Filosofia de Diseño LRFD

Puentes Prof. Ronald Gmez J.

Ronald Gmez J. 1 Puentes

Escuela Militar de Ingeniera Licenciatura en Ingeniera Civil

Puentes Prof. Ronald Gmez J.


3. Filosofa de diseo

Objetivos de esta clase


1. Conocer los antecedentes de la nueva filosofa de diseo en puentes LRFD

2. Conocer que es un estado lmite e identificar aquellos que son considerados en la etapa de diseo

3. Conocer los requerimientos mnimos previos para poder proyectar una estructura de puente

Antecedentes


1931

La AASHO publica la primera norma en Estados Unidos para el diseo y construccin de puentes.

La AASHTO implementa la filosofa de diseo por factores de carga (LFD).

1970-1986

Surge la preocupacin por parte de ingenieros de la Unin Americana acerca del rezago del Reglamento AASHTO Bridge Standard Specifications.

Antecedentes


1986-1994

Desarrollar una especificacin de estados lmite con base probabilstica

Llenar vacios e inconsistencias

Desarrollar una especificacin con comentarios

Conclusiones del NCHRP 20-7/31:

Oct-2007

Se hace obligatorio en EEUU el uso del Reglamento AASHTO LRFD Bridge Design Specifications

Nivel de seguridad


Qu tan seguro es nuestro diseo?

Se toman en cuenta las condiciones ms desfavorables (carga viva, crecidas, sismo, viento, etc.)

Vital importancia para el sistema vial

Nivel de seguridad


LFD

ASD No es posible determinarla de manera cuantitativa

FS, subjetivo (elegido con base en la experiencia)

Factores de carga:

Sobrecargas, inexactitudes en el anlisis, etc.

Factores de reduccin de resistencia:

Definir un nivel de resistencia, reflejar el grado de ductilidad del elemento y su importancia.

Aun no se estableca de manera explcita el margen de seguridad!

Nivel de seguridad


LRFD

Con base en la teora de la confiabilidad se define el nivel de seguridad f(ndice de confiabilidad), b

Para los diversos tipo y configuraciones de puentes se tiene un b3.5

Probabilidad de falla de 0.02%

ASD o LFD, b4.5

b4.5 Diseo conservador y costoso

Filosofa de diseo


ASD

Demanda Resistencia

FS

RQ ni

Cargas mximas de servicio

LFD

nii RQ

LRFD

nii RQ

Cargas de diseo factorizadas

Resistencia nominal

Resistencia factorizada

Procedimiento Determinstico

Procedimiento Probabilstico

Filosofa de diseo


nii RQ Factor de modificacin de carga, h

Grado de exactitud a la que la carga normalmente puede estimarse

Calibrados por ensayes de diseo

Inexactitudes del anlisis

Variacin que podra esperarse durante la vida til de la estructura

Definir un nivel de resistencia para el diseo

Reflejar el grado de ductilidad del elemento

Reflejar el grado de importancia del elemento

Ductilidad

Importancia

Redundancia

95.0 IRD

Estados lmite de diseo


Estado lmite.- Es una situacin en la que una estructura o elemento estructural alcanza su capacidad resistente y deja de ser apta para su uso ya sea por falla estructural total o parcial o por una prdida significativa de funcionalidad.

Estado lmite de servicio Estado lmite de resistencia

Estado lmite de fatiga y fractura Estado lmite de evento extremo



Estado lmite de servicio.- Se debe considerar como restricciones impuestas a las tensiones, deformaciones y anchos de fisura bajo condiciones de servicio regular.

Estado lmite de fatiga y fractura.- Debe de considerarse como las restricciones impuestas al rango de esfuerzos basadas en los resultados de la aplicacin de un nmero de ciclos de carga producidos por el vehculo de diseo.



Estado lmite de resistencia (ltimo).- Debe de considerarse para asegurar que la resistencia y la estabilidad tanto local como global de la estructura, sean las adecuadas para resistir las distintas combinaciones de cargas esperadas durante su vida til.

Estado lmite de evento extremo.- Los estados lmites para cargas accidentales en eventos extremos deben de tomarse en consideracin para asegurar la supervivencia estructural del puente durante una colisin, un sismo, una inundacin, presiones mximas de viento, etc.



LFD Servicio

Resistencia (ltimo)

Agrietamiento, deflexin, fatiga

Evento extremo

LRFD

Servicio I

Resistencia (ltimo)

I

II

Agrietamiento en concreto reforzado Deflexin Esfuerzos de compresin en concreto presforzado Fluencia y deslizamiento de conexiones (estructuras de acero) Agrietamiento en concreto presforzado

II

III

I II

III

IV

V

Uso vehicular normal sin la presencia de viento

Paso de vehculos especiales sin la presencia de viento

Velocidad de viento mayor a 90 km/h sin carga viva

Puentes de gran claro

Uso vehicular normal con velocidad de viento de 90 km/h

Sismo, empuje debido a crecidas

Carga de hielo, colisiones (embarcaciones o vehculos)

Restricciones en el rango de esfuerzos debido a la carga de fatiga

Fatiga y fractura

Durabilidad


Deben tomarse en cuenta las condiciones de durabilidad de los materiales en los componentes del puente, incluyendo los apoyos y las juntas. La documentacin tcnica debe exigir materiales de calidad y la aplicacin de estrictas normas de fabricacin y montaje. Para el buen funcionamiento del puente se debern hacer consideraciones prcticas sobre deterioro y corrosin a largo plazo.

Durabilidad


Inspeccionabilidad


En el diseo se deben proveer procedimientos prcticos de inspeccin manual y/o visual de todos y cada uno de los elementos del puente, incluyendo los accesos y estructuras de contencin de materiales o rellenos.

Inspeccionabilidad


Inspeccionalidad


Mantenimiento


Deben evitarse los sistemas estructurales cuyo mantenimiento esperado sea difcil y/o costoso. El diseo del puente debe considerar los aspectos de mantenimiento y facilitar dichos trabajos. Cuando sea necesario se disearn los dispositivos que permitan inspeccionar peridicamente algunas de los componentes del puente.

Mantenimiento


Operacin


El diseo de la estructura y la eleccin de los materiales deben proveer una superficie de rodamiento segura y confortable, aun durante la realizacin de trabajos de mantenimiento. Cuando resulte necesario se debern tomar recaudos para soportar y permitir el mantenimiento de instalaciones de servicio pblico.

Operacin


Deformaciones


Los puentes deben de disearse para evitar efectos psicolgicos y estructurales no deseables ante cargas permanentes, vivas y accidentales. En el diseo tambin se deben considerar los efectos de asentamientos tanto en los accesos como en la cimentacin, las amplificaciones de los movimientos ssmicos por los efectos de interaccin suelo-estructura y los choques con estructuras aledaas o con otros puentes.

Deformaciones


Ductilidad


El sistema estructural del puente debe disearse y detallarse para asegurar el desarrollo de deformaciones inelsticas significativas y visibles antes de su falla y sin perder capacidad de carga, tanto en el estado lmite de resistencia como en los eventos extremos bajo cargas estticas y dinmicas.

Ductilidad


Aspectos constructivos


En el diseo deben considerarse los efectos de las cargas originadas por la fabricacin, construccin, transporte, montaje, almacenaje, etc., de todos los componentes del puente. Asimismo deben de estudiarse los mtodos constructivos y los efectos de stos en los componentes del puente y en las estructuras aledaas a ste. Debern de incluirse los detalles de estructuras de soporte y refuerzo temporal u otras durante la construccin del puente. De igual manera deben de tomarse en cuenta las condiciones climatolgicas e hidrulicas que puedan afectar la construccin de los componentes del puente.

Economa


Los materiales, el tipo de estructura y los claros de un puente deben de seleccionarse con base en los costos de construccin, operacin y mantenimiento durante su vida til. Se debern evaluar diferentes configuraciones estructurales, los aspectos viales y las restricciones impuestas por la naturaleza y/o edificaciones vecinas.

Esttica


Los puentes deben complementar estticamente sus alrededores, tener forma y presencia de acuerdo al entorno, adems de una apariencia agradable, limpia y lgica.

1. El puente debe ser visto como un todo; 2. El puente debe de cumplir con su funcin con un mnimo de

materiales y un nmero mnimo de elementos; 3. Los componentes del puente deben responder en forma a su

funcin estructural;

Debern considerarse los siguientes lineamientos:

Esttica


4. La subestructura debe de ser consistente y proporcional en peso y forma con la superestructura;

5. La forma debe ser sencilla evitando los cambios bruscos en la forma y en el tipo de estructura;

6. El tamao de cada miembro comparado con el resto debe de estar relacionado con el concepto estructural general y el trabajo que el componente realiza;

7. En la medida de lo posible, los componentes deben de ser esbeltos y estar separados;

8. Debe de ponerse atencin en detalles como parapetos, goteros, drenajes, etc.; y

9. Debe de tener apariencia abierta.

Esttica


Documents

Filosofia de Diseño LRFD