Diseño de Puentes

Tesis sobre Diseño de Puentes con Vigas y Losas

A continuación traemos una tesis realizada por ERNESTO SEMINARIO MANRIQUE sobre el Diseño de Puentes con Vigas y Losas.

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La presente tesis tiene como objetivo proveer los lineamientos generales del diseño de puentes con vigas y losa de acuerdo a la normatividad vigente. Es decir el “Manual de Diseño de Puentes” del MTC – DGCF que esta basado en “Standard Specifications for Highway Bridges” de AASHTO.

Para lograr este propósito, se dividió el trabajo en nueve capítulos. En el primer capítulo se esbozan las nociones preliminares. El segundo capítulo recopila las cargas de diseño de puentes. En el tercer y cuarto capítulo se recogen las principales normas y criterios del diseño de losas y vigas. Luego, en el quinto capítulo se presentan algunas consideraciones del proceso constructivo en el diseño.

Además, en el capítulo 6 se realiza un estudio de las subestructuras y en el capítulo 7 se estudia los sistemas de apoyos y juntas. Más adelante, en el capítulo 8 se dan algunas recomendaciones sobre las obras complementarias. Y finalmente, en el capítulo 9 se sigue el diseño de puentes desde su localización, alineación, y elección del tipo de estructura hasta el diseño estructural de la losa y de las vigas longitudinales.

Contenido

Capítulo 1: Nociones Preliminares

1.1 Estudios previos del proyecto 07
1.1.1 Localización 07
1.1.2 Luz y tipo de Estructura 10
1.1.3 Forma geométrica y dimensiones 13
1.1.4 Obras de arte y complementarias 14
1.2 Tipos de puentes 15
1.2.1 Según su utilidad 15
1.2.2 Según el material 15
1.2.3 Según la localización de la calzada 16
1.2.4 Según el tipo sistema estructural 16
1.2.4.1 Puentes tipo viga 16
1.2.4.2 Puentes de estructura aporticada 17
1.2.4.3 Puentes tipo arco 19
1.2.4.4 Puentes reticulados 20
1.2.4.5 Puentes colgantes 20
1.2.4.6 Puentes atirantados 20
1.3 Puentes tipo viga 21
1.3.1 Losa 21
1.3.2 Vigas 22
1.3.3 Subestructuras 23
1.3.4 Apoyos y juntas 23
1.3.5 Obras complementarias 23

Capítulo 2: Cargas y Combinaciones de cargas

2.1 Introducción 24
2.2 Cargas 24
2.2.1 Cargas permanentes 24
2.2.2 Cargas transitorias 25
2.2.2.1 Cargas de vehículos 25
2.2.2.2 Cargas de Peatones 32
2.2.2.3 Fuerzas Debidas a Fluidos 32
2.2.2.4 Cargas Sísmicas 35
2.2.2.5 Fuerzas de Hielo 40
2.2.2.6 Fuerzas debido a deformaciones 44
2.2.2.7 Cargas de colisión 46
2.3 Estados Límites y combinación de cargas 47
2.3.1 Estados Límites 47
2.3.1.1 Estado Límite de Servicio 47
2.3.1.2 Estado Límite de Fatiga y Fractura 47 2.3.1.3 Estado Límite de Resistencia 47
2.3.1.4 Estado Límite de Evento Extremo 48
2.3.1.5 Ductilidad 48
2.3.1.6 Redundancia 49
2.3.1.7 Importancia operativa 49
2.3.2 Combinación de cargas 49 2.1 Introducción 24
2.2 Cargas 24
2.2.1 Cargas permanentes 24
2.2.2 Cargas transitorias 25
2.2.2.1 Cargas de vehículos 25
2.2.2.2 Cargas de Peatones 32
2.2.2.3 Fuerzas Debidas a Fluidos 32
2.2.2.4 Cargas Sísmicas 35
2.2.2.5 Fuerzas de Hielo 40
2.2.2.6 Fuerzas debido a deformaciones 44
2.2.2.7 Cargas de colisión 46
2.3 Estados Límites y combinación de cargas 47
2.3.1 Estados Límites 47
2.3.1.1 Estado Límite de Servicio 47
2.3.1.2 Estado Límite de Fatiga y Fractura 47

Capítulo 3: Diseño de losas

3.1 Predimensionamiento 53
3.1.1 Longitud del volado de losa 53
3.1.2 Espesor de la losa 53
3.1.3 Peralte mínimo 54
3.2 Método de franjas equivalentes para el diseño de losas 54
3.2.1 Ancho equivalente de franjas 55
3.2.2 Ancho efectivo de franjas en bordes longitudinales 56
3.2.3 Ancho efectivo de franjas en bordes Transversales 56
3.2.4 Distribución de carga de rueda en las losa 56
3.2.5 Aplicación de sobrecarga 56
3.2.6 Posición de la carga viva 56
3.2.7 Distancia de la carga de la rueda al borde de la losa 57
3.2.8 Momento de diseño 57
3.2.9 Armadura de repartición 57
3.3 Control de diseño 57
3.3.1 Refuerzo mínimo 58
3.3.2 Refuerzo por retracción de fraguado y temperatura 58
3.3.3 Cálculo de deflexión y contraflecha 58
3.3.4 Estado límite de fatiga 58
3.3.5 Bordes no soportados 58

Capítulo 4: Diseño de vigas

4.1 Predimensionamiento 59
4.1.1 Peralte de las vigas principales 59
4.1.2 Luces continuas 59
4.1.3 Espaciamiento entre vigas 59
4.1.4 Dimensiones mínimas para vigas prefabricadas 60
4.1.5 Dimensiones mínimas para vigas T y cajón multicelular
vaciadas in situ 61
4.1.6 Dimensiones de las vigas diafragma 61
4.2 Método del factor de distribución para el diseño vigas 61
4.2.1 Aplicación 61
4.2.2 Factor de distribución para los momentos de vigas interiores 62
4.2.3 Factor de distribución para los momentos de vigas exteriores 64
4.2.4 Factor de corrección para estructuras continuas 64
4.2.5 Momento flexionantes y cortantes en vigas de piso transversales 64
4.1.6 Método del factor de distribución por corte para vigas interiores 65
4.1.7 Método del factor de distribución por corte para vigas exteriores 67
4.3 Estados límites 67
4.3.1 Estados límites de servicio 67 4.3.1.1.1 Perdidas en elementos preesforzados 67
4.3.1.2 Límites de esfuerzos para tendones de preesfuerzo 68
4.3.1.3 Límites de esfuerzos de compresión para concreto antes
de pérdidas 68
4.3.1.4 Límites de esfuerzos de tensión para concreto antes de
pérdidas 68
4.3.1.5 Límites de esfuerzos de compresión para concreto después
de pérdidas 68
4.3.1.6 Límites de esfuerzos de tensión para concreto después
de pérdidas 69
4.3.2 Estados límites de resistencia 69
4.3.2.1 Flexión 69
4.3.2.2 Corte 69
4.3.3 Estados límites de fatiga 72
4.4 Requisitos de diseño 72
4.4.1 Refuerzo mínimo por flexión 72
4.4.2 Refuerzo longitudinal de membrana 72
4.4.3 Refuerzo por retracción de fraguado y temperatura 73
4.4.4 Refuerzo de la losa de tableros en vigas T y vigas cajón
vaciadas in situ 73
4.4.5 Cálculo de deflexión y contraflecha 73

Capítulo 5: Consideraciones del diseño según el proceso constructivo

5.1 Introducción 74
5.2 Construcción in situ 75
5.3 Vigas prefabricadas 75
5.4 Estructuras izadas 77
5.5 Voladizos sucesivos 78
5.5.1 Esquema de construcción por voladizo a partir de pilas 78
5.5.2 Esquema de construcción por voladizo a partir de estribos 79
5.5.3 Esquemas de cableado de tableros 79
5.5.3.1 Trazo de cables en voladizo 80
5.5.3.2 Trazo de cables solidarización 81
5.6 Estructuras empujadas 81
5.7 Estructuras con vigas de lanzamiento 82

Capítulo 6: Subestructuras

6.1 Introducción 84
6.2 Erosión 84
6.3 Diseño de estribos 86
6.3.1 Cargas y fuerzas de presión de tierra en estribos 88
6.3.2 Altura equivalente del suelo para sobrecarga de carga viva 90
6.3.3 Requerimientos de diseño para estribos 90
6.3.4 Criterios de estabilidad 91
6.3.4.1 Ubicación de la resultante 91
6.3.4.2 Capacidad portante 92
6.3.4.3 Resistencia al desplazamiento 92
6.3.4.4 Asentamientos tolerables 93 6.3.5 Predimensionamiento 93
6.3.6 Rediseño 94
6.4 Diseño de pilares 96
6.4.1 Criterios de diseño 99
6.4.2 Predimensionamiento 99
6.5 Requisitos de pilares tipo columnas y tipo muro 99
6.5.1 Requisitos de columnas 99
6.5.2 Refuerzo longitudinal 100
6.5.3 Resistencia a la flexión 100
6.5.4 Refuerzo transversal y de corte en columnas 100
6.5.5 Requerimientos para pilares tipo muro 100
6.5.6 Espaciamiento del refuerzo transversal de confinamiento. 101
6.6 Requerimientos para cimentaciones 101
6.6.1 Cimentaciones superficiales 101
6.6.2 Cimentaciones profundas 102
6.6.2.1 Pilotes hincados 102
6.6.2.1 Pilotes llenados in situ 103

Capítulo 7: Sistemas de apoyos y juntas

7.1 Sistemas de apoyos 104
7.1.1 Tipos de apoyos 104
7.1.1.1 Apoyos de elastómero 105
7.1.1.2 Apoyos de acero 106
7.1.1.3 Apoyos de elastómeros confinados 108
7.1.1.4 Apoyos de disco 110
7.1.2 Diseño y análisis de apoyos de elastómero. 111
7.2 Sistemas de juntas 114
7.2.1 Función de las juntas 114
7.2.2 Recomendaciones para juntas 114

Capítulo 8: Obras complementarias

8.1 Barandas 117
8.2 Separadores 119
8.3 Bermas 119
8.4 Losas de transición 119
8.5 Cortinas y alas 119
8.6 Iluminación 121
8.7 Señalización 121
8.8 Drenaje 121
8.9 Elementos de captación 121
8.10 Pavimentación 122

Capítulo 9: Diseño de la superestructura del puente San Juanito

9.1 Introducción 123
9.2 Datos preliminares 123
9.3 Ubicación y definición del puente San Juanito 126
9.4 Estructuración del puente San Juanito 127 9.5 Predimensionamiento 128
9.5.1 Espaciamiento de vigas 128
9.5.2 Espesor de losa 128
9.5.3 Selección de la viga postensada 128
9.5.4 Viga diafragma 129
9.6 Diseño de la losa 130
9.6.1 Análisis de la carga vehicular 130
9.6.1.1 Número de líneas de diseño 130
9.6.1.2 Ancho de los momentos para carga vehicular 130
9.6.1.3 Cargas vehiculares 131
9.6.2 Metrado de carga muerta 131
9.6.3 Estado límite de resistencia I 131
9.6.4 Refuerzo de flexión 136
9.7 Diseño de las vigas postensadas 137
9.7.1 Análisis de la carga vehicular 139
9.7.1.1 Cálculo de los factores de distribución de momento por carga viva 139
9.7.1.2 Cálculo de los factores de distribución de corte por carga viva 141
9.7.2 Metrado carga muerta 142
9.7.3 Combinaciones de los estados límites de diseño 142
9.7.4 Diseño a flexión de la viga interior 147
9.7.4.1 Estados límites de servicio 150
9.7.4.2 Estado límite de fatiga 153
9.7.4.3 Resistencia última 153
9.7.5 Diseño a flexión de la viga exterior 155
9.7.5.1 Estados límites de servicio 155
9.7.5.2 Estado límite de fatiga 158
9.7.5.3 Resistencia última 158
9.7.6 Diseño por cortante de las vigas 159
9.7.7 Diseño por cortante en la interfase 160
9.7.8 Diseño de anclaje 161
9.7.8.1 Resistencia del reforzamiento transversal 163
9.7.8.2 Refuerzo de confinamiento 163
9.8 Diseño de la viga diafragma 163

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