informe puente breña

Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Diversidad

Huancayo – Perú

- 2012-

CÁTEDRA : ANALISIS ESTRUCTURAL II

CATEDRÁTICO : ING. RONALD SANTANA TAPIA

ALUMNO : PEREZ MEDINA, WILTER

SEMESTRE : VIII

MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO HIDROLOGIA GENERAL

ANALISIS ESTRUCTURAL II

2

MODELAMIENTO DEL PUENTE BREÑA – HUANCAYO (Usando el programa diseñado por el Dr. Scaletti y verificado en el Sap2000 V15)

CARACTERÍSTICAS DEL PUENTE

El análisis se hará en una sola parrilla (análisis plano) por ser una estructura

simétrica e isostática del sistema reticulado mostrado en la siguiente figura,

CORTE TRANSVERSAL LOSA

CORTE TRANVERSAL VEREDA

Longitud Total puente = 60.20m

Ancho del carril (2 carril) = 8.60m Ancho de calzada = 7.28m

Altura puente = 5.71m

Ancho vereda = 0.56m



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VISTA LATERAL (Longitudinal):

DETALLE DE LAS SECCIONES

Se usara el módulo de elasticidad para los perfiles de acero de E=2.1x10E7

PERFIL W (Montantes)

E=2.1x10^7 tn/m2

Radio giro = 0.0955 m

Ix = 1.864*10^-4 m4

Ag = 0.0132 m2

PERFIL TUBO (para las diagonales o arriostres)

E=2.1x10^7 tn/m2


Ix = 1.113*10^-4 m4

Ag = 0.0184 m2



4

PERFIL DOBLE T (PARA LA BRIDA INFERIOR)

E=2.1x10^7 tn/m2


Ix = 8.55*10^-4 m4

Ag = 0.0296 m2

PERFIL DOBLE T (PARA LA BRIDA SUPERIOR)

E=2.1x10^7 tn/m2


Ix = 1.898*10^-4 m4

Ag = 0.0208 m2

CORRECION DEL PERFIL DOBLE T (PARA LA BRIDA SUPERIOR)

E=2.1x10^7 tn/m2


Ix = 4.186*10^-4 m4

Ag = 0.0248 m2



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Vista en 3d de toda la estructura

Orientacion De Los Perfiles

ENUMERACION DE LAS BARRAS

ENUMERACION DE LOS NUDOS



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METRADO DE CARGAS

Podremos tener en cuenta del manual de diseño de puentes lo siguiente:

El manual de diseño de puentes mantiene las ideas básicas de las especificaciones

AASHTO. La sobrecarga especificada en dicho manual corresponde a la

denominada AASHTO HL-93.

I. Cargas Permanentes (Muerta): peso propio de la estructura, peso de la

superficie, veredas, etc.

II. Cargas Variables: Aquellas donde se observa variaciones frecuentes y

significativas, en éstas se encuentra los pesos de los vehículos, personas, también

las fuerzas de frenado y aceleración, variaciones de temperatura, etc

III. Cargas Excepcionales: Aquellas donde la probabilidad de ocurrencia es muy

baja como por ejemplo debido a las colisiones, explosiones, incendio, etc.

1. CARGA MUERTA O PERMANENTE:

El metrado de cargas se hara para un solo carril con las siguientes características:

Concreto armado f´c = 280 Kg/cm2,

Peso Específico = 2500 Kg/m3

Asfalto Peso Específico 2200 Kg/m3

1. Peso de la Losa : 7.28*0.25*2.5/2 = 2.275 t/m

2. Peso de las Veredas: : 0.25*0.56*2.5/2+0.15*0.56*2.5 = 0.385 t/m

3. Peso del asfalto : 7.28*0.05*2.2 = 0.801 t/m

4. TOTAL = 3.461 t/m



7

2. CARGA VARIABLE

Ancho de vía: 7.28 m

N de Vías : 2 vías

Ancho de vereda : 0.56 m

Sobre carga distribuida: 0.97 t/m

Camión de diseño y/o tándem de diseño ( el más desfavorable)

Sobrecarga en veredas: 0.201 t/m

Camión de diseño: 3.57tn eje delantero y 14.78 en el eje intermedio y final.



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Carga equivalente.

La carga distribuida equivalente está unida a un eje transversal de cargas concentradas con el propósito de modelar el efecto de un congestionamiento vehicular sobre el puente. Mediante el eje transversal de carga concentrado se modela la existencia de algún vehículo de mayor carga en algún lugar del tren de vehículos congestionados

Sobrecarga de diseño (HL-93) W = 0.97 t/m

Carga viva en veredas = 0.56*0.36 = 0.201 t/m

La carga variable será la suma de la carga equivalente con la carga viva en veredas

CARGA VARIABLE = 1.171 t/n



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FACTORES DE CARGA Y COMBINACIONES

a. Ductilidad: nd = 0.95 (tracción y compresión)

b. Redundancia: nr = 1.05 (para un sistema isostático)

c. Importancia Operacional ni =0.95 (puentes esenciales)

n = 0.95x1.05x0.95 = 0.95

Consideraciones De Carga

RESISTENCIA I.- combinación básica de carga relacionada con el uso vehicular

normal, sin considerar el viento.

u = n(1.25DC+1.5DW+1.75(LL+IM)+1FR+TG*TTG)…………(1)

DC: carga muerta de componentes estructurales y no estructurales

DW: carga muerta de la superficie de rodadura y dispositivos auxiliares

IM: carga de impacto

LL: carga viva vehicular

FR: fricción

TG: gradiente de temperatura



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CARGA DISTRIBUIDA PARA EL ANALISIS De la ecuación 1 Obtenemos: La carga de impacto es 33% de LL pero no incluiremos en el cálculo por lo expuesto anteriormente en “sobrecarga distribuida”.

W = 0.95(1.25*2.66+1.5*0.801+1.75*1.171)

W = 6.247 t/m



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CARGA CONCENTRADA EN LOS NUDOS

INSERTANDO DATOS AL PROGRAMA DEL DR. SCALETTI

Datos Relativos a los Nudos

Coordenadas apoyos

Fuerzas

Concentradas

n X Y x y Fx Fy

(m) (m) (t) (t)

1 0.000 0.000 x x -13.431

2 4.300 0.000 -26.862

3 8.600 0.000 -26.862

4 12.900 0.000 -26.862

5 17.200 0.000 -26.862

6 21.500 0.000 -26.862

7 25.800 0.000 -26.862

8 30.100 0.000 -26.862

9 34.400 0.000 -26.862

10 38.700 0.000 -26.862

11 43.000 0.000 -26.862

12 47.300 0.000 -26.862

13 51.600 0.000 -26.862

14 55.900 0.000 -26.862

15 60.200 0.000 X -13.431

16 4.300 5.710



12

17 12.900 5.710

18 21.500 5.710

19 30.100 5.710

20 38.700 5.710

21 47.300 5.710

22 55.900 5.710

Características de las Secciones

etiqueta E A

(t/m

2 ) (m

2 )

TT 2.10E+07 0.0208

tt 2.10E+07 0.0296

I 2.10E+07 0.0132

O 2.10E+07 0.0184

Desplazamientos de los Nudos

n u v

(m) (m)

1 0.000E+00 0.000E+00

2 9.096E-04 -3.442E-02

3 1.819E-03 -6.559E-02

4 4.128E-03 -9.352E-02

5 6.437E-03 -1.161E-01

6 9.586E-03 -1.330E-01

7 1.273E-02 -1.434E-01

8 1.616E-02 -1.469E-01

9 1.959E-02 -1.434E-01

10 2.274E-02 -1.330E-01

11 2.589E-02 -1.161E-01

12 2.820E-02 -9.352E-02

13 3.051E-02 -6.559E-02



13

14 3.142E-02 -3.442E-02

15 3.233E-02 0.000E+00

16 3.825E-02 -3.387E-02

17 3.352E-02 -9.297E-02

18 2.563E-02 -1.325E-01

19 1.616E-02 -1.463E-01

20 6.695E-03 -1.325E-01

21 -1.195E-03 -9.297E-02

22 -5.929E-03 -3.387E-02

FUERZA AXIAL PARA LAS COMPONENTES MAS SOLICITADAS

Las barras superiores estarán a compresión.

Las barras que soportan mayor esfuerzo son 10 -11

Fuerzas Axiales en los Elementos

e i j sección Ni

(t)

20 18 10 TT -460.876

21 19 11 TT -460.876



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CONSTATANDO LOS RESULTADOS USANDO SAP2000 V15



15

Diagrama de fuerzas axiales

ANALISIS DE LOS ELEMENTOS SOMETIDOS A FUERZAS AXIALES

DIAGONAL (Arriostre tubular) barras 14-1y 27-1

Relación de Esbeltez

(17.148/0.0778) = 91.88 70 ≤ 91.88 ≤ 200

Factor de longitud efectiva K = 1 La fuerza axial para este caso será: F = 218.58 tn COMPRESION Aplicando la ecuación de Euler para elementos esbeltos Radio Giro=0.0778m Ag = 0.0184 m2 ASTM A992 Fy=50Ksi

√



16

√

( )

Fcr = 19306.38 tn

Pu = Fcr = 0.85x17767,19x0.0208 = 301.952 tn ≥ 218.58 tn cumple la condición

MONTANTE (perfil I) barras 30-1 y 32-1

F = 26.86 tn TRACCION cumple la condición

BRIDA INFERIOR (perfil doble T) barras 7-1 y 35-1

F = 492.61 tn TRACCION cumple la condición

BRIDA SUPERIOR (perfil doble T) barras 10-1 y 11-1

Relación de esbeltez

(18.6/0.0955) = 90.10 70 ≤ 90.10 ≤ 200



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La fuerza axial para este caso será: F = 482.5 tn COMPRESION Aplicando la ecuación de Euler para elementos esbeltos Radio Giro=0.0955m Ag = 0.0208 m2 ASTM A992 Fy=50Ksi

√

√

( )

Fcr = 17767,19tn

Pu = Fcr = 0.85x17767,19x0.0208 = 350tn ≤ 482.5 tn No cumple la condición CUADRO DE DESPLAZAMIENTOS OBTENIDOS CON EL PROGRAMA DEL Dr. SCALETTI Y EL SAP2000


n u v

(m) (m)

1 0.000E+00 0.000E+00

2 9.096E-04 -3.442E-02

3 1.819E-03 -6.559E-02

4 4.128E-03 -9.352E-02

5 6.437E-03 -1.161E-01

6 9.586E-03 -1.330E-01

7 1.273E-02 -1.434E-01

8 1.616E-02 -1.469E-01

9 1.959E-02 -1.434E-01

10 2.274E-02 -1.330E-01

11 2.589E-02 -1.161E-01

12 2.820E-02 -9.352E-02

13 3.051E-02 -6.559E-02

14 3.142E-02 -3.442E-02



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15 3.233E-02 0.000E+00

16 3.825E-02 -3.387E-02

17 3.352E-02 -9.297E-02

18 2.563E-02 -1.325E-01

19 1.616E-02 -1.463E-01

20 6.695E-03 -1.325E-01

21 -1.195E-03 -9.297E-02

22 -5.929E-03 -3.387E-02

TABLE: Joint Displacements

Joint OutputCase CaseType U1 U2 U3

Text Text Text m m m

1 DEAD LinStatic 0 0 0

2 DEAD LinStatic 0.00181 0 -0.065576

3 DEAD LinStatic 0.006402 0 -0.116057

4 DEAD LinStatic 0.012661 0 -0.143327

5 DEAD LinStatic 0.019477 0 -0.143327

6 DEAD LinStatic 0.025737 0 -0.116057

7 DEAD LinStatic 0.030328 0 -0.065576

8 DEAD LinStatic 0.032138 0 0

9 DEAD LinStatic 0.03824 0 -0.033859

10 DEAD LinStatic 0.033487 0 -0.092935

11 DEAD LinStatic 0.025569 0 -0.132438

12 DEAD LinStatic 0.016069 0 -0.146282

13 DEAD LinStatic 0.006569 0 -0.132438

14 DEAD LinStatic -0.001349 0 -0.092935

15 DEAD LinStatic -0.006101 0 -0.033859

16 DEAD LinStatic 0.00091 0 -0.034412

17 DEAD LinStatic 0.004109 0 -0.093488

18 DEAD LinStatic 0.009534 0 -0.132992

19 DEAD LinStatic 0.016069 0 -0.146856

20 DEAD LinStatic 0.022605 0 -0.132992

21 DEAD LinStatic 0.028029 0 -0.093488

22 DEAD LinStatic 0.031229 0 -0.034412

CONCLUSION Vemos que la diferencia se encuentra a partir del 4 decimal, por ende podríamos asumir que son iguales



19

ELECCION DE NUEVO PERALTE PARA MEJORAR LA RESISTENCIA A LA COMPRESION Al momento de modelar se podrá corregir la brida superior con perfiles que tengan más peralte, por ende al aumentar la sección también aumentara la resistencia de

diseño a compresión Pr = FcrAg para soportar la fuerza actuante

En nuevo peralte para mi sección doble T tiene 10 cm más en comparación con el perfil anterior, con la cual haciendo los cálculos necesarios cumple con las especificaciones del AISC - LRFD. INSERTANDO LOS DATOS AL PROGRAMA DEL Dr, SCALETTI

etiqueta E A

(t/m

2 ) (m

2 )

TT 2.10E+07 0.0248

tt 2.10E+07 0.0296

I 2.10E+07 0.0132

O 2.10E+07 0.0184


n u v

(m) (m)

1 0.000E+00 0.000E+00

2 9.096E-04 -3.176E-02

3 1.819E-03 -6.027E-02

4 4.128E-03 -8.611E-02

5 6.437E-03 -1.066E-01

6 9.586E-03 -1.224E-01

7 1.273E-02 -1.316E-01

8 1.616E-02 -1.356E-01



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Fuerzas Axiales en los elementos más solicitados

Fuerzas Axiales en los Elementos

e i j sección Ni

(t)

20 18 19 TT -485.494

21 19 20 TT -485.494

Comprobando con el programa sap2000 v15

La nueva fuerza axial será: F = 485.49 tn COMPRESION Radio de giro = 0,1299 m Ag = 0.0248

√

√



21

( )

Fcr = 26014.882 tn/m2

Pu = Fcr = 0.85x17767,19x0.0248 = 548.4tn ≥ 485.49 tn Cumple la condición




19 DEAD LinStatic 0.016163 0 -0.1354

RESUMEN DE LOS DEZPLAZAMIENTOS VERTICALES NUDO CENTRAL

Desplazamientos en el centro

SCALETTI -0.1356

SAP2000 V15 -0.1354

CUADRO DE FUERZAS AXIALES PARA LOS ELEMENTOS MÁS AFECTADO Para las barras 10 y 11

Fuerza axial en Compresión

SCALETTI 485.494

SAP2000 V15 482.50

En las páginas anteriores ya se demostró la capacidad de carga de los perfiles

sometidos a compresión

También se halló la relación de esbeltez para cada uno de los perfiles usados

Pu = Fcr = 0.85x17767,19x0.0248 = 548.4tn ≥ 485.49 tn OK Relación de esbeltez

(18.6/0.0955) = 90.10 OK 70 ≤ 90.10 ≤ 200

Los elementos en tracción no deberán superar 15000tn/m2(Ag)

Para una tracción encontrada (1044 tn ≥ 450 Tn) OK



22

ARMADURA ARTICULADA CON CARGA DISTRIBUIDA A LO LARGO DEL EJE Obtenemos los mismos resultados

W= 6.247




19 DEAD LinStatic 0.016163 0 -0.1354

CON NUDOS RIGIDOS EN ARTICULACIONES Y CON CARGA DISTRIBUIDA

W= 6.247



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Cuadro de máximos desplazamientos en el centro del puente.




19 DEAD LinStatic 0.010001 0 -0.083515



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NUDOS RIGIDOS EN ARTICULACIONES Y CON CARGAS PUNTUALES

Diagrama De Fuerzas Axiales

Desplazamiento Máximo En El Centro De Luz




19 DEAD LinStatic 0.010001 0 -0.083515



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RESUMEN

- En las páginas anteriores ya se demostró la capacidad de carga de los perfiles

sometidos a compresión y tracción.

PERFIL DISEÑO (Tn) ACTUANTE (Tn)

TUBO 301.952 218.58 (compresión)

PERFIL W 463.98 26.86 (tracción)

PERFIL 2T (brida superior) 548.4 485.49 (compresión)

PERFIL 2T (brida inferior) 1040.44 492 (tracción)

- También se halló la relación de esbeltez para cada uno de los perfiles usados

Relación de esbeltez de todos los perfiles cumple

Como ejemplo la brida más esbelta (18.6/0.0955) = 90.10 70 ≤ 90.10 ≤ 200 OK

- Los desplazamientos máximos deben ser menores que 60.2/500 = 0.124 m

TIPO DE ANALISIS Desplazamiento vertical (m)

Tipo armadura articulada con carga puntual -0.135

Tipo armadura articulada con carga distribuida -0.135

Tipo armadura con nudos rígidos y carga puntual -0.083515

Tipo armadura con nudos rígidos y carga distribuida -0.083515

CONCLUSIONES

1. Por proceso constructivo el puente no es un sistema articulado perfecto es por eso

que la deflexión en el centro excede la recomendación anterior.

2. El incremento del peralte de la brida superior en 10 cm mejoró el comportamiento de

la estructura frente a las fuerzas de compresión, debido a eso la resistencia de

díseño es mayor que la actuante.

3. Los datos obtenidos del programa del Dr. Scaletti y corroborados por el SAP varían a

partir del cuarto decimal ( Scaletti 0.1349 – SAP2000 0.135) por lo que considero una

diferencia despreciable.



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