T-ESPE-032703-P

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

1/122

ESCUELA POLITCNICA DEL EJRCITO.

SR. PAULO ESCOBAR.

CARRERA DE INGENIERA CIVIL.

DIRECTOR: ING. MARCELO GUERRA.CODIRECTOR: ING. ANA HARO.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

2/122

DISEO DE SUPERESTRUCTURA PUENTESISOSTTICOS METLICOS FERROVIARIOS EN ELECUADOR. CASO VIGAS TIPO I DE ALMA LLENA

FERROVIARIOS METLICOS

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

3/122

CAPITULO I

INTRODUCCIN Y RESEA HISTORICA DEPUENTES FERROVIARIOS.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

4/122

Revisin Histrica del Ferrocarril en el Ecuador.

La terminacin del ferrocarril a principios del siglo XXconstituye uno de los ms significativos proyectos dela historia ecuatoriana. Estimul la creacin deimportantes empresas como el diario El Comercio,el Banco del Pichincha, entre otras.

Esta obra fue terminada en un tiempo relativamentecorto, a un costo razonable, y se incorpor latecnologa ms avanzada de esa poca para cumplircon el sueo de Alfaro.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

5/122

Los promotores del proyecto.

El presidente EloyAlfaro necesitaba deinversionistas quefinanciaran laconstruccin delferrocarril, a los queencontr en elestadounidenseArcher Harman enNew York en 1896.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

6/122

LOS ESTUDIOS DEL TERRENO

Archer organiz un pequeo cuerpo de ingenieros y consigui un equipo de campaa

que le permitira viajar por el Ecuador y estudiar la va frrea proyectada.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

7/122

Una vez que concluy sus estudios de la va ylas estimaciones de costos, Archer regres aQuito para presentar sus planos yestimaciones a la comisin. Propuso un costo

total estimado de $17 millones de dlares. El contrato de 35 artculos fue aprobado por

el Congreso, clusula por clusula, y se firmel 14 de junio de 1897.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

8/122

Escribi lo siguiente a los inversores con respecto a las clusulas del contrato: Las responsabilidades de la Compaa del Ferrocarril eran:

Hacerse cargo de y asumir la responsabilidad de la va existente de Durn aChimbo, y dejarla en buen estado.

Construir una va de carcter permanente entre el Puente de Chimbo y

Quito.

Ejecutar una conexin adecuada entre Durn y Guayaquil.

Suministrar estaciones, material rodante de primera, muelles y factoras.

EL CONTRATO.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

9/122

A la terminacin del ferrocarril, la compaaoperara la lnea durante 75 aos, a partir de locual toda la estructura sera traspasada alGobierno del Ecuador, libre de toda carga.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

10/122

PLAZO DE EJECUCIN DE LA OBRA

El plazo de construccin del ferrocarril fue deseis aos y las obras deban comenzar dentrode un ao a partir de la firma del contrato. Noobstante, en caso de contienda armada internao externa, rebeliones, terremotos u otrosdesastres naturales, o epidemias, se permitiraun tiempo adicional.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

11/122

The Ecuadorian Association, Ltd.

En Escocia, Archer mont laEcuadorian Association, Ltd.,con respaldo financierobritnico y escocs. La

Association, constituida enfebrero de 1899 con uncapital de 100.000, se formpara construir y equipar elferrocarril de Durn a Quito.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

12/122

Una nueva ruta.

El 10 de Marzo de 1900 se escogi la ruta delChanchn sobre la ruta del valle del Chimbo yaque esta era muy inestable por las lluvias queprovocaban derrumbes en los taludes .

Toda la extensin desde Bucay a Alaus, aguasarriba del Ro Chanchn, era una enorme zonasilvestre, de monte salvaje y peligroso. El mayorHarman relat que los primeros 32,18 km de la

lnea desde Bucay fueron muy arduos.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

13/122

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

14/122

La nariz del diablo.

Se estudiaron los problemas planteados que se podan dar por la Nariz del Diablo y finalmenteresolvieron el rompecabezas del Pistishi planificando una serie de zigzags cortados en las paredesde roca. Y as se adapt el mtodo del zigzag para trepar las vertiginosas alturas de la Nariz, conun zigzag de tres niveles

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

15/122

La va frrea subira con un rasante de tres y medio porciento por una cornisa angosta cortada con voladura en la

pared de roca perpendicular de la Nariz. Este plan audazpermita al ferrocarril ascender hasta una altura de 500metros en 77,24 kilmetros. Un logro asombroso.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

16/122

La llegada a Quito La celebracin y apertura oficial del Ferrocarril de Guayaquil a Quito tuvo lugar el da 25 de junio de 1908.

Los pasajeros de ese primer tren fueron Archer Harman, el presidente Alfaro y su familia, y sus ministros de Estado. En elmomento de la llegada, las campanas de todas las iglesias comenzaron a sonar en Quito.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

17/122

Revisin Histrica de Puentes de Ferrocarril.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

18/122

La piedra o fbrica en los puentes del tren.

Las primeras lneas de ferrocarril de la primeramitad del siglo XIX la piedra se mantena como elmaterial de referencia.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

19/122

La mayor parte de la carga que deben resistir lospuentes de piedra corresponde a su peso propio ypor lo tanto el gran incremento de carga variableque supona el tren no implicaba una variacin

drstica de la carga total como suceda en losarcos de madera o fundicin, mucho ms ligeros

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

20/122

As pues, no es de extraar que en estos primeros aos seconstruyesen este tipo de puentes por millares. Incluso con eldesarrollo de la siderurgia y el retroceso gradual de la piedracomo material para la construccin de puentes, grandesviaductos de piedra se han seguido levantando a lo largo de

todo el siglo XIX y, aunque desde principios del siglo XX, suconstruccin se ha abandonado prcticamente por completo,son todava muy numerosos los que siguen y seguirn dandoservicio a las lneas.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

21/122

Todos los puentes de piedra requeran puentesprevios de madera que soportasen la bveda durantesu construccin. Slo una vez cerrado en su centropuede el arco soportarse a s mismo, lo que en

pocas clsicas y medievales llev a la errneasuposicin de que la piedra central jugaba un papelms decisivo que el resto, lo que posiblemente tengaque ver con que hoy llamemos a esta pieza clavedel arco.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

22/122

Los puentes de hierro.

El hierro es obviamente progenitor del tren y por lo tanto, previamente a laaparicin del ferrocarril moderno en 1830, ya se atesoraba, desde finales delsiglo XVIII, una cierta experiencia en la construccin con hierro, impulsada porel progreso de la minera y la siderurgia en Inglaterra.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

23/122

En 1830 el uso del hierro en los puentes poda considerarsehabitual en Gran Bretaa y se acumulaba por tanto una ciertaexperiencia con este material en la construccin de puentescarreteros. La forma estructural tpica el arco de hierro fundido y,en menor medida, el puente colgante con cadenas de hierroforjado.

Sin embargo los diseos empleados para los puentes colganteseran excesivamente flexibles para el paso de las locomotoras, cuyopeso era evidentemente mayor que el de los peatones o carruajesque hasta entonces los cruzaban

Arco metlico propuesto por el Ingeniero Teldford,

para remplazar al Old London Bridge (1801)

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

24/122

El arco muchas veces tampoco result adecuado para el ferrocarril, pues con

frecuencia obligaba a elevar la rasante lo que implicaba no slo un porentonces muy costoso movimiento de tierras, sino sobre todo unas pendientesque comprometan la funcionalidad de la lnea.

Puente en la lnea London-Birmingham (1838) yviaductos Ferroviarios franceses de Nevers (1850).

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

25/122

La opcin del puente de vigas poda resolver estosproblemas, pero en cambio solo resultaba prcticapara luces pequeas, pues la fabricacin de piezas defundicin de gran tamao sola producir defectos en

stas. En esta situacin se construyeron en losprimeros das del ferrocarril puentes metlicos dediversas tipologas no siempre satisfactorias y de losque, al no haber perdurado, existen pocas referencias.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

26/122

vigas de dovelas de fundicin

Un intento de resolver el problema fueron las vigas de dovelasde fundicin o compound girder, que intentaban salvarluces mayores uniendo tramos ms cortos de vigas defundicin. Para resistir las tracciones stas se reforzaron conbarras de hierro forjado que incluso se presolicitaban con

cuas hasta tensiones de 124 MPa, en lo que podraconsiderarse un antepasado del pretensado para un material,la fundicin, que como el hormign no era adecuado pararesistir tracciones.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

27/122

Celosas.

Las vigas en celosa tuvieron un fulgurante desarrollo amediados del siglo XIX; y las siguientes dcadas, hasta yaentrado el siglo XX, vieron la poca dorada de esta tipologa quefue rpidamente acaparando la construccin de puentes

Figura 1.31 Elevacin de la celosa tipo Bollman sobreel ro Potomac en Harpers Ferry

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

28/122

Las celosas permitan un gran aprovechamiento del material en eficaces

soluciones de gran ligereza y facilidad constructiva. Esto unido al desarrollo delhierro y la consolidacin del acero en el ltimo tercio de siglo posibilit laconstruccin de grandes viaductos con una rapidez y economa de construccinque hubiese resultado impensable en la primera mitad de sigloXIX.

Elevacin de celosa tipo Haupt en Pennsylvania

(1854).

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

29/122

El origen de la celosa est en lasestructuras de madera, que tienen quecomponerse inevitablemente de

elementos alargados de longitudlimitada unidos entre s. No es deextraar, por tanto, que el desarrollo

inicial de esta tipologa se diese en losEstados Unidos donde por entonces lamadera era el material por excelencia

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

30/122

1840: patenta la viga Howe, celosa abierta de maderacon montantes verticales en traccin y diagonalescruzadas en compresin.

1841: el neoyorquino Squire Whipple, uno de los

ingenieros que ms contribuy al desarrollo de lacelosa, patenta su solucin de viga triangulada concordn superior curvo en arco, y cordn inferior rectoque recoge a traccin los empujes del arco y

materializa al mismo tiempo el tablero

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

31/122

Esquemas bsicos de los ms comunes tipos decelosa

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

32/122

Celosa tipo Whipple del puente de Old Plattsmouth para el cruce del

Chicago&Quince Railroad sobre el ro Missouri (1880)

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

33/122

Vigas pratt.

1844: los hermanos Thomas y Caleb Pratt patentan otro modelomixto que inverta la viga Howe empleando montantesverticales de madera a compresin y diagonales de hierroforjado a traccin. La viga Pratt es en realidad una solucin mseficiente desde un punto de vista estructural pues permite que

sean los elementos ms cortos los que trabajan a compresinreduciendo as las longitudes de pandeo y se mantiene hoycomo una de las soluciones ms comunes.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

34/122

VIGAS WArREN.

La viga Warren supone probablemente laculminacin en la evolucinsimplificativa de la celosa, ya que

emplea diagonales inclinadassimtricamente que van alternandoesfuerzos de traccin y compresin. Es

una solucin de gran claridad formal queprobablemente sea la ms empleadahoy en da.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

35/122

Puentes Cantilever

Puente para el paso del Michigan Central Railroadsobre el ro Niagara .

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

36/122

Los puentes viga comnmente agrupados bajo la denominacinanglosajona cantilever y que tambin se conocen como puentes devigas Gerber en honor al ingeniero alemn que los emple porprimera vez, se basan en un concepto sencillo que de hecho seremonta a muchos puentes primitivos, de las culturas orientales

particularmente, que partan desde ambos extremos de un paso consendas construcciones en voladizo para despus cerrarlo con untramo central de luz reducida biapoyado en los extremos de lasmnsulas.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

37/122

Son estructuras isotticas.

El isostatismo permite tambin, como es sabido, evitar que los asientos delterreno afecten a los esfuerzos

La mayor ventaja que llev al xito de los puentes cantilever para lasgrandes luces es su natural adaptacin a la construccin por voladizossucesivos, que permita la decisiva eliminacin de la cimbra o de otroscostosos elementos auxiliares y provisionales en la estructura.

Imagen que demuestra de manera intuitiva la forma de trabajar de los puentes en cantilver.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

38/122

1883: Charles Shaler Smith construy sobre el can del Nigara

en 1883 para el Michigan Central Railroad, que ya salv unaimportante luz de 143 m.

Puente para el paso del Michigan Central Railroad sobre elro Niagara .

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

39/122

1888: Puente de Poughkeepsie, primer gran cantilever que permiti al Central New EnglandRailroad cruzar por primera vez el ro Hudson en Albany, cerca ya de Nueva York. Fue con una

longitud total de 2.063 metros con mucho la mayor estructura de acero hasta la fecha.

Puente de Poughkeepsie para el paso del Central New England Railroad

sobre el ro Hudson (1988)

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

40/122

CAPITULO II

CLASIFICACIN DE MATERIAL RODANTEY PUENTES PARA VIAS DE FERROCARRIL.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

41/122

Tipos de locomotoras que circulan en elEcuador

NOMBRE DE EQUIPONro.

Unidad

DIMENSIONES PESOTOTAL

(ton)LARGO

(mm)ANCHO

(mm)ALTURA

(mm)LOCOMOTORA A VAPOR 58 10460 2850 4000 56

TENDER 58 7960 2640 2740LOCOMOTORA A VAPOR 17 9320 2830 3230 98

TENDER 17 6450 2530 2880

GEC ALSTHOM 13344 2816 3750 80.4

COCHE DE PASAJEROS 14260 2640 3680 18

PLATAFORMA 12800 2710 890

BAGONES 12820 2640 3160BAGONES+ASIENTOSPARTE SUP. 12820 2640 3281

TANQUERO 11000 2300 3500 13

Caractersticas generales de las

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

42/122

Tipo BBB

Cantidad de motores por bogie 2

Separacin de los rieles 1067 mmDimetro de ruedas nuevas 914 mm

Dimetro de ruedas en lmite de desgaste 844 mm

Relacin de desmultiplicacin 81/16Separacin bajo tren de engranaje (ruedas nuevas) 111 mm

Altura mxima 3752.5 mm

Ancho en el retorno 2816 mmLongitud de armazn de caja 15180 mm

Distancia entre pivotes de bogie 13414 mm

Distancia entre ejes de las ruedas de un bogie 4100 mmDistancia entre ejes de las ruedas total 2200 mm

Peso total en orden de marcha 80400 kg

Capacidad del depsito de carburante 4400 ltsCapacidad del depsito de agua 147 lts

Capacidad del depsito de aire principal 500 ltsCapacidad del depsito de aire auxiliar 25 lts

Caractersticas generales de laslocomotoras GEC Alsthom

Velocidad Mxima 70 Km/h

Velocidad en rgimen continuo 19 Km/h

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

43/122

Locomotoras a Vapor Ecuatorianas

ORD. No Ubicacin Marca TRACCION ORIGEN

1 11 DURN BALDWIN 2-6-0 USA

2 14 IBARRATHE BALDWIN LOCOMOTIVEWOKS

2-6-0 USA

3 17QUITO-

CHIMBACALLETHE BALDWIN LOCOMOTIVEWOKS

2-8-0 USA

4 18 QUITO-CHIRIYACU THE BALDWIN LOCOMOTIVEWOKS

2-8-0 USA

5 44 BUCAY BALDWIN 2-8-0 USA

6 45 QUITO-CHIRIYACUTHE BALDWIN LOCOMOTIVEWOKS

2-8-0 USA

7 46 BUCAY BALDWIN 2-8-0 USA

8 53 RIOBAMBABALDWIN LIMA HAMILTONCORP.

2-8-0 USA

9 58 QUITO-CHIRIYACU BALDWIN 2-8-0 USA

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

44/122

Caractersticas de la locomotora Mogul 2-6-0

PESO DE LALOCOMOTORA 52,5 TON

PESO DEL TANQUE33,95 TON

LARGO DE LA

LOCOMOTORA CONTANQUE 15,58 MANCHO DE LALOCOMOTORA 2,82 MDIMETRO DE LASRUEDAS 48 PULG.

CAPACIDAD PETRLEO 1200 GALONES

CAPACIDAD AGUA 3200 GALONES

POTENCIA 650 HP

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

45/122

Caractersticas de la locomotora Baldwin 2-8-0

PESO DE LALOCOMOTORA 72,5 TON

PESO DEL TANQUE72,5 TON

LARGO DE LA

LOCOMOTORA CONTANQUE 39,95 MANCHO DE LALOCOMOTORA 18,03 MDIMETRO DE LASRUEDAS 2,82 PULG.

CAPACIDAD PETRLEO 42 GALONES

CAPACIDAD AGUA 200 GALONES

POTENCIA 850 HP

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

46/122

PUENTES FERROVIARIOS ECUATORIANOS

Ejemplo Puentes con Cerchas de Tablero Inferior Ubicacin:

Km 131+582,75 de la Va Durn Quito. Tramo: Sibambe Alaus Rio Chanchn.

Descripcin de la Estructura:

Puente de un tramo, con una luz total de 20.83 m y 5.60 m de ancho

Zapata de Cimentacin de hormign ciclpeo

La superestructura se apoya en dos estribos de hormign armado. Los cordones principales son secciones tipo C, y los parantes secciones tipo I.

Es un sistema de dos celosas paralelas tipo Warren.

Tablero inferior.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

47/122

Ejemplo Puente cercha tablero superior.

Ubicacin: Km 147+415, de la Va Durn-Quito. Tramo Alaus Riobamba.


Puente de un tramo, con una luz total de 47.26 m.

Zapata de Cimentacin de hormign ciclpeo a cada lado

La superestructura se apoya en dos estribos de hormign ciclpeo.

Dos vigas metlicas en celosa tipo Pratt, Tablero superior.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

48/122

Ejemplo Puente vigas I tablero Inferior.

Ubicacin: Km: 443+997 de la Va Durn-Quito. Tramo Latacunga - Quito. Avenida Maldonado.


Puente de un solo tramo de 35,00 m de longitud y 5,40 m de ancho.

El puente est apoyado en dos estribos de hormign armado con muros de ala.

Sper-estructura conformada por cuatro vigas longitudinales de seccin tipo I, de lascuales dos son exteriores con 2,525 m de alto y dos son interiores con 0,345 m dealto. Posee adems doce vigas metlicas transversales de 0,65 m de alto.

Tablero Inferior.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

49/122

Ejemplo vigas I tablero superior:

Ubicacin:

Tramo Huigra Sibambe Ro Chanchn. Descripcin de la Estructura:

Puente de un tramo, con una luz total de 21.20 m y 2.3 m de ancho

Zapata de Cimentacin cimentado en roca natural a cada lado

La superestructura se apoya en un estribo de hormign ciclpeo cimentado en roca natural ala izquierda y un estribo de seccin variable de mampostera de piedra a la derecha.

Dos vigas metlicas tipo I de 11 mm de espesor.

Tablero superior.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

50/122

Capitulo iii.

ANLISIS Y DISEO DE PUENTESMETLICOS CON VIGAS TIPO I DE ALMALLENA.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

51/122

Acero Estructural para puentes ferroviarios.

psi kg/cm2 psi kg/cm2Para planchas ybarras (in)

Para planchas y barras(cm)

A36 36000 2530.8 58000 4077.4 hasta 6 hasta 15.24 Todos

A709, Grado 36 36000 2530.8 58000 4077.4 hasta 4 hasta 10.16 Todos

A588 (Nota 2)

A709, Grado 50W (Nota2)50000 3515 70000 4921 hasta 4 hasta 10.16 Todos

A588 (Nota 2) 46000 3233.8 67000 4710.1 desde 4 hasta 5 desde 10.16 hasta 12.70 Ninguno

A588 (Nota 2) 42000 2952.6 63000 4428.9 desde 5 hasta 8 desde 12.70 hasta 20.32 Ninguno

A572, Grado 50

A709, Grado 5050000 3515 65000 4569.5 hasta 4 hasta 10.16 Todos

A572, Grado 42 42000 2952.6 60000 4218 hasta 6 hasta 15.24 Todos

A852 (Nota 2) 70000 4921 90000 6327 hasta 4 hasta 10.16 Ninguno

A709, Grado HPS70W ( Nota 2 ) 70000 4921 85000 5975.5 hasta 4 hasta 10.16 Ninguno

Nota1: Estos datos fueron actualizados en Enero 2000

Nota 2: A588 o A709, Grado 50W, A852 y A709, Grado HPS 70 W poseen una resistencia a la corrosin atmosfrica en todos los ambientes

substancialmente mejor que los aceros de carbn con o sin cobre. En muchas aplicaciones estos aceros pueden mantenerse sin pintar.

ACEROS ESTRUCTURALES CDIGO ASTM

DESIGNACION ASTM

Fy- Limite de fluenciaMnimo

Fu- LmiteElstico Mnimo

Rangos de Espesor. Aplicable aPerfiles

Laminados

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

52/122

Acero astm a-588En el Ecuador particularmente los puentes de estructura metlica se encuentran sometidos a agentes externos adversos;

que los afectan con problemas de corrosin y oxidacin; por lo que la tipologa de acero ms conveniente es el acero ASTMA588 grado 50W; y es el que se utiliza para el ejemplo prctico que se presenta en el presente trabajo.

REQUERIMIENTOS MECANICOS ACERO A588-50W

REQUERIMIENTO MECNICO ksi Mpa kg/cm2

Esfuerzo de traccin mnimo 70 485 4921

Esfuerzo de Fluencia mnimo 50 345 3515

Elongacin en 8 in(200 mm) 18%

Elongacin en 2 in (50 mm) 21%

Tabla 3.3 Requerimientos mecnicos de diseodel Acero A588-50W.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

53/122

Altura de obra o altura til.La altura til hu o altura de obra es la distancia vertical, desde la rasante de

los rieles hasta el punto ms bajo de la sper-estructura, aumentada en laflecha mxima que produce la sobrecarga mvil.

La altura til hu debe fijarse con margen suficiente, ya al estudiar elproyecto de la lnea o las rasantes de la estacin.

Ancho entre vigas maestras segn sualtura

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

54/122

Puentes con altura de obra limitada.

Se procurar en ellos situar el tablero lo ms abajo posible. En las sperestructuras de tablero inferior; la altura de obra o altura til hu dependedirectamente del peralte de las vigas transversales por lo tanto no se dejarentre vigas maestras mayor amplitud que la estrictamente necesaria y sereducir al mnimo la distancia entre vigas transversales.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

55/122

Puentes para altura de obra hu suficiente oilimitada.

Casi siempre son de tablero superior. La solucin ms sencilla es sentarlos durmientes directamente sobre las vigas maestras, sistemaspracticables para luces de hasta 30 m. A partir de este lmite se adoptala estructura de largueros y viguetas, por lo general se usa la seccintpica mostrada

Seccin Tpica de Sper estructura con tablero superior con altura de obra

ilimitada (hu).

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

56/122

Alturas de obra hu y distancias entre vigasmaestra

TABLA DE ALTURAS UTIL hu Y DISTANCIA ENTRE VIGAS MAESTRAS.

Tablero. Vigas Maestras Figura Luz l (m)Distancia entre vigas

maestras mAltura til

conveniente hu cm

Tablero Inferior delargueros y viguetas

Alma llena Fig. 3.1 20 3.8 a 3.9 115

Tablero superior delargueros y viguetas

Alma llena Fig. 3.6 12 1.6 0.1*L+45

12 a 35 1.6 a 2.0 0.1*L+45

Tablero inferior conforjado de balasto. Alma llena

Fig 3.6.a 20 3.8 a 3.9 140-min115

Fig 3.6.b 30 4.4 a 4.5 150-min135

Fig 3.6.c 30 a 40 4.9 a 5.0 160-min140

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

57/122

Figura 3.6.a. Seccin transversal

Tpica de Puente de tablero inferiorde luz de hasta 20 metros.

Figura 3.6.b. Seccin transversal

Tpica de Puente de tableroinferior para una luz de 20 a 30

metros.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

58/122

Tableros abiertos o calados.

En el caso de Ecuador la mayora de puentes ferroviarios son metlicos un 95 %, y delos puentes metlicos en el Ecuador absolutamente todos son de tablero abierto.

En estos tipos de tableros los durmientes se apoyan directamente sobre los largueros(vigas portarrieles) o sobre las vigas principales.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

59/122

Los puentes de tablero abierto son usados frecuentemente cuando una nueva sperestructura va a ser construida sobre una sub estructura existente.

. Una de las ventajas de los tableros abiertos es que la carga muerta es mnima perocomo contraparte se debe decir que los efectos dinmicos se incrementan.

Puente ferroviario Ecuatoriano de tablero abierto o caladoubicado en Quito.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

60/122

Tablero con forjado contino de balasto.

En este tipo de puentes la carga muerta crece en consideracin, pero por otra parte se reducerelativamente los efectos dinmicos y la calidad del viaje de los vehculos se mejora.

Los puentes con este tipo de tablero son recomendados para cuando la sper estructura atraviesapor encima de vas de automviles, trnsito peatonal o algn o canales de agua sensibles ya queimpiden la cada de aceite de la locomotora, escorias y lluvia e los vehculos se mejora.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

61/122

Como balasto no conviene utilizar piedra partida, sino se

recomienda utilizar gravilla o guijo (canto rodado), ya que repartade mejor forma las presiones.

Este sistema amortigua los choques y vibraciones y por lo tantoreduce los gastos de mantenimiento.

Otra ventaja de este sistema es que en caso de descarrilamiento la

sper estructura no sufre tantos daos, adems es importantesealar que la va no requiere accesorios especiales, siendo suimplantacin geomtrica en planta y desvos independientes delentramado de la sper estructura.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

62/122

Separacin entre largueros o Vigasportarrieles.

Reglamento Alemn: 1ro) 1.75 m 2do) 1.50m. En Espaa, para va normal de 1674 mm, la separacin entre largueros debe ser de 1.75

metros, obteniendo que las rieles carguen directamente sobre los largueros.

Una de las funciones principales de los largueros es el de soportar las cargas de las rielestratando de minimizar la flexin generada por la distancia entre la riel y el larguero en losdurmientes. Ya que el peralte de los durmientes est limitado por el nivel del proyecto.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

63/122

Glibo de Obras

El glibo de obras en ingeniera ferroviaria representa el perfil transversal libre necesario y reglamentado que sedebe dejar al proyectar las obras superiores a la va como la sper estructura de un puente, o un tnel. Estos glibosvienen reglamentados por los diferentes cdigos de diseo de cada pas.

Glibo segn norma AREMA

Distancia desde galibo hasta tramocurvo

Incremento por grado de curvatura

pies Metros pulgadas Centmetros.

0-21 0 - 6.40 1 1/2 3.81

21-40 6.40 - 12.20 1 1/8 2.86

41-60 12.50 - 18.30 3/4 1.9161-80 18.60 - 24.40 3/8 0.95

Incrementos de glibos en curvas

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

64/122

Criterio de Pre dimensionamiento.

El pre-dimensionamiento de los elementos de la sper-estructura se lo efecta a partir de dos fuentes de informacin; la primera bibliogrficay la segunda en base a las dimensiones de los elementos estructurales de los puentes existentes con el fin de obtener relaciones en funcinde la luz del puente y longitudes y espesores de los elementos principales de la sper-estructura

ELEMENTO h/L

Vigas maestras de alma llena, sobre dos apoyos. 1/10

Vigas maestras de alma llena en casos especiales con contraflecha 1/16

Vigas Gerber (cantilliver) de alma llena. 1/10

Vigas maestras continuas, de alma llena. 1/12

Largueros del tablero (vigas portarrieles). 1/8-/10

Viguetas transversales en puentes sin arriostramiento superior(va sencilla). 1/7

Viguetas transversales en puentes sin arriostramiento superior(va doble). 1/7

Fuerzas actuantes en Puentes Ferroviarios de

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

65/122

Acero

Las cargas y fuerzas en puentes ferroviarios de acero songravitacionales; longitudinales o laterales.

Las fuerzas gravitacionales comprenden carga muerta; cargaviva y cargas de impacto; estas son las principales cargas atomar en cuenta en el diseo de puentes ferroviarios de

acero. La carga viva de impacto (efecto dinmico) es incluidadentro de las gravitacionales debido a la relativa rapidez deaplicacin por parte de las cargas vivas en las vas frreas.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

66/122

Las fuerzas longitudinales (provenientes de lacarga viva y de las fuerzas trmicas) y lasfuerzas laterales (provenientes de la cargaviva, fuerzas de viento, fuerzas centrifugas yde la actividad ssmica) deben tener un tratoms cuidadoso y una anlisis ms profundo enel diseo de puentes ferroviarios de acero.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

67/122

Carga Muerta

Se debe tomar en cuenta el peso propio de la sper-estructura del puente; la va frrea queest compuesta por los rieles; guarda rieles; durmientes y balasto si es el caso.

El cdigo AREMA seala que para la estimar la carga muerta de las rieles; guardarrielesdurmientes y dems elementos de la va frrea se deber asumir una carga uniformerepartida de 200 lb por pie es decir 297.6 kg/m por cada eje de riel.

PESOS ESPECIFICOS AREMA

Material lb/ft3 kg/m3

Acero 490 7849.02

Hormign 150 2402.76

Arena, grava y balasto 120 1922.21Asfalto 150 2402.76

Granito 170 2723.13

Ladrillos adoquines. 150 2402.76

Madera. 60 961.10

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

68/122

Carga Viva

Carga Viva segn normas Americanas Los puentes de ferrocarril son comnmente analizados por una serie de cargas

ideadas por Theodore Cooper. Estas cargas se nombran por E seguido del valor de lacarga. Estas cargas puntuales idealizan dos locomotoras seguidas por una cargauniforme repartida que representa los vagones.

Cooper introdujo su tren de cargas en el ao 1894; que fue llamado carga E-40;

representada en la figura

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

69/122

Desde que este sistema fue introducido; los pesos de los ferrocarriles se han incrementado notoriamente, hastala actualidad que los puentes son diseados en base a cargas E-72; E-80 y E-90; aunque las E-90 no son usuales.

Varias tablas se han obtenido para detallar informacin con respecto a las cargas Cooper como cargas por eje;momentos y esfuerzos de corte. Si la informacin es obtenida y comprobada para una carga E determinada;entonces la informacin tambin puede ser utilizada para otras cargas E Cooper por proporcin directa

V l d E f C E 80

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

70/122

Valores de Esfuerzos para carga Cooper E-80

nota 1 nota 1 nota 1 nota 1 nota 1 nota 1

5 50.00 62.50 37.50 46.88 40.00 50.00 30.00 37.50 20.00 25.00 40.00 50.00

6 60.00 75.00 45.00 56.25 46.67 58.33 30.00 37.50 20.00 25.00 53.33 58.337 70.00 87.50 55.00 68.75 51.43 62.49 31.43 39.29 20.00 25.00 62.86 71.43

8 80.00 100.00 70.00 87.50 55.00 68.75 35.00 43.75 20.00 25.00 70.00 81.25

9 93.89 117.36 85.00 106.25 57.78 72.22 37.78 47.23 20.00 25.00 75.76 88.89

10 112.50 140.63 100.00 125.00 60.00 75.00 40.00 50.00 20.00 25.00 80.00 95.00

11 131.36 164.20 115.00 143.75 65.45 77.27 41.82 52.28 21.82 27.28 87.28 100.00

12 160.00 188.02 130.00 1625.50 70.00 83.33 43.33 54.17 23.33 29.17 93.33 108.33

13 190.00 212.83 145.00 181.25 73.84 88.46 44.61 55.76 24.61 30.76 98.46 115.39

14 220.00 250.83 165.00 200.00 77.14 92.86 47.14 57.14 25.71 32.14 104.29 121.43

16 280.00 325.57 210.00 250.00 85.00 100.00 52.50 62.50 27.50 34.38 113.74 131.25

18 340.00 400.24 255.00 318.79 93.33 111.11 56.67 68.05 28.89 36.11 121.33 138.29

20 412.50 475.00 300.00 362.50 100.00 120.00 60.00 72.50 28.70 37.50 131.10 145.00

24 570.42 668.75 420.00 500.00 110.83 133.33 70.00 83.33 31.75 41.67 147.92 154.17

28 730.28 866.07 555.00 650.00 120.86 142.86 77.14 92.86 34.29 46.3332 910.85 1046.06 692.50 800.00 131.44 150.00 83.12 100.00 37.50 50.00

36 1097.30 1262.50 851.50 950.00 141.12 155.56 88.90 105.56 41.10 55.56

Nota 1: Valores para la carga alternativa de 4 ejes. Nota 2: Valor al centro de la luz.

164.58181.94

199.06

Mxima Reaccin

kipsMomento mximo

ft- kipsLuz

Mximo momento

a L/4 apoyo L/4 L/2

Cortantes Mximos

nota 1 nota 1 nota 1 nota 1 nota 1

40 1311.30 1461.25 1010.50 1100.00 150.80 160.00 93.55 110.00 44.00 60.00

45 1601.20 1710.00 1233.60 1287.48 163.38 164.44 100.27 114.45 45.90 64.45

50 1901.80 1959.00 1473.00 1481.05 106.94 118.42 49.73 68.00

55 113.58 120.91 52.74 70.91

60 120.21 123.33 55.69 73.33

70 61.45 77.1480 67.41 80.00

90 73.48 82.22

100 78.12 84.00

120

140

160

180

200

250

300

350

400

LuzMomento mximo

ft- kips

Mximo momento

a L/4

Cortantes Mximos

apoyo L/4 L/2

2233.1 nota 2

2597.8 nota 2

3415 nota 24318.9 nota 2

5390.1 nota 2

1030.40

1225.30

1421.70

Nota 1: Valores para la carga alternativa de 4 ejes. Nota 2: Valor al centro de la luz.

1619.70933.00

426.37

484.64

542.40

170.05

197.93

225.51

252.44

23712 nota 2

35118 nota 2

48800 nota 2

65050 nota 2

83800 nota 2

6446.3 nopta 2

9225.4 nota 2

12406 nota 2

15908 nota 2

19672 nota 2

65588.00

5060.50

7098.00

9400.00

11932.00

14820.00

17990.00

27154.00

38246.00

51114.00

1732.30

2010.00

2608.203298.00

4158.00

174.40

185.31

196.00

221.04248.40

479.57

522.01

626.41

729.34

831.43

276.46

300.00

347.35

392.59

436.51

230.23

265.51

281.96

306.81

367.30

131.89143.41

157.47

173.12

202.19

215.90

Mxima Reaccin

kips

237.25

257.52

88.92

101.64

115.20

128.12

140.80 838.00

474.24

544.14

614.91

687.50

762.22

280.67

306.42

354.08397.70

437.15

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

71/122

Trenes alemanes.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

72/122

Momentos flectores provocados por los trenesalemanes para diferentes longitudes de vano.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

73/122

alemanes para diferentes longitudes de vano.

Luz Tren E Tren G Tren Nmetros M max t.m w t/m M max t.m w t/m M max t.m w t/m

1 6.25 50.00 5.00 40.00 6.25 50.001.2 7.50 41.67 6.00 33.35 7.50 41.671.4 8.75 36.75 7.00 28.58 8.75 35.711.6 10.00 31.27 8.00 25.00 10.00 31.251.8 11.25 27.80 9.00 22.22 11.25 27.782 12.50 25.00 10.00 20.00 12.50 25.00

2.2 13.75 22.70 11.00 18.17 13.75 22.732.4 15.00 20.81 12.00 16.67 15.00 20.832.6 16.25 19.23 13.20 15.63 16.25 19.232.8 17.90 18.25 15.00 15.30 17.90 18.27

3 20.20 17.96 16.90 15.03 20.20 17.963.2 22.50 17.58 18.80 14.69 22.50 17.583.5 26.20 17.12 21.65 14.15 26.20 17.114 35.00 17.50 27.00 13.50 35.00 17.50

4.5 44.37 17.51 33.75 13.33 44.40 17.545 53.75 17.20 40.50 12.95 53.80 17.226 72.50 16.10 55.70 12.39 72.70 16.167 91.25 14.50 76.50 12.50 98.75 16.128 110.00 13.75 99.00 12.40 130.00 16.259 137.00 13.53 122.00 12.05 161.63 15.96

10 167.00 13.36 144.00 11.52 198.00 15.8412 226.00 12.55 189.00 10.50 285.00 15.8314 286.00 11.67 247.00 10.10 373.00 15.2216 350.00 10.95 312.00 9.74 461.00 14.41

Luz Tren E Tren G Tren Nmetros M max t.m w t/m M max t.m w t/m M max t.m w t/m

18 421.00 10.40 377.00 9.30 571.00 14.1020 511.00 10.22 459.00 9.18 693.00 13.8622 606.00 10.00 549.00 9.08 831.00 13.7424 706.00 9.80 642.00 8.91 992.00 13.7826 806.00 9.54 738.00 8.75 1164.00 13.7828 916.00 9.32 835.00 8.50 1345.00 13.7230 1036.00 9.20 941.00 8.38 1536.00 13.6532 1176.00 9.19 1055.00 8.23 1734.00 13.5534 1327.00 9.18 1180.00 8.18 1941.00 13.4336 1480.00 9.15 1305.00 8.07 2156.00 13.3138 1640.00 9.09 1442.00 8.00 2373.00 13.1540 1810.00 9.05 1579.00 7.90 2599.00 13.00

42 1986.00 9.01 1718.00 7.80 2834.00 12.8544 2175.00 8.98 1861.00 7.69 3076.00 12.7146 2370.00 8.94 2004.00 7.59 3328.00 12.5848 2570.00 8.91 2147.00 7.44 3590.00 12.4750 2775.00 8.88 2297.00 7.35 3862.00 12.3652 2985.00 8.83 2452.00 7.25 4139.00 12.2554 3196.00 8.76 2607.00 7.15 4426.00 12.1456 3422.00 8.73 2765.00 7.05 4721.00 12.0458 3662.00 8.71 2926.00 6.97 5018.00 11.9360 3915.00 8.70 3088.00 6.87 5325.00 11.8365 4565.00 8.64 3507.00 6.65 6126.00 11.60

70 5275.00 8.60 3949.00 6.44 6988.00 11.4175 6025.00 8.57 4406.00 6.27 7900.00 11.2480 6837.00 8.54 4869.00 6.08 8852.00 11.07

85 7687.00 8.50 5367.00 5.95 9852.00 10.91

M t l i i

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

74/122

Momentos en cualquier seccin,referidos al momento mximo,

provocados por los trenes alemanes.x Mx x Mx x Mx x Mx x Mx

L M mx. L M mx. L M mx. L M mx. L M mx.

0.01 0.0449 0.11 0.4375 0.21 0.7268 0.31 0.9127 0.41 0.9954

0.02 0.0888 0.12 0.4711 0.22 0.75 0.32 0.9256 0.42 0.9979

0.03 0.1317 0.13 0.5036 0.23 0.7722 0.33 0.9375 0.43 0.9995

0.04 0.1736 0.14 0.5351 0.24 0.7934 0.34 0.9483 0.44 1

0.05 0.2144 0.15 0.5656 0.25 0.8135 0.35 0.9582 0.45 1

0.06 0.2541 0.16 0.595 0.26 0.8236 0.36 0.9669 0.46 1

0.07 0.2929 0.17 0.6235 0.27 0.8507 0.37 0.9747 0.47 1

0.08 0.3306 0.18 0.6508 0.28 0.8678 0.38 0.9814 0.48 1

0.09 0.3673 0.19 0.6772 0.29 0.8838 0.39 0.9871 0.49 1

0.10 0.4029 0.2 0.7025 0.3 0.8988 0.4 0.9917 0.5 1

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

75/122

Trenes espaoles

Momentos mximos flectores para trenes

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

76/122

espaoles

MOMENTOS FLECTORES MXIMOS DE TRENESPAOL DE VIA ESTRECHA

Luz M max(t.m)

p ton/m Luz M max(t.m)

p (ton/m)

1.0 4.50 36.00 20.0 402.50 8.05

1.2 5.40 30.00 22.0 477.90 7.901.4 6.30 27.55 24.0 560.80 7.79

1.6 7.20 22.48 26.0 650.60 7.70

1.8 8.10 20.00 28.0 747.70 7.63

2.0 9.00 18.00 30.0 853.80 7.59

2.2 9.90 16.35 32.0 936.80 7.53

2.4 10.21 14.19 34.0 1081.00 7.48

2.6 11.82 14.00 36.0 1205.00 7.44

2.8 13.50 13.78 38.0 1338.00 7.413.0 15.85 14.11 40.0 1478.00 7.39

3.2 18.15 14.17 42.0 1623.00 7.36

3.5 21.85 14.25 44.0 1774.00 7.33

4.0 28.80 14.40 46.0 1928.00 7.29

4.5 35.40 13.97 48.0 2088.00 7.25

5.0 42.35 13.54 50.0 2253.00 7.21

6.0 57.24 12.72 52.0 2420.00 7.16

7.0 72.89 11.90 54.0 2595.00 7.128.0 88.64 11.08 56.0 2775.00 7.08

9.0 103.90 10.26 58.0 2956.00 7.03

10.0 118.00 9.44 60.0 3146.00 6.99

12.0 162.00 9.00 65.0 3628.00 6.8714.0 212.20 8.66 70.0 4134.00 6.75

16.0 269.10 8.41 75.0 4683.00 6.66

18.0 334.20 8.22 80.0 5256.00 6.57

20.0 402.50 8.05

MOMENTOS FLECTORES MXIMOS DE TRENESPAOL DE VIA ANCHA

Luz M max(t.m) w (t/m) Luz M max(t.m) w (t/m)

1.0 6.50 52.00 20.0 539.00 10.78

1.2 7.80 43.33 22.0 641.30 10.60

1.4 9.10 37.14 24.0 748.30 10.39

1.6 10.40 32.50 26.0 867.80 10.27

1.8 11.70 28.89 28.0 998.60 10.19

2.0 13.00 26.00 30.0 1138.00 10.12

2.2 14.30 23.64 32.0 1285.00 10.04

2.4 14.75 20.49 34.0 1439.00 9.962.6 17.10 20.24 36.0 1607.00 9.92

2.8 19.50 19.90 38.0 1787.00 9.90

3.0 21.95 19.51 40.0 1978.00 9.893.2 24.20 18.91 42.0 2165.00 9.82

3.5 29.95 19.56 44.0 2357.00 9.74

4.0 39.00 19.50 46.0 2560.00 9.684.5 48.75 19.26 48.0 2765.00 9.60

5.0 58.50 18.72 50.0 2981.00 9.54

6.0 78.00 17.33 52.0 3201.00 9.47

7.0 97.50 15.92 54.0 3423.00 9.39

8.0 117.00 14.63 56.0 3678.00 9.38

9.0 136.50 13.48 58.0 3890.00 9.25

10.0 160.00 12.80 60.0 4131.00 9.18

12.0 222.00 12.33 65.0 4578.00 8.6714.0 290.30 11.85 70.0 5420.00 8.8516.0 366.70 11.46 75.0 6124.00 8.71

18.0 450.80 11.13 80.0 6864.00 8.58

20.0 539.00 10.78 85.0 7662.00 8.48

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

77/122

Momentos en cualquier seccin, referidos almomento mximo, provocados por los trenes

espaoles.

x Mx x Mx x Mx x Mx x Mx

L M max L M max L M max L M max L M max0.01 0.0417 0.11 0.4095 0.21 0.6888 0.31 0.8793 0.41 0.9813

0.02 0.0825 0.12 0.4415 0.22 0.7118 0.32 0.8935 0.42 0.9866

0.03 0.1224 0.13 0.4725 0.23 0.734 0.33 0.9068 0.43 0.991

0.04 0.1614 0.14 0.5024 0.24 0.7552 0.34 0.9192 0.44 0.99460.05 0.1995 0.15 0.5319 0.25 0.7756 0.35 0.9308 0.45 0.99720.06 0.2367 0.16 0.5602 0.26 0.7951 0.36 0.9414 0.46 0.9990.07 0.273 0.17 0.5877 0.27 0.8137 0.37 0.9511 0.47 0.99990.08 0.3085 0.18 0.6143 0.28 0.8315 0.38 0.9600 0.48 1

0.09 0.3431 0.19 0.64 0.29 0.8483 0.39 0.968 0.49 1

0.10 0.3768 0.2 0.6648 0.3 0.8643 0.4 0.9751 0.5 1

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

78/122

Carga de Impacto. IFLa carga total por impacto es la suma del impacto

debido al efecto de balanceo RE ms la carga deimpacto debido a efecto vertical Iv.

Carga de impacto debido a efectos verticales. Iv.

La carga de impacto debido a efectos verticales; se expresacomo un porcentaje de la carga viva aplicada a cada riel

determinada para los siguientes casos mediante lasecuaciones correspondientes:

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

79/122

Para equipo rodante, vagones de transporte y vagones de

pasajeros sin golpe de martillo:

Para luces menores a 80 pies (24.4 metros) se usar la siguienteecuacin:

Para luces mayores a 80 pies (24.4 metros) se usar la siguiente ecuacin:

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

80/122

Para locomotoras a vapor que produzcan golpe de martillo: Para luces menores a 100 pies (30.48 metros) se usar la

siguiente ecuacin:

Para luces de 100 pies (30.48 metros) o mayores se usar lasiguiente ecuacin:

Para luces con armaduras se usar la siguiente ecuacin:

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

81/122

Efecto Balanceo REEl efecto balanceo se determina para cada elemento que soporta la va como un

porcentaje de la carga viva vertical. La aplicacin del efecto balanceo, segnrecomienda el cdigo AREMA 2008, es en un par de fuerzas generadas en sentidocontrario sobre los rieles. La magnitud de estas fuerzas es del 20% de la carga dediseo de la rueda. Es decir el 0.2 de w; donde w es la carga de la rueda.

Aplicacin efecto balanceo como porcentaje de lacarga de una rueda

F L it di l f d

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

82/122

Fuerzas Longitudinales por arranque y frenado

Las fuerzas longitudinales debidas al frenadodel tren actan en el centro de gravedad dela carga viva y los esfuerzos de traccin de lalocomotora actan en las barras de remolque

del material rodante

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

83/122

Fuerzas longitudinales segn cdigo AREMA

Fuerza debido a frenado FLF:L se debe ingresar enpiesL se debe ingresar en

metros Fuerza debido a traccin FLT:

L se debe ingresar en

piesL se debe ingresar enmetros

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

84/122

Fuerzas de viento.

En los puentes de grandes luces mayores a 30 metroso puentes flexibles como son los puentes colgantes oatirantados necesariamente se debe hacer un anlisisaerodinmico de la sper estructura.

En puentes de vigas tipo I de alma llena; armaduras oen arco menores a 30 metros solamente basta conrealizar un estudio aerosttico de la sper estructura

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

85/122

Las fuerzas de diseo de viento deben analizarseen base a las presiones dinmicas promedio deviento, calculadas sobre las apropiadas reas delas secciones transversales.

El diseo tambin debe contemplar los efectos delas rfagas de viento que se consideran a travsde factores que van de 2 a 3 para estructurasaltas o esbeltas segn el autor Liu en su

publicacin hecha en 1991

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

86/122

EL DISEO DEBE TOMAR EN CUENTA:

Las fuerzas de viento se basen en la mxima presin dinmica. El rea caracterstica; y en los coeficientes adimensionales que toman

en cuenta la forma de la seccin transversal del puente.

Las caractersticas de la corriente del viento.

ECUACIONES

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

87/122

ECUACIONES:

CD, CL; CM son coeficientes aerodinmicos y sonnmeros adimensionales que se usan para el estudioaerodinmico de las fuerzas y momentos que sufreun cuerpo cualquiera en una corriente de aire.

COMPONENTE PRINCIPAL

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

88/122

COMPONENTE PRINCIPAL.

Cd:es el coeficiente adimesional en sentido de la corriente delviento o tambin llamado coeficiente de resistencia, este

coeficiente depende de la geometra del vano y del nmero deReynolds, Re.

CD para un elemento slido, como puente con vigas I de almallena; por lo general no sobrepasan el valor de 2.0; y parapuentes conformados con armaduras no sobrepasan el valor de

1.70

AREA EFECTIVA

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

89/122

AREA EFECTIVA:

ARD: Generalmente se toma como el rea proyectada sobre elplano normal a la corriente de viento.

El coeficiente de solidez f; est definido como la relacin entre elrea efectiva sobre el rea neta.

CAPITULO IV

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

90/122

CAPITULO IV

CLCULO Y DISEO DE UN PUENTEFERROVIARIO MEDIANTE UNA HOJAELECTRNICA Y MEDIANTE UNMODELO EN SAP2000.

Clculo mediante una hoja electrnica para un Puente

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

91/122

Clculo mediante una hoja electrnica para un Puentemetlico ferroviario de Tablero Superior.

PREDIMENSIONAMIENTO

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

92/122

PREDIMENSIONAMIENTO:

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

93/122

Clculo mediante un modelo enSAP2000 de un puente ferroviariometlico de tablero Superior

CREACION DEL MATERIAL

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

94/122

CREACION DEL MATERIAL.

PROPIEDADES MECANICAS DEL ACERO A588.

Limite elstico. Fu = 4921 kg/cm2Limite de fluencia Fy = 3515 kg/cm2

Mdulo de Elasticidad a tensin. E= 2038700 kg/cm2Mdulo de Elasticidad a Corte. G= 784115 kg/cm2

Mdulo de Poisson . = 0.3

DESARROLLO DEL MODELO

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

95/122

DESARROLLO DEL MODELO.

Modelacin de Carga MUERTA

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

96/122

Modelacin de Carga MUERTA.

MODELACION CARGA VIVA.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

97/122

MODELACION CARGA VIVA.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

98/122

Modelacin de acciones Dinmicas

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

99/122

Modelacin de acciones Dinmicas

FUERZAS LONGITUDINALES:

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

100/122

Aplicacin de la fuerza de arranquesobre los apoyos

Aplicacin fuerzas de viento:

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

101/122

Aplicacin fuerzas de viento:

Se considera una velocidad de viento de 75millas por hora:

DATOS NECESARIOS

Velocidad del viento : Vu = 75 mph

Factor de solidez : f = 1

Densidad del aire : = 0.0022 slug/ft3Coeficiente aerodinmico para vigas I dealma llena. CD = 2

Relacin CD/CDT: CD/CDT= 1.15

Cfte. aerodinmico de 2 de Vigas I: CDT = 2.3

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

102/122

Diseo Ssmico

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

103/122

Diseo Ssmico

Primer modo de vibracin de la

estructura correspondiente al periodode vibracin de la estructura en elsentido transversal, Ty=0.18segundos.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

104/122

Segundo modo de vibracin de laestructura correspondiente al periodode vibracin de la estructura en elsentido longitudinal, Tx=0.15segundos

COMBINACIONES DE CARGA.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

105/122

COMBINACIONES DE CARGA.COMBO

COMBINACIONES DECARGA

1 DL+LL+I2 DL+LL+I+W+FLF3 DL+LL+I+W+FLT4 Q5 DL+Eqx.6 DL+Eqy.7 DL+W

RESULTADOS:

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

106/122

RESULTADOS:

Coeficientes de eficiencia de diseo enacero de elementos estructurales segncdigo AISC-LRFD93

Reacciones en apoyos

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

107/122

REACCIONES EN APOYOS.NUD

OCOMBO TIPO

Fx Fy Fz M1 M3Tonf Tonf Tonf Tonf-m Tonf-m

A1 LOCOMOTORA Max 0.34 0.00 51.54 0.14 0.31

A1 LOCOMOTORA Min -0.34 -2.17 0.00 -0.14 -0.30A1 COMB1 Max 0.55 -0.32 90.00 0.28 0.44A1 COMB1 Min -0.55 -3.84 6.51 -0.18 -0.55A1 COMB2 Max 8.01 -1.65 90.27 0.52 -0.13A1 COMB2 Min 6.92 -5.17 6.78 0.06 -1.12

A1 COMB3 Max-

30.79 -2.44 90.27 0.52 -0.14

A1 COMB3 Min-

31.88 -5.96 6.78 0.06 -1.12A1 COMB5 -6.80 -0.54 5.98 0.05 1.69A1 COMB6 -8.64 -3.23 0.41 0.39 -0.83

A1 COMB7 -7.44 -1.95 6.78 0.29 -0.63F1 LOCOMOTORA Max 0.00 0.00 51.54 0.14 0.30F1 LOCOMOTORA Min 0.00 -2.17 0.00 -0.14 -0.31F1 COMB1 Max 0.00 -0.32 90.00 0.28 0.55F1 COMB1 Min 0.00 -3.84 6.51 -0.18 -0.44F1 COMB2 Max 0.00 -1.65 90.27 0.52 14.51F1 COMB2 Min 0.00 -5.17 6.78 0.06 13.52F1 COMB3 Max 0.00 -2.44 90.27 0.52 14.51F1 COMB3 Min 0.00 -5.96 6.78 0.06 13.52F1 COMB5 0.00 -0.34 7.04 0.05 0.06F1 COMB6 0.00 -3.23 0.41 0.39 16.38

F1 COMB7 0.00 -1.95 6.78 0.29 14.01

REACCIONES EN APOYOS.NUD

OCOMBO TIPO

Fx Fy Fz M1 M3Tonf Tonf Tonf Tonf-m Tonf-m

A2 LOCOMOTORA Max 0.34 2.17 51.54 0.14 0.30

A2 LOCOMOTORA Min -0.34 0.00 0.00 -0.14 -0.31A2 COMB1 Max 0.55 3.84 90.00 0.18 0.55A2 COMB1 Min -0.55 0.32 6.51 -0.28 -0.44A2 COMB2 Max 22.88 1.87 89.73 0.42 -0.01A2 COMB2 Min 21.79 -1.65 6.24 -0.04 -1.00

A2 COMB3 Max-

15.92 2.66 89.73 0.42 -0.01

A2 COMB3 Min-

17.01 -0.86 6.24 -0.04 -1.00A2 COMB5 -4.86 0.54 5.98 -0.05 0.06A2 COMB6 8.64 -2.59 12.60 0.30 -0.71

A2 COMB7 7.44 -1.35 6.24 0.20 -0.51F2 LOCOMOTORA Max 0.00 2.17 51.54 0.14 0.31F2 LOCOMOTORA Min 0.00 0.00 0.00 -0.14 -0.30F2 COMB1 Max 0.00 3.84 90.00 0.18 0.44F2 COMB1 Min 0.00 0.32 6.51 -0.28 -0.55F2 COMB2 Max 0.00 1.87 89.73 0.42 1.00F2 COMB2 Min 0.00 -1.65 6.24 -0.04 0.01F2 COMB3 Max 0.00 2.66 89.73 0.42 1.00F2 COMB3 Min 0.00 -0.86 6.24 -0.04 0.01F2 COMB5 0.00 0.34 7.04 -0.05 -0.06F2 COMB6 0.00 -2.59 12.60 0.30 0.71

F2 COMB7 0.00 -1.35 6.24 0.20 0.51

DESPALZAMIENTOS MAXIMOS

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

108/122

DESPLAZAMIENTOS MAXIMOS EN NUDOS.

NUDOUx Uy Uz Rx Ry Rzcm cm cm grados grados grados

9 COMB3 COMB6 COMB6 COMB3 COMB3 01.617 0.019 -0.004 0.003 0.463 0.000

10COMB3 COMB6 COMB6 0 COMB3 01.617 0.019 0.004 -0.009 0.463 0.000

11COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB60.186 0.184 -3.470 0.096 0.366 0.002

12COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB61.445 0.431 -3.461 -0.117 0.366 0.002

13COMB3 COMB6 COMB3 COMB3 COMB3 COMB6

0.181 0.161 -3.468 0.082 0.366 0.00214

COMB3 COMB2 COMB3 COMB3 COMB3 COMB61.451 0.427 -3.464 -0.118 0.366 0.002


16COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB61.041 0.637 -5.548 -0.170 0.142 0.001


18 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB61.043 0.631 -5.552 -0.169 0.142 0.001

DESPLAZAMIENTOS MAXIMOS EN NUDOS.

NUDOUx Uy Uz Rx Ry Rzcm cm cm grados grados grados

19 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB61.039 0.281 -5.562 0.143 -0.142 -0.001

20COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB60.547 0.637 -5.548 -0.170 -0.142 -0.001

21COMB3 COMB6 COMB3 COMB3 COMB3 COMB61.041 0.247 -5.558 0.123 -0.142 -0.001


23COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB6

1.419 0.184 -3.470 0.096 -0.366 -0.00224

COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB3 COMB60.183 0.431 -3.461 -0.117 -0.366 -0.002

25COMB3 COMB6 COMB3 COMB2 COMB3 COMB61.424 0.161 -3.468 0.082 -0.366 -0.002


27COMB2 COMB6 COMB6 COMB3 COMB3 0.000-0.165 0.019 -0.004 0.003 -0.463 0.000

28 COMB2 COMB6 COMB6 COMB6 COMB3 0.000-0.165 0.019 0.004 -0.009 -0.463 0.000

Comparacin de momentos de carga viva entreClculo Hoja Electrnica y SAP2000.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

109/122

MOMENTO A (L/8)

Ordenada Carga Mvil Carga Mvil MOMENTO

L. influencia 2 EJES (t) 1 EJE (t) (t.m)

0.18 18.18 9.09 1.64

1.66 18.18 9.09 15.09

2.31 18.18 9.09 21.00

2.12 18.18 9.09 19.27

1.79 11.81 5.905 10.57

1.60 11.81 5.905 9.451.37 11.81 5.905 8.09

1.19 11.81 5.905 7.03

0.89 9.09 4.545 4.05

0.58 18.18 9.09 5.27

0.40 18.18 9.09 3.64

0.21 18.18 9.09 1.91

M max = 106.99T.m

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

110/122

MOMENTO A (L/4)

OrdenadaCargaMvil Carga Mvil MOMENTO

L. influencia 2 EJES (t) 1 EJE (t) (t.m)

0.58 9.09 4.55 2.64

2.41 18.18 9.09 21.91

3.55 18.18 9.09 32.27

3.93 18.18 9.09 35.72

3.55 18.18 9.09 32.27

2.87 11.81 5.91 16.95

2.49 11.81 5.91 14.70

2.03 11.81 5.91 11.99

1.65 11.81 5.91 9.74

1.04 9.09 4.55 4.73

0.43 18.18 9.09 3.91

0.05 18.18 9.09 0.45

M max = 187.28 t.m

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

111/122

MOMENTO A (3/8L)

Ordenada Carga Mvil Carga MvilMOMENT

OL. influencia 2 EJES (t) 1 EJE (t) (t.m)

0.68 11.81 5.91 4.02

2.20 9.09 4.55 10.00

3.73 18.18 9.09 33.914.68 18.18 9.09 42.54

4.87 18.18 9.09 44.27

4.30 18.18 9.09 39.09

3.27 11.81 5.91 19.31

2.70 11.81 5.91 15.94

2.01 11.81 5.91 11.87

1.44 11.81 5.91 8.50

0.44 13.81 6.91 3.04M max. 232.48 t.m

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

112/122

MOMENTO A (L/2)

Ordenada Carga Mvil Carga Mvil MOMENTOL. influencia 2 EJES (t) 1 EJE (t) (t.m)

1.16 11.81 5.91 6.85

1.92 11.81 5.91 11.34

3.14 9.09 4.55 14.27

4.36 18.18 9.09 39.635.12 18.18 9.09 46.54

5.12 18.18 9.09 46.54

4.36 18.18 9.09 39.63

2.99 11.81 5.91 17.66

2.22 11.81 5.91 13.11

1.31 11.81 5.91 7.74

0.55 11.81 5.91 3.25

M max 246.55 t.m

ESTACION SAP2000

RESUMEN DE MOMENTOS 1ERMETODO.

2.75 106.06 t.m 0.125 L/8 106.99 t.m5.5 175.85 t.m 0.25 L/4 187.28 t.m8.25 222.09 t.m 0.375 3/8L 232.48 t.m11 234.20 t.m 0.5 4/8L 246.55 t.m

PLANOS.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

113/122

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

114/122

CONCLUSIONES

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

115/122

CONCLUSIONES.Para la obtencin de los momentos debido a carga viva se procedi a aplicar el tren de cargas COOPER E-40 a las

lneas de influencia a cada L/8 en el sentido longitudinal, obteniendo un momento mximo en el centro de la luz ytres momentos adicionales en la semi-luz del puente. Sin embargo luego de comparar estos momentos con los

calculados a partir de las tablas alemanas presentadas en el Captulo III las cuales obtienen los momentos encualquier estacin del puente en funcin del momento mximo a L/2, se concluye que: estas tablas pueden serutilizadas con bastante aproximacin cuando el diseador no disponga de un software comercial, optimizando eltiempo, o en la fase del pre-diseo, de manera que este se aproxime al diseo definitivo.

RESUMEN DE MOMENTOS % de M max.% TablasAlemanas Error %

0.125 L/8 106.99 t.m 43.395 47.110 3.7150.25 L/4 187.28 t.m 75.960 81.350 5.3900.375 3/8L 232.48 t.m 94.292 97.470 3.1780.5 4/8L 246.55 t.m 100.00 100.00 -

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

116/122

El coeficiente de impacto debido a efectos verticales se clculo mediante las dosfrmulas del Cdigo AREMA. La primera para locomotoras de vapor con golpeteode martillo, obteniendo un valor de 49.58%. La segunda para vagones depasajeros, y equipo rodante sin golpeteo de martillo obtenindose un valor30.20%. Por lo que se concluye que para el caso en particular de la luz de 22metros del ejemplo presentado, la diferencia de 19.4 puntos porcentuales demayorizacin de la carga viva es considerablemente alta, esta diferencia

repercutir en secciones ms robustas y rgidas, y consecuentemente un mayorcosto econmico de la superestructura.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

117/122

En la estimacin de fuerzas longitudinales pormedio de la hoja electrnica, se obtuvo valoresde 23.90 toneladas para la fuerza de arranque y14.90 toneladas para la fuerza de frenado en

cada eje de la va. Por lo tanto el materialrodante transmite mayor esfuerzos hacia losapoyos durante una operacin de arranquesobre un puente que cuando frena sobre el

mismo.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

118/122

Cuando las alas de la viga principal son ms largas se obtiene una mayor inerciay radio de giro con respecto al eje Z, lo que provoca mayor estabilidad de la vigacon respecto a la torsin y una mayor longitud permisible sin arriostrar, siendoesto una ventaja en la fase de construccin y ereccin; no obstante se debesealar que este crecimiento en la longitud de las alas puede provocar un efectonegativo como es el que las alas sean susceptibles a pandeo local.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

119/122

Los elementos sujetos a traccin en puentesferroviarios metlicos estn sujetos a lafractura por fatiga causada por una fuerzamucha menor a la de fluencia, pero debida a larepeticin de cargas. Por tanto en el diseo enla hoja electrnica se efectu el chequeo afatiga del patn inferior de la viga principal,arriostramiento lateral (diafragma),arriostramiento horizontal y soldadura.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

120/122

Los elementos metlicos sujetos acompresin estn sujetos a esbeltezpor lo que en el diseo por medio de lahoja electrnica se chequeo la esbeltez

de: el patn superior de la vigaprincipal, alma de la viga principal,rigidizadores transversales,

arriostramiento lateral (diafragma) yarriostramiento horizontal.

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

121/122

El alma de la viga principal debe estar diseada de manera que no sea susceptible antefalla por flexin ni falla por corte. En caso de que el alma no pase estos chequeos, sela refuerza con rigidizadores transversales para resistir la falla por corte; y conrigidizadores longitudinales para resistir la falla por flexin.

La utilizacin de platabandas ayuda a disponer mayor cantidad de acero en las zonasdonde ms se requiera por esfuerzos de flexin, adems de tener una seccin muchoms rgida en el centro del vano para disminuir la deflexin causada por la carga viva.En el presente caso por medio de la hoja electrnica se calculo una deflexin de 1.53cm, que es menor a la permisible de 3.44 cm (L/640).

7/18/2019 T-ESPE-032703-P

122/122

Las uniones soldadas tienen una mayor rea efectiva que las empernadas porque no hay que

descontar el rea de las perforaciones de los pernos, por ende van a tener mayor eficienciade unin Uc. La eficiencia de unin Uc para el caso de utilizar soldadura es del orden de 0.90,en contraste con el valor de uniones empernadas que es de 0.75.

El descarrilamiento en un puente es un evento muy poco probable, y disear la estructurapara dicho evento, tendra un costo muy elevado, por lo que en el diseo hecho en elprograma Sap 2000 no se incluye esta accin, por ser un diseo base que va a servir deejemplo para los puentes metlicos frreos ecuatorianos y disearlo para dicha accindesviara los resultados dando secciones muy robustas que no reflejaran la realidad de lamayora de las sper estructuras metlicas en el pas.

T-ESPE-032703-P

Documents

Transcript of T-ESPE-032703-P