1

UNIVERSIDAD CATLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO

UNIDAD ACADMICA DE INGENIERA CIVIL, ARQUITECTURA Y DISEO

Diseo estructural del puente vehicular

sobre el Ro Yucauta Cantn San Fernando Ttulo de la investigacin

INVESTIGACIN DE TESIS Tipo de investigacin

COMERCIO Y ECONOMA Lnea de investigacin

INFRAESTRUCTURA Y VAS Sub lnea de investigacin

WILSON LEONARDO ULLOA CABRERA Investigador

Ing. JUAN MEDARDO SOLA QUINTUA Director

Cuenca Diciembre del 2014 Lugar y fecha

2

DECLARACIN

Yo, Wilson Leonardo Ulloa Cabrera, declaro bajo juramento que el trabajo aqu descrito es de mi autora;

que no ha sido previamente presentado para ningn grado o calificacin profesional y que he consultado las

referencias bibliogrficas que se incluyen en este documento.

Wilson Leonardo Ulloa Cabrera

3

CERTIFICACIN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Wilson Leonardo Ulloa Cabrera, bajo mi supervisin.

Ing. JUAN MEDARDO SOLA QUINTUA

DIRECTOR

4

AGRADECIMIENTOS

Manifiesto mis agradecimientos sinceros a todos los catedrticos por su instruccin brindada en esta

especialidad y al personal administrativo de la Unidad Acadmica de Ingeniera Civil Arquitectura y Diseo de la

Universidad Catlica de Cuenca y de manera especial al Ing. Juan Medardo Sol Quintua quien como director

del trabajo de investigacin me ha orientado en la elaboracin y culminacin con xito este documento.

Adems agradezco a las instituciones quienes solicitaron y me dieron la oportunidad y confianza en el

desarrollo de este estudio como son el Honorable Gobierno Provincial del Azuay y a todos los autores de obras y

tratadistas sobre este tema en cuales documentos me he permitido realizar las respectivas consultas y que los

menciono al final del trabajo.

5

DEDICATORIA

Dedico este trabajo mis parientes ms cercanos, mi mama Blanca a mi ta Nancy y difunta ta Rosa

quienes me han brindado apoyo incondicional para mi culminacin en esta digna carrera profesional como es la

Ingeniera Civil.

Adems a todos aquellos estudiantes de Ingeniera Civil quienes puedan encontrar en este trabajo un

documento de apoyo y consulta para sus trabajos de investigaciones futuras ya sea a nivel acadmico como

profesional.

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NDICE DE CONTENIDO

DECLARACIN.........i

CERTIFICACIN.......ii

AGRADECIMIENTOS......iii

DEDICATORIA..........iv

NDICE DE CONTENIDOS.........v

LISTA DE FIGURAS .......vi

LISTA DE CUADROS.............vii

LISTA DE ANEXOS............viii

RESUMEN.........ix

ABSTRACT.....x

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CAPTULO I. PRIMERA PARTE

ESTUDIOS PRELIMINARES

1.1.- LOCALIZACIN DEL PROYECTO............................................18

1.2.- ACTIVIDAD ECONMICA...............................................19

1.3.- POBLACIONES DE ENLACE..........................................20

1.4.- SITUACIN ACTUAL DEL PUENTE EXISTENTE..........................................21

1.5.- UBICACIN Y ELECCIN DEL TIPO DE PUENTE.......................................22

1.5.1.- MAPAS Y CARTOGRAFA DEL SECTOR.....................................25

1.5.2.- PUENTES DE ACUERDO AL MATERIAL Y A SU FUNCIN.............................25

1.6.- TOPOGRAFA............................................27

1.6.1.- LEVANTAMIENTO TOPOGRFICO.......................................28

1.6.2.- ESTADO DE LAS VAS ...............................................30

1.6.3.-EMPLAZAMIENTO DEL PUENTE...............................................31

1.7.- ANCHO DE CALZADA Y ACERA...........................................32

CAPTULO II. SEGUNDA PARTE

ESTUDIOS DE SUELOS, HIDROLOGICO E HIDRAULCO....34

2.1.- ESTUDIOS DE SUELOS Y GEOTCNICOS........................................34

2.1.1- CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE............................................36

2.2.-ANALISIS HIDROLGICO....................................35

2.2.1.- COMPILACIN DE DATOS DE CRECIENTES APLICABLES AL SITIO, INCLUYENDO LAS

CRECIENTES ORDINARIAS Y LAS CRECIENTES EXTRAORDINARIAS.37

2.2.2.- DETERMINACIN DE LA CURVA DE RECURRENCIA DE LAS CRECIENTES PARA EL

SITIO............................................................................................38

2.2.3.- DETERMINACIN DE LA DISTRIBUCIN DEL CAUDAL DEL AGUA Y SUS VELOCIDADES

DURANTE LAS CRECIENTES QUE SE CONSIDERAN PARA EL DISEO DE LA

ESTRUCTURA................................................................................40

2.3.- ANLISIS HIDRULICO..................................43

2.3.1.- ESTUDIO DE LAS AGUAS DE REMANSO Y DE LAS VELOCIDADES PROMEDIAS DE LA

CORRIENTE DE AGUA....................................................................................44

2.3.2.- APRECIACIN DE LAS VELOCIDADES DE SOCAVACIN EN LOS ESTRIBOS DE LAS

ESTRUCTURAS PROPUESTAS.................................................................................45

8

CAPTULO III. TERCERA PARTE

ESTUDIO ESTRUCTURAL Y DE DISEO.46

3.1.- CONSIDERACIONES DE CARGA..................................46

3.1.1.- CARGA MUERTA...................................46

3.1.2.- CARGA VIVA...................................47

3.1.3.- CARGA POR IMPACTO....................................49

3.1.4.- PRESIONES DEL VIENTO...................................50

3.1.5.- FUERZA DE FRENADO....................................50

3.1.6.- CARGAS DE ACERA.....................................50

3.1.7.- FUERZAS POR VARIACIN DE TEMPERATURA......................................50

3.1.8.- FUERZAS DE LA CORRIENTE DE AGUA Y BASURAS FLOTANTES...................................51

3.1.9.- EMPUJE DE TIERRAS .....................................51

3.1.10.- FUERZAS SSMICAS......................................52

3.2.- DISEO DE LA SUPERESTRUCTURA.................................52

3.2.1.- PRE-DIMENSIONAMIENTO.....................................53

3.2.1.1.- Losa..........................................55

3.2.1.2.- Vigas.........................................56

3.2.2.- DISEO DE LA VIGA....................................56

3.2.2.1.- Carga de carril.........................................58

3.2.2.2. - Tren de Cargas..........................................58

3.2.2.3. - Diseo a flexin y corte........................................59

3.2.2.3.1.- Anlisis de carga muerta..............................................59

3.2.2.3.2.- Momento ltimo de diseo...............................................59

3.2.2.4.- Diseo a flexin...........................................60

3.2.2.5.- Diseo a corte.........................................61

3.2.2.5.1.- Refuerzo de Distribucin (ACI 10.6.6).....................................62

3.2.2.6.- Resumen de refuerzos para la viga principal.........................................62

3.3.- DISEO DEL DIAFRAGMA.................................63

3.3.1.- CARGA POR IMPACTO....................................64

3.3.2.- DISEO POR FLEXIN....................................64

3.3.3.- DISEO POR CORTE...................................65

3.4.- DISEO DE LA LOSA...............................65

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3.4.1.- ESFUERZOS MXIMOS................................66

3.4.2.- MOMENTOS POSITIVOS EN LAS LOSAS......................................66

3.4.3.- RECUBRIMIENTO DE LAS ARMADURAS.......................................67

3.4.4.- ARMADURA PRINCIPAL Y ARMADURA DE DISTRIBUCIN.....................................67

3.4.5.- MOMENTOS NEGATIVOS EN LOSAS (CARGA EN EL VOLADO)..................................68

3.4.6.- CORTE Y ADHERENCIA......................................70

3.4.7.- ARMADO...............................70

3.4.8.- ARMADURA DE TEMPERATURA.....................................70

3.4.9.- CLCULOS........................................70

3.4.10.- DEFLEXIONES MXIMAS......................................102

3.4.11.- DRENAJE.......................................102

3.4.12.- DISEO DE LA ACERA Y BARANDAL.....................................103

3.5.- DISEO DE LOS ESTRIBOS PARA EL PUENTE................................104

3.5.1.- ESTRIBOS.....................................106

3.5.2.- INCREMENTO DINMICO DE PRESIN POR EL EFECTO SSMICO....................................109

3.5.3.- PRESIN ACTIVA DEL SUELO......................................110

3.5.4.- MOMENTO ESTABILIZADOR......................................112

3.5.5.- MOMENTO DESESTABILIZADOR......................................114

3.5.6.- VOLCAMIENTO.......................................114

3.5.7.- DESLIZAMIENTO....................................114

3.5.8.- EXCENTRICIDAD.......................................114

3.5.9.- CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUELO.......................................115

3.5.10.- REFUERZO DEL MURO.......................................114

3.5.11.- VIGA DE DISTRIBUCIN.........................................116

3.5.12.- CORTANTE........................................116

3.6.- DISEO DEL ESPALDN DEL MURO...................................116

3.6.1.- CALCULOS.......................................117

CAPTULO IV

ESTUDIO DE PRESUPUESTO REFERENCIAL.....133

4.1.- ANLISIS DE PRECIOS UNITARIOS.....................................133

4.1.1.-INTRODUCCIN...................................................................134

4.2.-TABLA SALARIAL EMITIDA POR LA CONTRALORA GENERAL DEL ESTADO.................135

10

4.3.- PRESUPUESTO.........................................136

4.3.1 INTRODUCCIN...........................................136

4.4.- CRONOGRAMAS........................................136

4.4.1.- INTRODUCCIN.............................................136

4.5.- FRMULA DEL REAJUSTE DE PRECIOS EN OBRAS...................................138

4.6.- DESARROLLO Y CLCULO DEL PRESUPUESTO........................................140

4.6.1.- PRESUPUESTO.........................................140

4.6.2.- ANLISIS DE PRECIOS UNITARIOS.........................................140

4.6.3.- CRONOGRAMA VALORADO...........................................162

4.6.4.- DIAGRAMA DE GANTT..........................................163

CAPTULO V

CONCLUSIONES..........................164

RECOMENDACIONES..................164

BIBLIOGRAFA........................................165

ANEXOS........................................167

11

LISTA DE FIGURAS

Fig. 1: Ubicacin del Cantn San Fernando

Fig. 2: Divisin poltica Cantn Azuay

Fig. 3: Porcentajes de actividad econmica en Cantn San Fernando

Fig. 4: Imagen del Centro Cantonal de San Fernando

Fig. 5: Imagen de Haciendas ganaderas del Cantn San Fernando

Fig. 6: Imgenes de actividad ganadera en el sector, San Fernando

Fig. 7: Imagen del tablero, calzada de la va y del puente, San Fernando

Fig. 8: Imagen de la estructura y del estribo del puente, San Fernando

Fig. 9: Imagen de puente de Las Escalinatas construccin mixta, Cuenca

Fig. 10: Imagen de puente metlico sector Ochoa Len, Cuenca

Fig. 11: Tipologa de estructuras de puentes

Fig. 12: Tipologa ubicacin de tableros

Fig. 13: Cartografa del sector

Fig. 14: Imagen de un puente en estructura de madera localizado en Espaa

Fig. 15: Imagen de un puente en mampostera de ladrillo localizado en Italia

Fig. 16: Imagen de un puente en Hormign Armado sector San Joaqun, Cuenca

Fig. 17: Imagen de un puente peatonal, en estructura metlica, Cuenca

Fig. 18: Imagen de levantamiento del sector

Fig. 19: Imagen de levantamiento en la seccin del ro

Fig. 20: Imagen de la va de acceso

Fig. 21: Imagen del puente y la va que contina

Fig. 22: Imagen de donde estar implantado el puente

Fig. 23: Imagen de levantamiento topogrfico

Fig. 24: Imagen de carril de diseo

Fig. 25: Imagen de la seccin de calzada

Fig. 26: Imagen de Zona Hidrogrfica del Ro Jubones (INAMHI)

Fig. 27: Imagen de la Cuenca Hidrogrfica del Ro Jubones (INAMHI)

Fig. 28: Imagen de la caudales medidos mensualmente (INAMHI)

Fig. 29: Imagen de la grfica caudales medidos mensualmente (INAMHI)

Fig. 30: Imagen de una seccin de un ro y sus componentes

Fig. 31: Imagen del caudal torrentoso del ro Yucauta (INAMHI)

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Fig. 32: Imagen de un muro tipo escollera

Fig. 33: Imagen sobre seccin transversal estable y transporte de material aluvial

Fig. 34: Imagen de vigas longitudinales y diafragmas

Fig. 35: Camin de diseo HS25 MTOP, carga uniforme

Fig. 36: Camin de diseo HS25 MTOP, distribucin de las cargas por llanta

Fig. 37: Camin de diseo HS-20 Y HL-93 de la AASHTO.

Fig. 38: Imagen de las vigas longitudinales y el tablero en la parte superior del puente.

Fig. 39: Imagen de la seccin transversal del puente con sus componentes

Fig. 40: Imagen de la seccin transversal del puente con la nomenclatura

Fig. 41: Imagen de la seccin que corresponde a la viga T, embebida en la losa.

Fig. 42: Imagen del tren de cargas camin de diseo HSMOP

Fig. 43: Imagen de cmo actan los esfuerzos en la viga

Fig. 44: Imagen del tablero y con vigas longitudinales y diafragmas transversales

Fig. 45: Imagen de la seccin longitudinal de un puente y sus componentes.

Fig. 46: Imagen de las consideraciones de carga por rueda y separacin entre ejes

Fig. 47: Imagen para el clculo del momento en el volado

Fig. 48: Imagen para el clculo del momento en el volado primer caso

Figura 49: Imagen para el clculo del momento en el volado segundo caso

Fig. 50: Imagen para el clculo del momento en el volado tercer caso

Fig. 51: Imagen que ilustra el espesor del recubrimiento superior e inferior

Fig. 52: Imagen con dimensiones preliminares de la seccin del puente

Fig. 53: Ilustracin de la deformacin de la viga con sus respectivos momentos

Fig. 54: Imagen de donde estn aplicadas las cargas de vereda

Fig. 55: Anlisis de las cargas primer caso

Fig. 56: Anlisis de las cargas primer caso individualmente

Fig. 57: Anlisis de las cargas segundo caso individualmente.

Fig. 58: Anlisis de las cargas segundo caso individualmente

Fig. 59: Imagen de ubicacin de cargas para aplicacin del Teorema de Barre

Fig. 60: Imagen de aplicacin de cargas en el centro de la viga

Fig. 61: Imagen del clculo del Momento Mximo.

Fig. 62: Imagen que representa la distancia d efectiva en la viga para el cortante Vu

Fig. 63: Imagen del tren de cargas primera posicin

13

Fig. 64: Imagen del tren de cargas segunda posicin.

Fig. 65: Carga uniformemente distribuida.

Fig. 66: Imagen que se observa donde se aplica la carga del barandal

Fig. 67: Imagen para ver la colocacin del drenaje de pie en el muro.

Fig. 68: Imagen para ver la colocacin de los tubos de drenaje en la pantalla del muro.

Fig. 69: Imagen de barandales metlicos en un puente peatonal.

Fig. 70: Imagen de barandales de hormign y tubos metlicos en un puente.

Fig. 71: Imagen de balaustrada de concreto.

Fig. 72: Imagen de donde acta la carga horizontal en una vereda.

Fig. 73: Imagen de un muro de pared en forma de alas y otra pared frontal (a) y (b)

Fig. 74: Imagen de las partes que componen un estribo.

Fig. 75: Imagen de la nomenclatura de las partes de un estribo.

Fig. 76: Mapa de zona ssmica del NEC del Ecuador

Fig. 77: Imagen de empuje de tierras con sobrecarga vehicular

Fig. 78: Imagen de dimensiones del estribo y reas de calculo

Fig. 79: Imagen de Presin de Contacto Muro-Suelo de Fundacin

Fig. 80: Imagen de tabla salarial en de contralora en la construccin

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LISTA DE CUADROS

Tabla 1: Coordenadas de la ubicacin del puente

Tabla 2: ngulo de friccin entre diferentes materiales (AASHTO)

Tabla 3: Imagen resume de los caudales medidos mensualmente (INAMHI)

Tabla 4: Valores del coeficiente n de Manning.

Tabla 5: Tabla de materiales con sus pesos especficos.

Tabla 6: Cuadro de recomendaciones de la AASHTO para pre-dimensionamiento

Tabla 7: Referencia sobre la fraccin de carga de rueda en un carril.

Tabla 8: resumen de refuerzo para la viga principal

Tabla 9: Datos para el diseo del puente

Tabla 10: Datos para el clculo der refuerzo en los extremos de la losa

Tabla 11: Tabla de hierros

Tabla 12: Tabla datos para el clculo del refuerzo

Tabla 13: Tabla datos para el clculo del refuerzo del volado

Tabla 14: Tabla datos para el diseo del diafragma

Tabla 15: Tabla datos para el refuerzo del diafragma

Tabla 16: Tabla datos para el clculo de la viga longitudinal

Tabla 17: Poblaciones ecuatorianas y Zona ssmica del NEC del Ecuador

Tabla 18: Valores del factor Z en funcin de la zona ssmica del NEC del Ecuador

Tabla 19: Valores de y para diferentes tipos de suelos

Tabla 20: Angulo de friccin entre diferentes materiales (AASHTO)

Tabla 21: Cuadro de relaciones para el clculo del estribo

Tabla 22: Cuadro del clculo del centro de gravedad del estribo

Tabla 23: Cuadro de resumen de cargas y momentos

Tabla 24: Clculo del empuje en alturas h

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LISTA DE ANEXOS

ANEXO A.

Especificaciones Tcnicas y notas....167

ANEXO B.

Planos Topogrficos.169

ANEXO C.

Datos Adicionales.....172

ANEXO D

Estudios de Mecnica de Suelos...182

ANEXO H

Planos Estructurales.191

16

RESUMEN

Este trabajo de investigacin contiene el estudio terico y anlisis matemtico de los parmetros

necesarios para el desarrollo y clculo de un puente de hormign armado, el cual consta de dos partes, la

superestructura que es la calzada y vigas por donde transitarn vehculos y peatones, adems la infraestructura

que son los estribos donde va a ir asentado el puente. ste se trata de un puente de 13m de largo y seis metros

de ancho incluido las veredas, ubicado en el cantn de San Fernando, cerca de la ciudad de Cuenca en Ecuador.

sta obra est encaminada a satisfacer la necesidad de movilidad y transporte de los moradores del sector, y ha

sido desarrollada en base al cumplimiento de normas generales para la construccin de puentes y caminos, de

MTOP, AASHTO, y varios autores quienes han aportado con sus estudios en materias relacionadas a este tipo de

trabajos.

Palabras clave: Hormign armado, puente dimensionamiento, puente superestructura, puente

infraestructura, momento ltimo.

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ABSTRACT

This research contains the theoretical study and mathematical analysis of the parameters

necessary for the development and calculation of a reinforced concrete bridge, which consists of two

parts, the superstructure and the road is where beams for transit vehicles and pedestrians, as well

infrastructure that are going to go berserk seated where the bridge. This is a bridge 13m long and six

meters wide including the villages located in the canton of San Fernando, near the city of Cuenca in

Ecuador. This work aims to meet the need for mobility and transport of the residents of the sector, and

has been developed on the basis of compliance with general rules for the construction of bridges and

roads, MTOP, AASHTO, and several authors who have contributed their studies in subjects related to

this type of work.

Keywords: bridge sizing, bridge superstructure, bridge infrastructure, last moment.

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CAPTULO 1.

ESTUDIOS PRELIMINARES

1.1.- LOCALIZACIN DEL PROYECTO

El puente se encuentra ubicado en un camino vecinal que cruza el Ro Yucauta, perteneciente al Cantn

de San Fernando a 7 minutos aproximadamente en vehculo del centro cantonal, el mismo que est a 60 km de

la capital provincial, Cuenca. Desde el centro cantonal de Girn en la va Cuenca Machala, se desva hacia la

derecha tomando no ms de 20 minutos en llegar a su centro cantonal.

Est a una altura de 2.650 metros sobre el nivel del mar, la temperatura promedio es de 15 grados

centgrados gozando de dos estaciones plenamente establecidas: el invierno que comienza en Diciembre

extendindose hasta el mes de abril y el verano que se prolonga hasta Diciembre. El cantn tiene una poblacin

total que no supera los 5000 habitantes distribuidos en el centro cantonal y en zonas rurales y aledaas.

Fig. 1: Ubicacin del Cantn San Fernando

COORDENADAS

NORTE ESTE ALTITUD

692577 9654323 2826

Tabla 1: Coordenadas de la ubicacin del puente

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuenca_(Ecuador)

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Fig. 2: Divisin poltica Cantn Azuay

1.2.- ACTIVIDAD ECONMICA

Las actividad econmica predominantes son la ganadera enfocada a la produccin de leche y sus

derivados, seguida de la agricultura, silvicultura y pesca, tambin hay zonas tursticas como la Laguna de Busa y

sus paisajes naturales.

Fig. 3: Porcentajes de actividad econmica en Cantn San Fernando

20

Fig. 4: Imagen del Centro Cantonal de San Fernando

1.3.- POBLACIONES DE ENLACE

Este puente vehicular de hormign armado, sobre el Ro Yucauta, que vincular los sectores de

Mamallacu, la poblacin de San Fernando (cabecera cantonal), el sector de San Jacinto, Yucauta y Capules.

Fig. 5: Imagen de Haciendas ganaderas del Cantn San Fernando

21

Fig. 6: Imgenes de actividad ganadera en el sector, San Fernando

1.4.- SITUACIN ACTUAL DEL PUENTE EXISTENTE

El puente en la actualidad es una construccin de madera y los estribos de mampostera de piedra en

mala condicin, la estructura del tablero y calzada estn deteriorados y se observa que no cumple normas

bsicas de diseo y seguridad, es angosto, evidencia un posible riesgo de desplome. El puente tiene un largo de

12m con un ancho de 3mt y un galibo de 3.5 m aproximadamente.

Fig. 7: Imagen del tablero, calzada de la va y del puente, San Fernando

22

Fig. 8: Imagen de la estructura y del estribo del puente, San Fernando

1.5.- UBICACIN Y ELECCIN DEL TIPO DE PUENTE

La ubicacin del puente es en la va que cruza el Ro Yucauta y enlaza los sectores de San Fernando con

la comunicad de Capules.

En primer lugar consideremos algunas definiciones de puente:

Un puente es una construccin que permite salvar un accidente geogrfico como un ro, un can, un

valle, un camino, una va frrea, un cuerpo de agua o cualquier otro obstculo fsico.1

Un puente es una obra que se construye para salvar un obstculo dando as continuidad a una va.

Suele sustentar un camino, una carretera o una va frrea, pero tambin puede transportar tuberas y lneas de

distribucin de energa. Los puentes que soportan un canal o conductos de agua se llaman acueductos.

Aquellos construidos sobre terreno seco o en un valle, viaductos. Los que cruzan autopistas y vas de tren se

llaman pasos elevados. Constan fundamentalmente de dos partes: super-estructura e infra-estructura.2

En trminos prcticos un puente ha sido el nexo comunicativo ms elemental del hombre en su

conquista de la naturaleza.3

Entre los criterios de diseo a tomar en cuenta tenemos principalmente la seguridad, bajo peso, la

facilidad de fabricacin, montaje, transporte, inspeccin y mantenimiento. En lo referente a los aspectos

constructivos tenemos que considerar la disponibilidad de materiales en el mercado nacional, equipos, mquinas,

instalaciones y personal calificado. Los costos de implementacin, fabricacin, montaje, mantenimiento y

transporte son vitales en lo referente al aspecto econmico, y finalmente como aspectos complementarios

tenemos la versatilidad, serviciabilidad, transitabilidad, esttica y funcionabilidad.

1. Wikipedia

2. MC Ing. Arturo Rodrguez Serqun Per- 2012.

3. Jos Bellido de Luna Universidad Central de Chile, 2002.

23

Una vez considerados los aspectos antes mencionados se puede proseguir a la eleccin del puente

segn los tipos de estructuras existentes y optar por el ms conveniente.

-Simplemente apoyados

-Continuos

-Simples de tramos mltiples

-Cantilver (brazos voladizos)

-En Arco

-Atirantado (utilizan cables rectos que atirantan el tablero)

-Colgantes

-Levadizos (basculantes)

-Pontones (puentes flotantes permanentes)

Fig. 9: Imagen de puente de Las Escalinatas construccin mixta, Cuenca

Fig. 10: Imagen de puente metlico sector Ochoa Len, Cuenca

24

Fig. 11: Tipologa de estructuras de puentes

Fig. 12: Tipologa ubicacin de tableros

25

1.5.1.- MAPAS Y CARTOGRAFA DEL SECTOR.

Fig. 13: Cartografa del sector

1.5.2.- PUENTES DE ACUERDO AL MATERIAL Y A SU FUNCIN

Segn su material de construccin

-Madera

-Hormign Armado

-Hormign Pre-esforzado

-Acero Estructural

-Mampostera

-Seccin Compuesta

Segn su funcin

- Puentes Peatonales

- Puentes para trnsito vehicular de carreteras

- Puentes para ferrocarriles

- Puentes para servicio mixto y viaductos.

26

Fig. 14: Imagen de un puente en estructura de madera localizado en Espaa

Fig. 15: Imagen de un puente en mampostera de ladrillo localizado en Italia

27

Fig. 16: Imagen de un puente en Hormign Armado sector San Joaqun, Cuenca

Fig. 17: Imagen de un puente peatonal, en estructura metlica, Cuenca

1.6.- TOPOGRAFA

Los estudios topogrficos tendrn como objetivos:

-Efectuar los trabajos de campo que permitan elaborar los planos topogrficos

-Suministrar informacin de base para los estudios de hidrologa e hidrulica, geologa, geotecnia, as

como de ecologa y sus efectos en el medio ambiente.

-Facilitar la definicin precisa de la ubicacin y las dimensiones de los elementos estructurales

-Facilitar la definicin precisa de la ubicacin y las dimensiones de los elementos estructurales.

-Crear puntos de referencia para el replanteo durante la construccin.

28

1.6.1.- LEVANTAMIENTO TOPOGRFICO

Debe contener como mnimo, un plano de ubicacin, planimetra con curvas de nivel cada metro si la

quebrada es profunda o ms juntas si el terreno es llano las barrancas son poco definidas y los estudios

topogrficos debern comprender como mnimo lo siguiente:

-Levantamiento topogrfico general de la zona del proyecto, documentado en planos a escala entre 1:500

y 1:2000 con curvas de nivel a intervalos de 1 m y comprendiendo por lo menos 100 m a cada lado del puente en

direccin longitudinal (correspondiente al eje de la carretera) y en direccin transversal (la del ro u otro obstculo

a ser transpuesto).

-Definicin de la topografa de la zona de ubicacin del puente y sus accesos, con planos a escala entre

1/100 y 1/250 considerando curvas de nivel a intervalos no mayores que 1 m y con secciones verticales tanto en

direccin longitudinal como en direccin transversal. Los planos debern indicar los accesos del puente, as

como autopistas, caminos, vas frreas y otras posibles referencias. Deber igualmente indicarse con claridad la

vegetacin existente.

-Para el caso de puentes sobre cursos de agua deber hacerse un levantamiento detallado del fondo.

Ser necesario indicar en planos la direccin del curso de agua y los lmites aproximados de la zona inundable

en las condiciones de aguas mximas y mnimas, as como los observados en eventos de carcter excepcional.

Cuando las circunstancias lo ameriten, debern indicarse los meandros del ro.

-Ubicacin e indicacin de cotas de puntos referenciales, puntos de inflexin y puntos de inicio y trmino

de tramos curvos; ubicacin o colocacin de marcas e hitos in situ plenamente identificados y con pintura de

color rojo o tomate, colores opuestos a la de la vegetacin del lugar.

-Levantamiento catastral de las zonas aledaas al puente, cuando existan edificaciones u otras obras que

interfieran con el puente o sus accesos o que requieran ser expropiadas y/o pudieran ser afectadas por el

emplazamiento del mismo y de ser al caso proceder con las respectivas indemnizaciones.

-En cuanto a los equipos y el grado de precisin empleados para los trabajos de campo y el

procesamiento de los datos debern ser consistentes con la dimensin del puente y sus accesos y con la

magnitud del rea estudiada. En cualquier caso los equipos y los procedimientos empleados debern

corresponder a la mejor prctica de la ingeniera.

La topografa de la zona donde se ubicar el puente deber documentarse mediante planos con curvas

de nivel y fotografas, registros digitales e informes. Los informes debern detallar las referencias preliminares

consultadas, la descripcin y las caractersticas tcnicas del equipo utilizado para la toma de datos, la

metodologa seguida para el procesamiento de los datos de campo y la obtencin de los resultados.

Si se dispusiera de estudios topogrficos previos, de zonas adyacentes o que involucren el rea del

proyecto, stos debern ser revisados a fin de verificar la compatibilidad de la informacin obtenida. Los planos

sern presentados en lminas de formatos A0, A1 o A4 dependiendo de la escala que se requiera.

De ser el caso se podr tambin georreferenciar el emplazamiento del puente en un mapa base o plano

de la ciudad o sector donde que este va estar ubicado para mejor compresin y registro del mismo.

29

Fig. 18: Imagen de levantamiento del sector

Fig. 19: Imagen de levantamiento en la seccin del ro

Los equipos e instrumentos y el grado de precisin empleados para los trabajos de campo y el

procesamiento de los datos debern ser consistentes con la dimensin del puente y sus accesos y con la

magnitud del rea estudiada. En cualquier caso los aparatos y los procedimientos empleados debern

corresponder a la mejor prctica de la ingeniera.

En cuanto a la documentacin a ser presentada contendr la topografa de la zona donde se ubicar el

puente deber documentarse mediante planos con curvas de nivel y fotografas, registros digitales e informes.

30

1.6.2.- ESTADO DE LAS VAS

El material de la calzada de la va es de tierra comn de una seccin variable de 3m a 4m de ancho

aproximadamente como se observa en las imgenes, por la cual pueden circular vehculos sin dificultad.

Figura 20: Imagen de la va de acceso

Se ha observado en la visita que se hizo al lugar que la circulacin de vehculos es mnima, no soporta un

trfico vehicular intenso, con el paso de 2 a 3 vehculos livianos por cada hora aproximadamente.

Fig. 21: Imagen del puente y la va que contina

31

1.6.3.-EMPLAZAMIENTO DEL PUENTE

Para el emplazamiento del puente hay que considerar los siguientes aspectos:

a. Localizacin de la estructura o ubicacin en cuanto a sitio, alineamiento, pendiente y rasante.

b. Tipo de puente que resulte ms adecuado para el sitio escogido, teniendo en cuenta su esttica,

economa, seguridad y funcionalidad.

c. Forma geomtrica y dimensiones, analizando sus accesos, superestructura, infraestructura, cauce de la

corriente y cimentaciones.

d. Obras complementarias tales como: barandas, drenaje de la calzada y de los accesos, proteccin de

las mrgenes y rectificacin del cauce, si fuera necesario forestacin de taludes e iluminacin

e. En caso de obras especiales conviene recomendar sistemas constructivos, equipos, etapas de

construccin y todo aquello que se considere necesario para la buena ejecucin y estabilidad de la obra.

Fig. 22: Imagen de donde estar implantado el puente

32

Fig. 23: Imagen de levantamiento topogrfico

1.7.- ANCHO DE CALZADA Y ACERA

El ancho de la calzada ser el ancho libre entre las partes inferiores de las veredas medidas respecto al

eje longitudinal del puente si las veredas no existen, adems el ancho libre ser la distancia mnima entre las

caras interiores de las barandas del puente. Las veredas son utilizadas con fines de flujo peatonal o

mantenimiento.

El ancho de calzada del puente se define en 4 metros de ancho, un solo carril que es lo requerido por la

entidad solicitante y con ancho de veredas de 80cm y ancho de barandas de 20cm en total 1m de volado

izquierdo y derecho.

33

Fig. 24: Imagen de carril de diseo

1.80m+0.6m+0.6m=3.00m (mnimo para un solo carril)

Fig. 25: Imagen de la seccin de calzada

34

CAPITULO 2

ESTUDIOS DE SUELOS, HIDROLOGICO E HIDRAULCO

2.1.- ESTUDIOS DE SUELOS Y GEOTCNICOS

El objetivo del estudio Geotcnico y suelos es establecer las caractersticas y parmetros geotcnicos que

tiene el subsuelo en el punto de emplazamiento del puente, es decir, la estratigrafa, la identificacin y las

propiedades fsicas y mecnicas de los suelos para el diseo de cimentaciones estables donde se colocarn los

estribos y elementos requeridos para la cimentacin del puente as como la estabilizacin del suelo de

cimentacin.

El alcance del estudio debe considerar exploraciones de campo y ensayos de laboratorio, cuya cantidad

ser determinada en base a la envergadura del proyecto, en trminos de su longitud y las condiciones del suelo.

Los estudios debern comprender la zona de ubicacin del puente, estribos, pilares y accesos.

Los Estudios geotcnicos comprendern:

- Ensayos de campo en suelos y/o rocas.

- Ensayos de laboratorio en muestras de suelo y/o roca extradas de la zona.

- Descripcin de las condiciones del suelo, estratigrafa e identificacin de los estratos de suelo o base

rocosa.

- Definicin de tipos y profundidades de cimentacin adecuada, as como parmetros geotcnicos

preliminares para el diseo del puente a nivel de anteproyecto.

- Dependiendo de la envergadura del proyecto y del tipo de suelo se podrn realizar ensayos de

refraccin ssmica, complementados por perforaciones o excavaciones de verificacin en sustitucin a los

trabajos antes mencionado.

- Presentacin de los resultados y recomendaciones sobre especificaciones constructivas y obras de

proteccin.

Para los sondeos o calas la cantidad y profundidad de stos estar en funcin de la magnitud y

complejidad del proyecto. La profundidad de las exploraciones y sondajes estar definida considerando un pre-

dimensionamiento de la cimentacin y las condiciones locales del subsuelo.

2.1.1- CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE

En cimentaciones es la capacidad del terreno para soportar las cargas aplicadas sobre l. La capacidad

de carga admisible es la mxima presin media de contacto entre la cimentacin y el terreno tal que no se

produzcan un fallo por cortante del suelo o un asentamiento diferencial excesivo. Por tanto la capacidad de

carga admisible debe estar basada en uno de los siguientes criterios funcionales:

http://es.wikipedia.org/wiki/Cimentaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Suelo_(ingenier%C3%ADa)

35

-Si la funcin del terreno de cimentacin es soportar una determinada tensin independientemente de la

deformacin, la capacidad portante se denominar carga de hundimiento.

-Si lo que se busca es un equilibrio entre la tensin aplicada al terreno y la deformacin sufrida por ste,

deber calcularse la capacidad portante a partir de criterios de asiento admisible.

Materiales ngulo

de friccin, () Coeficiente

de friccin, tan

Hormign masivo sobre los siguientes materiales de fundacin:

Roca sana y limpia 35 0,7

Grava limpia, mezclas de grava y arena, arena gruesa 29 a 31 0,55 a 0,60

Arena limpia fina a media, arena limosa media a gruesa, grave limosa o arcillosa 24 a 29 0,45 a 0,55

Arena fina limpia, arena limosa o arcillosa fina a media 19 a 24 0,34 a 0,45

Limo fino arenoso, limo no plstico 17 a 19 0,31 a 0,34

Arcilla residual o pre-consolidada muy rgida y dura 22 a 26 0,40 a 0,49

Arcilla de rigidez media y rgida; arcilla limosa 17 a 19 0,31 a 0,34

Sobre estos materiales de fundacin la mampostera tiene los mismos factores de friccin.

Tabla 2: ngulo de friccin entre diferentes materiales (AASHTO)

2.2.-ANALISIS HIDROLGICO

El objetivo de los estudios Hidrolgicos es determinar las caractersticas hidrolgicas de los regmenes de

precipitaciones pluviales mximas y extraordinarias, adems nos permite conocer las cantidades de agua,

caudal, que fluyen superficialmente en un rea de recogimiento determinada o cuenca, evaluando para ello

parmetros fsicos de la regin como: rea, permetro, pendientes, elevaciones. etc. todo lo anterior para facilitar

un correcto diseo vial dentro de los cuales los puentes estn incluidos.

El estudio hidrolgico adems permite conocer las cantidades de agua, caudal, que fluyen

superficialmente en un rea de recogimiento determinada o cuenca, evaluando para ello parmetros fsicos de la

regin como: rea, permetro, pendientes, elevaciones.

Con la informacin recopilada en el INAMHI (INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGIA E

HIDROLOGIA del Ecuador) con sede en la capital, se determina que el Ro Yucauta est ubicado dentro de la

Zona Hidrogrfica del Jubones y que no existen estudios puntuales y profundos del ro y su zona por no ser sta

una vertiente de gran envergadura o relevancia, todo eso nos lleva a considerar de forma global y como parte de

la zona hidrogrfica del Ro Jubones al Ro Yucauta.

http://es.wikipedia.org/wiki/Cimentaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Deformaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Carga_de_hundimientohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Deformaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Asiento_admisible&action=edit&redlink=1

36

Fig. 26: Imagen de Zona Hidrogrfica del Ro Jubones (INAMHI)

Los siguientes datos son necesarios para nuestro propsito.

- Recopilacin de datos de crecientes aplicables al sitio, incluyendo las crecientes ordinarias y las

extraordinarias.

- Determinacin del perodo de retorno de las crecientes en el sitio, si no se tiene datos actualizados o no

se han encontrado estudios anteriores se puede recopilar informacin mediante encuestas a los moradores del

sector que son quienes estn al tanto de cuando se presentan las estaciones de invierno y temporadas de

sequias del sector.

- Determinacin del caudal del agua y sus velocidades, as como en tiempo de crecientes en lo posible,

datos que se consideraran para el diseo de la estructura.

Fig. 27: Imagen de la Cuenca Hidrogrfica del Ro Jubones (INAMHI)

37

Los estudios hidrolgicos comprendern lo siguiente:

- Visita de campo; reconocimiento del lugar en la zona de cruce.

- Recoleccin y anlisis de informacin hidrolgica y meteorolgica existente; esta informacin puede ser

proporcionada por entidades locales, nacionales o entidades encargadas de la administracin de los recursos

hdricos del lugar.

- Estimacin del caudal y caudal mximo para tener en claro el galibo del puente para diferentes periodos

de retorno

- Evaluacin de estudios similares realizados en la zona de ubicacin del puente; si los hubiere.

Este estudio debe contener por lo menos la media anual de las precipitaciones, las crecidas mximas y

mnimas, la velocidad mxima de la corriente, el caudal, las variaciones climatricas y materiales de arrastre

(palizada, tmpanos de hielo, y otros). En los planos de puentes sobre ros, se deben registrar siempre los

niveles de agua cuya notacin presentamos a continuacin: M.A.M.E. = Nivel de aguas mximas extraordinarias.

N.A.M. = Nivel de aguas mximas

N.A.O. = Nivel de aguas ordinarias

N.A.m. = Nivel de aguas mnimas

2.2.1.- COMPILACIN DE DATOS DE CRECIENTES APLICABLES AL SITIO, INCLUYENDO

LAS CRECIENTES ORDINARIAS Y LAS CRECIENTES EXTRAORDINARIAS.

Crecida es el fenmeno temporal que ocasiona un aumento de nivel mximo de agua en un curso

permanente, para luego descender a su nivel normal.

Las crecidas son de origen meteorolgico, ocasionadas por las precipitaciones pluviales y son de origen

no meteorolgico, provocados por vaciamiento o vertido repentino o accidental de aguas embalsadas natural o

artificialmente en el curso del ro.

En los estudios de crecientes se analizan las magnitudes de mximos extraordinarios y la frecuencia con

que ocurren. Existen tres tipos de crecidas y son:

-Crecida normal es la que mantiene el ro y vara muy poco.

-Crecida mxima es la que ocurre casi anualmente en el invierno.

-Crecida mxima extraordinaria es la que ocurre cuando se da lluvias muy intensas.

Para el diseo de un puente se debe considerar siempre la creciente mxima.

38

2.2.2.- DETERMINACIN DE LA CURVA DE RECURRENCIA O RETORNO DE LAS

CRECIENTES PARA EL SITIO.

La determinacin de la curva de recurrencia o retorno est relacionada con las precipitaciones pluviales

evidentemente ya que el nivel en las crecidas o estiajes depender de las frecuencias de lluvias o tormentas que

se den en la zona de estudio. Las principales fuentes de humedad para las precipitaciones los constituyen los

ocanos, lagunas y embalses y son los factores de clima como latitud, altitud, corrientes marinas vientos

dominantes y barreras orogrficas las que determinan la humedad atmosfrica sobre la cuenca.

Entendiendo como precipitacin es toda forma de humedad que originndose en las nubes llega hasta la

superficie terrestre, de acuerdo a esta definicin las lluvias, garas, granizadas y nevadas son formas distintas

del mismo fenmeno de la precipitacin.

Las gotas se juntan en la atmsfera y al agrandarse las gotas de agua caen por su propio peso hacia la

superficie de la Tierra, provocando las precipitaciones que se producen con temperaturas sobre 0C, caen en

forma de lluvia y las gotas de lluvia se congelan si la temperatura es bajo 0C y la precipitacin es en forma de

nieve o de granizo, estado slido del agua.

Para tener una idea en Estados Unidos la lluvia se identifica segn su tipo de intensidad en:

-ligera, para tasas de cada diaria de hasta 2.5mm/h

-moderada de 2.5mm/h hasta 7.6mm/h

-fuerte superior a 7.6mm/h

El perodo de retorno se ha considerado en 40aos, ya que son datos que se han podido obtener y

recopilar del INAMHI, que comprende desde el ao 1964 hasta el 2010 y consideramos de cinco aos, desde el

que registra el menor al mximo caudal y con valores intermedios como una muestra para la graficacin de la

curva.

39

Fig. 28: Imagen de la caudales medidos mensualmente (INAMHI)

MES AO Y CAUDALES EN m3/seg

1975 1976 1973 2001 2004

1 ENERO 48,881 46,627 46,423 36,588 18,75

2 FEBRERO 125,784 102,046 95,413 30,203 20,427

3 MARZO 299,765 137,936 92,174 89,44 31,979

4 ABRIL 165,512 129,546 195,821 113,33 37,254

5 MAYO 77,188 76,768 78,377 65,356 28,011

6 JUNIO 121,114 89,958 55,301 118,678 54,947

7 JULIO 63,457 109,775 52,705 30,454 28,526

8 AGOSTO 68,979 53,669 46,43 16,192 18,358

9 SEPTIEMBRE 30,781 29,338 36,765 10,293 16,775

10 OCTUBRE 37,081 18,797 23,306 10,885 16,66

11 NOVIEMBRE 30,289 22,609 23,422 10,79 15,408

12 DICIEMBRE 18,788 22,228 26,275 16,554 21,258

Tabla 3: Imagen resume de los caudales medidos mensualmente (INAMHI)

40

Fig. 29: Imagen de la grfica caudales medidos mensualmente (INAMHI)

2.2.3.- DETERMINACIN DE LA DISTRIBUCIN DEL CAUDAL DEL AGUA Y SUS

VELOCIDADES DURANTE LAS CRECIENTES QUE SE CONSIDERAN PARA EL DISEO DE LA

ESTRUCTURA.

En ro un no hay determinaciones previas, las respuestas son en todo caso objeto de estudio de la

hidrologa, la geomorfologa, la hidrulica martima y otros apoyos de estudio, el caudal de un ro es siempre

variable segn el rgimen hidrolgico de la cuenca, en una escala de tiempo estacional o bien restringida a un

episodio meteorolgico.

Los perodos que tienen un caudal ms o menos estable es posible relacionar las pendientes con los

caudales utilizando registros de aforos, para establecer perodos de crecientes se puede obtener informacin a

moradores del sector en caso de no tener registros.

Para el movimiento del fluido en un ro, al aplicar las frmulas se obtendrn nicamente valores

aproximados a los reales, porque el cauce del rio no tiene seccin constante, ni alineamiento recto, ni superficie

uniforme, ni conserva la pendiente, como en un canal abierto.

Frmula de Manning:

V =R

23 S

12

N(formula 2.1)

Dnde:

V = Velocidad en m/s

R = Radio hidrulico en m

S = Pendiente

N = Coeficiente de rugosidad llamado coeficiente de Manning.

0

50

100

150

200

250

300

350

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Series1

Series2

Series3

Series4

Series5

41

El clculo del caudal en el diseo de canales, para este tipo de rgimen, puede plantearse la ecuacin de

Manning al sistema mtrico.

Q = AS1/2

nR2/3(formula 2.2)

Material

Valores

Mnimo Normal Mxi

mo

Arroyo de montaa con muchas piedras. 0.035 0.040 0.050

Tepetate (liso y uniforme). 0.025 0.035 0.040

Tierra en buenas condiciones. 0.017 0.020 0.025

Tierra libre de vegetacin. 0.020 0.025 0.033

Mampostera seca. 0.025 0.030 0.033

Mampostera con cemento. 0.017 0.020 0.025

Concreto. 0.013 0.017 0.020

Asbesto cemento. 0.09 0.010 0.011

Polietileno y PVC. 0.007 0.008 0.009

Fierro fundido (Fo. Fo). 0.011 0.014 0.016

Tabla 4: Valores del coeficiente n de Manning.

El rgimen de flujo en un tramo particular de una corriente natural se clasifica en funcin del Nmero de

Froude, NF, el cual es una relacin adimensional entre fuerzas de inercia y de gravedad. En el rgimen

supercrtico (NF > 1) el flujo es de alta velocidad, propio de cauces de gran pendiente o ros de montaa. El flujo

subcrtico (NF

42

Y profundidad del flujo

T ancho de la seccin del flujo

H altura del canal principal

B ancho de la zona inundable.

Fig. 30: Imagen de una seccin de un ro y sus componentes

Los Cauces en rgimen torrencial se caracteriza porque el flujo tiene una velocidad alta, el nmero de

Froude Fr = v / ( gl) es mayor que 1 y la lnea del agua se ve afectada por la formacin de resaltos que son

ocasionados por las irregularidades del fondo, de las secciones transversales y materia rocoso.

Fig. 31: Imagen del caudal torrentoso del ro Yucauta (INAMHI)

Los ros de alta montaa tienen rgimen torrencial, debido a su gran pendiente tienen una alta capacidad

de transportar sedimentos, stos son alimentados por los procesos erosivos que se presentan en fondo y contra

los taludes.

43

La Pendiente longitudinal en cauces naturales se mide a lo largo de la lnea o superficie del agua, ya que

el fondo no es una buena referencia, tanto por su inestabilidad como por sus irregularidades. La pendiente de la

superficie del agua vara con la magnitud del caudal y esa variacin es importante cuando se presentan cambios

grandes del caudal en tiempos cortos, por ejemplo al paso de crecientes.

2.3.- ANLISIS HIDRULICO.

El objetivo de los estudios Hidrulicos es para determinar el nivel de aguas mximas extraordinarias en el

punto de inters y el rea hidrulica ms eficiente y que conllevan a una real apreciacin del comportamiento

hidrulico del ro que, con el fin de obtener requisitos mnimos para el dimensionamiento hidrulico o pre

dimensionamiento de la obra de paso adems nos permiten definir el tipo puente y su ubicacin ptima en

funcin de los niveles de seguridad y riesgos permitidos o aceptables para las caractersticas particulares de la

estructura, adems establecer el caudal mximo de diseo en la ubicacin del cruce; la hidrulica del ro en el

tramo que comprende el cruce.

En el estudio hidrulico se llega a determinar la seccin hidrulica crtica, la que es capaz de dar paso, sin

rebalsar al caudal de la cuenca, en la cual se utilizan parmetros de diseo que comparan un factor geomtrico

calculado a partir de sus dimensiones, con el factor hidrulico calculado en base al caudal de la cuenca, la

rugosidad del cauce y la pendiente del ro.

Entre los datos que podemos recopilar tenemos los siguientes:

-Caudal mximo de diseo hasta la ubicacin del cruce.

-Comportamiento hidrulico del ro en el tramo que comprende el cruce.

- rea de flujo a ser confinada por el puente.

- Nivel mximo de agua (NMA) en la ubicacin del puente.

- Nivel mnimo recomendable para el tablero del puente.

- Profundidades de socavacin general, por contraccin y local.

- Profundidad mnima recomendable para la ubicacin de la cimentacin, segn el tipo de cimentacin.

Los estudios Hidrulicos comprendern lo siguiente:

- Visita de campo; reconocimiento del lugar

- Estudio de las aguas de remanso y de las velocidades promedio de la corriente de agua para diferentes

luces de varias estructuras tentativas.

- Apreciacin de la profundidad de socavacin en los y estribos de las estructuras propuestas.

Tomamos en cuenta que las luces de los puentes se seleccionaran para permitir el paso del caudal de

crecientes cuya magnitud y frecuencia se tiene plenamente identificado.

Adems deber tomarse en consideracin la frecuencia de las inundaciones aguas arriba, el paso de los

materiales de arrastre y la posibilidad de socavacin cuando puedan ocurrir crecientes de mayor altitud que

aquella seleccionada para el diseo o cuando crecientes extraordinarias puedan causar daos o la perdida

misma de una estructura costosa debern seleccionarse luces mayores para el puente de preferiblemente.

De ser el caso los taludes adyacentes a las estructuras con riesgo a la accin erosiva de las aguas se

protegern por medio de pedraplenes que es un elemento constructivo que consiste en la extensin y

44

compactacin de materiales ptreos procedentes de excavaciones de roca. Se usa para la construccin rellenos,

bien de gran altura o que sean inundables, estn formados por fragmentos de roca de gran tamao que oscilan

entre los 10.0 cm y los 90.0 cm. Los muros de escollera tambin se pueden emplear.

Fig. 32: Imagen de un muro tipo escollera

Deber evitarse el desbroce de la vegetacin en las proximidades de los puentes para evitar la

socavacin y el incremento la velocidad de las aguas, cortes de prstamo de material no debern localizarse en

arias en donde podra incrementarse la velocidad del agua y la posibilidad de socavacin de los puentes.

2.3.1.- ESTUDIO DE LAS AGUAS DE REMANSO Y DE LAS VELOCIDADES PROMEDIAS

DE LA CORRIENTE DE AGUA.

Un remanso hidrulico se puede definir como un aumento en el nivel de agua de un ro, debido al

taponamiento natural o artificial de ste, y que se propaga aguas abajo disminuyendo su intensidad hasta

alcanzar el equilibrio con el nivel natural de las aguas.

Cuando la pendiente del cauce es pequea, o cuando el flujo en el tramo que se considera en el estudio

est regulado por una curva de remanso, el rgimen es tranquilo, generalmente subcrtico. En este caso, la

capacidad de transporte de sedimentos es baja, y el ro puede comenzar a depositar parte de los sedimentos de

suspensin y de fondo que trae desde zonas de mayor capacidad de transporte.

Este fenmeno se presenta en los tramos de baja pendiente. Cuando la pendiente es pequea, incide en

una baja capacidad de transporte de sedimentos y en una tendencia a inundar reas adyacentes.

Con la explicacin anterior, en el lugar donde est emplazado el puente no se observan sitios donde se

puedan producir o existan aguas de remanso, porque el flujo es continuo y fluido debido a la pendiente del cauce

del ro.

45

2.3.2.- APRECIACIN DE LAS VELOCIDADES DE SOCAVACIN EN LOS ESTRIBOS DE

LAS ESTRUCTURAS PROPUESTAS.

Es la modificacin del rea de seccin hidrulica que tiene que ver con el Nivel de Aguas Mximas

Extraordinarias (NAME) al presentarse la creciente mxima extraordinaria. Es relevante conocer la socavacin

para definir las cotas de cimentacin de las pilas (cuando se han dispuesto pilas en el diseo del puente) y los

estribos. La causa ms comn de socavacin general es la contraccin del flujo producida por la reduccin de la

seccin del cauce por la construccin de terraplenes de acceso al puente y en menor grado por las pilas (que en

este caso no se ha planteado) que bloquean parte de la seccin recta

El lecho del ro puede ser rocoso, aluvial o de material cohesivo. En el primer caso la seccin transversal

es estable; en el segundo se presenta transporte de material aluvial dentro de la capa de material suelto, y en el

tercero el grado de cohesin es un factor que reduce la posibilidad de movimiento del material de fondo, en

comparacin con el material aluvial del mismo tamao, por ello el desgaste del fondo va a depender de las

caractersticas del suelo, presentndose una distribucin homognea o heterognea del material fondo.

Fig. 33: Imagen sobre seccin transversal estable y transporte de material aluvial

Sin el conocimiento del alcance de la socavacin el ingeniero est expuesto a proponer cotas de

cimentacin superficiales que hagan inestable la estructura por ausencia de piso de apoyo o proponer una cota

de cimentacin ms profunda de la requerida aumentando sus costos y con mayores dificultades en la

construccin. Una de las principales causas de la falla de un puente es la socavacin.

Hay que saber que gracias a la socavacin se dan fallas e incluso el colapso de muchos puentes, por la

excesiva velocidad del agua subterrnea que arrastra partculas que se encuentran en lecho del ro, socavando

as la estructura, adems el desgaste del lecho del ro depende de las caractersticas propias del suelo,

presentndose una distribucin homognea o heterognea del material fondo. Se puede considerar que la

socavacin est en funcin de la velocidad y el transporte de partculas y para determinar si el flujo aguas arriba

est transportando materiales de lecho, se debe calcular la velocidad crtica para inicio de transporte de

sedimentos Vc de la partcula D50 y compararla con la velocidad media de la corriente en el cauce principal o en

las laderas aguas arriba de la abertura del puente. La velocidad media se determina segn la ecuacin de

Manning y para calcular la velocidad crtica se usa cualquiera de las ecuaciones

46

CAPITULO III

ESTUDIO ESTRUCTURAL Y DE DISEO

3.1.- CONSIDERACIONES DE CARGA

Las Standard Specifications for Highway Bridges de la AASHTO, requieren que los puentes sean

diseados para soportar cargas muertas, vivas e impacto o efecto dinmico de la carga viva.

Las cargas se clasifican en:

Cargas Permanentes que son aquellas que actan durante toda la vida til de la estructura sin variar

significativamente o que varan en un solo sentido hasta alcanzar un valor lmite. Corresponden a este grupo el

peso propio de los elementos estructurales y las cargas muertas adicionales tales como las debidas al peso de la

superficie de rodadura y balaustrada.

Cagas Variables que son aquellas para las que se observan variaciones frecuentes y significativas en

trminos relativos a su valor medio. Las cargas variables incluyen los pesos de los vehculos y personas, as

como los correspondientes efectos dinmicos, las fuerzas de frenado y aceleracin.

Las estructuras debern disearse para resistir las siguientes cargas y fuerzas:

-carga muerta o peso propio.

-carga viva.

-impacto o efecto impacto de la carga viva.

-cargas originadas por el viento.

-otras fuerzas, como las siguientes:

Fuerzas longitudinales, fuerzas centrifuga, fuerzas de origen trmico, presin de la tierra, supresin

hidrulica, fuerzas por contraccin, acortamiento por compresin en los arcos, esfuerzos durante el montaje,

presin de las corrientes de agua y esfuerzos ssmicos.

3.1.1.- CARGA MUERTA

La carga muerta consistir en el peso propio de la estructura y se determinar considerando todos los

elementos que sean indispensables para que la estructura funcione como tal, entre ellas las vigas longitudinales

y transversales. Las cargas muertas incluirn el peso de todos los elementos no estructurales, tales como losa

de calzada, veredas, superficies de rodadura, balasto, barandas, tuberas, seales, ductos y cables.

El peso propio y las cargas muertas sern estimados en base a las dimensiones indicadas en planos y en

cada caso considerando los valores medios de los correspondientes pesos especficos. A falta de una

informacin precisa, podrn usarse los pesos especficos de la tabla siguiente.

47

Tabla 5: Tabla de materiales con sus pesos especficos.

Fig. 34: Imagen de vigas longitudinales y diafragmas

3.1.2.- CARGA VIVA

La carga viva es el peso de las cargas en movimiento sobre el puente, son los movimientos dinmicos de

vehculos, automviles y peatones sobre los puentes.

Generalmente especificada mediante camiones y trenes de carga idealizados o cargas distribuidas

equivalentes con eje de cargas concentradas.

La AASHTO LRFD BRIDGE DESIGN SPECIFICATION propone en la actualidad el camin tipo

denominado HL-93K, antes los vehculos de diseo eran de cuatro tipos HS-20 -44, H-20 -44, HS-15 -44 y el H

15 -44. En nuestro pas el camin de diseo que se debe considerar segn especificaciones del MTOP, es el

HS-25, camin con tres ejes de 25 toneladas.

TABLA DE MATERIALES

MATERIAL FLUENCIA kg/cm2 PESO ESPECIFICO kg/cm3

Acero Corrugado 4200 7850

Hormign Losa 300 2400

Hormign vigas 240 2400

Hormign Muros 240 2400

Asfalto 240 2000

48

Fig. 35: Camin de diseo HS25 MTOP, carga uniforme

Fig. 36: Camin de diseo HS25 MTOP, distribucin de las cargas por llanta.

Fig. 37: Camin de diseo HS-20 Y HL-93 de la AASHTO.

49

3.1.3.- CARGA POR IMPACTO

El fenmeno de impacto se relaciona a la interaccin del vehculo con el puente siendo estos los los

esfuerzos instantneos y de vibracin que se producen por la circulacin de cargas mviles a velocidad sobre la

estructura. El efecto dinmico, vibratorio y de impacto que el trnsito vehicular produce sobre los puentes por la

velocidad del movimiento, de vehculos livianos y pesados, por sus sistemas de amortiguacin, pueden causar

vibracin en el puente en las direcciones longitudinal, transversal y vertical, el movimiento de vehculos provoca

vibraciones verticales del puente.

Estas acciones deben tomarse en cuenta porque es importante su anlisis con una determinada

exactitud, puede resultar de gran complejidad, dependiendo del tipo de la estructura, todo esto con la finalidad de

conseguir un margen de seguridad suficiente para el clculo; a ste valor se lo denomina factor de impacto..

Se considerarn incrementos de la carga viva por efectos dinmicos en el diseo de:

-Superestructuras, incluyendo columnas de acero o de concreto, torres de acero, columnas de marcos

rgidos y en general aquellas partes de la estructura que se prolonguen hasta la cimentacin principal.

-La parte de los pilotes de concreto o de acero que sobresalgan del nivel del terreno y que se hallen

rgidamente conectadas a la superestructura ya sea de formando marcos rgidos o como parte de la estructura

mnima, cuando las hay.

No se considerarn incrementos de la carga viva por efectos dinmicos en el diseo de:

- Veredas y puentes peatonales

- Muros de contencin, excepto estribos.

- Cimentaciones y otras estructuras totalmente enterradas como zapatas.

- Estructuras y puentes de madera.

La AASHTO especfica que los efectos dinmicos de las cargas mviles as como la cantidad permisible o

magnitud se expresen como un fragmento o fraccin de las cargas vivas y se determinen por medio de las

siguientes frmulas que bsicamente son las mismas:

i =15.24

L+38.10 30% (formula 3.1) i =

50

L+125 0.30 %(formula 3.2)

Donde

i= factor de impacto.

L= longitud, en metros, de la parte cargada del tramo .para producir el mximo efecto en el elemento.

50

3.1.4.- PRESIONES DEL VIENTO

En el diseo de la superestructura de un puente las cargas de viento se las asume como cargas estticas

uniformemente distribuidas aplicadas sobre el rea expuesta de la estructura. El rea expuesta se toma como la

suma de todas las reas de los miembros estructurales, inclusive el sistema de piso y el antepecho o barandas

visto en elevacin, localizadas a 90 grados con relacin al eje longitudinal de todos los elementos estructurales

de la va. Los valores de las presiones de viento se basan en una velocidad de este igual a 160 km/hora.

3.1.5.- FUERZA DE FRENADO

Cuando un vehculo acelera para emprender su marcha o frena para detenerse se transmiten fuerzas

longitudinales a la superficie de rodadura, gracias a la friccin que existe entre los neumticos y la calzada.

Las estructuras se disearan para resistir una fuerza horizontal de frenado y de aceleracin que actan

horizontalmente en direccin longitudinal y suponiendo que el puente est ocupado en todas sus vas y a todo lo

largo, estando stas aplicadas a 1,8 m sobre el nivel de la losa del tablero y se deber considerar el 5% de la

carga viva.

La fuerza de frenado se debe ubicar en todos los carriles de diseo que se consideren cargados y que

transporten trfico en la misma direccin, por el tren de cargas distribuida con la carga concentrada especificada

para el clculo de momentos y sin tomar en cuenta el factor de impacto tenemos la siguiente frmula:

FR = 0.05 Wcv + Wcv (formula 3.3)

Dnde:

FR= Fuerza de frenado en Tn

p = Carga uniformemente distribuida equivalente en Tn/m/3.05m

L = Longitud entre apoyos

Pm = Carga que corresponde al momento

N = Numero de vas

3.1.6.- CARGAS DE ACERA

Las veredas y los elementos que las soportan como vigas principales, arcos y otros elementos

estructurales debern disearse para una sobrecarga peatonal de 415 kgf/m2 por rea de acera. Adems se

debe tomar en cuenta la carga de baranda que depende del propsito para el cual la baranda es provista, por

ejemplo, para uso vehicular, de bicicletas o de peatones.

3.1.7.- FUERZAS POR VARIACIN DE TEMPERATURA

En teora el cambio de temperatura y los acortamientos elsticos y de retraccin del hormign, producen

variaciones de los elementos de la estructura produciendo esfuerzos de elongacin o contraccin, pero no se

considerarn en nuestro caso porque se construirn juntas de dilatacin en toda la superestructura.

51

3.1.8.- FUERZAS DE LA CORRIENTE DE AGUA Y BASURAS FLOTANTES

En teora la corriente de agua y los materiales de arrastre ejercen sobre las pilas de los puentes, en su

parte sumergida, un efecto dinmico que la norma, la toma en cuenta transformndola en una fuerza esttica

equivalente que depende de la velocidad del agua y de la geometra de la cara de la pila que sufre el impacto.

Las pilas y otras partes de la estructura que estn sujetas a la fuerza de la corriente de agua o de basuras

se disearan para resistir los mximos esfuerzos inducidos por estas cargas. En ste caso no consideramos este

criterio por no tener pilas de apoyo.

3.1.9.- EMPUJE DE TIERRAS

En las estructuras que retienen tierra, se considera el efecto de la presin del suelo de acuerdo al estudio

de geotecnia. Los elementos estructurales debern disearse para resistir el empuje de tierras, de acuerdo a la

teora de Rankine en todo caso, el empuje mnimo a aplicarse ser el correspondiente al de un fluido de peso

especfico no menor a 480 kg/m3, sea el caso cuando exista influencia de la carga de transito sobre el empuje de

tierras, se supondr una carga sustitutiva correspondiente a 60 centmetros adicionales de altura de tierra los

diseos se harn en la suposicin de que los rellenos estn provistos de drenajes apropiados.

El empuje del suelo se deber considerar funcin de los siguientes factores:

- Tipo y densidad del suelo,

- Contenido de agua,

- Caractersticas de fluencia lenta del suelo,

- Grado de compactacin,

- Ubicacin del nivel fretico,

- Interaccin suelo-estructura,

- Cantidad de sobrecarga,

- Efectos ssmicos,

- Pendiente del relleno,

- Inclinacin del muro.

La presin ejercida por un material de relleno se asume triangular lineal, es decir la presin es

proporcional a la profundidad del punto considerable (a mayor profundidad mayor presin)

52

3.1.10.- FUERZAS SSMICAS

Las cargas ssmicas constituyen otro componente de las fuerzas medioambientales que todas las

estructuras deben poder resistir. El objetivo fundamental del diseo ssmico de un puente es el de proporcionarle

la capacidad suficiente para que pueda soportar un sismo severo sin colapsar. Estas fuerzas son generadas por

la vibracin del suelo que acta en cualquier direccin en su centro de gravedad.

La tendencia actual es a considerar sismos de diseo ms realistas, distinguiendo los sismos pequeos y

moderados de los sismos grandes o severos. Los sismos pequeos y moderados pueden ocurrir varias veces

durante la vida de la estructura mientras que la probabilidad de que ocurra un sismo severo es bastante menor.

Estas consideraciones han dado lugar a una nueva filosofa de diseo ssmico.

Las nuevas especificaciones de diseo se han desarrollado en base a los siguientes principios:

a.- Los puentes deben resistir los sismos menores dentro del rango elstico sin ningn dao.

b.- Deben resistir sismos moderados dentro del rango elstico con algn dao reparable.

c.- Deben resistir sismos severos sin llevar al colapso total ni parcial, se aceptan daos reparables. En las

cimentaciones no se aceptan daos.

d.- En el proceso de diseo se deben utilizar intensidades realistas para el sismo de diseo.

Lo anterior implica que durante un sismo moderado la estructura debe comportarse dentro del rango

elstico y durante un sismo severo incursionar en el rango no lineal para lo cual debe tener la resistencia y

ductilidad suficiente para disipar energa.

Las zonas de disipacin de energa y susceptibles a sufrir dao deben ser accesibles para su reparacin.

Se acepta que es antieconmico disear un puente para resistir un sismo severo elsticamente.

La determinacin de las fuerzas ssmicas de acuerdo a la norma AASTHO, utilizando los espectros y la

zonificacin contenidos en esa norma, no es pertinente para otras regiones fuera de los Estado Unidos por

obvias razones. Por razones de simplificacin se considerara que la carga ssmica ser igual al 10% de la carga

muerta ya determinada.

3.2.- DISEO DE LA SUPERESTRUCTURA

La superestructura conformada por: tablero que soporta directamente las cargas; vigas longitudinales (se

denominan vigas longitudinales porque su colocacin est dispuesta siguiendo la direccin del trfico del

puente), riostras, diafragmas, losas barandas, veredas armaduras, cables, bvedas, arcos, quienes transmiten

las cargas del tablero a los apoyos. Sobre la superestructura se da la circulacin de los vehculos y peatones.

53

Fig. 38: Imagen de las vigas longitudinales y el tablero en la parte superior del puente.

Los elementos a tomar en cuenta para el diseo son los que se indican en el grfico:

DIAFRAGMAS DIAFRAGMAS

LOSA

CAPA DE RODADURAVEREDA

BARANDALES

VIGAS

SUPERESTRUCTURA CORTE TRANSVERSAL

ANCHO DE CALZADA

Fig. 39: Imagen de la seccin transversal del puente con sus componentes

3.2.1.- PRE-DIMENSIONAMIENTO

En este punto ya se tiene definido que se trata de un puente con viga seccin en T embebida en la losa,

ambos de hormign armado ya que son los ms adecuados para luces de comprendidas entre 6 a 30m y es la

solucin ms comn en sectores rurales de nuestro medio. Con las siguientes ventajas.

-Son ms rgidos y tienen menos vibraciones.

-Los puentes de concreto, no requieren mayor conservacin

-Utilizan los materiales de la zona y no tienen problemas de transporte de vigas y montaje.

-Y como desventaja stos requieren de obra falsa, la cual debe permanecer en el sitio hasta que el

concreto alcance su fraguado (encofrados).

54

-La losa se arma en el sentido normal al trnsito y se apoya sobre vigas longitudinales, siendo monolticas

con ellas, formando vigas en T.

-Las vigas interiores o exteriores, estn simplemente apoyadas sobre los estribos con placas de neopreno

o aparatos de apoyo.

El diseo es de un puente vehicular de 13m de largo con ancho de calzada de 4m y dos veredas una a

cada lado de1m de ancho incluido el ancho del pasamano de 0.20cm, con tres vigas principales y un diafragma

central y dos diafragmas de cabeceras que estarn apoyados en las cajuelas de los estribos.

Para el diseo de los diferentes elementos se utilizan las normas AASHTO, NEC y el reglamento ACI de

hormign, utilizando la teora del ltimo esfuerzo.

Una vez elegida la ubicacin y tipo de puente, es necesario considerar, para el diseo geomtrico del

puente que brindemos niveles aceptables de visibilidad, comodidad, seguridad y de servicio en general.

Superestructura

Alturas mnima (incluyendo el tablero)

Si se utilizan elementos de alturas variable, estos valores se pueden ajustar para considerar los cambios de rigidez relativa de las secciones de momento positivo y negativo.

Material Tipo

Tramos simples Tramos continuos

Hormign Armado

Losas con armadura principal

paralela al trfico

1, 2 (S + 3000)

30

S +3000 165 mm

30

Vigas T 0,070 L 0,065 L

Vigas cajn 0,060 L 0,055 L

Vigas de estructuras peatonales 0,035 L 0,033 L

Hormign Pretensado

Losas 0,030 L 165 mm 0,027 L 165 mm

Vigas cajn coladas in situ 0,045 L 0,040 L

Vigas doble T prefabricadas 0,045 L 0,040 L

Vigas de estructuras peatonales 0,033 L 0,030 L

Vigas cajn adyacentes 0,030 L 0,025 L

Acero

Profundidad total de una viga doble T compuesta

0,040 L

0,032 L

Profundidad de la porcin de seccin doble T de una viga doble T

compuesta

0,033 L

0,027 L

Cerchas 0,100 L 0,100 L

Tabla 6: Cuadro de recomendaciones de la AASHTO para pre-dimensionamiento

La altura general de la superestructura ser definida teniendo como criterio principal el control de las

deflexiones del tablero. El pre-dimensionamiento es una etapa de diseo en la cual despus de haber definido el

tipo y caractersticas del puente que se desea implementar se procede a dimensionar tentativamente las partes

de los diferentes elementos estructurales de la superestructura e infraestructura del puente, siguiendo reglas y

frmulas propuestas por las AASHTO y tratadistas sobre el tema.

55

El dimensionamiento de un tablero con sus vigas requiere determinar los siguientes aspectos:

-Forma de las vigas (T)

-Separacin entre ellas

-Cuanta de la armadura

Luego se realiza el clculo con las medidas propuestas y se verifica considerando el material y el tipo de

superestructura que el diseo cumple con las especificaciones y expectativas funcionales solicitadas, caso

contrario habra que redimensionar hasta llegar a obtener una solucin definitiva. Despus se procede al dibujo,

digitalizacin del mismo e impresin en los planos. Peralte mnimos para superestructura de seccin constante.

(AASHTO)

3.2.1.1.- Losa

El tablero es el conjunto de elementos estructurales que conforman la superficie de la calzada que sirve

para soportar el trfico de vehculos y peatones, para luego transmitir sus cargas al sistema de vigas y luego a

los cabezales y estribos. El tablero est conformado estructuralmente por la losa y vigas.

ANCHO DE CALZADA

S S

bV bV bV ANCHO VEREDA

ANCHO TOTAL DEL PUENTE

ANCHO VEREDA

CA

PA

DE

RO

DA

RU

RA

hV

hL

BARANDA

hD

Fig. 40: Imagen de la seccin transversal del puente con la nomenclatura

56

Fig. 41: Imagen de la losa del puente con sus veredas.

El espesor mnimo recomendado segn AASHTO para losas continas de seccin constantes con acero

de refuerzo principal perpendicular o paralelo a la direccin de la circulacin vehicular y con finalidad de controlar

su deflexin un espesor mnimo de:

min =1.2( + 3000)

30 1 5mm (formula 3.4)

=1.2(1 50 + 3000)

30= 1 4mm = 20cm (formula 3.4)

hLmin= altura mnima del espesor de la los

s= separacin entre ejes de vigas

Adopto como la h de losa mnima el valor de 20cm.

3.2.1.2.- Vigas

Las vigas constituyen el elemento estructural que soporta la losa de la calzada por donde circulan los

vehculos, veredas y peatones. Las vigas longitudinales soportan la losa y son las que se asientan en los apoyos.

Los elementos que conectan las vigas longitudinales entre si formando un entramado horizontal, se denominan

trabas o diafragmas.

3.2.2.- DISEO DE LA VIGA

La seccin de viga adoptada es de tipo T debido a que presentan un diseo constructivo ms conveniente

que los otros. La losa conforma el ala de la viga, mientras que la parte de la viga que se proyecta por debajo de

la losa configura lo que se conoce como alma. La parte superior de esta viga T se ve sometida a esfuerzos

transversales a causa de la accin de la losa en esa direccin.

57

Y para pre-dimensionar la altura de la viga tipo T luces simples se ha considerado segn AASHTO del

65% al 80% del lago o luz de la viga.

V = 0.0 (formula 3.5)

V = 0.0 13000 = 1040mm(formula 3.5)

V = 1.04m

Ajuste por seguridad es de 5% de Hv

V = 0.05 V + V (formula 3. )

V = 0.05 1.04 + 1.04 = 10 .2cm (formula 3. )

Adopto el valor de 120cm.

hV= altura de viga

Se considera para el ancho de la viga de 25 a 40 cm, no muy ancho porque empieza a des configurarse.

El siguiente aspecto por resolver consiste en determinar el ancho efectivo del ala. Deber proveerse de

una adecuada y efectiva adherencia y resistencia al corte a la unin entre la losa y la viga. La losa podr

considerarse como parte integral de la viga, siempre y cuando el ancho efectivo del ala de la viga-t no exceda las

siguientes limitaciones:

Se ha encontrado que este ancho efectivo depende principalmente de la luz de la viga y del espesor

relativo de la losa. Las recomendaciones dadas por el cdigo ACI 8.10 para el ancho efectivo son las siguientes:

1. Para vigas t simtrica, el ancho efectivo b no debe exceder una cuarta parte de la longitud de la luz

de la viga. El ancho de la losa que sobresale a cada lado del alma de la viga no debe exceder ocho veces el

espesor de la losa ni superar ms de la mitad de la distancia libre hasta la siguiente viga.

2. Para vigas que tienen losa nicamente de un lado, el ancho efectivo de losa que sobresale no debe

exceder un doceavo de la longitud de la luz de la viga, seis veces el espesor de la losa o la mitad de la distancia

libre hasta la siguiente viga.

3. Para vigas t aisladas, en las cuales el ala se utiliza nicamente con el propsito de proporcionar un

rea adicional de compresin, el espesor del ala no debe ser menor que la mitad del ancho del alma y el ancho

total del ala no debe exceder cuatro veces el del alma.

58

Fig. 41: Imagen de la seccin que corresponde a la viga T, embebida en la losa.

b

4 = (formula 3.7) b

13

4= 3.25cm

b S 1. 0 1. 5

b (12t + b) (formula 3. ) (12(20) + 30) = 2.70

1. 5 2.70

El ancho b asumido es de 1.85m s=1.85 b=30 t=20 h=1.20

3.2.2.1.- Carga de carril

El clculo se lo llevara a cabo con el camin de diseo del MTOP para puentes que es de 25T y carga por

llanta de 10T y una carga equivalente uniformemente distribuida de 0.95Tn/m. La carga por carril ocupa un

ancho de tres metros, en la seccin de la calzada y distribuidas de tal forma que produzcan las fuerzas internas

mximas.

3.2.2.2. - Tren de Cargas

Para este anlisis se requiere calcular, diferentes posiciones del tren cargas del vehculo a lo largo del

puente, los trenes de carga se colocaran a lo largo de la viga de 13m en nmero y posicin requeridos para

producir los mximos esfuerzos en el elemento estructural analizado y as determinar el mximo momento de

diseo debido a carga viva (MCV)

59

Figura 42: Imagen del tren de cargas camin de diseo HSMOP

3.2.2.3. - Diseo a flexin y corte.

La viga estar sometida a dos tipos de efectos, las flexiones producidas por los momentos M y las

fuerzas de corte V producidas por el peso propio de la viga, para resistir estas cargas la armadura central

inferior con la armadura superior de los apoyos ser la encargada de absorber estas acciones y los estribos

absorbern las fuerzas cortantes.

El diseo va a ser para la viga interna, la del centro que es la que ms carga soporta, la cantidad de acero

calculado va colocada tambin para la viga externa, los momentos flectores se determinaran por los mtodos

estticos comunes, as como los esfuerzos de corte. En ningn caso una viga exterior deber tener menor

capacidad de carga que una interior.

3.2.2.3.1.- Anlisis de carga muerta

Las cargas muertas son aquellas que se mantienen constantes en magnitud y fijas en posicin durante la

vida de la estructura. Generalmente la mayor parte de la carga muerta es el peso propio de la estructura. sta

puede calcularse con buena aproximacin a partir de la configuracin de diseo, de las dimensiones de la

estructura y de la densidad del material.

Para puentes, las cargas muertas pueden incluir superficies de recubrimiento, andenes y barandas y una

consideracin para ductos y otras cargas suspendidas.

3.2.2.3.2.- Momento ltimo de diseo

El Mu es el momento ltimo a la flexin de vigas de concreto reforzado, que acta en una seccin

transversal de ancho unitario y el Mu, puede utilizarse y da resultados vlidos para el caso de vigas con otras

formas de seccin transversal, para vigas reforzadas de otra manera y para elementos sometidos no slo a

flexin simple sino tambin a la accin simultnea de flexin y fuerza axial (compresin o tensin).

Para el Momento ltimo de diseo (Mu) tanto el momento por carga muerta como por carga viva estn

mayorados con los siguientes factores respectivamente 1.3 y 2.17.

Mu = 1.3MCM + 2.171M(CV+I) (formula 3. )

60

Con el momento ltimo Mu, a partir de las frmulas de hormign se determina el acero a flexin que se

ubicar en la parte inferior de las vigas principales, as: Donde, en una seccin transversal de viga los factores

expuestos son:

Fig. 43: Imagen de cmo actan los esfuerzos en la viga

d: peralte efectivo.

fc: resistencia del concreto fc 300 Kg/cm2

b: ancho de la viga.

a: distancia entre la ltima fibra de compresin y el eje neutro

z: distancia entre la compresin y la tensin.

Para el diseo de flexin vamos a suponer que la viga trabaja como rectangular y luego comprobamos, si

no cumple, calculamos como viga T, y Los aceros se van a calcular con una separacin de 5cm con

recubrimiento de 5cm

3.2.2.4.- Diseo a flexin

En la prctica estructural es de inters calcular aquellos esfuerzos y deformaciones unitarias que ocurren

en la estructura en servicio sometida a las cargas de diseo. Para que una estructura cumpla sus propsitos

debe ser segura contra el colapso y funcional en condiciones de servicio. La funcionalidad requiere que las

deflexiones sean pequeas, que las fisuras, si existen, se mantengan en lmites tolerables, que las vibraciones

se minimicen, etc.

Carga muerta

W = e b (formula 3.10)

Momento por carga muerta

MCV =W 2

4(formula 3.11)

Momento por carga viva

61

MCV =0. P

4(formula 3.12)

Al calcular los momentos flectores en vigas longitudinales o viguetas, la distribucin lateral se determinara

como sigue:

En las vigas interiores se tomara una fraccin de la carga de rueda (f c.), de acuerdo a lo siguiente:

CLASE DE TABLERO PUENTES DE UNA VIA PUENTES DE DOS O MAS VIAS

K S K S

VIGAS-T DE HORMIGON ARMADO 1. 915 S < = 1.80 1,8 S < = 3

Tabla 7: Referencia sobre la fraccin de carga de rueda en un carril.

F. C =S

K(formula 3.13)

S= distancia entre ejes de vas (m)

FC= fraccin de carga de rueda

Cuando s sea mayor que los valores limites tabulados, entonces la carga sobre la viga ser igual a la

reaccin de la, cargas de rueda, suponiendo el tablero simplemente apoyado.

En las vigas exteriores, sean de hormign, acero o madera, se determinar la reaccin de las cargas de

rueda, suponiendo que la losa esta simplemente apoyada sobre las vigas. La carga muerta provendr del peso

propio de la viga ms la rea tributaria proveniente de la losa, acera antepecho y superficies de desgaste,

adems de la carga mvil de transito con impacto, la carga viva de acera, los esfuerzos de trabajo podrn

incrementarse hasta

62

Vu=es la fuerza cortante aplicada

Vs=es la resistencia nominal a cortante del acero

= e araci n

=d

2 (formula 3.1 )

Vn =Vu

0. 5 b d (formula 3.20)

Vu=es la fuerza cortante aplicada

Vn=es la resistencia nominal a cortante del nudo

3.2.2.5.1.- Refuerzo de Distribucin

El acero de refuerzo se calcular obteniendo el momento mximo con la combinacin de cargas entre los

momentos obtenidos de la carga muerta y carga viva correspondientes a la teora de la ltima resistencia (Mu) la

cual plantea el diseo de las secciones de los miembros de las estructuras tomando en cuenta las deformaciones

inelsticas, el mismo criterio anterior.

Se coloca el acero de reparticin para proporcionar distribucin lateral de las cargas vivas concentradas,

dicho refuerzo se ubica transversalmente a la direccin del refuerzo principal en todas las losas con la siguiente

expresin. La armadura de distribucin (Ar) deber colocarse en la parte inferior de la losa y perpendicularmente

a la armadura principal. La cuanta de esta armadura se calcular como un porcentaje de la principal mediante la

frmula indicada a continuacin:

% =121.5

7% (formula 3.21)

Ar = A % (formula 3.22)

Donde h de una viga sea mayor de 90.0cm, debe colocarse refuerzo longitudinal (refuerzo superficial)

uniformemente distribuido en ambas caras laterales del elemento dentro de una distancia h/2 cercana a la cara

de traccin calculado como As mn.

C =A f

0. 5 1 b1 f c (formula 3.23)

3.2.2.6.- Resumen de refuerzos para la viga principal

ACERO EN LAVIGA AL CENTRO 12 25 en la seccin transversal de la viga

ACERO EN LOS APOYOS DE LA VIGA 6 28 en la seccin transversal de la viga

REFUERZO AL CORTE 2 10 mm 57.5cm a lo largo de la viga

Cuadro 8: resumen de refuerzo para la viga principal

63

3.3.- DISEO DEL DIAFRAGMA

Las vigas diafragmas son vigas transversales que se usan como riostras en los extremos de las vigas T,

en apoyos, y en puntos intermedios para mantener la geometra de la seccin y as mismo resistir fuerzas

laterales adems son elementos rectos rigidizadores de las vigas longitudinales que a la vez les transmiten

fuerzas de cortantes verticales, el cual se transmite por apoyo directo de la losa sobre la viga por medio de

varillas de hierro que traspasan la viga longitudinal.

En este caso la ubicacin de los diafragmas obedece a disposiciones anteriores del AASHTO que

sugeran se les coloque en intervalos que no excedan 12.19m. stos diafragmas se colocan en los apoyos y en

sitios intermedios para dar soporte a la losa donde se rompe la continuidad y para evitar el flexin de la viga

longitudinal.

Fig. 44: Imagen del tablero y con vigas longitudinales y diafragmas transversales

Por ello se ha optado por ello colocar diafragmas en los extremos de la superestructura y en el centro.

Segn el artculo 8.12.2 de la AASHTO, estos elementos se colocan uno en cada extremo del puente, a

distancia ms o menos de 50 cm del borde del tablero y en puntos intermedios donde se rompa la continuidad de

la losa y sea necesario apoyar los bordes de esta sobre el diafragma y as evitar el flexin de la viga longitudinal.

Deber colocarse un diafragma transversal en el centro de la luz cuando esta sobrepase los doce metros.

Para el pre-dimensionamiento de la seccin se utilizar la siguiente frmula:

h = (0.5 0.8) * h viga

b = 15 - 20 adopto 20cm

h = (0.7) * 120cm=84 considero de 0.80m y de ancho

64

DIAFRAGMAS O TRABES

VIGAS LONGITUDINALES

SUPERESTRUCTURA CORTE LONGITUDINAL

BARANDALES

Fig. 45: Imagen de la seccin longitudinal de un pue