Monografia puentes aashto lrfd 2007. ing. salvador y pedro

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Monografia puentes aashto lrfd 2007. ing. salvador y pedro

  1. 1. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 1111
  2. 2. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 2222 1.1 INTRODUCCIÓN: En los sitios donde la topografía y el relieve del terreno presentan irregularidades considerables debidas a los cambios geológicos y cauces naturales, es necesario el uso de los puentes carreteros que servirán de enlace entre dos puntos separados por obstáculos, donde antes no existía ningún tipo de acceso. Los obstáculos pueden ser variados y presentan condiciones que obligan a usar diferentes tipos de estructuras, un obstáculo muy común son las autopistas en las cuales no se puede interrumpir el flujo vehicular, para ello se construyen pasos a desnivel, los cuales son muy comunes en países desarrollados. 1.2 DEFINICIÓN DE PUENTE: Los puentes son estructuras que proporcionan una vía de paso sobre el agua, una carretera, ó una vía férrea, pero también pueden transportar tuberías y líneas de distribución de energía, y tienen que contar por lo menos, con un carril para circulación del tráfico u otras cargas rodantes y que tenga un claro, medido a lo largo del centro de la vía, que exceda de 6.00 metros entre los apoyos en los estribos ó entre arranques de los arcos, ó los extremos de las aberturas exteriores en cajas múltiples. 1.3 CLASIFICACIÓN DE LOS PUENTES: Los puentes son de dos tipos generales: puentes fijos y puentes móviles, éstos últimos representan una minoría respecto a los puentes fijos y pueden abrirse ya sea vertical u horizontalmente de modo que permita que el tránsito fluvial pase por debajo de la estructura.
  3. 3. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 3333 Los puentes podemos clasificarlos según su tipo de material con los que fueron construidos, por su utilización, por su condición de operación, por el tipo de cruce y por su alineamiento. a) POR SU TIPO DE MATERIAL: • De madera. • De tabique. • De concreto: armado, simple y ciclópeo. • De acero. • De acero y concreto. b) POR SU UTILIZACIÓN: • Puentes peatonales. • Puentes de ferrocarriles. • Puentes de presa. • Puentes de caminos. • Puentes de acueductos. c) POR SU CONDICIÓN DE OPERACIÓN: • Puentes de bóveda. • Puentes de losa plana reforzada. • De viga simple. • De sección aligerada. • De armaduras de madera. • De armaduras de hierro. • Colgantes. • Suspendidos.
  4. 4. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 4444 • De estructuras aligeradas. • De losas nervuradas. • Puentes móviles. • Puentes elevadisos. • Puentes basculantes. • Puentes deslizantes. • Puentes de caballetes metálicos. • Puentes de trabes metálicas. • Puentes de pontones. d) POR SU TIPO DE CRUCE: • Puentes de cruce normal. • Puentes de cruce esviajado. e) POR SU TIPO DE ALINEAMIENTO: • Puentes en curva. • Puentes en tangentes. • Puentes en pendientes. Además por su geometría básica y según su sistema estructural: f) POR SU GEOMETRÍA BÁSICA: • Puentes rectos. • Puentes a escuadra. • Puentes de paso superior. • Puentes de paso inferior. • Puentes de claro corto.
  5. 5. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 5555 • Puentes de claro medio. • Puentes de claro largo. G) SEGÚN SU SISTEMA ESTRUCTURAL: • Puentes de claro simple. • Puentes de viga continua. • Puentes de arco simple. • Puentes de arco múltiple. 1.4 CARACTERÍSTICAS DE LOS PUENTES SEGÚN SU CLASIFICACIÓN: 1.4.1 SEGÚN SU TIPO: Los puentes móviles son soluciones para cruzar una vía fluvial. Tienen como propósito dar una altura libre suficiente para la navegación sin necesidad de hacer erogaciones tan fuertes como las que representan la construcción de pilas altas. Los dos tipos de puentes móviles son: El puente giratorio (Figura 1.1), éstos están soportados en una pila central y gira horizontalmente. Con este tipo de estructuras no hay problemas con el espacio libre vertical, que es ilimitado, pero las pilas centrales representan un obstáculo para los barcos. Figura 1.1: Puente Giratorio.
  6. 6. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 6666 Los puentes levadizos verticales (Figura 1.2), en éstos el claro movible es izado verticalmente sobre el área libre de navegación y se usa cuando el espacio horizontal requerido es mayor que el espacio libre vertical necesario. Figura 1.2: Puente Levadizo Vertical. 1.4.2 SEGÚN EL SERVICIO QUE ESTOS VAN A PRESTAR: De acuerdo al servicio que van a prestar existen unos que soportan tránsitos combinados, tales como un puente de caminos con circulación de tranvía ó banquetas para peatones, ó bien un puente de ferrocarril que soporta al mismo tiempo el tránsito de un camino. Normalmente éstos están provistos de aceras para la circulación de los peatones por lo que casi siempre tienen por lo menos dos funciones diferentes. 1.4.3 SEGÚN SU GEOMETRÍA BÁSICA: Los puentes rectos son aquellos que vistos en planta tienen una trayectoria completamente recta. Los puentes curvos son aquellos que tienen una trayectoria curva (Figura 1.3), ósea, el eje central de la carretera en este claro no es recto. Los puentes esviajados son aquellos donde el eje longitudinal del puente y el eje longitudinal del río, forma un ángulo diferente de 90º.
  7. 7. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 7777 Figura 1.3: Puente curvo. Los puentes a escuadra son aquellos donde el eje del puente y el eje longitudinal del río forman un ángulo de 90º. Los puentes de paso superior tienen su piso ó superficie de rodamiento descansando sobre los miembros principales de carga, de modo que no requieren contraventeo alguno sobre la parte superior. Un puente de paso inferior es aquel donde existe un contraventeo sobre la parte superior del mismo. En muy pocas ocasiones se pueden ver sobre el mismo puente una combinación de claros de paso inferior y de paso superior. Los puentes de claro corto son aquellos de hasta unos 125 pies (38.10 metros), para éstos generalmente se acostumbra a usar trabes de alma llena ó vigas de concreto. Los puentes de claro medio son aquellos de aproximadamente 125 y 400 pies (38.10 metros y 121.92 metros), para éstos claros aún compiten las trabes de alma llena (hasta aproximadamente unos 200 pies). Los puentes de claro largo son aquellos que tienen más de 400 pies (121.92 metros) de claro libre, para éstos se usan puentes colgantes ó estructuras en forma de arco. De acuerdo a su arreglo estructural, los puentes de claro simple son aquellos donde sus miembros principales de carga se extienden en un extremo a otro, en uno de sus extremos sobre su apoyo fijo y el otro extremo móvil. Los
  8. 8. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 8888 puentes continuos son aquellos que están apoyados continuamente, éstos permiten reducir los momentos positivos máximos. Este arreglo puede resultar objetable sí las cimentaciones son susceptibles a sufrir asentamientos desiguales produciendo así esfuerzos en los miembros por los hundimientos diferenciales. 1.4.4 SEGÚN SU SISTEMA ESTRUCTURAL: Los puentes de claro simple son los puentes más comunes como el mostrado en la Figura 1.4, los cuales normalmente son de claros de hasta 40 metros según sea su material de construcción principal. Figura 1.4: Puente San Cristóbal, Carretera Chinandega – Guasaule, Nicaragua. Los puentes de viga continua son utilizados cuando se necesita salvar un obstáculo muy largo y no se dispone de una solución más económica tanto desde el punto de vista económico como de construcción. Los puentes en arcos (Figura 1.5) pueden ser de trabes ó de armaduras dependiendo del claro y de sus alrededores. Éstos bajo cargas verticales tienden a producir reacciones horizontales convergentes produciendo flexión en el arco, los que a su vez tienden a anular el momento producido por los componentes verticales de reacción. Una ventaja de los arcos construidos en forma parabólica es que cuando sea cargado con una carga uniforme no tenga momentos de flexión, sino que solamente compresión axial en él.
  9. 9. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 9999 Figura 1.5: El Puente Bixby Creek, California. Los arcos se clasifican como de tres articulaciones, de dos articulaciones, una articulación ó empotrados. El arco más común es el de dos articulaciones, uno en cada extremo lo que hace que sea indeterminado de primer grado. Además se clasifican como de nervaduras, de alma llena, de arcos en celosía de cuerdas paralelas y de arcos en celosía de cuerda superior horizontal. Los puentes colgantes (Figura 1.6) Este tipo de puentes están suspendidos por cables que pasan sobre las torres y están anclados generalmente en los extremos del puente. La armadura atiezadora refuerza el cable contra la vibración producida por las cargas vivas, y la mantiene en su forma normal. Estos puentes proporcionan un excelente método de reducción de momentos, en estructuras de claros largos la mayor parte de la carga en un puente colgante es resistida por el cable en tensión, que es un método eficiente y económico. Figura 1.6: El Puente colgante de Clifton, Bristol.
  10. 10. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 10101010 Los puentes de armaduras son estructuras en las que las armaduras actúan como una viga, pero sobre todo con sus miembros sometidos a esfuerzos axiales. Los tipos de armaduras comunes utilizadas en puentes son: Pratt, Warren, Parker y las tipo K. Las armaduras también se clasifican de acuerdo con la localización del tablero como de paso superior, de paso inferior y de paso intermedio. La elección entre la construcción de una armadura de paso inferior y una de paso superior radica normalmente en la economía de la construcción, el limite práctico corriente para armaduras de luces simples es de unos 800 pies para puentes de carretera, alguna extensión de este límite podría ser posible con las mejoras en los materiales y los análisis, pero a medida que los requisitos de luz aumentan, las armaduras en voladizo son más eficientes. Los puentes de armaduras requieren más trabajo de campo que de las trabes armadas semejantes. Además el mantenimiento de éstas es más costoso, debido a la hechura más complicada de los miembros y el difícil acceso a las superficies de acero expuestas. La superestructura de un puente de armadura típico se constituye de dos armaduras principales, el sistema de piso, el sistema lateral inferior, el sistema lateral superior, las armaduras transversales y los ensambles de apoyo. 1.4.5 SEGÚN SU MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN PRINCIPAL: Puentes de acero: Los puentes de acero son competitivos para claros de tamaño mediano y favorable para puentes de claro largo por las siguientes razones: a. Tienen alta resistencia a tensión. b. Se comportan como un material elástico casi perfecto dentro de los niveles normales de trabajo. c. Tienen reservas de resistencia más allá del límite de fluencia.
  11. 11. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 11111111 d. Los sistemas de conexión son más seguros. e. Las normas estrictas de fabricación de la industria garantizan a los consumidores uniformidad del control de sus propiedades. La principal desventaja es su susceptibilidad a la corrosión, la cual esta siendo combatida con la aparición de aditivos químicos, ó con el mejoramiento de los recubrimientos protectores. Dentro de los puentes de acero están: Puentes de trabes de alma llena: son puentes cuyas vigas principales son elementos que están formados de placas y perfiles de acero unidos entre sí por medio de soldaduras, remaches ó tornillos. Las vigas de alma llena son muy económicas para puentes carreteros, para claros simples de 80 a 150 pies y para tramos continuos hasta unos 400 pies. Puentes de tablero ortotrópico: están formados por una placa de acero recubierta por una superficie de desgaste y es rigidizada y soportada por una parrilla rectangular. El tablero de acero ayuda a su soporte a resistir los esfuerzos de deflexión. Los componentes principales de un puente ortotrópico son por lo general: las placas de acero del tablero, las vigas longitudinales principales, las vigas transversales del piso y las costillas longitudinales abiertas ó cerradas. Puentes de vigas cajón: los puentes de vigas en forma de cajón se usan con frecuencia en puentes carreteros por su rigidez, economía, apariencia, resistencia a la corrosión y alta resistencia torsional. Asimismo, en las vigas cajón continua, los apoyos intermedios pueden ser con frecuencia columnas esbeltas simplemente conectados a entramados transversales ocultos. Se pueden usar puentes de una sola celda para soportar puentes de dos carriles de tráfico, pero casi siempre se usan celdas múltiples en el caso de dos ó más carriles de tráfico, para mantener el ancho de los cajones lo
  12. 12. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 12121212 suficientemente pequeño para que cumplan con los requerimientos de dimensiones máximas para el transporte. Puentes de concreto: normalmente los más comunes son puentes de concreto reforzado y los puentes de concreto preesforzado o postensado. Una característica notable de los puentes de concreto es que normalmente son estructuras pesadas. La diferencia más notable entre el concreto preesforzado y el concreto reforzado consiste en el empleo de materiales de mayor resistencia en el concreto preesforzado con el objeto de obtener proporciones económicas. También se necesita concreto de mayor resistencia ante esfuerzos elevados en los anclajes y dar resistencia a las secciones más delgadas que tan frecuentemente se emplean en el concreto preesforzado. Los puentes de concreto preesforzado tienen muchas ventajas sobre los puentes de concreto reforzado entre las cuales están con respecto a la utilidad las siguientes: Es más adecuado para estructuras de claros largos. Las estructuras preesforzadas son más esbeltas y por lo mismo susceptibles de un diseño artístico. Éstas no se agrietan bajo cargas de trabajo y cuando se presenta cualquier agrietamiento bajo sobrecargas, desaparecen tan pronto se remuevan, a menos que las sobrecargas sean excesivas. Bajo carga muerta, la deflexión es mínima debido al efecto de la combadura producida por el preesfuerzo. Bajo cargas vivas la deflexión es también mínima por la efectividad de la sección completa de concreto no agrietada, pues tiene un momento de inercia dos ó tres veces mayor que la sección agrietada. Los elementos preesforzados son más propios para recolarse por su menor peso.
  13. 13. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 13131313 1.5 ELEMENTOS DE UN PUENTE: 1.5.1 LA SUPERESTRUCTURA: Es el conjunto de elementos que forman la parte superior del puente, y generalmente está compuesta por: La superficie de rodamiento: suele ser de concreto reforzado de alta resistencia y en pocas ocasiones de elementos prefabricados, también puede ser metálica como en el caso de puentes de cubierta ortotrópica. La superficie betuminosa: es una capa asfáltica que sirve como recubrimiento protector a la superficie de rodamiento. La acera: es una sección que sirve para la circulación peatonal que generalmente está en los extremos longitudinales del puente. Barandales: son elementos instalados para garantizar la seguridad de los peatones, y al mismo tiempo sirven para evitar accidentes de caídas de los vehículos al vacío. Vigas longitudinales y transversales: cuando los puentes son de claros cortos el elemento principal son vigas longitudinales, que se apoyan en los extremos del puente. Cuando el puente tiene un claro muy corto (menor ó igual a 6 metros) no se proveen vigas longitudinales, sino, de una losa más gruesa la cual resulta mucho más económica. Cuando el puente debe tener un claro muy largo, el elemento principal de ésta estructura puede ser una armadura, un arco ó un puente colgante los cuales están provistos de vigas longitudinales y transversales que transmiten la carga hacia el elemento principal.
  14. 14. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 14141414 Diafragmas: son elementos que sirven de arriostre lateral a la estructura, capaces de transmitir las fuerzas sísmicas ó fuerzas de viento hacia la subestructura. En la Figura 1.7 se muestra un puente que contiene este tipo de elementos de acero. Figura 1.7: Puente San Cristóbal con marcos transversales de acero Tipo “X”. 1.5.2 LA SUBESTRUCTURA: La subestructura de los puentes está compuesta de los estribos y pilas, la cimentación y los aparatos de apoyo. La subestructura soporta las cargas originadas en la superestructura y las transmite al estrato resistente. Los estribos (Figura 1.8) son básicamente pilares con muros en los extremos. Estos muros contienen el relleno del acceso y deben tener la longitud adecuada para evitar la erosión y que se despliegue el relleno; éstos deben protegerse contra el volteo, deslizamiento, desplazamientos laterales, fracturas del subsuelo y la descarga de los pilotes cuando estos existan. Los puentes de claro medio y de claro largo están sujetos a movimientos importantes de rotación y longitudinales en los extremos, es por eso que las subestructuras deben diseñarse como estructuras independientes que proporcionen elementos que sirvan de base para recibir los apoyos del puente.
  15. 15. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 15151515 Figura 1.8: Estribo formado por el muro frontal y muros de ala o aletones. Los estribos pueden ser abiertos ó cerrados, los estribos cerrados pueden ser huecos ó sólidos. Los estribos sólidos son generalmente de mampostería elaborados por bolones por su facilidad de hallarlas en las orillas de los ríos. Los estribos huecos son llamados así por su forma estructural, pero casi siempre se llenan de suelo – cemento para proporcionar peso y darle mayor seguridad a la estructura. Los tipos de pilas más utilizadas en el apoyo de puentes son: Las pilas Tipo Caballete: Las pilas tipo caballete consisten en dos o más columnas de secciones transversales macizas separadas transversalmente. Estas pilas se diseñan considerando acción de pórtico para las fuerzas que actúan respecto del eje resistente. En general estas pilas están empotradas en la base y no son integrales ni con la superestructura ni con un cabezal en la parte superior. Las columnas pueden estar soportadas por una zapata ensanchada o una zapata sobre pilotes; también pueden ser prolongaciones de los pilotes por encima del nivel del terreno. Las pilas de una sola columna: Las pilas de una sola columna, también conocidas como pilas "T" o pilas "tipo martillo", generalmente son soportadas en su base por una zapata ensanchada, una zapata sobre pilotes perforados o una zapata sobre pilotes hincados, y puede ser integral con la superestructura o bien proveerle a la estructura un apoyo independiente. Su sección transversal puede
  16. 16. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 16161616 tener diferentes formas y la columna puede ser prismática o acampanada ya sea para formar el cabezal o para mejorar la unión con la sección transversal de la superestructura. Este tipo de pila permite evitar las complejidades de los apoyos oblicuos si se construyen de forma que sean integrales con la superestructura, y su apariencia reduce la masividad que muchas veces presentan otros tipos de estructuras. Las pilas tipo muro macizo: Las pilas tipo muro macizo se diseñan como si se tratara de columnas para las fuerzas y momentos que actúan respecto del eje débil y como si se tratara de pilares para las fuerzas y solicitaciones que actúan respecto del eje resistente. Estas pilas pueden tener su extremo superior articulado, empotrado o libre, pero habitualmente están empotradas en la base. Sin embargo, muchas veces las pilas cortas y robustas se articulan en la base para eliminar los elevados momentos que se desarrollarían por causa del empotramiento. Anteriormente los diseños más macizos eran considerados pilas de gravedad. Las pilas de eje simple de sección rectangular ó circular sobre zapatas de superficie, pueden usarse para transportar trabes de caja, con diafragmas construidos que actúen como vigas transversales. Los marcos de portal: éstos se emplean como pilares bajo trabes de acero pesadas, con apoyos localizados directamente sobre las columnas del portal. De preferencia las columnas del marco del portal deben descansar sobre una placa base común. Si en lugar de éstas se usan zapatas aisladas, deben utilizarse barras de amarre adecuadas para evitar que se separen ó se aflojen (Figura 1.9).
  17. 17. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 17171717 Figura 1.9: Puente con pilas de concreto en forma de marco. 1.5.3 LOS APOYOS: Los apoyos son ensambles estructurales instalados para garantizar la segura transferencia de todas las reacciones de la superestructura a la subestructura y deben cumplir con dos requisitos básicos: 1) Distribuir las reacciones sobre las áreas adecuadas en la subestructura. 2) Deben ser capaces de adaptarse a las deformaciones elásticas, térmicas y otras de la superestructura sin generar fuerzas restrictivas perjudiciales. 1.5.3.1 TIPOS DE APOYOS: Los apoyos y las articulaciones para puentes pueden clasificarse en cuatro tipos: i. Apoyos fijos. ii. Apoyos articulados. iii. Apoyos deslizantes ó de expansión. iv. Juntas articuladas, eslabonadas y con rodillos articulados. Un apoyo fijo como se muestra en la Figura 1.10 debe de estar anclado firmemente para impedir los movimientos horizontales y verticales, pero pueden permitir el giro de los extremos del miembro soportado en un plano vertical.
  18. 18. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 18181818 Figura 1.10: Apoyo metálico fijo de un puente de cruce esviajado. Los apoyos de expansión como se muestra en la Figura 1.11 son de tres tipos: de rodillos, de silletas basculantes ó placas deslizantes. Las placas deslizantes se permiten para puentes cuyo claro es menor ó igual a 50 pies y se permite que dicho apoyo no este previsto de un mecanismo que tome en cuenta la rotación. Figura 1.11: Apoyo de expansión metálico fijo de un puente. Para puentes de claros medios y claros largos se usan rodillos ó silletas basculantes. Por lo general se prefieren las silletas basculantes a los rodillos por la menor probabilidad de quedar fijos a causa de la basura ó la corrosión. Sin embargo, los rodillos son la alternativa cuando la presión en la silleta requiere que tengan un medio demasiado grande para mantener los esfuerzos de contacto dentro de lo admisible. La superficie superior de una silleta debe tener un pasador ó un soporte cilíndrico y la superficie inferior debe ser cilíndrica con centro de rotación en el centro de rotación de la superficie superior de apoyo. Apoyos con almohadillas elastoméricas: Son apoyos hechos total ó parcialmente de este material (Figura 1.12), se usan para transmitir las cargas de un miembro estructural a un apoyo permitiéndole movimientos entre el puente y el apoyo. Existen almohadillas que no son hechas en su totalidad de dicho
  19. 19. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 19191919 material (almohadillas reforzadas), por lo general consisten de capas alternadas de acero ó mallas de refuerzo unidas al elastómero. Los apoyos de material elastomérico son los que más se aproximan a las condiciones teóricas de cálculo de los apoyos deslizantes, ya que permiten desplazamientos simultáneos en las dos direcciones, giros simultáneos en tres ejes y absorción de cargas tanto verticales como horizontales; además, no están sujetos a desgastarse ni requieren mantenimiento, y son fáciles de instalar. Figura 1.12: Apoyo elastomérico con capas alternadas de acero reforzado. 1.5.4 ELEMENTOS SECUNDARIOS: Estos son elementos que no caben dentro de la clasificación anterior, pero juegan un papel muy importante en la funcionalidad del mismo. Dentro de estos están: los muros de retención que se encuentran en los extremos de los estribos, y sirven para encauzar el agua, de manera que ésta pase por el puente con una adecuada dirección, a estos elementos se les denomina normalmente como aletones (nombre válido para estribos de mampostería). Las obras de protección, que generalmente se ubican aguas arriba de las pilas, para protegerlas de fuertes impactos provocados por los elementos que arrastra la corriente. Estos elementos se ubican cuando existe la posibilidad de que la corriente pueda arrastrar objetos considerablemente grandes (árboles).
  20. 20. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 20202020 Las obras de protección del fondo del cauce, tales como los enrocamiento ó los zampeados son parte de la eficiente funcionalidad del puente, aunque no corresponden al ingeniero estructural, sino al ingeniero hidráulico, normalmente nos tomamos la libertad de utilizarlos cuando creemos que es conveniente. La losa de acceso es un tema discutido, debido a que no se puede clasificar en uno de los primeros tres elementos principales que constituyen un puente, pero ésta sirve para encauzar y disminuir el golpe que provoca el vehículo en la entrada de los puentes. 1.6 CRITERIOS PARA SELECCIONAR EL TIPO DE PUENTE A UTILIZAR: Entre muchos factores que afectan la elección del tipo de puentes por utilizar en un sitio dado, están las siguientes: El claro requerido: Éste debe ser seleccionado para permitir el paso eficiente del caudal de creciente cuya magnitud y frecuencia deberán estar de acuerdo con el tipo y clase de estructura. Condiciones de cimentación: Estas son trascendentales para decidir el tipo de puente por construir ya que tiene influencia en: el sistema de cimentación, la longitud de los claros parciales, y el tipo de estructura a emplear, ya que cuando las condiciones de cimentación son deficientes se deben descartar las estructuras hiperestáticas. Espacio libre requerido: Este factor tiene influencia en el tipo de estructura a utilizar, cuando existen condiciones establecidas tales como: espacio libre horizontal y vertical mínimo, esto ocurre cuando se desea el paso de cualquier objeto flotante (barcos, árboles, etc.,) según la importancia del obstáculo salvado.
  21. 21. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 21212121 Cargas vivas por soportar: Conociendo la ubicación del puente, su importancia económica y social, y su respectivo estudio de tránsito, nos proporcionan dos elementos importantes para el diseño de éste, los cuales son: el número de carriles (ó ancho de la calzada) y el tipo de carga viva a utilizar. Los parámetros anteriores nos ayudan a definir posibles tipos de superestructuras a utilizar y la distribución adecuada de sus elementos principales, tratando de obtener con ello una estructura segura y económica. Métodos de montaje: El Ingeniero proyectista debe de tomar en cuenta las condiciones del lugar para poder dar posibles soluciones a los problemas de construcción de estas estructuras. Por ello debe proveer la secuencia de construcción de una determinada estructura para facilitar su edificación.
  22. 22. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 22222222
  23. 23. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 23232323 2.1 MÉTODOS DE DISEÑO PARA PUENTES DE CARRETERAS: Para diseñar un puente carretero de concreto ó acero se utiliza la Norma de la AASHTO LRFD 2005, denominada “Método de Diseño por Factores de Carga y Resistencia”, la cual toma en cuenta la resistencia media estadística, las cargas medias estadísticas, la dispersión de ambos por medio de la desviación estándar y el coeficiente de variación, también considera los Estados Límites de: resistencia, fatiga, fractura, serviciabilidad, constructibilidad y la existencia de eventos extremos. Por medio de un proceso de calibración de los factores de mayoración de carga y de los de reducción de capacidad garantiza un índice de confiabilidad y a partir de diseños de prueba simulados, dispone de un juego de factores tales que el proceso de diseño luzca como el procedimiento (LFD). 2.2 CONSIDERACIONES INICIALES DE DISEÑO: La intención de los requisitos de la Norma AASHTO LRFD 2005 es que sean aplicados al diseño, evaluación y rehabilitación de puentes carreteros tanto fijos como móviles. No es la intención de estas Especificaciones reemplazar la capacitación y el criterio profesional del Diseñador; sólo establecen requisitos mínimos necesarios para velar por la seguridad pública. (LRFD Arto. 1.1) De acuerdo a la versión LRFD de las Especificaciones AASHTO, los puentes deben ser proyectados para cumplir satisfactoriamente las condiciones impuestas para los Estados Límites previstos en el proyecto, considerando todas las combinaciones de carga que puedan ser ocasionadas durante la construcción y el uso del puente. Asimismo, deben ser proyectados teniendo en cuenta su integración con el medio ambiente y cumplir las exigencias de durabilidad y servicio requeridas de acuerdo a sus funciones, importancia y las condiciones ambientales.
  24. 24. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 24242424 El propósito primario de un puente carretero es llevar con seguridad (geométrica y estructuralmente) los volúmenes necesarios de trabajo y las cargas. Por lo general, los volúmenes de tráfico presente y futuros determinan el número y ancho de los carriles de tráfico, establecen la necesidad y el ancho de bermas y el peso mínimo del camión de diseño. Estos requerimientos son establecidos usualmente por la sección de planeación y diseño de carretera de la entidad propietaria del puente. Si los anchos de los carriles, las bermas y otras dimensiones pertinentes no son establecidos por la entidad propietaria, las normas de la AASHTO deben usarse como guía. Las consideraciones de tráfico en puentes no están necesariamente limitadas a vehículos terrestres. En muchos casos deben ser considerados barcos y equipos de construcción. Requerimientos para el paso seguro de tráfico extraordinario sobre y bajo la estructura pueden imponer restricciones adicionales al diseño que podrían ser muy severas. 2.2.1 FACTORES DE CARGA Y COMBINACIONES DE CARGAS: La siguiente ecuación constituye la base de la metodología del Diseño por Factores de Carga y Resistencia (LRFD). (LRFD C1.3.2.1) Los componentes y conexiones de un puente deberán satisfacer la siguiente ecuación para las combinaciones aplicables de solicitaciones extremas mayoradas según se especifica para cada uno de los Estados Límites descritos en el LRFD Artículo 3.4.1. rniii RRQQ =φ≤γη=∑ Para el cálculo del factor de modificación de las cargas (ηi), se toman en cuenta los factores relacionados con la ductilidad, redundancia e importancia operativa. (LRFD Arto. 1.3.2.1) 95.0IRDi ≥ηηη=η
  25. 25. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 25252525 2.2.2 ESTADOS LÍMITES: • Estado Límite de Servicio: El Estado Límite de Servicio se debe considerar como restricciones impuestas a las tensiones, deformaciones y anchos de fisura bajo condiciones de servicio regular. (LRFD Arto. 1.3.2.2) El Estado Límite de Servicio proporciona ciertos requisitos basados en la experiencia que no siempre se pueden derivar exclusivamente a partir de consideraciones estadísticas o de resistencia. (LRFD C1.3.2.2) • Estado Límite de Fatiga y Fractura: El Estado Límite de Fatiga se debe considerar como restricciones impuestas al rango de tensiones que se da como resultado de un único camión de diseño ocurriendo el número anticipado de ciclos del rango de tensión. (LRFD Arto. 1.3.2.3) La intención del Estado Límite de Fatiga es limitar el crecimiento de las fisuras bajo cargas repetitivas, a fin de impedir la fractura durante el período de diseño del puente. (LRFD C1.3.2.3) • Estado Límite de Resistencia: Se debe considerar el Estado Límite de Resistencia para garantizar que se provee resistencia y estabilidad, tanto local como global, para resistir las combinaciones de cargas estadísticamente significativas especificadas que se anticipa que el puente experimentará durante su período de diseño. (LRFD Arto. 1.3.2.4)
  26. 26. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 26262626 • Estados Límites correspondientes a Eventos Extremos: Se debe considerar el Estado Límite correspondiente a Eventos Extremos para garantizar la supervivencia estructural de un puente durante una inundación o sismo significativo, o cuando es embestido por una embarcación o un vehículo. (LRFD Arto. 1.3.2.5) 2.2.3 LIMITACIONES DE LAS DEFLEXIONES: Estos requerimientos permiten usar las prácticas tradicionales para el control de las deflexiones. Se debe utilizar la porción correspondiente a la sobrecarga viva de la Combinación de Cargas de Servicio I del LRFD Tabla 3.4.1-1, incluyendo el incremento por carga dinámica, IM. Para las construcciones de acero, aluminio y/u hormigón se pueden considerar los siguientes límites de deflexión: (LRFD Arto. 2.5.2.6.2) Carga vehicular, general……………………………….…. Longitud / 800, Cargas vehiculares y/o peatonales…………….………... Longitud / 1000, Carga vehicular sobre voladizos…………………….…… Longitud / 300, y Cargas vehiculares y/o peatonales sobre voladizos…… Longitud / 375 2.2.3.1 CARGA PARA LA EVALUACIÓN OPCIONAL DE LA DEFLEXIÓN POR SOBRECARGA: La deflexión se deberá tomar como el mayor de los siguientes valores: (LRFD Arto. 3.6.1.3.2) La deflexión debida al camión de diseño solamente, o La deflexión debida al 25 por ciento del camión de diseño considerado juntamente con la carga del carril de diseño.
  27. 27. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 27272727 2.2.4 LARGUEROS Y VIGAS TRANSVERSALES DE PISO: Los largueros son vigas que generalmente van paralelas al eje longitudinal del puente, o sea en la dirección del tráfico. A menudo, dichos largueros deben entramarse con las vigas transversales de piso, pero si están apoyados en las aletas superiores de estas vigas, es conveniente que sean continuos en dos o más paneles. Las vigas transversales de piso preferiblemente deben ser perpendiculares a las armaduras o vigas principales. Además, las conexiones a estos miembros deben colocarse de modo que permita la unión de arriostramiento lateral tanto a las vigas transversales de piso como a las armaduras o vigas principales. 2.3 CARGAS DE DISEÑO: El LRFD Sección 3 de la Norma AASHTO LRFD 2005 específica requisitos mínimos paras cargas y fuerzas, sus límites de aplicación, factores de cargas y combinaciones de cargas usadas para diseñar puentes nuevos. Los requisitos de carga también se pueden aplicar a la evaluación estructural de puentes existentes. Además de las cargas tradicionales, esta Sección incluye las solicitaciones provocadas por colisiones, sismos, asentamiento y distorsión de la estructura. (LRFD Arto. 3.1) Se deben considerar las siguientes cargas y fuerzas permanentes y transitorias: (LRFD Arto. 3.3.2) • Cargas permanentes: a. DD = Fricción Negativa (downdrag).
  28. 28. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 28282828 b. DC = Peso propio de los componentes estructurales y accesorios no estructurales. c. DW = Peso propio de las superficies de rodamiento e instalaciones para servicios públicos. d. EH = Empuje horizontal del suelo. e. EL = Tensiones residuales acumuladas resultantes del proceso constructivo, incluyendo las fuerzas secundarias del postesado. f. ES = Sobrecarga del suelo. g. EV = Presión vertical del peso propio del suelo de relleno. • Cargas transitorias: a. BR = Fuerza de frenado de los vehículos. b. CE = Fuerza centrifuga de los vehículos. c. CR = Fluencia lenta. d. CT = Fuerza de colisión de un vehiculo. e. EQ = Sismo. f. FR = Fricción. g. IM = Incremento por carga vehicular dinámica. h. LL = Sobrecarga vehicular. i. LS = Sobrecarga viva. j. PL = Sobrecarga peatonal. k. SE = Asentamiento. l. SH = Contracción. m. TG = Gradiente de temperatura. n. TU = Temperatura uniforme. o. WA = Carga hidráulica y presión del flujo de agua. p. WL = Viento sobre la sobrecarga. q. WS = Viento sobre la estructura.
  29. 29. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 29292929 2.3.1 CARGAS PERMANENTES: 2.3.1.1 CARGAS PERMANENTES: DC, DW y EV La carga permanente deberá incluir el peso propio de todos los componentes de la estructura, accesorios e instalaciones de servicios unidas a la misma, superficie de rodamiento, futuras sobrecapas y ensanchamientos previstos. La densidad de los materiales granulares dependen de su grado de compactación y del contenido de agua. En ausencia de información más precisa, para las cargas permanentes se pueden utilizar las densidades especificadas en el LRFD Tabla 3.5.1-1. 2.3.1.2 CARGAS DE SUELO: EH, ES y DD Las cargas correspondientes al empuje del suelo, sobrecarga del suelo y fricción negativa deberán ser como se especifica en el LRFD Artículo 3.11. 2.3.2 CARGAS TRANSITORIAS: 2.3.2.1 SOBRECARGAS GRAVITATORIAS: LL y PL Para la sobrecarga vehicular el número de carriles de diseño y la presencia de múltiples sobrecargas deberán satisfacer los requisitos de los Artículos 3.6.1.1.1 y 3.6.1.1.2, respectivamente. La sobrecarga vehicular de diseño sobre las calzadas de puentes o estructuras incidentales, designadas como HL–93, deberá consistir en una combinación de: (LRFD Arto. 3.6.1.2) a). Camión de diseño o tandem de diseño, y
  30. 30. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 30303030 b). Carga del carril de diseño. 2.3.2.2 CAMIÓN DE DISEÑO: Los pesos y las separaciones entre los ejes y las ruedas del camión de diseño serán como se especifica en la Figura 2.1. Se deberá considerar un incremento por carga dinámica como se especifica en el LRFD Artículo 3.6.2. Figura 2.1: Características del Camión de diseño. A excepción de lo especificado en los Artículos 3.6.1.3.1 y 3.6.1.4.1, la separación entre los dos ejes de 145000 N se deberá variar entre 4300 y 9000 mm para producir las solicitaciones extremas. (LRFD Arto. 3.6.1.2.2) 2.3.2.3 TANDEM DE DISEÑO: El tandem de diseño consistirá en un par de ejes de 110000 N con una separación de 1200 mm. La separación transversal de las ruedas se deberá tomar como 1800 mm. Se deberá considerar un incremento por carga dinámica según lo especificado en el Artículo 3.6.2. (LRFD Arto. 3.6.1.2.3)
  31. 31. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 31313131 2.3.2.4 CARGA DEL CARRIL DE DISEÑO: La carga del carril de diseño consistirá en una carga de 9,3 N/mm uniformemente distribuida en dirección longitudinal. Transversalmente la carga del carril de diseño se supondrá uniformemente distribuida en un ancho de 3000 mm. Las solicitaciones debidas a la carga del carril de diseño no estarán sujetas a un incremento por carga dinámica. (LRFD Arto. 3.6.1.2.4) A menos que se especifique lo contrario, la solicitación extrema se deberá tomar como el mayor de los siguientes valores: (LRFD Arto. 3.6.1.3.1) La solicitación debida al tandem de diseño combinada con la solicitación debida a la carga del carril de diseño, o La solicitación debida a un camión de diseño con la separación variable entre ejes como se especifica en el LRFD Artículo 3.6.1.2.2 combinada con la solicitación debida a la carga del carril de diseño, y Tanto para momento negativo entre puntos de contraflexión bajo una carga uniforme en todos los claros como para reacción en pilas interiores solamente, 90 por ciento de la solicitación debida a dos camiones de diseño separados como mínimo 15000 mm entre el eje delantero de un camión y el eje trasero del otro, combinada con 90 por ciento de la solicitación debida a la carga del carril de diseño. La distancia entre los ejes de 145000 N de cada camión se deberá tomar como 4300 mm. 2.3.2.5 CARGA PARA EL VUELO DEL TABLERO: Para el diseño de vuelos de tablero con voladizo, si la distancia entre el eje de la viga exterior y la cara de una baranda de hormigón estructuralmente continua es menor o igual que 1800 mm, la fila exterior de cargas de rueda se puede reemplazar por una carga lineal uniformemente distribuida de 14,6 N/mm ubicada a 300 mm de la cara de la baranda.
  32. 32. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 32323232 Las cargas horizontales que actúan sobre el vuelo cuando un vehículo colisiona contra las barreras deberán satisfacer los requisitos del LRFD Sección 13. (LRFD Arto. 3.6.1.3.4) 2.3.2.6 CARGA DE FATIGA: La carga de Fatiga será un camión de diseño especificado en el LRFD Artículo 3.6.1.2.2 o los ejes del mismo, pero con una separación constante de 9000 mm entre los ejes de 145000 N. (LRFD Arto. 3.6.1.4.1) A la carga de Fatiga se le deberá aplicar el incremento por carga dinámica especificado en el LRFD Artículo 3.6.2. 2.3.2.7 CARGAS PEATONALES: PL Se deberá aplicar una carga peatonal de 3.6 x 10-3 MPa en todas las aceras de más de 600 mm de ancho, y esta carga se deberá considerar simultáneamente con la sobrecarga vehicular de diseño. Los puentes exclusivamente para tráfico peatonal y/o ciclista se deberán diseñar para una sobrecarga de 4.1 x 10-3 MPa. (LRFD Arto. 3.6.1.6) 2.3.2.8 CARGAS SOBRE LAS BARANDAS: Las cargas en barandas deben ser tomadas como se especifica en el LRFD Sección 13. (LRFD Arto. 3.6.1.7) 2.3.3 INCREMENTO POR CARGA DINÁMICA: IM A menos que los Artículos 3.6.2.2 y 3.6.2.3 permitan lo contrario, los efectos estáticos del camión ó tandem de diseño, a excepción de las fuerzas
  33. 33. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 33333333 centrifugas y de frenado, se deberán mayorar aplicando los porcentajes indicados en el LRFD Tabla 3.6.2.1-1. El factor a aplicar a la carga estática se deberá tomar como: El incremento por carga dinámica no se aplicará a las cargas peatonales ni a la carga del carril de diseño. No es necesario aplicar el incremento por carga dinámica a: Muros de sostenimiento no solicitado por reacciones verticales de la superestructura, y Componentes de las fundaciones que están completamente por debajo del nivel del terreno. Los efectos dinámicos provocados por los vehículos en movimiento se pueden atribuir a dos orígenes: (LRFD C3.6.2.1) El efecto de martilleo, y La respuesta dinámica del puente en su totalidad frente a los vehículos que lo atraviesan. 2.3.4 FUERZA DE FRENADO: BR La fuerza de frenado se deberá tomar como el mayor de los siguientes valores: (LRFD Arto. 3.6.4) 25% de los pesos por eje del camión de diseño o tandem de diseño, ó 5% del camión de diseño más la carga del carril ó 5% del tandem de diseño más la carga del carril. 100 1 IM +
  34. 34. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 34343434 Se aplicarán los factores de presencia múltiple especificados en el LRFD Artículo 3.6.1.1.2. En base a los principios de la energía, y suponiendo una desaceleración uniforme, la fuerza de frenado determinada como una fracción del peso del vehículo es igual a: (LRFD C3.6.4) ga2 v b 2 = Donde: a es la longitud de desaceleración uniforme, v es la velocidad de diseño de la carretera y b es la fracción del peso del vehículo. 2.3.5 FUERZA DE COLISIÓN DE UN VEHÍCULO: CT 2.3.5.1 COLISIÓN DE VEHÍCULOS CONTRA LAS BARRERAS: En la colisión de vehículos contra las barreras se aplicarán los requisitos del LRFD Sección 13. (LRFD Arto. 3.6.5.3) 2.3.6 CARGA DE VIENTO: WL y WS 2.3.6.1 PRESIÓN HORIZONTAL DEL VIENTO: Se asumirá que las presiones aquí especificadas son provocadas por una velocidad básica del viento, VB, de 160 km/h. Se asumirá que la carga de viento está uniformemente distribuida sobre el área expuesta al viento. (LRFD Arto. 3.8.1.1) La velocidad básica del viento varía considerablemente dependiendo de las condiciones locales. Para las estructuras pequeñas y/o de baja altura el
  35. 35. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 35353535 viento generalmente no resulta determinante. En el caso de puentes de grandes dimensiones y/o gran altura se deberían investigar las condiciones locales. Típicamente la estructura de un puente se debería estudiar separadamente bajo presiones de viento actuando desde dos o más direcciones diferentes a fin de obtener las máximas presiones a barlovento, sotavento y laterales que producen las cargas más críticas para la estructura. (LRFD C3.8.1.1) 2.3.6.1.1 PRESIÓN DEL VIENTO SOBRE LAS ESTRUCTURAS: WS Si las condiciones locales lo justifican, se puede seleccionar una velocidad básica del viento de diseño diferente para las combinaciones de cargas que no involucran viento actuando sobre la sobrecarga. Se asumirá que la dirección del viento de diseño es horizontal, a menos que el LRFD Artículo 3.8.3 especifique lo contrario. En ausencia de datos más precisos, la presión del viento de diseño, en MPa, se puede determinar como: 25600 V P V V PP 2 DZ B 2 B DZ BD =      = La carga de viento total no se deberá tomar menor que 4,4 N/mm en el plano de un cordón a barlovento ni 2,2 N/mm en el plano de un cordón a sotavento de un componente reticulado o en arco, ni se deberá tomar menor que 4,4 N/mm en componentes de vigas o vigas cajón. (LRFD Arto. 3.8.1.2.1) 2.3.6.1.1.1 CARGAS DE LAS SUPERESTRUCTURAS: Si el viento no se considera normal a la estructura, la presión básica del viento, PB, para diferentes ángulos de dirección del viento se puede tomar como se especifica en el LRFD Tabla 3.8.1.2.2-1, y se deberá aplicar a una única ubicación de área expuesta. El ángulo de oblicuidad se deberá medir a partir de una perpendicular al eje longitudinal. Para el diseño la dirección del viento será
  36. 36. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 36363636 aquella que produzca la solicitación extrema en el componente investigado. Las presiones transversal y longitudinal se deberán aplicar simultáneamente. (LRFD Arto. 3.8.1.2.2) 2.3.6.1.1.2 FUERZAS APLICADAS DIRECTAMENTE A LA SUBESTRUCTURA: Las fuerzas transversales y longitudinales a aplicar directamente a la subestructura se deberán calcular en base a una presión básica del viento supuesta de 0,0019 MPa. (LRFD Arto. 3.8.1.2.3) 2.3.6.1.2 PRESIÓN DEL VIENTO SOBRE LOS VEHÍCULOS: WL Si hay vehículos presentes, la presión del viento de diseño se deberá aplicar tanto a la estructura como a los vehículos. La presión del viento sobre los vehículos se debe representar como una fuerza interrumpible y móvil de 1,46 N/mm actuando normal a la calzada y 1800 mm sobre la misma, y se deberá transmitir a la estructura. (LRFD Arto. 3.8.1.3) Si el viento sobre los vehículos no se considera normal a la estructura, las componentes de fuerza normal y paralela aplicadas a la sobrecarga viva se pueden tomar como se especifica en el LRFD Tabla 3.8.1.3-1, considerando el ángulo de oblicuidad con respecto a la normal a la superficie. (LRFD Arto. 3.8.1.3) 2.3.6.2 PRESIÓN VERTICAL DEL VIENTO: A menos que el LRFD Artículo 3.8.3 determine lo contrario, se deberá considerar una fuerza de viento vertical ascendente de 9.6 x 10-4 MPa por el ancho del tablero, incluyendo los parapetos y aceras, como una carga lineal longitudinal. Esta fuerza se deberá aplicar sólo para los Estados Límites que no
  37. 37. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 37373737 involucran viento actuando sobre la sobrecarga, y sólo cuando la dirección del viento se toma perpendicular al eje longitudinal del puente. Esta fuerza lineal se deberá aplicar en el punto correspondiente a un cuarto del ancho del tablero a barlovento juntamente con las cargas de viento horizontales especificadas en el LRFD Artículo 3.8.1. (LRFD Arto. 3.8.2) 2.3.7 EMPUJE DEL SUELO: EH, ES y LS El empuje del suelo se deberá considerar función de los siguientes factores: (LRFD Arto. 3.11.1) • Tipo y densidad del suelo, • Contenido de agua, • Características de fluencia lenta del suelo, • Grado de compactación, • Ubicación del nivel freático, • Interacción suelo-estructura, • Cantidad de sobrecarga, • Efectos sísmicos, • Pendiente del relleno, e • Inclinación del muro. No se deberá utilizar limo ni arcilla magra como relleno, a menos que se empleen procedimientos de diseño adecuados y que en la documentación técnica se incluyan medidas de control que tomen en cuenta su presencia. Se deberá considerar el desarrollo de presiones del agua intersticial dentro de la masa del suelo de acuerdo con el LRFD Artículo 3.11.3. Se deberán disponer medidas de drenaje adecuadas para impedir que detrás del muro se desarrollen presiones hidrostáticas y fuerzas de filtración de acuerdo con el LRFD Sección 11. En ningún caso de deberá utilizar arcilla altamente plástica como relleno.
  38. 38. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 38383838 Si se anticipa que habrá compactación mecánica dentro de una distancia igual a la mitad de la altura del muro, tomando esta altura como la diferencia de cotas entre los puntos donde la superficie terminada interseca el respaldo del muro y la base del muro, se deberá tomar en cuenta el efecto del empuje adicional que puede inducir la compactación. (LRFD Arto. 3.11.2) Si no se permite que el suelo retenido drene, el efecto de la presión hidrostática del agua se deberá sumar al efecto del empuje del suelo. En casos en los cuales se anticipa que habrá endicamiento de agua detrás de la estructura, el muro se deberá dimensionar para soportar la presión hidrostática del agua más el empuje del suelo. (LRFD Arto. 3.11.3) Para determinar el empuje lateral del suelo debajo del nivel freático se deberán utilizar las densidades del suelo sumergido. Si el nivel freático difiere a ambos lados del muro, se deberán considerar los efectos de la filtración sobre la estabilidad del muro y el potencial de socavación. Para determinar los empujes laterales totales que actúan sobre el muro se deberán sumar las presiones del agua intersticial a las tensiones efectivas horizontales. Se debería evitar que se desarrollen presiones hidrostáticas sobre los muros, utilizando roca triturada, tuberías de drenaje, mechinales, drenes de grava, drenes perforados o drenes geosintéticos. (LRFD C3.11.3) En la Figura 2.2 se ilustra el efecto de la presión adicional provocada por el nivel freático.
  39. 39. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 39393939 Figura 2.2: Efecto del nivel freático. 2.3.7.1 EMPUJE DEL SUELO: EH Se asumirá que el empuje lateral del suelo es linealmente proporcional a la altura de suelo, y se deberá tomar como: (LRFD Arto. 3.11.5.1) ( )9 s 10xzgkp − γ= De la ecuación anterior k es el coeficiente de empuje lateral tomado como ko, especificado en el Artículo 3.11.5.2, para muros que no se deforman ni mueven, ka, especificado en los Artículos 3.11.5.3, 3.11.5.6 y 3.11.5.7, para muros que se deforman o mueven lo suficiente para alcanzar la condición mínima activa, o kp, especificado en el Artículo 3.11.5.4, para muros que se deforman o mueven lo suficiente para alcanzar una condición pasiva. En nuestro caso, se utilizará el coeficiente de empuje activo sísmico, KAE, especificado en el LRFD A11.1.1.1-1, ya que este coeficiente se basa en el Análisis de Mononobe – Okabe.
  40. 40. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 40404040 2.3.7.2 SOBRECARGA UNIFORME: ES Si hay una sobrecarga uniforme, al empuje básico del suelo se le deberá sumar un empuje horizontal constante. (LRFD Arto. 3.11.6.1) Este empuje constante se puede tomar como: ssp qk=∆ 2.3.7.3 SOBRECARGA VIVA: LS Se deberá aplicar una sobrecarga viva si se anticipa que habrá cargas vehiculares actuando sobre la superficie del relleno en una distancia igual a la mitad de la altura del muro detrás del paramento posterior del muro. Si la sobrecarga es para una carretera su intensidad deberá ser consistente con los requisitos del LRFD Artículo 3.6.1.2. Si la sobrecarga no es para una carretera el Propietario deberá especificar y/o a probar sobrecargas vivas adecuadas. El aumento del empuje horizontal provocado por la sobrecarga viva se puede estimar como: (LRFD Arto. 3.11.6.4) 9 eqsp 10xhgk − γ=∆ Los valores de heq tabulados se determinaron evaluando la fuerza horizontal contra un estribo o muro debido a la distribución de empuje producido por la sobrecarga vehicular del LRFD Artículo 3.6.1.2. (LRFD C3.11.6.4) 2.3.7.4 ANÁLISIS DE MONONOBE – OKABE: La evaluación del empuje activo dinámico de suelo requiere de un análisis complejo que considera la interacción suelo – estructura. Para ello, algunos autores han adoptado hipótesis simplificativas, considerando el relleno como material granular no saturado, fundación indeformable, admitiendo que la cuña de suelo es un cuerpo rígido y que los desplazamientos laterales son despreciables.
  41. 41. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 41414141 El método más utilizado para calcular los esfuerzos sísmicos del suelo que actúan sobre un estribo de puente es un enfoque estático desarrollado en la década de 1920 por Mononobe (1929) y Okabe (1926). El análisis de Mononobe – Okabe es una ampliación de la teoría de la cuña deslizante de Coulomb que toma en cuenta las fuerzas inerciales horizontales y verticales que actúan sobre el suelo, que multiplicados por el peso de la cuña dan como resultado dos acciones adicionales a las consideradas por la teoría estática de Coulomb. Los trabajos de Seed y Whitman (1970) y Richards y Elms (1979) describen en detalle el procedimiento de análisis. El enfoque adopta las siguientes hipótesis: 1. El estribo se puede desplazar lo suficiente para permitir la movilización de la resistencia total del suelo o permitir condiciones de empuje activo. Si el estribo está fijo y es incapaz de moverse las fuerzas del suelo serán mucho mayores que las anticipadas por el análisis de Mononobe–Okabe. 2. El relleno detrás del muro es no cohesivo y tiene un ángulo de fricción Φ. 3. El relleno detrás del muro está en condiciones no saturadas, de modo que no surgirán problemas de licuefacción. Considerando el equilibrio de la cuña de suelo detrás del estribo ilustrado en el LRFD Figura A11.1.1.1-1, se puede obtener un valor EAE de la fuerza activa que ejerce el estribo sobre la masa de suelo y viceversa. Cuando el estribo está en el punto de falla EAE se puede calcular mediante la siguiente expresión: (LRFD A11.1.1.1-1) ( ) 9 AEv 2 AE 10xKk1Hg 2 1 E − −γ= Donde: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 AE icoscos isinsin 1coscoscos cos K       β−θ+β+δ −θ−φδ+φ +θ+β+δβθ β−θ−φ = EAE = fuerza activa total estática y sísmica (N/mm) g = aceleración de la gravedad (m/seg2 )
  42. 42. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 42424242 γ = densidad del suelo (kg/m3 ) H = altura del suelo (mm) Φ = ángulo de fricción del suelo (º) θ = arc tan (kh / (1− kv)) (º) δ = ángulo de fricción entre el suelo y el estribo (º) kh = coeficiente de aceleración sísmica horizontal (adimensional) kv = coeficiente de aceleración sísmica vertical (adimensional) i = ángulo de inclinación de la superficie del relleno (º) β = ángulo de inclinación del paramento interior del estribo respecto de la vertical (sentido negativo como se ilustra) (º) KAE = coeficiente de empuje activo sísmico (adimensional) El valor de ha, la altura a la cual la resultante del empuje del suelo actúa sobre el estribo, se puede tomar igual a H/3 para un caso estático que no involucre efectos sísmicos. Sin embargo este valor aumenta a medida que aumentan las solicitaciones de origen sísmico. Esto se ha demostrado empíricamente mediante ensayos y, además, Word (1973) también lo demostró en forma teórica, hallando que la resultante del empuje dinámico actúa aproximadamente a la mitad de la altura. Seed y Whitman han sugerido que h se podría obtener suponiendo que la componente estática del esfuerzo del suelo
  43. 43. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 43434343 (calculada usando la Ecuación A11.1.1.1-1 con θ = kv = 0) actúa a H/3 de la base del estribo, mientras que se podría considerar que el esfuerzo dinámico adicional actúa a una altura de 0,6H. Para la mayoría de las aplicaciones será suficiente asumir h = H/2 con un empuje uniformemente distribuido. (LRFD A11.1.1.1-1) 2.3.8 TEMPERATURA UNIFORME: TU El movimiento térmico de diseño asociado con un cambio uniforme de la temperatura se puede calcular utilizando el Procedimiento A o el Procedimiento B. Para puentes con tablero de hormigón que tienen vigas de hormigón o acero se puede utilizar tanto el Procedimiento A como el Procedimiento B. Para todos los demás tipos de puentes se deberá utilizar el Procedimiento A. (LRFD Arto. 3.12.2) El Procedimiento A es el procedimiento histórico, tradicionalmente utilizado para el diseño de puentes. (LRFD C3.12.2.1) 2.3.9 EFECTOS SÍSMICOS: EQ Nicaragua es un país en el cuál sus diferentes regiones se ven afectadas por las amenazas derivadas de distintas manifestaciones de la naturaleza. Indiscutiblemente las más importantes son la volcánica y la sísmica, pero las hidrometeorológicas, como los huracanes y las inundaciones han tenido gran relevancia en la historia de nuestro país. Los puentes a diseñar en este documento están orientados en una zona de alta sismicidad y deberán ser diseñados y construidos para resistir las cargas sísmicas. Para el cálculo del coeficiente sísmico y la aceleración máxima del terreno de los puentes a diseñar, se hará uso del Reglamento Nacional de Construcción (RNC – 07).
  44. 44. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 44444444
  45. 45. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 45454545 3.1 METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO DE SUPERESTRUCTURAS: Con el objetivo de ilustrar la aplicación de la Norma AASHTO LRFD 2005 en el diseño de puentes, se realizará el diseño de dos tipos de estructuras: uno de claro simple y otro de tramos continuos (puente “San Cristóbal” y puente “El Tamarindo”, respectivamente). Se inicia con el diseño de la superestructura del puente de claro sencillo, el cual posee las siguientes características: Diseño de puente ubicado en el Km. 145+00 de la carretera Chinandega – Guasaule. El puente consta de un claro simple de 20000 mm, y se ha estructurado con una superestructura mixta Acero – Concreto y subestructura de concreto reforzado compuesta por estribos. Luego se continúa con el diseño de la superestructura del puente de claros continuos, el cual posee las siguientes características: Diseño de puente ubicado en la comarca el Tamarindo, departamento de León, a unos 300 m. de la carretera San Isidro – Télica (Km. 155), en el camino que conduce a Las Mojarras, en las coordenadas UTM 1401 Latitud Norte y 562.5 Longitud Oeste. El puente consta de cuatro claros de igual longitud (30000 mm), utilizando vigas AASHTO-PCI BT-72. La subestructura es de concreto reforzado compuesta por pilas y estribos. En ambos puentes, las vigas se diseñarán para actuar compuestamente con el espesor de la losa de concreto colado In Situ. Para revisar en detalle los cálculos y la metodología a utilizar en el diseño de las superestructuras de los puentes, consultar el APÉNDICE A de este documento.
  46. 46. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 46464646 • Se inicia con el diseño de la superestructura de un puente de claro sencillo, el cual consta de vigas metálicas y cuyo diseño se muestra a continuación. 3.1.1 DISEÑO DE LOSA: A menos que el Propietario apruebe una altura menor, la altura de un tablero de hormigón, excluyendo cualquier tolerancia para pulido, texturado o superficie sacrificable deberá ser mayor o igual que 175 mm. (LRFD Arto. 9.7.1.1) El mínimo recubrimiento de hormigón deberá satisfacer los requisitos del LRFD Artículo 5.12.3. Para considerar que las vigas principales actúan de forma compuesta con la losa, los conectores de corte se deberán diseñar de acuerdo con los requisitos del LRFD Sección 5 en el caso de vigas de hormigón y de acuerdo con los requisitos del LRFD Secciones 6 y 7 en el caso de vigas metálicas. (LRFD Arto. 9.7.1.2) Se utilizará el procedimiento de Diseño Empírico si se satisfacen las condiciones especificadas en el LRFD Artículo 9.7.2.4. En la Figura 3.1.1-1 se muestran las siguientes características: Figura 3.1.1-1 − Núcleo de una losa de hormigón.
  47. 47. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 47474747 Mínima altura y Recubrimiento: Espesor Mínimo de Losa, ts : 175 mm Recubrimiento Superior : 50 mm Recubrimiento Inferior : 25 mm (LRFD Tabla 5.12.3-1) Usar espesor de losa (ts) de : 230 mm Longitud Efectiva de Losa (S) : 1825 mm 3.1.1.1 Cálculo del acero de refuerzo para la losa de concreto: 3.1.1.1.1 Cálculo de solicitaciones en la losa de concreto: Para el cálculo de las solicitaciones el tablero se subdividirá en fajas perpendiculares a los componentes de apoyo, estas fajas dependen de la longitud efectiva de la losa (S). La longitud efectiva de losa puede tomarse de la siguiente manera: para losas apoyadas sobre vigas metálicas o de hormigón: distancia entre las puntas de las alas, más el vuelo de las alas, considerado como la distancia desde la punta del ala extrema hasta la cara del alma, despreciando los chaflanes. (LRFD Arto. 9.7.2.3) El ancho de la faja equivalente de un tablero se puede tomar como se especifica en el LRFD Tabla 4.6.2.1.3-1. Para los vuelos de tableros, cuando sea aplicable, se pueden utilizar los requisitos del LRFD Artículo 3.6.1.3.4 en lugar del ancho de faja especificado en el LRFD Tabla 4.6.2.1.3-1 para vuelos de tableros. En nuestro caso, ambas superestructuras tienen un tipo de tablero de hormigón colado in situ, la dirección de la faja primaria es perpendicular al tráfico, obteniendo de esta manera anchos de fajas primarias para momento positivo (+M) y momento negativo (-M).
  48. 48. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 48484848 S25.01220:M S55.0660:M +− ++ Ancho de Faja para Momento Positivo (+ M) : 1663.75 mm Ancho de Faja para Momento Negativo (- M) : 1676.25 mm Una vez obtenidos los anchos de faja equivalente se empiezan a calcular las solicitaciones debidas a las cargas permanentes, entre ellas tenemos: el peso propio de los componentes estructurales y accesorios no estructurales (DC), y el peso propio de la superficie de rodamiento (DW). Con los anchos de faja para momento positivo y momento negativo, se proceden a calcular los momentos actuantes con la condición de losas integradas al apoyo, en este caso: wl2 /10. Los momentos debidos a las cargas DC y DW en la zona de momento positivo son: MDC = 2999560.9 N.mm MDW = 954890.2 N.mm (Ver Apéndice A2.1.1) Los momentos debidos a las cargas DC y DW en la zona de momento negativo son: MDC = 3022209.1 N.mm MDW = 962217.6 N.mm (Ver Apéndice A2.1.1) Se utilizará el LRFD Tabla A4-1 para determinar los máximos momentos de diseño debidos a las sobrecargas no mayoradas. Puesto que los valores tabulados incluyen los factores de presencia múltiple (m) y el incremento por carga dinámica (IM), los momentos obtenidos de la Tabla serán multiplicados por el ancho de faja equivalente interior correspondiente y por el 25% estipulado
  49. 49. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 49494949 por el MTI para sobrecarga vehicular. Cabe señalar que se tendrá que interpolar para distancias diferentes a las listadas en el LRFD Tabla A4-1, y de esta manera obtener los máximos momentos positivos y negativos. La sección de diseño para momentos negativos y esfuerzos de corte, cuando se investiguen, debe satisfacer los requisitos del LRFD Arto. 4.6.2.1.6. El máximo momento por sobrecarga utilizando el ancho de faja equivalente interior para Momento Positivo es: MPositivo = 45550355.5 N.mm El máximo momento por sobrecarga utilizando el ancho de faja equivalente interior para Momento Negativo es: MNegativo = 39052643.9 N.mm 3.1.1.1.2 Determinación del acero de refuerzo en la losa de concreto: En las losas diseñadas empíricamente se deberán disponer cuatro capas de armadura isótropa. Se deberá ubicar armadura tan próxima a las superficies exteriores como lo permitan los requisitos de recubrimiento. Se deberá proveer armadura en cada cara de la losa, con las capas más externas ubicadas en la dirección de la longitud efectiva, S. (LRFD Arto. 9.7.2.5) Antes de calcular el acero de refuerzo requerido conviene obtener la solicitación mayorada total que resulta al utilizar los factores de cargas y combinaciones de cargas. Los componentes y conexiones de un puente deberán satisfacer la siguiente ecuación para las combinaciones aplicables de solicitaciones extremas mayoradas según se especifica para cada uno de los Estados Límites descritos en el LRFD Artículo 3.4.1. rniii RRQQ =φ≤γη=∑
  50. 50. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 50505050 Para el cálculo del factor de modificación de las cargas (ηi), se tomarán en cuenta los factores relacionados con la ductilidad, redundancia e importancia operativa. También se considerará un valor de ηi para las cargas en las cuales un valor máximo de γi es apropiado, es decir: 95.0IRDi ≥ηηη=η El comportamiento dúctil advierte sobre la inminente ocurrencia de una falla estructural mediante grandes deformaciones inelásticas. (LRFD C1.3.3) Para el cálculo del factor relacionado con la ductilidad (ηD) se tomará el valor estimado para diseños y detalles convencionales que cumplen con las Especificaciones AASHTO LRFD. ηD = 1.00 (para diseños y detalles convencionales) Los principales elementos y componentes cuya falla se anticipa provocará el colapso del puente se deben diseñar como elementos de falla crítica y el sistema estructural asociado como sistema no redundante. Alternativamente, los elementos de falla crítica traccionados se pueden diseñar como de fractura crítica. Los elementos y componentes cuya falla se anticipa no provocará el colapso del puente se deben diseñar como elementos de falla no crítica y el sistema estructural asociado como sistema redundante. (LRFD Arto. 1.3.4) Para el cálculo del factor relacionado con la redundancia (ηR) se tomará el valor estimado para elementos no redundantes. ηR = 1.05 (para elementos no redundantes) El LRFD Artículo 1.3.5 que se refiere a la importancia operativa se debe aplicar exclusivamente a los Estados Límites de Resistencia y correspondientes a Eventos Extremos. El Propietario puede declarar que un puente o cualquier conexión o elemento del mismo es de importancia operativa.
  51. 51. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 51515151 Para el cálculo del factor relacionado con la importancia operativa (ηI) se tomará el valor estimado para puentes importantes. ηI = 1.05 (para puentes importantes) Entonces: 1025.1i =η En el LRFD Tabla 3.4.1-1 se especifican los factores de carga (γi) que se deben aplicar para las diferentes cargas que componen una combinación de cargas de diseño. En cada combinación de cargas, cada una de las cargas que debe ser considerada y que es relevante para el componente que se está diseñando, se deberá multiplicar por el factor de carga correspondiente y el factor de presencia múltiple especificado en el LRFD Artículo 3.6.1.1.2, si corresponde. Los factores se deberán seleccionar de manera de producir la solicitación total mayorada extrema. Para las solicitaciones debidas a cargas permanentes, del LRFD Tabla 3.4.1-2, se deberá seleccionar el factor de carga que produzca la combinación más crítica. Para calcular la solicitación mayorada total se utilizará la combinación de cargas básica que representa el uso vehicular normal del puente, sin viento, esto es, el Estado Límite de Resistencia I. ( ) ( ) ( )[ ]IMLL75.1DW5.1DC25.1Q i +++η= En la parte de la combinación que involucra a la sobrecarga vehicular, es decir, 1.75 (LL+IM), se deben utilizar los momentos totales positivos y negativos obtenidos del LRFD Tabla A4-1, pero se deben utilizar por separado para obtener la solicitación mayorada, y de esta manera calcular el acero de refuerzo requerido para las zonas de momento positivo y momento negativo.
  52. 52. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 52525252 • La solicitación mayorada total para el Estado Límite de Resistencia I en la zona de momento positivo es: mm.N93596637Q = • La solicitación mayorada total para el Estado Límite de Resistencia I en la zona de momento negativo es: mm.N81103444Q = Obtenidos los momentos, se procede a calcular el área de acero que se requiere en cada zona de análisis. Comenzando con el cálculo del acero de refuerzo perpendicular al tráfico en la parte inferior de la losa, es decir, el acero de refuerzo requerido en las zonas de momento positivo en la dirección primaria, se obtiene: 2 s mm66.1990A = Distribuyendo el As en el ancho de faja para momento positivo tenemos: As = 1.196 mm2 /mm (Ver Apéndice A2.1.2) Antes de proponer el número y separación de las varillas a utilizar, se deben satisfacer una serie de requisitos que serán aplicados para un mejor comportamiento de la losa, y que se detallan en los párrafos siguientes. 3.1.1.1.2.1 Limitación de la Fisuración mediante Distribución de la Armadura: Las ubicaciones particularmente vulnerables a la fisuración incluyen aquellas donde hay cambios bruscos en la geometría de la sección y las zonas de los anclajes de postesado intermedios. (LRFD C5.7.3.4)
  53. 53. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 53535353 Los requisitos especificados en el LRFD Artículo 5.7.3.4 se deberán aplicar a la armadura de todos los elementos de hormigón, excepto la de las losas de tablero diseñadas de acuerdo con el LRFD Artículo 9.7.2, en los cuales la tracción en la sección transversal es mayor que 80% del módulo de rotura especificado en el LRFD Artículo 5.4.2.6, para la combinación de cargas para el Estado Límite de Servicio aplicable como se especifica en el LRFD Tabla 3.4.1-1. El LRFD Artículo 9.7.2 se refiere al Método de Diseño Empírico de las losas de tableros de hormigón, el cuál es nuestro caso, por lo tanto, no se verificará la Limitación de la Fisuración mediante Distribución de la Armadura. 3.1.1.1.2.2 Resistencia a la Flexión: En este requisito la resistencia a la flexión mayorada, Mr, debe ser mayor que la solicitación mayorada total debido a las cargas actuantes, Q. Para obtener la resistencia a la flexión mayorada se deberá multiplicar la resistencia nominal por el factor de resistencia especificado en el LRFD Artículo 5.5.4.2. nr MM φ= El factor de resistencia Ø se deberá tomar como: Para flexión y tracción del hormigón armado: 0,90 (LRFD Artículo. 5.5.4.2.1) mm.N93596637Qmm.N93811461Mr =>=
  54. 54. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 54545454 3.1.1.1.2.3 Límites para las Armaduras: a). Armadura Máxima: La máxima cantidad de armadura pretensada y no pretensada deberá ser tal que: 42.0 d c e ≤ La relación natural entre la tensión y la deformación del hormigón se puede considerar satisfecha por un diagrama rectangular equivalente de tensiones de compresión de 0,85f'c en una zona limitada por los bordes de la sección transversal y una recta paralela al eje neutro ubicada a una distancia a = β1c a partir de la fibra extrema comprimida. La distancia c se deberá medir de manera perpendicular al eje neutro. El factor β1 se deberá tomar como 0,85 para hormigones cuyas resistencias no superan los 28 MPa. Para resistencias mayores que 28 MPa, a β1 se le deberá aplicar una reducción de 0,05 por cada 7 MPa de resistencia en exceso de 28 MPa, excepto que β1 no podrá ser menor que 0,65. (LRFD Artículo. 5.7.2.2) Si no se satisface la ecuación anterior, la sección se deberá considerar sobrearmada. En los elementos de hormigón pretensado y parcialmente pretensado se pueden utilizar secciones sobrearmadas, siempre que se demuestre mediante análisis y ensayos que con ellas se puede lograr ductilidad suficiente para la estructura. En los elementos de hormigón armado no están permitidas las secciones sobrearmadas. (LRFD Artículo. 5.7.3.3.1) 42.007.0 d c e <=
  55. 55. “D“D“D“Diseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005”iseño de Puentes con la Norma AASHTO LRFD 2005” Br.Br.Br.Br. Pedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés MartínezPedro Moisés Martínez Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br.Jáenz Br. José Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez BerroteránJosé Salvador Manzanarez Berroterán 55555555 b). Armadura Mínima: A menos que se especifique lo contrario, en cualquier sección de un elemento flexionado la cantidad de armadura de tracción pretensada y no pretensada deberá ser adecuada para desarrollar una resistencia a la flexión mayorada, Mr, como mínimo igual al menor valor entre: 1,2 veces el momento de fisuración, Mcr, determinado en base a la distribución elástica de tensiones y el módulo de rotura, fr, del hormigón como se especifica en el LRFD Artículo 5.4.2.6. 1,33 veces el momento mayorado, Q, requerido por las combinaciones de cargas para los estados límites de resistencia aplicables especificados en el LRFD Tabla 3.4.1-1. El momento de fisuración, Mcr, puede tomarse como: 6 db SdondefSM 2 crccr == Sc = 10595988.5 mm3 A menos que se determine mediante ensayos físicos, el módulo de rotura, fr, en MPa, para resistencias del concreto especificadas arriba de 105 MPa, se puede tomar como: (LRFD Artículo. 5.4.2.6) Para concreto de densidad normal: Cuando es usado para calcular el momento de fisuración de un miembro en el LRFD Artículo 5.7.3.3.2: cr 'f97.0f = → MPa7.55.3497.0fr == Mcr = 60397134.5 N.mm

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