Curso_de_Puentes_LRFD_2005

5/27/2018 Curso_de_Puentes_LRFD_2005

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Ing. Elsa Carrera Cabrera

APLICACIN DEL MANUAL DE DISEO DE

PUENTESEN TRAMOS SIMPLEMENTE APOYADOS DECONCRETO ARMADO

Ing Elsa Carrera Cabrera


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Debemos iniciar por revisar la Filosofa de Diseo que viene del LRFD y que esta basada

en que los puentes debern ser diseados teniendo en cuenta los Estados Lmite que se

especifiquen para cumplir con los objetivos de constructibilidad, seguridad y de servicio,

as como las debidas consideraciones referidas a la esttica y economa.

INTRODUCCION


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INTRODUCCION

1.0 ESPECIFICACIONES ESTANDAR

DISEO POR ESFUERZOSPERMISIBLES (DEP)

DISEO POR FACTORES DE CARGA(DFC)

2.0 METODO LRFD

DISEO POR CARGA Y RESISTENCIAFACTORIZADA


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INTRODUCCION - COMPARACIN

3.05 m

1.83 m0.61 0.61

Sardinel

Camin Tipo HS(3 ejes)

P 4P 4P

a

b

Carga distribuida linealmente

Carga Concentrada

(Libras/pie de la linea de carga)

35 kN

3.60 m

145 kN145 kN

Camin de Diseo

4.3 m 4.3 - 9.0 m 1.20 1.80 m 0.60

Ancho de Va

CAMION HS

ESPECIFIC. ESTANDAR

CARGA EQUIVALENTE

METODO LRFD

CAMION DE DISEO + S/DIST.

110 kN110 kN

1.2 m

Tandem de Diseo

3.60 m

0.601.20 1.80 m

Ancho de Va

TANDEM DE DISEO + S/DIST.


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INTRODUCCION

Longitud : Metro : mMasa : kilogramo : kgTiempo : Segundo : s

UNIDADES EN EL SISTEMA INTERNACIONAL (SI)

Unidades Bsicas

Fuerza : Metro : N: 1 Kilo Newton : 1000 N: 1 Tn Fuerza : 9.8 KN

Presin : Pascal : Pa: 1 Pa : 1 N/ m2: 1 MPa : 10.2 kg/cm2

Unidades Derivadas

(1 newton es la fuerza que a un cuerpo

con una masa de 1 kg le produce una

aceleracin de 1 m/s2)


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METODO LRFDFilosofa de diseo

Donde

Rn : resistencia nominal

Rr : resistencia factorizadai : factor de carga (factor estadstico)

Qi : efectos de fuerza

: factor de resistencia

n : factor que relaciona a la ductilidad, redundancia e importancia

operativa, modificadores de carga.n= nDx nRx nI0.95

nD : factor que se refiere a la ductilidad

nR : factor que se refiere a la redundancia

nI : factor que se refiere a la importancia operacional

niQi = Rn = Rr


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METODO LRFD

1. Estados Lmite(Combinaciones)

A) Estado Lmite de Servicio Restriccin sobre esfuerzos, se basa Servicio Ien el diseo sobre esfuerzos permisibles. Servicio II

Servicio III

B) Estado Lmite de Fatiga y Fractura Diseo bajo criterio de control de grietas. Fatiga

ESTADOS C) Estado Lmite de Resistencia Diseo que sera tomado en cuenta para Resistencia ILIMITE asegurar resistencia y estabilidad de Resistencia II

una estructura durante su vida til. Resistencia III Resistencia IV Resistencia V

D) Estado Limite de Evento Extremo Diseo que sera tomado en cuenta para Evento Extremo Iasegurar supervivencia estructural. Evento Extremo II


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METODO LRFD2. Combinaciones de Carga y Factores de Carga

Usar solamente uno de losindicados en estascolumnas en cada

combinacin

Combinacin deCarga

Estado Lmite

DCDDDWEH

EVES

LLIMCEBRPLLS

WA WS WL FRTUCR

SH

TG SE

EQ IC CT CV

RESISTENCIA I P 1.75 1.00 1.00 0.50/1.20 TG SERESISTENCIA II P 1.35 1.00 1.00 0.50/1.20 TG SEREISISTENCIA III P 1.00 1.40 1.00 0.50/1.20 TG SERESISTENCIA IVSolamente EH, EV,ES, DW, DC

P1.5

1.00 1.00 0.50/1.20

RESISTENCIA V P 1.35 1.00 0.40 0.40 1.00 0.50/1.20 TG SE

EVENTO EXTREMO I P EQ 1.00 1.00 1.00EVENTO EXTREMO II 0.50 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

SERVICIO I 1.00 1.00 1.00 0.30 0.30 1.00 1.00/1.20 TG SESERVICIO II 1.00 1.30 1.00 1.00 1.00/1.20

SERVICIO III 1.00 0.8 1.00 1.00 1.00/1.20 TG SEFATIGA(solamente LL,IM yCE)

0.75


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METODO LRFD

Notacin y Factores de Carga para Cargas PermanentesP

Mximo Mnimo

DC: Componentes estructuralesy Auxiliares

DD : Fuerza de arrastre haciaabajo

DW : Superficie de Rodadura yaccesorios

EH : Presin horizontal de tierra 1.50 0.90 - Activa 1.35 0.90 - En reposoEV : Presin vertical de tierra N/A - Estabilidad Global 1.35 1.00

- Estructura de Retencin 1.35 0.90 - Estructuras Rgidas Empotradas 1.30 0.90 - Prticos rgidos 1.35 0.90 - Estructuras Flexibles empotrados 1.95 excepto alcantarillas metlicas 0.90 - Alcantarillas Metlicas 1.50ES : Carga superficial en el terreno 1.50 0.75

1.80 0.45

1.50 0.65

TIPO DE CARGAFACTOR DE CARGA

1.25 0.90


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NOTACION

CARGAS TRANSITORIAS

BR Fuerza de frenado vehicularCE Fuerza centrfuga vehicularCR Creep del concretoCT Fuerza de choque vehicularCV Fuerza de choque de barcosEQ SismoFR FriccinIC Carga de hieloIM Carga de impactoLL Carga viva vehicular

LS Carga viva superficialPL Carga viva de peatonesSE AsentamientoSH ContraccinTG Gradiente de temperaturaTU Temperatura uniformeWA Carga de agua y presin del flujoWL Efecto de viento sobre la carga viva

METODO LRFD


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METODO LRFD

3. Factor de Resistencia()

A) Para el Estado Lmite de Resistencia

Flexin y Traccin de Concreto Armado 0.90Flexin y Traccin de Concreto Presforzado 1.00Corte y Torsin Concreto densidad normal 0.90Compresin Axial con Espirales o Estribos 0.50-0.90Aplastamiento en Concreto 0.70Compresin en modelos de bielas de compresin 0.70y TraccinCompresin en zonas de concreto de densidad normal 0.80Traccin en el acero en zonas de anclaje 1.00

B) Para los dems Estados Lmites

Se asume : =1.00

Dentro de la ecuacin bsica de diseo LRFD, se considera un factor de resistencia, el cualfactoriza los esfuerzos resistentes de acuerdo al material estructural, y que varia pordiferentes solicitaciones, dependiendo del requerimiento de diseo que estemos siguiendo.

Valor de


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METODO LRFD

4. Modificadores de Carga (n)

Este factor (n), esta relacionado directamente con la seguridad en el diseo de puentes. Dependede tres variables las cuales son las siguientes : Ductilidad, Redundancia, Importancia Operativa :

A) Ductilidad (nD)

Se debe proporcionar la capacidad necesaria al sistema estructural, de tal forma que seasegure el desarrollo de significantes deformaciones inelsticas visibles antes de la falla.

DUCTILIDAD (nD)

Para el estado lmite de resistencia, los valores de nDson:

- Para componentes y conexiones no dctiles 1.05 - Para componentes y conexiones dctiles 0.95

Para los dems estados lmite, el valor de nDes:

- Para elementos dctiles y no dctiles 1.00


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METODO LRFD



B) Redundancia (nR)

Condicin que esta basada en la seguridad que brinda un puente, ante posibles eventos osolicitaciones extremas. En ese sentido debern usarse rutas mltiples de carga, yestructuras continuas a menos que se indique lo contrario.

REDUNDANCIA (nR)

Para el estado lmite de resistencia, los valores de n Rson:

- Para miembros no Redundantes 1.05

- Para miembros Redundantes 0.95

Para los dems estados lmite, el valor de nRes:

- Para elementos Redundantes y no Redundantes 1.00


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METODO LRFD



C) Importancia Operativa (nI)

La clasificacin referente a importancia operativa deber tomar en cuenta losrequerimientos sociales, de supervivencia, de seguridad y de defensa. El propietario puededeclarar si un puente o una componente estructural, es de importancia operativa.

IMPORTANCIA OPERATIVA (nI)

Para el estado lmite de resistencia y evento extremo,

los valores de nIson:

- Puentes de Importancia Operativa, como mnimo 1.05 - Otros casos, como mnimo 0.95

Para los dems estados lmite, el valor de nIes:

- Para elementos en general 1.00


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METODO LRFD : SOBRECARGAS

1. Generalidades

La carga viva correspondiente a cada va ser la suma de:

a) Camin de Diseo + Sobrecarga Distribuida, b) Camin Tandem + Sobrecarga Distribuida

Para efectos de diseo, el nmero de vas ser igual a la parte entera de w/3.60, donde wes el ancho libre de calzada (m).

2. Nmero de Vas

Nmero de

Vas Cargadas1 1.20

2 1.00

3 0.85

4 ms 0.65

Factor


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3.Descripcin (Cargas Vivas de Vehculos)

Peso Total delCamin : 325.00 kN(33.13 toneladas).

3.1 Camin de Diseo HL - 93

35 kN

3.60 m

145 kN145 kN

Camin de Diseo

4.3 m 4.3 - 9.0 m 1.20 1.80 m 0.60

Ancho de Va

0.970t/m

Sobrecarga Distribuida


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3.Descripcin (Cargas Vivas de Vehculos)

Peso Total delCamin : 220.00 kN(22.43 toneladas).

3.2 Tandem de Diseo

110 kN110 kN

1.2 m

Tandem de Diseo

3.60 m

0.601.20 1.80 m

Ancho de Va

0.970t/m

Sobrecarga Distribuida


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4.Ubicacin de las Cargas Vivas

Para el anlisis de la sobrecarga en forma longitudinal, el puente ser cargado en formacontinua o discontinua, segn resulte lo ms desfavorable para el caso en estudio. Seconsidera:

4.1 En la Vista Longitudinal

Camin de Diseo + Sobrecarga Distribuida

Tandem de Diseo + Sobrecarga Distribuida

VS


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4.Ubicacin de las Cargas Vivas

El Camin de Diseo y el Tandem de Diseo se ubicarn en las posiciones ms desfavorables(conjuntamente con la sobrecarga distribuida) respetando los lmites mostrados en la

siguiente figura, donde el valor de Vdepende del elemento que estemos evaluando :

4.2 En la Vista Transversal

V : 0.30 m para el diseo de losa

0.60 m otros elementos


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5.Efectos Dinmicos

Las Cargas vivas correspondientes al camin o al tandem de diseo se incrementarn en losporcentajes indicados en la siguiente tabla, para tener en cuenta los efectos de amplificacindinmica y de impacto :

Incremento de la Carga Viva por Efectos Dinmicos

Componente Porcentaje

Elementos de unin en el tablero(para todos los estados lmite) 75%

Para otros elementos:

a) Estados lmite de fatiga y fractura 15%

b) Otros estados lmite 33%


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6.Distribucin de Cargas Vivas - Momentos

Los factores de distribucin para los momentos flexionantes por carga viva para las vigas

interiores con tableros de concreto pueden ser determinados segn las siguientesexpresiones:

a) Momentos en vigas longitudinales interiores

10.030.040.0

4300060.0

+

sLt

Kg

L

SS10.0

3

20.060.0

2900075.0

+sLt

Kg

L

SS

A : Area de vigas (mm2)

S : Espaciamiento de vigas (mm)L : Longitud de viga (mm)

ts : Espesor de losa de concreto

Kg : Parmetros de rigidez longitudinal (mm4)

Un carril cargado Dos ms carriles cargados (ginterior)

Kg = n(I + Aeg2)

n : Relacin de mdulos de losmateriales (viga-tablero)

I : Momento de Inercia de vigas (mm4)eg : Distancia entre c.g. de la

viga principal y el tablero (mm)


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e = 0.77 + de2.800

Llos factores de distribucin para los momentos flexionantes por carga viva para las vigas

exteriores con tableros de concreto pueden ser determinados segn las siguientesexpresiones:

b) Momentos en vigas longitudinales exteriores

Un carril cargado Dos ms carriles cargados (gexterior)

Regla de la Palanca gexterior= e.ginterior


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7.Distribucin de Cargas Vivas - Cortante

Los factores de distribucin para las fuerzas cortantes por carga viva para las vigas interiores

con tableros de concreto pueden ser determinados segn las siguientes expresiones:

a) Cortante en vigas longitudinales interiores

A : Area de vigas (mm2)S : Espaciamiento de vigas (mm)L : Longitud de viga (mm)ts : Espesor de losa de concretoKg : Parmetros de rigidez longitudinal (mm4)

Un carril cargado Dos ms carriles cargados (ginterior)

760036.0

S+

2.0

107003600200.0

-

+

SS


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7.Distribucin de Cargas Vivas - Cortantes

Los factores de distribucin para las fuerzas cortantes por carga viva para las vigas

exteriores con tableros de concreto pueden ser determinados segn las siguientesexpresiones:

b) Cortante en vigas longitudinales exteriores

Un carril cargado Dos ms carriles cargados (gexterior)

Regla de la Palancagexterior = e.ginterior

300060.0

ede +=


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EJEMPLO APLICATIVO

Diseo de Vigas Principales Mtodo LRFD

Se plantea lo siguiente :

v Superestructura de concreto armado, de un solo tramo (simplemente apoyado)v Longitud de superestructura (Luz) = 22.00 mv Ancho de calzada (2 vas) = 7.20 mv Espesor de losa de concreto = 0.18 mv Espesor de Asfalto = 0.05 mv Separacin / vigas princi pales = 2.00 mv

Ancho de vigas principales = 0.40 mv Separacin / vigas diafragma = 4.40 mv Ancho de vigas diafragma = 0.25 m


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EJEMPLO APLICATIVO


a) Vista en Planta

EJE DE CAMINO

Eje de Apoyo Izquierdo Eje de Apoyo Derecho


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EJEMPLO APLICATIVO


b) Vista Transversal


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EJEMPLO APLICATIVO

1. Factores de Carga y Combinaciones

RESISTENCIA I

Smbolo Descripcin Factor

de CargaDC Carga muerta estructural y no estructural 1.25

DW Carga muerta superficial de rodadura 1.50

LL Carga viva vehicular 1.75

2. Factor de Resistencia

Flexin y Traccin de Concreto Armado = 0.90


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EJEMPLO APLICATIVO

3. Modificadores de Carga

Smbolo Descripcin Valor

nD DUCTILIDAD 0.95

nR REDUDANCIA 1.05nI IMPORTANCIA OPERATIVA 1.05

4. Nmero de Vas

Ancho de Calzada 7.20 m

Nmero de Vas 2.00 und


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EJEMPLO APLICATIVO

5. Efectos de Fuerza (FLEXION)

SOBRECARGA VEHICULAR

A) Camin de Diseo

RESULTADOS

Reaccin A 15.47 t

Reaccin B 17.66 t

Mmx 143.60 t-m Mmx(i) = 190.99 t-m


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EJEMPLO APLICATIVO


B) Tandem de Diseo

RESULTADOS

Reaccin A 10.89 t

Reaccin B 11.51 t

Mmx 116.52 t-m Mmx(i) = 154.97 t-m


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EJEMPLO APLICATIVO


C) Sobrecarga Distribuida

RESULTADOS

Reaccin A 10.67 t

Reaccin B 10.67 t

Mmx 58.69 t-m

ML(por va) 249.68 t-m

Por lo tanto el Momento por sobrecarga vehicular por va (camin) ser :

ML(por va) = 190.99 + 58.69


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EJEMPLO APLICATIVO

6. Coeficiente de Distribucin de Carga - Momentos

6.1 Viga Interior (gint)

Kg = n ( I + A eg2)

Kg = 0.460 m4

10.0

3

20.060.0

2900075.0

+

sLt

Kg

L

SS

S : 2.00 m

L : 22.00 m

Kg : 0.460 m4

ts : 0.180 m

Gint= 0.638

MLint= 159.30 t-m

n : 1.000

y : 1.029mI : 0.240m4

A : 0.951m2

eg : 0.481m

eg


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EJEMPLO APLICATIVO

6. Coeficiente de Distribucin de Carga - Momentos

6.2 Viga Exterior (gext)

e = 0.984 m

gext= 0.628

Donde :

de= 600 mm

gext= e . gint

MLext= 156.78 t-m

dee = 0.77 + de

2.800


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EJEMPLO APLICATIVO

7. Diseo de Vigas Principales (Flexin)

7.1 Viga Interior

Cuadro de Momentos Carga Muerta - Peso Propio

niQi = (0.95x1.05x1.05) (1.25x167.79 + 1.50x12.10 + 1.75x159.30)

Reemplazando valores en la ecuacin bsica de diseo, tenemos:

niQi = 530.66 t-m

N Tipo Unidad Carga Luz (m) MDi MD(t-m)

1 DC (t/m) 2.481 22.00 150.10

(t) 1.340 22.00 17.69 167.79

2 DW (t/m) 0.200 22.00 12.10 12.10

Para la carga repartida : MDC= WL2/ 8

Para la carga puntual : MDC= 3PL / 5


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Ing Elsa Carrera Cabrera

EJEMPLO APLICATIVO

7. Diseo de Vigas Principales (Flexin)

7.2 Viga Exterior

Cuadro de Momentos Carga Muerta - Peso Propio

niQi = (0.95x1.05x1.05) (1.25x167.14 + 1.50x9.68 + 1.75x156.78)

Reemplazando valores en la ecuacin bsica de diseo, tenemos:

niQi = 521.39 t-m

N Tipo Unidad Carga Luz (m) MDi

MD(t-m)

1 DC (t/m) 2.616 22.00 158.27

(t) 0.672 22.00 8.87 167.14

2 DW (t/m) 0.160 22.00 9.68 9.68

Para la carga repartida : MDC= WL2/ 8

Para la carga puntual : MDC= 3PL / 5

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