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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 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         

 

                                        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.   

  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:   

 

                                                    DOCENTE: ING. OVIDIO SERRANO ZELADA                                                14                                                                             

 

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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.   

 

                                          DOCENTE: ING. OVIDIO SERRANO ZELADA                                                15                                                                             

 

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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.   

 

                                                        DOCENTE: ING. OVIDIO SERRANO ZELADA                                                17                                                                             

 

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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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Puente losa