Applied And Interdisciplinary Physics">
Puentes Tipo Losa
Puentes Tipo Losa
Puentes Tipo Losa
(ENTREGA FINAL )
UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA
FACULTAD DE INGENIERIA
INGENIERÍA CIVL
NEIVA-HUILA
2019
Pág.
TABLA DE CONTENIDO...........................................................................................2
1.INTRODUCCIÓN....................................................................................................3
2. OBJETIVOS........................................................................................................... 4
2.1 OBJETIVO GENERAL......................................................................................4
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.............................................................................4
3. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO.............................................................................5
4. DESARROLLO DEL DISEÑO PARA EL PUENTE TIPO LOSA.............................6
4.1 DISEÑO FRANJA INTERIOR...........................................................................7
4.1.1 Pre-dimensionamiento...............................................................................7
4.1.2 Verificación altura mínima de la losa..........................................................8
4.1.3 Determinar # de carriles.............................................................................8
4.1.4 Determinar ancho de franja........................................................................9
4.1.5 Determinación de las cargas permanentes..............................................10
4.1.6 Cálculo de momentos de cargas muertas................................................10
4.1.7 Determinación de las cargas y momentos por cargas vivas.....................11
4.1.8 Amplificación carga dinámica...................................................................17
4.1.9 momento máximo en la losa será.............................................................17
4.1.10 Distribución del momento máximo en el ancho de la franja interior:..........18
4.1.11 Determinación de los momentos últimos:...............................................18
4.1.12 (Armadura principal –acero inferior-).........................................................19
4.1.13 Resistencia Nominal...............................................................................20
4.1.14 cuantía ( ρ ):............................................................................................20
4.1.15 Área de acero requerido longitudinalmente ( ρ ):...................................21
4.1.16 Cantidad de barras.................................................................................21
4.1.17 Separación de barras.............................................................................21
4.1.18 Verificación del espaciamiento...............................................................21
4.1.19 Calculo el módulo de elasticidad del acero de refuerzo ( εs).................21
4.1.20 (Armadura de acero de distribución transversal).......................................23
4.1.21 área de acero requerido transversalmente As(AD)................................24
4.1.21................................................................................................................ 25
2
4.1.22 CONTROL DE FISURACIÓN....................................................................26
4.1.23 Acero de retracción y temperatura.............................................................29
4.1.2.4 ESTADO LÍMITE POR FATIGA............................................................31
Calculo el módulo de elasticidad del acero de refuerzo ( εs)......................48
Área de acero requerido transversalmente As(AD)...........................................50
3
1.INTRODUCCIÓN
Los puentes son obras que han garantizado el desarrollo cultural, intelectual
y económico es por esto que a la hora de diseñar puentes se debe manejar
el mayor profesionalismo posible, donde se tengan en cuenta todos los
parámetros que puedan incidir en afectaciones a los puentes.
En el desarrollo de la ingeniería civil, y en la próxima labor como ingenieros
tenemos que tener en cuenta la normativa vigente en el país y de ser
necesario tener en cuenta las normativas internacionales que nos ayuden a
garantizar que se ejecuten las obras de la manera más correcta.
A continuación, se presentará un diseño tipo losa, siguiendo los lineamientos
dados por la normativa colombiana CCP 14 (Código Colombiano para
puentes).
4
2. OBJETIVOS
5
3. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO
Especificaciones
Luz = 12 metros
Ancho = 10 metros
F’c = 210 kg/cm2
Fy = 4200 –ASTM-706
Alcance
6
4. DESARROLLO DEL DISEÑO PARA EL PUENTE TIPO LOSA
VISTA LONGITUDINAL
VISTA TRANSVERSAL
SECCIÓN BARRERA
7
4.1 DISEÑO FRANJA INTERIOR
4.1.1 Pre-dimensionamiento
m∗1000 mm
s=12 =12000 mm
1m
0.60 m
1m
8
4.1.3 Determinar # de carriles
Donde:
9200 mm
Número de Carriles=
3600
Número de Carriles=2,55
Número de Carriles=2
Donde:
L1: Luz modificada tomada como el menor valor entre la luz real y 18
metros.
9
W1: Ancho modificado del puente borde a borde tomado como el menor
valor entre el ancho real y 18 metros para cargas múltiples de carril o 9
metros para cargas de un solo carril.
10000 mm
E=250+0.42 √ 12000 mm∗9000 mm ≤
2
E=4614,76 mm ≤ 5000mm
E1=4614,76 mm
10000 mm
E=2100+0.12 √ 12000 mm∗10000 mm ≤
2
E=3414,53 mm≤ 5000 mm
E2=3414,53mm
Para poder operar los distintos materiales que existen en la losa y poder
tener en cuenta la variación que tienen por el peso que ejercen sobre la
losa :
10
Ton Ton
Losa=0,60 m∗2,4 ∗1 m=1,44
m 3
m
Ton
Losa=1,44
m
Carga por superficie de rodadura DW (peso propio carpeta de rodamiento y
de las instalaciones):
Capa de rodaura=espesor capa de rodadura∗γ asfalto∗1 m
Ton Ton
Capa de rodaura=0,05 m∗2,25 ∗1m=0,1125
m3
m
Ton
Capa de rodaura=0,1125
m
16∗4,3+ 4∗8,6
x=
36
x=2,866 m
12
OPCIÓN 1
OPCIÓN 2
A y =20,149Ton
M C =66,54
OPCIÓN 3
A y =26,599Ton
M C =26,45 Ton. m
Tándem de Diseño
1,2∗12,5
x=
25
x=0,6 m
OPCIÓN
16
( 5,7∗12,5 m) + ( 6,9 Ton∗12,5 m )
B y=
12 m
B y =13,125 Ton
∑ F Y =A y +B y −12,5−12,5=0
A y =12,5+12,5−B y
A y =12,5+12,5−13,125
A y =11,875 Ton
∑ M s= M s+ (− A y ∗5,7 m )
M s=11,875∗5,7 m
M s=67,6875Ton .m
CARRIL DE DISEÑO
Corresponde a la carga distribuida 1,03 Ton/m:
ton
2 1.03 ∗12m2
wl m
M carril= = =18,128 Ton . m
8 8
17
Momento amplificado=Momento de tandem∗Factor ℑ
Momento amplificado=67,6875Ton. m∗1,33=90,02 Ton . m
108.148Ton .m Ton−m
M ¿+ℑ= =31,67
3.4145 m m
Donde:
γ i=factor de carga :
multiplicador de base estadística que se aplica a las solicitaciones
Q i :Solicitación
ϕ=factor de resistencia:
18
multiplicador base estadistica qye se aplica a laresistencia nominal
Rn =Resistencia nominal
Rr =Resistenciamayorada
Donde:
ηd =factor relacionado con la ductilidad(1.3 .3)
η R=factor relacionadocon la redundancia(1.3 .4)
η I =factor relacionadocon la importancia operativa (1.3 .5)
ηd 1
ηR 1
ηI 1
Resistencia I:
M RI =¿ 1∗[ 1.25 DC +1.5 DW +1.75(¿+ℑ) ] ¿
M RI =¿ 96,47Ton .m ¿
Servicio I:
M SI =¿1∗[ 1.0 DC +1.0 DW +1.0 (¿+ ℑ) ] ¿
M RI=¿ 64,055Ton . m ¿
19
Recubrimiento (5.12.3) Recubrimiento del concreto: El recubrimiento mínimo
sobre las barras principales, incluyendo las barras protegidas con un
recubrimiento de resina epoxi, deberá ser de 25 mm = 2,5 cm.
Mu
Rn=
Φb d 2
9467000 kg . m
Rn=
0.9∗100 cm∗¿ ¿
20
f'c 2 Rn
ρ=0.85
fy( (√
1− 1−
0.85 f ' c ))
( (√
kg
)
kg
ρ=0.85
210
cm 2
1− 1−
(
2∗ 33,416 2
cm )
kg kg
4200 2
0.85∗210
cm c m2
ρ=0.00888
As=47,7122 c m2
As 47,7122c m 2
Cantidad de barra= = =10 barras ¿ 8
Area barra 5.10 c m 2
a
a=β 1∗C Donde c=
β1
Se halla β:
β=0.85−0.05 ( fc−280
70 )
≥ 0.65
kg
β=0.85−0.05 ( 210
c m2
70
−280
)≥ 0.65
β=0.9 ≥ 65
Se halla a:
As fy
a=
0.85 fc∗b
( 10∗5.1 c m2 )∗4200 kg 2
cm
a= =12cm
kg
0.9∗210 ∗100 cm
c m2
Se halla c:
a
c=
β1
12 cm
c=
0,9
22
c=13,33 cm
Se calcula ( ε ¿¿ s)¿:
ε cu ε d−c
= s → ε s=
c d −c ( )
c
∗0.003>0,005
ε s= ( 53,73 cm−13,33
13,33
cm
)∗0.003
ε s=0,0090> 0,005 ( Tensión ) el Φ esta bien supuesto
AD
As AD= ∗áreade acero requerido longitudinalmente
100
15,87 %
As AD= ∗47,7122 c m2=7,57 c m 2
100 %
24
base (100 cm) 100 cm
S= = =16,6 cm≃ 15 cm
cantidad de barras 6
Acero inferior transversal # 4 @ 15 cm
Verificación de espaciamiento
Donde:
25
kg kg
fr=modulo de rotura=2 √ f ' c=2 210
√ cm 2
=28,98
c m2
b h3 h
I= y=
12 2
b h3
I 12
Sc = =
y h
2
2
bh
Sc =
6
100 cm∗60 cm 2
Sc =
6
Sc =60000 cm3
2 kg
M cr =0.75∗( 1.6 ) ∗28,98 2
∗60000 c m3 =3338496 kg . cm
cm
cm∗1 ton
∗1m
1000 kg
M cr =3338496 kg . =33,3849 Ton. m
100
26
Se escoge el menor de esas dos condiciones, es decir, M cr =33,384 Ton. m
Donde:
γ e =factor de exposición
' ∅ 2,54 cm
dc=d =recubrimiento+ =5 cm+ =6,27 cm
2 2
dc 6,27 cm
β s=1+ =1+ =1,115
0.7∗( h−d c ) 0.7∗(60 cm−6,27 cm)
M SI
fss=
As∗J d
27
Relación modular (n):
kg
2 x 10 6
ε c m2
n= s = =9,14
εc kg
√
15100 210
c m2
cm∗x 2 2
100 =466,14 c m ∗( 53,73 cm−x )
2
cm∗X 2 2
0=−100 + 466,14 c m ∗( 53,73 cm−x )
2
X2 2
0=−100 −466,14 c m x +27610,002
2
x=Kd=18,19 cm
28
Kd 18,19 cm
Jd=d− =53,73 cm− =47,66 cm
3 3
m∗1000 kg
∗100 cm
1 ton
M SI =64,055Ton. =6405500 kg . m
1m
As=10∗5,10 c m2=51 c m 2
M SI 6405500 kg . m kg
fss= = 2
=2635,292
As∗J d 51c m ∗47,66 cm c m2
kg kg
Se verifica que fss<fy → 2635,292 2
<4200
cm c m2
kg N
Se hace la conversión del fss de 2 a para poder chequear el
cm mm2
siguiente paso de separación
kg
∗1 cm
c m2
fss=2635,292 ¿¿
123000 γ e
S≤ −2∗d c
β s∗f ss
123000∗1
S≤ −2∗(62,7 cm)
N
( 1.115 )∗263,529
m m2
S=100mm ≤ 293,2 mm
29
4.1.23 Acero de retracción y temperatura
Donde:
750∗1000 cm∗60 cm
A s= =5.0539 c m2
kg
2∗( 1000 cm+60 cm )∗4200
c m2
Se realiza la comparación:
As 5.0539 c m2
Cantidad de barra= = =4 barras ¿ 4
Area barra 1,29 c m2
Se compara:
Separaciónmínima barras>1,905 cm→ 25 cm>1,905 cm
Smáx=25 cm ≤30,8518 cm
Ok
4.1.2.4 ESTADO LÍMITE POR FATIGA
31
Se encuentra una resultante y su fuerza de aplicación, por la acción de las 3
fuerzas que está sobre el camión:
32
CARGA DE CAMIÓN POR FATIGA (OPCIÓN 2)
∑ M s=−5,57∗( A y ) + Ms=0
∑ M s=−5,57∗( 9,28 ) + Ms=0
M s=51,6896 ton .m
35
CARGA DE CAMIÓN POR FATIGA (OPCIÓN 6)
∑ M A =−3,42∗( 16 )−7,72∗( 4 )+ 12 B y =0
85,6
B y=
12
B y =7,13 Ton
∑ M s=−Ms+4,28∗(7,13)=0
M s=30,529
∑ ni γi Qi ≤ ∅ R n=Rr
Donde:
ni =n D∗nR∗n I ≥ 0.95
ni =1∗1∗1≥ 0.95
ni =1≥ 0.95
Ok
Para el diseño por fatiga I, de acuerdo con la carga anterior, se calcula de la
siguiente manera:
M FI=¿ 1.0 [ 1.5≪ +ℑ ] ¿
M FI=¿ 89,4030Ton.m ¿
37
M FI
M FI =
Ancho de franja para un solo carril
89,4030 Ton . m
M FI =
4,61476 m
Ton. m
M FI =19,36
m
Sección 5.5.3 : Las propiedades de la sección para investigaciones de fatiga
deben basarse en secciones fisuradas cuando la suma de los esfuerzos,
debidas a las cargas permanentes y preesfuerzo no mayorados y la
combinación de carga de Fatiga I, es a tracción y excede :
σ tracción=0.80 √ f ´ c
kg
σ tracción=11,59
cm2
Donde:
MDC = Peso propio de los componentes estructurales y de los accesorios no
estructurales
MDw = Peso propio de la carpeta de rodamiento y de las instalaciones
MFI carga de fatiga I divido en el ancho de franja para un solo carril.
M ' FI =¿ 30,24+2,025+19,36 ¿
M ' FI =¿ 51,625¿
38
m∗1000 kg
∗100 cm
1ton
51.625 T .
1m
σ fatiga =
60000 cm3
kg
σ fatiga =86,04
cm2
σ fatiga ≥ σ tracción
kg kg
86,04 2
≥ 11,59 2
cm cm
Se usará la sección agrietada.
Verificación de esfuerzos
Esfuerzo en el refuerzo debido a la carga viva:
M FI
f ¿=
As∗Jd
Donde:
Kd
J d =d−
3
J d =47,66 cm
A s=10∗5,1cm 2
A s=51 cm2
Calculando
m
∗1000 kg
m
∗100 cm
1 ton
19.36 T .
1m
f ¿= 2
51cm ∗47,66 cm
kg
f ¿=796,49
cm2
39
Esfuerzo en el refuerzo debido a la carga viva:
kg
f ¿=796,49
cm2
DC + Dw
f DL =
As∗Jd
30,24 +2,025
f DL =
51cm2∗47,66 cm
1000 kg
∗100 cm
m 1 ton
( 30,24+2,025 ) T . ∗¿
m 1m
f DL = 2
51 cm ∗47,66 cm
kg
f DL =1327,417
cm2
40
kg kg
σ ´ máx =2123,907 2
−1327.417
cm c m2
kg
σ ´ máx =796,49
cm2
N
( ∆ F )TH =166−0.33∗132,74
mm 2
N
( ∆ F )TH =122,19
mm 2
N
2
∗( 1000 mm )2
mm
∗1 kg
( 1 m )2 2
∗( 1m )
m
10 2
s kg
122.19 2
=1493,16 2
( 100 cm ) cm
( ∆ F )TH ≥(∆ f )γ
kg kg
1493,16 2
≥ 796,49 2
cm cm
41
CUMPLE
Einterna
E borde=300 mm+ D borde tablero−carainterna +
4
Donde:
Einterna=3414.53 mm
3414,53 mm
E borde=300 mm+400 mm+
4
3414,53 mm
E borde=300 mm+400 mm+
4
E borde=1553,63mm
AVALUO DE CARGAS
T
Losa=0,60 m∗2,4 ∗1metro
m3
T
Losa=1,44
m
T
Barrera=0,774
m
T
∑ DC =2,214 m
T
Capa de rodamiento=0,05 m∗2,25 ∗1 metro
m3
T
Capa de rodamiento=0.1125
m
wl2
M DC =
8
2
T
2,214 ∗12 m
m
M DC =
8
m
M DC =39,852T .
m
wl2
M DW =
8
43
2
T
0,1125 ∗12 m
m
M Dw =
8
m
M Dw =2,025T .
m
m∗0.30 m+ 0.853
M ¿+ℑ=
[ 0.5∗67,6875 T . m∗1.33+18,54 T .
3.0 m ] =¿
1,5536 m
m
M ¿+ℑ =33.55 T .
m
COMBINACIONES
Para la combinación de fatiga se debe tener en cuenta los factores, dados
para cada estado limite
γ
Carga M + T-m
Resistencia I Servicio I Fatiga I
DC 39,852 1.25 1.0 --
DW 2.025 1.50 1.0 --
LL+IM 33,55 1.75 1.0 1.5
Donde:
Q i :Solicitación
ϕ=factor de resistencia :
multiplicador base estadistica qye se aplica a laresistencia nominal
Rn =Resistencia nominal
Rr =Resistenciamayorada
Donde:
ηd =factor relacionado con la ductilidad(1.3 .3)
η R=factor relacionadocon la redundancia(1.3 .4)
η I =factor relacionadocon la importancia operativa (1.3 .5)
ηd 1
ηR 1
ηI 1
Resistencia I:
M RI =¿ 1∗[ 1.25 DC +1.5 DW +1.75(¿+ℑ) ] ¿
M RI =¿ 111,56Ton. m ¿
Servicio I:
M SI =¿1∗[ 1.0 DC +1.0 DW +1.0 (¿+ ℑ) ] ¿
45
M RI=¿ 75,607Ton . m ¿
Mu
Rn=
Φb d 2
11156000 kg . m
Rn=
0.9∗100 cm∗¿ ¿
46
cuantía (ρ):
f'c 2 Rn
ρ=0.85
fy ( (√
1− 1−
0.85 f ' c ))
( (√
kg
)
kg
ρ=0.85
210
cm 2
1− 1−
(
2∗ 33,416 2
cm )
kg kg
4200 2
0.85∗210
cm c m2
ρ=0.01188
As=63,831 c m2
Cantidad de barras
As 63,831 c m2
Cantidad de barra= = =13 barras ¿ 8
Area barra 5.10 c m2
Separación de barras
47
Verificación del espaciamiento
Para verificar que el espaciamiento que hemos calculado cumpla con el
mínimo establecido en el CCP 14:
1,5 veces el diámetro nominal de las barras 1,5∗2,54 cm=3,81 cm
1,5 veces el tamaño máximo del agregado grueso, o
38 mm = 3,8 cm
Separaciónbarras>3,8 cm
7 cm>3,8 cm
a
a=β 1∗C Donde c=
β1
Se halla β:
β=0.85−0.05 ( fc−280
70 )
≥ 0.65
kg
β=0.85−0.05 ( 210
c m2
70
−280
)≥ 0.65
β=0.9 ≥ 65
Se halla a:
As fy
a=
0.85 fc∗b
( 13∗5.1 c m2 )∗4200 kg 2
cm
a= =14,73 cm
kg
0.9∗210 ∗100 cm
c m2
48
Se halla c:
a
c=
β1
12 cm
c=
0,9
c=16,37 cm
Se calcula ( ε ¿¿ s)¿:
ε cu ε d−c
= s → ε s=
c d −c ( )
c
∗0.003>0,005
ε s= ( 53,73 cm−16,37
16,37
cm
)∗0.003
ε s=0,0068> 0,005 ( Tensión ) el Φ esta bien supuesto
AD
As AD= ∗áreade acero requerido longitudinalmente
100
15,87 % 2 2
As AD= ∗63,831 c m =10,12 c m
100 %
50
base (100 cm) 100 cm
S= = =12,5≃ 12 cm
cantidad de barras 8
Verificación de espaciamiento
Donde:
51
kg kg
fr=modulo de rotura=2 √ f ' c=2 210
√ cm 2
=28,98
c m2
b h3 h
I= y=
12 2
b h3
I 12
Sc = =
y h
2
b h2
Sc =
6
100 cm∗60 cm 2
Sc =
6
Sc =60000 cm3
2 kg
M cr =0.75∗( 1.6 ) ∗28,98 2
∗60000 c m3 =3338496 kg . cm
cm
52
cm∗1 ton
∗1m
1000 kg
M cr =3338496 kg . =33,3849 Ton. m
100
CONTROL DE FISURACIÓN
Donde:
γ e =factor de exposición
' ∅ 2,54 cm
dc=d =recubrimiento+ =5 cm+ =6,27 cm
2 2
dc 6,27 cm
β s=1+ =1+ =1,115
0.7∗( h−d c ) 0.7∗(60 cm−6,27 cm)
kg
2 x 10 6
ε c m2
n= s = =9,14
εc kg
√
15100 210
c m2
cm∗x 2 2
100 =605,982c m ∗( 53,73 cm−x )
2
cm∗X 2 2
0=−100 + 605,982c m ∗( 53,73 cm−x )
2
54
X2 2
0=−100 −605,982c m x +32559,412
2
x=Kd=20,16 cm
Kd 20,16 cm
Jd=d− =53,73 cm− =47,01cm
3 3
m∗1000 kg
∗100 cm
1 ton
M SI =75,607 Ton. =7560700 kg . m
1m
As=13∗5,10 c m2=63,3 c m 2
M SI 7560700 kg . m kg
fss= = 2
=2540,785
As∗J d 63,3 c m ∗47,01 cm c m2
kg kg
Se verifica que fss<fy → 2540,785 2
< 4200
cm c m2
kg N
Se hace la conversión del fss de 2 a para poder chequear el
cm mm2
siguiente paso de separación
kg
∗1cm
c m2
fss=2540,785 ¿¿
123000 γ e
S≤ −2∗d c
β s∗f ss
123000∗1
S≤ −2∗(62,7 mm)
N
( 1.115 )∗254,078
m m2
56
Para refuerzo transversal:
(b) Barras No. 6, No. 7 y No. 8 − Gancho con un ángulo de doblado de 90º,
más una prolongación de en el extremo libre de la barra; y 12.0 db
Refuerzo Longitudinal:
Diámetr
Barra
o (mm)
3 9.50
4 12.7
57
5 15.9
6 19.1
7 22.23
8 25.4
Refuerzo Transversal:
Diámetro
Barra
(mm)
3 9.5
4 12.7
5 15.9
6 19.1
7 22.23
8 25.4
58
donde:
Conversión
kg
−−−−Mpa
cm 2
kg m
2
∗ (100 cm )2 2
∗( 1 m )2
cm s
210 2
∗10 =21 Mpa
(1 m) (1000 mm )2
l db=934.84 mm∗1,3∗1,4=1701,408 mm
l db=320,04 mm∗1,3∗1,4=582,4728 mm
Cuadro resumen
Tipo de Refuerzo
Refuerzo longitudinal Refuerzo Transeversal
Detalles de refuerzo
Barra #8 Barra #4
60
4.4 Cantidades de obra para la losa
CONCRETO
Losa
Volumen de concreto LOSA= A sección transversal∗Longitud de laluz=72 m3
ASFALTO
ACERO
61
62