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DiseDiseñño de puentes o de puentes por estados lpor estados líímitesmites

MMéétodo LRFDtodo LRFD

Capitulo de Estudiantes de la Universidad Nacional de Ingeniería

Expositor : Ing. César Aranis – García Rosell

TIPOS DE PUENTESTIPOS DE PUENTES

EvoluciEvolucióón de las Especificaciones de Disen de las Especificaciones de Diseññoo1934 : 1era Especificaci1934 : 1era Especificacióón AASHOn AASHOEvoluciEvolucióón en las Especificaciones n en las Especificaciones EstandarEstandar AASHTOAASHTO(SLD y LFD) y algunos documentos con inconsistencias(SLD y LFD) y algunos documentos con inconsistencias1994 : Factor de Dise1994 : Factor de Diseñño por Resistencia y Carga (LRFD)o por Resistencia y Carga (LRFD)1998 : 21998 : 2°°dada ediciedicióón del LRFDn del LRFD2004 : 32004 : 3°°eraera ediciedicióón del LRFDn del LRFD


FilosofFilosofíía de disea de diseñño para puentes o para puentes carreteroscarreteros

Tradicionalmente el diseTradicionalmente el diseñño estructural de o estructural de puentes segpuentes segúún las normas estn las normas estáándares ndares AASHTO se venAASHTO se veníía realizando con los a realizando con los mméétodos: todos:

1.1. ASD: diseASD: diseñño por resistencia admisibleo por resistencia admisibleΣΣQiQi ≤≤ Re/FSRe/FS

QiQi = una combinaci= una combinacióón de cargasn de cargasRe = resistencia elRe = resistencia eláásticasticaFS = factor de seguridadFS = factor de seguridad

2.2. LFD: DiseLFD: Diseñño por factores de cargao por factores de cargaΣγΣγiQiiQi ≤≤ ØØRR

γγiQiiQi = combinaci= combinacióón de cargas factorizadasn de cargas factorizadasR = resistenciaR = resistenciaØØ = factor de reducci= factor de reduccióón de resistencian de resistencia


Diseño por Carga de Servicio:

Efecto Nominal de la Carga, FSRQ n

n ≤

Diseño de Carga por Servicio (SLD)

( ) ( )( ) ( ) yLtDt

yLtDt

FffóFff≤+

≤+

82.182.1

,55.0



ECUACIONES DE DISEÑO LFD

CapacidadRaresistencidefactor

FactorrequeridaCapacidadQacdefactor

dondeRQ

n

ii

i

nii

==

==

≤∑

φφγγ

φγ

__)(_

arg__:

Diseño por Factores de Carga

( ) ( )[ ]

( ) ( ) yLtDt

yLtDt

Fffó

Fff

φ

φ

≤+

≤+

17.23.1

3/50.13.1


DISEÑO Y VIDA DE SERVICIO PARA LAS

ESPECIFICACIONES ESTANDAR

• La vida de diseño es 50 años

• La vida de servicio puede ser menor a 50 años

En la actualidad el manual de diseEn la actualidad el manual de diseñño de puentes del o de puentes del MTC considera el mMTC considera el méétodo de disetodo de diseñño por estados lo por estados líímites mites denominado LRFD (Load denominado LRFD (Load andand ResistanceResistance Factor Factor DesignDesign))

ΣΣŋŋiiγγiQiiQi ≤≤ ØØRnRn=Rr=Rrγγi = factores de carga i = factores de carga ≥≥ 11ØØ = factor de resistencia = factor de resistencia ≤≤ 11QiQi = efecto nominal de las cargas= efecto nominal de las cargasRnRn = resistencia nominal= resistencia nominalRrRr = resistencia factorizada= resistencia factorizadaŋŋii = = modificadormodificador de de cargacarga

Φ=λΣγixi/(Q+β√σ2R+σ2

Q)

β = 2.0, corresponde a 2.7/97.3β = 3.5, corresponde a 2/10000, valor objetivo de AASHTO


INNOVACIONES DEL LRFD

• Vida de diseño mayor (75 años)

• Se permite el uso de materiales de alta performance (>75 años)

• Consistencia entre los factores de confiabilidad y seguridad para todos los puntos

•Modelos mas realistas de carga viva y factores de distribución

•El estado del arte en cuanto a provisiones y procedimiento de diseño

ESTADOS LIMITESESTADOS LIMITES

Los estados lLos estados líímites se establecen para definir mites se establecen para definir grupos de eventos o circunstancias que pueden grupos de eventos o circunstancias que pueden causar que un elemento de la estructura o la causar que un elemento de la estructura o la estructura se convierta en inservible desde el estructura se convierta en inservible desde el punto de vista de su funcipunto de vista de su funcióón original.n original.Las especificaciones LRFD contemplan cuatro Las especificaciones LRFD contemplan cuatro (4) estados l(4) estados líímites: estados lmites: estados líímites de servicio, de mites de servicio, de fatiga y fractura, de resistencia y de eventos fatiga y fractura, de resistencia y de eventos extremos. extremos.

El estado lEl estado líímite de servicio trata las restricciones mite de servicio trata las restricciones en los esfuerzos, deformaciones y ancho de en los esfuerzos, deformaciones y ancho de fisuras bajo condiciones regulares de servicio.fisuras bajo condiciones regulares de servicio.El estado lEl estado líímite de fatiga y fractura trata las mite de fatiga y fractura trata las restricciones al rango de esfuerzos bajo restricciones al rango de esfuerzos bajo condiciones regulares de servicio que reflejan el condiciones regulares de servicio que reflejan el nnúúmero de rangos de servicio esperados durante mero de rangos de servicio esperados durante la vida la vida úútil de la estructura. til de la estructura.

Los estados lLos estados líímites de resistencia se entienden mites de resistencia se entienden para asegurar la resistencia y estabilidad tanto para asegurar la resistencia y estabilidad tanto local como global, se establecen para que la local como global, se establecen para que la estructura resista la combinaciestructura resista la combinacióón de cargas n de cargas estadestadíísticamente significativa que el puente sticamente significativa que el puente puede esperar durante su vida puede esperar durante su vida úútil.til.El estado lEl estado líímite de eventos extremos se entiende mite de eventos extremos se entiende para asegurar la para asegurar la sobrevivenciasobrevivencia estructural del estructural del puente durante un sismo severo o una avenida puente durante un sismo severo o una avenida extraordinaria.extraordinaria.


Mayor exactitud con el modelo de Carga Viva – HL-93 = LRFD

• Camión de Diseño

ó

+

• Tandem de DiseñoPara 25 kips de carga axial espaciados a 4 pies.

Superponiendo sobre:

•Diseño con el carril de carga 0.64 KLF,

carga uniformemente distribuida


LRFD=

Mayor desarrollo en la distribución de cargas vivas


Factores de Distribución de Cargas Vivas

Momento negativo en vigas interiores

Mu=ØAsfy(d-a/2) ≥ ŋ[1.25MDC+1.50MDW+1.75MLL+IM]

EJEMPLOS APLICATIVOSEJEMPLOS APLICATIVOS

Se presenta un cSe presenta un cáálculo preliminar comparativo lculo preliminar comparativo (m(méétodos ASD, LFD y LRFD) del refuerzo por todos ASD, LFD y LRFD) del refuerzo por flexiflexióón en un puente de concreto armado, n en un puente de concreto armado, secciseccióón transversal de vigas n transversal de vigas ““TT”” (2 carriles de (2 carriles de 3.60 + 2 veredas de 0.60 m), luz de 18.00 m.3.60 + 2 veredas de 0.60 m), luz de 18.00 m.

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