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• Ing. Nestor Alejandro Cruz Calapuja
Diseño estructural de
estribos de concreto armado
Asignatura
Docente
Sesión
✔Integrantes
✔Introducción
✔Estribos
✔Diseño de los estribos
✔Fuerzas que actúan sobre un estribo
✔Requerimiento del diseño
✔Predimensionamiento
SUMARIO
INTEGRANTES
Presentado por:
• Vasquez Vargas, Ulises
• Serpa Alvarado, Luis Iter
• Tiburcio Peguinho, Alex Milton
INTRODUCCIÓN
Los numerosos casos de daños o fallas de puentes inducidos por la falla o el desplazamiento de los estribos
durante un movimiento sísmico han demostrado claramente la necesidad de prestar atención a la hora de
diseñar y detallar los estribos en zonas sísmicas. Típicamente los daños estan asociados con el asentamiento
del relleno, desplazamientos inducidos por los elevados empujes laterales del suelo que provocan los
movimientos sísmicos o la transferencia de importantes fuerzas inerciales longitudinales o transversales de la
propia estructura del puente. El asentamiento del relleno detrás de los estribos, los daños en los estribos o los
daños en el tablero del puente inducidos por el movimiento de los estribos pueden provocar la pérdida del
acceso al puente; por este motivo los estribos deben ser considerados un eslabón vital en el proceso de
diseño sismo resistente global de un puente.
INTRODUCCIÓN
Las características de diseño de los estribos son altamente variables y dependen de la naturaleza
del predio donde se ha de construir el puente, los suelos de fundación, la longitud del puente y las
magnitudes de las cargas. Los tipos de estribos incluyen, entre otros, los muros de gravedad
independientes (autoestables), los muros tipo pantalla en voladizo y los diafragmas monolíticos. Las
fundaciones utilizadas pueden ser zapatas ensanchadas, pilotes verticales o pilotes inclinados,
mientras que los detalles de las conexiones a la superestructura pueden incluir apoyos de rodillos,
apoyos elastoméricos o conexiones fijas abulonadas.
Considerando la cantidad de potenciales variables de diseño, y sumando esto a la compleja
naturaleza de la interacción estribo superestructura durante un evento sísmico, es evidente que
para realizar el diseño sismo resistente de los estribos es necesario adoptar numerosas hipótesis
simplificadoras.
ESTRIBOS
ESTRIBOS
Se denomina estribo al apoyo extremo de un
puente, el cual recibe la reacción de un
tramo de puente y soporta a su vez el
empuje de tierras.
El estribo debe ser capaz de mantener el
cauce estable y la vez contener el terraplén.
ESTRIBOS
FINALIDAD DE ESTRIBOS
Conseguir una superficie de apoyo al nivel que se proyecta ejecutar la obra.
Contener el relleno de tierra de manera que el derrame de ellas no rodee
el apoyo interrumpiendo el paso de la vía inferior en el caso de un puente
en desnivel o destruyéndose el terraplén en el caso de un puente sobre un
curso de agua.
Obtener un apoyo que permanezca a una cota fija, transmitiendo al
terreno presiones susceptibles de ser soportadas por este.
ESTRIBOS
CLASES DE ESTRIBOS
• Con respecto a los materiales que son
ejecutados, pueden ser:
a) De concreto ciclópeo.
b) De concreto armado.
c) De pilote o cilindros rellenos (provisionales).
• Por su forma, pueden ser:
a) Estribos en V
b) Estribos en U
c) Estribos en T
d) Estribos de cajón o celulares
e) Estribos pilares.
f) Estribos de arco.
NOTA: La elección del tipo de estribo se hace teniendo en cuenta varios criterios como: el costo de
construcción y mantenimiento, corte y relleno del terreno, seguridad en la construcción, estética y
semejanza con estructuras adyacentes, etc.
DISEÑO DE LOS ESTRIBOS
1) se necesita conocer previamente los siguientes datos:
a) Perfil transversal del río con indicación de la altura de la rasante del nivel
de agua máx, y mín. y de la cota de la cimentación, la cual se conocerá por
sondaje.
b) Características de la estructura, peso, ancho, altura de vigas,
dimensiones de los apoyos, etc.
c) Indicación de la resistencia del terreno, la cual se conoce por sondajes
al mismo tiempo que se determina la cota de cimentación.
DISEÑO DE LOS ESTRIBOS
2. El estudio de la sección del cuerpo del estribo debe hacerse para dos situaciones:
a) estribo sin puente, con el relleno sobre cargado
b) estribo con el puente y el relleno sobre cargado
FACTORES DE RESISTENCIA PARA CIMENTACIONES
SUPERFICIALES
En la tabla se presentan los
factores de resistencia propuesto
por Barker, 199. Asimismo, el
método tradicional de esfuerzos
admisibles ASD puede ser usado
en el diseño de estribos.
Método de diseño LRFD o ASD
no influye drásticamente en los
resultados
FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE UN ESTRIBO
A. La reacción del puente, incluyendo peso propio y
sobrecarga.
B. Peso del estribo mismo.
C. Peso de la tierra que favorece la estabilidad.
D. Frenado de los vehículos sobre el puente.
E. Fuerzas de fricción originales por las dilataciones o
contracciones del puente.
F. Empuje de tierras
FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE UN ESTRIBO
Fuerza de presión activa Fuerza de presión pasiva.
FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE UN ESTRIBO
Existen muchos métodos para determinar las fuerzas de empuje activas y pasivas
sobre los estribos: Coulomb, Rankine o la de Caquot –Kerisel.
Sugerencias:
● Método de cuñas de Coulomb para rellenos irregulares, Teoría de Rankine y
Caquot Kerisel para formas regulares.
CRITERIOS DE ESTABILIDAD
Para el diseño de estribos sobre zapatas se debe diferenciar tres tipos de estribos:
a. Estribos con suelo arcilloso en el relleno o la cimentación
b. Estribos con relleno granular y cimentación en arenas o gravas.
c. Estribos con relleno granular y cimentado en roca.
Fuerzas
en
estribos
CRITERIOS DE ESTABILIDAD
Tipos de distribución de presión en el suelo
Excentricidad máxima
ALTURA EQUIVALENTE DEL SUELO PARA SOBRECARGA DE CARGA
VIVA
En AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, especifica la sobrecarga por
carga viva (LS) en términos de altura equivalente del suelo, heq, para
representar la carga vehicular. En la tabla N°02 se presentan los valores de
heq en función de la altura del muro.
Tabla N° 02 – Altura Equivalente heq del suelo
REQUERIMIENTO DE DISEÑO PARA ESTRIBOS
🠶 Los estribos están sujetos a varios
modos de falla como se muestra en
la fig. 5. Estos modos de falla
pueden ocurrir en el suelo o en la
estructura.
🠶 La falla por desplazamiento ocurre
cuando la presión lateral excede la
capacidad de fricción de
desplazamiento.
🠶 La falla por capacidad portante
sucede cuando se excede la
capacidad del suelo de fundación.
🠶 La falla de grandes asentamientos
con desplazamiento se desarrolla en
suelos arcillosos. Igualmente, se
debe revisar las posibles fallas en
miembros
Figura N° 05 – Tipos de fallas de estribos
PREDIMENSIONAMIENTO
En la figura 8 y 9 se muestra un esquema con las dimensiones usuales para estribos de
gravedad y cantilever según Barker, 1997. Para estribos de contrafuerte pueden usarse
las dimensiones de estribos de cantilever con una separación de contrafuertes de H/2 a
2H/3. Estas dimensiones pueden variar en casos de erosión
Figura N° 08 – Predimensionamiento de
estribo de gravedad
Figura N° 09 – Predimensionamiento de estribo
cantiléver
🠶 Asimismo, el ancho de la caja del estribo debe ser lo suficientemente grande para la colocación de los
aparatos de apoyos de las vigas (aprox. 3/8 de la altura de la viga).
🠶 Además, los anchos mínimos de cajuelas en cada estribo se determinarán eligiendo el mayor valor de calcular
los máximos desplazamientos según el modelo sísmico elegido o como un porcentaje del ancho empírico de
cajuela N determinado en la siguiente ecuación:
Donde:
🠶 • N = Longitud mínima empírica de la cajuela (mm).
🠶 • L = Distancia del tablero del puente a la junta de expansión adyacente ó al final del tablero del puente. Para
articulaciones entre luces, L debe tomarse como la suma de la distancia a ambos lados de la articulación. Para
puentes de un solo tramo L es igual a la longitud del tablero del puente (mm).
🠶 • H = Para estribos, es la altura promedio de las columnas que soportan al tablero del puente hasta la próxima
junta de expansión. Para columnas y/o pilas, es la altura del pilar o de la columna. Para articulaciones dentro de
un tramo, es la altura promedio entre dos columnas o pilares adyacentes (mm). Para puentes simplemente
apoyados es 0.0 mm.
🠶 • S = Desviación del apoyo medido desde la línea normal al tramo.
REDISEÑO
🠶 En caso de no cumplir con los criterios de estabilidad se deben corregir las dimensiones del estribo. Recomendaciones
hechas por Kim (1995) para corregir problemas de estabilidad.
1.- Excentricidad no satisfecha:
🠶 • Aumentar el ancho de la base. 🠶 • Mover el muro de contención hacia el talón del estribo.
🠶 • Reducir Ph reemplazando el relleno de arcilla por uno granular o proveer un sistema de drenaje.
🠶 • Diseñar una losa de concreto reforzado soportada por el estribo para no considerar la presión horizontal debida a la
sobrecarga viva.
2.- Resistencia al desplazamiento no satisfecha:
🠶 • Aumentar el ancho de la base. 🠶 • Reducir Ph.
🠶 • Usar una base inclinada, o diseñar un espolón para incrementar la resistencia horizontal.
🠶 • Diseñar una losa de concreto reforzado.
3.- Asentamientos y estabilidad no satisfecha:
🠶 • Aumentar el ancho de la base. 🠶 • Reducir Ph.
En caso de obtener resultados irrazonables o antieconómicos se debe analizar la posibilidad de utilizar pilotes hincados o
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  • 1. • Puentes y obras de arte • Ing. Nestor Alejandro Cruz Calapuja Diseño estructural de estribos de concreto armado Asignatura Docente Sesión
  • 2. ✔Integrantes ✔Introducción ✔Estribos ✔Diseño de los estribos ✔Fuerzas que actúan sobre un estribo ✔Requerimiento del diseño ✔Predimensionamiento SUMARIO
  • 3. INTEGRANTES Presentado por: • Vasquez Vargas, Ulises • Serpa Alvarado, Luis Iter • Tiburcio Peguinho, Alex Milton
  • 4. INTRODUCCIÓN Los numerosos casos de daños o fallas de puentes inducidos por la falla o el desplazamiento de los estribos durante un movimiento sísmico han demostrado claramente la necesidad de prestar atención a la hora de diseñar y detallar los estribos en zonas sísmicas. Típicamente los daños estan asociados con el asentamiento del relleno, desplazamientos inducidos por los elevados empujes laterales del suelo que provocan los movimientos sísmicos o la transferencia de importantes fuerzas inerciales longitudinales o transversales de la propia estructura del puente. El asentamiento del relleno detrás de los estribos, los daños en los estribos o los daños en el tablero del puente inducidos por el movimiento de los estribos pueden provocar la pérdida del acceso al puente; por este motivo los estribos deben ser considerados un eslabón vital en el proceso de diseño sismo resistente global de un puente.
  • 5. INTRODUCCIÓN Las características de diseño de los estribos son altamente variables y dependen de la naturaleza del predio donde se ha de construir el puente, los suelos de fundación, la longitud del puente y las magnitudes de las cargas. Los tipos de estribos incluyen, entre otros, los muros de gravedad independientes (autoestables), los muros tipo pantalla en voladizo y los diafragmas monolíticos. Las fundaciones utilizadas pueden ser zapatas ensanchadas, pilotes verticales o pilotes inclinados, mientras que los detalles de las conexiones a la superestructura pueden incluir apoyos de rodillos, apoyos elastoméricos o conexiones fijas abulonadas. Considerando la cantidad de potenciales variables de diseño, y sumando esto a la compleja naturaleza de la interacción estribo superestructura durante un evento sísmico, es evidente que para realizar el diseño sismo resistente de los estribos es necesario adoptar numerosas hipótesis simplificadoras.
  • 6. ESTRIBOS ESTRIBOS Se denomina estribo al apoyo extremo de un puente, el cual recibe la reacción de un tramo de puente y soporta a su vez el empuje de tierras. El estribo debe ser capaz de mantener el cauce estable y la vez contener el terraplén.
  • 7. ESTRIBOS FINALIDAD DE ESTRIBOS Conseguir una superficie de apoyo al nivel que se proyecta ejecutar la obra. Contener el relleno de tierra de manera que el derrame de ellas no rodee el apoyo interrumpiendo el paso de la vía inferior en el caso de un puente en desnivel o destruyéndose el terraplén en el caso de un puente sobre un curso de agua. Obtener un apoyo que permanezca a una cota fija, transmitiendo al terreno presiones susceptibles de ser soportadas por este.
  • 8. ESTRIBOS CLASES DE ESTRIBOS • Con respecto a los materiales que son ejecutados, pueden ser: a) De concreto ciclópeo. b) De concreto armado. c) De pilote o cilindros rellenos (provisionales). • Por su forma, pueden ser: a) Estribos en V b) Estribos en U c) Estribos en T d) Estribos de cajón o celulares e) Estribos pilares. f) Estribos de arco. NOTA: La elección del tipo de estribo se hace teniendo en cuenta varios criterios como: el costo de construcción y mantenimiento, corte y relleno del terreno, seguridad en la construcción, estética y semejanza con estructuras adyacentes, etc.
  • 9. DISEÑO DE LOS ESTRIBOS 1) se necesita conocer previamente los siguientes datos: a) Perfil transversal del río con indicación de la altura de la rasante del nivel de agua máx, y mín. y de la cota de la cimentación, la cual se conocerá por sondaje. b) Características de la estructura, peso, ancho, altura de vigas, dimensiones de los apoyos, etc. c) Indicación de la resistencia del terreno, la cual se conoce por sondajes al mismo tiempo que se determina la cota de cimentación.
  • 10. DISEÑO DE LOS ESTRIBOS 2. El estudio de la sección del cuerpo del estribo debe hacerse para dos situaciones: a) estribo sin puente, con el relleno sobre cargado b) estribo con el puente y el relleno sobre cargado
  • 11. FACTORES DE RESISTENCIA PARA CIMENTACIONES SUPERFICIALES En la tabla se presentan los factores de resistencia propuesto por Barker, 199. Asimismo, el método tradicional de esfuerzos admisibles ASD puede ser usado en el diseño de estribos. Método de diseño LRFD o ASD no influye drásticamente en los resultados
  • 12. FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE UN ESTRIBO A. La reacción del puente, incluyendo peso propio y sobrecarga. B. Peso del estribo mismo. C. Peso de la tierra que favorece la estabilidad. D. Frenado de los vehículos sobre el puente. E. Fuerzas de fricción originales por las dilataciones o contracciones del puente. F. Empuje de tierras
  • 13. FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE UN ESTRIBO Fuerza de presión activa Fuerza de presión pasiva.
  • 14. FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE UN ESTRIBO Existen muchos métodos para determinar las fuerzas de empuje activas y pasivas sobre los estribos: Coulomb, Rankine o la de Caquot –Kerisel. Sugerencias: ● Método de cuñas de Coulomb para rellenos irregulares, Teoría de Rankine y Caquot Kerisel para formas regulares.
  • 15. CRITERIOS DE ESTABILIDAD Para el diseño de estribos sobre zapatas se debe diferenciar tres tipos de estribos: a. Estribos con suelo arcilloso en el relleno o la cimentación b. Estribos con relleno granular y cimentación en arenas o gravas. c. Estribos con relleno granular y cimentado en roca. Fuerzas en estribos
  • 16. CRITERIOS DE ESTABILIDAD Tipos de distribución de presión en el suelo Excentricidad máxima
  • 17. ALTURA EQUIVALENTE DEL SUELO PARA SOBRECARGA DE CARGA VIVA En AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, especifica la sobrecarga por carga viva (LS) en términos de altura equivalente del suelo, heq, para representar la carga vehicular. En la tabla N°02 se presentan los valores de heq en función de la altura del muro. Tabla N° 02 – Altura Equivalente heq del suelo
  • 18. REQUERIMIENTO DE DISEÑO PARA ESTRIBOS 🠶 Los estribos están sujetos a varios modos de falla como se muestra en la fig. 5. Estos modos de falla pueden ocurrir en el suelo o en la estructura. 🠶 La falla por desplazamiento ocurre cuando la presión lateral excede la capacidad de fricción de desplazamiento. 🠶 La falla por capacidad portante sucede cuando se excede la capacidad del suelo de fundación. 🠶 La falla de grandes asentamientos con desplazamiento se desarrolla en suelos arcillosos. Igualmente, se debe revisar las posibles fallas en miembros Figura N° 05 – Tipos de fallas de estribos
  • 19. PREDIMENSIONAMIENTO En la figura 8 y 9 se muestra un esquema con las dimensiones usuales para estribos de gravedad y cantilever según Barker, 1997. Para estribos de contrafuerte pueden usarse las dimensiones de estribos de cantilever con una separación de contrafuertes de H/2 a 2H/3. Estas dimensiones pueden variar en casos de erosión Figura N° 08 – Predimensionamiento de estribo de gravedad Figura N° 09 – Predimensionamiento de estribo cantiléver
  • 20. 🠶 Asimismo, el ancho de la caja del estribo debe ser lo suficientemente grande para la colocación de los aparatos de apoyos de las vigas (aprox. 3/8 de la altura de la viga). 🠶 Además, los anchos mínimos de cajuelas en cada estribo se determinarán eligiendo el mayor valor de calcular los máximos desplazamientos según el modelo sísmico elegido o como un porcentaje del ancho empírico de cajuela N determinado en la siguiente ecuación: Donde: 🠶 • N = Longitud mínima empírica de la cajuela (mm). 🠶 • L = Distancia del tablero del puente a la junta de expansión adyacente ó al final del tablero del puente. Para articulaciones entre luces, L debe tomarse como la suma de la distancia a ambos lados de la articulación. Para puentes de un solo tramo L es igual a la longitud del tablero del puente (mm). 🠶 • H = Para estribos, es la altura promedio de las columnas que soportan al tablero del puente hasta la próxima junta de expansión. Para columnas y/o pilas, es la altura del pilar o de la columna. Para articulaciones dentro de un tramo, es la altura promedio entre dos columnas o pilares adyacentes (mm). Para puentes simplemente apoyados es 0.0 mm. 🠶 • S = Desviación del apoyo medido desde la línea normal al tramo.
  • 21. REDISEÑO 🠶 En caso de no cumplir con los criterios de estabilidad se deben corregir las dimensiones del estribo. Recomendaciones hechas por Kim (1995) para corregir problemas de estabilidad. 1.- Excentricidad no satisfecha: 🠶 • Aumentar el ancho de la base. 🠶 • Mover el muro de contención hacia el talón del estribo. 🠶 • Reducir Ph reemplazando el relleno de arcilla por uno granular o proveer un sistema de drenaje. 🠶 • Diseñar una losa de concreto reforzado soportada por el estribo para no considerar la presión horizontal debida a la sobrecarga viva. 2.- Resistencia al desplazamiento no satisfecha: 🠶 • Aumentar el ancho de la base. 🠶 • Reducir Ph. 🠶 • Usar una base inclinada, o diseñar un espolón para incrementar la resistencia horizontal. 🠶 • Diseñar una losa de concreto reforzado. 3.- Asentamientos y estabilidad no satisfecha: 🠶 • Aumentar el ancho de la base. 🠶 • Reducir Ph. En caso de obtener resultados irrazonables o antieconómicos se debe analizar la posibilidad de utilizar pilotes hincados o