autor: jorge javier cruz arcos director: ing....

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA Y DE LA CONSTRUCCIÓN

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL

COMPA‘ACIÓN ENT‘E LOS MÉTODOS DE DISEÑO PO‘ ESFUE‘ZOS PE‘MISIBLES AASHTO ASD Y L‘FD APLICADO AL PUENTE SOB‘E EL ‘IO MI‘A

AUTOR: JORGE JAVIER CRUZ ARCOS

DIRECTOR: ING. ESTUARDO PEÑAHERRERA

SANGOLQUÍ, AGOSTO 2016

INTRODUCCIÓN

Puentes mixtos.-

Los puentes mixtos están conformado por dos tipo de materiales,

un tablero de hormigón armado apoyado sobre vigas metálicas

con sección tipo I.

Isostáticos.-

Se denomina "puente isostático" a aquel cuyos tableros son estáticamente

independientes uno de otro desde el punto de vista de la flexión, aunque

los apoyos que los sostienen sean compartidos por mas tramos.

L80x80x6

ARRIOSTRAMIENTO

L80x80x6

2 L90x90x8

L75

x75x

6

L75

x75x

6

LONGITUDINAL

L80x80x6

ARRIOSTRAMIENTO

L80x80x6

2 L90x90x8

L75x75x6

L75x75x6

L75

x75x

6

L80x80x6

L80x80x6

2 L90x90x8

L75

x75x

6

HORIZONTAL

2 L90x90x8

ARRIOSTRAMIENTO

L80x80x6

L80x80x6

L75x75x6

L75x75x6

DIAGONAL

Superestructura puentes mixtos.-

Losa de hormigón o tablero con refuerzo principal perpendicular al tránsito.

Vigas principales, un alma y dos alas

Rigidizadores, longitudinal y transversal

Arriostramientos, horizontales longitudinales y diagonales.

Elementos de la superestructura

de puentes mixtos

1.20 7.20 1.20

S S S VoladoVolado

EspesorLosa

0.30

9.60

0.30

Provincia de Imbabura y CarchiCantón Mira parroquia La ConcepciónVía E10 Transversal Fronteriza abscisa km 132+600 Conexión a la vía Mira - Juan Montalvo - Estación Carchi

Tres tramos isostáticos, el tramo central tiene una luz de 40 metros de longitud y de dos carriles con un anchode calzada de 7.20 metros y veredas de 1.20 metros para un ancho total de 9.60 metros, se plantea modelar elpuente con 4 vigas dos exteriores y dos interiores como se indica en el siguiente gráfico

Puente sobre rio Mira

OBJETIVO GENERAL DEL PROYECTO

Comparar entre los métodos de diseño por esfuerzos permisibles (AASHTO-ASD) y por

factores de carga y resistencia (AASHTO-LRFD), aplicado a la superestructura del puente

mixto sobre el río Mira, parroquia La Concepción

Objetivos específicos

• Analizar y diseñar la superestructura del puente mixto sobre el río Mira, aplicando el

método AASHTO-ASD para determinar sus ventajas y desventajas.

• Analizar y diseñar la superestructura del puente mixto sobre el río Mira, aplicando el

método AASHTO-LRFD para determinar sus ventajas y desventajas.

OBJETIVOS

Fundamento de Diseño para Esfuerzos Admisibles (ASD).

La aplicación de este método de diseño supone que para las cargas de servicio la estructura se

comporta dentro del rango elástico.

En el diseño por ASD se debe cumplir la siguiente expresión:

� ≤ ��Donde: � = �

�� = �. = � � � �� = � �. = �

MARCO TEÓRICO

� > � ��

Fundamento de Diseño por Coeficientes de Carga y Resistencia (LRFD).

Este método utiliza coeficientes basados en la teoría de la confiabilidad y en conocimiento estadístico de las

cargas y de las características del material. El diseño con LRFD es mucho más amplio, considera varios

escenarios de resistencia, servicio, eventos extremos y fatiga, es una aplicación de la filosofía de diseño para

estados límite.

La expresión básica en el diseño por el método LRFD es:

La expresión anterior puede resumirse para un miembro particular de la siguiente manera:

(factor de resistencia) (resistencia nominal) > (suma de los productos de los efectos de las cargas y

factores de carga).

2'-0'' 6'-0'' 2'-0''

(1.83m)(0.61m) (0.61m)

10'-0'' (3.05m)

8000 Lbs. 32000 Lbs.H 20-44(3.63 T) (14.51 T)

6000 Lbs. 24000 Lbs.H 15-44 (2.72 T) (10.89 T)

0.1 W

0.1 W 0.4 W

0.4 W

14'-0'' (4.27m)

0.2

W

0.8

WW= PESO TOTAL DELCAMION Y CARGA

14'-0'' (4.27m) 14' a 30' (4.27 a 9.14m)

0.2

W

0.8

W

0.8

W

0.1 W

0.1 W 0.4 W

0.4 W 0.4 W

0.4 W

8000 Lbs.HS 20-44(3.63 T)

6000 Lbs.HS 15-44 (2.72 T)

32000 Lbs.(14.51 T)

32000 Lbs.(14.51 T)

24000 Lbs.(10.89 T)

24000 Lbs.(10.89 T)

CARGA UNIFORME = 640 Lbs/Pie(952.42 Kg/m)

CARGA PUNTUAL =

18000 Lbs - MOMENTO

26000 Lbs - CORTE

(8164.66 Kg)

(11793.40 Kg)

CAMIONES H 20-44 & HS 20-44

CARGA UNIFORME = 480 Lbs/Pie(714.32 Kg/m)

CARGA PUNTUAL =

13500 Lbs - MOMENTO

19500 Lbs - CORTE

(6123.50 Kg)

(8845.05 Kg)

CAMIONES H 15-44 & HS 15-44

Carga Viva (AASHTO Standard, sección 3.4)

Carga Viva (AASHTO LRFD, sección 3.6)

Caso accidentalCaso normal

Factor de distribución de carga viva - ASD

Exterior

Interior

Factor de distribución de carga viva - LRFD

COMBINACIONES DE CARGA - ASD

COMBINACIONES DE CARGA - LRFD

DISEÑO Y RESULTADOS

d

d*=39

1.20 1.20

1.20

1.10

7.20

2.40

0.15

18

60 10

0.25

0.19

0.30

0.95

2.40

9.60

10 10

2.401.20

7

DISEÑO DE LOSA

Cb

I

Contiene:

Tablero de hormigón (armaduras)

b

Elaborado por: Jorge Cruz Arcos

a

a

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITOFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

Fecha: Agosto - 2016

Escala: indicadas

Lámina: 1/5

ESC V:_ _ _ _ _ _ _ 1:20

0.07

0.10 0.10

1.20

ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:25

0.07

0.60

1.20

0.10

0.18

2.40

0.10

0.15

2.40

0.60

0.95

2.40

0.18

0.30

0.250.10

0.19

0.15

1.10

0.95

1.20

0.30

7.201.20

0.19

40.00

ESC V:_ _ _ _ _ _ _ 1:10

0.25

ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:125

0.10

1.10

DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

40

RigidizadorRigidizador de Apoyo(1960X120X8)(1908X100X12.7)

40000

400

RigidizadorRigidizador Longitudinal

25

2(2000X100X12.7)

Rigidizador de Apoyo (1960X120X8)2(2000X100X12.7)

1908 1908900 19081908 90019081908 19081908 19081908 1908 1908 19081908 1908 19081908

25

1908

20002000 2000

1908 1908

2000 20002000 20002000 20002000 2000 2000 20002000 2000

0

L 80

x80x

6

2000

2L 90x90x8

8

2000 2000

L 80

x80x

6

20002000

2L 90x90x8

1C 80x40x4@500 mm

L 80

x80x

6

1C 80x40x4@350 mm

2L 90x90x8

2L 90x90x8

0

1C 80x40x4@600 mm

2L 90x90x8

9

1C 80x40x4@600 mm

1

2L 90x90x8

1C 80x40x4@500 mm

L 80

x80x

6

1

2L 90x90x8

1C 80x40x4@350 mm

VIGA

5

L 80

x80x

6

6653

Lámina: 3/5

2L 90x90x8

5

6653

Escala: indicadas

2L 90x90x8

L 80

x80x

6

4

2L 90x90x8

L 80

x80x

6

L 80

x80x

6

7

2L 90x90x8

L 80

x80x

6

2L 90x90x8

2L 90x90x8


2L 90x90x8

2L 90x90x8

2L 90x90x8

8

2L 90x90x8

L 80

x80x

6

2L 90x90x8

ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:125

L 80

x80x

6

L 80

x80x

6

2L 90x90x8

2L 90x90x8

2L 90x90x8

Contiene:

Rigidizadores y arriostramientos

L 80

x80x

6

ESC V:_ _ _ _ _ _ _ 1:50

2L 90x90x8

2

L 80

x80x

6

7

ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:125

2L 90x90x8

2L 90x90x8

2L 90x90x8

2400

36

2L 90x90x8

6653

40000

L 80

x80x

6

6653

VIGA

L 80

x80x

6

4

6653

VIGA2L 90x90x8

6653

L 80

x80x

6

2L 90x90x8

6

2L 90x90x8


2L 90x90x8

9


3

L 80

x80x

6

24002L 90x90x8

2L 90x90x8

L 80

x80x

6

2L 90x90x8

L 80

x80x

6

102

2L 90x90x8

24002L 90x90x8

VIGAL

80x8

0x6

2L 90x90x8

Calculo de momentos por secciones

a

P/4

aby4y3

b=L-a

P

4.20

2.10 2.10

y2y1 y6

P

4.20

L y5

P

4.20

P

4.20

4.20

P/4

4.20

P P/4P

DISEÑO DE VIGA - (ASD)

40

2000

9,5

350

15,9

9,5

R 1960x120x8

40

9,5

120

CORTE 8-8

V:1-50

2000

300

350

V:1-50

2000

19,1

15,9

40

9,5

400

R 1960x120x8

450V:1-50

9,5

H:1-20

H:1-20

9,5

V:1-50

120

19,1

CORTE 6-6

250

15,9

9,5

350

300

400

409,

5

H:1-20

350

250

400

450

350

9,5

H:1-20

R 1960x120x8

120

9,5

CORTE 4-4

9,5

200

200

19,1

9,5

9,5

2000

300

3008000

350

40

4000

350

CORTE 3-3

8000

9,5

2000

H:1-20

R 1960x120x8

V:1-50

1204000

CORTE 0-0

19,1

6000 15,9

4000

9,5

ESC V:_ _ _ _ _ _ _ 1:20

R 2000x100x12.7

CORTE 2-2

ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:100

19,1

REFUERZO INFERIOR VIGA

2000

R 1960x120x8

120

4000

19,1

15,9

9,5

20000

ESC V:_ _ _ _ _ _ _ 1:20

250

ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:100REFUERZO SUPERIOR VIGA

4000

H:1-20

20000

15,9

V:1-50

4000

100

2000

2000

250

8000

Escala: indicadas

4

2000

4000

350

C


0

150

8000

6

2000

8000

6

2000

150

250

4

2000

300

5

2000

L

2000

350

ESC V:_ _ _ _ _ _ _ 1:50

3

2000

9,5

350

7

2000

19,1

200

15,9

2

2000

15,99,

5

300

300


8

250

1

40000

300

LC

9,5

9 1

2000

400

3

2000

350

C

450

2000

400

L

98

2000


ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:125

2000

9,5

0

9,5

5

2000

9,519

,1

10

2000

Contiene:

Viga principal - ASD

2

2000

7

20002000

Lámina: 4/5

2000

DISEÑO DE VIGA - (LRFD)

9,5

350

120

CORTE 8-8

300

2000

9,5

R 1960x120x8

9,5

12,7

V:1-50

15,9

40

300

350

250

H:1-20

19,1

250

300

120

CORTE 4-4

9,5

H:1-20

19,1 300

15,9

40

9,5

R 1960x120x8

9,5

V:1-50

L

2000

350

20000

ESC V:_ _ _ _ _ _ _ 1:20

CORTE 0-0

ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:100

4000

R 2000x100x12.7

40

2000

19,1

CORTE 2-2

8000

15,9

4000

9,5

8000

R 1960x120x8

150

120

C

19,1

15,9

9,5

250

300

300

350

300

H:1-20V:1-50

2000

250

300

H:1-20V:1-50

2000

250

300

REFUERZO INFERIOR VIGA

100

8000

4

2000

20000

Contiene:

Viga principal - LRFD

5

2000

ESC V:_ _ _ _ _ _ _ 1:20

2000

ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:100

5

2000

REFUERZO SUPERIOR VIGA

2000

8000

7

2000

4000

2

2000

9,5

4000

2000

12,7

8000

8

2000

9,5

8000

1

2000

19,1

150

2000

15,9

300

9

2000

12,7

L

0

2000

9,5

C

2000

19,1

Lámina: 5/5

ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:125

15,9

Escala: indicadas

350

0

250

9

300

250

1


250

ESC V:_ _ _ _ _ _ _ 1:50

10

2000

9,5

8 27


L

3

C

3

2000

6

40000

2000


4

20002000

6

2000

450

H:1-20

19,1

400

350

350

120

CORTE 8-8

300

9,5

2000

9,5

R 1960x120x8

9,5

V:1-50

15,9

40

9,5

350

H:1-20

19,1

300

250

350

120

CORTE 8-8

300

9,5

2000

9,5

R 1960x120x8

9,5

V:1-50

15,9

40

12,7

CONCLUSIONES

De acuerdo al factor de distribución de cargas FC, las vigas interiores fueron en ambos métodos las más críticas, ya que el FC en el

método ASD es de 1.43 VS 1.20 de la viga exterior y en el método LFRD el FC es igual a 1.28 para viga interior y 1.20 en viga interior,

por lo cual se diseñó la viga interior con un FC DE 1.43 en el método ASD Y 1.28 en el método LFRD.

En el caso de la viga diseñada por el método ASD la solicitación que produce el mayor esfuerzo en la viga específicamente en la

sección 10 del puente es el momento por carga viva, carga muerta y el esfuerzo de temperatura producido en la losa, este

momento genera un esfuerzo igual a 1873.61 kg/cm2, es decir tiene una eficiencia respecto al esfuerzo admisible (1933.25kg/cm2)

de 96.92 %.

CONCLUSIONES

Para la viga planteada por el método LFRD el estado de carga que genera el mayor esfuerzo es el estado de Resistencia I pero el

dimensionamiento de la sección propuesta se la hizo tomando en cuenta que la deflexión por carga muerta resulta ser la que

gobierna esta viga, es decir el esfuerzo producido por el momento máximo es de 2738.62 kg/m2 VS el esfuerzo último (3515) da

una eficiencia de 77.91 % sin embargo la deflexión por carga muerta es de 0.0499 m y el límite es 0.05 m, sacando la eficiencia de

la sección con respecto a la deformación limite tendríamos un valor de 99.8 %.

El peso de las 4 vigas que conforman el puente diseñadas por el método ASD tienen un peso total de 46052.5 kg y las vigas

diseñadas por el método LRFD tienen un peso de 42745.4 kg, por lo que se evidencia que las vigas por el método LFRD son 7.736 %

más ligeras que las vigas ASD.

Por los resultados obtenidos el método LRFD presenta un diseño más óptimo, teniendo en cuenta que el método ASD es muy

válido y aplicable a este tipo de puentes y luces ya que los resultados no fueron demasiados alejados.

RECOMENDACIONES

Para completar la presente investigación se recomienda realizar la misma comparación a la subestructura del

puente, es decir sus pilas y estribos.

Ambos métodos son aplicables en luces medianas (40 a 70 m), con resultados similares por lo que se sugiere

diseñar puentes de luces cortas y de luces largas para obtener una pauta de que método es más aconsejable

de acuerdo a la longitud del puente, es decir tener un panorama más amplio.

Se recomienda elaborar como próximos temas de tesis el Diseño de superestructuras de Puentes mixtos para

las demás Tipologías no tratadas en este documento como son: Superestructura Tipo cercha tablero inferior y

superior; superestructura con arco de acero; superestructura de hormigón armado; superestructura de puentes

colgantes; superestructura con vigas cajón de acero y hormigón armado.

BIBLIOGRAFÍA

AASHTO (American Association of Highway and Transportation Officials) (1996). Standard Specifications For Highway

Bridge (16th Ed.). Washington DC.

AASHTO (American Association of Highway and Transportation Officials) (2004). Especificaciones para el Diseño de

Puentes por el Método LRFD, Unidades SI (3th Ed.). Washington DC.

Ochoa, Andres. Diseño de superestructuras de puentes de hormigón armado. Comparación entre diseño según

norma AASHTO estándar (método ASD) y norma AASHTO LRFD. Universidad Austral de Chile. Escuela de Ingeniería

Civil en Obra Civiles. 2008 Valdivia-Chile.

Brockenbrough, Roger L (Ed.) y Merritt, Frederick S (Ed.) (1997). Manual de Diseño de Estructuras de Acero (2da

Ed.). Trad. A Ramírez; G Santos. Bogotá, CO: McGraw-Hill.

Brockenbrough, Roger L (Ed.) and Merritt, Frederick S (Ed.)(1999). Structural Steel Designer’s Handbook (3th Ed.).

New York: McGraw-Hill.

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