UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURA CENTRO DE PRODUCCION FICSA
Análisis Estructural de un Puente Losa y Calcular su Deformación por la Sobrecarga Vehicular. Consideraciones Geométricas Longitud : 10.50m Número de vías : 2 Ancho de calzada : 8.00m Ancho de veredas : 0.80m Espesor de la Superficie de Rodadura : 0.05m Barandas metálicas Especificaciones de diseño AASHTO – LRFD Características de los Materiales Concreto f’c = 280 Kg/cm2 2 E = 284420 Kg/cm 3 γ = 2500 Kg/m Acero de refuerzo 2 fy = 4200 Kg/cm 2 E = 2000000 Kg/cm Asfalto γ = 2200 Kg/cm2
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Solución.‐ Paso 1 [Definir Unidades]: Ejecute el programa SAP2000. Seleccione las unidades iniciales en las que desea trabajar. Esta opción se encuentra en la parte inferior derecha de la pantalla principal de SAP2000, como se muestra a continuación.
Paso 2 [Selección del modelo]: Del menú principal (parte superior), abriendo la opción de File seleccione New Model. Esta acción lo llevará a la ventana de New Model que se muestra a continuación.
Seleccione la plantilla Bridge Wizard. Esto lo conducirá a la siguiente ventana o pantalla: DOCENTE: ING. OVIDIO SERRANO ZELADA 2
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En la ventana Bridge Wizard mostrada aparecerá un listado de comandos los cuales no todos serán utilizados en la idealización del puente. Seleccione el comando Layout Lines y luego presione el botón Define/Show Layout Line con lo que aparecerá la ventana Define Bridge Layout Line, se presionará el botón Add New Line en esta ventana:
En la nueva ventana se configurará las coordenadas de la estación inicial, que para este ejemplo son (X,Y,Z) = (0,0,0), la estación inicial (INITIAL STATION), la orientación angular de los ejes de apoyo del puente (INITIAL BEARING), el porcentaje de inclinación horizontal del eje del puente (INITIAL GRADE IN PERCENT) y la ubicación de la estación final (END STATION). Todos estos valores DOCENTE: ING. OVIDIO SERRANO ZELADA 3
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referidos a un sistema de coordenadas globales predefinidos por el programa y a las unidades de trabajo anteriormente indicadas. La ventana quedará como se muestra a continuación:
Después de aceptar los datos ingresados presione el botón Ok . Seleccionamos el comando Deck Sections y presionamos el botón Define/Show Deck Sections, aparecerá la ventana Define Bridge Deck Sections, se presionará el botón Add New section.
Aparecerá la ventana Select Deck Section Type en donde se mostrarán nueve secciones transversales típicas que posee la base de datos del programa, agrupadas en vigas de sección cajón de concreto (CONCRETE BOX GIRDERS), otras secciones de concreto (OTHER CONCRETE SECTIONS), y secciones de concreto y acero (STEEL AND CONCRETE SECTIONS). Para este ejemplo se seleccionará la sección FLAT SLAB. DOCENTE: ING. OVIDIO SERRANO ZELADA 4
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Se presentará la ventana Define Bridge Section Data – Concrete Flat Slab, en la cual se colocarán los datos geométricos como se muestra en la siguiente ventana:
Aceptando los datos ingresados, se seleccionará el comando ABUTMENTS, con lo que aparecerá la ventana Define Bridge Abutments, se presionará el botón Add New Bridge Abutments y se mostrará la ventana Bridge Abutment Data en donde se definirá los apoyos del puente, un apoyo restringido de desplazamiento FIJO y otro con libertad para girar y desplazarse DOCENTE: ING. OVIDIO SERRANO ZELADA 5
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longitudinalmente MOVIL, además se indicará que se coloquen estos apoyos en la línea de referencia LOYOUT LINE, así como se muestra en la ventana siguiente:
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Posteriormente se definirá el objeto puente en la ventana Define Bridge Object, después de haber seleccionado el comando Bridge Objects y presionando el botón Define/Show Bridge Objects.
Al presionar el botón Add New Bridge Object aparecerá le ventana Bridge Object aparecerá la ventana Bridge Object data la que mostrará la estación inicial y final de la estructura idealizada. En los botones de la parte inferior presionaremos Modify/Show Abutments para indicarle al programa que un apoyo es del tipo móvil como se muestra en la siguiente ventana:
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Después de haber agregado los datos en el Bridge Object, presionar el botón Update Linked Model, para actualizar todos los datos ingresados y definir el tipo de elemento con el que será representada la estructura, seleccionaremos Update As Area Object Model y definiremos que los elementos Area tengan una longitud mínima de 1.00m como se puede observar el la siguiente ventana:
Posteriormente, seleccionaremos el comando LANES y presionaremos el botón Define/Show Lanes para agregar un nuevo carril (lane) al modelo:
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Para definir el carril por donde circulará la sobrecarga vehicular, se tiene que el ancho de calzada es de 8.00m que corresponde a dos carriles, considerando que la distancia desde el inicio de la calzada al eje una línea de ruedas del camión de diseño es de 0.30m de acuerdo a las especificaciones AASHTO para el diseño de puentes carreteros, se tiene que la distancia del eje longitudinal del puente (por donde pasa el Layout Line) al eje de cada carril será de 1.85m, las ventanas que definen los carriles deberán quedar como se muestra a continuación:
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A continuación seleccionando el comando Vehicles, se presiona el botón Define/Show Vehicles, con lo que aparecerá la ventana Define vehicles. Presionando el botón Add Vehicles para agregar un vehículo estándar de la base de datos del programa; aparecerá la ventana Standard Vehicle Data. En el campo Vehicle Type se seleccionará de la lista desplegable la sobrecarga HL93M; se colocará el valor de 33 que corresponde a la amplificación dinámica (DYNAMIC ALLOWANCE) de acuerdo a las especificaciones AASHTO LRFD, como se aprecia en la siguiente ventana:
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De la misma manera se agregará el subsistema HL93K y su respectiva amplificación dinámica.
Seguidamente se seleccionará el comando Vehicle Classes y se presionará el botón Define/Show Classes, aparecerá la ventana Define Vehicle Classes, se presionará el botón Add New Class y aparecerá la ventana Vehicle Class Data en donde se agregará los vehículos previamente definidos en el paso anterior, se modificará la etiqueta de la clase y se aceptarán todos los datos ingresados.
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A continuación se definirán las cargas y los casos de carga. Después de presionar el botón Define/Show Loads aparecerá la ventana Define Loads, se agregará los casos de carga Asfalto y Peatonal. Posteriormente, presionando el botón Define/Show Analysis Cases se verifica los casos de análisis generados por el programa, como se muestra en la ventana siguiente:
En la ventana Analysis Cases presionamos el botón Add New Case y en la siguiente ventana en el campo Analysis Case Type desplegamos la lista y ubicamos MOVING LOAD para definir la carga móvil, definimos el nombre de Move1 al caso de análisis y agregaos en LOADS APPLIED la clase de vehículo definido previamente, modificamos el factor de escala de múltiple presencia vehicular de acuerdo a AASHTO – LRFD y presionamos el botón OK. DOCENTE: ING. OVIDIO SERRANO ZELADA 12
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Finalmente, después de aceptar todos los ingresos, aparecerá el botón Define/Show Response Data en donde se seleccionará la respuesta que será entregada por el programa.
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Después de grabar el modelo colocándole un nombre en un directorio específico, la idealización se verá como aparece en la ventana siguiente:
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Se procederá a colocar el peso del asfalto, las barandas y la sobrecarga peatonal. Para colocar el peso del asfalto tendremos que dividir los elementos Área de la losa para lo cual dibujaremos una línea (Frame) sobre el eje del puente en el mismo plano de la losa (coincidente con el layout line). Esta barra tendrá una sección transversal definida como NONE. Después de dibujar esta línea la replicaremos con un incremento dy=4, para luego volver a replicarla con un incremento dy=‐4, de esta manera definimos los extremos de la calzada.
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Posteriormente se selecciona el comando View y Set2D View, en la ventana que aparecerá, se escoge X‐Y Plane y se escribe en el campo Z el valor ‐0.28, con lo que el programa mostrará la vista en planta a una elevación de ‐0.28 a nivel de la losa. Se seleccionará los elementos Área y las líneas, posteriormente en el comando Edit escogemos el comando Edit Areas y luego Divide Áreas con lo que aparecerá la ventana Divide Selected Areas, se seleccionará la opción Divide Areas Using Cookie Base don Selected Straight Line objects como se muestra en la ventana siguiente:
Después de presionar el botón Ok , los objetos Area habrán sido divididos a nivel de las líneas. DOCENTE: ING. OVIDIO SERRANO ZELADA 16
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A continuación se seleccionan lso elementos Area que corresponden a la calzada, se selecciona el comando Assign, Area y automatic Area Mesh, para que el programa haga una subdivisión interna de los elementos.
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Luego se selecciona los mismos elementos de la calzada, se selecciona el comando Assign, Area Loads Y Uniform (Shell). En la siguiente ventana se escogerá en Load Case Name el caso de carga Asfalto y en Load se colocará el producto de 2.2*0.05 que corresponde al peso específico del asfalto multiplicado por su espesor como carga por unidad de área.
Se seleccionarán las líneas que se utilizaron para dividir las Areas y se eliminarán. DOCENTE: ING. OVIDIO SERRANO ZELADA 18
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De igual manera se colocarán líneas sobre los extremos de las veredas. Se definirá la sección transversal de un elemento Frame como se aprecia en la siguiente ventana:
Se selecciona el comando Assign, Frame y Automatic Frame Mesh para que el programa haga una subdivisión interna de los elementos. Luego se seleccionan los mismos elementos Frame se selecciona el comando Assign, Frame Loads y Distributed para agregarle como carga uniformemente distribuida el peso de las barandas y la sobrecarga peatonal.
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Del análisis tenemos que la deformada en cualquier punto del puente losa debido a cualquier estado de carga vehicular y seleccionando el comando Display, Show Bridge Forces/Stresses se puede obtener el Diagrama de Momentos de toda la sección del puente para cualquier caso de análisis definido.
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