apoyos de neopreno para puentes y estructuras calculo y diseño

5/15/2018 apoyos de neopreno para puentes y estructuras calculo y dise o

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AM CX III FEB RER0 1965 Nurn. 2998

LOS APOYOS EN NEOPRENOPARA PUENTES Y ESTRUCTURAS

Por LUIS ANGULO PROTAlnqaniero de C am inos, C anales y Pucr/os

S(' COIlwll/(/1I Ills / J r t ! p i l ' l i w l C ' s !I [onna construct iD(/.\ ' d e ('.1'1(' i l i l c r u s ( / n / ( ! lipo cu :a po yo ,I' e lly o IIS0 ull ('xll'llrih:llc/o,I'G I'll t od o d 1II1111c/O !I lllW SlI.I'tilllyl' O('Il/lIjo,I'lil/ll'l/l('

( / l o s trtuliclonnlcs !I cCHllpli(.'(u/os (/pl/ralOs d ( ' ap0!l().

1. Algo de historia.La utilizacion del "neoprene' 0 cuucho sintetico como elemento de apo)'o de

puentes), estructurns es mayor cada diu. La posibilic1ad de sustituir con unas sencillasplacas de rcducido espesor los complicados apoyos trudicionales (rotulas y pendulosde hormigon armado 0 metulico) tiene indudables ventajus tecnicas y economicas.

De anti guo se utilize el caucho natural como apoyo y arnortiguudor de vibracio-ncs en las cimentacioucs de maquinas c incluso en los fcrrocurrilcs (I), pero sus li-mitadas defensas contra la corrosion), el cnvejecimiento, especial mente en los procc-sos de oxidacion aceleruda ante lu luz y la intemperie, le hacian poco adecurulo



G O

E n las condiciones nonuulcs de u tilizacion de los apo)'os, las p lacas se CIlCIWII.tran colocadas entre la ohra Y Sll soporte, de Forma Clue S011 p racticam en te inacccsiblr,a la luz del sol, )' en cuanto nl aire un icamcnte por su s hordes, )' como estes van normal mente rccuhiertos de una pintura apropiada, se cornprende su magnifica conserva.cion en el ticmpo.

Ell cl p uente de Bourget S C ' instulu un apoyo de caucho en 1946, pero las prime.rus olirus en Cjue se utilizun en seric < lp o)'os de ncopreno nos rCl110nta11 a 1952-.3:1.EI d rc ell a s estan los scis v iuductos sobre cl Oued- D jer, en A r ge lia . Poster io rmC ' I l( 'SII IlS() se hu ucncrulizndo en totlos lo s pnises, p ara loeb clase de O])]"



p ara comp robur I" garanthl de su conscrvaciou . U no de los c llsa yo s acelcrudos p aracomp robar la resistencia "I envejecim icuto cstu dclin ido pOl' la norma americanaA ST l'vl D 572, )' consiste en colocnr las p robetas el l una bomba de oxigeno Plll'O a unatemp eratura de 70" hajo una presion de 21 Kg./cm .~ . S in embargo, la norma p re-cisa que no hay relacion directa entre el ens



los cuerp os blandos hasta los im penctrubles) y dep ende de la tem peratura, llUI11('nt.lh.do S C g l l l 1 disminuye estu, razon por In cual el neop reno es monos adecuado en bconstruccion de ap o)'os p ara obras en dimas p olares, En la Figura 2." se muesu., Lvariucion de la dureza delncop reuo seg{JI1 Ia temperatura, en relacion con la dur0ha 20" . En particular, p ara temperaturas mu)' liajus (en tre - :30" y - 50" cen ti gr ac lf l\p ucde ser indicado cl u tilizar cuucho natural 0 sin tctico de caliclades esturliadu , ('\.pccialmente para conservar una elasticiclad suficiente a estas temperaturas. Se ob .ticncn buenos resultados con cnuchos naturales de clureza Shore 40/50 a IS".

R el~S:t~l!.~'J.b".eJ4 < : . . i l , ! _ r ~ Zd5hor_e a ._!_sra~~~..J:l . ~ _ ? Q ~ . _ _

10

5

:'0 40 50___ 5e~~nGENT - 5 e.,Jn C'!: Ne .....yor~ . 'l.:.rnbur'3"----- Se~un DUPONT.

Aunque no cxisten rclacioncs m atem aticus entre lu du rezn Shore y el m odu lo d l'(~lacticidad del Il('oprello, se puedcn tantcur con diversus CllrVHS ohtcnidas por d i-I crcn tcs m etorlos y p ersonas, su relucion e l l ' dep endcnciu (fig. : 3 . " ) .

A I igllal C I1le en cl caucho natural )' tratundoso de 1I1l material ('llyn volumcn Smunticuc pructicumcntc constunte, su modulo de Poisson I .Les aproximndo a 0,5, pOlIn qlle ('I modulo de elasticidud transversal G, C Jue jucga un importante papel en Lforma de tru lia]o de los ap o_ vos constituidos p or estc material, so p ucde nsimilar a:

0= E2( 1 +1')h '3 COi l II. -- 0 ,') .

Los vulorcs m us corricntes del graclo e l l ' durezu Shore del neop reno, 110 utilizmlos('11 ]a construccion de n), (' I ncoprcno cstu sujeto a p rocrx ox de clnsttcidn rl diferida.

Estos p rocesos son caracteristicos de todos los elastomeros y se p onen de r n anificsto, por una p arte, con cl aumcnto gradual de In deformacion () a siento ha]o cm~constuute a 1 0 largo del tiernpo, Su uuicaimportancin es en relacion con la p osihlclcsnivclncion entre la obra Y sus accesos. En In f igLlnl 1. " se indica e l comportamicn to

11'/;1/S1',' D/: OU/VIS l'UBLlC.I.1



Shore :i0 G 1 ' c c , 0 ,6 -1 Go '60 G 1 = 0,70 G o./0 o, = 0,78 G o.

a estus de formaciones diferidas e l l ' v ario s e la stom ero s. POI' otra p arte, y clen tro deestos Icuomcnos, estun los de relajacion 0 caida de tension a defonnacion constuntecnructeristicos de los cuerp os de M axwell,

Estes Ieuomenos llevan a 1 0 largo del tiempo a una reduccion del modulo declusticidurl desde el valor llue Ilumamos modulo de elasticidnd in icial 0 instuntaneohasta un valor mellor llarnado modulo de c la st ic id ad final.

Este proceso da lugar a una reducci6n de las coaccionos e l l ' apo:'o en ('I neopre-no dchiclas a uu cambio de IO Jlgitud de la ohm .

El modulo de clasticidnd transversal final C;, resp onde a In conocidu [ormulu:o, = G, :'!:

Siendo G. cl modulo de elasticidad tran sversal in icin l, E l valor de G, d eb e em p learscen los calculos relatives a cm 'gas de larga duracion , como los cambios de temp era-tura entre estaciones, rctraccion y Iluenciu del hormig6n, esfuerzos de preteusado,mientrus qtle G" 1 0 emp learcmos p ara cm 'gas de corta duracion como los esfuerzosde [rcnudo, viento, cambios de temperatura diurnos, etc.

Como 11C11l0S dicho mus arriba, ul vuriar ln dureza Shore variu G, poria qu etend rCIl10S d iversos val ores como:

A l valor e l l ' durezn Shore , s o cmplcado en los ap oyos STUP corresp onde un valormedio de E del orden de :37 a :39 Kg -.cm .", 0 sea, uno de G" entre 12 y 13 Kg./cm .~ , esdecir. 1I1l0 de G, =0,f>4 ) < 12,50 = 8 Kg./cm .~ que es el u tilizado en el calcu lo de estesapoyos .

Finalrnente, y ell cuunto u lu resistencia u la trnccion :' alargamiento de roturu1 Il1 11 im llS qu e se ex ig en al cuucho de los ap oyos son las siguicntes:

Alargllll1iento d e roturu: G O O p Ol' 100.H csistcnciu a la roturu (en traccion): 80 Kg./cm .~ .

:3. Formas constructivas.L a cap aciclad e l l : resistcnciu de una simple capa de gornu es redu cidu , y n que

co n I I I uctunciou de cargas clevadas In goma se ap lasta.POl' ello, elesdc los p rimeros ap o)'os de p uentes de este tip o icleaclos pOl' Freyssi-

net, se bllsc6 el zunchar In goma imp idieudo su clilataci6n transversal. Para ello scin troducian en la goma blanda empanillados de acero que 111



lo s apo)'os zuncluuido la gOllla C Ol1 l{lll1inas de accro ell sn p artes sup erior e infl'l'ioly cortundolos < I las dimcnsiones p royectadas. Ell C ,lSO necesario sc st lpCrp0I1Cl1 l



4. Forma de trabnjo de los apoyos.Supongumos ('I tnhlero de \111 p uente dcscunsanclo on SI I x op ortc (cstriho II p ib)

il truves de un apo~ '() de (,:1l1c1l0 (F ig . 7 ." ).En general, el apo:'o estartl somctido a cargas verticn lcs, cargas horizon tales.

~ '. rotaciones. En primer lugar, uctuarun sohrc cl ap ()~ '() cargas \'ertic,~Il's como las dl'-hirlas a! p eso p rnp io :' sohrcc .)' las Iucrzus horizontalcs originaclas pOl' c] v ien -to 0 el I rc nn do dan 1~1 g.~~~ 1OY SI I l)artc, a una distorsio del cuucho definidu por lutangente e l l ' IIn cierto l \ 1 1 gulo.Fiualmente, la rotucion de la scccion de apo)'o lleva cousigo una redistrihucioude las tensiones normnles sin cambio ell' posicion ap rcciublc a 1



h ~ n e

G =modulo de elasticidad transversal del caucho )' o 1/1 In tension de compre~iiJrmedia sohre el apoyo.

11 CLa relacion - = - tg '( C J ue se p resen ta en lu forma de un coeficiente de nlJ.



El zunchado imp ide la delcrmacion lateral del caucho ~ ', p or tanto, el usicntodel ap o)'o , p roduciendose tcnsiones tangenciales en In union del caucho con las chnpusde acero.

Como , p or otra p arte, necesituruos que el apo)'o tenga una ciertu altu ra h (fign-ra 8 ,") p ara adm itir In clistorsi6n exigicla, pOc1CIlIOS dividir cstu altu ra I I en lam inas in-dividuales de csp esor e, tales que 11 e = 1 1 , eligicnc10 () de acuerdo con las dunensioucsen p lantu del ap oyo p ara que, emp leundo cuucho de poca dureza, ul rcducir lu distun-cia entre los p lauos de zunchado sc rcduzca cl asiento debido a 1


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sicndo a SII \'CZ 0, 7 ('S prociso lijur los apo~'os, 10 qlle se consigue,V illillcjcrnplo. pOl' cmpotnunicn to () Slljcci(')11 a lu o i l r a . " Sl I soportc, respcctivamente, e l l ' l achup as de zunchado sup erior c inferior. Para clio puccle aum en tarse, si es necesario.csp csor cle cstus chup as,

La primcru de cstus cxpresioncs Slick cxprcsarsc limitaudo la comp resion muima del apoyo, y a :': II c cl cspcsor total del caucho, COil 10 que para 110 teller que fijalos ap o)'os d~'her{l SCI':

0,4 o.:V lllillGSd Sd C Ull :; =1 C

~ l 1 1 i n C

48 R~V'STA DE OBRAS PUBLlC.'I~



S d ( d )= 20 ~. Kg./cl11.~0,1 S _

:-' p ur 1 0 tanto,

Es importun tc, p or otru p arte, lim itur ('I clt~splazal11iellt() para cvitur e\ pl'ligmde inestuhilidud del ap o:'o (fig. 11), 1 0 ([lIC suck l'xpresarsc ('II la forma (/ .J ~. - . = S II e.

La compresion udmisihlc es [uucion del 'l.lllH . 'h ado ~ .' para un ap0:'o con una di-.. , [I" ,[ 'I I I" 11 l' K arcccion II1t ('I11lt a es p rop orclO lH l a a re aC lOn ,l'S uccn , C 5== 'c clido para 1111apoyo recta11gular ell cl (PIC (/ cs la menor dimension. Ell

mila lu c omp re sio n a:general, Sl' li-

(I1lC p ara valorcs normalcs de Il == 20, nos llevu ul valor de la cornp resion adrnisible:e

A , l\oTAc:JONES,Si " C . : ' " C r SOil las teu sio ues tangenciales dehidus a una eomp reslO ll vertical cen-

trutlu y una rotucion 0 (ellyn cxp resion se obticue m,ls adelantc), debe verificarse:)--K / .,([lIC 1:" + " C r : . : C : : " ; ) g. CI11.-.La rolucion indiv idual es cl cocicnte de clividir I tt ro tu cio n total (I) por el nu-

mcro de placus, () sea () =t"_. ,/l

En el cuso de vigas isostaticus, simp lcmcnte up oyadas y sin toner en cucnta Iaiulluencin del esluerzo cortnnte, e] valor de (I) vieue dado POl':

MI(1)=---3 E I '

; , t: I I 1 < t: 1 1 . 0 1 9 6j 99



(J = (___ ) 3 'J .m la

qlle tambie'n p uede ponerse en la forma:1 n0) .~ 3 E 11 '

sicndo I = lu i': de la \liga.II' = = tension ell la fibm distante ti' de lu I ibra ncutra ('I) cl c('ntro de la vig:t.La c:ap acidad de rotucion de una p laca individual cs de In forma:

en (lile K dep cncle de lu forma de los apo)'os, ." PlJ(lil'lJdn adop tarse l valor llwliiK = 0 ,:3.3 c iii, cs del orden de 100 Kg/em.~ (c011l0 nuix: III 0 1:20 Kg, em, "), Y para Ivalor dc (-~--) :=: 2L5, que es normal, rcsulta ()::c:: :3,:3 por 100.

La rotacitlll total aclmisihlc por cl apo.vo Ionuaclo pOI' 11. plucus indi\'idll:tb

ttl '.'~nI). 3,3 17 1 n . " " .Para 0 1 calculo ell' las rotaciollcs, y de acucrdo con la [coria c xu cta qu e 1 J1 ,1 Sa clcla lli.~ (' Cxpone, sc tienen establcciclos ,'thacos pOl' la STU P, q 11(' !'ncil itall el n'lpido dIIlcnsionamicnto de los apo) 'os.

En las ohms p rcfahricaclas, lu J'O tacitlJl dchida ul peso p rop io no intervienr-, lcam bin, debe tenCl'se ('I m,ixi mo cu idado ('IlIa ('(llocaci(')11 en SlJ cmplazHlllic'llt(lp ara man toner la horizon tabiliclad.

Ell las ohms p retC llsadas, lu cOlltrafiecha origillada porIa tel1si6n, du Iligarunu rotacic)n de signo ('ontrario a las prmllicidas pm las c



6. Cillculo teorico,H a side uborrlndo porF, C onvcrsv ~v Top alolf (1). Sc cstudinn las tl'llsiolll'S

tangclI(:inlcs clue se p roducen pOl' las cargas vcrticules y rotacionos a las qlle !lOSh ern os referid o en 4.En ambos casos sc considern un clemcnto de p lacn de c1ill1cnsiolles (f v h v (';,

p esor c = : 2 c con los ejes de refercuoin xituudos ell xu centro t I c - g r< l\'~ 'cla (i, clcje 0 Z , normal al esp esor s , ~! los 0 X :' 0 r p aralelos a los lados, se adm ire:

I. " QIlC lo s PUlltOS sitnudos en una vertical xe silltan clC SPU l'S de In cargn SCgl111un a p arub nla.: 2 , " Q ue cxisto Ull cstudo dt' tVllsiOIll'S normules hiclrost{ttico, ('S tlt'dr:

La ap l icucion de las eelJaciOl1CS de ]a elusticidad, ten iendo en ellen La q Ill'C =::: ! !_ _ \ ' li t cOllstallcia del vulumcn del cuuclio 110S lIeva en amhos casus a lu ccuu-3 .cion fundamental:

IIIfi ~ G ()~ :;fj x~ r ~ ( J ) '~ 1 ;' Z \) sea .. l J -- Ez

sicndo : 2 . : : cl ucortum icnto del caucho de C Sp l'sor : 2 C.

a) Tcnsioues debidas a 1111(/ covniresion uuiionnc eu l slIllerfieie del ([11()! lo.Ell cstc (,



B aO I:' z '1'";:.j c: 1 .--.i fl 1.2,3 I/ n 1 ( I ' 2 /1 1 ; : . alb. I I I ;: n h ) .a

cu Iu .._ -

/ , 2 ..'i 1 /( 1 b . dz ,J d y ;a iJ -(/2

\' l'S;

EI vnlnr dcl modulo de clusticid.ul virtuul I ' ; " sc ()hticlI(' de :~ Gill. L '1 =---'I'

El cnxo particular ell (111eh -;> 'I) ex cspeciallllcnlc intcresuntn porIa sil11plilit- : ' II I :i =:-= : 2 . " , ) 1111l1.rI:i ---- ])c'spla/.llJllielllo debido a la r!Jw lIcia del Ilornligc'lIJ pOI':LIH).YO ::-0 ,I'~ > < - . . 40 . '> : -l > < 20 =.C i 111m.3 c) O . O O O . . .

, ri o' - -- T('llsi('1I1 d( , vomp resiun ell la S('Cdc'lIl ccntrul it lu altura160dc los cables dchidu



I')II = 2.\ " l.2

Debe verificarse que c I + d' : . : : = 14,7 m, -~.;1,2 II S = 1,2 X 2 X 8 := 19,2, que secumple.

L a rotacion pOl' p laca in div idu ul sed:

Los abacos STUP para ]a carga maxima P = 2.4 Tn.~ lin esp esor de neop reno de 8 mi-limctros co n dimensiones en p lunta {/= J ..50 cm. , b =200 m., nos clan una capucidadde rotacion del 4 ,2 por 1 000 superior a In exigidl1.

Los valores de las Ieusiones tangenciales maximas por p lacas con l J / a = 200/1.50~=1,:3.3,interpolando en ( '1 cuuclro dudo un tcriormente son:

. ( a )~7rlll:ix = C~(IE -;-- O.I()3> .24X :?4)-(18 .7J" 33K ' ..- =, f ! : , f C Il l - ;1 D O D

C (0 ) 4.4') X 80 .-::cmhx c" I o (I' = = I!) Kg./cl1l.";18,75

'c lI1:ix + " r m n x = Il),()() i- 3,1 =2,3I(g.icll1.~ < '25 K g . / c l 1 1 , ~ .La carga minima 14 Tn. debe vcrificur qlle:

1 4 000 (6K ' 1 6 ,8 K"=,\), g'ICIll.~: 20X =21 g,CI11.',I') > < 20 1 6



I D S Rr:.V1STA D1'. OBRAS PUBUCAS

1~1l otros casos, so llcva a cabo In fijncion pOl' medio de topes anclados ell p Ihormig6n de lu ohm 0 en el del so porte, como se indica en lu Figura 14, I Y 11 . E s t o \to p ('. s c lebcn dimcnsionarse capac:es de sop ortar los esfuerzos horizontules,

En el caso de ohms mctalicas, los topes p uedcn soldarse (fig. 14, I I I ). En cllalql1iercaso, ('I csp ucio librc entre tope :' npoyo dehe ser de ,5 mm .

CO il ('stas modalldudos sc cOllsigu(' 1I1l apoyo fi.jn de tipo rotula.

I.-lopes solt"danos 11". \ \,, : "Neue Elltwicklllllg VOIl Lagern fiir Buuverke", Bautccluul. H)(1H.2.

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