Puentes y Obras de Arte

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE

pg. 1 DISEO DE PUENTES Y OBRAS DE ARTE


ALUMNOS:

RUIZ FERNANDEZ, Deisy Maricela

CALUA RAMOS, Eric

JULCA CHUGNAS, Romaldo

DOCENTE:

Ing. VSQUEZ SEVILLANO JOS MIGUEL NGEL

CURSO:

DISEO DE PUENTES Y OBRAS DE ARTE

CAJAMARCA PER

2015



INTRODUCCION

A travs de la historia los puentes son elementos principales en las carreteras y sus funciones

son distintas desde unir grandes tramos por la separacin de un ro, o los viaductos que sirven

para unir caminos separados por terrenos profundos, hasta los que se utilizan en los pasos a

desnivel. Estos adems se deben construir de una manera funcional y segura para facilitar el

desplazamiento de la poblacin y realizar labores econmicas y sociales.

En nuestro pas son muchas las condiciones que se deben tomar al momento de analizar y

disear puentes, la peligrosidad y la vulnerabilidad ssmica, las cargas que soportan estas

estructuras como: originan los camiones H y HS de la norma AASHTO, cargas vivas equivalentes,

cargas que actan en los puentes: Impacto, sismo, viento, frenado, friccin, cargas en veredas y

barandas, Cargas hidrostticas, Empuje de tierras, etc. El mal diseo de estas cargas producir

daos en el concreto y el acero.

El tipo de cimentaciones tambin es importante ya que este conforma la raz del puente

sosteniendo en el suelo toda la estructura, y un mal diseo podra ocasionar daos como la

socavacin. Los puentes de la red vial de nuestro pas en su mayora fueron construidos hace

ms de cincuenta aos, con especificaciones y condiciones de cargas muy distintas a las de hoy

en da.

Las normas y especificaciones internacionales son herramientas que ayudan al anlisis y diseo

de puentes en nuestro pas.



OBJETIVOS:

Conocer el origen de los camiones H y HS de la norma AASHTO.

Definir la carga viva equivalente.

Analizar las cargas que actan en los puentes: Impacto, sismo, viento, frenado, friccin,

cargas en veredas y barandas, Cargas hidrostticas, Empuje de tierras, etc.



ANTECEDENTES

Los puentes son considerados elementos importantes de las carreteras, estos se disean de

manera funcional, de modo que ofrezcan a los usuarios seguridad y facilidad en su

desplazamiento.

Es muy importante que los puentes carreteros se rijan por normas que establezcan los

parmetros de seguridad y utilidad. Gran parte de ellos se disean segn las normas de la

American Association of State Higway and Transportation Officcials (AASHTO).

Este documento contiene las especificaciones necesarias y son muy conocidas a nivel mundial

especialmente en aquellos pases que no cuentan con normativa de diseo.

Un puente se divide en dos partes: La superestructura y la subestructura. Cada una de ellas

formada de elementos que tienen sus mtodos de diseo y se rigen por las Normas AASTHO.

En la Ingeniera de Puentes, el estudio de la subestructura es importante ya que se encarga de

soportar todas las cargas a las que est sometida la superestructura del puente, desde los

apoyos hasta la fundacin donde esta cimentado el puente.

En nuestro pas se han realizado estudios para conocer de la Ingeniera de puentes ya que desde

hace ms de cincuenta aos se han construido puentes en las carreteras y caminos por todo el

pas. Estos puentes en su momento fueron diseados con materiales y normas distintas a los

que existen hoy en da, durante estos aos han evolucionado, los materiales y las normas.



CAMIONES H Y HS DE LA NORMA AASHTO

Los ingenieros de puentes usan las cargas indicadas por la AASHTO en las especificaciones para

puentes publicadas para el diseo de los mismos. Las cargas discutidas a continuacin se

especifican en (Especificaciones estndar de la AASHTO para puentes de autopistas, 2002,

edicin 17). Se denominan cargas "tericas" ya que representan camiones hipotticos. Por

ende, la "H" es para el camin bsico de dos ejes y "HS" es para los tracto camiones. Se basan

en el anlisis estadstico de trfico de camiones del mundo real. A continuacin se proporciona

una breve lista de algunas designaciones comunes:

Camin H15-44 (2 ejes) Peso bruto del vehculo = 13.608 kg (30.000 lb)

Camin HS15-44 (3 ejes) Peso bruto del vehculo = 24.494 kg (54.000 lb)

Camin H20-44 (2 ejes) Peso bruto del vehculo = 18.144 kg (40.000 lb)

Camin HS20-44 (3 ejes) Peso bruto del vehculo = 32.659 kg (72.000 lb)

La carga del camin HS25 es otra carga de camin especificada por muchos departamentos

estatales de transporte para aumentar su carga especificada, a fin de reconocer el hecho de que

muchos camiones hoy da viajan por las autopistas con cargas ms pesadas que cuando se

especificaron las series de camin H y HS. Esto permite que circulen ms vehculos con permiso

de sobrecarga en el Sistema de autopistas estadounidense) y en otras rutas del sistema estatal

con trfico pesado. El camin HS25 es 25% ms pesado que el camin HS20-44.

CAMIN HS25 (3 EJES) PESO BRUTO DEL VEHCULO = 90,000 LBS.

La carga del camin HL93 es una carga de camin actualizada que se encuentra en la

Especificacin de diseo de puentes LRFD de la AASHTO, versin actualizada No. 6. Esta carga

de camin se rige por el efecto de la fuerza que sea superior entre una de los siguientes: 1) un

camin HS20-44 que cumple con la recin definida carga por carril de 9,34 kN/m (0,64 kips/pie.;

o 2) un vehculo en tndem con dos ejes de carga de 25k, que cumple con la nueva carga de

carril.

Las cargas de diseo ideales se basaron en la informacin descrita en el Artculo C3.6.1.2.1, que

contena datos sobre vehculos de tipo "low boy" con pesos de hasta 490.000 N. Si se considera

probable que haya mltiples carriles con versiones ms pesadas de este tipo de vehculo, se

debera investigar el momento negativo y las reacciones en los apoyos interiores para pares de

tandems de diseo separados entre 8000 mm y 12.000 mm, en combinacin con la carga del

carril de diseo especificada en el Artculo 3.6.1.2.4. Se debera usar el 100 por ciento de la

solicitacin combinada correspondiente a los tandems de diseo y la carga del carril de diseo.

Esto es consistente con el Artculo 3.6.1.2.1 y no se debera considerar como un reemplazo de

la Combinacin de Cargas para Estado Lmite de Resistencia II.

Slo se deberan cargar aquellas reas o partes de reas que contribuyen a la misma solicitacin

extrema investigada. La longitud cargada se debera determinar mediante los puntos donde la

superficie de influencia se encuentra con el eje del carril de diseo.

Si hay una acera que no est separada de la calzada mediante una barrera antichoque, se

debera considerar la posibilidad de que los vehculos se puedan montar sobre la acera.



CARGA VIVA:

Segn el reglamento AASHTO , la carga viva a considerar en el diseo de puentes debe ser:

1. El camin de diseo.

2. La carga equivalente.

3. La carga de ejes tndem

4. Otras cargas mayores (sobrecargas)

Al camin ms pesado de las normas AASHTO , se le denomina H20-S16 HS20 y tiene un peso

total de 36 toneladas americanas que equivale a 32.67 toneladas mtricas.

1. CAMIN DE DISEO (CAMIONES TIPO).

Adoptando la nomenclatura del sistema internacional y del AASHTO , se distinguen los tipos M

y los MS.

Los camiones M estn formados por dos ejes de ruedas espaciadas a 4.3 m. (ver figura

4.1) con las ruedas delanteras pesando la cuarta parte de las traseras. Cada eje consta de dos

ruedas las que estn espaciadas a 1.8 m.

Pertenecen a este grupo los camiones M18 y M13.5 cuyos pesos son de 20 y 15 toneladas

inglesas respectivamente (cada tonelada inglesa tiene 2000 libras). En unidades del sistema

internacional los pesos de los ejes son los que se detallan en la figura 4.1.

Los camiones MS estn formados por un camin M y su acoplado S, es decir que el M es el

detallado anteriormente y su acoplado corresponde a la adicin de un eje trasero cuya

separacin es variable entre 4,3 y 9.0 m. (ver figura 4.2).

Pertenecen a este grupo el MS18 y MS13.5 con pesos en toneladas inglesas de 36 y 27

respectivamente.

En todos los casos incluida la carga equivalente, el ancho mnimo de cada faja de trfico para el

diseo es de 3 m. pudiendo alcanzar un mximo de 4.5 m.

2. CARGA VIVA EQUIVALENTE O SOBRECARGAS EQUIVALENTES:

Se consideran tambin sobrecargas equivalentes a los diferentes trenes de cargas de camiones,

estas consisten de una carga uniformemente repartida y una carga concentrada, son

recomendables usarlas en puentes de luces grandes; en todo caso cuando exista duda, deber

analizarse se la sobrecarga equivalente o si, os trenes de carga separados 30 (9.15m) entre los

ejes producen los mayores esfuerzos.

Para las vigas simplemente apoyadas, la sobrecarga concentrada de mayores esfuerzos que las

repartidas para luces hasta los 18 metros para el tren fijo H, y hasta los 30 metros para el tren

fijo HS.



La norma americana establece que para el semitrailer HS y el camin H se emplea una

sobrecarga uniformemente distribuida a lo largo del puente como una carga tipo cuchilla (no

puntual) la cual se aplica transversalmente al puente en la posicin que ocasione el mayor

efecto.

W representa el valor de la carga uniformemente que se aplicara a todo el largo del

puente, en un ancho de 10pies (3.00m) que corresponde a un carril.

Pm es el valor de la carga tipo cuchilla que se usa para el clculo de los momentos.

PV es el valor de la carga tipo cuchilla a emplear cuando se calcule el corte

Pm=0.25 Wveh

PV=0.361W veh

W Pm Pv

800 lb/pie 22.5 Klb 32.5K lb

1,190 Kg/m 10,207 Kg 14,743 Kg

640 lb/pie 18 Klb 26K lb

952 Kg/m 8,165 Kg 11,794 Kg

480 lb/pie 13.5 Klb 19.5K lb

714 Kg/m 6,124Kg 8,845 Kg

320 lb/pie 9 Klb 13K lb

476Kg/m 4,082 Kg 5,897Kg

H 15-44 Hs15-44

H10-44

Tipo de Vehiculo

HS 25-44 H25-44

HS 20-44 H20-44



Uno de estos valores se aplicara al elemento, de acuerdo a si est analizando corte o el

momento, no se aplicaran ambos a la vez.

NOTA:

OTRAS CARGAS QUE ACTAN EN LOS PUENTES

1. CARGA DE IMPACTO :

Impacto es el trmino utilizada para especificar y considerar el efecto dinmico que sobre los

puentes puede ocasionar la carga viva vehicular.

As por ejemplo, el movimiento de un vehculo a travs de un puente en un rango normal de

velocidad, produce mayores esfuerzos que aqullos que produce el vehculo en posicin

esttica:

El efecto dinmico total (impacto) sobre puentes se debe, entre otras, a tres situaciones

especficas:

El golpe de las llantas del vehculo en las imperfecciones del piso.

La aplicacin de la carga en un corto periodo de tiempo. Este efecto es variable para

todos los elementos estructurales del puente.

La vibracin del vehculo, debido a un cambio brusco de velocidad.Una superficie de

rodamiento irregular contribuye a este efecto.

La carga equivalente que se utiliza en forma prctica

para simular el trnsito de varios vehculos

simultneamente sobre el puente; para los vehculos

H20-44 y HS20-44 en nuestra zona; est constituido por

una carga uniformemente distribuida ms una o dos

cargas concentradas .Longitudinalmente la carga

distribuida es de 1.00tn/m y la carga concentrada es de

9 Tn , para clculo de los momentos o de 13 Tn para el

clculo de cortante. Estas cargas son por una va de

trfico de 3.00m .de ancho.



La vibracin del vehculo induce tambin vibraciones en la estructura. La magnitud de los

esfuerzos depende de la relacin de masas del vehculo y del puente, de la frecuencia natural

de la estructura y las caractersticas del amortiguamiento del puente.

Los efectos dinmicos se consideran en el anlisis y diseo de las estructuras de puentes.

Grupo A Se considera el efecto del impacto de la carga viva vehicular cuando se diseen.

Elementos de la superestructura, incluyendo las columnas de prticos rgidos.

Pilares (con apoyos o sin ellos, sin hacer caso del tipo) excluyendo fundaciones y aquellas

porciones bajo la lnea del terreno.

Las porciones de pilotes de acero o concreto que estn sobre la lnea del terreno, que

soportan la superestructura.

Grupo B No se considera el efecto del impacto de la carga vehicular en el diseo de:

Estribos, muros de retencin, pilotes (exceptuando lo especificado en el prrafo anterior

literal.

Cimentaciones y zapatas.

Estructuras de madera.

Acera.

Alcantarillas que estn a 3 pies o ms de profundidad.

El fenmeno de impacto se relaciona a la interaccin del vehculo con el puente. La AASHTO

especfica que los efectos dinmicos de las cargas mviles se expresen como una fraccin del

efecto de la carga viva vehicular segn la expresin 2.2:

Para la uniformidad en la aplicacin de la frmula de impacto, la carga de, L, es definida segn

los siguientes parmetros:

Para el piso de la calle: la longitud del claro de diseo.

Para miembros transversales, como las vigas de piso, el claro del miembro se toma

centro a centro de los apoyos.

Para calcular los momentos por carga de camin: la longitud del claro, o para los brazos

en voladizo, la longitud es desde centro del momento al eje ms lejano.

Para cortante debido a las cargas de camin: la longitud de la porcin cargada del claro

del punto en consideracin a la reaccin ms lejana; para los brazos en voladizo se usara

un factor de



impacto del 30%.

Para claros continuos: la longitud del claro en consideracin para el momento positivo,

y el promedio de dos claros cargados adyacentes para el momento negativo.

2. CARGAS SSMICAS :

Las fuerzas ssmicas sern evaluadas por cualquier procedimiento racional de anlisis. Se

supondr que las acciones ssmicas horizontales actan en cualquier direccin. Cuando slo se

analiza en dos direcciones ortogonales, los efectos mximos sern estimados como la suma de

los valores absolutos obtenidos para el 100% de la fuerza ssmica en una direccin y 30% de la

fuerza ssmica en direccin perpendicular. Coeficiente de Aceleracin.- El coeficiente A se

determina en base a los mapas de ISO -aceleracin con un 10% de nivel de excedencia para 50

aos de vida til.

CATEGORIZACIN DE LAS ESTRUCTURAS: Los puentes se clasifican en tres categoras de

importancia:

PUENTES CRTICOS: deben quedar operativos despus de la ocurrencia de un gran

sismo



PUENTES ESENCIALES: deben quedar operativos despus de la ocurrencia de unSismo

OTROS PUENTES

ZONAS DE COMPORTAMIENTO SSMICO

SUELO PERFIL TIPO I.- Roca de cualquier caracterstica, o arcilla esquistosa o cristalizada

en estado natural. Condiciones de suelo rgido donde la profundidad del suelo es menor

a 60 m y los tipos de suelos sobre la roca son depsitos estables de arenas, gravas o

arcillas rgidas.

SUELO PERFIL TIPO II.- Es un perfil compuesto de arcilla rgida o estratos profundos de

suelos no cohesivos donde la altura del suelo excede los 60 m, y los suelos sobre las

rocas son depsitos estables de arenas, gravas o arcillas rgidas.

SUELO PERFIL TIPO III.- Es un perfil con arcillas blandas a medianamente rgidas y

arenas, caracterizado por 9 m o ms de arcillas blandas o medianamente rgidas con o

sin capas intermedias de arena u otros suelos cohesivos.

SUELO PERFIL TIPO IV.- Es un perfil con arcillas blandas o limos cuya profundidad es

mayor a los 12 m.



COEFICIENTE DE RESPUESTA SSMICA ELSTICA:

Tn = periodo de vibracin del ensimo modo

A = coeficiente de aceleracin

S = coeficiente de sitio

Para puentes sobre perfiles de suelo tipo III o IV y en reas donde el coeficiente A es mayor o

igual a 0.30, Csn debe ser menor o igual a 2.0A.

Para suelos tipo III y IV, y para otros modos distintos al modo fundamental el cual tenga periodos

menores a 0.3s, Csn deber tomarse como:

Si el periodo de vibracin para cualquier modo excede 4.0s, el valor de Csn para ese modo

deber tomarse como:

3. VARIACIONES DE TEMPERATURA: TU, TG (ART. 2.4.3.9 MANUAL DE DISEO DE

PUENTES - PER)

TU: temperatura uniforme

TG: gradiente de temperatura

La temperatura de referencia ser la temperatura ambiente promedio durante las 48

horas antes del vaciado del concreto o antes de la colocacin de aquellos elementos

que determinan la hiperestaticidad de la estructura.

GRADIENTE DE TEMPERATURA:

En superestructuras de concreto o de acero con tablero de concreto, se supondr un

gradiente de temperatura, adicionalmente a los cambios de temperatura especificados.

=1.2

^(2/3) 2.5



Las diferencias de temperatura T1 y T2 correspondern a los valores positivos dados en la tabla,

o a valores negativos obtenidos multiplicando aquellos de la Tabla por 0.5.

Las cargas ssmicas constituyen otro componente de las fuerzas Medio Ambientales que todas

las estructuras deben resistir, llamndose en la actualidad a las mismas estructuras sismo -

resistentes.

Las cargas ssmicas son cargas inerciales causadas por movimientos ssmicos, estas pueden ser

calculadas teniendo en cuenta las caractersticas dinmicas del terreno, de la estructura

(amortiguamiento masa y rigidez), y las aceleraciones esperadas. Son cargas dinmicas que

tambin pueden ser aproximadas a cargas estticas equivalentes.

Los edificios pueden utilizar este procedimiento esttico, pero tambin se puede utilizar un

anlisis modal o dinmico.

Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccin del movimiento

del suelo y las caractersticas de respuesta de la estructura. Esas cargas resultan de la distorsin

en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de sta. Sus

magnitudes dependen de la velocidad y tipo de aceleraciones del suelo, as como de la masa y

rigidez de la estructura. El sismo es una liberacin sbita de energa en las capas interiores de la

corteza terrestre que produce un movimiento ondulatorio del terreno.

Los puentes constituyen uno de los eslabones ms importantes para tener una vida plena en

este mundo moderno, es por eso sumamente importante que estos puentes se construyan bajo

normas de seguridad con respecto a los sismos, de manera que pueda ser seguro ante un posible

terremoto y estar en condiciones de servir en todo momento bajo estas circunstancias. Un

sismo ejerce fuerzas en un puente y su funcin est referida en base a factores como el peso

muerto en la estructura, los grandes movimientos, el periodo de vibracin y el tipo desuelo

existente.

En las regiones donde los terremotos pueden ser anticipados, las estructuras deben estar diseadas para resistir movimientos ssmicos, considerando la relacin del sitio, las fallas activas, la respuesta ssmica de los suelos en el lugar, y las caractersticas de respuesta dinmica de la estructura en su totalidad de acuerdo con las Especificaciones AASHTO Estndar. La fuerza ssmica lateral que acta sobre la estructura, en cualquier direccin se puede calcular usando una modificacin de la expresin 2.18:



El periodo de vibracin de la estructura puede ser calculado tambin utilizando tcnicas de anlisis dinmicos.

4. CARGAS DE VIENTO :

El viento es un fenmeno natural al que la gran mayora de estructuras estn expuestas. En

ingeniera resulta prctico considerar que el viento produce una presin cuya magnitud es

proporcional a su velocidad, que es uniforme en todas las reas expuestas a su accin y que

dicho efecto puede provenir de cualquier direccin.

En nuestro pas las velocidades del viento durante el ao son relativamente bajas en

comparacin a otras regiones, situacin por la cual se desprecia su efecto sobre estructuras de



gran masa y rigidez, no as en estructuras de gran rea expuesta al efecto (en relacin a su rigidez

y masa), en las cuales las presiones ejercidas por el viento son de suma importancia, tal como

es el caso, por ejemplo de los rtulos publicitarios, naves industriales, entre otros.

El efecto del viento en los puentes, por su carcter dinmico, (una velocidad puede ser alcanzada

en un corto periodo y permanecer por un intervalo de tiempo o decaer rpidamente), es muy

complejo, debido a que son muchas las variables que intervienen, entre las cuales pueden

mencionarse.

Tamao y forma del puente.

ngulos probables de incidencia

Efectos de pantalla del terreno aledao (esto se refiere al grado de proteccin que

tienen por ejemplo los soportes extremos en relacin a los intermedios).

Relacin velocidad-tiempo del viento.

Las cargas de viento se las asume como cargas estticas uniformemente distribuidas aplicadas sobre el rea expuesta de la estructura. El rea expuesta consiste en la suma de todas las reas de los elementos estructurales, inclusive el sistema de piso y las barandas vistos en elevacin, haciendo un ngulo de 90 con el eje longitudinal de la estructura.

Estas fuerzas se suponen para una velocidad de viento de 160 km/h, y pueden modificarse en proporcin al cuadrado de la velocidad del viento si las condiciones respaldan el cambio. Estos valores para algunos grupos de combinacin de cargas pueden reducirse o aumentarse en la razn del cuadrado de la velocidad de diseo (mxima velocidad del viento en la regin), al cuadrado de la velocidad base del mismo (160 km/h) para algunas combinaciones de cargas, siempre que la velocidad de diseo del viento pueda ser estimada con una precisin razonable.



I. Diseo de la Superestructura :

Para el diseo del puente la aplicacin de la carga de viento se la analizara por separado para la superestructura y subestructura, ya que se consideran distintos parmetros en su aplicacin. En el diseo de la superestructura, se considera que la carga de viento esta aplicada horizontalmente en ngulo recto al eje longitudinal de la estructura con las siguientes intensidades:

Para armaduras y arcos: 366,2 kg/m2 pero no menos de 446,5 kg/m lineal en el plano de la cuerda cargada, y de 223,2 kg/m lineal en el plano de la cuerda no cargada.

Para vigas y vigas principales: 244,1 kg/m2 pero no menos de 446,5 kg/m lineal en la

luz de las vigas principales.

II. DISEO DE LA INFRAESTRUCTURA :

Al igual que para la superestructura, se realiza un anlisis de la carga de viento por separado solo para la subestructura, es por esto que las Especificaciones AASHTO [2] hacen una divisin entre fuerzas de viento provenientes desde la superestructura y las fuerzas de viento aplicadas directamente a la subestructura. a) Fuerzas de viento provenientes de la superestructura: Para el clculo de las fuerzas de viento provenientes de la superestructura, se toma en cuenta toda el rea expuesta de la misma, incluyendo vigas, sistemas de piso, barandales, entre otros. Se establecen dos tipos de cargas en el clculo provenientes de la superestructura:

Carga de viento aplicada directamente a la superestructura :

Las Especificaciones AASHTO Estndar en el artculo 3.15 proporcionan valores para las fuerzas de viento transversales y longitudinales transmitidas por la superestructura a la subestructura para diferentes ngulos de direccin del viento. El ngulo anterior (ngulo de esviaje del viento) es medido desde la perpendicular al eje longitudinal del puente y la direccin asumida del mismo es la que produce el esfuerzo mximo en la subestructura. Las fuerzas longitudinal y transversal, son aplicadas simultneamente en la Elevacin del centroide de la superestructura.



DNDE:

Wi = Carga de viento aplicada directamente a la superestructura.

Wit= Fuerza de viento transversal.

Wil= Fuerza de viento longitudinal.

CG= Centro de gravedad de la superestructura.

T= Angulo de esviaje del viento.

Carga de viento aplicada a la carga viva Carga de viento actuando sobre la carga viva mvil, considerada como una carga distribuida para la cual las Especificaciones AASHTO Estndar establecen en el artculo 3.15.2.1.2 [2] los valores de las fuerzas longitudinales y transversales. Estas fuerzas son aplicadas a 1,83 m de la capa de rodadura del puente.



DNDE: WL1= Carga de viento aplicada directamente a la superestructura. WL1t= Fuerza de viento transversal. WL1I= Fuerza de viento longitudinal. CG= Centro de gravedad de la superestructura. T= Angulo de esviaje del viento.

b) Fuerzas de viento aplicadas directamente a la subestructura Las fuerzas longitudinales y transversales que se aplicaran directamente a la subestructura se calculan en base a una carga de viento de 195 kg/m. Paravientos con direccin desviada a la subestructura, la fuerza se descompone en componentes perpendiculares a la elevacin frontal y lateral. Ambas componente actuaran en la elevacin del centro de gravedad de las respectivas reas y son aplicadas simultneamente con las cargas de viento de la superestructura.



DNDE: 1A= rea transversal expuesta al viento. 2A= rea longitudinal expuesta al viento. 2W= Carga de viento aplicada directamente a la subestructura.

2W L= Fuerza de viento longitudinal. 2W T= Fuerza de viento transversal. T= Angulo de esviaje del viento.

5. FUERZA LONGITUDINAL FUERZA DE FRENADO :

Las fuerzas longitudinales son transmitidas por las ruedas del vehculo a la carpeta de rodadura cuando un vehculo frena o acelera. Su magnitud depende del peso del vehculo, de la velocidad del mismo en el instante de frenar o acelerar y del intervalo de tiempo que transcurre hasta adquirir la velocidad esperada. Se transmiten como cortantes horizontales a la subestructura a travs de los apoyos, sin considerar que produzcan algn efecto en la superestructura. Las especificaciones estndar de la AASHTO designan una fuerza longitudinal o fuerza de frenado de diseo de 5% de la carga viva sin tomar en cuenta el factor de impacto, es decir en este caso la carga viva es la carga equivalente uniformemente distribuida combinada con la carga concentrada o dos en el caso de claros continuos. Ambas cargas se consideran uniformemente distribuidas en un ancho de 3,05 m.



La fuerza longitudinal se reparte por igual en todos los apoyos fijos de las vigas de un puente. Para la aplicacin de esta fuerza el cdigo realiza las siguientes suposiciones:

Deben ser cargadas todas las vas de trfico, suponiendo que todas ellas son unidireccionales, es decir para el clculo de la fuerza longitudinal se considera a todo el puente con una sola direccin, cuando se carguen tres o ms vas deben aplicarse los coeficientes de intensidad de cargas respectivos.

Se considera que la fuerza de frenada se encuentra aplicada a 1,83 m por encima de la

capa de rodadura.

Se toma como el mayor valor de:

25 por ciento de los pesos por eje del camin o tandem de diseo 5 por ciento del camin o tandem de diseo ms la carga de carril

La fuerza de frenado se debe ubicar en todos los carriles de diseo que se consideren cargados y que transporten trfico en la misma direccin. Se aplicarn los factores de presencia mltiple. Se asumir que estas fuerzas actan horizontalmente a una distancia de 1.80 m sobre la superficie de la calzada.

6. FUERZA DE FRICCIN O ROZAMIENTO (FR) :

Las fuerzas debidas a la friccin se establecen en base a los valores extremos del coeficiente de

friccin entre las superficies deslizantes.

Cuando corresponda, se debe considerar la influencia sobre el coeficiente de friccin de la humedad y la posible degradacin o contaminacin de las superficies de deslizamiento rotacin.



Presin Horizontal del Viento.- La carga de viento se asume est uniformemente distribuida sobre el rea expuesta al viento. Para puentes a ms de 10 m sobre el nivel del terreno o del agua, la velocidad de viento de diseo se deber ajustar con:

= 2.50 (10

) ln(

0)

DONDE: VDZ = velocidad del viento de diseo a la altura de diseo Z (km/h) V0 = velocidad friccional (km/h) V10 = velocidad del viento a 10 m sobre el nivel del terreno o agua de diseo (km/h). En ausencia de datos V10 = VB =160 km/h VB = velocidad bsica del viento igual a 160 km/h a una altura de 10 m Z0 = longitud de friccin del fetch o campo de viento aguas arriba (m) Z = altura de la estructura > 10 m

PRESIN DE VIENTO SOBRE LAS ESTRUCTURAS: WS

= (

)2

= (

2

25600)

PD = presin del viento de diseo PB = presin bsica del viento



La carga de viento total no se deber tomar menor que 449 kg/m en el plano de un cordn a

barlovento ni 224 kg/m en el plano de un cordn a sotavento de un componente reticulado o

en arco, ni se deber tomar menor que 449 kg/m en componentes de vigas o vigas cajn.

Cargas de las Superestructuras.- Si el viento no se considera normal a la estructura, la presin

bsica del viento PB para diferentes ngulos de direccin del viento se puede tomar segn la

Tabla. El ngulo de oblicuidad se deber medir a partir de una perpendicular al eje longitudinal.

Las presiones transversal y longitudinal se debern aplicar simultneamente.

FUERZAS APLICADAS DIRECTAMENTE A LA SUBESTRUCTURA.- Las fuerzas transversales

y longitudinales a aplicar directamente a la subestructura se debern calcular en base a

una presin bsica del viento supuesta de 194 Kg/m2. Para direcciones del viento

oblicuas respecto de la estructura, esta fuerza se deber resolver en componentes

perpendiculares a las elevaciones posterior y frontal de la subestructura.

PRESIN DE VIENTO SOBRE LOS VEHCULOS: Si hay vehculos presentes, la presin del

viento de diseo se aplicar tanto a la estructura como a los vehculos. La presin del

viento sobre los vehculos se debe representar como una fuerza interrumpible y mvil

de 149 kg/m actuando normal a la calzada y 1.80m sobre la misma, y se deber

transmitir a la estructura.

Si el viento sobre los vehculos no es normal a la estructura, las componentes de fuerza normal

y paralela aplicadas a la sobrecarga viva se pueden tomar como:



PRESIN VERTICAL DEL VIENTO: En el diseo de puentes y componentes estructurales

que pueden ser sensibles al viento, se debe considerar una fuerza de viento vertical

ascendente de 100 kg/m2 por el ancho del tablero, incluyendo los parapetos y aceras,

como una carga lineal longitudinal. Se debe aplicar slo para los estados lmites que no

involucran viento actuando sobre la sobrecarga, y slo cuando la direccin del viento se

toma perpendicular al eje longitudinal del puente. Se aplicar en el punto

correspondiente a un cuarto del ancho del tablero horizontal especificada.

INESTABILIDAD AEROELSTICA: Todos los puentes y componentes estructurales de

ello, cuya relacin longitud de tramo / ancho o profundidad sea superior a 30, se

debern considerar sensibles al viento, y por lo tanto debern considerar en su diseo,

solicitaciones aeroelsticas.

NOTA.- El Manual de Diseo de Puentes Per (Art. 2.4.3.10), refiere que para puentes con una altura

de 10m o menos, medida desde el nivel del agua o desde la parte ms baja del terreno, se

supondr velocidad del viento constante. Para alturas mayores se determina con:

DONDE:

VZ = velocidad del viento a la altura z (km/h)

V10 = velocidad de referencia, correspondiente a z=10m.

z = altura por encima del nivel del terreno o del agua (m).

C, z0= constantes dadas en la Tabla 2.4.3.10.1

= 10(

0) 10



La presin de viento se calcula con:

DONDE:

P = presin del viento (kg/m)

Vz = velocidad de viento (km/h) a la altura z

PB = presin bsica correspondiente a una velocidad de 100 km/h, dada en la Tabla 2.4.3.10.2-1

7. CARGA SOBRE VEREDAS, BARANDAS Y SARDINELES:

Sobrecargas en Veredas: Se deber aplicar una carga peatonal de 367 kg/m2 en todas las aceras de ms de 0.60m

de ancho, y esta carga se deber considerar simultneamente con la sobrecarga

vehicular de diseo. Cuando la condicin de carga incluya cargas peatonales combinadas

con uno o ms carriles con sobrecarga vehicular, las cargas peatonales se pueden

considerar como un carril cargado.

Los puentes peatonales se disearn para una sobrecarga de 418 kg/m2.

NOTA:

El Manual de Diseo de Puentes Per (Art. 2.4.3.7), seala al respecto que los puentes para

uso peatonal y para el trfico de bicicletas se disean para una carga viva de 510 kg/m. As

mismo, refiere:

FUERZAS SOBRE SARDINELES: Los sardineles se disearn para resistir una fuerza lateral

no menor que 760 kg por metro de sardinel, aplicada en el tope del sardinel o a una

elevacin de 0.25 m sobre el tablero si el sardinel tuviera mayor altura.

FUERZA SOBRE BARANDAS

PL-1 Primer nivel de importancia.- Usado en estructuras cortas y de bajo nivel sobre

puentes rurales y reas donde el nmero de vehculos pesados es pequeo y las

velocidades es reducido.

= (100

)2

DONDE:



PL-2 Segundo nivel de importancia.- Usado en estructuras grandes y velocidades

importantes en puentes urbanos y en reas donde hay variedad de vehculos pesados y

las velocidades son las mximas tolerables.

PL-3 Tercer nivel de importancia.- Usado para autopistas con radios de curvatura

reducidos, pendientes variables fuertes, un volumen alto de vehculos pesados y con

velocidades mximas tolerables. Justificacin especfica de este tipo de lugar ser hecho

para usar este nivel de importancia.

8. FUERZA DE COLISIN DE UN VEHCULO:

Los estribos y pilas de puentes ubicados a 9.0 m o menos del borde de la calzada, o a 15.0 m o

menos de la lnea de centro de una va ferroviaria, se debern disear para una fuerza esttica

equivalente de 183.5 t, la cual se asume acta en cualquier direccin en un plano horizontal, a

una altura de 1.2 m sobre el nivel del terreno.

No es necesario aplicar esta fuerza, en el caso de estructuras protegidas por terraplenes o

barreras antichoques.



9. CARGAS HIDRULICAS:

PRESIN HIDROSTTICA: Acta de forma perpendicular a la superficie, y se calcula

como el producto entre la altura de la columna de agua sobre el punto considerado, la

densidad del agua y g (aceleracin de la gravedad).

FLOTABILIDAD: Fuerza de levantamiento tomada como la sumatoria de las

componentes verticales de las presiones hidrostticas. Acta sobre todos los

componentes debajo del nivel de agua.

PRESIN DE FLUJO: La presin de flujo de agua, actuando en la direccin longitudinal

de las subestructuras, se tomar como:

DNDE:

p = presin del agua (kg/m2)

v = velocidad del agua para la inundacin de diseo (resistencia y servicio) y para la

inundacin de control (evento extremo), en m/s

CD = coeficiente de arrastre para pilas.

La fuerza de arrastre longitudinal ser el producto entre la presin de flujo longitudinal y la

proyeccin de la superficie expuesta a dicha presin.

CARGA LATERAL.- La presin lateral uniformemente distribuida que acta sobre una

subestructura debido a un caudal de agua que fluye formando un ngulo _ respecto del

eje longitudinal de la pila ser:

DONDE:

p = presin lateral (kg/m2)

= 52.42

= 52.42



CL = coeficiente de arrastre lateral.

CARGA DEL OLEAJE: Se deber considerar si se anticipa que se pueden desarrollar

fuerzas de oleaje significativas.

SOCAVACIN: Se deber considerar en los estados lmites de resistencia y servicio.

10. EMPUJE DEL SUELO: EH, ES, LS, y DD (Art. 3.11)

EH: Empuje horizontal del suelo

ES: sobrecarga de suelo

LS: sobrecarga viva

DD: friccin negativa (Se trata con ms detalle en el CAPV: ESTRIBOS).

El empuje del suelo se deber considerar en funcin de los siguientes factores: tipo y densidad

del suelo, contenido de agua, caractersticas de fluencia lenta del suelo, grado de compactacin,

ubicacin del nivel fretico, interaccin sueloestructura, cantidad de sobrecarga, efectos

ssmicos, pendiente del relleno, e inclinacin del muro.

Empuje lateral del suelo: Se asumir como:

DONDE:

p = empuje lateral del suelo (MPa)

k = coeficiente de empuje lateral, tomado como ko para muros que no se deforman ni se mueven, ka para muros que se deforman o mueven lo suficiente para alcanzar la condicin

mnima activa, o kp para muros que se deforman o mueven lo suficiente para alcanzar una

condicin pasiva.

gs = densidad del suelo (kg/m3)

z = profundidad del suelo debajo de la superficie (m)

g = aceleracin de la gravedad (m/s2)



Se asumir que la carga del suelo lateral resultante debida al peso del relleno acta a una altura

igual a H/3 desde la base del muro, siendo H la altura total del muro.

SOBRECARGA VIVA (LS):

Se deber aplicar una sobrecarga viva si se anticipa que habr cargas vehiculares actuando sobre

la superficie del relleno en una distancia igual a la mitad de la altura del muro detrs del

paramento posterior del muro.

11. CARGAS DE HIELO: IC

Las fuerzas de hielo que actan sobre las pilas se debern determinar de la siguiente manera,

considerando las condiciones del sitio de emplazamiento y los modos de accin del hielo

anticipados:

Presin dinmica provocada por capas o tmpanos de hielo transportados por el curso

de agua, el viento o las corrientes;

Presin esttica provocada por movimientos trmicos de las capas de hielo;

Presin debida a la presencia de presas colgantes obarreras de hielo; y

Fuerza de levantamiento o carga vertical provocada por la adherencia de hielo en aguas

de nivel fluctuante.

El espesor de hielo anticipado, su direccin de movimiento y la altura en la cual acta se debern

determinar mediante investigaciones in situ, estudio de registros pblicos, relevamientos areos

u otros medios adecuados.



CONCLUSIONES:

Se conoci el origen de los camiones H y HS de la norma AASHTO.

Definimos la carga viva equivalente.

Se logr analizar las cargas que actan en los puentes: Impacto, sismo, viento, frenado,

friccin, cargas en veredas y barandas, Cargas hidrostticas, Empuje de tierras, etc.

BOBLIOGRAFIA:

Universidad central del Ecuador (Dra. Ing. TERESA AYABACA CAZAR, Ph.D)

Norma aashto

AASHTO-LRFD 2010 (Fifth Edition) Por MC Ing. Arturo Rodrguez Serqun

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Puentes y Obras de Arte