Estructura tipo Warren
Johan Barajas Jhonatán Minotta Códigos: 5500105 - 5500107 Estática Seestre !" !ng# $iego %ndr&s Bra'o (on)á*e)
+ni'ersidad Mi*itar ,ue'a (ranada Capus. 1/ de ar)o de 015
a2*a a2*a de Contenido
a2*a a2*a de contenido
!ntroducción
3
42jeti'os
Marco teórico
5
Ca*cu*o de nodos
15
Bi2*iogra6a
1
2
!ntroducción
E* tra2ajo presente se re6iere a* dise8o 9 construcción de un puente ;ue se puede de6inir coo una estructura ;ue será e
3
42jeti'os
E* o2jeti'o de este tra2ajo es ostrar deta**adaente co o se e*a2oró *a estructura teniendo en cuenta *as pautas esta2*ecidas por e* !ngeniero a cargo de *a asignatura# Mediante grá6icos se dará una idea de *o ;ue 6ina*ente será *a estructura terinada indicando sus respecti'as partes 9 ateria*es# E* o2jeti'o ás iportante de* pro9ecto es *ograr e* *ite de peso esta2*ecido en *a c*ase una 'e) e* puente ha9a sido 'eri6icado con *as caractersticas esta2*ecidas para e'itar sanciones# E* o2jeti'o principa* de* pro9ecto es o2ser'ar *os de6ectos de cada estructura para as iso ejorar*a para presentar*a a* concurso de ingeniera
4
M%=C4 E4=!C4 >ara una deta**ada in'estigación so2re *a construcción 9 dise8o de *os puentes se de2e tener en cuenta a*gunos aspectos ta*es coo: *ugares de para *a e*a2oración recursos natura*es 9 procesados p*aneación de *aduración de* pro9ecto inicio 6in de su e*a2oración 9 *as respecti'as pautas para *ograr cup*ir con e* o2jeti'o de este# La construcción de un puente, está destinada a proteger obstáculos naturales coo
'a**es ros *agos entre otros 9 a su 'e) o2stácu*os arti6icia*es coo 'as 6&rreas o carreteras ;ue nos perite pasar so2re e* 9 con e* 6in de unir cainos# ?urgang 00. %ntes de proceder con e* dise8o de* pro9ecto de un puente es indispensa2*e rea*i)ar estudios 2ásicos ;ue peritan toar conociiento p*eno de *a )ona ;ue redunde en *a generación de in6oración 2ásica necesaria 9 su6iciente ;ue conc*u9a en e* p*anteaiento de so*uciones satis6actorias p*asadas priero en antepro9ectos *uego en pro9ectos de6initi'os rea*es 9 ejecuta2*es entonces seg@n esto *os estudios 2ásicos ;ue se de2eran rea*i)ar son *os siguientes: • • • • • • • • •
opográ6icos Aidro*ógicos (eo*ógicos (eot&cnicos $e riesgo ssico !pacto a2ienta* ra6ico %*ternati'as de dise8o 'ia* %*ternati'as de ante pro9ecto 9 6acti2i*idad
Su elaboración está dirigida por la Ingeniería Estructural ;ue es una raa de *a
!ngeniera Ci'i* se ocupa de* dise8o 9 cá*cu*o de *a parte estructura* ta*es coo edi6icios puentes uros presas t@ne*es# >ara dicha e*a2oración de a*g@n pro9ecto >uente. es indispensa2*e ;ue *os p*anos cuenten con *a siguiente in6oración 9a ;ue son e*eentos necesarios para *a re'isión 9 ejecución de* iso# 5
• • • • • • • • • • •
+2icación de* puente "ista genera* de* puente Es;uea de sondajes de* sue*o Enco6rados de *os e*eentos %raduras de *os e*eentos coponentes Es;uea de *os procesos constructi'os especia*es Es;uea de co*ocación de* concreto Sisteas de drenajes $eta**es de *a se8a*i)ación Especi6icaciones especia*es a2*as de etrados
+n puente es una “42ra de arte especia* re;uerida para atra'esar a desni'e* un accidente geográ6ico o un o2stácu*o arti6icia* por e* cua* no es posi2*e e* tránsito en *a dirección de su eje”# os puentes han e'o*ucionado de aneras ipresionantes 9 a 'eces casi ine
Los puentes de madera:
Son *igeros 2aratos poco resistentes de co rta duración 9 u9 'u*nera2*es actua*ente só*o se conci2en en o2ras pro'isiona*es# Puentes en arco de piedra, ladrillo y hormigón: 6
!nicia*ente in'entados por *os antiguos griegos de piedra *adri**o 9 horigón en asa son siepre puentes en arco pues estos ateria*es só*o resisten es6uer)os de copresión su duración es i*iitada pues toda'a se usan puentes romanos sin prácticaente gastos de conser'ación# a iposi2i*idad de ecani)ar su construcción hace ;ue sean de coste u9 e*e'ado# Con *os puentes de 6á2rica prácticaente @nicos hasta e* s# D"!!! no pueden a*can)arse grandes luces por *o ;ue no se constru9en# E* desarro**o de *a industria eta*@rgica orientó hacia *os eta*es *a t&cnica de construcción de puentes ipu*sada particu*arente por e* desarro**o de* 6errocarri*# Los puentes metálicos:
!nicia*ente construidos con hierro co*ado 9 hierro 6orjado 9 despu&s con acero *ainado arcaron una &poca en *a ingeniera de cainos pues aditen *as ás di'ersas so*uciones t&cnicas periten grandes *uces a *a a*tura justa se prestan a sustituciones 9 ap*iaciones 9 son de rápida construcción# Sus incon'enientes son e* e*e'ado precio de *a ateria pria *os gastos de anteniiento por su sensi2i*idad a *os agentes atos6&ricos 9 gases corrosi'os 9 su e
•
Puentes de tirantes: >uentes caracteri)ados por;ue *os traos no son sujetados por
•
*os e
•
en Whee*ing "irginia 6ue en ese entonces e* prier puente co*gante de* undo# Puentes en arco de acero: Jaes Buchanan Eads constru9o e* prier puen te de acero so2re e* rio Mississippi en Saint ouis Missouri en e* a8o 17 #
7
•
Puentes en igas triangulares: Se ep*ea 2astante por su 2ajo coste se **e'a a
ca2o *a construcción ortotropica en *a cua* unas p*anchas de acero de re6uer)o act@an a* iso tiepo coo soporte de ca*)ada 9 coo soporte de *as 'igas trans'ersa*es 9 de *as 'igas aestras *ongitudina*es# E* prier puente de este tipo 6ue construido en e* a8o 1F/7 en San Mateo-Aa9Gard San 6rancisco E+%
Puentes de pontones:
Son puentes 6*otantes peranentes por ejep*o poner 'arias 'a*sas o canoas a*ineadas hori)onta*ente 9 so2re estas isas poner una estructura recta 9a sea un caino o por donde pueda pasar un auto se uti*i)a de anera ipro'isada por i*itares en *a a9ora de sus casos# Puentes en arco de !ormigón:
Coien)os de* sig*o DD e* desarro**o de* Aorigón proporciono grandes 2ene6icios a *a construcción de puentes e
Los puentes de hormigón armado posteriores crono*ógicaente a *os etá*icos
son pre6erenteente de arco 9 'iga adaptándose e* horigón a 'ariadas so*uciones ;ue periten apro'echar un iso e*eento para 'arios 6ines# %diten *uces interedias entre *os de 6á2rica 9 *os etá*icos no tienen gastos de anteniiento 9 son de rápida construcción particu*arente si se uti*i)an e*eentos pre6a2ricados# %* ser discreto su coste se uti*i)a ucho e construcciones no u9 atre'idas# •
Los puentes de hormigón pretensado, ;ue periten grandes *uces con sua
es2e*te) son de rápido ontaje no precisan gastos de anteniiento 9 presentan grandes posi2i*idades est&ticas se han ipuesto actua*ente en *as principa*es redes 'iarias de* undo#
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Los puentes cantiléver.
Constan es;ueáticaente de dos 'o*adi)os si&tricos ;ue sa*en de dos pi*as contiguas uni&ndose en e* centro por unas 'igas apo9adas 9 sue*en anc*arse en *os estri2os si&tricaente opuestos respecto a* centro# *os puentes canti*&'er presenta di'ersas construcciones en arco o 'iga de acero u horigón 9 pueden sa*'ar grandes *uces sin necesidad de estructuras au
Puentes "óiles #Puentes leadi$os% &iratorios o de eleación ertical:
E* prier tipo de puente ó'i* 6ue e* a*a a2ati2*e de adera ;ue ser'a para cru)ar e* 6oso de *os casti**os 9 ;ue se e*e'a2a con cadenas desde e* interior# •
Los puentes levadizos son senci**os 9 prácticos para *uces no u9 grandes e* ás
usado es e* de tipo basculante 6orado por uno o dos ta2*eros apo9ados por un eje en *as pi*as 9 con'enienteente contrapesados ;ue se e*e'an por rotación so2re e* eje# Sue*en construirse en acero pero se han hecho ensa9os con eta*es *igeros dura*uinio.# •
Los puentes de elevación vertical se usan para a9ores *uces 9 constan de una
p*ata6ora ;ue se e*e'a 'ertica*ente ediante po*eas siguiendo unas guas contiguas *a p*ata6ora sue*e ser de acero con 'igas de ce*osa o de a*a **ena#
9
•
Los puentes giratorios constan de una p*ata6ora apo9ada en una pi*a 9 capa) de
girar F0H dejando a2iertos a cada *ado un cana* de circu*ación# Só*o usados para pe;ue8as *uces coo *os anteriores son o'idos genera*ente por otores e*&ctrico# %un;ue e* ás 6aoso es IE* puente de *a orre so2re e* rio áesis en ondres
Entre los puentes 'i(os están los: •
Puentes de placas cu9a aradura es una p*ancha de horigón arado o
pretensado ;ue sa*'a *a distancia entre *as pi*as esta construcción usua* so2re autopistas presenta uchas 'entajas para *uces no u 9 grandes# •
Los puentes de vigas simples sa*'an *as *uces ediante 'igas para*e*as
genera*ente de hierro o de horigón pretensado 9 so2re cu9a a*a superior está *a super6icie de rodadura# •
Los puentes de vigas compuestas están 6orados por dos 'igas *atera*es
copuestas por a*as de chapa so*dadas perpendicu*arente a otra ;ue sir'e de a*a periten grandes *uces 9 pueden ser de ta2*ero superior o in6erior# •
Los puentes de armadura en celosía son seejantes a *os anteriores pero con 'igas
en ce*osa con e*eentos de acero so*dado o reachado periten grandes *uces 9 aditen di'ersas oda*idades tanto en ta2*ero superior coo in6erior# os puentes continuos poseen una superestructura rgida de 'igas en ce*osa de acero de a*a **ena u horigón. apo9ada en tres o ás pi*as aditen grandes *uces pero son u9 sensi2*es a *os asientos de *as pi*as# Son u9 iportantes *os puentes arqueados entre *os ;ue se inc*u9en *os *egados por *a antigKedad 9 ;ue ahora e* acero *os horigones arados 9 pretensado periten construir con grandes *uces 9 pe;ue8a cur'atura pueden ser de ta2*ero superior de acero
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con tímpano de celosía o de arcadas 9 de horigón con tpano a2ierto o aci)o 9 de ta2*ero in6erior discurriendo *a ca*)ada entre *os arcos para*e*os o no con di'ersos tipos de sujeción# =E?E=E,C!% Manua* de $ise8o de puentes 003 $(C? . $irección (enera* de Cainos 9 ?errocarri*es. os ateria*es tienen una iportancia decisi'a en *a 6oración de *os puentes# % *o *argo de *a historia se han ido ep*eando distintos coponentes en su construcción e'o*ucionando estos hasta *a uti*i)ación actua*ente d e ateria*es copuestos 6orados por 6i2ras de ateria*es u9 resistentes adera piedra hierro horigón *adri**o han sido *os ateria*es uti*i)ados con ás 6recuencia en *a con strucción de este tipo de estructuras# E* desarro**o de *as tecno*ogas de *os distintos ateria*es ha hecho ;ue *as estructuras de *os puentes tengan cada 'e) ás posi2i*idades *o ;ue ha peritido una a9or di'ersidad de 6oras 9 hacer puentes de horigón 9 acero hasta e* grado de ;ue a 'eces es di6ci* a distancia sa2er de ;u& ateria* están hechos especia*ente en *as 'igas continuas con sección en cajón de a*a **ena etá*icas o de horigón ;ue se pueden con6undir con 6aci*idad si su co*or es aná*ogo# a topogra6a 9 *a hidro*oga son datos de *as condiciones natura*es de* *ugar d onde se re;uiere construir e* puente# a topogra6a de2e contener coo nio un p*ano de u2icación p*anietra con cur'as de ni'e* cada etro si *a ;ue2rada es pro6unda o ás juntas si e* terreno es **ano ó *as 2arrancas son poco de6inidas# a hidrogra6a de2e contener por *o enos *a edia anua* de *as precipitaciones *as crecidas á
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un p*a)o dado de ;ue un siso cause en un *ugar deterinado cierto e6ecto de6inido coo p&rdidas o da8os deterinados#
REFERENCIA http://apuntesingenier!i"i#$%#gspt$!&/2010/10/estu'is(%asi!s( para(#a(!nstru!!in$ht sa#"a' e# 9 'e !tu%re 'e 2010
Con6iguración $e os ,udos
Con una re*ación entre e* espaciaiento de *os nudos de* cordón superior. con *a a*tura de *a aradura de a 1 se reduce e* n@ero de nudos en *a aradura Con esta re*ación e* ángu*o interno ;ue se generó entre cuerdas 9 diagona*es es de 5 grados# En e* caso ;ue un ángu*o sea u9 pe;ue8o genera 6uer)as u9 grandes en *as respecti'as 2arras 9 re;uiere uniones e
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•
En e* en*ace ostrado a continuación podrán o2ser'ar un puente de *a +ni'ersidad Cató*ica de Co*o2ia con *as siguientes caractersticas :
>uente en adera de 2a*so con una *u) *i2re de 1#0 ancho de 0#3 9 a*tura de 0#3 # >eso 10F0 gr =esistió una carga de 1/ g - 171 'eces su peso. https:NNGGG#9outu2e#coNGatchO'P,!C!,DGu,SL
•
Este en*ace podrán o2ser'ar un concurso de puentes en ia->er@ en *a uni'ersidad de >iura poniendo a resistencia todos *os puentes dise8ados por *os estudiantes
“Los estudiantes del curso de Mecánica Racional de la Facultad de Ingeniería pusieron a prueba todos sus conocimientos presentaron curiosas estructuras hechas de fideos pegamento! "ueve equipos presentaron sus traba#os finales a la comunidad universitaria que se dio cita a las afueras del laboratorio de química para presenciar la prueba! $no a uno los puentes fueron sometidos al peso de un co ntenedor que iba siendo llenado con agua! %ilo a &ilo los puentes retaban sus estructuras aumentando la emoción del p'blico” https:NNGGG#9outu2e#coNGatchO'P<)AW5t>rQ
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Calculo De Nodos
Nodo A
21.43 7
=
ab 14.33
=
ac 12.5
ab =43,87 C ac =38,26 T
14
Nodo C
+ ¿ ∑ fx=0 →
¿
ac + cd =0 ; cd = ac→cd =38,26 T
−
↑ +∑ fy =0 cb =0
Nodo B
↑ +∑ fy =0 43,87 sin 29,24 −bdSin 29,24 −8,57 =0
bd =
−
12,85
−
0,488
bd =26,33 → bd =26,36 T
+ ¿ ∑ fx=0 →
¿
43,87 cos29,24 + 23.33 cos29,24+ be = 0
be =61,24 C
15
Nodo D
+ ¿ ∑ fx=0 →
¿
df −26,36 cos29,24 −38,26 = 0 df =61,23 T
↑ +∑ fy =0 26,33 sin 29,24− de =0
de =12,86 C
Nodo E
+ ¿ ∑ fx =0 →
¿
61,24 + 8,78cos 29,24− eg =0
eg =68,90 C ↑ +∑ fy =0 ef 29,24 + 4,29=0 ef =8,78 T
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El siguiente paso es bastante importante ya que se empiezan a realizar los
cálculos de nodos desde la otra esquina de la cercha.
Nodo
21.43 7
=
kj 14.33
=
kl 12.5
kj= 43,87 C kl= 38,26 T
Nodo !
+ ¿ ∑ fx=0 →
¿
lk −li= 0 ; lk =li→cd =38,26 T
17
↑ +∑ fy =0 lj= 0
Nodo "
↑ +∑ fy =0 43,87 sin 29,24 − jiSin 29,24 − 8,57 = 0
ji =
ji =26,36 T
+ ¿ ∑ fx=0 →
¿
43,87 cos29,24 + 23.33 cos29,24 + jh =0
jh =61,24 C
Nodo #
18
−12,85 −0,488
+ ¿ ∑ fx=0 →
¿
if −26,36cos29,24−38,26= 0
if =61,23 T
↑ +∑ fy =0 26,33 sin 29,24 − ih= 0
ih=12,86 C
Nodo $
+ ¿ ∑ fx=0 →
¿
61,24 + 8,78cos 29,24− hg= 0
hg =68,90 C ↑ +∑ fy =0 hf 29,24 + 4,29=0 ef =8,78 T
19
Nodo %
+ ¿ ∑ fx=0 →
¿
eg − gh=0
eg = gh→ gh=68,90 C ↑ +∑ fy =0 −8,57 + fg =0
fg = 8,57 C
Nodo &
+ ¿ ∑ fx=0 →
8,78 cos29,24 − fhCos 29,24 =0
20
¿
fh= 8,78 C
↑ +∑ fy =0 8,78 sin 29,24 −8,78 sin 29,24−61,23 + fi =0
fi =61,32 T
'eacci(n ab,- ac,-l cd,li cb,l bd,i be,h d9,i9 de,ih e9,h9 eg,hg 9g,
)agnitud /0123 02145 02145 6 45100 5814/ 58140 84125 21:2 52136 21:
Compresi(n*+racci(n Compresi(n +ensi(n +ensi(n 7 +ensi(n Compresi(n +ensi(n Comprensi(n +ensi(n Compresi(n Comprensi(n
21
Bi2*iogra6a
• • •
GGG#guadua#2i)NdocuentosNtesisN03#pd6 http:NNtha*es#cica#esNrdN=ecursosNrdFN?isicaN0N*e9es#ht* http:NNGGG#construaprende#coN6orosNpuente-con-araduras-tipo-Garren't/F3#ht*
•
22