diapositivas apuntes de clase de puentes

1. DISEÑO DE PUENTE.
DOCENTE: LUIS ZEGARRA CIQUERO
ALUMNOS:
JHESUS A. GARCIA FARFAN CÓDIGO: 20115235
JÜRGEN D. GOMEZ DURAND CÓDIGO: 20092386

2. GENERALIDADES Y OBJETIVO
 Nuestro trabajo comprende la elaboración del proyecto del puente “Vilque” ubicado en el
departamento de Puno. Previo a este estudio existió en esta ubicación un puente cuya
superestructura estaba compuesta por vigas de perfiles de fierro (rieles) de 30.00m de longitud por
3.15m de ancho y 0.15m de espesor, el mismo que colapsó por el embalse producido durante la
avenida del río Vilque el verano del 2001. En ese contexto se proyectó la construcción de un nuevo
puente, el cual fue ejecutado durante el año 2002; este puente – que viene operando con
normalidad - es una estructura de vigas continuas de dos tramos y una losa de concreto, apoyadas
sobre dos estribos y un pilar central. Sin embargo para este último puente construido se utilizó en
el diseño el reglamento de la AASHTO del año 1996, que consideraba como sobrecarga de diseño
el camión HS20.
 Además sabemos que en el Perú existe una gran cantidad de puentes construidos con esta
sobrecarga de diseño dada la persistente inclinación de los ingenieros peruanos a utilizar las
especificaciones de las normas americanas, no obstante ello, también se ha aplicado usualmente
otras normativas tales como la norma francesa, en el norte del país con la sobrecarga de diseño
C301.
 Es objeto de este proyecto el diseño del puente “Vilque” de acuerdo con las especificaciones de la
normativa vigente, la misma que está estipulada en el “Manual de Diseño de Puente” del MTC. La
sobrecarga de diseño actual corresponde al camión HL-93.

3. UBICACIÓN
 Lugar : Altura del Km 37+123.88 de la carretera Puno – Vilque – Santa
Lucía.
 Distrito : Vilque.
 Provincia : Puno.
 Departamento : Puno.

4. ESTUDIOS PREVIOS
- ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS
Parámetro
Estructura
Tipo de Suelo Profundidad de
cimentación
recomendada
Capacidad Admisible “qadm”
(kg/cm2)
Cota de cimentación
(m.s.n.m.)
Por Carga Por
Asentamiento
Estribo
Izquierdo
Grava mal
graduada con
arena (GP)
7.45 5.70 2.70 3852.30
Pilar central
intermedio
Grava mal
graduada con
arena (GP)
5.10 --- --- 3852.00
Estribo
Derecho
Grava mal
graduada con
arena (GP)
7.86 7.7 2.5 3852.30

5. ESTUDIOS PREVIOS
- ESTUDIO HIDROLÓGICO
Período de retorno "TR" (años)
500
Caudal "Q" (m3/s) 235.00
N.A.M.E. (m.s.n.m.) 3858.80
Socavación "SG+SC+SL" a (m) 3.10
* En el cálculo del valor de socavación total sólo se ha considerado la suma de los valores
estimados para los casos de socavación general y por contracción, y se recomienda la
construcción de enrocados para los estribos y para el pilar central con el fin de evitar la
socavación local. Este valor es medido a partir del fondo del cauce del río Vilque.

6. NIVEL DE RASANTE:
- 1,50 a 2,00m sobre el nivel de aguas máximo. En
este caso se ha utilizado un valor de 1.50m por
encima del N.A.M.E.
Descripción Nivel de la Rasante (m.s.n.m.)
Estribo Izquierdo 3861.20
Pilar Central 3861.30
Estribo Derecho 3861.20

7. COTAS DE CIMENTACIÓN.
- Se utiliza este valor para determinar la altura de los
estribos y pilares centrales
Descripción
Cota de
cimentación
(m.s.n.m.)
Nivel de la
rasante
(m.s.n.m.)
Altura
mínima
"h" (m)
Estribo Izquierdo 3852.30 3861.20 8.90
Pilar Central 3852.00 3861.30 9.30
Estribo Derecho 3852.30 3861.20 8.90

8. LONGITUD DEL PUENTE

9. ALTERNATIVAS DE
ESTRUCTURACIÓN:
Estructuración Luces máximas recomendadas (m)
1. Vigas continuas de Concreto Armado (Con
pilar central)
hasta 40 m
2. Vigas prefabricadas de concreto pretensado
con tablero de losa maciza.
hasta 70 m
3. Vigas de acero con tablero de C°A°. hasta 300 m

10. Alternativa 1: Puente de vigas continuas de
Concreto Armado, con un pilar central.
 Para el pre-dimensionamiento se ha tomado las recomendaciones de la
tabla 2.5.2.6.3-1, de las especificaciones de diseño de la AASHTO.
ℎ = 0.065 ∗ 𝐿
ℎ = 0.065 ∗ 20 = 1.30 𝑚

11. RECUBRIMIENTO INFERIOR
 El ancho de la viga “T” varía entre 35cm y 55cm,
dependiendo de la distribución del refuerzo y del
recubrimiento del concreto. Se trata de una zona sin
contacto directo con el terreno, ni exposición al agua
salada o al mar; sin embargo puede estar expuesto a
descongelamientos y por lo tanto de la Tabla 5.12.3-
1-“Cover for unprotected main reinforcing Steel”
apartado 5.17.6, adoptaremos un recubrimiento de
2.5” o 60mm.

12. ANCHO DE VIGAS PRINCIPALES.
 El espaciamiento mínimo en armaduras de vigas no será menor que (Otazz, 2013):
 El diámetro “db” de la barra.
 1”
 1.3 veces el tamaño máximo del agregado grueso.
 Estimando refuerzo de db = 1”, y tamaño máximo de agregado de 1/2", obtenemos
un espaciamiento mínimo de 2,54cm, aunque en nuestro caso por seguridad
adoptaremos: s = 4,0cm; se estima el uso de 7 varillas de refuerzo principal
longitudinal, por lo tanto el ancho de la viga “T” quedará definido de la siguiente
manera:
 𝑏𝑤 = 6𝑐𝑚 +
2,54
2
𝑐𝑚 + 6 ∗ 4𝑐𝑚 +
2.54
2
𝑐𝑚 + 6𝑐𝑚 = 38.54𝑐𝑚 ≈
40𝑐𝑚.

13. DISEÑO GEOMÉTRICO DE
CARRETERAS
 El ancho del puente está determinado por el diseño geométrico de la carretera
Puno – Vilque – Santa Lucía. La calzada actual tiene un ancho de 6.00m y las
bermas de 0.50m, haciendo un total de 7.00m. Sin embargo, se prevé que a
futuro la demanda vehicular de esta carretera aumentará considerablemente.
 Suponemos que esta demanda logrará alcanzar un Índice Medio Diario Anual
mayor que 400 vehículos/día, aunque, según nuestra modesta estimación, no
llegará a superar los 4000 vehículos/día. Por esta razón, en un futuro cercano esta
carretera será clasificada como de 2da clase y según la norma peruana de
carreteras6 tendrá mínimamente una calzada de 2 carriles con un ancho mínimo
de 3.60m. Lo cual obliga a utilizar un ancho mínimo de puente de 7.20m.

14. NÚMERO DE VIGAS PRINCIPALES
 Para el caso de la primera alternativa, según recomendaciones prácticas
utilizaremos 2 vigas interiores y 2 exteriores, haciendo un total de 4 vigas
“T”; y una losa maciza que transmitirá el efecto de las solicitaciones hacia
las vigas. Entonces el espaciamiento entre vigas será:
𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑧𝑎𝑑𝑎 − 4 ∗ 𝑏𝑤
𝑁° 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑔𝑎𝑠 − 1
=
7.20 𝑚 − 4 ∗ 0.40 𝑚
4 − 1
=
5.60 𝑚
3
= 1.87𝑚 ≈ 1.90 𝑚
 Nota: Con este valor de “s” el ancho de calzada será de 7.30 m

15. Determinación de ancho efectivo de
alas de vigas “T” principales
Peralte mínimo “hf” 0.175 m
Ancho del alma “bw” 0.40 m
Distancia entre vigas
paralelas
“s” 1.90 m
longitud de viga “Ln” 20.00 m
Vigas "T" Artículo 8.10 Ancho efectivo "be" (m)
Vigas interiores be < Ln/4 5.00
be < bw + 16*hf 3.20
be < s/2 0.95
Vigas exteriores be < bw + (ln viga/12) 2.07
be < bw + 6*hf 1.45

16. PERALTE DEL TABLERO:
(Artículo 2.9.1.3.3.3.3)
6 <
𝐿𝑒
ℎ𝑓
< 18 , 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠:
𝐿𝑒
6
> ℎ𝑓 >
𝐿𝑒
18
→ 270𝑚𝑚 > ℎ𝑓 > 90𝑚𝑚
Además: ℎ𝑓𝑚𝑖𝑛 = 175𝑚𝑚
Por lo tanto, finalmente tenemos que:
175𝑚𝑚 < ℎ𝑓 < 270𝑚𝑚
ENTONCES: hf = 20 cm

17. PREDIMENSIONAMIENTO:
ALTERNATIVA 1.

18. Alternativa 2: Vigas simplemente apoyadas de
concreto preesforzado (pretensado) con losa
maciza de concreto armado.
 Según Peurifoy7 los encofrados utilizados durante la construcción de
estructuras de concreto armado pueden llegar a ser más caros que la
suma del costo del concreto y el acero de las armaduras. Ante esta
situación surge la alternativa de evitar el costo significativo del falso
puente utilizando el concreto preesforzado. El costo de los cables
utilizados para el preesforzado asciende alrededor del doble que los
utilizados en concreto armado, pero, según Belmonte8, con esta
estructuración se logra disminuir un 70% de cantidad de acero y hasta
un 20% del peso de la estructura.

19. PERALTE DE VIGAS PRINCIPALES
 De la tabla2.5.2.6.3-1 del reglamento de la AASHTO tenemos:
ℎ = 0.045 ∗ 𝐿
ℎ = 0.045 ∗ 40 = 1.80 𝑚
 Además, Johannson9 (según AASHTO, 2010) y Bonilla10 sugieren para vigas pre-esforzadas:
𝐿
20
< ℎ <
𝐿
15
, 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠: ℎ = 2.00 𝑚
 I. Guyon11 indica que:
ℎ >
𝐿
25
+ 10𝑐𝑚, 𝑐𝑜𝑛 𝑙𝑜 𝑐𝑢𝑎𝑙: ℎ = 1.70 𝑚
 Determinamos de esta manera un peralte de 1.80m.

20. PREDIMENSIONAMIENTO:
ALTERNATIVA 2.
Fig.3. Viga prefabricada.
Tomado de: “Vargas, 2015”.
Estructuración con vigas pretensadas prefabricadas
a pie de obra.

21. Alternativa 3: Puente con vigas de
acero o de sección mixta:
El sitio de internet de la “SSSBA”
(Short Span Steel Bridge Alliance)
ofrece un software gratis en línea
para la elección de la mejor opción
en puentes de acero de hasta 140
ft (42.7 m). Esta organización
inicialmente hace la siguiente
recomendación:
Fig. 6. Soluciones en acero para luces de hasta 40 m. (SSSBA, 2015)

22. PREDIMENSIONAMIENTO: Alternativa
3:
Fig.7. Viga doble “T” de acero con conector para losa
Fig.8. Sección Transversal: Sección Compuesta
Acero-Concreto.

23. ALTERNATIVA COMPARACIÓN CUALITATIVA
VIGA – LOSA:
C°A°
Requiere de falso puente, construcción de pilar central y protección contra socavación. Los
procesos constructivos son los tradicionales por lo que no se requiere mano de obra
especializada. Según el análisis de varios diseños de este tipo la cuantía de acero en las vigas
longitudinales oscila entre 2% y 3%, supondremos 2.5% para las comparaciones.
VIGA C°P° y
TABLERO C°A°
No se necesita falso puente pero si encofrado para el tablero. No se necesita construir un pilar
central. Las vigas tienen mayor peralte, sin embargo, tienen menor área que las vigas de la
alternativa 1, por lo cual el coste en concreto es menor o similar. La cuantía de acero de refuerzo
se supone que será la misma que para la alternativa 1. No obstante, los cables de preesfuerzo
suponen un coste adicional importante respecto a la alternativa 1. Se debe considerar el costo de
izaje de las vigas prefabricadas y el costo de mano de obra especializada para estos trabajos.
VIGA ACERO y
TABLERO C°A°
De la misma manera que la alternativa 2 no requiere falso puente. El costo de las vigas
longitudinales y diafragmas de acero es mayor que el de las vigas en concreto armado o concreto
preesforzado. Empero, debido a que la construcción de las vigas de acero comprende trabajos
técnicos estandarizados con rendimientos sostenidos, se tiene un ahorro en tiempo y mano de
obra. También se considera la logística para el izaje y mayor costo de mano de obra respecto a la
alternativa 1.

24. COMPARACIÓN CUANTITATIVA
PRESUPUESTO SUPERESTRUCTURA: ALTERNATIVA 1
Ítem Descripción Und Metrado Precio ($) Parcial TOTAL
01.01 Encofrado y desencofrado m2 923.76 13 $ 12,008.89
01.02 Concreto f'c=280kg/cm2 m3 235.34 125 $ 29,417.37
01.03 Acero fy=4200 kg/cm2 kg 51616.28 1.5 $ 77,424.42
$ 118,850.69
PRESUPUESTO SUPERESTRUCTURA: ALTERNATIVA 2
Ítem Descripción Und Metrado Precio ($) Parcial TOTAL
01.01 Encofrado y desencofrado m2 343.28 13 $ 4,462.64
01.02 Concreto f'c=280kg/cm2 m3 156.45 125 $ 19,556.19
01.03 Acero fy=4200 kg/cm2 kg 25150.33 1.5 $ 37,725.49
01.04 Acero G250 fy=15000kg/cm2 kg 87696.51 3 $ 263,089.52
$ 324,833.84
PRESUPUESTO SUPERESTRUCTURA: ALTERNATIVA 3
Ítem Descripción Und Metrado Precio ($) Parcial TOTAL
01.01 Encofrado y desencofrado m2 244.00 13 $ 3,172.00
01.02 Concreto f'c=280kg/cm2 m3 58.40 125 $ 7,300.00
01.03 Acero fy=4200 kg/cm2 kg 8241.41 1.5 $ 12,362.11
01.04 Acero A-36 fy=36ksi kg 56746.69 5 $ 283,733.46
$ 306,567.57

25. SECCIÓN TRANSVERSAL FINAL
Fig. SECCIÓN TRANSVERSAL DEFINITIVA PUENTE VIGA - LOSA

26. ANÁLISIS ESTRUCTURAL: TABLERO

27. DISEÑO EN C°A°: TABLERO
 𝑴𝒖+ = 3.39 𝑡 − 𝑚, 𝒚 𝑴𝒖− = 4.78 𝑡 − 𝑚
→ 𝐴𝑠 = 8.20 𝑐𝑚2
→ 𝑆𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑜𝑐𝑎: ∅5/8" @ 15 𝑐𝑚
→ 𝑆𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑜𝑐𝑎: ∅ 1 2 ” @ 20 𝑐𝑚
ACERO DE DISTRIBUCIÓN
ACERO PRINCIPAL
𝐴𝑠𝑡 = 67%𝐴𝑠 = 0.67 ∗ 8.2 = 5.49 𝑐𝑚2

28. DISTRIBUCIÓN DEL ACERO:

29. ANÁLISIS Y DISEÑO DE VIGAS
PRINCIPALES

30. Fig. 26. Diagrama de Momento Flector para una sola viga.
M33 = 124.65 t-m
Para corroborar ello se ha realizado el cálculo manual (en el
cual se obtuvo un valor de M33=127.15 t-m, como sigue:

34. VIGAS EXTERIORES
Carga Tipo M (t-m) ϒ (Resistencia I)
Muerta DC 79.11 1.25
Asfalto DW 20.16 1.50
Viva LL+ I 154.58 1.75
Mu (t-m) 399.64
→ 𝐴𝑠 = 84,52 𝑐𝑚2
→ 𝑆𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑜𝑐𝑎: 14 ∅1" (𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑑𝑎𝑠) + 3
∅1" (𝑏𝑎𝑠𝑡𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒 20 𝑚)
VIGAS INTERIORES
Carga Tipo M (t-m) ϒ (Resistencia I)
Muerta DC 79.11 1.25
Asfalto DW 20.16 1.50
Viva LL+ I 120.44 1.75
Mu (t-m) 339.90
→ 𝐴𝑠 = 70.10 𝑐𝑚2
→ 𝑆𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑜𝑐𝑎: 14 ∅1"

35. VIGAS
EXTERIORES VIGAS
INTERIORES

36. ANÁLISIS ESTRUCTURAL Csi BRIDGE
La deflexión máxima para puentes con sobrecarga peatonal normal es del 1 por mil de la longitud
libre, para este caso este valor límite es de 2cm. Del análisis vemos que la deflexión mayor es de
1.6cm. Por lo tanto, estamos dentro del rango aceptado.

37. Diagrama de momento flector para el estado límite RESISTENCIA 1: VIGA EXTERIOR IZQUIERDA.

38. VIGA PRINCIPAL EXTERIOR: Cuadro
comparativo
Modelo Momento (t-m)
3-3
Positivo Negativo
SAP 8.0 (FRAME) 329.4 399.64
Csi Bridge (SHELL) 299.85 324.73
Diferencia 29.55 74.91
% Variación 9.39% 20.68%

39. FUERZAS INTERNAS VIGA DIAFRAGMA
→ 𝐴𝑠 = 18,36 𝑐𝑚2
→ 𝑆𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑜𝑐𝑎: 4 ∅1”

40. DIAGRAMA DE FUERZA AXIAL:
COLUMNAS DE PILAR CENTRAL.

41. DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR:
COLUMNAS DE PILAR CENTRAL.

42. COLUMNAS DE PILAR CENTRAL:
CUADRADA DE 100cm x 100cm
Fila y (cm) Varillas As (cm2)
1 5.00 4ø1” 20.4
2 25.00 2ø1” 10.2
3 50.00 2ø1” 10.2
4 75.00 2ø1” 10.2
5 95.00 4ø1” 20.4

43. Pu Mux Phi*Mn para Pu
252.58 10.3 191.4
252.58 14.43 191.4
0 0 123.0