Analisis Estructural Del Puente 2t54e
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ANALISIS ESTRUCTURAL DEL PUENTE LA BREÑA (PILCOMAYO)
CÁTEDRA:
ANALISIS ESTRUCTURAL II
CATEDRÁTICO: ING. RONALD SANTANA TAPIA
ALUMNO: VILCAHUAMAN ALVINAGORTA DANI
SEMESTRE
: VIII
1 HUANCAYO-PERÚ 01/12/2011
ANALISIS ESTRUCTURAL II
RESUMEN EJECUTIVO
En el presente trabajo domiciliario se desarrolla el análisis estructural del puente “LA BREÑA” ubicado en el distrito de Pilcomayo, dicho puente interconecta a la población de los lugares de la margen izquierda y la margen derecha del valle del Mantaro. El análisis está enmarcado en esquemas, secciones y elementos del puente los cuales están llevados a modelos matemáticos que para su desarrollo y cálculo nos ayudamos con los métodos realizados en clase, así como la verificación con los programas del Dr. Hugo Escaletti (armaduras. XLS) y el programa comercial SAP 2000.
MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
INGENIERIA CIVIL -
ANALISIS ESTRUCTURAL II
INTRODUCCIÓN Los puentes metálicos son estructuras imponentes que se construyen con rapidez. Sin embargo, tiene un alto costo y además se encuentran sometidos a la acción corrosiva de los agentes atmosféricos, gases y humos de las ciudades y fábricas. Por ello, su mantenimiento es caro. Son numerosos los puentes metálicos de cercha existentes en el país tanto para vehículos como para ferrocarril, diseñados en el extranjero y ensamblados en el sitio, hasta la década de los 60 del siglo pasado. Posteriormente, los puentes de concreto postensado de vigas T, reemplazaron los metálicos de cercha, con beneficio para la ingeniería nacional. Una de las mayores ventajas del acero son: su construcción en el taller y la facilidad de traslado al sitio para su armado; esto le permite competir con los puentes de concreto preesforzado, en sitios inhóspitos de la geografía nacional, o cuando el factor tiempo de construcción es una variable fundamental para la obra.
MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
INGENIERIA CIVIL -
ANALISIS ESTRUCTURAL II MARCO TEORICO PUENTE Es una estructura reticular que facilita las actividades aquellas que pudieran encontrar dificultad en sortear un obstáculo natural o una vía de circulación terrestre o marítima. Las funciones principales de un puente son:
Soportar el tránsito de vehículo o de otro tipo sobre un cruce, que puede ser
un rio, una barranca o bien otra línea de tránsito. Servir de forma segura. Ser económico. Debe diseñarse estéticamente de modo que armonice y enriquezca la
belleza de sus alrededores. Normalmente se colocan dos cerchas paralelas que se arriostran entre sí; la transmisión de las cargas de los vehículos se hace en dos tipos: de tablero inferior (la forma más común) y de tablero superior, según el gálibo sobre el cauce lo permita.
ARMADURA La armadura es una viga compuesta por elementos relativamente cortos y esbeltos conectados por sus extremos. La carga fija del peso del pavimento y la carga móvil que atraviesa el puente se transmiten por medio de las viguetas transversales del tablero directamente a las conexiones de los elementos de la armadura. PUENTES METÁLICOS En estos puentes además de las cerchas paralelas se usa un conjunto de vigas transversales que trasladan las cargas de peso propio y de los vehículos a los nudos inferiores de la cercha. Para alimentar las vigas transversales se usan también vigas longitudinales sobre las cuales se apoya directamente la placa de concreto reforzado que sirve de tablero al puente. MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
PUENTE CON CELOSÍAS METÁLICAS Los puentes de acero construidos han permitido alcanzar luces importantes. Los puentes sobre vigas metálicas pueden vencer luces de hasta 45 m (similar al preesforzado tradicional), mientras que con puentes metálicos en celosías se ha alcanzado los 80 m, y con puentes metálicos en arco se ha llegado hasta 100 m, constituyendo luces importantes. Características de los puentes metálicos
Uniformidad.- Las propiedades del acero no cambian considerablemente
con el tiempo. Alta resistencia.- La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será poco el peso de las estructuras, esto es de gran importancia en
puentes de grandes claros. Durabilidad.- Las estructuras durarán de forma definitiva si tienen un
adecuado mantenimiento. Ductilidad.- Es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza
dúctil permite fluir localmente evitando fallas prematuras. Tenacidad.- Poseen resistencia y ductilidad, siendo la propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades.
MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
Elasticidad.- Se acerca más a la hipótesis de diseño debido que sigue la
ley de Hooke. Costo de recuperación.- Se los puede reutilizar como chatarra.
TIPOS DE APOYOS: Las pilas corresponden a la parte de la subestructura que soporta el tablero de la superestructura, las cuales tienen cimentación superficial o profunda a través de pilotes o caissons. La mayoría son en concreto reforzado y de tipo muro, columnas con viga cabezal y torre metálica. Se presenta el tipo de apoyos fijos y móviles identificados en los estribos, encontrando que la mayoría son placas de neopreno, apoyos de rodillos y apoyos tipo balancín.
Algunos tipos de apoyo en puentes (a. Placas de neopreno, b. Fijo de acero, c. Balancín, d. Rodillos). TIPOS DE PUENTES METÁLICOS 1. Puentes con armaduras poligonales o parabólicas
MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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ANALISIS ESTRUCTURAL II El cordón superior es de forma poligonal con su punto de mayor peralte en el centro. El cordón inferior es generalmente horizontal. 2. Puentes con armaduras rectangulares El cordón poligonal es el cordón horizontal. 3. Puentes con armadura de tablero superior Queda totalmente debajo del tablero, el cual se apoya sobre las placas de los cordones superiores. 4. Puentes con armadura de tablero superior Sostiene al tablero por medio de las placas o pasadores de sus cordones inferiores.
5. Puentes con armadura de tablero inferior Cuyas vigas armadas están unidas por encima del nivel del tablero por elementos de arriostra miento.
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
Elementos de un puente de armadura de tablero inferior 6. Puentes de armazón lateral No tiene arriostramiento uniendo a sus cordones superiores. 7. Puentes de armadura de "N"s" Fue patentizada por los estadounidenses hermanos Pratt en 1844. Esta configuración se distingue por tener sus diagonales siempre bajando en dirección al centro del tramo, de forma que sólo están sujetas a tensión. Puede variar según su silueta sea rectangular o poligonal. Las armaduras poligonales de "N's" de tramos del orden de los cien metros pueden tener diagonales adicionales que no alcancen de cordón a cordón, denominadas subdiagonales.
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
8. Puentes de armaduras "doble N"s" En 1847 se patentizó, en la cual los postes verticales quedan más cercanos unos a otros y las diagonales los atraviesan por sus puntos medios hasta terminar en el próximo . 9. Puentes de armadura de "W's" Fue patentizada en 1848 por dos ingenieros británicos. Esta configuración tiene sus diagonales en direcciones alternadas y generalmente combinadas con elementos verticales o postes. Una variación de ésta tiene dos sistemas de diagonales en direcciones opuestas, la armadura de "X's", también conocida como "sistema Eiffel". La armadura "de celosía" tiene tres sistemas de diagonales tipo "W" superpuestos.
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10. Puentes de armadura rígida Combinan las planchas y estribos de los puentes de placas con las vigas y estribos de los de viga; esta combinación forma unidades sencillas sin articulaciones de unión entre las piezas. Son armaduras de acero rodeadas de hormigón. De origen muy reciente, resultan sumamente útiles para separar en niveles los cruces de carreteras y ferrocarriles. En estos cruces suele ser conveniente que la diferencia de niveles sea mínima y los puentes de la clase que nos ocupa son susceptibles de recibir menor altura en un mismo tramo que los otros tipos. 11. Puentes de armadura sencilla Las armaduras de los puentes modernos adoptan muy variadas formas. Las armaduras Pratt y Warren, de paso superior o inferior, son las más utilizadas en puentes de acero de tramos cortos. Para los puentes de tramos largos se emplea la armadura Parker, de cordón superior curvo, también llamada armadura Pratt, y para los de vanos largos y viga de celosía sencilla se utilizan estructuras con entrepaños subdivididos. Las armaduras para vanos largos están subdivididas en forma que la longitud de los largueros no sea excesiva; a medida que aumenta la anchura del vano, debe hacerlo la altura de la armadura tanto para evitar las flexiones excesivas como por razones de economía. Los metálicos de los puentes con viga de celosía se construyen de muy diversas formas. MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
Armadura lenticular del puente de Saltash (1859) 12. Puentes de vigas laterales Los primeros puentes establecidos por la humanidad fueron puentes de vigas: troncos atravesados sobre ríos u hondonadas. Cuando el hombre tuvo bestias de carga se vio obligado a colocar dos o más troncos juntos y tender sobre ellos una cubierta o piso plano para que éstas pudieran pasar. Cuando la distancia a salvarse resultaba mayor que la longitud práctica de las vigas de troncos, se recurrió a la colocación de tramos de maderos sobre una serie de soportes intermedios o pilas. La viga es una estructura horizontal que puede sostener carga entre dos apoyos sin crear empuje lateral en éstos. En este tipo de estructura se desarrolla compresión en la parte de arriba y tensión en la parte de abajo.
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ANALISIS ESTRUCTURAL II DISEÑO
CARGAS (MANUAL DE DISEÑO DE PUENTES-MTC) CARGAS PERMANENTES: Peso Propio de la estructura, Peso de la superficie, veredas, asfalto, etc. CARGAS VARIABLES: Aquellas donde se observa variaciones frecuentes y significativas, en éstas se encuentra los pesos de los vehículos, personas, también las fuerzas de frenado y aceleración, variaciones de temperatura, etc. CARGAS EXCEPCIONALES: Aquellas donde la probabilidad de ocurrencia es muy baja como por ejemplo debido a las colisiones, explosiones, incendio, etc. C. VIVA MOVIL EN PUENTES El código AASHTO define diversos tipos de cargas móviles que actúan sobre los diferentes componentes de los puentes: camiones de 2 ejes (HS20, HS15), camiones de 3 ejes (HS20-44) y cargas distribuidas equivalentes al flujo vehicular, con eje de cargas concentradas.
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ANALISIS ESTRUCTURAL II CARGAS VIVAS DE DISEÑO La carga viva correspondiente a cada vía será la suma de:
Camión de diseño o tándem tomando los efectos más desfavorables. Sobrecarga de diseño.
Camión de diseño Las cargas por eje y los espaciamientos entre ejes serán: de 14.78 tn espaciados de 5.3 a 9.0 m.
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ANALISIS ESTRUCTURAL II Tándem de diseño Consistirá en un conjunto de 2 ejes cada uno con 11.2 tn espaciados a 1.20 m. la distancia entre ruedas de cada eje en dirección transversal será de 1.80m. Sobrecarga distribuida Se considerara una sobrecarga de 970 kg/m uniformemente distribuida en dirección longitudinal sobre aquellas porciones del puente en las que se produzca un efecto desfavorable. Se supondrá que esta sobre carga se distribuye uniforme mente sobre un ancho de 3m
en dirección transversal. Esta sobrecarga se
aplicara también sobre aquellas zonas donde se ubique el camión o el tándem de diseño. No se considerara efectos dinámicos para esta sobrecarga. Carga equivalente La carga distribuida está unida a un eje transversal de cargas concentradas con el propósito de modelar el efecto de un congestionamiento vehicular sobre el puente. Mediante el eje transversal de la carga concentrada se modela la existencia de algún vehículo de mayor carga en algún lugar del tren de vehículos congestionados. Sobrecarga en veredas Las veredas y los elementos que soportan deberán diseñarse para una sobrecarga de 360 kg/m2 actuante en los tramos que resulten desfavorables en cada caso y simultáneamente con las cargas vivas debidas al peso de los vehículos.
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ANALISIS ESTRUCTURAL II VARIACIONES DE TEMPERATURA: (MANUAL DE DISEÑO DE PUENTES – MTC)
CARGAS Y COMBINACIONES DE CARGA (NORMAE.090) Las cargas nominales serán las cargas mínimas de diseño establecidas en la Norma E.020 Cargas. La resistencia requerida de la estructura y sus elementos debe ser determinada para la adecuada combinación crítica de cargas factor izadas. El efecto crítico puede ocurrir cuando una o más cargas no estén actuando.
............................................(1) LINEAS DE INFLUENCIA El concepto de la línea de influencia es útil para establecer las condiciones más desfavorables de solicitación en estructuras que presentan un comportamiento lineal y soportan cargas móviles, por ejemplo puentes. Una carga móvil produce distintos efectos como puede ser: reacciones, esfuerzos internos (Mf;Mt;N;Q),desplazamientos, etc. MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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ANALISIS ESTRUCTURAL II DATOS DEL PUENTE LA BREÑA
S= 8.60m H= 5.71m A= 8.40m L= 60.20 el= 0.25m ev=0.15m ea= 0.05m
SECCIÓN DEL PUENTE
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CALCULOS METRADO DE CARGAS El metrado de cargas se hará para un solo carril teniendo las siguientes características: Peso específico del concreto armado: 2500kg/m3 Peso específico del asfalto: 2200kg/m3 Carga permanente CM Peso de la losa
: 7.28 x 0.25 x 2.5/2
= 2.275 tn/m
Peso de las veredas: 0.25 x 0.56 x 2.5/2 + 0.15 x 0.56 x 2.5
= 0.385 tn/m
Peso del asfalto
= 0.401 tn/m
: 7.28 x 0.05 x 2.2/2
CM = 3.061 tn/m Carga variable CV Sobrecarga de diseño (HL-93)
W = 0.97
tn/m
Carga viva en veredas = 0.56 x 0.36 = 0.201 tn/m CV =1.171 tn/m CARGA ÚLTIMA CU Aplicando la ecuación (1) tenemos CU = 1.2x3.061+1.6x1.171 CU =5.547t/m VISTA LATERAL MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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DETALLE DE LAS SECCIONES
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ANALISIS ESTRUCTURAL II CARGA DISTRIBUIDA PARA EL ANALISIS
CARGA CONCENTRADA EN LOS NUDOS
VISTA EN 3D DE TODA LA ESTRUCTURA
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ANALISIS CON EL PROGRAMA DEL DR. ESCALETTI (ARMADURAS. XLS)
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DETALLE DE SECCION
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ANALISIS CON EL PROGRAMA SAP2000
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MAXIMO DESPLAZAMIENTO PARA CARGA DISTRIBUIDA
DIAGRAMA DE FUERZAS AXIALES MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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ANALISIS DE LOS ELEMENTOS SOMETIDOS A FUERZAS AXIALES DIAGONAL (Arriostre tubular) barra 14 Relación de Esbeltez (1x7.148/0.0778) = 91.88 70 ≤ 91.88 ≤ 200 Factor de longitud efectiva K = 1 La fuerza axial para este caso será: F = 194.08 tn COMPRESION Aplicando la ecuación de Euler para elementos esbeltos Radio Giro=0.0778m Ag = 0.0184 m2 ASTM A992 Fy=50Ksi Fcr = 19306.38 tn Pu = ɸFcr = 0.85x17767, 19x0.0208 = 301.952 tn ≥ 218.58 tn cumple MONTANTE (perfil I) 47 F = 23.85 tn TRACCION cumple la condición
BRIDA INFERIOR (perfil doble T) barras 34 y 35 MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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ANALISIS ESTRUCTURAL II F = 440.14 tn TRACCION cumple la condición BRIDA SUPERIOR (perfil doble T) barras 10 y 11 Relación de esbeltez (1x8.6/0.0955) = 90.10 70 ≤ 90.10 ≤ 200 La fuerza axial para este caso será: F = 431.23 tn COMPRESION Aplicando la ecuación de Euler para elementos esbeltos Radio Giro=0.0955m Ag = 0.0208 m2 ASTM A992 Fy=50Ksi Fcr = 17767,19tn Pu = ɸFcr = 0.85x17767, 19x0.0208 = 350tn ≤ 431.23 tn
CUADRO DE LOS DESPLAZAMIENTOS CON EL PROGRAMA DEL DR. ESCALETTI Y SAP2000 MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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ANALISIS EN SAP2000 PARA CARGAS PUNTUALES MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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ANALISIS ESTRUCTURAL II El desplazamiento es similar al calculado anteriormente
Cuadro comparativo desplazamientos en nudo central
Cuadro comparativo de las fuerzas axiales
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CONCLUSIONES
Los datos obtenidos del programa del Dr. Scaletti y corroborados por el SAP varían en los decimales por lo que considera una diferencia despreciable.
El análisis del puente está basado en las normas E0.90 y en el manual de diseño de puentes-mtc.
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CATEDRÁTICO: ING. RONALD SANTANA TAPIA
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: VIII
1 HUANCAYO-PERÚ 01/12/2011
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RESUMEN EJECUTIVO
En el presente trabajo domiciliario se desarrolla el análisis estructural del puente “LA BREÑA” ubicado en el distrito de Pilcomayo, dicho puente interconecta a la población de los lugares de la margen izquierda y la margen derecha del valle del Mantaro. El análisis está enmarcado en esquemas, secciones y elementos del puente los cuales están llevados a modelos matemáticos que para su desarrollo y cálculo nos ayudamos con los métodos realizados en clase, así como la verificación con los programas del Dr. Hugo Escaletti (armaduras. XLS) y el programa comercial SAP 2000.
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INTRODUCCIÓN Los puentes metálicos son estructuras imponentes que se construyen con rapidez. Sin embargo, tiene un alto costo y además se encuentran sometidos a la acción corrosiva de los agentes atmosféricos, gases y humos de las ciudades y fábricas. Por ello, su mantenimiento es caro. Son numerosos los puentes metálicos de cercha existentes en el país tanto para vehículos como para ferrocarril, diseñados en el extranjero y ensamblados en el sitio, hasta la década de los 60 del siglo pasado. Posteriormente, los puentes de concreto postensado de vigas T, reemplazaron los metálicos de cercha, con beneficio para la ingeniería nacional. Una de las mayores ventajas del acero son: su construcción en el taller y la facilidad de traslado al sitio para su armado; esto le permite competir con los puentes de concreto preesforzado, en sitios inhóspitos de la geografía nacional, o cuando el factor tiempo de construcción es una variable fundamental para la obra.
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ANALISIS ESTRUCTURAL II MARCO TEORICO PUENTE Es una estructura reticular que facilita las actividades aquellas que pudieran encontrar dificultad en sortear un obstáculo natural o una vía de circulación terrestre o marítima. Las funciones principales de un puente son:
Soportar el tránsito de vehículo o de otro tipo sobre un cruce, que puede ser
un rio, una barranca o bien otra línea de tránsito. Servir de forma segura. Ser económico. Debe diseñarse estéticamente de modo que armonice y enriquezca la
belleza de sus alrededores. Normalmente se colocan dos cerchas paralelas que se arriostran entre sí; la transmisión de las cargas de los vehículos se hace en dos tipos: de tablero inferior (la forma más común) y de tablero superior, según el gálibo sobre el cauce lo permita.
ARMADURA La armadura es una viga compuesta por elementos relativamente cortos y esbeltos conectados por sus extremos. La carga fija del peso del pavimento y la carga móvil que atraviesa el puente se transmiten por medio de las viguetas transversales del tablero directamente a las conexiones de los elementos de la armadura. PUENTES METÁLICOS En estos puentes además de las cerchas paralelas se usa un conjunto de vigas transversales que trasladan las cargas de peso propio y de los vehículos a los nudos inferiores de la cercha. Para alimentar las vigas transversales se usan también vigas longitudinales sobre las cuales se apoya directamente la placa de concreto reforzado que sirve de tablero al puente. MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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PUENTE CON CELOSÍAS METÁLICAS Los puentes de acero construidos han permitido alcanzar luces importantes. Los puentes sobre vigas metálicas pueden vencer luces de hasta 45 m (similar al preesforzado tradicional), mientras que con puentes metálicos en celosías se ha alcanzado los 80 m, y con puentes metálicos en arco se ha llegado hasta 100 m, constituyendo luces importantes. Características de los puentes metálicos
Uniformidad.- Las propiedades del acero no cambian considerablemente
con el tiempo. Alta resistencia.- La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será poco el peso de las estructuras, esto es de gran importancia en
puentes de grandes claros. Durabilidad.- Las estructuras durarán de forma definitiva si tienen un
adecuado mantenimiento. Ductilidad.- Es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza
dúctil permite fluir localmente evitando fallas prematuras. Tenacidad.- Poseen resistencia y ductilidad, siendo la propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades.
MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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Elasticidad.- Se acerca más a la hipótesis de diseño debido que sigue la
ley de Hooke. Costo de recuperación.- Se los puede reutilizar como chatarra.
TIPOS DE APOYOS: Las pilas corresponden a la parte de la subestructura que soporta el tablero de la superestructura, las cuales tienen cimentación superficial o profunda a través de pilotes o caissons. La mayoría son en concreto reforzado y de tipo muro, columnas con viga cabezal y torre metálica. Se presenta el tipo de apoyos fijos y móviles identificados en los estribos, encontrando que la mayoría son placas de neopreno, apoyos de rodillos y apoyos tipo balancín.
Algunos tipos de apoyo en puentes (a. Placas de neopreno, b. Fijo de acero, c. Balancín, d. Rodillos). TIPOS DE PUENTES METÁLICOS 1. Puentes con armaduras poligonales o parabólicas
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ANALISIS ESTRUCTURAL II El cordón superior es de forma poligonal con su punto de mayor peralte en el centro. El cordón inferior es generalmente horizontal. 2. Puentes con armaduras rectangulares El cordón poligonal es el cordón horizontal. 3. Puentes con armadura de tablero superior Queda totalmente debajo del tablero, el cual se apoya sobre las placas de los cordones superiores. 4. Puentes con armadura de tablero superior Sostiene al tablero por medio de las placas o pasadores de sus cordones inferiores.
5. Puentes con armadura de tablero inferior Cuyas vigas armadas están unidas por encima del nivel del tablero por elementos de arriostra miento.
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Elementos de un puente de armadura de tablero inferior 6. Puentes de armazón lateral No tiene arriostramiento uniendo a sus cordones superiores. 7. Puentes de armadura de "N"s" Fue patentizada por los estadounidenses hermanos Pratt en 1844. Esta configuración se distingue por tener sus diagonales siempre bajando en dirección al centro del tramo, de forma que sólo están sujetas a tensión. Puede variar según su silueta sea rectangular o poligonal. Las armaduras poligonales de "N's" de tramos del orden de los cien metros pueden tener diagonales adicionales que no alcancen de cordón a cordón, denominadas subdiagonales.
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8. Puentes de armaduras "doble N"s" En 1847 se patentizó, en la cual los postes verticales quedan más cercanos unos a otros y las diagonales los atraviesan por sus puntos medios hasta terminar en el próximo . 9. Puentes de armadura de "W's" Fue patentizada en 1848 por dos ingenieros británicos. Esta configuración tiene sus diagonales en direcciones alternadas y generalmente combinadas con elementos verticales o postes. Una variación de ésta tiene dos sistemas de diagonales en direcciones opuestas, la armadura de "X's", también conocida como "sistema Eiffel". La armadura "de celosía" tiene tres sistemas de diagonales tipo "W" superpuestos.
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10. Puentes de armadura rígida Combinan las planchas y estribos de los puentes de placas con las vigas y estribos de los de viga; esta combinación forma unidades sencillas sin articulaciones de unión entre las piezas. Son armaduras de acero rodeadas de hormigón. De origen muy reciente, resultan sumamente útiles para separar en niveles los cruces de carreteras y ferrocarriles. En estos cruces suele ser conveniente que la diferencia de niveles sea mínima y los puentes de la clase que nos ocupa son susceptibles de recibir menor altura en un mismo tramo que los otros tipos. 11. Puentes de armadura sencilla Las armaduras de los puentes modernos adoptan muy variadas formas. Las armaduras Pratt y Warren, de paso superior o inferior, son las más utilizadas en puentes de acero de tramos cortos. Para los puentes de tramos largos se emplea la armadura Parker, de cordón superior curvo, también llamada armadura Pratt, y para los de vanos largos y viga de celosía sencilla se utilizan estructuras con entrepaños subdivididos. Las armaduras para vanos largos están subdivididas en forma que la longitud de los largueros no sea excesiva; a medida que aumenta la anchura del vano, debe hacerlo la altura de la armadura tanto para evitar las flexiones excesivas como por razones de economía. Los metálicos de los puentes con viga de celosía se construyen de muy diversas formas. MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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Armadura lenticular del puente de Saltash (1859) 12. Puentes de vigas laterales Los primeros puentes establecidos por la humanidad fueron puentes de vigas: troncos atravesados sobre ríos u hondonadas. Cuando el hombre tuvo bestias de carga se vio obligado a colocar dos o más troncos juntos y tender sobre ellos una cubierta o piso plano para que éstas pudieran pasar. Cuando la distancia a salvarse resultaba mayor que la longitud práctica de las vigas de troncos, se recurrió a la colocación de tramos de maderos sobre una serie de soportes intermedios o pilas. La viga es una estructura horizontal que puede sostener carga entre dos apoyos sin crear empuje lateral en éstos. En este tipo de estructura se desarrolla compresión en la parte de arriba y tensión en la parte de abajo.
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CARGAS (MANUAL DE DISEÑO DE PUENTES-MTC) CARGAS PERMANENTES: Peso Propio de la estructura, Peso de la superficie, veredas, asfalto, etc. CARGAS VARIABLES: Aquellas donde se observa variaciones frecuentes y significativas, en éstas se encuentra los pesos de los vehículos, personas, también las fuerzas de frenado y aceleración, variaciones de temperatura, etc. CARGAS EXCEPCIONALES: Aquellas donde la probabilidad de ocurrencia es muy baja como por ejemplo debido a las colisiones, explosiones, incendio, etc. C. VIVA MOVIL EN PUENTES El código AASHTO define diversos tipos de cargas móviles que actúan sobre los diferentes componentes de los puentes: camiones de 2 ejes (HS20, HS15), camiones de 3 ejes (HS20-44) y cargas distribuidas equivalentes al flujo vehicular, con eje de cargas concentradas.
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ANALISIS ESTRUCTURAL II CARGAS VIVAS DE DISEÑO La carga viva correspondiente a cada vía será la suma de:
Camión de diseño o tándem tomando los efectos más desfavorables. Sobrecarga de diseño.
Camión de diseño Las cargas por eje y los espaciamientos entre ejes serán: de 14.78 tn espaciados de 5.3 a 9.0 m.
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ANALISIS ESTRUCTURAL II Tándem de diseño Consistirá en un conjunto de 2 ejes cada uno con 11.2 tn espaciados a 1.20 m. la distancia entre ruedas de cada eje en dirección transversal será de 1.80m. Sobrecarga distribuida Se considerara una sobrecarga de 970 kg/m uniformemente distribuida en dirección longitudinal sobre aquellas porciones del puente en las que se produzca un efecto desfavorable. Se supondrá que esta sobre carga se distribuye uniforme mente sobre un ancho de 3m
en dirección transversal. Esta sobrecarga se
aplicara también sobre aquellas zonas donde se ubique el camión o el tándem de diseño. No se considerara efectos dinámicos para esta sobrecarga. Carga equivalente La carga distribuida está unida a un eje transversal de cargas concentradas con el propósito de modelar el efecto de un congestionamiento vehicular sobre el puente. Mediante el eje transversal de la carga concentrada se modela la existencia de algún vehículo de mayor carga en algún lugar del tren de vehículos congestionados. Sobrecarga en veredas Las veredas y los elementos que soportan deberán diseñarse para una sobrecarga de 360 kg/m2 actuante en los tramos que resulten desfavorables en cada caso y simultáneamente con las cargas vivas debidas al peso de los vehículos.
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ANALISIS ESTRUCTURAL II VARIACIONES DE TEMPERATURA: (MANUAL DE DISEÑO DE PUENTES – MTC)
CARGAS Y COMBINACIONES DE CARGA (NORMAE.090) Las cargas nominales serán las cargas mínimas de diseño establecidas en la Norma E.020 Cargas. La resistencia requerida de la estructura y sus elementos debe ser determinada para la adecuada combinación crítica de cargas factor izadas. El efecto crítico puede ocurrir cuando una o más cargas no estén actuando.
............................................(1) LINEAS DE INFLUENCIA El concepto de la línea de influencia es útil para establecer las condiciones más desfavorables de solicitación en estructuras que presentan un comportamiento lineal y soportan cargas móviles, por ejemplo puentes. Una carga móvil produce distintos efectos como puede ser: reacciones, esfuerzos internos (Mf;Mt;N;Q),desplazamientos, etc. MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
INGENIERIA CIVIL -
ANALISIS ESTRUCTURAL II DATOS DEL PUENTE LA BREÑA
S= 8.60m H= 5.71m A= 8.40m L= 60.20 el= 0.25m ev=0.15m ea= 0.05m
SECCIÓN DEL PUENTE
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CALCULOS METRADO DE CARGAS El metrado de cargas se hará para un solo carril teniendo las siguientes características: Peso específico del concreto armado: 2500kg/m3 Peso específico del asfalto: 2200kg/m3 Carga permanente CM Peso de la losa
: 7.28 x 0.25 x 2.5/2
= 2.275 tn/m
Peso de las veredas: 0.25 x 0.56 x 2.5/2 + 0.15 x 0.56 x 2.5
= 0.385 tn/m
Peso del asfalto
= 0.401 tn/m
: 7.28 x 0.05 x 2.2/2
CM = 3.061 tn/m Carga variable CV Sobrecarga de diseño (HL-93)
W = 0.97
tn/m
Carga viva en veredas = 0.56 x 0.36 = 0.201 tn/m CV =1.171 tn/m CARGA ÚLTIMA CU Aplicando la ecuación (1) tenemos CU = 1.2x3.061+1.6x1.171 CU =5.547t/m VISTA LATERAL MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
DETALLE DE LAS SECCIONES
MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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ANALISIS ESTRUCTURAL II CARGA DISTRIBUIDA PARA EL ANALISIS
CARGA CONCENTRADA EN LOS NUDOS
VISTA EN 3D DE TODA LA ESTRUCTURA
MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
ANALISIS CON EL PROGRAMA DEL DR. ESCALETTI (ARMADURAS. XLS)
MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
DETALLE DE SECCION
MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
ANALISIS CON EL PROGRAMA SAP2000
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
MAXIMO DESPLAZAMIENTO PARA CARGA DISTRIBUIDA
DIAGRAMA DE FUERZAS AXIALES MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
ANALISIS DE LOS ELEMENTOS SOMETIDOS A FUERZAS AXIALES DIAGONAL (Arriostre tubular) barra 14 Relación de Esbeltez (1x7.148/0.0778) = 91.88 70 ≤ 91.88 ≤ 200 Factor de longitud efectiva K = 1 La fuerza axial para este caso será: F = 194.08 tn COMPRESION Aplicando la ecuación de Euler para elementos esbeltos Radio Giro=0.0778m Ag = 0.0184 m2 ASTM A992 Fy=50Ksi Fcr = 19306.38 tn Pu = ɸFcr = 0.85x17767, 19x0.0208 = 301.952 tn ≥ 218.58 tn cumple MONTANTE (perfil I) 47 F = 23.85 tn TRACCION cumple la condición
BRIDA INFERIOR (perfil doble T) barras 34 y 35 MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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ANALISIS ESTRUCTURAL II F = 440.14 tn TRACCION cumple la condición BRIDA SUPERIOR (perfil doble T) barras 10 y 11 Relación de esbeltez (1x8.6/0.0955) = 90.10 70 ≤ 90.10 ≤ 200 La fuerza axial para este caso será: F = 431.23 tn COMPRESION Aplicando la ecuación de Euler para elementos esbeltos Radio Giro=0.0955m Ag = 0.0208 m2 ASTM A992 Fy=50Ksi Fcr = 17767,19tn Pu = ɸFcr = 0.85x17767, 19x0.0208 = 350tn ≤ 431.23 tn
CUADRO DE LOS DESPLAZAMIENTOS CON EL PROGRAMA DEL DR. ESCALETTI Y SAP2000 MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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ANALISIS EN SAP2000 PARA CARGAS PUNTUALES MODELAMIENTO DEL PUENTE UN
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ANALISIS ESTRUCTURAL II El desplazamiento es similar al calculado anteriormente
Cuadro comparativo desplazamientos en nudo central
Cuadro comparativo de las fuerzas axiales
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CONCLUSIONES
Los datos obtenidos del programa del Dr. Scaletti y corroborados por el SAP varían en los decimales por lo que considera una diferencia despreciable.
El análisis del puente está basado en las normas E0.90 y en el manual de diseño de puentes-mtc.
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