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DISEÑO DE PUENTESAgosto 2014

LA PAZ – BOLIVIA 

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ASPECTOS GENERALES

OBJETIVOS• Plantear Conceptos y Criterios Fundamentales Para el Diseño de Puentes• Analizar el Programa “CSI Bridge” como Herramienta de Diseño  ALCANCES• Dia 1             Aspectos Generales• Dia 2             Criterios de emplazamiento y predimencionamiento• Dia 3  4 y 5   Diseño de puente pórtico y puente Pretensado • Dia 6 7 y 8 Diseño de puente pórtico y puente Pretensado con CSI Bridge• Dia 9 y 10     Criterios y procedimientos de geotecnia para puentes 

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Puente uObra de arte  ≥ 10 mmayor

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ELEMENTOS  CONSTITUTIVOS

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ELEMENTOS  CONSTITUTIVOS

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INFORMACION BÁSICA PARA EL DISEÑO

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NORMAS DE DISEÑO DE PUENTES

AASHTO Standad Specifications for Highway Bridges 17th edition 2002AASHTO LRFD Bridge Design Specifications 2012AREMA American Railway Engineering and Mantenace of Way Asociation 2003

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OTRAS NORMAS DE DISEÑO DE PUENTES

EUROPA EUROCODE I ENV 1991‐3ALEMANIA DIN 1072REINO UNIDO BS N° 5400FRANCIA Circulare Ministariell N°71‐155CANADA OHBDC Ontario Highway Bridge Design CodeAmerica Latina

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ASD Diseño en Tensiones Admisibles

LFD Diseño por factores de Carga

LRFD Diseño por Factores de Carga y Resistencia

FILOSOFÍAS DE DISEÑO

INCERTIDUMBRES QUE LAS NORMAS REGULAN

• DIMENSIONES Y POSICIONES REALES Y  PESOS• RESISTENCIA REAL DE LOS MATERIALES Y SU COMPORTAMIENTO A LARGO PLAZO• PREDICCION DE CARGAS , SIMULTANEIDAD Y SUS EFECTOS SOBRE LA ESTERUCTURA • METODOS DE ANALISIS ESTRUCTURAL Y FORMAS DE DISTRIBUCION DE CARGAS• INCERTIDUMBRE ASOCIADA A CONSTRUCCIÓN DE LA OBRA

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FILOSOFÍAS DE DISEÑODiseño a tensiones Admisibles

Ventajas• Simplicidad de Análisis y DiseñoDesventajas• No tomaban en cuenta la variabilidad Cargas• Las tensiones no representan una adecuada 

medida de la resistencia ante las incertidumbres de obra, materiales y cargas 

• Los factores de seguridad son subjetivos• Las fallas eran bruscas y repentinas

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FILOSOFÍAS DE DISEÑOLoad Factor Design (Estado Limite Ultimo)

Ventajas• Factores de carga para cada tipo de solicitación• Las fallas luego de grandes deformacionesDesventajas• Mas complejo que ASD• Estructuras demasiado flexibles para luces largas• No se exigían algunas verificaciones (opcionales)

Factor de CargaCoef de combinación de carga

Factor de Resistencia

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FILOSOFÍAS DE DISEÑOLoad and Resistance Factor Design

Ventajas• Factores para cada tipo de carga sistemática y uniforme• Toma en cuenta niveles de seguridad en los factores η• Existe una evaluación de Riesgos basada en una teoría de fiabilidad 

estructural• Estructuras se diseña para que no sobrepase ningún estado limite• Exige mas verificaciones como fisuración, deformaciones máximas etc

Desventajas• Requiere de datos estadísticos para asignar los factores    (Quien?)• Factores de Resistencia Variables• Exige Características superiores de Materiales procedimientos 

constructivos supervisión y mantenimiento

Factor de redundancia e importancia operativa > 0.95 a 1.05

Coef de cargaRangos de variación

Factor de Resistencia

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ReferenciaFHA2006

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CARGA VIVA , IMPACTO Y LINEA DE INFLUENCIALos efectos de la carga viva en un puente, están supeditados a muchos factores y parámetroscomo las dimensiones de los vehículos, peso total y cargas por eje, configuración de ejes,posición de estas cargas, longitudinal y transversalmente, número de vehículos en el puente,velocidad de los mismos, características del puente en cuanto a materiales tipología estructuraly dimensiones; todos estos parámetros implicarían estudios complejos causa – efecto y estudiosdinámicos, para cada puente, por lo que las normas en general asumen modelos matemáticos ehipotéticos que no representan a ningún vehículo particular en existencia; pero, se presume (enbase a estudios estadisticos) que para ningún vehículo que circule por el puente, con CargasLegales, las acciones producirán en la estructura tensiones mayores que los vehículos y cargasde diseño.

En Bolivia la Ley 1769 del 10 de marzo de 1997 y su reglamento establecen los pesos ydimensiones permisibles para la circulación en carreteras de vehículos automotores, con CargasLegales, las cuales no deben exceder de 45 Ton.

El impacto, es una forma de tomar en cuenta el efecto dinámico de la circulación vehicular y quepermite realizar un modelo matemático estático

Línea de Influencia es una representación gráfica de los efectos que produce una carga unitariaque se mueve a lo largo de un eje sobre un punto específico

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1.22 1.83 mV´ 1.83 m

Sardinel

CARGA VIVA AASTHO STANDARD

TIPO Peso

Camión (tn)

P (tn)

a (m)

b (m)

We (kg/m)

Pi P. Corte

(tn)

Pi P. Momento

(tn)

HS-20 HS-25

32.66 40.82

3.63 4.54

4.27 4.27

4.27-9.14 4.27-9.14

952.4 1,190.5

11.8 14.7

8.2 10.2

Camión de diseño Carga EquivalenteMilitar

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CARGA VIVA AASTHO STANDARD PARA CARGAS INDIVISIBLES

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Camión de diseño

CARGA VIVA AASTHO LRFD

Tandem de diseño

+

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CARGAS PARA FERROCARRILES

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Cargas Recomendadas

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CONSIDERACIONES PARA CARGA VIVA

O O

AASHTO STANDARD AASHTO LRFD

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Momento Máximo

positivo

CARGA VIVA STANDARD

Momento Máximo

Negativo

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CARGA VIVA LRFD

IMPACTO SOLO AL CAMION EN TODOS LOS CASOS

EFECTO 90 % CAMION Y CARGA REP

Momento Máximo

positivo

Momento Máximo

Negativo

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IMPACTO

El impacto, es una forma de tomar en cuenta el efecto dinámico de la circulación vehicular yotros aspectos que permite realizar unmodelo matemático estático y amplificarlo

Efectos Dinámicos que Considera el impacto• Velocidad y Peso del Vehículo• Simultaneidad de frecuencias entre vehículo y puente• Desgaste en las suspensiones de los vehículos• Ondulaciones y Rugosidad de la plataforma• Efecto de martilleo en las juntas, Fisuras y Baches

La amplificación Dinámica sigue las siguientes tendencias• A medida que aumenta el peso disminuye el efecto dinámico• Múltiples vehículos generan menor amplificación que uno solo• Un mayor numero de ejes provoca una menor amplificación• Existe un efecto de amortiguamiento del suelo en contacto con la estructura

En un puente “matemáticamenteideal” el impacto debería sermáximo un 25%

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ASPECTOS GENERALES

L = Longitud de Calculo en metros de la porción de la luz que esta cargada paraproducir el máximo esfuerzo para vigas transversales usar la luz libre del miembro.

No se utiliza Impacto en los siguientes casos

• Estribos y pilas que se conectan mediante aparatos de apoyo

• Fundaciones en general,

• Cuando la carga vehicular sube a la acera

• Estructuras de Madera

• Alcantarillas y Estructuras que estén a mas de 0.9 m enterradas.

IMPACTOAASTHO STANDARD

3.8.2.1

Reducción de la carga viva1 o 2 fajas 100%3 fajas 90%≥ 4 fajas 75%

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Incremento de la Carga Viva por Efectos Dinámicos

Componente Porcentaje

Elementos de unión en el tablero(para todos los estados límite) 75%

Para otros elementos:

a) Estados límite de fatiga y fractura 15%

b) Otros estados límite 33%

IMPACTOAASTHO LRFD

No se utiliza Impacto en los siguientes casos• Muros de Sostenimiento no solicitadas por reacciones verticales de la superestructura• Fundaciones en general,• Alcantarillas:.

Reducción de la carga viva1 faja 120%2 fajas 100%3 fajas 85%≥ 4 fajas 65%

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IMPACTOAREMA Hormigón

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IMPACTOAREMA Acero

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Combinaciones de Carga Standard

GRUPOS (N) = [D * D + L (L+I) + BC CF + E E + B B +S SF + W W +WL WL + L LF + R (R+S+T) + EQ EQ + ICE ICE]

Donde:

N = Número de Grupo WL = Carga de Viento sobre carga Viva

= Factor de carga ( Ver tabla) LF = Fuerza Longitudinal de Carga Viva

= Coeficiente (Ver tabla) CF = Fuerza Centrífuga

D = Carga Muerta R = Acortamiento

L = Carga Viva S = Contracción

I = Impacto de Carga Viva T = Temperatura

E = Presión de Tierra EQ = Sismo

B = Subpresión SF = Presión de flujo de corriente

W = Carga de Viento sobre estructura ICE = Presión de hielo

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1 2 3 3A 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

D (L+I)n (L+I)P CF E B SF W WL LF R+S+T EQ ICE

I 1.0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 100IA 1.0 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 150IB 1.0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 **II 1.0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 125III 1.0 1 1 0 1 1 1 0.3 1 1 0 0 0 125IV 1.0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 125V 1.0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 140VI 1.0 1 1 0 1 1 1 0.3 1 1 1 0 0 140VII 1.0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 133VIII 1.0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 140IX 1.0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 150X 1.0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 100I 1.3 1.67* 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0

IA 1.3 2.20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0IB 1.3 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0II 1.3 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0III 1.3 1 0 1 1 1 0.3 1 1 0 0 0IV 1.3 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0V 1.25 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0VI 1.25 1 0 1 1 1 0.3 1 1 1 0 0VII 1.3 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0VIII 1.3 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1IX 1.2 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1X 1.3 1 1.67 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

NO

AP

LIC

AB

LE

FACTORES %GRUPO

C o L N °

Ca

rga

de

Se

rvic

ioD

ISE

ÑO

CO

N F

AC

TO

RE

S

DE

CA

RG

A

Combinaciones de Carga Standard

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Método LRFDni Qi = Rn = Rr

Rn: resistencia nominal

Rr: resistencia factorizada

i : factor de carga (factor estadístico)

Qi: efectos de fuerza

: factor de resistencia

n: factor que relaciona a la ductilidad, redundancia

e importancia operativa, modificadores de carga.

n= nD x nR x nI 0.95

nD: factor que se refiere a la ductilidad

nR: factor que se refiere a la redundancia

nI: factor que se refiere a la importancia operacional

NOTACION

CARGAS TRANSITORIAS

BR Fuerza de frenado vehicularCE Fuerza centrífuga vehicularCR “Creep” del concretoCT Fuerza de choque vehicularCV Fuerza de choque de barcosEQ SismoFR FricciónIC Carga de hieloIM Carga de impactoLL Carga viva vehicularLS Carga viva superficialPL Carga viva de peatonesSE AsentamientoSH ContracciónTG Gradiente de temperaturaTU Temperatura uniformeWA Carga de agua y presión del flujoWL Efecto de viento sobre la carga viva

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1. Estados Límite (Combinaciones)

A) Estado Límite de Servicio Restricción sobre esfuerzos, se basa Servicio Ien el diseño sobre esfuerzos permisibles. Servicio II

Servicio III

B) Estado Límite de Fatiga y Fractura Diseño bajo criterio de control de grietas. Fatiga

ESTADOS C) Estado Límite de Resistencia Diseño que sera tomado en cuenta para Resistencia ILIMITE asegurar resistencia y estabilidad de Resistencia II

una estructura durante su vida útil. Resistencia III Resistencia IV Resistencia V

D) Estado Limite de Evento Extremo Diseño que sera tomado en cuenta para Evento Extremo Iasegurar supervivencia estructural. Evento Extremo II

Método LRFD

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ASPECTOS GENERALES

Método LRFD

2. Combinaciones de Carga y Factores de Carga

Usar solamente uno de los indicados en estas columnas en cada

combinación

Combinación de

Carga Estado Límite

DC DD DW EH EV ES

LL IM CE BR PL LS

WA WS WL FR TU CR SH

TG SE

EQ IC CT CV

RESISTENCIA I P 1.75 1.00 1.00 0.50/1.20 TG SE RESISTENCIA II P 1.35 1.00 1.00 0.50/1.20 TG SE REISISTENCIA III P 1.00 1.40 1.00 0.50/1.20 TG SE RESISTENCIA IV Solamente EH, EV, ES, DW, DC

P

1.5 1.00 1.00 0.50/1.20

RESISTENCIA V P 1.35 1.00 0.40 0.40 1.00 0.50/1.20 TG SE EVENTO EXTREMO I P EQ 1.00 1.00 1.00 EVENTO EXTREMO II 0.50 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 SERVICIO I 1.00 1.00 1.00 0.30 0.30 1.00 1.00/1.20 TG SE SERVICIO II 1.00 1.30 1.00 1.00 1.00/1.20 SERVICIO III 1.00 0.8 1.00 1.00 1.00/1.20 TG SE FATIGA (solamente LL,IM y CE)

0.75

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Método LRFD

Notación y Factores de Carga para Cargas Permanentes P

Máximo MínimoDC: Componentes estructurales y AuxiliaresDD : Fuerza de arrastre hacia abajoDW : Superficie de Rodadura y accesoriosEH : Presión horizontal de tierra 1.50 0.90 - Activa 1.35 0.90 - En reposoEV : Presión vertical de tierra N/A - Estabilidad Global 1.35 1.00 - Estructura de Retención 1.35 0.90 - Estructuras Rígidas Empotradas 1.30 0.90 - Pórticos rígidos 1.35 0.90 - Estructuras Flexibles empotrados 1.95 excepto alcantarillas metálicas 0.90 - Alcantarillas Metálicas 1.50ES : Carga superficial en el terreno 1.50 0.75

1.80 0.45

1.50 0.65

TIPO DE CARGA FACTOR DE CARGA

1.25 0.90

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ASPECTOS GENERALES

Método LRFD

3. Factor de Resistencia ()

A) Para el Estado Límite de Resistencia

Flexión y Tracción de Concreto Armado 0.90Flexión y Tracción de Concreto Presforzado 1.00Corte y Torsión Concreto densidad normal 0.90Compresión Axial con Espirales o Estribos 0.50-0.90Aplastamiento en Concreto 0.70Compresión en modelos de bielas de compresión 0.70y TracciónCompresión en zonas de concreto de densidad normal 0.80Tracción en el acero en zonas de anclaje 1.00

B) Para los demás Estados Límites

Se asume : =1.00

Dentro de la ecuación básica de diseño LRFD, se considera un factor de resistencia, el cual”factoriza” los esfuerzos resistentes de acuerdo al material estructural, y que varia pordiferentes solicitaciones, dependiendo del requerimiento de diseño que estemos siguiendo.

Valor de ф

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Método LRFD

4. Modificadores de Carga (n)

Este factor (n), esta relacionado directamente con la seguridad en el diseño de puentes. Dependede tres variables las cuales son las siguientes : Ductilidad, Redundancia, Importancia Operativa :

A) Ductilidad (nD)

Se debe proporcionar la capacidad necesaria al sistema estructural, de tal forma que seasegure el desarrollo de significantes deformaciones inelásticas visibles antes de la falla.

DUCTILIDAD (nD)

Para el estado límite de resistencia, los valores de nD son:

- Para componentes y conexiones no dúctiles 1.05 - Para componentes y conexiones dúctiles 0.95

Para los demás estados límite, el valor de nD es:

- Para elementos dúctiles y no dúctiles 1.00

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ASPECTOS GENERALES

CAMBIOS POR VENIR EN BOLIVIA Y NUEVOS RETOS 

HORMIGONES DE ALTA RESISTENCIA

f´c 500 A 700 Kg/cm2

• Aumenta el modulo elástico

• Reduce los efectos de la Fluencia