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Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Diversidad
Huancayo – Perú
- 2012-
CÁTEDRA : ANALISIS ESTRUCTURAL II
CATEDRÁTICO : ING. RONALD SANTANA TAPIA
ALUMNO : PEREZ MEDINA, WILTER
SEMESTRE : VIII
MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO HIDROLOGIA GENERAL
ANALISIS ESTRUCTURAL II
2
MODELAMIENTO DEL PUENTE BREÑA – HUANCAYO (Usando el programa diseñado por el Dr. Scaletti y verificado en el Sap2000 V15)
CARACTERÍSTICAS DEL PUENTE
El análisis se hará en una sola parrilla (análisis plano) por ser una estructura
simétrica e isostática del sistema reticulado mostrado en la siguiente figura,
CORTE TRANSVERSAL LOSA
CORTE TRANVERSAL VEREDA
Longitud Total puente = 60.20m
Ancho del carril (2 carril) = 8.60m Ancho de calzada = 7.28m
Altura puente = 5.71m
Ancho vereda = 0.56m
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
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VISTA LATERAL (Longitudinal):
DETALLE DE LAS SECCIONES
Se usara el módulo de elasticidad para los perfiles de acero de E=2.1x10E7
PERFIL W (Montantes)
E=2.1x10^7 tn/m2
Radio giro = 0.0955 m
Ix = 1.864*10^-4 m4
Ag = 0.0132 m2
PERFIL TUBO (para las diagonales o arriostres)
E=2.1x10^7 tn/m2
Radio giro = 0.0778 m
Ix = 1.113*10^-4 m4
Ag = 0.0184 m2
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
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PERFIL DOBLE T (PARA LA BRIDA INFERIOR)
E=2.1x10^7 tn/m2
Radio giro = 0.1644 m
Ix = 8.55*10^-4 m4
Ag = 0.0296 m2
PERFIL DOBLE T (PARA LA BRIDA SUPERIOR)
E=2.1x10^7 tn/m2
Radio giro = 0.0955 m
Ix = 1.898*10^-4 m4
Ag = 0.0208 m2
CORRECION DEL PERFIL DOBLE T (PARA LA BRIDA SUPERIOR)
E=2.1x10^7 tn/m2
Radio giro = 0.1299 m
Ix = 4.186*10^-4 m4
Ag = 0.0248 m2
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
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Vista en 3d de toda la estructura
Orientacion De Los Perfiles
ENUMERACION DE LAS BARRAS
ENUMERACION DE LOS NUDOS
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
6
METRADO DE CARGAS
Podremos tener en cuenta del manual de diseño de puentes lo siguiente:
El manual de diseño de puentes mantiene las ideas básicas de las especificaciones
AASHTO. La sobrecarga especificada en dicho manual corresponde a la
denominada AASHTO HL-93.
I. Cargas Permanentes (Muerta): peso propio de la estructura, peso de la
superficie, veredas, etc.
II. 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
III. Cargas Excepcionales: Aquellas donde la probabilidad de ocurrencia es muy
baja como por ejemplo debido a las colisiones, explosiones, incendio, etc.
1. CARGA MUERTA O PERMANENTE:
El metrado de cargas se hara para un solo carril con las siguientes características:
Concreto armado f´c = 280 Kg/cm2,
Peso Específico = 2500 Kg/m3
Asfalto Peso Específico 2200 Kg/m3
1. Peso de la Losa : 7.28*0.25*2.5/2 = 2.275 t/m
2. Peso de las Veredas: : 0.25*0.56*2.5/2+0.15*0.56*2.5 = 0.385 t/m
3. Peso del asfalto : 7.28*0.05*2.2 = 0.801 t/m
4. TOTAL = 3.461 t/m
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
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2. CARGA VARIABLE
Ancho de vía: 7.28 m
N de Vías : 2 vías
Ancho de vereda : 0.56 m
Sobre carga distribuida: 0.97 t/m
Camión de diseño y/o tándem de diseño ( el más desfavorable)
Sobrecarga en veredas: 0.201 t/m
Camión de diseño: 3.57tn eje delantero y 14.78 en el eje intermedio y final.
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Carga equivalente.
La carga distribuida equivalente 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 carga concentrado se modela la existencia de algún vehículo de mayor carga en algún lugar del tren de vehículos congestionados
Sobrecarga de diseño (HL-93) W = 0.97 t/m
Carga viva en veredas = 0.56*0.36 = 0.201 t/m
La carga variable será la suma de la carga equivalente con la carga viva en veredas
CARGA VARIABLE = 1.171 t/n
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FACTORES DE CARGA Y COMBINACIONES
a. Ductilidad: nd = 0.95 (tracción y compresión)
b. Redundancia: nr = 1.05 (para un sistema isostático)
c. Importancia Operacional ni =0.95 (puentes esenciales)
n = 0.95x1.05x0.95 = 0.95
Consideraciones De Carga
RESISTENCIA I.- combinación básica de carga relacionada con el uso vehicular
normal, sin considerar el viento.
u = n(1.25DC+1.5DW+1.75(LL+IM)+1FR+TG*TTG)…………(1)
DC: carga muerta de componentes estructurales y no estructurales
DW: carga muerta de la superficie de rodadura y dispositivos auxiliares
IM: carga de impacto
LL: carga viva vehicular
FR: fricción
TG: gradiente de temperatura
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CARGA DISTRIBUIDA PARA EL ANALISIS De la ecuación 1 Obtenemos: La carga de impacto es 33% de LL pero no incluiremos en el cálculo por lo expuesto anteriormente en “sobrecarga distribuida”.
W = 0.95(1.25*2.66+1.5*0.801+1.75*1.171)
W = 6.247 t/m
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CARGA CONCENTRADA EN LOS NUDOS
INSERTANDO DATOS AL PROGRAMA DEL DR. SCALETTI
Datos Relativos a los Nudos
Coordenadas apoyos
Fuerzas
Concentradas
n X Y x y Fx Fy
(m) (m) (t) (t)
1 0.000 0.000 x x -13.431
2 4.300 0.000 -26.862
3 8.600 0.000 -26.862
4 12.900 0.000 -26.862
5 17.200 0.000 -26.862
6 21.500 0.000 -26.862
7 25.800 0.000 -26.862
8 30.100 0.000 -26.862
9 34.400 0.000 -26.862
10 38.700 0.000 -26.862
11 43.000 0.000 -26.862
12 47.300 0.000 -26.862
13 51.600 0.000 -26.862
14 55.900 0.000 -26.862
15 60.200 0.000 X -13.431
16 4.300 5.710
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17 12.900 5.710
18 21.500 5.710
19 30.100 5.710
20 38.700 5.710
21 47.300 5.710
22 55.900 5.710
Características de las Secciones
etiqueta E A
(t/m
2 ) (m
2 )
TT 2.10E+07 0.0208
tt 2.10E+07 0.0296
I 2.10E+07 0.0132
O 2.10E+07 0.0184
Desplazamientos de los Nudos
n u v
(m) (m)
1 0.000E+00 0.000E+00
2 9.096E-04 -3.442E-02
3 1.819E-03 -6.559E-02
4 4.128E-03 -9.352E-02
5 6.437E-03 -1.161E-01
6 9.586E-03 -1.330E-01
7 1.273E-02 -1.434E-01
8 1.616E-02 -1.469E-01
9 1.959E-02 -1.434E-01
10 2.274E-02 -1.330E-01
11 2.589E-02 -1.161E-01
12 2.820E-02 -9.352E-02
13 3.051E-02 -6.559E-02
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14 3.142E-02 -3.442E-02
15 3.233E-02 0.000E+00
16 3.825E-02 -3.387E-02
17 3.352E-02 -9.297E-02
18 2.563E-02 -1.325E-01
19 1.616E-02 -1.463E-01
20 6.695E-03 -1.325E-01
21 -1.195E-03 -9.297E-02
22 -5.929E-03 -3.387E-02
FUERZA AXIAL PARA LAS COMPONENTES MAS SOLICITADAS
Las barras superiores estarán a compresión.
Las barras que soportan mayor esfuerzo son 10 -11
Fuerzas Axiales en los Elementos
e i j sección Ni
(t)
20 18 10 TT -460.876
21 19 11 TT -460.876
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CONSTATANDO LOS RESULTADOS USANDO SAP2000 V15
MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO HIDROLOGIA GENERAL
ANALISIS ESTRUCTURAL II
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Diagrama de fuerzas axiales
ANALISIS DE LOS ELEMENTOS SOMETIDOS A FUERZAS AXIALES
DIAGONAL (Arriostre tubular) barras 14-1y 27-1
Relación de Esbeltez
(17.148/0.0778) = 91.88 70 ≤ 91.88 ≤ 200
Factor de longitud efectiva K = 1 La fuerza axial para este caso será: F = 218.58 tn COMPRESION Aplicando la ecuación de Euler para elementos esbeltos Radio Giro=0.0778m Ag = 0.0184 m2 ASTM A992 Fy=50Ksi
√
MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO HIDROLOGIA GENERAL
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√
( )
Fcr = 19306.38 tn
Pu = Fcr = 0.85x17767,19x0.0208 = 301.952 tn ≥ 218.58 tn cumple la condición
MONTANTE (perfil I) barras 30-1 y 32-1
F = 26.86 tn TRACCION cumple la condición
BRIDA INFERIOR (perfil doble T) barras 7-1 y 35-1
F = 492.61 tn TRACCION cumple la condición
BRIDA SUPERIOR (perfil doble T) barras 10-1 y 11-1
Relación de esbeltez
(18.6/0.0955) = 90.10 70 ≤ 90.10 ≤ 200
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
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La fuerza axial para este caso será: F = 482.5 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 = Fcr = 0.85x17767,19x0.0208 = 350tn ≤ 482.5 tn No cumple la condición CUADRO DE DESPLAZAMIENTOS OBTENIDOS CON EL PROGRAMA DEL Dr. SCALETTI Y EL SAP2000
Desplazamientos de los Nudos
n u v
(m) (m)
1 0.000E+00 0.000E+00
2 9.096E-04 -3.442E-02
3 1.819E-03 -6.559E-02
4 4.128E-03 -9.352E-02
5 6.437E-03 -1.161E-01
6 9.586E-03 -1.330E-01
7 1.273E-02 -1.434E-01
8 1.616E-02 -1.469E-01
9 1.959E-02 -1.434E-01
10 2.274E-02 -1.330E-01
11 2.589E-02 -1.161E-01
12 2.820E-02 -9.352E-02
13 3.051E-02 -6.559E-02
14 3.142E-02 -3.442E-02
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
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15 3.233E-02 0.000E+00
16 3.825E-02 -3.387E-02
17 3.352E-02 -9.297E-02
18 2.563E-02 -1.325E-01
19 1.616E-02 -1.463E-01
20 6.695E-03 -1.325E-01
21 -1.195E-03 -9.297E-02
22 -5.929E-03 -3.387E-02
TABLE: Joint Displacements
Joint OutputCase CaseType U1 U2 U3
Text Text Text m m m
1 DEAD LinStatic 0 0 0
2 DEAD LinStatic 0.00181 0 -0.065576
3 DEAD LinStatic 0.006402 0 -0.116057
4 DEAD LinStatic 0.012661 0 -0.143327
5 DEAD LinStatic 0.019477 0 -0.143327
6 DEAD LinStatic 0.025737 0 -0.116057
7 DEAD LinStatic 0.030328 0 -0.065576
8 DEAD LinStatic 0.032138 0 0
9 DEAD LinStatic 0.03824 0 -0.033859
10 DEAD LinStatic 0.033487 0 -0.092935
11 DEAD LinStatic 0.025569 0 -0.132438
12 DEAD LinStatic 0.016069 0 -0.146282
13 DEAD LinStatic 0.006569 0 -0.132438
14 DEAD LinStatic -0.001349 0 -0.092935
15 DEAD LinStatic -0.006101 0 -0.033859
16 DEAD LinStatic 0.00091 0 -0.034412
17 DEAD LinStatic 0.004109 0 -0.093488
18 DEAD LinStatic 0.009534 0 -0.132992
19 DEAD LinStatic 0.016069 0 -0.146856
20 DEAD LinStatic 0.022605 0 -0.132992
21 DEAD LinStatic 0.028029 0 -0.093488
22 DEAD LinStatic 0.031229 0 -0.034412
CONCLUSION Vemos que la diferencia se encuentra a partir del 4 decimal, por ende podríamos asumir que son iguales
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
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ELECCION DE NUEVO PERALTE PARA MEJORAR LA RESISTENCIA A LA COMPRESION Al momento de modelar se podrá corregir la brida superior con perfiles que tengan más peralte, por ende al aumentar la sección también aumentara la resistencia de
diseño a compresión Pr = FcrAg para soportar la fuerza actuante
En nuevo peralte para mi sección doble T tiene 10 cm más en comparación con el perfil anterior, con la cual haciendo los cálculos necesarios cumple con las especificaciones del AISC - LRFD. INSERTANDO LOS DATOS AL PROGRAMA DEL Dr, SCALETTI
etiqueta E A
(t/m
2 ) (m
2 )
TT 2.10E+07 0.0248
tt 2.10E+07 0.0296
I 2.10E+07 0.0132
O 2.10E+07 0.0184
Desplazamientos de los Nudos
n u v
(m) (m)
1 0.000E+00 0.000E+00
2 9.096E-04 -3.176E-02
3 1.819E-03 -6.027E-02
4 4.128E-03 -8.611E-02
5 6.437E-03 -1.066E-01
6 9.586E-03 -1.224E-01
7 1.273E-02 -1.316E-01
8 1.616E-02 -1.356E-01
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
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Fuerzas Axiales en los elementos más solicitados
Fuerzas Axiales en los Elementos
e i j sección Ni
(t)
20 18 19 TT -485.494
21 19 20 TT -485.494
Comprobando con el programa sap2000 v15
La nueva fuerza axial será: F = 485.49 tn COMPRESION Radio de giro = 0,1299 m Ag = 0.0248
√
√
MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO HIDROLOGIA GENERAL
ANALISIS ESTRUCTURAL II
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( )
Fcr = 26014.882 tn/m2
Pu = Fcr = 0.85x17767,19x0.0248 = 548.4tn ≥ 485.49 tn Cumple la condición
TABLE: Joint Displacements
Joint OutputCase CaseType U1 U2 U3
Text Text Text m m m
19 DEAD LinStatic 0.016163 0 -0.1354
RESUMEN DE LOS DEZPLAZAMIENTOS VERTICALES NUDO CENTRAL
Desplazamientos en el centro
SCALETTI -0.1356
SAP2000 V15 -0.1354
CUADRO DE FUERZAS AXIALES PARA LOS ELEMENTOS MÁS AFECTADO Para las barras 10 y 11
Fuerza axial en Compresión
SCALETTI 485.494
SAP2000 V15 482.50
En las páginas anteriores ya se demostró la capacidad de carga de los perfiles
sometidos a compresión
También se halló la relación de esbeltez para cada uno de los perfiles usados
Pu = Fcr = 0.85x17767,19x0.0248 = 548.4tn ≥ 485.49 tn OK Relación de esbeltez
(18.6/0.0955) = 90.10 OK 70 ≤ 90.10 ≤ 200
Los elementos en tracción no deberán superar 15000tn/m2(Ag)
Para una tracción encontrada (1044 tn ≥ 450 Tn) OK
MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO HIDROLOGIA GENERAL
ANALISIS ESTRUCTURAL II
22
ARMADURA ARTICULADA CON CARGA DISTRIBUIDA A LO LARGO DEL EJE Obtenemos los mismos resultados
W= 6.247
TABLE: Joint Displacements
Joint OutputCase CaseType U1 U2 U3
Text Text Text m m m
19 DEAD LinStatic 0.016163 0 -0.1354
CON NUDOS RIGIDOS EN ARTICULACIONES Y CON CARGA DISTRIBUIDA
W= 6.247
MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO HIDROLOGIA GENERAL
ANALISIS ESTRUCTURAL II
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Cuadro de máximos desplazamientos en el centro del puente.
TABLE: Joint Displacements
Joint OutputCase CaseType U1 U2 U3
Text Text Text m m m
19 DEAD LinStatic 0.010001 0 -0.083515
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NUDOS RIGIDOS EN ARTICULACIONES Y CON CARGAS PUNTUALES
Diagrama De Fuerzas Axiales
Desplazamiento Máximo En El Centro De Luz
TABLE: Joint Displacements
Joint OutputCase CaseType U1 U2 U3
Text Text Text m m m
19 DEAD LinStatic 0.010001 0 -0.083515
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
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RESUMEN
- En las páginas anteriores ya se demostró la capacidad de carga de los perfiles
sometidos a compresión y tracción.
PERFIL DISEÑO (Tn) ACTUANTE (Tn)
TUBO 301.952 218.58 (compresión)
PERFIL W 463.98 26.86 (tracción)
PERFIL 2T (brida superior) 548.4 485.49 (compresión)
PERFIL 2T (brida inferior) 1040.44 492 (tracción)
- También se halló la relación de esbeltez para cada uno de los perfiles usados
Relación de esbeltez de todos los perfiles cumple
Como ejemplo la brida más esbelta (18.6/0.0955) = 90.10 70 ≤ 90.10 ≤ 200 OK
- Los desplazamientos máximos deben ser menores que 60.2/500 = 0.124 m
TIPO DE ANALISIS Desplazamiento vertical (m)
Tipo armadura articulada con carga puntual -0.135
Tipo armadura articulada con carga distribuida -0.135
Tipo armadura con nudos rígidos y carga puntual -0.083515
Tipo armadura con nudos rígidos y carga distribuida -0.083515
CONCLUSIONES
1. Por proceso constructivo el puente no es un sistema articulado perfecto es por eso
que la deflexión en el centro excede la recomendación anterior.
2. El incremento del peralte de la brida superior en 10 cm mejoró el comportamiento de
la estructura frente a las fuerzas de compresión, debido a eso la resistencia de
díseño es mayor que la actuante.
3. Los datos obtenidos del programa del Dr. Scaletti y corroborados por el SAP varían a
partir del cuarto decimal ( Scaletti 0.1349 – SAP2000 0.135) por lo que considero una
diferencia despreciable.
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ANALISIS ESTRUCTURAL II
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