06 Filosofia de Diseño Para Puentes

RESUMEN

E n l os códi códi gos re r ef er en t es al an aná áli si s y di señ o de pue pu en t es, l a car ga  viva vi va de d e dis di señ o no n o cor co r r espon ponde de a l a car ca r ga de d e veh veh ícu cull os re r eal ale es; si n o  que se se ide i deal alii za un u n tr en de car cargas gas par para a que qu e los l os ef ef ectos ge gen n er ados en  l os si stemas cu cubr bran an el espe pectr ctr o de r espu pue esta de aqu aque el l os pr produ oduci cidos  dos  por l os ve veh h ícu cull os r eal ale es.

RESUMEN

E n l os códi códi gos re r ef er en t es al an aná áli si s y di señ o de pue pu en t es, l a car ga  viva vi va de d e dis di señ o no n o cor co r r espon ponde de a l a car ca r ga de d e veh veh ícu cull os re r eal ale es; si n o  que se se ide i deal alii za un u n tr en de car cargas gas par para a que qu e los l os ef ef ectos ge gen n er ados en  l os si stemas cu cubr bran an el espe pectr ctr o de r espu pue esta de aqu aque el l os pr produ oduci cidos  dos  por l os ve veh h ícu cull os r eal ale es.

ANTECEDENTES  En el Perú, no existe un código propio para el diseño de puentes, p uentes, por  lo que en la práctica común hemos empleado códigos de diseño extranjeros, extranjer os, como el norteamericano (AASHTO).

AASHTO ST STANDARD ANDARD

 Hasta el año 2006 aproxi aproximadamente, madamente, en nuestro país p aís se utilizaba la norma nor ma «A «AASH ASHT TO St Stand andar ard d Spe Speci cifi fica cati tion onss fo forr Hi High ghwa wayy Br Brid idges ges» »  para el diseño de puentes. Según esta norma, los elementos estructurales, pueden ser diseñados  ya sea por po r el método de tensiones admisibles (ASD: Allowable Stress  Design) o por el Método de la Rotura (LFD: Load Factor Design).

ASD ALLOWABLE STRESS DESIGN 

En té rminos de seguridad :  f : Esfuerzo calculado  F   A  : Esfuerzo admisible



En té rmi nos de momentos flector es  :

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

LFD LOAD FACTOR DESIGN 

En té rminos de seguridad : Q : Efecto de la carga  R : Resistencia del elemento g  : Factor de carga



: En té rmi nos de momentos flector es 

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

INCONSISTENCIAS

 En 1986, un subcomité de la AASHTO detectó varias inconsistencias en la norma Standard, producto de las nuevas investigaciones y  precisó los casos particulares en que ésta no era aplicable, por  ejemplo, puentes colgantes de grandes luces  Por ello, concluyó que no estaba a la altura de los tiempos, decidiendo así revisar sus disposiciones y actualizarlas basándose en las últimas investigaciones.

CARGAS VEHICULARES

 Parte fundamental de los códigos de diseño de puentes es la definición de la carga viva vehicular.  En Estados Unidos, la American Association of State Highway and  Transportation Officials (AASHTO) es la asociación encargada de la emisión del reglamento de diseño de puentes de ese país, utilizando modelos de cargas equivalentes llamados vehículos de diseño.  Esta normativa, el vehículo de diseño lo ha dividido en dos clases:

CAMION DE DISEÑO  La primera clase es el vehículo tipo H y la segunda clase es el  vehículo tipo HS, correspondiente a un camión con semirremolque.

CARGA DE CARRIL  La carga de carril consiste en una carga uniforme por metro lineal  de vía de tránsito, combinada con una carga concentrada colocada  sobre el puente, en posición tal que provoque los máximos esfuerzos.

INCREMENTO DE CARGA HS-20 HS-25 →

3.05 m

Camión Tipo HS (3 ejes)

Sardinel

a P

4P

.2 0

4P

W

W

a

0.61

b

.80

W

b

.80

0.1 W

0.4 W

0.4 W

0.1 W

0.4 W

0.4 W

1.83 m

0.61

ADICIONALMENTE  Paralelamente a la sobrecarga vehicular AASHTO Standard, en nuestro país se empleo entre los años 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 diseño de puentes, es que en la actualidad  contamos con puentes existentes con resistencia de cargas variables. Relación de puentes existentes en la carr eter a Ar equi pa  –  L as Bambas: 

CONSECUENCIA Relación de puentes existentes en l a carretera Lima - Abancay: 

CONSECUENCIA Relación de puentes existentes en la carr eter a Lima - Yanacocha: 

IMPORTANCIA  Evaluación de cargas especiales excepcionales:

IMPORTANCIA  Evaluación de cargas especiales excepcionales:

R. N. V. D. S. Nº 058-2003-MTC

R. N. V. D. S. Nº 058-2003-MTC

R. N. V. D. S. Nº 058-2003-MTC

AASHTO LRFD

AASHTO LRFD

 La norma AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, utiliza el  método de diseño por factores de carga y resistencia (Load and   Resistance Factor Design).  El método LRFD dimensiona las estructuras de forma que ningún estado límite pueda ser excedido.

LOAD AND RESISTANCE FACTOR DESIGN 

Condición general : Q  R g f 

: Efecto de la carga : Resistencia del elemento : Factor de carga : Factor de resistencia

 LRFD: la filosofía LRFD proporciona un enfoque más uniforme,  sistemática y racional para la selección de los factores de carga  y factores de resistencia que el método LFD.

ECUACIÓN BÁSICA AASHTO LRFD 1.3.2.1  El método LRFD, puede ser expresado con la siguiente expresión: g ≤ ϕ =   i   : Factor de modificación de cargas, relacionado con la ductilidad, redundancia e importancia operacional de la estructura. g i   : Factor de Carga, multiplicador estadístico que se aplica a las  solicitaciones. Qi : Solicitaciones ϕ   : Factor de Resistencia, multiplicador estadístico aplicado a las resistencias nominales.  Rn : Resistencia Nominal   Rr : Resistencia de Cálculo

FACTOR DE MODIFICACIÓN DE CARGAS Ductilidad (AA SH TO LRF D, 1.3.3   )   Este comportamiento es una advertencia de la falla estructural.  El factor relacionado con la ductilidad para el estado límite de resistencia es:   D ≥  1.05 Para componentes no dúctiles y conexiones   D = 1.00 Para diseños convencionales   D ≥  0.95 Para los componentes y conexiones con ductilidad mayor que la especificada  Para los otros estados límites:   D = 1.00

FACTOR DE MODIFICACIÓN DE CARGAS Redundancia (AASH TO L RF D, 1.3.4)   A menos que existan motivos justificados, se deben usar  estructuras continuas y con múltiples recorridos de cargas.  El factor relacionado con la redundancia para el estado límite de resistencia es:   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 límites:   R = 1.00

FACTOR DE MODIFICACIÓN DE CARGAS I mportancia Operacional (AA SH TO L RF D, 1.3.5)  Se basa en requisitos sociales, de seguridad y defensa.  El factor relacionado con la importancia operacional para el  estado límite de resistencia es:   I ≥  1.05 Para puentes de importancia   I = 1.00 Para puentes típicos   I ≥  0.95 Para puentes relativamente menos importantes  Para los otros estados límites:   I = 1.00

COMBINACIONES DE CARGA Y FACTORES DE CARGA

FACTORES DE CARGA PARA CARGA PERMANENTE

AMPLIFICACIÓN DE CARGA  Puentes de concreto armado: Factores de Carga (   )  i 

Estados Lí m it es 

Servicio

 

I 

Resistencia

I 

DC

DW

L L - I M - PL

1.00

1.00

1.00

1.25

1.50

1.75

 Puentes de acero estructural: F a c t o r e s d e C a r g a (   )  i 

Estados Lí m it e s 

DC

DW

L L - I M - PL

1.00

1.00

1.30

 I 

1.25

1.50

1.75

 IV 

1.50

1.50

---

Servicio  II  Resistencia Resistencia

 

Fatiga  I 

 

---

---

1.50

Fatiga  II 

 

---

---

0.75

FACTOR DE REDUCCIÓN DE CAPACIDAD  Elementos de concreto armado: Tipo de Resistenc ia 

Flexión

f  f  

 

0.90

Corte

f v

 

0.90

Compresión

f c

 

0.75

 Elementos de acero estructural: T ip o d e R e s i s t e n c i a  

Flexión

f  f  

 

1.00

Corte

f v

 

1.00

Compresión

f c

 

0.90

 Aplastamiento

f b

 

1.00

CRITERIOS PARA DEFLEXION En ausencia de otros criterios, para las construcciones de puentes se pueden considerar los siguientes límites de deflexión:

CRITERIOS PARA PREDIMENSIONAMIENTO

PESO ESPECIFICO DE MATERIALES

FACTOR DE PRESENCIA MULTIPLE

INCREMENTO POR CARGA DINAMICA  El factor de impacto o de carga dinámica, por el que son afectadas las cargas móviles, es el que se muestra en la siguiente tabla, tal factor depende de los estados límites en revisión.

SOBRECARGA VEHICULAR  Camión de Diseñ o - ASH TO L RF D   (3.6.1.2.2):    El

camión de diseño de la norma AASHTO LRFD es similar al  camión HS 20-44 especificado en la norma Standard.

  Se

deberá considerar un incremento por carga dinámica de 1.33, como se especifica en el artículo 3.6.2 AASHTO LRFD.

  La

separación transversal de las ruedas se tomará como 1.80 m.

SOBRECARGA VEHICULAR 

Sobrecarga Vehicul ar –  Camión de Diseñ o 

SOBRECARGA VEHICULAR  Tándem de Diseñ o - AASH TO L RF D  (3.6.1.2.3):    El

tándem de diseño consistirá en un par de ejes de 11.34 tn con una separación longitudinal de 1.20 m.

  Se

deberá considerar un incremento por carga dinámica de 1.33 como se especifica en el artículo 3.6.2 AASHTO LRFD.

  La

separación transversal de las ruedas se tomará como 1.80 m.

SOBRECARGA VEHICULAR 

Sobrecarga Vehicul ar –  Tándem de D iseñ o 

SOBRECARGA VEHICULAR  Carga de carril - AA SH TO LRF D   (3.6.1.2.4):    La

carga del carril de diseño consistirá en una carga de 0.95 tn/m, uniformemente distribuida en dirección longitudinal.



Transversalmente la carga del carril de diseño se supondrá distribuida uniformemente en un ancho de 3.0 m.

   Los

efectos debidos a la carga del carril de diseño no estarán  sujetos a un incremento por carga dinámica.

SOBRECARGA VEHICULAR 

Sobrecarga Vehicul ar –  Carga de Carril 

REQUISITOS GENERALES

 La sobrecarga vehicular sobre las calzadas de puentes, designada como HL-93, deberá consistir en una combinación de:   Camión

de diseño + Carga de carril de diseño

  Tándem

de diseño + Carga de carril de diseño