Memoria de Cálculo Puente Vehicular Tehuacán, Puebla

PU-CA-01
Memoria De Cálculo Estructural
Proyecto: PUENTE VEHICULAR CAÑADA, UBICADO EN EL KM 1+760 DE LA
CARRETERA E.C. TEHUCAN-TEOTITLAN –SAN ANTONIO CAÑADA EN EL
MUNICIPIOS DE TEHUACAN
Ubicación: Tehuacán, Puebla.
Fecha: MAYO de 2023.
Diseño Estructural: Mi Estructura
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Contenido
1.
DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO. ................................................................................... 3
2.
DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA. ............................................................................................ 6
2.1
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES DEL SISTEMA ESTRUCTURAL.................................... 9
3.
CARGAS APLICADAS.................................................................................................................. 11
4.
COMBINACIONES DE CARGA. ................................................................................................... 12
5.
CRITERIOS DE DISEÑO SÍSMICO. .............................................................................................. 13
4.1 CARACTERIZACIÓN DEL SITIO. .................................................................................................... 14
4.2 CLASIFICACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN SEGÚN SU DESTINO. ............................................... 15
4.3 FACTOR DE COMPORTAMIENTO SÍSMICO. ........................................................................... 15
4.4 FACTOR REDUCTIVO POR DUCTILIDAD. ................................................................................. 16
4.5 ESTADOS LÍMITE DE SERVICIO................................................................................................ 17
4.6 ESPECTRO DE DISEÑO SÍSMICO.............................................................................................. 17
6.
ANÁLISIS ESTRUCTURAL. .......................................................................................................... 23
5.1 APLICACIÓN DE CARGAS ........................................................................................................ 25
5.1 REVISIÓN DE LOS ESTADOS LIMITE DE SERVICIO. ................................................................. 27
7.
DISEÑO DE LOS ELEMENTO ESTRUCTURALES. ......................................................................... 30
8.
DISEÑO DE LA CIMENTACIÓN................................................................................................... 37
9.
CONCLUSIONES. ........................................................................................................................ 40
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DISEÑO ESTRUCTURAL
El diseño estructural de una casa habitación se ocupa de garantizar que la casa sea segura
y capaz de soportar las cargas a las que estará sometida durante su vida útil. Esto incluye
tanto cargas estáticas, como el peso propio y cargas dinámicas, como sismos, autos. En este
documento se presenta detalladamente el proceso del análisis estructural, considerando
como base las normas vigentes; para el análisis sísmico se utilizó: Código ACI 318S – 14,
Especificaciones para puentes carreteros de la American Association of State highway and
Transportation Officials (AASHTO).
Normativa SCT.
Términos de referencia de la S.C.T.
Manual de Diseño de Obras Civiles de C.F.E. – Diseño por Sismo 2015.
.
1. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO.
Se nos solicitó realizar el análisis y diseño estructural del proyecto denominado “PUENTE
CAÑADA”, la cual estará ubicada en el km 1+760 del camino rural E.C.(Tehuacán - Teotitlán) San Antonio Cañada, el cual se pretende construir en el Municipio de Tehuacán, Puebla. a partir
de sus requerimientos de servicio.
Se realizará el análisis y diseño estructural de los siguientes elementos:
•
Pilas
•
Capiteles
•
Estribo/ Caballete
•
Contenciones
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Figura 1 Vista General del Puente
Figura 2 Vista en planta de Puente.
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Figura 3 Corte isométrico de puente
Figura 4 Zona de capitel pilas
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2. DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA.
El puente “Cañada” estará formado por un solo tramo simplemente apoyado de una
longitud total de 23.00 metros, alojando un alineamiento sin esviaje. Así mismo el trazo
vertical tendrá una pendiente uniforme con una altura del orden de 2.02 m al nivel del NADI
del cauce con respecto al nivel del lecho inferior de la trabe, permitiendo así el paso libre
del cauce de agua. Se proyectará la superestructura del puente para tener un ancho total
de 9.00 metros, proyectado para dos carriles de tránsito y guarniciones de 25 centímetros
con banquetas de 75 centímetros de cada lado, la estructura se supondrá cargada con un
vehículo de diseño T3-S2-R4 Tipo I de 72.5 ton/camión y un vehículo T3-S3.
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ESTRUCTURAL.
SUPERESTRUCTURA.
La superestructura está formada por un tramo de 23.00 metros, alojando un trazo no
esviajado en planta y en una pendiente vertical uniforme, el tablero estará conformado por
una losa maciza de 20 centímetros de espesor en toda su longitud, apoyadas sobre 5 trabes
tipo AASHTO III de 115 centímetros de peralte. Así mismo la losa soportará una carpeta
asfáltica 4.0 centímetros de espesor, la guarnición al borde del tablero tendrá un ancho de
25 centímetros más 75 de banqueta, esto de acuerdo con el manual de proyectos tipo de
concreto reforzado de la SCT.
Las losas tendrán una resistencia normal a la compresión a 28 días (f´c) de 250 Kg/cm2,
mientras que las trabes serán de concreto presforzado de un f’c = 400 kg/cm2 las cuales
trabajan en colaboración con la losa del tablero, con un ancho total de 9.00 metros.
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Figura 5 sección Transversal
Figura 6 Sección de Viga AASHTO
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Figura 7 Vista en Planta de puente
SUPERESTRUCTURA.
La subestructura del puente “Cañada” está formado por dos estribos de concreto reforzado
ambos diseñados con un f´c=250 kg/cm2, no esviajados conforme lo indica el trazo del
proyecto. Así mismo el cuerpo de estribos descansaran sobre zapatas a una elevación de
1349.13 m y 1345.18 m. apoyadas sobre pilotes de punta, conforme y respecto a lo indicado
en el estudio de mecánica de suelos. La cimentación de los apoyos extremos será de tipo
combinada, de acuerdo con la mecánica los pilotes deberán estar desplantados a la
elevación de 1319.18 m y 1315.23 m con una capacidad de carga de 362.76 Ton/Pila y 404.5
Ton/Pila. respectivamente.
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Figura 8 Capacidad por Pila y Fuste
2.1 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES DEL SISTEMA ESTRUCTURAL.
Para el análisis y diseño estructural del proyecto se consideraron los siguientes materiales,
se deben cumplir con las especificaciones descritas en cada apartado a fin de garantizar que
la estructura trabaje de manera adecuada.
•
ACERO DE REFUERZO.
Todo el acero especificado de diámetro mayor al número 2 (1/4") deberá ser con una
resistencia nominal a la fluencia de fy= 4200 kg/cm2 y cumplir con la norma NMX-C-407ONNCCE o NMX-B-457 CANACERO.
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La malla electrosoldada de acero corrugado para refuerzo de concreto deberá contar con
una resistencia nominal a la fluencia mínima de fy= 5000 kg/cm2 de cumplir con la norma
NMX-B-290-CANACERO.
El acero de refuerzo especificado como Armex deberá cumplir con todo lo dispuesto en las
normas NMX-B-072-CONACERO, NMX-B-253-CONACERO y NMX-B-456-CONACERO además
de cumplir con una resistencia nominal a la fluencia mínima de fy= 6000 kg/cm2.
El acero de refuerzo por confinamiento denominado alambrón, debe cumplir con la norma
NMX-B-365-CANACERO y contar con un esfuerzo de fluencia mínimo de fy= 2100 kg/cm² y
lo especificado en la NTC-CDMX-2017.
•
CONCRETO
Será de clase 1 y 2, de conformidad con las normas técnicas para diseño y construcción de
estructuras de concreto complementaria del reglamento de construcciones para la Ciudad
de México. Deberá ser fabricado con Cemento Portland Ordinario (CPO) y agregados de
peso normal con tamaño máximo de 19 mm, libres de impurezas y sustancias extrañas, al
igual el agua que se use para hacer la mezcla. Todo el concreto especificado para secciones
estructurales deberá tener las siguientes propiedades.
f'c mínima de 250 kg/cm2 para LOSA, CABALLETE Y OREJAS.
Resistencia de concreto a compresión. 2.1.2 de las NTC-CDMX-2017
f’’c= 0.85 f’c= 213 kg/cm2.
[ (f_c")/f_y (6000 β_1)/(f_y+6000) ]
Ecuación 5.1.1 de las NTC-CDMX-2017 Diseño De Elementos De Concreto.
Porcentaje balanceado. Pb=0.0253.
P_máx=0.90 Pb Apartado 8.2.2 de las NTC-CDMX-2017. Diseño De Elementos De Concreto.
Pmáx = 0.90 pb = 0.02277.
Porcentaje máximo para elementos estructurales en zonas sísmicas.
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P_mín=(0.70 √(f'c))/fy Ecuación 5.1.18 de las NTC-CDMX-2017. Diseño De Elementos De
Concreto.
Pmín = 0.00264
Porcentaje mínimo para elementos estructurales en zonas sísmicas.
Módulo de elasticidad del concreto:
E=14000 √(f’c) Apartado 2.1.4 de las NTC-CDMX-2017. Diseño De Elementos De Concreto.
E=221,359.44 kg/cm2.
f'c mínima de 400 kg/cm2 para TRABES AASTHO
3. CARGAS APLICADAS.
El análisis de cargas en una estructura es el proceso de determinar las cargas a las que estará
sometida la estructura y como se transmitirán por sus elementos estructurales de acuerdo
con el sistema estructural empleado. El análisis de cargas es un paso clave en el diseño
estructural y es necesario para garantizar que la estructura cumplirá con los requisitos de
seguridad y estabilidad necesarios.
Hay varios tipos de cargas a considerar en el análisis de una estructura, tales como:
•
Cargas VIVAS:
Para la aplicación de las cargas vivas unitarias se deberá tomar en consideración las
siguientes disposiciones:
a) La carga viva máxima Wm se deberá emplear para el diseño estructural por fuerzas
gravitacionales y para calcular asentamientos inmediatos en suelos, así como para
el diseño estructural de los cimientos ante cargas gravitacionales.
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b) La carga instantánea Wa se deberá usar para el diseño sísmico y por viento y cuando
se revisen distribuciones de carga más desfavorables que la uniformemente
repartida sobre toda el área.
c) La carga media W se deberá emplear en el cálculo de asentamientos diferidos y para
el cálculo de flechas diferidas; y
d) Cuando el efecto de la carga viva sea favorable para la estabilidad de la estructura,
como el caso de problemas de flotación, volteo y de succión por viento, su
intensidad se considerará nula sobre el área, a menos que pueda justificarse otro
valor.
e) Los efectos de las cargas vivas móviles se medirán con base en la magnitud de la
carga vehicular siguiente:
f) Camión T3-S2-R4 Tipo I de 72.5 ton/camión, en dos carriles de tránsito.
g) La carga considerada actúa en un carril de tránsito, con un ancho de 3.50 m medidos
perpendicularmente al eje longitudinal del puente.
•
Cargas MUERTAS:
Para fines de diseño, se considerará la carpeta asfáltica con un espesor de 12 cm.
El peso de guarniciones, parapetos y banquetas será calculado conforme al
presentado en planos así como el Peso propio
4. COMBINACIONES DE CARGA.
Para el caso de las combinaciones de carga estáticas nos basamos en lo indicado en la
Normativa AASHTO, en donde la primera combinación (por cargas verticales) considera la
carga viva, y las demás combinaciones donde involucra el sismo (cargas horizontales),
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desprecia la carga viva considerando que cuando se presente un evento de ese tipo es muy
poco probable que el puente presente carga viva en la longitud del mismo.
A continuación, se presentan las cargas y combinaciones que se utilizaron para el modelo
estructural:
PP: Peso propio de los elementos principales (Incluye trabes, cabezales, losa y columnas).
SC: Sobre carga muerta (Incluye peso de pavimento, guarnición, banqueta y barandal).
CV: Carga Viva camión T3-S2-R4, aunque en este caso en el análisis sísmico por ser puente
carretero es igual a cero de acuerdo con la normativa AASHTO, en puentes urbanos se
recomienda considerar la carga viva en las combinaciones de sismo. El factor de
concentración de carga viva es igual a uno
Sismo en X y Sismo en Y.
5. CRITERIOS DE DISEÑO SÍSMICO.
La República Mexicana está situada en una zona de alta actividad sísmica y tiene una amplia
variedad de terremotos cada año. Los terremotos son causados por la actividad tectónica
de placas, y el país está ubicado sobre tres placas tectónicas: la placa de Cocos, la placa de
Norteamérica y la placa del Caribe. Esta ubicación geográfica hace que el país sea propenso
a terremotos de intensidad moderada a alta.
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4.1 CARACTERIZACIÓN DEL SITIO.
A falta de un estudio sísmico detallado de la zona en la que se desplantará la estructura, se
optó por utilizar el Manual de Diseño de Obras Civiles de la Comisión Federal de Electricidad
en su versión de 2015
La Regionalización Sísmica del Manual de Diseño de Obras Civiles de la Comisión Federal de
Electricidad en su versión de 1993 es un sistema utilizado por la Comisión Federal de
Electricidad (CFE) en México para dividir el país en diferentes regiones sísmicas basándose
en la intensidad sísmica esperada en cada área. Esto permite a la CFE determinar el nivel de
diseño sismorresistente necesario para las estructuras eléctricas y de telecomunicaciones
en cada región.
La Regionalización Sísmica CFE divide al país en cuatro regiones sísmicas principales:
1. Zona A: incluye las zonas con menor intensidad sísmica y las estructuras eléctricas y
de telecomunicaciones deben estar diseñadas para resistir terremotos de intensidad
moderada.
2. Zona B incluye las zonas con intensidad sísmica moderada y las estructuras eléctricas
y de telecomunicaciones deben estar diseñadas para resistir terremotos de
intensidad moderada a alta.
3. Zona C: incluye las zonas con intensidad sísmica alta y las estructuras eléctricas y de
telecomunicaciones deben estar diseñadas para resistir terremotos de intensidad
alta a muy alta.
4. Zona D: incluye las zonas con intensidad sísmica muy alta y las estructuras eléctricas
y de telecomunicaciones deben estar diseñadas para resistir terremotos de
intensidad muy alta.
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5.
Figura 9 Regionalización sísmica de acuerdo a PRODISIS
De acuerdo con el mapa de regionalización sísmica generado en PRODISIS de la figura 5,
4.2 CLASIFICACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN SEGÚN SU DESTINO.
Atendiendo a la seguridad estructural aconsejable para la estructura, las construcciones de
clasifican según su destino. Para este proyecto, la estructura se clasificó perteneciente al
Grupo C.
GRUPO B.
Estructuras en que se requiere un grado de seguridad intermedio. Construcciones cuya falla
estructural ocasionaría pérdidas de magnitud intermedia o pondría en peligro otras
construcciones de este grupo o del A, tales como naves industriales, locales comerciales,
estructuras comunes destinadas a vivienda u oficinas, salas de espectáculos, hoteles,
depósitos y estructuras urbanas o industriales no incluidas en el grupo A, así como muros
de retención, bodegas ordinarias y bardas con altura mayor a 2.5 m. También se incluyen
todas aquellas estructuras de plantas de generación de energía eléctrica que en caso de
fallar por temblor no paralizaran el funcionamiento de la planta.
4.3 FACTOR DE COMPORTAMIENTO SÍSMICO.
Una de las formas de caracterizar a las estructuras es en función de su ductilidad, consiste
en el empleo del factor de comportamiento sísmico Q, el cual en realidad no sólo está
asociado a la ductilidad estructural, sino también a la estructura misma, al deterioro o
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efecto que puede llegar a contrarrestar gran parte de la capacidad extra en la resistencia
que suministra la ductilidad y a reservas de capacidad ante carga sísmica que los métodos
convencionales de diseño no consideran.
Para las distintas estructuras comprendidas dentro de la clasificación por tipos considerara
se adoptarán los siguientes valores del factor de comportamiento sísmico.
Se usará Q = 2 Los caballetes se analizarán para la posición de los vehículos de diseño más
crítica, considerando ambos carriles de tránsito cargados por el vehículo de diseño y su
factor de presencia múltiple correspondiente a fin de obtener los elementos mecánicos
críticos (momento flexionante y fuerza cortante) de diseño. Las consideraciones sísmicas se
establecerán en función de la ubicación del puente, tomando para el análisis un factor de
comportamiento sísmico Q = 2 para el análisis y diseño de pilas y cabezal, y Q = 4 para la
superestructura.
Se efectuará el análisis elástico de las trabes o tabletas (revisión por esfuerzos de trabajo) y
un análisis plástico de las trabes o tabletas (cargas últimas contra resistencia última de las
mismas).
En todo elemento de concreto se llevará a cabo el diseño conforme se especifica en la
normativa vigente para elementos sometidos a flexión y flexocompresión. Se podrá
emplear el uso de modelación en software especializado de análisis y diseño estructural
4.4 FACTOR REDUCTIVO POR DUCTILIDAD.
Para fines de diseño será necesario tener en cuenta el comportamiento inelástico de la
estructura, aunque sea de manera aproximada. Para ello, las ordenadas espectrales se
podrán reducir dividiéndose entre el factor reductivo Q’ a fin de obtener las fuerzas sísmicas
reducidas por ductilidad. Para cualquier tipo de estructura, el factor reductivo se calculará
como sigue:
𝑄 ′ = 1 + (𝑄 − 1)
𝑇
; 𝑠𝑖 𝑇 < 𝑇𝑎
𝑇𝑎
𝑄 ′ = 𝑄 𝑠𝑖 𝑇 > 𝑇𝑎
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Dónde:
T = periodo fundamental de vibración cuando se emplee el análisis estático e igual al
periodo natural de vibración del modo que se considere cuando se emplee el análisis modal
espectral.
Ta = primer periodo característico del espectro de diseño.
4.5 ESTADOS LÍMITE DE SERVICIO.
Se verificará que la estructura no alcance ninguno de los estados límite de servicio
siguientes.
1. Desplazamientos horizontales: Las diferencias entre los desplazamientos laterales
de pisos consecutivos debidos a las fuerzas cortantes horizontales, calculadas con
alguno de los métodos de análisis sísmico, no excederán a 0.006 veces la diferencia
de elevaciones correspondientes, salvo que los elementos incapaces de soportar
deformaciones apreciables, como los muros de mampostería, estén separados de la
estructura principal de manera que no sufran daños por las deformaciones de ésta.
En tal caso, el límite en cuestión será de 0.12.
4.6 ESPECTRO DE DISEÑO SÍSMICO.
Un espectro de diseño sísmico es un gráfico que se utiliza en el diseño sismorresistente de
estructuras para representar la intensidad sísmica esperada en una zona y el
comportamiento dinámico de la estructura durante un terremoto.
Como ya se mencionó anteriormente, el análisis y diseño por sismo se realizó con base en
el Manual de la CFE en su versión de 1993, donde, las ordenadas del esepctro de
aceleraciones para diseño sísmico, a, expresadas como fracción de la aceleración de la
gravedad, están dadas por las siguientes expresiones:
𝑎 = 𝑎0 + (𝑐 − 𝑎0 )
𝑎 = 𝑐;
𝑇
; 𝑠𝑖 𝑇 < 𝑇𝑎
𝑇𝑎
𝑠𝑖 𝑇𝑎 ≤ 𝑇 ≤ 𝑇𝑏
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𝑇𝑏
𝑎 = 𝑐( )𝑟 ;
𝑇
𝑠𝑖 𝑇 > 𝑇𝑏
Dónde:
a0 = coeficiente de aceleración del terreno.
C = coeficiente sísmico.
T = periodo natural de interés.
Ta y Tb son dos periodos característicos que delimitan la meseta.
R = exponente que define parte de la curva del espectro de diseño.
Tabla 1 Espectros de diseño para estructuras del grupo B.
Zona
Sísmica
Tipo de Suelo
A
A
A
B
B
B
C
C
C
D
D
D
l
ll
lll
l
ll
lll
l
ll
lll
l
ll
lll
a0
0.02
0.04
0.05
0.04
0.08
0.10
0.36
0.64
0.64
0.50
0.86
0.86
c
Ta (s)
Tb (s)
r
0.08
0.16
0.20
0.14
0.30
0.36
0.36
0.64
0.64
0.50
0.86
0.86
0.20
0.30
0.60
0.20
0.30
0.30
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.60
1.50
2.90
0.60
1.50
2.90
0.60
1.40
1.90
0.60
1.20
1.70
1/2
2/3
1
1/2
2/3
1
1/2
2/3
1
1/2
2/3
1
Tabla 2 Parámetros sísmicos considerados.
Los espectros de diseño especificados son aplicables a estructuras del grupo B. Para
estructuras del grupo A, los valores de las ordenadas deberán multiplicarse por 1.5, a fin de
tener en cuenta la importancia de la estructura. Cabe aclarrar que los espectros de diseño
estipulados son válidos para estructuras de edificios.
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Parametros Sísmicos
Grupo de la Estructura
Zona Sísmica
Terreno Tipo
Aceleración del terreno a0
B
C
ll
0.640
Coeficiente sísmico C
Ta (s)
0.640
0.000
Tb (s)
r
Factor de comportamiento
Sismico Q
Factor de corección por
irregularidad K
1.400
0.667
2.000
0.700
Factor de reducción por ductilidad
T(s)=
Q'=
0.100
2
Periodo de la estructura
Factor de reducción por ductilidad
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Figura 10 Espectro de diseño CFE
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Figura 11 Espectro de diseño modificado por Q’
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T
0
0.00
1.40
1.45
1.50
1.55
1.60
1.65
1.70
1.75
1.80
1.85
1.90
1.95
2.00
2.05
2.10
2.15
2.20
2.25
2.30
2.35
2.40
2.45
2.50
2.55
2.60
2.65
2.70
2.75
2.80
2.85
2.90
2.95
3.00
3.05
3.10
3.15
3.20
3.25
3.30
3.35
3.40
3.45
3.50
a
0.64
0.64
0.64
0.63
0.61
0.60
0.59
0.57
0.56
0.55
0.54
0.53
0.52
0.51
0.50
0.50
0.49
0.48
0.47
0.47
0.46
0.45
0.45
0.44
0.43
0.43
0.42
0.42
0.41
0.41
0.40
0.40
0.39
0.39
0.39
0.38
0.38
0.37
0.37
0.37
0.36
0.36
0.35
0.35
0.35
Q
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Q'
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
2.000
Q' k
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
1.40
a/Q' k
0.4571
0.4571
0.4571
0.4466
0.4366
0.4272
0.4182
0.4097
0.4016
0.3940
0.3866
0.3796
0.3729
0.3665
0.3604
0.3545
0.3489
0.3434
0.3382
0.3332
0.3283
0.3237
0.3192
0.3148
0.3106
0.3065
0.3026
0.2987
0.2950
0.2915
0.2880
0.2846
0.2813
0.2781
0.2750
0.2720
0.2691
0.2662
0.2635
0.2607
0.2581
0.2555
0.2530
0.2506
0.2482
Página 22 de 42
PU-CA-01
6. ANÁLISIS ESTRUCTURAL.
El análisis estructural es una disciplina que se ocupa del estudio de la resistencia, la
estabilidad y el comportamiento de las estructuras sometidas a cargas y fuerzas externas.
El análisis estructural puede ser realizado mediante el uso de herramientas analíticas, como
el análisis matemático y el uso de modelos y simulaciones, o mediante el uso de métodos
experimentales. Es clave en el diseño y la construcción de estructuras, ya que permite
evaluar la resistencia y la estabilidad de las mismas y garantizar que cumplan con los
requisitos de seguridad y funcionalidad.
Figura 12 Modelo matemático de la estructura.
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PU-CA-01
Figura 13 Modelo matemático de la estructura.
Figura 14 Deformación de la estructura ante cargas gravitacionales.
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PU-CA-01
5.1 APLICACIÓN DE CARGAS .
Figura 15 Vehículo de diseño ACCESO solo un sentido
Figura 16 Vehículo de diseño MITAD solo un sentido
Figura 17 Vehículo de diseño SALIDA solo en un sentido
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PU-CA-01
Figura 18 Vehículo (2) de diseño ACCESO y SALIDA
Figura 19 Vehículo (2) de diseño ACCESO y SALIDA (MITAD)
Figura 20 Vehículo (2) de diseño ACCESO y SALIDA
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PU-CA-01
5.1 REVISIÓN DE LOS ESTADOS LIMITE DE SERVICIO.
La revisión de los desplazamientos relativos es un proceso que se lleva a cabo en el análisis
y el diseño sismorresistente de estructuras con el objetivo de evaluar el comportamiento
de la estructura durante un terremoto y minimizar los daños. Los desplazamientos relativos
se refieren a los movimientos o deformaciones que ocurren en la estructura durante un
terremoto, y pueden ser causados por la acción sísmica directa o por el efecto de la
resonancia dinámica.
De acuerdo con el inciso 4.5, la estructura no deberá tener desplazamientos relativos
mayores a 0.012.
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PU-CA-01
Tabla 3 Revisión de estados limite en dirección X.
Nivel
Nudo
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116
134
136
164
166
176
154
1
2
160
162
7
124
182
111
144
152
118
120
122
112
114
126
128
130
132
146
148
150
170
172
174
178
180
184
186
189
190
192
194
196
198
8
Caso de
carga
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Sx Drift
Disp X
cm
0.5474
0.5099
0.5002
0.5002
0.5002
0.5099
0.5055
0.5055
0.5055
0.5055
0.5055
0.5305
0.5418
0.5291
0.5474
0.5112
0.5112
0.5418
0.5418
0.5418
0.5474
0.5474
0.5333
0.5333
0.5302
0.5157
0.5112
0.5112
0.5112
0.5235
0.5099
0.5099
0.5057
0.536
0.5224
0.5382
0.5382
0.5291
0.5208
0.5208
0.5291
0.5224
0.536
Drift X
ɣ Max
Criterio
0.000888
0.000792
0.000767
0.000767
0.000767
0.000792
0.000781
0.000781
0.000781
0.000781
0.000781
0.000844
0.000873
0.000841
0.000888
0.000795
0.000795
0.000873
0.000873
0.000873
0.000888
0.000888
0.000852
0.000852
0.000844
0.000807
0.000795
0.000795
0.000795
0.000827
0.000792
0.000792
0.000781
0.000858
0.000824
0.000864
0.000864
0.000841
0.00082
0.00082
0.000841
0.000824
0.000858
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
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Cumple
Cumple
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Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
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PU-CA-01
Tabla 4 Revisión de estados limite en dirección Y.
Nivel
Nudo
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116
134
136
164
166
176
154
1
2
160
162
7
124
182
111
144
152
118
120
122
112
114
126
128
130
132
146
148
150
170
172
174
178
180
184
186
189
190
192
194
196
198
8
Caso de
carga
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Sy Drift
Disp Y
cm
0.468
0.2526
0.2526
0.3122
0.272
0.272
0.468
0.4144
0.3562
0.3214
0.3122
0.3122
0.3122
0.468
0.6723
0.6723
0.468
0.468
0.3654
0.3351
0.6273
0.517
0.3122
0.2526
0.2526
0.2526
0.6273
0.517
0.4926
0.3122
0.3122
0.292
0.272
0.468
0.468
0.6273
0.6425
0.6425
0.6425
0.6273
0.5534
0.517
0.517
Drift Y
ɣ Max
Criterio
0.001099
0.000443
0.000443
0.000658
0.000524
0.000524
0.001099
0.000953
0.000789
0.000686
0.000658
0.000658
0.000658
0.001099
0.001632
0.001632
0.001099
0.001099
0.000816
0.000727
0.001516
0.001229
0.000658
0.000443
0.000443
0.000443
0.001516
0.001229
0.001165
0.000658
0.000658
0.000593
0.000524
0.001099
0.001099
0.001516
0.001555
0.001555
0.001555
0.001516
0.001325
0.001229
0.001229
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
0.012
Cumple
Cumple
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Cumple
Cumple
Cumple
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Cumple
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Cumple
Cumple
Cumple
Cumple
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Se observa en las tablas anteriores, que la estructura no supera el valor máximo de
distorsión permisible de 0.012, tanto en la dirección X como en la dirección Y.
7. DISEÑO DE LOS ELEMENTO ESTRUCTURALES.
El diseño de elementos estructurales se encarga del cálculo y dimensionamiento de
elementos estructurales, como trabes, columnas, cables, arcos, losas, etc., para garantizar
que cumplan con las necesidades de resistencia y rigidez requeridas para soportar las cargas
a las que estarán sometidos.
En el diseño de elementos estructurales, se tienen en cuenta factores como la resistencia y
el tipo de carga a la que estará sometida la estructura, el material que se utilizará para
fabricar los elementos estructurales, y las condiciones ambientales y geotécnicas en las que
estará situada la estructura.
Para realizar el diseño de elementos estructurales, se utilizan diversos métodos y
herramientas, como el cálculo estructural por elementos finitos, el análisis estructural por
el método de los factores de carga y de reducción, o el análisis de la estabilidad de la
estructura. Además, se deben cumplir con ciertas normativas y regulaciones que establecen
los requisitos mínimos de seguridad para las estructuras.
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PU-CA-01
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PU-CA-01
Figura 21 Diseño de Pila
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PU-CA-01
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
P
3451479.42
3132714.39
2814094.09
2421384.45
1974524.98
1482493.11
1026243.62
597676.61
192871.04
-172264.43
-486190.72
M3
0
18070857.5
34062533.6
48437012.3
58933411.1
64880714.4
62893001
53995530.7
39363060.6
20508633.1
0
Figura 22 Diagrama de interacción axial-M3
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PU-CA-01
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
P
3451479.42
3132714.39
2814094.09
2421384.45
1974524.98
1482493.11
1026243.62
597676.61
192871.04
-172264.43
-486190.72
M2
0
18070857.5
34062533.6
48437012.3
58933411.1
64880714.4
62893001
53995530.7
39363060.6
20508633.1
0
Figura 23 Diagrama de interacción axial-M2
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PU-CA-01
Figura 24 Momentos en Shell m33
Figura 25 Momentos en Shell m22
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PU-CA-01
Figura 26 Esfuerzos de Corte en Caballete 1
Figura 27 Esfuerzos de Corte en Caballete 2
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PU-CA-01
8. DISEÑO DE LA CIMENTACIÓN.
El diseño de cimentaciones es una parte importante del proceso de construcción de un
edificio o estructura. Se trata de determinar la forma y el tamaño de la cimentación
necesarios para soportar el peso de la estructura de manera segura y estable.
Existen diversos factores que deben tenerse en cuenta al diseñar una cimentación, tales
como:
•
El tipo de suelo en el que se va a construir. Los suelos más adecuados para soportar
cargas son aquellos que tienen una buena capacidad portante, es decir, que son
capaces de soportar grandes pesos sin deformarse demasiado.
•
La carga que actúa sobre la cimentación. Esta carga incluye el peso de la estructura
y de todos los elementos que se van a colocar encima, como personas, muebles,
vehículos, etc.
•
La ubicación geográfica del edificio. Algunos factores geográficos, como la
intensidad de los terremotos o la presencia de agua subterránea, pueden afectar la
forma y el tamaño de la cimentación que se necesita.
En general, existen dos tipos de cimentaciones: las superficiales y las profundas. Las
cimentaciones superficiales son aquellas que se encuentran a poca profundidad y son
adecuadas para suelos con buena capacidad portante. Las cimentaciones profundas, por
otro lado, se encuentran a mayor profundidad y son necesarias cuando el suelo tiene una
capacidad portante insuficiente.
Al diseñar una cimentación, es importante realizar un estudio de suelos para conocer las
características del terreno y poder elegir la cimentación más adecuada. Además, se deben
tener en cuenta las cargas que actúan sobre la cimentación y asegurarse de que ésta es
capaz de soportarlas de manera segura.
Se consideró una capacidad de carga de 20 Ton/m2 para el diseño de la cimentación, esto
de acuerdo con el estudio de mecánica de suelos realizado por la empresa Perforaciones y
Estudios de Suelos S.A.
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PU-CA-01
La cimentación de la estructura se resolvió mediante zapatas aisladas de concreto reforzado
en conjunto con contratrabes que sirven para dar rigidez al sistema y evitar asentamientos
diferenciales de gran magnitud.
MÓDULO DE REACCIÓN HORIZONTAL
Profundidad
z
(ton/m2)
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
15.00
16.00
17.00
18.00
19.80
Diametro
d
(m)
1.5
Coeficiente Módulo de
del módulo Reacción
de reacción Horizontal
nh
(kg/cm3)
Kh
0.42
0.27
0.47
2.13
1.60
0.48
0.25
0.28
0.36
0.53
0.64
0.60
1.60
1.60
2.10
2.10
2.10
2.10
2.10
0.28
0.36
0.94
5.68
5.33
1.92
1.17
1.49
2.16
3.53
4.69
4.80
13.87
14.93
21.00
22.40
23.80
25.20
27.72
Figura 28 módulos de reacción horizontal en pilas
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PU-CA-01
Figura 29 Esfuerzos generados en el terreno
Figura 30 Esfuerzos generados en terreno por caballete 1
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PU-CA-01
Figura 31 Esfuerzo generados en terreno caballete 2
9. CONCLUSIONES.
Se ha analizado distintos elementos estructurales correspondientes a PILAS, CABALLETES,
LOSA DE CABALLETES los cuales como se aprecia en la presente memoria no existente
alguna complicación en su construcción .
Hablando desde el aspecto estructura como la interacción suelo-estructura.
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PU-CA-01
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PU-CA-01
Equipo de proyecto:
Ing. Edgar Iván Bárcenas Pacheco.
Ingeniero estructurista.
Cédula profesional de ingeniero civil: 12363452
Ing. Alejandro Muñoz Mani
Ingeniero estructurista.
Cédula profesional de ingeniero civil: 12141272
Ing. Ricardo Sánchez Mozo.
Ingeniero estructurista.
Cédula profesional de ingeniero civil: 12605132
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