Diseño de puentes sesgados (con diagrama)
Después de leer este artículo, aprenderá sobre el diseño de puentes sesgados con la ayuda de diagramas.
El comportamiento de los puentes sesgados difiere ampliamente del de los puentes normales y, por lo tanto, el diseño de puentes inclinados requiere una atención especial. En los puentes normales, la losa de plataforma es perpendicular a los soportes y, como tal, la carga colocada en la losa de cubierta se transfiere a los soportes que se colocan normales a la losa.
Por otro lado, la transferencia de carga desde un puente de losa sesgada es un problema complicado porque siempre queda una duda sobre la dirección en que se extenderá la losa y la manera en que la carga se transferirá al soporte.
Se cree que la carga se desplaza al soporte en proporción a la rigidez de los distintos recorridos y dado que el grosor de la losa es el mismo en todas partes, la rigidez será máxima en el lapso más corto, es decir, a lo largo del tramo normal a las caras de los pilares. o pilares.
En la Fig. 9.1, aunque el tramo de la plataforma es la longitud BC o DE, la losa se extenderá a lo largo de AB o CD, siendo la distancia más corta entre los soportes. Por lo tanto, el plano de tensiones máximas en una losa sesgada no es paralelo a la línea central de la calzada y la desviación de dicha losa produce una superficie combada.
El efecto de sesgo en losas de cubierta que tienen ángulos de sesgo de hasta 20 grados, no es tan significativo y en el diseño de dichos puentes, la longitud paralela a la línea central de la carretera se toma como el tramo. El grosor de la losa y el refuerzo se calculan con estas longitudes de tramo y el refuerzo se coloca paralelo a la línea central de la calzada.
Sin embargo, las barras de distribución se colocan paralelas a los soportes, como de costumbre. Cuando el ángulo de sesgo varía de 20 grados a 50 grados, el efecto de sesgo se vuelve significativo y la losa tiende a extenderse de forma normal a los soportes.
En tales casos, el grosor de la losa se determina con el tramo más corto, pero el refuerzo elaborado sobre la base del tramo más corto se multiplica por Sec. 2 θ (siendo θ el ángulo de inclinación) y se colocan en paralelo a la calzada, como se muestra en la Fig. 9.2a, las barras de distribución se colocan en paralelo a los soportes como de costumbre.
También es una práctica común colocar el refuerzo perpendicular al soporte cuando el ángulo de inclinación se encuentra entre 20 grados a 50 grados.
El grosor y el refuerzo se determinan con el intervalo normal al soporte, pero como al colocar el refuerzo perpendicular a los soportes, el refuerzo de esquina dentro del área ABF o CDE (Fig. 9.1) no tiene ningún soporte en un lado para apoyarse, la losa debajo del sendero (para el puente con el sendero) o debajo del bordillo de la carretera (para el puente sin el sendero) deberá contar con refuerzo adicional para actuar como una viga oculta.
Alternativamente, las vigas de parapeto como se ilustra en la Fig. 9.2b y 9.2c también pueden proporcionarse a lo largo del borde de la losa. Estas vigas de parapeto se hacen al ras con la parte inferior de la losa y se extienden por encima de la losa hasta la altura requerida para formar el parapeto sólido. Este tipo de cubierta requiere menos cantidad de acero en las losas, pero las vigas de parapeto necesitan un costo adicional.
Para ángulos sesgados de más de 50 grados, las vigas deben usarse aunque los tramos sean comparativamente menores. Donde el ancho del puente no es mucho, las vigas pueden colocarse paralelas a la calzada y el espesor de la losa y el refuerzo puede diseñarse con el espaciado de las vigas como el espacio.
Los refuerzos se colocan normales a las vigas (Fig. 9.3a). Sin embargo, en cruces sesgados de varios carriles más anchos con ángulos de sesgo grandes, es preferible usar las vigas en ángulos rectos a los soportes. En tales casos, de nuevo, las porciones triangulares necesitan vigas de parapeto para soportar un extremo de las vigas. El refuerzo se usa normal a las vigas como se muestra en la Fig. 9.3b.
Reacción en apoyo:
Se ha observado que, debido al efecto de sesgo, las reacciones en los soportes no son iguales, pero lo mismo ocurre más con las curvas de ángulo obtuso y menos con las esquinas de ángulos agudos según el ángulo de sesgo.
Para los sesgos de hasta 20 grados, el aumento en la reacción en las esquinas de ángulos obtusos es de cero a 50 por ciento y para los sesgos de 20 a 50 grados, el aumento es de 50 a 90 por ciento de la reacción promedio. . La reacción en la esquina del ángulo obtuso se convierte en el doble de la reacción promedio, por lo que la esquina del ángulo agudo es un punto de presión cero cuando el ángulo de inclinación alcanza los 60 grados.
Efecto de fluencia:
Las observaciones revelan que la diagonal más larga de la plataforma de inclinación que conecta las esquinas de los ángulos agudos tiene una tendencia a alargarse posiblemente debido a la naturaleza de la transferencia de carga en los soportes, lo que resulta en el movimiento o la fluencia de los ángulos agudos como se ilustra en la Fig. 9.5a .
Este efecto de arrastre de la losa de la plataforma induce tensión a lo largo de la diagonal más larga y pueden aparecer grietas de tensión si no se proporciona suficiente acero para atender este esfuerzo de tracción (Fig. 9.5b). También a causa de la deformación, las grietas de elevación y consecuentes ocurren en las esquinas de ángulo agudo y se requiere proporcionar acero adicional en la parte superior en ambas direcciones para evitar la fisuración debido a la elevación de las esquinas.
En la Fig. 9.5a puede verse que debido a la deformación de la losa de la cubierta, se induce un empuje considerable en las paredes de las alas en X e Y, es decir, en la unión del pilar y la pared de las alas, lo que da lugar a la aparición de grietas en las paredes de las alas o Daños graves.
Para evitar daños en las paredes de las alas debido al efecto de fluencia, algunas autoridades han sugerido proporcionar rodamientos fijos sobre pilares en lugar de rodamientos libres para evitar el movimiento de la plataforma debido al efecto de fluencia sobre los pilares.
A veces, la losa de la plataforma se fija a la tapa del pilar con barras de clavija, lo que parece ser el medio más eficaz para protegerse contra el efecto de fluencia. La fluencia puede detenerse sobre los muelles al proporcionar algunos bloques elevados o topes sobre los muelles.
Esta disposición se muestra en la figura 9.6:
Diseño de rodamientos:
Se deben tomar medidas preventivas para protegerse contra el movimiento de la plataforma debido a la fluencia. Se sugiere que los siguientes pasos, si se toman, pueden producir el resultado deseado.
(i) Se pueden usar hasta 15.0 m de alcance para los rodamientos fijos de un solo puente en ambos pilares. La construcción de puentes de hormigón de un solo tramo con dos cojinetes fijos ha sido utilizada durante años por la Comisión de Carreteras de Wisconsin para tramos de hasta 45 pies (13, 72 m). Ninguno de estos puentes mostró signos de fluencia.
(ii) Para puentes de vanos múltiples, simplemente apoyados, rodamientos fijos sobre los pilares y rodamientos libres o fijos sobre los muelles. Con esta disposición, puede ser necesario usar dos cojinetes libres en un muelle.
La disposición de los cojinetes debe ser tal que no se cree ninguna obstrucción contra el movimiento libre de los cojinetes de expansión. Esto requiere que los rodamientos estén orientados en ángulo recto a las vigas en lugar de paralelos a los muelles o pilares (similar a los cruces normales). Los diseños típicos de los rodamientos en puentes inclinados se indican en la Fig. 9.7.
Disposición de las juntas de expansión S:
La principal diferencia en los diversos tipos de diseño ilustrados en la figura 9.7 es la manera de proporcionar la junta de expansión entre las cubiertas adyacentes. Para obtener una junta de expansión recta, se adopta el tipo que se muestra en la Fig. 9.7a, pero requiere más ancho del muelle, ya que no se utiliza un poco de espacio entre los cojinetes de los tramos adyacentes.
El tipo de Fig. 9.7b también proporciona una junta recta, pero para reducir el ancho del muelle, los rodamientos deben acercarse.
Esto requiere una invasión de la cubierta en las vigas de los tramos adyacentes, lo que se logra haciendo una muesca sobre las partes afectadas de las vigas y la losa de la plataforma descansa sobre estas muescas. El relleno de juntas adecuado, como la hoja de plomo o el papel alquitranado, se puede insertar entre las vigas y la losa de la plataforma para el libre movimiento de la junta de expansión.
El ancho del muelle y la ubicación de los cojinetes para el tipo que se muestra en la Fig. 9.7c son los mismos que en la Fig. 9.7b, pero aquí se adopta una junta de expansión con dientes de sierra con el fin de evitar el tipo de Arreglos necesarios para el segundo.
Cada uno de los tipos descritos aquí tiene ciertos méritos y desventajas y se puede usar el más adecuado para el puente en consideración. Los principales puntos que un diseñador debe considerar cuidadosamente en el diseño de puentes inclinados se han descrito aquí muy brevemente.
A continuación, para ilustrar los principios de diseño, a continuación se presenta un ejemplo resuelto:
Ejemplo:
Diseñe un puente inclinado de losa sólida que tenga un espacio libre de 7, 5 m a lo largo de la carretera sin ningún sendero y un ángulo de inclinación de 25 grados con la carga de IRC para NH Standard. Se utilizará hormigón de grado M20 y acero de grado S415:
Solución:
Como el ángulo de inclinación excede los 20 grados, el grosor de la losa puede diseñarse con un tramo normal al soporte y el refuerzo elaborado con este tramo se puede multiplicar por Sec. 2 θ y lo mismo se puede proporcionar en paralelo a la carretera.
Clear span normal a los soportes = 7.5 cos 25 ′ = 7.5 x 0.9063 = 6.80 m
Span efectivo = span claro + profundidad efectiva
Suponiendo un espesor total de losa de 600 mm, la profundidad efectiva es 600 - 40 = 560 mm. = 0.56 m.
. . . Alcance efectivo = 6.80 + 0.56 = 7.36 m.
Momento de carga muerta:
. . . Momento de carga mortal por metro de ancho = 1800 × (7.36) 2 = 12, 190 Kgm.
Momento de carga en vivo:
Un solo carril del vehículo con seguimiento de clase 70-R cuando se coloca en el centro producirá el momento máximo.
Distribución de acero:
La distribución del acero puede calcularse según el mismo principio que en el caso del diseño de puente de losa sólida de cruce cuadrado.
Momento en la dirección transversal = 0.3 LLM + 0.2 otros momentos = 0.3 x 13, 520 + 0.2 x 12, 190 = 6494 Kgm. = 63, 600 Nm.
. . . As = 63, 600 x 10 3/200 x 543 x0.904 = 648 mm 2
Adopte 12 bars barras HYSD @ 150 (como = 753 mm 2 )
Cizallamiento y tensión de enlace:
El aumento de la reacción de soporte cerca de la esquina del ángulo obtuso se considerará debidamente al calcular las tensiones de corte y de unión.
Dado que el ángulo de inclinación es de 25 grados, la reacción máxima en la esquina del ángulo obtuso se puede tomar como 1.55 veces la reacción normal (Fig. 9.4). El valor promedio aumentado para la mitad del ancho de la plataforma puede tomarse como 1.30 veces la reacción normal.
. . . Máxima Cizalla DL por metro de ancho = 1800 x 7.36 / 2 x 1.30 = 8610Kg.
Cizalla de carga en vivo:
Arreglo de Refuerzo:
En la Fig. 9.10 y 9.11 se muestran dos tipos de disposición de armaduras en línea, respectivamente. El refuerzo en la parte superior de las esquinas de ángulo agudo se proporciona para prevenir las grietas debido al levantamiento de las esquinas de ángulo agudo.
El área de refuerzo principal, si se coloca perpendicular al soporte, es de 2490 mm 2, en cuyo caso 22 θ @ 150 mm da As = 2535 mm 2 . Sin embargo, si el refuerzo se coloca paralelo a la calzada, se requiere un área de acero = 3038 mm 2 para la cual se deben proporcionar 22 Φ @ 125 mm (As = 3040 mm 2 ).
Detalles de algunos puentes de losa sesgada:
Los tramos (vano derecho efectivo en ángulo recto a los soportes) para los cuales están disponibles los detalles son 4, 37 m, 5, 37 m, 6, 37 m y 8, 37 m con ángulos de inclinación de 15 ′, 30 ′, 45 ′ y 60 para cada tramo.
El diseño se basa en hormigón de grado M20 y acero de grado S415. Las características más destacadas de estos puentes sesgados se dan en la Tabla 9.1 y 9.2. Para más detalles, los planes estándar bajo referencia pueden ser referidos.
