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PUENTES
Con AASHTO-LRFD 2010
(Fifth Edition)


                    Por
     MC Ing. Arturo Rodríguez Serquén




                  Perú- 2012

              ing_ars@hotmail.com
PUENTES

MC Ing. Arturo Rodríguez Serquén
E-mail: ing_ars@hotmail.com

Derechos Reservados. Prohibida la reproducción de este libro por cualquier método,
total o parcialmente, sin permiso expreso del autor.

Perú- Abril 2012
Contenido

1   Consideraciones Generales

2   Cargas

3   Superestructuras de Puentes

4   Dispositivos de Apoyo

5   Estribos

6   Pilares

7   Líneas de Influencia
I-1
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                               Ing. Arturo Rodríguez Serquén

        CAP I:         CONSIDERACIONES GENERALES
1. DEFINICIÓN
      Un puente es una obra que se construye para salvar un obstáculo dando así
   continuidad a una vía. Suele sustentar un camino, una carretera o una vía férrea,
   pero también puede transportar tuberías y líneas de distribución de energía.
      Los puentes que soportan un canal o conductos de agua se llaman acueductos.
   Aquellos construidos sobre terreno seco o en un valle, viaductos. Los que cruzan
   autopistas y vías de tren se llaman pasos elevados.
      Constan fundamentalmente de dos partes:
   a) La superestructura conformada por: tablero que soporta directamente las
       cargas; vigas, armaduras, cables, bóvedas, arcos, quienes transmiten las
       cargas del tablero a los apoyos.
   b) La infraestructura conformada por: pilares (apoyos centrales); estribos (apoyos
       extremos) que soportan directamente la superestructura; y cimientos,
       encargados de transmitir al terreno los esfuerzos.
I-2
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                 Ing. Arturo Rodríguez Serquén

2. CLASIFICACIÓN
   A los puentes podemos clasificarlos:

   a) Según su función:
       − Peatonales
       − Carreteros
       − Ferroviarios
   b) Por los materiales de construcción
       − Madera
       − Mampostería
       − Acero Estructural
       − Sección Compuesta
       − Concreto Armado
       − Concreto Presforzado
   c) Por el tipo de estructura
       − Simplemente apoyados
       − Continuos
       − Simples de tramos múltiples
       − Cantilever (brazos voladizos)
       − En Arco
       − Atirantado (utilizan cables rectos que atirantan el tablero)
       − Colgantes
       − Levadizos (basculantes)
       − Pontones (puentes flotantes permanentes)

3. UBICACIÓN Y ELECCIÓN DEL TIPO DE PUENTE
      Los puentes son obras que requieren para su proyecto definitivo estudiar los
   siguientes aspectos:
   a. Localización de la estructura o ubicación en cuanto a sitio, alineamiento,
       pendiente y rasante.
   b. Tipo de puente que resulte más adecuado para el sitio escogido, teniendo en
       cuenta su estética, economía, seguridad y funcionalidad.
   c. Forma geométrica y dimensiones, analizando sus accesos, superestructura,
       infraestructura, cauce de la corriente y fundaciones.
   d. Obras complementarias tales como: barandas, drenaje de la calzada y de los
       accesos, protección de las márgenes y rectificación del cauce, si fuera
       necesario forestación de taludes e iluminación.
   e. En caso de obras especiales conviene recomendar sistemas constructivos,
       equipos, etapas de construcción y todo aquello que se considere necesario
       para la buena ejecución y estabilidad de la obra.

4. ESTUDIOS BÁSICOS DE INGENIERÍA PARA EL DISEÑO DE PUENTES

   a. Estudios topográficos
      Posibilitan la definición precisa de la ubicación y dimensiones de los elementos
      estructurales, así como información básica para los otros estudios.
   b. Estudios de hidrología e hidráulicos
      Establecen las características hidrológicas de los regímenes de avenidas
      máximas y extraordinarias y los factores hidráulicos que conllevan a una real
      apreciación del comportamiento hidráulico del río.
I-3
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                Ing. Arturo Rodríguez Serquén

   c. Estudios geológicos y geotécnicos
      Establecen las características geológicas, tanto locales como generales de las
      diferentes formaciones geológicas que se encuentran, identificando tanto su
      distribución como sus características geotécnicas correspondientes.
   d. Estudios de riesgo sísmico
      Tienen como finalidad determinar los espectros de diseño que definen las
      componentes horizontal y vertical del sismo a nivel de la cota de cimentación.
   e. Estudios de impacto ambiental
      Identifican el problema ambiental, para diseñar proyectos con mejoras
      ambientales y evitar, atenuar o compensar los impactos adversos.
   f. Estudios de tráfico
      Cuando la magnitud de la obra lo requiera, será necesario efectuar los estudios
      de tráfico correspondiente a volumen y clasificación de tránsito en puntos
      establecidos, para determinar las características de la infraestructura vial y la
      superestructura del puente.
   g. Estudios complementarios
      Son estudios complementarios a los estudios básicos como: instalaciones
      eléctricas, instalaciones sanitarias, señalización, coordinación con terceros y
      cualquier otro que sea necesario al proyecto.
   h. Estudios de trazo y diseño vial de los accesos
      Definen las características geométricas y técnicas del tramo de carretera que
      enlaza el puente en su nueva ubicación con la carretera existente.
   i. Estudio de alternativas a nivel de anteproyecto
      Propuesta de diversas soluciones técnicamente factibles, para luego de una
      evaluación técnica-económica, elegir la solución más conveniente.

5. GEOMETRÍA

   a. Sección transversal
      El ancho de la sección transversal de un puente no será menor que el ancho del
      acceso, y podrá contener: vías de tráfico, vías de seguridad (bermas), veredas,
      ciclovía, barreras y barandas, elementos de drenaje.
I-4
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                Ing. Arturo Rodríguez Serquén

   b. Ancho de vía (calzada)
      Siempre que sea posible, los puentes se deben construir de manera de poder
      acomodar el carril de diseño estándar y las bermas adecuadas.
      El número de carriles de diseño se determina tomando la parte entera de la
      relación w/3.6, siendo w el ancho libre de calzada (m).
      Los anchos de calzada entre 6.00 y 7.20 m tendrán dos carriles de diseño,
      cada uno de ellos de ancho igual a la mitad del ancho de calzada.
   c. Bermas
      Una berma es la porción contigua al carril que sirve de apoyo a los vehículos que
      se estacionan por emergencias. Su ancho varía desde un mínimo de 0.60 m en
      carreteras rurales menores, siendo preferible 1.8 a 2.4 m, hasta al menos 3.0
      m, y preferentemente 3.6 m, en carreteras mayores. Sin embargo debe tenerse
      en cuenta que anchos superiores a 3.0 m predisponen a su uso no autorizado
      como vía de tráfico.
   d. Veredas
      Utilizadas con fines de flujo peatonal o mantenimiento. Están separadas de la
      calzada adyacente mediante un cordón barrera, una barrera (baranda para tráfico
      vehicular) o una baranda combinada. El ancho mínimo de las veredas es 0.75 m.
I-5
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                Ing. Arturo Rodríguez Serquén

   e. Cordón barrera
      Tiene entre otros propósitos el control del drenaje y delinear el borde de la vía
      de tráfico. Su altura varía en el rango de 15 a 20 cm, y no son adecuados para
      prevenir que un vehículo deje el carril.
   f. Barandas
      Se instalan a lo largo del borde de las estructuras de puente cuando existen
      pases peatonales, o en puentes peatonales, para protección de los usuarios. La
      altura de las barandas será no menor que 1.10 m, en ciclovías será no menor
      que 1.40 m.
      Una baranda puede ser diseñada para usos múltiples (caso de barandas
      combinadas para peatones y vehículos) y resistir al choque con o sin la acera.
      Sin embargo su uso se debe limitar a carreteras donde la velocidad máxima
      permitida es 70 km/h. Para velocidades mayores o iguales a 80 km/h, para
      proteger a los peatones es preferible utilizar una barrera.




   g. Barreras de concreto (o barandas para tráfico vehicular)
      Su propósito principal es contener y corregir la dirección de desplazamiento de
      los vehículos desviados que utilizan la estructura, por lo que deben estructural y
      geométricamente resistir al choque. Brindan además seguridad al tráfico
      peatonal, ciclista y bienes situados en las carreteras y otras áreas debajo de la
      estructura. Deben ubicarse como mínimo a 0.60 m del borde de una vía y como
      máximo a 1.20 m. En puentes de dos vías de tráfico puede disponerse de una
      barrera como elemento separador entre las vías.
      No debe colocarse barandas peatonales (excepto barandas diseñadas para usos
      múltiples) en lugar de las barreras, pues tienen diferente función. Mientras las
      barandas evitan que los peatones caigan del puente, las barreras contienen y
      protegen el tránsito vehicular.
I-6
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                Ing. Arturo Rodríguez Serquén

   h. Pavimento
      Puede ser rígido o flexible y se dispone en la superficie superior del puente y
      accesos. El espesor del pavimento se define en función al tráfico esperado en la
      vía.
   i. Losas de transición
      Son losas de transición con la vía o carretera, apoyadas en el terraplén de
      acceso. Se diseñan con un espesor mínimo de 0.20 m.




   j.    Drenaje
        La pendiente de drenaje longitudinal debe ser la mayor posible,
        recomendándose un mínimo de 0.5%.
        La pendiente de drenaje transversal mínima es de 2% para las superficies de
        rodadura.
        En caso de rasante horizontal, se utilizan también sumideros o lloraderos, de
        diámetro suficiente y número adecuado. Son típicos drenes de material
        anticorrosivo, ∅ 0.10 m cada 0.40 m, sobresaliendo debajo de la placa 0.05
        m como mínimo. El agua drenada no debe caer sobre las partes de la estructura.




   k. Gálibos
      Los gálibos horizontal y vertical para puentes urbanos serán el ancho y la altura
      necesarios para el paso del tráfico vehicular. El gálibo vertical no será menor
      que 5.00 m.
      En zonas rurales, el gálibo vertical sobre autopistas principales será al menos de
      5.50 m. En zonas altamente desarrolladas puede reducirse, previa justificación
      técnica.
      Los gálibos especificados pueden ser incrementados si el asentamiento pre-
      calculado de la superestructura excede los 2.5 cm.
I-7
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                Ing. Arturo Rodríguez Serquén

        En puentes sobre cursos de agua, se debe considerar como mínimo una altura
        libre de 1.50 m a 2.50 m sobre el nivel máximo de las aguas.
        Los puentes construidos sobre vías navegables deben considerar los gálibos de
        navegación de esas vías; a falta de información precisa, el gálibo horizontal
        podrá ser, por lo menos, dos veces el ancho máximo de las embarcaciones, más
        un metro.




   l.    Juntas de dilatación
        Para permitir la expansión o la contracción de la estructura por efecto de los
        cambios de temperatura, se colocan juntas en sus extremos y otras secciones
        intermedias en que se requieran. Las juntas deben sellarse con materiales
        flexibles, capaces de tomar las expansiones y contracciones que se produzcan y
        ser impermeables.




6. NORMATIVIDAD
   • AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, American Association of State
        Highway and Transportation Officials, Washington, D.C., 2010.
   •    Manual de Diseño de Puentes, Dirección General de Caminos y Ferrocarriles,
        Ministerio de Transportes y Comunicaciones, Lima, Perú, 2003.
I-8
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                         Ing. Arturo Rodríguez Serquén

                                      I-
                             APÉNDICE I-A

                          EQUIVALENCIA DE UNIDADES

1 kgf = 9.807 N
1N    = 0.10197 kgf

1 N-mm      = 1.0197 x 10-2 kgf-cm
1 kgf-cm    = 98.07 N-mm

1 N/mm      = 1.0197 x 102 kgf/m
1 kgf/m     = 9.807 x 10-3 N/mm

1 kgf/cm2   = 0.09807 MPa
1 MPa       = 10.197 kgf/cm2 = 1.0197 x 105 kgf/m2
II-1
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                       Ing. Arturo Rodríguez Serquén

                                CAP II: CARGAS
1. CARGAS PERMANENTES (DC, DW y EV)

   DC=     Peso propio de los componentes estructurales y accesorios no
           estructurales
   DW=     Peso propio de las superficies de rodamiento e instalaciones para servicios
           públicos
   EV=     Presión vertical del peso propio del suelo de relleno

                                Tabla 3.5.1-1 Densidades
                                      3.5.1-
                         Material                                  Densidad (kg/m3)
    Concreto
     Agregados de baja densidad y arena                                1925
     Normal, con f’c ≤ 357 kg/cm2                                      2320
     Normal, con 357 < f’c ≤ 1071 kg/cm2                            2240+2.29f’c
     Armado                                                Densidad Concreto Simple+ 72 kg/m3
    Superficies de rodamiento bituminosas                               2250
    Acero                                                               7850
    Hierro fundido                                                      7200
    Aleaciones de aluminio                                              2800
    Arena, limo o arcilla compactados                                   1925
    Arena, limo o grava sueltos                                         1600
    Arcilla blanda                                                      1600
    Grava, macadan o balasto compactado a rodillo                       2250
    Madera dura                                                          960
    Madera blanda                                                        800
    Rieles para tránsito, durmientes y fijadores por vía               300 kg/m

2. SOBRECARGAS VIVAS (LL y PL) (Art. 3.6.1.2)
   LL= sobrecarga vehicular
   PL= sobrecarga peatonal

         HL-
   Carga HL-93:

       1.-Camión de diseño:




   La distancia entre los dos ejes más pesados se toma como aquella que, estando
   entre los límites de 4.30m y 9.00m., resulta en los mayores efectos.
II-2
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                   Ing. Arturo Rodríguez Serquén

      2.-Tandem de diseño:




      3.-Carga de carril de diseño:

                                               0.96 T/m
                                                                            3.0 m


                                      CARGA DE CARRIL


                                           NOTAS
      a) La sobrecarga vehicular de diseño es considerada como una combinación de:
         Camión de diseño o tandem de diseño + Carga de carril de diseño.
      b) Para momento negativo entre puntos de contraflexión bajo carga uniforme,
          así como en la reacción de pilares interiores se considera: 90 por ciento
          de la solicitación debida a dos camiones de diseño separados como mínimo
          15 m entre el eje delantero de un camión y el eje trasero del otro,
          combinada con 90 por ciento de la solicitación debida a la carga del carril
          de diseño.


      Presencia de Múltiples Sobrecargas (Art. 3.6.1.1.2)

             La solicitación extrema correspondiente a sobrecargas se determinará
      considerando las posibles combinaciones de carriles cargados, multiplicando por
      un factor de presencia múltiple. No es aplicable al estado límite de fatiga.

                      Tabla 3.6.1.1.2-1 Factor de Presencia Múltiple
                            3.6.1.1.2
                                   1.2-
                        Número de carriles   Factor de presencia
                             cargados            múltiple, m
                                 1                  1.20
                                 2                  1.00
                                 3                  0.85
                                >3                  0.65

              Para el estado de Fatiga, se utiliza un camión de diseño, y las
      solicitaciones de los Art. 4.6.2.2 y 4.6.2.3 se deberán dividir por 1.20

      Incremento por Carga Dinámica: IM (Art. 3.6.2)

             Los efectos estáticos del camión o tandem de diseño, a excepción de
      las fuerzas centrífugas y de frenado, se deberán mayorar en los siguientes
      porcentajes:
II-3
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                  Ing. Arturo Rodríguez Serquén

                  Tabla 3.6.2.1-1 Incremento por Carga Dinámica,
                        3.6.2.1-                                      IM
                                  Componente                            IM
              Juntas del tablero – Todos los Estados Límites           75%
              Todos los demás componentes
                 Estado Límite de fatiga y fractura                     15%
                 Todos los demás Estados Límites                        33%
              Nota.- No se aplica a cargas peatonales ni a cargas de carril de diseño.
              Tampoco en muros de sostenimiento no solicitados por reacciones verticales de
              la superestructura ni en componentes de fundaciones que estén completamente
              por debajo del nivel del terreno.

       En caso de componentes enterrados como en el caso de alcantarillas, el
       porcentaje se deberá tomar como:

                                     IM = 33(1.0 – 4.1DE) ን 0%

       Siendo DE = profundidad mínima de la cubierta de tierra sobre la estructura (m).

3. FUERZAS CENTRÍFUGAS: CE (Art. 3.6.3)

      Se toman como el producto entre los pesos por eje del camión o tandem de
   diseño y el factor C, dado por:
                                        V2
                             C = 0.0105                     (3.6.3-1)
                                        R
   Siendo:
   V = velocidad de diseño de la carretera (km/h)
   R = radio de curvatura del carril de circulación (m)

      Las fuerzas centrífugas se aplican horizontalmente a una distancia de 1.80
   m sobre la calzada. Se deben aplicar además los factores de presencia
   múltiple.

4. FUERZA DE FRENADO: BR (Art. 3.6.4)
       Se toma como el mayor valor de:
   •   25 por ciento de los pesos por eje del camión o tandem de diseño
   •   5 por ciento del camión o tandem de diseño más la carga de carril

      La fuerza de frenado se debe ubicar en todos los carriles de diseño que se
   consideren cargados y que transporten tráfico en la misma dirección. Se aplicarán
   los factores de presencia múltiple. Se asumirá que estas fuerzas actúan
   horizontalmente a una distancia de 1.80 m sobre la superficie de la calzada.

5. CARGA SOBRE VEREDAS, BARANDAS Y SARDINELES
   Sobrecargas en Veredas (Art. 3.6.1.6)
   Se deberá aplicar una carga peatonal de 367 kg/m2 en todas las aceras de más de
   0.60m de ancho, y esta carga se deberá considerar simultáneamente con la
   sobrecarga vehicular de diseño. Cuando la condición de carga incluya cargas
   peatonales combinadas con uno o más carriles con sobrecarga vehicular, las cargas
   peatonales se pueden considerar como un carril cargado (Art. 3.6.1.1.2).
   Los puentes peatonales se diseñarán para una sobrecarga de 418 kg/m2.
II-4
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                    Ing. Arturo Rodríguez Serquén

   Nota.- El Manual de Diseño de Puentes – Perú (Art. 2.4.3.7), señala al respecto
   Nota.-
   que los puentes para uso peatonal y para el tráfico de bicicletas se diseñan para
   una carga viva de 510 kg/m². Así mismo, refiere:

   Fuerzas sobre Sardineles (Art. 2.4.3.6.2)
   Los sardineles se diseñarán para resistir una fuerza lateral no menor que 760 kg
   por metro de sardinel, aplicada en el tope del sardinel o a una elevación de 0.25 m
   sobre el tablero si el sardinel tuviera mayor altura.

   Fuerza sobre Barandas (Art. 2.4.3.6.3)
         PL-1 Primer nivel de importancia
         Usado en estructuras cortas y de bajo nivel sobre puentes rurales y áreas
         donde el número de vehículos pesados es pequeño y las velocidades son
         reducidas.
         PL-2 Segundo nivel de importancia
         Usado en estructuras grandes y velocidades importantes en puentes urbanos
         y en áreas donde hay variedad de vehículos pesados y las velocidades son las
         máximas tolerables.
         PL-3 Tercer nivel de importancia
         Usado para autopistas con radios de curvatura reducidos, pendientes
         variables fuertes, un volumen alto de vehículos pesados y con velocidades
         máximas tolerables. Justificación específica de este tipo de lugar será hecho
         para usar este nivel de importancia.

  Fuerzas de Diseño para Barandas (Tabla 2.4.3.6.3-1, Manual de Diseño de Puentes- Perú)
                                         2.4.3.6.3-                       Puentes-

     Designación de Fuerzas               Por niveles   de importancia de Puentes
     y Designaciones                      PL-1           PL-2            PL-3
     Ft transversal (t)                   12.3           24.5            52.6
     Fl longitudinal (t)                   4.1            8.2            17.6
     Fv vertical abajo (t)                2.05            8.2           22.64
     Lt y Ll (m)                          1.22           1.07            2.44
     Lv (m)                               5.50           5.50            12.2
     He mín (m)                           0.51           0.81            1.02
     Mínima altura del pasamano (m)       0.51           0.81            1.02
II-5
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                Ing. Arturo Rodríguez Serquén

6. FUERZA DE COLISIÓN DE UN VEHÍCULO: CT (Art. 3.6.5)

       Los estribos y pilas de puentes ubicados a 9.0 m o menos del borde de la
   calzada, o a 15.0 m o menos de la línea de centro de una vía ferroviaria, se
   deberán diseñar para una fuerza estática equivalente de 183.5 t, la cual se asume
   actúa en cualquier dirección en un plano horizontal, a una altura de 1.2 m sobre el
   nivel del terreno.
       No es necesario aplicar esta fuerza, en el caso de estructuras protegidas por
   terraplenes o barreras antichoques.

7. CARGAS HIDRÁULICAS: WA (Art. 3.7)

            Hidrostática.
   Presión Hidrostática.- Actúa de forma perpendicular a la superficie, y se calcula
   como el producto entre la altura de la columna de agua sobre el punto considerado,
   la densidad del agua y g (aceleración de la gravedad).

   Flotabilidad.
   Flotabilidad.- Fuerza de levantamiento tomada como la sumatoria de las
   componentes verticales de las presiones hidrostáticas. Actúa sobre todos los
   componentes debajo del nivel de agua.

   Presión de Flujo.- La presión de flujo de agua, actuando en la dirección longitudinal
              Flujo.
   de las subestructuras, se tomará como:

                                    p = 52.4CDV2          (3.7.3.1-1)
   Donde:
   p = presión del agua (kg/m2)
   v=     velocidad del agua para la inundación de diseño (resistencia y servicio) y
          para la inundación de control (evento extremo), en m/s
   CD = coeficiente de arrastre para pilas

                               3.7.3.1-
                         Tabla 3.7.3.1-1 Coeficiente de Arrastre
                                      Tipo                         CD
                   Pila con borde de ataque semicircular           0.7
                   Pila de extremo cuadrado                        1.4
                   Arrastres acumulados contra la pila             1.4
                   Pila con borde de ataque en forma de
                   cuña, ángulo del borde de ataque ≤ 90°          0.8

   La fuerza de arrastre longitudinal será el producto entre la presión de flujo
   longitudinal y la proyección de la superficie expuesta a dicha presión.

   Carga Lateral.- La presión lateral uniformemente distribuida que actúa sobre una
          Lateral.
   subestructura debido a un caudal de agua que fluye formando un ángulo θ respecto
   del eje longitudinal de la pila será:

                                    p = 52.4CLV2          (3.7.3.2-1)
   Donde:
   p = presión lateral (kg/m2)
   CL = coeficiente de arrastre lateral
II-6
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                 Ing. Arturo Rodríguez Serquén

                           3.7.3.2-                          Lateral
                     Tabla 3.7.3.2-1 Coeficiente de Arrastre Lateral
                                    Ángulo θ             CL
                                       0°                0
                                       5°               0.5
                                      10°               0.7
                                      20°               0.9
                                     ን 30°              1.0

   Carga del Oleaje.- Se deberá considerar si se anticipa que se pueden desarrollar
              Oleaje.
   fuerzas de oleaje significativas.
   Socavación.
   Socavación.- Se deberá considerar en los estados límites de resistencia y servicio.

8. CARGA DE VIENTO: WL y WS (Art. 3.8)

   Presión Horizontal del Viento.- La carga de viento se asume está uniformemente
                           Viento.
   distribuida sobre el área expuesta al viento. Para puentes a más de 10 m sobre el
   nivel del terreno o del agua, la velocidad de viento de diseño se deberá ajustar
   con:
                                          V10      Z
                          VDZ = 2.5V0 (       ) ln( )     (3.8.1.1-1)
                                          VB       Z0
   Donde:
   VDZ = velocidad del viento de diseño a la altura de diseño Z (km/h)
   V0 = velocidad friccional (km/h)
   V10 = velocidad del viento a 10 m sobre el nivel del terreno o agua de diseño
          (km/h). En ausencia de datos V10 = VB =160 km/h
   VB = velocidad básica del viento igual a 160 km/h a una altura de 10 m
   Z0 = longitud de fricción del fetch o campo de viento aguas arriba (m)
   Z = altura de la estructura > 10 m

                           Tabla 3.8.1.1-1 Valores de V0 y Z0
                                 3.8.1.1-
                                   8.1.1
           CONDICIÓN            TERRENO                ÁREA                  ÁREA
                                 ABIERTO           SUBURBANA                URBANA
             V0 (km/h)            13.2                 17.6                  19.3
              Z0 (m)              0.07                 1.00                  2.50

   Presión de Viento sobre las Estructuras: WS

                               VDZ 2        VDZ 2
                     PD = PB (    ) = PB (        )       (3.8.1.2.1-1)
                               VB          25600

   PD = presión del viento de diseño
   PB = presión básica del viento

      Tabla 3.8.1.2.1-1 Presiones básicas PB correspondientes a VB = 160 km/h
              COMPONENTE DE                 CARGA A                CARGA A
           LA SUPERESTRUCTURA             BARLOVENTO             SOTAVENTO
                                             (kg/m2)                (kg/m2)
       Reticulados, columnas y arcos          245                    122
       Vigas                                  245                No Aplicable
       Grandes superficies planas             194                No Aplicable
II-7
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                Ing. Arturo Rodríguez Serquén

   La carga de viento total no se deberá tomar menor que 449 kg/m en el plano de un
   cordón a barlovento ni 224 kg/m en el plano de un cordón a sotavento de un
   componente reticulado o en arco, ni se deberá tomar menor que 449 kg/m en
   componentes de vigas o vigas cajón.

   Cargas de las Superestructuras.- Si el viento no se considera normal a la
                     Superestructuras.
   estructura, la presión básica del viento PB para diferentes ángulos de dirección del
   viento se puede tomar según la Tabla. El ángulo de oblicuidad se deberá medir a
   partir de una perpendicular al eje longitudinal. Las presiones transversal y
   longitudinal se deberán aplicar simultáneamente.

        Tabla 3.8.1.2.2-1 PB para diferentes ángulos de ataque (VB = 160 km/h)
          Ángulo de                Reticulados,                       Vigas
          oblicuidad            columnas y arcos
          del viento       Carga               Carga         Carga            Carga
               (°)         lateral          longitudinal     lateral       longitudinal
                           Kg/m2               Kg/m2          Kg/m2           Kg/m2
               0            367                  0            245               0
              15            347                 61            214              31
              30            316                133            204              61
              45            235                204            163              82
              60            112                245             82              92

   Fuerzas Aplicadas Directamente a la Subestructura.- Las fuerzas transversales y
                        Directamente       Subestructura.
   longitudinales a aplicar directamente a la subestructura se deberán calcular en base
   a una presión básica del viento supuesta de 194 Kg/m2. Para direcciones del viento
   oblicuas respecto de la estructura, esta fuerza se deberá resolver en componentes
   perpendiculares a las elevaciones posterior y frontal de la subestructura.

   Presión de Viento sobre los Vehículos: WL
   Si hay vehículos presentes, la presión del viento de diseño se aplicará tanto a la
   estructura como a los vehículos. La presión del viento sobre los vehículos se debe
   representar como una fuerza interrumpible y móvil de 149 kg/m actuando normal a la
   calzada y 1.80m sobre la misma, y se deberá transmitir a la estructura.
   Si el viento sobre los vehículos no es normal a la estructura, las componentes de
   fuerza normal y paralela aplicadas a la sobrecarga viva se pueden tomar como:

           Tabla 3.8.1.3-1 Componentes del viento sobre la sobrecarga viva
                 Ángulo de oblicuidad   Componente          Componente
                 respecto a la normal       normal             Paralela
                   a la superficie (°)      (kg/m)              (kg/m)
                           0                 149                   0
                          15                 131                  18
                          30                 122                  36
                          45                  98                  48
                          60                  51                  56

   Presión Vertical del Viento.- En el diseño de puentes y componentes estructurales
                        Viento.
   que pueden ser sensibles al viento, se debe considerar una fuerza de viento vertical
   ascendente de 100 kg/m2 por el ancho del tablero, incluyendo los parapetos y
   aceras, como una carga lineal longitudinal. Se debe aplicar sólo para los estados
II-8
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                    Ing. Arturo Rodríguez Serquén

   límites que no involucran viento actuando sobre la sobrecarga, y sólo cuando la
   dirección del viento se toma perpendicular al eje longitudinal del puente. Se aplicará
   en el punto correspondiente a un cuarto del ancho del tablero a barlovento
   juntamente con las cargas de viento horizontales especificadas.

   Inestabilidad Aeroelástica.- Todos los puentes y componentes estructurales de
                  Aeroelástica
                        lástica.
   ello, cuya relación longitud de tramo / ancho o profundidad sea superior a 30, se
   deberán considerar sensibles al viento, y por lo tanto deberán considerar en su
   diseño, solicitaciones aeroelásticas.

   Nota.- El Manual de Diseño de Puentes – Perú (Art. 2.4.3.10), refiere que para
   Nota.-
   puentes con una altura de 10m o menos, medida desde el nivel del agua o desde
   la parte más baja del terreno, se supondrá velocidad del viento constante. Para
   alturas mayores se determina con:

                                               z    
                                   Vz = C V Ln
                                           10       ≥V
                                                       10
                                               zo   

   donde:
   VZ = velocidad del viento a la altura z (km/h)
   V10 = velocidad de referencia, correspondiente a z=10m.
   z    = altura por encima del nivel del terreno o del agua (m).
   C, z0= constantes dadas en la Tabla 2.4.3.10.1

                  Tabla 2.4.3.10.1-1 Valores de las constantes C, z0
                             .10.1-
                               0.1
            CONDICIÓN       PUEBLOS               SUBURBANOS                    CIUDAD
                            ABIERTOS
             C (km/h)           0.330                0.380                       0.485
              z0 (m)            0.070                0.300                       0.800

   La presión de viento se calcula con:

                                                       2
                                              V 
                                       P = PB  DZ 
                                              100 

   donde:
   P = presión del viento (kg/m²)
   Vz = velocidad de viento (km/h) a la altura z
   PB = presión básica correspondiente a una velocidad de 100 km/h, dada en la
          Tabla 2.4.3.10.2-1

       Tabla 2.4.3.10.2-1 Presiones básicas correspondientes a una velocidad de
             2.4.3.10.2-
                                      100km/h
           Componente Estructural
           Componente                        Presión por           Presión por
                                             Barlovento         Sotavento (kg/m2)
                                               (kg/m2)
        Armaduras, columnas y arcos             153                   76.5
        Vigas                                   153               No Aplicable
        Superficies de pisos largos             122               No Aplicable
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9. EFECTOS SÍSMICOS: EQ (Art. 3.10)

   Las fuerzas sísmicas serán evaluadas por cualquier procedimiento racional de
   análisis. Se supondrá que las acciones sísmicas horizontales actúan en cualquier
   dirección. Cuando sólo se analiza en dos direcciones ortogonales , los efectos
   máximos serán estimados como la suma de los valores absolutos obtenidos para el
   100% de la fuerza sísmica en una dirección y 30% de la fuerza sísmica en dirección
   perpendicular.

   Coeficiente de Aceleración.- El coeficiente A se determina en base a los mapas de
                   Aceleración.
   iso-aceleración con un 10% de nivel de excedencia para 50 años de vida útil.




                          Estructuras.
   Categorización de las Estructuras.-
   Los puentes se clasifican en tres categorías de importancia:
   • Puentes críticos: deben quedar operativos después de la ocurrencia de un gran
       sismo
   • Puentes esenciales: deben quedar operativos después de la ocurrencia de un
       sismo
   • Otros puentes
II-10
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                           Sísmico.
   Zonas de Comportamiento Sísmico.-

                                    3.10.4-
                              Tabla 3.10.4-1 Zonas Sísmicas
                                    Coeficiente de     Zona Sísmica
                                     Aceleración
                                      A ≤ 0.09                1
                                  0.09 < A ≤ 0.19             2
                                  0.19 < A ≤ 0.29             3
                                      0.29 < A                4


   Condiciones Locales.-
               Locales.

                          3.10.5.1-
                    Tabla 3.10.5.1-1 Coeficientes de Sitio
                 Coeficiente de Sitio        Tipo de Perfil de Suelo
                                          I        II        III      IV
                          S             1.0       1.2       1.5      2.0

     Suelo Perfil Tipo I
      Roca de cualquier característica, o arcilla esquistosa o cristalizada en estado
      natural. Condiciones de suelo rígido donde la profundidad del suelo es menor a
      60 m y los tipos de suelos sobre la roca son depósitos estables de arenas,
      gravas o arcillas rígidas.
     Suelo Perfil Tipo II
      Es un perfil compuesto de arcilla rígida o estratos profundos de suelos no
      cohesivos donde la altura del suelo excede los 60 m, y los suelos sobre las
      rocas son depósitos estables de arenas, gravas o arcillas rígidas.
     Suelo Perfil Tipo III
      Es un perfil con arcillas blandas a medianamente rígidas y arenas, caracterizado
      por 9 m o más de arcillas blandas o medianamente rígidas con o sin capas
      intermedias de arena u otros suelos cohesivos.
     Suelo Perfil Tipo IV
      Es un perfil con arcillas blandas o limos cuya profundidad es mayor a los 12 m.


                            Sísmica
   Coeficiente de Respuesta Sísmica Elástica Csn

                              1.2AS
                     C sn =            ≤ 2.5A            (3.10.6-1)
                               Tn2 / 3

   Tn = periodo de vibración del enésimo modo
   A = coeficiente de aceleración
   S = coeficiente de sitio

   Para puentes sobre perfiles de suelo tipo III o IV y en áreas donde el coeficiente A
   es mayor o igual a 0.30, Csn debe ser menor o igual a 2.0A.
   Para suelos tipo III y IV, y para otros modos distintos al modo fundamental el cual
   tenga periodos menores a 0.3s, Csn deberá tomarse como:

                              Csn = A(0.8 + 4.0 Tn )     (3.10.6.2-1)
II-11
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   Si el periodo de vibración para cualquier modo excede 4.0s, el valor de Csn para
   ese modo deberá tomarse como:

                                           0.75
                            Csn = 3AS Tn                 (3.10.6.2-2)


   Factor de Modificación de Respuesta
   Las fuerzas de diseño sísmico para sub-estructuras y las conexiones entre las
   partes de la estructura, se determinarán dividiendo las fuerzas resultantes de un
   análisis elástico por el factor de modificación de respuesta R apropiado. Si un
   método de análisis tiempo-historia inelástico es usado, el factor de modificación de
   respuesta R será tomado como 1.0 para toda la sub-estructura y conexiones.


       Tabla 3.10.7.1-1 Factores de Modificación de Respuesta R – Subestructura
                        SUB-ESTRUCTURA                            IMPORTANCIA
                                                        CRÍTICA    ESENCIAL OTROS
     Pilar tipo placa de gran dimensión                  1.5         1.5        2.0
     Pilotes de concreto armado
     • Sólo pilotes verticales                           1.5         2.0        3.0
     • Grupo de pilotes incluyendo pilotes inclinados    1.5         1.5        2.0
     Columnas individuales                                   1.5          2.0          3.0
     Pilotes de acero o acero compuesto con concreto
     • Sólo pilotes verticales                               1.5          3.5          5.0
     • Grupo de pilotes incluyendo pilotes inclinados        1.5          2.0          3.0
     Columnas múltiples                                      1.5          3.5          5.0



           Tabla 3.10.7.1-2 Factores de Modificación de Respuesta R – Conexiones
                            CONEXIONES                       PARA TODAS LAS
                                                              CATEGORÍAS DE
                                                               IMPORTANCIA
              Superestructura a estribo                             0.8
              Juntas de expansión dentro de la                      0.8
              superestructura
              Columnas, pilares o pilotes a las vigas               1.0
              cabezal o superestructura
              Columnas o pilares a la cimentación                   1.0




                                TU,
10. VARIACIONES DE TEMPERATURA: TU, TG (Art. 2.4.3.9 Manual de Diseño de
Puentes - Perú)

   TU: temperatura uniforme
   TG: gradiente de temperatura
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               Tabla 2.4.3.9.1-1 (Manual de Diseño de Puentes – Perú)
                             Rangos de Temperatura (°C)

                Material               Costa             Sierra             Selva
       Concreto    armado       o    10° a 40°C       -10° a +35°C        10° a 50°C
       presforzado
       Acero                          5° a 50°C       -20° a +50°C        10° a 60°C
       Madera                        10° a 40°C       -10° a +35°C        10° a 50°C

   La temperatura de referencia será la temperatura ambiente promedio durante las 48
   horas antes del vaciado del concreto o antes de la colocación de aquellos
   elementos que determinan la hiperestaticidad de la estructura.

   Gradiente de Temperatura
   En superestructuras de concreto o de acero con tablero de concreto, se supondrá
   un gradiente de temperatura, adicionalmente a los cambios de temperatura
   especificados.
   Las diferencias de temperatura T1 y T2 corresponderán a los valores positivos
   dados en la tabla, o a valores negativos obtenidos multiplicando aquellos de la Tabla
   por –0.5.

             (Tabla 2.4.3.9.2-1 (Manual de Diseño de Puentes – Perú)
                    Temperaturas que definen los Gradientes (°C)
        Región         Sin Asfalto         5 cm Asfalto          10 cm Asfalto
                      T1         T2       T1          T2         T1         T2
     Costa           40          15       35         15          30        15
     Sierra          40           5       35          5          30         5
     Selva           50          20       45         20          40        20


11. EMPUJE DEL SUELO: EH, ES, LS, y DD (Art. 3.11)
   EH: Empuje horizontal del suelo
   ES: sobrecarga de suelo
   LS: sobrecarga viva
   DD: fricción negativa

    (Se trata con más detalle en el CAPV: ESTRIBOS).

  Debida consideración se tomará también por las siguientes solicitaciones sobre la
                   estructura de puente, en caso de ocurrencia:
12. CARGAS DE HIELO: IC
13. SOLICITACIONES PROVOCADAS POR DEFORMACIONES SUPERPUESTAS:
   SH, CR, SE
   SH: contracción
   CR: fluencia lenta
   SE: asentamiento
14. FUERZAS FRICCI0NALES: FR
15. COLISIÓN DE EMBARCACIONES: CV
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      FACTORES DE CARGA Y COMBINACIONES DE
                  CARGAS (Art. 3.4)
La solicitación mayorada total se tomará como:

                                    Q = Σn i γ i Q i      (3.4.1-1)
ηi = modificador de las cargas
Qi = solicitación
γii = factor de carga

Estados Límites:

•   RESISTENCIA I – Combinación básica de cargas que representa el uso vehicular
    normal del puente, sin viento.
•   RESISTENCIA II – Combinación de cargas que representa el uso del puente por
    parte de vehículos de diseño especiales especificados por el propietario, vehículos
    de circulación restringida, o ambos, sin viento.
•   RESISTENCIA III – Combinación de cargas que representa el puente expuesto a
    vientos de velocidades superiores a 90 km/h.
•   RESISTENCIA IV – Combinación de cargas que representa relaciones muy elevadas
    entre las solicitaciones provocadas por las cargas permanentes y las provocadas
    por las sobrecargas.
•   RESISTENCIA V – Combinación de cargas que representa el uso del puente por
    parte de vehículos normales con una velocidad del viento de 90 km/h.
•   EVENTO EXTREMO I – Combinación de cargas que incluye sismos.
•   EVENTO EXTREMO II – Combinación de cargas que incluye carga de hielo, colisión
    de embarcaciones y vehículos, y ciertos eventos hidráulicos con una sobrecarga
    reducida diferente a la que forma parte de la carga de colisión de vehículos, CT.
•   SERVICIO I – Combinación de cargas que representa la operación normal del puente
    con un viento de 90 km/h, tomando todas las cargas a sus valores normales.
•   SERVICIO II – Combinación de cargas cuya intención es controlar la fluencia de las
    estructuras de acero y el resbalamiento que provoca la sobrecarga vehicular en las
    conexiones de resbalamiento crítico.
•   SERVICIO III – Combinación de cargas relacionada exclusivamente con la tracción en
    superestructuras de hormigón pretensado, cuyo objetivo es controlar la fisuración.
•   SERVICIO IV – Combinación de cargas relacionada exclusivamente con la tracción en
    subestructuras de hormigón pretensado, cuyo objetivo es controlar la fisuración.
•   FATIGA – Combinación de cargas de fatiga y fractura que se relacionan con la
    sobrecarga gravitatoria vehicular respectiva y las respuestas dinámicas bajo un
    único camión de diseño.

El Diseño por Factores de Carga y Resistencia (LRFD) requiere satisfacer la siguiente
ecuación:
                                  ΣηγiQi   ኢ φRn = Rr

Para cargas para las cuales un valor máximo de γi es apropiado:

                                 η = ηD ηR ηI ን 0.95
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Para cargas para las cuales un valor mínimo de γi es apropiado:
                                           1
                                  η=              ≤ 1.0
                                       η D η R ηI
siendo:
γi = factor de carga
φ = factor de resistencia
η = factor de modificación de las cargas
ηD = factor relacionado con la ductilidad
ηR = factor relacionado con la redundancia
ηI = factor relacionado con la importancia operativa
Qi = solicitación
Rn = resistencia nominal
Rr = resistencia mayorada = φRn

Ductilidad.-
Ductilidad.-
        El sistema estructural de un puente se debe dimensionar y detallar de manera de
asegurar el desarrollo de deformaciones inelásticas significativas y visibles en los
estados límites de resistencia y correspondientes a eventos extremos antes de la falla.
        Para el estado límite de resistencia:
nD ኑ 1.05 para elementos y conexiones no dúctiles
   = 1.00 para diseños y detalles convencionales
    ኑ 0.95 para elementos y conexiones para los cuales se han especificado medidas
        adicionales para mejorar la ductilidad más allá de lo requerido por las
        Especificaciones.

       Para todos los demás estados límites: nD = 1.00
Redundancia.-
Redundancia.-
       A menos que existan motivos justificados para evitarlas se deben usar
estructuras continuas y con múltiples recorridos de cargas.
       Los principales elementos y componentes cuya falla se anticipa provocará el
colapso del puente se deben diseñar como elementos de falla crítica y el sistema
estructural asociado como sistema no redundante.
       Los elementos y componentes cuya falla se anticipa no provocará el colapso del
puente se deben diseñar como elementos de falla no crítica y el sistema estructural
asociado como sistema redundante.

      Para el estado límite de resistencia:
nR ኑ 1.05 para elementos no redundantes
   = 1.00 para niveles convencionales de redundancia
   ኑ 0.95 para niveles excepcionales de redundancia

       Para todos los demás estados límites: nR = 1.00
            Operativa.-
Importancia Operativa.-
       Aplicable exclusivamente a los estados límites de resistencia y correspondientes
a eventos extremos.
       Para el estado límite de resistencia:
nI ኑ 1.05 para puentes importantes
   = 1.00 para puentes típicos
   ኑ 0.95 para puentes de relativamente poca importancia

       Para todos los demás estados límites: nI = 1.00
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Notas.-
-   El mayor de los dos valores especificados para los factores de carga a aplicar a
    TU, CR y SH se deberá utilizar para las deformaciones, y el menor valor se deberá
    utilizar para todas las demás solicitaciones.
-   El factor de carga para sobrecarga γ EQ en la combinación de Evento Extremo I se
    deberá determinar en base a las características específicas de cada proyecto. En
    ediciones anteriores de AASHTO se usaba γ EQ = 0 , y aunque este tema no ha
    sido resuelto, se debería considerar la posibilidad de sobrecarga parcial con
II-16
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     sismos, es decir γ EQ < 1.0 , siendo razonable γ EQ = 0.5 para un amplio rango de
     valores de tráfico.
-    Los factores de carga γ TG y γ SE se deben adoptar en base a las características
     específicas de cada proyecto. γ TG se puede tomar si no hay información: 0.0 en
     estados límites de resistencia y evento extremo, 1.0 en estado límite de servicio
     cuando no se considera la sobrecarga, y 0.50 en el estado límite de servicio
     cuando se considera la sobrecarga.

Denominación de las Cargas

Cargas Permanentes:

    DD = fricción negativa (downdrag)
    DC = peso propio de los componentes estructurales y accesorios no estructurales
    DW= peso propio de las superficies de rodamiento e instalaciones para servicios
          públicos
    EH = empuje horizontal del suelo
    EL = tensiones residuales acumuladas resultantes del proceso constructivo,
          incluyendo las fuerzas secundarias del postensado
    ES = sobrecarga de suelo
    EV = presión vertical del peso propio del suelo de relleno

Cargas Transitorias:

    BR = fuerza de frenado de los vehículos
    CE = fuerza centrífuga de los vehículos
    CR = fluencia lenta
    CT = fuerza de colisión de un vehículo
    CV = fuerza de colisión de una embarcación
    EQ = sismo
    FR = fricción
    IC = carga de hielo
    IM = incremento por carga vehicular dinámica
    LL = sobrecarga vehicular
    LS = sobrecarga de la carga viva
    PL = sobrecarga peatonal
    SE = asentamiento
    SH = contracción
    TG = gradiente de temperatura
    TU = temperatura uniforme
    WA = carga hidráulica y presión del flujo de agua
    WL = viento sobre la sobrecarga
    WS = viento sobre la estructura
II-17
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                                                              II-
                                                     APÉNDICE II-A

    MÁXIMO MOMENTO DE FLEXIÓN EN UNA VIGA SIMPLEMENTE APOYADA PARA UN
                    TREN DE CARGAS (Teorema de Barré)

Bisecando la distancia entre la resultante de un tren de cargas y la carga más próxima a
ella, por un eje que pasa por el centro de luz, el máximo momento de flexión en una viga
simplemente apoyada se encuentra casi siempre bajo la carga más próxima a la
resultante. En caso de igualdad de distancias, se ubica bajo la carga más pesada.

En efecto, en el tren de cargas mostrado, tomando momentos en el punto donde
incide la carga P3 tenemos:
                                                           R= P
                                          P    P P                               P     P
                                          1     2 3                              4     5
                                              b b
                                              1 2

                                  A                                                                 B


           R R(L-x-e)
             =                                x             e                    (L-x-e)
            A L

                                                                     L




           R (L      x       e)
MP 3 =                            x   P (b1 + b2 )
                                       1                   P2b2
                    L

                                  dMP 3
Para MP 3 = máx,                        =0
                                   dx

R
    [   1 x) + (L
         (               x    e )] = 0
L
                                                                     L       e
                                                                x=
                                                                         2

Es decir:
                                                                     L
                                                     P      P P                            P   P
                                                     1       2 3                           4   5
                                                           b b
                                                           1 2

                                      A                                                              B

                                                           Mmáx              R= P
                  R R(L-x-e)
                    =                             x=(L-e)/2        e/2               x=(L-e)/2
                   A L
                                                                      e/2

                                                     L/2                               L/2
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PUENTES Y OBRAS DE ARTE                   Ing. Arturo Rodríguez Serquén

                                   II-
                          APÉNDICE II-B
II-19
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                                   II-
                          APÉNDICE II-C
II-20
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                                         II-
                                APÉNDICE II-D

   LÍNEAS DE INFLUENCIA EN VIGAS CONTINUAS DE TRES TRAMOS IGUALES



            m               L                L                  L              n

                     0.4L

        E        A          F    B                    C                  D           G




                                            4
  Tramo EA ( − m ≤ x ≤ 0)         MB = −      x
                                           15

                                           4 3 4
  Tramo AB (0 ≤ x ≤ L )           MB =         x −    x
                                         15 L2     15

                                            1 3    9 2 46       8L
  Tramo BC (L ≤ x ≤ 2L )          MB = −     2
                                               x +    x −    x+
                                           3L      5L     15    5

                                          1 3      3 2 26       8L
  Tramo CD (2L ≤ x ≤ 3L )         MB =         x −    x +    x−
                                         15 L2     5L     15    5

                                            1    L
  Tramo DG (3L ≤ x ≤ 3L + n)      MB = −      x+
                                           15    5
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                                      37
  Tramo EA ( − m ≤ x ≤ 0)      MF =      x
                                      75

                                       8         37
  Tramo AF (0 ≤ x ≤ 0.4L )     MF =       2
                                            x3 +    x
                                      75 L       75

                                       8         38    2L
  Tramo FB (0.4L ≤ x ≤ L )     MF =       2
                                            x3 −    x+
                                      75 L       75    5

                                         2         54 2 92        48 L
  Tramo BC (L ≤ x ≤ 2L )       MF = −       2
                                              x3 +      x −    x+
                                        15 L       75 L     75     75

                                       2          6 2 52        48 L
  Tramo CD (2L ≤ x ≤ 3L )      MF =       2
                                            x3 −      x +    x−
                                      75 L       25 L     75     75

                                        2     6L
  Tramo DG (3L ≤ x ≤ 3L + n)   MF = −      x+
                                        75    75
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                                      8
  Tramo EA ( − m ≤ x ≤ 0)      RB =      x
                                      5L

                                         3 3     8
  Tramo AB (0 ≤ x ≤ L )        RB = −      3
                                             x +    x
                                        5L       5L

                                      1 3 24 2 32        8
  Tramo BC (L ≤ x ≤ 2L )       RB =      x − 2 x +    x−
                                      L3    5L     5L    5

                                         2 3 18 2 52        48
  Tramo CD (2L ≤ x ≤ 3L )      RB = −     3
                                            x + 2 x −    x+
                                        5L     5L     5L    5

                                      2     6
  Tramo DG (3L ≤ x ≤ 3L + n)   RB =      x−
                                      5L    5
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                                   II-
                          APÉNDICE II-E
VEHÍCULOS DE CIRCULACIÓN NACIONAL - PESOS Y MEDIDAS MÁXIMAS PERMITIDAS
             CIRCULACIÓ
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                                   PROBLEMAS
PROBLEMA II.1 Utilizando la carga HL-93 calcular en un puente simplemente apoyado
                                   HL-
de 25.0 m de longitud para el estado limite de Resistencia: 1) el momento por
                                                                       momento
sobrecarga que ocurre en el centro de luz; 2) el momento máximo por sobrecarga.

Solución.-
Solución.-

1) Momento por sobrecarga que ocurre en el centro de luz

1.A) Camión de Diseño

    Utilizando la línea de influencia de momento flector para la sección central del
    puente, posicionamos el camión HL-93 de manera que se generen los máximos
    valores como se muestra:
                                                 CL
                                   3.6 T      14.8 T           14.8 T
                                        4.30             4.30




                      A                                                      B


                                   12.5 m                       12.5 m

                                                                             LI de MC.L.
                                                                   4.10m
                                      4.10m




                                                       12.5m x12.5m
                                                                    =6.25m
                                                           25m


    El momento flector por camión en el centro de luz es:

    MC.L. = 3.6T( 4.10m) +14.8 T(6.25m) +14.8 T( 4.10m) = 167.94 T − m

1.B) Tandem de Diseño

    De modo similar se tiene para el tándem:
                                                  CL
                                               11.2 T          11.2 T

                                                       1.20



                          A                                                      B


                                     12.5 m                       12.5 m

                                                                                 LI de MC.L.
                                                                5.65m
                                                       6.25m
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    MC.L. = 11.2T(6.25m) +11.2T(5.65m) = 133.28 T − m

1.C) Carga de carril

    En este caso hallamos el momento en el centro de luz multiplicando el valor de la
    carga distribuida por el área respectiva en la línea de influencia:

                                           CL
                                                     960 kg/m
                  A                                                      B


                               12.5 m                     12.5 m

                                                                          LI de MC.L.

                                            6.25m




    MC.L. = 0.96T / m (½ x 25m x 6.25m) = 75 T − m

Debemos combinar ahora el camión o tándem de diseño con la carga de carril. En este
caso escogemos, por ser crítica, la combinación: camión de diseño con carga de carril
considerando además el incremento por carga dinámica del 33% para la carga de
camión.
             Mmáx(LL+IM) = 167.94T-m(1.33)+75 T-m= 298.36 T-m ፼
                                                       298.36


2) Momento máximo por sobrecarga

2.A) Camión de Diseño

    Ubicamos en el camión HL-93 la posición de la resultante tomando momentos en el
    tercer eje:

    Z(33.2T)= 4.30m(14.8T)+8.60m(3.6T)
            Z= 2.85m

    Luego, la distancia de 1.45m se dispone en partes iguales con respecto al centro
    de luz.

    Se tendrá la siguiente disposición de cargas:

                            3.6 T   14.8 T        14.8 T
                                  4.30           4.30
                                          1.45   Z=2.85




                                           R=33.2 T
II-33
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                                                 Ing. Arturo Rodríguez Serquén

                                                               c
                                                               L
                                          3.6 T 14.8 T                       14.8 T
                                                  4.30                  4.30


                                                       0.725       0.725

                        A                                                                           B
                                                  Mmáx
                                         X=11.775 m                      R
                                           12.5 m                                12.5 m



                                R=15.64 T
                                 A



    El momento máximo ocurre bajo la carga más cercana a la resultante, a x=11.775m
    del apoyo izquierdo:

    Mmáx = 15.64T( .775m) − 3.6T(4.30m) = 168.68 T-m
                 11


2.B) Tandem de Diseño

    Se muestra la posición de momento máximo:

                                                              c
                                                              L
                                                     11.2 T             11.2 T

                                                       0.30
                                                                  .60


                                                     0.30
                            A                                                                   B

                                                  Mmáx
                                                                   R=22.4 T

                                         12.5 m                                12.5 m

                                R=10.93 T
                                 A




    Mmáx = 10.93T( .5m
                 12              0.30m) = 133.35 T-m


2.C) Carga de carril

    Debemos combinar ahora el camión o tándem de diseño con la carga de carril. En
    este caso escogemos, por ser crítica, la combinación: camión de diseño con carga
    de carril, en la posición X= 11.775m del apoyo izquierdo:


                                                                             0.96 T/m
                            A                                                                  B

                                                  Mcarril
                                          X=11.775 m


                                            12.5 m                             12.5 m

                                 R=12 T
                                     A
II-34
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                              Ing. Arturo Rodríguez Serquén

                              0.96T / m( .775m)2
                                       11
    Mcarril = 12T( .775m) −
                 11
                                       2
    Mcarril = 74.75 t-m

    Considerando el incremento por carga dinámica para la carga de camión tenemos:

                     Mmáx(LL+IM) = 168.68(1.33)+74.75 = 299.03 T-m ፼
                                                               T-

    (En el Apéndice II-B, para L=25.00 m se obtiene Mmáx(LL+IM) = 299.05 T-m ፼, en
                                                                  299.05
    X=11.78m )


PROBLEMA II.2 Calcular en el problema anterior, la reacción máxima por sobrecarga
           II.2
provocada por una carga HL-93
provocada               HL-

Solución.-
Solución.-

A) Camión de Diseño
                              14.8 T 14.8 T                  3.6 T
                                         4.30         4.30




                                  A                                             B




                                                              25 m

                                        R=29.42 T
                                         A



B) Tandem de Diseño
                            11.2 T           11.2 T

                                      1.20



                              A                                                  B




                                                              25 m

                                       R=21.86 T
                                         A


C) Carga de carril
                                                                     960 kg/m
                                  A                                               B




                                                              25 m

                                        R=12 T
                                         A



Luego RA máx (LL+IM) = 29.42(1.33)+12 = 51.13 T-m ፼
                                              T-

(En el Apéndice II-B, para L=25.00 m se obtiene RA máx (LL+IM) = 51.12 T-m ፼ )
II-35
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                                         Ing. Arturo Rodríguez Serquén

PROBLEMA II.3 Comparar en un puente simplemente apoyado de 14 m. de
longitud, el momento y reacción máxima por sobrecarga provocados por el
vehículo T3S3 y por la carga HL-93.
                             HL-




Solución.-
Solución.-

a) Momento por sobrecarga

   a.1) Vehículo T3S3

       •     Determinamos la ubicación de la resultante del tren de cargas suponiendo
             que los 6 ejes se encuentran sobre el puente:

                                      11.35 m

                                                       8.33 T
             7T               9T 9T               8.33 T     8.33 T                        239.94 Tm
                  3.50         1.20        4.25          1.20 1.20                    X=             = 4.80m
                                                                                             50T




                                         R=50 T


             Para localizar el punto de momento máximo, bisecamos la distancia que hay
             entre la resultante y el eje más cercano a ella, por el eje central de la viga:

                                                             L
                                                             C
                                                                             8.33 T
                              7T                  9T 9T                 8.33 T     8.33 T
                                        3.50        1.20         4.25        1.20 1.20


                                                             1.85     2.40
                                                          0.925 0.925
                     A                                                                           B

                                                                         X = 4.80 m
                                                  Mmáx
                         1.375                                                           1.275

                         R=21.70 T                              R=50 T
                          A
                                          7.00                               7.00
II-36
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                                  Ing. Arturo Rodríguez Serquén

          El momento por sobrecarga máximo será:

                      Ms/c = 21.70T(6.075m) - 7T(4.70m) - 9T(1.2m) = 88.106 T-m


      •   Determinamos la ubicación de la resultante del tren de cargas suponiendo
          ahora que sólo 5 ejes se encuentran sobre el puente:
                                    7.85 m

                                             8.33 T
                 9T 9T                  8.33 T     8.33 T
                   1.20          4.25        1.20 1.20                              160.488 Tm
                                                                             X=                = 3.732 m
                                                                                       43T




                                   R=43 T
          Para localizar el punto de momento máximo, bisecamos la distancia que hay
          entre la resultante y el eje más cercano a ella, por el eje central de la viga:

                                                            L
                                                            C
                                                                8.33 T
                                        9T 9T              8.33 T     8.33 T
                                2.216    1.20      4.25           1.20 1.20



                                                              0.666
                       A                                  0.666                             B

                                                                      Mmáx
                                                                              6.334m
                                                R=43 T

                           R=23.55 T                                                        R=19.45 T
                            A                                                                   B
                                         7.00                                7.00




          El momento por sobrecarga máximo será:

          Ms/c = 19.45T(6.334m) – 8.33T(1.20m) - 8.33T(2.40m) = 93.21 T-m

   Tomando el mayor de los momentos e incrementando por carga dinámica para el
   estado límite de Resistencia con IM=0.33, tenemos:

                      Ms/c+IM = 93.21 T-m x 1.33 = 123.97 T-m

   a.2) Carga HL-93
              HL-

   De la Tabla del Apéndice II-B, para L=14.00 m:

                      MS/C+IM = 126.87 T-m
                                126

   En este caso el momento provocado por la carga HL-93, es mayor que el
   producido por el vehículo T3S3.
II-37
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                     Ing. Arturo Rodríguez Serquén

b) Reacción máxima por sobrecarga

   b.1) Vehículo T3S3

   La máxima reacción ocurre posicionando el vehículo de la siguiente manera:

               8.33 T
          8.33 T     8.33 T           9T 9T            7T
              1.20 1.20        4.25   1.20      3.50




          A                                                        B

                                                            2.65



              R=32.85 T
               A                        14.00




                                Luego, RA máx = 32.85 T

    Incrementando por carga dinámica para el estado límite de Resistencia con
    IM=0.33, tenemos:

                          Rs/c+IM = 32.85 T x 1.33 = 43.69 T


   a.2
   a.2) Carga HL-93
              HL-

    De la Tabla del Apéndice II-B, para L=14.00 m:

                                       RA máx = 41.89 T


    En este caso la reacción provocada por la carga HL-93, es menor que la producida
    por el vehículo T3S3.
II-38
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                           Ing. Arturo Rodríguez Serquén

PROBLEMA II.4 Comparar en un puente simplemente apoyado de 25 m. de
             II.4
longitud, el momento y reacción máxima por sobrecarga provocados por dos
vehículos T3S3 distanciados 9.00m como se muestra, y por la carga HL-93.
                                                                  HL-




Solución.-
Solución.-

a)   Momento por sobrecarga

     a.1) Vehículo T3S3

     Determinamos primero la ubicación de la resultante del tren de cargas que puede
     posicionarse en la longitud de 25 m.:

                                                       20.35


                                                    8.33 T
             7T            9T 9T               8.33 T     8.33 T                             7T
                   3.50      1.20      4.25           1.20 1.20                9.00




                                              R=57 T



     Tomando momentos en el último eje, tenemos:

             57T(X) = 8.33T(9.0m)+8.33T(10.20m)+8.33T(11.40m)+9T(15.65m)+
                      9T(16.85m) + 7T(20.35m)

     Con lo que la resultante se ubica en:

                                     689.85 Tm
                                X=             = 12.10 m
                                       57T
II-39
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                            Ing. Arturo Rodríguez Serquén

    Para localizar el punto de momento máximo, bisecamos la distancia que hay entre la
    resultante y el eje más cercano a ella, por el eje central de la viga:


                                                       L
                                                       C
                                                         8.33 T
                            7T          9T 9T       8.33 T     8.33 T                7T
                                 3.50    1.2    4.25     1.2 1.2           9.00

                                                   .35   .35

            A                                                                             B
                                                           Mmáx

                                                  R=57 T
                     3.90                                                              0.75


                R=29.30 T
                 A               12.50                                  12.50




    El momento por sobrecarga máximo será:

                            Ms/c = 29.30T(12.85m) - 9T(4.25m) - 9T(5.45m) – 7T(8.95m)

                            Ms/c = 226.56 T-m

    Considerando el incremento por carga dinámica para el estado límite de
    Resistencia, IM=0.33, tenemos:

                            Ms/c+IM = 226.56 T-m x 1.33 = 301.32 T-m
                                                          301.


   a.2
   a.2) Carga HL-93
              HL-

    De la Tabla del Apéndice II-B, para L=25.00 m:

                            MS/C+IM = 299.05 T-m
                                       99.

    En este caso el momento provocado por el vehículo T3S3, es mayor que el
    producido por la carga HL-93.


b) Reacción máxima por sobrecarga

   b.1) Vehículo T3S3

   La máxima reacción ocurre posicionando el vehículo de la siguiente manera:
II-40
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                                Ing. Arturo Rodríguez Serquén

         8.33 T                                                                      8.33 T
    8.33 T     8.33 T        9T 9T              7T                               8.33 T  8.33 T
        1.20 1.20   4.25      1.20      3.50                    9.00                1.20 1.20




    A                                                                                                  B

                                                                                                2.25




        R=43.84 T
         A                                              25.00




                                     Luego, RA máx = 43.84 T

   Incrementando por carga dinámica para el estado límite de Resistencia con
   IM=0.33, tenemos:

                           Rs/c+IM = 43.84 T x 1.33 = 58.31 T


   b.2) Carga HL-93
              HL-

   De la Tabla del Apéndice II-B, para L=25.00 m:

                                               RA máx = 51.12 T


   En este caso la reacción provocada por dos vehículos T3S3, es mayor que la
   producida por la carga HL-93.
II-41
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                   Ing. Arturo Rodríguez Serquén

PROBLEMA II.5 En un puente continuo de dos tramos iguales de 10 m. de
           II.5
longitud cada uno, calcular el máximo momento positivo y negativo por
         cada
sobrecarga provocados por la carga HL-93.
                                   HL-

                  A                             B                            C




                            10 m                           10 m

Solución.-
Solución.-

a) Máximo momento positivo
   Observando los gráficos del Apéndice II-C determinamos que el máximo momento
   positivo en todo el puente ocurre a 0.4L de un apoyo exterior. Utilizando tal línea
   de influencia se puede comprobar que la combinación crítica es de tándem y
   sobrecarga distribuida. Buscando provocar el máximo esfuerzo, posicionamos el
   tándem como se muestra en la figura. La sobrecarga distribuida la aplicamos sólo en
   el área positiva del gráfico. La combinación de camión y sobrecarga distribuida, por
   provocar esfuerzos menores, no es considerada.




    El momento por tándem de diseño es:

       (+)Mtándem = 11.2T(2.064m) + 11.2T(1.541m) = 40.38 T-m

    El momento por la sobrecarga distribuida en el primer tramo es:

       (+)Ms/c distrib = 0.96 T/m (9.525 m²) = 9.14 T-m
II-42
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                               Ing. Arturo Rodríguez Serquén

    El momento positivo por sobrecarga máximo, considerando el incremento por carga
    dinámica para el estado límite de Resistencia, IM=0.33, es:

      (+)Ms/c+IM = 40.38 T-m x 1.33 + 9.14 T-m = 62.85 T-m
                                                       T-

b) Máximo momento negativo
   El máximo momento negativo en todo el puente ocurre en el apoyo central.
   Utilizando la línea de influencia para momento en dicho apoyo se comprueba que la
   combinación crítica es de camión y sobrecarga distribuida. Buscando provocar el
   máximo esfuerzo, posicionamos el camión de diseño con los ejes posteriores en las
   ordenadas máximas, tal como se muestra en la figura. Quedarán estos ejes
   separados 8.452 m. La sobrecarga distribuida la aplicamos en ambos tramos. La
   combinación de tándem y sobrecarga distribuida, por provocar esfuerzos menores,
   no es considerada.




    El momento por camión de diseño es:

      (-) Mcamión= 3.6T(-0.360m)+14.8T(-0.962m) +14.8T(-0.962m) = -29.77 T-m

    El momento por sobrecarga distribuida es:

      (-)Ms/c distrib = 0.96 T/m (-12.375 m²) = -11.88 T-m

    El momento negativo por sobrecarga máximo, considerando el incremento por
    carga dinámica para el estado límite de Resistencia, IM=0.33, es:

      (-)Ms/c+IM = -29.77 T-m x 1.33 – 11.88 T-m = -51.47 T-m
                                                          T-
II-43
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                             Ing. Arturo Rodríguez Serquén

NOTA.- Utilizando el programa de cómputo QConBridge, se obtiene la envolvente de
NOTA.-
momentos por carga viva de manera gráfica y tabularmente. Como se aprecia,
dividiendo cada tramo en diez secciones, el máximo momento positivo por carga viva
ocurre en la sección x= 0.4 L, con un valor de +616.289x10³ N-m (+62.82 T-m). El
                                                              N-          T-
máximo momento negativo ocurre en el apoyo central, con un valor de -504.489x10³
N-m (-51.43 T-m). Los resultados son similares a +62.85 T-m y -51.47 T-m, valores
              T-                                        T-             T-
obtenidos analíticamente.
II-44
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                       Ing. Arturo Rodríguez Serquén

PROBLEMA II.6 En un puente continuo de tres tramos iguales de 20 m. de
            II.6
longitud cada uno, calcular en un apoyo interior los momentos de diseño por
                                                                 diseño
sobrecarga provocados por la carga HL-93.
                                    HL-

             A                        B                           C                   D



                     20 m                        20 m                    20 m




Solución.-
Solución.-

a) Línea de Influencia de momento flector en B
   Graficamos la línea de influencia (ver APÉNDICE II-D) haciendo uso de las siguientes
   expresiones:

   Tramo AB (0 ≤ x ≤ 20)
                                              1
                                      y =
                                            1500
                                                 (
                                                 x 3 − 400x   )
   Tramo BC (20 ≤ x ≤ 40)
                              1
                       y=
                            1200
                                 (
                                 − x 3 +108 x2 − 3680 x + 38 400         )

   Tramo CD (40 ≤ x ≤ 60)
                             1
                      y=
                            6000
                                  (
                                 x 3 −180 x2 +10 400 x −192 000           )

b) Máximo momento negativo
   Utilizando tal línea de influencia, después de realizar las combinaciones de carga viva
   aplicables, encontramos que el máximo momento negativo ocurre con el
   posicionamiento de dos camiones* y la sobrecarga distribuida tal como se muestra,
   considerando de acuerdo a las especificaciones el 90 por ciento de dicha
   solicitación. Los dos camiones en este caso están distanciados 15 m entre el eje
   delantero de un camión y el eje posterior del otro.
II-45
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                     Ing. Arturo Rodríguez Serquén

    El momento por dos camiones de diseño es:

       (-)M2 camiones = 3.6T(-0.880m) + 14.8T(-1.749m-2.048m) +3.6T(-1.593m) +
                        14.8T(-1.368m-0.709m)

                    = -95.838 T-m

    El momento por la sobrecarga distribuida es:

       (-)Ms/c distrib = 0.96 T/m (-46.2 m²) = -44.35 T-m

    El momento máximo negativo por sobrecarga, considerando el incremento por
    carga dinámica para el estado límite de Resistencia, IM=0.33, es:

       (-)Ms/c+IM = 0.90 [(-95.838 T-m ) x 1.33 + (-44.35 T-m)] = -154.63 T-m
                                                                          T-

NOTA.-
NOTA.
* La utilización del 90 por ciento de la solicitación de dos camiones y la carga de carril
  se emplea en el caso de momentos negativos entre puntos de contraflexión debido a
  una carga uniforme en todos los tramos (Artículo 3.6.1.3.1). En este caso como se
  aprecia en el gráfico, el apoyo interior B se encuentra en el tramo de contraflexión de
  9.53m, ámbito para el cual es aplicable lo indicado. Los puntos de contraflexión para
  una viga contínua de tres tramos iguales quedan definidos por:

       L1 = 0.8L = 16 m , L 2 = 0.4764L = 9.53 m , L 3 = 0.4472L = 8.94 m , con L = 20m.




c) Máximo momento positivo
   El máximo momento positivo, después de realizar las combinaciones de carga viva
   aplicables, se encuentra posicionando en la línea de influencia el camión de diseño
   con un eje posterior en la ordenada máxima, tal como se muestra en la figura. La
   sobrecarga distribuida la aplicamos únicamente en el área positiva.
II-46
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                 Ing. Arturo Rodríguez Serquén

    El momento por camión de diseño es:

      (+) Mcamión= 3.6T(0.365m)+14.8T(0.512m) +14.8T(0.437m) = 15.36 T-m

    El momento por sobrecarga distribuida es:

      (+)Ms/c distrib = 0.96 T/m (6.60 m²) = 6.34 T-m

    El momento positivo máximo por sobrecarga, considerando el incremento por carga
    dinámica para el estado límite de Resistencia, IM=0.33, es:

      (+)Ms/c+IM = 15.36 T-m x 1.33 + 6.34 T-m = 26.77 T-m
                                                       T-


NOTA 1.-
Utilizando el programa de cómputo QConBridge, se obtiene la envolvente de momentos
por carga viva de manera gráfica y tabularmente. Como se aprecia dividiendo cada
tramo en diez secciones, en el apoyo 2 el máximo momento negativo es -1.513 x106
N-m (-154.28 T-m) y el máximo momento positivo es +263.533x10³ N-m (+26.87
                                                      263.533x10³ N- (+26.87
T-m). Los resultados son similares a -154.63 T-m y +26.77 T-m, valores obtenidos
                                                   +26.      T-
analíticamente.
II-47
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                             Ing. Arturo Rodríguez Serquén




  NOTA 2.-
  Tal como se señala en C3.6.1.3.1 AASHTO-LRFD, las cargas ideales de diseño
  están basadas en la información descrita en C3.6.1.2.1 AASHTO-LRFD que contiene
  datos sobre vehículos de tipo “low boy” con pesos de hasta 50 T. Si se considera
  probable que haya múltiples carriles con versiones más pesadas de este tipo de
  vehículo, se debe investigar el momento negativo y las reacciones en los apoyos
  interiores para pares de tandems de diseño separados entre 8.00 m y 12.00 m, en
  combinación con la carga de carril. Se debe usar el 100 por ciento de tal
  solicitación.
II-48
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                Ing. Arturo Rodríguez Serquén

PROBLEMA II.7 Calcular la fuerza de frenado y la fuerza de viento que actúan
            II.7
sobre el pilar central del puente mostrado, de dos vías. El viento incide
perpendicularmente al eje longitudinal del puente. Utilizar vehículo HL-93 y
                                                                     HL-
Especificaciones AASHTO LRFD.


                 A                          B                            C




                            30 m                       30 m


Solución.-
Solución.-

a)   Fuerza de Frenado

De acuerdo con las Especificaciones, la fuerza de frenado será la mayor de:
       - 25% de los pesos por eje de camión o tandem de diseño
       - 5% del camión o tandem de diseño más la carga de carril

En este caso el peso del vehículo HL-93 es 33.2 T, peso del tandem: 22.4 T, carga
de carril: 0.96 T/m.

La fuerza de frenado se calcula con los carriles que transportan tráfico en la misma
dirección. Asumiendo que a futuro los dos carriles transportan tráfico en la misma
dirección y considerando el factor de presencia múltiple m=1.00, tendremos:

       BR1   =   0.25   x 33.2 T x 2vías x 1.00 / 1 apoyo    = 16.60 T
       BR2   =   0.25   x 22.4 T x 2 x 1.00                  = 11.20 T
       BR3   =   0.05   [33.2 T+(30m + 30m) 0.96 T/m]x2x1.0 = 9.08 T
       BR4   =   0.05   [22.4 T+(30m + 30m) 0.96 T/m]x2x1.0 = 8.00 T

Luego, la fuerza de frenado será: 16.60 T, aplicada a 1.80 m sobre la superficie de
calzada.
                                                      F = 16.6 T
                                                      BR
                                            1.80 m

                  A                               B                            C



                             30 m                          30 m


NOTA.-
NOTA.-
Un vehículo T3S3 circulando por dicho puente a una velocidad de 60 km/h, que al
frenar tarda en detenerse 10 segundos, provocará según las leyes de la física una
fuerza de frenado igual a:

                                        F = m.a
II-49
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                    Ing. Arturo Rodríguez Serquén

donde:

F = fuerza

                  W      50 T             T − seg2
m = masa =          =              = 5.10
                  g   9.8 m / seg2            m

                     v 60 km / h 16.67 m / seg
a = acelerac =         =        =              = 1.67 m / seg2
                     t   10 seg     10 seg


Luego:

                     T − seg2 
           F =  5.10
               
                                x1.67m / seg2 = 8.52 T
                               
                         m    

En 2 vías se tendrá:
                                          F = 2x8.52T = 17.04 T

Comparar este resultado con el valor obtenido para la carga HL-93 de las normas
AASHTO LRFD.


b)     Carga de Viento

b.1)               superestructura
          Sobre la superestructura

     La carga de viento se asume actúa uniformemente sobre el área expuesta al viento.
     El área expuesta se toma perpendicular a la dirección del viento. La velocidad del
     viento básica varía según la localidad y se tomará como VB = 160 km/h

                                   2
                            V            V 2 
                    PD = PB  DZ
                            V      = PB  DZ 
                                          25600           (3.8.1.2.1-1)
                             B                 

     Donde:
     PB = presión básica del viento = 245 kg/m2              (Tabla 3.8.1.2.1-1)
     PD = presión del viento de diseño
     VDZ = velocidad del viento a la altura de diseño z

     Asumiendo que la altura de los componentes del puente son menores a 10 m sobre
     la línea de tierra (z አ 10 m), VDZ =VB = V10 =160 km/h.

                                   2
                            V     
                                                  2
                                    = 245 
                                            160 
                    PD = PB  DZ
                            V                 = 245 kg / m
                                                               2

                             B           160 

     La carga será:

     FW   Sup   = 245 kg/m2 x 3 m x (30m + 30m) / 2 = 22.05 T
II-50
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                                                Ing. Arturo Rodríguez Serquén

                                                          F = 4.50 T
                                                              WL


                                                                   1.80 m
              1.50 m

  F = 22.05 T
   W Sup                3.00 m

              1.50 m




b.2) Sobre la subestructura

     Se calcula en base a una presión del viento de 194 kg/m2 (Tabla 3.8.1.2.1-1):

     FW    Sub1   = 194 kg/m2 x 1.20m x 1.20m = 0.28 T
     FW    Sub2   = 194 kg/m2 x 1.00m x 5.00m = 0.97 T




                                             1.20 m




                                    1.20 m


                       F = 0.28 T
                        W Sub 1            1.00 m



                                  2.50 m




                       F = 0.97 T
                       W Sub 2


                                  2.50 m




b.3) Sobre la carga viva

     La presión del viento sobre los vehículos se representa como un fuerza
     interrumpible y móvil de 150 kg/m (Tabla 3.8.1.3-1) actuando normal a la calzada
     y a 1.80 m sobre la misma.

                   FW L = 150 kg/m (30m + 30m) / 2 = 4.50 T
II-51
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                             Ing. Arturo Rodríguez Serquén

PROBLEMA II.8 Determinar el empuje por flotación por la presencia del nivel
            II.8
freático en la zapata de la columna mostrada que corresponde al pilar de un
                                    mostrada
puente. La zapata tiene como dimensiones en planta 4.00m x 4.00m.




                                                        Nivel
                                                        Freatico

                         0.50 m

                                           4.00 m


                                            B

Solución.-
Solución.-

La fuerza de empuje por flotación B es:

                             B = γV = 1 T/m³ (4m x 4m x 0.50m)
                             B=8T

donde:

V = volumen de agua que desplaza la zapata
γ = peso específico del agua
III-1
PUENTES Y OBRAS DE ARTE                             Ing. Arturo Rodríguez Serquén

      CAP III: SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES
1. GENERALIDADES

1.1) Puentes de Concreto Armado
Los puentes de concreto armado tipo losa de un tramo resultan económicos en
tramos cortos, cuando las luces no exceden 12m. Los puentes losa cuando son
continuos con tramos extremos de hasta 10.5m, son mejor proporcionados
cuando la relación de tramo interior a tramo exterior es 1.26 para cargas y
esfuerzos usuales; cuando el tramo exterior va de 10.5m a 15m, la relación
adecuada es 1.31.

Los puentes de vigas T simplemente apoyados en cambio se usan en luces de
hasta 24m. Los puentes de vigas continuas son mejor proporcionados cuando
los tramos interiores presentan una longitud 1.3 a 1.4 veces la longitud de los
tramos extremos En puentes viga, con tramos exteriores de 10.5m a más, la
relación sugerida es de 1.37 a 1.40.

En un puente de vigas continuas bien diseñado, el peralte de las secciones
sigue de cerca las necesidades de momento, variando desde un mínimo en el
centro hasta un máximo en los apoyos. En tales casos, el efecto de la carga
muerta en el diseño se reduce favorablemente.

Los puentes de sección en cajón son especialmente recomendados en
alineamientos curvos dada su alta resistencia torsional y la posibilidad de
mantener la sección transversal constante.

A continuación, luces de puentes de concreto construidos:

   SIMPLEMENTE APOYADOS      LUZ(m)              CONTINUOS              LUZ(m)
Losa                        6 a 12       Losa, 2 tramos                  9-9
Vigas T                     12 a 24                                     12-12
Placa sólida en arco           12        Losa, 3 tramos                 8-8-8
Vigas curvadas en arco         18        Pórtico sólido                   12
                                         Aporticado de vigas T            16
                                         Vigas T, 2 tramos              15-15
                                                                        21-21
                                         Vigas T, 3 tramos            12-15-12 a
                                                                       15-21-15
                                         Cajón, 3 tramos              18-24-18 a
                                                                       23-27-23




1.2) Concreto Presforzado
Los puentes de concreto presforzado (pretensado y postensado) permiten con
el empleo de materiales de resistencia elevada, reducir las dimensiones de la
sección transversal y lograr consiguiente economía en peso. A continuación,
algunas luces de puentes presforzados construidos:
Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
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Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
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Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
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Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
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Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
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Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
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Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
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Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
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Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
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Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
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Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
Puentes LRFD - Ing Arturo Rodríguez
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  • 2. PUENTES MC Ing. Arturo Rodríguez Serquén E-mail: ing_ars@hotmail.com Derechos Reservados. Prohibida la reproducción de este libro por cualquier método, total o parcialmente, sin permiso expreso del autor. Perú- Abril 2012
  • 3. Contenido 1 Consideraciones Generales 2 Cargas 3 Superestructuras de Puentes 4 Dispositivos de Apoyo 5 Estribos 6 Pilares 7 Líneas de Influencia
  • 4. I-1 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén CAP I: CONSIDERACIONES GENERALES 1. DEFINICIÓN Un puente es una obra que se construye para salvar un obstáculo dando así continuidad a una vía. Suele sustentar un camino, una carretera o una vía férrea, pero también puede transportar tuberías y líneas de distribución de energía. Los puentes que soportan un canal o conductos de agua se llaman acueductos. Aquellos construidos sobre terreno seco o en un valle, viaductos. Los que cruzan autopistas y vías de tren se llaman pasos elevados. Constan fundamentalmente de dos partes: a) La superestructura conformada por: tablero que soporta directamente las cargas; vigas, armaduras, cables, bóvedas, arcos, quienes transmiten las cargas del tablero a los apoyos. b) La infraestructura conformada por: pilares (apoyos centrales); estribos (apoyos extremos) que soportan directamente la superestructura; y cimientos, encargados de transmitir al terreno los esfuerzos.
  • 5. I-2 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén 2. CLASIFICACIÓN A los puentes podemos clasificarlos: a) Según su función: − Peatonales − Carreteros − Ferroviarios b) Por los materiales de construcción − Madera − Mampostería − Acero Estructural − Sección Compuesta − Concreto Armado − Concreto Presforzado c) Por el tipo de estructura − Simplemente apoyados − Continuos − Simples de tramos múltiples − Cantilever (brazos voladizos) − En Arco − Atirantado (utilizan cables rectos que atirantan el tablero) − Colgantes − Levadizos (basculantes) − Pontones (puentes flotantes permanentes) 3. UBICACIÓN Y ELECCIÓN DEL TIPO DE PUENTE Los puentes son obras que requieren para su proyecto definitivo estudiar los siguientes aspectos: a. Localización de la estructura o ubicación en cuanto a sitio, alineamiento, pendiente y rasante. b. Tipo de puente que resulte más adecuado para el sitio escogido, teniendo en cuenta su estética, economía, seguridad y funcionalidad. c. Forma geométrica y dimensiones, analizando sus accesos, superestructura, infraestructura, cauce de la corriente y fundaciones. d. Obras complementarias tales como: barandas, drenaje de la calzada y de los accesos, protección de las márgenes y rectificación del cauce, si fuera necesario forestación de taludes e iluminación. e. En caso de obras especiales conviene recomendar sistemas constructivos, equipos, etapas de construcción y todo aquello que se considere necesario para la buena ejecución y estabilidad de la obra. 4. ESTUDIOS BÁSICOS DE INGENIERÍA PARA EL DISEÑO DE PUENTES a. Estudios topográficos Posibilitan la definición precisa de la ubicación y dimensiones de los elementos estructurales, así como información básica para los otros estudios. b. Estudios de hidrología e hidráulicos Establecen las características hidrológicas de los regímenes de avenidas máximas y extraordinarias y los factores hidráulicos que conllevan a una real apreciación del comportamiento hidráulico del río.
  • 6. I-3 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén c. Estudios geológicos y geotécnicos Establecen las características geológicas, tanto locales como generales de las diferentes formaciones geológicas que se encuentran, identificando tanto su distribución como sus características geotécnicas correspondientes. d. Estudios de riesgo sísmico Tienen como finalidad determinar los espectros de diseño que definen las componentes horizontal y vertical del sismo a nivel de la cota de cimentación. e. Estudios de impacto ambiental Identifican el problema ambiental, para diseñar proyectos con mejoras ambientales y evitar, atenuar o compensar los impactos adversos. f. Estudios de tráfico Cuando la magnitud de la obra lo requiera, será necesario efectuar los estudios de tráfico correspondiente a volumen y clasificación de tránsito en puntos establecidos, para determinar las características de la infraestructura vial y la superestructura del puente. g. Estudios complementarios Son estudios complementarios a los estudios básicos como: instalaciones eléctricas, instalaciones sanitarias, señalización, coordinación con terceros y cualquier otro que sea necesario al proyecto. h. Estudios de trazo y diseño vial de los accesos Definen las características geométricas y técnicas del tramo de carretera que enlaza el puente en su nueva ubicación con la carretera existente. i. Estudio de alternativas a nivel de anteproyecto Propuesta de diversas soluciones técnicamente factibles, para luego de una evaluación técnica-económica, elegir la solución más conveniente. 5. GEOMETRÍA a. Sección transversal El ancho de la sección transversal de un puente no será menor que el ancho del acceso, y podrá contener: vías de tráfico, vías de seguridad (bermas), veredas, ciclovía, barreras y barandas, elementos de drenaje.
  • 7. I-4 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén b. Ancho de vía (calzada) Siempre que sea posible, los puentes se deben construir de manera de poder acomodar el carril de diseño estándar y las bermas adecuadas. El número de carriles de diseño se determina tomando la parte entera de la relación w/3.6, siendo w el ancho libre de calzada (m). Los anchos de calzada entre 6.00 y 7.20 m tendrán dos carriles de diseño, cada uno de ellos de ancho igual a la mitad del ancho de calzada. c. Bermas Una berma es la porción contigua al carril que sirve de apoyo a los vehículos que se estacionan por emergencias. Su ancho varía desde un mínimo de 0.60 m en carreteras rurales menores, siendo preferible 1.8 a 2.4 m, hasta al menos 3.0 m, y preferentemente 3.6 m, en carreteras mayores. Sin embargo debe tenerse en cuenta que anchos superiores a 3.0 m predisponen a su uso no autorizado como vía de tráfico. d. Veredas Utilizadas con fines de flujo peatonal o mantenimiento. Están separadas de la calzada adyacente mediante un cordón barrera, una barrera (baranda para tráfico vehicular) o una baranda combinada. El ancho mínimo de las veredas es 0.75 m.
  • 8. I-5 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén e. Cordón barrera Tiene entre otros propósitos el control del drenaje y delinear el borde de la vía de tráfico. Su altura varía en el rango de 15 a 20 cm, y no son adecuados para prevenir que un vehículo deje el carril. f. Barandas Se instalan a lo largo del borde de las estructuras de puente cuando existen pases peatonales, o en puentes peatonales, para protección de los usuarios. La altura de las barandas será no menor que 1.10 m, en ciclovías será no menor que 1.40 m. Una baranda puede ser diseñada para usos múltiples (caso de barandas combinadas para peatones y vehículos) y resistir al choque con o sin la acera. Sin embargo su uso se debe limitar a carreteras donde la velocidad máxima permitida es 70 km/h. Para velocidades mayores o iguales a 80 km/h, para proteger a los peatones es preferible utilizar una barrera. g. Barreras de concreto (o barandas para tráfico vehicular) Su propósito principal es contener y corregir la dirección de desplazamiento de los vehículos desviados que utilizan la estructura, por lo que deben estructural y geométricamente resistir al choque. Brindan además seguridad al tráfico peatonal, ciclista y bienes situados en las carreteras y otras áreas debajo de la estructura. Deben ubicarse como mínimo a 0.60 m del borde de una vía y como máximo a 1.20 m. En puentes de dos vías de tráfico puede disponerse de una barrera como elemento separador entre las vías. No debe colocarse barandas peatonales (excepto barandas diseñadas para usos múltiples) en lugar de las barreras, pues tienen diferente función. Mientras las barandas evitan que los peatones caigan del puente, las barreras contienen y protegen el tránsito vehicular.
  • 9. I-6 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén h. Pavimento Puede ser rígido o flexible y se dispone en la superficie superior del puente y accesos. El espesor del pavimento se define en función al tráfico esperado en la vía. i. Losas de transición Son losas de transición con la vía o carretera, apoyadas en el terraplén de acceso. Se diseñan con un espesor mínimo de 0.20 m. j. Drenaje La pendiente de drenaje longitudinal debe ser la mayor posible, recomendándose un mínimo de 0.5%. La pendiente de drenaje transversal mínima es de 2% para las superficies de rodadura. En caso de rasante horizontal, se utilizan también sumideros o lloraderos, de diámetro suficiente y número adecuado. Son típicos drenes de material anticorrosivo, ∅ 0.10 m cada 0.40 m, sobresaliendo debajo de la placa 0.05 m como mínimo. El agua drenada no debe caer sobre las partes de la estructura. k. Gálibos Los gálibos horizontal y vertical para puentes urbanos serán el ancho y la altura necesarios para el paso del tráfico vehicular. El gálibo vertical no será menor que 5.00 m. En zonas rurales, el gálibo vertical sobre autopistas principales será al menos de 5.50 m. En zonas altamente desarrolladas puede reducirse, previa justificación técnica. Los gálibos especificados pueden ser incrementados si el asentamiento pre- calculado de la superestructura excede los 2.5 cm.
  • 10. I-7 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén En puentes sobre cursos de agua, se debe considerar como mínimo una altura libre de 1.50 m a 2.50 m sobre el nivel máximo de las aguas. Los puentes construidos sobre vías navegables deben considerar los gálibos de navegación de esas vías; a falta de información precisa, el gálibo horizontal podrá ser, por lo menos, dos veces el ancho máximo de las embarcaciones, más un metro. l. Juntas de dilatación Para permitir la expansión o la contracción de la estructura por efecto de los cambios de temperatura, se colocan juntas en sus extremos y otras secciones intermedias en que se requieran. Las juntas deben sellarse con materiales flexibles, capaces de tomar las expansiones y contracciones que se produzcan y ser impermeables. 6. NORMATIVIDAD • AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C., 2010. • Manual de Diseño de Puentes, Dirección General de Caminos y Ferrocarriles, Ministerio de Transportes y Comunicaciones, Lima, Perú, 2003.
  • 11. I-8 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén I- APÉNDICE I-A EQUIVALENCIA DE UNIDADES 1 kgf = 9.807 N 1N = 0.10197 kgf 1 N-mm = 1.0197 x 10-2 kgf-cm 1 kgf-cm = 98.07 N-mm 1 N/mm = 1.0197 x 102 kgf/m 1 kgf/m = 9.807 x 10-3 N/mm 1 kgf/cm2 = 0.09807 MPa 1 MPa = 10.197 kgf/cm2 = 1.0197 x 105 kgf/m2
  • 12. II-1 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén CAP II: CARGAS 1. CARGAS PERMANENTES (DC, DW y EV) DC= Peso propio de los componentes estructurales y accesorios no estructurales DW= Peso propio de las superficies de rodamiento e instalaciones para servicios públicos EV= Presión vertical del peso propio del suelo de relleno Tabla 3.5.1-1 Densidades 3.5.1- Material Densidad (kg/m3) Concreto Agregados de baja densidad y arena 1925 Normal, con f’c ≤ 357 kg/cm2 2320 Normal, con 357 < f’c ≤ 1071 kg/cm2 2240+2.29f’c Armado Densidad Concreto Simple+ 72 kg/m3 Superficies de rodamiento bituminosas 2250 Acero 7850 Hierro fundido 7200 Aleaciones de aluminio 2800 Arena, limo o arcilla compactados 1925 Arena, limo o grava sueltos 1600 Arcilla blanda 1600 Grava, macadan o balasto compactado a rodillo 2250 Madera dura 960 Madera blanda 800 Rieles para tránsito, durmientes y fijadores por vía 300 kg/m 2. SOBRECARGAS VIVAS (LL y PL) (Art. 3.6.1.2) LL= sobrecarga vehicular PL= sobrecarga peatonal HL- Carga HL-93: 1.-Camión de diseño: La distancia entre los dos ejes más pesados se toma como aquella que, estando entre los límites de 4.30m y 9.00m., resulta en los mayores efectos.
  • 13. II-2 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén 2.-Tandem de diseño: 3.-Carga de carril de diseño: 0.96 T/m 3.0 m CARGA DE CARRIL NOTAS a) La sobrecarga vehicular de diseño es considerada como una combinación de: Camión de diseño o tandem de diseño + Carga de carril de diseño. b) Para momento negativo entre puntos de contraflexión bajo carga uniforme, así como en la reacción de pilares interiores se considera: 90 por ciento de la solicitación debida a dos camiones de diseño separados como mínimo 15 m entre el eje delantero de un camión y el eje trasero del otro, combinada con 90 por ciento de la solicitación debida a la carga del carril de diseño. Presencia de Múltiples Sobrecargas (Art. 3.6.1.1.2) La solicitación extrema correspondiente a sobrecargas se determinará considerando las posibles combinaciones de carriles cargados, multiplicando por un factor de presencia múltiple. No es aplicable al estado límite de fatiga. Tabla 3.6.1.1.2-1 Factor de Presencia Múltiple 3.6.1.1.2 1.2- Número de carriles Factor de presencia cargados múltiple, m 1 1.20 2 1.00 3 0.85 >3 0.65 Para el estado de Fatiga, se utiliza un camión de diseño, y las solicitaciones de los Art. 4.6.2.2 y 4.6.2.3 se deberán dividir por 1.20 Incremento por Carga Dinámica: IM (Art. 3.6.2) Los efectos estáticos del camión o tandem de diseño, a excepción de las fuerzas centrífugas y de frenado, se deberán mayorar en los siguientes porcentajes:
  • 14. II-3 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén Tabla 3.6.2.1-1 Incremento por Carga Dinámica, 3.6.2.1- IM Componente IM Juntas del tablero – Todos los Estados Límites 75% Todos los demás componentes Estado Límite de fatiga y fractura 15% Todos los demás Estados Límites 33% Nota.- No se aplica a cargas peatonales ni a cargas de carril de diseño. Tampoco en muros de sostenimiento no solicitados por reacciones verticales de la superestructura ni en componentes de fundaciones que estén completamente por debajo del nivel del terreno. En caso de componentes enterrados como en el caso de alcantarillas, el porcentaje se deberá tomar como: IM = 33(1.0 – 4.1DE) ን 0% Siendo DE = profundidad mínima de la cubierta de tierra sobre la estructura (m). 3. FUERZAS CENTRÍFUGAS: CE (Art. 3.6.3) Se toman como el producto entre los pesos por eje del camión o tandem de diseño y el factor C, dado por: V2 C = 0.0105 (3.6.3-1) R Siendo: V = velocidad de diseño de la carretera (km/h) R = radio de curvatura del carril de circulación (m) Las fuerzas centrífugas se aplican horizontalmente a una distancia de 1.80 m sobre la calzada. Se deben aplicar además los factores de presencia múltiple. 4. FUERZA DE FRENADO: BR (Art. 3.6.4) Se toma como el mayor valor de: • 25 por ciento de los pesos por eje del camión o tandem de diseño • 5 por ciento del camión o tandem de diseño más la carga de carril La fuerza de frenado se debe ubicar en todos los carriles de diseño que se consideren cargados y que transporten tráfico en la misma dirección. Se aplicarán los factores de presencia múltiple. Se asumirá que estas fuerzas actúan horizontalmente a una distancia de 1.80 m sobre la superficie de la calzada. 5. CARGA SOBRE VEREDAS, BARANDAS Y SARDINELES Sobrecargas en Veredas (Art. 3.6.1.6) Se deberá aplicar una carga peatonal de 367 kg/m2 en todas las aceras de más de 0.60m de ancho, y esta carga se deberá considerar simultáneamente con la sobrecarga vehicular de diseño. Cuando la condición de carga incluya cargas peatonales combinadas con uno o más carriles con sobrecarga vehicular, las cargas peatonales se pueden considerar como un carril cargado (Art. 3.6.1.1.2). Los puentes peatonales se diseñarán para una sobrecarga de 418 kg/m2.
  • 15. II-4 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén Nota.- El Manual de Diseño de Puentes – Perú (Art. 2.4.3.7), señala al respecto Nota.- que los puentes para uso peatonal y para el tráfico de bicicletas se diseñan para una carga viva de 510 kg/m². Así mismo, refiere: Fuerzas sobre Sardineles (Art. 2.4.3.6.2) Los sardineles se diseñarán para resistir una fuerza lateral no menor que 760 kg por metro de sardinel, aplicada en el tope del sardinel o a una elevación de 0.25 m sobre el tablero si el sardinel tuviera mayor altura. Fuerza sobre Barandas (Art. 2.4.3.6.3) PL-1 Primer nivel de importancia Usado en estructuras cortas y de bajo nivel sobre puentes rurales y áreas donde el número de vehículos pesados es pequeño y las velocidades son reducidas. PL-2 Segundo nivel de importancia Usado en estructuras grandes y velocidades importantes en puentes urbanos y en áreas donde hay variedad de vehículos pesados y las velocidades son las máximas tolerables. PL-3 Tercer nivel de importancia Usado para autopistas con radios de curvatura reducidos, pendientes variables fuertes, un volumen alto de vehículos pesados y con velocidades máximas tolerables. Justificación específica de este tipo de lugar será hecho para usar este nivel de importancia. Fuerzas de Diseño para Barandas (Tabla 2.4.3.6.3-1, Manual de Diseño de Puentes- Perú) 2.4.3.6.3- Puentes- Designación de Fuerzas Por niveles de importancia de Puentes y Designaciones PL-1 PL-2 PL-3 Ft transversal (t) 12.3 24.5 52.6 Fl longitudinal (t) 4.1 8.2 17.6 Fv vertical abajo (t) 2.05 8.2 22.64 Lt y Ll (m) 1.22 1.07 2.44 Lv (m) 5.50 5.50 12.2 He mín (m) 0.51 0.81 1.02 Mínima altura del pasamano (m) 0.51 0.81 1.02
  • 16. II-5 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén 6. FUERZA DE COLISIÓN DE UN VEHÍCULO: CT (Art. 3.6.5) Los estribos y pilas de puentes ubicados a 9.0 m o menos del borde de la calzada, o a 15.0 m o menos de la línea de centro de una vía ferroviaria, se deberán diseñar para una fuerza estática equivalente de 183.5 t, la cual se asume actúa en cualquier dirección en un plano horizontal, a una altura de 1.2 m sobre el nivel del terreno. No es necesario aplicar esta fuerza, en el caso de estructuras protegidas por terraplenes o barreras antichoques. 7. CARGAS HIDRÁULICAS: WA (Art. 3.7) Hidrostática. Presión Hidrostática.- Actúa de forma perpendicular a la superficie, y se calcula como el producto entre la altura de la columna de agua sobre el punto considerado, la densidad del agua y g (aceleración de la gravedad). Flotabilidad. Flotabilidad.- Fuerza de levantamiento tomada como la sumatoria de las componentes verticales de las presiones hidrostáticas. Actúa sobre todos los componentes debajo del nivel de agua. Presión de Flujo.- La presión de flujo de agua, actuando en la dirección longitudinal Flujo. de las subestructuras, se tomará como: p = 52.4CDV2 (3.7.3.1-1) Donde: p = presión del agua (kg/m2) v= velocidad del agua para la inundación de diseño (resistencia y servicio) y para la inundación de control (evento extremo), en m/s CD = coeficiente de arrastre para pilas 3.7.3.1- Tabla 3.7.3.1-1 Coeficiente de Arrastre Tipo CD Pila con borde de ataque semicircular 0.7 Pila de extremo cuadrado 1.4 Arrastres acumulados contra la pila 1.4 Pila con borde de ataque en forma de cuña, ángulo del borde de ataque ≤ 90° 0.8 La fuerza de arrastre longitudinal será el producto entre la presión de flujo longitudinal y la proyección de la superficie expuesta a dicha presión. Carga Lateral.- La presión lateral uniformemente distribuida que actúa sobre una Lateral. subestructura debido a un caudal de agua que fluye formando un ángulo θ respecto del eje longitudinal de la pila será: p = 52.4CLV2 (3.7.3.2-1) Donde: p = presión lateral (kg/m2) CL = coeficiente de arrastre lateral
  • 17. II-6 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén 3.7.3.2- Lateral Tabla 3.7.3.2-1 Coeficiente de Arrastre Lateral Ángulo θ CL 0° 0 5° 0.5 10° 0.7 20° 0.9 ን 30° 1.0 Carga del Oleaje.- Se deberá considerar si se anticipa que se pueden desarrollar Oleaje. fuerzas de oleaje significativas. Socavación. Socavación.- Se deberá considerar en los estados límites de resistencia y servicio. 8. CARGA DE VIENTO: WL y WS (Art. 3.8) Presión Horizontal del Viento.- La carga de viento se asume está uniformemente Viento. distribuida sobre el área expuesta al viento. Para puentes a más de 10 m sobre el nivel del terreno o del agua, la velocidad de viento de diseño se deberá ajustar con: V10 Z VDZ = 2.5V0 ( ) ln( ) (3.8.1.1-1) VB Z0 Donde: VDZ = velocidad del viento de diseño a la altura de diseño Z (km/h) V0 = velocidad friccional (km/h) V10 = velocidad del viento a 10 m sobre el nivel del terreno o agua de diseño (km/h). En ausencia de datos V10 = VB =160 km/h VB = velocidad básica del viento igual a 160 km/h a una altura de 10 m Z0 = longitud de fricción del fetch o campo de viento aguas arriba (m) Z = altura de la estructura > 10 m Tabla 3.8.1.1-1 Valores de V0 y Z0 3.8.1.1- 8.1.1 CONDICIÓN TERRENO ÁREA ÁREA ABIERTO SUBURBANA URBANA V0 (km/h) 13.2 17.6 19.3 Z0 (m) 0.07 1.00 2.50 Presión de Viento sobre las Estructuras: WS VDZ 2 VDZ 2 PD = PB ( ) = PB ( ) (3.8.1.2.1-1) VB 25600 PD = presión del viento de diseño PB = presión básica del viento Tabla 3.8.1.2.1-1 Presiones básicas PB correspondientes a VB = 160 km/h COMPONENTE DE CARGA A CARGA A LA SUPERESTRUCTURA BARLOVENTO SOTAVENTO (kg/m2) (kg/m2) Reticulados, columnas y arcos 245 122 Vigas 245 No Aplicable Grandes superficies planas 194 No Aplicable
  • 18. II-7 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén La carga de viento total no se deberá tomar menor que 449 kg/m en el plano de un cordón a barlovento ni 224 kg/m en el plano de un cordón a sotavento de un componente reticulado o en arco, ni se deberá tomar menor que 449 kg/m en componentes de vigas o vigas cajón. Cargas de las Superestructuras.- Si el viento no se considera normal a la Superestructuras. estructura, la presión básica del viento PB para diferentes ángulos de dirección del viento se puede tomar según la Tabla. El ángulo de oblicuidad se deberá medir a partir de una perpendicular al eje longitudinal. Las presiones transversal y longitudinal se deberán aplicar simultáneamente. Tabla 3.8.1.2.2-1 PB para diferentes ángulos de ataque (VB = 160 km/h) Ángulo de Reticulados, Vigas oblicuidad columnas y arcos del viento Carga Carga Carga Carga (°) lateral longitudinal lateral longitudinal Kg/m2 Kg/m2 Kg/m2 Kg/m2 0 367 0 245 0 15 347 61 214 31 30 316 133 204 61 45 235 204 163 82 60 112 245 82 92 Fuerzas Aplicadas Directamente a la Subestructura.- Las fuerzas transversales y Directamente Subestructura. longitudinales a aplicar directamente a la subestructura se deberán calcular en base a una presión básica del viento supuesta de 194 Kg/m2. Para direcciones del viento oblicuas respecto de la estructura, esta fuerza se deberá resolver en componentes perpendiculares a las elevaciones posterior y frontal de la subestructura. Presión de Viento sobre los Vehículos: WL Si hay vehículos presentes, la presión del viento de diseño se aplicará tanto a la estructura como a los vehículos. La presión del viento sobre los vehículos se debe representar como una fuerza interrumpible y móvil de 149 kg/m actuando normal a la calzada y 1.80m sobre la misma, y se deberá transmitir a la estructura. Si el viento sobre los vehículos no es normal a la estructura, las componentes de fuerza normal y paralela aplicadas a la sobrecarga viva se pueden tomar como: Tabla 3.8.1.3-1 Componentes del viento sobre la sobrecarga viva Ángulo de oblicuidad Componente Componente respecto a la normal normal Paralela a la superficie (°) (kg/m) (kg/m) 0 149 0 15 131 18 30 122 36 45 98 48 60 51 56 Presión Vertical del Viento.- En el diseño de puentes y componentes estructurales Viento. que pueden ser sensibles al viento, se debe considerar una fuerza de viento vertical ascendente de 100 kg/m2 por el ancho del tablero, incluyendo los parapetos y aceras, como una carga lineal longitudinal. Se debe aplicar sólo para los estados
  • 19. II-8 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén límites que no involucran viento actuando sobre la sobrecarga, y sólo cuando la dirección del viento se toma perpendicular al eje longitudinal del puente. Se aplicará en el punto correspondiente a un cuarto del ancho del tablero a barlovento juntamente con las cargas de viento horizontales especificadas. Inestabilidad Aeroelástica.- Todos los puentes y componentes estructurales de Aeroelástica lástica. ello, cuya relación longitud de tramo / ancho o profundidad sea superior a 30, se deberán considerar sensibles al viento, y por lo tanto deberán considerar en su diseño, solicitaciones aeroelásticas. Nota.- El Manual de Diseño de Puentes – Perú (Art. 2.4.3.10), refiere que para Nota.- puentes con una altura de 10m o menos, medida desde el nivel del agua o desde la parte más baja del terreno, se supondrá velocidad del viento constante. Para alturas mayores se determina con:  z  Vz = C V Ln 10  ≥V  10  zo  donde: VZ = velocidad del viento a la altura z (km/h) V10 = velocidad de referencia, correspondiente a z=10m. z = altura por encima del nivel del terreno o del agua (m). C, z0= constantes dadas en la Tabla 2.4.3.10.1 Tabla 2.4.3.10.1-1 Valores de las constantes C, z0 .10.1- 0.1 CONDICIÓN PUEBLOS SUBURBANOS CIUDAD ABIERTOS C (km/h) 0.330 0.380 0.485 z0 (m) 0.070 0.300 0.800 La presión de viento se calcula con: 2 V  P = PB  DZ  100  donde: P = presión del viento (kg/m²) Vz = velocidad de viento (km/h) a la altura z PB = presión básica correspondiente a una velocidad de 100 km/h, dada en la Tabla 2.4.3.10.2-1 Tabla 2.4.3.10.2-1 Presiones básicas correspondientes a una velocidad de 2.4.3.10.2- 100km/h Componente Estructural Componente Presión por Presión por Barlovento Sotavento (kg/m2) (kg/m2) Armaduras, columnas y arcos 153 76.5 Vigas 153 No Aplicable Superficies de pisos largos 122 No Aplicable
  • 20. II-9 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén 9. EFECTOS SÍSMICOS: EQ (Art. 3.10) Las fuerzas sísmicas serán evaluadas por cualquier procedimiento racional de análisis. Se supondrá que las acciones sísmicas horizontales actúan en cualquier dirección. Cuando sólo se analiza en dos direcciones ortogonales , los efectos máximos serán estimados como la suma de los valores absolutos obtenidos para el 100% de la fuerza sísmica en una dirección y 30% de la fuerza sísmica en dirección perpendicular. Coeficiente de Aceleración.- El coeficiente A se determina en base a los mapas de Aceleración. iso-aceleración con un 10% de nivel de excedencia para 50 años de vida útil. Estructuras. Categorización de las Estructuras.- Los puentes se clasifican en tres categorías de importancia: • Puentes críticos: deben quedar operativos después de la ocurrencia de un gran sismo • Puentes esenciales: deben quedar operativos después de la ocurrencia de un sismo • Otros puentes
  • 21. II-10 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén Sísmico. Zonas de Comportamiento Sísmico.- 3.10.4- Tabla 3.10.4-1 Zonas Sísmicas Coeficiente de Zona Sísmica Aceleración A ≤ 0.09 1 0.09 < A ≤ 0.19 2 0.19 < A ≤ 0.29 3 0.29 < A 4 Condiciones Locales.- Locales. 3.10.5.1- Tabla 3.10.5.1-1 Coeficientes de Sitio Coeficiente de Sitio Tipo de Perfil de Suelo I II III IV S 1.0 1.2 1.5 2.0 Suelo Perfil Tipo I Roca de cualquier característica, o arcilla esquistosa o cristalizada en estado natural. Condiciones de suelo rígido donde la profundidad del suelo es menor a 60 m y los tipos de suelos sobre la roca son depósitos estables de arenas, gravas o arcillas rígidas. Suelo Perfil Tipo II Es un perfil compuesto de arcilla rígida o estratos profundos de suelos no cohesivos donde la altura del suelo excede los 60 m, y los suelos sobre las rocas son depósitos estables de arenas, gravas o arcillas rígidas. Suelo Perfil Tipo III Es un perfil con arcillas blandas a medianamente rígidas y arenas, caracterizado por 9 m o más de arcillas blandas o medianamente rígidas con o sin capas intermedias de arena u otros suelos cohesivos. Suelo Perfil Tipo IV Es un perfil con arcillas blandas o limos cuya profundidad es mayor a los 12 m. Sísmica Coeficiente de Respuesta Sísmica Elástica Csn 1.2AS C sn = ≤ 2.5A (3.10.6-1) Tn2 / 3 Tn = periodo de vibración del enésimo modo A = coeficiente de aceleración S = coeficiente de sitio Para puentes sobre perfiles de suelo tipo III o IV y en áreas donde el coeficiente A es mayor o igual a 0.30, Csn debe ser menor o igual a 2.0A. Para suelos tipo III y IV, y para otros modos distintos al modo fundamental el cual tenga periodos menores a 0.3s, Csn deberá tomarse como: Csn = A(0.8 + 4.0 Tn ) (3.10.6.2-1)
  • 22. II-11 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén Si el periodo de vibración para cualquier modo excede 4.0s, el valor de Csn para ese modo deberá tomarse como: 0.75 Csn = 3AS Tn (3.10.6.2-2) Factor de Modificación de Respuesta Las fuerzas de diseño sísmico para sub-estructuras y las conexiones entre las partes de la estructura, se determinarán dividiendo las fuerzas resultantes de un análisis elástico por el factor de modificación de respuesta R apropiado. Si un método de análisis tiempo-historia inelástico es usado, el factor de modificación de respuesta R será tomado como 1.0 para toda la sub-estructura y conexiones. Tabla 3.10.7.1-1 Factores de Modificación de Respuesta R – Subestructura SUB-ESTRUCTURA IMPORTANCIA CRÍTICA ESENCIAL OTROS Pilar tipo placa de gran dimensión 1.5 1.5 2.0 Pilotes de concreto armado • Sólo pilotes verticales 1.5 2.0 3.0 • Grupo de pilotes incluyendo pilotes inclinados 1.5 1.5 2.0 Columnas individuales 1.5 2.0 3.0 Pilotes de acero o acero compuesto con concreto • Sólo pilotes verticales 1.5 3.5 5.0 • Grupo de pilotes incluyendo pilotes inclinados 1.5 2.0 3.0 Columnas múltiples 1.5 3.5 5.0 Tabla 3.10.7.1-2 Factores de Modificación de Respuesta R – Conexiones CONEXIONES PARA TODAS LAS CATEGORÍAS DE IMPORTANCIA Superestructura a estribo 0.8 Juntas de expansión dentro de la 0.8 superestructura Columnas, pilares o pilotes a las vigas 1.0 cabezal o superestructura Columnas o pilares a la cimentación 1.0 TU, 10. VARIACIONES DE TEMPERATURA: TU, TG (Art. 2.4.3.9 Manual de Diseño de Puentes - Perú) TU: temperatura uniforme TG: gradiente de temperatura
  • 23. II-12 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén Tabla 2.4.3.9.1-1 (Manual de Diseño de Puentes – Perú) Rangos de Temperatura (°C) Material Costa Sierra Selva Concreto armado o 10° a 40°C -10° a +35°C 10° a 50°C presforzado Acero 5° a 50°C -20° a +50°C 10° a 60°C Madera 10° a 40°C -10° a +35°C 10° a 50°C La temperatura de referencia será la temperatura ambiente promedio durante las 48 horas antes del vaciado del concreto o antes de la colocación de aquellos elementos que determinan la hiperestaticidad de la estructura. Gradiente de Temperatura En superestructuras de concreto o de acero con tablero de concreto, se supondrá un gradiente de temperatura, adicionalmente a los cambios de temperatura especificados. Las diferencias de temperatura T1 y T2 corresponderán a los valores positivos dados en la tabla, o a valores negativos obtenidos multiplicando aquellos de la Tabla por –0.5. (Tabla 2.4.3.9.2-1 (Manual de Diseño de Puentes – Perú) Temperaturas que definen los Gradientes (°C) Región Sin Asfalto 5 cm Asfalto 10 cm Asfalto T1 T2 T1 T2 T1 T2 Costa 40 15 35 15 30 15 Sierra 40 5 35 5 30 5 Selva 50 20 45 20 40 20 11. EMPUJE DEL SUELO: EH, ES, LS, y DD (Art. 3.11) EH: Empuje horizontal del suelo ES: sobrecarga de suelo LS: sobrecarga viva DD: fricción negativa (Se trata con más detalle en el CAPV: ESTRIBOS). Debida consideración se tomará también por las siguientes solicitaciones sobre la estructura de puente, en caso de ocurrencia: 12. CARGAS DE HIELO: IC 13. SOLICITACIONES PROVOCADAS POR DEFORMACIONES SUPERPUESTAS: SH, CR, SE SH: contracción CR: fluencia lenta SE: asentamiento 14. FUERZAS FRICCI0NALES: FR 15. COLISIÓN DE EMBARCACIONES: CV
  • 24. II-13 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén FACTORES DE CARGA Y COMBINACIONES DE CARGAS (Art. 3.4) La solicitación mayorada total se tomará como: Q = Σn i γ i Q i (3.4.1-1) ηi = modificador de las cargas Qi = solicitación γii = factor de carga Estados Límites: • RESISTENCIA I – Combinación básica de cargas que representa el uso vehicular normal del puente, sin viento. • RESISTENCIA II – Combinación de cargas que representa el uso del puente por parte de vehículos de diseño especiales especificados por el propietario, vehículos de circulación restringida, o ambos, sin viento. • RESISTENCIA III – Combinación de cargas que representa el puente expuesto a vientos de velocidades superiores a 90 km/h. • RESISTENCIA IV – Combinación de cargas que representa relaciones muy elevadas entre las solicitaciones provocadas por las cargas permanentes y las provocadas por las sobrecargas. • RESISTENCIA V – Combinación de cargas que representa el uso del puente por parte de vehículos normales con una velocidad del viento de 90 km/h. • EVENTO EXTREMO I – Combinación de cargas que incluye sismos. • EVENTO EXTREMO II – Combinación de cargas que incluye carga de hielo, colisión de embarcaciones y vehículos, y ciertos eventos hidráulicos con una sobrecarga reducida diferente a la que forma parte de la carga de colisión de vehículos, CT. • SERVICIO I – Combinación de cargas que representa la operación normal del puente con un viento de 90 km/h, tomando todas las cargas a sus valores normales. • SERVICIO II – Combinación de cargas cuya intención es controlar la fluencia de las estructuras de acero y el resbalamiento que provoca la sobrecarga vehicular en las conexiones de resbalamiento crítico. • SERVICIO III – Combinación de cargas relacionada exclusivamente con la tracción en superestructuras de hormigón pretensado, cuyo objetivo es controlar la fisuración. • SERVICIO IV – Combinación de cargas relacionada exclusivamente con la tracción en subestructuras de hormigón pretensado, cuyo objetivo es controlar la fisuración. • FATIGA – Combinación de cargas de fatiga y fractura que se relacionan con la sobrecarga gravitatoria vehicular respectiva y las respuestas dinámicas bajo un único camión de diseño. El Diseño por Factores de Carga y Resistencia (LRFD) requiere satisfacer la siguiente ecuación: ΣηγiQi ኢ φRn = Rr Para cargas para las cuales un valor máximo de γi es apropiado: η = ηD ηR ηI ን 0.95
  • 25. II-14 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén Para cargas para las cuales un valor mínimo de γi es apropiado: 1 η= ≤ 1.0 η D η R ηI siendo: γi = factor de carga φ = factor de resistencia η = factor de modificación de las cargas ηD = factor relacionado con la ductilidad ηR = factor relacionado con la redundancia ηI = factor relacionado con la importancia operativa Qi = solicitación Rn = resistencia nominal Rr = resistencia mayorada = φRn Ductilidad.- Ductilidad.- El sistema estructural de un puente se debe dimensionar y detallar de manera de asegurar el desarrollo de deformaciones inelásticas significativas y visibles en los estados límites de resistencia y correspondientes a eventos extremos antes de la falla. Para el estado límite de resistencia: nD ኑ 1.05 para elementos y conexiones no dúctiles = 1.00 para diseños y detalles convencionales ኑ 0.95 para elementos y conexiones para los cuales se han especificado medidas adicionales para mejorar la ductilidad más allá de lo requerido por las Especificaciones. Para todos los demás estados límites: nD = 1.00 Redundancia.- Redundancia.- A menos que existan motivos justificados para evitarlas se deben usar estructuras continuas y con múltiples recorridos de cargas. Los principales elementos y componentes cuya falla se anticipa provocará el colapso del puente se deben diseñar como elementos de falla crítica y el sistema estructural asociado como sistema no redundante. Los elementos y componentes cuya falla se anticipa no provocará el colapso del puente se deben diseñar como elementos de falla no crítica y el sistema estructural asociado como sistema redundante. Para el estado límite de resistencia: nR ኑ 1.05 para elementos no redundantes = 1.00 para niveles convencionales de redundancia ኑ 0.95 para niveles excepcionales de redundancia Para todos los demás estados límites: nR = 1.00 Operativa.- Importancia Operativa.- Aplicable exclusivamente a los estados límites de resistencia y correspondientes a eventos extremos. Para el estado límite de resistencia: nI ኑ 1.05 para puentes importantes = 1.00 para puentes típicos ኑ 0.95 para puentes de relativamente poca importancia Para todos los demás estados límites: nI = 1.00
  • 26. II-15 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén Notas.- - El mayor de los dos valores especificados para los factores de carga a aplicar a TU, CR y SH se deberá utilizar para las deformaciones, y el menor valor se deberá utilizar para todas las demás solicitaciones. - El factor de carga para sobrecarga γ EQ en la combinación de Evento Extremo I se deberá determinar en base a las características específicas de cada proyecto. En ediciones anteriores de AASHTO se usaba γ EQ = 0 , y aunque este tema no ha sido resuelto, se debería considerar la posibilidad de sobrecarga parcial con
  • 27. II-16 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén sismos, es decir γ EQ < 1.0 , siendo razonable γ EQ = 0.5 para un amplio rango de valores de tráfico. - Los factores de carga γ TG y γ SE se deben adoptar en base a las características específicas de cada proyecto. γ TG se puede tomar si no hay información: 0.0 en estados límites de resistencia y evento extremo, 1.0 en estado límite de servicio cuando no se considera la sobrecarga, y 0.50 en el estado límite de servicio cuando se considera la sobrecarga. Denominación de las Cargas Cargas Permanentes: DD = fricción negativa (downdrag) DC = peso propio de los componentes estructurales y accesorios no estructurales DW= peso propio de las superficies de rodamiento e instalaciones para servicios públicos EH = empuje horizontal del suelo EL = tensiones residuales acumuladas resultantes del proceso constructivo, incluyendo las fuerzas secundarias del postensado ES = sobrecarga de suelo EV = presión vertical del peso propio del suelo de relleno Cargas Transitorias: BR = fuerza de frenado de los vehículos CE = fuerza centrífuga de los vehículos CR = fluencia lenta CT = fuerza de colisión de un vehículo CV = fuerza de colisión de una embarcación EQ = sismo FR = fricción IC = carga de hielo IM = incremento por carga vehicular dinámica LL = sobrecarga vehicular LS = sobrecarga de la carga viva PL = sobrecarga peatonal SE = asentamiento SH = contracción TG = gradiente de temperatura TU = temperatura uniforme WA = carga hidráulica y presión del flujo de agua WL = viento sobre la sobrecarga WS = viento sobre la estructura
  • 28. II-17 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén II- APÉNDICE II-A MÁXIMO MOMENTO DE FLEXIÓN EN UNA VIGA SIMPLEMENTE APOYADA PARA UN TREN DE CARGAS (Teorema de Barré) Bisecando la distancia entre la resultante de un tren de cargas y la carga más próxima a ella, por un eje que pasa por el centro de luz, el máximo momento de flexión en una viga simplemente apoyada se encuentra casi siempre bajo la carga más próxima a la resultante. En caso de igualdad de distancias, se ubica bajo la carga más pesada. En efecto, en el tren de cargas mostrado, tomando momentos en el punto donde incide la carga P3 tenemos: R= P P P P P P 1 2 3 4 5 b b 1 2 A B R R(L-x-e) = x e (L-x-e) A L L R (L x e) MP 3 = x P (b1 + b2 ) 1 P2b2 L dMP 3 Para MP 3 = máx, =0 dx R [ 1 x) + (L ( x e )] = 0 L L e x= 2 Es decir: L P P P P P 1 2 3 4 5 b b 1 2 A B Mmáx R= P R R(L-x-e) = x=(L-e)/2 e/2 x=(L-e)/2 A L e/2 L/2 L/2
  • 29. II-18 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén II- APÉNDICE II-B
  • 30. II-19 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén II- APÉNDICE II-C
  • 31. II-20 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén II- APÉNDICE II-D LÍNEAS DE INFLUENCIA EN VIGAS CONTINUAS DE TRES TRAMOS IGUALES m L L L n 0.4L E A F B C D G 4 Tramo EA ( − m ≤ x ≤ 0) MB = − x 15 4 3 4 Tramo AB (0 ≤ x ≤ L ) MB = x − x 15 L2 15 1 3 9 2 46 8L Tramo BC (L ≤ x ≤ 2L ) MB = − 2 x + x − x+ 3L 5L 15 5 1 3 3 2 26 8L Tramo CD (2L ≤ x ≤ 3L ) MB = x − x + x− 15 L2 5L 15 5 1 L Tramo DG (3L ≤ x ≤ 3L + n) MB = − x+ 15 5
  • 32. II-21 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén 37 Tramo EA ( − m ≤ x ≤ 0) MF = x 75 8 37 Tramo AF (0 ≤ x ≤ 0.4L ) MF = 2 x3 + x 75 L 75 8 38 2L Tramo FB (0.4L ≤ x ≤ L ) MF = 2 x3 − x+ 75 L 75 5 2 54 2 92 48 L Tramo BC (L ≤ x ≤ 2L ) MF = − 2 x3 + x − x+ 15 L 75 L 75 75 2 6 2 52 48 L Tramo CD (2L ≤ x ≤ 3L ) MF = 2 x3 − x + x− 75 L 25 L 75 75 2 6L Tramo DG (3L ≤ x ≤ 3L + n) MF = − x+ 75 75
  • 33. II-22 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén 8 Tramo EA ( − m ≤ x ≤ 0) RB = x 5L 3 3 8 Tramo AB (0 ≤ x ≤ L ) RB = − 3 x + x 5L 5L 1 3 24 2 32 8 Tramo BC (L ≤ x ≤ 2L ) RB = x − 2 x + x− L3 5L 5L 5 2 3 18 2 52 48 Tramo CD (2L ≤ x ≤ 3L ) RB = − 3 x + 2 x − x+ 5L 5L 5L 5 2 6 Tramo DG (3L ≤ x ≤ 3L + n) RB = x− 5L 5
  • 34. II-23 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén II- APÉNDICE II-E VEHÍCULOS DE CIRCULACIÓN NACIONAL - PESOS Y MEDIDAS MÁXIMAS PERMITIDAS CIRCULACIÓ
  • 35. II-24 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén
  • 36. II-25 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén
  • 37. II-26 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén
  • 38. II-27 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén
  • 39. II-28 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén
  • 40. II-29 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén
  • 41. II-30 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén
  • 42. II-31 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén PROBLEMAS PROBLEMA II.1 Utilizando la carga HL-93 calcular en un puente simplemente apoyado HL- de 25.0 m de longitud para el estado limite de Resistencia: 1) el momento por momento sobrecarga que ocurre en el centro de luz; 2) el momento máximo por sobrecarga. Solución.- Solución.- 1) Momento por sobrecarga que ocurre en el centro de luz 1.A) Camión de Diseño Utilizando la línea de influencia de momento flector para la sección central del puente, posicionamos el camión HL-93 de manera que se generen los máximos valores como se muestra: CL 3.6 T 14.8 T 14.8 T 4.30 4.30 A B 12.5 m 12.5 m LI de MC.L. 4.10m 4.10m 12.5m x12.5m =6.25m 25m El momento flector por camión en el centro de luz es: MC.L. = 3.6T( 4.10m) +14.8 T(6.25m) +14.8 T( 4.10m) = 167.94 T − m 1.B) Tandem de Diseño De modo similar se tiene para el tándem: CL 11.2 T 11.2 T 1.20 A B 12.5 m 12.5 m LI de MC.L. 5.65m 6.25m
  • 43. II-32 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén MC.L. = 11.2T(6.25m) +11.2T(5.65m) = 133.28 T − m 1.C) Carga de carril En este caso hallamos el momento en el centro de luz multiplicando el valor de la carga distribuida por el área respectiva en la línea de influencia: CL 960 kg/m A B 12.5 m 12.5 m LI de MC.L. 6.25m MC.L. = 0.96T / m (½ x 25m x 6.25m) = 75 T − m Debemos combinar ahora el camión o tándem de diseño con la carga de carril. En este caso escogemos, por ser crítica, la combinación: camión de diseño con carga de carril considerando además el incremento por carga dinámica del 33% para la carga de camión. Mmáx(LL+IM) = 167.94T-m(1.33)+75 T-m= 298.36 T-m ፼ 298.36 2) Momento máximo por sobrecarga 2.A) Camión de Diseño Ubicamos en el camión HL-93 la posición de la resultante tomando momentos en el tercer eje: Z(33.2T)= 4.30m(14.8T)+8.60m(3.6T) Z= 2.85m Luego, la distancia de 1.45m se dispone en partes iguales con respecto al centro de luz. Se tendrá la siguiente disposición de cargas: 3.6 T 14.8 T 14.8 T 4.30 4.30 1.45 Z=2.85 R=33.2 T
  • 44. II-33 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén c L 3.6 T 14.8 T 14.8 T 4.30 4.30 0.725 0.725 A B Mmáx X=11.775 m R 12.5 m 12.5 m R=15.64 T A El momento máximo ocurre bajo la carga más cercana a la resultante, a x=11.775m del apoyo izquierdo: Mmáx = 15.64T( .775m) − 3.6T(4.30m) = 168.68 T-m 11 2.B) Tandem de Diseño Se muestra la posición de momento máximo: c L 11.2 T 11.2 T 0.30 .60 0.30 A B Mmáx R=22.4 T 12.5 m 12.5 m R=10.93 T A Mmáx = 10.93T( .5m 12 0.30m) = 133.35 T-m 2.C) Carga de carril Debemos combinar ahora el camión o tándem de diseño con la carga de carril. En este caso escogemos, por ser crítica, la combinación: camión de diseño con carga de carril, en la posición X= 11.775m del apoyo izquierdo: 0.96 T/m A B Mcarril X=11.775 m 12.5 m 12.5 m R=12 T A
  • 45. II-34 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén 0.96T / m( .775m)2 11 Mcarril = 12T( .775m) − 11 2 Mcarril = 74.75 t-m Considerando el incremento por carga dinámica para la carga de camión tenemos: Mmáx(LL+IM) = 168.68(1.33)+74.75 = 299.03 T-m ፼ T- (En el Apéndice II-B, para L=25.00 m se obtiene Mmáx(LL+IM) = 299.05 T-m ፼, en 299.05 X=11.78m ) PROBLEMA II.2 Calcular en el problema anterior, la reacción máxima por sobrecarga II.2 provocada por una carga HL-93 provocada HL- Solución.- Solución.- A) Camión de Diseño 14.8 T 14.8 T 3.6 T 4.30 4.30 A B 25 m R=29.42 T A B) Tandem de Diseño 11.2 T 11.2 T 1.20 A B 25 m R=21.86 T A C) Carga de carril 960 kg/m A B 25 m R=12 T A Luego RA máx (LL+IM) = 29.42(1.33)+12 = 51.13 T-m ፼ T- (En el Apéndice II-B, para L=25.00 m se obtiene RA máx (LL+IM) = 51.12 T-m ፼ )
  • 46. II-35 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén PROBLEMA II.3 Comparar en un puente simplemente apoyado de 14 m. de longitud, el momento y reacción máxima por sobrecarga provocados por el vehículo T3S3 y por la carga HL-93. HL- Solución.- Solución.- a) Momento por sobrecarga a.1) Vehículo T3S3 • Determinamos la ubicación de la resultante del tren de cargas suponiendo que los 6 ejes se encuentran sobre el puente: 11.35 m 8.33 T 7T 9T 9T 8.33 T 8.33 T 239.94 Tm 3.50 1.20 4.25 1.20 1.20 X= = 4.80m 50T R=50 T Para localizar el punto de momento máximo, bisecamos la distancia que hay entre la resultante y el eje más cercano a ella, por el eje central de la viga: L C 8.33 T 7T 9T 9T 8.33 T 8.33 T 3.50 1.20 4.25 1.20 1.20 1.85 2.40 0.925 0.925 A B X = 4.80 m Mmáx 1.375 1.275 R=21.70 T R=50 T A 7.00 7.00
  • 47. II-36 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén El momento por sobrecarga máximo será: Ms/c = 21.70T(6.075m) - 7T(4.70m) - 9T(1.2m) = 88.106 T-m • Determinamos la ubicación de la resultante del tren de cargas suponiendo ahora que sólo 5 ejes se encuentran sobre el puente: 7.85 m 8.33 T 9T 9T 8.33 T 8.33 T 1.20 4.25 1.20 1.20 160.488 Tm X= = 3.732 m 43T R=43 T Para localizar el punto de momento máximo, bisecamos la distancia que hay entre la resultante y el eje más cercano a ella, por el eje central de la viga: L C 8.33 T 9T 9T 8.33 T 8.33 T 2.216 1.20 4.25 1.20 1.20 0.666 A 0.666 B Mmáx 6.334m R=43 T R=23.55 T R=19.45 T A B 7.00 7.00 El momento por sobrecarga máximo será: Ms/c = 19.45T(6.334m) – 8.33T(1.20m) - 8.33T(2.40m) = 93.21 T-m Tomando el mayor de los momentos e incrementando por carga dinámica para el estado límite de Resistencia con IM=0.33, tenemos: Ms/c+IM = 93.21 T-m x 1.33 = 123.97 T-m a.2) Carga HL-93 HL- De la Tabla del Apéndice II-B, para L=14.00 m: MS/C+IM = 126.87 T-m 126 En este caso el momento provocado por la carga HL-93, es mayor que el producido por el vehículo T3S3.
  • 48. II-37 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén b) Reacción máxima por sobrecarga b.1) Vehículo T3S3 La máxima reacción ocurre posicionando el vehículo de la siguiente manera: 8.33 T 8.33 T 8.33 T 9T 9T 7T 1.20 1.20 4.25 1.20 3.50 A B 2.65 R=32.85 T A 14.00 Luego, RA máx = 32.85 T Incrementando por carga dinámica para el estado límite de Resistencia con IM=0.33, tenemos: Rs/c+IM = 32.85 T x 1.33 = 43.69 T a.2 a.2) Carga HL-93 HL- De la Tabla del Apéndice II-B, para L=14.00 m: RA máx = 41.89 T En este caso la reacción provocada por la carga HL-93, es menor que la producida por el vehículo T3S3.
  • 49. II-38 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén PROBLEMA II.4 Comparar en un puente simplemente apoyado de 25 m. de II.4 longitud, el momento y reacción máxima por sobrecarga provocados por dos vehículos T3S3 distanciados 9.00m como se muestra, y por la carga HL-93. HL- Solución.- Solución.- a) Momento por sobrecarga a.1) Vehículo T3S3 Determinamos primero la ubicación de la resultante del tren de cargas que puede posicionarse en la longitud de 25 m.: 20.35 8.33 T 7T 9T 9T 8.33 T 8.33 T 7T 3.50 1.20 4.25 1.20 1.20 9.00 R=57 T Tomando momentos en el último eje, tenemos: 57T(X) = 8.33T(9.0m)+8.33T(10.20m)+8.33T(11.40m)+9T(15.65m)+ 9T(16.85m) + 7T(20.35m) Con lo que la resultante se ubica en: 689.85 Tm X= = 12.10 m 57T
  • 50. II-39 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén Para localizar el punto de momento máximo, bisecamos la distancia que hay entre la resultante y el eje más cercano a ella, por el eje central de la viga: L C 8.33 T 7T 9T 9T 8.33 T 8.33 T 7T 3.50 1.2 4.25 1.2 1.2 9.00 .35 .35 A B Mmáx R=57 T 3.90 0.75 R=29.30 T A 12.50 12.50 El momento por sobrecarga máximo será: Ms/c = 29.30T(12.85m) - 9T(4.25m) - 9T(5.45m) – 7T(8.95m) Ms/c = 226.56 T-m Considerando el incremento por carga dinámica para el estado límite de Resistencia, IM=0.33, tenemos: Ms/c+IM = 226.56 T-m x 1.33 = 301.32 T-m 301. a.2 a.2) Carga HL-93 HL- De la Tabla del Apéndice II-B, para L=25.00 m: MS/C+IM = 299.05 T-m 99. En este caso el momento provocado por el vehículo T3S3, es mayor que el producido por la carga HL-93. b) Reacción máxima por sobrecarga b.1) Vehículo T3S3 La máxima reacción ocurre posicionando el vehículo de la siguiente manera:
  • 51. II-40 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén 8.33 T 8.33 T 8.33 T 8.33 T 9T 9T 7T 8.33 T 8.33 T 1.20 1.20 4.25 1.20 3.50 9.00 1.20 1.20 A B 2.25 R=43.84 T A 25.00 Luego, RA máx = 43.84 T Incrementando por carga dinámica para el estado límite de Resistencia con IM=0.33, tenemos: Rs/c+IM = 43.84 T x 1.33 = 58.31 T b.2) Carga HL-93 HL- De la Tabla del Apéndice II-B, para L=25.00 m: RA máx = 51.12 T En este caso la reacción provocada por dos vehículos T3S3, es mayor que la producida por la carga HL-93.
  • 52. II-41 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén PROBLEMA II.5 En un puente continuo de dos tramos iguales de 10 m. de II.5 longitud cada uno, calcular el máximo momento positivo y negativo por cada sobrecarga provocados por la carga HL-93. HL- A B C 10 m 10 m Solución.- Solución.- a) Máximo momento positivo Observando los gráficos del Apéndice II-C determinamos que el máximo momento positivo en todo el puente ocurre a 0.4L de un apoyo exterior. Utilizando tal línea de influencia se puede comprobar que la combinación crítica es de tándem y sobrecarga distribuida. Buscando provocar el máximo esfuerzo, posicionamos el tándem como se muestra en la figura. La sobrecarga distribuida la aplicamos sólo en el área positiva del gráfico. La combinación de camión y sobrecarga distribuida, por provocar esfuerzos menores, no es considerada. El momento por tándem de diseño es: (+)Mtándem = 11.2T(2.064m) + 11.2T(1.541m) = 40.38 T-m El momento por la sobrecarga distribuida en el primer tramo es: (+)Ms/c distrib = 0.96 T/m (9.525 m²) = 9.14 T-m
  • 53. II-42 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén El momento positivo por sobrecarga máximo, considerando el incremento por carga dinámica para el estado límite de Resistencia, IM=0.33, es: (+)Ms/c+IM = 40.38 T-m x 1.33 + 9.14 T-m = 62.85 T-m T- b) Máximo momento negativo El máximo momento negativo en todo el puente ocurre en el apoyo central. Utilizando la línea de influencia para momento en dicho apoyo se comprueba que la combinación crítica es de camión y sobrecarga distribuida. Buscando provocar el máximo esfuerzo, posicionamos el camión de diseño con los ejes posteriores en las ordenadas máximas, tal como se muestra en la figura. Quedarán estos ejes separados 8.452 m. La sobrecarga distribuida la aplicamos en ambos tramos. La combinación de tándem y sobrecarga distribuida, por provocar esfuerzos menores, no es considerada. El momento por camión de diseño es: (-) Mcamión= 3.6T(-0.360m)+14.8T(-0.962m) +14.8T(-0.962m) = -29.77 T-m El momento por sobrecarga distribuida es: (-)Ms/c distrib = 0.96 T/m (-12.375 m²) = -11.88 T-m El momento negativo por sobrecarga máximo, considerando el incremento por carga dinámica para el estado límite de Resistencia, IM=0.33, es: (-)Ms/c+IM = -29.77 T-m x 1.33 – 11.88 T-m = -51.47 T-m T-
  • 54. II-43 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén NOTA.- Utilizando el programa de cómputo QConBridge, se obtiene la envolvente de NOTA.- momentos por carga viva de manera gráfica y tabularmente. Como se aprecia, dividiendo cada tramo en diez secciones, el máximo momento positivo por carga viva ocurre en la sección x= 0.4 L, con un valor de +616.289x10³ N-m (+62.82 T-m). El N- T- máximo momento negativo ocurre en el apoyo central, con un valor de -504.489x10³ N-m (-51.43 T-m). Los resultados son similares a +62.85 T-m y -51.47 T-m, valores T- T- T- obtenidos analíticamente.
  • 55. II-44 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén PROBLEMA II.6 En un puente continuo de tres tramos iguales de 20 m. de II.6 longitud cada uno, calcular en un apoyo interior los momentos de diseño por diseño sobrecarga provocados por la carga HL-93. HL- A B C D 20 m 20 m 20 m Solución.- Solución.- a) Línea de Influencia de momento flector en B Graficamos la línea de influencia (ver APÉNDICE II-D) haciendo uso de las siguientes expresiones: Tramo AB (0 ≤ x ≤ 20) 1 y = 1500 ( x 3 − 400x ) Tramo BC (20 ≤ x ≤ 40) 1 y= 1200 ( − x 3 +108 x2 − 3680 x + 38 400 ) Tramo CD (40 ≤ x ≤ 60) 1 y= 6000 ( x 3 −180 x2 +10 400 x −192 000 ) b) Máximo momento negativo Utilizando tal línea de influencia, después de realizar las combinaciones de carga viva aplicables, encontramos que el máximo momento negativo ocurre con el posicionamiento de dos camiones* y la sobrecarga distribuida tal como se muestra, considerando de acuerdo a las especificaciones el 90 por ciento de dicha solicitación. Los dos camiones en este caso están distanciados 15 m entre el eje delantero de un camión y el eje posterior del otro.
  • 56. II-45 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén El momento por dos camiones de diseño es: (-)M2 camiones = 3.6T(-0.880m) + 14.8T(-1.749m-2.048m) +3.6T(-1.593m) + 14.8T(-1.368m-0.709m) = -95.838 T-m El momento por la sobrecarga distribuida es: (-)Ms/c distrib = 0.96 T/m (-46.2 m²) = -44.35 T-m El momento máximo negativo por sobrecarga, considerando el incremento por carga dinámica para el estado límite de Resistencia, IM=0.33, es: (-)Ms/c+IM = 0.90 [(-95.838 T-m ) x 1.33 + (-44.35 T-m)] = -154.63 T-m T- NOTA.- NOTA. * La utilización del 90 por ciento de la solicitación de dos camiones y la carga de carril se emplea en el caso de momentos negativos entre puntos de contraflexión debido a una carga uniforme en todos los tramos (Artículo 3.6.1.3.1). En este caso como se aprecia en el gráfico, el apoyo interior B se encuentra en el tramo de contraflexión de 9.53m, ámbito para el cual es aplicable lo indicado. Los puntos de contraflexión para una viga contínua de tres tramos iguales quedan definidos por: L1 = 0.8L = 16 m , L 2 = 0.4764L = 9.53 m , L 3 = 0.4472L = 8.94 m , con L = 20m. c) Máximo momento positivo El máximo momento positivo, después de realizar las combinaciones de carga viva aplicables, se encuentra posicionando en la línea de influencia el camión de diseño con un eje posterior en la ordenada máxima, tal como se muestra en la figura. La sobrecarga distribuida la aplicamos únicamente en el área positiva.
  • 57. II-46 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén El momento por camión de diseño es: (+) Mcamión= 3.6T(0.365m)+14.8T(0.512m) +14.8T(0.437m) = 15.36 T-m El momento por sobrecarga distribuida es: (+)Ms/c distrib = 0.96 T/m (6.60 m²) = 6.34 T-m El momento positivo máximo por sobrecarga, considerando el incremento por carga dinámica para el estado límite de Resistencia, IM=0.33, es: (+)Ms/c+IM = 15.36 T-m x 1.33 + 6.34 T-m = 26.77 T-m T- NOTA 1.- Utilizando el programa de cómputo QConBridge, se obtiene la envolvente de momentos por carga viva de manera gráfica y tabularmente. Como se aprecia dividiendo cada tramo en diez secciones, en el apoyo 2 el máximo momento negativo es -1.513 x106 N-m (-154.28 T-m) y el máximo momento positivo es +263.533x10³ N-m (+26.87 263.533x10³ N- (+26.87 T-m). Los resultados son similares a -154.63 T-m y +26.77 T-m, valores obtenidos +26. T- analíticamente.
  • 58. II-47 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén NOTA 2.- Tal como se señala en C3.6.1.3.1 AASHTO-LRFD, las cargas ideales de diseño están basadas en la información descrita en C3.6.1.2.1 AASHTO-LRFD que contiene datos sobre vehículos de tipo “low boy” con pesos de hasta 50 T. Si se considera probable que haya múltiples carriles con versiones más pesadas de este tipo de vehículo, se debe investigar el momento negativo y las reacciones en los apoyos interiores para pares de tandems de diseño separados entre 8.00 m y 12.00 m, en combinación con la carga de carril. Se debe usar el 100 por ciento de tal solicitación.
  • 59. II-48 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén PROBLEMA II.7 Calcular la fuerza de frenado y la fuerza de viento que actúan II.7 sobre el pilar central del puente mostrado, de dos vías. El viento incide perpendicularmente al eje longitudinal del puente. Utilizar vehículo HL-93 y HL- Especificaciones AASHTO LRFD. A B C 30 m 30 m Solución.- Solución.- a) Fuerza de Frenado De acuerdo con las Especificaciones, la fuerza de frenado será la mayor de: - 25% de los pesos por eje de camión o tandem de diseño - 5% del camión o tandem de diseño más la carga de carril En este caso el peso del vehículo HL-93 es 33.2 T, peso del tandem: 22.4 T, carga de carril: 0.96 T/m. La fuerza de frenado se calcula con los carriles que transportan tráfico en la misma dirección. Asumiendo que a futuro los dos carriles transportan tráfico en la misma dirección y considerando el factor de presencia múltiple m=1.00, tendremos: BR1 = 0.25 x 33.2 T x 2vías x 1.00 / 1 apoyo = 16.60 T BR2 = 0.25 x 22.4 T x 2 x 1.00 = 11.20 T BR3 = 0.05 [33.2 T+(30m + 30m) 0.96 T/m]x2x1.0 = 9.08 T BR4 = 0.05 [22.4 T+(30m + 30m) 0.96 T/m]x2x1.0 = 8.00 T Luego, la fuerza de frenado será: 16.60 T, aplicada a 1.80 m sobre la superficie de calzada. F = 16.6 T BR 1.80 m A B C 30 m 30 m NOTA.- NOTA.- Un vehículo T3S3 circulando por dicho puente a una velocidad de 60 km/h, que al frenar tarda en detenerse 10 segundos, provocará según las leyes de la física una fuerza de frenado igual a: F = m.a
  • 60. II-49 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén donde: F = fuerza W 50 T T − seg2 m = masa = = = 5.10 g 9.8 m / seg2 m v 60 km / h 16.67 m / seg a = acelerac = = = = 1.67 m / seg2 t 10 seg 10 seg Luego:  T − seg2  F =  5.10   x1.67m / seg2 = 8.52 T   m  En 2 vías se tendrá: F = 2x8.52T = 17.04 T Comparar este resultado con el valor obtenido para la carga HL-93 de las normas AASHTO LRFD. b) Carga de Viento b.1) superestructura Sobre la superestructura La carga de viento se asume actúa uniformemente sobre el área expuesta al viento. El área expuesta se toma perpendicular a la dirección del viento. La velocidad del viento básica varía según la localidad y se tomará como VB = 160 km/h 2 V   V 2  PD = PB  DZ V  = PB  DZ    25600  (3.8.1.2.1-1)  B    Donde: PB = presión básica del viento = 245 kg/m2 (Tabla 3.8.1.2.1-1) PD = presión del viento de diseño VDZ = velocidad del viento a la altura de diseño z Asumiendo que la altura de los componentes del puente son menores a 10 m sobre la línea de tierra (z አ 10 m), VDZ =VB = V10 =160 km/h. 2 V  2  = 245  160  PD = PB  DZ V    = 245 kg / m 2  B  160  La carga será: FW Sup = 245 kg/m2 x 3 m x (30m + 30m) / 2 = 22.05 T
  • 61. II-50 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén F = 4.50 T WL 1.80 m 1.50 m F = 22.05 T W Sup 3.00 m 1.50 m b.2) Sobre la subestructura Se calcula en base a una presión del viento de 194 kg/m2 (Tabla 3.8.1.2.1-1): FW Sub1 = 194 kg/m2 x 1.20m x 1.20m = 0.28 T FW Sub2 = 194 kg/m2 x 1.00m x 5.00m = 0.97 T 1.20 m 1.20 m F = 0.28 T W Sub 1 1.00 m 2.50 m F = 0.97 T W Sub 2 2.50 m b.3) Sobre la carga viva La presión del viento sobre los vehículos se representa como un fuerza interrumpible y móvil de 150 kg/m (Tabla 3.8.1.3-1) actuando normal a la calzada y a 1.80 m sobre la misma. FW L = 150 kg/m (30m + 30m) / 2 = 4.50 T
  • 62. II-51 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén PROBLEMA II.8 Determinar el empuje por flotación por la presencia del nivel II.8 freático en la zapata de la columna mostrada que corresponde al pilar de un mostrada puente. La zapata tiene como dimensiones en planta 4.00m x 4.00m. Nivel Freatico 0.50 m 4.00 m B Solución.- Solución.- La fuerza de empuje por flotación B es: B = γV = 1 T/m³ (4m x 4m x 0.50m) B=8T donde: V = volumen de agua que desplaza la zapata γ = peso específico del agua
  • 63. III-1 PUENTES Y OBRAS DE ARTE Ing. Arturo Rodríguez Serquén CAP III: SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES 1. GENERALIDADES 1.1) Puentes de Concreto Armado Los puentes de concreto armado tipo losa de un tramo resultan económicos en tramos cortos, cuando las luces no exceden 12m. Los puentes losa cuando son continuos con tramos extremos de hasta 10.5m, son mejor proporcionados cuando la relación de tramo interior a tramo exterior es 1.26 para cargas y esfuerzos usuales; cuando el tramo exterior va de 10.5m a 15m, la relación adecuada es 1.31. Los puentes de vigas T simplemente apoyados en cambio se usan en luces de hasta 24m. Los puentes de vigas continuas son mejor proporcionados cuando los tramos interiores presentan una longitud 1.3 a 1.4 veces la longitud de los tramos extremos En puentes viga, con tramos exteriores de 10.5m a más, la relación sugerida es de 1.37 a 1.40. En un puente de vigas continuas bien diseñado, el peralte de las secciones sigue de cerca las necesidades de momento, variando desde un mínimo en el centro hasta un máximo en los apoyos. En tales casos, el efecto de la carga muerta en el diseño se reduce favorablemente. Los puentes de sección en cajón son especialmente recomendados en alineamientos curvos dada su alta resistencia torsional y la posibilidad de mantener la sección transversal constante. A continuación, luces de puentes de concreto construidos: SIMPLEMENTE APOYADOS LUZ(m) CONTINUOS LUZ(m) Losa 6 a 12 Losa, 2 tramos 9-9 Vigas T 12 a 24 12-12 Placa sólida en arco 12 Losa, 3 tramos 8-8-8 Vigas curvadas en arco 18 Pórtico sólido 12 Aporticado de vigas T 16 Vigas T, 2 tramos 15-15 21-21 Vigas T, 3 tramos 12-15-12 a 15-21-15 Cajón, 3 tramos 18-24-18 a 23-27-23 1.2) Concreto Presforzado Los puentes de concreto presforzado (pretensado y postensado) permiten con el empleo de materiales de resistencia elevada, reducir las dimensiones de la sección transversal y lograr consiguiente economía en peso. A continuación, algunas luces de puentes presforzados construidos: