informe puente breña

Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Diversidad

CÁTEDRA 

:

ANALISIS ESTRUCTURAL II

CATEDRÁTICO

:

ING. RONALD SANTANA TAPIA

 ALUMNO

:

PEREZ MEDINA, WILTER

SEMESTRE

:

VIII

Huancayo – Perú

ANALISIS ESTRUCTURAL II HIDROLOGIA

MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

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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ANALISIS ESTRUCTURAL II HIDROLOGIA

MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

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 Radio giro = 0.0778 m Ix = 1.113*10^-4 m4 Ag = 0.0184 m2

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MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

PERFIL DOBLE T (PARA LA BRIDA INFERIOR) E=2.1x10^7 tn/m2 Radio giro = 0.1644 m Ix = 8.55*10^-4 m4 Ag = 0.0296 m2

PERFIL DOBLE T (PARA LA BRIDA SUPERIOR) E=2.1x10^7 tn/m2 Radio giro = 0.0955 m 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 Radio giro = 0.1299 m Ix = 4.186*10^-4 m4 Ag = 0.0248 m2

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MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

Vista en 3d de toda la estructura

Orientacion De Los Perfiles

ENUMERACION DE LAS BARRAS

ENUMERACION DE LOS NUDOS

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MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

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. 2. 3. 4.

Peso de la Losa : 7.28*0.25*2.5/2 Peso de las Veredas: : 0.25*0.56*2.5/2+0.15*0.56*2.5 Peso del asfalto : 7.28*0.05*2.2 TOTAL

6

= 2.275 t/m  = 0.385 t/m  = 0.801 t/m  = 3.461 t/m 

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MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

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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MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

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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MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

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.   .25DC+1.5DW+1.75(LL+IM)+1FR+  TG *T TG   )…………(1) u = n (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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MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

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 Fuerzas Coordenadas apoyos Concentradas

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

X (m) 0.000 4.300 8.600 12.900 17.200 21.500 25.800 30.100 34.400 38.700 43.000 47.300 51.600 55.900 60.200 4.300

Y (m) 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 5.710

x

y

x x

X

11

Fx (t)

Fy (t) -13.431 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -26.862 -13.431

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MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

17 18 19 20 21 22

12.900 21.500 30.100 38.700 47.300 55.900

5.710 5.710 5.710 5.710 5.710 5.710

Características de las Secciones etiqueta TT tt I O

E

A

(t/m2 )

(m2 )

2.10E+07 2.10E+07 2.10E+07 2.10E+07

0.0208 0.0296 0.0132 0.0184

Desplazamientos de los Nudos n

u (m)

v (m)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

0.000E+00 9.096E-04 1.819E-03 4.128E-03 6.437E-03 9.586E-03 1.273E-02 1.616E-02 1.959E-02 2.274E-02 2.589E-02 2.820E-02 3.051E-02

0.000E+00 -3.442E-02 -6.559E-02 -9.352E-02 -1.161E-01 -1.330E-01 -1.434E-01 -1.469E-01 -1.434E-01 -1.330E-01 -1.161E-01 -9.352E-02 -6.559E-02

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MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

14 15 16 17 18 19 20 21 22

3.142E-02 3.233E-02 3.825E-02 3.352E-02 2.563E-02 1.616E-02 6.695E-03 -1.195E-03 -5.929E-03

-3.442E-02 0.000E+00 -3.387E-02 -9.297E-02 -1.325E-01 -1.463E-01 -1.325E-01 -9.297E-02 -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

13

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MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

CONSTATANDO LOS RESULTADOS USANDO SAP2000 V15

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MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

Diagrama de fuerzas axiales

ANALISIS DE LOS ELEMENTOS SOMETIDOS A FUERZAS AXIALES 

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

Relación de Esbeltez  (1 7.148/0.0778) = 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 

√       15

ANALISIS ESTRUCTURAL II HIDROLOGIA

MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

(  )  

  √         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

cumple la condición 

F = 26.86 tn TRACCION  

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

cumple la condición 

F = 492.61 tn TRACCION 



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

Relación de esbeltez  (1 8.6/0.0955) = 90.10  70 ≤ 90.10 ≤ 200 

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MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

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 ≤ 4 82.5 tn 

No cumple la condición 

CUADRO DE DESPLAZAMIENTOS OBTENIDOS CON EL PROGRAMA DEL Dr. SCALETTI Y EL SAP2000 Desplazamientos de los Nudos n

u (m)

v (m)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

0.000E+00 9.096E-04 1.819E-03 4.128E-03 6.437E-03 9.586E-03 1.273E-02 1.616E-02 1.959E-02 2.274E-02 2.589E-02 2.820E-02 3.051E-02 3.142E-02

0.000E+00 -3.442E-02 -6.559E-02 -9.352E-02 -1.161E-01 -1.330E-01 -1.434E-01 -1.469E-01 -1.434E-01 -1.330E-01 -1.161E-01 -9.352E-02 -6.559E-02 -3.442E-02

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MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

15 16 17 18 19 20 21 22

3.233E-02 3.825E-02 3.352E-02 2.563E-02 1.616E-02 6.695E-03 -1.195E-03 -5.929E-03

TABLE: Joint Displacements Joint OutputCase

Text 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Text DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD

CaseType

Text LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic LinStatic

0.000E+00 -3.387E-02 -9.297E-02 -1.325E-01 -1.463E-01 -1.325E-01 -9.297E-02 -3.387E-02

U1

U2

U3

m

m

m

0 0.00181 0.006402 0.012661 0.019477 0.025737 0.030328 0.032138 0.03824 0.033487 0.025569 0.016069 0.006569 -0.001349 -0.006101 0.00091 0.004109 0.009534 0.016069 0.022605 0.028029 0.031229

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 -0.065576 -0.116057 -0.143327 -0.143327 -0.116057 -0.065576 0 -0.033859 -0.092935 -0.132438 -0.146282 -0.132438 -0.092935 -0.033859 -0.034412 -0.093488 -0.132992 -0.146856 -0.132992 -0.093488 -0.034412

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

18

ANALISIS ESTRUCTURAL II HIDROLOGIA

MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

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    g para soportar la fuerza actuante  diseño a compresión Pr =   Fcr A

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 TT tt I O

E

A

(t/m2 )

(m2 )

2.10E+07 2.10E+07 2.10E+07 2.10E+07

0.0248 0.0296 0.0132 0.0184

Desplazamientos de los Nudos n

u (m)

v (m)

1 2 3 4 5 6 7 8

0.000E+00 9.096E-04 1.819E-03 4.128E-03 6.437E-03 9.586E-03 1.273E-02 1.616E-02

0.000E+00 -3.176E-02 -6.027E-02 -8.611E-02 -1.066E-01 -1.224E-01 -1.316E-01 -1.356E-01

19

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MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

Fuerzas Axiales en los elementos más solicitados Fuerzas Axiales en los Elementos e

i

j

sección

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 

 



Ni (t)

√          √     

20

ANALISIS ESTRUCTURAL II HIDROLOGIA

MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

(  )  

Fcr = 26014.882 tn/m2 

Cumple la condición 

Pu =  Fcr = 0.85x17767,19x0.0248 = 548.4tn ≥ 485.49 tn  TABLE: Joint Displacements Joint

Text 19

OutputCase CaseType

Text DEAD

U1

U2

U3

Text

m

m

m

LinStatic

0.016163

0

-0.1354

RESUMEN DE LOS DEZPLAZAMIENTOS VERTICALES NUDO CENTRAL Desplazamientos en el centro -0.1356 -0.1354

SCALETTI SAP2000 V15

CUADRO DE FUERZAS AXIALES PARA LOS ELEMENTOS MÁS AFECTADO Para las barras 10 y 11 Fuerza axial en Compresión 485.494 482.50

SCALETTI SAP2000 V15

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 =  Fc   r = 0.85x17767,19x0.0248 = 548.4tn ≥ 485.49 tn

OK 

Relación de esbeltez  (1 8.6/0.0955) = 90.10 70 ≤ 90.10 ≤ 200 

OK 

Los elementos en tracción no deberán superar 15000tn/m2(Ag) Para una tracción encontrada (1044 tn ≥ 450 Tn)

21

OK

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MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

ARMADURA ARTICULADA CON CARGA DISTRIBUIDA A LO LARGO DEL EJE Obtenemos los mismos resultados W= 6.247

TABLE: Joint Displacements Joint

Text 19

OutputCase CaseType

Text DEAD

U1

U2

U3

Text

m

m

m

LinStatic

0.016163

0

-0.1354

CON NUDOS RIGIDOS EN ARTICULACIONES Y CON CARGA DISTRIBUIDA

W= 6.247

22

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MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

Cuadro de máximos desplazamientos en el centro del puente. TABLE: Joint Displacements Joint OutputCase CaseType

Text 19

Text DEAD

Text LinStatic

23

U1

U2

m 0.010001

m

U3

0

m -0.083515

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MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

NUDOS RIGIDOS EN ARTICULACIONES Y CON CARGAS PUNTUALES

Diagrama De Fuerzas Axiales

Desplazamiento Máximo En El Centro De Luz TABLE: Joint Displacements Joint

Text 19

OutputCase CaseType

Text DEAD

U1

U2

U3

Text

m

m

m

LinStatic

0.010001

24

0

-0.083515

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MODELAMIENTO DEL PTE. BREÑA - HUANCAYO GENERAL

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 (1  8.6/0.0955) = 90.10  70 ≤ 90.10 ≤ 200 

-

OK 

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

TIPO DE ANALISIS Tipo armadura articulada con carga puntual Tipo armadura articulada con carga distribuida Tipo armadura con nudos rígidos y carga puntual Tipo armadura con nudos rígidos y carga distribuida

Desplazamiento vertical (m) -0.135 -0.135 -0.083515 -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.

25

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