Diseño Sísmico de Puentes
Abril 2013
1.1
Norm orma ati tiva va AASH AASHT TO LRF LRFD D para pa ra Dise iseño ño de Pue uente ntes s Resumen
Evolución de la las s Metodolog todologíías de Dise iseño ño
1.2
1. Diseño iseño para para Cargas rgas de Servicio rvicio (SLD) LD) (Diseño iseño por Esfuerz sfuerzo o Permisible ermisible,, ASD ASD; o Diseño iseño por Esfuerz sfuerzos os de Traba rabajo, jo, WSD) muerta y viva con igua iguall grado grado de » Carga muerta importancia importancia (misma (misma varia variabilida bilidad) d) esfuerzo-deforma deformación ción lineal lineal elástica elástica en » Supone esfuerzoel concreto
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» f c
0.40 f c ’
» f y
24 ksi (Grade (Grade 60) 60)
1
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Evolución de las Metodologías de Diseño
1.3
2. Metodología LFD Método de Diseño por Resistencia (Diseño por Factor de Carga, LFD) » Esfuerzo-deformacion no-lineal para el concreto (bloque equivalente rectangular de esfuerzos para facilidad de uso) » Acero de tracci ón fl uy e antes del aplastamiento del concreto comportamiento dúctil » Mayor variabilidad en la carga viva que en la carga muerta » Factores de carga arbitrarios
1.3[1.0D + (5/3)(L+I)]
Evolución de las Metodologías de Diseño
1.4
3. Metodología LFRD Load and Resist ance Factor Design » Indice de confiabilidad consistente para Estado Límite de Resistencia (SLS) » Factores de carga y resistencia calibrados
1.25D + 1.75(L+I)
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1.5
Normativa AASHTO para Diseño de Puentes
Standard Specifications for Highway Bridg es, 17th Editi on, 2002 AASHTO LRFD Bri dge Desig n Specifi cations, - Investigación empezó en 1986 - Desarrolloo empezó en 1988 - 1a Edición, 1994 - 2a Edición, 1998 - 3a Edición, 2004 - 4a Edición, 2007
- Disponible en unidades SI y US
1.6
Votaciones AASHTO sobre normativa LRFD Mayo 1993 “ Adoptar el borrador final del documento NCHRP 12-33 como la norma 1993 LRFD Specifications for Highway Bridge Design y consi derar para 1995 la eli mi naci ón del Standar d Specifications vigente.” Mayo 1999 “ Después de la reunión de 1999, descontinuar el mantenimiento del Standard Specifications (excepto por corrección de errores), y proseguir con el mantenimiento de LRFD Specifications.”
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1.7
Recomendación AASHTO – Plan de Implementació n LRFD (2000) Todos los puentes nuevos en los cuales los Estados inicien la ingeniería preliminar después del 1 de octubre 2007, deberán ser diseñados con la Normativa LRFD. Estados incapaces de cumplir con estas fechas presentarán justificación y un programa para completar la transición a LRFD. Para modificaciones a estructuras existentes, los Estados tendrán la opción de usar la Normativa LRFD o las especificaciones que fueron usadas en el diseño original.
Objetivo del LRFD
1.8
Desarrollar una normativa de Diseño por Factores de Carga y Resistencia (LRFD) comprensiva y consistente que esté calibrada para obtener confiabilidad uniforme (una medición de la seguridad) en el estado límite de resistencia para todos los materiales. La normativa también considera los siguientes estados límite en el proceso de diseño: • Estado Límite de Servicio • Estado Límite de Fatiga y Fractura • Estado Límite para Eventos Extremos
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1.9
Calibración Selección de un conjunto de ’s y ’s para alcanzar un nivel de confiabilidad en una normativa de formato LRFD.
1.10
La calibración consiste de hasta tres pasos:
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Calibración basada en Confiabilidad Calibración o comparación con prácticas anteriores Criterio ingenieril a dosis libre
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1.11
Estados Límite
Estados Límite de Servicio Estados Límite de Fatiga y Fractura Estados Límite para Eventos Extremos
Calibración LRFD
1.12
Solo los estados límite de resistencia de la Normativa LFRD están calibrados con sustento en la teoría de confiabilidad estructural en donde se requieren datos estadísticos de carga y resistencia. Los otros estados límite están basados en los criterios de diseño del Standard Specifications y/o relacionados con información actualizada.
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1.13
Calibración retrospectiva
Los estados límite de resistencia de la Normativa LRFD están calibrados para rendir una confiabilidad similar a la de la práctica vigente. Los otros estados límite están calibrados para rendir elementos de tamaños similares a los obtenidos con la práctica vigente.
Datos Estadísticos
1.14
Variabilidad en Cargas » Tránsito: Carros, Camiones (Diferente Número de Ejes), etc.
Variabilidad en Resistencias » Resistencia a la Compresión del Concreto » Resistencia de fluencia del acero de refuerzo » Geometría de la Sección Transversal » Ubicación del refuerzo
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1.15
Calibración LRFD Rmean f(R,Q) Qmean
Rn
Qn
Qn Rn
R,Q
Indice de Confiabilidad
1.16
• El Indice de Confiabilidad a alcanzar es un valor único. • Se pueden seleccionar muchas combinaciones diferentes de ’s y ’s para alcanzar el mismo Indice de Confiabilidad .
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1.17
Calibración LRFD Rmean
f(R,Q) Qmean Qn
Rn
Qn Rn
R,Q
1.18
Calibración LRFD Rmean f(R,Q) Qmean Qn
Rn
Qn Rn
R,Q
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1.19
Calibración LRFD
(R-Q)mean Definición gráfica del índice de confiabilidad
R-Q
Calibración LRFD
1.20
Indices de Confiabilidad 5 4 a 3 t e B
2 1 0 Lu z
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1.21
Cambios Principales
Comentario Paralelo
Teoría Unificada del Concreto
Diseño para Cortante - Teoría Modificada de Campo de Compresión - Modelo Puntal y Tensor - Cortante de Interface (Horizontal)
Preesforzamiento Parcial
Especificaciones Unificadas para Diseño de Concreto Reforzado y Presforzado
Enfatiza razgos comunes
Elimina duplicación
Unifica procedimientos de diseño
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1.22
Promueve el concepto de “ concreto estructural” Introduce concreto parcialmente presforzado
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Otros Cambios Importantes
Estados Límite
Factores de Distribución
Factores de Carga y Combinaciones
Carga Viva Vehicul ar
Incremento por Carga Dinámica (IM)
Colisión de Navíos
1.23
1.24
Notación y Unidades LRFD Std Specs
Norma LRFD
f s
f pu
f su*
f ps
f se
f pe
2
f c ( ps i )
0.0632
f c ( KSI )
3
f c ( ps i )
0.0948
f c ( KSI )
6
f c ( ps i )
0.190
7 . 5
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f c ( ps i )
0. 24
f c ( KSI ) f c ( KSI )
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1.25
Ecuación LRFD Ecuación LRFD 1.3.2.1-1
i i Qi Rn i
1.26
Diseño por esfuerzos permisibles
Q
i
RE FS
donde: • Qi = una carga • RE = resistencia elástica • FS= factor de seguridad
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Modificador de Carga,
1.27
i
LRFD 1.3.2 Para cargas en donde se usa el valor máx. de 0.95 i D R I Para cargas en donde se usa el valor mín. de 1 1.00 i D R I)
I:
I
:
donde: i
= modificador de carga
D=
factor de ductilidad
= 1.05 para componentes no-dúctiles = 0.95 para componentes dúctiles R= I
factor de redundancia
= factor de importancia operacional
Facto r de Duct ilidad,
1.28
D
LRFD C1.3.3 Este factor está relacionado con el comportamiento estructural, no con el comportamiento del material. Por lo tanto, los componentes de concreto reforzado diseñados adecuadamente se consideran dúctiles, aun cuando el concreto simple es un material frágil.
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Facto r de Duct ilidad,
1.29
D
Factores de Resistencia Std Specs
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1.30
LRFD 5.5.4.2
Flexión – RC
0.90
0.90
Flexión – PS
1.00
1.00
Cortante – RC
0.85
0.90
Cortante – PS
0.90
0.90
Compresión
0.70 / 0.75
0.75
Aplastam iento
0.70
0.70
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Lo que LRFD NO es
Nuevos estados límite Nuevos y más complejos factores de distribución de carga viva Nuevo diseño unificado para cortante usando teoría modificada de campo de compresión
Modelo puntal y tensor para concreto
Otras adiciones más en voga hoy día
Conclusiones
1.31
1.32
Mejora sobre ASD y LFD Indice de confiabilidad uniforme para estados límite de resistencia Provee un marco para mejoras en el futuro Incorpora procedimientos de diseño actualizados
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