INFORME FINAL PROYECTO DEFINITIVO ESTRUCTURAL INSERCIÓN URBANA SUR

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1 INFORME FINAL PROYECTO DEFINITIVO ESTRUCTURAL INSERCIÓN URBANA SUR 1

2 ÍNDICE Página 1. Generalidades 3 2. Objetivo 3 3. Diseño del Proyecto de Estructuras Inserción Urbana Sur Bases para el diseño Normas Aplicables Características de las estructuras Información existente proporcionada por Protransporte Hipótesis de análisis Propiedades de los Materiales Cargas Combinaciones de Carga Análisis Estructural Modelo Estructural de los puentes Modos de vibración Desplazamientos y distorsiones de entrepiso Presupuesto, Metrados y Especificaciones Técnicas de Estructuras Puente Javier Prado Puente Javier Prado Puente Javier Prado 3 Begonias (NO ) 4.4 Puente Panamá 4.5 Inserción Estadio Nacional 4.6 Inserción Ovalo Balta ANEXOS Anexo 1. Planos de Diseño del Proyecto Estructural de Inserción Urbana Sur 2

3 1. GENERALIDADES INFORME FINAL INSERCIÓN URBANA SUR El Instituto Metropolitano Protransporte de Lima - PROTRANSPORTE contrató al Ing. Jorge Milciades Olarte Navarro para los servicios de Consultor Especializado en Estructuras para asesorar, diseñar y supervisar los proyectos de estructuras del Patio Terminal Naranjal e Inserción Urbana Sur. Esta última considera el diseño de cuatro puentes peatonales. 2. OBJETIVO El objetivo del presente informe es la presentación del Informe Final del Proyecto definitivo estructural de Inserción Urbana Sur. 3. DISEÑO DEL PROYECTO DE ESTRUCTURAS INSERCIÓN URBANA SUR 3.1. BASES PARA EL DISEÑO Normas Aplicables Manual de Diseño de Puentes. Ministerio de Transportes y Comunicaciones. Dirección General de Caminos y Ferrocarriles. Lima, 2003 Reglamento Nacional de Construcciones. Norma Técnica de Edificación E-020 "Cargas". Lima, Reglamento Nacional de Construcciones. Norma Técnica de Edificación E-030 "Diseño Sismo Resistente". Lima, Reglamento Nacional de Construcciones. Norma Técnica de Edificación E-050 "Suelos y Cimentaciones". Lima, Reglamento Nacional de Construcciones. Norma Técnica de Edificación E-060 Concreto Armado. Lima, Reglamento Nacional de Construcciones. Norma Técnica de Edificación E-070 Albañilería. Lima, Reglamento Nacional de Construcciones. Norma Técnica de Edificación E-090 Estructuras Metálicas. Lima, CARACTERÍSTICAS DE LAS ESTRUCTURAS Las estructuras de los puentes y rampas consisten en dos armaduras metálicas paralelas tipo Pratt, unidas por el tablero. Los apoyos son pilares de concreto armado. El tablero esta compuesto por perfiles metálicos INFORMACIÓN EXISTENTE PROPORCIONADA POR PROTRANSPORTE Planos de Arquitectura A-01 Inserción Urbana en Estación Javier Prado: Planta General Sectorizada A-02 Inserción Urbana en Estación Javier Prado: Cortes Generales 3

4 A-03 Inserción Urbana en Estación Javier Prado: Planta General Sector 1 A-04 Inserción Urbana en Estación Javier Prado: Planta General Sector 2 A-05 Inserción Urbana en Estación Javier Prado: Planta General Sector 1 A-01 Inserción Urbana en Estación Republica de Panamá: Planta General A-02 Inserción Urbana en Estación Republica de Panamá: Cortes Generales A-01 Inserción Urbana en Estación Balta: Planta General A-02 Inserción Urbana en Estación Balta: Planta General A-03 Inserción Urbana en Estación Balta: Planta General A-01 Inserción Urbana en Estación Estadio Nacional: Planta General A-02 Inserción Urbana en Estación Estadio Nacional: Cortes A-01 Inserción Urbana en Estación Javier Prado: Desarrollo Puente Peatonal 1 A-02 Inserción Urbana en Estación Javier Prado: Desarrollo Puente Peatonal 2 A-04 Inserción Urbana en Estación Republica de Panama: Desarrollo Puente Peatonal S/N Inserción Urbana sección Constructiva: Puente Peatonal S/N Inserción Urbana sección Constructiva: Giro Silla de Ruedas 3.4. HIPÓTESIS DE ANÁLISIS Los puentes fueron analizados mediante un modelo tridimensional, suponiendo apoyos simples para cada tramo de las rampas. En el análisis se adoptó un comportamiento lineal y elástico. Los elementos de concreto armado se representaron con elementos lineales mientras que las placas de concreto armado se modelaron con elementos tipo Shell. Estado Límite de Vibraciones: Las vibraciones pueden afectar al comportamiento en servicio de las estructuras por razones funcionales. Las vibraciones pueden causar incomodidad en sus ocupantes o usuarios, pueden afectar al funcionamiento de equipos flexibles a este tipo de fenómenos. En el caso de pasarelas peatonales deben evitarse estructuras con frecuencias comprendidas entre 1.6 y 2.4 Hertz, y entre 3.5 y 4.5 Hertz. Con estas consideraciones, se realizaron coordinaciones con el Arq. Bernardo Aguilar (Proyectista de Arquitectura) con la finalidad de mantener a las estructuras fuera de los rangos indicados, variando el peralte a los puentes de análisis Propiedades de los Materiales Los materiales considerados tienen las siguientes propiedades: Acero estructural Fy = 2500 kg/ cm 2, E = 2x10 6 kg/ cm 2 Concreto: f c = 210 kg/cm 2, E = 217,000 kg/cm 2 f c = 280 kg/cm 2, E = 251,000 kg/cm 2 Acero corrugado: fy = 4200 kg/ cm 2, E = 2x10 6 kg/ cm Cargas 4

5 Las cargas se evaluaron conforme al Manual de Diseño de Puentes del MTC (2003) y la norma de Cargas, E-020. Los pesos de las estructuras se calcularon a partir de sus dimensiones propuestas, considerando un peso específico del acero de 7,850 kg/m 3 y concreto de 2,400 kg/m 3. El peso del tablero y acabados a apoyarse sobre las correas de unión de armaduras se estimo en 318 kg/m 2. La carga viva de 510 kg/m 2. El análisis sísmico se realizó según la norma vigente, Manual de Diseño de Puentes del MTC (2003), con el procedimiento de superposición modal espectral. Utilizando las condiciones de suelo, las características de la estructura y las condiciones de uso, se utilizaron los parámetros sísmicos que se indican en las tabla 3, 4, 5 y 6 que son las siguientes: Tabla 3. Parámetros para el Análisis Sísmico PARÁMETROS PARA EL ANÁLISIS SÍSMICO PUENTES JAVIER PRADO Coeficiente de aceleración: Lima, Zona 4 (*) A = 0.44 Coeficiente de sitio: Perfil de suelo tipo I S = 1.0 Período para definir espectro de seudo aceleración T n Factor de Modificación de la respuesta: Columnas R = 3 individuales (Categoría de importancia : otros puentes) (*) Apéndice A de Manual de Diseño de Puentes: Distribución de isoaceleraciones, J. Alva, J. Castillo, 1993, Universidad Nacional de Ingeniería, FIC - CISMID Tabla 4. Valores numéricos del Espectro Inelástico de Respuesta Puentes Peatonales Javier Prado T n C sn = 1.2 AS / T 2/3 n (*) C sn g / R

6 (*) C sn 2.5 A Csn g / R Espectro de Diseño MTC Suelo tipo I Puentes Peatonales Javier Prado T n Figura 1. Espectro Inelástico Puentes Peatonales Javier Prado Tabla 5. Parámetros para el Análisis Sísmico Puente Panamá PARÁMETROS PARA EL ANÁLISIS SÍSMICO PUENTE PANAMA Coeficiente de aceleración: Lima, Zona 4 (*) A = 0.44 Coeficiente de sitio: Perfil de suelo tipo II S = 1.2 Período para definir espectro de seudo aceleración T n Factor de Modificación de la respuesta: Columnas R = 3 individuales (Categoría de importancia : otros puentes) (*) Apéndice A de Manual de Diseño de Puentes: Distribución de isoaceleraciones, J. Alva, J. Castillo, 1993, Universidad Nacional de Ingeniería, FIC - CISMID Tabla 6. Valores numéricos del Espectro Inelástico de Respuesta Puente Peatonal Panamá T n 2/3 C sn = 1.2 AS / T n C sn g / R

7 (*) C sn 2.5 A Csn g / R Espectro de Diseño MTC Suelo tipo II Puente Peatonal Panamá T n Figura 2. Espectro Inelástico Puente Peatonal Panamá Combinaciones de Carga La verificación de la capacidad de los elementos estructurales se basó en un procedimiento de cargas factoradas, conforme al Manual de Diseño de Puentes del Ministerio de Transportes y Comunicaciones (2003). Resistencia I: Resistencia II: Resistencia III: Resistencia IV: Resistencia V: Evento Extremo I: Evento Extremo II: Servicio I: Servicio II: Servicio III: U = 1.25 DC PL TU U = 1.25 DC PL TU U = 1.25 DC WS U = 1.0 DC WS U = 1.25 DC PL WS TU U = 1.25 DC PL EQ U = 1.25 DC PL CT U = 1.0 DC PL WS U = 1.0 DC PL TU U = 1.0 DC PL TU Donde: DC = Carga muerta de componentes estructurales y no estructurales PL = Carga viva de peatones TU = Temperatura uniforme WS = Efecto de viento sobre estructura EQ = Efecto de sismo CT = Fuerza de choque vehicular 7

8 3.5. ANÁLISIS ESTRUCTURAL Modelo Estructural de los puentes El dimensionamiento de la estructura de los puentes peatonales tiene siguientes características: Tabla 7. Características de los Puentes Puente Armadura Peralte Longitud Brida Brida (m) Paños (m) Superior Inferior Montantes Diagonales Javier Prado 1 Pratt C6 x10.5 C6 x10.5 2C6 x8.2 C6 x8.2 Javier Prado 2 Pratt C6 x10.5 C6 x10.5 2C6 x8.2 C6 x8.2 Javier 2C10 x15.3 Prado- Pratt Pl 3/8 Begonias C6 x10.5 2C6 x8.2 C6 x8.2 Panamá Pratt C6x Pl 3/8 C6 x10.5 2C6 x10.5 C6 x10.5 C6 x8.2 Los apoyos consisten en columnas circulares de concreto armado de 1.00 y 0.80 m de diámetro y columnas rectangulares de 0.60 x 1.20 m. Las figuras 3, 4, 5 6 siguientes muestran los modelos empleados para el análisis estructural de los puentes. 8

9 Figura 3. Modelo 3D de Puente Javier Prado 1 Figura 4. Modelo 3D de Puente Javier Prado 2 9

10 Figura 5. Modelo 3D del Puente Javier Prado Begonias Figura 6. Modelo 3D del Puente de Puente Panamá 3.6. MODOS DE VIBRACIÓN 10

11 Tabla 8. Modos, periodos y frecuencias de Puente Javier Prado 1 Modo Periodo Frecuencia (s) (Cyc/s) Tabla 9. Modos, periodos y frecuencias de Puente Javier Prado 2 Modo Periodo Frecuencia (s) (Cyc/s) Tabla 10. Modos, periodos y frecuencias de Puente Javier Prado- Begonias Modo Periodo Frecuencia 11

12 (s) (Cyc/s) Tabla 11. Modos, periodos y frecuencias de Puente Panamá Modo Periodo Frecuencia (s) (Cyc/s) DESPLAZAMIENTOS Y DISTORSIONES DE ENTREPISO 12

13 Las máximas distorsiones y desplazamiento se obtuvieron multiplicando el desplazamiento calculados en el análisis dinámico por 0.75*R, según la dirección de análisis, obteniéndose así los desplazamientos y distorsiones finales. Las siguientes tablas muestran las distorsiones obtenidas en los pilares y en el centro de los vanos de la estructura metálica. Tabla 12. Desplazamientos y distorsiones Puente Javier Prado 1 Distorsiones Puente Javier Prado 1 R= 3 Despazamiento absoluto Despazamiento relativo Altura Distorsión X Y X Y X Y cm cm cm cm cm Brida superior Brida inferior Pilar central sup Pilar central inf Pilar norte sup Pilar norte inf Pilar sur sup Pilar sur inf Tabla 13. Desplazamientos y distorsiones Puente Javier Prado 2 Distorsiones Puente Javier Prado 2 R= 3 Despazamiento absoluto Despazamiento relativo Altura Distorsión X Y X Y X Y cm cm cm cm cm Brida superior Brida inferior Pilar central sup Pilar central inf Pilar norte sup Pilar norte inf Pilar sur sup Pilar sur inf Tabla 14. Desplazamientos y distorsiones Puente Javier Prado - Begonias Distorsiones Puente Javier Prado-Begonias R= 3 Despazamiento absoluto Despazamiento relativo Altura Distorsión X Y X Y X Y cm cm cm cm cm Brida superior Brida inferior Pilar central sup Pilar central inf Pilar norte sup Pilar norte inf Pilar sur sup Pilar sur inf Tabla 15. Desplazamientos y distorsiones Puente Panamá Distorsiones Puente Panamá R= 3 Despazamiento absoluto Despazamiento relativo Altura Distorsión 13

14 X Y X Y X Y cm cm cm cm cm Brida superior Brida inferior Pilar central sup Pilar central inf Pilar norte sup Pilar norte inf Pilar sur sup Pilar sur inf Se observa que las distorsiones en la estructura en las direcciones X-X e Y-Y son menores a las permitidas en la Norma E-030 de Diseño Sismorresistente para concreto armado (0.007) y para estructuras metálicas (0.010). 4. PRESUPUESTO, METRADOS Y ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE ESTRUCTURAS 4.1. PUENTE JAVIER PRADO PUENTE JAVIER PRADO PUENTE JAVIER PRADO 3 BEGONIAS ( no ) 4.4. PUENTE PANAMA 4.5. INSERCIÓN ESTADIO NACIONAL 4.6. INSERCIÓN OVALO BALTA 14

15 4.1 PUENTE JAVIER PRADO 1 15

16 4.2 PUENTE JAVIER PRADO 2 16

17 4.3 PUENTE JAVIER PRADO 3 BEGONIAS 17

18 4.4 PUENTE PANAMÁ 18

19 4.5 INSERCIÓN ESTADIO NACIONAL 19

20 4.6 INSERCIÓN OVALO BALTA 20

21 ANEXOS 21

22 ANEXO 1 PLANOS DE DISEÑO DEL PROYECTO ESTRUCTURAL DE INSERCIÓN URBANA SUR 22