UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURA CENTRO DE PRODUCCION FICSA
Análisis Estructural de un Puente Viga‐Losa de Concreto Armado y Calcular su Deformación por la Sobrecarga Vehicular. Consideraciones Geométricas Longitud : 20.00m Número de vías : 2 Ancho de calzada : 8.00m Peso de veredas y barandas : 0.50 Tn/m por lado Espesor de la Superficie de Rodadura : 0.05m Especificaciones de diseño AASHTO – LRFD Características de los Materiales Concreto 2 f’c = 280 Kg/cm E = 284420 Kg/cm2 3 γ = 2500 Kg/m Acero de refuerzo fy = 4200 Kg/cm2 2 E = 2000000 Kg/cm Asfalto γ = 2200 Kg/cm2 Casos de Carga DC : Peso de los componentes estructurales DW : Peso de la superficie de desgaste LL : Sobrecarga Vehicular IM : Amplificación Dinámica
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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.
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Seleccione la plantilla Bridge Wizard. Esto lo conducirá a la siguiente ventana o pantalla:
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 DOCENTE: ING. OVIDIO SERRANO ZELADA 3
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horizontal del eje del puente (INITIAL GRADE IN PERCENT) y la ubicación de la estación final (END STATION). Todos estos valores 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 TEE BEAm. DOCENTE: ING. OVIDIO SERRANO ZELADA 4
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Se presentará la ventana Define Bridge Section Data – Concrete Tee Beam, en la cual se colocarán los datos geométricos como se muestra en la siguiente ventana:
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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 longitudinalmente MOVIL. Se indicará que la ubicación horizontal de los apoyos se encuentra en cada viga. Adicionalmente se le agregará un diafragma vertical entre vigas para rigidizar los extremos del puente, para lo cual se seleccionará la casilla INCLUDE VERTICAL DIAPHRAGM y presionando el botón con la cruz se podrá agregar un nuevo diafragma mediante la ventana BRIDGE DIAPHRAGM PROPERTY indicando el espesor de la viga diafragma exterior como se muestra en la ventana siguiente:
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Como no tenemos apoyos intermedios los comandos COLUMN SUPPORTS Y BENTS serán omitidos para pasar al comando DIAPHRAGMS Y ADD NEW DIAPHRAGM y definir el espesor en los diafragmas intermedios que serán de 0.25m.
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Como el modelo no cuenta con rótulas ni variaciones paramétricas de sus dimensiones los comandos HINGES Y PARAMETRIC VARIATIONS serán omitidoS. 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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Se presiona el botón Modify/Show Diaphragms para agregar los diafragmas intermedios al puente los cuales estarán espaciados a cada 5.00m.
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.
Para visualizar las cargas de los subsistemas HL‐93M y HL‐93K, en la ventana Define Vehicle seleccionamos la carga móvil HL‐93M y presionamos el botón Modify/Show Vehicle y luego Show As General Vehicle mostrando el espaciamiento de las cargas puntuales del camión y sus valores afectados por la amplificación dinámica, así como la carga uniformemente distribuida.
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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:
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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.
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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En el plano XY se dibujarán barras de ayuda para colocar el peso de las veredas y barandas y de esta manera transmitirlas al tablero. Previamente se seleccionará el comando Define y Frame Sections para agregar una nueva sección presionando el botón Add New Property y la sección Rectangular y de esta manera definir una sección de 0.25*0.10m con el valor de cero para el factor de modificación de propiedades de la barra de Set Modifiers. De esta manera la barra solo tendrá la rigidez para transmitir la carga sin que el programa considere su peso propio.
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Se dibujarán las líneas en los extremos laterales del tablero asignándose la sección transversal previamente definida. Se aprovechará la ubicación de estas líneas para definir en la losa el ancho de la calzada que recibirá el asfalto, para lo cual se replicará cada línea a 0.60m hacia la parte interior de la losa. Se seleccionarán las áreas a dividir y las líneas, se seleccionará 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:
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Se eliminarán las líneas que fueron utilizadas para dividir las áreas. Se seleccionarán las áreas correspondientes para aplicar la carga debido al peso del asfalto, 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.
Seleccionando los Frames de las veredas, se selecciona el comando Assign, Frame y Automatic Frame Mesh para que el programa haga una subdivisión interna de los elementos, se escogerá la opción AT INTERMEDIATE JOINTS. 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 veredas y barandas.
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Finalmente presionando la tecla F5 se realizará el análisis del sistema, presentando la deformada debido al peso propio de la estructura.
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Antes o después de realizar el análisis de la estructura se le puede indicar al programa que realice combinaciones de los resultados de los casos de análisis, tal como se muestra en las siguientes ventanas:
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Momento Flector de la Viga Interior, bajo el Estado límite de Resistencia I.
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Momento Flector de la sección completa, bajo el Estado límite de Resistencia I.
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