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
