PROYECTO FINAL DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL
PUENTE TIPO BAILEY
CARLOS LEONARDO AGUILAR
CARLOS EDUARDO PERDOMO
FABIÁN ANDRES PIRACOCA
FERNEY SMITH PRIETO
UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
ANÁLISIS ESTRUCTURAL
TUNJA
2014
PROYECTO FINAL DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL
PUENTE TIPO BAILEY
CARLOS LEONARDO AGUILAR
CARLOS EDUARDO PERDOMO
FABIÁN ANDRÉS PIRACOCA
FERNEY SMITH PRIETO
Ingeniero
CARLOS ANDRÉS CORREDOR
UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
ANÁLISIS ESTRUCTURAL
TUNJA
2014
Introducción
El puente Bailey fue diseñado en 1939 por Sir Donald Bailey
que desarrolló una serie de paneles prefabricados que
pueden combinarse de tal manera que se consigue un puente
que resiste hasta 40 toneladas de peso. Los puentes Bailey
se ensamblan y se instalan en cuestión de días por una
pequeña cuadrilla con la ayuda de herramientas manuales
comunes. Todas las conexiones son atornilladas o con
abrazaderas, sin necesidad de soldar. Con montaje y
desmontaje fácil y los componentes se pueden almacenar en
un espacio mínimo; además, se pueden montar en siete
configuraciones diferentes para hacer vigas de cualquier
longitud, también pueden superponerse para aumentar la
resistencia.
La simplicidad del diseño Bailey permitió la producción en
masa y se produjeron cerca de 700.000 paneles que
representa alrededor de 350 kilómetros de puentes. El
diseño original fue adaptada para hacer un puente de
pontones, un puente colgante (el más largo construido fue
de 450 pies). En el Noroeste de Europa se construyeron unos
1.500 puentes con un total de más de 29 millas de fijos y 3
kilómetros de puentes flotantes. El más largo fue el Sussex
en 1940.
Objetivos
Objetivo general
Analizar y generar un diseño de un puente tipo
Bailey teniendo en cuenta tanto las especificaciones
del código colombiano de 1995 de diseño de puentes
como las de seguridad como las demás normas y leyes.
Objetivos específicos
Determinar las diferentes cargas (vivas, muertas,
sismo) que actúan sobre este tipo de puente.
Interpretar de manera clara los comportamientos de la
armadura cuando ésta se encuentra sometida a
diferentes esfuerzos.
Realizar los diferentes diagramas tanto de momento
como cortante que son necesarios para determinar el
comportamiento de la estructura.
Determinar las fuerzas que actúan en la armadura
utilizando el método de secciones.
Definir características de los materiales, secciones
de los miembros, módulo elástico y elementos que
conforman la estructura.
Realizar un plano en donde se pueda caracterizar
claramente el diseño de la estructura.
Reconocer la importancia y ventajas que tiene este
tipo de puente actualmente y la trascendencia que tuvo
en la historia.
Aplicar cada uno de los parámetros que exige el código
colombiano de puentes del 95 con el fin de alcanzar un
óptimo diseño del puente.
Calcular las reacciones en los apoyos y además la
deformación, el esfuerzo cortante en cada uno de los
miembros que componen la estructura.
Realizar el cálculo de toda la armadura para definir
si los elementos trabajan a tracción (T) o compresión
(C).
Justificación
Durante la segunda guerra mundial, hizo su aparición el
puente modular Bailey. Fue diseñado por el Ingeniero inglés
Donald Coleman Bailey en 1941, para facilitar el traslado
de tropas y armamento de los Aliados durante la guerra. Por
esta razón se ha tomado la decisión de hacer un análisis al
puente tipo Bailey teniendo en cuenta las diferentes
especificaciones de diseño exigidos por Código Colombiano
de Diseño de Puentes de 1995 (CCDSP 95), debido a que es
una estructura sencilla de fabricar y por la versatilidad
de sus piezas. Por otro lado, se hace interesante puesto
que cuenta con una infinidad de características como que
consigue admitir un amplio rango al diseño de la estructura
que puede ir desde la simple-simple hasta la triple-triple.
Además permite numerosas variaciones especiales en su
montaje, como el tendido sobre puentes, puentes
ferroviarios, etc. Cada una de estas características del
mencionado proyecto lo hace aún más interesante, no solo
como proyecto de investigación sino como una alternativa de
profundización en nuestra carrera, de ahí la importancia de
poder realizarlo para fortalecer conocimientos y crear
nuevas estrategias de aprendizaje que sirven como
orientación de modo que se obtenga un mejor desempeño como
profesionales en la construcción de obras civiles.
Marco teórico
Los puentes metálicos modulares están conformados con
piezas de acero de alta resistencia, soldadas, y se unen
con otras por medio de ensamblaje con pernos y bulones,
para la formación de módulos de vigas de 10 pies de
longitud, con el panel de acero como elemento principal en
la formación de las vigas. Las piezas Bailey originales,
fueron proyectadas para formar un puente simple, de tablero
inferior, con la superficie de rodadura o calzada soportada
por dos vigas principales. En la práctica, la teoría de una
viga normal se aplica a una viga compuesta de paneles
Bailey unidos con bulones, y elementos de arriostramientos
horizontales y verticales que mantienen su geometría, de
tal modo que se garantice su rigidez; consecuentemente, su
inercia se incrementara con el aumento de números de
paneles utilizados en la estructura.
Los arriostramiento en forma de X y/o diamante, de los
paneles modulares, es tal, que para todos los propósitos
prácticos, la viga formada por estos paneles actúan como
una viga de alma llena, en la que los cordones superiores e
inferiores son los patines y las diagonales. Así mismo, las
uniones entre paneles mediante los bulones están con
estrecho ajuste y cuando estos son conectados, extremo con
extremo, el efecto de los esfuerzos locales o internos de
sus piezas pueden ser ignorados. Dicho lo anterior, y para
el análisis, diseño y construcción de cualquier puente en
Colombia, se deberá cumplir con lo establecido en las
normas, códigos y/o reglamentos de diseño y construcciones
nacionales e internacionales aplicable a todos y cada uno
de los materiales, actividades y procesos por desarrollar
dentro del proceso del siguiente anexo; de esta manera, a
continuación se relacionaran las principales normas
técnicas que se tuvieron en cuenta para el desarrollo del
presente adjunto:
Normas técnicas colombianas (NTC)1.
Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes
(CCDSP-95)2.
Norma Sismo Resistente (NSR- 10); título B3.
Grafica No. 1 Panel Bailey en forma de x.
Fuente: Ingeniería y construcción 2010.
Grafica No. 2 Combinación de Paneles Bailey en forma de x
con puente en arco.
Fuente: universidad Nacional Federico Villareal.
Grafica No. 3 Panel Bailey en forma de diamante.
Fuente: Crane Hoist Nante
Grafica No. Puente con paneles Bailey en forma de
diamante.
Fuente: Ingeniería y construcción 2010
1http://www.unipamplona.edu.co/unipamplona/portalIG/home_15/recursos/01_general/documentos/16042010/normas_icontec_1486_ua.pdf2http://www.4shared.com/get/MPcMZfmR/cdigo_colombiano_de_diseo_sism.html
3http://www.uptc.edu.co/export/sites/default/facultades/f_ingenieria/pregrado/civil/documentos/NSR-10_Titulo_B.pdf
Procedimiento de cálculos
Para llevar a cabo este proyecto, el procedimiento para los
cálculos que se llevó a cabo fue el siguiente:
Definimos las combinaciones de carga pertinentes,
junto con el vehículo de diseño.
Se calcularon las cargas muertas, vivas, sísmicas y
de viento.
Se analizaron las líneas de fluencia, y a partir de
estas se obtuvimos el factor de distribución de carga
para cada viga.
Posteriormente se obtuvieron los momentos y cortantes
a los cuales va a estar sometida la estructura.
En lo referente a la parte estructural, se desarrolló
el análisis de un puente de sección tipo Bailey en
forma de x simplemente apoyada; esto con la ayuda de
las hojas de cálculo en Excel y realizando
simultáneamente el cálculo manual.
Luego de realizar lo anterior, obtuvimos las
dimensiones de los elementos estructurales, placa,
vigas, junto con la distribución de los paneles tipo
Bailey en forma de X, esto según las cargas y
momentos a las que se someterán.
Finalmente se desarrollaron planos y especificaciones
técnicas para la estructura.
Análisis de resultados
Estos fueron nuestros resultados después de realizar el
procedimiento de cálculos:
Perfiles:
PA
AAAEEM LT
W 000060 350
S 000040 330
PERFIL EN C
AletaArea, A (m^2)
Alturad,m
Ancho bf(m)
Espesor tf (m)
Espesoralmatw(mm)
Momentode inerciaIx;Iy (m^4)
Límitede fluencia (kg/cm^2)
Total de elementos
C250 0,0047
0,254
0,0734
0,0111
13,4 0.0000158
2530 2
0.000000578
Módulo Elástico del acero (Gpa)
200
Módulo de Rigidez delAcero (Gpa)
77,2 Peso del perfil I2(Ton/m)
0,0085
Peso del perfil I2(Ton/m)
0,0312 Peso del perfil C (Ton/m)
0,037
W8(8X5 1/4)
S3 X 5.7
C250
Carga Dist. (Ton/m) 1,1506 0,0085
0,60
Suma de elemento 5,75 0,323 1,19
Total (Ton/m) 7,27
carga viva (Ton/m) 4,94carga muerta losa(Ton/m) 1,776Carga total 6,716 1,12
Vehículo de diseño:
Tipo de Camión Peso(Ton)C 40-95 40
Distribuida por sus dos armaduras(Ton) 20
Carga distribuida C-40 4,44carga viva + 5% 4,67carga viva + 5%+I 4,94
5% carga viva 0,22Carga de impacto 0,28
Cargas muertas:
0,23,7 m
0,2 m18 m
18m
1776
Losa de concreto ReforzadoAncho(m)
3,7
Densidad del concreto(kg/m^3)
2400
Largo(m)
18 Volumen(m^3)
13,32
Espesor(m)
0,2
Carga Muerta losa Puntual (kg/m)
1776
Reacciones y fuerzas externas:
0,45 Ton 0,45 Ton
4,8 Ton
1,73 ton
4,8 Ton
AB C D E F
K J I HM LN
G
Carga Vivas (Ton/m) 4,94Carga Muerta (Ton/m) 9,046
Total(Ton/m) 13,986
Distribuida por sus dos armaduras(Ton/m) 6,993
Secciones:
Diagrama de cuerpo libre:
18 m
Rax
Ray Rgy
Análisis método de las secciones:
AB C D E F
K J I HM LN
G
Corte No. 1:
0,45 Ton
θ= 45°N NM
NBM A
A AB
4,8 Ton
ܨ ൌͶǡ � ൌͲǡͶͷ ൌ ܨ� ݏܥܤ Ͷͷ ൌͲ
FNB ൌǡͳͷ � ܯܨ ൌǡͳͷܣ �
ܯ ൌൌ ܤܣ� ൌǡͳͷ � ݏ� Ͷͷι ൌͲ
ൌͶǡ͵ͷܤܣ� � �
ܯ ൌ ൌܨܨ ܯ ൌǡͳͷ � ݏ� Ͷͷι ൌͲ
ܨܨ ܯ ൌͶǡ͵ͷ �
Corte No. 2:
0,45 Ton 1,73 Ton
LM
M CLB
BC
4,8 Ton
ܨ ൌͶǡ � ൌͲǡͶͷ ൌͳǡ͵ � ൌܯܨ ܥ Ͷͷ ൌͲ
ܯܨ ܤܮ�ൌܥ
ܯܨ ͵ൌܥ ǡͲ � �͵ൌܤܮ� ǡͲ � ܥ
ܯ ൌ ͲǡͶͷ � ൌͶǡ � ܯܮ� ൌ͵ ǡͲ � ݏܥ Ͷͷι ൌͲ
ܯܮ� ൌǡͻ � ܥ
ܯ ൌൌ ͲǡͶͷ � ൌͶǡ � ܥܤ� ൌ͵ ǡͲ � ݏܥ Ͷͷι ൌͲ
ൌǡͻܥܤ� � �
Corte No. 3:
0,45 Ton 1,73 Ton 1,73 Ton
LKN
LDKC
A CD
4,8 Ton
ܦܮ� ൌܥܭ�
ܨ ൌͶǡ � ൌͲǡͶͷ ൌͳǡ͵ � ൌͳǡ͵ ൌܦܮ� ͶͷιൌͲܦܮ� ൌͳǡʹ � �ܥܭ� ൌͳǡʹ � ܥ
ܯ ൌ ൌͶǡ ͲǡͶͷ � ͳǡ͵ � ܭܮ� ͳǡʹ � ݏܥ Ͷͷι ൌͲ
ܭܮ� ൌǡ � ܥܦܥ� ൌǡ � �
Deformaciones en los elementos de la cercha:
ɤ = (ρ * L)/(A * Ɛ)
perfilelemento p(To
n)L(m) nombre Área(m
2)Módulo de Young(Ton/m2)
Deformación
AM IG 6,15 4,24264
S3 X 7,5 0,0011 22480934,96
0,00105513
NB HF 6,15 4,24264
S3 X 7,6 0,0011 22480934,96
0,00105513
MC IE 3,7 4,24264
S3 X 7,7 0,0011 22480934,96
0,00063479
LB JF 3,7 4,24264
S3 X 7,8 0,0011 22480934,96
0,00063479
LD JD 1,26 4,24264
S3 X 7,9 0,0011 22480934,96
0,00021617
KC KE 1,26 4,24264
S3 X 7,10 0,0011 22480934,96
0,00021617
NM IH 4,35 3 S3 X 7,12 0,0011 22480934,96
0,00052772
AB FG 4,35 3 S3 X 7,13 0,0011 22480934,96
0,00052772
ML JI 6,97 3 S3 X 7,14 0,0011 22480934,96
0,00084556
BC EF 6,97 3 S3 X 7,15 0,0011 22480934,96
0,00084556
CD DE 7,83 3 S3 X 7,16 0,0011 22480934,96
0,0009499
LK KJ 7,83 3 S3 X 7,17 0,0011 22480934,96
0,0009499
Deformaciones de las vigas transversales:
ɤ = (5 * W * L4)/(384 * Ɛ * i)
perfilW L(M) NOMBRE INERCIA( Módulo de Deformac
(Ton/m) M4) Young (Ton/m2)
ión
1,15 3,7 W8 (8 X 5 1/4) 0,0000313
22480934,96 0,00398827
0,6 3,7 C250 0,0000158
22480934,96 0,00412217
Deflexión máxima:
El puente analizado después de modelarlo en SAP2000, nos
muestra que tiene una deflexión de 0,0213 m, la cual cumple
con las secciones en el plano para una placa de concreto de
0,25 m.
Observaciones y recomendaciones
se recomienda analizar los elementos de la estructura
por el método de secciones.
Se observó de una manera concluyente que todas las
estructuras tipo Bailey son simétricas, lo cual
facilita su análisis.
Se recomienda determinar primero los perfiles
transversales, los cuales soportan la losa de
concreto.
Se recomienda que todos los perfiles de la armadura
sean uniformes, para que facilite la distribución de
su carga.
Se sugiere diseñar el puente teniendo en cuanta el
tipo de vehículo de diseño C-40 exigido por la norma.
Conclusiones
Se concluyó que los elementos Bailey en forma de X a
los extremos de la armadura reciben una mayor carga
que las que se dirigen al centro, por lo cual, esta
estructura resulta ser tan eficiente.
Se evidencio la importancia que tiene aplicar los
parámetros de las diferentes normas que rigen en el
territorio nacional.
Se pudo evidenciar que la armadura analizada podría
soportar 8.8 veces su propio peso.
El puente analizado después de modelarlo en SAP2000,
nos muestra que tiene una deflexión de 0,0213 m, la
cual cumple con las secciones en el plano para una
placa de concreto de 0,25 m.
Se encontró que en los cordones superiores e
inferiores los elementos ( L-k y C-d) son los que
están sometidos a los mayores.
Bibliografía e infografía
http://www.unipamplona.edu.co/unipamplona/portalIG/
home_15/recursos/01_general/documentos/16042010/
normas_icontec_1486_ua.pdf
http://www.4shared.com/get/MPcMZfmR/
cdigo_colombiano_de_diseo_sism.html
http://www.uptc.edu.co/export/sites/default/
facultades/f_ingenieria/pregrado/civil/documentos/
NSR-10_Titulo_B.pdf
URIBE ESCAMILLA, JAIRO. Análisis de estructuras. 2
da. ECOE ediciones. Julio 2000.
HIBBELER. RUSSELL C. Análisis estructural. 8 ed.
PEARSON. 2012.
BEER, JOHNSTON, DEWOLF, MAZUREK. FERDINAND, RUSSELL,
JOHN, DAVID. Mecánica de materiales. 6 ed. Mc Graw
Hill. Mexico 2012.
Anexos
Catálogos perfiles estructurales.
http://www.ahmsa.com/Acero/Productos/
Catalogo_Perfiles2012.pdf
Perfiles comerciales y estructurales.
http://www.deacero.com/content/
perfilesestructurales.pdf
Normas técnicas colombianas (NTC).
http://www.unipamplona.edu.co/unipamplona/
portalIG/home_15/recursos/01_general/
documentos/16042010/normas_icontec_1486_ua.pdf
Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes
(CCDSP-95).
http://www.4shared.com/get/MPcMZfmR/
cdigo_colombiano_de_diseo_sism.html
Norma Sismo Resistente (NSR- 10); título B.
http://www.uptc.edu.co/export/sites/default/
facultades/f_ingenieria/pregrado/civil/
documentos/NSR-10_Titulo_B.pdf
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