bridge design practice - structural modeling and analysis

7/23/2019 Bridge Design Practice - Structural Modeling and Analysis

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COMPUTACIN APLICADA AL ANLISIS ESTRUCTURAL BRIDGEDESIGN PRACTICE

CAPTULO 4

ANLISIS Y MODELADO ESTRUCTURAL

Introduccin PUENTESEn las vas de transito es indispensable salvar obstculos,depresiones, ros y otros que impiden el transito normal devehculos personas entre otros. Para este trabajo se disean ycalculan diferentes tipos de obras como pontones, alcantarillas ypuentes, que distan en diseo forma y uso.

En la construccin de una carretera o de una va frrea sepresentan ciertos obstculos que han de ser salvados por una

estructura se!ura y econmica denominado puente, el cual debesoportar el trnsito de vehculos o de otro tipo sobre el cruce.

Estas deben disearse estticamente, de modo que armonicen yenrique"can la belle"a de sus alrededores. #os obstculos puedenser variados y presentan condiciones que obli!an a usar diferentestipos de estructura.

El ms fuerte obstculo lo constituyen las corrientes de a!ua queatraviesan el tra"ado de una va, en donde se necesita unaestructura tal, que la abertura que ella deja sea su$ciente para

permitir el cruce del a!ua en una crecida, sin que afecte la propiaestructura ni sobrepase la altura de la rasante obstruyendo lacirculacin por la va.

E%isten varios aspectos para determinar el tipo de puente, losprocesos de construccin y los aspectos !enerales para la elecciny diseo de un puente.

&e de$ne a un puente como cualquier estructura que tiene unaabertura no menor a '.()m *++&-/ y que forma parte de unacarretera o est ubicada sobre o debajo de una carretera.

#os puentes son estructuras en madera, concreto, acero ocualquier otro tipo de material que se utili"a para salvar vacos,ros etc. #os puentes pueden tener diferentes lon!itudes y usos.

D!"#rro$$o E"tructur#$ ELEMENTOS DE UN PUENTE

%RANCISCO %ABIN ALEMN GARCA 1


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#os componentes principales de la estructura de un puente sondos principalmente0

&uperestructura&ubestructura

SUPERESTRUCTURA&on los componentes estructurales del puente que constituyen eltramo hori"ontal, en la si!uiente seccin se ampliara con mayordetalle las superestructuras que se encuentran en los diferentestipos de puentes.



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SUBESTRUCTURA&on los componentes estructurales del puente que soportan el

tramo hori"ontal, los componentes ms importantes son0PilaresEstribos1undaciones

TIPOS DE PUENTES#os puentes se pueden clasi$car de muchas formas, nin!una deestas clasi$caciones son mutuamente e%cluyentes, todas parecencontener partes de una u otra clasi$cacin0

(. Por el servicio que prestan0 +cueductos, viaductos, peatonales.2. Por el material de la superestructura0 3adera, concretoarmado, concreto presfor"ado, acero, concreto4acero.

5. Por el tipo estructural0 #osa, losa4vi!a, cajn, aporticados, arco,atirantado, col!ante.

6. &e!7n el tipo de apoyo0 8sostticos, hiperestticos.9. Por el proceso constructivo0 :aciados en sitio, compuestos,

prefabricados, dovelas.'. Por su tra"o !eomtrico0 ;ecto, oblicuo, curvo


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temporal. uenciadas por las prediccionesdel tr$co y los recursos disponibles.


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CONSTRUCTIBILIDAD

#os puentes se deberan disear de manera tal que su fabricaciny su construccin se puedan reali"ar sin di$cultades ni esfuer"osindebidos y que las tensiones residuales incorporadas durante laconstruccin estn dentro los lmites tolerables, tambin se debenconsiderar las condiciones climticas e hidrulicas que pudieranafectar la construccin del puente.

%ACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA#os parmetros de componentes de car!a en puentes y variosconjuntos de factores de car!a.

#os valores recomendables de factores de car!a le corresponden an @ 2. Para simplicidad del diseador, un factor es especi$cadopara componentes prefabricados y vaciados in situ, = (.29. Parael peso de asfalto y utilidades, A@ (.9). Para la car!a viva yel impacto, el valor de factor de car!a correspondiente a n @ 2 esA @ (.'). &in embar!o, un valor ms conservador de A @ (.=9es utili"ado en las Especi$caciones #;1


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pudo haber sido provista, si bien poco uniforme, por disposicionesms simples.

Por consi!uiente, no es de sorprenderse el encontrarse que lasEspeci$caciones #;1< requieren consideracin e%plcita de laductilidad, la redundancia, y la importancia operacional mientraslas Especi$caciones del Estndar no ha!an.


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MODELACIN ESTRUCTURAL+ntes de la construccin de cualquier sistema estructural, sedeben emplear amplios criterios de in!eniera y procesos deanlisis.


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de documentos de construccin de calidad incluyendo planos,especi$caciones, y estimaciones.

El propsito de este captulo es presentar principios bsicos demodelacin y su!erir al!unas pautas y consideraciones quedeberan ser tomadas durante el proceso de modelacinestructural. +dicionalmente, se provee de al!unos ejemplos departiculari"aciones numricas de estructuras de puente y suscomponentes. El per$l de este captulo si!ue el proceso bsico demodelacin. Primero, es discutida la seleccin de la metodolo!ade modelacin, se!uida por una descripcin de la !eometraestructural, descripcin del material, propiedades de la seccin delos componentes que forman la estructura, la descripcin de lascondiciones de borde y las car!as actuando sobre la estructura.

MODELOEl acercamiento tcnico tomado del in!eniero debe basarse enuna $losofa de proveer un anlisis prctico en ayuda al diseo. &edebe colocar importancia si!ni$cativa en los procedimientos deanlisis por todo el equipo de diseo. -odo el modelado analtico,anlisis, y la interpretacin de resultados deben basarse en unjuicio sensato de in!eniera y una comprensin slida de losprincipios fundamentales de in!eniera. 1inalmente, el anlisisdebe validar el diseo.

3uchos factores contribuyen a la determinacin de los parmetrosde modelado. Estos factores deberan re>ejar temas como lacomplejidad de la estructura bajo investi!acin, tipos de car!asiendo e%aminados, y, sobre todo, la informacin requerida a serobtenida del anlisis. Esta seccin presenta los principios bsicos ylas consideraciones para el modelado estructural. -ambin proveeejemplos de opciones de modelado para los diversos tipos deestructuras de puentes.

?n tpico dia!rama de >ujo del proceso de anlisis. El

acercamiento tcnico hacia la modelacin computacional se basausualmente en una pro!resin l!ica. El primer paso en lo!rar unmodelo computacional con$able es de$nir un conjunto correcto depropiedades del material y del suelo, basado en informacinpublicada e investi!aciones in situ. En se!undo lu!ar, loscomponentes crticos son ensamblados y probadosnumricamente donde la validacin del funcionamiento de estoscomponentes es considerada importante para la respuesta !lobaldel modelado. &oluciones de la forma cerrada o datos de pruebadisponibles sirven para estas validaciones.



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El si!uiente paso es la creacin y la e%perimentacin numrica desubsistemas como por ejemplo las torres de puentes, elementos

de la superestructura, o elementos barra individuales. tra ve",como en el paso anterior, procedimientos simples son usados enparalelo para validar modelos computacionales. Por 7ltimo, unmodelo completo del puente consistente en el ensamblado desubsistemas del puente y probarlos. Este modelo !lobal $naldebera incluir representacin apropiada de secuencia deconstruccin, suelo y condiciones de borde de la fundacin,comportamiento de componentes estructurales, y detalles decone%in.

LNEAS DE IN%LUENCIAEn la mayor parte de las estructuras las car!as e%terioresactuantes tienen un 7nico punto de aplicacin $jo. &in embar!ohay otros casos donde el punto de aplicacin de dicha car!a variaa lo lar!o de la estructura por ejemplo un puente recorrido por unvehculo, en estos casos los esfuer"os y deformaciones dependende la posicin que ocupa la car!a, y en particular el valor m%imode cada uno de ellos se produce en cierta posicin, en principiodesconocida, de la car!a. +l ser las car!as mviles requiere unanlisis ms complejo que el caso de car!as $jas, y para ello seutili"an las lneas de in>uencia.

DISTRIBUCIN DE CARGASBuando se reali"a el diseo de un puente de un componente aotro, cambiara la car!a dominante y la combinacin de car!asfactoradas dominante. Por ejemplo, vehculos permitidos,factori"ados y combinados para un estado lmite, pueden controlarel diseo a >e%in en una posicin de la vi!a. #a car!a vivavehicular de diseo estndar, factori"ada y combinada para unestado limite diferente, puede controlar el diseo del esfuer"o decorte en otra posicin de la vi!a. tras car!as, como eventos

ssmicos, pueden controlar el diseo de las columnas y lasfundaciones.

&obre un puente se aplican diferentes tipos de car!a, tales car!aspueden ser dividas en dos cate!oras, car!as permanentes ycar!as transitorias. #as car!as permanentes se quedan por unperiodo e%tenso normalmente por toda la vida de servicio delpuente, tales car!as incluyen el peso propio de los componentesestructurales y accesorios no estructurales. #as car!as transitoriascomo su nombre lo indica cambian con el tiempo y pueden ser



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aplicadas desde varias direcciones yDo ubicaciones, estas sonaltamente variables, las car!as transitorias incluyen a las car!aspor !ravedad las cuales son debidas a los vehculos, ferrocarriles y

tr$co peatonal, tambin son consideradas las car!as lateralesdebidos a los ros, vientos, tmpanos de hielo, colisin deembarcaciones y sismos.

BIBLIOGRA%IA

PAGINAS (EB http0DDCCC.dot.ca.!ovDhqDescDtechpubsDmanualDbrid!emanualsDbri

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