~•InstitutoDESARROLLO URBANOALCALDíA MAYOR DE BOGOTÁ. D. C.
INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO
Estudios y Diseños de la troncal Norte Quito Sur desde laAvenida Paseo de los Libertadores al límite del Distrito Con
Soacha en Bogotá D.C.CONTRATO N° 147/2002
MEMORIAS DE CALCULO ESTRUCTURALPUENTE PEATONAL CAD NORTE
F.z. INGENIEROS ESTRUCTURALES
CONSORCIO
:- "<. SILVA FAJARD9 & CIA. LTDA,(~ .
/$1SILVA CARREÑa y ASOCIADOS S.A.
Bogotá, Octubre 29 del 2002
ESTUDIOS Y DISEÑOS DEFINITIVOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LATRONCAL DE LA AVENIDA NORTE QUITO SUR (NQS) DESDE LA AVENIDA
PASEO DE LOS LIBERTADORES AL LÍMITE DEL DISTRITO CON SOACHA, ENBOGOTÁD.C.
MEMORIAS DE CALCULOS ESTRUCTURALPUENTE PEATONAL CAD NORTE
TABLA DE CONTENIDO
Paginas
1. INTRODUCCIÓN. 1-2
2. MATERIALES 3
3. CARGAS 4-5
4. ESPECTRO 6-7
ANEXOS
ANEXO 1:ANÁLISIS Y DISENO SUPERESTRUCTURA
PLANTA DE CIMENTACIÓN P. PEATONAL CAD NORTE 8
PERFILES P .PEATONAL CAD NORTE 9
SECCION TRASVERSAL TIPICA TABLERO ANCHO 2,40 m
DISPOSICIÓN DE CARGAS
9A
10-19
RELACION DE ESFUERZOS 20
COMBINACIONES DE CARGA TRAMO PRINCIPAL
NUMERACIÓN DE LOS APOYOS TRAMO PRINCIPAL
21-23
24
REACCIONES EN LOS APOYOS TRAMO PRINCIPAL 25-40
FRECUENCIA NATURAL DE LA ESTRUCTURA 41
COMBINACIONES DE CARGA RAMPA CENTRAL 42-44
NUMERACIÓN DE LOS APOYOS RAMPA CENTRAL 45
REACCIONES EN LOS APOYOS RAMPA CENTRAL 46-52
COMBINACIONES DE CARGA RAMPA COSTADO OCCIDENTAL 53-55
NUMERACIÓN DE LOS APOYOS RAMPA COSTADO OCCIDENTAL 56
REACCIONES EN LOS APOYOS RAMPA COSTADO OCCIDENTAL 57-59
COMBINACIONES DE CARGA RAMP A COSTADO ORIENTAL 60-62
NUMERACIÓN DE LOS APOYOS RAMPA COSTADO ORIENTAL 63
REACCIONES EN LOS APOYOS RAMPA COSTADO ORIENTAL 64-66
ANEXO 2 : RECOMENDACIONES DEL ESTUDIO DE SUELOS
RECOMENDACIONES DE CIMENTACIÓN
PARÁMETROS DE DISENO SISMICO
ANEXO 3: DISENO DE LA CIMENTACIÓN
ZAPATA 1 TRAMO PRINCIPAL EJE 6
DISENO DADO ZAPATA 1
DISENO PEDESTAL ZAPATA 1
ZAPATA 2 RAMPA COSTADO OCCIDENTAL EJE 9
ZAPATA 2 RAMP A COSTADO ORIENTAL EJE 1
ZAPATA 2 RAMPA CENTRAL EJE C
DISENO DADO ZAPATA 2
DISENO PEDESTAL ZAPATA 2
67-68
68
69-71
72
. 73
74-76
77-79
80-82
83
84
ZAPATA 8 TRAMO PRINCIPAL EJE 3
ZAPATA 8 TRAMO PRINCIPAL EJE 4
ZAPATA 8 TRAMO PRINCIPAL EJE 5
ZAPATA 8 TRAMO PRINCIPAL EJE 7
ZAPATA 8 RAMPA CENTRAL EJE B
ZAPATA 8 RAMPA CENTRAL EJE A
DISENO DADO ZAPATA 8
DISENO PEDESTAL ZAPATA 8
ZAPATA 5
DISENO DADA ZAPATA 5
DISENO PEDESTAL ZAP ATA 5
ZAPATA 10
DISENO DADO ZAPATA 10
DISENO PEDESTAL ZAPATA 10
DISENO PILOTE
85-87
, 88-90
91-93
94-96
97-99
100-102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
1
INTRODUCCiÓN
El Instituto de Desarrollo Urbano, IDU, de la ciudad de Bogotá, encomendó a la firma dearquitectos EHM y a la firma de Ingenieros Consultores PCA desarrollar un tipo depuente peatonal metálico característico para la ciudad, en estructura metálica de tipomodular, de fácil ensamblaje y mínima labor en el sitio de la obra.
En estos momentos Transmilenio acogió estos puentes como modelo característico en losaccesos para sus estaciones, es el motivo por el cual en este proyecto, NQS, se utilizaráestos tipos de puentes normalizados y que según la cartilla funcionan para luces hasta de 34metros.
El puente consiste de un módulo típico de 6 metros de longitud que se ensambla con otrosmódulos de ajuste recto, curvo, de intersección y terminales que definen la geometríarequerida para el paso peatonal. Los módulos se conectan entre ellos mediante unionesatornilladas trabando por aplastamiento. Los módulos están soportados sobre columnas entubería de 6 y 8 pulgadas de diámetro a través de plataformas, mesas, en perfiles en formade I. Las uniones entre las plataformas y las columnas son articulaciones que permiten unfácil montaje de la estructura.
La sección transversal de los módulos es un marco rígido en H unidos por los cordonessuperior e inferior y una celosía conformada por diagonales de varilla. Estas varillas seunen a la estructura por medio de unos elementos denominados Clevises. Los elementos delmarco rígido en H, de los cordones superior e inferior son perfiles tubulares de secciónrectangular. Al nivel del elemento horizontal del marco rígido en H la estructura lleva unarriostramiento horizontal conformado por elementos longitudinales y diagonales enperfiles de sección rectangular.
Sobre los elementos horizontales se apoya el sistema de piso que depende de lasnecesidades estéticas o de funcionamiento puede ser en rejilla de aluminio o en madera. Laestructura principal hace las veces de baranda a la cual se le coloca unos elementoslongitudinales metálicos por seguridad para el peatón.
No obstante que el diseño está normalizado para luces hasta de 34 metros, es decir que losmateriales del puente peatonal aguantan los esfuerzos producidos por el peso propio, cargaviva, fuerzas de sismo, viento etc. Para estas luces de una forma segura, cada uno de loscomponentes de esta estructura en particular, a saber, Tramo Principal, Rampas de accesocentrales y laterales y escaleras, se han modelado en el Programa de Análisis y Diseño
2
Estructural Staad Pro versión 2002 para encontrar las fuerzas actuantes en los cimientos loscuales para cada estación tienen un diseño particular de acuerdo también a la microzonificación sísmica de Bogotá.
Si hay algún caso particular de las estructuras metálicas que se salen de la cartilla seprocede a la verificación de los elementos de acero con el mismo programa utilizando elmétodo de los esfuerzos de trabajo, AISC ASD.
El ancho libre del tablero del puente es de 2,40m .
MATERIALES
CORDON SUPERIOR Dos perfiles tubulares TS 100X150X6.3 ASTM A500 Gr e
CORDON INFERIOR PT 150X150 X 6.35 ASTM A500 Gr e
VERTICALES PT 100X150X6.35 STMA500Gr e
HORIZONTALES PT 100X150X6.35 ASTM A500 Gr e
DIAGONALES 2 VARILLAS Db=1 " SAE 1045
ARRIOS. HORIZ. LONG PT 120X60X2.5 ASTM A500 Gr e
ARRIOS. HORIZ. DIAG. PT 60X60X2.5 ASTM A500 Gr e
COLUMNAS
MONTANTES TUBO 8"X 8.82 mm ASTM A500 Gr e
HORIZONTALES TUBO 8" X 8.82 mm ASTM A500 Gr e
DIAGONALES TUBO 4" X 5 mm ASTM A500 Gr e
PUNTALES TUBO 6" X 7 mm ASTM A500 Gr e
PLATAFORMA VP350 - W14X61 ASTMA36
3
4
CARGAS
Las cargas permanentes provienen del peso propio de la estructura, calculado automática
-mente por el programa más el peso del tablero, soporte del tablero y la baranda.
TableroKg/m2
40
Soporte 1050
Transversalmente llevará 60 kg/ m teniendo en cuenta una separación de
los marcos rígidos de 1.2 m.
Baranda 35 kg / m
Carga Viva. 450
Luego se aplicará sobre la viga del pórtico en H, 540 kg / m cada 1.2 m.
Carga de Baranda
Según A.9.16.l2.1 del CCP 95, los elementos que apoyan la baranda
deben resistir una carga lateral de 450 kg/m
5
Carga de VientoSegún el CCP 95 A.3.6.1.1 la carga mínima debe ser 450 kg/m
Barlovento y en Sotavento respectivamente.
Esto para una velocidad de 160KPH luego para 100 KPH se hace la relación
y 225 kglm en
equivalente y da 88 y 44 kg/m para Barlovento y Sotavento respectivamente.
Carga de Sismo
Se utilizo el espectro dado por la micro zonificación de Bogota, las
Fuerzas se obtuvieron realizando un análisis dinámico.
t3. Temperatura =15 grados.
En el numeral A.9.16.12.2 del CCP 95 se habla del chequeo para el cordón superior
de una estructura en celosía con paso intermedio, como es este caso, y se dan las
Referencias para el cálculo de la longitud efectiva.
Aprovechando las bondades del Staad Pro se hace un análisis de Pandeo por medio
del Stardyne y se determinó la longitud efectiva para el cordón superior de acuerdo a los
diferentes números de paneles que existen en las estructuras, cabe anotar, que en el
chequeo del cordón superior se utilizó un K de 3.3 (mirar resultados de pandeo ).
Los arriostramientos laterales dados por los clevises se modelaron como elementos
que trabajan únicamente a tensión, entonces para las hipótesis que están a compresión
el software automáticamente los inactiva modificando la matriz de rigidez.
ESPECTRO DE DISEÑO PUENTE PEATONAL CAD NORTEZONA
ZONA 3To= 0,5Te= 3,0TL= 5,711= 1
T(s) Sa(g)
° 0,2500,05 0,288
0,1 0,3250,15 0,363
0,2 0,4000,25 0,438
0,3 0,4750,35 0,513
0,4 0,5500,45 0,588
0,5 0,6250,55 0,625
0,6 0,6250,65 0,625
0,7 0,6250,75 0,625
0,8 0,6250,85 0,625
0,9 0,6250,95 0,625
1 0,6251,05 0,625
1,1 0,6251,15 0,625
1,2 0,6251,25 0,625
1,3 0,6251,35 0,625
1,4 0,6251,45 0,625
1,5 0,6251,55 0,625
1,6 0,6251,65 0,625
1,7 0,6251,75 0,625
1,8 0,6251,85 0,625
1,9 0,6251,95 0,625
2 0,6252,05 0,625
Am
3
An
0,25
T(s) Sa(g) T(s) Sa(g)
2,1 0,625 4,2 0,2702,15 0,625 4,25 0,262
2,2 0,625 4,3 0,2542,25 0,625 4,35 0,247
2,3 0,625 4,4 0,2402,35 0,625 4,45 0,233
2,4 0,625 4,5 0,2272,45 0,625 4,55 0,221
2,5 0,6252,55 0,625
2,6 0,6252,65 0,625
2,7 0,6252,75 0,625
2,8 0,6252,85 0,625
2,9 0,6252,95 0,625
3 0,6253,05 0,600
3,1 0,5763,15 0,553
3,2 0,5323,25 0,512
3,3 0,4933,35 0,474
3,4 0,4573,45 0,441
3,5 0,4253,55 0,410
3,6 0,3963,65 0,383
3,7 0,3703,75 0,358
3,8 0,3463,85 0,335
3,9 0,3243,95 0,314
4 0,3054,05 0,295
4,1 0,2864,15 0,278
7
..-O>---roC/) 0,9
~ 0,7u~ 0,5en~ 0,3'0u 0,1~~Q)u«
Espectro de diseñoMicrozonificación ZONA 3
-0,1-1,5
""
0,5 2,5 4,5Período Estructural, T(s)
6,5
ANEXO 1
ANÁLISIS Y DISENO SUPERESTRUCTURA
CONSTAUCCiON
CUNiCASAN PEDAO CLAVER
=..:.--_ _..- .
CAU..E24
\
PLANO DISE~O
43DE
COO~D!N>.()O. '0\1:
UTVOIOS l DlSU¡OS
[Sr.lCiON C.lO IoIOIH(
PU,NT.l LOC.lllZ.lCION
•• o o , , , e • e , o ~ [ ~
i~~~~~~~~~~~~~~~~~;~~i[¡ST::U¡OIO:S:Y~OISENOSDELA TRONCALNORTE QUITO SUR,DESDE LAAVENIDA
PASEO DE LOS LIBERTADORES AL LlI.1IiE DEL
DISTRITO CON SOACHA, EN aOGOlA o.e------~~~~~-"'=-. ------
1:250IIoISTIIUTO O( O(S.l~ROUO URB.lNO
Alcaldla MayorBOlolA D.C.
OISCRO .lROUl!(CTQNICO
147ETPl>:3~~"o •.•.JI<X.AO
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1 --- l- .) I -=.. I __ II-=..11 - 1-1 - I --- 1
ALZADO· TRAMO PRINCiPAL
""'"'--'=
ALZADO - RAMPA SEPARADOR CENTRAL
"""'--"'"
Ii .J
ALZADO RAMPA COSTADO OCCIDENTAL~ ALZADO RAMPA COSTADO ORIENTAL
"""--'=1_ ••• •• _ •••• _ ••••• _
PLANO DISE~O- ...~,- "'""" 1:200
le.
DlSlRITO CON Sa.\CHA. EN BOGOTIID.C. b==<DO="'__"'=-""CDmAl.=_Y_U_TDAUS_-l.;;1"7r--~~.OWG
~ 002 147ETOE66
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150 2 150 2400 150 2 150
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CLEVISES
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CLEVISES
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BARANDAIr---llli-
I
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1
11
BARANDA
~lbJlI I
v v w'--
oLOn
oLO
Ese, 1 : 10b~I~----'2814
~ 1
Db J
Client IDUBy JROMERO Dat"21-0ct-02
File Puentetramoprinc1.std DatefTime 14-Nov-2002 14:18
R(j F.Z. INGENIEROS ESTRUCTURALES Job No SheetNo10
Rev
5
JobTitle PUENTE PEATONAL CAD NORTE/ REVISION ESTRUCTURA METALlCA Ref TABLERO 2.40 m LIBRES
Softwarelicensedto F.Z. INGENIEROSESTRUCTURALES PartTRAMO PRINCIPAL
Gllu FZARATE
CARGA PERMANENTE
Prinl Time/Date:14/11/2002 14:48 STAAD.Pro tor Windows Release 2002 Print Run5 of 31
Softwarelicensedto F.Z. INGENIEROSESTRUCTURALES
6 11 Rev~ F.Z. INGENIEROS ESTRUCTURALES Job No SheetNo
PartTRAMO PRINCIPAL
Job Tille PUENTE PEATONAL CAD NORTEI REVISION ESTRUCTURA METALlCA Ref TABLERO 2.40 m LIBRES
By JROMERO Oat~1-0ct-02 Ch FZARATEClient IDU File Puentetramoprinc1.std OatefTime 14-Nov-2002 14: 18
PrintTime/Oate:14/11/2002 14:48 STAAD.Pro tor Windows Release 2002
C2 CARGA VIVA
PrintRun6 of 31
~ F.Z. INGENIEROS ESTRUCTURALES Job No SheetNo Rev
Softwarelicensedto F.Z. INGENIEROSESTRUCTURALES
7 12
PartTRAMO PRINCIPAL
Ref TABLERO 2.40 m LIBRESJobTitle PUENTE PEATONAL CAD NORTEI REVISION ESTRUCTURA METALlCA
By JROMERO Dat"21-0ct-02 C:IQFZARATEClient IDU File Puentetramoprinc1.std DatefTime 14-Nov-2002 14:18
Prinl Time/Date:14/11/200214:48 STAAD.Pro for Windows Release 2002
C3 CARGA VIVA
Print Run7 of 31
Softwarelícensedlo F.l. INGENIEROSESTRUCTURALES
8 13RevR(j F.Z. INGENIEROS ESTRUCTURALES Job No SheelNo
PartTRAMO PRINCIPAL
Job Title PUENTE PEATONAL CAD NORTE/ REVISION ESTRUCTURA METALlCA Ref TABLERO 2.40 m LIBRES
By JROMERO Dal~1-0ct-02 Ch. FZARATE
Clíent IDU File Puentetramoprinc1.std DalefTime 14-Nov-2002 14: 18
PrintTime/Date:14/11/2002 14:48 STAAD.Pro for Windows Release 2002
C4 CARGA VIVA
Print Run8 of 31
Softwarelicensedlo F.Z. INGENIEROSESTRUCTURALES
9 14Rev~ F.Z. INGENIEROS ESTRUCTURALES Job No SheelNo
PartTRAMO PRINCIPAL
JobTille PUENTE PEATONAL CAD NORTE/ REVISION ESTRUCTURA METALlCA Ref TABLERO 2.40 m LIBRES
By JROMERO Dal"21-0ct-02 Chd FZARATE
Clienl IDU File Puentetramoprinc1.std DalelTime 14-Nov-2002 14:18
C5 CARGA VIVA
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R(j F.Z. INGENIEROS ESTRUCTURALESRevJob No SheetNo
10 15
Softwarelicensedto F.z. INGENIEROSESTRUCTURALES PartTRAMO PRINCIPAL
Rel TABLERO 2.40 m LIBRESJobTitle PUENTE PEATONAL CAD NORTE! REVISION ESTRUCTURA METALlCA
By JROMERO Dat"21-0ct-02 Chd FZARATE
Client IDU File Puentetramoprinc1.std DatelTime 14-Nov-2002 14: 18
C6 CARGA VIVA
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~ F.Z. INGENIEROS ESTRUCTURALES
Chd FZARATE
RevJob No Sheel No1611
Softwarelicensedlo F.Z. INGENIEROSESTRUCTURALES PartTRAMO PRINCIPAL
Job Tille PUENTE PEATONAL CAD NORTE/ REVISION ESTRUCTURA METALlCA Ref TABLERO 2.40 m LIBRES
By JROMERO Dal~1-0ct-02
CHenl IDU File Puentetramoprinc1.std Dalemnne 14-Nov-2002 14: 18
C7 CARGA VIVA
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~ F.Z. INGENIEROS ESTRUCTURALES
C:,d FZARATE
RevJob No SheelNo1712
Softwarelicensedlo F.Z. INGENIEROSESTRUCTURALES PartTRAMO PRINCIPAL
Job Tille PUENTE PEATONAL CAD NORTE! REVISION ESTRUCTURA METALlCA Re! TABLERO 2.40 m LIBRES
By JROMERO Dat821-0ct-02
Clienl IDU File Puentetramoprinc1.std DalefTime 14-Nov-2002 14:18
C8 CARGA DE VIENTO
Prinl Time/Dale:14/11/200214:48 STAAD.Pro for Windows Release 2002 Prinl Run 12 of31
RevSheetNoJob NoR(j F.Z. INGENIEROS ESTRUCTURALES 1813
PartTRAMO PRINCIPALSoftwarelicensedto F.l. INGENIEROSESTRUCTURALESRel TABLERO 2.40 m LIBRESJobTitle PUENTE PEATONAL CAD NORTE/ REVISION ESTRUCTURA METALlCA
By JROMERO Dat~1-0ct-02 Chd FZARATE
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" ',', '. " " " """". ',' .• ,.,',
","", ~,~~~~ ~~~'~',~,~ ~~~"
" """','
.'
CARGA LA TERAL DE BARANDA
PrintTimelDate:14/11/200214:48 ST AAD.Pro for Windows Release 2002 PrintRun 130131
R(l F.Z. INGENIEROS ESTRUCTURALESRevJob No SheetNo
14 19
Softwarelicensedto F.Z. INGENIEROSESTRUCTURALES PartTRAMO PRINCIPAL
Rel TABLERO 2.40 m LIBRESJobTitle PUENTE PEATONAL CAD NORTE! REVISION ESTRUCTURA METALlCA
By JROMERO Dat821-0ct-02 Chd FZARATE
Client IDU File Puentetramoprinc1.std DatefTime 14-Nov-2002 14: 18
", "" "-,'-',,, ,,',. ,', "',,, ',', ',"-
" " ,,'- ",' """,~'~, ,~",."""
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C11 CARGA DE SISMO
PrintTime/Date:14/11/2002 14:48 ST AAD.Pro for Windows Release 2002 PrintRun 14 0131
Softwarelicensedlo F.l. INGENIEROSESTRUCTURALES
15 20Rev
~ F.Z. INGENIEROS ESTRUCTURALES Job No SheetNo
PartTRAMO PRINCIPAL
JobTitle PUENTE PEATONAL CAD NORTE! REVISION ESTRUCTURA METALlCA Ref TABLERO 2.40 m LIBRES
By JROMERO Dat"21-0ct-02 Chd FZARATE
Clienl IDU File Puentetramoprinc1.std DalefTime 14-Nov-2002 14: 18
CHEQUEO DE ESFUERZOS SOBRE EL ACERO
PrintTime/Date:14/11/2002 14:48 STAAD.Pro for Windows Release 2002 Prinl Run 15 of 31
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