puentes lrfd

Docente: Msc. Ing. Javier Caballero Flores

CIV 312 - PUENTES

CARGAS EN LOS PUENTES

OBJETIVOS DE LA CLASEEL OBJETIVO DE LA CLASE -

•Que el estudiante pueda comprender las cargas principales que actúan sobre los puentes. •Que el estudiante pueda conocer y comprender el método de calculo de cargas vivas vehiculares de la NORMA AASHTO LRFD.

•Que el estudiante pueda identificar todas las cargas y su nomenclatura según la norma AASHTO LRFD, así como también las combinaciones de carga.

•Que el estudiante pueda Identificar, analizar y deducir los esfuerzos máximos en puentes.

EQUIVALENCIA DE UNIDADES

Dentro de las diversas cargas que afectan a un puente, resaltan las siguientes cargas típicas:

Cargas MuertasCargas vivas:

Cargas Vivas VehicularesCargas PeatonalesCargas Dinámicas

Otras Cargas:VientoSismoFatiga………

Cargas sobre los Puentes

•Carril de Diseño•Carga AASHTO HL93:

•Camión (Truck)•Tándem•Carga Uniforme (Uniform Load)

•Combinación de C.Vivas.•Ubicación de las C.Vivas:

•Líneas de Influencia•Ecuaciones de Diseño•Ayudas de Diseño.

•Presencia Múltiple•Distribución a las vigas Principales

Nomenclatura Norma AASHTO LRFD

Nomenclatura Norma AASHTO LRFD

Cargas Muertas: DC / DW

Cargas vivas Vehiculares: LL

Cargas Peatonales: PL

Cargas Dinámicas (Por impacto): IM

Cargas Típicas

Las cargas muertas incluyen el peso propio de:Los componentes Estructurales como ser vigas, losa, diafragmas, etc.Componentes no estructurales, como ser Señalización, Rieles, etc.

Dicha carga no incluye la superficie de rodadura(asfalto).Se puede estimar con mucha precisión la densidad de los elementos estructurales:

Cargas Muerta: DC

Cargas Muertas: DC / DW

Es el peso de la superficie de rodadura (usualmente el Asfalto) y de las instalaciones de para servicios públicos (tuberías, iluminación, etc.).

Dicha diferenciación o categorización fue necesaria debido a gran variabilidad de los pesos en comparación con las cargas DC:

•La superficie del asfalto puede tener el espesor de diseño, sin embargo con seguridad a futuro podrá ser recapado, incluyendo nuevas capas sobre las antiguas una y otra vez.

•La densidad del asfalto para pavimento es de 2250 kg/m3•El espesor promedio del asfalto sobre los puentes, se puede considerar como 5 cm, sin embargo se debería considerar el recapado (a fines de computar el peso DW).

Cargas Muerta de la Superficie de Rodadura: DW

Las cargas Muertas se pueden distribuir a los “Girders” utilizando el Método del Área Tributaria:

Areas Tributarias de las Cargas Muertas

La sección para Máximo Momento NO es la misma sección para el Cortante Máximo.Para Vigas simplemente apoyadas:

El máximo momento M se produce en el medio del tramo.El máximo cortante V se producen sobre los apoyos, sien embargo:

En el diseño de los girders, la sección crítica para cortante se toma como una distancia d desde el apoyo. (donde d es la profundidad o peralte efectivo de la sección, aproximadamente 0.80h)En el mencionado punto el corte es un poco menor que en el apoyo. Si nosotros utilizáramos el corte en los apoyos para diseñar los estribos estaríamos siendo conservadores.

Consideraciones importantes para DC y DW

Cargas vivas Vehiculares: LL

Las cargas vivas son las fuerzas que ejercen los vehículos al moverse sobre el puente.Existen distintos tipos de Vehículos:

Autos, Minibuses, Camionetas, Camiones, Semi-trailers, Vehículos especiales, Vehículos Militares, etc.

El efecto de las cargas vivas sobre la estructura del puente, depende de muchos parámetros, incluyendo:

La longitud del tramo.El peso del vehículo.Cargas por eje (cargas por rueda).Configuración de ejes.Posición del vehículo sobre el puente (Transversal y Longitudinal)Numero de vehículos sobre el puente(Múltiple presencia).Espaciamiento de los Girders.Rigidez de los miembros estructurales (Losa y Girders).

Cargas vivas Vehiculares: LL

Cargas vivas Vehiculares: LLAnálisis Estratégico para el efecto de las LL sobre un Puente:

Cargas vivas Vehiculares: LLCarril de Diseño (Design Lane):

•Es necesario conocer cuantos carriles de tráfico existirán sobre el puente.•Los carriles de tráfico actuales están entre 3.3 a 4.6 metros de ancho, sin embargo 3.6 metros es recomendado.•No.de carril de diseño = Ancho de Vía/3.6m ≥ Al # de carriles de tráfico Actuales.•El número de carriles debe ser entero (1,2,3,..)•Para ancho de vía entre 6m a 7.2 m se deben considerar 2 carriles de diseño, que es igual a la mitas del ancho de la vía.

Cargas vivas Vehiculares: LL

•Para propositos de diseño estamos interesados en conocer cual es el vehículo que produce el peor efecto.•AASHTO propone 3 tipos de cargas LL llamadas “carga HL-93”, en la cual se identifican:

1. Camión de Diseño.2. Tándem de Diseño.3. Carga Uniformemente Distribuida

Cargas vivas Vehiculares: LL 1. Camión de Diseño.

•El camión de Diseño es llamado HS-20 (es un semi-trailer de 20 Kips de peso en los primeros 2 ejes).•Las cargas mostradas son por eje (= 2 ruedas).•La carga Totales de 325 KN.•La distancia entre el segundo y tercer eje puede ser variable para producir el peor efecto.•Es necesario multiplicar esta carga por el Factor de presencia Dinámica (IM).

Cargas vivas Vehiculares: LL 1. Camión de Diseño (en toneladas).

Cargas vivas Vehiculares: LL 2. Tándem de Diseño.

•Es un vehículo con 2 ejes que presenta una carga de 110 KN por cada eje.

•Es necesario multiplicar esta carga por el Factor de presencia Dinámica (IM).

•Para vigas simplemente apoyadas genera un momento mayor que un Camión HS20 cuando el tramo es menor o iugual a 13.4 metros.

Cargas vivas Vehiculares: LL 2. Tándem de Diseño (en Toneladas).

Cargas vivas Vehiculares: LL 3. Carga de Carril uniformemente Distribuida.

•Es una carga unbiforme de 9.3 KN/m actuando sobre un área tributaria con un ancho de 3 metros. (podriaser este caso 3.1Kn/m2).•Puede aplicarse de manera continua o discontinua sobre toda la Longitud del puente para producir los maximos efectos.•NO es necesario multiplicar esta carga por el Factor de presencia Dinámica (IM).

Cargas vivas Vehiculares: LLAnálisis Estratégico para el efecto de las LL sobre un Puente:

Cargas vivas Vehiculares: LL Combinaciones de la Carga Viva.

Según la norma AASHTO, existen 3 maneras de combinar la carga viva:•COMBO 1: Un camión de diseño HS-20 y la carga distribuida por carril.•COMBO 2: El tandem de diseño y la carga distribuida por carril.•COMBO 3: (para momentos negativos en apoyos interiores de vigas continuas así como en la reacción de pilares interiores). Ubicar 2 camiones de diseño HS-20, uno en cada tramo adyacente considerándose el 90 por ciento de la solicitación debida a dos camiones de diseño separados como mínimo 15 m entre el eje delantero de un camión y el eje trasero del otro, combinada con 90 por ciento de la solicitación debida a la carga del carril de diseño.Se debe ubicar las cargas a manera de obtener los máximos esfuerzos (M y V).Los máximos efectos de los 3 casos serán utilizados para el diseño.

Cargas vivas Vehiculares: LL Ubicación de las cargas vivas

Cargas vivas Vehiculares: LL Ubicación de las LL de manera TRANSVERSAL

El camión de diseño y el tandem de diseño deben ser posicionados transversalmente para que el centro de ninguna carga de rueda este mas cerca de:•30 cm desde la cara del bordillo para el diseño de los voladizos de la losa.•60 cm desde el borde del carril de diseño para el diseño de los otros componentes.

•Se debe hacer notar que si la acera no esta separada con una barrera protectora de choques de trafico, podemos considerar el caso de que los vehículos puedan estar sobre la acera.

Cargas vivas Vehiculares: LL Ubicación de las LL de manera LONGITUDINAL

Necesitamos ubicar la carga viva de manera longitudinal para el encontrar el máximo efecto producido por las cargas vivas.Para una carga concentrada y una viga simplemente apoyada el máximo momento sucede en el medio del tramo.

•Pero recuerde que las cargas del camión de diseño y el Tandem son un grupo de cargas concentradas, por lo que su ubicación en su peor posición no es del todo clara.

•SE ACLARA QUE: EL MAXIMO MOMENTO NO SIEMPRE OCURRE EL MEDIO DEL TRAMO.

Cargas vivas Vehiculares: LL Ubicación de las LL de manera LONGITUDINAL

Métodos de encontrar la posición longitudinal mas critica:1. LINEAS DE INFLUENCIA (PARA TRAMOS ISOSTATICOS Y

TRAMOS CONTINUOS).2. ECUACIONES DE DISENO O TABLAS DE DISENO.

Cargas vivas Vehiculares: LL LINEAS DE INFLUENCIA

Cargas vivas Vehiculares: LL LINEAS DE INFLUENCIA (REACCION)

Cargas vivas Vehiculares: LL LINEAS DE INFLUENCIA (CORTANTES)

Cargas vivas Vehiculares: LL LINEAS DE INFLUENCIA (MOMENTOS)

Cargas vivas Vehiculares: LL LINEAS DE INFLUENCIA

Cargas vivas Vehiculares: LL LINEAS DE INFLUENCIA

Cargas vivas Vehiculares: LL LINEAS DE INFLUENCIA

Cargas vivas Vehiculares: LL Ubicación de las LL de manera LONGITUDINAL

PRINCIPIO DE MULLER BRESLAW:“si una función de un punto de una viga, para conocer la reacción,

momento o cortante, es permitido actuar sin restricción alguna, la forma deformada de la viga, a cierta escala, representa la línea de influencia de la función”.

Cargas vivas Vehiculares: LL Ubicación de las LL de manera LONGITUDINAL

PRINCIPIO DE MULLER BRESLAW:

Cargas vivas Vehiculares: LL Ubicación de las LL de manera LONGITUDINAL

PRINCIPIO DE MULLER BRESLAW:

Cargas vivas Vehiculares: LL PRESENCIA DE MULTIPLES SOBRECARGAS

Cargas vivas Vehiculares: LL INCREMENTO DE CARGA DINAMICA IM

Los efectos estáticos del camión o tandem de diseño, a excepción de las fuerzas centrífugas y de frenado, se deberán mayorar en los siguientes porcentajes:

FUERZAS CENTRIFUGAS DE LOS VEHICULOS: CE

COLISION DE UN VEHICULO: CT

FUERZA DE FRENADO: BR

CARGAS SOBRE VEREDAS, BARANDAS Y BORDILLOS

Cargas sobre veredas:

CARGAS SOBRE VEREDAS, BARANDAS Y BORDILLOS

Cargas sobre Bordillos:

CARGAS SOBRE VEREDAS, BARANDAS Y BORDILLOS

Cargas sobre Barandas:

CARGAS SOBRE VEREDAS, BARANDAS Y BORDILLOS

Cargas sobre Barandas:

CARGAS HIDRAULICAS: WA

CARGAS HIDRAULICAS: WA

CARGAS HIDRAULICAS: WA

CARGAS HIDRAULICAS: WA

CARGAS DE VIENTO: WS (SOBRE LA ESTRUCTURA) y WL (SOBRE LA SOBRECARGA)

CARGAS DE VIENTO: WS y WL

CARGAS DE VIENTO: WS y WL

CARGAS DE VIENTO: WS y WL

CARGAS DE VIENTO: WS y WL

CARGAS DE VIENTO: WS y WL

CARGAS DE VIENTO: WS y WL

Factores de carga y combinaciones de carga

Factores de carga y combinaciones de carga

Factores de carga y combinaciones de carga

Factores de carga y combinaciones de carga

Factores de carga y combinaciones de carga

Factores de carga y combinaciones de carga

Factores de carga y combinaciones de carga

Factores de carga y combinaciones de carga

Factores de carga y combinaciones de carga

Factores de carga y combinaciones de carga

Factores de carga y combinaciones de carga

Factores de carga y combinaciones de carga Ejemplos de Combinaciones de carga

Factores de carga y combinaciones de carga Ejemplos de Combinaciones de carga

Para el diseño de Losas y Girders, normalmente solo se consideran las cargas DC, DW,y (LL+IM), entonces:

Factores de carga y combinaciones de carga Factores de Resistencia:

Para estructuras de Hormigón:

Factores de carga y combinaciones de carga Factores de Resistencia:

Para estructuras de Acero: