06 filosofia de diseño para puentes

RESUMEN

2Ing. Jos Manuel Basilio Valqui

En los cdigos referentes al anlisis y diseo de puentes, la carga

viva de diseo no corresponde a la carga de vehculos reales; sino

que se idealiza un tren de cargas para que los efectos generados en

los sistemas cubran el espectro de respuesta de aquellos producidos

por los vehculos reales.

Puentes y Obras de Arte - Escuela Acadmico Profesional de Ingeniera Civil - UCV

ANTECEDENTES


En el Per, no existe un cdigo propio para el diseo de puentes, por

lo que en la prctica comn hemos empleado cdigos de diseo

extranjeros, como el norteamericano (AASHTO).


AASHTO STANDARD


Hasta el ao 2006 aproximadamente, en nuestro pas se utilizaba la

norma AASHTO Standard Specifications for Highway Bridges

para el diseo de puentes.


Segn esta norma, los elementos estructurales, pueden ser diseados

ya sea por el mtodo de tensiones admisibles (ASD: Allowable Stress

Design) o por el Mtodo de la Rotura (LFD: Load Factor Design).

ASD

ALLOWABLE STRESS DESIGN


f : Esfuerzo calculado

FA : Esfuerzo admisible

En trminos de seguridad:

En trminos de momentos flectores:

ASD: no reconoce diferentes variabilidades de diferentes tipos de carga.


LFD

LOAD FACTOR DESIGN

6Ing. Jos Manuel Basilio Valqui Puentes y Obras de Arte - Escuela Acadmico Profesional de Ingeniera Civil - UCV

Q : Efecto de la carga

R : Resistencia del elemento

g : Factor de carga

En trminos de seguridad:

En trminos de momentos flectores:

LFD: la carga y la resistencia no se consideran simultneamente.

INCONSISTENCIAS


En 1986, un subcomit de la AASHTO detect varias inconsistencias

en la norma Standard, producto de las nuevas investigaciones y

precis los casos particulares en que sta no era aplicable, por

ejemplo, puentes colgantes de grandes luces

Por ello, concluy que no estaba a la altura de los tiempos,

decidiendo as revisar sus disposiciones y actualizarlas basndose

en las ltimas investigaciones.

CARGAS VEHICULARES


Parte fundamental de los cdigos de diseo de puentes es la

definicin de la carga viva vehicular.


En Estados Unidos, la American Association of State Highway and

Transportation Officials (AASHTO) es la asociacin encargada de la

emisin del reglamento de diseo de puentes de ese pas, utilizando

modelos de cargas equivalentes llamados vehculos de diseo.

Esta normativa, el vehculo de diseo lo ha dividido en dos clases:

CAMION DE DISEO


La primera clase es el vehculo tipo H y la segunda clase es el

vehculo tipo HS, correspondiente a un camin con semirremolque.

CARGA DE CARRIL


La carga de carril consiste en una carga uniforme por metro lineal

de va de trnsito, combinada con una carga concentrada colocada

sobre el puente, en posicin tal que provoque los mximos esfuerzos.


INCREMENTO DE CARGA

HS-20 HS-25


0.1 W

0.1 W

0.4 W

0.4 W 0.4 W

0.4 W

0.2

W

0.8

W

0.8

W

3.05 m

1.83 m0.61 0.61

Sardinel

Camin Tipo HS (3 ejes)

P 4P 4P

a b

a b

ADICIONALMENTE


Paralelamente a la sobrecarga vehicular AASHTO Standard, en

nuestro pas se empleo entre los aos 70 - 80 aprox. la sobrecarga

vehicular de la norma francesa, denominada C25 y C30.

CONSECUENCIA


Como consecuencia de haber considerado diferentes sobrecargas

vehiculares para el diseo de puentes, es que en la actualidad

contamos con puentes existentes con resistencia de cargas variables.

Relacin de puentes existentes en la carretera Arequipa Las Bambas:

CONSECUENCIA


Relacin de puentes existentes en la carretera Lima - Abancay:


CONSECUENCIA


Relacin de puentes existentes en la carretera Lima - Yanacocha:


IMPORTANCIA


Evaluacin de cargas especiales excepcionales:

R. N. V.

D. S. N 058-2003-MTC


AASHTO LRFD


AASHTO LRFD


La norma AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, utiliza el

mtodo de diseo por factores de carga y resistencia (Load and

Resistance Factor Design).

El mtodo LRFD dimensiona las estructuras de forma que ningn

estado lmite pueda ser excedido.

LOAD AND RESISTANCE

FACTOR DESIGN


Q : Efecto de la carga

R : Resistencia del elemento

g : Factor de carga

f : Factor de resistencia

Condicin general:

LRFD: la filosofa LRFD proporciona un enfoque ms uniforme,

sistemtica y racional para la seleccin de los factores de carga

y factores de resistencia que el mtodo LFD.


ECUACIN BSICA

AASHTO LRFD 1.3.2.1


El mtodo LRFD, puede ser expresado con la siguiente expresin:


g =

i : Factor de modificacin de cargas, relacionado con la ductilidad,redundancia e importancia operacional de la estructura.

gi : Factor de Carga, multiplicador estadstico que se aplica a lassolicitaciones.

Qi : Solicitaciones

: Factor de Resistencia, multiplicador estadstico aplicado a las

resistencias nominales.

Rn : Resistencia Nominal

Rr : Resistencia de Clculo

FACTOR DE MODIFICACIN

DE CARGAS


Ductilidad (AASHTO LRFD, 1.3.3)


D 1.05 Para componentes no dctiles y conexiones

D = 1.00 Para diseos convencionales

D 0.95 Para los componentes y conexiones con ductilidad mayor que la especificada

Para los otros estados lmites: D = 1.00

El factor relacionado con la ductilidad para el estado lmite de

resistencia es:

Este comportamiento es una advertencia de la falla estructural.


DE CARGAS


Redundancia (AASHTO LRFD, 1.3.4)


R 1.05 Para componentes no redundantes

R = 1.00 Para niveles convencionales de redundancia

R 0.95 Para niveles excepcionales de redundancia

Para los otros estados lmites: R = 1.00

El factor relacionado con la redundancia para el estado lmite de

resistencia es:

A menos que existan motivos justificados, se deben usar

estructuras continuas y con mltiples recorridos de cargas.


DE CARGAS


Importancia Operacional (AASHTO LRFD, 1.3.5)


I 1.05 Para puentes de importancia

I = 1.00 Para puentes tpicos

I 0.95 Para puentes relativamente menos importantes

Para los otros estados lmites: I = 1.00

El factor relacionado con la importancia operacional para el

estado lmite de resistencia es:

Se basa en requisitos sociales, de seguridad y defensa.

COMBINACIONES DE CARGA

Y FACTORES DE CARGA


FACTORES DE CARGA

PARA CARGA PERMANENTE


AMPLIFICACIN DE CARGA


DC DW LL - IM - PL

Servicio II 1.00 1.00 1.30

Resistencia I 1.25 1.50 1.75

Resistencia IV 1.50 1.50 ---

Fatiga I --- --- 1.50

Fatiga II --- --- 0.75

Estados

Lmites

Factores de Carga ( g i)

Puentes de acero estructural:

Puentes de concreto armado:

DC DW LL - IM - PL

Servicio I 1.00 1.00 1.00

Resistencia I 1.25 1.50 1.75

Fatiga --- --- 0.75

Estados

Lmites

Factores de Carga ( g i)


FACTOR DE REDUCCIN

DE CAPACIDAD


f

Flexin f f 0.90

Corte fv 0.90

Compresin fc 0.75

Tipo de Resistencia

f

Flexin f f 1.00

Corte fv 1.00

Compresin fc 0.90

Aplastamiento fb 1.00

Tipo de Resistencia

Elementos de concreto armado:

Elementos de acero estructural:


CRITERIOS PARA

DEFLEXION


En ausencia de otros criterios, para las construcciones de puentes se

pueden considerar los siguientes lmites de deflexin:


CRITERIOS PARA

PREDIMENSIONAMIENTO


PESO ESPECIFICO

DE MATERIALES


FACTOR DE PRESENCIA

MULTIPLE


INCREMENTO POR CARGA

DINAMICA


El factor de impacto o de carga dinmica, por el que son

afectadas las cargas mviles, es el que se muestra en la siguiente

tabla, tal factor depende de los estados lmites en revisin.


SOBRECARGA VEHICULAR


Camin de Diseo - ASHTO LRFD (3.6.1.2.2):

El camin de diseo de la norma AASHTO LRFD es similar alcamin HS 20-44 especificado en la norma Standard.

Se deber considerar un incremento por carga dinmica de 1.33,como se especifica en el artculo 3.6.2 AASHTO LRFD.

La separacin transversal de las ruedas se tomar como 1.80 m.



Sobrecarga Vehicular Camin de Diseo




Tndem de Diseo - AASHTO LRFD (3.6.1.2.3):

El tndem de diseo consistir en un par de ejes de 11.34 tn conuna separacin longitudinal de 1.20 m.

Se deber considerar un incremento por carga dinmica de 1.33como se especifica en el artculo 3.6.2 AASHTO LRFD.

La separacin transversal de las ruedas se tomar como 1.80 m.



Sobrecarga Vehicular Tndem de Diseo




Carga de carril - AASHTO LRFD (3.6.1.2.4):

La carga del carril de diseo consistir en una carga de 0.95 tn/m,uniformemente distribuida en direccin longitudinal.

Transversalmente la carga del carril de diseo se supondrdistribuida uniformemente en un ancho de 3.0 m.

Los efectos debidos a la carga del carril de diseo no estarnsujetos a un incremento por carga dinmica.



Sobrecarga Vehicular Carga de Carril


REQUISITOS GENERALES


La sobrecarga vehicular sobre las calzadas de puentes, designada

como HL-93, deber consistir en una combinacin de:

Camin de diseo + Carga de carril de diseo

Tndem de diseo + Carga de carril de diseo

06 filosofia de diseño para puentes

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