Proyecto: Puente Huamanmarca 20.90 m Carga de Diseño La carga de diseño será la HL93 que corresponde a las especificaciones AASHTO LRFD Datos Previos 20.9 Longitud del puente ancho total del tablero ancho de calzada ángulo de esviamiento f`c (viga) f`c (losa) Nro vigas espaciamiento entre viga espesor de losa espesor de la supr. Asf. Peso de la barrera (una) peso baranda peatonal (una ancho de vereda peso de vereda 11.5 9.8 33 45 28 5 2.4 0.2 0.075 0 4.25 0.6 5.15 Índice Medio Diario (ADT) Nro de vías Sobrecarga de Diseño HL 93 m m m deg Mpa Mpa fci = γc = 25 kN/m3 γa = 22 kN/m3 (consideramos por fines de diseño 50% más de espesor) m m m kN/m kN/m m kN/m bombeo = 3% 900 2 Dimensiones de la Viga efectivo befectivo /n ts Btop y tc y ic yt h tw ybc yb tf4 tf3 B bdiaf = 0.25 m hdiaf = 1.00 m Nro de diafrag interm : 3 40.0 MPa Btop = Bbot = h= tw = 0.80 m 0.45 m 1.20 m 0.20 m tf1 = 0.12 m tf2 = 0.18 m t = 0.05 m tf3 = 0.20 m tf4 = 0.35 m Ecviga 33915.0 MPa Eclosa Es Ep 26752.5 MPa 200000 MPa 197000 MPa Medición de cargas ancho tributario en viga exterior ancho tributario en viga interior Peso de viga Peso de losa Peso de diafragmas Peso de barreras + barandas+ veredas + bombeo Peso superficie asfática Coeficiente de concentración de carga 2.15 m 2.40 m WDC1 WDC2int 10.019 kN/m 12.00 kN/m WDC2ext 10.75 kN/m DCdiaf DC3 DW 55 kN 7.362 kN/m*viga 3.234 kN/m*viga flexion 0.690 0.717 0.948 95% 33.0% corrección por esviamiento Reducción por Índice Medio Diario Impacto corte 0.816 (v.interior) 0.717 (v.exterior) 1.108 Viga Interior Cálculo de Acciones 0.033 L -0.05 0.967 L -0.05 Mcarril 0.00 93.24 182.80 258.97 324.99 380.84 426.54 462.09 487.48 502.71 505.47 507.79 502.71 487.48 462.09 426.54 380.84 324.99 258.97 182.80 96.48 0.00 Mcamión 0.00 267.21 518.88 727.37 901.90 1042.47 1149.08 1229.24 1290.50 1317.79 1319.35 1311.13 1317.79 1290.50 1229.24 1149.08 1042.47 901.90 727.37 518.88 276.42 0.00 Msc+Imp 0.000 294.238 572.506 804.330 999.867 1159.119 1282.085 1375.328 1445.414 1479.213 1482.378 1476.726 1479.213 1445.414 1375.328 1282.085 1159.119 999.867 804.330 572.506 304.396 0.000 MDC1 0.000 100.444 196.933 278.988 350.103 410.277 459.510 497.803 525.155 541.566 544.532 547.036 541.566 525.155 497.803 459.510 410.277 350.103 278.988 196.933 103.937 0.000 65.75 65.75 188.92 188.92 207.914 207.914 70.8325625 70.8325625 MDC2int * 0.000 141.097 278.984 398.819 505.550 599.177 665.331 718.380 758.325 785.166 791.041 798.903 785.166 758.325 718.380 665.331 599.177 505.550 398.819 278.984 146.044 0.000 0 99.278 99.278 MDC2ext * 0.000 118.170 232.860 331.681 418.763 494.105 550.524 595.204 628.144 649.345 653.689 658.807 649.345 628.144 595.204 550.524 494.105 418.763 331.681 232.860 122.300 0.000 0.00 83.221 83.221 MDC3 0.000 73.803 144.701 204.993 257.246 301.460 337.636 365.772 385.869 397.928 400.107 401.947 397.928 385.869 365.772 337.636 301.460 257.246 204.993 144.701 76.370 0.000 MDW 0.000 32.423 63.569 90.056 113.011 132.435 148.328 160.688 169.517 174.815 175.772 176.580 174.815 169.517 160.688 148.328 132.435 113.011 90.056 63.569 33.550 0.000 52.046 52.046 22.864 22.864 -500.0 0.0 Momentos kN*m 500.0 1000.0 MDW 1500.0 MDC3 MD2ext 2000.0 MDC1 2500.0 Msc+I 3000.0 3500.0 Ley de Momentos 20.90 19.86 18.81 17.77 16.72 15.68 14.63 13.59 12.54 11.50 10.45 9.74 9.41 8.36 7.32 6.27 2.09 1.01 incluye el momento por el peso de la viga diafragma 0.00 * 5.23 0.50L 0.55L 0.60L 0.65L 0.70L 0.75L 0.80L 0.85L 0.90L 0.95L 1.00L ecable (m) 0.00 -0.08 -0.15 -0.21 -0.27 -0.32 -0.35 -0.38 -0.40 -0.42 -0.42 -0.42 -0.42 -0.40 -0.38 -0.35 -0.32 -0.27 -0.21 -0.15 -0.08 0.00 4.18 0 0.05L 0.10L 0.15L 0.20L 0.25L 0.30L 0.35L 0.40L 0.45L 3.14 SECCION Cálculo de las propiedades geométricas de la Viga Propiedades de la sección no compuesta Aviga 0.4008 m² Ig yb yt Sb St 0.0683 0.6410 0.5590 -0.1066 0.1223 viga I Tablero de losa (en viga interior) Sbi = Sci = Sti = viga I Tablero de losa (en viga exterior) Sbe = Sci = Ste = n = Ecviga/Eclosa m4 m m m³ m³ 1.268 ancho efectivo viga interior 2.40 m ancho efectivo viga exterior 2.15 m A y A*y Io A*(ybi-y)^2 0.401 0.640966937 0.257 0.06834 0.04107 0.379 1.3 0.492 0.00126 0.04348 0.779 0.749 0.06961 0.08455 ybi = 0.961 m yci = 0.239 m yti = 0.439 m Ici = 0.1542 m4 -0.1604 m³ Módulo de sección en fibra inferior de la viga 0.6453 m³ Módulo de sección en la fibra superior de la viga 0.3512 m³ Módulo de sección en fibra superior de la losa A y A*y Io A*(ybe-y)^2 0.401 0.640966937 0.257 0.06834 0.03657 0.339 1.3 0.441 0.00113 0.04321 0.740 0.698 0.06948 0.07978 ybe = 0.943 m yci = 0.257 m yte = 0.457 m Ice = 0.1493 m4 -0.1583 m³ Módulo de sección en fibra inferior de la viga 0.5808 m³ Módulo de sección en la fibra superior de la viga 0.3266 m³ Módulo de sección en fibra superior de la losa ηserv = 1 Evaluación de esfuerzos en el centro de luz en N/mm² Msc+Imp en viga exterior superior 2.790 inferior -10.239 en viga interior superior 2.418 inferior -9.728 MDC1 4.475 -5.130 4.475 -5.130 MDC2int 6.535 -7.492 MDC2ext MDC3 0.692 -2.540 0.623 -2.506 5.389 -6.179 MDW 0.304 -1.116 0.274 -1.101 ( - ) tracción ( + ) compresión cálculo de la fuerza postensora. fci = 40 MPa (en el momento del tesado) f'c = 45 MPa (resistencia a los 28 días) distancia mínima entre el eje de la fuerza postensora y la fibra inferior de la viga 0.22 m excentricidad máxima emáx = 0.420966937 m esfuerzo de tracción máxima σmáx = -3.35 Fuerza de tesado estable Pi = 3277.105 USE Pi = 3285 porcentaje de pérdidas totales porcentaje de pérdidas instantáneas Po = 4313.85 excentricidad máxima en el centro de vano -0.42096694 excentricidad en el apoyo 0.00 23.9% 6.1% kN m m N/mm² kN kN [0.50*(f`c)^0.5] Esfuerzos en la viga durante el tesado Poi = 4052.00 kN Poi/A = Poi*e/Sb = Poi*e/St = en el vano central 10.111 15.997 -13.952 actuante esfuerzo inferior 20.978 MPa esfuerzo superior 0.633 MPa N/mm² N/mm² N/mm² resistente 24.0 MPa -1.58 MPa < > [0.6*f`c] [0.25*(f`c)^0.5] BIEN BIEN Esfuerzos en la sección compuesta después de las pérdidas Pof = 3285 kN Pof/A = Pof*e/Sb = Pof*e/St = viga interior esfuerzo inferior esfuerzo superior esfuerzo inferior esfuerzo superior viga exterior Número de cables USE 8.197 12.969 -11.311 -1.532 10.064 -3.303 11.681 esfuerzo máximo de compresión 0.45f`c = 20.25 N/mm² Esfuerzo máximo de tracción 0.5*raiz(f`c) = -3.354 N/mm² 20.71 24 cables de 0.6" diámetro del ducto Asp = 33.60cm² Verificación por Resistencia ηresitencia = 0.95 FLEXION Momento actuante en el centro de luz Mu = 4776.049 kN*m 4707.973 kN*m armadura pasiva en compresión armadura pasiva en tracción distancia entre la fibra extrema comprimida y el baricentro de la armadura a compresión distancia entre la fibra extrema comprimida y el baricentro de la armadura pasiva a tracción v. interior v. exterior N/mm² N/mm² N/mm² 80 mm en viga interior en viga exterior As' = 5.08cm² As = 20.28cm² β1 = 0.85 γ∗= 0.28 d´s = 50 mm dp = 1.18 ds = 1350 mm k = 0.28 dp = 0.860 m 0.878 m (para acero de baja relajación) p* = 0.001186441 en viga interior 0.001324399 en viga exterior fpu = 1860.0 MPa fpy = 1674.0 MPa fpo = 1133.1 MPa fy = 420.0 MPa profundidad del eje neutro a*β1 c 136 mm 116 mm 151 mm 129 mm fps = 1777.5 MPa en viga interior 1770.3 MPa en viga exterior φ= 1 (factor de resistencia) en viga interior en viga exterior Momento Resistente 5892.227 kN*m 5937.718 kN*m luego la capacidad resistente es mayor que la carga actuante. en viga interior en viga exterior Momento Actuante 4776.049 kN*m 4707.973 kN*m CORTE Cortante máximo en el apoyo x= 700 mm Vu = 1075.94 kN 970.45 kN se verifica a una distancia x = 0.5h en viga interior en viga exterior Parámetros para diseño de = de = 0.802 0.814 Mínimo refuerzo transversal A v := 0.083 f´c viga⋅ dp = dp = 0.860 m 0.878 m en viga interior en viga exterior b v⋅ s fy donde: Av: área delñ refuerzo transveresal dentro de s s: espaciamiento del refuerzo bv: ancho del alma f y: esfuerzo de fluencia del refuerzo transversal fc viga: calidad del concreto de la viga Contribución del pretensado a la resistencia por corte Vp = Po*sin(α)*(% de pérdidas) Determinación de α y β V u − φv⋅ Vp ν Fe φv ⋅ b v⋅ d v⋅ f´c viga E s ⋅ As + E p ⋅ A ps x = 1.01 m utilizamos estribos de Luego SECCION 0 0.04822967 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 α (rad) -0.081 -0.073 -0.064 -0.056 -0.048 -0.040 -0.032 -0.024 -0.016 -0.008 -0.005 0.000 0.008 0.016 0.024 0.032 0.040 0.048 0.056 0.064 Vcarril 97.19 87.81 77.75 68.03 58.31 48.59 38.87 29.16 19.44 9.72 6.58 0.00 -9.72 -19.44 -29.16 -38.87 -48.59 -58.31 -68.03 -77.75 -87.47 εx E ci⋅ A c + E s⋅ As + E p ⋅ A ps Vcamión 280.77 265.09 248.27 232.02 215.77 199.52 183.27 167.02 150.77 134.52 129.26 118.27 -134.52 -150.77 -167.02 -183.27 -199.52 -215.77 -232.02 -248.27 v = 0.108 1/2 Vc (kN) 296.964 274.496 Vsc+I 425.671 398.335 368.992 340.653 312.313 283.973 255.634 227.294 198.955 170.615 161.452 142.275 -170.615 -198.955 -227.294 -255.634 -283.973 -312.313 -340.653 -368.992 ε x if ε x > 0 φv= 0.9 ε x⋅ F e otherwise εx= -2.125 θ= 20.4 Av= 2.53cm² fyw = 400 N/mm² Vs (kN) s (cm) 968.848 11.72 867.207 13.09 VDC1 104.696 94.597 83.757 73.287 62.818 52.348 41.878 31.409 20.939 10.470 7.084 0.000 -10.470 -20.939 -31.409 -41.878 -52.348 -62.818 -73.287 -83.757 VDC2int * 146.025 133.929 120.945 108.405 95.865 83.325 57.035 44.495 31.955 19.415 15.360 6.875 -19.415 -31.955 -44.495 -57.035 -69.575 -95.865 -108.405 -120.945 VDC2ext * 122.650 111.814 100.183 88.949 77.715 66.481 48.373 37.139 25.905 14.671 11.039 3.438 -14.671 -25.905 -37.139 -48.373 -59.606 -77.715 -88.949 -100.183 en viga interior en viga exterior VDC3 76.928 69.507 61.542 53.849 46.157 38.464 30.771 23.078 15.386 7.693 5.205 0.000 -7.693 -15.386 -23.078 -30.771 -38.464 -46.157 -53.849 -61.542 VDW 33.795 30.535 27.036 23.657 20.277 16.898 13.518 10.139 6.759 3.380 2.287 0.000 -3.380 -6.759 -10.139 -13.518 -16.898 -20.277 -23.657 -27.036 0.95 0.073 1 0.081 -87.47 -264.52 -97.19 -280.77 0.5h -0.08 L-0.5h 0.08 90.68 269.88 -90.68 -269.88 -397.332 -94.226 -425.671 -104.696 0 406.688 97.6828125 -406.688 -97.6828125 -133.485 -146.025 -111.416 -122.650 -69.235 -76.928 -30.416 -33.795 137.625 -137.625 115.125 -115.125 71.775 -71.775 31.532 -31.532 -500.0 -400.0 -300.0 20.90 19.86 18.81 17.77 16.72 15.68 14.63 13.59 12.54 11.50 10.45 9.74 9.41 8.36 7.32 6.27 5.23 4.18 3.14 2.09 1.01 -100.0 0.00 Cortante kN -200.0 0.0 100.0 VDC1 200.0 VD2ext VDC3 300.0 VDW 400.0 VSC+I 500.0 x 0.000 m 1.008 m 2.090 m 3.135 m 4.180 m 5.225 m 6.270 m 7.315 m 8.360 m 9.405 m 9.743 m 10.450 m 11.495 m 12.540 m 13.585 m 14.630 m 15.675 m 16.720 m 17.765 m 18.810 m 19.855 m 20.900 m Ley de Cortantes Vi (kN) Mmax (kN) 536.394 498.378 457.571 418.159 378.747 339.335 299.923 260.511 221.099 181.687 168.944 142.275 181.687 221.099 260.511 299.923 339.335 378.747 418.159 457.571 496.983 536.394 0 400.464 780.776 1099.379 1370.125 1593.015 1768.048 1901.788 2000.800 2051.955 2058.257 2055.254 2051.955 2000.800 1901.788 1768.048 1593.015 1370.125 1099.379 780.776 414.316 0 fpe (Mpa) fd (Mpa) 8.1971 0 10.5785 -2.0503 12.8660 -4.0308 14.8114 -5.7271 16.4974 -7.2108 17.9240 -8.4817 19.0913 -9.4725 19.9991 -10.2507 20.6476 -10.8161 21.0366 -11.1689 21.1070 -11.2374 21.1663 -11.3089 21.0366 -11.1689 20.6476 -10.8161 19.9991 -10.2507 19.0913 -9.4725 17.9240 -8.4817 16.4974 -7.2108 14.8114 -5.7271 12.8660 -4.0308 10.6613 -2.1217 8.1971 4.2648E-15 Mcr (kN.m) 1231.681 1266.984 1299.724 1326.279 1347.856 1364.456 1383.263 1397.092 1405.944 1409.818 1410.006 1408.714 1409.818 1405.944 1397.092 1383.263 1364.456 1347.856 1326.279 1299.724 1268.191 1231.681 Vci 287.451 1843.280 1005.743 726.804 573.229 469.583 385.006 320.030 262.314 210.077 193.963 168.295 210.077 262.314 320.030 385.006 462.708 573.229 726.804 1005.743 1786.975 287.451 fpc 8.1705 8.1754 8.1801 8.1841 8.1876 8.1905 8.1929 8.1947 8.1961 8.1969 8.1970 8.1971 8.1969 8.1961 8.1947 8.1929 8.1905 8.1876 8.1841 8.1801 8.1756 8.1705 Vp 264.379 238.925 211.586 185.168 158.737 132.297 105.848 79.392 52.931 26.466 17.909 0.000 -26.466 -52.931 -79.392 -105.848 -132.297 -158.737 -185.168 -211.586 -237.990 -264.379 Vcw 1052.239 1027.047 999.960 973.757 947.512 921.229 894.909 868.553 842.163 815.742 807.192 789.290 815.742 842.163 868.553 894.909 921.229 947.512 973.757 999.960 1026.122 1052.239 Vc 1034.749 1027.047 999.960 726.804 573.229 469.583 385.006 320.030 262.314 210.077 193.963 168.295 210.077 262.314 320.030 385.006 469.583 573.229 726.804 999.960 1027.047 1034.749 Vu 1144.920 1059.660 968.141 879.751 791.362 702.972 598.255 509.865 421.476 333.086 304.506 244.697 333.086 421.476 509.865 598.255 686.644 791.362 879.751 968.141 1056.530 1144.920 Vs 312.22 219.61 139.03 308.20 357.78 357.44 318.82 279.81 233.54 181.79 164.28 119.58 181.79 233.54 279.81 318.82 338.23 357.78 308.20 139.03 215.93 312.22 Envolvente de Fuerzas Cortantes 1600 1400 1200 1000 800 600 400 V actuante 200 V resistente 0 0m 2m 4m 6m 8m 10 m 12 m 14 m 16 m 18 m 20 m Espac (cm) V resistente 15 1522.718 15 1516.171 20 1332.352 25 1003.692 25 873.153 25 785.054 25 713.164 25 657.934 30 544.557 30 500.155 30 486.459 30 464.641 30 500.155 30 544.557 25 657.934 25 713.164 25 785.054 25 873.153 25 1003.692 20 1332.352 15 1516.171 15 1522.718 Cortante Resistencia I 1) Refuerzo cortante transversal. Este refuerzo se requiere en cualquier sección donde: Vu > 0.5φ(Vc + V p ) donde: Vc: resistencia cortante nominal del concreto Vp : componente vertical de la fuerza de pretensado. VR1_int( x ) := η resist⋅ ⎡ 1.25⋅ ( VDC1( x ) + VDC2_int( x ) + Vd_int( x ) + VDC3( x ) ) + 1.50⋅ VDW( x ) ... ⎤ ⎢ + 1.75⋅ ( VL ( x ) + V ⎥ int vereda( x ) ) ⎣ ⎦ VR1_ext( x ) := η resist⋅ ⎡ 1.25⋅ ( VDC1( x ) + VDC2_ext( x ) + Vd_ext( x ) + VDC3( x ) ) + 1.50⋅ VDW( x ) ... ⎤ ⎢ + 1.75⋅ ( VL ( x ) + V ⎥ ext vereda( x ) ) ⎣ ⎦ VR1_int( 0L) = 1117.04 kN VR1_ext( 0L) = 995.63 kN 2) Mínimo refuerzo transversal. El refuerzo transversal donde sea requerido no será menor que: Av := 0.083 f´cviga⋅ MPa ⋅ b v⋅ s fy donde: Av: área del refuerzo transversal dentro de s s: espaciamiento del refuerzo bv: ancho del alma fy : esfuerzo de fluencia del refuerzo transversal f'cviga: calidad del concreto de la viga fy = 420 MPa f´cviga = 45 MPa d e( i) := d p( i) − 0.5⋅ β 1⋅ c( i) distancia entre las resultantes de las fuerzas de tracción y compresión debidas a flexión d p( i ) distancia entre la fibra extrema a compresión y el eje de la armadura a tracción d v( i) := d e( i) if d e( i) > max( 0.72⋅ h , 0.9 d p( i) ) max( 0.72⋅ h , 0.9 d p( i) ) otherwise 2 diámetro del estribo φv = 1 2 in Av := 2 ⋅ π ⋅ φv 4 Av = 2.53 cm 2 3) Contribución del pretensado a la resistencia por corte Vp : Componente vertical de la fuerza de pretensado Vp( i) := −Po⋅ sin( ζ ( i) ) ⋅ FpCF( i) 4) Determinación de β y θ v ( i) := φv := 0.9 VR1_ext( i⋅ 1 m) − φv ⋅ Vp( i) φv ⋅ b v⋅ d v( i) ⋅ f´cviga Muext( i⋅ 1 m) d v( i ) ε x( i , θ ) := + 0.5⋅ VR1_ext( i⋅ 1 m) Es⋅ As( i) + Ep⋅ Aps Fe( i) := Eci⋅ Ac + Es⋅ As( i) + Ep⋅ Aps Es⋅ As( i) + Ep⋅ Aps ε x( i , θ ) := ε x( i , θ ) if ε x( i , θ ) > 0 ε x( i , θ ) ⋅ Fe( i) otherwise d v( 0 ) = 1.01 m − Aps⋅ fpo( i) tan( θ ) (deformación longitudinal) x1 := d v( 0 ) ÷ 1m x1 = 1.01 m v ( x1) = 0.13 ε x( x1 , θ1 ) ⋅ 10 = −0.14 θ1 = 21.6 deg β1 = 2.88 x2 = 3 m v ( x2) = 0.11 ε x( x2 , θ2 ) ⋅ 10 = −0.005 θ2 = 25.9 deg β2 = 2.74 x3 = 7 m v ( x3) = 0.07 ε x( x3 , θ3 ) ⋅ 10 = 1.265 θ3 = 36.4 deg β3 = 2.23 3 3 3 β ( i) := 2 conservadoramente tomamos 5) Resistencia nominal al corte: Se determinará como el menor valor entre: alfa := 90deg Vc( i) := 0.083 ⋅ β ( i) ⋅ f´cviga⋅ MPa ⋅ b v⋅ d v( i) Vs( x ) := Vu( x ) φv − Vc⎛⎜ x (para estribos rectos) ⎞ if Vu( x) − V ⎛ x ⎞ > 0kN c⎜ φv ⎝ 1m ⎠ ⎝ 1m ⎠ 0.1kN otherwise refuerzo transversal mínimo ⎛ smax := min⎜ 0.8⋅ d v( 0 ) , 600mm , ⎝ fy⋅ Av ⎞ 0.083 f´cviga⋅ MPa ⋅ b v ⎠ smax = 600 mm refuerzo transversal requerido Av⋅ fy⋅ d v⎛⎜ siendo: paso( x ) := 1 1 ⎞ ⋅⎛ ⎞ ⋅ sin( alfa) + ⎜ ( ⎝ 1m ⎠ ⎝ tan θ ( x) ) tan( alfa) ⎠ s← x Vs( x ) s if s < smax smax otherwise L = 20.9 m ( 0) = 0.26 m paso( Long ) = 0.3 m 1 paso( Long ) = 0.4 m 2 paso( Long ) = 0.6 m 3 Long = 0 m paso Long 0 Long = 3.75 m 1 Long = 7.75 m 2 Long = 10.5 m 3 paso1 = 0.15 m cant1 = 26 paso2 = 0.2 m cant2 = 20 paso3 = 0.25 m cant3 = 11 paso4 = 0.25 m cant4 = −0.2 Ley de Cortantes (kN) 2000 diámetro del estribo 1800 1600 φv = 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 2.09 4.18 6.27 8.36 10.45 12.54 14.63 16.72 18.81 20.9 Cortante actuante Cortante resistente Segun AASHTO 5.8.3.5 se debe verificar la demanda adicional del refuerzo longitudinal causado por la fuerza de corte. fy⋅ As + fps⋅ Aps ≥ Mu d v⋅ φ + 0.5⋅ Nu φc + ⎛ Vu − 0.5⋅ V − Vp⎞ ⋅ cot( θ ) ⎜ s ⎝ φv ⎠ φ=1 Demanda( i) := Mu( i⋅ 1 m) d v( i ) ⋅ φ + 0.5 Nu φc + φc := 0.8 ⎛ Vu( i⋅ 1 m) − 0.5⋅ V ( i⋅ 1m) − Vp( i) ⎞ ⋅ cot( θ ( i⋅ 1 m) ) ⎜ s φv ⎝ ⎠ 1 2 in posición i⋅ 1 m = Vu( i⋅ 1 m) Demanda( i) = fy⋅ As( i) + fps( i) ⋅ Aps = kN φv 0 m 1186.88 1 1994.88 6288.79 1985.64 1150.56 2 2713.67 6337.67 1985.64 1060.77 3 3156.94 6372.79 1652.21 971.81 4 3707.45 6398.70 1284.06 883.67 5 4168.35 6418.06 1284.06 796.35 6 4278.09 6432.51 907.01 691.70 7 4558.17 6443.11 907.01 606.02 8 4778.10 6450.55 761.53 521.16 9 4907.82 6455.25 761.53 437.11 10 4947.35 6457.49 761.53 353.89 11 4984.97 6457.37 761.53 362.17 12 5004.01 6454.90 761.53 445.48 13 4932.04 6449.93 761.53 529.60 14 4771.15 6442.20 907.01 614.55 15 4548.26 6431.25 907.01 700.31 6217.77 kN Vn( i⋅ 1 m) = 1985.64 kN 1241.16 = kN Deflexión por efecto de postensado FpCF⎛⎜ 0.5L ⎞ = 0.744 ⎝ 1m ⎠ Wo := 8 ⋅ Po⋅ emáx L 2 pérdidas de preesfuerzo totales Wo = −33.93 kN (método aproximado) carga distribuida equivalente m ⎛ F ⎛ 0.5L ⎞ ⋅ Wo ⎞ ⎜ pCF⎜⎝ 1m ⎠ ⎛ L⋅ x3 x 4 L3⋅ x ⎞ ∆ pretensado( x ) := ⎜ ⋅⎜ − − 24 24 ⎠ ⎝ Ecviga⋅ Ig ⎠ ⎝ 12 ∆ pretensado( 0.5L) = 27.05 mm Deflexiones por efecto de carga permanente La deflexión diferida o adicional en el tiempo, resulta del flujo plástico del concreto y de la contracción de fraguado de los elementos en flexión, podrá estimarse multiplicando la deflexión inmediata causada por las cargas sostenidas ( carga permanente) por el coeficiente de fluencia Existirá una contraflecha tal que, para la carga permanente, resulte una geometría coherente con la razante prevista en el diseño geométrico. La contraflecha será una valor intermedio entre la estrictamente necesaria a tiempo cero y la que necesitaría una vez estabilizados los efectos diferidos de fluencia y retracción. 4 momento de inercia de la viga 4 momento de inercia de la sección compuesta en viga interior 4 momento de inercia de la sección compuesta en viga exterior Ig = 0.0683 m Ici = 0.1542 m Ice = 0.1461 m θ prestress = −0.0041409 giro por efecto del pretensado θ DC_int = 0.0041305 giro por cargas permanentes instantáneas en la viga interior θ DC_ext = 0.003954 giro por cargas permanentes instantáneas en la viga exterior Coeficiente de retracción de la viga ε cs = −0.0002902 Coeficiente de Fluencia del concreto φtablero = 1.97 ε creep = −0.0004084 Deflexiones 40 flecha (mm) 30 20 10 10 0 2.09 4.18 6.27 8.36 10.45 12.54 14.63 16.72 18.81 20.9 20 30 40 Longitud (m) cargas permanentes (v.exterior ) cargas permanentes (v.interior) por pretensado Flechas por efecto de cargas permanentes [mm] Posición 0.0 L Viga exterior 0.0 Viga interior 0.0 0.1 L -7.4 -8.2 0.2 L -14.1 -15.4 0.3 L -19.3 -21.1 0.4 L -22.6 -24.7 ( 0.5 L -23.7 -26.0 0.6 L -22.6 -24.7 0.7 L -19.3 -21.1 0.8 L -14.1 -15.4 0.9 L 1.0 L -7.4 0.0 -8.2 0.0 ) ∆ := ∆ pretensado( 0.5L) + ∆ DC_max × φtablero ∆ = −25.99 mm (desplazamiento máximo por cargas permanente) Deflexiones por efecto de carga viva Para el cálculo de las deflexiones por carga viva se considerarán todos los carrilles cargados y se asume que el tablero se desplaza de manera conjunta con todas las vigas, también se tomará en cuenta el coeficiente de amplificación dinámica en el camión de diseño... La deflexión se deberá tomar como el mayor de los siguientes valores • La deflexión debida al camión de diseño solamente • La deflexión debida al 25% del camión de diseño considerando conjuntamente con la carga de carril de diseño S1 = 1.20 m Sc = 4.30 m Q = 145 kN P = 35 kN ∆ T = 110 kN WL1 = 9.3 kN m datos de diseño: Ice = 14606938.93 cm 4 Ici = 15416463.742 cm momento de inercia en la viga exterior 4 momento de inercio en la viga interior el momento de inercia promedio es; Ie_prom := ⎡⎣ 2 ⋅ Ice + ( Nvigas − 2 ) ⋅ Ici⎤⎦ ÷ Nvigas Ie_prom = 15092653.817 cm Desplazamiento máximo por la carga de camión ∆ Camión = −4.24 mm Desplazamiento máximo por la carga de tandem ∆ Tandem = −3.24 mm Desplazamiento máximo por la carga de carril ∆ Carril = −1.81 mm ( max ∆ Camión , ∆ Tandem ) = 4.244 mm ∆max = 5.64 mm desplazamiento máximo ∆ máx_permisible := L ∆ máx_permisible = 26.13 mm 800 giros θ DC_interior := θ DC_int⋅ φtablero + θ prestress θ DC_interior = 0.0039791 rad θ DC_exterior := θ DC_ext⋅ φtablero + θ prestress θ DC_exterior = 0.0036321 rad θ SC = 0.002317 rad ( ( ) θ max := max θ DC_interior , θ DC_exterior + θ SC θ max = 6.30 mrad ) 4 L = 20.9 m Acciones para el diseño de estribos Eje apoyo Lextremo = 0.5 m longitud entre extremo de viga y eje de apoyo) Lensanche = 1.6 m Lensanche L extremo Skew = 33 deg longitud de ensanche del alma, medido a partir del apoyo, tomar como mínimo el canto de la viga 0.25 L puente wdeck = 11.5 m Ancho_estribo = 13.712 m Por cargas permanentes Peso de viga 2 Área de la viga en los extremos Aviga_extremo = 0.588 m Área de la viga en vano central Ag = 0.4007 m 2 3 Volumen_viga = 9.61 m Volumen_viga⋅ Nvigas ⋅ γc = 1201.28 kN Peso de losa ⎡⎣ 2⋅ DC2_ext + DC2_int⋅ ( Nvigas − 2 )⎤⎦ ⋅ ( L + 2 ⋅ Lextremo) = 1259.250 kN Peso de las vigas transversales DCdiaf ⋅ ( Nro_diaf_interm + 2 ) = 275.000 kN Peso muerto ( ) DC3 ⋅ ⎡ L + 2 ⋅ Lextremo ⋅ Nvigas⎤ = 411.720 kN ⎣ ⎦ Superficie asfáltica e instalaciones para servicios públicos ( ) DW⋅ ⎡ L + 2 ⋅ Lextremo ⋅ Nvigas⎤ = 366.442 kN ⎣ ⎦ RD = 1756.85 kN Por carga viva Reacción por carga de Camión Vcamión( 0L) = 280.766 kN Reacción por carga de Tandem Vtandem( 0L) = 213.684 kN Reacción por carga de Carril Vcarril( 0L) = 97.185 kN Reacción por carga de vereda Vvereda( 0L) = 9.029 kN RL = 941.21 kN Fuerza de Frenado La fuerza de frenado se deberá tomar como el mayor de los siguientes valores i) 25% de los pesos por eje del camión de diseño o tándem de diseño,ó ii) 5% del camión de diseño más la carga de carril ó 5% del tàndem de diseño más la carga de carril Peso del camión Pcamión = 325 kN Peso del tándem Ptandem = 220 kN Peso de carga de carril Pcarril = 194.37 kN Nro_vías = 2 Número de vías ( ) BRi := max 0.25⋅ Pcamión , 0.25⋅ Ptandem ⋅ Nro_vías ( BRi = 162.5 kN ) BRii := 0.05 max Pcamión + Pcarril , Ptandem + Pcarril ⋅ Nro_vías ( ) BR := max BRi , BRii BR = 162.5 kN BRii = 51.937 kN Acciones para el diseño de neoprenos Desplazamientos Dimensiones del Neopreno A = 400 mm dimensión en el sentido transversal B = 250 mm dimensión en el sentido de las vigas en = 72 mm espesor neto del neopreno G = 0.9 MPa ∆T = 20 variación de temperatura (ºC) Coef_sism = 0.32 coeficiente sísmico deformación unitaria por retracción y fluencia por fluencia ∆ creep := ε creep⋅ ( 0.5L) por retracción ∆ shrinkage := ε cs⋅ ( 0.5L) por temperatura ∆ temperature := ∆T × 0.0000108 × ( 0.5L) ε creep + ε cs = −0.0006986 ∆ creep = −4.27 mm ∆ shrinkage = −3.03 mm ∆ temperature = 2.26 mm ∆ frenado = 6.5 mm por frenado ∆ sismo = 44.975 mm por sismo ∆ Total_I := ∆ creep + ∆ shrinkage − ∆ temperature − ∆ frenado ∆ Total_II := ∆ creep + ∆ shrinkage − ∆ temperature − ∆ sismo ∆ Total_I = −16.1 mm ∆ Total_II = −54.5 mm Giros θ SC = 0.0023174 θ DC_interior = 0.0039791 rad θ DC_exterior = 0.0036321 rad θ max = 6.30 mrad desplazamientos en las juntas de dilatación por condiciones de servicio δ max = −16.1 mm dilatación δ min = 8.757 mm contracción Por cargas permanentes ( )( ) Rext_D := 0.5⋅ ⎡ Volumen_viga⋅ γc + DC2_ext ⋅ L + 2 ⋅ Lextremo ... ⎤ + Vd_ext( 0L) ⎢ + DC ⋅ L + 2⋅ L ⎥ 3 extremo ... ( ) ⎢ + DW⋅ L + 2⋅ L (( extremo) ) ⎣ ⎥ ⎦ Rext_D = 325.97 kN ( )( ) Rint_D := 0.5⋅ ⎡ Volumen_viga⋅ γc + DC2_int ⋅ L + 2 ⋅ Lextremo ... ⎤ + Vd_int( 0L) ⎢ + DC ⋅ L + 2⋅ L ⎥ 3 extremo ... ( ) ⎢ + DW⋅ L + 2⋅ L (( extremo) ) ⎣ ⎥ ⎦ Rint_D = 349.97 kN Por sobrecarga ( gMint ) g Vint g Mext g Vext = ( 0.69 0.816 0.708 0.708 ) ( ( ) ) ) ) Rext_L := max Vcamión( 0 ⋅ L) , Vtandem( 0 ⋅ L) + Vcarril( 0 ⋅ L) ⋅ g Vext⋅ rVskew Rext_L = 296.68 kN ( ( Rint_L := max Vcamión( 0 ⋅ L) , Vtandem( 0 ⋅ L) + Vcarril( 0 ⋅ L) ⋅ g Vint⋅ rVskew Rint_L = 341.93 kN Presiones en los neoprenos σ medio_ext := σ medio_int := Rext_D + Rext_L A⋅ B Rint_D + Rint_L A⋅ B σ medio_ext = 6.23 N 2 mm σ medio_int = 6.92 N 2 mm Diseño de la Losa: L := 20.90m Estructura: Puente Huamanmarca Calidad del concreto a los 28 días f'c := 28MPa Peso específico del concreto γc := 25 kN Esfuerzo de fluencia de la armadura pasiva 3 m γa := 22 Peso específico asfalto fy := 4200 kN cm 3 m evereda := 0.25m Espesor de la vereda kgf 2 fy = 411.88 MPa avereda := 0.60m Ancho de vereda Separación de los elementos de apoyo S := 2.40m distancia entre la carga de rueda extrema al eje de la viga exterior easfalto := 0.05⋅ m Espesor del asfalto X1 := 0.001m X2 := 0.001m ancho de calzada wroadway := "variable" SCpeat := 3.6 Carga viva peatonal kN 2 m Espesor mínimo de la losa: Segun AASHTO 2.5.2.6.3 h losa := max⎛⎜ 165mm , ⎝ h losa = 0.18 m Espesor de losa eLosa := 20cm S + 3000mm ⎞ 30 ⎠ Medición de cargas Peso propio Wpp := γc⋅ eLosa⋅ 1 m kN Wpp = 5.00 m Peso de la vereda Wpv := γc⋅ evereda⋅ 1 m Wpv = 6.25 Peso asfalto Wasfalto := γa⋅ easfalto⋅ 1 m kN Wasfalto = 1.1 m Peso SC peatonal Wsc_peat := SCpeat⋅ 1 m kN Wsc_peat = 3.60 m kN m Peso barrera de protección kN Wbaranda := 0 m Peso baranda peatonal kN Wimposta := 4.25 m Φ barra := 5 8 in recubrimientosup := 5cm recubrimientoinf := 3cm peralte efectivo d := eLosa − recubrimientosup − b := 100cm Φ barra 2 d = 0.142 m Evaluación de los anchos de las franjas equivalentes Se calculará de acuerdo a lo indicado en el artículo 4.6.2.1.3 del AASHTO Franja efectiva para momento negativo Franjaneg := 1220mm + 0.25⋅ S Franjaneg = 1.82 m Impacto := 33% para momento positivo Franjapos := 660mm + 0.55⋅ S Franjapos = 1.98 m para volado Franjavolado := 1140mm + 0.833X Franjavolado = 1.141 m Diagrama de momentos flectores por sobrecarga Diagrama de momentos flectores por peso propio y carga muerta −3 X = 1 × 10 m Diagrama de momentos flectores por peso asfalto Extremo de viga (M-) Momento positivo (M+) Apoyo intermedio (M-) M Lv := 0.00m⋅ kN M Lv1 := 42.57m⋅ kN M Lp := 37.56m⋅ kN M SCUv := 0.0m⋅ kN M SCU1 := 0.0m⋅ kN M SCUp := 0.0m⋅ kN M DCv := 8.05m⋅ kN M DCv1 := −1.39m⋅ kN M DCp := −1.26m⋅ kN M DWv := 0m⋅ kN M DWv1 := 0.50m⋅ kN M DWp := −0.71m⋅ kN M SCv := 0.00m⋅ kN M SCv1 := 0.00m⋅ kN M SCvp := 0.00m⋅ kN Nota: No consideraremos el efecto de la carga de carril de acuerdo a lo indicado por el AASHTO Estado Límite de resistencia η D := 0.95 η resist := η R := 0.95 M SCUv := 0m⋅ kN η L := 1.05 M SCU1 := 0m⋅ kN η D⋅ η R⋅ η L if η D⋅ η R⋅ η L > 0.95 M SCUp := 0m⋅ kN 0.95 otherwise η resist = 0.95 eLosa = 0.2 m Verificacion del espesor de la losa η D := 1.0 η R := 1.0 η serv := η D⋅ η R⋅ η L η L := 1.0 η serv = 1 ⎡ MLp ⋅ 1m ⎤ M servicio := η serv⋅ ⎢ ⋅ ( 1 + Impacto) + M SCUp + M DCp + M DWp + M SCvp⎥ ⎣ Franjaneg ⎦ M servicio = 25.478 kN⋅ m relación modular k := ⎛ Es ⎞ ⎝ Econcreto ⎠ n := floor⎜ n 0.5⋅ fy ⎞ ⎛n + ⎜ 0.4⋅ f'c ⎠ ⎝ k = 0.276 j := 1 − n=7 k 3 j = 0.908 2 d losa := ( 0.4⋅ f'c⋅ k ⋅ j⋅ 1 ⋅ m) ⋅ M servicio d losa = 13.48 cm Nota = "Por inspección, observamos que el espesor de la losa escogido es el adecuado" Refuerzo mínimo: El acero mínimo será el correspondiente al nececario para resistir 1.2 veces el momento de agrietamiento fr := 0.63⋅ f'c⋅ MPa 3 Icr := b := 1m fr = 3.334 MPa b ⋅ eLosa Mcr := 12 Mmin := 1.2⋅ Mcr fr⋅ Icr Mcr = 22.2 m⋅ kN 0.5⋅ eLosa φ := 0.9 Mmin = 26.7 m⋅ kN d = 0.142 m a := d − 2 d − 2⋅ Mmin a = 0.905 cm 0.85⋅ f'c⋅ φ⋅ b Asmin := Mmin φ⋅ fy⋅ ⎛⎜ d − ⎝ a⎞ Asmin = 5.2 cm 2⎠ Refuerzo negativo a) En la zona de volado (viga exterior) M Lv ⋅ 1 m ⎡ ⎤ Muv1 := η resist⋅ ⎢1.75⋅ ⋅ ( 1 + Impacto) + 1.75⋅ M SCUv + 1.75⋅ M SCv ...⎥ Franjavolado ⎢ ⎥ ⎢+ 1.25⋅ MDCv + 1.50⋅ MDWv ⎥ ⎣ ⎦ Muv1 = 9.559 m⋅ kN av1 := d − Asv1 := d = 0.142 m Muv1 2 d − 2⋅ 0.85⋅ f'c⋅ φ⋅ b Muv1 ⎛ ⎝ φ⋅ fy⋅ ⎜ d − ( Asv1 = 1.8 cm av1 ⎞ 2 av1 = 0.318 cm 2 ⎠ As1 := max Asv1 , Asmin ) As1 = 5.231 cm 2 2 5 φ1 := 8 paso1 := 0.20m in As_sum_volado := ( ) A φ1 ⋅ 1 m paso1 As_sum_volado = 9.9 cm 2 Verificación por fisuramiento momento máximo para el estado límite de servicio M = 8.05 m⋅ kN Momento de inercia de la sección fisurada Icr = 9.331 × 10 cm Profundidad del eje neutro x = 37.976 mm Esfuerzo actuante en el acero fsact = 62.9 MPa Parámetro relacionado con la fisura γ c = 0.65 3 Espaciamiento mínimo del refuerzo, por requerimiento de fisuramiento N mm sep_min = 300 mm d = 0.142 m b) En la zona de apoyo intermedio M Lp ⋅ 1 m ⎡ ⎤ Mun := η resist⋅ ⎢1.75⋅ ⋅ ( 1 + Impacto) + 1.75⋅ M SCUp + 1.75⋅ M SCvp ...⎥ Franjaneg ⎢ ⎥ ⎢+ 1.25MDCp + 1.50⋅ MDWp ⎥ ⎣ ⎦ Mun = 43.124 m⋅ kN Asn = 8.644 cm USE φ2 := 5 8 in 2 As = 8.644 cm Asmin1 = 5.231 cm 2 2 paso2 := 0.175m As_sum_neg := ( ) A φ2 ⋅ 1 m paso2 As_sum_neg = 11.31 cm 2 4 Verificación por fisuramiento momento máximo para el estado límite de servicio M = 25.48 m⋅ kN Momento de inercia de la sección fisurada Icr = 1.038 × 10 cm Profundidad del eje neutro x = 40.168 mm Esfuerzo actuante en el acero fsact = 175.1 MPa Parámetro relacionado con la fisura γ c = 0.65 4 Espaciamiento mínimo del refuerzo, por requerimiento de fisuramiento 4 N mm sep_min = 173 mm Refuerzo positivo a) En el vano lateral M Lv1⋅ 1 m ⎡ Mupos := η resist⋅ ⎢1.75⋅ ⋅ ( 1 + Impacto) + 1.75⋅ M SCU1 + 1.75⋅ M SCv1 + 1.25M DCv1 + 1.50⋅ M DWv1⎥ Franjapos ⎣ Mupos = 46.601 m⋅ kN Aspos = 8.108 cm Asp = 8.108 cm φ3 := 5 8 2 d := eLosa − recubrimientoinf − Asmin = 5.231 cm Φ barra d = 0.162 m 2 2 2 in paso3 := 0.20m As_sum_pos := ( ) A φ3 ⋅ 1 m paso3 As_sum_pos = 9.897 cm 2 Verificación por fisuramiento momento máximo para el estado límite de servicio M = 27.70 m⋅ kN Momento de inercia de la sección fisurada Icr = 1.245 × 10 cm Profundidad del eje neutro x = 40.962 mm Esfuerzo actuante en el acero fsact = 188.6 MPa Parámetro relacionado con la fisura γ c = 0.65 Espaciamiento mínimo del refuerzo, por requerimiento de fisuramiento 4 N mm sep_min = 242 mm 4 Refuerzo longitudinal Inferior Se considera un porcentaje del refuerzo principal porcentaje := 67% if 3840 Span = 2400 > 67% Span 3840 porcentaje = 67 % otherwise Span As_sum_pos = 9.897 cm As_transv := max( porcentaje × As_sum_pos , Asmin) φ4 := 1 2 in As_transv = 6.6 cm 2 2 paso4 := 0.20m Refuerzo longitudinal superior Acero por temperatura b losa := 1m 0.75⋅ b losa⋅ eLosa At := 2 ⋅ b losa + eLosa ⋅ fy ÷ MPa ( 2 mm At = 0.152 mm ) 2 2 mm mm At if 0.233 ≤ At < 1.27 mm mm At := 2 2 0.233 φ5 := 3 8 mm mm in cm At = 2.33 m otherwise paso4 := 0.25m Verificación por Cortante en zona de volado φv := 0.90 en zona de apoyo intermedio por carga vehicular VL1 := 0.0kN VL2 := 88.81kN por cargas permanentes VDC1 := 14.69kN VDC2 := 2.50kN por carga de asfalto Vw1 := 0.0kN Vw2 := 1.56kN Franjavolado = 1.141 m Franjaneg = 1.82 m VL1 ⎡ ⎤ Vuv1 := η resist⋅ ⎢1.75⋅ ⋅ ( 1 + Impacto) ⋅ 1 m + 1.25⋅ VDC1 + 1.50⋅ Vw1⎥ Franjavolado ⎣ ⎦ Vuv1 = 17.4 kN VL2 ⎡ ⎤ Vuv2 := η resist⋅ ⎢1.75⋅ ⋅ ( 1 + Impacto) ⋅ 1 m + 1.25⋅ VDC2 + 1.50⋅ Vw2⎥ Franjaneg ⎣ ⎦ Vuv2 = 113.1 kN En la zona del apoyo de viga intermedio Vuv2 = 113.087 kN ⎛ ai ⎞ ⎝ 2 d v := max⎜ 0.9⋅ d , 0.72⋅ eLosa , d − d v = 144 mm ai = 1.496 cm ⎠ d = 14.206 cm eLosa = 20 cm b v := 1000mm 1000 × ε x = 1.653 sxe = 121.739 mm β := 1.96 Valores obtenidos de la tabla 5.8.3.4.2-2, por interpolación lineal θ := 37.2deg Vc := 0.083β ⋅ b v ⋅ d v f'c⋅ MPa φvVc := φv ⋅ Vc Vc = 123.958 kN φvVc = 111.562 kN Nota = "No cumple" Como no cumple la condición por cortante, incrementamos el refuerzo por flexión negativo φ1 = 5 8 paso2 := 0.15m in ⎛ Mun ⎞ + 0.5⋅ Vuv2⋅ cot( θ ) ⎜ ⎝ dv ⎠ ε x := E ⋅ As_sum_neg As_sum_neg := ( ) A φ2 ⋅ 1 m paso2 As_sum_neg = 13.2 cm 2 s sxe := sx ⋅ 35 ⎛ ag ⎞ ⎜ + 16 ⎝ mm ⎠ 1000 × ε x = 1.417 sxe = 121.739 mm β := 2.21 θ := 35.6deg Valores obtenidos de la tabla 5.8.3.4.2-2, por interpolación lineal Vc := 0.083 ⋅ β ⋅ b v ⋅ d v f'c⋅ MPa φvVc := φv ⋅ Vc Vc = 139.769 kN φvVc = 125.792 kN Nota = "Por inspección, observamos que no se requiere refuerzo de corte" Segun AASHTO 5.8.3.5 se debe verificar la demanda adicional de en el refuerzo longitudinal causado por la fuerza de corte. φf := 0.90 Demanda := Mun d v ⋅ φf Asn := + Vuv2 φv Demanda fy ⋅ 1 tan( θ ) Demanda = 508.26 kN Asn = 12.34 cm 2 Nota = "Por inspección, observamos que se cumple la interacción momento cortante"