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ESTRUCTURAS METALICAS
PROYECTO DE ESTRUCTURAS METALICASPUENTE METALICO
1. CAPITULO I: INTRODUCCION
Uno de los materiales de fabricación y construcción más versátil, más adaptable y más
ampliamente usado es el ACERO. A un precio relativamente bajo, el acero combina la
resistencia y la posibilidad de ser trabajado, lo que se presta para fabricaciones mediante
muchos métodos. Además, sus propiedades pueden ser manejadas de acuerdo a las
necesidades específicas mediante tratamientos con calor, trabajo mecánico, o mediante
aleaciones.
En Bolivia el uso de perfiles metálicos ha ido creciendo de igual manera, pero por la falta de
empresas productoras de este material, la materia prima llega en planchas, las cuales son
dobladas en frio y poseen varias secciones. Pero por este mismo hecho el precio de
importación de este material es elevado, por lo que no se usa para la construcción de
estructuras grandes como edificios
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 fabricas. Por ello,
su mantenimiento es caro.
El acero es el material más importante desde finales del siglo XIX para la construcción de
puentes metálicos. En un principio su uso fue escaso por su alto costo. Años después el
material bajo drásticamente su precio. Realizándose impresionantes monumentos de acero.
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 pos tensado de vigas T,
remplazaron los metálicos de cercha, con beneficio para la ingeniería nacional, pues
el proceso de diseño y construcción se realizaba por ingenieros colombianos.
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 pre
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ESTRUCTURAS METALICAS
esforzado, en sitios inhóspitos de la geografía nacional, o cuando el factor tiempo de
construcción es una variable fundamental para la obra.
En el presente proyecto se usará el acero, para el diseño y la construcción del puente
metálico.
1.1. OBJETIVO 1.1.1. OBJETIVO GENERAL
El presente proyecto tiene por objeto analizar y diseñar la estructura del puente metálico
“FRONTERA” ubicado en la región del Chapare
1.1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Calcular la magnitud de las fuerzas y deformaciones originadas por las cargas actuantes.
Dimensionar los elementos estructurales de manera que soporten en forma satisfactoria
las cargas a las cuales puedan estar sujetos.
Determinar la disposición del sistema estructural.
Realizar Una Descripción De Los Puentes Metálicos Modulares
Efectuar El Estudio De Las Normas Nacionales E Internacionales Aplicables Al Diseño De
Puentes Metálicos
Diseñar Y Simular El Modulo En Los Respectivos Programas Computacionales
Diseñar Y Simular El Puente Para Varias Luces Y Disposición De Módulos
Establecer La Metodología Para El Ensamble Y Lanzamiento
Determinar Conclusiones Y Recomendaciones Finales
1.2. ALCANCEEl proyecto es netamente académico, emplearemos el uso de la norma LRFD. Se llegara a
diseñar todos lo elementos metálicos de la cercha del puente metálico (cercha tipo Pratt).
Emplearemos el uso de programas matriciales como el SAP 2000 para el cálculo de las líneas
de influencia y de cada una de las solicitaciones. Se empleara hormigón armado y perfiles
metálicos el acero empleado será A-36. Además se van a realizar combinaciones de carga sin
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considerar efectos de viento y sismo. Las cargas a considerar serán las cargas de peso de losa,
peso del acero estructural y las cargas debido a impacto.
2. CAPITULO II: GEOMETRIA DEL PROYECTO2.1. DESCRIPCION
2.1.1. ARMADURA PRATT PLANA
Características de 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 naturalezadúctil permite fluir localmente
evitando fallas prematuras.
Tenacidad.- Poseen resistencia y ductilidad, siendo la propiedad de un material para
absorber energía en grandes cantidades.
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.
Originalmente fue diseñada por Thomas y Caleb Pratt en 1844, representa la adaptación de
las celosías al uso más generalizado del acero. A diferencia de una celosía Howe, aquí las
barras están inclinadas en sentido contrario de manera que las diagonales están sometidas a
tracción mientras que las barras verticales están comprimidas.
Eso representa ventajas si toda la celosía es de acero, ya que los elementos fraccionados no
presentan problemas de pandeo aunque sean largos mientras que los sometidos a
compresión si pueden presentar pandeo, lo que obliga a hacerlos de mayor espesor. Puesto
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ESTRUCTURAS METALICAS
que el efecto del pandeo es proporcional a la longitud de las barras interesa que los
elementos más cortos sean los que sufren la compresión.
La celosía Pratt puede presentar variaciones, normalmente consistentes en barras
suplementarias que van desde las diagonales hasta el cordón superior, dichas barras son
usadas para reducir la longitud efectiva de pandeo.
En esencia tiene una tipología y uso muy parecidos a la Warren. Para la armadura de cuerdas
paralelas, la Pratt ofrece la ventaja de tener los miembros más largos del alma a tracción y los
miembros verticales más cortos a compresión (menos efecto de pandeo). Se usan en techos
de luces moderadas entre 18 y 30 metros. Si se requiere de mayor luz serían más
recomendables las armaduras de abanico o las armaduras Fink.
2.1.2. TIPOS DE PERFIL
Perfiles WEl perfil estructural que se usa con mayor frecuencia es el perfil de patín ancho.o W. Este
perfil es doblemente simétrico (tanto con respecto al eje de las x como para el eje de las y),
que consiste en dos patines de forma rectangular conectados por una placa de alma también
rectangular. Las caras del patín son esencialmente paralelas con la distancia interior entre
patines para la mayoría de los grupos, con una dimensión constante" .** Hay alguna
variación debido al desgaste del rodillo laminador y otros factores, pero la distancia se
mantiene constante dentro de las tolerancias de la ASTM.
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ESTRUCTURAS METALICAS
La designación: W16 x 40 significa un peralte nominal total de 16 pulg y con un peso de 40
lb/pie. La designación: W410 x 59.5 es la misma W16 anterior con un peralte nominal en mm
(basado en el promedio aproximado de los peraltes de todas las secciones y redondeado
hasta los más cercanos 5 mm) y con una masa de 59.5 kg/m.
PERFIL S
Son perfiles doblemente simétricos producidos de acuerdo con las dimensiones adoptadas
en 1896 y que se conocían anteriormente como vigas I o vigas American Standard. Hay tres
diferencias esenciales entre los perfiles S y W:
1. El ancho del patín del perfil S es menor.
2. La cara interna del patín tiene una pendiente de aproximadamente 16.70
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3. El peralte teórico es el mismo que el peralte nominal. Una viga S510 x 111.6 es un perfil
con peralte nominal 510 mm x 111.6 kg/rn (S20 x 75).
Perfiles M
Son perfiles doblemente simétricos que no se clasifican como perfiles W o S. Existen unos 20
perfiles ligeros, clasificados como perfiles M. Un perfil M360 x 25.6 es el mayor de la
clasificación M, y es una sección de peralte nominal de 360mm y una masa de 25.6 kg/m
(M14 x 17.2).
Perfiles e
Son perfiles de carial, producidos de acuerdo con estándares dimensionales adoptados en
1896. La pendiente interna del patín es la misma que la de los perfiles S. Estos canales se
llamaban anteriormente canales Standard o American Standard. Los peraltes teóricos y
nominales son idénticos (lo mismo que para los perfiles MC que se describen a continuación).
Un C150 x 19.3 es un perfil estándar de canal con un peralte nominal de 150 mm y una masa
de 19.3 kg/m (C6 x 13).
Perfiles Me
Estos son perfiles en canal que no se clasifican como perfiles C. Se conocían como canales
diversos o para construcción de barcos.
Perfiles L
Estos perfiles pueden ser angulares de lados iguales o desiguales. Todos los angulares tienen
paralelas las caras de los lados. Las dimensiones de los lados del angular pueden tener una
variación de ± 1 mm en el ancho.
Un perfil L6 x 6 x ! es un angular de lados iguales con dimensión nominal de 6 pulg y un
espesor de ¡ pulg.
Un perfil L89 x 76 x 12.7 es un angular de lados desiguales con dimensiones en sus lados de
89 y 76 mm respectivamente, y un espesor de 12.7 mm en sus lados (L3 ½ x 3 ½ ).
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Perfiles T
Las tes estructurales son miembros estructurales que se obtienen cortando perfiles W (para
WT), S (para ST), o M (para MT). Por lo general se hace el corte de tal modo que se produce
un perfil con área equivalente a la mitad del área de la sección original, pero a menudo se
puede desplazar el corte cuando se requiere una Sección con mayor peralte. Las tablas
publicadas con perfiles T se basan en cortes simétricos. No se tiene en cuenta la pérdida de
material debido al corte de la sección original, por aserrarniento o corte con soplete. Un
perfil WT205 x 29.8 es una te estructural con un peralte nominal de 205 mm y una masa de
29.8,kg/m, y se obtiene dividiendo la sección W410 x 59.5 (de una sección W16 x 40).
2.1.3 TIPOS DE PUENTES METALICOS
La armadura funciona de forma análoga a la viga. La hilera superior de elementos,
llamado cordón superior, queda en compresión, al igual que el ala superior de la viga. Los
elementos que forman el cordón inferior, como el ala inferior de la viga, quedan en tensión.
Los elementos verticales y diagonales que van de uno a otro cordón quedan en tensión o en
compresión según la configuración y según cambia la posición de la carga móvil. Los
elementos sujetos sólo a tensión bajo cualquier patrón de carga posible son esbeltos. Los
demás elementos son más masivos; pueden ser piezas que dejen el centro hueco y que a su
vez estén formadas por pequeños elementos triangulares.
Puentes con armaduras poligonales o parabólicas
El cordón superior es de forma poligonal con su punto de mayor peralte en el centro. El
cordón inferior es generalmente horizontal.
Puentes con armaduras rectangulares
El cordón poligonal es el cordón horizontal.
Puentes con armadura de tablero superior
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ESTRUCTURAS METALICAS
Queda totalmente debajo del tablero, el cual se apoya sobre las placas de los cordones
superiores.
Puentes con armadura de tablero superior
Sostiene al tablero por medio de las placas o pasadores de sus cordones inferiores.
Puentes con armadura de tablero inferior
Cuyas vigas armadas están unidas por encima del nivel del tablero por elementos de
arrostramiento.
Puentes de armazón lateral
No tiene arriostramiento uniendo a sus cordones superiores.
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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 endirección 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,
denominadassubdiagonales.
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 panel.
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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ESTRUCTURAS METALICAS
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 sinarticulaciones 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.
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
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ESTRUCTURAS METALICAS
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 miembros metálicos de los puentes
con viga de celosía se construyen de muy diversas formas.
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. La madera y la mayoría de los metales son capaces de
resistir ambos tipos de esfuerzo, al igual que el hormigón con refuerzo de acero.
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ESTRUCTURAS METALICAS
2.1.4 NORMATIVA
Este trabajo se elaborará con el método LRFD (Load and Resistance Factor Design).
Las especificaciones LRFD se concentran en requisitos muy específicos relativos a los estados
límite de resistencia, llegando a realizar los cálculos en el estado de fluencia del acero y le
permiten al proyectista cierta libertad en el área de servicio.
En el método LRFD las cargas de trabajo o servicio se multiplican por ciertos factores de carga
o seguridad y se obtienen las cargas factorizadas usadas para el diseño de la estructura. Las
magnitudes de los factores de carga varían dependiendo del tipo de combinación de las
cargas. Esta norma maximiza la carga y disminuye la resistencia interna esto es para brindar
seguridad a nuestra estructura, los factores que se utilizan para la amplificación de las cargas
se realizaran según las siguientes correspondientes:
COMBINACIONES Y FACTORES DE CARGA.-
REGLAMENTO LRFD
Las siguientes combinaciones de carga y sus correspondientes factores deben ser analizados:
CARGAS (A4)
D= Carga muerta, durante la construcción
L = Carga viva
Lr = Carga viva de cubierta
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W = Carga de viento
S = Carga de nieve
E = Carga por sismo
R = Carga inicial de lluvia en cubiertas planas, cuando falla el desagüe
COMBINACIONES DE CARGA
(A4 - 1) 1.4 D
(A4 – 2) 1.2 D + 1.6 L + 0.5 (Lr ó S ó R)
(A4 – 3) 1.2 D + 1.6 (Lr ó S ó R) + (0.50Lr ó 0.8W)
(A4 – 4) 1.2 D + 1.3 W + 0.5 L + 0.5 (Lr ó S ó R)
(A4 – 5) 1.2 D + 1.5 E + (0.5 L ó 0.2 S)
(A4 – 6) 0.9 D – (1.3 W ó 1.5 E)
2.1.5 ASPECTOS ECONOMICOS
La eficiencia económica de un puente depende del sitio y tráfico, el radio de ahorros por
tener el puente comparado con su costo. El costo de su vida está compuesto de materiales,
mano de obra, maquinaria, ingeniería, costo del dinero, seguro, mantenimiento, renovación,
y finalmente, demolición y eliminación de sus asociados, reciclado, y re-emplazamiento,
menos el valor de chatarra y reutilización de sus componentes. En algunos casos la apariencia
del puente puede ser más importante que su eficiencia de costo.
Los puentes metálicos tienen dos tipos de limitantes: su costo por utilizar materiales
importados, y la necesidad de un mantenimiento considerable.
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ESTRUCTURAS METALICAS
2.2 DESCRIPCION DE MATERIALES2.2.3 ACERO
El acero es una aleación de hierro con pequeñas cantidades de otros elementos, es decir,
hierro combinado con un 1% aproximadamente de carbono, y que hecho ascua y sumergido
en agua fría adquiere por el temple gran dureza y elasticidad. Hay aceros especiales que
contienen además, en pequeñísima proporción, cromo, níquel, titanio, volframio o vanadio.
Se caracteriza por su gran resistencia, contrariamente a lo que ocurre con el hierro. Este
resiste muy poco la deformación plástica, por estar constituida solo con cristales de ferrita;
cuando se alea con carbono, se forman estructuras cristalinas diferentes, que permiten un
gran incremento de su resistencia.
Acero de construcción
Acero con bajo contenido de carbono y adiciones de cromo, níquel, molibdeno y vanadio.
El acero es uno de los más importantes materiales estructurales. Entre sus propiedades de
particular importancia en los usos estructurales, están la alta resistencia, comparada con
cualquier otro material disponible, y la ductilidad. fallar) Otras ventajas importantes en el uso
del acero son su amplia disponibilidad y durabilidad, particularmente con una modesta
cantidad de protección contra el intemperismo Entre las más importantes propiedades
estructurales del acero se tienen las siguientes:
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ESTRUCTURAS METALICAS
1. Módulo de elasticidad, E. El rango típico para todos los aceros (relativamente
independiente de la resistencia de fluencia) es de 28 000 a 30 000 k/pulg- ó 193 000 a 207
000 MPa.1< El valor de diseño se toma por lo general como 29 000 k/pulg- ó 200 000 MPa.
2. Módulo de cortante, G. El módulo de cortante de cualquier material elástico se calcula
como
donde u = coeficiente de Poisson que se toma como 0.3 para el acero. Usando u = 0.3 se
obtiene un valor de G = 11 000 k/pulg- ó 77000 MPa.
3. Coeficiente de expansión térmica, a. El coeficiente de expansión térmica
puede tomarse como
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ESTRUCTURAS METALICAS
Considerando que el pórtico es de una luz apreciable el diseño de la cubierta se realizará con
PERFILES SOLDADOS en ACERO A36, cuyas características son:
ASTM Fy(ksi) Fy(Kg/cm2) Fu(ksi) Fu(Kg/cm2)
A 36 36 2530 58 4080
- Formas Perfiles, barras y placas
- Tensión a la fluencia (fy) 36 KSI. (2530 kg / cm2)
- Tensión al estado último de Rotura (fu) 58 KSI (4080 kg / cm2)
- Módulo de Elasticidad (E) 29000 KSI (2100000 kg / cm2)
- Módulo de Poisson 0.3
Acero estructural A-36
- Modulo de elasticidad del acero 2100000 Kg/m2
- Tensión base tracción. 1440 Kg/m2
- Tensión base de flexión 1440 Kg/m2
- Tensión de base de corte 960 Kg/m2
2.2.4 HORMIGON
El hormigón o concreto es el material resultante de la mezcla de cemento (u
otro conglomerante) con áridos (grava, gravilla y arena) yagua. La mezcla de cemento con
arena y agua se denomina mortero. Existen hormigones que se producen con otros
conglomerantes que no son cemento, como el hormigón asfáltico que utiliza betún para
realizar la mezcla.
El cemento, mezclado con agua, se convierte en una pasta moldeable con propiedades
adherentes, que en pocas horas fragua y se endurece tornándose en un material de
consistencia pétrea.
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ESTRUCTURAS METALICAS
La principal característica estructural del hormigón es que resiste muy bien los esfuerzos de
compresión, pero no tiene buen comportamiento frente a otros tipos de esfuerzos (tracción,
flexión, cortante, etc.), por este motivo es habitual usarlo asociado al acero, recibiendo el
nombre de hormigón armado, o concreto pre-reforzado en algunos lugares; comportándose
el conjunto muy favorablemente ante las diversas solicitaciones.
Cuando se proyecta una estructura de hormigón armado se establecen las dimensiones de
los elementos, el tipo de hormigón, los aditivos, y el acero que hay que colocar en función de
los esfuerzos que deberá soportar y de las condiciones ambientales a que estará expuesto.
Su empleo es habitual en obras de arquitectura e ingeniería, tales como edificios, puentes,
diques, puertos, canales, túneles, etc. Incluso en aquellas edificaciones cuya estructura
principal se realiza en acero, su utilización es imprescindible para conformar la cimentación.
Propiedades de deformación
- Retracción de fraguado
- Aumento con relación agua/cemento
- Creep = Deformación unitaria en el tiempo (cargas de larga duración)
Resistencia a tracción
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ESTRUCTURAS METALICAS
- Baja capacidad en tracción
Compensación con uso de acero
- Módulo elástico similar al de compresión
Gran rigidez con baja capacidad - falla frágil
• Resistencia a compresión
– Basada usualmente a 28 días (f’c)
• f’c @ 28 días ~90% capacidad última (años)
2.3 SECCION TIPO
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ESTRUCTURAS METALICAS
CARACTERISTICAS VALORESCamión Tipo H – 20
A H – 20 = 1.15 piesB 4 mD 4 mN 10
Sistema de diseño IsostáticoAcero tipo A – 36
Limite de fluencia (Fy) 36 KsiLosa Hormigón Armado
Camión Peso por eje (Kg) Peso por Rueda (Kg)Delantera Trasera Delantera Trasera
H – 20 3636.36 14545.45 1818.18 7272.73
2.4 CAMION TIPO
El código AASHTO define diversos tipos de cargas móviles que actúan sobre los diferentes
componentes de los puentes: camiones tipo de 2 ejes, camión H20 y H15 y camiones de
3 ejes, camión HS20-44 y HS15-44, también a su vez considera para estos mismos tipos de
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ESTRUCTURAS METALICAS
camión cargas distribuidas Equivalentes al flujo vehicular, incluyendo en esta consideración
cargas concentradas.
Mientras los camiones tipo idealizan una carga que simulan el efecto de la presencia de
vehículos sumamente pesados de 2 y más ejes, la carga distribuida equivalente con cargas
concentradas simula el efecto de un congestionamiento vehicular sobre el puente.
Para ambos casos de idealización de la carga viva, por efecto del peso de los camiones, se
supone que las mismas actúan sobre un ancho mínimo de faja de tráfico de 10 pies (3 m)
La norma AASHTO especifica que para encontrar los máximos esfuerzos de momentos y
cortantes en cualquier elemento de la superestructura del puente, por efecto de la carga
viva, se deben calcular los esfuerzos tanto para el camión tipo como para las cargas
distribuidas y escoger el que más esfuerzo determine.
La norma AASHTO especifica varios camiones típicos de diseño, sin embargo a continuación
se indicaran los más importantes para el diseño de puentes:
El Camión Tipo H20 - 44:
Es un camión tipo idealizado de 2 ejes con un peso total de 40,000 lb (18.14 tn),cuyo peso se
distribuye de la siguiente manera, en el eje posterior se concentra el80% de la carga de
referencia (0.8 x 40,000 lb = 32,000 lb), mientras cada rueda deleje delantero se concentra el
20% de la carga total (0.2 x 40,000 lb = 8,000 lb).
El Camión Tipo H15 - 44:
Es un camión tipo idealizado de 2 ejes con un peso total de 30,000 lb (13.60 tn), cuyo peso se
distribuye de la siguiente manera, en el eje posterior se concentra el80% de la carga de
referencia (0.8 x 30,000 lb = 24,000 lb), mientras cada rueda deleje delantero se concentra el
20% de la carga total (0.2 x 30,000 lb = 6,000 lb).
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ESTRUCTURAS METALICAS
El eje de ruedas longitudinal del H20 pesa 20000 libras y el eje de ruedas longitudinal del H15
pesa 15000 libras, siendo esta característica la que lo identifica a estos tipos de camiones.
El Camión Tipo HS20 - 44:
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ESTRUCTURAS METALICAS
Es un camión tipo idealizado de 3 ejes con un peso total de 72000 lb (32.66 tn), cuyo peso se
distribuye de la siguiente manera, en cada rueda de cada eje posterior concentra el 80% de la
carga de referencia (0.8 x 20,000 lb = 16,000 lb), mientras cada rueda del eje delantero
concentra el 20% de la carga de referencia (0.2 x20,000 lb = 4,000 lb). La carga de referencia
es de 20,000 libras.
En la práctica el camión HS20-44 es un H20-44 al que se le ha añadido un tercer eje
transversal de iguales características al eje transversal más pesado del HS20-44.
El HS20-44 es el camión idealizado para el diseño de puentes para autopistas y carreteras de
primero, segundo y tercer orden, aunque ocasionalmente pueden utilizarse camiones menos
pesados para vías de comunicación particulares. Así mismo, pueden existir trenes de carga
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ESTRUCTURAS METALICAS
más pesados en instalaciones especiales como autopistas, aeropuertos y puertos.
Generalmente el tren de cargas concentradas HS20-44 domina el diseño de elementos
estructurales con distancias entre apoyos pequeñas y medianas, mientras que para grandes
luces son las cargas distribuidas equivalentes lasque definen el diseño de los elementos que
vencen tales luces, sin embargo siempre es conveniente calcular para
ambas solicitaciones y se escoge la que produzca mayores esfuerzos.
El Camión Tipo HS15 - 44:
Es un camión tipo idealizado de 3 ejes con un peso total de 54000 lb (24.50 tn), cuyo peso se
distribuye de la siguiente manera, en cada rueda de cada eje posterior concentra el 80% de la
carga de referencia (0.8 x 15000 lb = 12000 lb), mientras cada rueda del eje delantero
concentra el 20% de la carga de referencia (0.2 x 15000lb = 3,000 lb). La carga de referencia
es de 15000 libras.
2.5 TIPO DE SECCIONES O PERFILES
PERFILES LAMINADOS EN CALIENTE:
Son piezas únicas, que se obtienen por la laminación de tochos o palanquillas provenientes
del proceso de colada continúa.
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ESTRUCTURAS METALICAS
Las características técnicas de los perfiles laminados facilitan la solución de las conexiones y
uniformidad estructural, por no presentar soldaduras o costuras e inclusive un bajo nivel de
tensiones residuales localizadas, gracias a la ausencia de soldadura en su proceso de
fabricación.
Estos tipos de perfiles pueden ser laminados con alas paralelas (series I, H), que siguen la
norma ASTM A6/A6M, con nomenclatura de la serie americana WF (wide flange); o perfiles
laminados normales de alas inclinadas, cuyas secciones pueden ser en I (doble te), U (en
forma de U o canales) ó L (perfiles en forma de L o angulares), tal como se muestran en las
figuras.
PERFILES SOLDADOS
Son aquellos fabricados mediante el corte, la composición y soldadura de chapas planas de
acero. Son elementos ensamblados generalmente de forma rectangular, la ventaja que tiene
este tipo de perfil es que se adecua perfectamente a los requerimientos de diseño de
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ESTRUCTURAS METALICAS
acuerdo al análisis estructural que se realiza, lo que permite obtener una gran variedad de
formas y dimensiones de secciones.
Las relaciones de las dimensiones en perfiles típicos H, I, son las siguientes:
CS, tienen la forma de H y su altura es igual al ancho del ala, h=b.
CVS, tienen forma de H y la proporción entre la altura y el ancho es de 1.5:1.
VS, son de sección tipo I y la proporción entre la altura y el ancho del ala es de 2:1 y 3:1.
PERFILES ELECTROSOLDADOS
Los perfiles electro soldados se fabrican a partir de bandas de acero estructural laminadas en
caliente mediante el proceso continuo y automático de alta productividad.
La versatilidad de la línea de electrosoldadura permite obtener perfiles de diferentes
secciones y longitudes.
3 CAPITULO III: ANALISIS DE CARGAS 3.1 CARGAS MUERTAS
PP=δ∗A
A=33.4968 ft2
A=33.4868 ft2∗¿¿
A=3.11m2
PP=δ∗A
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ESTRUCTURAS METALICAS
PP=2400kg
m3∗3.11m2
PP=7464kgm
PP=7.5Tonm
∴CARGA DE DISE ÑO
Para cargar en la cercha debemos volver la carga distribuida en cargas puntuales en los nudos por lo que tenemos:
PP=7.5Tnm
x4 m
PP=30Tn
Debemos cargar con 30 Tn en cada nudo central y p/2 como se muestra en la figura:
3.2 LINEAS DE INFLUENCIA
Para el análisis de líneas de influencia recurrimos al diagrama por barra usamos el programa
computacional SAP 2000 para ello se presenta el análisis realizado por barra desde un punto
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ESTRUCTURAS METALICAS
de vista isostático lo que en otra palabras seria que la distribución de las líneas de influencia
es lineal para ello enumeramos las barras y analizamos.
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ESTRUCTURAS METALICAS
PRIMERA CARGA PUNTUAL UNITARIA
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ESTRUCTURAS METALICAS
SEGUNDA CARGA PUNTUAL UNITARIA
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ESTRUCTURAS METALICAS
TERCERA CARGA PUNTUAL UNITARIA
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ESTRUCTURAS METALICAS
CUARTA CARGA PUNTUAL UNITARIA
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ESTRUCTURAS METALICAS
QUINTA CARGAS PUNTUAL UNITARIA
33
ESTRUCTURAS METALICAS
SEXTA CARGA PUNTUAL UNITARIA
34
ESTRUCTURAS METALICAS
SEPTIMA CARGA PUNTUAL UNITARIA
35
ESTRUCTURAS METALICAS
OCTAVA CARGA PUNTUAL UNITARIA
36
ESTRUCTURAS METALICAS
NOVENA CARGA PUNTUAL UNITARIA
RESUME DE LINEAS DE INFLUENCIA
37
ESTRUCTURAS METALICAS
BARRA TRAMO 0 TRAMO 1 TRAMO 2 TRAMO 3 TRAMO 4 TRAMO 5 TRAMO 6 TRAMO 7 TRAMO 8 TRAMO 9 TRAMO 101 0 -1,2728 -1,1314 -0,9899 -0,8485 -0,7071 -0,5657 -0,4243 -0,2828 -0,1414 02 0 -0,8 -1,6 -1,4 -1,2 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 03 0 -0,7 -1,4 -2,1 -1,8 -1,5 -1,2 -0,9 -0,6 -0,3 04 0 -0,6 -1,2 -1,8 -2,4 -2 -1,6 -1,2 -0,8 -0,4 05 0 -0,5 -1 -1,5 -2 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 06 0 -0,5 -1 -1,5 -2 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 07 0 -0,4 -0,8 -1,2 -1,6 -2 -2,4 -1,8 -1,2 -0,6 08 0 -0,3 -0,6 -0,9 -1,2 -1,5 -1,8 -2,1 -1,4 -0,7 09 0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1 -1,2 -1,4 -1,6 -0,8 0
10 0 -0,1414 -0,2828 -0,4243 -0,5657 -0,7071 -0,8485 -0,9899 -1,1314 -1,2728 011 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 012 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 013 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 0,8 014 0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 1,4 0,7 015 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 1,8 1,2 0,6 016 0 0,6 1,2 1,8 2,4 2 1,6 1,2 0,8 0,4 017 0 0,7 1,4 2,1 1,8 1,5 1,2 0,9 0,6 0,3 018 0 0,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 019 0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 020 0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 021 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 022 0 -0,1414 1,1314 0,9899 0,8485 0,7071 0,5657 0,4243 0,2828 0,1414 0
38
ESTRUCTURAS METALICAS
BARRA TRAMO 0 TRAMO 1 TRAMO 2 TRAMO 3 TRAMO 4 TRAMO 5 TRAMO 6 TRAMO 7 TRAMO 8 TRAMO 9TRAMO
1023 0 0,1 0,2 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 024 0 -0,1414 -0,2828 0,9899 0,8485 0,7071 0,5657 0,4243 0,2828 0,1414 025 0 0,1 0,2 0,3 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 026 0 -0,1414 -0,2828 -0,4243 0,8485 0,7071 0,5657 0,4243 0,2828 0,1414 027 0 0,1 0,2 0,3 0,4 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 028 0 -0,1414 -0,2828 -0,4243 -0,5657 0,7071 0,5657 0,4243 0,2828 0,1414 029 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 030 0 0,1414 0,2828 0,4243 0,5657 0,7071 -0,5657 -0,4243 -0,2828 -0,1414 031 0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 032 0 0,1414 0,2828 0,4243 0,5657 0,7071 0,8485 -0,4243 -0,2828 -0,1414 033 0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 0,3 0,2 0,1 034 0 0,1414 0,2828 0,4243 0,5657 0,7071 0,8485 0,9899 -0,2828 -0,1414 035 0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7 0,2 0,1 036 0 0,1414 0,2828 0,4243 0,5657 0,7071 0,8485 0,9899 1,1314 -0,1414 037 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
39
ESTRUCTURAS METALICAS
3.3 SOLICITACIONES MAXIMAS POR CARGAS MUERTAS
Para la solicitación en carga muerta una vez cargada la cercha tenemos la solicitación
por carga como se muestra en la figura. Además se presenta una tabla resumen de
solicitud por barra
SOLICITACION CARGA MUERTA SOLICITACION CARGA MUERTABARRA SOLICITACION N (Tn) BARRA SOLICITACION N (Tn)
1 -190,9188 20 1352 -240 21 303 -315 22 148,49244 -360 23 -755 -375 24 106,0666 -375 25 -457 -360 26 63,63968 -315 27 -159 -240 28 21,2132
10 -190,9188 29 011 135 30 21,213212 135 31 -1513 240 32 63,639614 315 33 -4515 360 34 106,06616 360 35 -7517 315 36 148,492418 240 37 30
40
ESTRUCTURAS METALICAS
19 135
41
ESTRUCTURAS METALICAS
SOLICITACION CARGA MUERTA
42
ESTRUCTURAS METALICAS
3.4 SOLICITACIONES MAXIMAS POR CARGAS VIVAS
Para la solicitación en carga viva recurrimos a dos métodos de análisis con las líneas de
influencia como se muestra en la figura, para ello consideramos un tren de cargas H-20
El cual se presenta a continuación.
PRIMER METODO
Para este método tenemos la siguiente disposición donde necesitamos sacar la resultante y
usan el teorema da Varignon para hallar la excentricidad como se muestra en la figura
Una vez calculada la resultante y su excentricidad respecto al eje central P dando como
resultado 1,43m procedemos a ubicar el eje de la resultante con el valor máximo de las líneas
de influencia calculadas anteriormente. Ver figura. Además se presenta la tabla de resumen
de la solicitación por carga viva en una tabla. Ver plano 3 de 4
43
ESTRUCTURAS METALICAS
Luego aplicamos las ecuaciones:
N= P4x0∗Px1∗P x2
R=P4
+P+P
r=
P4x0∗P x1∗P x2
R
SOLICITACION CARGA VIVA
P 14545,45 KGP/4 3636,36 KGR 32727,26 KG
r5,73333377
1 me 1,43333377 m
44
ESTRUCTURAS METALICAS
1
SOLICITACION CARGA VIVA
BARRAP P P/4 SOLICITACIONA B C KG TN
1 -1,17133333 -0,81776667 0 -28932,3546 -28,93235462 -1,45646667 -1,3142 -0,4548 -41954,41 -41,954413 -1,88473333 -1,84976667 -1,09726667 -58310,0396 -58,31003964 -2,113 -2,1821 -1,52686667 -68026,3992 -68,02639925 -2,14126667 -2,32126667 -1,78373333 -71395,852 -71,3958526 -2,14123333 -2,32123333 -1,78373333 -71394,8823 -71,39488237 -1,9695 -2,257 -1,82266667 -68104,2166 -68,10421668 -1,59776667 -1,99273333 -1,67023333 -58299,0079 -58,29900799 -1,02583333 -1,5285 -1,31503333 -41935,8624 -41,9358624
10 -0,35956667 -1,22223333 -1,07023333 -26899,7465 -26,899746511 0,25426667 0,86426667 0,75676667 19021,4467 19,021446712 0,25426667 0,86426667 0,75676667 19021,4467 19,021446713 1,02583333 1,5285 1,31353333 41930,4079 41,930407914 1,59776667 1,99273333 1,67023333 58299,0079 58,299007915 1,9695 2,257 1,827 68119,9741 68,119974116 2,113 2,1855 1,5405 68125,4294 68,125429417 1,88473333 1,84973333 1,09723333 58309,4336 58,309433618 1,45646667 1,3142 0,4548 41954,41 41,9544119 0,82826667 0,57823333 0 20458,1754 20,458175420 0,82826667 0,57823333 0 20458,1754 20,458175421 0,2825 0,6425 0 13454,5413 13,454541322 1,02993333 0,67636667 -0,08023333 24527,1441 24,527144123 -0,62823333 -0,37826667 0,15673333 -14070,0566 -14,070056624 0,88843333 0,5349 -0,22163333 19897,0852 19,897085225 -0,52823333 -0,27823333 0,25676667 -10796,7245 -10,796724526 0,74137 0,39346667 0,36313333 17827,1935 17,827193527 -0,42826667 -0,17823333 0,35676667 -7524,48339 -7,5244833928 0,60563333 0,25206667 -0,50453333 10640,9676 10,640967629 0 0 0 0 030 -0,20606667 0,65653333 0,5045 8386,784 8,38678431 0,15 -0,46426667 -0,35673333 -5868,36091 -5,8683609132 -0,06473333 0,79793333 0,64593333 13013,5701 13,013570133 0,04573333 -0,56423333 -0,45676667 -9202,78386 -9,2027838634 0,07673333 0,93933333 0,78733333 17642,1743 17,6421743
45
ESTRUCTURAS METALICAS
35 -0,05426667 -0,66423333 -0,55673333 -12475,3886 -12,475388636 0,2183 1,08043333 0,9272 22262,2938 22,262293837 0 0 0 0 0
SEGUNDO METODO
Para el segundo método procedemos a ubicar el tren de carga en este caso H-20 sabemos la
ordenada de cada punto y sacamos la solicitación por carga viva para lo vual aplicamos la
siguiente formula. Además se presenta una tabla resume para ver la solicitación de cada
barra para posteriormente escoger la mas desfavorable. Ver plano 4 de 4
46
ESTRUCTURAS METALICAS
Ejemplo barra 17
Luego aplicamos la ecuación:
N= P4x0∗Px1∗P x2
SOLICITACION CARGA VIVA
P14545,4
5P/4 3636,36
SOLICITACION CARGA VIVA
BARRAP P P/4 SOLICITACIONA B C KG TN
1 -1,2728 -1,1208 -0,96873333 -38338,1674 -38,33816742 -1,5989 -1,3850 -1,16993333 -47655,9822 -47,65598223 -2,1 -1,7775 -1,455 -61690,8862 -61,69088624 -2,4 -1,9700 -1,54 -69163,6109 -69,1636109
47
ESTRUCTURAS METALICAS
5 -2,5 -1,9625 -1,425 -70090,8836 -70,09088366 -2,5 -1,9625 -1,575 -70636,3376 -70,63633767 -2,4 -1,9700 -1,54 -69163,6109 -69,16361098 -2,1 -1,7775 -1,455 -61690,8862 -61,69088629 -1,6 -1,3850 -1,17003333 -47672,8307 -47,6728307
10 -1,2728 -1,1208 -0,96876667 -38338,7735 -38,338773511 0,9 0,7925 0,685 27109,0807 27,109080712 0,9 0,7925 0,685 27109,0807 27,109080713 1,6 1,3850 1,17003333 47672,8307 47,672830714 2,1 1,7775 1,455 61690,8862 61,690886215 2,4 1,9700 1,54 69163,6109 69,163610916 2,4 1,9700 1,54 69163,6109 69,163610917 2,1 1,7775 1,455 61690,8862 61,690886218 1,6 1,3850 1,16993333 47671,9822 47,671982219 0,9 0,7925 0,685 27109,0807 27,109080720 0,9 0,7925 0,685 27109,0807 27,109080721 1 0,0000 0 14545,45 14,5454522 1,1314 0,9794 0,82733333 33710,5329 33,710532923 -0,7 -0,5925 -0,485 -20563,6287 -20,563628724 0,9899 0,8379 0,68586667 29079,7468 29,079746825 -0,6 -0,4925 -0,385 -17290,9027 -17,290902726 0,8485 0,6965 0,54446667 24452,1122 24,452112227 -0,5 -0,3925 -0,285 -14018,1767 -14,018176728 0,7071 0,5551 0,40303333 19824,3564 19,824356429 0 0 0 0 030 0,7071 0,5551 0,40303333 19824,3564 19,824356431 -0,5 -0,3925 -0,285 -14018,1767 -14,018176732 0,8485 0,6965 0,54446667 24452,1122 24,452112233 -0,6 -0,4925 -0,385 -17290,9027 -17,290902734 0,9899 0,8379 0,68586667 29079,7468 29,079746835 -0,7 -0,5925 -0,485 -20563,6287 -20,563628736 1,1314 0,9782 0,82493333 33684,351 33,68435137 0 0 0 0 0
3.5 SOLICITACIONES POR IMPACTO
48
ESTRUCTURAS METALICAS
Para las cargas por impacto se debe selección la solicitud máxima de los métodos de
carga viva multiplicada por un coeficiente de impacto que se calcula con la siguiente
formula:
I=15
L+38≤0,3
I= 1540+38
≤0,3
I=0,19≤0,3
COEFICIENTE I 0,19230769DATOS L 40
SOLICITACION POR IMPACTO
BARRA METODO 1 METODO 2 SOLICITACION MAYOR SOLICITACION
1 -28,9323546 -38,3381674 -38,33816742 -7,3727245032 -41,95441 -47,6559822 -47,65598218 -9,1646119583 -58,3100396 -61,6908862 -61,69088618 -11,863631964 -68,0263992 -69,1636109 -69,1636109 -13,30069445 -71,395852 -70,0908836 -71,39585202 -13,729971546 -71,3948823 -70,6363376 -71,39488232 -13,729785067 -68,1042166 -69,1636109 -69,1636109 -13,30069448 -58,2990079 -61,6908862 -61,69088618 -11,863631969 -41,9358624 -47,6728307 -47,67283066 -9,16785205
10 -26,8997465 -38,3387735 -38,33877348 -7,37284105311 19,0214467 27,1090807 27,10908073 5,21328475512 19,0214467 27,1090807 27,10908073 5,21328475513 41,9304079 47,6728307 47,67283066 9,1678520514 58,2990079 61,6908862 61,69088618 11,8636319615 68,1199741 69,1636109 69,1636109 13,300694416 68,1254294 69,1636109 69,1636109 13,300694417 58,3094336 61,6908862 61,69088618 11,8636319618 41,95441 47,6719822 47,67198218 9,1676888819 20,4581754 27,1090807 27,10908073 5,21328475520 20,4581754 27,1090807 27,10908073 5,21328475521 13,4545413 14,54545 14,54545 2,797201923
49
ESTRUCTURAS METALICAS
22 24,5271441 33,7105329 33,71053285 6,48279477923 -14,0700566 -20,5636287 -20,56362873 -3,95454398624 19,8970852 29,0797468 29,07974677 5,59225899525 -10,7967245 -17,2909027 -17,29090273 -3,32517360126 17,8271935 24,4521122 24,45211221 4,70232927127 -7,52448339 -14,0181767 -14,01817673 -2,69580321628 10,6409676 19,8243564 19,82435643 3,81237623729 0 0 0 030 8,386784 19,8243564 19,82435643 3,81237623731 -5,86836091 -14,0181767 -14,01817673 -2,69580321632 13,0135701 24,4521122 24,45211221 4,70232927133 -9,20278386 -17,2909027 -17,29090273 -3,32517360134 17,6421743 29,0797468 29,07974677 5,59225899535 -12,4753886 -20,5636287 -20,56362873 -3,95454398636 22,2622938 33,684351 33,68435105 6,47775981737 0 0 0 0
4. CAPITULO II: DIMENSIONAMIENTO DE PIEZAS
CARGA ÚLTIMA: Determinaremos la carga ultima de servicio con la cual diseñaremos las piezas tanto a tracción como a compresión para ello utilizaremos la expresión dada en la norma LFRD para diseño de perfiles metálicos
Nu=( 1,2N pp+1,6 N cv+I )
N pp=(1,1N losa )
TABLA RESUMENCORDON SUPERIORCORDON INFERIOR
VERTICALESINCLINADAS
BARRA CU BARRA CU1 -438,116437 19 309,7947272 -548,488491 20 309,7947273 -716,291904 21 104,6061354 -812,994355 22 357,0914785 -844,142899 23 -195,2039686 -844,138829 24 276,053292
50
ESTRUCTURAS METALICAS
7 -812,994355 25 -137,9085898 -716,291904 26 195,0283339 -548,559203 27 -80,6132094
10 -438,118981 28 114,00286511 309,794727 29 012 309,794727 30 114,00286513 548,559203 31 -80,613209414 716,291904 32 195,02833315 812,994355 33 -137,90858916 812,994355 34 276,05329217 716,291904 35 -195,20396818 548,555642 36 356,981595
37 104,606135
4.1. DISEÑO DE LARGUEROS Calculo de la separación “a “ y “s”
51
ESTRUCTURAS METALICAS
26.98=2a+4 s (1 )
fe=(s+a−0.6−0.49 )
s(2 )
fi=8.225.5
fi=1.495
fi=fe
1.495=(s+a−0.6−0.49)
s
2a+4 s=26.98 (1 )
a−0.495 s=1.09 (2 )
a=3.5 ft
s=5 ft
CARGA MUERTA
ÁREA 33.49
pies2
PESO ESPECIFICO HORMIGÓN 2400 kg/m3L 4 m
CARGA DISTRIBUIDA 7.5 T/mCARGA PUNTUAL 30 T
M=q x l2
8
M=7,5 x42
8
M=15TmCARGA VIVA
52
ESTRUCTURAS METALICAS
Peso por eje
14545.45 Kg
I 0,19230769
Mcv=14545.45x1.0
1000
Mcv=14,54545Tm
M cv− I=18.18+18.18 x0,1923
M cv− I=17,34265189Tm
fi 1.50fe 1.48
fc=1.48Se elige el menor
Calculo del Momento Ultimo
M u=1.3 (Mcv+1.67 x M cv−I ) xfc5
M u=1.3 (14,54+1.67x 17,34 ) x 1,485
M u=17,09Tm
53
ESTRUCTURAS METALICAS
DISEÑOSECCION W12X40
A 11,8b 8,005
tw 0,295d 11,94
Ixx 310Iyy 44,1Sx 51,9Sy 11rx 5,13ry 1,93Zx 57,5Zy 16,8Fy 36
VERIFICACION Para Lb=0
M n=Fy x Sx
M n=1868,4 Klb−¿
M p=Fy x Zx
M p=2070 Klb−¿
Primera Condición Mp<1.5Mn
2070<1.5 x 1868,4
2070<2802,6
Segunda Condición Φb=0.9
Φb∗Mn>Mu
0.9 x1868,4>Mu
54
ESTRUCTURAS METALICAS
1681,56 Klb−¿>Mu
19,41Tm>17,09TmCUMPLE
Verificación Al Corte
dTw
< 418
√Fy
40,4746<69,66CUMPLE
Calculo Carga Muerta
CM=ql2
CM=7,5 (4 )
2
CM=15T
CARGA VIVA
55
ESTRUCTURAS METALICAS
P Na Nb Cv14545,45 0,5 0 7272,72514545,45 1 0 14545,45 14,54545
CV=14,54T
V u=1.3 (Vcv+1.67 x V cv−I ) xfc5
V u=15,274 T
V n=0.6 x Fy x A
V n=254,88Klb
Φb=0.9
Φb∗Vn>Vu
0.9 x254,88>15,274
229,392T>15,274 T CUMPLE
Resistencia Por Deflexion
56
ESTRUCTURAS METALICAS
L240
> 5384
q l4
EI
4240
> 5384
3,75 x 44
2.1x 107 x 310 x( 2.54100 )
4
0,01667>0,009226CUMPLE
4.2. DISEÑO DE PIEZAS DEL PUENTE
TABLA RESUMENCORDON SUPERIORCORDON INFERIOR
PARADASINCLINADAS
BARRA CU BARRA CU1 -438,116437 19 309,7947272 -548,488491 20 309,7947273 -716,291904 21 104,6061354 -812,994355 22 357,0914785 -844,142899 23 -195,2039686 -844,138829 24 276,0532927 -812,994355 25 -137,908589
57
ESTRUCTURAS METALICAS
8 -716,291904 26 195,0283339 -548,559203 27 -80,6132094
10 -438,118981 28 114,00286511 309,794727 29 012 309,794727 30 114,00286513 548,559203 31 -80,613209414 716,291904 32 195,02833315 812,994355 33 -137,90858916 812,994355 34 276,05329217 716,291904 35 -195,20396818 548,555642 36 356,981595
37 104,606135
58
ESTRUCTURAS METALICAS
PLANILLA CALCULO DE CARGA NORMAL ÚLTIMA
Nu=( 1,2N pp+1,6 N cv+I )
N pp=(1,1N losa )
SOLICITACION CARGA MUERTA
SOLICITACION CARGA VIVA IMPACTOPP=1.1 CM PP/2 CV + CI CARGA
ULTIMA (TN)
CARGA ULTIMA
(KLB)BARRA SOLICITACION (Tn)
METODO 1 METODO 2 SOLICITACION MAYOR
SOLICITACION
1 -190,9188 -28,9323546 -38,338164 -38,33816742 -7,372724503 -210,01068 -105,0053 -45,7108919 -199,143851 -438,1164722 -240 -41,95441 -47,655822 -47,65598218 -9,164611958 -264 -132 -56,8205941 -249,312506 -548,4884943 -315 -58,3100396 -61,690882 -61,69088618 -11,86363196 -346,5 -173,25 -73,5545181 -325,58729 -716,2919094 -360 -68,0263992 -69,16109 -69,1636109 -13,3006944 -396 -198 -82,4643053 -369,542885 -812,9945475 -375 -71,395852 -70,090836 -71,39585202 -13,72997154 -412,5 -206,25 -85,1258236 -383,701377 -844,1428996 -375 -71,3948823 -70,636336 -71,39488232 -13,72978506 -412,5 -206,25 -85,1246674 -383,699478 -844,1388927 -360 -68,1042166 -69,163609 -69,1636109 -13,3006944 -396 -198 -82,4643053 -369,542888 -812,9943578 -315 -58,2990079 -61,690862 -61,69088618 -11,86363196 -346,5 -173,25 -73,5545181 -325,58729 -716,2919099 -240 -41,9358624 -47,672307 -47,67283066 -9,16785205 -264 -132 -56,8406827 -249,345023 -548,559201
10 -190,9188 -26,8997465 -38,338735 -38,33877348 -7,372841053 -210,01068 -105,0054 -45,7116145 -199,144993 -438,18980811 135 19,0214467 27,1090807 27,10908073 5,213284755 148,5 74,25 32,3223655 140,8157848 309,794726512 135 19,0214467 27,1090807 27,10908073 5,213284755 148,5 74,25 32,3223655 140,8157848 309,794726513 240 41,9304079 47,6728307 47,67283066 9,16785205 264 132 56,8406827 249,3450923 548,559203114 315 58,2990079 61,6908862 61,69088618 11,86363196 346,5 173,25 73,5545181 325,587229 716,291903915 360 68,1199741 69,1636109 69,1636109 13,3006944 396 198 82,4643053 369,5428885 812,994354716 360 68,1254294 69,1636109 69,1636109 13,3006944 396 198 82,4643053 369,5428885 812,9943547
59
ESTRUCTURAS METALICAS
17 315 58,3094336 61,6908862 61,69088618 11,86363196 346,5 173,25 73,5545181 325,587229 716,291903918 240 41,95441 47,6719822 47,67198218 9,16768888 264 132 56,8396711 249,3434737 548,555642119 135 20,4581754 27,1090807 27,10908073 5,213284755 148,5 74,25 32,3223655 140,8157848 309,794726520 135 20,4581754 27,1090807 27,10908073 5,213284755 148,5 74,25 32,3223655 140,8157848 309,794726521 30 13,4545413 14,54545 14,54545 2,797201923 33 16,5 17,3426519 47,54824308 104,606134822 148,4924 24,5271441 33,7105329 33,71053285 6,482794779 163,34164 81,67082 40,1933276 162,3143082 357,091478123 -75 -14,0700566 -20,563628 -20,56362873 -3,954543986 -82,5 -41,25 -24,5181727 -88,7290735 -195,20396824 106,066 19,8970852 29,0797468 29,07974677 5,592258995 116,6726 58,3363 34,6720058 125,4787692 276,053292325 -45 -10,7967245 -17,290902 -17,29090273 -3,325173601 -49,5 -24,75 -20,6160763 -62,6857213 -137,9088726 63,6396 17,8271935 24,4521122 24,45211221 4,702329271 70,00356 35,00178 29,1544415 88,64924237 195,028333227 -15 -7,52448339 -14,018767 -14,01817673 -2,695803216 -16,5 -8,25 -16,7139799 -36,6423671 -80,613204128 21,2132 10,6409676 19,8243564 19,82435643 3,812376237 23,33452 11,66726 23,6367327 51,81948427 114,002865429 0 0 0 0 0 0 0 0 0 030 21,2132 8,386784 19,8243564 19,82435643 3,812376237 23,33452 11,66726 23,6367327 51,81948427 114,002865431 -15 -5,86836091 -14,018177 -14,0117673 -2,695803 -16,5 -8,25 -16,7139799 -36,6423791 -80,613204132 63,6396 13,0135701 24,4521122 24,45211221 4,702329271 70,00356 35,00178 29,1544415 88,64924237 195,028333233 -45 -9,20278386 -17,290902 -17,2090273 -3,3251731 -49,5 -24,75 -20,6160763 -62,6857213 -137,90588734 106,066 17,6421743 29,079748 29,07974677 5,592258995 116,6726 58,3363 34,6720058 125,4787692 276,053292335 -75 -12,4753886 -20,563627 -20,562873 -3,9545986 -82,5 -41,25 -24,5181727 -88,7290735 -195,20396836 148,4924 22,2622938 33,684351 33,68435105 6,477759817 163,34164 81,67082 40,1621109 162,2643614 356,981595137 30 13,4545413 14,54545 14,54545 2,797201923 33 16,5 17,3426519 47,54824308 104,6061348
60
ESTRUCTURAS METALICAS
DISEÑO A TRACCIÓN
Formulas
Pn=∅∗FU∗Ae
Pn=∅∗F y∗A g
Ag=Pn
∅∗F y
Calculo de An
An=Ag−Ae
An=1
1.1∗Ag
Ae=U∗An
DISEÑO A COMPRESION
Formulas
a) Rango elástico
Fcr= π2∗E
( k∗rL )2
Pero Fcr ¿36ksiPn=(A¿¿ g∗Fcr)¿
∅ c∗Pn≥Pu
b) Rango inelástico
ʎc= k∗Lr √ Fy
π2∗E
λc≤1.5
61
ESTRUCTURAS METALICAS
F cr=0.658λc2
∗F y
λc>1.5
F cr=0.877
λc2
∗F y
∅ c∗Pn≥Pu
Pn=Ag∗Fcr
Datos:
Tracción
U 0.85Fu 50Fy 36E 28936.84
Ft fluencia 0.9Fttracccion 0.75
Compresión
E 28936.84Fy 36Fu 50
Ft fluencia 0.9Ft tracción 0.75
Øc 0.85k 1L 157,48
62
ESTRUCTURAS METALICAS
DISEÑO DE BARRA DEL CORDON INFERIOR
Diseño No de Barra Pu (Klb) Ag ASUMIENDO PERFIL
ATOTAL
AN AE PN REAL
Tracción Barra15 368,7 812,98 9,56 W12x87 25,6 23,2727273
20,9455
942,54545
Tracción Barra 13 248,8 548,56 16,93 W12x65 19,1 17,3636364
15,6273
703,22727
Tracción Barra 12 140,5 309,80 25,09 W12x35 10,3 9,36363636
8,42727
379,22727
DISEÑO DE BARRA DEL CORDON SUPERIOR
Diseño No de Barra Pu Rango Elástico Rango Inelástico Verificación Sección
Ag r Fcr Fcr<36 Klb
ƛc Fcr Pn Ø*Pn Ø*Pn≥ Pu
Compresión
Barra 1 198,69
438,11
21,10
3,04
53,21 No cumple
0,82 27,12 572,28 486,44
Cumple W12x72
Compresión
Barra 3 324,85
716,29
28,20
3,09
109,96
No Cumple
0,57 31,39 885,19 752,41
Cumple W12x96
Compresión
Barra 5 382,83
844,14
35,30
3,13
112,82
No Cumple
0,56 31,50 1111,92
945,13
Cumple W12x120
63
ESTRUCTURAS METALICAS
DISEÑO DE BARRA VERTICALES
Diseño No de Barra Pu Rango Elástico Rango Inelástico Verificación SecciónAg r Fcr Fcr<36 Klb ƛc = Fcr Pn Ø*Pn Ø*Pn≥
PuCompresió
nBarra
2388,5
3195,2
011,8
01,93 42,9
0No
cumple0,92 25,34 298,9
7254,1
3Cumple W12x40
Compresión
Barra 27
36,56
80,61 7,65 1,51 26,26
Cumple 200,87
170,74
Cumple W12x26
Diseño No de Barra Pu Ag ASUMIENDO
PERFIL
ATOTAL AN AE PN REAL
Tracción Barra 21 47,4 104,37
3,22 W12x14 4,16 3,46666667
3,12 140,4
DISEÑO DE BARRA INCLINADAS
Diseño No de Barra Pu (Klb) Ag ASUMIENDO PERFIL
ATOTAL AN AE PN REAL
Tracción Barra28 51,7 357,09 11,02 W12x40 11,8 10,7272727
9,65455
434,454545
64
ESTRUCTURAS METALICAS
Tracción Barra26 88,5 195,03 6,02 W12x22 6,48 5,89090909
5,30182
238,581818
Tracción Barra 22 162,0 114,00 3,52 W12x14 4,16 3,78181818
3,40364
153,163636
65
ESTRUCTURAS METALICAS
DISEÑO DE APOYOS
APOYOS
CARGA MUERTA
CM=171,45Tm
66
ESTRUCTURAS METALICAS
CARGA VIVA
Peso por eje 14545.45 KgP Na Nb CV
14,54545 0,8022 0,8022 23,33672
fc=1.48
M u=1.3 (Mcv+1.67 x M cv−I ) xfc5
M u=15,54Tm
DISEÑOSECCION W12x14
A 44.7b 12.48
tw 0.87d 13.71
Ixx 1430Iyy 454Sx 209Sy 72.8rx 5.66ry 3.19Zx 243Zy 111Fy 36
67
ESTRUCTURAS METALICAS
VERIFICACION Para Lb=0
M n=Fy x Sx
M n=7524 Klb−¿
M p=Fy x Zx
M p=8748 Klb−¿
Mp<1.5Mn
8748<1.5 x 7524
8748<11286
Φb=0.9
Φb∗Mn>Mu
0.9 x7524>Mu
6771.6 Klb−¿>Mu
78.18Tm>15,54 TmCUMPLE
Verificación Al Corte
dTw
< 418
√Fy
15.76<69.67CUMPLE
CM=75T
68
ESTRUCTURAS METALICAS
Carga viva
P Na Nb CV14,54545 0,80905 11,767996
314,54545 0,718 0,718 20,887266
2
CV=20,89T
V u=1.3 (Vcv+1.67 x V cv−I ) xfc5
V u=42,72T
V u=93,98Klb
V n=0.6 x Fy x A
V n=965,52Klb
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ESTRUCTURAS METALICAS
Φb=0.9
Φb∗Vn>Vu
0.9 x 965.52>93,98
868.97 Klb>93,98KlbCUMPLE
Resistencia Por Deflexion
La deflexion de la barra la hallamos con ayuda del programa SAP
L240
8.22240
>0.03106
0.034>0.03106CUMPLE
70
ESTRUCTURAS METALICAS
5. CAPITULO V: DOCUMENTOS CONSTRUCTIVOS5.1. PLANOS ESTRUCTURALES ELEVACIONES Y CORTES5.2. DETALLES CONSTRUCTIVOS
6. CAPITULO VI: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES6.1. CONCLUSIONES
Un principio básico para la consecución de una estructura durable consiste en lograr, en la medida de lo posible, el máximo aislamiento respecto al agua. Por ello, todas las medidas que promuevan una evacuación rápida del agua, de manera que esté en contacto con la estructura lo mínimo posible, redundan en su durabilidad. De igual manera, es recomendable minimizar la extensión de las superficies de acero expuesta a la corrosión, reduciendo el número de irregularidades (superposiciones, bordes, esquinas), y disponiendo soldaduras continuas, en general (deberían emplearse soldaduras discontinuas y por puntos únicamente en caso de riesgo insignificante de corrosión).
Los componentes con mayores daños, son las juntas de dilatación, los apoyos y los elementos de armadura.
Las fallas predominantes en el componente de superficie del puente son el daño estructural, impacto y descomposición relacionados directamente con el aumento de las cargas reales y los asentamientos en los terraplenes de acceso, a la vez las juntas de dilatación cuyos daños más frecuentes son el impacto, la infiltración y la deficiencia estructural. En las pilas de los puentes con superestructura de acero las pilas son de concreto reforzado en los que se generan daños provocados por la erosión y la socavación. En los apoyos se generan fallas por la falta de dispositivos en las juntas de dilatación para controlar el agua en el tablero. En las losas se produce daños por la infiltración ya que se tiene drenes cortos
Se debe realizar estudios de socavación en las pilas de los puentes.
6.2. RECOMENDACIONES
Evaluar la capacidad máxima de carga del puente. Se recomiendan dimensiones mínimas de 500x700 mm (ancho x alto) en los accesos
rectangulares u ovales, y de diámetro mínimo 600 mm en los accesos de forma circular. Además, deben existir orificios de ventilación adecuados al sistema de protección empleado en el mantenimiento.
Garantizar un correcto diseño de detalles que minimice el riesgo de corrosión de la estructura metálica, al mismo tiempo facilitar la inspección, mantenimiento y de ser el caso la sustitución de ciertos elementos como apoyos, juntas, cables, anclajes, etc.
Los tableros deben ser adecuadamente impermeabilizados para evitar la entrada de agua en la estructura.
El sistema de drenaje debe ser en función de la superficie de plataforma y del volumen a evacuar, dependiendo de la pendiente del tablero y sistemas de desagüe.
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ESTRUCTURAS METALICAS
En secciones cerradas y no visitables, se debe garantizar su completo sellado, mediante soldaduras u otro sistema, protegiendo la parte interna de eventuales filtraciones de agua.
Algunas de las reparaciones recomendadas para los puentes metálicos en general son el refuerzo de la losa (sobre losa o utilización de materiales compuestos, como fibras de acero de alta resistencia y otros) o la reparación del concreto y mantenimiento general, la inyección de grietas, construcción o reparación de drenes (prolongación, limpieza, etc.) y el cambio del piso metálico.
La limpieza y pintura de la estructura, el reemplazo de pernos, remaches y abrazaderas defectuosas, reparación de los componentes de acero y la reposición de elementos faltantes.
Revisar el comportamiento sismo resistente y verificar los problemas de socavación en las pilas, al igual que la evaluación de la capacidad máxima de carga del puente.
7 CAPITULO VII: BIBLIOGRAFIA
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4080020/Lecciones/Capitulo %205/LAS%20CERCHAS%20DE%20PUENTES.htm
http://publiespe.espe.edu.ec/academicas/memoria/memoria11/puentes/ puentes00.htm
http://www.miliarium.com/monografias/Puentes/CausasFallos.asp MANUAL DE DISEÑO DE PUENTES METALICOS “SUPER ESTRUCTURAS PARA PUENTES
METALICOS” http://www.inti.gob.ar/cirsoc/pdf/puentes_hormigon/
12Manual_Diseno_Puentes2003.pdf