ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE UN PUENTE DE ARMADURA - copia.pdf

7/26/2019 ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE UN PUENTE DE ARMADURA - copia.pdf

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“AÑO DE LA DIVERSIFICACIÓN PRODUCTIVA Y DEL

FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIÓN”

CURSO:

“RESISTENCIA DE MATERIALES”

TEMA:

ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE UN PUENTE DE ARMADURA

ALUMNOS:

CERNA ARCE, EDIN NEISSER. ACEVEDO ARCE EDDY RUBEN. CHANG SANDOVAL JUAN ALFONSO. CONTRERAS CASTILLO HÉCTOR GUSTAVO.

CARRERA PROFESIONAL:

Tecnología Mecánica Eléctrica (C10 – E)

FECHA DE INFORME:

Fecha de inicio: 09 -11-2015Fecha de presentación: 21-11-2015

DOCENTE:

ING. FERNÁNDEZ DÍAZ JIMMY

LA LIBERTAD – TRUJILLO



RESISTENCIA DE MATERIALES

EDIN.C.A - EDDY.A.A - JUAN.C.S - HECTOR.C.C 2

ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE UN PUENTE DE

ARMADURA





INTRODUCCIÓN

En la actualidad Los puentes son las estructuras más antiguas de las que

se tiene noticia. Tienen como finalidad el salvar un obstáculo, tal como un

valle, río o carretera, con el fin de comunicar dos puntos, permitiendo el

paso de personas, vehículos, trenes u otras cargas. La principal función

de un puente, es la de unir dos puntos alejados, con un margen adecuado

de seguridad, por medio de una serie de elementos estructurales que

pueden ser de diversos materiales, tales como: madera, piedra, ladrillo,

concreto simple, concreto reforzado, acero estructural o mixto. En esteproyecto de análisis se determinara la carga máxima del puente tabón así

como también sus distintas reacciones.





1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL

Analizar un puente de armaduras de tipo Warren pony, considerando las

diferentes cargas que actúan sobre este tipo de puente.

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar el total de las cargas que soporta el puente en análisis.

Determinar las fuerzas que actúan en la armadura aplicando el método de

sección.

fijar un factor de seguridad en el análisis estructural del puente de

armaduras.

Realizar la representación del puente de armaduras, en un plano trabajado

en AutoCAD.

2. MARCO TEÓRICO

2.1. ARMADURAS DE ACERO

El uso más común de armaduras en edificios es para soportar cubiertas de

techo, pisos y otras cargas como cielos suspendidos. Existen muchos tipos de

armaduras o cerchas, tal como se presentan en la siguiente figura. La

escogencia del tipo de armadura a utilizar depende en primera instancia de los

requerimientos arquitectónicos y del cliente y en segunda instancia de las

dimensiones y de factores económicos.





2.2. TIPOS DE ARMADURAS.

2.2.1. La armadura tipo Pratt.

Tiene los elementos diagonales en tensión y por lo tanto los elementos verticales

más cortos en compresión y los elementos verticales más largos en tensión para

cargas verticales de magnitud normal.

2.2.2. La armadura Howe

Tiene la ventaja de que para cargas livianas las 2 cuales pueden revertirse como

la carga de viento, funciona de manera similar a la primera. Además resulta que

la cuerda en tensión presenta una mayor fuerza que la fuerza que se produce en

la cuerda en compresión en la mitad del claro, para cargas verticales

convencionales.

Fig. .N°01

Fig. .N°02





2.2.3. La armadura Fink.

Resulta más económica en términos del peso de acero, para luces grandes,

debido a que los miembros del alma de la armadura se dividen en elementos muy

cortos. Pueden existir muchas maneras de arreglar o disponer de los elementos

del alma, lo cual queda a criterio del diseñador.

2.2.4. La armadura Mansard

Es una variación de la armadura Fink, con la ventaja de reducir el espacio no

usado a nivel de techos. Sin embargo, las fuerzas en las cuerdas superior e inferior

se incrementan debido a la poca altura de la cercha o a la pequeña razón entre

altura y claro de la armadura.

Fig. .N°03

Fig. N°04





2.2.5. La armadura Warren

Tiene la ventaja de que los elementos en compresión y tensión en el alma de la

armadura tienen igual longitud, resultando en una razón peso –claro muy ventajosa

en términos de costo para luces pequeñas, además de que se reducen los costos

de fabricación al ser todos los elementos iguales en longitud. La armadura Warren

modificado se usa en luces grandes. La armadura diente de sierra se usa mucho

en edificios con varias luces o claros.

2.3. TIPOS DE CARGA

2.3.1. Cargas permanentes

Las cargas permanentes incluyen:

Carga muerta de elementos estructurales y elementos no

estructurales unidos (DC).

Carga muerta de superficie de revestimiento y accesorios

(DW).

Los elementos estructurales son los que son parte del sistema de

resistencia. Los elementos no estructurales unidos se refieren a parapetos,

barreras, señales, etc. En caso de no contar con las especificaciones

técnicas o manuales que den información precisa del peso, se pueden usar

los pesos unitarios de AASHTO presentados en la tabla N°01.

Fig. N°05





2.3.2. Cargas transitorias

Las cargas que estudiaremos a continuación comprenden las cargas del tráfico

vehicular, del tráfico peatonal, de fluidos, de sismo, de hielo, de deformaciones

y las causadas por colisiones.

2.3.2.1. Cargas de vehículos

Los efectos del tráfico vehicular comparados con los efectos del tráfico de

camiones son despreciables. Debido a esto el diseño de cargas de AASHTO

ha desarrollado modelos de tráficos de camiones que son muy variables,

dinámicos, y pueden ser combinados con otras cargas de camiones. Esos

efectos incluyen fuerzas de impacto (efectos dinámicos), fuerzas de frenos,

fuerzas centrífugas, y efectos de otros camiones simultáneos.

TABLA N°01





a. Cargas debidas al peso de los vehículos

El camión de diseño es el típico semitrailer: el eje frontal es de 35kN seguido a 4.3

m de un eje de 145kN y finalmente un eje posterior de 145kN que está ubicado a

una distancia variable de 4.3 m a 9.0 m. Este camión de diseño ha sido usado por

AASHTO (1996).

b. Efectos Dinámicos (IM)

Como la superficie de rodadura no es uniforme, la suspensión de los vehículos

reacciona a comprensión y tensión. Esta oscilación crea fuerzas que exceden el

peso estático cuando el vehículo está en movimiento. Barrera continua Barrera

discontinua 31 Las especificaciones de AASHTO usan una simple aproximación

para definir el IM como se muestra en la tabla N°02.

Fig. N°06

TABLA N°02





c. Fuerza Centrífuga

Un camión puede incrementar o disminuir su velocidad o cambiar de dirección a

lo largo de una ruta curvilínea. Todos estos eventos causan fuerzas entre el

camión y la plataforma. AASHTO propone la siguiente expresión:

Fr = CW

d. Fuerzas de Frenado

Como el camión tiene una masa relativamente grande para su potencia

disponible, no puede aumentar su velocidad lo suficiente para causar fuerzas

importantes en el puente. Contrariamente la desaceleración debido a los frenos

(braking) puede crear fuerzas importantes en el puente en la dirección del camión

de diseño. Los factores de presencia múltiple también se aplican ya que es poco

probable que todas las líneas sean cargadas simultáneamente

2.3.2.2. cargas de peatones

La carga peatonal AASHTO es 3.6x10-3MPa, la cual es aplicada a los lados que

integran el puente. En el caso de puentes peatonales que permitan el tráfico de

bicicletas, la carga viva será 5.0x10-3MPa. Las barandas para peatones y/o

bicicletas deben ser diseñadas para cargas 0.73 N/mm, transversal y

verticalmente en cada elemento longitudinal en el sistema de barandas, las

barandas deben ser diseñadas para una fuerza concentrada de 890 N aplicada

en cualquier lugar y en cualquier dirección.

2.3.2.3. Fuerzas Debidas a Fluidos

Las fuerzas estructurales debidas al flujo de fluidos (agua o aire) son

establecidas por la ecuación de Bernoulli en combinación con unos coeficientes

de corrección, “a” es el punto inicial y “b” es el punto estancado con velocidad

igual a cero.





2.3.2.4. Cargas Sísmicas

Dependiendo del lugar de ubicación del puente, puede que los efectos

sísmicos sean irrelevantes o puede que gobiernen el diseño del sistema de

resistencia de cargas laterales. Las especificaciones de AASHTO están

basados en los siguientes principios:

Sismos leves serán resistidos sin que los componentes salgan del

rango elástico y sin sufrir daños importantes.

Se usarán movimientos del suelo y fuerzas reales en el proceso

de diseño.

exposición a prolongadas vibraciones no colapsará la estructura

del puente,

Donde los posibles daños serán fácilmente detectables para inspeccionar y

reparar. AASHTO proporciona aplicaciones para puentes convencionales de

losas, vigas, vigas cajón y superestructuras cuyas luces no exceda 150m.

No es aplicable para puentes que exceden los 150m y otros tipos de puentes

como puentes colgantes, puentes atirantados, puentes movibles y arcos.

2.3.2.5. Cargas de colisión

a. Colisión de Embarcaciones

Las fuerzas de colisión sobre los pilares debe ser considerada en aguas

navegables para mayor información revisar las normas de AASHTO.

b. Colisión de Trenes

Si un puente se localiza cerca de la ruta de ferrocarriles, existe la

posibilidad de colisión con el puente como resultado del descarrilamiento

del tren. Los pilares y estribos con 9000mm al borde de la carretera o a

una distancia de 15 000mm del centro de línea de camiones deben ser

diseñados para 1800 kN a una distancia de 1200mm sobre el suelo.

c. Colisión de Vehículos

La fuerza de colisión de vehículos con parapetos o barreras crea fuerzas

que también deben ser consideradas.





2.4. Factor de seguridad

Si se tiene que evitar una falla estructural, las cargas que una estructura es capaz

de soportar deben ser mayores que las cargas a las que se va a someter cuando

este en servicio. Como la resistencia es la capacidad de una estructura para

resistir cargas, el criterio anterior se puede replantear como sigue: la resistencia

real de una estructura debe ser mayor que la resistencia requerida. La relación de

la resistencia real entre la resistencia requerida se llama factor de seguridad n :

Naturalmente, el factor de seguridad debe ser mayor que 1.0 para evitar falla.

Dependiendo de las circunstancias, los factores de seguridad varían desde un

poco más que 1.0 hasta 10.

La incorporación de factores de seguridad en el diseño no es asunto sencillo, porque

tanto la resistencia como la falla tienen muchos significados distintos. La resistencia

se puede medir con la capacidad portante, o de carga, de una estructura o bien se

puede medir por el esfuerzo en el material. Falla puede equivaler a la fractura y el

completo colapso de la estructura o puede significar que las deformaciones se han

vuelto tan grandes que la estructura ya no puede realizar sus funciones. Esta última

clase de falla, puede presentarse con cargas muchos menores que las que causan

el colapso real. La determinación de un factor de seguridad también debe tener en

cuenta asuntos tales como los siguientes: probabilidad de sobrecarga accidental de

la estructura, debido a cargas que excede las cargas de diseño.

Nota:





3. PUENTE TABÓN





4. CALCULOS

4.1. CARGAS:

PESO DE LA ARMADURA:

Según ficha técnica: 71 toneladas.

WARMADURA = 71 x 1000 kg x 10 m/s 2 = 710 000 N

PESO DE LA OBRA CIVIL:

En la obra civil consideramos el relleno y el asfalto para la rodadura de nuestropuente, además de las veredas.

- Dimensiones y Volumen:

RELLENO: 60 M X 4 M X 0,25 M = 60 M3

ASFALTO: 60M X 4 M X 0,05 M = 12 M3

2 VEREDAS: 60 M X 0,75 M X 0,45 M = 40,5 m3

- Densidad de las mezclas de concreto y el asfalto:

DRELLENO = 19000 Kg/m3

DVEREDAS = 2500 Kg/m3

DASFALTO = 1900 Kg/m3

Peso total de la obra civil:

WRELLENO = 19000 Kg/m3 x 60 m3 = 1 140 000 kg x 10 m/s2 = 11 400 000 N

WASFALTO = 1900 Kg/m3 x 12 m3 = 22 800 kg x 10 m/s2 = 228 000 N

WVEREDAS = 2500 Kg/m3 x 40.5 m3 = 101 250 kg x 10 m/s2 = 1 012 500 N





PESO DE LA SOBRECARGA:

Según ficha técnica el tipo de sobrecarga móvil que soporta el puente es del tipo HS20-44

equivalente al paso de un camión de 32.7 toneladas según Norma AASHTO.

WSOBRECARGA: 32,7 x 1000 Kg x 10 m/s2 = 327 000 N

El puente Tabón es de una sola vía entonces asumiremos que tendrá una sobrecarga de 2 vehículos

HS20-44 por lo que el peso de la sobrecarga es de 654 000 N.

Considerando factor de seguridad de sobrecarga 1.5:

WSOBRECARGA = 654 000 N x 1.5 = 981 000 N

CARGAS TOTALES EN EL PUENTE:

WTOTAL = WARMADURA + WRELLENO + WASFALTO + WVEREDAS + WSOBRECARGA

WTOTAL = 710 000 N + 11 400 000 N + 228 000 N + 1 012 500 N + 981 000 N

WTOTAL = 143315000 N = 143 315 KN

4.2. DISTRIBUCIÓN DE CARGAS:

Fig. N°7: PUENTE EN 2D VISTA FRONTAL

10 K = 143315KN K =14331.5KN





K 1.5K 2.5K 2.5K 1.5K K

Ay

Calculo de las reacciones:

∑ = 0

−14331.5(8.58) −21497.25(17.16) −35828.75(25.74) −35828.75(34.32)−21497.25(42.9) −14331.5(51.48) + (60) = 0

(60) =122964.27+368892.81+922232.025+1229642.7+922232.025+737785.62

(60) = 4303749.45 = 4303749.4560 = 71729.1575

Ax

Ny





∑ = 0

− 14331.5 − 21497.25 − 35828.75 − 35828.75 − 21497.75 − 14331.5+71729.1575

= 71586.3425

Cortes para hacer cálculos de fuerzas:

Sección a- a:

a-a c- cb- b

Fts

Ftc

FbcB

A

T

71586.3425KN





58= ℎ4.29 ℎ = 6.865

h

4.29

∑ = 0

−71586.3425(8.58) −(ℎ) = 0 = −89471.143

∑ = 0

−71586.3425(4.29) +(ℎ) =0 =44734.947

∑ = 0

71586.3425−(58) − 14331.5 = 0 = 67513.674

58





Sección b- b:

∑ = 0

−71586.3425(1716) +14331.5(8.58) −(ℎ) = 0 =161028.023

∑ = 0

−71586.3425(8.58) +14331.5(4.29) +(ℎ) =0 = 80514.01

∑ = 0

71586.3425−14331.5−(58) −21497.25=0 =42164.58

Fsr

Fse

FdeB

A

T

71586.3425KN

S

DC

14331.5KN





Sección c- c:

∑ = 0

−71586.3425(25.74) +14331.5(17.16) +21497.25(8.58) −(ℎ) = 0

= 205718.5

∑ = 0

−71586.3425(21.45) +14331.5(12.87) +21497.25(4.29) +(ℎ) = 0

Fr

Frf

FzfB

A

T

71586.3425KN

S

DC

14331.5KN

R

DE

21497.25KN





∑ = 0

−29873.6+(58) = 0 = 56373.87

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