Aplicación de los elementos finitos en el análisis de puentes

Abstract

La aplicación de los elementos finitos en el análisis de puentea va a permitirnos evaluar algunos valores para diseño, proporcionado por el reglamento AASHO y algunos métodos clásicos de análisis, además de ser por sí mismo una alternativa de análisis muy poderosa. Específicamente se estudiará el caso típico de un puente de planta rectangular del tipo losa con vigas, de sección transversal constante, simplemente apoyado, de 25 metros de luz por 7 metros de ancho, el cual tiene las características necesarias para lograr nuestro objetivo. Para obtener los resultados requeridos del método de elementos finitos se ha realizado el programa de computadora SPR20: Super estructuras de Puentes Rectangulares, que está dentro del análisis estático, elástico y lineal de estructuras, dentro del cual también se encuentra el presente trabajo. El SPR20 emplea elementos rectangulares para el comportamiento de membrana (R8) y flexión de la losa (R12 no conforme) y elementos unidimensionales de vigas y diafragmas. Siendo necesario, para la realización de dicho programa, el estudio de cada elemento estructural y su comportamiento. En el capítulo 1 se estudia el comportamiento a la flexión de la losa basada en la teoría de flexión de placas delgadas. Se presenta las relaciones fundamentales que rigen su comportamiento estructural, las que serán utilizadas en el desarrollo por E.F. El comportamiento de membrana de la losa se basa en la teoría de tensión plana de esfuerzos, tema que ha sido desarrollado en el primer curso de Resistencia de Materiales, por lo que es presentada directamente en el segundo capítulo. En el capítulo 2 presento los desarrollos respectivos de las diferentes relaciones estructurales en la forma que E.F. los requiere, para ello desarrollo la teoría básica del método y luego se formula loa problemas de flexión y membrana de la losa, vigas y relaciones de cargas. Aquí se desarrolla explícitamente las matrices de rigidez, esfuerzos y cargas, y sus relaciones con los desplazamientos de cada tipo de elemento que son la base del SPR20. Una vez construido el programa, podemos correr los ejemplos necesarios. Es en el capítulo 3 donde se presenta la superestructura del PUENTE CHIVIS, e inmediatamente los diferentes gráficos obtenidos a partir de los resultados del SPR20, se evalúa los efectos de los diafragmas en el comportamiento estructural del puente. Se presenta también resultados graficados de esfuerzos debidos a las sobrecargas AASHO y Francesa, que muestran las bondades del método. En el apéndice A se muestra algunos listados del programa. En el capítulo 4 se realiza las comparaciones de los resultados de E.F. con los de diferentes recomendaciones de reglamentos y métodos clásicos de análisis, para que finalmente concluyamos, destacando los resultados importantes, además de hacer algunas recomendaciones.