cargas en puentes

Universidad de Los Andes

Facultad de Ingeniera

Departamento de Estructuras

Proyectos Estructurales

Cargas y Sobrecargas en Puentes

Orlando Ramrez Boscn

Mrida, marzo 2014

Cargas y Sobrecargas en Puentes D

efin

ici

n

Las cargas se definen como todas las fuerzas que actan tanto sobre la superestructura como la infraestructura. Estas se subdividen en :

a) Permanentes

b) Variables c) Excepcionales

a) Cargas Permanentes: Son aquellas que actan durante la vida til de la estructura, sin mayor variacin.

i. Peso propio: Se consideran como cargas de peso propio las cargas de todos los elementos propios del conjunto estructural portante. Ejemplos de pesos unitarios en la siguiente tabla.


efin

ici

n

Los pesos unitarios de los materiales que se usan usualmente en la apreciacin de cargas para el diseo de puentes son:

Material Peso (Kg/m3)

Acero Estructural 7850

Hierro Colado 7200

Aluminio 2800

Concreto Armado 2500

Concreto Pretensado 2500

Concreto Ciclpeo 2350

Mortero de Cemento 2150

Madera 800

Pintura Asfltica 1100

Pavimento Asfltico 2300


efin

ici

n

ii. Peso muerto: Se considera como peso muerto a todas las cargas que actan en la estructura de manera permanente, pero no cumplen la funcin de elemento portante; por lo tanto, son las cargas de los elementos que ayudan en el cumplimiento de la funcin de la estructura en el servicio que presta. Algunos ejemplos:

Peso del asfalto Peso de las barandas Peso de los postes Peso de las aceras Elementos Arquitectnicos Peso del balasto Peso de los durmientes Peso de los rieles

iii. Empuje de tierras: Para el caso de la infraestructura

Puentes Carreteros

Puentes Ferroviarios


efin

ici

n

b) Cargas Variables : Son aquellas que tienen variacin frecuente y significativa en relacin a su valor medio. Aqu se incluyen las sobrecargas segn el uso, as como los efectos dinmicos, frenado, fuerza centrfuga y otros. Adems se incluyen en este grupo de cargas, las fuerzas aplicadas durante la construccin, las fuerzas de empuje de agua, subpresin, as como sismo, viento y las ocasionadas por la variacin de temperatura.

c) Cargas Excepcionales: Son aquellas acciones cuya probabilidad de ocurrencia es muy baja, pero en determinadas condiciones deben ser consideradas por el proyectista, como por ejemplo las debidas a colisiones, explosiones o incendios, o cargas excepcionales.

Ejemplos de cargas Variables:

Variacin Trmica Contraccin y flujo plstico del concreto Viento Sismo Empuje de la corriente (en caso de ros, o del mar) Sub-presin (caso de estructuras sumergidas o semisumergidas) Impacto Centrfuga (producidas por los vehculos en curva) Frenado (producida por los vehculos) Sobrecargas de diseo


efin

ici

n

Cargas y Sobrecargas en Puentes Sob

reca

rgas

de

Dis

eo

La sobrecarga de diseo, en el caso de puentes viales, est regida por reglamentos establecidos, bajo estudios realizados a lo largo de muchos aos, en los cuales los elementos de hiptesis de carga son camiones estndares y trenes de carga. Se especifican cargas concentradas y/o distribuidas que varan en su posicin longitudinal y/o transversal, segn sea el caso. Es imposible para el proyectista de un puente conocer de antemano las modificaciones que pueden ocurrir en las cargas vivas con el tiempo. Para garantizar la seguridad del puente debe existir: Control del peso y dimensiones de los vehculos. Continuo mantenimiento.


reca

rgas

de

Dis

eo


reca

rgas

de

Dis

eo

Los actuales vehculos de diseo fueron establecidos por la AASHTO en 1944, sin embargo han sufrido modificaciones e incrementos, pudiendo resumirse las cargas como se muestra en las siguientes figuras:


reca

rgas

de

Dis

eo

Cargas y Sobrecargas en Puentes Ti

pos

de C

arga

s Vivas

El Departamento de Carreteras del Estado de California distingue cuatro tipos diferentes de cargas vivas: 1. Camin HS-20-44

Adoptado a nivel nacional en el diseo de autopistas en los Estados Unidos. Consiste en un camin de 3 ejes con cargas de 3634 y 14528 kg, y con una distancia variable entre ejes traseros entre 4.27 y 9.15 m, lo cual permite jugar con la separacin para obtener las solicitaciones ms desfavorables. En puentes isostticos, la separacin mnima ser la que produce mayores esfuerzos, mientras que en puentes continuos, separaciones mayores produciran mayores efectos.

2. Carga Alternativa

Consiste en dos ejes con carga del 75% de la del eje H-20, o sea de 10896 kg, pero mas concentrada por tener una separacin menor de 1.22 m entre ejes.


pos

de C

arga

s Vivas

3. Sobrecarga Equivalente de Trocha.

Antes de 1944, se corra un tren de cargas que consista de un camin H-20 (2 ejes) antecedido y seguido por camiones H-15. A partir de la adopcin de camiones HS (3 ejes) se estableci una sobrecarga equivalente en lugar del tren de cargas, consistente en una carga uniformemente distribuida de 942 kg/ml de trocha y una carga concentrada que vara entre 8172 kg para momento y 11804 kg para corte. Esta carga puede ser colocada en forma tal que produzca los mximos esfuerzos y hacer, por lo tanto, movimientos de carga en estructuras continuas. Se considera que ambas cargas estn distribuidas en el ancho de la trocha de 3.05 m.


pos

de C

arga

s Vivas


pos

de C

arga

s Vivas

4. Cargas P. Adems de las cargas normales antes mencionadas, se han establecido en California las cargas P, para garantizar suficiente capacidad de carga viva, al transitar cargas poco usuales que requieran un permiso especial. Las cargas P consisten en una serie de ejes idealizados. El vehculo tiene un eje delantero de 11804 kg y hasta 6 ejes traseros tipo tndem de 21792 kg. Estas cargas se adoptaron porque las previstas por la AASHTO, resultan en muchos casos en estructuras incapaces de soportar las cargas actuales y las que se anticipan para el futuro en California.


pos

de C

arga

s Vivas

Para el proyecto del nuevo Viaducto # 1 de la Autopista Caracas La Guaira, se utiliz una carga especial de diseo de un camin extra pesado de 60 Ton


pos

de C

arga

s Vivas

Cargas y Sobrecargas en Puentes Red

ucci

n p

or In

tens

idad

de

Car

ga V

iva

Reduccin por Intensidad de Carga Viva. La Norma AASHTO, permite una reduccin porcentual de la carga viva por la impro-babilidad de coincidencia de cargas mximas, es decir. Una a dos trochas 100% de la carga. Tres trochas 90% de la carga (reduccin 10%). Cuatro o ms 75% de la carga (reduccin 25%). En el caso Venezolano, donde no existen controles de cargas vivas, se recomienda no hacer ninguna reduccin por intensidad de carga viva debido a la usual utilizacin de los hombrillos como va adicional de trfico


istr

ibuc

in

de C

arga

s en

Vig

as P

rinci

pale

s. Distribucin de Las Cargas Vivas sobre Las Vigas Principales.

Se debe considerar una distribucin lateral de la carga viva, la cual variar dependiendo si la viga es externa o interna, y en las externas si estas, a su vez, soportan aceras.

1.83 1.83 1.83 1.83

3.03 3.03 Pr Pr Pr Pr Pr Pr Pr Pr

S S S S

R1 R2 R3 R4 R5

Pr = carga de rueda ---- ancho de trocha = 3.03 ---- S = separacin de vigas principales.


istr

ibuc

in

de C

arga

s en

Vig

as P

rinci

pale

s.

La Idea General consiste en aplicar un procedimiento iterativo de manera que variando la separacin de las vigas S y considerando el tablero como una viga continua bajo las cargas indicadas d como resultado la condicin en las reacciones:

R1 = R2 = R3 = R4 = R5 Factor de Rueda para aplicar a los 3 ejes del vehculo de diseo y as obtener el Tren de

Carga de Diseo.

Otra forma de obtener la distribucin lateral de la carga viva, es utilizar la tabla 2-1.


istr

ibuc

in

de C

arga

s en

Vig

as P

rinci

pale

s.

Nota. La carga en cada viga debe ser la reaccin de la rueda asumiendo que la losa entre vigas acta como viga simplemente apoyada. En la aplicacin de las cargas se deben utilizar tanto las ruedas delanteras como las traseras. En ningn caso las vigas exteriores pueden tener menor capacidad de carga que las interiores. En el caso de tramos de losa de concreto apoyados sobre 4 o mas vigas de acero, la fraccin de carga viva por trocha no puede ser menor a:


istr

ibuc

in

de C

arga

s en

Vig

as P

rinci

pale

s.

.s

3 35

Distribucin de Las Cargas Vivas sobre Vigas Transversales. Esta distribucin es aplicada generalmente en los puentes metlicos de grandes luces.


istr

ibuc

in

de C

arga

s so

bre

Vig

as T

rans

vers

ales

.


istr

ibuc

in

de C

arga

s so

bre

Vig

as T

rans

vers

ales

.

Estribo.

Estribo.

Cerc

ha P

rinci

pal.

Cerc

ha P

rinci

pal.

Vigas Secundarias.

Largueros.

Planta Indicativa.

En la configuracin indicada, la losa del tablero se apoya sobre los largueros, estos sobre las vigas secundarias, estas sobre la cercha principal la cual se apoya en los estribos. Como la losa del tablero es perpendicular a la direccin del trfico, define el problema anterior, es decir que los largueros son ahora vigas principales. En consecuencia utilizar el mismo procedimiento. En el diseo del larguero hay que tener cuidado porque entran varios vehculos de diseo, de manera que se tiene que averiguar la posicin de cada uno de ellos para producir las solicitaciones mximas tanto en reacciones, momentos y cortes.


istr

ibuc

in

de C

arga

s so

bre

Vig

as T

rans

vers

ales

. Para el clculo de los momentos en las vigas transversales no debe asumirse distribucin trasversal de la carga de trocha, sino que se aplicar la siguiente tabla de la AASHTO


istr

ibuc

in

de C

arga

s so

bre

Vig

as T

rans

vers

ales

. Si las vigas principales longitudinales son omitidas en el diseo y la losa del tablero se apoya directamente en las vigas transversales, estas vigas deben ser diseadas para las cargas de acuerdo a los valores dados en la Tabla 2.1.


ise

o de

Los

as d

e C

oncr

eto.

Distribucin de Cargas y Diseo de Losas de Concreto 1. Tomar como referencia las condiciones de apoyo y cargas cuando se

distribuy transversalmente la carga viva, considerando ahora un ancho efectivo de distribucin en la losa del tablero.

1.83 1.83 1.83 1.83

3.03 3.03 Pr Pr Pr Pr Pr Pr Pr Pr

S S S S


ise

o de

Los

as d

e C

oncr

eto.

2. AASHTO a. Luces: Para puentes simplemente apoyados la luz de clculo debe ser

la distancia centro a centro entre apoyos, sin exceder la luz libre mas el espesor de la losa. En tableros continuos, la luz efectiva de clculo es: i. En losas monolticas con vigas o paredes sin cartelas, S ser la

luz libre. ii. En losas apoyadas sobre vigas de acero, S debe ser la distancia

entre los bordes internos de las alas mas la mitad del ancho del ala.

b. Distancia de la Carga de Rueda al borde. En el diseo de losas, el eje de la rueda debe estar a 30 cm de la cara del rodape y en el diseo de aceras, una carga de rueda debe ser colocada a 30 cm de la cada de la baranda o defensa.


ise

o de

Los

as d

e C

oncr

eto.

c. Momentos de Flexin. El momento de flexin por metro de ancho debe ser calculado para los siguientes dos casos, en los que tendremos:

S = Luz efectiva en metros E = Ancho efectivo de la losa en el cual se distribuye la

carga viva P20 = Peso de la rueda trasera = 7264 kg

i. Caso A. Refuerzo Principal Perpendicular al Trfico Para luces de 0.60 a 7.32 m, el momento flector por carga viva para luz simple debe determinarse de acuerdo a la siguiente frmula:

+ =

..CV 20

S 0 61M P

9 74(Kg-m/ancho de losa)


ise

o de

Los

as d

e C

oncr

eto.

Cuando la losa del tablero tiene 3 o ms apoyos el momento flector de diseo por metro de ancho es 0.80*MCV tanto para momentos positivos como negativos, es decir.

+ =

..

.CV 20S 0 61

M 0 80 P9 74

ii. Caso B. Refuerzo Principal paralelo al trfico El ancho efectivo para las cargas de rueda es

( )= +


ise

o de

Los

as d

e C

oncr

eto.

d. Aceros de Reparticin. Para prever la distribucin lateral de las cargas vivas concentradas, debe colocarse un refuerzo perpendicular al acero principal del tablero segn las expresiones indicadas a continuacin. i. Para Acero principal paralelo al trfico.

REP PPAL PPAL

55As As 50 del As

S% =


ise

o de

Los

as d

e C

oncr

eto.

En el caso de refuerzo perpendicular al trfico, el acero de reparticin la cantidad calculada por la formula anterior debe colocarse en la mitad del tramo de la losa y en los cuartos restantes el 50% de la cantidad calculada.

Forma de Aplicacin de las Cargas Vivas

Cargas y Sobrecargas en Puentes Fo

rma

de A

plic

aci

n de

las

Car

gas

Vivas

.

El ancho de trocha especificado por la AASHTO es de 10 pies = 3.05 m y se supone que una trocha se mueve en un ancho de 12 pies = 3.65 m. Actualmente solo un camin HS por trocha es utilizado en el diseo, sin embargo para luces mayores a 42 m comienza a gobernar la sobrecarga equivalente por trocha. Las vigas principales y transversales del tablero son cargadas con lneas de rueda las cuales corren sobre la estructura. Una lnea de rueda es la mitad de la carga del camin o de la sobrecarga equivalente de trocha.

1.83

Camin 3634 kgs. 14528 kgs. 14528 kgs.

Carga por rueda 1817 kgs. 7264 kgs. 7264 kgs.

La fraccin de trocha asignada a cada viga es comnmente llamada Fraccin de Carga Viva que depende de la separacin de las vigas y del tipo de viga empleada, por ejemplo, tableros sobre vigas prefabricadas: En todo caso, para determinar la fraccin de carga viva es necesario analizar un movimiento del conjunto de ejes traseros mximos que entran en el ancho del puente, buscando la combinacin que produzca la reaccin mxima sobre la viga y aproximadamente igual en todas.


rma

de A

plic

aci

n de

las

Car

gas

Vivas

.

CV 20

SepF P

3 352.=

Las cargas vivas, llevadas a las vigas longitudinales, deben moverse a lo largo de la viga para calcular las solicitaciones mximas, tanto de flexin como de corte.


rma

de A

plic

aci

n de

las

Car

gas

Vivas

.

Rmax Rmax Rmax 4.27 4.27

e e

Momento flector mximo.

Rmax Rmax Rmax 4.27 4.27

Corte mximo.

Indudablemente, debe tantearse cuantos trenes de carga entran el la viga y buscar la condicin que origine los mximos efectos sobre la viga en cuestin. Si la viga es hiperesttica, utilizar las Lneas de Influencia para determinar la posicin del tren de carga y sus efectos mximos.


rma

de A

plic

aci

n de

las

Car

gas

Vivas

. En el diseo de las superestructuras, el objetivo principal es establecer las solicitaciones mximas por carga viva que debe soportar cada elemento estructural con base al nmero de trochas que puedan entrar en el puente. Este efecto depende de la rigidez del tablero para distribuir transversalmente las cargas. Por otro lado, a medida que aumenta la separacin entre vigas se llega a un punto donde la distribucin recomendada por la Norma AASHTO no aplica, en consecuencia, debe tomarse el tablero como viga continua para calcular las Rmax sobre las vigas.

Cargas y Sobrecargas en Puentes Im

pact

o. Impacto.

Un vehculo rodando sobre un puente producir mayores esfuerzos que uno que est en una posicin esttica. Este incremento de esfuerzos constituye el efecto dinmico de las cargas y es usualmente llamado Impacto. Impacto son esfuerzos generados por la aplicacin de cargas en un perodo muy corto de tiempo y, no causado por un golpe. Se demuestra que una carga aplicada instantneamente produce esfuerzos cuya magnitud puede ser el doble comparados con la misma carga pero esttica. En los puentes la carga nunca es aplicada instantneamente sino durante un perodo finito. El efecto dinmico debido a cargas sbitas es diferente para los diferentes elementos de un puente.

Cargas y Sobrecargas en Puentes Im

pact

o. Adicionalmente al impacto de la carga viva, debe considerarse:

Imperfecciones en la calzada. Vibracin del vehculo sobre sus propios resortes.

La magnitud de los esfuerzos depende de

Masa vehicular. Masa del puente. Frecuencia natural de la estructura. Coeficiente de amortiguamiento.

Es muy complicado establecer analticamente el efecto dinmico de las cargas vivas en puentes. La Norma AASHTO establece.

15 24I 38

L.

= +

El valor mximo del Factor de Impacto se ha establecido como 0.30, correspondiente a una luz simple de 12.71 m

Cargas y Sobrecargas en Puentes Fu

erza

s Lo

ngitu

dina

les.

Fuerzas Longitudinales Cuando un vehculo frena y/o acelera produce fuerzas longitudinales sobre el tablero debido al roce entre ruedas y losa. En el caso particular de caucho sobre concreto, el coeficiente de roce es aproximadamente 0.75 y la magnitud de la fuerza horizontal depende de la magnitud de la aceleracin y/o desaceleracin. Esta fuerza viene dada por:

W VF

g t =

Donde: W = peso total del vehculo. g = aceleracin de la gravedad. V = cambio de velocidad en el intervalo t


erza

s Lo

ngitu

dina

les.

Para tomar en cuenta este efecto, las Normas AASHTO preveen una fuerza longitudinal horizontal con un valor del 5% de la Carga Viva sin impacto, en todas las trochas cargadas andando en una misma direccin. La carga viva especificada es la uniforme de trocha + la carga concentrada por momento. Esta fuerza se supondr aplicada a una altura de 1.80 m sobre la calzada para simular la posicin del C.G. del camin. Esta fuerza de frenado tiene poco efecto sobre la superestructura, sin embargo, es importante para el diseo de los aparatos de apoyo y la infraestructura.


erza

s C

entr

fuga

. Fuerza Centrfuga. La velocidad del vehculo sobre una va en curva produce una fuerza perpendicular a la tangente de la curva. Esta fuerza viene dada por:

2W vF

g r

=

Donde: W = peso total del vehculo. g = aceleracin de la gravedad. V = velocidad del vehculo. r = radio de la curva. Para la calcular la magnitud de esta fuerza, debe considerarse todas las trochas cargadas sin impacto, en el mismo sentido y la altura de aplicacin h = 1.80 sobre la calzada. En el clculo no debe usarse la sobrecarga por trocha.


erza

s de

Vie

nto.

Fuerzas de Viento. Las fuerzas originadas por el viento, han constituido gran preocupacin en los proyectistas de puentes por la complejidad del fenmeno (Tacoma). Algunas de las variables a considerar son:

Tamao y forma del puente. Efecto de la topografa Frecuencia del puente y del viento (resonancia). ngulo de incidencia. Relacin velocidad-tiempo etc


erza

s de

Vie

nto.

En la prctica, la fuerza total sobre el puente es la presin multiplicada por el rea efectiva. Siendo rea efectiva el rea vista en alzado multiplicada por un coeficiente de rea CA que depende de:

ngulo de incidencia. (15) Tipo de puente y tablero. Distancias entre vigas.

La Norma AASHTO especifica una fuerza bsica de viento con velocidades de 160 km/h aplicada a la sumatoria de todas las reas expuestas con ngulo de 90 con respecto al eje longitudinal de la estructura. Arcos y cerchas = 365 kg/m2. Vigas longitudinales y transversales = 245 kg/m2. La fuerza total en vigas no puede ser menor a 445 kg/ml


erza

s de

Vie

nto.

Adicionalmente, las especificaciones contemplan: a. Una fuerza adicional de 150 kg/ml contra la carga rodante aplicada a

1.80 m sobre la calzada. Cuando se aplica esta carga adicional, slo el 30% de la carga de viento antes indicada se aplica a la estructura.

b. Una fuerza vertical de volcamiento de 100 kg/m2 aplicada a reas de losas y aceras en tableros que puedan estar sujetos a ello. Por ejemplo puentes sobre monocolumnas.


erza

s Ss

mic

as. Las fuerzas ssmicas son originadas por el movimiento del terreno de

fundacin bajo la accin de eventos ssmicos. En Venezuela este efecto fue ignorado en los puentes carreteros y urbanos, entre otras cosas por: Baja altura de las estructuras. No existan mtodos de anlisis precisos y confiables. Sin embargo, despus del terremoto de Caracas (1967), Alaska, California, Guatemala, donde varios puentes fueron destruidos se est exigiendo la intervencin ssmica en el diseo de puentes. En general, el efecto ssmico sobre un puente depende de: Peso muerto de la estructura. Aceleracin del sitio. Perodo de vibracin, suelo y estructura. Tipos de suelo en el sitio de implante.


erza

s Ss

mic

as. La Norma AASHTO contempla un mtodo simplificado para evaluar o determinar las fuerzas ssmicas que actan sobre el puente.

En Venezuela existe una propuesta desde 1987 denominada Normas Venezolanas para el Diseo Sismorresistente de Puentes, elaboradas por los Ingenieros William Lobo Q., Lus Contreras P. y Elio Gonzlez B., que an hoy da no es oficial. Entre las estructuras vulnerables a sismos intensos se encuentran los puentes, que como estructuras esenciales de comunicacin deben permanecer operativos despus de la ocurrencia de un evento ssmico. Para ilustrar los efectos ssmicos sobre estas estructuras pueden mencionarse las fallas de puentes durante sismos ocurridos, por ejemplo.

Terremoto de Alaska (29/03/64) 9 derrumbados y 26 daos graves. San Fernando (09/02/71) 62 afectados y el 25% daos graves.


erza

s Ss

mic

as.


erza

s Ss

mic

as. Esta propuesta de Normas para el diseo sismorresistente de puentes tiene como objetivo principal que el pas cuente con un cuerpo de

especificaciones normativas que contribuyan a darle resistencia y ductilidad a estas importantes estructuras ante la presencia de sismos destructivos. Procedimiento de Anlisis. El procedimiento general consiste en determinar la respuesta del puente ante un sismo y poder calcular las fuerzas y desplazamientos en los diferentes elementos. La Norma AASHTO ha establecido una serie de parmetros previos indispensables para la escogencia del procedimiento a utilizar y calcular las fuerzas actuantes, como son:

o Clasificacin de importancia (IC). o Categora de comportamiento ssmico (SPC). o Coeficiente de aceleracin del terreno (A0) o Coeficiente del sitio (S) o Factor de modificacin de respuesta (Factor R).


erza

s Ss

mic

as. Clasificacin de Importancia.

Tiene por objeto establecer si un puente debe continuar imperativamente funcionando despus del sismo. Puentes esenciales (sobrevivencia/social, seguridad/defensa) I Otros (secundarios) II Coeficiente de Aceleracin. Es un coeficiente adimensional utilizado para evaluar el movimiento del terreno que se encuentra reflejado en los mapas de zonificacin ssmica. En Venezuela y otros pases existen mapas de zonificacin ssmica en los cuales se establecen las zonas con aceleraciones similares, el cual permite ubicar el sitio del puente y su correspondiente coeficiente de aceleracin.


erza

s Ss

mic

as. Para el clculo de los estribos, el coeficiente de aceleracin es descompuesto en uno horizontal y otro vertical

Kh = A0/2 y cuando hay pilotes Kh = 1.50A0

0.30Kh < Kv < 0.50Kh Segn la propuesta de Norma Venezolana, se tiene.

Zona 4 3 2 1 0

A0/g 0.40 0.30 0.20 0.12 0.00

Clasificacin de Importancia. Tabla 4.3

Clasificacin de Importancia

Grupo Coeficiente de Importancia

Esenciales A 1.25

Otros Puentes B 1.00

Aceleraciones mximas del terreno. Tabla 4.2


erza

s Ss

mic

as. Categora de Comportamiento Ssmico.

En funcin de la clasificacin de importancia y de la zona ssmica, la Norma Venezolana establece tres categoras de comportamiento ssmico. Estas categoras quedan descritas en funcin de: Mtodos de anlisis y detallado de los refuerzos. Investigacin del subsuelo. Diseo de elementos y conexiones.

Requerimientos menores para CS1 Requerimientos mayores para CS3

Zona Ssmica

Clasificacin de

Importancia 1 2 3 4

A CS2

CS3

CS2

CS3 CS3 CS3

B

CS1

CS2

CS3

CS2

CS3

CS2

CS3 CS3


erza

s Ss

mic

as. Segn AASHTO

Por otro lado, de acuerdo a su forma geomtrica los puentes pueden clasificarse en: Regulares: seccin transversal de la superestructura es uniforme y similar en su longitud, adems los apoyos intermedios (pilas) son regulares. Irregulares: varan en seccin transversal y las pilas tienen diferentes formas y tipos.


erza

s Ss

mic

as. Coeficiente de Sitio.

El tipo de suelo en el sitio de implante juega un papel muy importante en la respuesta ssmica del mismo. La Norma Venezolana establece: Perfil S1. Roca de cualquier caracterstica, con velocidad de corte Vs > 750 m/seg Condiciones de suelo duro donde la profundidad de la roca < 50 mts. Perfil S2. Perfil profundo de arcillas duras o suelos cohesivos medianamente densos con profundidad de roca > 50 mts. Perfil S3. Suelo granulares densos y/o suelos cohesivos de resistencia blanda, de espesores > 10 metros contenidos en los primeros 30 mts.


erza

s Ss

mic

as.

Perfil S1 Perfil S2

Perfil S3 Perfil S4


erza

s Ss

mic

as. Factores de Amplificacin del Suelo.

Para determinar la influencia de los perfiles de suelos en los espectros de respuesta elstica se tomar en cuenta los factores de amplificacin de las aceleraciones segn la tabla 4.5.

Perfil S1 S2 S3

2.50 2.20 2.00

De acuerdo a AASHTO

Perfil Tipo I. S = 1.0 Perfil con presencia de roca o suelos duros con espesores mayores a 61 m Perfil Tipo 2 S = 1.2 Perfil con capas profundas de arcillas rgidas o suelos sin cohesin, en sitios donde las alturas de suelo, por encima de la roca, sean mayores a 61 m (depositos estables de arenas, gravas o arcillas duras. Perfil Tipo 3 S = 1.5 Perfil con arcillas blandas a semiblandas y capas de arena con alturas mayores a 9.1 m.


erza

s Ss

mic

as. Tipificacin Estructural.

Para tomar en cuenta la propia capacidad de disipacin de energa se establecen los siguientes tipos de sistemas constructivos.

Tipo I. Puentes con pilas aporticadas de acero, compuestas de acero y concreto o concreto armado slo con mltiples columnas.

Tipo II. Puentes con pilas aporticadas de acero, compuestas de acero

y concreto o concreto armado slo dos (2) columnas. Tipo III. Puentes con pilas monocolumnas. Tipo IV. Pilas en forma de muro estructural de concreto armado y/o

prticos de acero diagonalizados,


erza

s Ss

mic

as.

Tipo I Fundacin

Riostra

Cabecero

Tipo II Fundacin

Riostra

Cabecero

Fundacin Riostra

Cabecero

Tipo III

Fundacin Riostra

Cabecero

Tipo IV


erza

s Ss

mic

as. Factores de Ductilidad y Modificacin de Respuesta.

Factor de ductilidad D (tabla 4.6)

Tipo de sistema estructural

Categora de comportamiento

ssmico. I II III IV

CS3 6.00 4.00 2.50 3.50

CS2 3.00 2.00 1.25 175

CS1 1.00 1.00 1.00 1.00

Factor de modificacin de la Respuesta R.

( )*

*

*

elsticasismica

Para T 0 R 1.00

T 4TPara 0 T R 1.00 D 1

4 TT

Para T R D4

FEn general F

R

= =

= +

> =

=

En funcin de las conexiones.

Superestructura a estribos sin juntas intermedias. R = 0.80 Conexiones de columnas y pilas a la superestructura R = 1.00


erza

s Ss

mic

as. Segn AASHTO


erza

s Ss

mic

as. Mtodos de Anlisis.

Segn la AASHTO existen dos metodologas para el clculo de las fuerzas ssmicas que dependen de:

Una luz, la AASHTO no prev anlisis ssmico. Luces mltiples Caractersticas geomtricas de la estructura: puentes regulares o

no. En consecuencia.

Mtodo 1: anlisis espectral modo sencillo. Mtodo 2: anlisis espectral multimodal.

Categora comportamiento

ssmico SPC Puente Regular Puente Irregular

A --- ---

B 1 1

C 1 2

D 1 2


erza

s Ss

mic

as.

Segn la propuesta de Norma Venezolana Mtodo esttico equivalente (M.E.E.) Mtodo dinmico multimodal (M.D.MM.) Aplicable a puentes de ms dos luces o ms y categora > CS1.

Categora comportamiento

ssmico SPC

Puente Regular 2 o ms tramos

Puente Irregular 2 o ms tramos

CS1 --- ---

CS2 M.E.E. M.E.E.

CS3 M.E.E. A.D.MM.


erza

s Ss

mic

as. Mtodo Esttico Equivalente.

Este mtodo se utiliza para calcular las fuerzas ssmicas estticas equivalentes en puentes regulares de varias luces. Asume que acta una carga bsica en la direccin transversal y otra en la direccin longitudinal. Utiliza el principio de los desplazamientos virtuales para desarrollar una forma modal del modelo del puente. Una carga arbitraria, uniforme y esttica P0 es aplicada al puente para producir un desplazamiento inicial VS que posteriormente combinando con el peso muerto permite determinar la carga ssmica equivalente.


erza

s Ss

mic

as.


erza

s Ss

mic

as. Metodologa General.

1. El desplazamiento inicial VS es calculado aplicando una carga P0 = 1.00.

2. Calculando el peso muerto del puente W tomando en cuenta la superestructura y parte de la infraestructura (juicio del analista).

3. Con los valores de VS y W se calculan los parmetros , , .

4. Con estos parmetros se calculan: perodo del puente y fuerza ssmica esttica equivalente.


erza

s Ss

mic

as. Metodologa Paso a Paso.

1 Paso. Calcular V(Sx) para la carga unitaria P(ox) = 1.00 Kg/ml transversal y longitudinalmente. 2 Paso. Clculo del peso total muerto del puente W(x). Este peso debe considerar el peso muerto (permanente) de la superestructura, infraestructura y carga viva en un % atrapada sobre el puente en el momento del sismo. 3 Paso. Con los valores de V(Sx) y W(x) calcular los parmetros.

( )L L L

2

(Sx) (Sx) (x) (Sx) (x)0 0 0

V dx ; V W dx ; V W dx = = =


erza

s Ss

mic

as. 4 Paso.

Con los parmetros anteriores calcular el perodo fundamental del puente.

0

T 2P g

=

P0 = 1.00 g = aceleracin gravedad.

5 Paso. Clculo del coeficiente de la respuesta ssmica CS.

0S 2

3

1 20A gC

T

.=

A0 = coeficiente de aceleracin (mapa ssmico) g = aceleracin gravedad.

6 Paso. Calcular la carga ssmica equivalente.

Sex x Sx

CP W V=( ) ( ) ( )

Esta carga se aplicar a la estructura en forma similar a la aplicacin de la carga P0 = 1, es decir, P(0x) = P(ex) para determinar los desplazamientos, cortes y momentos debido a las cargas ssmicas.


erza

s Ss

mic

as. Combinacin de Las Fuerzas Ssmicas.

Se utiliza una combinacin de fuerzas ssmicas ortogonales para tomar en cuenta la incertitud de la direccin del movimiento ssmico y la ocurrencia simultnea de las fuerzas ssmicas en dos direcciones perpendiculares. Esta combinacin obedece a: Caso 1. 100% Ftransv + 30% Flong Caso 2. 30% Ftransv + 100% Flong

Ancho de Apoyo por Sismo. Debido a su extrema importancia en la seguridad estructural ante sismos, la Norma AASTHO ha establecido un ancho mnimo de apoyo segn la frmula.


erza

s Ss

mic

as.

N 305 2 5L 10H (en mm)= + +.

En la frmula anterior tanto L (longitud de una luz adyacente al apoyo) y H (altura del apoyo) tienen que entrar en metros.

Cuando hay articulaciones intermedias, como por ejemplo en los puentes tipo Gerber, se tiene. En estribos. H = altura promedio de las columnas que soportan el tablero

concurrente en metros H = 0 para puentes de un tramo.


erza

s Ss

mic

as. En pilas. H = altura de las columnas en metros.

En articulaciones dentro de la luz H = altura promedio de las pilas adyacentes en metros.

Cargas y Sobrecargas en Puentes Ef

ecto

s Hid

rul

icos

. Efectos Hidrulicos. El agua puede producir varios efectos en la infraestructura de un puente que se encuentre ubicado en un curso de agua, los cuales son:

Presin hidrosttica. Presin hidrodinmica. Accin abrasiva de la corriente. Socavacin general del ro y local en pilas y estribos.

Presin Hidrosttica. Presin de agua que acta sobre la parte de la estructura enterrada.

hP W h= 0h = profundidad desde el nivel de agua. W0 = peso especfico del agua.


ecto

s Hid

rul

icos

. Presin Hidrodinmica de la corriente. Es importante tomar este efecto donde la velocidad del agua sea tal que puede causar volcamiento o deslizamiento de las pilas. Se admite una distribucin triangular entre el lecho y la superficie libre Se calcula por medio de.

P Kav= 2P = presin unitaria en Kg/m2 a = rea de la proyeccin vertical en m2 v = velocidad mxima del agua en m/sec. K = constante en funcin del peso agua y forma de

la pila.

Los valores de K. K = 0.07 pilas con extremos cuadrados. K = 0.04 pilas con extremos circulares. K = 0.02 pilas con extremos en ngulo < 30.


ecto

s Hid

rul

icos

. Accin Abrasiva de la Corriente. Puede ocurrir en ros que acarreen desechos txicos y corrosivos de fabricas. Socavacin del Agua. Es un efecto poco estudiado y natural ya que depende de la misma corriente de agua. Para estudiar la socavacin es necesario definir. Tirante de aire y Seccin mojada, S Ancho espejo de agua L y Permetro mojado, P Radio hidrulico, RH = S/P Caudal de agua o gasto del ro. Velocidad media del agua, v y Pendiente de la corriente


erza

s de

Col

isi

n. Fuerzas de Colisin.

Colisin de Vehculos. Las pilas expuestas a choque de vehculos (pasos a nivel) debern protegerse con defensas para impedir su colapso. En caso contrario, debern se diseadas para fuerzas de impacto a 1.80 metros de altura sobre la calzada cuya magnitud es: Paralela al trfico 100 tn. Perpendicular al trfico 50 tn. Choques de materiales de acarreo. Son los materiales transportados por la corriente, ejemplo, palos, troncos, rocas, etc.

F 0 10Wv= .F = fuerza de colisin en tn. W = peso material acarreado en tn. v = velocidad del agua en m/seg.

Cargas y Sobrecargas en Puentes C

ombi

naci

ones

de

Car

ga Combinaciones de Cargas.

Los puentes, como cualquier otra estructura, deben estar diseados para las combinaciones de carga y fuerzas ms desfavorables que puedan ocurrir simultneamente en ellos. Utilizar la ecuacin (3-10) captulo 3 de la norma AASHTO 83.


ombi

naci

ones

de

Car

ga


ombi

naci

ones

de

Car

ga Los factores y dados en la tabla, son para el diseo estructural de

miembros por cargas ltimas. Las cargas actuales no deben ser incrementadas por los factores dados en la tabla cuando se diseen las fundaciones (presin del suelo, cargas en pilotes, etc). Tampoco deben ser usados en la verificacin de la estabilidad de las fundaciones de la estructura. E = 1.30 para cargas laterales de tierra en muros de sostenimiento y prticos

rgidos excluyendo alcantarillas rgidas E = 0.50 para presin lateral de tierra en verificacin de momentos positivos en

prticos rgidos E = 1.00 para presin vertical de tierra D = 0.75 para verificacin de miembros con carga axial mnima y mximos

momentos o excentricidades D = 1.00 para verificacin de miembros con carga axial mxima y momentos

mnimos D = 1.00 para miembros en flexin y traccin E = 1.00 para alcantarillas rgidas E = 1.50 para alcantarillas flexibles


ombi

naci

ones

de

Car

ga Los valores de los factores y de la tabla dependen del grupo de

carga. Las Normas dan nueve grupos de carga para el diseo de puentes y un dcimo aplicable a alcantarillas de cajn:

Los grupos I a III aplican a superestructuras e infraestructuras de puentes.

Los grupos IV a VI son fundamentalmente aplicables s arcos y prticos

Los grupos VII a X son aplicables al diseo de infraestructuras.

El concepto de grupos de carga se refiere a las cargas que pueden actuar simultneamente. Al disear por LRFD, los lmites de los esfuerzos son el punto de fluencia para el acero y el porcentaje a los 28 das de la resistencia a compresin del concreto.

Slide Number 1Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23Slide Number 24Slide Number 25Slide Number 26Slide Number 27Slide Number 28Slide Number 29Slide Number 30Slide Number 31Slide Number 32Slide Number 33Slide Number 34Slide Number 35Slide Number 36Slide Number 37Slide Number 38Slide Number 39Slide Number 40Slide Number 41Slide Number 42Slide Number 43Slide Number 44Slide Number 45Slide Number 46Slide Number 47Slide Number 48Slide Number 49Slide Number 50Slide Number 51Slide Number 52Slide Number 53Slide Number 54Slide Number 55Slide Number 56Slide Number 57Slide Number 58Slide Number 59Slide Number 60Slide Number 61Slide Number 62Slide Number 63Slide Number 64Slide Number 65Slide Number 66Slide Number 67Slide Number 68Slide Number 69Slide Number 70Slide Number 71Slide Number 72Slide Number 73Slide Number 74Slide Number 75Slide Number 76Slide Number 77Slide Number 78Slide Number 79Slide Number 80

cargas en puentes

Documents