INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS Y CÁLCULO DE PUENTES

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Introducción al Análisis Estructural y Cálculo de Puentes

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Introducción al Análisis

Estructural y Cálculo de Puentes Desarrollo de la Norma AASHTO LRFD Bridge Design

Specifications

Vlacev Toledo Espinoza

COMUNIDAD PARA LA INGENIERÍA CIVIL

Perú

www.cingcivil.com

Primera Edición: Marzo 2012

Introducción al Análisis Estructural y Cálculo de Puentes

Desarrollo de la Norma AASHTO LRFD Bridge Design Specifications

Publicación Cingcivil: Diplomado Cálculo y Diseño de Puentes

© El Autor

ISBN

http://www.cingcivil.com/

diseño general,

cargas y factores

de carga

En este capítulo se hace una introducción a la Ingeniería Sísmica Basada

en Desempeño, cubriendo temas sobre la historia del PBEE, resumiendo

los primeros esfuerzos como el FEMA 273/356 y el ATC 40. Se desarrollan

los objetivos de la PBEE, formados de la matriz de Objetivos Principales vs

Niveles de Peligrosidad Sísmica, se indican cómo se definen los objetivos

principales a partir de niveles de desempeño en elementos estructurales y

no estructurales.

Comunidad para la Ingeniería Civil Diplomado Cálculo y Diseño de Puentes Diseño General, Cargas y Factores de Carga

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1. Diseño General, Cargas y Factores de Carga según la AASHTO LRFD

Bridge Design Specifications

La AASHTO LRFD Bridge Design Specifications (AASHTO LRFD) a desarrollar será la Sexta Edición

del 2012. La filosofía de la AASHTO será que los puentes se diseñen para estados límites específicos

alcanzando algunos objetivos como la constructibilidad, la seguridad y la servicialidad. Los estados límites

que se especifiquen serán capaces de transportar las cargas de diseño por un ciclo de vida específico.

La resistencia de los componentes y conexiones serán determinados sobre la base del

comportamiento inelástico, aunque los efectos de las fuerzas sean determinados usando el análisis elástico.

1.1. Definiciones

Abertura del Curso del Agua (Waterway Opening): Ancho o área de la abertura del puente en un

estado específico, y medido normal a la dirección principal del flujo.

Agradación (Aggradation): Una acumulación general y progresiva del perfil longitudinal de la

lecho del canal como resultado de la deposición de sedimentos.

Ancho de Acera (Sidewalk Width): Espacio no obstruido para uso exclusivo peatonal entre las

vallas o barreras o entre la cuneta o bordillo y una barrera.

Curso del Agua (Waterway): Cualquier corriente, río, estanque, laguna, u océano.

Degradación (Degradation): Una general y progresiva disminución del perfil longitudinal del

lecho del canal como resultado de una erosión a largo plazo.

Descarga de Diseño (Design Discharge): Máximo flujo de agua en un puente que se espera sin

exceder las restricciones de diseño adoptadas.

Espacio Libre (Clearance): Un espacio horizontal o vertical no obstruido.

Hidráulica (Hydraulics): La ciencia concerniente con el comportamiento de flujos de líquidos,

especialmente en tubería y canales.

Hidrología (Hydrology): La ciencia concerniente con la ocurrencia, distribución, y circulación de

agua sobre la tierra, incluyendo la precipitación, escorrentía, y aguas subterráneas.

Scupper: Un dispositivo para drenar el agua a través del tablero.

Superelevación (Superlevation): Una inclinación de la superficie de la carretera para

contrabalancear parcialmente las fuerzas centrífugas en los vehículos en las curvas horizontales.

Zona Libre (Clear Zone): Una no obstruida, relativamente área plana más allá de la línea de

calzada para el recorrido de vehículos errantes. La calzada no incluye las bermas de los carriles auxiliares.


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1.2. Características de Ubicación, Objetivos de Diseño y Diseño Preliminar

1.2.1. Características para la Ubicación

1.2.1.1. Ruta de Ubicación

La elección de la ubicación de los puentes deberá ser apoyado por el análisis de alternativas con

consideraciones dadas a la economía, ingeniería, social, y protección ambiental; así como al costo de

mantenimiento e inspección asociadas con las estructuras y con la importancia relativa de las

consideraciones dadas.

Las atenciones, proporcionales al riesgo involucrado, deberán ser dirigidas para proporcionar

ubicaciones favorables que:

Cubran las condiciones creadas por el obstáculo a ser cruzado.

Facilitar prácticos diseños costo efectividad, construcción, operación, inspección y

mantenimiento.

Proporcionar el nivel deseado de servicio de tráfico y seguridad.

Minimizar los impactos adversos de la carretera.

Los cruces de los cursos de aguas deberán estar ubicados con respecto al costo del capital inicial,

incluyendo los trabajos de formación del canal del río (encausamiento) y las medida de mantenimiento

necesarias para reducir la erosión. Los estudios de los lugares de cruce deberán de incluir la evaluación de:

Las características hidráulicas e hidrológicas de los cursos de agua y sus quebradas,

incluyendo la estabilidad del canal, historia de inundaciones, y, en cruces de estuarios, tangos de

marea y ciclos.

El efecto del puente propuesto sobre el patrón de flujo e inundación y la potencial escorrentía

de flujo en la cimentación del puente.

El potencial para crear nuevos o aumentar existentes flujos peligrosos.

Los impactos sobre el entorno de los cursos de agua y su área de inundación.

Los puentes y sus accesos sobre las planicies de inundación deberán estar ubicados y diseñados

con respecto a los propósitos principales y objetivos del manejo del área de inundación, incluyendo:

La prevención de no económico, peligroso o uso incompatible y desarrollo de las áreas de

inundación.

Evitar la invasión o cercenamiento transversal y longitudinal, siempre que sea posible.

Minimizar los impactos adversos de la carretera y la mitigación de los impactos inevitables,

siempre que sea posible.


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Consistencia con el propósito de los estándares y criterios con los programas nacionales de

aseguramiento contra las inundaciones, siempre que sea posible.

Agradación o degradación a largo plazo.

Compromisos realizados para obtener las aprobaciones ambientales.

Las guías detalladas sobre los procedimientos para la evaluación de la ubicación de puentes y sus

accesos sobre áreas de inundación están contenidas en el Federal Regulations and the Planning and

Location Chapter of the AASHTO Model Drainage Manual (ver Comentario en el Articulo 2.6.1).

La ubicación y el alineamiento del puente deberán ser seleccionados para satisfacer los

requerimientos de tránsito, ya sea, sobre o por debajo del puente. Se deben dar consideraciones para

facilitar para posibilitar futuras variaciones en el alineamiento o ancho de los cursos de agua, carreteras, o

vías de ferrocarril atravesadas por el puente.

En tal caso, deberán ser dadas consideraciones para futuras adiciones de facilidades de masa de

tránsito o ensanchamiento del puente.

Aunque la ubicación de la estructura de un puente sobre un curso de agua es determinada

generalmente por otras consideraciones como los peligros de colisiones Vessel, las siguientes preferencias

deberán ser consideradas cuando sean posibles y prácticas:

Ubicar el puente lejos de las curvas en el canal de navegación. La distancia al puente deberá

ser tal que las embarcaciones (vessel) puedan alinearse antes de pasar debajo del puente,

generalmente ocho veces más que la longitud de la embarcación. La distancia deberá ser

aumentada adicionalmente cuando las altas corrientes y los vientos prevalecen en el sitio.

Cruzar el canal de navegación cerca de los ángulos rectos y simétricamente con respecto al

canal de navegación.

Proporcionar una adecuada distancia desde ubicaciones de navegaciones congestionadas,

maniobras de atraques de embarcaciones y otros problemas de navegación.

Ubicar el puente donde el curso del agua sea superficial o estrecho y los pilares del puente

puedan ser ubicados fuera del alcance de las embarcaciones.

1.2.1.1.1. Seguridad del Tráfico

Protección de Estructuras:

Se deben dar consideraciones para el paso seguro de los vehículos sobre o por debajo del puente.

El peligro para los vehículos circulantes dentro de la zona despejada deberá ser minimizado ubicando

obstáculos a una distancia segura de los carriles de circulación.


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Las columnas de los pilares o muros para las estructuras de separación de niveles, deberán ser

ubicadas en concordancia con el concepto de la zona libre como se especifica en el Capítulo 3 de la AASHTO

Roadside Design Guide, 1996. Cuando los límites prácticos de los costos de la estructura, tipo de estructura,

volumen y velocidad de diseño a través del tráfico, la disposición del tramo, esviación, y terreno hechas

conforme con la AASHTO Roadside Design Guide, no sean practicados, los pilares o muros deberán ser

protegidos usando guardacarriles u otros dispositivos de barrera. Los guardacarriles u otros dispositivos

deberán, si es práctico, estar apoyados independientemente, con su cara de calzada de al menos 2.0 pies

(60 centímetros) desde la cara del pilar o estribo, a menos que se proporcione una barrera rígida.

La cara del guardacarril u otro dispositivo deberá estar al menos a 2 pies fuera de la línea normal

de la berma.

El intento de proporcionar barreras estructuralmente independientes es para prevenir la

transmisión de los efectos de las fuerzas desde la barrera hacia la estructura a ser protegida.

Protección de los Usuarios:

Todas las estructuras de protección deberán tener características de superficie adecuadas y

transiciones para redirigir sin peligro el tráfico errante.

En el caso de puentes movibles, señales de peligro, luces, campanas de señalización, portales,

barreras, y otros dispositivos de seguridad deberán ser proporcionados para la protección de peatones,

ciclistas, y tráfico vehicular. Estos deberán ser diseñados para operar antes de la apertura del tramo

movible y mantenerse operacional hasta que el tramo haya sido completamente cerrado. Los dispositivos

deberán estar conformes a los requerimientos del “Traffic Control at Movable Bridges”, en el Manual on

Uniform Traffic Control Devices.

Condiciones especiales, tales como alineamiento en curva, obstrucción de visibilidad, etc.,

pueden justificar barreras de protección, incluso con bajas velocidades de diseño.

Estándares Geométricos:

Los requerimientos de la publicación de la AASHTO “A Policy on Geometric Design of Highways

and Streets” deberán ser ya sea satisfechos o exceptuados al mismo que deberán ser justificados y

documentados. El ancho de las bermas y la geometría de las barreras de tráfico deberán satisfacer las

especificaciones del propietario.

Superficie de Rodadura:

Las superficies de rodadura en un puente deberán tener características antideslizantes, bombeo,

drenaje y superelevación de acuerdo con la “A Policy on Geometric Design of Highways and Streets” o con

requerimientos locales.

Colisiones de Embarcaciones (Vessel Collisions):


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La estructura del puente deberá estar protegida contra las fuerzas de colisión de embarcaciones

por defensas, diques, o delfines o ser diseñada para resistir a los efectos de las fuerzas de colisión.

La necesidad de delfines o sistemas de defensa pueden ser eliminados en algunos puentes por la

juiciosa ubicación de los pilares del puente. La guía sobre el uso de delfines y sistemas de defensa está en el

AASHTO Highway Drainage Guidelines, Volume 7; Hydraulic Analyses for the Location and Design of Bridges;

y el AASHTO Guide Specification and Commentary for Vessel Collision Design of Highway Bridges.

1.2.1.2. Espacio Libre

La seguridad dictamina que los objetos fijos sean colocados tan lejos desde el borde la calzada

como sea económicamente factible.

1.2.1.2.1. De Navegación

Los permisos para la construcción de puentes sobre cursos de agua navegables deberán ser

obtenidos de las agencias que tienen jurisdicción.

1.2.1.2.2. Vertical de una Carretera

El espacio libre vertical de las estructuras en una carretera deberán estar conformes con la

publicación de la AASHTO A Policy on Geometric Design of Highways and Streets for the Functional

Classification of the Highway o excepciones que deberán ser justificadas. Posibles reducciones del espacio

libre, debido al asentamiento del paso superior, deberán ser investigadas. Si el asentamiento esperado

excede de 1.0 pulgada (2.54 centímetros), éste deberá ser agregado al espacio libre especificado.

El espacio mínimo especificado deberá de incluir 6.0 pulgadas (15.24 centímetros) para posibles

futuras superposiciones. Si las superposiciones no están contempladas por el propietario, este

requerimiento puede ser anulado.

El espacio libre para los apoyos de las señales o letreros y pasos superiores peatonales deberá ser

de 1.0 pie (30 centímetros) más grande que el espacio libre de la estructura de la carretera, y el espacio

libre vertical de la calzada al arriostramiento cruzado superior a través de una estructura de armadura no

deberá ser menor que 17.5 pies (533 centímetros).

Los apoyos de las señales, puentes peatonales, y arriostramientos cruzados superiores requieren

de un espacio libre superior debido a su menor resistencia al impacto.

1.2.1.2.3. Horizontal de una Carretera

El ancho del puente no deberá ser menor que el de la sección de calzada del acceso, incluyendo

bermas o bordillos, cunetas y aceras.


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El ancho útil de las bermas deberá ser tomado generalmente como el ancho del pavimento.

Ningún objeto sobre o debajo de un puente, que no sea una barrera, deberá ser ubicado cerca de

4.0 pies (120 centímetros) del borde del carril de tráfico diseñado. La cara interior de una barrera no deberá

estar cerca de 2.0 pies (60 centímetros) ya sea de la cara del objeto o del borde del carril de tráfico

diseñado.

Las distancias mínimas especificadas entre el borde del carril de tráfico y el objeto fijo son un

intento para prevenir colisiones con ligeramente vehículos errantes y aquellos que transportan amplias

cargas.

El espacio libre horizontal mínimo para columnas inclinadas o superficies de muros deberá ser

proporcionada en la superficie de la calzada y para una distancia vertical de 6.0 pies (180 centímetros)

sobre el borde del pavimento. Cuando las pendientes finales del puente caen dentro del área de

recuperación, el espacio libre horizontal deberá ser proporcionado por una distancia vertical de 6.0 pies

(180 centímetros) por encima de la superficie de relleno (ver la Figura 1-1).

Figura 1-1: Espacio libre horizontal para pilares inclinados.

Los pilares y estribos del puente deberán ser colocados tal que el espacio libre mínimo pueda ser

satisfecho. Sin embargo, si por razones estructurales o económicas, la mejor disposición del tramo requiere

que un pilar esté dentro de la zona libre o área de recuperación, entonces el guardacarril o barrera pueden

ser usados para mitigar el peligro.

1.2.1.2.4. De Pasos Superiores sobre Vías de Ferrocarril

Las estructuras diseñadas para pasar sobre una vía de ferrocarril deberán estar acordes con

estándares establecidos y usados por la vía de ferrocarril afectada y su práctica normal. Estas estructuras de

pasos superiores deberán cumplir con leyes federales, estatales, nacionales, y municipales.


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Las regulaciones, códigos, y estándares deberán, como mínimo, satisfacer las especificaciones y

estándares de diseño de la American Railway Engineering and Maintenance of Way Association (AREMA), la

Association of American Railroads, y de la AASHTO.

1.2.1.3. Entorno

El impacto de un puente y sus accesos sobre la comunidad local, sitios históricos, humedales, y

otras áreas sensibles estéticas, ambientales, y ecológicas deberán ser consideradas. Conformidad con las

leyes de agua; regulaciones federales y estatales con respecto a la invasión de las planicies de inundación,

peces, y hábitats de vida salvaje; y las provisiones de los programas nacionales de seguro contra

inundaciones deberán ser aseguradas. Deberán ser considerados la geomorfología de las corrientes,

consecuencias de la socavación del lecho del río, remoción del terraplén de estabilización vegetal, y, cuando

sea apropiado, los impactos a la dinámico de mareas de los estuarios.

Las corrientes, estos son, fluviales, geomorfológicos son un estudio de la estructura de formación

de las características de la tierra que resultan de las fuerzas del agua. Para propósitos de esta sección, esto

incluye la evaluación de las corrientes, potencial de agradación, degradación, o migración lateral.

1.2.1.4. Determinación de la Longitud del Puente en Cruces de Paso sobre Carreteras

El establecer la ubicación de los extremos de los pilares para un cruce de carretera es una función

del perfil de la rasante de la calzada del cruce superior, la profundidad de la superestructura, los espacios

libres horizontal y vertical mínimos requeridos por la estructura, el perfil de la rasante y canalización

(incluyendo futuros ensanchamientos) de la calzada de cruce inferior, y del tipo y proporción de la

pendiente final usada.

Para el caso general de puentes en pendientes en corte o en rellenos, el punto de control es

donde la pendiente plana de corte o relleno se junta con el inferior del borde de la zanja de la carretera o

borde de la berma como sea aplicable. Desde este punto, la pendiente plana de corte o relleno se establece

en la proporción recomendada hasta donde la pendiente plana intersecta la rasante de la calzada en la

berma (shoulder).

Figura 1-2: Determinación de la longitud del puente.


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Para el caso general de puentes sobre muros tipo estribos o estribos “cerrados”, los factores de

control son los requeridos por el espacio libre horizontal y el tamaño de estribo. Esta situación podría ser

más probable que ocurra en un asentamiento urbano o cuando el derecho de vía o la longitud del tramo

sea limitada.

1.2.2. Investigación de la Cimentación

Una investigación subterránea, incluyendo perforaciones y pruebas en el suelo, deberán

realizadas en concordancia con las recomendaciones del Artículo 10.4 de la AASHTO LRFD Bridge Design

Specifications, para proporcionas información suficiente y pertinente para el diseño de las unidades

subterráneas. El tipo y costo de las cimentaciones deberán ser considerados en los estudios estéticos y

económicos para la ubicación y la selección de alternativas del puente.

La topografía actual del sitio del puente deberá ser establecida vía mapas de contorno (curvas de

nivel) o fotografías. Tales estudios deberán incluir la historia del sitio en términos de movimiento de masas

de tierra, erosión de suelo y roca, y los meandros de los cursos del agua.

1.2.3. Objetivos de Diseño

1.2.3.1. Seguridad

La responsabilidad principal del ingeniero será proporcionar seguridad al público.

1.2.3.2. Servicialidad

1.2.3.2.1. Durabilidad

Materiales:

Los documentos del contrato nombrarán la calidad de los materiales y la aplicación de altos

estándares de fabricación y erección.

El acero estructural deberá protegerse por sí mismo, o tener sistemas de revestimiento de larga

vida o protección catódica.

Las barras de refuerzo y los cables de pretensado en los componentes de concreto, los cuales se

puede esperar que estén expuestos a sales debido al transporte aéreo o acuático, deberán estar protegidos

por una combinación de revestimiento epóxico y/o galvanizado, recubrimiento de concreto, densidad, o

composición química del concreto, incluyendo incorporación de aire y pintura no porosa de la superficie del

concreto o protección catódica.


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Los cables de pretensado en los ductos de cables deberán ser inyectadas o de lo contrario

protegidas contra la corrosión.

Los accesorios y sujetadores usados en la construcción de madera deberán ser de acero

inoxidable, acero maleable, aluminio, o acero que esté galvanizado, en-cadmiado, o de lo contrario

revestido. Los componentes de madera deberán ser tratados con preservantes.

Los productos de aluminio deberán ser aislados eléctricamente de los componentes de acero y

concreto.

Se deberá proporcionar protección a los materiales susceptibles de daños por radiación solar y/o

polución.

Las consideraciones deberán esta dadas para la durabilidad de los materiales en contacto directo

con la tierra y/o el agua.

El intento de esta sección es reconocer la significancia de la corrosión y el deterioro de los

materiales estructurales para un desempeño a largo plazo del puente.

Que no sea el deterioro del tablero de concreto en sí, el más simple problema de mantenimiento

del puente que prevalece es la desintegración de los extremos de las vigas, apoyos, pedestales, pilares y

estribos debido a la percolación de las sales de la carretera llevado por el agua a través de las juntas del

tablero. La experiencia parece indicar que un tablero estructuralmente continuo proporciona la mejor

protección para los componentes por debajo del tablero. Las consecuencias potenciales del uso de las sales

en las carreteras sobre estructuras con tableros de acero no rellenados y tableros de madera no

pretensados deberán ser tomadas en cuenta.

Se permite el uso de tableros discontinuos en la ausencia del uso sustancial de las sales de la

carretera. Las juntas de alivio transversales en corte de sierra en tableros de concreto vaceados en el sitio

se ha encontrado que no son de un valor práctico cuando se presente una acción compuesta. La economía,

debido a la continuidad estructural y la ausencia de juntas de expansión, generalmente estará a favor de la

aplicación de tableros continuos, sin tener en cuenta la ubicación.

Los largueros hechos simplemente apoyados por juntas deslizantes, con o sin orificios para

pernos ranurados, tienden a “congelarse” debido a la acumulación de productos corrosivos y causan

problemas de mantenimiento. Debido a la capacidad general de las computadoras, los análisis de losas

continuas no es un problema mayor.

La experiencia indica que, desde la perspectiva de la durabilidad, todas las uniones deberán ser

consideradas sometidas a algún grado de movimiento y fuga.

Medidas de Autoprotección:


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Ranuras continuas de goteo deberán ser proporcionadas a lo largo de la cara inferior de un

tablero de concreto en una distancia que no excede las 10.0 pulgadas (25 centímetros) desde el borde

frontal. Cuando el tablero esté interrumpido por una junta de tablero sellada, todas las superficies de los

pilares y estribos, que no sean apoyos de asiento, deberán tener una pendiente mínima de 5% más allá de

sus bordes. Para juntas de tablero abiertas, esta pendiente mínima deberá incrementarse al 15%. En el caso

de juntas de tablero abiertas, los apoyos deberán estar protegidos contra el contacto con sales y

escombros.

La acumulación de agua a menudo ha sido observada en los asientos de estribos, probablemente

como un resultado de las tolerancias de construcción y/o inclinación. La pendiente de 15% especificada en

conjunto con las juntas abiertas es un intento para permitir que las lluvias laven y alejen los escombros y

sales.

Las superficies de rodadura deberán ser interrumpidas en las juntas de tablero y deberán estar

provistas con una transición suave al dispositivo de junta de tablero.

En el pasado, para muchos puentes pequeños, no fueron proporcionados dispositivos de

expansión en la “junta fija”, y la superficie de rodadura simplemente se corrió hacia la junta para dar una

superficie continua montada. Como el centro de rotación de la superestructura está siempre por debajo de

la superficie, la “junta fija” actualmente se mueve debido a la carga y efectos ambientales, causando que la

superficie de rodadura se agriete, se fugue, y se desintegre.

Las formaletas o encofrados de acero deberán ser protegidas contra la corrosión de acuerdo con

las especificaciones del propietario.

1.2.3.2.2. Inspeccionabilidad

Escaleras de inspección, pasillos, pasarelas, orificios con accesos cubiertos, y suministro de luces,

si es necesario, deberán proporcionarse cuando otros medios de inspección no sean prácticos.

La Guide Specifications for Design and Construction of Segmental Concrete Bridges requiere de

escotillas de acceso externas con un tamaño mínimo de 2.5 pie x 4.0 pie (75 cm x 120 cm), aberturas más

grandes en los diafragmas interiores, y drenajes de ventilación o ventilación de malla en intervalos no

mayores a 50 pies (150 centímetros). Estas recomendaciones deberán ser usadas en puentes diseñados

bajo estas especificaciones.

1.2.3.2.3. Mantenibilidad

Se deben de evitar los componentes cuyo mantenimiento se espera que se difícil. Cuando el

entorno climático y/o de tráfico es tal que el tablero del puente debe necesitar ser reemplazado antes que

se requiera el servicio de vida, las provisiones deberán ser mostradas en los documentos del contrato para:


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Una capa de protección contemporánea o futura.

Un reemplazo futuro del tablero.

Suplementaria resistencia estructural.

El mantenimiento del tráfico durante el reemplazo deberá ser proporcionado por andamio ancho

parcial o por la utilización de una estructura paralela adyacente.

Medidas para incrementar la durabilidad del concreto y tableros de madera comprenden el

revestimiento epóxico de las barras de refuerzo, de los ductos de postensionado, y de los cables o torones

pretensados en el tablero. Aditivos de microsílicas y/o de nitrito de calcio en el tablero de concreto,

membranas de impermeabilización, y capas sobrepuestas deben ser usadas para proteger el acero negro.

Las barras a través de los asientos de apoyo y bajo las juntas del tablero deberán ser diseñadas

para facilitar el gateo, limpieza, reparación, y reemplazo de los apoyos y juntas.

Los puntos de gateo deberán ser especificados en los planos, y la estructura deberá ser diseñada

para fuerzas de gateo. Las cavidades inaccesibles y esquinas deberán ser evitadas. Las cavidades que

pueden invitar a habitantes humanos o animales deberán ser ya sea evitados o hechos seguros.

1.2.3.2.4. Manejabilidad

El tablero del puente deberá ser diseñado para permitir el movimiento suave de tráfico. Sobre

caminos pavimentados, una losa de transición estructural deberá ser localizada entre el acceso a la calzada

y el estribo del puente. Las tolerancias de construcción, con respecto al perfil de del tablero acabado,

deberán ser indicados en los planos o en las especificaciones o disposiciones especiales.

El número de juntas de tablero se reducirá al mínimo en la práctica. Los bordes de las juntas en

los tableros de concreto expuestos al tráfico deberán ser protegidos de la abrasión y el descascaramiento.

Los planos para las juntas prefabricadas deberán especificar que la junta ensamblada sea erigida como una

unidad.

Cuando los tableros de concreto sin una capa de sobrepuesta inicial son usados, se deben dar

consideraciones para proporcionar un espesor adicional de 0.5 pulgadas (1.27 centímetros) para permitir la

corrección del perfil del tablero por amoladura, y para compensar por la pérdida de espesor debido a la

abrasión.

1.2.3.2.5. Servicios Públicos

Cuando se requiera, se deberán hacer provisiones para apoyar y mantener los medios necesarios

para los servicios públicos.

1.2.3.2.6. Deformaciones


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(AASHTO LRFD 2.5.2.6.1) Los puentes deberán diseñados evitando indeseables efectos

estructurales o psicológicos debido a sus deformaciones. Mientras la deflexión y sus limitaciones de peralte

son hechos opcionales, excepto para tableros de placa ortotrópicos, cualquier desviación mayor a la

práctica exitosa pasada con respecto a la esbeltez y las deflexiones deberán ser causa para la revisión del

diseño para determinar que se desempeñe adecuadamente.

Las deformaciones por cargas de servicio pueden causar deterioro de la superficie de rodadura y

agrietamiento local en las losas de concreto y en los puentes de metal que podrían perjudicar la

servicialidad y durabilidad, incluso si es auto-limitante y no es una fuente de colapso potencial.

Tan temprano como 1905, intentos fueron realizados para evitar estos efectos limitando la

relación del peralte a la luz del tramo de armaduras y vigas, e iniciándose en 1930, los límites de la deflexión

por carga viva fueron prescritos por los mismos propósitos. En un estudio de limitación de deflexiones en

puentes (ASCE, 1958), un Comité del ASCE encontró numerosas deficiencias en estos enfoques tradicionales

y fueron anotados, por ejemplo:

El limitado estudio conducido por el Comité reveló ninguna evidencia de daño

estructural serio que pudiera ser atribuida a deflexión excesiva. Los pocos ejemplos de

daño en las conexiones en largueros o agrietamiento de pisos de concreto podrían

probablemente ser corregidos más eficientemente por cambios en el diseño más que

por más limitaciones restrictivas en la deflexión. De otro lado, tanto el estudio

histórico como los resultados del estudio indican claramente que las reacciones

psicológicas desfavorables a la deflexión del puente es probablemente el más

frecuente e importante origen de preocupación con respecto a la flexibilidad de los

puentes. Sin embargo, estas características de vibración del puente los cuales se

consideran objetables por los peatones y pasajeros en vehículos no pueden ser aún

definidos.

Desde la publicación del estudio, ha habido extensa investigación sobre la respuesta humana al

movimiento. Generalmente se está ahora de acuerdo que el factor principal que afecta la sensibilidad

humana es la aceleración, más que la deflexión, velocidad, o la relación de cambio de aceleración para

estructuras de puente, pero el problema es aún una dificultad subjetiva. Así, no hay todavía una guía simple

y definitiva para los límites de la deflexión estática tolerable o el movimiento dinámico.

Para puentes de acero esviados rectos tipo viga y puentes de acero curvados horizontales tipo

viga con o sin apoyos esviados, se deberán considerar las siguientes investigaciones:

Las deflexiones vertical elástica, lateral, y rotacional debido a las combinaciones carga

aplicables deberán ser consideradas para asegurar el desempeño de servicio de manera

satisfactoria de los apoyos, juntas, estribos integrales, y pilares.


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Las rotaciones de las vigas principales computadas en los apoyos deberán ser acumuladas

sobre la secuencia de construcción asumida por el Ingeniero. Las rotaciones computadas en los

apoyos no deberán exceder las capacidades rotacionales de los apoyos especificadas para las

cargas factorizadas acumuladas correspondiente al estado investigado.

Los diagramas de contraflechas las provisiones para las contraflechas en estructuras de acero

y pueden reflejar la deflexión acumulada computada debido a la secuencia de construcción

asumida por el Ingeniero

Los puentes de acero con curado horizontal están sometidas a torsión resultando en una

deflexión lateral mayor y al doble de puentes tangentes. Por lo tanto, las rotaciones debido a las fuerzas por

cargas muertas y termales tienden a dar un mayor efecto sobre el desempeño de los apoyos y las juntas de

expansión de los puentes curvos.

Las rotaciones en los apoyos durante la construcción pueden exceder las rotaciones por carga

muerta computadas para el puente completo, en particular en apoyos esviados. La identificación de esta

situación temporal puede ser crítica para asegurar que el puente pueda ser construido sin dañar los apoyos

o dispositivos de expansión.

Criterio por Deflexión (AASHTO LRFD 2.5.2.6.2):

Los criterios de esta sección se podrán considerar opcionales, excepto para lo siguiente:

Las disposiciones para tableros ortotrópicos serán consideradas obligatorias.

Los tableros en malla metálicos y otros de metal de peso liviano y los tableros de puentes de

concreto deberán estar sometidos a las disposiciones de servicialidad para “Tableros y Sistemas

de Tableros”.

Estas disposiciones permiten, pero no fomentan, el uso de las prácticas pasadas para el control

de deflexiones. Los diseñadores fueron permitidos de excederse estos límites y su discreción en el pasado.

Las deflexiones calculadas de las estructuras han sido encontradas a menudo difíciles de verificar en el

campo debido a numerosas fuentes de rigidez no tomadas en cuenta en los cálculos. A pesar de esto,

muchos propietarios y diseñadores han encontrado confort en los requerimientos pasados para limitar la

rigidez total en los puentes. El deseo para continuar con la disponibilidad de algunas guías en esta área, ha

resultado en la retención de criterios opcionales, excepto para tableros ortotrópicos, para el cual los

criterios son requeridos. Los criterios de deflexión son también obligatorios para tableros livianos que

compuestos de metal y concreto, tales como tableros en malla rellenos o parcialmente rellenos, y tableros

en malla no rellenos compuestos con losas de concreto reforzado.

Guías adicionales respecto a la deflexión de puentes de acero se puede encontrar en Wright y

Walker (1971).


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Consideraciones adicionales y recomendaciones para deflexiones en componentes en puentes de

madera son discutidas por Ritter (1990).

Para un puente recto multi-viga, esto es equivalente a decir que el factor de distribución para la

deflexión es igual al número de carriles dividido por el número de vigas.

Para sistemas curvos con viga principal de acero, la deflexión límite es aplicada a cada viga

principal individual ya que la curvatura causa en cada viga principal se deflecte de manera diferente a la

viga principal adyacente por lo que una deflexión promedio tiene un menor significado. Para sistemas

curvos con viga principal de acero, la luz libre del tramo usada para computar el límite de deflexión deberá

ser tomada como la longitud de arco de la viga principal entre apoyos.

Aplicando estos criterios, la carga vehicular deberá incluir la carga dinámica permitida. Si el

propietario elije invocar el control de deflexión, los siguientes principios deben ser aplicados:

Cuando se investiga la deflexión absoluta máxima para sistemas con vigas rectas, todos los

carriles de diseño deberán ser cargados, y todos los componentes apoyados se deberán asumir

que se deflectan igual.

Para sistemas curvados de acero tipo cajón y I-girder (viga principal I), la deflexión de cada

viga principal deberá ser determinada individualmente basada en su respuesta como parte de un

sistema.

Para el diseño compuesto, la rigidez para la sección transversal de diseño usada para la

determinación de la deflexión deberá incluir el ancho total de la calzada y la porción continua

estructuralmente de la baranda, vereda, y barrera media.

Para sistemas de vigas principales rectas, la rigidez a la flexión compuesta de una viga

principal individual puede ser tomada como la rigidez determinada como se especifica arriba,

dividida por el número de vigas.

Cuando se investiga el desplazamiento máximo relativo, el número y la posición de carriles

cargados deberán ser seleccionados para proporcionar el peor efecto diferencial.

La porción de la carga viva de la Combinación de Carga de Servicio I deberá ser usada,

incluyendo la carga dinámica permitida, IM (impacto).

La carga viva deberá ser tomada del Artículo 3.6.1.3.2 de la AASHTO LRFD.

Las disposiciones del Artículo 3.6.1.1.2 de la AASHTO LRFD deberán aplicarse.

Para puentes esviados, una sección transversal recta puede ser usada, y para puentes curvos

y curvos esviados, una sección transversal radial puede ser usada.

En ausencia de otros criterios, los siguientes límites de deflexión en puentes vehiculares pueden

ser considerados para el acero, aluminio, y/o concreto:

Cargas vehiculares generales Luz/800


16

Cargas vehiculares y peatonales Luz/1000

Cargas vehiculares sobre tramo en voladizo Luz/300

Cargas vehiculares y peatonales sobre tramo en voladizo Luz/375

Para vigas en forma I y vigas principales de acero, y para vigas tipo cajón y tipo tubo, las

disposiciones de los Artículos 6.10.4.2 y 6.11.4, respectivamente, con respecto al control de deflexiones

permanentes a través de los controles de los esfuerzos en las alas, deberá de aplicarse. Para puentes

peatonales, esto es, puentes cuya función principal es para transportar peatones, bicicletas, ecuestre, y

vehículos de mantenimiento ligero, las disposiciones de la Sección 5 de la AASHTO Guide Specifications for

the Design of Pedestrian Bridges deberán aplicarse.

En ausencia de otros criterios, los siguientes límites en la deflexión deben ser considerados para

la construcción con madera:

Cargas vehiculares y peatonales Luz/425

Carga vehicular sobre los maderos y paneles de madera (deflexión relativa extrema entre los

bordes adyacentes) 0.10 pulgadas (2.5 centímetros)

Las siguientes disposiciones deberán aplicarse

Criterios Opcionales para las Relaciones Luz Libre/Peralte:

A menos que se especifique lo contrario, si un propietario elije invocar los controles sobre las

relaciones luz libre/peralte, los límites de la Tabla 1-1, en el cual S es la longitud de luz libre de la losa y L es

la longitud de luz libre, pueden ser considerados en ausencia de otros criterios. Cuando se usen los límites

de la Tabla 1-1 deberán ser tomados para aplicar al peralte total a menos que se indique.

Tabla 1-1: Peraltes mínimos tradicionales para peraltes en superestructuras constantes, en unidades inglesas.


17

1.2.3.2.7. Consideraciones de Ampliaciones Futuras:

Vigas Exteriores o Puentes Multi-Vigas:

A menos que futuros ensanchamientos sean virtualmente inconcebibles, la capacidad de

transporte de carga delas vigas exteriores no deberá ser menor que la capacidad de transporte de carga de

una viga interior.

Subestructura:

Cuando futuros ensanchamientos puedan ser anticipados, consideraciones deberán ser dadas

para diseñar la subestructura para la condición ensanchada.

1.2.4. Selección del Tipo de Estructura

La superestructura requerida se determina en el proceso de desarrollo del plan preliminar. La

AASHTO LRFD, sección 2.5.2.6.1, establece que es opcional el chequeo del criterio de deflexión, excepto en

unos pocos casos específicos. El criterio del Washington States Department of Transportation (WSDOT) es

revisar la deflexión por carga viva para todas las estructuras como se especifican en la AASHTO LRFD,

secciones 3.6.1.3.2 y 2.5.2.6.2.

El peralte de la superestructura se usa para establecer el espacio libre vertical que es permitido

por debajo de la superestructura. Para los planes preliminares, el diseñador deberá usar el peralte más

conservador determinado ya sea por los criterios de la AASHTO LRFD o del WSDOT que se desarrollará más

adelante. En cualquier caso, el peralte mínimo incluye el espesor del tablero. Para tramos tanto simples

como continuos, la longitud de la luz libre del tramo es la distancia horizontal entre los ejes de los apoyos.

El peralte de la superestructura puede ser influenciado cuando se requieran accesos e

iluminación para inspección, en algunos tipos de puentes.

El peralte de la superestructura puede ser refinado durante la fase de diseño final. Se asume que

cualquier refinamiento resultará en un peralte reducido de la superestructura ya que el espacio libre

vertical no se reduce desde que se muestra en el plan preliminar. Sin embargo, cuando las limitaciones del

perfil de la rasante restringen el peralte de la superestructura, el diseñador del plan preliminar deberá

investigar y/o trabajar con el diseñador estructural para para determinar un tipo y peralte de la

superestructura que cubra los requerimientos. A continuación se desarrollarán los criterios de deflexión de

acuerdo al tipo de superestructura recomendados por el WSDOT.

1.2.4.1. Losas de Concreto Reforzado

Aplicación:

Usados para tramos simples y continuos hasta de 60 pies (18 metros).


18

Características:

El detalle del diseño y el falso puente es relativamente simple. Tiempo de construcción corto para

cualquier estructura vaceada en sitio. La Corrección para asentamientos anticipados del falso puente debe

estar incluida en la curva de contraflechas de la carga muerta debido a la secuencia simple de colocación

del concreto.

Relaciones Peralte/Luz Libre:

Peralte Constante:

Tramo Simple 1/22

Tramo Continuos 1/25

Peralte Variable:

Ajustar las relaciones para tomar en cuenta los cambios en la rigidez relativa de las secciones

a momentos positivos y negativos.

1.2.4.2. Vigas Tee de Concreto Reforzado

Aplicación:

Este tipo de estructuras no es recomendado para puentes nuevos. Podría sólo ser usado para una

ampliación o ensanchamiento del puente y en puentes con curvaturas ajustadas o geometrías inusuales.

Características:

El encofrado y el falso puente son más complicados que para una losa de concreto. El tiempo de

construcción es mayor que para una losa de concreto.


Peralte Constante:

Tramo Simple 1/13


Peralte Variable:



1.2.4.3. Viga Tipo Cajón de Concreto Reforzado


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El WSDOT restringe el uso de vigas tipo cajón de concreto reforzado vaceadas en el sitio para

superestructuras de puentes. Este tipo de superestructura sólo puede ser usado para puentes con ajustadas

curvaturas o geometría irregular con la aprobación del Ingeniero de Diseño de Puentes.

Aplicación:

Este tipo de superestructuras no es recomendable para puentes nuevos. Podría sólo ser usado

para una ampliación o ensanchamiento del puente y en puentes con curvaturas ajustadas o geometrías

inusuales.

Usar para tramos continuos desde 50 pies a 120 pies (15 a 36 metros). El tramo simple máximo

es de 100 pies (30 metros) para limitar las deflexiones excesivas de carga muerta.

Características:

El encofrado y falso puente es algo complicado. El tiempo de construcción es aproximadamente

el mismo que para el de Viga Tee. La resistencia torsional alta la hace deseable para alineamientos en curva.


Peralte Constante:

Tramo Simple 1/18


Peralte Variable:



Si la configuración del alma exterior es inclinada y curvada, una relación mayor peralte/luz libre

puede ser necesaria.

1.2.4.4. Viga Tipo Cajón de Concreto Postensado

Aplicación:

Es usado normalmente para tramos continuos mayores a 120 pies (36 metros) o tramos simples

no mayores a 100 pies (30 metros). Deberán ser considerados para tramos cortos si un peralte poco

profundo de la superestructura es necesario.

Características:

El tiempo de construcción es algo mayor debido a las operaciones de post-tensionado. Su

resistencia a torsiones elevadas la hace deseable en alineamiento curvos.



20

Peralte Constante:

Tramo Simple 1/20.5


Peralte Variable - Estructuras de Dos Tramos:

En el Centro del Tramo 1/25

En el Pilar Intermedio 1/12.5

Estructuras Multi-Luces

En el Centro del Tramo 1/36

En el Pilar Intermedio 1/18

Si la configuración del alma exterior es inclinada y curvada, una relación mayor peralte/luz libre

puede ser necesaria.

1.2.4.5. Secciones de Concreto Pretensado

Aplicación:

Los fabricantes de prefabricados tienen muchas formas estándares disponibles para las sección

de concreto basadas en series de vigas principales estándar del WSDOT. Estas son suficientemente

versátiles para cubrir una amplia variedad de longitudes de luces.

Las vigas principales (girder) estándares de la WSDOT son:

Los prefabricados WF100G, WF95G, WF83G, WF74G, WF58G, WF50G, WF42G, WF36G,

W74G, W58G, W50G, y W42G, las vigas principales I de concreto pretensado requieren tablero

de puente de concreto vaceado en sitio usado para luces menores a 200 pies (60 metros). El

número (por ejemplo 95) especifica el peralte de la viga principal en pulgadas.

Los Post-tensionados WF95PTG, WF83PTG y WF74PTG, las vigas principales I segmentarias

prefabricadas con tablero de puente de concreto se usan para luces simples de hasta 230 pies (69

metros), y en tramos continuos de hasta 250 pies (75 metros) con post-tensionado continuo

sobre los pilares intermedios.

Los prefabricados U**G* y UF**G*, vigas principales de tubos de concreto pretensado

requieren de un tablero de puente de concreto son usados para tramos menores que 140 pies

(42 metros). “U” especifica almas sin alas, “UF” especifica almas sin alas, ** especifica peraltes de

las vigas principales en pulgadas, y * especifica el ancho del ala inferior en pies. La viga principal

U**G* ha sido prefabricada como una viga poco profunda como 26” (0.60 metros).


21

Las vigas principales de tubo post-tensionadas, prefabricadas, pretensadas con tablero de puente

de concreto vaceado en sitio son usados para tramos de hasta 160 pies (48 metros) y tramos

continuos de hasta 200 pies (60 metros).

Los prefabricados W65DG, W53DG, W41DG, y W35DG, los tableros de concreto con vigas

principales Tee como nervios requieren una capa superpuesta HMA en la superficie de la calzada

es usado para tramos menores a 150 pies (45 metros), con la limitación de un promedio de

camiones diarios menores a 30000.

Los prefabricados W62BTG, W38BTG, y W32BTG, vigas principales Tee de concreto

pretensado como nervios requieren un tablero de concreto vaceado en el sitio para tramos

simples hasta de 130 pies (39 metros).

Los prefabricados 12-inch, 18-inch, 26-inch, 30-inch, and 36-inch, las losas pretensadas

requieren una losa mínima de 5 pulgadas (12.5 centímetros) vaceada en el sitio para tramos

menores a los 100 pies (30 metros).

El prefabricado 26-inch, vigas nervadas pretensadas, tablero doble Tee, usados para tramos

menores a 60 pies (18 metros), y miembros doble Tee requieren una capa superpuesta HMA en

la superficie de la calzada es usado para tramos menores a 40 pies (12 metros).

Características:

El diseño de la superestructura es rápido para vigas principales pretensionadas con programas

fáciles de usar (PGSuper, PGSplice, y QConBridge).

Los detalles de construcción y encofrado son bastante fáciles. El tiempo de construcción es

menor que para un puente vaceado en el sitio. Pequeño o ningún falso puente es requerido. El falso puente

sobre el tráfico no se requiere generalmente; el tiempo de construcción sobre el tráfico existente es

reducido.

Las vigas principales prefabricadas generalmente requieren que las transiciones de

superelevación de la calzada del puente inicien y acaben en o cerca de los pilares; la ubicación de los pilares

deberá considerar esto.

1.2.4.6. Viga Principal de Placas de Acero Compuestas

Aplicación:

Usadas para tramos simples de hasta 260 pies (78 metros) y para tramos continuos entre 120

pies y 400 pies (36 y 120 metros). La relativamente baja carga muerta cuando se compara a una

superestructura de concreto hace de este tipo de puente un bien valorado en áreas donde el material de la

cimentación es pobre.


22

Características:

Los detalles de construcción y encofrado son bastante simples, el tiempo de construcción es

comparativamente corto. El traslado y erección de grandes secciones debe ser revisado. El costo de

mantenimiento es elevado comparado a los puentes de concreto. La información de los costos actuales será

considerada debido al cambio de las condiciones del mercado de acero.


Peralte Constante:

Tramo Simple 1/22


Peralte Variable:

@ centro del tramo 1/40

@ Pilar Intermedio 1/20

1.2.4.7. Vigas Tipo Cajón de Acero Compuestas

Uso:

Usado para tramos simples de hasta 260 pies (78 metros) y para tramos continuos entre los 120

pies y 400 pies (36 y 120 metros). La relativamente baja carga muerta cuando se compara a una

superestructura de concreto hace de este tipo de puente un bien valorado en áreas donde el material de la

cimentación es pobre.

Dentro de la altura libre al menos de 5 pies (1.50 metros) no deberá ser usada ya que el acceso a

una inspección razonable puede no ser proporcionada.

Características:

Los detalles de construcción y encofrado son más difíciles que para una viga principal de placas

de acero. El traslado y erección de grandes secciones debe ser revisado. La información de los costos

actuales será considerada debido al cambio de las condiciones del mercado de acero.


Peralte Constante:

Tramo Simple 1/22


Peralte Variable:



23


Las almas inclinadas no son usadas en vigas principales tipo cajón de peralte variable.

1.2.4.8. Armaduras de Acero

Aplicación:

Usadas en tramos simples de hasta 300 pies (90 metros) y para tramos continuos de hasta 1200

pies (360 metros). Se usa cuando las disposiciones del espacio libre vertical dictaminan una superestructura

no profunda o cuando el terreno dicta tramos grandes y construcción por el método de voladizos.

Características:

Los detalles de construcción son numerosos y pueden ser complejos. El método de construcción

por voladizos puede facilitar su construcción sobre áreas inaccesibles. El uso de las armaduras son

desanimadas debido a los espacios libres horizontal y vertical restringidos que resultan para la calzada.


Tramo Simple 1/6

Tramos Continuos:



1.2.4.9. Vigas Tipo Cajón de Concreto en Voladizos Sucesivos

Aplicación:

Usado por tramos continuos desde 200 pies a 700 pies (60 a 210 metros). Se usa cuando el sitio

dictamina tramos grandes y construcción por el método de voladizos.

Características:

El uso de equipos deslizantes para la forma facilita el método de construcción por voladizos

permitiendo la construcción de grandes tramos sin falso puente. Los segmentos de concreto pretensado

pueden ser usados. Estricto control de la geometría durante la construcción asegura el alineamiento

apropiado.


Peralte Variable:




24

1.2.4.10. Puentes para Ferrocarriles

Uso:

Para ferrocarriles sobre la carretera, muchas compañías de ferrocarriles prefieren construcción

de tramos simples de acero. Esto es simplemente para la reparación y reconstrucción en el evento de

descarrilamiento o algún otro daño a la estructura.

Características:

Las pesadas cargas de la carga viva del ferrocarril requieren miembros más profundos y rígidos

que para los puentes carreteros. Aunque las vigas principales puedan ser usadas para reducir el peralte

total de la estructura si el ferrocarril coincide. Los pilares deberán ser normal al ferrocarril para eliminar los

efectos de cargas esviadas.


Peralte Constante:

Tramos Simple 1/12

Continuo de Dos Tramos 1/14

Continuo Multi-Tramos 1/15

1.2.4.11. Madera

Aplicación:

Usados generalmente para tramos debajo de 40 pies (12 metros). Se usan generalmente para

puentes de desvíos y otras estructuras temporales. Los puentes de Madera no son recomendados por el

WSDOT.

Características:

Excelente para una duración a corto plazo como para un desvío. Diseño y detalles simples.


Peralte Constante:

Tramo Simple – Viga de Madera 1/10

Tramo Simple – Viga de Madera Laminada Encolada 1/12

Tramos Continuos 1/14

1.2.4.12. Otros


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Los tipos de puentes tales como atirantados, suspendidos, en arco, arco con tablero inferior y los

puentes flotantes tienen aplicaciones especiales y limitadas. El uso de este tipo de puentes es generalmente

dictado por las condiciones de sitio.

En la Figura 1-3 se adjunta un gráfico de comparación por tipo de estructuras, rango de luz libre y

rango de costo. Fue tomado del Bridge Design Manual del WSDOT, Apéndice 2.4-A1-1, se recomienda dicho

manual para los demás planos y estándares y tener más detalle.

Figura 1-3: Comparativa de Tipos de Puentes.

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INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS Y CÁLCULO DE PUENTES