i CARATULA

181 Pages·2015·7.81 MB·Spanish

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA

INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y POSTGRADO (IIP)

“ANÁLISIS ESTRUCTURAL COMPARATIVO BASADO EN
LOS CÓDIGOS AASHTO STANDARD Y LRFD, CASO DE
ESTUDIO PUENTE METÁLICO SOBRE EL RÍO PACHIJAL,
UBICADO EN LA PROVINCIA DE PICHINCHA.”

LUIS ALBERTO MAYA AGUIRRE

TUTOR: ING. JUAN FRANCISCO FERNÁNDEZ BRITO, PhD.

Trabajo presentado como requisito parcial para la obtención del
grado de:

MAGISTER EN ESTRUCTURAS Y CIENCIAS DE LOS
MATERIALES

Quito – Ecuador

2015
DEDICATORIA

El presente trabajo lo dedico con un profundo cariño, respeto, admiración
y gratitud a las personas más importantes en mi vida, mis padres Fredy
W. Maya Díaz y Glenda G. Aguirre Andrade, quienes día a día me
iluminan el camino y me impulsan a seguir adelante sin importar los
obstáculos que se me atraviesen, a perseguir mis ideales y encontrar un
sinfín de soluciones a cada problema, enseñándome como vencer y sobre
todo, darme la suficiente confianza para vencer al obstáculo más difícil
que puede existir, uno mismo. Por haberme enseñado que un verdadero
hombre no es aquel que tiene más logros, sino, aquel que en la
adversidad puede levantarse, triunfar y es capaz de alcanzar las nubes
volando como un águila en el horizonte; así como también, tener la
tranquilidad y seguridad para calcular cada paso que doy en mi vida y no
apagar la voluntad de mi corazón. Gracias a mis padres por haber hecho
de mí un hombre exitoso, honesto, ético y lleno de patriotismo, con una
conciencia social que va mas allá de velar por intereses personales, por
confiar en mí en todo momento, otorgándome su apoyo y colaboración
permanente e incondicional.

LUIS MAYA AGUIRRE

ii
AGRADECIMIENTOS

Quiero agradecer de la manera más sincera y profunda a la Universidad
Central del Ecuador, y a todo el personal que labora en esta prestigiosa
Institución por trabajar con empeño brindándome su ayuda y colaboración
en los momentos que he necesitado; y, de manera especial a la Escuela
de Ingeniería Civil por proveerme de valores, conocimientos, y pasión por
la profesión, con el único afán de servir a mi país y a la humanidad. A
todos aquellos maestros, que supieron entregarme sus conocimientos y
experiencias sin ningún egoísmo, y no escatimaron esfuerzos para dar de
ellos cada día más, a quienes no les basto con ser profesores, sino, que
día a día se van ganando el titulo de maestros.
Quiero agradecer también a mis hermanos y a toda mi familia por
brindarme su apoyo incondicional en todo momento y ser parte
fundamental en mi vida.
A mis compañeros y amigos por haberme enseñado el significado de un
abrazo, de una felicitación y el valor de la amistad; y a todos aquellos que
supieron valorar mi esfuerzo constante por tratar de ser cada día mejor.

LUIS MAYA AGUIRRE

iii

CONTENIDO

pág.

PORTADA……………………………………………………………………….. i
DEDICATORIA…………………………………………………………………. ii
AGRADECIMIENTOS………………………………………………………… iii
AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL..……………………..iv
CERTIFICADO DE APROBACIÓN………………………………………….. v
CONTENIDO……………………………………………………………………vi
LISTA DE TABLAS…………………………………………………………… xi
LISTA DE FIGURAS………………………………………………………… xiv
LISTA DE ANEXOS………………………………………………………… xvii
RESUMEN……………………………………………………………………. xix
ABSTRACT………………………………………………………………….... xx
CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN ................................................................ 1
1.1.- ANTECEDENTES .............................................................................. 1
1.2.- OBJETIVOS ....................................................................................... 1
1.2.1.- Objetivos Generales del Proyecto .................................................. 1
1.2.2.- Objetivos Específicos del Proyecto ................................................. 2
1.3.- LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO .................................................... 2
1.4.- JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DEL PROYECTO....................... 2
CAPÍTULO 2: PUENTES .......................................................................... 4
2.1.- HISTORIA DE LOS PUENTES ........................................................... 4
2.2.- TIPOS DE PUENTES ......................................................................... 5
2.2.1.- Puentes de Mampostería ................................................................ 5
2.2.2.- Puentes de Madera ........................................................................ 6
2.2.3.- Puentes de Hormigón Armado ........................................................ 6
2.2.4.- Puentes de Hormigón Presforzado ................................................. 6
2.2.5.- Puentes de Sección Compuesta ..................................................... 7
2.2.6.- Puentes Metálicos .......................................................................... 7
CAPITULO 3: NORMAS Y ESPECIFICACIONES PARA EL DISEÑO DE
PUENTES .................................................................................................. 8
vi
3.1.- ESPECIFICACIONES DEL CODIGO AASTHO ................................. 8
3.1.1.- Cargas de Diseño en Puentes Vehiculares .................................... 8
3.1.1.1.- Clasificación y Definición ............................................................. 8
3.1.1.1.1.- Cargas Permanentes ................................................................ 9
3.1.1.1.2.- Cargas Variables ...................................................................... 9
3.1.1.1.3.- Cargas Excepcionales .............................................................. 9
CAPÍTULO 4: ANÁLISIS ESTRUCTURAL COMPARATIVO BASADO EN
EL CÓDIGO AASHTO STANDARD Y LRFD PARA EL CASO DEL
PUENTE METÁLICO SOBRE EL RÍO PACHIJAL ................................. 10
4.1.- INFORMACIÓN GENERAL .............................................................. 10
4.1.1.- Criterios de diseño ........................................................................ 10
4.1.2.- Obtención de requerimientos geométricos ................................... 13
4.1.3.- Estudios preliminares.................................................................... 13
4.1.3.1.- Estudio topográfico .................................................................... 13
4.1.3.2.- Estudio hidráulico hidrológico .................................................... 14
4.1.3.3.- Estudio geotécnico..................................................................... 14
4.1.3.4.- Estudio de impacto ambiental .................................................... 14
4.1.4.- Estudio del tipo, tamaño y ubicación del proyecto ........................ 15
4.1.5.- ANÁLISIS COMPARATIVO INTRODUCTORIO PARA EL DISEÑO DE LOS
COMPONENTES ESTRUCTURALES DEL PUENTE BASADO EN LAS ESPECIFICACIONES
DE LOS CÓDIGOS AASHTO STANDARD Y LRFD ....................................... 15
4.1.5.1.- Análisis de la Superestructura del puente vehicular .................. 15
4.1.5.1.1.- Tablero del puente .................................................................. 15
4.1.5.1.2.- Viga metálica del puente ......................................................... 18
4.1.5.2.- Análisis de la Infraestructura del puente vehicular ..................... 23
CAPITULO 5: TABLERO DEL PUENTE ................................................ 29
5.1.- CRITERIOS DE DISEÑO ................................................................. 29
5.2.- ESPESOR MÍNIMO DEL TABLERO ................................................ 29
5.3.- EFECTOS DE LAS CARGAS PERMANENTES ............................... 30
5.4.- EFECTOS DE LAS CARGAS VIVAS ............................................... 32
5.5.- MOMENTOS DE DISEÑO ................................................................ 32
5.6.- DISEÑO DEL TABLERO DEL PUENTE ........................................... 33
CAPÍTULO 6: VIGA METÁLICA ............................................................. 42
vii
6.1.- CRITERIOS DE DISEÑO ................................................................. 42
6.2.- SELECCIÓN DE LA SECCIÓN DE LA VIGA METÁLICA ................. 43
6.3.- PROPIEDADES GEOMÉTRICAS DE LA SECCIÓN METÁLICA ..... 43
6.4.- EFECTOS DE LAS CARGAS PERMANENTES ............................... 44
6.5.- EFECTOS DE LAS CARGAS VIVAS ............................................... 45
6.5.1.- Factores de Distribución AASHTO STANDARD (FD) ................... 45
6.5.1.1.- Factores de Distribución para Viga Interior ................................ 45
6.5.1.2.- Factores de Distribución para Viga Exterior ............................... 45
6.5.1.3.- Cálculo de cortes y momentos por efecto de la carga viva ........ 46
6.5.2.- Factores de Distribución AASHTO LRFD (g) ................................ 46
6.5.2.1.- Factores de Distribución para Viga Interior ................................ 46
6.5.2.1.1.- Factor de Distribución para Momento ..................................... 46
6.5.2.2.- Factores de Distribución para Viga Exterior ............................... 48
6.5.2.2.1.- Factor de Distribución para Momento ..................................... 48
6.5.2.3.- Cálculo de cortes y momentos por efecto de la carga viva ........ 51
6.6.- COMBINACIÓN DE LOS EFECTOS DE LAS CARGAS ................... 52
6.7.- CHEQUEO DE LOS LÍMITES DE LA SECCIÓN .............................. 53
6.8.- DISEÑO POR FLEXIÓN ................................................................... 54
6.9.- DISEÑO POR CORTE ..................................................................... 55
6.10.- DISEÑO DE RIGIDIZADORES TRANSVERSALES INTERMEDIOS
................................................................................................................. 57
6.11.- DISEÑO DEL RIGIDIZADOR LONGITUDINAL .............................. 59
6.12.- DISEÑO DEL RIGIDIZADOR DE APOYO ...................................... 61
6.13.- DISEÑO DE ARRIOSTRAMIENTOS.............................................. 65
6.14.- DISEÑO DE DIAFRAGMAS ........................................................... 68
CAPÍTULO 7: ELEMENTOS METÁLICOS AUXILIARES ...................... 70
7.1. CRITERIOS DE DISEÑO .................................................................. 70
7.2. CONECTORES DE CORTE .............................................................. 70
7.3 CONEXIONES SOLDADAS ............................................................... 76
CAPÍTULO 8: APOYOS ELASTOMÉRICOS .......................................... 83
8.1. CRITERIOS DE DISEÑO .................................................................. 83
8.2. SELECCIÓN DEL TIPO DE APOYO ÓPTIMO .................................. 83
8.3. FACTOR DE FORMA ........................................................................ 84
viii
8.4. CHEQUEO DE LA DEFORMACIÓN POR CORTE ............................ 85
8.5. CHEQUEO DEL ESFUERZO POR COMPRESIÓN .......................... 86
CAPÍTULO 9: INFRAESTRUCTURA ...................................................... 92
9.1. CRITERIOS DE DISEÑO .................................................................. 92
9.2. SELECCIÓN DEL TIPO DE APOYO ................................................. 92
9.3. EFECTOS DE LAS CARGAS PERMANENTES ................................ 93
9.4. EFECTOS DE LAS CARGAS VIVAS ................................................. 94
9.5. EFECTOS DE OTRAS CARGAS ...................................................... 94
9.6. ANÁLISIS Y COMBINACIÓN DE LOS EFECTOS DE FUERZAS ...... 95
9.7.- COMPROBACIÓNDELOSREQUERIMIENTOSDEESTABILIDAD Y
SEGURIDAD............................................................................................ 97
9.8. DISEÑO DEL ESTRIBO .................................................................. 100
9.8.1. Diseño del cuerpo del estribo ....................................................... 100
9.8.2. Diseño de la pantalla superior ...................................................... 103
9.8.3. Diseño de la zapata del estribo .................................................... 105
9.8.3.1. Diseño del talón de la zapata .................................................... 105
9.8.3.2. Diseño del dedo de la zapata .................................................... 107
CAPÍTULO 10: RESULTADOS FINALES ............................................ 110
10.1.- RESUMEN FINAL DE RESULTADOS ......................................... 110
10.1.2.-Análisis Estructural Comparativo entre los códigos AASHTO
Standard y LRFD ................................................................................... 110
10.1.2.1.- Tablero del puente ................................................................. 110
10.1.2.2.- Barrera o Parapeto de hormigón ........................................... 111
10.1.2.3.- Viga Metálica ......................................................................... 112
10.1.2.4.- Arriostramiento Inferior .......................................................... 114
10.1.2.5.- Diafragmas de Apoyo e Intermedios ...................................... 116
10.1.2.6.- Apoyos Elastoméricos (Apoyos de Neopreno) ...................... 116
10.1.2.7.- Infraestructura ........................................................................ 117
10.2.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................... 120

ix
GLOSARIO…………………………………………………………..……… 123
BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………..……… 126
INDICE DE AUTORES……………………………………………..……… 128
INDICE DE TEMAS……………………………..…………………..……… 129
ANEXOS…………………………………..……..…………………..……… 135
ANEXO A: ESTUDIO TOPOGRÁFICO..……..…………………..……… 135
ANEXO B: ESTUDIO GEOTÉCNICO..……….…………...……..…….….137
ANEXO C: ESTUDIO HIDRÁULICO..……….…………...……..…….…. 141
ANEXO D: ESTUDIO IMPACTO AMBIENTAL………...……..…….……147
ANEXO E: DEFLEXIONES..……….…………...……..…….….................156
BIOGRAFÍA…………...…….…………..……..…………………..………...159

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