CHAPTER 8 CONCLUSIONS AND FUTURE WORK
A.2 Models for Matching CDF
Tipo de pilas
C
fEmpuje (KN/m)
500x300x20
1.95
0.8255
2.35
0.9948
3.3.3. Nieve
El peso de la nieve que se puede acumular sobre la superficie es la sobrecarga de nieve. En el caso de que no existan datos suficientes de la zona de estudio, se toman el valor característico de la sobrecarga de nieve definido por la siguiente expresión: qk = 0.8 sk donde sk es el valor
característico de la sobrecarga de nieve sobre un terreno horizontal. Este valor se obtiene de la siguiente tabla. En nuestro caso entramos con el tipo IV y la altitud 0 metros.
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Observando la tabla, obtenemos que el valor de la sobrecarga de nieve es de 0.2 KN/m2.
3.3.4.Acción térmica
Para evaluar este efecto se consideran diferentes tipos de tableros. En este caso, se trata de un tablero Tipo 1 (tableros de acero con sección transversal en cajón, viga armada o celosía), dado que el modelo empleado para el cálculo de nuestra pasarela sólo tiene en cuenta la estructura metálica, ya que el encofrado colaborante se calcula por separado.
Componente uniforme de la temperatura:
Los valores característicos máximos y mínimos de la temperatura se han obtenido de las siguientes fórmulas:
Tmáx,p = Tmáx{k1 – k2 ln[-ln(1-p)]}
Tmín,p = Tmín{k3 – k4 ln[-ln(1-p)]}
Siendo p el inverso del periodo de retorno (100 años), k1=0,781, k2=0,056, k3=0,393, k4=-0,156 y
las temperaturas máximas y mínimas 40◦C y -7◦C respectivamente, obtenidos de los siguientes mapas y tablas:
Figura 3.3.4-a
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Figura 3.3.4-c
Teniendo en cuenta lo anterior, obtendremos las siguientes temperaturas máximas y mínimas para un periodo de retorno de 100 años de 42 ◦C y -7,8◦C. Ahora obtendremos a partir de estos valores la componente uniforme de temperaturas mediante la siguiente expresión:
Te,min= Tmin + ΔT
e,min Te,max=Tmax+ ΔT
e,maxDonde ΔTe,min y ΔTe,max para tableros de acero valen -3 y +16 respectivamente.
Te,min= -10,8◦C Te,max= 45◦C
Se obtiene por lo tanto los valores característicos como una combinación de las temperaturas anteriores y la temperatura inicial T0 a la que se coacciona el movimiento, cuyo valor se toma como 15◦C.
Los valores característicos de la máxima variación de la componente uniforme de temperatura en dilatación y en contracción son:
ΔT
N,dil = Te,max – T0 = 30◦C
ΔT
N,con = T0 – Te,min = 25.8◦C
Componente de la diferencia de temperatura: Diferencia vertical
Para tableros de acero (Tipo 1) o tableros de hormigón (Tipo3), los valores del gradiente de
temperatura en el canto de la sección transversal, tanto de calentamiento ΔTM,heat como de
enfriamiento ΔTM,cool vienen dados por la siguiente tabla.
Figura 3.3.4-d
De esta tabla obtenemos:
ΔT
M,heat= 18◦C
ΔT
M,cool= 13◦C
Diferencia horizontal
Dadas las características geométricas del tablero, no será necesario tener en cuenta la diferencia horizontal de temperatura.
El uso de apoyos elastoméricos permite despreciar las cargas térmicas en el cálculo, ya que la estructura podrá dilatarse libremente.
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3.4.
Acciones accidentales
3.4.1. Impactos
No será necesario considerar la acción de un impacto de vehículos contra un elemento de sustentación de la pasarela, ya que se dispone de una protección adecuada conforme lo dispuesto en el reglamento relativo a barreras de seguridad de la Dirección General de Carreteras.
Del mismo modo, no se contempla la posibilidad de impacto de vehículos contra el tablero, ya que la altura libre bajo el tablero es superior al galibo mínimo reglamentario.
3.4.2.
Acción sísmica
Conforme la NCSE-02 no es necesario considerar esta acción.
4.
Bases para la combinación de acciones
4.1.
Valores representativos de las acciones
El valor representativo de una acción es el valor de la misma utilizado para la verificación de los estados límite. Una misma acción podrá tener un único o varios valores representativos en función del tipo de acción.
4.1.1. Valores representativos de las acciones permanentes
Para las acciones permanentes, el valor representativo coincide con el valor característico Gk o
G*k. Para las acciones permanentes de valor no constante, el valor característico será el
correspondiente al instante t en el que se realiza la comprobación.
En el caso del peso de pavimento y de tuberías u otros servicios tendremos Gk,sup y Gk,inf.
4.1.2. Valores representativos de las acciones variables
Para las acciones variables, exceptuando el tren de carga de fatiga, se considerarán los siguientes valores representativos según se trate (además de su valor característico):
• Valor de combinación Ψ0 Qk: será el valor cuando la acción actúe con alguna otra acción
variable, teniendo así en cuenta la probabilidad de que actúen simultáneamente los valores más desfavorables de varias acciones independientes. Se utilizará en las comprobaciones de estados límite últimos en situación persistente o transitoria y de estados límite de servicio irreversibles.
• Valor frecuente Ψ1Qk: valor de la acción que sea sobrepasado durante un periodo de
corta duración respecto a la vida útil del puente (5% del tiempo). Corresponde a un periodo de retorno de una semana. Se utilizará en las combinaciones de estados límite últimos en situación accidental y de estados límite de servicio reversibles.
• Valor casi-permanente Ψ2Qk: será el valor de la acción cuando sea sobrepasado durante
una gran parte de la vida útil del puente. Se utilizará en las comprobaciones de estados límite últimos en situación accidental y de estados límite de servicio reversibles, además de en la evaluación de los efectos diferidos.
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Figura 4.1.2
4.1.3.
Valor representativo de las acciones accidentalesSe considera un único valor representativo conforme que se corresponde con los valores nominales definidos en apartados anteriores.
4.2.
Valor de cálculo de las acciones
El valor de cálculo de una acción se obtiene multiplicando su valor representativo por el
correspondiente coeficiente parcial γp.
Estos coeficientes tendrán valores diferentes según la situación de proyecto de que se trate (bien persistente o transitoria, bien accidental o sísmica) y según el estado límite objeto de comprobación (equilibrio de la estructura o comprobaciones resistentes).
4.2.1.
Valor de cálculo para las comprobaciones en E.L.U.Situación persistente y transitoria:
Se adoptarán los valores de la Figura 4.2.1-a para las comprobaciones de equilibrio y los expuestos en la Figura 4.2.1-b para las comprobaciones resistentes.
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Figura 4.2.1-b
Situación accidental:
Se consideran directamente como valores de cálculo los definidos para las acciones debidas a impactos y para otras acciones accidentales.
4.2.2. Valor de cálculo para las comprobaciones en E.L.S.
Para las comprobaciones en estado límite de servicio, se adoptarán los valores de los
coeficientes parciales γF indicados en la siguiente tabla.
Figura 4.2.2
4.3.
Combinación de acciones
Para cada situación del proyecto se identificarán las hipótesis de carga críticas y, para cada una de ellas, el valor de cálculo del efecto de las acciones se obtendrá combinando las acciones que puedan actuar simultáneamente.
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4.3.1.
Combinaciones para comprobaciones en E.L.U.4.3.1.1.
Situación persistente o transitoria
En este caso la combinación de acciones se hará de acuerdo con la siguiente expresión:
donde:
Gk,j
: valor característico de cada acción permanenteGk,m
: valor característico de cada acción permanente de valor no constanteQk,1
: valor característico de la acción variable dominanteΨ
0,iQk,i : valor de combinación de las acciones variables concomitantes con la acción variable dominanteγ
G ,γ
Q : coeficientes parcialesDeberán efectuarse tantas hipótesis o combinaciones como sea necesario, considerando en cada una de ellas, una de las acciones variables como dominante y el resto como
concomitantes.
Además se tendrán en cuenta las siguientes prescripciones:
• Si la acción de la sobrecarga de uso es considerada como dominante, se tomará ésta con su valor representativo y la acción del viento con su valor reducido.
• Si la acción del viento es considerada como dominante, se tomará ésta con su valor representativo y no se considerará la actuación simultánea de la acción de la sobrecarga de uso.
4.3.1.2.
Situación accidental
La combinación de acciones se hará de acuerdo con la siguiente expresión:
donde:
Gk,j
: valor representativo de cada acción permanenteGk,m
: valor representativo de cada acción permanente de valor no constanteΨ
1,1Qk,1 : valor frecuente de la principal acción variable concomitante con la acción accidentalΨ
2,iQk,i : valor casi-permanente del resto de las acciones variables concomitantesAd
: valor de cálculo de la acción accidentalEn general, en situación accidental, no se considerará la actuación del viento ni la nieve. No se contempla la posibilidad de acciones accidentales sobre la estructura, por tanto no será necesario realizar las combinaciones de carga para situación accidental.
4.3.2. Combinaciones para las comprobaciones en E.L.S.
4.3.2.1.
Combinación característica (poco probable o rara)
Esta combinación, que coincide formalmente con la combinación de E.L.U., se utiliza en general para la verificación de E.L.S. irreversibles.
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4.3.2.2.
Combinación frecuente
Esta combinación se utiliza en general para la verificación de E.L.S. reversibles.
4.3.2.3.
Combinación casi-permanente
Esta combinación se utiliza también para la verificación de algunos E.L.S. reversibles y para la evaluación de los efectos diferidos.
5.
Modelo de cálculo estructural
Se ha hecho un modelo de barras en tres dimensiones mediante el programa CYPE 3D. Este programa nos permite un análisis preciso y minucioso de la estructura, proporcionando desplazamientos y esfuerzos.
La pasarela se ha modelizado mediante elementos barra, cuyos nudos de unión han sido definido como nudos rígidos por tratarse de uniones soldadas. Los movimientos están restringidos en las siguientes zonas:
• En la base de las pilas se disponen empotramientos para modelizar su conexión con los elementos de cimentación fijos en el terreno.
• En los extremos de las rampas se disponen de enlaces en el que el desplazamiento es libre solamente en la dirección Y, y con los giros elásticos en todos los ejes.
5.1.
Secciones principales
Se exponen a continuación las distintas secciones de las vigas empleadas en la estructura. Vano de cruce:
• Cordones superior e inferior: SHS 250x12.5
• Diagonales: SHS 200x8
• Vigas transversales: SHS 200x6 Rampa Sur:
• Cordones superior e inferior: SHS 250x12.5
• Diagonales: SHS 200x8
• Vigas transversales: SHS 200x6 Rampa Norte:
• Cordones superior e inferior: SHS 250x12.5
• Diagonales: SHS 200x8 • Vigas transversales: SHS 200x6 Pilas: • Pila I: RHS 500x300x20 • Pila II: RHS 500x300x20 • Pila III: RHS 500x300x20 • Pila IV: RHS 500x300x20 • Pila V: RHS 500x300x20 • Pila VI: RHS 500x300x20 • Pila VII: RHS 500x300x20
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Vigas de soporte:
• Pila I: RHS 500x300x25
• Pilas restantes (II-VII): RHS 500x300x20
5.2.
Acciones del modelo
- CM : Peso propio del forjado y las barandillas
- SC Sur 1: Sobrecarga de uso del tramo 1 de la Rampa Sur - SC Sur 2: Sobrecarga de uso del tramo 2 de la Rampa Sur - SC Sur 3: Sobrecarga de uso del tramo 3 de la Rampa Sur - SC Tablero: Sobrecarga de uso del Vano de Cruce
- SC Norte: Sobrecarga de uso de la Rampa Norte
- Viento (E-O): Sobrecarga de viento en dirección Este-Oeste - Viento (O-E): Sobrecarga de viento en dirección Oeste-Este - Viento (N-S): Sobrecarga de viento en dirección Norte-Sur - Viento (S-N): Sobrecarga de viento en dirección Sur-Norte
5.3.
Definición de combinación en E.L.U. y E.L.S.
Para realizar las combinaciones de acciones se han seguido las indicaciones de la IAP-11, que nos dice que deberán realizarse tantas hipótesis o combinaciones como sea necesario, considerando, en cada una de ellas, una de las acciones variables como dominante y el resto como concomitantes.
Al combinar las diferentes acciones variables, se tendrán en cuenta las prescripciones siguientes:
•
La sobrecarga de uso estará representada, para su combinación con el resto de las acciones, mediante los grupos de cargas definidos en la tabla 4.1-c (Figura 5.3), que son excluyentes entre sí.•
Cuando se considere el viento transversal sobre el tablero, se considerará la actuación simultánea de la componente vertical del viento y el momento de vuelco correspondiente, definidos en el apartado 4.2.5.1 (IAP-11).•
La concomitancia de la componente uniforme de temperatura y de la componente de la diferencia de temperatura se regirá por lo expuesto en el apartado 4.3.1.3 (IAP-11).•
Cuando se considere el viento longitudinal sobre el tablero, según el apartado 4.2.5.2(IAP-11), no se considerará la acción simultánea del viento transversal, ni el empuje vertical, ni el momento de vuelco correspondiente.
•
Cuando se considere la acción del viento como predominante, no se tendrá en cuenta la acción de la sobrecarga de uso.•
Cuando se considere el grupo de cargas de tráfico gr 2 (fuerzas horizontales con su valor característico), no se considerará la acción del viento ni de la nieve.•
Cuando se considere la sobrecarga de uso como predominante, se considerará el viento concomitante correspondiente, con las indicaciones que figuran en el apartado 4.2.3 (IAP-11).•
No se considerará la acción simultánea del viento y de la acción térmica.•
En general, no se considerará la acción simultánea de la carga de nieve y de la sobrecarga de uso salvo en zonas de alta montaña, en cuyo caso se estudiará para el proyecto
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Figura 5.2
6.
Comprobaciones relativas a Estados Límite de Servicio
Según lo establecido en la vigente “Instrucción sobre acciones a considerar en el proyecto de puentes de carretera” (IAP-11) ha de verificarse el comportamiento de la estructura para los distintos estados límite.
6.1.
Estado límite de deformaciones
Al tratarse de un puente peatonal la normativa expuesta en el IAP-11 establece que, para el valor frecuente de sobrecarga de uso, la flecha vertical máxima no puede superar el valor siguiente:
L/1200 , siendo L la luz del vano.
En la tabla adjunta a continuación se pueden ver los resultados de las comprobaciones del E.L.S. de deformaciones:
Vanos Luz(m) admisible(m) Flecha obtenida(m) Verificación Flecha
Rampa Sur
Tramo 1 Vano 1 Vano 2 15 15 0.0125 0.0125 0.002451 0.002148 CUMPLE CUMPLE Tramo 2 Vano 1 Vano 2 15 6 0.0125 0.005 0.001173 0.002351 CUMPLE CUMPLE
Vano 3 15 0.0125 0.002415 CUMPLE
Tramo 3 Vano 1 Vano 2 15 6 0.0125 0.005 0.0014243 0.002414 CUMPLE CUMPLE
Vano 3 15 0.0125 0.002398 CUMPLE
Vano de cruce principal Vano 50 0.04167 0.03407 CUMPLE
Rampa Norte Vano 1 Vano 2 15 12 0.0125 0.01 0.009357 0.008452 CUMPLE CUMPLE
Vano 3 12 0.01 0.006294 CUMPLE
Figura 6.1
6.2.
Estado límite de vibraciones
Según lo expuesto en el IAP-11 será necesario verificar el cumplimiento del estado límite de vibraciones para pasarelas peatonales en los siguientes casos:
•
Luz superior a 50 metros.•
Anchura útil superior a 3.0 metros.•
Tipología estructural singular o nuevos materiales.•
Ubicación en zona urbana donde sea previsible tráfico intenso de peatones o exista riesgo de concentración de personas en la propia pasarela.
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El vano principal de la pasarela estudiada en este proyecto salva una longitud de 50 metros, con lo cual, según la normativa establecida no es necesario realizar la comprobación del estado límite de vibraciones.
6.3.
Estado límite de plastificaciones locales
En condiciones de servicio, procede realizar comprobaciones tensionales con los objetivos siguientes:
- Garantizar un comportamiento cuasi-lineal del puente ante las cargas de servicio, a efectos de la validez de los modelos de cálculo usualmente adoptados para el control de los restantes estados límite de servicio. - Acotar los posibles fenómenos de acumulación de deformaciones plásticas remanentes ante sobrecargas repetitivas. - Evitar los fenómenos de fatiga oligocíclica (de bajo número de ciclos), no contemplados en los modelos de comprobación del estado límite de fatiga. Con tal finalidad, y como alternativa a otros posibles procedimientos, ha de realizarse una comprobación tensional en los casos siguientes:
- Alas comprimidas o traccionadas en las que el coeficiente reductor, calculado según se indica en la RPM-95 sea inferior a 0,6.
- Zona de vano de secciones metálicas con voladizos significativos.
- Alas y almas solicitadas por tensiones de compresión o tracción y tensiones tangenciales, provocadas por un esfuerzo cortante y/o un esfuerzo de torsión, en caso de que se admitan deformaciones unitarias superiores a 𝜀𝜀𝑦𝑦 = 𝑓𝑓𝑦𝑦𝐸𝐸 en la determinación de la resistencia última de la sección.
- Zonas de vano de secciones metálicas con puntales inclinados para soportar grandes voladizos.
- Zonas donde existan tensiones principales en dos o tres direcciones provocadas por las acciones correspondientes a la combinación considerada.
- Losas ortótropas cargas transversalmente.
- En general, zonas singulares como diafragmas de apoyo, anclajes de puentes atirantados o zonas de introducción de cargas concentradas.
En nuestro caso se ha atendido al principio de continuidad de cargas en las uniones más delicadas para no producir en las chapas flexiones locales o en dos planos, por lo que no es necesario comprobar este estado límite.
6.4.
Estado límite de deslizamiento de tornillos de alta resistencia
En el caso de uniones atornilladas con tornillos de alta resistencia, ha de comprobarse la ausencia de deslizamientos entre los elementos que se unan. En nuestro caso no se proyecta ninguna unión de este tipo, por lo que no debemos realizar esta comprobación.
7.
Comprobaciones relativas a estados límites últimos
Se realizará en este apartado la verificación del comportamiento de la estructura para los distintos estados límite últimos establecidos por las normativas específicas correspondientes. Se consultarán para ello el Código Técnico de la Edificación (DBSE-A), y la RPM-95.
En los listados que aparecen a continuación se realizan las comprobaciones de E.L.U. para cada uno de los distintos perfiles utilizados en la estructura.
Barra N42/N14
Perfil: SHS 200x12.5
Material: Acero (S355 (EN 10025-2))
Y Z Nudos Longitud (m) Características mecánicas
Inicial Final Área
(cm²) Iy(1) (cm4) Iz(1) (cm4) It(2) (cm4) N42 N14 0.550 86.89 4820.75 4820.75 8467.07 Notas:
(1) Inercia respecto al eje indicado (2)
Momento de inercia a torsión uniforme
Pandeo Pandeo lateral
Plano XY Plano XZ Ala sup. Ala inf.
b 1.00 1.00 0.00 0.00 LK 0.550 0.550 0.000 0.000 Cm 1.000 1.000 1.000 1.000 C1 - 1.000 Notación: b: Coeficiente de pandeo LK: Longitud de pandeo (m) Cm: Coeficiente de momentos
C1: Factor de modificación para el momento crítico
Limitación de esbeltez (Criterio de CYPE Ingenieros, basado en: Figura 35.1.2 de la norma EAE 2011.) La esbeltez reducida `l de las barras comprimidas debe ser inferior al valor 3.0.
y cr A f N l `l : 0.10 Donde:
Clase: Clase de la sección, según la capacidad de deformación y de desarrollo de la resistencia plástica de los elementos planos comprimidos de una sección.
Clase : 1
A: Área de la sección bruta para las secciones de clase 1, 2 y 3. A : 86.89 cm² fy: Límite elástico. (EAE 2011, Artículo 27) fy : 355.00 MPa
Ncr: Axil crítico de pandeo elástico. Ncr : 330299.68 kN
El axil crítico de pandeo elástico Ncr es el menor de los valores obtenidos en a), b) y c):
a) Axil crítico elástico de pandeo por flexión respecto al eje Y. Ncr,y : 330299.68 kN
2 y 2 ky E I L cr,y N
Listados
Pasarela 3.0 (elastomero) Fecha: 07/10/18
b) Axil crítico elástico de pandeo por flexión respecto al eje Z. Ncr,z : 330299.68 kN 2 z 2 kz E I L cr,z N
c) Axil crítico elástico de pandeo por torsión. Ncr,T :
¥
2 w t 2 2 0 kt 1 G I E I i L cr,T N Donde:
Iy: Momento de inercia de la sección bruta, respecto al eje Y. Iy : 4820.75 cm4
Iz: Momento de inercia de la sección bruta, respecto al eje Z. Iz : 4820.75 cm4
It: Momento de inercia a torsión uniforme. It : 8467.07 cm4
Iw: Constante de alabeo de la sección. Iw : 0.00 cm6
E: Módulo de elasticidad. E : 210000 MPa
G: Módulo de elasticidad transversal. G : 81000 MPa Lky: Longitud efectiva de pandeo por flexión, respecto al eje Y. Lky : 0.550 m
Lkz: Longitud efectiva de pandeo por flexión, respecto al eje Z. Lkz : 0.550 m
Lkt: Longitud efectiva de pandeo por torsión. Lkt : 0.000 m
i0: Radio de giro polar de la sección bruta, respecto al centro de torsión. i0 : 10.53 cm
2 2 2 2 0.5 y z 0 0 i i y z 0 i Siendo:iy , iz: Radios de giro de la sección bruta, respecto a los ejes
principales de inercia Y y Z. iiyz : : 7.457.45 cmcm y0 , z0: Coordenadas del centro de torsión en la dirección de los
ejes principales Y y Z, respectivamente, relativas al centro de gravedad de la sección.
y0 : 0.00 mm
z0 : 0.00 mm
Listados
Pasarela 3.0 (elastomero) Fecha: 07/10/18
Página 3
Abolladura del alma inducida por el ala comprimida (EAE 2011, Artículo 35.8) Se debe satisfacer: