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Capitulo de Estudiantes de la Universidad  Nacional de Ingeniería

Diseño de puentes  por estados límites Método LRFD Expositorr : Ing. Exposito Ing. César César Aranis Aranis – Garcí Garcíaa Rosell Rosell

 TIPOS DE PUENTES

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Evolución de las Especificaciones de Diseño 

1934 : 1era Especificación AASHO Evolución en las Especificaciones Estandar AASHTO (SLD y LFD) y algunos documentos con inconsistencias

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1994 : Factor de Diseño por Resistencia y Carga (LRFD)

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1998 : 2°da edición del LRFD

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2004 : 3°era edición del LRFD

Filosof ía de diseño para puentes carreteros  Tradicionalmente el diseño estructural de puentes seg ún las normas estándares  AASHTO se ven ía realizando con los métodos: 1.  ASD: diseño por resistencia admisible ΣQi ≤ Re/FS Qi = una combinación de cargas Re = resistencia elástica FS = factor de seguridad 

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LFD: Diseño por factores de carga ΣγiQi ≤ ØR  γiQi = combinación de cargas factorizadas R = resistencia 2.

Ø = factor de reducción de resistencia

Capitulo de Estudiantes de la Universidad  Nacional de Ingeniería Diseño por Carga de Servicio: Efecto Nominal de la Carga,

Diseño de Carga por Servicio (SLD)

( f  t  ) D + ( f  t  ) L ≤ 0.55 F  y , ó 1.82( f  t  ) D + 1.82( f  t  ) L ≤  F y

Qn ≤

 R n  FS 

Capitulo de Estudiantes de la Universidad  Nacional de Ingeniería ECUACIONES DE DISEÑO LFD

∑

γ  i Q i ≤ φ  R n

donde : γ  i =  factor  _ de _ c arg a γ  i Q i = Capacidad   _ requerida ( Factor  ) φ  =  factor  _ de _ resistenci a φ  R n = Capacidad 

Diseño por Factores de Carga 1 . 3 1 . 0 ( f  t  ) D + 5 / 3 ( f  t  ) L ≤ φ  F  y ó 1 . 3 ( f  t  ) D + 2 . 17 ( f  t  ) L ≤ φ  F y

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DISEÑO Y VIDA DE SERVICIO PARA LAS ESPECIFICACIONES ESTANDAR 

• La vida de diseño es 50 años

• La vida de servicio puede ser menor a 50 años

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En la actualidad el manual de dise ño de puentes del MTC considera el método de diseño por estados  íl ímites denominado LRFD (Load and Resistance Factor Design ) ΣŋiγiQi ≤ ØRn=Rr γi = factores de carga ≥ 1 Ø = factor de resistencia ≤ 1 Qi = efecto nominal de las cargas

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Rn = resistencia nominal Rr = resistencia factorizada

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ŋi = modificador de carga

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Φ=λΣγixi/(Q+β√σ2R+σ2Q)

β = 2.0, corresponde a 2.7/97.3 β = 3.5, corresponde a 2/10000, valor objetivo de AASHTO

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INNOVACIONES DEL LRFD

• Vida de diseño mayor (75 años)

• Se permite el uso de materiales de alta performance (>75 años) • Consistencia entre los factores de confiabilidad y seguridad para todos los puntos •Modelos mas realistas de carga viva y factores de distribución •El estado del arte en cuanto a provisiones y procedimiento de diseño

ESTADOS LIMITES 

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Los estados  íl ímites se establecen para definir grupos de eventos o circunstancias que pueden causar que un elemento de la estructura o la estructura se convierta en inservible desde el punto de vista de su funci ón original. Las especificaciones LRFD contemplan cuatro (4) estados  íl ímites: estados  íl ímites de servicio, de fatiga y fractura, de resistencia y de eventos extremos.

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El estado  íl ímite de servicio trata las restricciones en los esfuerzos, deformaciones y ancho de fisuras bajo condiciones regulares de servicio. El estado  íl ímite de fatiga y fractura trata las restricciones al rango de esfuerzos bajo condiciones regulares de servicio que reflejan el número de rangos de servicio esperados durante la vida útil de la estructura.

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Los estados  íl ímites de resistencia se entienden para asegurar la resistencia y estabilidad tanto local como global, se establecen para que la estructura resista la combinación de cargas estad ísticamente significativa que el puente puede esperar durante su vida útil. El estado  íl ímite de eventos extremos se entiende para asegurar la sobrevivencia estructural del puente durante un sismo severo o una avenida extraordinaria.

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Mayor exactitud con el modelo de Carga Viva – HL-93 = LRFD • Camión de Diseño

ó • Tandem

de Diseño

Para 25 kips de carga axial espaciados a 4 pies. Superponiendo sobre:

•Diseño con el carril de carga 0.64 KLF, carga uniformemente distribuida

+

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LRFD= Mayor desarrollo en la distribución de cargas vivas

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Factores de Distribución de Cargas Vivas Momento negativo en vigas interiores

Mu=ØAsf y(d-a/2) ≥ ŋ[1.25MDC+1.50MDW+1.75MLL+IM]

EJEMPLOS APLICATIVOS 

Se presenta un cálculo preliminar comparativo (métodos ASD, LFD y LRFD) del refuerzo por flexión en un puente de concreto armado, sección transversal de vigas “ T” (2 carriles de 3.60 + 2 veredas de 0.60 m), luz de 18.00 m.