Informe de armaduras PUENTE DE ESQUEMA CELOSIA PRATT Mecánica y Resistencia de Materiales EC-310 | 29 de mayo del 2017
INDICE .................................................................. ...................................................................... .................................................... ................. 2 INTRODUCCION ............................... ................................................................ .................................................................... ............................................................... .............................. 3 OBJETIVOS ............................. ................................................................. .................................................................... .............................................. ............ 4 RESEÑA HISTORICA ............................... ................................................................ ...................................................................... .................................................... ................. 6 MARCO TEORICO ............................. ............................................................. ................................................................... ............................................... ............. 6 Conocimientos previos. ............................ .................................................................. .................................................................... ............................................................... .............................. 7 estructura ............................... ............................................................... .................................................................... .................................................................... ....................................11 puentes ............................. .................................................................. .................................................................... ........................................................ .......................14 MATERIALES ............................... ................................................................ ...................................................................... ................................................... ................ 15 PROCEDIMIENTO ............................. .................................................................. ...................................................................... ................................................... ................18 CONCLUSIONES ...............................
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INTRODUCCION Se llaman estructuras a todas las partes de una construcción compuestas por varios elementos rectilíneos unidos entre sí por sus extremos y cuya misión es soportar las cargas a las que se encuentra sometida. Uno de los principales tipos de estructura que se emplean en ingeniería son las armaduras o cerchas, las cuales tienen la característica de ser muy livianos y con una gran capacidad de soportar cargas elevadas y cubrir grandes luces, generalmente genera lmente se utilizan en cubiertas de techos y puentes. El principio fundamental de las armaduras es unir elementos rectos para formar triángulos, los elementos trabajan a esfuerzos axiales en puntos que se llaman nodos, y entre sí conforman una geometría tal que el sistema se comporta establemente cuando recibe cargas aplicadas directamente en estos nodos .Esto permite soportar cargas transversales, entre dos apoyos, usando menor cantidad de material que el usado en una viga, pero con el inconveniente de que los elementos ocupan una altura vertical considerable. En el presente trabajo se desarrolló la estructura Warren, el diseño se representa en un puente hecho a base de madera balsa. Se evaluara el comportamiento de la estructura y aplicación de una fuerza al cual será sometido. La aplicación de la fuerza, nos determinara mediante el ensayo cual es el peso máximo que resistirá la armadura. En término del análisis aplicativo se da a conocer el peso máximo que puede resistir la armadura, el análisis de comportamientos de tensión y compresión y el análisis de esfuerzo máximo y mínimo aplicado en la estructura estructura..
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OBJETIVOS Realizar la estructura Prett diseñado en un puente a base de madera balsa para analizar su resistencia y comportamiento interno .
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RESEÑA HISTORICA Armaduras de madera para techos de viviendas, similares a los usados en la actualidad, han Armaduras sido construidas desde tiempos inmemorables. Los romanos construían armaduras de madera de grandes luces para estructuras de puentes y distintas edificaciones, ninguna sobrevivió hasta nuestros días, pero ha quedado constancia verbal o escrita de las mismas. La Columna de Trajano, en Roma, muestra un puente con una superestructura de madera, madera, construido por Apolodoro de Damasco, sobre el río Danubio en Rumanía. Durante el Renacimiento este tipo de construcción fue revivida por Palladio. Se piensa que el arquitecto italiano Andrea Palladio (1518-1580) fue uno de los primeros en analizar y construir armaduras. Sus muchos escritos sobre arquitectura incluyen descripciones detalladas y dibujos de armaduras de madera, fundamentalmente de para puentes, similares a las que se usan en la actualidad. El cálculo de armaduras isostáticas (estáticamente determinadas) es un problema estructural sencillo y todos los elementos para su solución se tenían en el siglo XVI, es sorprendente que antes del siglo XIX no se hubiera hecho algún intento hacia el diseño “científico” de elementos de armadura. Para lograr esto fue
decisiva la construcción de los ferrocarriles que comenzó en el año 1821. Toda la teoría de diseño de armaduras fue completamente terminada entre 1830 y 1860. Los primeros ferrocarriles que se construyeron en Europa Occidental se hicieron en áreas densamente pobladas, los puentes puentes a construir debían tener un carácter carácter permanente, por lo que arcos de piedra y vigas o arcos de hierro colado fueron las soluciones idóneas. Para el caso de Estados Unidos y Rusia, la escasa densidad de población y las grandes distancias obligaron a buscar, inicialmente, una solución más económica y durante los primeros años se usó mucho la armadura de madera. Las armaduras de Howe, conocidas aún por ese nombre, eran iguales a las de Palladio, excepto en que se empleaba hierro para los tensores. Después de 1840, los puentes del mismo tipo fueron construidos de hierro forjado, y el costo del material impuso los métodos científicos de diseño. El primer análisis “científico” de armadura fue realizado en 1847 por Squire Whipple, un
constructor de puentes norteamericano de la ciudad de Utica, N.Y. En 1850 D. J. Jourawski, constructor un ingeniero ferroviario ruso, creo el método de solución de los nudos, por el cual se obtienen los esfuerzos en los miembros considerando las condiciones de equilibrio de cada nudo a la vez; sin embargo esto no se conoció en Occidente hasta que el ingeniero ferroviario alemán Kart Culmann, profesor del Politécnico de Zurich, lo publicó independientemente unos años después en 1866. En 1862 el ingeniero alemán A. Ritter, planteó otro método analítico: el método de las secciones secciones.. Ritter cortó la armadura a lo largo de una línea imaginaria y sustiutyó las fuerzas internas por fuerzas externas equivalentes. Haciendo sumatoria de momento en puntos convenientes (puntos de Ritter) pueden obtenerse todas las fuerzas internas. Clerk Maxwell, profesor de Física y Astronomía del Kinas Collage, en Londres, publicó en 1864 la conocida solución gráfica del diagrama de esfuerzos recíprocos, una de las más notables contribuciones a la teoría de estructuras, la cual fue hecha por un científico que no tenía vínculo alguno con las PÁGINA 4
estructuras, sino que es conocido por su teoría del electromagnetismo. Este profesor de Física también sentó las bases para un método de análisis de estructuras estáticamente indeterminadas: indeterminada s: método de las fuerzas, la flexibilidad o Maxwell-Mohr. Los tres métodos para el análisis de armaduras fueron desarrollado desarrolladoss en un período menor de veinte años, después de diseñarse empíricamente armaduras durante siglos. Esto demuestra, una vez más, que la necesidad es la madre de la inventiva. Todos estos métodos de cálculo suponen que los miembros de las armaduras se unen por articulaciones y en realidad las primeras armadurass así se unieron. Por ejemplo, la armadura patentada por el inglés James Warren armadura en 1848 eran miembros de hierro colado que trabajaban a compresión o tensión con agujeros para los pasadores incorporados en la fundición: una clásica articulación.
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MARCO TEORICO CONOCIMIENTOS CONOCIMIENT OS PREVIOS. Fuerza Se denomina fuerza a cada una de las acciones mecánicas mecáni cas que se producen entre los cuerpos. Una fuerza se caracteriza por:
• Su punto de aplicación sobre el cuerpo • Su dirección o línea de acción • Su sentido, que puede ser en cualquiera de los dos opuestos que define la línea de acción • Su magnitud que indica la intensidad de la misma.
Las fuerzas que pueden actuar sobre un cuerpo se clasifican en fuerzas de volumen y fuerzas de superficie.
Compresión. Las deformaciones provocadas por la compresión son de sentido contrario a las producidas por tracción, hay un acortartamiento en la dirección de la aplicación de la carga y un ensanchamiento perpendicular a esta dirección, esto debido a que la cantidad de masa del cuerpo no varía. Las solicitaciones normales son aquellas fuerzas que actúan de forma perpendicular perpend icular a la sección; por lo tanto, la compresión compresión es una solicitación normal normal a la sección ya que en las estructuras de compresión dominante la forma de la estructura coincide con el camino de las cargas hacia los apoyos, de esta forma, las solicitaciones actúan de forma perpendicular provocando que las secciones tienden a acercarse y apretarse.
Tracción o tensión
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Se define la tensión como el cociente entre la fuerza aplicada y la superficie sobre la cual se aplica.Las tensiones en los puntos interiores de un cuerpo son debidas a las fuerzas internas que aparecen para compensar las fuerzas externas y mantener la cohesión del sólido.En el análisis general de una pieza deformable, se define la tensión en un punto P asociada a un plano p determinado que pasa por dicho punto como el vector, siendo DF la resultante de las fuerzas internas sobre una pequeña área DA, definida en los alrededores de P y contenida en el plano p.
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ESTRUCTURA Las estructuras, son elementos constructivos cuya misión fundamental es la de soportar un conjunto de cargas y de ello se considera lo siguiente:
Compuesta por miembros unidos entre sí en sus extremos. Miembros dispuestos en forma de triángulo o combinación de triángulos. Unión de los miembros en punto común de intersección denominado nodo. Tres tipos de miembros: miembros de la cuerda superior, cuerda inferior y del alma (diagonales y montantes)
La estabilidad de una estructura, es la que garantiza que entendida en su conjunto como un sólido rígido cumpla las condiciones de la estática, al ser solicitada por las acciones exteriores que pueden actuar sobre ella. La resistencia, es la que obliga a que no se superen las tensiones admisibles del material y a que no se produzca rotura en ninguna sección. La deformación limitada, implica el que se mantenga acotada (dentro de unos límites) la deformación que van a producir las cargas al actuar sobre la estructura. Estos límites van marcados por la utilización util ización de la estructura, razones constructivas y otras.
TIPOS DE ARMADURA
La mayoría de los tipos ti pos de armaduras usadas en la estructuración de cubiertas, puentes, han sido llamadas así por el apellido o nombre de quien las diseñó por primera vez, por ejemplo, la armadura tipo Howe, fue patentada en 1840 por William Howe. A continuación se describen algunos de los tipos de armaduras más usadas en la ingeniería. PÁGINA 7
Armadura Long
Este tipo de armadura debe su nombre a Stephen H. Long (1784-1864), y tiene su origen hacia 1835. Los cordones superior e inferior horizontales se unen mediante montantes verticales todos ellos arriostrados por diagonales dobles, usados para aumentar la rigidez de la estructura y su capacidad de resistir cargas laterales, tales como los movimientos sísmicos y la presión de los vientos huracanados. huracanados.
Armadura Howe
La armadura Howe, fue patentada en 1840 por William Howe, aunque ya había sido usada con anterioridad. Se usó mucho en el diseño de celosías de madera, está compuesta por montantes verticales entre el cordón superior e inferior. Las diagonales se unen en sus extremos donde coincide un montante con el cordón sup erior o inferior (formando Λ's). Con esa disposición las diagonales están sometidas a compresión, mientras que los montantes trabajan a tracción.Este tipo de armadura no constituye un buen diseño si toda la celosía es del mismo material. Históricamente se usó mucho en la construcción de los primeros puentes de ferrocarr ferrocarril. il. Con la disposición Howe se lograba que los elementos verticales que eran metálicos y más cortos estuvieran traccionados, mientras que las diagonales más largas estaban comprimidas, lo cual era económico puesto que los elementos metálicos eran más caros y con la disposición Howe se minimizaba su longitud.
Armadura Pratt
Originalmente fue diseñada por Thomas y Caleb Pratt en 1844, representa la adaptación de las armaduras al uso más generalizado de un nuevo material de construcción de la época: PÁGINA 8
el acero. A diferencia de una armadura Howe, aquí las barras están inclinadas en sentido contrario (ahora forman V's), de manera que las diagonales están sometidas a tracción mientras que las barras verticales están comprimidas. Eso representa ventajas si toda la armadura es de acero, ya que los elementos traccionados no presentan problemas de pandeo aunque sean largos mientras que los sometidos a compresión si pueden presentar pandeo, lo que obliga a hacerlos de mayor espesor. Puesto que el efecto del pandeo es proporcional a la longitud de las barras interesa que los elementos más cortos sean los que sufren la compresión. La armadura Pratt puede presentar variaciones, normalmente consistentes en barras suplementarias que van desde las diagonales hasta el cordón superior, dichas barras son usadas para reducir la longitud efectiva de pandeo.
Armadura Warren
La armadura Warren, fue patentada por los ingleses James Warren y Wil lboughby Monzoni en 1848. El rasgo característico de este tipo de armaduras es que forman una serie de triángulos isósceles (o equiláteros), de manera que todas las diagonales tienen la misma longitud. Típicamente en una celosía de este tipo y con cargas aplicadas verticales en sus nudos superiores, las diagonales presentan alternativamente compresión y tracción. Esto, que es desfavorable desde el punto de vista resistente, presenta en cambio una ventaja constructiva. Si las cargas son variables sobre la parte superior de la celosía (como por ejemplo en una pasarela) las armaduras presentan resistencia similar para diversas configuraciones configurac iones de carga.
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Armadura Vierendeel
La armadura Vierendeel, en honor al ingeniero belga A. Vierendeel, tiene como características caracter ísticas principales las uniones obligatoriamente rígidas y la ausencia de diagonales inclinadas. De esta manera, en una armadura Vierendeel, no aparecen formas triangulares como en la mayoría de armaduras, sino una serie de marcos rectangulares. Se trata por tanto de una armadura empleada en edificación por el aprovechamiento de sus aperturas.
Tipos de armaduras para puentes
Las formas típicas de armaduras para puentes con claros simples serían las armaduras de Pratt, Howe y Warren se usan normalmente para claros de 55 m y de 61 de longitud.
Para claros más grandes se usa una armadura con cuerda superior poligonal, como la armadura Parker que permite algo de ahorro en material. También están las armaduras subdivididas estas se usan cuando los claros mayores de 91 m y cuando se quiere ahorrar algo de material la armadura K cumple los mismos propósitos.
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PUENTES
El término puente, se utiliza para describir a las estructuras viales, con trazado por encima de la superficie, que permiten vencer obstáculos naturales como ríos, quebradas, hondonadas, hondonada s, canales, entrantes de mar, estrechos de mar, lagos, l agos, etc. Por su parte, p arte, el término viaducto, está generalmente reservado para el caso en que esas estructuras viales se construyan por necesidades urbanas o industriales (como los pasos elevados dentro de las ciudades o de los complejos industriales), o para evitar el cruce con otras vías de comunicación comunicac ión (como los intercambiad intercambiadores ores de tránsito en las autopistas) además el viaducto se compone de gran número de vanos sucesivos. Una pasarela, es una obra reservada a los peatones o dispuesta dispuesta para para soportar soportar canalizaciones. canalizaciones. Un pontón, pontón, es un puente puente de dimensiones pequeñass (del orden de 3 a 10 metros). pequeña metros). Partes de un Puente: Los puentes constan fundamentalmente de dos partes: la superestructura y la infraestructura
Superestructura: Es la parte del puente en donde actúa la carga móvil, y está constituida por: 1. Tablero 2. Vigas longitudinales y transversa transversales les 3. Aceras y pasamanos 4. Capa de rodadura 5. Otras instalaciones Infraestructura o subestructura : Es la parte del puente que se encarga de transmitir las solicitaciones al suelo de cimentación, y está constituida por: 1. Estribos 2. Pilas
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Tipos de puente:
Puentes de arco
Estos puentes utilizan como principal componente estructural el arco. El número de arcos que se necesitan varía dependiendo de qué tipo de carga y fuerzas de estrés deben soportar. Ejemplos de puente de arco son “Puente Viejo” en Mostar, Bosnia y
Herzegovina y el puente de la puerta del infierno, en Nueva York.
Puentes viga
Tipo muy básico de los puentes que se apoya en varias vigas de varias formas y tamaños. Los puentes vigas pueden estar inclinados o en forma de V. Ejemplo de puente viga es el puente del lago Pontchartrain Causeway, en el sur de Luisiana.
Puentes de armadura
Una armadura es un marco triangulada de elementos que actúan principalmente en tensión y compresión. Las vigas Truss eran comunes en la construcción de puentes de acero antes de soldadura.
Puentes cantiléver o voladizos
Estos puentes son similares en apariencia a los puentes de arco, pero apoyan su carga en brazos diagonales y no verticales. Un ejemplo de puente voladizo es el puente Queensboro en la ciudad de Nueva York.
Puentes colgantes
Puentes que utilizan cuerdas o cables de la liga vertical para soportar el peso de la cubierta del puente y el tráfico. Ejemplo de puente colgante es el puente Golden Gate en San Francisco.
Puentes atirantados
Puente que utiliza cables de cubierta que están conectados directamente a una o más columnas verticales. Los cables se conectan normalmente a las columnas de dos maneras: diseño en arpa (cada cable está unido a los diferentes puntos de la columna) y diseño en ventilador (todos los cables cables se conectan a un punto punto en la parte superior de la columna). Los puentes pueden ser fijos o móviles y tener varios usos: El tráfico de coches El paso de peatones PÁGINA 12
El paso de trenes El paso de tuberías El paso de agua (viaductos) La construcción de un puente no es tarea sencilla. En ocasiones la utilización de los tipos de andamios tradicionales no es posible y es necesario pensar en otro tipo de soportes para llevar a cabo la obra. Fallas en un puente:
Fallo debido a corrosión, corrosión, Fatiga de los materiales, Viento, Diseño estructural inadecuado, inadecuado, Terremotos, Procedimiento inadecuado de construcción, construcción, Sobrecarga o impacto de embarcaciones, Materiales defectuosos.
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MATERIALES
Madera balsa de sección transversal de 15 mm x 15 mm ( aprox 7m ) Triplei 60cm x 10cm Clavos pequeños Regla Goma Wincha Marcadores Arco de cierra Martillo
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PROCEDIMIENTO 1. Medimos y cortamos 4 trozoz de 42 42 cm que serán serán las vigas horizontales, 15 trozos de 7 cm (5 vigas horizontales y 10 vigas verticales) , 12 trozos de 10 cm aprox que serán las vigas diagonales y un pedazo de tripley de 10 cm x 42 cm.
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2. Clavando con clavos de 20 mm juntamos los trozos de madera y formamos la estructura.
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Con ayuda de la goma unimos los trozos trozos que van en las diagonales de de los cuadrados formados .
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4. Finalmente se pinta.
Conclusiones
La resistencia del elemento sea el caso de la l a armadura de madera, el diseño transmite las fuerzas internas a través de las barras unidas de forma triangular .Ello nos asegura la rigidez de la estructura formada y que las deformaciones sean menores y producidas por los incrementos de longitud de cada una de las barras sometida a fuerza axial. La dirección de las diagonales, tiene cierta importancia, ya que de ésta depende el tipo de esfuerzo a que se encuentra sometida la pieza.
El equilibrio de los nudos, se obtiene por los elementos mecánicos, fuerzas en tensión y compresión que se desarrolla en cada una de las barras que constituyen a la estructura de la armadura.
La Celosía Pratt las diagonales trabajan a la tracción y las montantes trabajan a la compresión. Donde las diagonales convergen hacia el centro
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