Apoyos en Puentes

PAUTAS PARA LA SELECCIN, DISEO Y DETALLADO ESTRUCTURAL DE

APOYOS EN PUENTES

BREVE REVISIN

Ing. Carlos Rodrguez

T me escrutas, Seor, y me conoces; sabes cundo me siento y me levanto, mi pensamiento percibes desde lejos; de camino o acostado, t lo adviertes, familiares te son todas mis sendas

Porque t has formado mi cuerpo, me has tejido en el vientre de mi madre; te doy gracias por tantas maravillas: prodigio soy,

prodigios tus obras.

Salmo 139

Deformada del tablero de un puente continuo de eje recto y tres tramos

DISPOSITIVOS DE APOYO

Los dispositivos de apoyo se disean para: - transmitir las cargas desde la superestructura a la

subestructura - Permitir la expansin y rotacin de la superestructura

Deben poseer gran capacidad de distorsin y gran rigidez ante cargas verticales. Su altura no debe cambiar apreciablemente ante cargas verticales. Los dispositivos de apoyo se disean para resistir las cargas que pueden ocurrir simultneamente en distintas direcciones

Los dispositivos deben resistir y transmitir a la subestructura los efectos de las cargas vivas, fuerzas de frenado, cambios de temperatura, fuerzas centrfugas, fuerzas de viento y en ciertos casos fuerzas ssmicas. Los dispositivos de apoyo deben ser de fcil mantenimiento o no requerirlo.

Mecedoras o Balancines (rockers)

Patines (rollers)

Rodillos (pins)

Apoyos de recipiente (encapsulados)

PTFE /elastmeros + tefln (polytetrafluoroethylene)

Almohadillas Elastomricas


Los apoyos tipo mecedora, tienen tendencia a ladearse bajo acciones ssmicas. Se debe evitar confiarse en un solo apoyo para resistir el total de las fuerzas ssmicas. El empleo de cables o barras externas permite restringir el desplazamiento (emplear esta solucin solamente cuando otras no son prcticas).

Apoyo tipo mecedora

Mecedoras o Balancines (rockers) Patines (rollers) Rodillos (pins)

Mecedoras o Balancines (rockers) Patines (rollers) Rodillos (pins) Apoyos encapsulados (pots) PTFE /elastmeros Almohadillas Elastomricas

Como la tendencia del diseo exige cada vez luces mayores y menos juntas por razones ssmicas, y adems se construyen puentes curvos y esviados (sesgados , oblcuos), las demandas sobre los apoyos se han incrementado.


Deben tomarse en cuenta las rotaciones debido a las deflexiones de los tramos simples con luces libres mayores a 15m Para los puentes de tablero continuo, los apoyos deben disearse para resistir cambios trmicos. Cuando no sea posible, deben acomodarse a los movimientos trmicos. La posibilidad de contraccin o expansin se puede lograr con columnas flexibles o articuladas en su base, tambin por medio de mecedoras o rodillos, almohadillas elastomricas planas y almohadillas laminadas, o apoyos pre fabricados como discos o apoyos encapsulados.

Distribucin de efectos trmicos

Skew Ir

0 1.00

10 1.09

20 1.35

30 1.75

40 2.24

50 2.76

90 4.00


Los dispositivos que utilicen placas de fbrica, tendrn una almohadilla elastomrica o tela de algodn colocado entre el concreto y la placa. Cuando se tengan pendientes mayores a 1% se biselar la placa. Los dispositivos de apoyo se disean con los factores de distribucin para corte. El factor de impacto es 1.75. Los apoyos elastomricos no se disean para carga de impacto. El factor de reduccin de resistencia para todos los dispositivos de apoyo es 1

MATERIALES

No se debe emplear WEATHERING STEEL en apoyos tipo balancn, apoyos encapsulados, dispositivos de refuerzo o planchas de respaldo unidas a Tefln o Soldadas a acero inoxidable. Normalmente se emplear Acero ASTM A709 (G36 G50) pintado y en casos particulares ASTM A514 (G90 G100). Las placas de unin s pueden fabricarse de WEATHERING STEEL cuando se emplean con dispositivos de expansin elastomricos. Cuando se emplee acero inoxidable: ASTM A240 para placas, ASTM A276 para barras y perfiles. Acero dulce para pines : ASTM A108 Gr 1018 para dimetros de 4 y menores.

Para pines de mayores dimetros, AASHTO especifica acero forjado (ASTM A668) que no es soldable. Cuando tengan que soldarse pines para alcanzar mayores dimetros se cuenta con acero ASTM A572 Gr 42 (placas de 6 mx.) o Gr 50 (placas de 4 mx.) Para dispositivos mecnicos de apoyo usar acero inoxidable. Cuando no se pueda emplear acero inoxidable, usar acero dulce. Galvanizar todo el dispositivo y luego pintar las superficies que no estarn en contacto. Las superficies de contacto deben ser lubricadas con una fina capa de grafito para reducir la friccin.

MATERIALES

Para superficies de deslizamiento, emplear hoyuelos de PTFE virgen sin relleno ni lubricacin. Para pernos de anclaje emplear AASHTO M314 (Gr 35, 55 105) tipo I y tipo II. Emplear tuercas ASTM A563 y anillos ASTM F436 Los pernos de anclaje, tuercas y anillos deben ser galvanizados. Para guas, emplear ASTM A709, pintado o galvanizado.

Los apoyos ms ampliamente empleados en USA hoy en da son los Apoyos Multirotacionales para Cargas Elevadas: Encapsulados (pot bearing) (han presentado problemas de

mantenimiento en el pasado y an no estn libres de ellos)

Esfricos (mayor capacidad de rotacin y el menor registro de problemas de mantenimiento)

Discos (hasta 1992 un patente con un solo fabricante) PTFE/Elastomeric se emplean en estructuras con grandes desplazamientos

PTFE polytetrafluoroethylene

Bearing Pots (apoyos encapsulados)

Como la tendencia del diseo exige cada vez luces mayores y menos juntas por razones ssmicas, y adems se construyen puentes curvos y esviados (sesgados), las demandas sobre los apoyos se han incrementado.

POT BEARINGS (apoyos de recipiente / encapsulados)

Estos apoyos permiten rotaciones de la estructura debido a la deformacin de un disco elastomrico con baja resistencia a la deformacin. Pueden emplearse para cargas de hasta 7500 ton y pueden almacenarse a temperaturas de -35C hasta +50C

Freyssinet desarrolla apoyos encapsulados desde 1960. Tipos: Fijos De expansin guidada De libre expansin

Rotacin 0.01 rad en servicio Esfuerzo en el concreto en servicio: 230 kg/cm2

Apoyos de Disco

El Uretano soporta hasta el doble de esfuerzos que los apoyos elastomricos de neopreno (35 MPa), tiene mayor resistencia qumica y frente al ozono. El pasador transmite el total de la fuerza cortante. El anillo de borde limitaba la extrusin del uretano.

Desde 1970

Deformac. plsticas luego de 20 veces

(1938)

DISC BEARINGS (apoyos de disco)

Para mejorar el rendimiento a largo plazo de apoyos multirotacionales de alta resistencia, se prefiere el uso de discos en lugar de cpsulas. Estos tipos de apoyo pueden ser fijos o de expansin unidireccional El acero debe ser AASHTO M270 50W (345W) o Grado 50 (345)

DISC BEARINGS (apoyos de disco)

SPHERICAL BEARINGS (apoyos esfricos) Permite grandes rotaciones y baja resistencia. Una superficie adicional de deslizamiento causar un apoyo sin restricciones.

Permite mayores rotaciones que los apoyos encapsulados.


Debe preverse que a futuro pueda ser necesario gatear las vigas para reparar o mantener los dispositivos de apoyo.

En estructuras curvas en planta, la expansin trmica causar un movimiento de traslacin a lo largo de una cuerda (desde la ubicacin del apoyo fijo hasta el apoyo en consideracin). En estos casos, el grado de curvatura y el tipo de dispositivo empleado son factores claves para determinar este efecto.


Se debe investigar si el alineamiento del dispositivo debe ser o no perpendicular a la cuerda. Se debe verificar las traslaciones y rotaciones de los apoyos elastomricos convencionales y si no son inadecuados, se debe emplear apoyos de mejor performance como de MULTI ROTACIN tal como POT BEARING (apoyos encapsulados).

Apoyo elastomrico (POLICLOROPRENO - Neoprene)

Comportamiento no lineal

LEY DE HOOKE GENERALIZADA

ex = sx

E + -

sy

E m -

sz

E m + a DT

ey = sy

E + -

sx

E m -

sz

E m + a DT

ez = sz

E + -

sx

E m -

sy

E m + a DT

= sx - E

1 [ ] ( sy m + sz ) + a DT

Vlido para Deformaciones pequeas --- resistencia de materiales

n E eq0.45 4

0.46 5

0.47 6

0.48 9

0.49 17

0.495 34

0.497 56

0.4992 209

Almohadillas de Apoyo Clase AASHTO

DENOMINACIN

MATERIAL

Polychloroprene (neoprene) : compuesto de caucho sinttico (1930)

Norma AASHTO M-251 Dureza Shore A (Hardness) 50, 60, 70 +/- 5 pts G= 130psi a 200psi (9 a 14 kg/cm2) Resistencia a la tensin 2500 psi mn (176 kg/cm2 mn) Alargamiento 350% mn.

Dispositivo estructural que transmite carga y permite la traslacin y rotacin.

ZONAS DE BAJAS TEMPERATURAS

ELECCIN DEL GRADO

A B C D E

Temperatura ms baja en 50 aos (F) [C] 0-20

[-29]

-30

[-35]

-45

[-43]

< -45

[-43]

Mximo nmero de das consecutivos en

que la temperatura no subi encima de

32F (0 C)

3 7 14 NA NA

Mnimo GRADO del elastmero a emplear 0 2 3 4 5

Mnimo GRADO del elastmero cuando se

incorporan provisiones especiales de

fuerzas

0 0 2 3 5

Los apoyos de 13mm de espesor (1/2) o menos, deben ser elastomricos. Los apoyos de espesores mayores, deben ser laminados (compuestos por capas alternadas de elastmero y refuerzo de acero ntegramente unidas entre s). Empleados desde 1955 Los bordes del metal de refuerzo deben estar cubiertos con 6mm de elastmero. Apoyos elastomricos deslizantes: Consisten de una plancha metlica superior y superficie de contacto de acero inoxidable sobre una almohadilla rodeada de una capa de POLYTETRAFLUOROETHYLENE .

Las lminas de acero deben ser de 3mm Las planchas superiores de acero deben ser de acero A36.

Mtodo A: se especifica dureza y grado Mtodo B: se especifica el mdulo de corte y el grado. Las bajas temperaturas rigidizan el neopreno, por lo que los componentes de los puentes se disean para 2 veces hasta 4 veces las fuerzas calculadas.

Desplazamientos debidos a: Temperatura Acortamiento debido a preesfuerzo Contraccin Flujo plstico Sismos Rotaciones producidas por cambios en curvatura Carga viva Desalineamientos de apoyos

CONSIDERACIONES ADICIONALES - PARA UN APOYO MVIL (EXPANSION)

Determinar desplazamiento longitudinal y transversal Rotacin longitudinal, transversal y vertical Cargas longitudinales, transversales y verticales

q

q q

CRITERIOS DE DISEO PARA UN APOYO MVIL (EXPANSION)

q

q q

D = 0.00165 q D = 0.00054

L = 0.00066 q L = 0.00035 q

Creep

Delaminacin

Prdida de adherencia

CRITERIOS DE DISEO PARA UN APOYO MVIL (EXPANSION)

Costos de Apoyos Elastomricos (USA 2014)

Apoyos elastomricos $ 0.80 / in3 Apoyos elastomricos laminados $ 1.00 / in3 Acero inoxidable / Tefln / Disco / Esfricos $ 25 / kip

Ejemplo para un apoyo cuya carga de servicio es 360 Ton: A. Elastomrico laminado: 475mm * 725mm * 280mm $ 5 000 Apoyo en encapsulado: $ 18 000

DISPOSITIVOS DE APOYO MODERNOS

AISLADORES SSMICOS

LEAD RUBBER BEARING - SISTEMAS DE AISLAMIENTO SSMICO

Triple pndulo

Earthquake Protection Systems, Inc.

Pndulo simple

Earthquake Protection Systems,

Inc.

Aislador de Triple Pndulo

Aislador de Pndulo Simple

AISLADORES DE PNDULO DE FRICCIN

Fuente: GRISA . Colombia. 2007

AISLADOR DE PNDULO DE FRICCIN

Fuente: GRISA . Colombia

Fuente: Ing. Jorge Rendn, 2009

AISLADORES DE TRIPLE PNDULO DE FRICCIN

Y para terminar, un dispositivo de gran capacidad

Aislador de Pndulo Simple de 9 000 Toneladas de Capacidad de Carga Vertical


Muchas Gracias por su atencin !

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