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• Emerson Rodriguez Rodriguez

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          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       

 

                          DOCENTE: ING. OVIDIO SERRANO ZELADA                                                1                                                               

             

 

       SAP2000 

             

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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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