94626934-informe-puente-brena-2.pdf

Año de la Integración Nacional Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Diversidad

CÁTEDRA

:

ANALISIS ESTRUCTURAL II

CATEDRÁTICO

:

ING. RONALD SANTANA TAPIA

ALUMNO

:

PEREZ MEDINA, WILTER

SEMESTRE

:

VIII

Huancayo – Perú

ANALISIS ESTRUCTURAL II HIDROLOGIA

MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

MODELAMIENTO MODELAMIE NTO 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

2



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

3



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

4



Vista en 3d de toda la estructura

Orientacion De Los Perfiles

ENUMERACION DE LAS BARRAS

ENUMERACION DE LOS NUDOS

5



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. 2. 3. 4.

Peso de la Losa : 7.28*0.25*2.5/2 Peso de las Veredas: : 0.25*0.56*2.5/2+0.15*0.56*2.5 Peso del asfalto : 7.28*0.05*2.2 TOTAL

6

= 2.275 t/m = 0.385 t/m = 0.801 t/m = 3.461 t/m



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.

7



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

8



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*T TG )…………(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

9



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

10



CARGA CONCENTRADA EN LOS NUDOS

INSERTANDO DATOS AL PROGRAMA DEL DR. SCALETTI Datos Relativos a los Nudos Fuerzas Coordenadas apoyos Concentradas n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

X (m) 0.000 4.300 8.600 12.900 17.200 21.500 25.800 30.100 34.400 38.700 43.000 47.300 51.600 55.900 60.200 4.300

Y (m) 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 5.710

x

y x x

X

11

Fx (t)

Fy (t) -13.431 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -13.431



17 18 19 20 21 22

12.900 21.500 30.100 38.700 47.300 55.900

5.710 5.710 5.710 5.710 5.710 5.710

Características de las Secciones etiqueta TT tt I O

E

A

(t/m2 )

(m2 )

2.10E+07 2.10E+07 2.10E+07 2.10E+07

0.0208 0.0296 0.0132 0.0184

Desplazamientos de los Nudos n

u (m)

v (m)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

0.000E+00 9.096E-04 1.819E-03 4.128E-03 6.437E-03 9.586E-03 1.273E-02 1.616E-02 1.959E-02 2.274E-02 2.589E-02 2.820E-02 3.051E-02

0.000E+00 -3.442E-02 -6.559E-02 -9.352E-02 -1.161E-01 -1.330E-01 -1.434E-01 -1.469E-01 -1.434E-01 -1.330E-01 -1.161E-01 -9.352E-02 -6.559E-02

12



14 15 16 17 18 19 20 21 22

3.142E-02 3.233E-02 3.825E-02 3.352E-02 2.563E-02 1.616E-02 6.695E-03 -1.195E-03 -5.929E-03

-3.442E-02 0.000E+00 -3.387E-02 -9.297E-02 -1.325E-01 -1.463E-01 -1.325E-01 -9.297E-02 -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

13



CONSTATANDO LOS RESULTADOS USANDO SAP2000 V15

14



Diagrama de fuerzas axiales

ANALISIS DE LOS ELEMENTOS SOMETIDOS A FUERZAS AXIALES 

DIAGONAL (Arr ios tre tubu lar) barras 14-1y 27-1

Relación de Esbeltez (1 7.148/0.0778) = 91.88 70 ≤ 91.88 ≤ 200

Factor de longitud efectiva K = 1 La f uerza ax ial p ara 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

√      15



(  ) 

  √       Fcr = 19306.38 tn

Pu =  Fcr = 0.85x17767,19x0.0208 = 301.952 tn ≥ 218.58 tn



MONTANTE (perfil I) barras

30-1 y 32-1

F = 26.86 tn TRACCION 

cum ple la con dición

BRIDA INFERIOR (perfil dob le T) barras 7-1 y 35-1

F = 492.61 tn TRACCION





BRIDA SUPERIOR (perfil do ble T) barras 10-1 y 11-1

Relación de esbeltez (1 8.6/0.0955) = 90.10 70 ≤ 90.10 ≤ 200

16



L a 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 cum ple la cond ición

CUADRO DE DESPLAZAMIENTOS OBTENIDOS CON EL PROGRAMA DEL Dr. SCALETTI Y EL SAP2000 Desplazamientos de los Nudos n

u (m)

v (m)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

0.000E+00 9.096E-04 1.819E-03 4.128E-03 6.437E-03 9.586E-03 1.273E-02 1.616E-02 1.959E-02 2.274E-02 2.589E-02 2.820E-02 3.051E-02 3.142E-02

0.000E+00 -3.442E-02 -6.559E-02 -9.352E-02 -1.161E-01 -1.330E-01 -1.434E-01 -1.469E-01 -1.434E-01 -1.330E-01 -1.161E-01 -9.352E-02 -6.559E-02 -3.442E-02

17



15 16 17 18 19 20 21 22

3.233E-02 3.825E-02 3.352E-02 2.563E-02 1.616E-02 6.695E-03 -1.195E-03 -5.929E-03

TABLE: Joint Displacements Joint OutputCase

Text 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Text DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD

CaseType

Text LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic

0.000E+00 -3.387E-02 -9.297E-02 -1.325E-01 -1.463E-01 -1.325E-01 -9.297E-02 -3.387E-02

U1

U2

U3

m

m

m

0 0.00181 0.006402 0.012661 0.019477 0.025737 0.030328 0.032138 0.03824 0.033487 0.025569 0.016069 0.006569 -0.001349 -0.006101 0.00091 0.004109 0.009534 0.016069 0.022605 0.028029 0.031229

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 -0.065576 -0.116057 -0.143327 -0.143327 -0.116057 -0.065576 0 -0.033859 -0.092935 -0.132438 -0.146282 -0.132438 -0.092935 -0.033859 -0.034412 -0.093488 -0.132992 -0.146856 -0.132992 -0.093488 -0.034412

CONCLUSION Vemos que la diferencia se encuentra a partir del 4 decimal, por ende podríamos asumir que son iguales

18



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 =  Fcr  Ag 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/m2 )

(m2 )

TT

2.10E+07

0.0248

tt I O

2.10E+07 2.10E+07 2.10E+07

0.0296 0.0132 0.0184

Desplazamientos de los Nudos n

u (m)

v (m)

1 2 3 4 5 6 7 8

0.000E+00 9.096E-04 1.819E-03 4.128E-03 6.437E-03 9.586E-03 1.273E-02 1.616E-02

0.000E+00 -3.176E-02 -6.027E-02 -8.611E-02 -1.066E-01 -1.224E-01 -1.316E-01 -1.356E-01

19



Fuerzas Axiales en los elementos más solicitados Fuerzas Axiales en los Elementos e

i

j

sección

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





Ni (t)

√         √    

20



(  ) 

Fcr = 26014.882 tn/m2 Pu =  Fcr = 0.85x17767,19x0.0248 = 548.4tn ≥ 485.49 tn

Cumple la con dición

TABLE: Joint Displacements Joint

Text 19

OutputCase CaseType

Text DEAD

U1

U2

U3

Text

m

m

m

LinStatic

0.016163

0

-0.1354

RESUMEN DE LOS DEZPLAZAMIENTOS VERTICALES NUDO CENTRAL Desplazamientos en el centro -0.1356 -0.1354

SCALETTI SAP2000 V15

CUADRO DE FUERZAS AXIALES PARA LOS ELEMENTOS MÁS AFECTADO Para las barras 10 y 11 Fuerza axial en Compresión 485.494 482.50

SCALETTI SAP2000 V15

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 =  F cr = 0.85x17767,19x0.0248 = 548.4tn ≥ 485.49 tn

OK

Relación de esbeltez (1 8.6/0.0955) = 90.10 70 ≤ 90.10 ≤ 200

OK

Los elementos en tracción no deberán superar 15000tn/m2(Ag) Para una tracción encontrada (1044 tn ≥ 450 Tn)

21

OK



ARMADURA ARTICULADA CON CARGA DISTRIBUIDA A LO LARGO DEL EJE Obtenemos los mismos resultados W= 6.247

TABLE: Joint Displacements Joint

Text 19

OutputCase CaseType

Text DEAD

U1

U2

U3

Text

m

m

m

LinStatic

0.016163

0

-0.1354

CON NUDOS RIGIDOS EN ARTICULACIONES Y CON CARGA DISTRIBUIDA

W= 6.247

22



Cuadro de máximos desplazamientos en el centro del puente. TABLE: Joint Displacements Joint OutputCase CaseType

Text 19

Text DEAD

Text LinStatic

23

U1

U2

m 0.010001

m

U3

0

m -0.083515



NUDOS RIGIDOS EN ARTICULACIONES Y CON CARGAS PUNTUALES

Diagrama De Fuerzas Axiales

Desplazamiento Máximo En El Centro De Luz TABLE: Joint Displacements Joint

Text 19

OutputCase CaseType

Text DEAD

U1

U2

U3

Text

m

m

m

LinStatic

0.010001

24

0

-0.083515



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 (1  8.6/0.0955) = 90.10 70 ≤ 90.10 ≤ 200

-

OK

Los desplazamientos máximos deben ser menores que 60.2/500 = 0.124 m

TIPO DE ANALISIS Tipo armadura articulada con carga puntual Tipo armadura articulada con carga distribuida Tipo armadura con nudos rígidos y carga puntual Tipo armadura con nudos rígidos y carga distribuida

Desplazamiento vertical (m) -0.135 -0.135 -0.083515 -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.

25



26

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