clase 3_cargas de diseño

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PUENTES ING. WILMER ROJAS ARMAS

SOBRECARGAS DE DISEO.


SOBRECARGAS DE DISEO

La sobrecarga de diseo est regida por reglamentosestablecidos bajo estudios realizados a lo largo de los aos,en los cuales los elementos de hiptesis de carga soncamiones estndares y trenes de carga. Se considerancargas puntuales que varan en su posicin longitudinal y/otransversalmente segn sea el caso. En el Per, contamoscon un Manual de Diseo de Puentes, basadofundamentalmente en el Reglamento Americano AASHTO ysu propuesta LRFD (Load and Resistance factor design)Diseo por Factores de Carga y Resistencia.

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Numero de vas

La parte entera de .Donde:

w = Ancho de calzada (m).3.60 = Ancho de cada va (m).

Excepto para anchos de calzada entre 6.00m y 7.20men que se considera el puente con dos (2) vas.

(LL) CARGAS VIVAS DE VEHICULO (2.4.3.2)


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AASHTO LRFD

a) Camin de diseo (2.4.3.2.2.2): HL-93

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b) Tndem de diseo (2.4.3.2.2.3)


c) Sobrecarga Distribuida (2.4.3.2.2.4)

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Nmero de FactorVas Cargadas m

1 1,202 1,003 0,854 ms 0,65

Presencia Mltiple de Carga Viva (2.4.3.2.2.6)

Tiene en cuenta la probabilidad de que se presente lamxima carga viva en diferentes carriles al mismo tiempo.

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(IM) EFECTOS DINMICOS (IMPACTO) (2.4.3.3)Excepto de estructuras enterradas y de madera, las cargas vivascorrespondientes al camin o al tndem de diseo se incrementarn enlos porcentajes indicados en la tabla 2.4.3.3-1.Elementos de unin en el tablero (todos los estados limites) = 75 %.Para otros elementos Estados lmites de fatiga y fractura = 15%. Otros estados lmite = 33 %.Este incremento no se incluir en el cmputo de las fuerzas centrfugaso en el cmputo de las fuerzas de frenado, ni se aplicar a lasobrecarga uniformemente distribuida.


CARGAS EN PUENTES PEATONALES (2.4.3.7)Los puentes para uso peatonal y para el trfico de bicicletas debernser diseados para una carga viva uniformemente repartida de 5kN/m2 (510kgf/m2).El proyectista deber evaluar el posible uso del puente peatonal porvehculos de emergencia o mantenimiento. Las cargascorrespondientes a tales vehculos no requerirn incrementarse porefectos dinmicos.

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METODO LRFDFilosofa de diseo

DondeRn : resistencia nominal

Rr : resistencia factorizada

i : factor de carga (factor estadstico)Qi : efectos de fuerza

: factor de resistencian : factor que relaciona a la ductilidad, redundancia e importancia

operativa, modificadores de carga.

n= nD x nR x nI 1.00nD : factor que se refiere a la ductilidad

nR : factor que se refiere a la redundancia

nI : factor que se refiere a la importancia operacional

ni Qi = Rn = Rr


1. Estados Lmite (Combinaciones)

A) Estado Lmite de Servicio Restriccin sobre esfuerzos, se basa Servicio Ien el diseo sobre esfuerzos permisibles. Servicio II

Servicio IIIB) Estado Lmite de Fatiga y Fractura Diseo bajo criterio de control de grietas. Fatiga

ESTADOS C) Estado Lmite de Resistencia Diseo que sera tomado en cuenta para Resistencia ILIMITE asegurar resistencia y estabilidad de Resistencia II

una estructura durante su vida til. Resistencia III Resistencia IV Resistencia V

D) Estado Limite de Evento Extremo Diseo que sera tomado en cuenta para Evento Extremo Iasegurar supervivencia estructural. Evento Extremo II

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RESISTENCIA I .- Combinacin bsica de carga relacionada con el uso vehicular normal, sinconsiderar el viento.RESISTENCIA II .- Relacionada al uso del puente mediante vehculos de diseo especialesespecificados por el propietario y/o vehculos que permiten la evaluacin, sin considerar el viento.RESISTENCIA III . - Relacionada al puente expuesto al viento con una velocidad mayor que 90km/h.RESISTENCIA IV.- Relacionada a relaciones muy altas de la carga muerta a la carga viva.RESISTENCIA V .- Relacionada al uso vehicular normal del puente considerando el viento a unavelocidad de 90 km/h.EVENTO EXTREMO I .- Combinacin de carga incluyendo sismo.EVENTO EXTREMO II .- Relacionada a la carga de viento, choque de vehculos y barcos, y ciertoseventos hidrulicos con carga viva reducida, distinta de la carga de choque vehicular.


SERVICIO I.- Combinacin de carga relacionada al uso operativo normal del puente con todaslas cargas a su valor nominal (sin factorizar). Tambin est relacionada al control de ladeflexin en estructuras metlicas empotradas, placas de revestimiento de tneles y tubostermoplsticos, as como controlar el ancho de las grietas en estructuras de concreto armado.SERVICIO II .- Combinacin de carga considerado para controlar la fluencia de la estructuras deacero y el deslizamiento de las conexiones crticas, debidos a la carga viva vehicular.SERVICIO III.- Combinacin de carga relacionada solamente a la fuerza de tensin enestructuras de concreto pretensado, con el objetivo de controlar las grietas.FATIGA .- Combinacin de fatiga y carga de fractura, relacionada a la carga viva vehicularrepetitiva y las respuestas dinmicas bajo un camin de diseo simple con el espaciamientoentre ejes.

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CARGAS Y NOTACIONSe considera las siguientes cargas y fuerzas permanentes y transitorias:Cargas PermanentesDD = Fuerza de arrastre hacia abajoDC = Carga muerta de Componentes estructurales y no estructuralesDW = Carga muerta de la superficie de rodadura y dispositivos auxiliaresEH = Presin de tierra horizontalES = Carga superficial en el terrenoEV = Presin vertical del relleno


Cargas Transitorias:BR = fuerza de frenado vehicularCE = fuerza centrfuga vehicularCR = creep del concretoCT = fuerza de choque vehicularCV = fuerza de choque de barcosEQ = sismoFR = friccinIC = carga de hieloIM = carga de impactoLL = carga viva vehicularLS = carga viva superficialPL = carga viva de peatonesSE = asentamientoSH = contraccinTG = gradiente de temperaturaTU = temperatura uniformeWA = carga de agua y presin del flujoWL = efecto de viento sobre la carga vivaWS = efecto de viento sobre la estructura

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2. Combinaciones de Carga y Factores de Carga

Usar solamente uno de losindicados en estascolumnas en cada

combinacin

Combinacin deCarga

Estado Lmite

DCDDDWEHEVES

LLIMCEBRPLLS

WA WS WL FRTUCRSH

TG SE

EQ IC CT CV

RESISTENCIA I P 1.75 1.00 1.00 0.50/1.20 TG SERESISTENCIA II P 1.35 1.00 1.00 0.50/1.20 TG SEREISISTENCIA III P 1.00 1.40 1.00 0.50/1.20 TG SERESISTENCIA IVSolamente EH, EV,ES, DW, DC

P1.5 1.00 1.00 0.50/1.20

RESISTENCIA V P 1.35 1.00 0.40 0.40 1.00 0.50/1.20 TG SEEVENTO EXTREMO I P EQ 1.00 1.00 1.00EVENTO EXTREMO II 0.50 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00SERVICIO I 1.00 1.00 1.00 0.30 0.30 1.00 1.00/1.20 TG SESERVICIO II 1.00 1.30 1.00 1.00 1.00/1.20SERVICIO III 1.00 0.8 1.00 1.00 1.00/1.20 TG SEFATIGA(solamente LL,IM yCE)

0.75


Notacin y Factores de Carga para Cargas Permanentes gP

Mximo MnimoDC: Componentes estructurales y AuxiliaresDD : Fuerza de arrastre hacia abajoDW : Superficie de Rodadura y accesoriosEH : Presin horizontal de tierra 1.50 0.90 - Activa 1.35 0.90 - En reposoEV : Presin vertical de tierra N/A - Estabilidad Global 1.35 1.00 - Estructura de Retencin 1.35 0.90 - Estructuras Rgidas Empotradas 1.30 0.90 - Prticos rgidos 1.35 0.90 - Estructuras Flexibles empotrados 1.95 excepto alcantarillas metlicas 0.90 - Alcantarillas Metlicas 1.50ES : Carga superficial en el terreno 1.50 0.75

1.80 0.45

1.50 0.65

TIPO DE CARGA FACTOR DE CARGA

1.25 0.90

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3. Factor de Resistencia (f)

A) Para el Estado Lmite de Resistencia

Valores de Flexin y Traccin de Concreto Armado 0.90Flexin y Traccin de Concreto Presforzado 1.00Corte y Torsin Concreto densidad normal 0.90Compresin Axial con Espirales o Estribos 0.50-0.90Aplastamiento en Concreto 0.70Compresin en modelos de bielas de compresin 0.70y TraccinCompresin en zonas de concreto de densidad normal 0.80Traccin en el acero en zonas de anclaje 1.00

B) Para los dems Estados Lmites

Se asume : =1.00

Dentro de la ecuacin bsica de diseo LRFD, se considera un factor de resistencia, el cualfactoriza los esfuerzos resistentes de acuerdo al material estructural, y que varia pordiferentes solicitaciones, dependiendo del requerimiento de diseo que estemos siguiendo.

Valor de


4. Modificadores de Carga (n)

Este factor (n), esta relacionado directamente con la seguridad en el diseo de puentes. Dependede tres variables las cuales son las siguientes : Ductilidad, Redundancia, Importancia Operativa :

A) Ductilidad (nD)

Se debe proporcionar la capacidad necesaria al sistema estructural, de tal forma que seasegure el desarrollo de significantes deformaciones inelsticas visibles antes de la falla.

DUCTILIDAD (nD) Para el estado lmite de resistencia, los valores de nD son: - Para componentes y conexiones no dctiles 1.05 - Para componentes y conexiones dctiles 0.95

Para los dems estados lmite, el valor de nD es: - Para elementos dctiles y no dctiles 1.00

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B) Redundancia (nR)

Condicin que esta basada en la seguridad que brinda un puente, ante posibles eventos osolicitaciones extremas. En ese sentido debern usarse rutas mltiples de carga, yestructuras continuas a menos que se indique lo contrario.

REDUNDANCIA (nR) Para el estado lmite de resistencia, los valores de nR son: - Para miembros no Redundantes 1.05 - Para miembros Redundantes 0.95

Para los dems estados lmite, el valor de nR es: - Para elementos Redundantes y no Redundantes 1.00




C) Importancia Operativa (nI)

La clasificacin referente a importancia operativa deber tomar en cuenta losrequerimientos sociales, de supervivencia, de seguridad y de defensa. El propietario puededeclarar si un puente o una componente estructural, es de importancia operativa.

IMPORTANCIA OPERATIVA (nI) Para el estado lmite de resistencia y evento extremo, los valores de nI son: - Puentes de Importancia Operativa, como mnimo 1.05 - Otros casos, como mnimo 0.95

Para los dems estados lmite, el valor de nI es: - Para elementos en general 1.00

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COMBINACION DE CARGASPARA EL ESTADO LIMITE DE RESISTENCIA I:

Mu n ( DC MDC + Dw MDw + LL MLL+IM )

Mu 1 (1.25M DC + 1.50M DW + 1.75M LL+IM )

Factor de reduccin de resistencia ()Momento 0.90Corte 0.90


COMBINACION DE CARGASPARA EL ESTADO LIMITE DE SERVICIO I:

Mu n ( 1.0 MDC + 1.0 MDw + 1.0 MLL+IM )

PARA EL ESTADO LIMITE DE FATIGA:

Mu 1 (0.75M LL+IM )

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PREDIMENSIONAMIENTO


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