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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
5/27/2018 Curso_de_Puentes_LRFD_2005
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Ing. Elsa Carrera Cabrera
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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Ing. Elsa Carrera Cabrera
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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Ing. Elsa Carrera Cabrera
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
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 :
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
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 :
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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METODO LRFD : SOBRECARGAS
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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METODO LRFD : SOBRECARGAS
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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METODO LRFD : SOBRECARGAS
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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METODO LRFD : SOBRECARGAS
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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METODO LRFD : SOBRECARGAS
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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METODO LRFD : SOBRECARGAS
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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METODO LRFD : SOBRECARGAS
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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METODO LRFD : SOBRECARGAS
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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METODO LRFD : SOBRECARGAS
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
Diseo de Vigas Principales Mtodo LRFD
a) Vista en Planta
EJE DE CAMINO
Eje de Apoyo Izquierdo Eje de Apoyo Derecho
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EJEMPLO APLICATIVO
Diseo de Vigas Principales Mtodo LRFD
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
SOBRECARGA VEHICULAR
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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Ing. Elsa Carrera Cabrera
EJEMPLO APLICATIVO
SOBRECARGA VEHICULAR
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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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