Análisis de Cargas Puente "Paso de Gatos"

PUENTE " PASO DE GATOS "
Diseño de Caballete 1
ANALISIS DE CARGAS
I.- CARGA MUERTA
1.- Trabes de concreto presforzado sección aashto Tipo IV
Area sección transversal=
Longitd total =
Peso volumétrico =
Número de trabes =
W trabes =
Descarga por apoyo =
W trabe / 2
=
Descarga por trabe =
18.26
2.- Losa de concreto armado
Volúmen de concreto =
49.3594 m3
Peso volumétrico del concreto =
Peso total losa = W losa =
Descarga por apoyo = W losa/2 =
Descarga por trabe W trabe/No. =
3.- Guarnición
Peso volumétrico =
Base 1=
0.24 m
Alt. =
0.75 m
Long.=
15.31 m
Peso total de Guarnición
Descarga por apoyo =
Descarga por trabe =
4.- Parapeto
5.- Banqueta
Espesor =
Ancho =
Largo =
2.4
Ton/m3
118.46 Ton
59.23 Ton
11.85
2.4
Base 2=
Pzas.=
Vol.=
Peso =
Ton/m3
0.25
2.00
5.51
13.23
Peso =
6.614
1.32
13.23
Ton
Ton
Carga uniforme por metro lineal
w =
0.02 Ton/m
Longitud =
15.31 m
No. De piezas. =
2
Peso =
Un Claro
Carga uniforme por metro lineal
w =
0
Ton/m
Longitud =
15.31 m
No. De piezas. =
2
Peso =
Un Claro
6.- Carpeta de 10 cm
Carga uniforme por metro lineal
w =
1.76 Ton/m
Longitud =
15.31 m
No. De piezas. =
1
Peso =
0.4970
30.62
2.4
5
182.62
91.31
Ton
0.61
0.00
m
Pzas.
m3
Ton
Ton
Ton
Ton
Un Claro
26.95
Ton
m2
m
Ton/m3
Ton
Ton
0.2
8.06
30.62
Ton
m
m
m
7.- Descarga Total por Carga Muerta en el Caballete
W C.M. TOTAL
341.87 Ton
=
8.- Descarga por caballete
R C.M.
170.93 Ton
=
R C.M.=
Ton/pilote
56.98
II.- CARGA VIVA
Se considerara la reaccion de un camión IMT 20.5 TON
P1= 2.5 TON
q=
R1
P2= 18.0 TON
0.9 Ton/m
a=
6
24
L=
b=
0
R2
30
R1=
14.00 Ton
Decarga Total por Carga Viva =
Se considerará el Factor de Impacto
I=
0.224
W C.V. =
41.0
Descarga por Carga Viva por trabe =
33.50
Ton
R2=
Ton
33.50
Ton
por banda de circulacion
16.40 Ton/trabe
III.- DESCARGA POR CARGA MUERTA + CARGA VIVA
W C.M. + C.V. =
252.93 Ton
Descarga por trabe
R C.M. + C.V. =
50.59
Ton
IV.- PESO PROPIO DEL CABALLETE
1.- Cabezal del Caballete
Largo del Cabezal =
Alto del Cabezal =
Ancho del Cabezal =
Volúmen de concreto =
Peso volumétrico =
W cabezal =
2.- Diafragma del Caballete
Alto del diafragma 1=
Alto del diafragma 2=
Ancho del diafragma =
Espesor del diafragma =
Volúmen de concreto =
Peso volumétrico =
W diafragma =
8.06
1.2
1.3
12.57
2.4
30.18
m
m
m
m3
Ton/m3
Ton
1.69
1.60
8.06
0.30
3.98
2.4
9.55
m
m
m
m
m3
Ton/m3
Ton
2.89
0.5
3.5
0.3
3.56
3.56
8.54
m
m
m
m
m3
m3
Ton
3.- Aleros del Caballete
Ancho =
Tiro =
Longitud =
Espesor de los aleros =
Volúmen de aleros =
Volúmen total =
W aleros =
Carga uniforme distribuida
w Cab=
3.74 Ton/m
4.- Zoclos de apoyo
Largo =
Ancho =
h1=
h2=
h3=
0.6
0.6
0.5
0.7
0.11
m
m
m
Piezas
2
2
1
Volúmen de concreto = H x a x b
Vol. Zoclo =
0.904 m3
W Zoclos =
2.169 Ton
5.- Topes extremos
Base 1 =
Altura =
Longitud =
0.45
0.50
1
Volúmen
W topes
m
m
m
=
=
0.45 m3
1.080
Ton
6.- Acartelamientos
Dimenciones =
0.2
X
0.2
Altura de acartelamiento =
2.89 M
Número elementos =
2
Pzas.
Volúmen de concreto =
0.116 m3
W acartelamientos =
0.28 Ton
7.- Peso Propio de Cabezal, diafragma, aleros y zoclos.
W cabezal =
51.79
Ton
w cabezal =
6.43
Ton/m
8.- Pilotes de 1.20 m de diámetro
1.2
1.131 m2
Area =
Tramo 1 bajo el N.A.F.
15.7
W un pilote =
Número de pilotes =
1.4
11.7
18.5
Ton/m3
m
Ton
Tramo 2 arriba del N.A.F.
Peso volumétrico =
2.4
Longitud
=
4
W 1 pilote =
10.9
Ton/m3
m
Ton
Peso volumétrico =
Longitud
=
W 1 pilote =
29.4 Ton
3
Peso total de pilotes =
V).- Calculo del Numero de pilotes y Descarga del Desplante
W C.V. =
R C.M. =
PoPo =
W cabezal
=
81.99 Ton
170.93 Ton
88.1 Ton
51.79
88.1
Ton
W Desplante =
Capacidad por pilote
=
No. De Pilotes =
392.87 Ton
168 Ton/Pilote
W Desplante / Capacidad por pilote =
Se colocaran
3
2.34 Pilotes
BIEN
Pilotes de 1.20 m de Diametro
RIGE EL FACTOR AASHTO
VI).- Empuje de Tierras sobre el caballete
Altura equivalente
debido a Sobrecarga
1.2
1.54
2.74
3.94
2.74
1.2
7.94
4
2.65
Ep
4
1.5
15.7
0.50
11.7
Coeficiente de empuje activo
Para el relleno del terraplen se considera un material friccionante compuesto
por grava, boleos y arena con ángulo de fricción interna f =
Ton/m3
g =
Ka =
0.307
1.6
Cálculo del empuje activo
Ea =
15.50
Ton
Coeficiente de empuje pasivo
Kp =
3.25
Ep =
5.86 Ton
32 °
Diseño del diafragma
1.2
2.74
1.85
Ton
1.54
0.913
Empuje sobre el diafragma
Ed =
1.85 Ton
Momento flexionante en empotramiento con el Cabezal
M emp. =
Ea b.p. =
1.69 Ton-m
M emp. =
168548 Kg-cm
5
100
h=
r=
d=
30
30
5
25
Constantes de Diseño
Concreto
Acero
f´c=
250 Kg/cm2
Fy=
4200 Kg/cm2
fc =
112.5 Kg/cm2
fs =
2100 Kg/cm2
2
Ec=
200000 Kg/cm
Es =
2000000 Kg/cm2
n=
10
Estimación de k
1
k = ------------------------------- =
0.349
(1 + (fs / ( n fc) ) )
Estimación de j
j = 1 - ( k/3 ) =
0.884
Estimación de R
1
R = ----- fc k j
2
Revisión del Peralte de la sección
d =
M / R b =
9.86
=
17.34
cm
9.86 cm es mucho menor que
25 cm
Se acepta la sección propuesta
Estimación del area de acero por flexión
M
As = -------------------- =
fs j d
3.63
cm2/m
cm
cm
cm
Distribución de acero de refuerzo
Vars.
4"
5"
6"
Asu
(cm 2 )
Sep.
(cm)
1.27
1.99
2.87
35.0
54.8
79
Acerode refuerzo mínimo por temperatura
r mín = 14/ Fy =
As mín = r b d =
Vars.
4"
5"
6"
0.00333
2
8.333 cm
Asu
(cm 2 )
Sep.
(cm)
1.27
1.99
2.87
19.7
23.9
31
Acero por distribución
Refuerzo principal paralelo a la dirección de tránsito
% As = 220 / (3.28 S) 1/2 =
64.93 Es mayor que
50%
As =
65%
As =
64.93
2.361
cm2
Rigue el refuerzo por temperatura
Empuje activo de tierras sobre columnas de 1.20 m de diámetro
7.94
15.50
4
2.65 m
c).- Viento transversal sobre la estructura
5.86
1.50
Centro de gravedad del empuje sobre las columnas
Empuje por pilote
Ea =
41.3 Ton
Ep =
Fuerzas Horizontales Eventuales
a).- Frenaje
WC.M. =
341.87 Ton
b).- Fricción
W C.V. =
82.0 Ton
m
Fr =
fr =
15.62
Ton
17.1
Ton
4.10
Ton
4.5
Area de la sección transversal que se opone al viento
1
0.125
0.015
0.75
0
15.31
A1 =
1.91 m2
A2=
0.0405 m2
A3=
0.015 m2
A4=
11.4825 m2
A5=
0 m2
AT=
13.45 m2
Carga uniforme distribuida =
244
VTE =
3282.2 Kg
Areas
Pasamanos
Pilastras
Remate
Guarnición
Banqueta
Kg/m2
VTE =
3.28
Ton
d).- Viento longitudinal sobre la estructura
Area de la sección transversal que se opone al viento
1
0.125
0.015
0.75
0
15.31
Areas
A1 =
A2=
A3=
A4=
A5=
AT=
1.91
0.0405
0.015
11.4825
0
13.45
m2
m2
m2
m2
m2
m2
Carga uniforme distribuida =
144
VLE =
1937.1 Kg
e).- Viento Transversal sobre la Carga Viva
Longitud que se opone al viento =
Carga uniforme distribuida
=
VTCV
=
VTCV=
Pasamanos
Pilastras
Remate
Guarnición
Banqueta
Kg/m2
VLE =
1.94
15.31
144
2204.64
2.20
m
Kg/m2
Kg
Ton
6
70
420
0.42
m
Kg/m2
Kg
Ton
Ton
f).- Viento Longitudinal sobre la Carga Viva
Longitud que se opone al viento =
Carga uniforme distribuida
=
VLCV
=
VLCV=
g).- Sismo
g.1).- Superestructura
W Superestuctura =
341.87 Ton
Coeficiente sísmico en base a la zona en que se ubica la estructura
C =
0.5
Factor de ductilidad Q=
4
Coeficiente de importancia FI =
1.5
Fuerza Sísmica
FS Sup. =
64.10 Ton
g.2).- Cabezal del Caballete
W Cabezal =
51.79 Ton
Coeficiente sísmico en base a la zona en que se ubica la estructura
C =
0.5
Factor de ductilidad Q=
4
Coeficiente de importancia FI =
1.5
Fuerza Sísmica
FS Cab. =
9.71 Ton
Análisis del marco en el sentido longitudinal para diseño del Cabezal
3.182 Ton
84.31 Ton
10.06
5.40
3.24
5.2
41.32
4.60
2.65 m
15.62
10.86
GRUPO I DE CARGAS
CARGA
CM+CV
W diaf.
W cor.
W pila
Ea
Ep
84.31
3.182
10.06
10.86
108.41
BRAZO
41.32
15.62
0
-0.5
0
0
m
1.50
M
2.65
-1.50
0
-1.591
0
0
109.37
-23.433
84.35
Momento en el empotramiento
M=
84.3 Ton-m
P=
108.41 Ton
Factor de carga
Mu =
Pu=
140.9
FC =
1.3
109.7 Ton-m
Ton
Análisis en el sentido transversal
Carga uniforme de la superestructura w sup =
Carga Vertical
W caballete =
51.79 Ton
42.42 Ton/m
50.59
50.59
1.41
1.01
50.59
6.43 Ton/m
w =
1.61
2
3.02
1.01
2.42
50.59
1.41
3.02
4.03
1.01
5.64
7.05
Propiedades de las secciones tipo
Tipo 1
Area =
120
11,309.73 cm2
Momento de inercia
10,178,760.20
I=
Tipo 2
120
130
Area =
15600 cm2
Momento de inercia =
18,720,000.0
RESOLVIENDO EL MARCO
DIAGRAMA DE MOMENTOS
Nota: Convencion de Signos Americana
50.59
cm4
8.06
36.11
93.47
23.5
Ton
12.46
Ton
117.83
93.47
DIAGRAMA DE CORTANTES
Nota: Convencion de Signos Americana
Diseño para el momento negativo
25.63 Ton-m
M=
Constantes de cálculo
f´c=
250 Kg/cm2
Fy =
4200 Kg/cm2
Es= 2000000 Kg/cm2
Ec= 200000 Kg/cm2
n=
10
fc=
112.5
K=
17.34
Determinación de k
1
k = -------------------------=
1+ ( fs / n fc )
0.349
Determinación de j
j = 1 - (k/3)
=
0.884
Sección transversal
112
120
130
Revisión del peralte
d =
33.72
cm
Cálculo del área de acero
As = M / ( fs j d ) =
12.33
43.85
cm2
Ton
Area de acero mínima
r = 14 / Fy =
As mín =
0.00333
37.33
cm2
Rigue
Colocando varillas de 1" de diámetro
As =
Se colocaran varillas
5.07 cm
#8
Diseño de Tope sismico
a cada
varillas =
7.36
9.5 cm
ok
45 cm
50 cm
C.M.
h
Rec
d
av
bw
b
Constantes de cálculo
= 341,866 kg
= 500.00 mm
= 50.00 mm
= 450.00 mm
= 250.00 mm
= 1000.00 mm
= 950.00 mm
d-Av =
200.00
d-Av >0
cumple
No. Topes
Cs
Fi
Q
mm
=
=
=
=
2.00
0.50
1.50
4.00
F tope=
C.M.supxCsxFi
Q x No. Topes
F tope=
32,050 kg
Pzas
Revision por cortante
kg/cm2
f´c =
250
Vn =
2,205,000 N
=
24.5 Mpa
=
224,771 kg
=
411.6 Mpa
Acero de Refuerzo
Diseño por cortante
Fy =
ɸ=
µ=
Avf =
4200
1.4
0.75
7.27
Kg/cm2
cm2
Avf = Vu/( ɸ fy µ )
Vn = 0.2 f'c bw d > F tope
>
32,050 kg
Cumple!
Momento Flexionante
Nuc=
6,410.0
Mu= 833,298.80 kg/cm
z=
41.5
cm
Af=
6.83
cm2
Mu = Vu av + Nuc (H-d)
801,248.85
32,049.95
Af = Mu / ɸ fy z
Por esfuerzos normales
An =
2.18
An = Nuc / ɸ fy
cm2
Area de Acero a aplicar
As1 =
As12 =
Af + An
=
2/3Avf + An =
Acero minimo
r mín = 14/ Fy
=
9.01
7.03
ok
cm2
cm2
0.00333 As mín =
6.75
cm2
Diseño Final del Tope Sismico
Utilizando varillas
Se colocaran varillas
# 4
# 4
a cada
S=
10.0 cm
14.1 cm
Acero Transversal
Utilizando varillas
Se colocaran varillas
# 4
# 4
a cada
S=
10.0 cm
18.1 cm
Dimencionamiento de los Apoyos de Neopreno
Dimencionamiento
Vt =
Fc =
e=
t=
75.92
72.00
4.10
1.30
Ton
kg/cm2
cm
cm
A=
LóC=
L=
Fcadm =
=
8LC
t(L+C)
75917.1
72.0 cm
1054.4
=
1054.40 cm2
=
32.47 cm
40.0 cm
105.49 kg/cm2
C=
30.0 cm
63.26
<
105.49 kg/cm2
63.26
<
72.00
¡SE ACEPTAN LAS DIMENCIONES!
Espesor
Losa
Trabe
Cms
Diaf
=
=
=
=
Peso / Puente =
118.46
182.62
61.34
17.16
Obtencion de la Fuerza sismica de los apoyos
Ton
Ton
Ton
Ton
379.59 Ton
entonces:
Fs =
Para una mitad del puente =
Fs =
0.5
190
c(W)
Q
donde:
c=
Q=
0.5
4
x
4
190
=
24
Ton
Ton
kg/cm2
La fuerza sismica que le tocara a cada neopreno, sera, la fuerza sismica dividida entre el # de trabes.
Fs =
24
=
4.7
Ton / neopreno
5
La deformacion para el neopreno por fuerza sismica sera:
4.1 cm de espesor, con dureza
Proponiendo un neopreno de
s=
Fs * T
M*A
s=
19454
18144
Donde:
Fs =
T=
M=
A=
=
Fuerza sismica en la cabeza del neopreno
Espesor del neopreno
Modulo, dependiendo de la dureza del neopreno (215 psi)
Area del neopreno
1.1 cm
La deformacion para el neopreno por temperatura será:
t=
t=
60
Donde:
Tp = Temperatura
L = longitud del claro
0.000011 x Tp*(L/2)
Tp =
20
C°
L=
2000 cm
0.2 cm
Entonces la deformacion total sera:
T=
s
+
t
=
1.292 cm
La deformacion a esfuerzo cortante no debe sobrepasar el valor de 50%
Deformacion horizontal
Espesor de apoyo
Deformacion al esfuerzo cortante =
v=
1.3
4.1
=
0.32
=ó<
0.5
=ó<
0.5
¡LA PROPUESTA ES ACEPTABLE!
PUENTE " PASO DE GATOS "
DISEÑO DE PILOTES
Revicion por esbeltez:
r =
D =
120
cm
K =
2
L =
400
cm
I = 10178760 cm4
A = 11,309.73 cm2
KL =
800
KL/r = 26.67
>
I
A
r =
22
KL
r
30
radio de giro
cm
Relación de esbeltez
Se considera Esbelta.
Diseño por flexocompresion:
Momento en el empotramiento
M=
Factor de carga
Mu =
para h =
4.00 m
84.3 Ton-m
P=
108.41 Ton
FC =
1.3
109.7 Ton-m
Pu=
140.9
Constantes de cálculo
f´c=
250
Kg/cm2
Fy=
4200 Kg/cm2
fs=
2100 Kg/cm2
fc=
112.5 Kg/cm2
n=
10
f*c=
200
Kg/cm2
f"=
170
D=
d=
r=
FR=
d/D=
FR=
120
104
8
0.85
0.87
0.85
Ton
cm
cm
cm
Cálculo de K
Pu
K = ----------------------- =
FR D 2 f"c
Cálculo de R
Mu
R = ----------------------- =
FR D 3 f"c
q =
0.25
0.068
0.044
Porcentaje de acero
r = q f"c / fy = 0.0101
r = 4 As / p D2 =
2
As = r p D 2 /4 =
114.44 cm
Porcentaje de acero mínimo por aplicar
r mín = 0.0140
As
mín
=
158.336 cm2
Utilizando Var.
#8
tenemos
31.2
Se colocaran
32
Varillas
#8
Utilizando Var.
#6
tenemos
55.2
Se colocaran
64
Varillas
#6
OK
La longitud de las varillas sera de 1.5 veces la altura del empotramiento.
En el resto de los pilotes.
108.41 Ton
P=
Factor de carga
=
5.89
Ton-m
Mu=
7.66
Ton-m
1.3
140.929 Ton
Pu =
M=
Constantes de cálculo
f´c=
Fy=
fs=
fc=
n=
f*c=
f"=
Cálculo de K
250
4200
2100
112.5
10
200
170
Kg/cm2
Kg/cm2
Kg/cm2
Kg/cm2
D=
d=
r=
FR=
d/D=
FR=
Pu
K = ----------------------- =
FR D 2 f"c
120
104
8
0.85
0.87
0.85
cm
cm
cm
0.068
Cálculo de R
Mu
R = ----------------------- =
FR D 3 f"c
q =
0.00307
0.2
Porcentaje de acero
r = q f"c / fy =
0.0081
r = 4 As / p D2
As = r p D 2 /4
=
91.55
cm2
Porcentaje de acero mínimo por aplicar
r mín = 0.0100
As mín = 113.10 cm2
Utilizando Var.
#8
tenemos
22.3
Se colocaran
24
Varillas
#8
Utilizando Var.
#6
tenemos
39.4
Se colocaran
40
Varillas
#6
Las varillas seran hasta la profundidad de desplante.
OK
Revision de Diseño por cortante
V=
25.70
Ton
Colocando estribos con varillas
se tiene
V=
24.41
#4
Ton
con un espaciamiento de
20 cm
Colocando estribos con varillas
se tiene
V=
48.82
#4
Ton
con un espaciamiento de
10 cm
Contribución del concreto
Se utilizaran Var.
#4
Cortante en el Empotramiento
V=
con un espaciamiento de
V=
66.94
El cortante es absorvido en su totalidad
Se utilizaran Var.
#4
Cortante en el resto del pilote
0.29 ( f´c )
Ton
42.53
El cortante es absorvido en su totalidad
=
18.13
Ton
25.70
Ton
25.70
Ton
10 cm
>
OK
con un espaciamiento de
V=
1/2
Ton
OK
20 cm
>