Diseño Estructural IV
APARATOS DE APOYO GENERALIDADES Definición: Son aparatos estructurales colocados entre la superestructura y los elementos de la subestructura. Sus funciones principales son: 1. Transmitir las cargas de la superestructura a la subestructura. 2. Acomodar los movimientos relativos entre la superestructura y la subestructura. Los movimientos en los apoyos incluyen “traslaciones y rotaciones”. El flujo plástico, retracción y los efectos de temperatura son las causas más comunes de movimientos traslacionales. La carga del tráfico, tolerancias en la construcción y en menor medida los asentamientos de la fundación son las causas más comunes de las rotaciones. Usualmente los apoyos son conectados a la superestructura y subestructura a través de placas de apoyo, soldadas, atornilladas o con pernos de anclaje (hormigón). TIPOS DE APOYO 1. Apoyos fijos: Permiten las rotaciones, pero restringen los movimientos traslacionales. 2. Apoyos de expansión: Permiten ambos movimientos (rotación y traslación). •
Apoyo deslizante: Utiliza una placa de metal plana que se desliza sobre otra para acomodar las traslaciones. La superficie de deslizamiento produce una fuerza de fricción que es aplicada a la superestructura, subestructura y al apoyo mismo. Para reducir esta fricción, un material lubricante es usado entre las superficies (PTFE=Polytetrafluoroetileno=teflón=TFE). Los apoyos deslizantes pueden ser usados solos o como un componente en otros tipos de apoyo. Los apoyos deslizantes puros pueden solamente ser usado (AASTHO).
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Apoyos oscilante y pasador Apoyo oscilante: Es un tipo de apoyo de expansión que viene en una gran variedad. Típicamente consiste en un pasador en la parte superior para facilitar las rotaciones, y en una superficie curva que acomoda los movimientos traslacionales (en la parte inferior).
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Apoyo pasador o articulación: Es un tipo apoyo fijo que acomoda rotaciones a través del uso de un pasador de acero. Su configuración es la misma que el oscilante pero que en vez de la placa oscilante tiene una placa plana anclada al concreto.
Ambos apoyos, oscilante y pasador, son usados principalmente en puentes de acero. Se aplican cuando la dirección del desplazamiento está bien definida, ellos sólo pueden recibir traslaciones y/o rotaciones en una dirección. Pueden diseñarse para soportar grandes cargas y desplazamientos, pero necesitan mucho espacio vertical. Límites: 1,800 kN y ±100 mm. Normalmente los momentos y fuerzas laterales inducidas del movimiento de estos apoyos so muy pequeños y despreciables. •
Rodillos: Están compuestos de uno o más rodillos colocados entre dos placas paralelas de acero. Un rodillo simple puede facilitar las rotaciones y traslaciones en la dirección longitudinal, mientras que un grupo de rodillos podrá sólo reducir traslaciones longitudinales. Estos apoyos se usan en ambos tipos de puentes: concreto y acero.
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Apoyo Elastomérico: Está hecho de un elastómero (caucho natural o sintético). Acomoda ambos movimientos (traslación y rotación) a través de la deformación del elastómero. Es elastómero es flexible en corte pero muy rígido al cambio de volumen. Bajo carga de compresión, el elastómero se expande lateralmente. Para sostener grandes cargas sin excesiva deflexión, refuerzo es usado para restringir lateralmente al elastómero. Estos apoyos son preferidos por su bajo costo y casi libre de mantenimiento.
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Apoyos curvos: Consiste en dos placas curvas que se deslizan una contra otra.
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Otros Apoyos
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DISEÑO DE APOYO ELASTOMÉRICO 1. Determinación del movimiento por temperatura de las vigas (AASTHO 5.4.2.2). 2. Determinación del acortamiento de las vigas: postensionado, retracción, etc. 3. Selección del espesor basado en los requerimientos de movimiento total (AASTHO 14.7.5.3.4). 4. Determinación del tamaño basado en los esfuerzos de compresión (AASTHO 14.7.5.3.2). 5. Computar deflexión de compresión instantánea (AASTHO 14.7.5.3.3). 6. Combinar la rotación máxima del apoyo. 7. Chequeo compresión y rotación (AASTHO 14.7.5.3.5). 8. Chequeo estabilidad (AASTHO 14.7.5.3.6). 9. Chequeo refuerzo de acero (14.7.5.3.7). Diseño Apoyo Elastomérico según Método B AASTHO 14.7.5 A. Máximo movimiento longitudinal ∆smax=γTULe(εTemp+ εSH) γTU=factor de carga Le=longitud total expandible , concreto , AASHTO 5.4.2.2 εSH=deformación unitaria por retracción, AASHTO 5.4.2.3.1 B. Espesor preliminar Hrt=2∆s, AASHTO 14.7.5.3.4-1 ∆s=deformación máxima por corte.
C. Dimensiones en planta Factor de forma (apoyo rectangular), AASHTO 14.7.5.1-1 Si= Si=
Factor de forma (apoyo circular), AASHTO 14.7.5.1-2
L=longitud del apoyo en la dirección longitudinal. W=ancho en dirección transversal. D=diámetro de la proyección de la superficie cargada del apoyo en el plano horizontal. Debe satisfacer que:
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G=módulo de corte del elastómero (MPA), AASHTO 14.7.5.2-1 σ= D. Deflexión instantánea de compresión y largo plazo ∑ . , AASHTO 14.7.5.3.3 ∑ . , carga viva, deflexión instantánea. ∑ . , carga muerta, deflexión instantánea. ε= ó tabla AASHTO 14.7.6.3.3-1 Lt=
d+
, Deformación a carga muerta a largo tiempo. , tabla AASHTO 14.7.6.2-1 d
E. Capacidad de rotación
θmax=
≥ θs=θDC+θL+θinc.
θs=rotación de diseño para estado límite de servicio. θDC=rotación por DC. θL=rotación por LL. θinc.=±0.005 rad. F. Rotacion y compresión combinadas, AASHTO 14.7.5.3.5 o Levantamiento Rectangular. Circular. B=longitud en la dirección de rotación. n=# niveles interiores del elastómero. G=módulo de corte. o Compresión
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Rectangular Circular G. Estabilidad Son estables si:
2A ≤ B , AASHTO 14.7.5.3.6-1
Para sección circular: W=L=0.8D Si no se satisface la ecuación anterior: o Puente libre de movimiento de traslación horizontal: o Si el tablero es fijo: H. Refuerzo, AASHTO 14.7.5.3.7 o Estado límite de servicio o Estado límite de fatiga: hmax=max hri , ∆FTH ver AASHTO 6.6.1.2.5-1 y 3
Ver Ejemplos • #10.1 • #26.4.2
Barker-Puckett Chen-Duan
Fuente: • AASHTO • Barker-Puckett • Chen-Duan
