Diseño del estribo de un Puente con Excel

El diseño de estribos de un puente es una etapa importante dentro de la ingeniería estructural y geotécnica, este elemento soporta diferentes tipos de carga que provienen de la superestructura, empujes laterales del terraplén, acciones sísmicas y transmite de manera segura las fuerzas hacia la cimentación. Para facilitar este proceso, ponemos a su disposición una Planilla Excel para el Diseño del Estribo de un Puente, que integra los criterios usuales de estabilidad (deslizamiento, volteo y capacidad portante), el análisis de presiones laterales del suelo y la verificación estructural de la pantalla y zapata, entre otros cálculos del estribo.

Esta herramienta está orientada a ingenieros civiles, proyectistas, estudiantes de ingeniería civil u otros interesados, permitiendo agilizar el cálculo y cumplir los principios fundamentales del diseño de estructuras de puentes. Esta Planilla Excel de ingeniería civil para el diseño de estribos de puentes está basado en el Manual de Diseño de Puentes del MTC, es de libre distribución, el autor cita lo siguiente: “Éste es un programa de prueba por lo que debe tomarse los resultados con prudencia, debiendo el usurario realizar las verificaciones correspondientes”; primero compartiremos algunos conceptos, daremos detalles de la planilla y finalmente tendrán a disposición el Excel.

¿Qué son los Estribos de un Puente?

Los estribos de un puente son estructuras de soporte ubicadas en los extremos del puente, cuya función principal es retener el relleno del terraplén, transmitir las cargas originadas en el tablero hacia la cimentación y brindar estabilidad al acceso del puente. Actúan como muros de contención estructurales y, al mismo tiempo, como elementos de apoyo para las vigas o la losa del tablero.

Desde el punto de vista estructural y geotécnico, los estribos deben resistir:

- Cargas verticales provenientes del tablero, superestructura y tránsito vehicular.
- Empujes laterales de tierra (activos, pasivos y en reposo según condición).
- Cargas sísmicas, que generan incrementos de presión en el terraplén y en la estructura.
- Acciones hidráulicas en casos de creciente o socavación, cuando el puente se ubica sobre cauces.
- Fuerzas horizontales adicionales, como frenado, arranque, viento y temperatura, transmitidas desde la superestructura.

Los estribos también cumplen un rol geométrico y funcional, ya que permiten el encauzamiento del tránsito, el apoyo adecuado del tablero mediante aparatos de apoyo, y la transición suave entre la vía y el puente, minimizando asentamientos diferenciales en los accesos.

¿Cómo se realiza el diseño de estribos de puentes con Excel?

Las instrucciones generales para el uso de éste Excel de diseño de estribos son las siguientes:

1. Las celdas de color gris indican que se debe ingresar datos.
2. Las celdas de color amarillo indican un mensaje de verificación de diseño, “OK” significa que la verificación es positiva, en caso contrario se deberá cambiar los valores necesarios hasta obtener una verificación positiva.
3. Las celdas de color verde representan la distribución de acero final del estribo, es decir los resultados del diseño.

Para iniciar con el cálculo se presiona el botón Continuar de la primera hoja de cálculo Excel, pasando a las siguientes Hojas de Cálculo:

Dimensionamiento del Estribo de un puente

Se realiza primero el Predimensionamiento basado en el libro de Principios de ingeniería de Cimentaciones de Braja M. Das. La longitud de la cajuela en mm, donde H=0 en puentes de una sola luz. Del Manual de Diseño de Puentes del MTC.

Definición de Cargas actuantes sobre el estribo del puente

Para la definición de cargas se consideran los siguientes puntos:

- Datos Previos
- Peso propio y Peso del suelo
- Peso propio proveniente de la superestructura
- Carga Muerta proveniente de la superestructura
- Presión estática del suelo
- Carga viva proveniente de la superestructura
- Carga de impacto
- Fuerza de frenado y aceleración
- Sobrecarga peatonal proveniente de la superestructura
- Sobrecarga superficial y de tráfico
- Subpresión de agua
- Fuerza sísmica
- Combinación de cargas

Las Notas adjuntas en la presente hoja son las siguientes:

1. El coeficiente de aceleración sísmica se puede obtener de la distribución de isoaceleraciones del Manual de Diseño de Puentes del MTC, Apéndice A.

2. El incremento de carga viva por efectos dinámicos, de la tabla 2.4.3.3 del Manual de Diseño de Puentes del MTC.

3. “q” puede ser asumido como la sobrecarga distribuida del vehículo de diseño.

4. “Ka” obtenido de las ecuaciones propuestas por la teoría de empujes de Coulomb, según el Manual de Diseño de Puentes 2002 del MTC, Apéndice C.

5. “Ke” obtenido de las ecuaciones propuestas por la teoría de empujes para condiciones sísmicas de Mononobe – Okabe, según el Manual de Diseño de Puentes 2002 del MTC, Apéndice C.

6. El punto de aplicación de Ee se obtiene según la metodología propuesta en el texto Principios de Ingeniería de Cimentaciones de Braja M. Das, pág. 361.

7. Punto de aplicación de la fuerza de frenado y aceleración a 1.8 m sobre el tablero, según el Manual de Diseño de Puentes 2002 del MTC, titulo 2.4.3.

Verificación de la Estabilidad del estribo de un puente

Para realizar la verificación de la estabilidad del estribo de un puente se consideran los siguientes puntos:

1. Datos previos
2. Fuerzas y momentos actuantes factorados
3. Fuerzas y momentos resistentes factorados
4. Estabilidad al deslizamiento
5. Estabilidad al volteo
6. Presiones sobre el suelo

Análisis estructural del estribo de un puente

Los puntos que se consideran para realizar el análisis estructural del estribo del puente son los siguientes:

1. Cálculo del cortante y momento de diseño (En la base de la pantalla)
2. Ubicación de M/2 para el corte del acero
3. Cálculo del cortante y momento en la base del parapeto
4. Cálculo del cortante y momento en el talón de la zapata
5. Cálculo del cortante y momento en la punta de la zapata

Diseño estructural del estribo de un puente

Se consideran los siguientes puntos para realizar el diseño estructural del estribo del puente:

1. Datos de partida
2. Diseño de la pantalla
3. Diseño del parapeto
4. Diseño del talón de la zapata
5. Diseño de la punta de la zapata

Los resultados concluyen en la cantidad de acero y su distribución para las partes del estribo

Descarga el Excel para diseñar estribos

Para simplificar el proceso de diseño y asegurar cálculos, puedes obtener la herramienta directamente desde el enlace de: Descarga la Planilla Excel para el Diseño del Estribo de un Puente, una hoja optimizada para proyectos de ingeniería estructural y geotécnica.

Esta herramienta es ideal para ingenieros, consultores y estudiantes que necesitan agilizar el diseño de estribos en proyectos viales y de puentes, proporcionando una base técnica y fácilmente adaptable a diferentes normativas o condiciones de proyecto.

Esperamos que ésta planilla Excel les sea de utilidad al momento de realizar el análisis estructural y el diseño de estribos de puentes, les recomendamos realizar siempre las verificaciones necesarias en los cálculos según la bibliografía mencionada… No olviden compartir los aportes en sus redes sociales y dejar sus comentarios.