Índice general 1. INTRODUCC INTRODUCCIÓN IÓN
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2. ROTULA ROTULA 2.1. ¿Qué es Rotul Rotula? a? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. ¿Como ¿Como aparece aparece la Rotula? Rotula? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. Ejemplo Ejemplo de Estructuras Estructuras empleando empleando Rotulas Rotulas en Ing. Civil Civil . . . . . . . . . . . . . . .
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Bibliografía
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Ingeniería Civil
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INTRODUCCIÓN
Al ser sometida una estructura de concreto armado a movimientos sísmicos severos, ésta generalmente responde no linealmente. Esto es atribuible a que el concreto armado es un material no homogéneo y su comportamiento es altamente no lineal. El número de variables comprendidas en la respuesta no lineal de estructuras de varios niveles es tan elevado, que estudios anteriores han demostrado la alta dependencia de las respuestas inelásticas a las características propias de cada modelo, y el estado del arte actual hace difícil el poder dar recomendaciones de carácter general. Sin embargo, se pueden obtener valores cualitativos de ciertos factores dentro de un intervalo probable, para su posterior utilización dentro de un procedimiento racional de diseõ. La carga lateral estática de la Norma E − 030 normalmente tiene una distribución triangular que corresponde a las cargas laterales que varían linealmente desde cero en la base a un máximo en la parte superior de la estructura. Los análisis dinámicos no lineales también indican que generalmente no están presentes las rótulas plásticas en todas las vigas en el mismo intervalo de tiempo. El desarrollo de rótulas plásticas tiende a moverse hacia arriba del pórtico, en ondas que abarcan unos cuantos pisos a la vez, pero puede haber instantes, en edificios de baja altura donde todas las vigas tengan rótulas plásticas formadas simultáneamente.
Escuela Profesional de Ingeniería Civil Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga
Ayacucho,Diciembre del 2015.
Ingeniería Civil
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2 2.1
ROTULA
¿Qué es Rotula?
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Es un dispositivo de amortiguación de energía, que permite la rotación de la deformación plástica. Se usa para describir la deformación de una sección en una viga donde se produce la flexión.
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Al ser sometida una estructura de concreto armado a movimientos sísmicos severos, ésta generalmente responde no linealmente. Esto es atribuible a que el concreto armado es un material no homogéneo y su comportamiento es altamente no lineal. Una rótula plástica es un dispositivo de amortiguación de energía, que permite la rotación de la deformación plástica de la conexión de una columna, de manera rígida. En la teoría estructural, la viga de ingeniería o rótula plástica se usa para describir la deformación de una sección en una viga donde se produce la flexión de plástico.
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Con la constitución de esa rótula plástica en el centro de la viga, queda formado un mecanismo con un grado de libertad, al existir -incrementalmente- tres rótulas alineadas. Aquí la estructura se ha transformado en mecanismo y corresponde a la definición de uno de los Estados Límites Ultimos o de Colapso. La carga última o de colapso que será, por tanto: qu
=
qp
Se usa el término rótula plástica para referirse a la sección central en ese estado. La rótula plástica, permite rotaciones relativas a ambos lados de la sección indefinidamente grandes, y tiene asociado un momento flector igual al momento M p. El diagrama momento-curvatura es lineal hasta alcanzar el momento de fluencia M y. A aprtir de allí es no lineal y se hace completamente plástico con el momento de plastificación M p. 3
Los apoyos de las estructuras se pueden idealizar de muchas maneras y lo que diferencia un tipo de apoyo a otro son las restricciones que tienen respecto a la estructuras, restricciones tanto al movimiento lateral, movimiento vertical y a la rotación. Las rotulas en una viga son idealizadas como un apoyo fijo, es decir, restringe el movimiento horizontal y vertical pero permite la rotación; un ejemplo claro son las bisagras de las puertas.
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Son conexiones entre barras que permiten el giro. En ellas no existe momento flector, pero sí pueden transmitir axil y cortante.
2.2 1
¿Como aparece la Rotula?
Incremento de la resistencia que varía segà n el grado de hiperasticidad y la cantidad de rótulas que puede formarse. º
Será un sistema resistente de gran ductilidad. Es importante un adecuado diseõ de la estructura que posibilite una óptima ubicación de las rótulas plásticas. 2
Para entender como aparecen las rótulas podemos utilizar, por ejemplo, una viga doblemente empotrada con una carga uniformemente distribuida según se indica en la imagen, donde se observa que los momentos de los apoyos salen el doble que el máximo del tramo, por lo tanto alcanzaran antes la tensión de falla.
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Contrariamente a lo supuesto,no se produce la fractura de la viga, pues esta sigue resistiendo en virtud el fenómeno de la fluencia,que al provocar un incremento de deformación sin aumento de tensiones nos indica que si se siguen incrementando las cargas, estas ya no podrán ser absorbidas por los apoyo y en consecuencia serán necesariamente tomada por el tramo ya que este se halla menos solicitado, con el consiguiente incremente se su momento flector. Mietras los apoyos se irán plastificando paulatinamente hasta la formación de las rotulas que al permitir el giro libre de la sección transforma los empotramientos en articulaciones plásticas con la consiguiente reducción de sus momentos flectores, convirtiendo el sistema en isostatico. El proceso concluye cuando por el incremento del momento flector en el tramo, también se alcanza allí la tensión de fluencia y se forma la tercera rotula plástica, que transforma al sistema en hipostatico, por lo tanto en ese instante se produce la fractura de la viga.
2.3
Ejemplo de Estructuras empleando Rotulas en Ing. Civil
Los puentes tienen que funcionar sin problemas, ya que apenas hay tiempo para los trabajos de mantenimiento. Si se trata de un puente que se tiene que abrir y cerrar Ingeniería Civil
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constantemente para permitir el tráfico marítimo, como en el caso del puente basculante del puerto de Barcelona.
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LATERCERA Miércoles
“Está a la vista que no se hizo el control y responsabilidad al interior del MOP”.
Nacional
A Ministro de Obras Públicas
Perito indepentiente Elinformede SergioContrerasincluyelosantecedentes querecabaronelIdiemdelaU. deChile,la firmaaustríaca WaagnerBiro (BridgeSystems)ylosdescargosdeAzvi, entreotrosdocumentos.
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PuenteCau-Cau
LA FALLA DEL CAU CAU
N
RíoCau-Cau
r o e g ü . A l H u e a n M
Elinformedel peritoindependiente contratado porelMOP, apuntaresponsabilidades tantodel ministeriocomode la empresaconstructoraAzvi.
15 de julio de 2015
A v . E s p a ñ a
Isla Teja
El puente se levanta hasta los
i a R i v í o C l d a a l V l e - í o C a l R Valdivia l e
83 grados
FALLA 1
PuenteCau-Cau Inicio de obras: octubre 2011 Fecha estipulada de entrega: abril 2014 Inversión inicial: $16 mil millones Cada brazo tiene 45 metros de largo y 700 toneladas de peso Se levantaría en tres minutos y se bajaría en dos
9 0 m e t r o s
Pasarían 4.500 a 5.000 autos al día
FALLA 1 Instalaciónerrada de los brazos
FALLA 2
Endiciembrede2013se instalaron erróneamentelos brazos delpuente Cau-Cau. Segúnel informe, enlugar de desmontar losbrazos yreponerlos correctamente, se optó por ajustarla estructura. Eneste procesose alteróla forma de la segunda capa delviaducto. Existentres capas en laestructuradelpuente
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N
3 2 1 Lasvigas y los travesaños que sostienenlas otras cubiertas. Untablero metálicoque vasoldadoa la base Carpetadesuperficie. La instalaciónde la segunda plataforma se realizópor partes. Es decir, se montancomoun puzzle de piezas de metal.
Vistafrontal
3,5 mde ancho
2 metros de largo
Este armadoprovocóuna modificacióngeométrica debidoa las deformaciones impuestaspor las soldaduras en el proceso de enfriamiento.
Esta soluciónaumentóel pesopropiodel tablero (pavimento)yun desplazamientoen la posición del centrode gravedad de la estructura. “Esto repercute en mayor omenor medida enel sistema de levante”, diceel informe.
Torre de control tiene 54 metros de altura
12 embarcaciones
FALLA 2
deberían pasar al día
Falla de soldadura Paraque operenlos brazos del puente,desdela torre de control se activa unsistema similar a una gatahidráulica.
Elsistema computacionalpermite que el puente suba ybaje permitiendoelpaso delas naves.
Rótula
Lugar de la falla Poruna mala soldadura, se produjouna avería enla zona de uniónentre la rótula que se engancha a la estructura del brazosur y la barra cilíndrica (vástago). Estas dospiezas funcionancomo una jeringa para subir ybajar.
o g a t s á V
Cilindro
Razón de la falla La magnitud de la fuerzay la disminucióndela capacidad resistente de la seccióndañada, sumadoal material usadoy la soldaduramalejecutada, generaron la rotura del cilindro. El materialusadoy la soldadura mal ejecutadageneraronlaroturadel cilindro.
Conclusión Durante la investigaciónno fueposible encontraruna justificacióna la soldadura realizada nial procedimientode controlde este proceso. FUENTE:MOP/ informeconsultor sergiocontreras
Ingeniería Civil
LATERCERA
Informe final apunta a diseño del MOP en falla del puente Cau-Cau R Documento de perito
independiente, al que tuvo acceso La Tercera, apunta también a material usado por Azvi. M. Miranda, V. Mery y M. Bustos
En 114 páginas, el consultor independiente contratado por el Ministerio de Obras Públicas (MOP), Sergio Contreras, elaboró un detallado informe respecto a la falla ocurrida en febrero pasado en el puente Cau-Cau, cuando se rompió uno de los cilindros necesarios para levantar uno de los dos brazos del viaducto basculante. La obra, ubicada en Valdivia y cuyo costo inicial fue de $ 16 mil millones, es la primera de este tipo en el país y pese a que tenía como fecha de entrega el 4 de abril, su puesta en marcha se postergó por, al menos, dos años, a la espera de su reparación cuyo costo aún se desconoce.
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De acuerdo al documento de Contreras, al que tuvo acceso La Tercera, la responsabilidad de las averías presentadas en el proyecto deviene del diseño de ingeniería, elaborado el MOP, y la ejecución de los trabajos, realizados por Azvi Chile, donde se utilizaron materiales (acero) o piezas (rótulas) que no cumplían con la certificación requerida. El informe concluye que el origen de la falla se encuentra en la zona de unión de la rótula -que se engancha a la estructura del brazo sur- y la barra cilíndrica, que permite el levante (ver infografía). Esta rotura habría ocurrido por problemas del material usado y la soldadura mal ejecutada. “El plano de falla muestra una sección con una importante alteración (que revela) una soldadura secundaria mal ejecutada sobre un acero no adecuado para ser soldado (…). Es posible aseverar que fehacientemente la rotura de la unión entre el
vástago y la rótula se produ jo por la ejecución defectuosa e inadecuada de la soldadura”, dice el informe. Agrega que durante la investigación, “no fue posible” encontrar una justificación a esa soldadura. Sobre el diseño, el documento indica que “el sistema oleo hidráulico de levante del puente fue realizado conceptualmente de acuerdo al diseño original entregado por el MOP a los proponentes. Este diseño presenta una solución con falencias en su concepción”. Añade que éste diseño no estaba completo y que el constructor continuó sus trabajos según sus cálculos. El documento también se refiere a la avería de diciembre de 2013, cuando se instalaron erradamente los brazos del puente. “Todas las soluciones adoptadas para ajustar la geometría del tablero, produjeron un aumento en el peso (...) que repercute en mayor o menor medida en el
sistema de levante”. Consultado sobre la responsabilidad del MOP en la falla según el informe, el ministro del ramo, Alberto Undurraga, comentó que “está a la vista que no se hizo el control y responsabilidad al interior del ministerio (...) han renunciado altos directivos en la materia y hay algunos sumarios en curso”. Agregó que el MOP también ejercerá las responsabilidades de Azvi. Para el senador por Los Ríos, Alfonso de Urresti (PS), en tanto, este informe “aclara que el MOP, desde la administración anterior de Loreto Silva, a la del actual del ministro Undurraga, ha sido absolutamente inconsistente en materia de supervisar adecuadamente este proyecto”. Añadió que “el diseño del levante, que en definitiva es el corazón del puente, es algo que no estaba completado en su diseño y eso ha llevado a una absoluta negligencia por parte del ministro”.b
Bibliografía [1] [2] [3] [4] [5] [6]
Mecanica Vectorial para Ingenieros Estatica - Beer . Novena Edición. Resistencia de materiales. Mecánica de materiales. R. A. Serway. Quinta edition, 2002. http://es.scribd.com/doc/76556007/monografia-https://es.scribd.com/doc/271591773/ https://es.scribd.com/doc/97895912/rotulas-jose-angel
https://es.scribd.com/search-documents?query=rotulas http://www.monografias.com/trabajos35/otulas plasticas
Ingeniería Civil
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