ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE UN PUENTE DE ARMADURA - copia.pdf

“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 – (C10 – E) E) FECHA DE INFORME:

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

ING. FERNÁNDEZ DÍAZ JIMMY LA LIBERTAD – TRUJILLO TRUJILLO

RESISTENCIA DE MATERIALES

ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE UN PUENTE DE ARMADURA

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

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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 este proyecto de análisis se determinara la carga máxima del puente tabón así como también sus distintas reacciones.


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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.


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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.

Fig. .N°01

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°02


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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.

Fig. .N°03

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°04


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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.

Fig. N°05

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.


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TABLA N°01

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.


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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).

Fig. N°06

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.

TABLA N°02


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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.


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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 f uerzas que también deben ser consideradas.


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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 :

Nota:

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.


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3. PUENTE TABÓN


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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 nuestro puente, 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


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RESISTENCIA DE MATERIALES 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

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Ax

K

1.5K

2.5K

2.5K

1.5K

K

Ay

Ny

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

 = 4303749.45 60


 = 71729.1575

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∑=0  − 14331.5 − 21497.25 − 35828.75 − 35828.75 − 21497.75 − 14331.5 +71729.1575  = 71586.3425  Cortes para hacer cálculos de fuerzas:

a-a

b- b

c- c

Sección a- a: T

Fts

Ftc A B

Fbc

71586.3425KN


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ℎ 58= 4.29

ℎ = 6.865

h 58

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

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Sección b- b: S

T

Fsr

Fse

A B

71586.3425KN

C

Fde

D

14331.5KN

∑=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


=

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Sección c- c:

S

T

R Fr

Frf A B

C 14331.5KN

E

D

D

Fzf

21497.25KN

71586.3425KN

∑=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 EDIN.C.A - EDDY.A.A - JUAN.C.S - HECTOR.C.C

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∑=0 −29873.6+(58) = 0


 = 56373.8 7

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