido.

En vista que ninguna institución, ha determinado para nuestro País, disposiciones en el uso de las Protecciones acordea las nuevas Especificaciones, es necesario introducir la aplicación de las ESPECIFICACIONES AASHTO LRDF, a finde determinar cual es el caso de protección lateral que más convenga usarse, en cada puente que deba diseñarse. Poresto se hará a continuación una explicación del uso de las normas y luego se hará la aplicación práctica de losdiseños para uno de los tres tipos de protecciones laterales arriba descritas

A lo largo de los bordes de las estructuras se deberán disponer barandas para proteger al tráfico y los peatones.

Una acera peatonal puede estar separada de la calzada adyacente mediante un cordón barrera, una baranda paratráfico vehicular o una baranda combinada.

Para los postes y barandales, sean de hormigón armado o acero, generalmente se ha dispuesto sobre una acera parala circulación de peatones.

El grado de seguridad de las protecciones usadas, ha sido mínimo, puesto que su diseño en el caso de proteccionesde tipo vehicular , parte de la aplicación de una carga especificada, que en ningún momento representó la acción realde los vehículos y tampoco contempló la acción de conjunto que el sistema de protecciones debe tener.

En genera, en el Paísl no se ha considerado, ni el tipo de estructura ni la velocidad de circulación, así como tampoco laimportancia de la vía ni la presencia de poblados cercanos que pueden producir un tráfico peatonal.

Esta estructura o parpeto deberá ser estructural y geométricamente capaz se soportar el ensayo de choque del nivel 5que se especifica en la sección 13.

Baranda bi d

Baranda para peatones

Para aplicaciones de baja velocidad Para aplicaciones de alta velocidad

Fig. 2.1 a Fig. 2.1 b

24

Lo siguiente puede servir de guía para los diferentes tipos de baranda:

■

■

■

■

Art. 13.7 BARANDAS PARA TRAFICO VEHICULAR

Se deberán considerar los siguientes factores:

■ Protección de los ocupantes de un vehículo que impacta contra la barrera

■ Protección de otros vehículos próximos al lugar del impacto

■

■ Posibles mejoras futuras de las barandas

■ Relación costo/beneficio de las barandas

■ Estética y visibilidad de los vehículos circulantes

Se deberá demostrar que una baranda diseñada para usos múltiples es resistente al choque con o sin la acera.

Se debe demostrar que una baranda diseñada con fines múltiples es resistente al choque con o sin acera.

Art. 13.7.1.2 BARANDAS DE APROXIMACION AL PUENTE

Art. 13.7.2 NIVELES DE ENSAYO

TL-4

El uso de un riel combinado para vehículos y peatones, Fig. 2.1a, se debe limitar a las carreteras en las cuales lavelocidad máxima permitiva es menor o igual a 70 km/hora

Para velocidades iguales o mayores a 80 km/hora se recomienda utilizar una barrera para separar y proteger el tráficopeatonal del vehícular como se muestra en la Fig. 2.1b

Se utiliza baranda para tráfico vehícular cuando el puente va a ser utilizado exclusivamente para tráficocarretero.

Se deberá proveer un sistema de guardarieles al inicio de todas las barandas de puentes en las zonas rurales contráfico de alta velocidad.

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 vehículospesados.

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

En las vías urbanas de alta velocidad, el área de circulación peatonal deberá estar separada de la calzada por mediode una baranda para tráfico vehícular o combinada.

Protección de personas y propiedades que se encuentren en la carretera y otras debajo de lasestructuras

Una baranda combinada, debe satisfacer las dimensiones especificadas para ser utilizadas con aceras de un anchomayor o igual a 1.00 m y bordillos con alturas hasta la utilizada en el ensayo de choque.

Solamente se utiliza una barrera combinada junto con un cordón y una acera sobrelevados en lascarreteras de baja velocidad.

En las carreteras de alta velocidad la vía peatonal o ciclovía deberá tener tanto una baranda parapeatones o ciclistas en su parte externa, como una baranda combinada en su parte interna.

Se debería considerar el uso de puentes peatonales independientes del puente carretero, si la cantidadde tráfico peatonal o algún otro factor de riesgo así indican.

Cordón barrera

Baranda combinada

Baranda combinada para

tráfico vehicular y peatones

Tabla 13.7.2.1 Niveles de ensayo para las barandas.

Art. 13.7.3 DISEÑO DE LAS BARANDAS

Art. 13.7.1 Requisitos Generales

Se debería considerar la continuidad estructural de los rieles y anclajes en los extremos.

25

Art. 13.7.3.1.1 Uso de Sistemas previamente ensayados.

Art. 13.7.3.1.2 Sistemas Nuevos

Los postes de acero que sostienen las rieles deberían estar retirados de la cara de la riel.

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

Se deberá verificar la transferencia de las cargas al tablero.

El mínimo espesor del voladizo del tablero será:

■ Para voladizos que soportan un sistema de postes montados en el tablero: 0,20 m.

■ Para postes montados lateralmente: 0,30 m.

■ Para voladizos de hormigón que soportan paramentos o barreras de hormigón: 0,20 m.

Art. 13.7.3.2 Altura del parapeto o baranda para tráfico vehícular.

Las barandas para tráfico vehícular deberán tener como mínimo:

■ 685 mm para barandas tipo TL - 3 que son para vehículos pequeños

■ 810 mm para barandas tipo TL - 4 que son para vehículos camión semiremolque

La mínima altura de un parapeto de hormigón de cara vertical deberá ser 685 mm.

Art. 13.8 BARANDAS PARA PEATONES

Art. 13.8.1 Geometría

Art. 13.8.2 Sobrecarga de diseño

Se podrá usar barandas resistentes al choque sin realizar análisis y/o ensayos si lo que se va a colocar tiene lasmismas características 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 elcomportamiento es aceptable.

Se deberá determinar si la armadura del tablero es la adecuada para distribuir las cargas de anclaje de los postes altablero.

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

Si se utilizan tanto elementos horizontales como verticales, la abertura de 150 mm se aplicará en los 0,686 m inferioresy la separación en la parte superior deberá impedir el paso de una esfera de 200 mm de diámetro.

La altura de otros tipos de barandas combinadas de metal y hormigón no deberá ser menor de 685 mm y se de berádemostrar que son adecuadas mediante ensayos de choque.

La mínima altura de las barandas para peatones deberá ser de 1,07 mm, medidos a partir de la cara superior de lasuperficie.

Un sistema de barandas y su conexión al tablero sólo podrá ser aprobado una vez que mediante ensayos se hayademostrado que son satisfactorios para el nivel de ensayo deseado.

p p q p , y , psitio donde está ubicado el puente.

Para las barandas peatonales se deberá tomar una sobrecarga de diseño w = 0,075t/m, (0,73 N/mm; 0,050 Kp/ft),transversal y verticalmente, actuando de forma simultánea. Además cada elemento longitudinal deberá estar diseñadopara una carga concentrada de 0,0907 t (890 N, 0,20 Kp)la cual deberá actuar simultáneamente con las cargaspreviamente indicadas en cualquier punto y en cualquier dirección en la parte superior del elemento longitudinal.

Una baranda para peatones que está compuesta de elementos horizontales y/o verticales. La abertura libre entre loselementos debrerá ser tal que no permita el paso de una esfera de 150 mm de diámetro.

Si el poste es de altura mayor a 1,524 m, se aplicará la carga a una altura de 1,524 m.

El valor de la carga concentrada de diseño para los postes PLL, se deberá tomar como:

PLL = 0,0907 + 0,075L en t

PLL = 890 + 0,73L en N Ec: 13.8.2-1

PLL = 0,20 + 0,05L en Kp

26

L.- Separación entre postes, en mm

Fig. 2.2 Barandas Peatonales

Se pueden utilizar cualesquiera de los materiales o combinaciones

Art. 13. 9 BARANDAS PARA CICLISTAS

Art. 13.9.2 Geometría

Art. 13.9.3 Sobrecarga de Diseño

Las alturas superior e inferior de las barandas deberán ser al menos 0,686 m. En las zonas superior e inferior laseparación de los rieles deberá satisfacer los requisitos correspondientes del Art. 13.8.1, es decir que no se permita elpaso de una esfera de 150 mm en la parte inferior y de 200 mm en la parte superior.

Si el riel está ubicado a una altura mayor a 1,37 m por encima de la superficie de rodamiento , las cargas de diseñodeberán ser determinados por el Diseñador. Las cargas de diseño para los 1,37 m inferiores de las barandas para losciclistas no deberán ser menores que las especificadas en el Art. 13.8.2, excepto que en caso de las barandas cuyaaltura es mayor que 1,37 m, la sobrecarga de los postes se deberá aplicar en un punto ubicado a una altura de 1,370m de la superficie de rodamiento.

Las cargas se deberán aplicar como ser indica en las siguientes figuras. Se puede utilizar cualquier tipo de material.

Estas barandas se podrán utilizar en el borde exterior de la ciclovía cuando el tráfico vehicular está separado del tráficociclista mediante una baranda de tráfico vehicular.

Se deberán utilizar barandas para ciclistas en aquellos puentes especificamente diseñados para soportar tráfico ciclistay en aquellos que se requiere contar con una protección específica para ciclistas.

La altura de las barandas para ciclistas no deberá ser menor que 1,07 m, medidos a partir de la cara superior de lasuperficie de rodamiento.

Los postes de las barandas peatonales se deberán diseñar para una carga concentrada de diseño aplicadatransversalmente en el centro de gravedad del elemento longitudinal superior.

Superficie de la acera

w

w

w

w

w

w

Superficie de la acera

w

w

w

w

ww

ón

ww

w

w

w

w

w

ín.

n.1,

07 m

Mín

.

1,07

m M

ín.

Fig. 2.3 Barandas para Ciclistas

27

Art. 13.10 BARANDAS COMBINADAS

Art. 13.10.1 Requisitos Generales

Art. 13.10.2 Geometría

Art. 13.10.3 Sobrecargas de Diseño

Art. 13.11 CORDONES Y ACERAS

Art. 13.11.1 Requisitos Generales

Art. 13.11.2 Aceras

Si se requiere un cordón barrera, la altura del cordón no debería ser menor de 150 mm.

BARANDAS VEHICULARES

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

Las barandas combinadas deberán satisfacer los requisitos correspondientes ya sea a las barandas peatonales o a lasbarandas para ciclistas tal como se ha especificado, según sea el caso. La parte de la baranda correspondiente altráfico vehicular deberá satisfacer los requisitos de la Sección 13.7

Los requisitos referentes a la geometría que se especificaron anteriormente deberán aplicarse correspondientementesegún el tipo de las barandas combinadas.

Se aplicarán las sobrecargas de diseño especificadas anteriormente. No se aplicarán simultáneamentre con lascargas de impacto vehículares.

Las dimensiones de la calzada se harán a partir a partir de la parte inferior de la cara del cordón. Un cordón de unaacera se debe considerar como parte integral de la baranda.

Cuando en los puentes se utiliza cordones cuneta con acera, la altura del cordón para las aceras sobrelevadas en elpuente no debería ser mayor que 200 mm.

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

En el Apéndice A (Sección 13) , se da el procedimiento para las muestras o probetas a ensayar para determinar laresistencia al choque.

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

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

Superficie de la ciclovía

w

w

w

w

1,07

m

al r

iel d

e fr

icci

ón

Superficie de la ciclovía

ww

AvAcera para peatones

AcCalzada para ciclistas

Ap WCalzada para trafico vehicular

Baranda para tráfico peatonal

Baranda para tráfico vehicular y de ciclistas

1,07

m M

ín.

1,07

m

al r

iel d

e fr

icci

ón

1,07

m M

ín.

28

Fig. 2.4 Geometrías para Combinación de Barandas para Peatones, Ciclistas y Vehículos

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

APENDICE A

A13.1 Geometría y Anclajes

■ El ancho de los rieles de las barandas se puede tomar de la figura 2.5 que se muestra:

■

■

■

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

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

Se debería considerar el uso de puentes peatonales independientes del puente carretero si la cantidad de tráficopeatonal u otro factor de riesgo así lo amerita.

Las barandas de los puentes nuevos y su unión (anclaje) al voladizo se deben ensayar al choque para confirmar quesatisfacen los requisitos estructurales y geométricos de un nivel de ensayo especificado utilizando los criterios deensayo especificados en el Art. 13.7.2

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

En el caso de las barandas con postes, la combinación de A/H y el retiro de los postes S deberá estardentro o por encima del área sombreada de la Figura 2.6b

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

En el caso de las barandas con postes, la abertura libre vertical C, y el retiro de los postes S deberáestar dentro o por debajo del área sombreda que se indica en la respectiva Figura 2.6a

Lv Sv Sv Sv Sv

Fig 2.5 Barandas típicas para Tráfico Vehicular

29

Fig. 2.6a Potencial de impacto contra postes Fig. 2.6b Criterios para retiro de Postes

A13.1.2 Anclajes

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

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 desarrollarcompletamente, mediante adherencia, ganchos, fijación a placas embebidas en el hormigón o cualquiercombinación de estos mecanismos.

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

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

Las armaduras de las barandas de hormigón deberán tener una longitud embebida suficiente paradesarrollar la tensión de fluencia.

30

TL-1 TL-2 TL-3 TL-4 TL-5 TL-6

Ft.- Transversal (t) 6,122 12,245 24,490 24,490 53,236 53,236

FL.- Longitudinal (t) 2,041 4,082 8,163 8,163 18,594 26,304

Fv.- Vertical (t) 2,041 2,041 2,041 8,163 36,281 36,281

Lt y LL (m) 1,219 1,219 1,219 1,067 2,438 2,438

Lv (m) 5,486 5,486 5,486 5,486 12,192 12,192

He (Mínimo) (m) 0,457 0,508 0,610 0,813 1,067 1,422

Minima altura del riel H (m) 0,686 0,686 0,686 0,813 1,067 2,286

Tabla 2.1- Fuerzas de diseño para las barandas de Tráfico Vehicular

Fuerza de diseño en una baranda metálica, ubicación en altura y longitud de distribución.

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

W B

2 F t

G.-

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

B.- Separación entre bordes exteriores de las ruedas de un eje. Ver Tabla 13.7.2.1

Ft.- Fuerza transversal correspondiente al nivel de ensayo requerido. Ver Tabla 13.7.2.1

R Ft Ec: A13.2-2

Y He Ec: A13.2-3

R = Ri Ec: A13.2-4

(Ri / Yi)

R

Ri.- Resistencia de la riel

Yi.-

Fig. 2.7 Baranda para Tráfico Vehicular. Fuerzas Resistentes

Todas las fuerzas de deben aplicar a los elementos longitudinales.

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, impar

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

■ Para N par

L.- Separación entre postes

Mp.-

Pp.-

R.- Resistencia última o nominal de la baranda.

NIVELES DE ENSAYO PARA LAS BARANDAS

Tabla A.13.2-1 AASHTO LRFD

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

R =16Mp + N² Pp L

Ec: A13.3.2-22N L - Lt

R = Ec: A13.3.2-12N L - Lt

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

La resistencia nominal crítica de los rieles R, se deberá tomar como el menor valor entre los determinados en lasecuaciones establecidas para diferentes número de tramos de baranda.

Y = Ec: A13.2-5

Altura del centro de gravedad de un vehículo por encima del tablero del puente. Ver Tabla 13.7.2.1

Distancia desde el tablerodel puente hasta la riel i.

He = G - Ec: A13.2-1

Fuerzas de diseño ysimbología

Lt , LL.-

31

■ 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

Fig. 2.8 Modos de falla de Barandas de Postes y Rieles

3.7.3 EJEMPLO DE DISEÑO DE BARANDAS DE HORMIGON ARMADO

A continuación tenemos todos los datos necesarios que serán usados en los diseños.

3.7.3.1 GEOMETRIA DEL PUENTE

LONGITUD TOTAL PUENTE Lt = 20,00 m

3.7.3.2 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

3.7.3.3 NORMAS DE DISEÑO

AASHTO LRFD 2012

SOBRECARGA: HL - 93

3.7.3.4 FACTOR MODIFICADOR DE CARGAS

nD = 1,000

nR = 1,000

nI = 1,000

n = 1,000

Para este diseño es necesario que primeramente se tengan todos los datos del puente: Geometría, Especificacionesde los Materiales, Normas a usarse.

R =2Mp +2 Pp L( i)

Ec: A13.3.2-32N L - Lt

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

Para un impacto en el extremo de un segmento de riel, que provoca la caída del poste ubicado en el extremo de unabaranda, la resistencia nominal crítica del riel R, se deberá calcular utilizando la siguiente ecuación.

32

3.7.3.5 FACTOR DE PRESENCIA MULTIPLE

Tabla: 3.6.1.1-1

1

2

3

>3

3.7.3.6 GEOMETRIA DE LOS BARANDALES

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

1,000

0,355

0,595

0,280

0,075

1,400

0,200

0,100

0,200

0,350

0,400

Fig. 2.9 Geometría de las Protecciones Laterales

33

0,050

Se procurará que los tramos de protecciones sean lo suficientemente largos a fin de que puedan trabajar comoconjunto.

Con el uso de tres rieles, para mantener el centro de gravedad , se requiere que el espacio entre rieles supere lorequerido como protección peatonal. Se debe permitir la visibilidad.

La geometría en elevación del poste está dada, en base a cumplir con dos tipos de requerimientos: El uno estructuralpara resistir la fuerzas de diseño previstas en el código y el otro debido a la geometría necesaria para cumplir con losrequisitos de protección peatonal: La altura es adecuada pero no la distancia libre entre barandales peatonales quedebe ser máximo 150 mm.

Las normas nos indica que las protecciones deben resistir las cargas provenientes del nivel de ensayo que seconsidere.

A pesar de que las normas recomiendan la continuidad de las protecciones, se colocarán juntas en las protecciones, afin de que las fisuraciones no las debiliten.

Este sistema de protecciones, en vista de la disposición del uso de aceras, deberá resistir las cargas vehiculares, peroadicionalmente su geometría deberá responder a las normas para que a la vez sean consideradas como protecciónpeatonal

No de víascargadas

Factor presencia múltiple m

1,2

1

0,85

0,65

CLSimetría

9,976 0,048

0,10 1,955 1,955 1,955 1,955

3.7.3.7 CALCULOS Y DISEÑO DEL POSTE

0,280

0,075

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

UBICACIÓN DE LA RESULTANTE

Ycg He

He = 0,810 mAltura efectiva de la fuerza de vuelco.- TL-4

Las tres rieles serán de igual resistencia, por tanto:

Ycg = 0,810 mUbicación de la resultate de fuerzas resistentes

34

DISEÑO DE POSTES DE HORMIGON ARMADO: MOMENTO PLASTICO

Nivel de ensayo : TL-4 Tabla A13.2-1

Ft = 24,490 t

10,000

1,955

0,248

0,220

0,220

Fig. 2.10 Potencial de impacto y Criterios de retiro depostes

Para verificar que la ubicación de la resultante sea igual osuperior que la altura efectiva de vuelco establecida, parael nivel de ensayo 4.- TL-4

0,220

0,260

0,220

1,400

0,260

1 E 10 mm a 0,10 m

S =

A

A

C

A

C

Simetría

FL = 8,163 t

Lt = LL = 1,067 m

ARMADO DE POSTES

3 22 Cara interna 0,200

3 22 Cara externa

2 12 en el centro

0,280

MOMENTOS PLASTICOS RESISTENTES

Mediante el diagrama MOMENTO - CURVATURA, se obtiene los momentos plásticos del poste

MATERIALES

f'c = 280 kg/cm2 Resistencia del concreto

Fy = 4.200 kg/cm2 Límite de fluencia del acero

Es = 2.030.000 kg/cm2

Ec = 200.798 kg/cm2

GEOMETRIA

b = 20,00 cm Base de la viga

h = 28,00 cm Altura de la viga

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

d = 24,00 cm Altura efectiva

Ag = 560,00 cm2

GRAFICO Y FORMULARIO PARA CALCULO

d - c fs = Es s Fy Ts = As fs

c Cs = A's f's

c - d' fs = Es´s Fy Cc = 0,85f'c b a

c

Nf = 3 Número de filas

Sf = (h - 2r)/(Nf-1) Separación entre filas

Sf = 10,00 cm

di = d'+(Nf-1)*Sf

c - di

c

35

c - di

c

Mu = f[ 0,85f'c ab(h/2 - a/2) + fsi Ai (h/2 - di)]

ARMADURA

Zona de compresión

Por facilidad, usaremos para el hormigón el bloque de Whitney y para el acero el diagrama Esfuerzo - DeformaciónElastoplástico

fsi = c E Fy - o,85f´c

fsi = c E Fy Zona de tensión

s = c

' s = c

A continuación se presenta el diagrama Momento -Curvatura, más con fines de indicar el proceso, ya que porseguridad se obtendrá los valores de Momento Plástico del SAP 2000

mm

mm

1 E 10 mm a 0,10 m

mm

x

x

s

a 1

c

c

fsi

0,85f'c0,003

d'

h

dmáx di

'sA's

Csi

Cc

d

f'si

Csi

Tsi

Deformaciones Esfuerzos Fuerzas internas

As

b

As1d'

d'

r

b

hd

A's

As

As1 = 11,40 cm2

As2 = 2,26 cm2

As3 = 11,40 cm2

Nf Nfila Nv As/fila di

mm cm2 cm

1 1 3 22 11,40 4,00

2 2 2 12 2,26 14,00

3 3 3 22 11,40 24,00

4 0 0 0 0,00 -6,00

5 0 0 0 0,00 -6,00

25,07

h/2 = 14,000 cm ß1 = 0,850

dmax = 24,000 cm f = 1,000

Punto Y Viga doblemente armada

My = As Fy jd

jd = (1-k/3) d

= As/b d

' = As´/b d

n = Es/Ec

k = ( - ´)² n² + 2( + ´(d´/d))n - ( + ´)n

y = y/(1-k)d

Datos:

b = 20,00 cm

d = 24,00 cm

d´ = 4,00 cm

As = 11,40 cm²

As´ = 11,40 cm²

n = 10,11

= 0,023758294

' = 0,023758294

k = 0,268248582

jd = 21,85401134

My = 10,46735497 tm

Resultados

c 0,0000 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035

c (cm) 0,000 8,591 8,819 8,225 7,798 7,212 6,821

= c/c 0,000000 0,000116 0,000170 0,000243 0,000321 0,000416 0,000513

Mu (tm) 0,000 8,715 10,074 10,392 10,709 10,802 10,933

c 0,0040 0,00450 0,00500 0,00550 0,00600 0,00650

c (cm) 6,361 6,072 5,841 5,653 5,499 5,378

= c/c 0,000629 0,000741 0,000856 0,000973 0,001091 5,377840

Mu (tm) 10,863 10,878 10,888 10,895 10,899 10,922

36

20,00

28,00

b

h

As3

As2

As1

r

7

8

9

10

11

12Mu

Fig. 2.11 Diagrama Momento - Curvatura para el Poste.

MOMENTOS PLASTICOS RESISTENTES

Mpy = 11,333 tm Tomados del SAP2000, por mayor exactitud

Mpx = 5,181 tm

3.7.3.8 DISEÑO DE RIELES DE HORMIGON ARMADO

ARMADO DEL RIEL

3 16 Cara interna

3 16 Cara externa

GEOMETRIA

b = 22,00 cm Base de la viga 0,220

h = 22,00 cm Altura de la viga

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

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

d = 18,00 cm Altura efectiva

ARMADURA

As1 = 6,03 cm2

As2 = 6,03 cm2

MOMENTOS PLASTICOS RESISTENTES

Mpy = 4,560 tm Tomados del SAP2000, por mayor exactitud

RESUMEN

POSTE

Mpy = 11,333 tm Momento plástico resistente poste, respecto al eje yy

Ppy = 13,991 t Fuerza transversal resistente para un poste

Mpx = 5,181 tm Momento plástico resistente poste, respecto al eje xx

Ppx = 6,396 t Fuerza longitudinal resistente para un poste

RIELES

Nr = 3 Número de rieles

Mp = 13,680 tm Fuerza transversal resistente para las rieles

INTERIOR EXTREMOS

L = 1,955 m Separación postes L = 1,955 m

37

OBTENSION 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 = 76,989 t R = 28,866 t

0,220

2Mp + 2Pp L( i )

2N L - LtR = R =

mm

mm

1 E 10 mm a 0,15 m

0

1

2

3

4

5

6

7

0,0000 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,0010 0,0012 0,0014

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

N = 2 N = 2

R = 48,614 t R = 28,355 t

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

N = 3 N = 3

R = 41,049 t R = 33,349 t

R > Ft

Rfinal = 41,049 t Rfinal = 28,355 t

R > Ft Bien R > Ft Bien

3.7.3.9 ANCLAJE DE POSTES DE HORMIGON ARMADO Art. 5.11.2.1

db = 22 mm Diámetro de la barra

f´c = 280 kg/cm2 = 27,48 Mpa

■ La longitud lhb por un factor Art. 5.11.2.4

■ 8db = 176 mm

■ 150 mm Ec: 5.11.2.4.1-1

lhb = 100 db/ f´c = 420 mm

f = 0,8 Adoptado Factor modificador

f lhb = 336 mmldh = 336 mm

3.7.3.10 ANALISIS DE LA FUERZA LONGITUDINAL

Se puede considerar que el el sentido longitudinal, todos los postes de un tramo resistirán la fuerza longitudinal.

Np = 6 Número de postes. (Tramo con el menor número de postes)

Ppx = 6,396 t

RL = 38,378 t

FL = 8,163 t

38

3.7.3.11 ARMADO DE POSTE EN ELEVACION

16Mp + (N - 1)(N + 1)Pp L 2Mp + 2Pp L( i )

2N L - Lt 2N L - LtR =

16Mp + N² Pp L 2Mp + 2Pp L( i )

2N L - Lt 2N L - LtR =

R =

La longitud ldh, en mm, para barras que terminan en un gancho normal, según lo que indica el Art. 5.10.2.1 no serámenor que:

R =

2 12 mm

1 E 10 mm a 0,10 m

3 22 mm

Fig. 2.12 Armadura de los Postes en Elevación

3.8 CARGAS DE VIENTO

LRFD Carga de Viento WL y WS Art. 3.8

Art. 3.8.1 Presión Horizontal de viento

3.9 FUERZAS DE TEMPERATURA

Se deberá prevenir los esfuerzos y movimientos debidos a las variaciones de temperatura.

La deformación unitaria por dilatación térmica para el concreto es:

t = 1,08E-05 /°C Art. 5.4.2.2

Para el acero tenemos:

= 1,125E-05 Coeficiente de dilatación térmica.

El alargamiento o acortamiento de un material lo medimos:

L = L t Acortamiento o alargamiento por temperatura

39

Se asumirá que las presiones aquí especificadas son provocadas por una velocidad básica de viento VB de 160 km/h

La carga de viento estará uniformemente repartida sobre el área expuesta al viento. Esta área será la sumatoria de lasáreas de todos los componentes, incluyendo el sistema de piso y barandas, vistas en elevación y perpendiculares a ladirección supuesta del viento.

Los cambios de temperatura producen variaciones en las longitudes de los elementos, por lo que éstos deben estarlibres de poder acortarse o alargarse, lo que se debe tomar en consideración en el diseño tanto de los apoyos, asícomo la disposición de la junta de dilatación en los extremos del puente.

Junta de dilatación

Apoyo

2 12 mm

TABLERO

VEREDA

3 22 mm

3 22 mm

3.10 FUERZAS POR CONTRACCION

La deformación unitaria para la contracción del concreto es:

s = 2,00E-04 Art. 5.4.2.3

Recordemos los siguientes conceptos.

Del diagrama esfuerzo deformación obtuvimos:

= E = L / L

= P/A

Por tanto:

P = E A

P = L / L E A

L = PL / EA

Ejercicio:

Asumamos una sección de concreto de:

200,0

bs = 200,0 cm Anco de patín o ala

t = 20,0 cm Espesor del patín o ala 20,0

bw = 40,0 cm Base del alama

h = 150,0 cm Altura de viga 150,0

t = 18,0 °c Disminución de temperatura

L = 25,0 m Longitud de viga.

40,0

40

Resolución:

La deformación total de temperatura y contracción será:

E = 12000f'c kg/cm2 Módulo de elasticidad del concreto

f'c = 240 kg/cm2

E = 185.903 kg/cm2

= 1,08E-05 18,0 2,00E-04

= 0,0003944

L = L

L = 0,0003944 2.500,0 = 0,986 cm

A = 9.200,0 cm2

Estas fuerzas deben ser consideradas en el diseño y aún sumadas a las de temperatura cuando los efectos coinciden.

Debemos tomar en consideración este fenómeno en los apoyos que permitirán los desplazamientos y giros y se debedisponer de una junta de dilatación para las mismas consideraciones.

Obtener el acortamiento por contracción y temperatura y la fuerza que se desarrollaría si se impide este acortamiento:

En el concreto se presenta, en el proceso de fraguado, el fenómeno de contracción, que consiste en un acortamientode la masa de concreto, provocando grandes esfuerzos si dicha masa está restringida de moverse.

También conocemos que un esfuerzo axialse mide como:

Cuando la temperatura disminuye, se sumarán los efectos a los de contracción por frague del concreto, por lo quedebe tomarse las precauciones necesarias a fin de evitar que estos efectos provoquen daños en las estructuras.

= E

x +

x

P = 0,0003944 185.903 9.200,0

P = 674.546,0 kg

P = 674,5 t

Ejercicio.

Datos:

L = 5.500,0 cm Longitud

A = 600,0 cm2 Area

t = 20 °c Cambio temperatura

= 1,125E-05 Coeficiente de dilatación térmica

E = 2,030E+06 Módulo elasticidad del acero.

Resolución:

Acortamiento

L = L t

L = 1,125E-05 5.500,0 20,0

L = 1,24 cm

Fuerza de contracción por temperatura

P = E A

= L / L

= 0,000225

P = 0,000225 2,030E+06 600,00

P = 274.050,0 kg

P = 274,1 t

Art. 3.12 SOLICITACIONES PROVOCADAS POR DEFORMACIONES SUPERPUESTAS

3.12.1 Requisitos Generales

3.12.2 Temperatura Uniforme

41

3.12.2.1 Procedimiento A

3.12.2.1.1 Rango de temperatura

Tabla 1

Moderado 12° 27° 12° 24°

Frio -18° 27° -18° 24°

3.12.2.2 Procedimiento B

3.12.2.2.1 Rango de temperatura

Se deberán considerar las solicitaciones internas que la fluencia lenta y contracción provocan en los componentes. Sies del caso se deberían incluir el efecto de gradiente de temperatura.

Las solicirtaciones debidas a la deformación de los componentes resistentes, el desplazamiento de los puntos deaplicación de las cargas y el movimiento de los apoyos se deberán incluir en este análisis.

El movimiento térmico de diseño asociado con un cambio uniforme de la temperatura se puede calcular utilizando losprocedimientos A o B que se describen a continuación.

Para puentes con tablero de hormigón, que tienen vigas hormigón o acero se puede utilizar cualquiera de losprocedimientos A ó B. Para los demás tipos de puente se usará el procediento A.

El diseñador debería implementar medidas adecuadas para evitar la posibilidad de contacto entre superficies duras delos componentes estructurales principales. Esto incluye el contacto entre orificios ranurados y bulones de anclaje yentre vigas y estribos.

Los Rangos de temperatura serán los especificados en la Tabla 1. Para calcular los efectos provocados por ladeformación de origen térmico se deberá utilizar el límite inferior o superior extendido y la temperatura básica de laconstrucción supuesta para el diseño.

CLIMARANGO DE TEMPERATURA

HORMIGON °C MADERA °C

El rango de temperatura se define como la diferencia entre la máxima temperatura de diseño TMaxdiseño y la mínimatemperartura de diseño TMindiseño

Estos valores se determinan en base a mapas de temperatura. Nosotros no disponemos de estos mapas, por tanto elprocediemto no es válido en nuestro País.

Calcular los efectos por temperatura de una viga de acero de un puente de 55,0 m de longitud, con una seccióntransversal de 600,0 cm2, ante una disminución de temperatura de 34°c a 14 °c

xx

xx

xx

3.12.2.2.2 Movimientos de diseño

3.12.2.2.2a Apoyos elastoméricos

= 1,3 L (TMáxdiseño - Tmíndiseño)

Donde:

L.- Longitud de expansión mm

Coeficiente de expansión térmica

5.4.2.2 Coeficiente de Expansión Térmica

- Para hormigón de densidad normal: 10,8 x10E-06/°C

5.4.2.3 Contracción y Fluencia Lenta

La contracción se ve afectada por :

■ Las características y proporciones de los agregados.

■ La humedad media en el sitio de emplazamiento del puente.

■ La realación agua - cemento.

■ El tipo de curado.

■ La relación volumen - área superficial del elemento.

■ La duración del período de curado.

42

3.12.4 Contracción Diferencial

Art 11.6.1.6 Juntas de Expansión y Contracción

3.11 CARGAS HIDRAULICAS WA Art. 3.7

3.7.1 Presión hidrostática.-

Se asumirá que la presión hidrostática actúa de forma perpendicular a la superficie que retiene el agua.

3.7.2 Flotabilidad

La flotabilidad se deberá considerar como una fuerza de levantamiento, tomada como la sumatoria de lascomponentes verticales de las presiones hidróstáticas, según lo especificado en el Art. 3.7.1

Cuando corresponda se deberá determinar las deformaciones por contracción diferencial entre hormigones dediferentes edades o composiciones y entre hormigón y acero, de acuerdo con los requisitos de la Sección 5.

En los estribos y muros de sostenimiento convencionales se deberán proveer de juntas de contracción a intervalos nomayores de 9000 mm y juntas de expansión a intervalos no mayores que 27000 mm. Todas las juntas se deberánllenar con un material aprobado que asegure que las juntas trabajen de forma apropiada.

En los estribos las juntas deberán estar ubicadas aproximadamente a la mitad de la distancia entre los elementoslongitudinales que se apoyan en los estribos.

La contracción del hormigón puede variar considerablemente, desde contracción nula si el hormigón estacontinuamente inmerso en el agua hasta contracción de mas de 0,008 en el caso de secciones delgadas construidascon agregados de alta contracción y secciones que no se curan adecuadamente.

El movimiento de origen térmico total de diseño para un apoyo elastomérico , el cual no se desplazará durante elmontaje, se deberá determinar como.

Este coeficiente se debería determinar realizando ensayos en laboratorio. En ausencia de datos precisos el coeficientede expansión térmica se lo puede tomar como:

El coeficiente de expansión térmica depende fundamentalmente de los tipos y proporciones de agregados utilizados yel grado de saturación del hormigón.

Los valores de contracción y fluencia lenta especificados aquí en los Art. 5.9.5.3 y 5.9.5.4, se deberán utilizar paradeterminar los efectos de la contracción y fluencia lenta sobre la pérdida de fuerza de pretensado en los puentes.

En ausencia de datos más precisos se puede asumir que los coeficientes de contracción son 0,0002 luego de 28 días y 0,0005 luego de un año de secado.

Los movimientos de diseño para las juntas y apoyos dependerán de las temperaturas extremas de diseño del puentedefinidas en el Art. 3.12.2.2.1 y del tipo de unión o apoyo.

3.7.3 Presión de flujo

3.7.3.1 Longitudinal

p = 5,14x10E-04 CD V²

p.- presión del agua que fluye en Mpa

CD .- coeficiente de arrastre para pilas, como se especifica en la tabla siguiente:

CD

Pila con borde de ataque semicircular 0,7

Pila de estremo cuadrado 1,4

Arrastres acumulados contra la pila 1,4

V.- Velocidad del agua de diseño en m/s

CD = 1,4 CD = 0,8 CD = 0,7

3.7.3.2 Carga Lateral

p = 5,14x10E-04 CL V²

p.- presión lateral en Mpa

CL .- coficiente de arrastre lateral según tabla

0° 0,0

5° 0,5

10° 0,7

20° 0,9

30° 1,0

Angulo ente la dirección del flujo y el ejelongitudinal de la pila

CL

La presión debida a un flujo de agua que actua en la dirección longitudinal de las subestructuras se deberá tomarcomo:

Tipo

Pila con borde de ataque en forma de cuña, ángulo delborde de ataque 90°

0,8

La fuerza de arrastre longitudinal se deberá tomar como el producto entre la presión de flujo longitudinal y la proyección de la superficie expuesta a dicha presión.

La presión lateral uniformemente distribuida que actúa sobre una subestructura debido a un caudad de agua que fluye,

formando un ángulo , respecto del eje longitudinal de la pila, se deberá tomar como: