Cap+6-1-Metodos+Diseno-12

Cap. 6:MÉTODOS DE DISEÑO

DE PUENTES DE CARRETERA

Semestre 9 – Paralelos 1 y 3CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

Dra. Ing. Teresa AYABACA CAZAR, Ph.D.

Períodos: Marzo- Agosto Septiembre-Febrero

Dra. Ing. Teresa Ayabaca Cazar Universidad Central del Ecuador

Métodos Generales de Diseño de EstructurasCONDICION BÁSICA:

Resistencia de la Sección (R) ≥ Efectos de Cargas solicitantes (Q)R ≥ Q

a) Método del Diseño por los esfuerzos de trabajo(esfuerzos admisibles de los materiales -1860);

b) Método del Diseño por los Estados Límite (después de 1950):

- de los ESTADOS LÍMITE ÚLTIMOS, y- de los ESTADOS LÍMITE DE SERVICIO.


Los Métodos de Diseño de PUENTES según las Especificaciones AASHTO - EVOLUCIÓN

- HASTA DIC-2007: Standard Specifications

Se ACEPTA el uso de: A) Método del Diseño por los esfuerzos de trabajo ( SLD - Service Load

Design / Allowable Stress Design)

B) Método del Diseño por Ultima Resistencia (LFD - Load Factor Design / Strength Design):

( )( )( ) ...D L ICECombinación N D L I ICEγ β β β= ⋅ ⋅ + ⋅ + + + ⋅

( ) ( )( ) ( )

0,55

1,82 1,82i i yD L

i i yD L

R FS Q f f F

f f F

≥ ⋅ ∴ + ≤

∴ + ≤

( ) ( ) ( )1,3 1,0 5 / 3n i i i i yD LR Q f f Fφ γ β φ⎡ ⎤≥ ⋅ ∴ + ≤⎣ ⎦∑


Evolución ...

- DESDE DIC-2007:LRFD Bridge Design Specifications

- Método del Diseño por los Factores de Carga y Resistencia o Diseño por los Estados Límite (LRFD-Load and Resistance Factor Design),

- Combinaciones de cargas seleccionadas para los Estados Límite:. de Resistencia, . de Servicio , . de Fatiga, y . de Evento Extremo.

f n i i iR R Qφ η γ= ≥ ⋅ ⋅∑

( ) ( )1,25 1,75i i yD Lf f F

por calibraciónNuevo Modelo de Carga Viva Vehicular

φ

φ

∴ + ≤


Evolución...

DIFERENCIAS PRINCIPALESENTRE LOS MÉTODOS AASHTO:

- Método del Diseño por los esfuerzos de trabajo ( SLD - Service Load Design / Allowable Stress Design)

Considera que todas las cargas tienen la misma variación

- Método del Diseño por Ultima Resistencia (LFD - Load Factor Design / Strength Design):

Reconoce que cada carga varía de diferente forma, para ello introduce factores de modificación de las cargas

- Método del Diseño por los Factores de Carga y Resistencia o de los Estados Límite (LRFD-Load and Resistance Factor Design)

Introduce factores con base probabilística para la modificación tanto de las cargas y de la resistencia


Diferencias entre las Especificaciones

AASHTO - Estándar y las AASHTO - LRFD

1. los estados límite sustituyen a los grupos de cargas;

2. los factores de carga gamma sustituyen a los factores beta;

3. las cargas muertas se separan en:

- elementos estructurales y no estructurales, y

- capa de rodadura e instalaciones;

4. la carga viva vehicular HL-93 sustituye a las cargas H y HS;

5. la carga de los vehículos se aplica simultáneamente con la carga

distribuida equivalente.


LRFD Bridge Design Specifications - AASHTO( LRFD - Load and Resistance Factor Design )

Especificaciones del Diseño de Puentes por los Factores de Carga y Resistenciao por los Estados Límite de la AASHTO


Según las Especificaciones LRFD-AASHTO se examinan algunas combinaciones de carga correspondientes a los siguientes estados límite:

• Estado Límite de SERVICIO ( 4 combinaciones):• Se consideran esfuerzos, deformaciones y anchos de fisuras bajo

condiciones de servicio normal• Estado Límite de FATIGA Y FRACTURA ( 1 combinación):

• Se consideran rangos de esfuerzos y fisuración bajo cargas repetitivas por el transporte vehicular regular

• Estado Límite de RESISTENCIA ( 5 combinaciones):• Se considera la capacidad de resistencia y estabilidad de la estructura

frente a la acción de las cargas solicitantes• Estado Límite de EVENTO EXTREMO ( 2 combinaciones):

• Se considera la capacidad de resistencia y estabilidad de la estructura frente a ciertos eventos como sismos, choques vehiculares, de buques y del hielo.

ESTADOS LÍMITE:se definen según la utilidad estructural y con la finalidad de impedir fenómenos

que pondrían en peligro la capacidad resistente o la calidad del servicio


COMBINACIONES DE CARGASLRFD-AASHTO

Servicio I Operación normal del puente; cargas nominales y acción de viento con velocidad de 90 km/hControl de fisuras en estructuras de HA

Servicio II

Servicio III

Servicio IV

Fatiga y Fractura I

Control de fluencia de estructuras de acero y deslizamiento de las conexiones por sobrecarga vehicular

Control de esfuerzos de tensión y fisuración de superestructuras de HP

Control de fisuración en infraestructuras de HP

ESTADOS LÍMITE

B) ESTADO LÍMITE DE FATIGA Y

FRACTURADiseño bajo el criterio del

control de grietas

A) ESTADO LÍMITE DE SERVICIO

Diseño bajo el criterio de los esfuerzos

admisibles

Control de la fisuración bajo la carga repetida del camión de diseño


COMBINACIONES DE CARGAS LRFD-AASHTO...

Resistencia I Tráfico de vehículos estándar sin considerar el viento

Resistencia II Tráfico de vehículos especiales y de circulación restringida, sin viento

Resistencia III Vientos con velocidades > 90 km/h

Resistencia IV Alta relación entre Carga Muertas y Carga Viva (D / L)

C) ESTADO LÍMITE DE RESISTENCIA

Diseño que trata de asegurar la resistencia y

estabilidad de la estructura durante su

vida útilResistencia V Tráfico estándar y vientos con

velocidades iguales a 90 km/h

Evento Extremo I Presencia de la Acción Sísmica

ESTADOS LÍMITE

D) ESTADO LÍMITE DE EVENTO EXTREMODiseño que trata de

asegurar la supervivencia de la estructural frente a acciones extraordinarias

Evento Extremo II Presencia de la acción del hielo o de choques vehicular o de embarcaciones


f n i i iR R Qφ η γ= ⋅ ≥ ⋅ ⋅∑

CONDICION BÁSICA:Resistencia de la Sección (R) ≥ Efectos de Cargas solicitantes (Q)

ECUACIÓN BÁSICA PARA CADA COMBINACIÓN DE CARGAS Y ESTADO LÍMITE:

Donde:= Resistencia Factorada o de Diseño;

= Factor de Resistencia;

= Resistencia Nominal;

= Coeficiente de Modificación de carga,

= Factor de Carga;

= Efecto de Carga nominal.

fR

φ

nR

iη

iγ

iQ


Coeficiente de Resistencia

f n i i iR R Qη γφ= ⋅ ≥ ⋅ ⋅∑

Coeficiente de ResistenciaEstados Límite Material MOMENTO CORTE

Acero 1,00 1,00

Acero Compuesto 1,00 1,00

Hormigón Armado 0,90 0,90

Hormigón Pretensado

1,00 0,90

Demás Estados ----- 1,00 1,00

De Resistencia

Ecuación Básica para cada Combinación de Cargas y Estado Límite


Coeficiente de Modificación de carga

f n ii iR R Qη γφ= ⋅ ≥ ⋅ ⋅∑

max

min .

0,95 ;

1 1,00

i D R I i

i iD R I

para

para

η η η η γ

η γη η η

∴ = ⋅ ⋅ ≥

∴ = ≤⋅ ⋅

Dη

Rη

Donde:

= Factor de Ductilidad,

= Factor de Redundancia,

= Factor de Importancia operativa.Iη


Estados Límite Importancia del puente Coeficiente de Importancia

Puentes importantes ≥ 1,05Puentes típicos = 1,00

Puentes relativamente poco importantes ≥ 0,95

Demás Estados Todos los puentes = 1,00

De Resistencia o Evento Extremo

Estados Límite Coeficiente de Ductilidad Coeficiente de Redundancia

≥ 1,05componentes y conexiones no dúctiles

≥ 1,05Elementos no redundantes

= 1,00diseños y detalles convencionales

= 1,00Niveles convencionales de redundancia

≥ 0,95Componentes y conexiones con medidas adicionales de ductilidad

≥ 0,95Niveles excepcionales de redundancia

Demás Estados = 1,00 = 1,00

De Resistencia

Iη

RηDηCOEFICIENTE DE MODIFICACIÓN DE CARGA...


Factor de cargase selecciona de manera de producir la solicitación total mayorada extrema

depende de la carga, de la combinación y del estado límite analizados

if n iiR R Qφ η γ= ⋅ ≥ ⋅ ⋅∑

CARGAS

COMBINACION

DC, DD, DW,................

LL, IM, CE, BR, PL, LS

WA WS WL FR TU, CR, SH TG EQ IC CT

0,50 / 1,20 ....

....

....

....

1,00

....

....

....

....

........

0,50 / 1,20

........

....

....

....

....

1,00

....

....

.......

....

....

....

....

....

1,00

....

....

....

......

......

......

1,00 / 1,20

1,00 / 1,20

......

........ ....................

....

....

....

....

....

........

....

....

Servicio I 1,00 1,00 1,00 0,30 1,00 1,00 ....

Servicio II 1,00 1,30 1,00 .... .... 1,00 ....

..... .... .... .... .... .... .... .... ....

........

1,75

1,35

....

SE

....

0,50

0,75

1,00

1,00

....

....

CV

Resistencia I

1,00

1,00

........

1,00........

....

....

....

....

....

Resistencia III

....

1,00

........

....

.... .... ....

...... ....

....

....

....

1,00

1,00

.... ....

Evento Extremo I .... ....

Evento Extremo II ....

........

...

........

1,00

Resistencia II ....

Fatiga y Fractura ........ ........

pγ

pγ

pγ

TGγ SEγ

TGγ SEγ

EQγ

TGγ SEγ

pγ

TGγ SEγ


Factores de Carga ( γ ) :(TABLA 3.4.1-1-AASHTO-LRFD)


Factor γp (para CARGA PERMANENTE):(TABLA 3.4.1-2 – AASHTO-LRFD)

Factores de Carga ...


Factores γ para:

γTG , Factor para GRADIENTE DE TEMPERATURA

= 0,0 en los Estados Límite de Resistencia y Evento Extremo,= 1,0 en el Estado Límite de Servicio, en el cual no se considera carga viva,= 0,50 en el Estado Límite de Servicio, en el cual se considera carga viva.

γSE , Factor para ASENTAMIENTO

- Se adopta de conformidad con el proyecto. - Si no existe información específica se toma un valor igual a 1,0

para combinaciones que incluyen o no el asentamiento

γEQ , Factor para SOBRECARGA en la Combinación de Evento Extremo I

- Se adopta a base de las características de cada proyecto,- Los valores sugeridos son: 0,00 ; 0,50 ; 1,00

Factores de Carga ...


CARGAS que actúan sobre la estructura del puente (super e infraestructura)

1. CARGAS PERMANENTES:

– DC = PESO PROPIO de los elementos estructurales y no estructurales del puente– DW = PESO PROPIO capa de rodadura, componentes e instalaciones de servicios públicos– EV = PESO PROPIO del suelo de relleno – EH = CARGA Horizontal del SUELO (presión, empuje) – ... = CARGA debida a la presencia del nivel Freático– ES = SOBRECARGA UNIFORME sobre el suelo de relleno – DD = CARGA VERTICAL por Fricción NEGATIVA por asentamiento del suelo adyacente a

pilotes– EL = TENSIONES RESIDUALES del proceso constructivo (fuerzas secundarias del postensado

etc.)

f n ii i QR Rφ η γ= ⋅ ≥ ⋅ ⋅∑


CARGAS LRFD-AASHTO ...

2. TRANSITORIAS:– LL = Carga vehicular estándar y no estándar– LS = sobrecarga debida a los vehículos sobre el suelo de relleno– PL = carga peatonal – EFECTOS DE LA CARGA VIVA VEHICULAR:

• IM = Efecto dinámico de la carga vehicular (impacto)• BR = Fuerza de frenado y aceleración de los vehículos• CE = Fuerza centrífuga• FR = Fricción• Provocadas por choques de automotores:

– CT = choque vehicular sobre los apoyos del puente– Choque sobre protecciones laterales vehiculares del puente

– EFECTOS DEBIDOS A LA PRESIÓN DEL VIENTO:• WL = Sobre los vehículos,• WS = sobre la estructura• Presión vertical, inestabilidad aeroelástica


CARGAS LRFD-AASHTO ...

– WA = EFECTOS DEBIDOS A LA CARGA HIDRÁULICA Y PRESIÓN DE FLUJO DE AGUA (presión estática, flotación, presión de la corriente, olas)

– IC = EFECTOS POR CARGA DE HIELO– Fuerzas provocadas por superposición de deformaciones:

• CR = Fluencia lenta• SH = retracción del hormigón• SE = asentamiento• Variación de Temperatura ambiental:

– TG = gradiente de temperatura a través del elemento estructural– TU = temperatura uniforme a través del elemento estructural

– EQ = Fuerza Sísmica– CARGAS ACCIDENTALES:

• CV = Choque de embarcaciones (Vessel),• Otras cargas accidentales (por incendios, explosiones, etc.)

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