Sesión de aprendizaje Planifica Textos argumentativo.docx
Ampuero
1. III SEMINARIO DE GESTIÓN Y NORMATIVIDAD VIAL
Aspectos estructurales en el
montaje de puentes colgantes
Ing. John Ampuero Alata
jampuero@proviasdes.gob.pe
2. INTRODUCCION
La elaboración de proyectos que involucre el empleo de
cables estructurales, sobre todo para puentes colgantes,
requiere tomar en cuenta los efectos no lineales
introducidos por los grandes desplazamientos que se
producen en este tipo de estructuras.
En este trabajo se presenta algunos aspectos a tener en
cuenta en el análisis de cables, así como de presentar una
breve descripción en lo que a tecnología de cables se
refiere.
3. TEMARIO
1.- Configuración estructural de los puentes colgantes
2.- Tecnología de cables
2.1
Definición de términos
2.2
Propiedades estructurales
2.2.1 Preestiramiento de cables
2.2.2 Módulo de elasticidad
2.3
Protección contra la corrosión
3.- Estática de cables
4.- Procedimiento constructivo
5.- Montaje de la estructura del puente colgante Nieva
5. 2.-
TECNOLOGÍA DE CABLES
En aplicaciones estructurales, la palabra cable por lo
general se usa en sentido genérico para indicar un
miembro flexible solicitado a tensión. La forma o
configuración de un cable depende de su hechura;
puede componerse de barras paralelas, alambres
paralelos, cordones o torones paralelos, o torones
enrollados con trabas.
6. 2.1.- DEFINICIÓN DE TÉRMINOS
Cable. Cualquier miembro flexible a tensión que
consiste en uno o más grupos de alambres, torones,
cordeles o barras.
Alambre. Una sola longitud continua de metal
producida de una varilla mediante trefilado en frío.
7. Torón estructural (con excepción del torón de
alambres
paralelos).
Alambres
enrollados
helicoidalmente alrededor de un alambre central
para producir una sección simétrica, producido en
los Estados Unidos de acuerdo con la norma ASTM
A586.
8. Torones de alambres paralelos. Alambres
individuales configurados en un arreglo paralelo sin
el torcimiento helicoidal.
Torones enrollados con trabas. Un arreglo de
alambres semejante al torón estructural excepto que
los alambres en algunas capas están configurados
para que queden trabados cuando se colocan
alrededor del núcleo.
9.
10. Cable estructural. Varios torones enrollados
helicoidalmente alrededor de un núcleo formado por
un torón u otro cable, producido en los Estados
Unidos de acuerdo con la norma ASTM A603.
11. 2.2.- PROPIEDADES ESTRUCTURALES DE
LOS CABLES
Una comparación entre el esfuerzo nominal último y
admisible, a tensión, para varios tipos de cables se
presenta en la siguiente tabla:
12.
13.
14. RESISTENCIAS NOMINALES Y ADMISIBLES DE CABLES
Tipo
Barras ASTM A722 Tipo II
150
0.45 F pu = 67.5
(4756)
210
220
(15500)
Cable estructural, ASTM A603*
220
(15500)
Alambre paralelo
225
(15852)
Alambre paralelo, ASTM A421
240
(16909)
Torón paralelo ASTM A416
2
Resistencia
admisible a tensión, F t
(14795)
Torón estructural, ASTM A586
2
{klb/pulg (kg/cm )}
Resistencia
nominal a tensión, F pu
(10568)
Torón enrollado con trabas
(1)
270
(19023)
0.33 F pu = 70
(4882)
0.33 F pu = 73.3
(5115)
0.33 F pu = 73.3
(5115)
0.40 F pu = 90
(6341)
0.45 F pu = 108
(7609)
0.45 F pu = 121.5
(8560)
15. (1)
PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS CABLES DE ACERO
Resistencia mínima a la ruptura (*),
de tamaños seleccionados de cables
Diámetro
nominal
en pulg.
Torón
galvanizado
Cable
galvanizado
1
30 (2,110)
68 (4,782)
1 1/2
122 (8,580)
276 (19,410)
91.4 (6,428)
208 (14,628)
2
3
490 (34,460)
1076 (75,672)
372 (26,162)
824 (57,950)
4
1850 (130,105)
1460 (102,677)
Módulo mínimo de elasticidad,
para los intervalos indicados de diámetros
23 (1,618)
52 (3,657)
/2
3
/4
1
{klb/pulg2 (kg/cm2)}
Intervalo de diámetro
nominal, en pulg.
Módulo máximo
en klb/pulg2
torón galvanizado
y preteestirado
1
/2 a 2 9/16
2 5/8 y más
24,000 (1'690,912)
23,000 (1'620,458)
cable galvanizado
y preestirado
3
/8 a 4
20,000 (1'409,094)
(*) Los valores corresponden a cables con revestimineto de zinc de clase A sobre todos los alambres .
Las clases B o C pueden especificarse cuando se requiere protección adicional contra la corrosión.
16. COMPARACIÓN ENTRE EL TORÓN Y EL CABLE ESTRUCTURAL
PROPIEDADES
Módulo de elasticidad
TORÓN RESPECTO AL CABLE
Mayor (con el mismo tipo de acero)
Flexibilidad
Menor
Resistencia
A igual tamaño, mayor
Largo del alambre
Más largo
Recubrimiento de zinc
Mayor
Resistencia a la corrosión
Mayor
17. 2.2.1 El preestiramiento de los cables
El prealargamiento remueve el alargamiento de
construcción inherente al producto cuando sale de
las máquinas de enrollado y cerramiento.
El preestiramiento también permite, bajo cargas
prescritas, la medición precisa de longitudes y la
marcación de puntos especiales en el torón o cable
dentro de tolerancias estrechas.
18. Se lleva a cabo por el fabricante al someter sobre el
torón a una carga predeterminada durante un
intervalo de tiempo suficiente para permitir el ajuste
de las partes componentes a esa carga. La carga de
preestiramiento normalmente no excede 55% de la
resistencia última nominal del torón.
19. 2.2.4 Módulo de elasticidad
Se debe prestar atención a la correcta determinación
del módulo de elasticidad del cable, el cual varía
según el tipo de manufactura.
Dicho módulo se determina de una longitud de
probeta de al menos 100 pulg y con el área metálica
bruta del torón o cable, incluyendo el recubrimiento
de zinc, si es del caso. Las lecturas de la elongación
usadas para el cálculo del módulo de elasticidad se
toman cuando el torón o cable se estira a por lo
menos 10% del esfuerzo último establecido en la
norma o a más del 90% del esfuerzo de
preestiramiento.
20. 2.3.- PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN
Los alambres pueden ser protegidos contra la
corrosión mediante galvanización, un recubrimiento
sacrificable de zinc que impide la corrosión del
acero mientras no se rompa dicho recubrimiento.
La efectividad del recubrimiento de zinc es
proporcional a su espesor, medido en onzas por pie
cuadrado del área superficial del alambre desnudo.
El recubrimiento de zinc clase A varía de 0.40 a 1.00
oz/pie2, dependiendo del diámetro nominal del
alambre recubierto. Un recubrimiento clase B, o
clase C es, respectivamente, 2 ó 3 veces más
pesado que el recubrimiento clase A.
21. 3.-
ESTÁTICA DE LOS CABLES
TEORIA DE LOS CABLES FLEXIBLES:
La Ecuación diferencial de los cables flexibles es:
d2y = p
dx2 To
Cuando es constante la intensidad de la carga p la descripción se aproxima a la de un
puente colgante, obteniéndose la forma parabólica del cable.
y = 4f (lx – x2)
l2
H = wl2
8f
S = L + 8/3 ( f2 / L)
ΔS = wL2 ( L + 4f )
2EA 4f 3L
24. Donde:
Δf1 =
ΔL
=
E
=
A
=
=
n1
n
=
=
Hpp
H'pp =
=
L1
=
L2
Δf2 =
ΔL'
=
Aumento de flecha por alargamiento de cable entre torres
Aumento de longitud de cable entre torres
Módulo de elasticidad del cable
Area transversal de la parte metálica del cable calculado
fm / L'
f / L'
Tensión horizontal verdadera por peso propio total
Hpp / 2 a cada lado del puente
Longitud del cable fiador izquierdo
Longitud del cable fiador derecho
Aumento de flecha por disminución de luz entre torres
Aumento de longitud de cable entre torres
25. 5.- MONTAJE DE LA SUPERESTRUCTURA DEL
PUENTE NIEVA
Tipo:
Estructura metálica colgante con
fiadores descargados y con viga de
rigidez metálica base a paneles tipo
Mabey Compact 200 DSR
Longitud:
155.448 m
No de vías:
1
Ancho de vía: 4.20 m
Sup. Rodadura: Tablero metálico
Subestructura: Torres metálicas articuladas,
apoyadas sobre estribos de
concreto armado y cámaras de
anclaje de concreto.
S/C diseño:
HS20 (32 t)
26. Evaluación de la posición del cable durante el lanzamiento
S
L1
ω1
X
Tf 1
T2
S-X
β
α
ω2
L3
L2
Tf 2
T1
ω3
Tf 3
P
L1 = 47.325
ω1 = 26.4327°
Long. Cable 52.8501
área cable =
# cables
A=
E=
P=
S=
x=
Δ=
7.920 cm²
1
7.920 cm²
600,000.0 kgf/cm²
3.100 t
155.69 m
77.85 m
5.00 m
L2 = 47.325
ω2 = 26.4327°
52.8501
L3 = 0
ω3 = 26.4327°
0
w = 23.630 kgf/m
(peso del cable)
α = atn(5/77.845)=
β = atn(5/77.845)=
0.064142rad
0.064142rad
3.6751°
3.6751°
52.8501
27. Iteración N° 01
P
T1 =
= 24.182 t
cos α . tan β + sen α
T2 =
Δ = 5.00 m
S1 =
T1 . cos α
= 24.182 t
cos β
(S − x ) 2 + Δ 2 = 78.005 m
S2 =
Tensiones y deformaciones en los fiadores
Tf1 = 26.949 t
Tf2 = 26.949 t
Tf3 = 26.949 t
x 2 + Δ2 = 78.005 m
2
luego
Iteración N° 02
Δ = 11.583 m
δ2 =
T 2 .S 2
= 39.69 cm
A .E
S1+ λ1 = 78.702 m
S2+ λ2 = 78.702 m
2
Δ=
T1 .S1
= 39.69 cm
A .E
δf 1 = 29.97 cm
δf 2 = 29.97 cm
δf 3 = 0.00 cm
λ1 = 69.67 cm
(δf 1 + δ1)
λ2 = 69.67 cm
(δf 2 + δf 3+ δ2)
Desplazamiento horizontal del punto cargado
S (S2 + λ 2 ) − (S1 − λ1)
δh = +
−x =
2
2.S
δ1 =
0.000 m
(S 2 + λ 2 )2 − (x + δ h )2
Δ = 11.583 m
α1 = 0.147712rad
β1 = 0.147712rad
= 11.583 m
8.4633°
8.4633°
28. Δ=
luego
Iteración N° 12
=
Δ = 9.196 m
α1 = 0.117590rad
β1 = 0.117590rad
Δ = 9.196 m
T1 =
(S2 + λ2)2 − (x + δ h )2
9.196 m
6.7374°
6.7374°
P
= 13.212 t
cosα1. tanβ1 + senα 1
'
S1 = (S − x ) 2 + Δ2 = 78.386 m
δ1 = 21.79 cm
T1.cosα1
= 13.212 t
cosβ1
S'2 = x 2 + Δ2 = 78.386 m
δ2 = 21.79 cm
T2 =
Tf1 = 14.652 t
δf 1 = 16.30 cm
Tf2 = 14.652 t
δf 2 = 16.30 cm
Tf3 = 14.652 t
λ1 = 38.09 cm
λ2 = 38.09 cm
δf 3 = 0.00 cm
S1+ λ1 = 78.386 m
S2+ λ2 = 78.386 m
(δf 1 +δ1)
(δf 2 +δf 3+ δ2)
Desplazamiento horizontal del punto cargado
S (S2 + λ 2 ) − (S1 − λ1)
δh = +
−x =
2
2.S
2
luego
2
Δ=
0.000 m
(S2 + λ2)2 − (x + δ h )2
=
9.196 m
