tesis master luis handal rivera

Download Tesis Master Luis Handal Rivera

If you can't read please download the document

Post on 31-Jan-2016

215 views

Category:

Documents

3 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Diseño pilas esbeltas

TRANSCRIPT

  • UNIVERSIDAD POLITCNICA DE MADRID

    Escuela Tcnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos

    Departamento de Mecnica de Medios Continuos y Teora de Estructuras

    Grupo de Hormign Estructural

    MTODO PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE PILAS

    ESBELTAS EN PUENTES

    TRABAJO FIN DE MSTER

    Autor: Luis Carlos Handal Rivera

    Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

    Tutor: Hugo Corres Peiretti

    Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

    Ao Acadmico 2013/2014

  • RESUMEN

    En la actualidad los mtodos simplificados para el dimensionamiento de pilas esbeltas en puentes

    propuestos por la normativa, EHE-08[3], Eurocdigo [7] y el Model Code[8], dan a lugar dimensionamientos

    muy por del lado de la seguridad, produciendo esto un desperdicio de acero y muchas veces dificultades

    constructivas al tener cuantas muy elevadas en las secciones de las pilas. Estos mtodos proponen de una

    manera simplificada adoptar la pila como un elemento aislado, y mediante mtodos de magnificacin de

    momentos estimar los esfuerzos de segundo orden.

    El presente trabajo analiza la importancia de considerar la aportacin que tiene la vinculacin de las pilas

    con el resto de la estructura, los efectos que produce son muy importantes y es recomendable que no

    queden desapercibidos.

    Se aborda tambin la importancia de un buen entendimiento del funcionamiento del puente para

    proyectar, ya que muchas veces se cuenta con informacin importante que no es aprovechada por el

    proyectista para que, en lugar de solucionar problemas, se logre evitarlos mediante un desarrollo del

    proyecto que los tome en cuenta.

    El mtodo propuesto se desarrolla teniendo en cuenta de una manera simplificada la no linealidad mecnica

    y la no linealidad geomtrica adems de tener en cuenta la vinculacin con el tablero y los efectos que este

    produce sobre el comportamiento de las pilas.

    Al partir de un anlisis global de la estructura se elimina la necesidad de asemejar el soporte a un soporte

    biarticulado equivalente y la comprobacin de la esbeltez lmite del elemento ya que esto se est tomando

    en consideracin al incluir todas las variables que afectan el comportamiento de las pilas.

    Los problemas de inestabilidad presente en las pilas esbeltas supone tener en cuenta la no linealidad

    geomtrica, el efecto de las deformaciones en el equilibrio, y la no linealidad mecnica, la cual considera

    una prdida de rigidez por el comportamiento no lineal de los materiales involucrados en las pilas y tablero.

    Se parte de un anlisis lineal de la estructura para lograr un buen entendimiento del comportamiento global

    de la misma, con estos resultados se hace una estimacin de una rigidez equivalente desarrollada en el

    apartado 5.3 del presente documento, la no linealidad geomtrica que afecta a las pilas se considera a travs

    de la incorporacin de la matriz geomtrica a la matriz de rigidez global de la estructura.

    Mediante una serie de ejemplos se da a conocer los resultados de la aplicacin del mtodo que con su

    aplicacin reduce significativamente las cuantas de armadura en las pilas conservando siempre un factor

    de seguridad adecuado para el proyecto.

    Con este trabajo se consigue demostrar que la interaccin entre las pilas y el resto de elementos presentes

    en el puente tiene una gran importancia, demostrando tambin la dificultad de representar

    simplificadamente esta interaccin.

    El procedimiento que se aporta es ingenieril y requiere sobre todo el buen entendimiento de un modelo

    elstico lineal para analizar el comportamiento y proyectar en consecuencia.

  • AGRADECIMIENTOS

    Primeramente Gracias a Dios por ser gua y sustento en mi vida y a Jess por habernos hecho ms grande

    demostracin de amor, por eso y mucho ms es mi ejemplo a seguir.

    A mis padres y abuelos, sin su dedicacin, amor, paciencia y determinacin ningn logro en mi vida se pudo

    haber llevado a cabo.

    A todos los que de una forma u otra contribuyeron con esta investigacin, haciendo muy especial mencin

    a mi tutor de trabajo Hugo Corres, que gracias a su apoyo, inters, horas de dedicacin y aportacin de ideas

    se pudo llevar a cabo esta investigacin. Con agradecimientos especiales tambin a Freddy Ariez,

    compaero del laboratorio por su apoyo y ayuda a lo largo del desarrollo del trabajo.

  • I

    NDICE

    1 INTRODUCCIN _______________________________________________________ 1

    2 OBJETIVOS ____________________________________________________________ 2

    3 SMBOLOS ____________________________________________________________ 2

    4 INTRODUCCIN AL COMPORTAMIENTO DE PILAS ESBELTAS DE PUENTES __ 2

    4.1 Pandeo Euleriano __________________________________________________________ 2

    4.2 Comportamiento de Soportes Esbeltos de Hormign __________________________ 4

    4.3 Dimensionamiento de Soportes Esbeltos de Hormign __________________________ 5 4.3.1 Determinacin de la Longitud de Pandeo ______________________________________________ 5 4.3.2 Lmites de Esbeltez ______________________________________________________________ 6 4.3.3 Frmulas Simplificadas de la EHE-08 __________________________________________________ 7 4.3.4 Frmulas Simplificadas de Dimensionamiento del Eurocdigo ______________________________ 7 4.3.5 Columna Modelo _______________________________________________________________ 9

    4.4 Mtodos de Anlisis Global de la Estructura __________________________________ 10 4.4.1 Anlisis Global de la No Linealidad Geomtrica. Mtodo de la Matriz Geomtrica ______________ 10 4.4.2 Anlisis Global No Lineal Geomtrico y Mecnico de la Estructura __________________________ 16

    5 PROCEDIMIENTO PROPUESTO _________________________________________ 20

    5.1 Diagrama de Flujo del Procedimiento Propuesto ______________________________ 21

    5.2 Principios Generales del Anlisis No Lineal Geomtrico y Mecnico Propuesto ____ 22

    5.3 Definicin de la Rigidez Equivalente _________________________________________ 23

    6 APLICACIN DEL MTODO ____________________________________________ 29

    6.1 Ejemplo 1 _______________________________________________________________ 32

    6.2 Ejemplo 2 ______________________________________________________________ 69

    6.3 Ejemplo 3 ______________________________________________________________ 87

    6.4 Ejemplo 4 ______________________________________________________________ 108

    6.5 Ejemplo 5 ______________________________________________________________ 139

    7 CONCLUSIONES _____________________________________________________ 167

    8 PROPUESTAS DE TRABAJO FUTUROS __________________________________ 168

    9 BIBLIOGRAFA _______________________________________________________ 169

    NDICE DE FIGURAS

    Figura 4-1 Formas de Pandeo ___________________________________________________________________ 3 Figura 4-2 Hiprbola de Euler __________________________________________________________________ 4 Figura 4-3 Soporte Biarticulado _________________________________________________________________ 5 Figura 4-4 Longitud Equivalente _________________________________________________________________ 5

  • II

    Figura 4-5 Directriz geomtrica_________________________________________________________________ 10 Figura 4-6 Accin sobre pieza deformada _________________________________________________________ 11 Figura 4-7 Esquema de carga __________________________________________________________________ 11 Figura 4-8 Ecuacin Constitutiva del Hormign _____________________________________________________ 17 Figura 4-9 Ecuacin Constitutiva del Acero ________________________________________________________ 18 Figura 4-10 Pilar Aislado _____________________________________________________________________ 18 Figura 4-11 Comparacin Columna Modelo ________________________________________________________ 19 Figura 5-1 Diagrama de Flujo del procedimiento propuesto _____________________________________________ 21 Figura 5-2 Diagrama momento curvatura de una seccin rectangular en la direccin ms dbil, con distintos axiles ____ 24 Figura 5-3 Diagrama momento curvatura de una seccin circular con distintos axiles __________________________ 25 Figura 5-4 Definicin de las deformaciones mximas de rotura de los materiales constitutivos de una seccin de hormign

    armado. Diagrama de pivotes. _________________________________________________________________ 26 Figura 5-5 Ecuacin constitutiva del hormign en compresin ___________________________________________ 26 Figura 5-6 Ecuacin constitutiva del acero. _________________________________________________________ 26 Figura 5-7 Momento Curvatura con Rigidez Bruta, Rigidez Propuesta y Rigidez del Eurocdigo. Pilar Circular ________ 28 Figura 5-8 Momento Curvatura con Rigidez Bruta, Rigidez Propuesta y Rigidez del Eurocdigo. Pilar Rectangular _____ 29 Figura 6-1 Ecuacin constitutiva del hormign empleada para representar el comportamiento no lineal mecnico. _____ 31 Figura 6-2 Ecuacin constitutiva del acero empleada para representar el comportamiento no lineal mecnico. ________ 32 Figura 6-3 Planta y Alzado del puente del ejemplo 1 __________________________________________________ 33 Figura 6-4 E. Constitutiva del Hormign Ejemplo 1 ___________________________________________________ 34 Figura 6-5 E. Constitutiva del Acero Ejemplo 1 ______________________________________________________ 34 Figura 6-6 Esfuerzos solicitantes en Estado Lmite ltimo y diagrama de interaccin para la armadura adoptada. a) Pila 1

    de 11,00 m de altura. b) Pila 2 de 8,00 m de altura. ________________________________________________