Modelo de puente

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERIA CIVIL DISEÑO DE PUENTES

Tema: Optimización del Puente Rio Grande, Analizado en el Programa CSiBridge15 Nombres: Zambrano Salazar Luis Leonardo Semestre: Décimo “A” Docente: Ing. Miguel Mora Fecha de entrega: 11 de Julio del 2016 Período: Abril - Septiembre 2016 ÍNDICE 1. DATOS DE MODELACION…………………………………………….……...…………..1 2. PROCESO DE MODELACION ………………………………………………...………….4

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

3. VISTA DEL MODELADO…………………………………………………………...……17 4. ANÁLISIS DEL PUENTE …………………………………………………..………..…...18 5. RESULTADOS DEL ANALISIS 5.1. MOMENTOS 3-3 (M3) CM + CMA + CV………………………………..……….….22 5.2. CORTANTES 2-2 (V2) CM + CMA + CV………………………………...………….23 5.3. REACCIONES ESTRIBOS…………………………………………………...……….24 5.4. DEFORMACION COLORIMETRICA……………………………………………….25 5.5. DESPLAZAMIENTOS………………………………………………………………..26 6. DISEÑO DEL PUENTE………..………………………………………………...….…….27 7. OPTIMIZACIÓN…...………………………………………………………..……..……...35 8. RESULTADOS FINALES CON OPTIMIZACIÓN 8.1. MOMENTOS 3-3 (M3) CM + CMA + CV………………………………..……….….45 8.2. CORTANTES 2-2 (V2) CM + CMA + CV………………………………...………….47 8.3. REACCIONES ESTRIBOS…………………………………………………...……….50 8.4. DEFORMACION COLORIMETRICA……………………………………………….51 8.5. DESPLAZAMIENTOS………………………………………………………………..52 9. CONCLUSIONES…………………………………………………………………………53


1. DATOS DE MODELACION

PUENTE MIXTO

CARACTERISTICAS GEOMETRICAS SUPERESTRUCTURA: ESTRUCTURA PRINCIPAL Tipo de Estructura

PUENTE MIXTO

Longitud Total del Puente

60.00 m

Ancho Total

23.90 m

Ancho de Calzada

20.60 m

Número de Carriles

4

Espesor del Tablero

0.2 m

Espesor Capa de Rodadura (Asfalto) Lado Izquierdo

0.07 m

Lado Derecho

0.20 m

Placa de Apoyo

0.07 m

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES 280 kg/cm 2

Hormigón para Losa

f`c =

Acero Elementos Principales

ASTM A572 Grado 50

Acero Elementos Secundarios

ASTM A36

Peso Específico de Hormigón

γ=

2410 kg/m 3

Peso Específico de Asfalto

γ=

2300 kg/m 3

CAMION DE DISEÑO Camión HL-93M Camión HL-93K

1


2


3


2. PROCESO DE MODELACIÓN. 1. Definir unidades del programa. Unidades de modelación y análisis

2. Crear un nuevo diseño. New Model

Kg-m

Blank

3. Crear línea de diseño.

4


4. Definir características de los materiales. Hormigón 280kg/cm2

Acero

5


Acero ASTM A572 Grado 50 para Elementos Principales.

Acero ASTM A36 para Elementos Secundarios.

5. Definir las Secciones.

Viga I

Angulo

6. Definir el Tablero, elemento de la Superestructura. 6


7. Definir Diafragmas, elemento de la Superestructura.

8. Definir los Apoyos.

7


Apoyo Fijo

Apoyo Móvil

9. Definir Estribo.

10. Definir los Vehículos. 8


Nota: Para puente de un solo tramo los vehículos de diseño son camión y tándem.

Tándem

Camión

11. Definir el Convoy.

12. Crear el objeto Puente. 9


13. Colocar diafragmas.

14. Asignar los apoyos y corregir elevación de z. -

Elevation at Layout Line (Global Z) = Losa + t2 + D + e. patin inferior Elevation at Layout Line (Global Z) = 0.2 + 0.075 + 2.4 + 0.045 = 2.72 m Elevation (Global Z) = Losa + t2 + D + e. patin inferior + Capa Neopreno Elevation at Layout Line (Global Z) = 0.2 + 0.075 + 2.4 + 0.045 + 0.07 = 2.79 m

10


15. Creación de riostras (rigidizadores horizontales). Z = -2.675

11


16. Definir Cargas.

17. Definir Valores de cargas. Calculo de Cargas Carga Puntual  Postes

Volumen de Poste=( 0.9∗0.25∗0.25 )−2∗Volumen de Baranda Volumen de Poste=0.05625−(2∗0.20∗0.20∗0.25) Volumen de Poste=0.05625−0.02

Volumen de Poste=0.03625 m3 12


p=( 0.03625m3 )∗2400 kg/m3 p=87 kg Carga Lineal  Baranda

Volumen de Baranda=0.20∗0.20∗1.0 Volumen de Baranda=0.04 m3 p=( 0.04 m3 )∗2∗2400 kg/m3 p=192 kg /m Carga Área  Acera 3

p=0.4 m∗2400 kg /m p=96 0 kg/m

2



Asfalto carril izquierdo

p=0.07 m∗2300 kg/m3 p=161 kg /m2 

Asfalto carril derecho

p=0.20 m∗2300 kg/m p=460 kg/m

3

2



Parterre 3

p=0.4 m∗2400 kg /m p=96 0 kg/m2

13


Carga Puntual

Carga Lineal

14


Carga Área

15


18. Asignar cargas

16


3. VISTA DEL MODELO.

Figura 1.- Vista Tridimensional.

17


Figura 2.- Vista en Planta.

Figura 3.- Sección Transversal. 4. ANÁLISIS DEL PUENTE 1. Definir Lanes (Carriles).

18


Carril 1

Carril 2

Carril 3

Carril 4

19


2. Definir la Carga Móvil.

20


3. Definir combinaciones de carga.

Combinación 1: Carga Muerta más Carga Muerta Adicional.

Combinación 2: Carga Muerta más Carga Muerta Adicional más Carga Viva.

21


Combinación 3: Carga Viva.

4. Correr análisis. Nota: El caso de Modal no debe correr

22


5.

RESULTADOS DEL ANALISIS Nota: Los resultados obtenidos son con la combinación de carga más crítica (Carga Muerta + Carga Muerta Adicional + Carga Viva). 5.1. RESULTADOS MOMENTO 3-3 (M3) CM + CMA + CV RESULTADOS MOMENTOS (Ton-m) M3 (CM + CMA + CV) VIGA EXTERIOR IZQUIERDA

M3 (CM + CMA + CV) VIGA EXTERIOR DERECHA

M3 (CM + CMA + CV) VIGA INTERIOR 1

M3 (CM + CMA + CV) PUENTE COMPLETO

23


5.2. RESULTADOS CORTANTE 2-2 (V2) CM + CMA + CV RESULTADOS CORTANTE (Ton-m) V2 (CM + CMA + CV) VIGA EXTERIOR IZQUIERDA

V2 (CM + CMA + CV) VIGA EXTERIOR DERECHA

V2 (CM + CMA + CV) VIGA INTERIOR 1

V2 (CM + CMA + CV) PUENTE COMPLETO

24


5.3. REACCIONES ESTRIBOS (Ton-m) Estribo Inicial

1220

1221

1222

1223

1224

1225

1226

1227

Estribo Final

1243

1242

1241

1240

1239

1238

1237

1236

25


5.4. DEFORMACIÓN COLORIMÉTRICA UZ (mm) DEFORMACION (CM + CMA + CV)

26


5.5. DESPLAZAMIENTOS (mm)

Figura 10.- Referencia Numérica – Tablero1.

27


6. DISEÑO DEL PUENTE (Ton-m) 1. Crear combinaciones de diseño y activar combinaciones de los estados límites. Resistencia I, combinación básica de carga que representa el uso vehicular normal del puente, sin viento. Servicio II, combinación de carga cuya intención es controlar la fluencia de las estructuras de acero y el resbalamiento que provoca la sobrecarga vehicular en las conexiones de resbalamiento crítico.

Combinaciones de carga que corresponden a los estados límites Resistencia I1

Resistencia I2

28


Servicio II1

Envolventes

2. Crear dos combinaciones propias (Compuesta y No Compuesta).

29


3. Definir preferencias del código.

4. Crear requerimientos de diseño.

30


5. Correr el modelo para diseño.

El programa genera un mensaje de error el cual nos indica que la viga I de acero no satisface los límites proporcionados por AASHTO LRFD 6.10.2.1 31


6.10.2.1 Proporciones del Alma de la viga Las almas se deberán dimensionar de manera que:

D = Altura del alma tw = Espesor del alma

D ≤ 150 tw tw= tw=

D 150

2400 mm 150

tw=16 mm NOTA: Se rectifica el espesor del alma de la viga

32


6. Análisis del resultado del Diseño (Demanda/Capacidad) NOTA: Realizado el cambio de sección, el modelo ya pasa el diseño Momento Positivo (Resistencia) Todas las vigas

33


 Tengo un desempeño máximo de 82.45% en la viga exterior derecha. El diseño optimo es aquel que tiene una Demanda/Capacidad entre 0.3 a 0.8. Momento Positivo (Servicio) Todas las vigas

34


 Tengo un desempeño máximo de 100.81% en la viga exterior derecha, lo que significa que debo realizar un reforzamiento de la sección. El diseño optimo es aquel que tiene una Demanda/Capacidad entre 0.3 a 0.8. Cortante (Resistencia) Todas las vigas

35


 Tengo un desempeño máximo de 169.34% en la viga exterior derecha, lo que significa que debo realizar un reforzamiento de la sección. El diseño optimo es aquel que tiene una Demanda/Capacidad entre 0.3 a 0.8. 7. OPTIMIZACIÓN Una forma de optimizar puede ser modificar los anchos de los patines dependiendo del requerimiento, o variar los espesores de los patines. Él diseño debe ser factible de realizar su construcción. 1. Modificar secciones de la Viga para cumplir con (Demanda/Capacidad). Patín Superior

36


Patín Inferior

Alma

37


Copiar las Dimensiones en todas las vigas

2. Realizar un Recalculo 38


3. Crear un nuevo archivo.

Nota: Se debe volver a correr el modelo.

4. Resultados con secciones Optimizadas. 39


MOMENTO POSITIVO (RESISTENCIA) Viga Interior 1

Viga Interior 2

Viga Interior 3

Viga Interior 4 40


Viga Interior 5

Viga Interior 6

Viga Exterior Derecha

41


Viga Exterior Izquierda

CORTANTE (RESISTENCIA) Viga Interior 1

Viga Interior 2

Viga Interior 3 42


Viga Interior 4

Viga Interior 5

Viga Interior 6


43



MOMENTO POSITIVO (SERVICIO) Viga Interior 1

Viga Interior 2 44


Viga Interior 3

Viga Interior 4

Viga Interior 5

Viga Interior 6 45




8.

RESULTADOS FINALES CON LA OPTIMIZACIÓN 46


Nota: Los resultados obtenidos son con la combinación de carga más crítica (Carga Muerta + Carga Muerta Adicional + Carga Viva). 8.1. RESULTADOS MOMENTO 3-3 (M3) CM + CMA + CV RESULTADOS MOMENTOS (Ton-m) M3 (CM + CMA + CV) VIGA EXTERIOR IZQUIERDA

M3 (CM + CMA + CV) VIGA EXTERIOR DERECHA



M3 (CM + CMA + CV) VIGA INTERIOR 3 47





M3 (CM + CMA + CV) PUENTE COMPLETO

48


8.2. RESULTADOS CORTANTE 2-2 (V2) CM + CMA + CV RESULTADOS CORTANTE (Ton-m) V2 (CM + CMA + CV) VIGA EXTERIOR IZQUIERDA

V2 (CM + CMA + CV) VIGA EXTERIOR DERECHA

V2 (CM + CMA + CV) VIGA INTERIOR 1 49





V2 (CM + CMA + CV) VIGA INTERIOR 5 50



V2 (CM + CMA + CV) PUENTE COMPLETO

8.3. REACCIONES ESTRIBOS (Ton-m) 51


Estribo Inicial

2

3

35

36

55

56

57

58

Estribo Final

123

106

88

71

70

69

68

67

52


8.4. DEFORMACIÓN COLORIMÉTRICA UZ (mm) DEFORMACION (CM + CMA + CV)

/ 53


8.5. DESPLAZAMIENTOS (mm)

Figura 10.- Referencia Numérica – Tablero1.

54


9. CONCLUSIONES  Se determinó que para que el Puente cumpla con todos los requerimientos de la AASHTO, así como para que pueda soportar las solicitaciones a las que va a trabajar las secciones óptimas de vigas I son las siguientes.

 Se determinó dar un espesor uniforme a los patines de las vigas, ya que si se le da un espesor variable no sería factible al momento de su construcción.  Optimizar es modificar las secciones así como incluir nuevos elementos, pero siempre se debe tener en cuenta que sea factible la construcción.

55

Modelo de puente

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