Unive Uni verr si sid dad N ac acii ona onall del C entro del P er ú
F ac aculta ultad d de I ngeni ngenieer í a C i vil
Curso
: Diseño de Puentes
Docente
: Ing. Dionisia Aguirre Gaspar
Integrantes Integrante s : Quispe Poma Antony Kevin Semestre
: IX
2017 HUANCAYO - PERÚ
D I SEÑO DE PUENTES DI
“
”
QUI SPE POMA Anto Antony ny K evin
1
Universidad Nacional del Centro del Perú
F acultad de I ngeniería Civil
INTRODUCCION Las cargas que presentamos a continuación están basadas en las especificaciones de AASHTO. En general, estas cargas pueden ser divididas en dos grandes grupos: cargas permanentes y cargas transitorias (cargas de vehículos, peatonales, de fluidos, de sismo, de hielo y de colisiones). Adicionalmente, dependiendo del tipo de estructura pueden presentarse otras fuerzas como las debidas al creep, al shrinkage, o al movimiento de los apoyos de la estructura. Igualmente, se presentan los estados límites de diseño de resistencia, servicio, evento extremo y fatiga con sus correspondientes combinaciones de carga. Las abreviaciones utilizadas en este capítulo son las empleadas por AASHTO. Así como también los distintos factores de carga que influyen en el diseño y en las combinaciones.
D I SEÑO DE PUENTES
“
”
QUI SPE POMA Antony Kevin
2
Universidad Nacional del Centro del Perú
F acultad de I ngeniería Civil
OBJETIVOS •
Conocer en que consiste el diseño mediante el método LRFD de la AASHTO.
•
Analizar los distintos factores de carga, en qué consisten y su aplicación en el diseño de puentes.
•
Conocer los distintos estados límite y su influencia en los requisitos del diseño de puentes.
•
Analizar los tipos de carga y las combinaciones de carga que intervienen en el diseño de puentes.
D I SEÑO DE PUENTES
“
”
QUI SPE POMA Antony Kevin
3
Universidad Nacional del Centro del Perú
F acultad de I ngeniería Civil
FACTORES DE CARGA Y COMBINACIONES DE CARGAS 1. CONSIDERACIONES GENERALES Todos los componentes y conexiones deberán satisfacer la siguiente ecuación para cada estado límite a menos que se especifique otra cosa.
iQi ≤ Rn
= Rr
Para cargas para las cuales un valor máximo de i es apropiado:
= D R i ≥
0.95
Para cargas para las cuales un valor mínimo de i es apropiado:
=
(1/ D R i) ≤ 1.0
Siendo: i = factor de carga = factor de resistencia = factor de modificación de las cargas D = factor relacionado con la ductilidad R = factor relacionado con la redundancia i = factor relacionado con la importancia operativa Qi = solicitación Rn = resistencia nominal Rr = resistencia mayorada = Rn El factor de resistencia = 1.0 se asigna a todos los estados límites menos al estado límite de resistencia.
2. ESTADOS LÍMITES Estado Límite de Servicio: El estado límite de servicio será tomado en cuenta como una restricción sobre los esfuerzos, deformaciones y ancho de grietas bajo condiciones regulares de servicio. El estado límite de servicio da experiencia relacionada a provisiones, las cuales no siempre pueden ser derivadas solamente de resistencia o condiciones estadísticas.
Estado Límite de Fatiga y Fractura: El estado límite de fatiga será tomado en cuenta como un juego de restricciones en el rango de esfuerzos causados por un solo camión de diseño que ocurre en el número especificado de ciclos correspondiente a ese rango de esfuerzos. El estado límite de fractura será tomado en cuenta como un juego de requerimientos de tenacidad del material. D I SEÑO DE PUENTES
“
”
QUI SPE POMA Antony Kevin
4
Universidad Nacional del Centro del Perú
F acultad de I ngeniería Civil
Estado Límite de Resistencia: El estado límite de resistencia será tomado en cuenta para asegurar la resistencia y estabilidad. Bajo este estado límite podría ocurrir daño estructural y frecuentemente sufrimiento, pero la integridad completa de la estructura se espera que se mantenga. De acuerdo a las especificaciones AASHTO, a menos que otros estaos límites sean especificados, los factores de resistencia serán los siguientes: • • •
• • • •
•
Flexión y tracción de concreto reforzado Flexión y tracción de concreto preesforzado Corte y torsión: Concreto de densidad normal Concreto de baja densidad Compresión axial con espirales y estribos excepto estado límite de eventos extremos Aplastamiento del concreto Compresión de modelos reticulado Compresión en zonas de anclajes: Concreto de densidad normal Concreto de baja densidad Tracción en el acero en zonas de anclaje
0.90 1.00 0.90 0.70 en las zonas sísmicas 3 y 4 en el 0.75 0.70 0.70 0.80 0.65 1.00
Para elementos en flexo compresión φ puede incrementarse linealm ente al valor por flexión conforme la resistencia factorada por carga axial, Pn, disminuye de (0.10*f’c*Ag) a 0. Para
elementos parcialmente preesforzados en flexión con o sin tracción, el valor de puede tomarse como:
= 0.90 + 0.10 (PPR) Donde: PPR = (Aps*f py) / (As*f y + Aps*f py) PPR = Relación de preesforzado parcial. As = Área de refuerzo no preesforzado. Aps = Área de acero preesforzado. f y = Resistencia a la fluencia (MPa) f py = Resistencia a la fluencia del acero preesforzado (MPa)
Estado Límite de Evento Extremo El estado límite de evento extremo será tomado en cuenta para asegurar la supervivencia estructural del puente durante un sismo importante o durante inundaciones o choques, ocurridos posiblemente en condiciones muy especiales.
3. DUCTILIDAD El sistema estructural del puente será proporcionado de tal forma que asegure en los estados límites de resistencia y evento extremo el desarrollo de significantes deformaciones inelásticas visibles antes de la falla. Las estructuras de concreto en las cuales la resistencia de una conexión es mayor que 1.3 veces el efecto de la fuerza máxima impuesta sobre la conexión por la acción inelástica de los componentes adyacentes puede suponerse que los requerimientos de ductilidad están satisfechos. Los valores D para el estado límite de resistencia: D I SEÑO DE PUENTES
“
”
QUI SPE POMA Antony Kevin
5
Universidad Nacional del Centro del Perú
F acultad de I ngeniería Civil
D = 1.05 para componentes y secciones no dúctiles. D = 0.95 para componentes dúctiles. Los valores D para los demás estados límite: D = 1.0
4. REDUNDANCIA Aquellos elementos cuya falla causaría el colapso del puente serán diseñados en falla crítica y el sistema estructural asociado será no redundante. Alternativamente, los miembros con falla crítica en tensión pueden ser diseñados en fractura crítica. Los elementos cuya falla no se espera que produzcan el colapso del puente no se diseñarán en falla crítica y el sistema estructural asociado será redundante. Los valores R para el estado límite de resistencia:
R = 1.05 para componentes y secciones no redundantes. R = 0.95 para componentes redundantes. Los valores R para los demás estados límite: R = 1.0
5. IMPORTANCIA OPERATIVA Este artículo sólo aplica a los estados límites de Resistencia y Evento Extremo. El propietario puede declarar si un puente o un componente tienen importancia operativa. En todos los casos i estará comprendido entre los valores de 1.05 y 0.95, en función de su importancia. Aplicable exclusivamente a los estados límites de resistencia y correspondientes a eventos extremos. Para el estado límite de resistencia: i ≥ 1.05 para puentes importantes i = 1.00 para puentes típicos i ≥ 0.95 para puentes de relativamente poca importancia Para todos los demás estados límites: i = 1.00
6. COMBINACIÓN DE CARGAS Debido a que todas las cargas no actúan simultáneamente, las normas de AASHTO especifican varias combinaciones de cargas y fuerzas a las cuales debe estar sujeta la estructura. A continuación presentamos la notación para las diferentes cargas: Cargas permanentes: DD = Fuerza de arrastre hacia abajo. DC = Carga muerta de componentes estructurales y no estructurales. DW = Carga muerta de superficie de rodadura y dispositivos auxiliares. EH = Presión de tierra horizontal. ES = Carga superficial en el terreno. EV = Presión vertical del relleno. Cargas transitorias: D I SEÑO DE PUENTES
“
”
QUI SPE POMA Antony Kevin
6
Universidad Nacional del Centro del Perú
F acultad de I ngeniería Civil
BR = Fuerza de frenado. CE = Fuerza centrífuga vehicular. CR = “Creep” del concreto.
CT = Fuerza de choque vehicular. CV = Fuerza de choque de barcos. EQ = Sismo. FR = Fricción. IC = Carga del hielo. IM = Impacto. LL = Carga viva vehicular. LS = Carga viva superficial. PL = Carga viva peatonal. SE = Asentamiento. SH = Contracción. TG = Gradiente de temperatura. TU = Temperatura uniforme. WA = Carga de agua y presión del flujo. WL = Carga de viento sobre la carga viva. WS = Carga de viento sobre la estructura. La solicitación mayorada total se tomará como:
Q i i Qi i = modificador de las cargas. Qi = solicitación i = factor de carga: multiplicador de base estadística que se aplica a las solicitaciones. Esta ecuación tendrá que ser cumplida por los estados límites siguientes:
RESISTENCIA I – Combinación básica de cargas que representa el uso vehicular normal del puente, sin viento. RESISTENCIA II – Combinación de cargas que representa el uso del puente por parte de vehículos de diseño especiales especificados por el propietario, vehículos de circulación restringida, o ambos, sin viento. RESISTENCIA III – Combinación de cargas que representa el puente expuesto a vientos de velocidades superiores a 90 km/h. RESISTENCIA IV – Combinación de cargas que representa relaciones muy elevadas entre las solicitaciones provocadas por las cargas permanentes y las provocadas por las sobrecargas. RESISTENCIA V – Combinación de cargas que representa el uso del puente por parte de vehículos normales con una velocidad del viento de 90 km/h. EVENTO EXTREMO I – Combinación de cargas que incluye sismos. EVENTO EXTREMO II – Combinación de cargas que incluye carga de hielo, colisión de embarcaciones y vehículos, y ciertos eventos hidráulicos con una sobrecarga reducida diferente a la que forma parte de la carga de colisión de vehículos, CT. SERVICIO I – Combinación de cargas que representa la operación normal del puente con un viento de 90 km/h, tomando todas las cargas a sus valores normales. SERVICIO II – Combinación de cargas cuya intención es controlar la fluencia de las estructuras de acero y el resbalamiento que provoca la sobrecarga vehicular en las conexiones de resbalamiento crítico.
D I SEÑO DE PUENTES
“
”
QUI SPE POMA Antony Kevin
7
Universidad Nacional del Centro del Perú
F acultad de I ngeniería Civil
SERVICIO III – Combinación de cargas relacionada exclusivamente con la tracción en superestructuras de hormigón pretensado, cuyo objetivo es controlar las fisuras. SERVICIO IV – Combinación de cargas relacionada exclusivamente con la tracción en subestructuras de hormigón pretensado, cuyo objetivo es controlar las fisuras. FATIGA – Combinación de cargas de fatiga y fractura que se relacionan con la sobrecarga gravitatoria vehicular respectiva y las respuestas dinámicas bajo un único camión de diseño. El Diseño por Factores de Carga y Resistencia (LRFD) requiere satisfacer la siguiente ecuación:
Extraído del “Manual de Diseño de Puentes”. MTC – DGCF. Dirección General de Caminos y
Ferrocarriles del Ministerio de Transportes y Comunicaciones., Lima – Perú 2003.
Fatiga: Combinación de fatiga y carga de fractura, relacionada a la carga viva vehicular repetitiva y las respuestas dinámicas bajo un camión de diseño simple con el espaciamiento entre ejes. Los factores de carga para las combinaciones serán tomados de la tabla 3.4.2-1. Los factores de carga de las cargas permanentes serán tomados de la tabla 3.4.2-2. Los factores serán escogidos para producir el efecto factorizado extremo total. Para cada combinación serán investigados los efectos máximos positivos y negativos. En combinaciones de carga donde el efecto de una fuerza reduce el efecto de la otra, se aplicará el mínimo valor de la fuerza reductora. De la misma manera cuando la carga permanente aumenta la estabilidad o la capacidad de carga de algún componente o todo el puente, se evaluara la posibilidad de una combinación de carga con el mínimo valor de la carga permanente. Para el cálculo de las deformaciones será usado el mayor factor de carga TU, CR y SH, para otros cálculos se usarán los valores mínimos de factor de carga. D I SEÑO DE PUENTES
“
”
QUI SPE POMA Antony Kevin
8
Universidad Nacional del Centro del Perú
F acultad de I ngeniería Civil
Extraído del “Manual de Diseño de Puentes”. MTC – DGCF. Dirección General de Caminos y
Ferrocarriles del Ministerio de Transportes y Comunicaciones., Lima – Perú 2003.
Para la evaluación de la estabilidad global de los taludes con o sin estructuras de cimentación, serán usados los factores máximos. El factor de carga para TG y SE será determinado para cada proyecto específico. El factor de carga viva en la combinación de carga del Evento Extremo I (sismo), será determinado para cada proyecto específico.
D I SEÑO DE PUENTES
“
”
QUI SPE POMA Antony Kevin
9
Universidad Nacional del Centro del Perú
F acultad de I ngeniería Civil
CONCLUSIONES •
Conocimos en que consiste el diseño mediante el método LRFD de la AASHTO.
•
Analizamos los distintos factores de carga, en qué consisten y su aplicación en el diseño de puentes.
•
Conocimos los distintos estados límite y su influencia en los requisitos del diseño de puentes.
•
Analizamos los tipos de carga y las combinaciones de carga que intervienen en el diseño de puentes.
D I SEÑO DE PUENTES
“
”
QUI SPE POMA Antony Kevin
10
Universidad Nacional del Centro del Perú
F acultad de I ngeniería Civil
BIBLIOGRAFIA •
•
• •
• •
MTC – DGCF. Dirección General de Caminos y Ferrocarriles del Ministerio de Transportes y Comunicaciones. Manual de Diseño de Puentes., Lima – Perú 2003. AASHTO. Standard Specifications for Highway Bridges, 16th ed., American Association of State Highway And Transportation Officials, Washington, DC – 1996. HERRERA MANTILLA, Jerónimo. Puentes, Univ. Católica de Colombia – 1996. BARKER, Richard y PUCKETT, Jay. Design of Highway Bridges: based on AASHTO LRFD Bridges Design Specifications. John Wiley & Sons, Inc, New York – 1997. TRUJILLO OROZCO, José Eusebio. Diseño de Puentes, Univ. Industrial de Santander 1990. ING. JOSE LUIS BOSIO VELASQUEZ, ING. JACK LOPEZ ACUÑA, ING. EDUARDO GALLO DEZA, ING. MAUEL PASTOR GUAJARDO, ING. PEDRO LAINES-LOZADA CAMPOS. Puentes, Análisis Diseño y Construcción. ACI, American Concrete Institute, Capitulo de Estudiantes de la Universidad Nacional de Ingeniería., Lima – 1993.
D I SEÑO DE PUENTES
“
”
QUI SPE POMA Antony Kevin
11
