PUENTES Diseño esf admisibles a carga factorada

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    17-Jul-2015

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<p>PUENTES METODOLOOGIA DE DISEO DEPUENTES</p> <p>DEL DISEO EN SERVICIO AL DISEO EN ESTADO LIMITE</p> <p>JACK LOPEZ ACUA COLEGIO DE INGENIEROS DEL PERU02 DE NOVIEMBRE DEL 2009</p> <p>En la actualidad, en varios pases de Latinoamrica para el diseo de puentes de carreteras se est utilizando dos especificaciones de la AASHTO: Standard Specifications for Highway Bridges Design, Edition 17, 2002 AASHTO LRFD Bridge Design Specification , 4 Edicin, 2007, + interins 2008-09 En las Especificaciones Estndar se contempla de manera explcita la aplicacin de dos mtodos de diseo: Diseo para cargas de servicio, ASD ( Allowable Stress Design) Diseo para cargas ltimas, LFD ( Load Factor Design) Las nuevas especificaciones LRFD ( Load and Resistanse Factor Design) de la AASHTO constituye un avance hacia la aplicacin de la filosofa de diseo para estados lmite, pero consideramos que an esta en etapa de desarrollo y esperamos que en la prximas ediciones tendremos unas especificaciones mas racionales y consistentes que las actuales. En Europa y en algunos pases de Amrica ya se utiliza el diseo para estados lmite desde hace varios aos.</p> <p>Diseo para Esfuerzos Admisibles , ASD ( cargas de servicio )La aplicacin de este mtodo de diseo supone que para las cargas de servicio la estructura se comporta dentro del rango elstico. En el diseo por ASD se debe cumplir la siguiente expresin:</p> <p> Q(i) f (adm)Donde: Q(i) = Esfuerzo por efecto de la carga i f (adm) = Esfuerzo Admisible del Material (1.1)</p> <p>(1.0)</p> <p>Esfuerzo Caracterstico del Material / FS FS = Factor de Seguridad p.e.</p> <p>Q (D) + Q(L) Fy / 1.82 ( 0.55 Fy )</p> <p>El Esfuerzo Caracterstico del material puede ser: En el caso de elementos de acero: el esfuerzo de fluencia , Fy el caso de elementos de concreto: f c El factor de seguridad FS esta indicado en las especificaciones de diseo. En la tabla 1.1 se muestra las combinaciones de carga, los FS y esfuerzos admisibles segn las especificaciones AASHTO, 2002.</p> <p>Diseo para Cargas Factoradas , LFDEn el diseo por el mtodo LFD se debe cumplir: Rn &gt; i Q(i) (1.2)</p> <p>Donde:Rn = Resistencia nominal i = factor de carga , generalmente &gt; 1.0 = factor de resistencia , generalmente &lt; 1.0 Q(i) = Fuerza interna en el elemento por efecto de la carga i</p> <p>Los factores de carga y resistencia para el mtodo LFD de las especificaciones AASHTO se muestran en las tablas 2.1 y 2.2.Por ejemplo, para la combinacin denominada Grupo I, se tiene: .Rn &gt; 1.3 Q(D) + 2.17 Q(L) (1.2.a ) Donde: Q(D) = esfuerzo por carga permanente Q(L) = esfuerzo por carga viva</p> <p>Para LFD, los factores de resistencia son:</p> <p> = 0.7 para flexo-compresin= 0.9 para flexin = 0.85 para cortante En general, La expresin 1.2 implica que para el evento de diseo (combinacin de cargas), la resistencia debe ser mayor que la suma de las acciones internas mximas factoradas Para el evento de diseo con cargas factoradas, generalmente la estructura ya se encuentra mas all del rango elstico, en consecuencia, para aplicar correctamente LFD, el clculo de esfuerzos internos debe ser realizado considerando el comportamiento inelstico de la estructura; sin embargo, para facilitar el proceso de diseo, AASHTO simplifica el procedimiento y permite aplicar el mtodo LFD utilizando el clculo elstico de esfuerzos y deformaciones, lo que naturalmente constituye una inconsistencia, pero que para el caso de estructuras convencionales se considera aceptable.</p> <p>Tabla 1.2 COMBINACIONES DE CARGA EN SERVICIO - COEFICIENTES g y b AASHTO STANDARD SPECIFICATIONS 2002</p> <p>Col.No GRUPO I IA IB</p> <p>1</p> <p>2</p> <p>3</p> <p>3A</p> <p>4</p> <p>5</p> <p>6</p> <p>7</p> <p>8</p> <p>9</p> <p>10</p> <p>11</p> <p>12</p> <p>13</p> <p>14</p> <p>FACTORES </p> <p>1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0</p> <p>D 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1</p> <p>(L+I)n 1 2 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1</p> <p>(L+I)p 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0</p> <p>CF 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0</p> <p>E</p> <p>B 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0</p> <p>SF 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0</p> <p>W 0 0 0 1 0.3 0 1 0.3 0 0 1 0</p> <p>WL 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0</p> <p>LF 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0</p> <p>R+S+F 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0</p> <p>EQ 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0</p> <p>ICE 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0</p> <p>% 100 150 ** 125 125 125 140 140 133 140 150 100</p> <p>E0</p> <p>E1</p> <p>CARGAS DE SERVICIO</p> <p>II III IV V VI VII VIII IX X</p> <p>E E1</p> <p>E1 1 1</p> <p>E</p> <p>Tabla 1.2 COMBINACIONES DE CARGAS FACTORADAS - COEFICIENTES g y b AASHTO STANDARD SPECIFICATIONS 2002</p> <p>Col.No GRUPO I</p> <p>1</p> <p>2</p> <p>3</p> <p>3A</p> <p>4</p> <p>5</p> <p>6</p> <p>7</p> <p>8</p> <p>9</p> <p>10</p> <p>11</p> <p>12</p> <p>13</p> <p>14</p> <p>FACTORES </p> <p>1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.25 1.25 1.3 1.3 1.2 1.3</p> <p>D</p> <p>(L+I)n 1.67 2.20 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1.67</p> <p>(L+I)p 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0</p> <p>CF 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0</p> <p>E</p> <p>B 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0</p> <p>SF 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0</p> <p>W 0 0 0 1 0.3 0 1 0.3 0 0 1 0</p> <p>WL 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0</p> <p>LF 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0</p> <p>R+S+F 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0</p> <p>EQ 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0</p> <p>ICE 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0</p> <p>%</p> <p>D D D D D D D D D D D1</p> <p>E0</p> <p>DISEO POR FACTORES DE CARGA</p> <p>IA IB II III IV V VI VII VIII IX X</p> <p>E E E E E E E E E E</p> <p>NO APLICABLE</p> <p>Diseo para Cargas y Resistencias Factoradas LRFD ( LRFD = Load and Resistence Factor Design ) ESTADOS LMITE)</p> <p>La expresin bsica en el diseo por el mtodo LRFD es: Resistencia &gt; Demanda Rn &gt; i Qi (1.3) Donde: = factor de modificacin de carga, toma en cuenta: ductilidad, redundancia, importancia operacional i = factor de carga, generalmente &gt; 1.0 = factor de resistencia, &lt; 1.0 Q(i) = Esfuerzo por efecto de la carga i Si se compara las expresiones 1.2 y 1.3 se podra suponer que LRFD es una simple extensin de LFD, pero en realidad es mucho ms. Cuando se disea con LFD, se considera los eventos para las combinaciones de cargas factoradas en condiciones ltimas, es decir, condiciones de resistencia, y se establece algunas verificaciones para condiciones en servicio ( control de deflexiones, agrietamiento y fatiga) El diseo con LFRD es mucho ms amplio, considera varios escenarios de resistencia, servicio, eventos extremos y fatiga, es una aplicacin de la filosofa de diseo para estados lmite.</p> <p>Momentos por Carga Viva (t-m/via) Estados Lmite</p> <p>Los estados lmite definen los eventos o circunstancias que pueden causar que la estructura sea inservible o que mas all de los cuales no satisface los requerimientos de resistencia o estabilidad.. En las especificaciones LRFD de la AASHTO se define cuatro grupos de estados lmite para el diseo de los elementos de un puente. Estados lmite de resistencia Estados lmite de evento extremo Estados lmite de servicio Estados lmite de fatiga y fractura En la Tabla 2.1 se indica la nomenclatura con la que se designa a cada una de las acciones a considerar en el diseo de un puente. En la Tabla 2.2 de indica las diferentes combinaciones de carga a considerar tanto para los estados lmite de servicio como de resistencia.</p> <p>Estado Lmite de Resistencia1. En las especificaciones LRFD de la AASHTO se establece 5 estados lmite de resistencia que tienen por objetivo proporcionar a la estructura la resistencia suficiente para satisfacer la inigualdad</p> <p>1. 2.</p> <p> R . i QiLas diferentes combinaciones de carga y sus correspondientes factores se indica en la Tabla 2.2 y 2.2 . Los factores de resistencia en la Tabla 2.3. Resistencia I: Constituye el estado lmite bsico de diseo cuando se considera la carga viva de diseo. Para este estado, el factor de carga viva es 1.75. En este estado no se considera el efecto del viento. Resistencia II: Este estado es similar al anterior, pero se aplica cuando se tiene un vehculo permitido de mayor carga al del vehculo de diseo. En este caso, el factor de carga para la carga viva considerada es 1.35 en lugar de 1.75. En este estado lmite tampoco se considera el efecto del viento. Resistencia III : Para este estado lmite no se considera la carga viva pero si el efecto de viento con mxima velocidad.</p> <p>3.</p> <p>4.</p> <p>5.</p> <p>Estado Lmite de Servicio1. Los estados lmite de servicio se refieren a las restricciones sobre esfuerzos, deflexiones y ancho de grietas en situaciones regulares de operacin del puente. Servicio I : Se refiere al estado lmite para la combinacin de cargas en situacin de uso normal, se considera el comportamiento del puente bajo las cargas con sus valores nominales. Este estado lmite se utiliza para el control de deflexiones y del ancho de las grietas en estructuras de concreto armado. Para este estado lmite, no se considera los eventos extremos. Servicio II : Se utiliza solamente para estructuras de acero y tiene la finalidad de controlar la fluencia y slip en las conexiones por efecto de la carga viva vehicular. Para este estado las especificaciones LRFD AASHTO indica un factor para la carga viva de 1.30 en lugar de 1.00. Servicio III : Se utiliza solamente para las estructuras de concreto preesforzado con el objetivo del control de grietas. Para este estado se indica un factor para la carga viva de 0.80 en lugar de 1.00, que es una forma de corregir el hecho de que la carga HL93 en condiciones de servicio es mayor que lo que debe ser.</p> <p>2.</p> <p>3.</p> <p>4.</p> <p>Estado Lmite Fatiga y Fractura</p> <p>1.</p> <p>Se refiere a las restricciones sobre el rango de esfuerzos por efecto del camin de diseo. Notar que en este caso, las especificaciones indican un factor de 0.75 para los efectos de la carga del camin.</p> <p>ESTADOS LMITE Y FACTORES DE CARGA Factores de Carga LRFDDC DD DW EH EV ES p p p p 1.5 P p p 1.0 0 1.0 0 1.0 0 LL IM CE BR PL LS 1.75 1.35 TU CR SH</p> <p>Combinacin de Cargas Estado Lmite</p> <p>WA</p> <p>WS WL</p> <p>FR</p> <p>TG</p> <p>SE</p> <p>EQ</p> <p>IC</p> <p>CT</p> <p>CV</p> <p>RESISTENCIA I RESISTENCIA II RESISTENCIA III RESISTENCIA IV Solamente EH, EV, ES, DW,DC RESISTENCIA V EVENTO EXTREMO I EVENTO EXTREMO II SERVICIO I SERVICIO II SERVICIO III FATIGA Solamente LL,IM y CE</p> <p>1.00 1.00 1.00</p> <p>1.4 0</p> <p>1.00 1.00 1.00</p> <p>0.50/1.20 0.50/1.20 0.50/1.20</p> <p>TG TG TG</p> <p>SE SE SE</p> <p>1.00 1.35 EQ 0.50 1.00 1.30 0.80 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.4 0 0.4 0</p> <p>1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00</p> <p>0.50/1.20 0.50/1.20 TG SE 1.00 1.00 1.00/1.20 1.00/1.20 1.00/1.20 TG SE TG SE 1.00 1.00</p> <p>0.3 0</p> <p>0.3 0</p> <p>0.75</p> <p>FACTORES DE CARGA PARA CARGAS PERMANENTES, pTIPO DE CARGA DC : Componentes y Auxiliares DD : Fuerza de arrastre hacia abajo DW : Superficies de Rodadura y Accesorios EH : Presin horizontal de tierra * Activa * En reposo. EV : Presin vertical de tierra * Estabilidad global * Estructuras de Retencin * Estructuras Rgidas Empotradas * Prticos Rgidos * Estructuras Flexibles empotra dos excepto alcantarillas metli cas * Alcantarillas Metlicas ES : Carga superficial en el terreno FACTOR DE CARGA Mximo Mnimo 1.25 0.90 1.80 0.45 1.50 0.65</p> <p>1.50 1.35 1.35 1.35 1.30 1.35 1.95</p> <p>0.90 0.90 N/A 1.00 0.90 0.90 0.90</p> <p>1.50 1.50</p> <p>0.90 0.75</p> <p>Cargas de Diseo VehicularSistema de Cargas HS20 ( HS 25 = 1.25 HS 20 )</p> <p>Sistema de Cargas HL93</p> <p>Camiones Norma Colombiana de Puentes</p> <p>Camin Norma Ecuatoriana HS-MOP</p> <p>Propuesta Norma Peruana P-42</p> <p>Camin: P-48a) Camin P-48</p> <p>b) Carga Distribuida Carga Viva: P-48</p> <p>MODELO DE CARGA DEL EUROCODIGO</p>