DISEÑO DE PUENTES Y OBRAS DE ARTE Clase 14: Dispositivos de apoyo
LOGRO DE SESIÓN Al término de la sesión, el estudiante diseña dispositivos de apoyo de puentes; con coherencia, orden y una adecuada representación.
FUNCIÓN DE LOS DISPOSITIVOS DE APOYO
• Los dispositivos de apoyos en puentes se utiliz utilizan an para transferir fuerzas de la superestructura a la subestructura, permitiendo los siguientes tipos de movimientos de la superestructura:
• Movimientos traslacionales; y • Movimientos de rotación
TIPOS • Hasta mediados de este siglo, los dispositivos de apoyo utilizados utiliz ados consistían en los siguientes tipos:
• • • •
Fijo tipo pasador Rodillo Balancín Cojinetes deslizantes deslizantes de metal
FIJO TIPO PASADOR • Un cojinete de pasador es un tipo de cojinetes fijos que • • • •
acomoda las rotaciones mediante el uso del acero Los movimientos de traslación no están permitidos. El pasador en la parte superior se compone de superficies superior e inferior semicircularmente empotradas con un pasador circular sólido situado entre ellos. Por lo general, hay tapas en ambos extremos del pasador para evitar que el pasador se deslice de los asientos y para resistir las cargas de elevación si es necesario. La placa superior está conectada a la placa de la suela mediante pernos o soldadura. La placa curvada inferior se asienta sobre la placa del estribo.
FIJO TIPO PASADOR
Steel Pin
• Movimiento de rotación permitido • Movimientos laterales y translacionales están restringidos
APOYO TIPO RODILLO
Rodillo simple
Rodillo múltiple
• AASHTO requiere que los rodillos de expansión estén equipados con "barras •
laterales sustanciales" y estén guiados por engranajes u otros medios para evitar movimientos laterales, inclinación y deslizamiento (AASHTO 10.29.3). Un inconveniente general de este tipo de rodamientos es su tendencia a recoger polvo y escombros.
APOYO TIPO RODILLO
Rodamiento de rodillos con disposición de engranajes • Se permiten movimientos longitudinales • Movimientos laterales y rotaciones son restringidos
BALANCÍN
• Un cojinete de balancín es un tipo de cojinete de expansión que viene • •
en una gran variedad. Normalmente consiste en un pasador en la parte superior que facilita las rotaciones, y una superficie curvada en la parte inferior que acomoda los movimientos de traslación Los cojinetes de cojinetes y pasadores se utilizan principalmente en puentes de acero
COJINETES DESLIZANTES DE METAL • Un cojinete deslizante utiliza una
•
•
placa plana de metal que se desliza contra otra para acomodar los desplazamientos. La superficie de apoyo deslizante produce una fuerza de rozamiento que se aplica a la superestructura, la subestructura y el propio cojinete. Para reducir esta fuerza de fricción, el PTFE (politetrafluoroetileno) se usa a menudo como material lubricante deslizante. El PTFE se refiere a veces como Teflon, nombrado después de una marca ampliamente utilizada de PTFE
COJINETES DESLIZANTES DE METAL
• Los cojinetes deslizantes se pueden utilizar solos o más a menudo como •
componentes en otros tipos de cojinetes Los cojinetes deslizantes puros sólo pueden utilizarse cuando las rotaciones causadas por la deformación en los soportes son insignificantes. Por lo tanto, se limitan a una longitud de tramo de 15 m o menos por ASHTTO [10.29.1.1]
RODAMIENTO DE LOS NUDILLOS
• Es una forma especial de rodamiento de rodillos en la que el pasador Knuckle
•
se proporciona para el balanceo fácil. Se inserta un nudillo entre la parte superior y la fundición inferior. La colada superior se une a la superestructura Puente, mientras que la fundición inferior descansa sobre una serie de rodillos El rodamiento del pasador de los nudillos puede acomodar movimientos grandes y puede acomodar deslizamiento así como movimiento rotatorio
COJINETES ELASTOMÉRICOS LISOS
APOYOS ELASTOMÉRICOS LAMINADOS
Material elastomérico intercalado con placas de acero
APOYOS ELASTOMÉRICOS LAMINADOS CON NUCLEO DE PLOMO • Consisten en un cojinete elastomérico •
•
•
laminado equipado con un cilindro de plomo en el centro del cojinete. La función de la parte laminada de cauchoacero del cojinete es llevar el peso de la estructura y proporcionar elasticidad postfluencia. El núcleo de plomo está diseñado para deformarse plásticamente, proporcionando así una disipación de energía de amortiguación. Los rodamientos de caucho de plomo se utilizan en áreas sísmicamente activas debido a su rendimiento bajo cargas de terremoto.
SELECCIÓN DEL TIPO DE DISPOSITIVO AASHTO LRFD proporciona directrices para la selección de rodamientos adecuados para puentes de acuerdo con los requisitos de la Tabla 14.6.2-1
SELECCIÓN DEL TIPO DE DISPOSITIVO Bearing Suitability:
AASHTO T abl e 14.6.2-1 Rotation about bridge
Type of Bearing
Movement Long Trans
Long
Axi s i ndi cated Trans
Vert
Resistance to Loads Long Trans Vert
Rank
Score S
L
R
U
Plain elastomeric pad
L
L
S
S
L
L
L
L
2
6
0
0
18
Fiberglass reinforced pad
S
S
S
S
L
L
L
L
4
4
0
0
20
Cotton duck reinforced pad Steel-reinforced elastomeric bearing Plane sliding bearing Curved sliding spherical bearing Curved sliding cylindrical bearing
U
U
U
U
U
L
L
S
1
2
0
5
7
S S
S S
S
S
L
L
L
U
U
S
R
R
S S
5 4
3 0
0 2
0 2
21 14
R
R
S
S
S
R
R
S
4
0
4
0
16
R
R
U
S
U
R
R
S
2
0
4
2
10
Disk bearing
R
R
S
S
L
S
R
S
4
1
3
0
17
R
R
S S
R
R
R
S S
U
R
L
S
S
S S
3 5
0 1
4 2
1 0
13 19
S
U
U
S
U
U
R
S
3
0
1
4
10
Knuckle pinned bearing
U
U
U
S
U
S
R
S
3
0
1
4
10
Single roller bearing
S
U
U
S
U
U
R
S
3
0
1
4
10
Multiple roller bearing
S
U
U
U
U
U
U
S
2
0
0
6
6
Double cylindrical bearing Pot bearing Rocker bearing
S = suitable, U = unsuitable, L =
suitable for limited applications, R = may be suitable, but requires special considerations or additional elements such as slider or guideways.
DISEÑO DE DISPOSITIVOS DE APOYO Tipo elastomerico (Neoprene)
DISEÑO DE DISPOSITIVOS DE APOYO Continuando con el diseño integral de un puente simplemente apoyado, ahora veremos el diseño de los aparatos de apoyo de Neopreno
Características Generales • Las vigas se apoyarán sobre los estribos, siguiendo la modelación con los que se diseñaron, por lo tanto en un extremo tendrán apoyos fijos (restricciones a desplazarse en cualquier sentido, y en el otro, apoyos móviles (tendrá capacidad de desplazarse en sentido horizontal)
Diseño de Puentes y Obras de Arte
Ing. Omart Tello Malpartida
DISEÑO DE DISPOSITIVOS DE APOYO • En este sentido las vigas no se apoyarán directamente con los estribos, sino que se apoyarán sobre planchas de Hule moldeadas por extrucción , o también llamadas planchas de Neopreno.
• Sea el apoyo fijo o móvil, se colocarán estas planchas y luego se indicarán las características que le darán al apoyo la categoría de fijo o móvil.
• Por lo que el diseño del dispositivo de apoyo será único, tanto para el apoyo móvil como para el fijo.
Diseño de Puentes y Obras de Arte
Ing. Omart Tello Malpartida
Diseño de Puentes y Obras de Arte
Ing. Omart Tello Malpartida
Comportamiento de apoyos de neopreno reforzados con laminas de acero
Consideraciones Previas •
Cálculo de Reacciones por Carga Muerta
•
Cálculo de Reacciones por Sobrecarga
•
Otros datos a tomar en cuenta
A) CÁLCULO DE REACCIONES POR CARGA MUERTA (DC Y DW)
Se calculará la reacción más desfavorable, que brinda la super a la infraestructura, considerando las cargas muertas por viga, para poder dimensionar las planchas de apoyo (neopreno) por lo que el diseño será de las siguientes consideraciones de carga:
• Carga de p.p. y Muerta para Viga Interior • Carga de p.p. y Muerta para Viga Exterior
A) CÁLCULO DE REACCIONES POR CARGA MUERTA (DC Y DW) Además consideraremos el peso que ofrece la viga diafragma:
• Carga Diafragma para Viga Interior • Carga Diafragma para Viga Exterior Por lo que las reacciones serán: • RDC (v.int) se tomará la de mayor valor • RDC (v.ext)
LUZ
EJE DE APOYO
EJE DE APOYO
R DC / VIGA
R DC / VIGA
R DW / VIGA
R DW / VIGA
VISTA LONGITUDINAL
EJE DE APOYO
EJE DE APOYO
PLANTA
B) CÁLCULO DE REACCIONES POR SOBRECARGA • Según el tipo de Sobrecarga que se este utilizando con el sistema LRFD consideremos como reacción por sobrecarga, la que resulte más desfavorable de la comparación de sus Sistemas de Sobrecarga (Camión + tren o Tándem + tren).
• Tomando como ejemplo la sobrecarga del Reglamento AASTHO LRFD, la posición para obtener la máxima reacción, es colocar la carga más pesada de todo el tren de carga directamente sobre el apoyo de tal manera que todas las demás cargas queden completamente dentro de la luz del puente. De esta manera obtendremos las reacciones tanto para viga exterior como interior. »RL (v. int) R (v
se tomará la de mayor valor
POR CARGA DE CAMIÓN: 14.78 t
14.78 t
3.57 t
R CAMIÓN / VIA
TREN DE CARGAS: 0.97 t/m
R CARGA
REPARTIDA /
VIA
R CARGA
REPARTIDA /
VIA
Se distribuye con el g de Corte correspondiente a cada viga.
No olvidar el factor de impacto.
C) OTROS DATOS A TOMAR EN CUENTA
Luz del Puente (L)
Ancho
de viga (b )
DIMENSIONES DE LA PLANCHA DE NEOPRENO 1.- Longitud de Apoyo (b) La longitud de apoyo por razones prácticas la tomaremos igual al ancho de la viga (b ) en pulgadas
b e
a
DIMENSIONES DE LA PLANCHA DE NEOPRENO 2.- Espesor de Apoyo (e) El espesor del apoyo resultará de la comparación de las siguientes fórmulas, donde se elegirá como espesor el valor más alto: e = 0.012 x L, donde L: en pies, e = se asume 1/8” por cada 10’ de longitud,
3.- Ancho del Apoyo (a) Resultará de las siguientes expresiones: * (RDv + RLv) en libras ó *5 x (e) 800 x (b)
pero e: ≥ 1/2”
4.- Dureza del Apoyo Una vez calculada todas las dimensiones de la plancha, se procede a determinar la dureza que tendrá dicha plancha. La misma que nos asegurará una deformación por compresión menor al 15%. Esfuerzo Compresión = ( RDv + RLv ) (lb/in²) axb Factor de Forma
=
axb 2 x (a + b) (e)
Con el esfuerzo de compresión y el factor de forma, entramos en el ábaco o curvas de esfuerzo-deformación en compresión y determinamos qué tipo de dureza será la que necesitamos.
0.033
5.- Verificación del Deslizamiento ( exp) Debido a los cambios de temperatura y otros aspectos, verificaremos el desplazamiento de la viga que puede absorber la plancha sin que ocurra deslizamiento. ∆
exp = RDv (libras) x 5 x (axb)
ex T
°
Jd
Donde: = 1.90 ... Si temperatura mínima es 20 F = 1.80 ... Si temperatura mínima es 0 F = 1.70 ... Si temperatura mínima es -20 F °
T
°
°
°
Jd
= 110 Si dureza es 50 = 160 Si dureza es 60 = 215 Si dureza es 70
El deslizamiento resultante se compara con el posible desplazamiento que ocurrirá en la viga D viga = 0.00006 x Variación de T
°
(en
F) x L de viga en pies
°
PLANO DE EJEMPLO
Apoyo Fijo
Apoyo Móvil
JUNTA DE DILATACIÓN
JUNTA DE DILATACIÓN
JUNTA DE DILATACIÓN
TRABAJO EN EQUIPO En equipos de 5 estudiantes determina el tipo de dispositivo de apoyo, diseña el dispositivo de apoyo de su proyecto elaborando el plano de ejecución.
Reflexionemos ¿Qué función cumplen los dispositivos de apoyo en un puente?
¿Cuáles son los tipos de dispositivos de apoyo ?
¿Qué factores definen el diseño de los dispositivos de apoyo? ¿Qué dificultades he tenido en esta sesión?
BIBLIOGRAFÍA # CÓDIGO 1 DIPUOB
2
EDITORIAL
AUTOR
TÍTULO
TRUJILLO OROZCO, JOSE E.
Diseño de Puentes
Universidad Industrial de Santander
Puentes
Universidad Catolica de Colombia
HERRERA 515 MANTILLA, STEW/P GERONIMO 2007 H.
