Clase 3b Cargas

7/23/2019 Clase 3b Cargas

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DISEÑO DEPUENTES DE

CONCRETOREFORZADO

Ing. Daniel Alfredo Cruz Pineda

[email protected]

Segundo semestre 2015



FILOSOFÍA DE DISEÑO

• Las estructuras de ingeniería Vial deben cumplir con el criterio

de:

• Redundancia

• Confiabilidad estructural

• Control de vibraciones

• Mantenimiento preventivo

• Economía



Falla en estructura principal



Erosión en pila central



Erosión en estribo



Condición de servicio,vibración



CARGAS ACTUANTES RESISTENCIA DE DISEÑO

Σ ηi γ i Qi ≤ φRn

FACTOR DE CARGAS COEFICIENTE REDUCTOR DELA CAPACIDAD RESISTENTE

FACTOR DEMODIFICACIÓN DE

LAS CARGAS

SOLICITACIÓN

RESISTENCIA NOMINAL

ESTADOS LÍMITES. ECUACIÓN BÁSICA



REDUNDANCIA



IMPORTANCIA OPERATIVA



RESISTENCIA I: Combinación básica de carga relacionadacon el uso vehicular normal, sin considerar

el viento.RESISTENCIA II: Combinación de carga relacionada al usodel puente mediante vehículos de diseño

especiales especificados por el propietarioy/o vehículos que permiten la evaluación,

sin considerar el viento.RESISTENCIA III. Combinación de carga relacionada al

puente expuesto al viento con unavelocidad mayor que 90 km/h.

RESISTENCIA IV Combinación de carga relacionada arelaciones muy altas de la carga muerta a lacarga viva.

RESISTENCIA V: Combinación de carga relacionada al usovehicular normal del puente considerandoel viento a una velocidad de 90 km/h.

COMBINACIONES DE CARGAS



EVENTO EXTREMO I: Combinación de cargaincluyendo sismo.EVENTO EXTREMO II. Combinación de carga

relacionada a la carga de

viento, choque de vehículosy barcos, y ciertos eventoshidráulicos con carga vivareducida, distinta de la carga

de choque vehicular.




SERVICIO I: Combinación de carga relacionada al uso operativo normal delpuente con viento a 90 km/hr y con todas las cargas a su valor nominal (sin

factorizar). También está relacionada al control de la deflexión enestructuras metálicas empotradas, placas de revestimiento de túneles ytubos termoplásticos, así como controlar el ancho de las grietas enestructuras de concreto armado.

SERVICIO II: Combinación de carga considerado para controlar la fluencia dela estructuras de acero y el deslizamiento de las conexiones críticas,debidos a la carga viva vehicular.

SERVICIO III: Combinación de carga relacionada solamente a la fuerza detensión en estructuras de concreto pretensado, con el objetivo de controlar

las grietas.

FATIGA: Combinación de fatiga y carga de fractura, relacionada a la cargaviva vehicular repetitiva y las respuestas dinámicas bajo un camión dediseño simple con el espaciamiento entre ejes.




FACTORES DE CARGA (γ i )



FACTORES DE CARGA (γ p )



0,0 en los estados límites de resistencia y eventoextremo,

1,0 en el estado límite de servicio cuando no seconsidera la sobrecarga, y

0,50 en el estado límite de servicio cuando seconsidera la sobrecarga.

FACTORES DE CARGA (γ TG y γ SE )



TIPOS DE CARGA A INTEGRAR

- Cargas Muertas- Sobrecargas- Cargas móviles vehiculares

- Cargas de frenado

- Cargas centrifugas- Cargas de impacto- Cargas móviles peatonales- Cargas debido a presión hidráulica

- Otras cargas- Cargas de viento



CARGA MÓVILVEHICULAR

Ñ



SOBRECARGA VEHICULAR DE DISEÑO. HL 93

CAMIÓN DE DISEÑO SEGÚN CÓDIGO AASHTO LRFD 2010

Ñ



Tandem de DiseñoEl tandem de diseño consistirá en un par de ejes de 11.2 Toncon una separación de 1200 mm. La separación transversalde las ruedas se deberá tomar como 1800 mm. Se deberáconsiderar un incremento por carga dinámica.

Carga del Carril de DiseñoLa carga del carril de diseño consistirá en una carga de 0.96Ton/m, uniformemente distribuida en dirección longitudinal.

Transversalmente la carga del carril de diseño se supondráuniformemente distribuida en un ancho de 3000 mm. Lassolicitaciones debidas a la carga del carril de diseño noestarán sujetas a un incremento por carga dinámica.

SOBRECARGA VEHICULAR DE DISEÑO. HL 93

TANDEM DE DISEÑO Y CARGA DE CARRIL



TANDEM DE DISEÑO Y CARGA DE CARRIL

.



EJEMPLO

¿Que es mas critico para un puente de 15mde luz entre apoyos, la combinación de cargacamión + CD o tándem + CD?

Momento por camión HL-93 = 84.94 Ton-mMomento por Tándem = 77 .40 Ton-mMomento por carga de carril (CD) = 54 Ton-m

Camión + CD = 138 .94 Ton-mTándem + CD = 131.28 Ton-m

CAMIONES DE DISEÑO EN NORMATIVA NACIONAL



CAMIONES DE DISEÑO EN NORMATIVA NACIONAL



EJEMPLO

¿Que es mas critico para un puente de 15mde luz entre apoyos, carga Aashto-10 , camiónT 3S2R4 o camión HS20?

Momento carga Aashto-10 = 138 .94 Ton-mMomento camión T 3S2R4 = 105.18 Ton-mMomento camión HS20 = 99.84 Ton-m

FACTOR DE PRESENCIA MÚLTIPLE



FACTOR DE PRESENCIA MÚLTIPLE

NÚMERO DE CARRILES DE DISEÑO



En general el número de carriles de diseño se debería determinartomando la parte entera de la relación w/3600, siendo w el ancholibre de calzada, en mm, entre banquetas y/o barreras. También sedeberían considerar posibles cambios futuros en las características

físicas o funcionales del ancho libre de calzada.En aquellos casos en los cuales los carriles de circulación tienenmenos de 3600 mm de ancho, el número de carriles de diseñodeberá ser igual al número de carriles de circulación, y el anchodel carril de diseño

se tomará como el ancho del carril de circulación.Los anchos de calzada comprendidos entre 6000 y 7200 mmdeberán tener dos carriles de diseño, cada uno de ellos de anchoigual a la mitad del ancho de calzada.

NÚMERO DE CARRILES DE DISEÑOw




Tabla para la Determinación del la Cantidad de Carriles

pie mm Cantidad de carriles

20 6096 2

30 9144 2

42 12817 3

54 16459 4

66 20117 5

78 23774 6

90 27432 7

102 31090 8

114 34747 9

126 38405 10


INCREMENTO POR CARGA DINÁMICA (IM)



Los efectos estáticos del camión o tándem de

diseño, a excepc ión de las fu erzas cen trífuga y de frenado , se deberán mayorar aplicando losporc en tajes in dic ados en la Tab la paraincremento de carga dinámica.

El factor a aplicar a la carga estática se deberátomar como:

(1 + IM/100)

El incremento por carga d inám ica no se apl icará a

las cargas peatonales n i a la carga del carr i l de

d iseño .





(1 + IM/100)

Se destaca la importancia de la carga dinámica sobrelos puentes, sobre todo para las juntas. En Guatemalason criticas ya que deben ser reparadas gran cantidad

de ellas en muchos de los puentes.


FUERZAS CENTRÍFUGAS (CE)



FUERZAS CENTRÍFUGAS (CE)

Las fuerzas centrífugas se deberán tomar como el producto entre los pesos por eje del camión otandem de diseño y el siguiente factor C:

gR

vC

3

4 2

donde:v = velocidad de diseño de la carretera (m/s)g = aceleración de la gravedad: 9,807 (m/s2 )R = radio de curvatura del carril de circulación (m)

Las fuerzas centrífugas se deberán aplicarhorizontalmente a una distancia de 1,8m sobre la

superficie de la calzada.

FUERZA DE FRENADO (BR)



La fuerza de frenado se deberá tomar como el

mayor valor entre:

• 25 por ciento de los pesos por eje del camión de

diseño o tándem de diseño ,

• 5 por ciento del camión de diseño más la cargadel carril de diseño ,

• 5 por ciento del tándem de diseño más la carga

del carril de diseño .

Se deberán aplicar horizontalmente a una distanciade 1 ,8 m sobre la superficie de la calzada.

FUERZA DE FRENADO (BR)

COLISIÓN DE VEHÍCULOS (CT)



A menos que estén protegidos los estribosy pilas de puentes ubicados a 9m o menosdel borde de la calzada, o a 15m o menosde la línea de centro de una vía ferroviaria,

se deberán diseñar para una fuerzaestática equivalente de 180 ton , que seasume actúa en cualquier dirección en un

plano horizontal, a una altura de 1 ,2msobre el nivel del terreno.

COLISIÓN DE VEHÍCULOS (CT)

CARGA PEATONAL (PL)



•

Se deberá aplicar una carga peatonal de0.360 Ton/m2 en todas las aceras de másde 0,6m de ancho, y esta carga se deberáconsiderar simultáneamente con lasobrecarga vehicular de diseño.

• Los puentes exclusivamente para tráfico peatonal y/o ciclista se deberán diseñar

para una sobrecarga de 0.410 Ton/m2.

CARGA PEATONAL (PL)



PRESIONESHIDRÁULICAS

CARGAS HIDRÁULICAS (WA)



PRESIÓN HIDROSTÁTICASe asumirá que la presión hidrostática actúa de forma

perpendicular a la superficie que retiene el agua. La presión sedeberá calcular como el producto entre la altura de la columna deagua sobre el punto considerado, la densidad del agua y g

(aceleración de la gravedad). Los niveles de agua de diseño paralos diferentes estados

SUBPRESIONES

La flotabilidad se deberá considerar como una fuerza delevantamiento, tomada como la sumatoria de las componentesverticales de las presiones hidrostáticas, que actúa sobre todoslos componentes debajo del nivel de agua de diseño.

CARGAS HIDRÁULICAS (WA)

PRESIÓN DEL AGUA EN LAS PILAS Longitudinal (WA)



NCD

p

241014,5 V C p D

p presión del agua que fluye (MPa)C D coeficiente de arrastre para pilas

como se especifica en la TablaV velocidad del agua de diseño para

la inundación de diseño en estadoslímites de resistencia y servicio ypara la inundación de control en elestado límite correspondiente aevento extremo (m/s)

PRESIÓN DEL AGUA EN LAS PILAS. Longitudinal. (WA)

PRESIÓN DEL AGUA EN LAS PILAS LATERAL (WA)



241014,5 V C p L

p presión del agua que fluye (MPa)C L coeficiente de arrastre lateral

como se especifica en la TablaV velocidad del agua de diseño para

la inundación de diseño en estadoslímites de resistencia y servicio ypara la inundación de control en elestado límite correspondiente aevento extremo (m/s)

PRESIÓN DEL AGUA EN LAS PILAS. LATERAL (WA)



OTRAS CARGAS

CARGAS DE VIENTO y SISMO




Presión del Viento sobre las Estructuras (WS)VIENTOS EXTREMOS

Presión del Viento sobre los Vehículos (WL)VIENTOS NO EXTREMOS

Carga de Sismo (EQ)EXTREMA

l



¿El viento, es una carga queimporte y afecte un puente?





Presión del Viento sobre las Estructuras (WS)VIENTOS EXTREMOS

Presión del Viento sobre los Vehículos (WL)VIENTOS NO EXTREMOS

Carga de Sismo (EQ)EXTREMA

OTRAS CARGAS



OTRAS CARGAS

CR fluencia lentaSE asentamientoSH contracción

TG gradiente de temperaturaTU temperatura uniforme

FR fricción

CV fuerza de colisión de una

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