CLASE DE PUENTES

1. PUENTES Y OBRAS DE ARTE
INTRODUCCIÓN
Prof. Dr. Ladislao Roger Ticona Melo
Email: ladis.ticona.melo@gmail.com

2. a) CARGAS PERMANENTES: Actúan durante toda la vida útil de la estructura sin variar
significativamente: Peso propio de Elementos estructurales y no estructurales,
superficies de rodadura, balasto, etc. También se considera los empujes de tierra.
b) CARGAS VARIABLES: Son aquellas para las presentan variaciones frecuentes y
significativas:
- Pesos de los vehículos y personas
- Fuerzas de frenado y aceleración, Fuerzas centrífugas.
- Fuerzas aplicadas durante la construcción, las fuerzas debidas a empuje de agua
- Temperatura, sísmo y viento
c) CARGAS EXCEPCIONALES: Probabilidad de ocurrencia es muy baja:
- Colisiones, explosiones e incendios
4.1 CARGAS EN PUENTES

3. a) CARGAS PERMANENTES:
DC = Peso propio (Elementos estructurales y no estructurales)
DW = Peso de propio (Pavimento, veredas, barandas, etc.)
EV = Presión vertical del peso propio de suelo de relleno
4.1.1 CARGAS PERMANENTES
Material Densidad (kg/m
3
)
Concreto
Agregados de baja densidad 1925
Normal, con f’c ≤ 357 kg/cm
2
2320
Normal, con 357 < f’c ≤ 1071 kg/cm
2
2240+2.29f’c
Armado Concreto Simple+ 72 kg/m
3
Superficies de rodamiento bituminosas 2250
Acero 7850
Hierro fundido 7200
Aleaciones de aluminio 2800
Arena, limo o arcilla compactados 1925
Arena, limo o grava sueltos 1600
Arcilla blanda 1600
Grava, macadan o balasto compactado a rodillo 2250
Madera dura 960
Madera blanda 800
Rieles para tránsito, durmientes y fijadores por vía 300 kg/m

4. b) CARGAS DE SUELO: Estribos y estructuras que retienen tierra
EH = Empuje de suelo
ES = Empuje producto de la sobrecarga en el suelo
DD = Fricción superficial negativa (Downdrag)
4.1.1 CARGAS PERMANENTES
4.1.2 CARGAS VARIABLES
a) CARGAS DURANTE LA CONSTRUCCIÓN: Pesos de materiales y equipos requeridos
durante la construcción, así como las cargas de peso propio u otras de carácter
permanente que se apliquen en cada etapa del proceso constructivo.
Ideal → el expediente técnico deberá indicar claramente la secuencia constructiva.
Prever la ubicación de todas las cargas permanentes o temporales en cada etapa.
Factores para cargas durante construcción:
Verificación: Estado límite de resistencia
Estado límite de servicio

5. 4.1.2 CARGAS VARIABLES
b) CARGA VIVA DE VEHICULOS:
Número de vías: n = w /3.60 w = ancho libre de calzada
Anchos de calzada entre [6 a 7.20 m] → n = 2
Camión de Diseño (HL-93) Tandem de Diseño
(14.55 T)
(14.55 T)
1kip = 0.4547 T
1 ft = 0.3048 m
(3.64 T)
(4.27 m) (4.27 a 9.14 m)
(11.40 T)
(1.20 m) (1.80 m)
(1.80 m)
(3.60 m)
Carga del carril de diseño
0.64 klf (0.954 T/m) 10 ft (3.0 m)
Diseño = Camión de diseño o tandem de diseño + Carga de carril de diseño

6. 4.1.2 CARGAS VARIABLES
c) AREA DE CONTACTO DE NEUMÁTICOS
(20’ 0.50m)
(10’ 0.25m)
Rueda delantera:
(10’ 0.25m)
(10’ 0.25m)
Rueda central:
d) PRESENCIA MÚLTIPLE DE SOBRECARGAS
Atención!!! No se aplica para fatiga
e) INCREMENTO POR CARGA DINÁMICA – IM (factor de impacto)
Número de carriles m
1 1.20
2 1.00
3 0.85
>3 0.65
Componente IM
Juntas del tablero – Todos los EL 75%
Todos los demás componentes
Estado Límite de fatiga y fractura 15%
Todos los demás Estados Límites 33%
Carga máx (LL+IM) = (1 + IM) + carril de diseño
Camión de diseño
Tandem de diseño
𝐼𝑀 = 33 1.0 − 0.41𝐷𝐸 ≧ 0%
Componentes enterrados (Alcantarillas)
DE = Profundidad mínima de la cubierta de tierra
sobre la estructura em (m)

7. 4.1.2 CARGAS VARIABLES
f) CARGA DE FATIGA
(14.55 T)
(14.55 T)
(3.64 T)
(4.27 m)
(9.14 m)
Camión para el diseño de fatiga
Frecuencia: La frecuencia de la carga de fatiga = tráfico medio diario de camiones en
un único carril (ADTTSL).
Observaciones: - Se aplica únicamente el camión de diseño → IM = 15%
- Factor de presencia múltiple: m = 1.00
(Una dirección)
(Un carril)

8. 4.1.2 CARGAS VARIABLES
g) FUERZAS CENTRÍFUGAS: CE
Se toman como el producto entre los pesos por eje del camión o tandem de diseño y el
factor C, dado por:
𝐶 = 0.0105
𝑉2
𝑅
Donde:
V = Velocidad de diseño de la carretera (km/h)
R = Radio de la curvatura del carril (m)
OBS: Se aplican a una distancia de 1.80 m sobre la calzada. Se aplica factores de
presencia múltiple. No se aplica en la carga de carril
h) FUERZA DE FRENADO: BR
Se toma como el mayor valor de:
• 25% de los pesos del camión o tandem de diseño
• 5% del camión o tandem de diseño + la carga de carril
- La fuerza de frenado se debe ubicar en todos los carriles de diseño
- Se aplicarán los factores de presencia múltiple.
- Las fuerzas actúan Hz a 1.80 m sobre la superficie de la calzada. ‘

9. 4.1.2 CARGAS VARIABLES
i) CARGAS SOBRE VEREDAS, BARANDAS Y SARDINELES
Carga peatonales sobre Veredas: 0.075 ksf (367 kg/m2) veredas > 2 ft (0.60 m).
Fuerza sobre Sardineles: F = 1.68 Kips (760 Kgf)/m Aplicado: Tope del sardinel o a una
elevación de 0.25 m
Cargas en puentes peatonales: 90 psf = 440 kg/m2 (13.7.2 AASHTO)
Fuerzas de Diseño para las Barandas
1kip = 0.4547 T
1 ft = 0.3048 m
1 in = 0.0254 m

10. 4.1.2 CARGAS VARIABLES
j) CARGAS DE VIENTO: WL y WS
Presión Hidrostática: Depende la columna de agua, densidad y la gravedad.
Presión de flujo:
Subpresiones (Flotabilidad): Fuerza de levantamiento = S presiones hidrostáticas.
D. Longitudinal: 𝑝 = 52.4𝐶𝐷𝑉2 Donde:
p = presión del agua (kg/m2)
V = velocidad del agua para la inundación de diseño (m/s)
𝐶𝐷= coeficiente de arrastre para pilas
D. Lateral: 𝑝 = 52.4𝐶𝐿𝑉2

11. 4.1.2 CARGAS VARIABLES
j) CARGAS DE VIENTO: WL y WS
Presión Horizontal: 𝑉𝐷𝑍 = 2.5𝑉0
𝑉10
𝑉𝐵
𝑙𝑛
𝑍
𝑍0
(13.2)
(0.07)
(245)
(1.00)
(19.3)
(2.50)
(m)
(km/h)
Donde:
𝑉𝐷𝑍 = velocidad del viento de diseño a la
altura de diseño Z (km/h)
𝑉0 = velocidad friccional (km/h)
𝑉10 = Velocidad del viento a 10 m sobre el
nivel del terreno o agua [E-020] (km/h).
En ausencia de datos V10 = VB =160 km/h
𝑉𝐵 = velocidad básica del viento igual a
160 km/h a una altura de 10 m
𝑍0 = longitud de fricción del fetch o
campo de viento aguas arriba (m)
Z = altura de la estructura > 10 m
Presión sobre Estructuras: WS
𝑃𝐷 = 𝑃𝐵
𝑉𝐷𝑍
𝑉𝐵
2
= 𝑃𝐵
𝑉𝐷𝑍
2
25600
𝑃𝐷 = presión del viento de diseño
𝑃𝐵 = presión básica del viento
(245)
(194)
(122)
Viento total > 449 kg/m (barlovento) y 224 kg/m en (sotavento) → Reticulado, Arco
Viento total > 449 kg/m → vigas o vigas cajón.
(17.6)

12. 4.1.2 CARGAS VARIABLES
j) CARGAS DE VIENTO: WS
Carga de las superestructuras
1 ksf = 4880.5 kg/m2
Presiones básicas del viento PB, VB= 100mph (160 km/h)
La presión se tiene que evaluar
para diferentes ángulos de
dirección del viento.
Puentes Viga y Losa L < 125 ft (38m)
y h < 30 ft (9m).
- Transversal: 0.05 kfs
- Longitudinal: 0.012 kfs
Se aplican simultáneamente
Cargas para la subestructura
Se calcula con base a : PB = 0.040 kfs
Presión vertical del viento
P = 0.020 kfs x Ancho de Tablero
Usar en combinaciones: Resistencia III, Servicio IV
VIENTO SOBRE VEHICULOS: WL
P = 0.10 klf (149 kg/m)
1 klf = 1487.6 kg/m2
Aplicado H = 6 ft (1.80 m).

13. 4.1.2 CARGAS VARIABLES
k) EFECTOS DE SISMO: EQ
No se considera sismo en alcantarillas tipo cajón
y estructuras enterradas.
Definición de Clase de Sitio
Vs = Velocidad de onda de corte p/ H > 100 ft.
N = SPT - Nº de golpes p/H > 100 ft
Su = Resistencia de corte no drenado en ksf p/H > 100 ft.
Zonas sísmicas:

14. 4.1.2 CARGAS VARIABLES
k) EFECTOS DE SISMO: EQ
Coeficiente de sitio: Fpga y Fa
Factores de Sitio
Diseño del Espectro de Respuesta
Coeficientes de Sitio: Fv
Coeficiente de Aceleraciones espectrales
Periodos: Ordena del espectro:
SD1 > 0.5 Diseño por desempeño

15. 4.1.2 CARGAS VARIABLES
k) EFECTOS DE SISMO: EQ
Factores de Modificación de Respuesta:
Para Subestructuras:
Para Uniones:
Combinación de solicitaciones sísmicas:
Caso 1: 1.00 Sx + 0.30 Sy
Caso 2: 0.30 Sx + 1.00 Sy

16. 4.2 FACTORES DE CARGA Y COMBINACIONES DE CARGAS
El Diseño por Factores de Carga y Resistencia (LRFD – Load and Resistence Factor Design):
𝚺𝜼𝜸1𝑄1 ≦ Φ𝑅𝑛 = 𝑅𝑟
Para cargas para las cuales un valor máximo de 𝛾1 es apropiado:
𝜂 = 𝜂𝐷 𝜂𝑅 𝜂1 ≧ 0.95
Para cargas para las cuales un valor mínimo de 𝛾1 es apropiado:
𝜂 =
1
𝜂𝐷 𝜂𝑅 𝜂1
≤ 1.0
siendo:
𝛾1 = factor de carga
Φ = factor de resistencia
η = factor de modificación de las cargas
𝜂𝐷 = factor relacionado con la ductilidad
𝜂𝑅 = factor relacionado con la redundancia
𝜂1 = factor relacionado con la importancia operativa
𝑄1 = solicitación
𝑅𝑛 = resistencia nominal
𝑅𝑟 = resistencia mayorada = Φ𝑅𝑛

17. 4.2 FACTORES DE CARGA Y COMBINACIONES DE CARGAS
Estados Limite:
• RESISTENCIA I - Combinación básica de cargas.
• RESISTENCIA II - Combinación de cargas para vehículos de diseño especiales.
• RESISTENCIA III - Combinación de cargas con vientos de velocidades superiores a 90 km/h.
• RESISTENCIA IV - Combinación de cargas con DL / LL → Relaciones elevadas.
• RESISTENCIA V - Combinación de cargas para velocidad del viento de 90 km/h.
• EVENTO EXTREMO I - Combinación de cargas que incluye sismos.
• EVENTO EXTREMO II - Incluye carga de hielo, colisión de embarcaciones y vehículos.
• SERVICIO I - Operación normal del puente con un viento de 90 km/h.
• SERVICIO II - Controla la fluencia de las estructuras de acero y el resbalamiento de conexiones.
• SERVICIO III - Analiza la tracción en superestructuras concreto postensado/ control de fisuras
• SERVICIO IV - Analiza la tracción en columnas de concreto postensado/ control de fisuras
• FATIGA I - Fatiga infinita por la carga inducida.
• FATIGA II - Fatiga finita por la carga inducida.

18. 4.2 FACTORES DE CARGA Y COMBINACIONES DE CARGAS
Denominación de cargas: Cargas permanentes
CR = Fluencia lenta del concreto
DD = Arrastre hacia abajo
DC = peso propio de los componentes estructurales y no estructurales
DW = peso propio de las superficies y dispositivos auxiliares.
EH = empuje horizontal del suelo
EL = tensiones residuales acumuladas del pr. Constructivo. F. secundarias del postensado
ES = sobrecarga del terreno
EV = presión vertical del peso propio del suelo de relleno
PS = F. secundarias de postensado → ELR. Fuerza de pretensado total → ELS.
SH = Contracciones diferenciales del concreto (Shrinkage)
Cargas Transitorias:
BL = carga de explosión.
BR = fuerza de frenado vehicular.
CE = fuerza centrífuga vehicular.
CT = fuerza de choque vehicular.
CV = fuerza de choque de barcos.
EQ = sísmo.
FR = fricción.
IC = carga de hielo.
IM = incremento de la carga viva por efectos dinámicos.
LL = carga viva vehicular.
LS = carga viva superficial.
PL = carga viva de peatones.
SE = solicitaciones por asentamiento.
TG = solicitaciones por gradiente de temperatura.
TU = solicitaciones por temperatura uniforme.
WA = carga de agua y presión del flujo.
WL = efecto de viento sobre la carga viva.
WS = efecto de viento sobre la estructura

19. 4.2 FACTORES DE CARGA Y COMBINACIONES DE CARGAS (AASHTO 3.4.1-1)
Viento
s/movil
Viento
s/estruct.
T°
Uniforme
Gradiente
T°
Asentamiento
Sismo
Explosión
Hielo
Carga
por
agua
Friccion

20. 4.2 FACTORES DE CARGA Y COMBINACIONES DE CARGAS