Memoria Estructural - Puente Centrica

PUENTE PEATONAL CENTRICA

PROYECTO PUENTE PEATONAL CENTRICA, AV. ESPINOZA DE LOS MONTEROS

IBARRA, ECUADOR

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL SUPERESTRUCTURA Y CIMENTACIONES

Mayo 20, 2013

Preparado por

FRANCISCO GARCIA M., MSCEIngeniero Civil

Consultor EstructuralReg. Prof. # 5376R-11-10621

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Índice

1 OBJETIVO................................................................................................42 DESCRIPCION GENERAL.........................................................73 DESARROLLO DEL MODELO SISMO-ESTÁTICO / SISMO-DINÁMICO

104 DESARROLLO DE MODELO DE SUELO....................................17

4.1.......................................................................................................................General17

5 BASES DE DISENO Y TIPOS DE ANALISIS................................185.1.......................................................................................................................General

185.2..............................Geometría, Materiales, y Parámetros de la Estructura

185.3................................................................................................Modelo de Soportes

205.4................................................................Cargas de Diseño – Análisis Estático

205.5.............................................................Cargas de Diseño – Análisis Dinámico

215.6...............................................................................Tipos de Análisis Realizados

245.7.................................................................Resultados de los Análisis Estáticos

255.8..............................................................Resultados de los Análisis Dinámicos

276 DISENO DE PAVIMENTO DE HORMIGON.................................31

6.1...........................................................................Revisión de Modelo Propuesto31

7 MANTENIMIENTO DE ESTRUCTURA........................................327.1....................................................................................................................GENERAL

327.2..........................................................................................MODELO DE VIDA ÚTIL

337.3...........................................................PROTECCION ANTICORROSIVA Y TIPOS

347.4..........................RECOMENDACIONES PARA ESTRUCTURA DE PROYECTO

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Índice de Figuras

Figura 2-1: Modelo Propuesto – Vista Isométrica........................................................6Figura 2-2: Modelo Propuesto – Vista en Planta..........................................................7Figura 2-3: Modelo Propuesto – Vista Transversal......................................................7Figura 2-4: Modelo Propuesto – Vista Longitudinal.....................................................7Figura 3-1: Clasificación de perfiles de Suelo basada en metodología de Seed – NEC-11............................................................................................................................... 9

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Figura 3-2: Zonificación Sísmica de Diseño en el Ecuador, Aceleración Máxima en la Roca................................................................................................10Figura 3-3: Factores Z para las Zonas Sísmicas de la Región Ecuatoriana.10Figura 3-4: Relación propuesta entre la aceleración máxima media y la aceleración máxima para la roca competente.................................................11Figura 3-5: Espectro Elástico de Respuesta propuesto, con 5% de amortiguamiento..................................................................................................12Figura 3-6: Espectro Elástico de Respuesta (Aceleración espectral) para un sitio tipo D.............................................................................................................13Figura 3-7: Historia Aceleración-Tiempo seleccionada para Análisis Sismo-Dinámico de las diferentes Estructuras – Sismo con Tr = 475 años, Mw = 9.6........................14Figura 5-1: Modelo Puente – STAAD Pro V8i.............................................................22Figura 5-2: Historia Aceleración-Tiempo de Sismo Modelo, aplicado al Eje X – STAAD Pro V8i...................................................................................................................... 25Figura 5-3: Historia Aceleración-Tiempo de Sismo Modelo, aplicado al Eje Z – STAAD Pro V8i...................................................................................................................... 26Figura 5-4: Modelo Estático Inelástico del Puente Analizado – STAAD Pro V8i..........28Figura 5-5: Modelo Dinámico Inelástico del Puente Analizado – STAAD Pro V8i.......30

Índice de Tablas

Figura 4-1: Determinación de Kv elástico.................................................................16Figura 4-2: Cimentación Crítica de Puente...............................................................17Tabla 4-3: Módulos de Elasticidad para varios tipos de materiales..........................18Tabla 4-9: Coeficientes de Poisson para varios tipos de materiales.........................19Tabla 4-10: Aplicación de Coeficiente de Reacción K lateral al modelo de cimentación del Puente............................................................................................20Tabla 5-1: Tabla de Tasas de Falla reportadas – STAAD Static Output.....................29Tabla 5-2: Tabla de Tasas de Falla reportadas – STAAD Dynamic Output................31Tabla 5-3: Resumen de Resultados del Análisis Modal (Sísmico) – STAAD Dynamic Output...................................................................................................................... 32Tabla 5-4: Grafica de Rangos de Serviceabilidad y Vibraciones permitidas – DM7...33Figura 6-1: Sección Tipo de Losa de Pavimento de Hormigón Armado.....................34

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1 OBJETIVO

El siguiente Estudio comprende el análisis de la súper estructura y cimentación del Puente Peatonal Céntrica, Parque Boulevard, en la ciudad de Ibarra, provincia de Imbabura, Ecuador, y tiene como objetivo primordial la selección y configuración del sistema de estructura y cimentación apropiadas que cumplan con todas las solicitaciones estructurales requeridas para proporcionar la absoluta integridad estructural a la obra.

La superestructura del puente corresponde a un sistema de arcos portantes y lingadas de tubería de acero, interconectadas entre sí por un tejido nodal de tuberías de acero menores, que soportan las cargas peatonales desplantadas sobre una capa de hormigón armado y steel panel, conformando así una pasarela de 3.20m de ancho.

El sistema de arcos descarga los esfuerzos de la superestructura sobre las cimentaciones propuestas conformadas por plintos macizos de hormigón reforzado con tubería de acero, desplantados sobre el material mejorado sobre el suelo existente.

Todos los elementos están conformados por tubería de acero tipo API 5L/ASTM A53.

La ciencia del diseño estructural tiene como objetivo primordial la selección y configuración del sistema de estructura y cimentación apropiadas que cumplan con todas las solicitaciones estructurales requeridas para proporcionar la absoluta integridad estructural a la obra. En el caso de este proyecto, tras el desarrollo del proceso de estudios general del proyecto, se generaron varias alternativas arquitectónicas con la finalidad de considerar y evaluar las distintas posibilidades factibles para el cumplimiento de los alcances del proyecto, y las distintas solicitaciones técnicas respectivas. La finalidad de la estructura, es finalmente, la de proporcionar espacios suficientes y seguros para el flujo de peatones y personas que visiten las inmediaciones del parque.

Como elemento primordial de un diseño estructural, destaca el Estudio Estructural de Cimentaciones. El Estudio Estructural de Cimentaciones es una investigación ingenieril compuesta por varios estudios paralelos que se complementan entre sí para poder llevar a cabo el objetivo primordial.

El primer estudio necesario para la correcta evaluación del sistema de cimentación es el Desarrollo del Modelo Sísmico de la zona, necesario para poder desarrollar el análisis sísmico de la estructura y cimentaciones. El Capítulo 3 de este documento presenta una descripción detallada del proceso de desarrollo del Modelo Sísmico.

Paralelamente, se prepara el estudio de suelos, o Estudio Geotécnico, que proporciona la información relacionada a las propiedades del suelo subyacente, su

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estratificación, y clasificación. Esta información es vital para poder desarrollar el modelo de suelo, realizar los análisis de interacción suelo-estructura, determinar capacidades portantes, y realizar los estudios de asentamiento y estimación de desplazamientos. El Capitulo 4 corresponde a este tópico.

En el Capitulo 5, se presentan las Bases de Diseño aplicables al desarrollo del diseño de la estructura propuesta. Se incluye como Base de Diseño, los distintos tipos de análisis estructurales aplicables a los componentes del proyecto, y los resultados de dichos análisis.

Este reporte describe, siguiendo el mismo orden, cada una de estas secciones, con la finalidad de proporcionar al lector con una clara idea del proceso de evaluación y diseño estructural de la obra propuesta.

Como nota importante, es primordial recalcar que los resultados procesados en este estudio dependen en su totalidad de la información proporcionada por el estudio geotécnico del sitio, modelo sísmico asumido, y demás información pertinente. El ingeniero estructural que realiza el informe aquí presentado no se responsabiliza por fallas en el sistema por causa de errores o inconsistencias en la información emitida para desarrollar este estudio.

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2 DESCRIPCION GENERAL

Durante la etapa de diseño se propusieron múltiples alternativas. Luego de reiterados análisis, y corridas estructurales, se determino el modelo más eficiente que cumple con las solicitaciones estructurales requeridas. A continuación se describe, de manera textual y grafica, la configuración final de la estructura del puente propuesto.

El puente tiene un recorrido total aproximado de 110m, con un ancho de camineria de 3.20m. El puente se divide en tres partes: 2 rampas de acceso/egreso continuamente soportadas, con recorridos de aproximadamente 38m cada una, y la pasarela central, con una luz entre soportes de 34m. La superestructura del puente corresponde a un sistema de arcos portantes y lingadas de tubería de acero, interconectadas entre sí por un tejido nodal de tuberías de acero menores, que soportan las cargas peatonales desplantadas sobre una capa de hormigón armado y steel panel, conformando así la pasarela de 3.20m de ancho. Los elementos de la lingada (plataforma peatonal) corresponden a tubería API de 6 pulgadas de diámetro (e=6mm); asimismo, los peldaños que soportan la losa de manera directa corresponden a tubería API de 6 pulgadas de diámetro (e=6mm). Los pendolones, corresponden a tubería API de 4 y 3 pulgadas de diámetro (e=5mm). Finalmente los arcos portantes corresponden a tubería API de 12 pulgadas de diámetro (e=12mm).

El sistema de arcos descarga los esfuerzos de la superestructura sobre las cimentaciones propuestas conformadas por plintos macizos de hormigón reforzado con tubería de acero, desplantados sobre el material mejorado sobre suelo existente.

La siguiente figura muestra la configuración del puente propuesto:

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Figura 2-1: Modelo Propuesto – Vista Isométrica

Figura 2-2: Modelo Propuesto – Vista en Planta

Figura 2-3: Modelo Propuesto – Vista Transversal

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Figura 2-4: Modelo Propuesto – Vista Longitudinal

Para los detalles geométricos de la estructura y mayor información, por favor referirse a los planos arquitectónicos y estructurales.

3 DESARROLLO DEL MODELO SISMO-ESTÁTICO / SISMO-DINÁMICO

Se estipulo utilizar el modelo sísmico descrito en el NEC-11 (Norma Ecuatoriana de la Construcción – Capitulo 2 Peligro Sísmico y Requisitos del Diseño Sismo-Resistente).

El factor sísmico es uno de los elementos de diseño más críticos en todas las estructuras localizadas en el Ecuador. Los lineamientos del NEC-11 (Norma Ecuatoriana de la Construcción – Capitulo 2 Peligro Sísmico y Requisitos del Diseño Sismo-Resistente) se encuentran basados en la metodología IBC, y el sistema de clasificación de suelos desarrollado por Seed, los cuales permiten el desarrollo de un diseño sísmico más eficiente; el uso de ambos sistemas representa en la actualidad la metodología más precisa para determinación de parámetros sísmicos, estadística y científicamente comprobada, en el Ecuador. De la metodología estipulada en el NEC-11, ajustada a través del procedimiento de Seed, se logra la determinación de Sa, la aceleración espectral pronosticada en el sitio; este parámetro es fundamental en el análisis sismo-estático inelástico de la estructura, pues corresponde al evento sísmico máximo esperado, también llamado SISMO DE DISENO o FALLA, con 10% de probabilidad de excedencia en 50 años (Periodo de Recurrencia Tr = 475 años).

Para determinar el valor de Sa apropiado para la estructura bajo estudio, se realizaron las siguientes afirmaciones:

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Se estimo que la estructura genera una impedancia de 5% de amortiguamiento.

En base al informe geotécnico emitido (ver Capitulo 4) se determino un suelo Tipo D (suelos intermedios a blandos, de media a gran profundidad al estrato firme), según lo estipulado en el NEC-11, como se muestra en la Figura 3-1:

Figura 3-5: Clasificación de perfiles de Suelo basada en metodología de Seed – NEC-11

Considerando la ubicación geográfica de la región del proyecto, el mapa de Zonificación Sísmica de Diseño en el Ecuador de Aceleración Máxima en la Roca (ver Figura 3-2), nos muestra que el sitio de estudio se encuentra en la Zona Sísmica V que representa un factor Z de 0.40 seg de aceleración esperada en la roca, ver Figura 3-3.

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Figura 3-6: Zonificación Sísmica de Diseño en el Ecuador, Aceleración Máxima en la Roca

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Figura 3-7: Factores Z para las Zonas Sísmicas de la Región EcuatorianaEspectro Elástico de Respuesta

En base a la Relación propuesta para el cálculo del espectro elástico de diseño mediante el método desarrollado por Seed y otros (1997), se estima que la aceleración media del suelo para sitios tipo D es de aproximadamente 0.4g como se muestra en la Figura 3-4:

Figura 3-8: Relación propuesta entre la aceleración máxima media y la aceleración máxima para la roca competente.

De esta forma se obtiene una aceleración de 0.4 g en el suelo para un sitio tipo D1. El espectro de Respuesta Elástica (Aceleración espectral) propuesto para el sitio de estudio se determina aplicando el factor de 0.4 a la curva tipo establecida en el espectro elástico de respuesta tipo (Seed), en este caso la Curva “D”:

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Figura 3-9: Espectro Elástico de Respuesta propuesto, con 5% de amortiguamiento.

Al aplicar el factor, que modifica la curva, se obtiene el espectro de Respuesta Elástica (Aceleración espectral) característica del sitio, que se muestra en la Figura 3-6:

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Figura 3-10: Espectro Elástico de Respuesta (Aceleración espectral) para un sitio tipo D.

Es asi que se obtienen las aceleraciones espectrales:

Sds (T= 0.2s.) = 1.08 Sa (T= 1s.) = 1.3 => 130% g

Siendo en este caso Sa el parámetro correspondiente a la aceleración espectral de diseño (estatico-inelastico). El valor de Sa para el SISMO DE DISENO corresponde a 1.30g (130%), aplicable de manera directa sobre el modelo 3D de elementos finitos elaborado para la estructura del puente, y corresponde a una carga lateral (en ambos sentidos) inercial de 130% del peso propio + carga viva. Este parámetro de diseño es utilizado en el análisis Sismo-Estático Inelástico.

De manera similar, se estimo un valor de Sa = 0.20g (20%) para el SISMO DE SERVICIO (o sismo rutinario, sismo con 100% de probabilidad de excedencia en 50 años, Periodo de Recurrencia Tr = 47.5 años ) para un suelo Tipo D, a ser utilizado en el análisis Sismo-Estático Elástico de la estructura.

Paralelamente, se desarrollo el modelo sismo-dinámico, fundamental para la ejecución del análisis Sismo-dinámico Inelástico de la estructura. Se selecciono la historia aceleración-tiempo recomendada para un sismo con 10% de probabilidad de excedencia en 50 años (periodo de recurrencia Tr = 475 años), es decir, sismo de diseño (análisis inelástico). Esta información está contenida en un archivo

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tipo .SMC. El archivo corresponde a un sismo de falla con rumbo dextral y siniestral, de magnitud Mw = 9.60, una duración registrada de 100 segundos, y una máxima aceleración reportada de 1.10g.

El programa de análisis STAAD Pro V8i lee la información contenida en el archivo .SMC y la aplica a la estructura en tiempo real, para poder realizar el análisis dinámico. De esta manera se obtienen los modos y desplazamientos resultantes que se comparan a los resultados del análisis estático de la estructura.

Figura 3-11: Historia Aceleración-Tiempo seleccionada para Análisis Sismo-Dinámico de las diferentes Estructuras – Sismo con Tr = 475 años,

Mw = 9.6.

El análisis estructural se realiza con STAAD Pro V8i (Programa de Elementos Finitos), y SAP 2000 para la revisión/validación.

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4 DESARROLLO DE MODELO DE SUELO

4.1 GeneralEl estudio geotécnico proporciona la información relacionada a las propiedades

del suelo subyacente, su estratificación, y clasificación. Esta información es vital para poder desarrollar el modelo de suelo requerido por el programa de análisis estructural STAAD Pro V8i, que permite la determinación de capacidades portantes, y la predicción de valores de asentamiento y desplazamiento de los elementos de cimentación. Asimismo, los parámetros geotécnicos permiten el correcto análisis de la interacción suelo-estructura, en esencia a través del parámetro K (modulo de reacción de sub-base como es comúnmente llamado, o modulo de reacción de suelo, como será llamado en este informe) elástico, y la impedancia dinámica Kd, elementos clave en el desarrollo de los modelos para el programa STAAD Pro V8i.

Según los datos emitidos por la compañía “Suelos y Muros”, en su informe de Octubre del 2012 denominado

“

“

La estratigrafía natural del sitio está gobernada por limos arenosos de baja plasticidad, con estructura muy blanda, lo que genera una capacidad portante de proporciones bajas, y un alto factor de compresibilidad (plástica). Este tipo de suelo corresponde a un Modelo de Suelo TIPO D (Ver Capitulo 3), con capacidad portante admisible en el orden de 3 Ton/m², lo cual es bajo.

Para compensar esta situación, el informe geotécnico recomienda un mejoramiento del suelo con material de relleno, con las siguientes características:

“se recomienda utilizar como material de reposición o de mejoramiento un suelo granular (Arenas, gravas o lastre) con las siguientes características:Tamaño máximo de partícula: 7.5 centímetrosPorcentaje de finos mínimo: 15 %Porcentaje de finos máximo: 30 %Límite líquido máximo de los finos: 25%

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En cualquier caso la reposición y la compactación deben hacerse, con la primera capa del material compactada, sobre el terreno natural desbrozado, con un espesor de hasta 20 centímetros. Sucesivamente se compactarán capas de 20 centímetros, hasta alcanzar el nivel deseado. La última capa debe compactarse de tal forma, que reduzca la permeabilidad hacia las capas inferiores. Todo el relleno debe compactarse al 95% del método próctor estándar (ASTM D-698).”

Se ha determinado un mejoramiento de aproximadamente 2.20m, entre material de piedra base, y material de relleno (cascajo o lastre). Se excavan 2.20m con respecto a la superficie, sobre los cuales se rellena con 70cm de piedra base, y se compacta con cascajo fino a este nivel. De allí hasta la superficie, se rellena con material de cascajo o lastre. El desplante (con respecto al nivel de superficie) de la cimentación debe ocurrir a 1.40m de profundidad, y debe incluir un replantillo de 10cm. Con esto se estila obtener una capacidad portante admisible mínima de 10 Ton/m², para la interacción suelo-estructura.

El programa de elementos finitos STAAD Pro V8i representa el suelo con un sistema de resortes equivalentes valorizados por medio del factor K elástico (modulo de reacción de suelo). Es decir, el modelo del suelo, es el soporte en forma de resortes tri-direccionales (que permiten el desplazamiento axial del nodo de cimentación en los tres ejes), con un desplazamiento regido por el modulo de reacción K, y demás parámetros de suelo aplicables (E, G, ν). Se utiliza la Tabla 4-1 para extrapolar el valor aplicable al tipo de suelo seleccionado, como se muestra:

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Tabla 4-1: Determinación de Kv elástico

Teniendo en cuenta que el desplante de las cimentaciones ocurre bien dentro del suelo mejorado (cascajo y piedra base), la distribución de presiones alcanza a afectar los suelos originales de mayor profundidad (limos blandos). Como resultado de esto, la selección del tipo de suelo para el modelo a ser extrapolado en la Tabla 4-1 debe consistir en un “promedio” o equilibrio entre los dos tipos de suelo, siendo una arcilla media una selección conservadora pero apropiada. Nótese como las rayas negras gruesas intersectan la curva de Kv (vertical) para suelos granularmente finos (arcilla media) en el punto Kv = 20 Ton/pie³, lo que equivale a un Kv de 44000 lbs/pie (44 Kips/pie) por cada pie cuadrado de área de desplante, o su equivalente métrico de 706 Ton/m por cada metro cuadrado de área de desplante.

Consecuentemente, al multiplicar el valor de Kv por el área de desplante de la cimentación más critica del puente, se tiene que:

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Tabla 4-2: Cimentación Crítica de Puente

Área de desplante de plinto (Ap) = 19.72m² (212.4 pies²)

K estático = Kv x ApK = 44000 lbs/pie/pie² x 212.4 pies²

K (vertical) = 9346 Kips/pie (779 Kips/pulg)

De manera similar, el Modulo de Elasticidad (E) para suelos arcillosos oscila entre los 35 MPa y los 100 MPa, como se muestra en la Tabla 4-3:

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Tabla 4-3: Módulos de Elasticidad para varios tipos de materiales.

Al haber llegado a la conclusión de que el modelo de suelo puede ser representado con arcillas medias, se asigna un valor E de alrededor de 65 MPa (9500 psi).

El Coeficiente de Poisson (ν) para arcillas oscila entre 0.30 y 0.45, como se muestra en la Tabla 4-4:

Tabla 4-4: Coeficientes de Poisson para varios tipos de materiales

De manera similar, se puede estimar el coeficiente de Poisson de las arcillas medias del sitio del proyecto como 0.38.

Teniendo estos parámetros claramente definidos, se procede a calcular el Modulo de Elasticidad Transversal (G) por medio de la siguiente ecuación:

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Es decir, para un E de 65 MPa (9500 psi), y un ν de 0.38, el Modulo de Elasticidad Transversal es equivalente a:

G = (65MPa)/(2*(1+ 0.38))

G = 24 MPa (3480 psi)

Se puede notar como G corresponde a aproximadamente un 38% de E. Se puede entonces asumir, de manera conservadora, que la reacción del suelo lateral equivale a 38% del K calculado, es decir:

K (lateral) = 9346 Kips/pie * 0.38 = 3551.5 Kips/pie

La Tabla 4-5 muestra como se aplican todos los valores de K (vertical y laterales) al sistema de resortes del modelo de suelo:

Tabla 4-5: Aplicación de Coeficiente de Reacción Kv vertical y laterales al modelo de cimentación del Puente

La decisión de calcular K lateral como un 38% del K vertical previamente determinado es conservadora desde el punto de vista geotécnico. En realidad, el desplazamiento lateral del plinto de cimentación ocurre en su totalidad dentro del estrato de material mejorado; los módulos de reacción (K verticales y laterales) de suelos gravosos o rellenos controlados son considerablemente más altos que los que se obtienen para arcillas. Al estar la cimentación empotrada en estas capas de mayor capacidad portante y mayor resistencia al corte, gozaran de mayor resistencia al desplazamiento lateral. El k lateral para gravas o rellenos es en realidad mayor al aquí calculado.

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5 BASES DE DISENO Y TIPOS DE ANALISIS

5.1 GeneralLos múltiples análisis de la estructura fueron realizados en base a los

parámetros y condiciones aquí establecidas.

5.2 Geometría, Materiales, y Parámetros de la EstructuraEl estudio comprendió el análisis de la estructura del puente propuesto. El

diseño fue revisado y analizado para confirmar su cumplimiento con las normas estructurales mínimas, en este caso las normas estructurales del código AASHTO para puentes peatonales, y las especificaciones de diseño respectivas.

Las bases del estudio estructural comprendieron el análisis estructural de los distintos sistemas del puente, soportados por el modelo de soporte desarrollados, sometido a las solicitaciones de carga muerta, viva, y sísmicas desarrolladas.

Las normas estructurales aplicables al estudio de la estructura del puente peatonal fueron las siguientes:

- Normas del AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) – Especificaciones para el diseño de puentes peatonales.

- Normas del IBC (International Building Code) – para el diseño en zona sísmica.

- Normas de las especificaciones ASCE-7.

- Norma Ecuatoriana de la Construcción 2011

o NEC-11

El análisis y diseño de los elementos estructurales se llevo a cabo según:

- Manual de Construcción de Acero de AISC (American Institute of Steel Construction), - ASD/LRFD, 13va edición.

- Manual de Diseño de Estructuras de Hormigón Armado ACI 318-05: Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary.

Para la realización de los análisis, se utilizo el programa de elementos finitos STAAD Pro V8i, en conjunto con los métodos de diseño de acero ASD, y los códigos ya mencionados.

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La siguiente figura muestra la geometría y configuración de la estructura del puente propuesto, modelado en STAAD Pro V8i.

Figura 5-12: Modelo Puente – STAAD Pro V8i

El tipo de materiales utilizado y demás parámetros de construcción se listan a continuación:

Tuberías de acero API 5L X-52 (fy = 52 Ksi, 3660 kg/cm²), soldableso ASTM A53 (fy = 53 Ksi, 3730 kg/cm²), soldables:

o Tubos de 12 pulgadas de diámetro, con espesor de 12 mmo Tubos de 8 pulgadas de diámetro, con espesor de 9 mmo Tubos de 6 pulgadas de diámetro, con espesor de 6mmo Tubos de 4 pulgadas de diámetro, con espesor de 5 mmo Tubos de 3 pulgadas de diámetro, con espesor de 5mm

Elementos varios de acero (Placas):o Existen dos alternativas:

ASTM A36 (fy = 36 Ksi, 2534 kg/cm²). ASTM A992 (fy = 50 Ksi, 3520 kg/cm²).

Hormigón estructural para losa de pasarela, f’c = 3500 psi (240 kg/cm²) Acero de refuerzo y varillas, fy = 60 Ksi, (4200 kg/cm²)

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Pintura anticorrosiva (epoxica) para protección de tuberías. Tipo de soldadura = SMAW, E70-18

El análisis de la estructura se realizo asumiendo un tiempo de vida estimada de 30 años, y una protección anticorrosiva asumida de 10 años. Es decir, se analizo la estructura con una reducción en la sección de las tuberías correspondiente a 20 años de corrosión libre.

5.3 Modelo de SoportesLos soportes (bases) de la estructura modelada corresponden al sistema de

resortes determinados en el Capitulo 4.

Figura 5-13: Sistema de soportes – STAAD Pro V8i

5.4 Cargas de Diseño – Análisis EstáticoLa siguiente lista plantea las cargas básicas que conforman las combinaciones

de cargas de diseño que fueron utilizadas para realizar el análisis estático de la estructura.

CARGAS BASICAS

Carga Muerta (DL): Peso propio de la estructura (incluye steel panel, y losa de hormigón armado).

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Carga Viva 1 (LL1): Es la carga debida a la operación y uso de la estructura, y en general, todo aquello que no tiene una posición fija y definitiva en la misma. De acuerdo con el Código AASHTO, la carga viva para puentes peatonales es de 80 libras/pie² (390 Kg/m²), y corresponde a la carga de los peatones asumiendo una distribución saturada, a lo largo de todo el recorrido del puente.

Carga Viva de 80 lbs/pie² aplicada sobre pasarela completa de Puente – STAAD Pro V8i

Carga Sísmica 1 (SL1): Sa x (Carga Muerta + Carga Viva) = 1.30 x (DL+LL1), carga inercial en dirección transversal (lateral).

Carga Sísmica 2 (SL2): Sa x (Carga Muerta + Carga Viva) = 1.30 x (DL+LL1), carga inercial en dirección longitudinal (lateral).

Con estas cargas básicas definidas, se procedió a definir las combinaciones de carga aplicables al análisis de la estructura, según la metodología ASD

COMBINACIONES DE CARGA

DL + LL1 DL + 0,75SL1 + LL1 DL + 0,75SL2 + LL1 DL + SL1 DL + SL2

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5.5 Cargas de Diseño – Análisis DinámicoSe tomo el modelo estático del puente en su totalidad, y se aplicaron las

modificaciones pertinentes al análisis dinámico. La primera de las modificaciones correspondió a la inserción de la carga sismo-dinámica por medio de un análisis tiempo-historia utilizando el archivo .SMC descrito en el Capitulo 3. Es así que la siguiente lista plantea las nuevas cargas básicas que conforman las nuevas combinaciones de cargas de diseño que fueron utilizadas para realizar el análisis dinámico de la estructura.

CARGAS BASICAS

Carga Muerta (DL): Peso propio de la estructura (incluye steel panel, y losa de hormigón armado).

Carga Viva 1 (LL1): Es la carga debida a la operación y uso de la estructura, y en general, todo aquello que no tiene una posición fija y definitiva en la misma. De acuerdo con el Código AASHTO, la carga viva para puentes peatonales es de 80 psf (390 Kg/m²), y corresponde a la carga de los peatones asumiendo una distribución saturada, a lo largo de todo el recorrido del puente. Para darle un sentido dinámico, se le aplica un factor de frecuencia de flujo, variando la carga de 40 psf a 80 psf (195 - 390 Kg/m²) en ciclos con intervalos de duración de 10 minutos.

Carga Sismo-Dinámica 1 (SLD1): Historia aceleración-tiempo correspondiente al sismo modelo descrito en el Capitulo 3, por medio del archivo .SMC, aplicado en dirección transversal (Eje X), como se muestra en la Figura 5-3:

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Figura 5-14: Historia Aceleración-Tiempo de Sismo Modelo, aplicado al Eje X – STAAD Pro V8i

Carga Sismo-Dinámica 2 (SLD2): Historia aceleración-tiempo correspondiente al sismo modelo descrito en el Capitulo 3, por medio del archivo .SMC, aplicado en dirección longitudinal (Eje Z), como se muestra en la Figura 5-4:

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Figura 5-15: Historia Aceleración-Tiempo de Sismo Modelo, aplicado al Eje Z – STAAD Pro V8i

Con estas cargas básicas definidas, se procedió a definir las combinaciones de carga aplicables al análisis de la estructura, según la metodología ASD

COMBINACIONES DE CARGA

DL + 0,75SLD1 + LL1 (Análisis Tiempo-Historia) DL + 0,75SLD2 + LL1 (Análisis Tiempo-Historia) DL + SLD1 (Análisis Tiempo-Historia) DL + SLD2 (Análisis Tiempo-Historia)

Luego de implementar las combinaciones de carga definidas, se procedió a correr el modelo dinámico, por medio de un análisis inelástico Modal, para verificar la condición de capacidad máxima / colapso de la estructura sometida a las solicitaciones del sismo de diseño. Los resultados obtenidos se comparan con aquellos obtenidos del análisis inelástico estático.

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5.6 Tipos de Análisis RealizadosSe llevaran a cabo análisis estáticos y dinámicos para evaluar las distintas

respuestas de la estructura a las solicitaciones de carga estipuladas. Cada uno de estos análisis se subdividen en 4 tipos de análisis adicionales: análisis elástico (condiciones de servicio), análisis inelástico –Pdelta 3er Orden- (condiciones de diseño), análisis de fatiga (condiciones de servicio), y análisis de desempeño (condiciones de diseño). A continuación se presenta un desglose de los distintos tipos de análisis, y sus respectivas cargas y condiciones aplicables, para dar un total de 6 análisis realizados por separado:

ANALISIS ESTATICOS

Análisis Elástico:

Carga Muerta – Peso Propio Estructura.Carga Viva – 80 psf (390 Kg/m²) sobre losa de pasarela. Cargas Sísmicas – Determinadas del Espectro del NEC-11, para sismo común (sismo de servicio) con 100% de Probabilidad de Excedencia en 50 años (Tr = 47.5 años).

Análisis Inelástico – Pdelta de 3er orden:

Carga Muerta – Peso Propio Estructura.Carga Viva – 80 psf (390 Kg/m²) sobre losa de pasarela. Cargas Sísmicas – Determinadas del Espectro del NEC-11, para sismo raro (sismo de diseño) con 10% de Probabilidad de Excedencia en 50 años (Tr = 475 años).

ANALISIS DINAMICOS

Análisis Elástico - Modal:

Carga Muerta – Peso Propio Estructura.Carga Viva – 40 - 80 psf (195 - 390 Kg/m²) sobre losa de pasarela, aplicada de manera cíclica (frecuencia de flujo). Cargas Sísmicas – Historia Aceleración-Tiempo para sismo común (sismo de servicio) con 100% de Probabilidad de Excedencia en 50 años (Tr = 47.5 años).

Análisis Inelástico – Modal:

Carga Muerta – Peso Propio Estructura.Carga Viva – 40 - 80 psf (195 - 390 Kg/m²) sobre losa de pasarela, aplicada de manera cíclica (frecuencia de flujo).Cargas Sísmicas – Historia Aceleración-Tiempo para sismo raro (sismo de diseño) con 10% de Probabilidad de Excedencia en 50 años (Tr = 475 años).

Análisis de Fatiga:

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Carga Muerta – Peso Propio Estructura.Carga Viva – 40 - 80 psf (195 - 390 Kg/m²) sobre losa de pasarela, aplicada de manera cíclica (frecuencia de flujo).Cargas Sísmicas – Historia Aceleración-Tiempo para sismo común (sismo de servicio) con 100% de Probabilidad de Excedencia en 50 años (Tr = 47.5 años).

Análisis de Desempeño:

Carga Muerta – Peso Propio Estructura.Carga Viva – 80 psf (390 Kg/m²) sobre losa de pasarela.Cargas Sísmicas – Historia Aceleración-Tiempo desarrollada para sismo raro (sismo de diseño) con 10% de Probabilidad de Excedencia en 50 años (Tr = 475 años).

5.7 Resultados de los Análisis Estáticos

Figura 5-16: Modelo Estático Inelástico del Puente Analizado – STAAD Pro V8i

En la Figura 5-5 se puede apreciar la estructura como fue modelada en el Programa STAAD. Luego de correr el análisis P Delta 3, se obtuvieron los siguientes resultados:

RESUMEN DE TASA DE FALLA:

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La manera en que STAAD plantea la respuesta estructural de cada elemento es por medio de la Tasa de Falla, basada en la cláusula H1-3 de AISC. La tasa de falla es la relación entre el esfuerzo actual dividido para el esfuerzo permitido. Para este estudio se ha seleccionado una tasa de falla máxima permitida de 1.30 (debido al carácter inelástico del estudio). Es decir, todos los elementos con tasas de falla mayores a 1.30 son considerados elementos fallidos. Del resultado reportado por STAAD, la máxima tasa de falla encontrada es de 1.28 para el caso inelástico (Sismo de Diseño), y 0.4 para el caso elástico (Sismo de Servicio), lo que permite aceptar el modelo como estructuralmente valido:

Tabla 5-6: Tabla de Tasas de Falla reportadas – STAAD Static Output

La Tabla 5-1 corresponde a una muestra de la Tabla de Falla completa generada por STAAD. Con esta información, el ingeniero puede rápidamente determinar qué elementos necesitan atención. La Tabla indica la tasa de falla, el elemento analizado, sus propiedades, la combinación de carga que genero la tasa de falla máxima, y la razón de la falla (cláusula indicando si es por esfuerzos de compresión, tensión, corte o flexión, según AISC).

Paralelamente, se pueden revisar los detalles estáticos de cada elemento, como sus diagramas de momento, corte, axial, y deflexión, además de los esfuerzos internos y su distribución, gracias a que STAAD genera de manera grafica y numérica esta información.

RESUMEN DE DEFLEXIONES MAXIMAS:

Otro factor primordial en el estudio estructural de elementos. STAAD genera tablas con el detalle específico de todas las deflexiones sufridas por cada nodo de los elementos, para cada combinación de carga aplicada. De esta información se

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pueden recopilar las deflexiones críticas en el estudio de la estructura: La deflexión máxima reportada, y la deflexión máxima de los soportes.

Tabla 5-7: Tabla de Deflexiones Máximas – STAAD Static Output

De la tabla se puede apreciar que las deflexiones máximas ocurren en las zonas superiores de los arcos primarios (12” dia), con un valor máximo de 1.48 pulg (3.75cm) de deflexión vertical. Estos valores son totalmente aceptables pues ocurren en el caso de los sismos catastróficos (sismos de diseño) y se encuentran debajo de los límites aceptables de deflexión para análisis inelástico.

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De forma similar, se determino la deflexión máxima de cimentaciones, la cual resulto en valores muy bajos ( < 0.005 pulgadas) en los ejes Y, X, y Z, por lo cual se puede concluir que no ocurrirá un asentamiento de la estructura.

5.8 Resultados de los Análisis Dinámicos

Figura 5-17: Modelo Dinámico Inelástico del Puente Analizado – STAAD Pro V8i

En la Figura 5-6 se puede apreciar la estructura como fue modelada en el Programa STAAD.

Luego de correr el análisis Modal, se obtuvieron los siguientes resultados:

RESUMEN DE TASA DE FALLA:

Del resultado reportado por STAAD, la máxima tasa de falla encontrada aumento de manera mínima con respecto al análisis estático. En este caso, una tasa de falla máxima de 1.29 fue reportada, en comparación con los 1.28 reportados en el análisis estático, para el caso inelástico (sismo de diseño) lo que aun permite aceptar el modelo como estructuralmente valido:

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Tabla 5-8: Tabla de Tasas de Falla reportadas – STAAD Dynamic Output

La Tabla 5-3 corresponde a una muestra de la Tabla de Falla completa generada por STAAD.

RESUMEN DE DEFLEXIONES MAXIMAS:

Gobiernan los mismos resultados del análisis estático:

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Tabla 5-9: Tabla de Deflexiones Máximas – STAAD Dynamic Output

De la tabla se puede apreciar que las deflexiones máximas ocurren en las zonas superiores de los arcos primarios (12” dia), con un valor máximo de 1.48 pulg (3.75cm) de deflexión vertical. Estos valores son totalmente aceptables pues ocurren en el caso de los sismos catastróficos (sismos de diseño) y se encuentran debajo de los límites aceptables de deflexión para análisis inelástico.

De forma similar, se determino la deflexión máxima de cimentaciones, la cual resulto en valores muy bajos ( < 0.005 pulgadas) en los ejes Y, X, y Z, por lo cual se puede concluir que no ocurrirá un asentamiento de la estructura.

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RESUMEN DE RESULTADOS DEL ANALISIS MODAL:

Los resultados del análisis modal se resumen en la Tabla 5-5:

Tabla 5-10: Resumen de Resultados del Análisis Modal (Sísmico) – STAAD Dynamic Output

Como se aprecia en la Tabla 5-5, el máximo periodo de respuesta reportado, ocurre en el Modo 1, con un valor de 0.54 s, a una participación mayoritaria de la inercia en el eje X (3.088%). Sin embargo, el Modo 4, con un periodo de 0.30 s y una participacion mayoritaria de la inercia en el eje Z (27.12%) corresponde al modo y sentido de mayor incidencia de respuesta inercial. La máxima amplitud de vibración reportada es de 0.0948 pulgadas (2.3 mm). Teniendo este rango, se procedió a verificar, por medio de las Tablas del DM7, que el rango reportado se encuentre dentro de los límites de vibración y serviceabilidad permitidos:

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Tabla 5-11: Grafica de Rangos de Serviceabilidad y Vibraciones permitidas – DM7

Como se aprecia en la Tabla 5-6, el rango de modos de la estructura aquí analizada se encuentra dentro de los límites estructurales permitidos. Sin embargo, el estudio indica que la vibración durante el sismo de diseño será perceptible para las personas, al tener un rango de frecuencias naturales entre 110 ciclos/minuto, y 250 ciclos/minuto. Esto indica que durante el evento del sismo estimado, la estructura conservara la serviceabilidad requerida.

Los distintos periodos y sus respectivas respuestas máximas se encuentran dentro de los rangos permitidos –por ductilidad- por el IBC para este tipo de estructuras (puentes de arcos de acero); Se realizo también un análisis elástico del puente bajo las condiciones dinámicas aquí ya estipuladas, con un sismo de servicio de 100% de excedencia en 50 años. Los resultados respectivos demostraron respuestas (desplazamientos) mínimos, así como periodos de vibración por debajo de los umbrales y limites de serviceabilidad permitidos.

A continuación se incluyen los 6 modos primarios generados, de manera grafica:

Figura 5-18: Modo 1 Estructura de Puente – STAAD Pro V8i Dynamic Output

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6 DISENO DE PAVIMENTO DE HORMIGON

6.1 Revisión de Modelo Propuesto

En base a los momentos internos máximos reportados por los resultados de las corridas en STAAD, se calculo la capacidad estructural de losa de pavimento de H.A. propuesta, de 6 cm de espesor. La siguiente Figura muestra el diseño final que satisface todas las solicitaciones estructurales respectivas:

Figura 6-12: Sección Tipo de Losa de Pavimento de Hormigón Armado.

Como se puede apreciar en la Figura 6-1, el pavimento consiste en una losa de hormigón armado fundida sobre steel panel (steel deck), que a su vez se suelda a los elementos de la lingada de la plataforma peatonal. La losa lleva una malla central conformada por varilla de 6mm de diámetro, espaciada cada 15cm, en las dos direcciones. La losa mas steel panel suman un espesor de 6cm + 2cm = 8cm totales. Se proporcionan también empalmes de 1m donde sea requerido, así como juntas de dilatación térmica, cada 6m a lo largo de la vía.

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7 MANTENIMIENTO DE ESTRUCTURA

7.1 GENERALLa información contenida en esta sección se encuentra regida por los

lineamientos establecidos en las Normas ASTM B 117, ASTM D 2247, ASTM D 1654, y ASTM D 714, correspondientes al estudio de oxidación en metales.

Un material anticorrosivo es un material que sirve para proteger una superficie de un proceso de degradación llamado corrosión. -Se entiende por corrosión la interacción de un metal con el medio que lo rodea, produciendo el consiguiente deterioro en sus propiedades tanto físicas como químicas -La pintura anticorrosiva para metales tiene como principal razón evitar su corrosión. Para el fenómeno de corrosión, los factores más importantes a tener en cuenta de acuerdo a la atmósfera y sus efectos en el material son la temperatura, la humedad relativa, las precipitaciones anuales y el Tiempo de humectación -TdH-. Este último ha tomado mayor relevancia, debido a que indica el tiempo durante el cual la superficie del metal ha estado cubierta por una capa de electrolito, generalmente agua, que contiene contaminantes de la atmósfera y esto podría incrementar la tasa de corrosión. Sin embargo, la lluvia sirve para diluir contaminantes corrosivos y lavar la superficie del metal, conllevando a la disminución de la tasa de corrosión. La diferencia que se presenta en los valores de temperatura y humedad relativa de los diferentes ambientes influye en el comportamiento de la corrosión, debido a que el TdH ocurre a diferentes rangos de temperatura y por ende pueden ocurrir diferentes tasas de corrosión. A su vez la temperatura del metal y los valores de TdH pueden ser influenciados por la dirección del viento, debido a que cambian el contenido de contaminantes en la superficie del metal o por el contrario aumentan el nivel de deposición, generando una mayor erosión del metal.

La química de la atmósfera está estrechamente relacionada con la agresividad y los principales contaminantes son los cloruros (Cl-) y el dióxido de azufre (SO2), estos pueden acelerar en gran magnitud la tasa de corrosión atmosférica, debido a que estas partículas suspendidas absorben agua lo que incrementa el periodo de TdH y por tanto el proceso corrosivo. La principal fuente de cloruros son partículas suspendidas de sal en entornos marinos, cloruro hidrogenado y hipocloruro de sodio en el entorno de plantas industriales. Los iones de cloruro (Cl-) son la principal fuente para acelerar la corrosión, y en particular ataque por picadura, debido a que penetran y destruyen la capa protectora de los metales. Para el caso del sulfato, se encuentra en atmósferas urbanas e industriales, que en presencia de oxigeno se puede convertir en acido sulfúrico en la capa de humedad que se crea en la superficie de los metales, algunos metales tales como el aluminio y el zinc son relativamente resistentes a atmósferas con pH neutro, pero se corroen rápidamente en ambientes ácidos al igual que materiales inmersos en gases atmosféricos con alto número de iones. En el sector eléctrico los materiales comúnmente utilizados

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son el acero, el zinc, el cobre, el aluminio y aleaciones de estos, los materiales considerados en este trabajo son el acero y el zinc.

7.2 MODELO DE VIDA ÚTIL Los modelos predictivos buscan determinar la curva de vida útil de las

estructuras o su vida remanente, con el fin de cuantificar los impactos y efectos de los procesos de degradación que permitan identificar el impacto de los diferentes tipos de mantenimiento sobre la vida útil de la estructura considerando aspectos, tales como, la seguridad y la confiabilidad. Para identificar el modelo de degradación por corrosión atmosférica se identifican tres aspectos importantes, la definición de la tasa de corrosión, la función distribución de probabilidad para una determinada tasa de corrosión o vida útil y las actividades (mantenimientos) que incidan en la vida útil.

La variable fundamental para establecer la vida útil de una estructura es la tasa de corrosión (Kutz, 2005), de donde la vida útil de la estructura se puede estimar como la proporción entre la tasa de corrosión y el grosor mínimo de la estructura en el cual no se presenten fallas funcionales de la misma. La anterior definición se utiliza para tasas de corrosión uniforme y localizada. En la norma ISO 9223 (1992), se define la manera de encontrar la pérdida de masa por año de materiales estándar (acero y zinc). En general, la tasa de corrosión Tc (g/m²) de un metal después de un tiempo t (años), depende directamente de la primera tasa anual de corrosión atmosférica Tc1, (g/m² o µm) y es dependiente del tiempo (n), de acuerdo a la siguiente formula (Veleva y Kane, 2003):

Tc = Tc1tn

Donde Tc1 y n dependen de los parámetros del metal y el clima. Los valores típicos de n están en un rango de 0.5 a 1, donde la mayoría de los valores son cercanos a la unidad. Para obtener una relación lineal entre Tc y t, se utiliza un modelo bilogarítmico, de la siguiente forma:

log Tc = Tc1 + n log t

El parámetro Tc1 depende de las propiedades del lugar, de ahí que se correlacione con las variables climáticas y la química de la atmósfera; teniendo en cuenta lo anterior, se correlaciona los niveles de contaminantes de dióxido de azufre y cloruros, mediante la siguiente expresión:

Tc1 = a1 + a2TdH + a3CSO2 + a4CCl

Donde a1, a2, a3, y a4 son coeficientes, y representan la tasa de deposición (mg/m²/día) de dichos contaminantes.

Una parte importante de los sistemas a analizar, es definir su comportamiento, o su función de distribución que describa el proceso, en sistemas de deterioro algunos autores como Grall et al. (2002), utilizan la función Gamma; En

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el caso de este proyecto, se definió el comportamiento, durante el análisis estructural, en base a la función Gauss.

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7.3 PROTECCION ANTICORROSIVA Y TIPOS La pintura anticorrosiva es una base o primera capa de imprimación

de pintura que se ha de dar a una superficie, que se aplica directamente a los cuerpos de acero, y otros metales. Para ello puede usarse un proceso de inmersión o de aspersión, (dependiendo del funcionamiento de la planta de trabajo y de la geometría de la estructura). Éste tiene el propósito principal de inhibir la oxidación del material, y secundariamente el de proporcionar una superficie que ofrezca las condiciones propicias para ser pintada con otros acabados, esmaltes y lustres coloridos. La pintura anticorrosiva generalmente se presenta de color rojo “ladrillo” o naranja rojizo, aunque también se encuentran en color gris y en negro. El color rojizo, (encontrado comúnmente en vigas, por ejemplo) toma su pigmentación del óxido de hierro que es empleado como componente en su elaboración. En algunos lugares, a esta película anticorrosiva, se la ha llamado 'minio' cuando su función es, principalmente la de evitar la degradación del hierro. Esta pintura anticorrosiva se constituye por componentes químicos básicos tales como el silicato de sodio (que inhibe la corrosión), y el EDTA (un secuestrante activo) y tiene la primordial función de proteger el acero (y otros metales como el hierro) y para ello, no sólo se adhiere a la superficie, sino que procura reaccionar químicamente con la superficie metálica con la que toma contacto para modificarla y compenetrarse químicamente. Las distintas familias de pinturas anticorrosivas se describen a continuación:

Pinturas oleorresinosas: Los pigmentos están dispersos en un barniz, el que se obtiene por tratamiento térmico conjunto de un aceite secante y una resina de característica adecuadas. Esta resina puede ser natural o sintética, siendo las sintéticas las más empleadas. Secan más rápidamente que las anteriores y su resistencia a la intemperie es variable, dependiendo de las materias primas empleadas. Al igual que las anteriores son aconsejables para el pintado de materiales o estructuras expuestas a medios muy agresivos.

Esmaltes alquídicos: El ligante es una resina alquídica . Tienen buena durabilidad al exterior cuando se formulan con este fin, son de secado rápido y compatibles con otras resinas (esmaltes alquid-fenólicos, alquid-vinílicos, etc.). Se aplica principalmente a aceros estructurales expuestos a condiciones atmosféricas industriales, rurales o marinas, así como zonas de alta humedad. No son adecuadas para ambientes químicos especialmente corrosivos, inmersión en agua, abrasión severa y estructuras enterradas.

Tipos: Primer Sintético Minio: Imprimación anticorrosiva con base alquídica,

pigmentada con minio de plomo. Gran poder anticorrosivo. Correcta adherencia sobre superficies preparadas deficientemente gracias a su poder humectante. Excelente aplicabilidad. Compatible con pinturas grasas, alquídicas e incluso clorocauchos al cabo de varios días de secado.

Primer Sintético al Cromato de Zinc: Imprimación con base alquídica pigmentada con cromato de zinc y óxido de hierro. Alto poder anticorrosivo.

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Excelente adherencia sobre acero. Compatible con pinturas grasas y alquídicas.

Pintura Bituminosa: Pintura Bituminosa de gran poder anticorrosivo reforzada con resinas sintéticas especiales. Rápido secado. Muy buena resistencia al agua. Buena adherencia sobre acero, incluso estando deficientemente preparado. Fácil aplicación.

Pinturas epoxídicas: El ligante es una resina epoxídica formada por combinación (en el momento de su uso) de dos componentes (el peso molecular inicial es bajo y la polimerización ocurre como consecuencia de una reacción química entre los mencionados componentes). Secan rápidamente pero la reacción se completa solo después de algunos días, siendo cuando la película alcanza su máxima resistencia. Son deteriorables por la reacción solar, por lo que no se aconseja su utilización en exteriores. Pueden ser pigmentadas o incluir un betún asfáltico (pinturas epoxi bituminosas). Se pueden desarrollar formulaciones sin solventes. 100 % sólidos.

Tipos: Primer Epoxi: Imprimación anticorrosiva a base de resina epoxídica y

catalizador tipo poliamida. Excelente adherencia sobre acero arenado y sobre toda clase de shop-primers. Gran dureza y resistencia a la abrasión.

Esmalte Epoxi: Pintura de acabado a base de resina epoxídica y catalizador de tipo poliamida. Muy buena resistencia química, agua dulce y salada, aceites y disolventes alifáticos. Gran resistencia mecánica. Excelente adherencia sobre fondos epoxídicos. Larga vida.

Zinc Rich Epoxi: De dos componentes, para ser usado sobre acero arenado (sandblasting). Excepcionales propiedades de prevención de la corrosión y resistencia a la abrasión. Rápido sacado.

Epoxi Bituminoso: Pintura Epoxi-Bituminosa anticorrosiva de dos componentes, de altos sólidos. Excelente resistencia al agua. Elevada resistencia química y mecánica. Alto espesor. Cumple normas IRAM 1197 y 1241.

Pinturas fenólicas: Para la elaboración del ligante se emplean resinas fenólicas puras o modificadas. Tienen buena resistencia al exterior (retención de brillo inferior al de las pinturas alquídicas) y una resistencia al agua mayor que la de los tipo mencionados anteriormente, pero menor retención de brillo. Especialmente apropiado para aceros estructurales que han de permanecer sumergidos en agua, zonas de alta humedad en las que se prevén condensaciones, y para exposición a la intemperie en ambientes químicos de corrosión moderada.

Pinturas al Aceite: Particularmente apropiado para estructuras expuestas a la intemperie. Poca resistencia a ambientes químicos, inmersión en agua, condensaciones, atmósferas salinas o muy corrosivas, humedad elevada, temperaturas altas, abrasión y condiciones enterradas. En general se recomienda su utilización en ambientes rurales, urbanos, marinos e industriales medios y en zonas de humedad moderada.

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Tipos: Primer de Caucho Clorado: Imprimación anticorrosiva a base de

clorocaucho y pigmentos anticorrosivos especiales. Alto poder anticorrosivo. Gran adherencia sobre acero arenado. Buena Resistencia mecánica. Rápido secado. Facilidad de repintado. Alto espesor.

Primer Caucho Clorado y Aluminio: Pintura anticorrosiva a base de clorocaucho y aluminio metálico. Gran resistencia al agua de mar e intemperie. Buena resistencia mecánica. Resistencia a la protección catódica. Adherencia a todo tipo de shop printers. Rápido secado y facilidad de aplicación.

Pinturas ricas en Zinc: Estas pinturas representan un gran avance en la protección contra la corrosión, vienen a ser un suplemento de la protección galvánica. Son adecuadas para zonas de humedad elevada, marina y química corrosivas. Pueden incluso utilizarse en estructuras que permanecen sumergidas en agua dulce, y también resisten sumergida en agua salada con una capa de acabado adecuada.

Tipos Zinc Rich Inorgánico: Recubrimiento de etil-silicato rico en zinc, de

autocurado. Gran poder anticorrosivo debido a la acción galvánica que proporciona el zinc. Facilidad de aplicación en condiciones ambientales extremas. Desde 0 a 65º C y humedad relativa superior al 90%. Resistencia a temperaturas de servicio de hasta 400ºC. Compatibilidad con toda clase de pinturas no saponificables.

Pinturas Vinílicas: Para condiciones ambientales muy severas, inmersión en agua dulce o salada, alta humedad y condensaciones. Resisten al fuego y a los ambientes químicos corrosivos, pero son atacadas por disolventes orgánicos aromáticos, cetonas, éteres esteres, así como por ácido nítrico fumante, ácido sulfúrico del 98% y ácido acético.

Tipos: Primer Vinílico: Imprimación anticorrosiva a base de resinas vinílicas

plastificadas. Excelente adherencia sobre superficies metálicas arenadas. Película insaponificable. Excelente aplicabilidad a pistola airless. Facilidad de repintado, sin límite de tiempo.

Primer Vinílico HB: Pintura intermedia a base de resinas vinílicas plastificadas de alto espesor. Alta resistencia química. Alta resistencia al agua dulce y salada a intemperie. Rapidez de sacado. Película rígida y resistente a ala abrasión. Facilidad de repintado.

Primer Vinil Aluminio: Pintura anticorrosiva tar vinílica y pigmentada con aluminio metálico. Excelente resistencia al agua de mar. Película muy flexible. Rápido secado. Facilidad de aplicación

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7.4 RECOMENDACIONES PARA ESTRUCTURA DE PROYECTO

El tiempo de vida útil de una estructura representa el tiempo límite, estimado por el ingeniero estructural, hasta el cual la estructura se puede considerar funcional, ya sea por motivos estructurales, de serviceabilidad, o de mantenimiento. En el caso del proyecto bajo estudio, se determino un tiempo de vida útil de 30 años. Sin embargo, se recomienda un tiempo de protección anticorrosiva de la misma magnitud. El tiempo de protección anticorrosiva de la estructura representa el tiempo límite en el cual se debe implementar un proceso de mantenimiento. En el caso particular de estructuras de acero, el proceso de mantenimiento representa la re-aplicación de la protección anticorrosiva. La aplicación de una protección anticorrosiva de mayor grado, representara el potencial aumento de la vida útil de la estructura, en muchos casos, hasta en un factor del doble de su tiempo de vida útil original.

La finalidad principal de alcanzar un tiempo de protección anticorrosiva de 30 años para la estructura del puente, es la de reducir los altos costos que resultarían de un constante y continuo proceso de mantenimiento. Con los 30 años de protección, se requerirá la aplicación de un solo proceso de mantenimiento al final del año 30, reduciendo así considerablemente los costos relacionados a este rubro.

Para poder proporcionar un tiempo de protección anticorrosiva de 30 anos, todos los elementos de acero de la estructura deben ser recubiertos con uno de los dos tratamientos a continuación recomendados:

ALTERNATIVA 1:

Etapa 1: Aplicación de dos capas de 33 micrones (33 μm) c/u de Primer Epoxi (Imprimación anticorrosiva a base de resina epoxídica y catalizador tipo poliamida.), durante fabricación de piezas.

Etapa 2: Aplicación de dos capas de 33 micrones (33 μm) c/u de Primer Epoxi (Imprimación anticorrosiva a base de resina epoxídica y catalizador tipo poliamida.), luego del montaje.

Etapa 3: Aplicación de dos capas de 35 micrones (35 μm) c/u de Esmalte Epoxi (Pintura de acabado a base de resina epoxídica y catalizador de tipo poliamida.).

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ALTERNATIVA 2:

Etapa 1: Proceso de Sandblasting de Acero según ASTM A380, durante fabricación de piezas.

Etapa 2: Aplicación de dos capas de 33 micrones (33 μm) c/u de Zinc Rich Epoxi (De dos componentes.), durante fabricación de piezas.

Etapa 3: Aplicación de dos capas de 35 micrones (35 μm) c/u de Zinc Rich Epoxi (De dos componentes.), luego del montaje.

Los componentes descritos en estas dos alternativas pueden encontrarse en el mercado nacional, bajo pedido. Su costo es mayor al de los componentes de protección anticorrosiva convencionales del mercado (PINTUCO “SILICONITE” FONDO ANTICORROSIVO, Referencia y Color 507, Gris, pintura anticorrosiva alquílica con pigmentos inhibidores de la corrosión, utilizada como fondo o base en la protección de metales, y SELLOMAX SELLADOR TRANSPARENTE ANTIALCALINO, producto transparente a base de resinas de alta resistencia a la alcalinidad y a la intemperie) que proporcionan tiempos de protección anticorrosiva considerablemente bajos (entre 3 y 5 años promedio). Se recomienda la aplicación de cualquiera de las alternativas de protección aquí presentadas. El alto costo de las mismas es considerablemente menor que el costo que requeriría la continua aplicación de mantenimiento permanente. De igual manera, se reduce la tasa de mantenimiento a una cada 25 años de vida útil de la estructura. Se debe mencionar también que para el proceso de cálculo de la tasa de incidencia corrosiva sobre los elementos estructurales, se tomo en cuenta el sitio del proyecto, el cual corresponde a un ambiente medianamente salino, con contenidos de sulfatos y sodio a nivel intermedio, y que se encuentra a una distancia considerablemente lejana al mar. El nivel más severo de corrosión conocido por el hombre se encuentra en los ambientes marinos bajo sumersión (elementos portuarios como pilotes que se encuentren sumergidos en agua de mar). Por este no ser el caso del proyecto bajo estudio, la incidencia de los ataques corrosivos baja considerablemente.

Muy atentamente,__________________________________________

FRANCISCO GARCIA M., MSCEINGENIERO CIVIL

CONSULTOR ESTRUCTURAL

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N° Registro SENESCYT: 5376R-11-10621 R.U.C. # 0913581435001

Telf: 0997341958

Adjunto: Staad Output (PDF) – Analisis Elastico Estatico Staad Input File – Analisis Elastico Estatico

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Memoria Estructural - Puente Centrica

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