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8/20/2019 Puentes -civil

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HORMIGÓN IICUESTIONARIO PUENTES 1ER CUATRIMESTRE 2014

AASHTO

1. Carga de Viento según Reglamento AASHTO LRFD 2012 ¿Cómo se determina?

La acción del viento puede tener cualquier dirección, la que más solicita al puente es la transversal, es por esoque en el Trabajo Práctico se consideró solamente en esta dirección.

El viento actúa tanto sobre la estructura (WS) como sobre los vehículos (WL).El viento sobre la estructura WS se calcula con una presión básica que depende del elemento que se

considere (2.39kPa para vigas de tablero), que multiplicado por el ancho del área expuesta debe dar al menos

4.4kN/m: WS = PB x harea exp 4,40 kN/mPara el Viento sobre los vehículos se debe tomar una fuerza actuando perpendicularmente al eje del puente a

una altura de 1,80 m sobre la calzada, con un valor WL = 1,46 kN/mCabe destacar que ambos tipos de viento están afectados por diferentes factores para cada combinación de

estados de carga a considerar.

2.

Coeficiente de carga dinámica según Reglamento AASHTO ¿Qué significa? ¿Cómo se evalúa? ¿A qué cargasafecta?

No se trata en sí de una carga actuante sino que es un coeficiente de mayoración que tiene en cuenta losefectos dinámicos de las cargas de tránsito.

Los efectos estáticos del Camión (LLCAMIÓN) o Tándem (LLTÁNDEM) de diseño se deberán mayorar de acuerdo a lasiguiente tabla, para considerar el incremento por carga dinámica. Este incremento no se aplicará a las cargaspeatonales (PL) y de carril (LLCARRIL). Este factor se toma como (1+IM). El incremento es del 33% (Tabla 3.6.2.1-1).

Es conveniente hacer notar que el coeficiente de afectación por carga dinámica se debe aplicar a todos losrestantes componentes del puente, incluyendo la infraestructura y los aparatos de apoyo.

3.

Carga de frenado según Reglamento AASHTO ¿Cómo se determina?

Se tomará el mayor de los siguientes valores• 25% de los pesos del camión o tándem de diseño• 5% de los pesos del camión más la carga de carril• 5% de los pesos del tándem más la carga de carril

Esta fuerza se ubicará en todos los carriles cargados,actuando horizontalmente en dirección longitudinal y en elmismo sentido, a una altura 1,80 m sobre el nivel de calzada.A estas cargas se le aplicarán los factores de presencia

múltiple.

4.

Cargas en Puentes Carreteros según Reglamento AASHTO

Según el Reglamento AASHTO LRFD 2012, las fuerzas que solicitan las estructuras de los puentes y que debenconsiderarse en los cálculos son:• Cargas permanentes

CR = fluencia lentaDD = fricción negativa (downdrag)

DC = peso propio de los componentes estructurales y accesorios no estructuralesDW = peso propio de las superficies de rodamiento e instalaciones para serviciosEH = empuje horizontal del suelo

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EL = tensiones residuales acumuladas resultantes del proceso constructivo, incluyendo en la construcciónparcial la elevación separada de voladizosES = sobrecarga de sueloEV = presión vertical del peso propio del suelo de rellenoPS = Fuerzas secundarias de postesadoSH = contracción

• Cargas transitorias BR = fuerza de frenado de los vehículosCE = fuerza centrífuga de los vehículosCT = fuerza de colisión de un vehículoCV = fuerza de colisión de una embarcaciónEQ = sismo (IMPRES)FR = fricciónIC = carga de hieloIM = incremento por carga vehicular dinámicaLL = sobrecarga vehicularLS = sobrecarga viva

PL = sobrecarga peatonalSE = asentamientoTG = gradiente de temperaturaTU = temperatura uniformeWA = carga hidráulica y presión del flujo de aguaWL = viento sobre la sobrecargaWS = viento sobre la estructura

5. Según el reglamento AASHTO, ¿cómo se reparten transversalmente las cargas en el emparrillado deltablero y bajo qué condiciones?

Las cargas transversales se reparten mediante las “vigas riostras” cuya función en el emparrillado del tableroes la de dar rigidez en forma transversal y transmitir cargas en esta dirección. En caso de que no se empleen vigasriostras, se deberá verificar que las vigas principales y la losa sean capaces de transmitir los esfuerzostransversales.

En cuanto a las condiciones de funcionamiento, la existencia de vigas riostras hace que al actuar una cargasobre una de las vigas principales, las otras también tomen parte de misma. Se puede plantear un modelo en elcual la viga riostra apoya sobre apoyos elásticos que reciben una parte de la carga proporcional al descenso, porlo que si se considera que todas la riostra es infinitamente rígida frente a las vigas principales todas, todas éstasdescenderán de forma igual y tomaran la misma proporción de carga.

En el Trabajo Práctico no se dispuso riostra intermedia pero sí se dispusieron riostras extremas. En la

actualidad no se utilizan las riostras intermedias por no ser absolutamente necesarias. Su ejecución es dificultosa,y se prefiere diseñar las vigas principales teniendo en cuenta que en un puente como el del TP, las centralestoman más carga que las laterales.

La carga que toma cada viga se puede determinar de dos maneras:-Línea de Influencia de Repartición Transversal (DNV)-Ley de momentos / factores de distribución-Métodos refinados: Emparrillados por computadora

Método de la Línea de Influencia:

Para poder aplicar este método el puente debe cumplir:• Puente Recto.

• Poseer una Rigidez Transversal Eficaz mediante Vigas transversales o Riostras.Para evaluar la condición de Rigidez Transversal Eficaz, se pueden emplear varios métodos:

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Courbon

L = longitud del tablero 2 b = longitud de la riostraEs decir, si la longitud del tablero es superior al doble de la longitudde la riostra, se considera que la riostra es infinitamente más rígida que las vigas principales.

Guyon, Massonet y Bares

Conocido como parámetro de

entrecruzamiento

La rigidez al resbalamiento dela losa y la rigidez a la torsiónde las vigas principalesprovocan una descarga de laviga principal directamentecargada.En el caso de 3 o más vigasprincipales se obtiene una

distribución eficaz de lascargas, mediante vigastransversales en L/2 o L/3. Conellas se obtienen Líneas deInfluencia curvas.

Método de la Ley de Momentos (factores de Distribución):

Se basa en la evaluación de la distribución transversal en forma aproximada teniendo en cuenta:1. Tipos de tablero2. Solicitación a calcular. Diferente factor para M y Q3. Diferencia entre viga interna y externa

Los factores se obtuvieron de ensayos de:• Puentes sin diafragmas• Oblicuidad < 10º• El porcentaje de M y Q, que esreferido al total de la carga aplicada

Este método es el que se debe aplicar enel trabajo práctico y es el explicitado en elReglamento AASHTO 4.6.2.2.

Primero debe distinguirse el tipo de

tablero que es (Tabla 4.6.2.2.1-1):

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Luego se calculan los factores de momentos para vigas interiores (Tabla 4.6.2.2.2.1-1)Para nuestro tipo de puentes (k):

Un carril Cargado

Dos o más carriles cargados

Por último se calcula el factor de corrección para las vigas exteriores:Para nuestro tipo de puentes (k):

de = distancia horizontal a nivel del tablero entre el eje del alma de una viga exterior y elborde interior de un cordón o barrera de tráfico (m).

Método de Emparrillado por Computadora:Son modelos refinados, los cuales idealizan la estructura mediante un emparrillado de vigas interconectadas osistema de placas para la losa y barras para las vigas. Se basan en la teoría de la elasticidad y algunos de losmétodos más usados son:

• Método de las diferencias finitas• Método de los elementos finitos• Analogía de la grilla• Método de las series armónicas

No poseen limitaciones de geometría, separación o cantidad de vigas, etc. (cuanto más pequeños lossubelementos que componen a un elemento, mayor precisión se obtiene.Posee flexibilidad para modificar condiciones de apoyo, consideración de riostras, vinculación entre elementos

(torsión en vigas) y características de los materiales.

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ESTRIBOS

1. ¿Qué tipos distintos de estribo de puente conoce?

Los estribos pueden ser clasificados de distintas formas.

•

Según contención del derrame:o Estribo abierto (falso): aquel que deja drenar el suelo, como puede ser un estribo con

columnas.o

Estribo cerrado (real): aquel que no deja drenar el suelo, como ser un muro de contención.o Real falso estribo: contiene una ménsula que forma parte del puente, la cual descansa sobre

el terraplén. La estructura del estribo en sí está retirada del terraplén.

•

Según esquema estático:o

De gravedad.o En cantiléver.o

Pantallas.

• Según procedimiento constructivo:

o Ejecutados in situ.o Con prefabricación (parcial).o Con muros de suelos mecánicamente estabilizados.o

Por superposición de elementos modulares.

2. ¿Qué función cumple el muro de vuelta de un estribo?

Los muros de vuelta son estructuras laminares solidarias con el espaldón y con una geometría adecuada parala contención lateral de los terraplenes de acceso. Deben tener un espesor no menor que 0,25m y confinar

preferentemente toda la losa de aproximación.

3. ¿Qué función cumple el espaldón de un estribo?

El espaldón de un estribo cumple principalmente dos funciones:

• Recibir la carga de la losa de aproximación.

• Resistir el empuje del suelo.

4.

¿Qué función cumple la losa de aproximación?

La losa de aproximación es una obra complementaria (es decir, se ejecuta con el objeto de mejorar las

condiciones de operación de la estructura) que vincula la losa de calzada (rígida) con el suelo (flexible).El relleno de tierra detrás de los estribos se asienta y se produce un bache que debe ser rellenado pero, de

acuerdo al tipo de terreno, a menudo no llega a estabilizarse a través de años. Aun los terraplenes biencompactados se asientan más que los extremos de los puentes, ante todo cuando los estribos tienen fundacionesprofundas y las cargas del terraplén se transmiten a suelo cohesivo. Por ello, con frecuencia detrás del puente seproduce una depresión que resulta molesta para el tráfico rápido. Está depresión puede corregirse colocando unalosa o placa de transición, que apoya firmemente uno de sus extremos sobre el puente, en tanto que el otroacompaña el asentamiento del terraplén.

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5. ¿Qué diferencia existe entre un estribo abierto (o falso) y uno cerrado (o real)?

Un estribo abierto deja drenar el suelo, como puede ser un estribo con columnas o contrafuertes pero quedeja al suelo drenar por entre medio de ellos según su pendiente natural mientras que el estribo cerrado, no,como ser un elemento de contención del suelo (por lo general muros de contención verticales, escamas de tierraarmada, etc.).

5. Describa los esquemas estáticos longitudinal y transversal del estribo del puente carretero del trabajopráctico.

6.

Detalles de armado de estribos.

• Muro de vuelta

o El tensor se coloca con el fin de soportar el peso propio. El valor del

trabajo práctico es 2φ10.o El estribado se coloca por fisuración y es calculado mediante bielas y

tensores.o

La armadura se coloca longitudinal por facilidad y es calculada a flexión.

• Espaldón

Los esquemas estáticos son los dados en la pregunta 6, en la parte central actúan el empuje del suelo, el pesopropio, el peso de la losa de aproximación y de la sobrecarga y el frenado. En los extremos actúan el frenado, elmomento torsor y el tiro provocados por el muro de vuelta y el empuje del suelo.

En los sectores extremos, el dimensionado de la armadura vertical se realiza a flexocompresión y el de laarmadura horizontal a flexotracción pues el empuje del muro de vuelta tracciona al espaldón.

Valores de armaduras obtenidos en el trabajo práctico son φ10 c/15 para armadura vertical principal y φ8c/30 para armadura horizontal con un refuerzo de φ8 c/17 en los extremos.

•

Viga de coronamiento

El esquema estático es el dado en la pregunta 6. Se diseña a flexión vertical(siendo las cargas actuantes las reacciones de las vigas, el peso del muro devuelta y el peso propio), a flexión horizontal (siendo las cargas actuantes losmomentos originados por el muro de vuelta, el empuje del suelo, las cargas defrenado y de temperatura) y a torsión (por las cargas excéntricascorrespondientes al muro de vuelta, la losa de aproximación y el espaldón; seconsidera que las vigas principales apoyan en el baricentro de la viga decoronamiento por lo que las reacciones no genera momento torsor).

A continuación se presenta el detalle de armadura adoptado en el trabajo

práctico. Los valores obtenidos son 3 estribos φ10 c/18; como armadura de piel,4φ16 por cara; como armadura inferior, 6φ25 y como armadura superior, 12φ25.

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PILAS

1.

¿Qué tipos distintos de pila de puente conoce?

Siendo las “Pilas” elementos estructurales cuya función es la de transmitir los esfuerzos desde lasuperestructura hasta las fundaciones, las mismas pueden ser de distintos tipos:

2.

Describa el esquema estático de la pila del T.P. según el sentido longitudinal y transversal del puenteindicando las cargas actuantes de acuerdo a los distintos estados considerados.

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( ) 1'

22 2

pv camion

pv c c v v

v v

R R L R p a p a Pn n

= ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ = +⋅

2

p máx

v

RP

n=

En el análisis del esfuerzo de frenado, si las pilas son de igual rigidez, entonces el esfuerzo se dividirá enpartes iguales entre ambas (es decir, la mitad a cada una).

En el análisis del frotamiento de apoyos (por retracción, fluencia lenta, temperatura), considerando unpilar intermedio de una serie de pilares de igual rigidez y de vigas de igual longtud, resulta que las dos fuerzasseñaladas son de igual magnitud.

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FUNDACIONES

1.

¿En qué casos dispone fundaciones con pilotes hincados y en qué otros pilotes ejecutados in situ?

En los pilotes hincados el espacio que ocupa el pilote se consigue desplazando el suelo bajo presión a laszonas próximas, produciendo una compactación del terreno contiguo lo que resulta especialmente importante en

caso de suelos no cohesivos. Otra característica de estos pilotes es que generalmente están sometidos aesfuerzos axiles, es decir tracción o compresión, para los cuales presentan un buen funcionamiento. Si existenfuerzas horizontales deben absorberse mediante pilotes inclinados.

Por otro lado, la metodología para pilotes hormigonados in situ consiste en liberar el espacio a ocupar por elpilote extrayendo el suelo. La consecuencia directa de esta metodología es la liberación de las tensiones delsuelo, por lo que a la inversa de lo que ocurre con los pilotes hincados, las resistencias de fuste y punta sonmenores. Con esta metodología se pueden atravesar zonas compactas que son barreras infranqueables para loshincados y además se logran pilotes de mayores diámetros (llegando hasta 2 metros). En suelos cohesivosconsistentes, a veces se puede realizar la excavación sin utilizar medios para contener las paredes, en estos casosse debe actuar con rapidez tratando de colar el pilote inmediatamente terminada la perforación. Algunas veces el

terreno permite un ensanchamiento en la base “bulbo” con lo cual se pueden aumentar notablemente las cargastransmitidas por punta.

2. ¿Qué es el efecto de conjunto en una fundación con pilotes?

En función de la distancia entre pilotes, una razonable hipótesis es que los esfuerzos transmitidos por el piloteal suelo se solapen, reduciéndose así la capacidad individual de carga del pilote (superposición del bulbo detensiones de Terzaghi). La capacidad portante de un grupo de pilotes puede no ser igual a la suma de lascapacidades portantes de todos los pilotes individuales en el grupo, por lo que debe considerarse elcomportamiento del grupo como un todo. La experiencia ha demostrado que la resistencia de los pilotes en

grupo es generalmente menor a la suma delas resistencias individuales de cada uno de ellos (del orden del 70 % a80 %). El efecto es más notorio cuanto menor sea la separación entre pilotes.

3. ¿Cuál es la función de un cabezal de pilotes? ¿Qué es y cómo se define su condición de rigidez?

La necesidad de ejecutar más de un pilote por punto de descarga o la divergencia de secciones entre el pilotey el elemento de descarga vertical obligan a la utilización de un dispositivo intermedio entre el pilar y el o lospilotes, denominado cabezal. La función del mismo es la de distribuir las cargas que llegan de la columna a lospilotes (tarea que lleva a cabo mediante la formación de bielas comprimidas).

A los efectos de que la repartición de esfuerzos entre los pilotes sea uniforme y se pueda calcular de manera

simplificada, el cabezal debe ser un elemento de gran rigidez, regulando así la dispersión entre la carga asociada acada pilote, lo que evita comportamientos imprevistos. Es posible comprobar analíticamente que cuanto menores la rigidez de los pilotes respecto del cabezal, menor es la dispersión de cargas. Su condición de rigidez dependede la sección del cabezal y dimensiones geométricas.

Su rigidez se define mediante su altura. Para que el cabezal sea rígido y los pilotes trabajen todos por igual se

debe cumplir 2 21

2 x yd e e> ⋅ + siendo y x ye e distancias horizontal y vertical (respectivamente) entre pilotes y

d la altura del cabezal. Se recomienda 3míne φ > ⋅ para que no se produzca efecto de grupo.

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4. ¿Qué significa la “fricción negativa” actuante sobre un pilote?

Si una masa de suelo está sufriendo asentamientos por un proceso de consolidación en desarrollo, sea bajosu propio peso o bajo el peso de un relleno o una sobrecarga, la inserción de pilotes dentro de la masa interfierecon el asentamiento. Al tender el suelo a deslizarse hacia abajo con respecto a los pilotes, ejerce un arrastreconocido como fricción negativa. Puede producirse un arrastre semejante por consolidación, debido al descenso

del nivel freático o a otras causas. Esto causa que la resultante del fuste no sólo no contribuya para la capacidadde carga de los pilotes, sino que represente una carga.

5.

¿Qué significa "martillo de doble efecto" para la hinca de pilotes?

En los martillos de doble efecto o diferenciales se emplean el vapor o el aire comprimido para levantar lamaza y para acelerar la caída (a diferencia del martillo de simple efecto en el cual el pistón golpea sólo son lainercia de la caída de su masa), con lo cual se reduce el tiempo necesario para la hinca del pilote y hasta llega ahacerse más fácil en arena suelta.

La energía que se desarrolla en cada golpe varía sensiblemente con la presión del vapor o del aire y senecesita de una inspección cuidadosa para estar seguros de que dicha presión es la especificada y constante.

MURO DE SOSTENIMIENTO

1. ¿Por qué se deben disponer drenes en un muro de sostenimiento?

En aquellos casos en que no se haya previsto una red de drenaje que permita evacuar la acumulación de aguaen el terraplén se corre el riesgo de que la presión hidrostática del agua sobre la cara interior del muro aumentelos empujes actuantes produciendo su colapso.

Entonces, se colocan drenes para disminuir la altura y así el empuje de la napa freática sobre el muro, para

esto se disponen “barbacanas” (agujeros en el muro) a la altura a la que se quiere deprimir la napa, pero teniendoel resguardo de que al originar en el suelo una red de escurrimiento, no se erosione el suelo y se disgreguepudiendo originar la falla del muro.

2. ¿Por qué no se considera la cohesión del suelo de relleno en el diseño de un muro de sostenimiento?

En suelos que tengan cohesión, si la altura del muro no supera un valor determinado (altura crítica), sepuede dar el caso de que se separe el muro del terraplén y éste se mantenga en pie, es decir, que el suelo no sedesmorone, con lo que el empuje activo correspondiente sería nulo, ya que es suelo no ejercería empuje si se leadosara un muro, ni sería necesario que éste lo sostenga.

Sin embargo, por la acción de diversos agentes climáticos (como lluvia, viento, frío, calor, congelamiento ydeshielo, etc.), a largo plazo el terraplén en general no suele mantenerse estable sino que se va degradando enforma progresiva; por este motivo se considera prudente no considerar el valor de la cohesión del suelo alcalcular el empuje activo del mismo sobre el muro de sostenimiento, considerando sólo la fricción entrepartículas del suelo expresada por el coeficiente de fricción interna del mismo.

3.

Enumere distintos tipos de muros de sostenimiento.

•

Muros de gravedad: es aquel que soporta mediante su peso propio el empuje horizontal del suelo.

• Muro con tensores: en este tipo de muros se soporta parcial o totalmente el empuje de suelos con

tensores (los cuales deben atravesar con holgura la zona de la cuña de deslizamiento, anclándose más allá

de la misma). •

Pantalla en ménsula (tablestacas): estas pantallas deben penetrar en el terreno a suficiente profundidadcomo para que las reacciones sobre la zona enterrada sean capaces de soportar la tendencia al vuelvo y aldeslizamiento de la pantalla bajo los empujes del suelo

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•

Gaviones y bloques modulares: bloques cuyo peso y dimensiones deben ser tales como paracontrarrestar el empuje del relleno o terraplén. En caso que cada bloque esté formado por un conjuntode piedras encerradas en jaulas de tejido metálico, los mismo se denominan gaviones

• Muros de hormigón armado: los mismos suelen tener una zapata inferior hacia el lado del relleno (de

manera que el peso del suelo tienda a contrarrestar el efecto del volcamiento) y una zapata inferior haciael lado opuesto al relleno (para así alejar el punto de giro por volcamiento, con lo cual crece el brazo de

palanca del par estabilizante). •

Escamas superficiales o tierra armada: se reviste la superficie lateral del terraplén o relleno conelementos superficiales llamados escamas, que se vinculan a tensores colocados en la masa del terraplén.

•

Muros con contrafuertes: en muros de sostenimiento cuya altura sea considerable se producenimportantes esfuerzos de flexión de manera que un muro macizo debería tener un espesor muy grandeen su parte inferior. Una forma de evitar esto y lograr un diseño más económico es reforzar el muromediante la colocación de contrafuertes, con los que se aumenta el brazo de palanca de las armadurastraccionadas y se logra una mayor capacidad de resistir momentos flexores con un espesor dado demuro; si el mismo es de gran altura y muy cargado puede ser necesario colocar nervaduras horizontalesde arriostramiento y una placa de coronamiento.

• Muros pre-moldeados: muros de hormigón armado que se subdividen en elementos que pueden ser

fabricados en plantas de pre-moldeado o a pie de obra y luego colocados en su posición definitiva. Tienencomo principal ventaja la rapidez con que permiten ejecutar el muro.Además, debe tenerse en cuenta que el paramento de los muros puede representar diversas

inclinaciones, buscando una mayor estabilidad o economía en cada caso en particular.

4. ¿Bajo qué tipo de empuje de suelos se dimensionan los muros de sostenimiento? ¿Por qué?Se dimensiona bajo empuje activo del suelo dado que tanto en el caso de falla por volcamiento como por

deslizamiento, el muro se va separando progresivamente de su posición original, alejándose del relleno oterraplén, de manera que se produce una disminución de las presiones horizontales del suelo que originalmentecorrespondían al estado natural o de reposo. Se ha observado que basta un desplazamiento horizontalrelativamente modesto del muro para hacer bajar las presiones horizontales hasta el valor correspondiente al

estado activo del suelo.

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TABLERO

1.

En las losas continuas del tablero del puente: ¿cuáles son las condiciones a cumplir para poder aplicar elcálculo simplificado de solicitaciones de acuerdo al Reglamento AASHTO? Describa el método.

DISEÑO DE LA LOSA DEL TABLERO

Se emplean los siguientes materiales:Hormigón : H-28 f'c = 28 MPa = 280 Kg / cm²Acero : ADN – 420 fy = 420 MPa = 4200 Kg / cm²Espesor mínimo de losa en la calzada: 18 cm

Se acepta que las losas flexionan principalmente en sentido

transversal al tránsito. En el Trabajo Práctico, no seconsiderará la utilización de riostra intermedia (solamente lasextremas). En este caso entonces, para el cálculo de lassolicitaciones se analiza una franja de losas unidireccionalesapoyadas sobre apoyos fijos (vigas).

Las acciones a considerar sobre este esquema estático laspodemos dividir en:♦

Cargas permanentes

Las cargas permanentes son: el peso propio de la losa, pesopropio de la carpeta de rodamiento, peso propio de las defensas

y terminaciones. Son cargas superficiales o lineales cuyaubicación es fija, las cuales pueden ser planteadas en el esquemaestático como cargas distribuidas o concentradas en una franjade ancho unitario (1 m).

Esquema de cálculo de Solicitaciones para Cargas Permanentes

(ancho 1m)

♦

Sobrecargas

Se considerarán como sobrecargas actuantessolamente los ejes del camión de diseño o deltándem de diseño, según resulte más desfavorable(3.6.1.3.3.) A las solicitaciones debidas a éstas cargasse les sumarán las debidas a las permanentes.

Estas sobrecargas de diseño son puntuales y móviles.

Solicitan a la losa con diferentes anchos derepartición en función de su ubicación.

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Para estas cargas el Reglamento AASHTO propone un método simplificado (Cap. 4.6.2.1) Considerando solo losejes más cargados del camión de diseño o del tándem de diseño (considerando el factor de presencia múltiple),fija los anchos de repartición en función si son momentos interiores Positivos (M+) o negativos (M-) o si sonmomentos de voladizo.

Este método simplificado se denomina método de las fajas. La faja equivalente de losa, o faja primaria, puede

definirse como la porción de la misma que toma las solicitaciones de las cargas de eje. Su ancho E, tanto parasolicitaciones de corte como de momento, se determina según:

Siendo:S: separación entreapoyos (m)X: distancia entre lacarga y el apoyo. (m)

Para obtener la carga

por unidad de ancho dela faja equivalente, sedivide la carga total deun carril de diseño por elancho de faja calculado.

Las fajas se consideran como un cordón continuo de vigas. Los apoyos se consideraninfinitamente rígidos y la distancia entre ellos es la distancia entre ejes de vigas. Si sequiere refinar el cálculo, las cargas de ruedas pueden tomarse como distribuidas en ladirección portante de acuerdo con el ancho del neumático más la altura de distribuciónhasta el eje del tablero. La sección de dimensionamiento para momentos negativos y

solicitaciones de corte se ubica a un tercio del ancho del ala desde el eje del apoyo, sinexceder de 0.38 m para secciones como la de la figura. Para secciones doble T más anchas en la parte superior sedebe considerar el corte en la sección que dista el ancho de alma desde el filo del alma.

Ubicando el o los camiones en las posiciones más desfavorables (o planteando una envolvente para un tren decargas) se obtienen los máximos momentos positivos y negativos, los cuales deberán ser divididos por el ancho derepartición que les correspondiese. Se deberá considerar que tanto el máximo momento positivo o negativocalculado está actuando en todos los tramos o apoyos según corresponda.

Esquema de cálculo de Solicitaciones (1 camión)

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Esquema de cálculo de Solicitaciones (2 camiones)

El ancho de faja (ancho de repartición) se obtiene de la tabla antes mencionada. Para losa de Hormigón “in situ"el ancho en metros resulta:

• Voladizo 1.14 + 0.833 X• Momento Positivo (M+) 0.66 + 0.55S• Momento Negativo (M-) 1.22 + 0.25S

Si vemos estos anchos en la planta del tablero:

En el apéndice del Capítulo 4 del reglamentoAASHTO, se encuentra una tabla donde seresuelven las envolvente de solicitacionesdebidas a sobrecargas, para casos que cumplancon las condiciones allí indicadas.

Armadura Mínima (AASHTO 5.7.3.3.2)

La armadura adoptada deberá garantizar unaresistencia a la flexión, Mr, como mínimo igual

al menor valor entre:• 1.2 veces el momento de fisuración, Mcr

donde Mcr = Sc × f r

• 1.33 veces el momento mayorado requeridopor las combinaciones de cargas para losestados límites de resistencia especificados enla tabla 3.4.1-1

Con estos criterios se adiciona armadura inerte si resulta necesario, ya que la armadura tesa de las vigas secalculó en estado de servicio. El criterio de Mcr resulta dimensionante sólo en secciones muy

sobredimensionadas.

Limitación de la fisuración (AASHTO 5.7.3.4)

La separación s de la armadura de acero no pretensado en la capa más próxima a la cara traccionada deberásatisfacer lo siguiente:

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Armadura de Distribución (AASHTO 9.7.3.2):

La armadura en la dirección secundaria deberá ser colocada en el fondo de la losa como un porcentaje de laarmadura principal en la zona de momentos positivos de la siguiente manera:

• para armadura principal paralela a la dirección del tránsito:

• para armadura principal perpendicular a la dirección del tránsito:

2. ¿Cómo se denomina el tipo estructural del tablero del Puente Carretero del T.P.? ¿Qué elementos locomponen? ¿Cuáles son sus funciones y cómo se relacionan entre sí?

El objeto del trabajo práctico es el de proyectar un puente para tránsito vehicular perteneciente a la red VialNacional que salva un obstáculo constituido por un río no navegable de cauce extendido, con moderado desnivelde terreno. Para ellos utilizaremos un puente de tramos isostáticos con vigas prefabricadas centradas.

En general, podemos dividir a los elementos que lo componen en dos grandes grupos:

Superestructura: constituida por los elementos estructurales (losa, vigas principales, riostras) y constructivos(veredas, barandas, defensas, iluminación, etc.) que forman parte de la obra que salva el obstáculo permitiendoel tránsito sobre la misma. Este conjunto se denomina tablero.

Infraestructura: formada por todas las estructuras que dan apoyo a la superestructura, llevando las cargas alterreno a través de las fundaciones. Las pilas son apoyos intermedios que se ubican en el cauce mientras que losestribos son apoyos extremos que reciben además el empuje de los suelos de terraplenes de acceso.

Existen elementos intermedios entre ambas partes denominados dispositivos de apoyo, a través de loscuales se transmiten las acciones de una a otra.

3. Enumerar los posibles tipos de secciones transversales de tableros de puentes de hormigón armado opretensado. Indicar si le es posible las condiciones de proyecto a las que mejor se ajusta cada tipo.

La elección de la sección transversal queda influida por la medida de la luz (referida al sistema estáticoelegido), la altura constructiva disponible, el procedimiento constructivo, la economía del procedimiento y larelación entre sobrecargas y cargas permanentes.

•

Losa de hormigón in situ: losa monolítica simple, apropiada para puentes de un solo tramo de hasta 20 mde luz o para puentes con varios tramos de hasta unos 30 m. La misma se presta especialmente para

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puentes oblicuos o para puentes de ancho variable en zonas de bifurcación. Además es adecuada parapequeños puentes en pórtico o para alcantarillas en arco.

• Losas con elementos prefabricados: construidas en forma de fajas que se colocan “hombro a hombro”

para lo cual deberán preverse juntas lo suficientemente anchas en las que pueda compactarseadecuadamente un mortero consistente.

• Vigas-placa de hormigón “in situ”: muy adecuadas cuando deben absorberse momentos flexores

positivos.•

Vigas-placa invertidas (con tablero Inferior): poseen una altura constructiva muy pequeña sobre el gálibodel puente, solamente dependiente de la luz transversal. Sólo sirve para puentes angostos. Para puentesferroviarios se prefieren este tipo de secciones pues la cama de balasto de por sí puede necesitar una“artesa” y porque el gálibo sobre el riel permite usar vigas principales que sobrepasen el nivel del riel.

•

Vigas-placa prefabricadas: pretensadas o postesadas, permiten el hormigonado de losas in situ entrecabezas comprimidas que forman parte de la losa, o vigas que permiten el hormigonado de “losascorridas por encima” de la viga (casos de TP).

•

Vigas de cajón hueco: Son rígidas a torsión lo que permite apoyarse en una sola pila y emplearse parapuentes en curva. Son utilizadas para el método constructivo de avances sucesivos.

•

Secciones transversales para losas de tablero suspendido: en el caso de puentes en arco con tablero

inferior y de puentes atirantados en general no se necesita en el tablero una gran rigidez propia a flexiónen sentido longitudinal, en forma tal que las secciones transversales pueden ser muy sencillas, siempreque la suspensión se pueda realizar en los bordes exteriores.

4. En el cálculo de solicitaciones y dimensionamiento de las losas del tablero, ¿qué significa ancho activo oancho colaborante?

Es el ancho en el que se considera que la losa soporta las cargas recibidas (como parte de una misma sección),distinto del ancho de repartición que es el ancho en el cual se reparte la carga en la losa.

5.

¿Cuál es la función de la o las riostras intermedias y cuándo es más efectiva en función de la relación largo /ancho del tablero?

La función de las riostras es rigidizar el tablero en forma transversal y transmitir así cargas en esta dirección.Estas funciones son muy importantes para la estabilidad del puente. En caso de que no se empleen riostras sedebe verificar que el conjunto de vigas principales y losas tenga la capacidad para transferir adecuadamente lascargas en dirección transversal.

La existencia de la riostra hace que otras vigas principales se deformen, tomando parte de la carga queincide sobre una viga dada. Las vigas longitudinales su sufren un descenso proporcional a la fracción de la cargaactuante que toman, es decir que crecen linealmente las deformaciones con las reacciones actuantes, por lo quese comportan como si fueran resortes perfectos, y la riostra se puede entonces esquematizar como una viga

sobre apoyos elásticos.En el caso en que la riostra sea infinitamente rígida

respecto de la viga principal, la línea de influencia delmomento flexor de la riostra es lineal y el cálculo resultamuy simplificado. Para que esto ocurra existen criterios,como el de Courbon, que específica

22

VT

VL

L J J b

≥ ⇒ = ∞

, siendo L la luz del tramo y 2bel ancho del tablero (la luz de la riostra). Otro criterio a

tomar es emplear el parámetro de entrecruzamiento Θ :

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6. Enumerar ordenadamente en función de las luces crecientes a salvar, los distintos tipos estructuraleslongitudinales de puentes. Si le es posible, indicando el rango de luces que cada tipo cubre.

Independientemente de cuestiones de diseño o constructivas, para cada rango de luces a salvar, existendeterminados tipos estructurales de tableros que mejor se adaptan a los mismos:

7.

Describa el criterio utilizado en el TP del Puente Carretero para determinar el número de vigas en eltablero.Se tomó como separación óptima entre las vigas una distancia de 2,5m.

8. ¿Qué significa “emparrillado” del tablero? Describa su funcionamiento. Rigideces relativas de suselementos.

Estructuralmente, el conjunto de vigas principales y riostras constituye un “emparrillado” sustentado en losextremos de las vigas principales por dispositivos de apoyo “armados” de Neopreno.

Su funcionamiento se encuentra detallado en la pregunta 5 de la sección TABLERO.

9.

Efectuar el análisis de las cargas actuantes en la losa del Puente Carretero.

• Cargas Permanentes

♦

DC: Peso propio de la losa y elementos no estructurales: se adopta un peso específico del hormigón del

reglamento CIRSOC 101: gH=24kN/m3, y se toma un espesor de losa para un pre-dimensionamiento. Siendo el

mínimo por norma de 18cm, se parte de ese valor. Peso de barandas (40 kg/m), vereda y defensas (60 kg/m).

♦

DW: Peso propio de la carpeta de desgaste: se toma un espesor mínimo de la misma y una pendiente para

luego obtener un espesor promedio para utilizar en el cálculo del peso propio. gc = 22KN /m3.

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En el esquema estructural de un puente atirantado nos podemos encontrar con un diseño en abanico o undiseño en arpa, tal como se observa a continuación (junto a un análisis de la marcha de cargas):

12. Describa el esquema estructural longitudinal de un puente “colgante” y la marcha de las cargas. Indiqueaproximadamente el rango de la luz principal que se puede cubrir.

Un puente colgante es un puente sostenido por un arco invertido formado por numerosos cables de acero,del que se suspende el tablero del puente mediante tirantes verticales.

Los cables que constituyen el arco invertido de los puentes colgantes deben estar anclados en cada extremodel puente ya que son los encargados de transmitir una parte importante de la carga que tiene que soportar laestructura. El tablero suele estar suspendido mediante tirantes verticales que conectan con dichos cables. Lasfuerzas principales en un puente colgante son de tracción en los cables principales y de compresión en los pilares.

Son aptos de cubrir una amplia gama de luces, siendo en general utilizados para cubrir distancias de entre500 m y 1500 m aproximadamente.

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APOYOS ELASTOMÉRICOS

1.

¿Qué es apoyo “armado” de neopreno?

Es un bloque de caucho sintético que contiene láminas de acero en su interior adheridas mediante unproceso de vulcanización.

Los apoyos elastoméricos armados están compuestos por múltiples láminas de material elastoméricoseparadas por placas de acero como “armaduras”. Las dimensiones del apoyo, el número de capas de neopreno ysu espesor e igualmente el de la placas de acero, será dimensionado en función de las cargas a ser transmitidas ala infraestructura. La inclusión efectiva de las planchas de acero como “armadura” implica un proceso de moldeodel apoyo con vulcanización, es decir, bajo condiciones de presión y temperatura.

Posee diversas ventajas respecto de los apoyos mecánicos:

2.

¿Qué importancia tiene la relación entre la altura y los lados de una capa de neopreno para apoyo?

La deformación del espesor del Neopreno depende de ladureza material, la carga unitaria y del Factor de Forma. Paraverificar esta deformación existen ábacos para cada Dureza, a loscuales se entra con los valores de carga unitaria (k) y factor deforma (T) y se obtiene la deformación porcentual del espesor.

La relación entre la altura y los lados afecta al factor de formael cual a su vez perturba a la deformación del espesor puesto que elmismo es la relación entre el área en planta del apoyo y dos vecessu área lateral (para una misma dureza Shore, a un mayor factor deforma, menor será la deformación porcentual del espesor)

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3. ¿Qué función cumple un apoyo de neopreno?

El apoyo de neopreno, que es de un caucho sintético (puesto que tiene las cualidades elásticas del cauchonatural pero posee mejor resistencia que aquel contra corrosión y envejecimiento, especialmente en los procesosde oxidación acelerada ante la luz y la intemperie), se coloca como elemento intermedio entre la viga principal yla pila teniendo como funciones la transmisión de cargas verticales (de compresión), la absorción de las

irregularidades entre las superficies de contacto y la transmisión en parte las cargas horizontales (condeformaciones puesto que se deforma rápidamente desde el comienzo del movimiento de las vigas).

4. Enumere las verificaciones a efectuar en el dimensionamiento de un apoyo de neopreno.

Primeramente se debe dimensionar el apoyo, para lo cual se toma, en dirección transversal a la viga un anchoigual al de la misma menos 2 cm (b) para tener en cuenta que al aplastarse no sobresalga por los costados por

fuera del ancho de la viga y en la dirección longitudinal un ancho de 15 cm o 5 t t w b< < siendo t t el espesor, el

cual deberá cumplir con 15t

wcm t < < .

Las acciones verticales a considerar en el apoyo son las reacciones de las vigas debido a las cargasgravitatorias del tablero (tanto de peso propio como de sobrecargas):

2g q

n

Q V Q P P V

n w bσ = + ⇒ = ⇒ =

⋅ ⋅, luego, fijada una tensión admisible del neopreno (de 70 kg/cm² a

120 kg/cm²) y adoptada la dimensión “b” se obtiene “w”.Una vez adoptadas las dimensiones se deberán realizar 4 verificaciones complementarias:

•

Máximo corrimiento ( )l∆

El mismo será producido por variaciones de temperatura1

2

Ll T α

∆ = ⋅ ∆

, fenómenos

reológicos y fuerzas de frenado0 2

2 0

f

f

H H t Tensión b wG l

l Distorsión G b wt

⋅ ⋅= = ⇒ ∆ = ∆ ⋅ ⋅

con

10,15 ;

25 f ap mc c p H máx n G p a L

= ⋅ ° ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

, debiendo verificarse que

( ) ( ) 0,5máxl

tg tgt

γ γ ∆

= ≤ =

•

Deformación del espesorLa deformación del espesor del neopreno depende de la dureza del material, la carga unitaria y el

factor de forma debiendo cumplirse que 0,15 t ∆ ≤ ⋅ .

( )

2

Factor de forma2

w bT

w b t

V kgk

cmw bσ

⋅= =

⋅ + ⋅

= = ⋅

Existe un gráfico para cada tipo de dureza Shore (50,60 ó 70)

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Luego de entrar al ábaco se puede presentar dos casos: Si las dimensiones adoptadas verifican para cualquier dureza, conviene elegir la

dureza más baja para tener menor deformación permanente en la obra (puesto queésta aumenta con la dureza Shore)

Si ninguna dureza cumple, se debe modificar el apoyo. Para ellos se puede modificarlas dimensiones en planta aumentando “w” o utilizar neoprenos armados, cuyo uso

permite reducir las deformaciones de las placas de forma debido al confinamientootorgado por los flejes metálicos (si bien el material sintético tiene un módulo deelasticidad bajo, 6000 kg/cm², tiene un coeficiente de Poisson elevado, y enconsecuencia un módulo de elasticidad transversal pequeño: 10 kg/cm², por lo que sepueden controlar las deformaciones normales controlando las transversales).

•

DeslizamientoDe poder deformarse el neopreno, debe ser capaz de transmitir el esfuerzo horizontal sin

deslizarse para lo cual se realiza el cálculo del corrimiento admisible sin deslizamiento (δ) que soporta

el apoyo:

0

0,2 g t P t X

b w G

δ ⋅

= ⋅ ⋅

⋅

, donde X es un factor que depende de la temperatura mínima (a menor

temperatura, menor X). Debe verificarse que lδ > ∆ para lo cual puede procederse disminuyendo elvalor de G (utilizando un material de menor dureza) o aumentando el espesor total del neopreno(respetando las proporciones geométricas establecidas anteriormente).

• Distorsión Máxima:

Debemos Verificar que la altura total de goma (t) sea tal que permitaverificar la Distorsión máxima.

5. ¿Por qué se divide en varias capas la altura de neopreno a disponer en un apoyo?

No es que se “divida” si no que se adicionan varias capas cuando es necesario al no cumplirse lasverificaciones de deformación del espesor y deslizamiento. La capacidad del bloque de goma para soportar cargasverticales se incrementa tanto como el número de láminas de acero que se colocan. Si bien el material sintéticotiene un módulo de elasticidad alto en confinamiento, 6000 kg/cm², tiene un módulo de Poisson bajo, 10 kg/cm²,por lo que se pueden controlar las deformaciones normales controlando las transversales, lo cual se logramediante la interposición de placas metálicas.

6.

¿Cómo influye la dureza del material en un apoyo elastomérico?

A mayor dureza del apoyo elastomérico, mayor será ladeformación permanente (como porcentaje de la deformaciónelástica). Es por esto que en el caso de la verificación de ladeformación del espesor, en caso que todas las durezascumplan, es mejor elegir la más baja (para así tener menordeformación permanente en obra).

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EJERCICIOS

1.

El esquema muestra un puente de acceso auna casa de bombas de una centralhidráulica, que fue construido después quela misma. El emplazamiento es montañoso

y en todos los casos se ha fundado sobreroca. El tablero es una viga continua sobreapoyos de neopreno (todos de igualesdimensiones) y teflón sobre la casa debombas para materializar un apoyo móvil sobre ésta. Se pide calcular el esfuerzo de frenado segúnReglamento AASHTO y en forma expeditiva y del lado seguro como para realizar un anteproyecto,determine la distribución del mismo en los distintos ejes de apoyo.

2.

¿Qué sucedería en el caso anterior si por razones de proyecto el tablero tuviera una pendiente longitudinalelevada (por ejemplo 5%)? ¿Qué medidas de proyecto tomaría?

3. El esquema muestra dos esquemas de tableros de un puente. En un caso se trata de vigas simplementeapoyadas y en el otro de vigas continuas. Suponiendo que las características generales de ambos tablerosson las mismas, indique cómo se distribuyen las acciones horizontales producidas en el tablero en losdistintos ejes de apoyo. Suponer que las rigideces de los apoyos son todas iguales entre sí. Considerarfrenado, efectos reológicos del hormigón y variación de temperatura.

• Viga continua

3

3

Apartamiento horizontal del pilote:3

Apartamiento horizontal extra (por apoyo): con 1

1Expresado com rigidez:

3

L p

E I

H en t H n

G b w G b w

K L e

E I G b w

τ γ γ τ

∆ =⋅ ⋅

∆ = ⋅ = = = + ⇒ ∆ =⋅ ⋅ ⋅

=+

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

o

Esfuerzo de frenado: ii

j

j

K F F

K = ⋅

∑

o Acciones interiores (temperatura, retracción, etc.): 0 1i i iF F F = +

1 i

i

j

j

K F X

K = ⋅

∑ y 0

ii iF K = ⋅ ∆ , con

( )0

i 01 1

0 y

i n

i iT L X F α ∆ = ⋅ ∆ ⋅ ∆ = =∑ ∑

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• Viga isostática

o

Esfuerzo de frenado: ii

j

j

K F F

K = ⋅

∑

o

Acciones interiores:

4.

¿Se le ocurre alguna manera de eliminar las juntas transversales intermedias entre tramos de tableros peromanteniendo el funcionamiento de los tramos como isostáticos? ¿A qué caso del ejercicio anterior seasimilaría este tipo?

5.

Determine la longitud y demás magnitudes del muro de vueltadel estribo abierto del siguiente esquema. Las dimensiones estánindicadas en metros.Incógnitas: L, c, h y e (espesor del muro)

Pendiente del terraplén por delante del estribo: 1:1.50 (2:3)

Como criterios de diseño se debe tomar:

•

[ ]e 20;30 .cm∈

• [ ]c 50;100 .cm∈

Luego, para este caso:3 1,5 m

1 m 2,25 m2

L ⋅

= + = . Por último, se despeja h.

6.

En el siguiente esquema estático de un cabezal con 2 pilotes bajo unacarga vertical, determinar los valores de las solicitaciones en lospilotes, en el caso que la sección transversal del Pilote 1 es el doble dela del Pilote 2.Q = 50 tonF P1 = 2 F P2 ¿Qué sucedería si las articulaciones no existieran?

Dado que la carga Q se encuentra aplicada en el centro de la base, para que los momentos sean nulos en

las articulaciones debe ocurrir que1 2 2

QP P= = .

En caso que no existiesen las articulaciones, esta limitación no se encuentra por lo que cada pilote tomará

cargas de acuerdo a su rigidez por lo que1 1

2 1 y

3 3P Q P Q= = .

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7. Ud. necesita cruzar con una pasarela peatonal un valle muy profundo de un río montañoso de

aproximadamente 30 m de luz y dispone solamente de los siguientes materiales: troncos de sección circular

diámetro 15 cm y 1.50 m de largo y soga de muy buena resistencia, ambos materiales en cantidad ilimitada.

Esquematice la estructura de la pasarela, indicando qué dispositivos dispondría para mejorar la estabilidad

transversal, longitudinal y vertical de la misma. No analice anclajes o fundaciones, los que se supondrán

aptos, como así tampoco el procedimiento constructivo.

Dados los materiales disponibles, se optará por realizar un puente colgante.Para la rigidización vertical se buscará una menor flecha, para lo que se intentará que los tramos no seas

isostáticos, logrando eso “entrelazando” los troncos del tablero y colocándole riostras cada 75 cm (donde hayuniones). Asimismo también le estamos aportando un poco de rigidización longitudinal (fig. 7.1).

Para la rigidización transversal se realizarán una suerte de contrafuertes, tal como se esquematiza en la fig.7.2.

Puentes -civil

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