5. INVESTIGACION DE LAS CAUSAS DEL COLAPSO DEL PUENTE SOBRE EL RIO SANTA
Para el estudio de investigacion de las causas del colapso del Puente Sobre el Rio Santa se recopilo toda
la informacion correspondiente al proyecto y a las condiciones de ejecucion de la obra en campo.
Se conto con los siguientes datos:
- Planos del Proyecto
- Memoria de Calculo del Proyectista
- Planos de Fabricacion de la Estructura Metalica
- Planos de Encofrados de la Losa de Concreto
- Registros tomados durante la visita en campo.
Para la evaluacion de las estructuras se emplearon los ultimos criterios establecidos en la AASHTO
Bridge Design Specifications – 2011 y en el Code of Standard Practica for Steel Buildings and Bridges –
American Institute of Steel Construction AISC 2010.
Debido a la naturaleza del problemas se elaboraron modelos de elementos finitios tridimensionales para
poder establecer el comportamiento de las estructuras.
6. Por equilibrio : P * D = Q * L = ( b * D ) * L
Lugo el limite inferior de la riguidez del arriostre para prevenir deformacion lateral es:
b = P / L
Para poder aproverchar la capacidad de la columna (Pcr) el valor ideal de k debe ser:
b = Pcr / L
PRINCIPIOS BASICOS DE ARRIOSTRAMIENTO LATERAL
P
P
P
P
P
P
L
Q = *
k =
7. EFECTOS DE IMPERFECCIONES INICIALES
Las imperfecciones y/o distorciones
iniciales tienen el efecto the
incrementar la riguidez necesaria (b)
de los arriostres laterales.
Estas imperfecciones y/o distorciones
estan relacionadas a las tolerancias
de fabricacion de la estructura
metalica.
Los codigos de diseno establecen
limites aceptables para los cuales se
han calibrados las formulas y
expresiones de estabilidad de
elementos en compresion.
Para columnas el AISC establece por
ejemplo una maxima en el desplome
de la columna de L/500
8. REQUERIMIENTOS DE ARRIOSTRAMIENTO LATERAL
Para que los elementos de arriostre cumplan efectivamente su funcion, deben de
satisfacer requerimientos de RESISTENCIA y RIGIDEZ.
En el caso de sistemas de arriostramiento relativo (arriostamiento de una viga contra
la viga adyacente), se debe satisfacer:
Requerimiento de Resistencia:
Requerimiento de Rigidez:
9. PROBLEMAS CON EL SISTEMA DE ARRIOSTRAMIENTO EMPLEADO EN EL PUENTE SOBRE EL RIO
SANTA
Resistencia Proporcionada por Angulares L 125 x 125 x 8:
b/t = 125 / 8 = 15.625
Limite para secciones compactas : l = k √ E / Fy = 0.45 √ 29000ksi / 50ksi = 10.83 (18.06)
Seccion no satisface los requerimientos de esbeltez de AASHTO planchas de acero.
-Por efecto de la esbeltez de la seccion hay que considerar un factor de reduccion Qs.
-Por tratarse de secciones angulares conectadas solo a un lado se genera una excentricidad en la
carga actuante que genera un incremento en la esbeltez del miembro. Para un elemento de
secciones L se tiene una esbeltez efectiva:.
Para L/ r < 80 K * L / r = 72 + 0.75 L /rx K * L / r = 109.5 (49.8)
Para L/r > 80 K * L / r = 32 + 1.25 L /rx < 200
La resistencia proporcionada por los arriostres con estas consideraciones es: Pprov = 16.9 Ton
Resistencia Requerida para los Elementos de Arriostre:
M DC1 = 473.5 ton-m M DC2 = 907.7 ton-m
M DC1 + M DC2 = 1381.2 ton-m
Mr = 2 x 1381.2 = 2764.2 ton-m
Cd = 1.00 ho = 2.441m Lb = 5.75m
Luego: La resistencia requerida:
Pbr = W ( 0.008 Mr Cd ) / ho = 18.11 Ton
La Resistencia de los Arriostres es menor a la requerida
13. MODELO DE ANALISIS POR ELEMENTOS FINITOS DEL PUENTE SOBRE EL RIO SANTA
Se modelan explicitamente todos los elementos de la estructura metalica incluyendo rigidizadores
longitudinales, transversales, diafragmas y arriostres.
14. 1ER MODO DE PANDEO DE LA ESTRUCTURA METALICA
Losa de Concreto Totalmente Vaceada
El primer modo de pandeo
corresponde al pandeo lateral de las
vigas.
La carga teorica de pandeo
corresponde a una carga igual a 1.01
veces el peso propio de la estructura
metalica (DC1) + peso de la losa de
concreto (DC2) + Peso del Encofrado.
Esto significa un factor de seguridad
a la falla por pandeo lateral de solo
1.01
La carga real de pandeo es menor a
la carga teorica de pandeo. Los
factores que determinana la
magnitud real de la carga de pandeo
son:
-Esfuerzos Residuales en las planchas
de acero por efecto del proceso de
fabricacion/soladadura.
-Deformaciones y/o distorciones en la
geometria de la estructura metalica.
Bajo estas consideraciones, las
cargas aplicadas a la estructura
exceden la capacidad a pandeo
lateral de la estructura metalica.
Pandeo Lateral Torsional
l = 1.01 x (DC1 + DC2)
15. 1ER MODO DE PANDEO DE LA ESTRUCTURA METALICA
Losa de Concreto Parcialmente Vaceada al momento de ocurrida la falla
Se analizo tambien la condicion de
carga correspondiente al momento en
que se registro la falla (Solo 43m de
losa vaceados en la parte central del
tramo).
El modelo de analisis indico que para
esa condicion de carga, la carga de
pandeo teorica es igual a 1.10 veces
la carga aplicada ( Peso de Viga
Metalica + Peso de Encofrado + Peso
de 43m de losa vaceada en la parte
central del tramo).
Este resultado corresponde a un
factor de seguridad contra la falla al
pandeo de tan solo 1.10
Pandeo Lateral Torsional
l = 1.10 x (DC1 + DC2)
16. Los detalles empleados para los conectores de corte no permiten la accion compuesta entre las
vigas de alma llena y la losa de concreto.
Para que la seccion trabaje como seccion compuesta, los conectores de corte debe de penetrar
un minimo de 50mm dentro de la losa de concreto (AASHTO 6.10.10.1.4).
En el caso que se utilizen conectores tipo CANAL (actualmente no es lo usual), AASHTO indica
que los canales deberan estar solados a lo largo de los bordes (heel, toe) del ala inferior del
canal ( AASHTO 6.10.10.1.1).
De acuerdo a los detalles que se muestran en los planos (penetracion de los canales de en
promedio poco mas de 1cm) y lo que se ejecuto en campo (se recorto el ala inferior del canal y
se soldo directamente el alma del canal al ala superior de la viga de rigidez), se puede concluir
que la seccion no podria comportarse como una seccion compuesta para la accione de las cargas
muertas y cargas vivas, por lo que el casi el integro de las cargas seria soportadas por las vigas
metalicas.
CONECTORES DE CORTE
17. CAPACIDAD DE LA VIGA DE RIGIDEZ METALICA
De acuerdo a lo que se muestran en los planos se puede establecer que la capacidad a flexion de
las vigas de rigidez metalcias estan controladas por la falla a pandeo local del ala en compresion.
El ala en compresion de las vigas metalicas no satisface los requerimientos de esbeltez para
calificar como seccion compacta.
b = 750mm t = 32mm lf = b/ 2 t = 11.72
Los limites de esbeltez para plancha compacta (lpf) y plancha esbelta (lrf) son:
Lpf = 0.38 √E/Fy = 9.15 Lrf = 0.56 √E/Fy = 13.49
En base a ala resistencia por pandeo local del ala en compresion, se puede determinar que el
esfuerzo maximo en compresion que puede soportar el ala superio de la viga de rigidez es :
Fnc = 0.82 Fy
Por efecto de las cargas de servicio, esfuerzos actuantes en la seccion no-compuesta son
considerablemente mayores (del orden de 1.17 Fy ).
