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“ANÁLISIS ESTRUCTURAL DEL PUENTE ISAIAS GARRIDO”
Durand Porras, Juan Carles [Docente Asesor]
Burlando Mendoza Martin Humberto
Shapiama Mendieta Charles Junior
Morales Flores Jack Watson
Abstract
El principal objetivo de este trabajo es analizar estructuralmente el Puente Isaías Garrido; con el fin de aplicar
nuestros conocimientos de mecánica a una estructura real. El fin último del análisis es determinar las fuerzas
que actúan sobre la estructura metálica y dentro de la misma. Para fines académicos se cambió la forma de la
estructura. Se cambió los tipos de soportes de ser tipos fijos, se cambiaron a tipos pasadores y rodillo
respectivamente.
Palabras claves
A continuación se desarrollara los siguientes temas: momento, fuerza, tensión y compresión.
INTRODUCCIÓN
En el presente informe se va a realizar el análisis estructural del Puente Isaías Garrido, para
el cual se utilizarán el método de los nodos y el método de las secciones, el objetivo de todo
análisis estructural está pensado para el desarrollo, elaboración e instalación, de esta
estructura, de manera que se pueda disminuir el gasto en costos. En nuestro caso se hará el
análisis para determinar las fuerzas que actúan sobre la estructura y dentro de la estructura
(tracción y compresión). Todo con fines netamente académicos y para poder utilizar los
temas estudiados durante el presente semestre.
DESARROLLO DEL TRABAJO DE INVESTIGACION
Marco Referencial
PUENTE ISAIAS GARRIDO
Reseña Histórica
Ubicado en el cauce del Río Chira, entre el eje vial de la Avenida Ramón
Castilla en la margen derecha y la intersección con la vía Pacasmayito en la
margen izquierda de la provincia de Sullana, departamento de Piura.
Conocido como puente "viejo" fue inaugurado el 28 de julio de 1937 y
construido por la misma empresa que hizo la torre EFFIEL de París. Era
presidente del Perú don Oscar R. Benavides Parte de la estructura metálica,
los dos cuerpos del lado izquierdo, se la "llevó" el río en una de sus
espectaculares crecidas siendo reconstruido en 1941 por el gobierno de don
Manuel Prado con un solo cuerpo en forma ovalada, como hoy luce. Es una
obra firme y espectacular de ingeniería civil, por su construcción y estética
acorde al imponente paisaje del valle. Por la altura del puente, es ideal para
la práctica de "puenting", donde el deportista, atado a una cuerda se lanza
desde la parte más alta quedando suspendido casi "besando" el dulce sabor
de las aguas del Chira. Sin embargo, nuestros jóvenes hacen la misma
pirueta lanzándose desde la misma distancia y en perfectos "clavados", sin
ataduras y libres como el viento, se zambullen en el agua, ante los aplausos
y admiración de los espectadores que cada fin de semana se dan cita en el
lugar para disfrutar los encantos de la naturaleza.
MARCO TEÓRICO:
1. ANÁLISIS ESTRUCTURAL:
Un análisis en sentido amplio es la descomposición de un todo en partes
para poder estudiar su estructura, sistemas operativos o funciones
Se denomina estructura a cualquier sistema de cuerpos unidos entre sí que
sea capaz de ejercer, soportar o transmitir esfuerzos.
Las estructuras están formadas por partes interconectadas entre si llamadas
barras, las cuales se diseñan determinando las fuerzas y los pares
(momentos) que actúan sobre ellas. Las barras están unidas en sus
extremos por medio de articulaciones o nudos.
Por lo tanto las barras son elementos sometidos a fuerzas que son iguales y
opuestas y están dirigidas a lo largo de la barra.
2. TIPOS DE APOYO
•TIPO PASADOR
Los soportes tipo pasador son utilizador comúnmente en estructurar
que van a tener cierta libertad de movimiento ya sea por su
funcionalidad o por otro motivo, en el caso del techo de los edificios C
y D, se usan soportes tipo fijo; pero el uso de éste tipo de soporte nos
genera momentos de fuerza, por lo que para fines académicos se
determinó asumir un soporte tipo pasador que sólo genera dos fuerzas.
•TIPO RODILLO
El soporte tipo rodillo es usado comúnmente en estructuras que por
dilatación térmica necesitarán espacio para dilatarse. En el caso del
techo de los edificios C y D se usan soportes tipo fijo; pero el uso de
éste tipo de soporte nos genera momentos de fuerza, por lo que para
fines académicos se determinó asumir un soporte tipo rodillo que sólo
genera una fuerza.
3. MÉTODO DE LOS NODOS
El método de los nudos es un procedimiento para resolver estructuras de
barras articuladas. Se basa en dos etapas:
Planteamiento del equilibrio en cada barra de la estructura. El caso
más normal es cuando las barras son biarticuladas, obteniéndose las
reacciones en los extremos de cada barra en dirección cortante y una
relación entre las reacciones normales en ambos extremos (iguales y
opuestas si la barra no está sometida a cargas externas intermedias):
Planteamiento del equilibrio en cada nudo:
Sea, por ejemplo, A un nudo o articulación de una estructura de ese
tipo, al cual llegan 3 barras y sobre el que hay aplicada una carga
externa P. Por simplicidad, se ha supuesto que las secciones
transversales de todas las barras trabajan a tracción (caso en que no
hay cargas intermedias en las barras). El diagrama de sólido libre
para dicho nudo será el mostrado en la siguiente figura.
4. MÉTODO DE LAS SECCIONES
Este método se basa en el hecho de que si una armadura, tomada como un
conjunto, está en equilibrio, cualquier parte de ella también lo estará.
Entonces, si se toma una porción de la estructura mediante un corte, de tal
manera que no tenga más de tres incógnitas, es posible, mediante las tres
ecuaciones independientes disponibles en el caso de fuerzas coplanares,
determinar las fuerzas en los miembros involucrados en el corte para
obtener la solución respectiva.
CALCULOS DEL PUENTE
Dimensiones totales del puente (5 Tramos)
Largo: 150m, ancho: 4.5m, alto: 5m
Dimensiones de cada tramo del puente
Largo: 30m, ancho: 4.5m, alto: 5m
Determinación de la fuerza del puente
Carga del puente:
Carga total del puente = 80 Ton
Para el concreto:
W Concreto en cada tramo = 2400kgm3 x (30m x 0.25m x 4.5m) = 27 x 103 kg = 81 Ton
Para el Acero:
Largo= [10 x (5.83m)+ 1x (30m) + 1x (24m)] x2 = 224.6m
Ancho= [8 x (5.83m)+ 2 x (4.5m)] = 55.64m
Total= 224.6m +55.64m = 280.24 m
W Acero Cada tramo = 19.05kgm x (280.24 m) = 5.33 x 103 N = 5.33 Ton
W Total Cada tramo = 80 + 81 + 5.33 = 166.33 Ton
Factor de seguridad = 1.25
W total Cada tramo = 166.33 x1.25 = 207.91=208 Ton
W total Cada Lado =208/2 = 104 Ton
F total Cada Lado =104*9.81 = 1020.24= 1020.24Ton
ANÁLISIS ESTRUCTURAL POR EL MÉTODO DE LOS NODOS
DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE
Σ Fx = 0
-Kx = 0
Kx=0
Σ Mk = 0
-Ay (30)+ 175(24) + 175(18) + 320(15) + 175(12) + 175(6) = 0
Ay=510 N
Σ Fy = 0
-175 – 175 – 320 – 175 – 175 + 510 + Ky= 0
Ky= 510 N
ANÁLISIS DE NODOS
NODO A
Σ Fy = 0 Σ Fx = 0
(-5 / 5.83)FAP + 510= 0 (-3 / 5.83) 594.66 + FAB = 0
FAP = 594.66 N FAB = 1155.62 N
NODO B
Σ Fy = 0 Σ Fx = 0
FBP = 0 -1155.62 + FBC = 0
FBC = 1155.62 N
NODO P
Σ Fy = 0 Σ Fx = 0
(5 / 5.83) 594.66 - (5 / 5.83) FPC = 0 (3 / 5.83) 594.66 + (3 / 5.83) - FOP = 0
FPC = 594.66 N FOP = 612 N
NODO C
Σ Fy = 0
(5 / 5.83) 594.66 – 175+ (5 / 5.83) FCO=0
FCO = 390.61 N
Σ Fx = 0
(-3 / 5.83) 594.66 – 1155.62 +390.61 (3 / 5.83) + FCD=0
FCD = 1260.62 N
NODO D
Σ Fy = 0 Σ Fx = 0
FDO = 0 -1260.62 + FDE = 0
FDE = 1260.62 N
NODO O
Σ Fy = 0 Σ Fx = 0
(-5 / 5.83) 390.61 + (5 / 5.83) FOE = 0 (-3 / 5.83) 390.61+612 + (3 / 5.83) 390.61- FON = 0
FOE = 390.61 N FON = 612 N
NODO E
Σ Fy = 0
-175+ (5 / 5.83) 390.61 + (5 / 5.83) FEN = 0
FEN = 594.66 N
Σ Fx = 0
-1260.62 + (3 / 5.83) 390.61 + 594.66 (3 / 5.83) + FEF=0
FEF = 753.62 N
NODO N
Σ Fy = 0 Σ Fx = 0
FFN - 320= 0 753.2+FFG = 0
FFN = 320 N FFG = 753.62 N
ANÁLISIS ESTRUCURAL POR EL MÉTODO DE SECCIONES
Calcular las fuerzas que son atravesadas por las secciones a´,b´y c´, tales como:
FPO, FCO, FCD; FON, FOE, FDE; y FNM, FNG, FFG respectivamente.
ANÁLISIS DE SECCIONES
FUERZAS DE LA SECCIÓN a’:
Σ Mc = 0
FPO (5) - 510(6) =0
FPO= 612 N
Σ FY = 0
510 - 175 -(5/5.83) FCO =0
FCO = 390.61 N
Σ MO = 0
FCD (5) -412(9)+150(3) =0
FCD =651.6 N
FUERZAS DE LA SECCIÓN b’:
Σ ME = 0
175(6) -510(12) - FON (5) =0
FON= - 906 N
Σ FY = 0
510 - 175 - (5/5.83) FOE =0
FOE = 390.61 N
Σ MO = 0
-412(9) +150(3) -150(3) + FDE (5) =0
FDE = 741.6N
FUERZAS DE LA SECCIÓN c’:
Σ MG = 0
150(6) +224(3) +150(12) -412(18) - FNM (5) =0
FNM = - 808.8 N
Σ FY = 0
412 - 150 – 150 – 224 - 150 - (5)
(5.83) . FNG =0
FNG = 305.5 N
Σ MN = 0
-412(15) + 150(9) +150(3) - 150(3) – FFG (5) =0
FFG = 966 N
Resultados y Análisis:
FUERZAS REACCIONES
FAP = 594.66 N Tensión
FAB = 1155.62 N Compresión
FPC = 594.66 N Tensión
FOP = 612 N Compresión
FCO = 390.61 N Tensión
FCD = 1260.62 N Tensión
FDE = 1260.62 N Tensión
FOE = 390.61 N Compresión
FON = 612 N Compresión
FEN = 594.66 N Compresión
FEF = 753.62 N Tensión
FFN = 320 N Tensión
FFG = 753.62 N Tensión
Conclusiones
Se determinaron las fuerzas de tracción y compresión de los primeros nodos.
Se comprobó por medio del uso del método de los nodos y de secciones que
las fuerzas halladas son las correctas.
Referencias Bibliográficas:
FERDINAND P, BEER. (2007) Mecánica vectorial para ingenieros -
Estática, 8va Edición.
HIBBELER R.C. (2004) Ingeniería Mecánica- Estática, 10ma Edición.