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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA Y DE LA CONSTRUCCIÓN
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
COMPA‘ACIÓN ENT‘E LOS MÉTODOS DE DISEÑO PO‘ ESFUE‘ZOS PE‘MISIBLES AASHTO ASD Y L‘FD APLICADO AL PUENTE SOB‘E EL ‘IO MI‘A
AUTOR: JORGE JAVIER CRUZ ARCOS
DIRECTOR: ING. ESTUARDO PEÑAHERRERA
SANGOLQUÍ, AGOSTO 2016
INTRODUCCIÓN
Puentes mixtos.-
Los puentes mixtos están conformado por dos tipo de materiales,
un tablero de hormigón armado apoyado sobre vigas metálicas
con sección tipo I.
Isostáticos.-
Se denomina "puente isostático" a aquel cuyos tableros son estáticamente
independientes uno de otro desde el punto de vista de la flexión, aunque
los apoyos que los sostienen sean compartidos por mas tramos.
L80x80x6
ARRIOSTRAMIENTO
L80x80x6
2 L90x90x8
L75
x75x
6
L75
x75x
6
LONGITUDINAL
L80x80x6
ARRIOSTRAMIENTO
L80x80x6
2 L90x90x8
L75x75x6
L75x75x6
L75
x75x
6
L80x80x6
L80x80x6
2 L90x90x8
L75
x75x
6
HORIZONTAL
2 L90x90x8
ARRIOSTRAMIENTO
L80x80x6
L80x80x6
L75x75x6
L75x75x6
DIAGONAL
Superestructura puentes mixtos.-
Losa de hormigón o tablero con refuerzo principal perpendicular al tránsito.
Vigas principales, un alma y dos alas
Rigidizadores, longitudinal y transversal
Arriostramientos, horizontales longitudinales y diagonales.
Elementos de la superestructura
de puentes mixtos
1.20 7.20 1.20
S S S VoladoVolado
EspesorLosa
0.30
9.60
0.30
Provincia de Imbabura y CarchiCantón Mira parroquia La ConcepciónVía E10 Transversal Fronteriza abscisa km 132+600 Conexión a la vía Mira - Juan Montalvo - Estación Carchi
Tres tramos isostáticos, el tramo central tiene una luz de 40 metros de longitud y de dos carriles con un anchode calzada de 7.20 metros y veredas de 1.20 metros para un ancho total de 9.60 metros, se plantea modelar elpuente con 4 vigas dos exteriores y dos interiores como se indica en el siguiente gráfico
Puente sobre rio Mira
OBJETIVO GENERAL DEL PROYECTO
Comparar entre los métodos de diseño por esfuerzos permisibles (AASHTO-ASD) y por
factores de carga y resistencia (AASHTO-LRFD), aplicado a la superestructura del puente
mixto sobre el río Mira, parroquia La Concepción
Objetivos específicos
• Analizar y diseñar la superestructura del puente mixto sobre el río Mira, aplicando el
método AASHTO-ASD para determinar sus ventajas y desventajas.
• Analizar y diseñar la superestructura del puente mixto sobre el río Mira, aplicando el
método AASHTO-LRFD para determinar sus ventajas y desventajas.
OBJETIVOS
Fundamento de Diseño para Esfuerzos Admisibles (ASD).
La aplicación de este método de diseño supone que para las cargas de servicio la estructura se
comporta dentro del rango elástico.
En el diseño por ASD se debe cumplir la siguiente expresión:
� ≤ ��Donde: � = �
�� = �. = � � � �� = � �. = �
MARCO TEÓRICO
� > � �� �
Fundamento de Diseño por Coeficientes de Carga y Resistencia (LRFD).
Este método utiliza coeficientes basados en la teoría de la confiabilidad y en conocimiento estadístico de las
cargas y de las características del material. El diseño con LRFD es mucho más amplio, considera varios
escenarios de resistencia, servicio, eventos extremos y fatiga, es una aplicación de la filosofía de diseño para
estados límite.
La expresión básica en el diseño por el método LRFD es:
La expresión anterior puede resumirse para un miembro particular de la siguiente manera:
(factor de resistencia) (resistencia nominal) > (suma de los productos de los efectos de las cargas y
factores de carga).
2'-0'' 6'-0'' 2'-0''
(1.83m)(0.61m) (0.61m)
10'-0'' (3.05m)
8000 Lbs. 32000 Lbs.H 20-44(3.63 T) (14.51 T)
6000 Lbs. 24000 Lbs.H 15-44 (2.72 T) (10.89 T)
0.1 W
0.1 W 0.4 W
0.4 W
14'-0'' (4.27m)
0.2
W
0.8
WW= PESO TOTAL DELCAMION Y CARGA
14'-0'' (4.27m) 14' a 30' (4.27 a 9.14m)
0.2
W
0.8
W
0.8
W
0.1 W
0.1 W 0.4 W
0.4 W 0.4 W
0.4 W
8000 Lbs.HS 20-44(3.63 T)
6000 Lbs.HS 15-44 (2.72 T)
32000 Lbs.(14.51 T)
32000 Lbs.(14.51 T)
24000 Lbs.(10.89 T)
24000 Lbs.(10.89 T)
CARGA UNIFORME = 640 Lbs/Pie(952.42 Kg/m)
CARGA PUNTUAL =
18000 Lbs - MOMENTO
26000 Lbs - CORTE
(8164.66 Kg)
(11793.40 Kg)
CAMIONES H 20-44 & HS 20-44
CARGA UNIFORME = 480 Lbs/Pie(714.32 Kg/m)
CARGA PUNTUAL =
13500 Lbs - MOMENTO
19500 Lbs - CORTE
(6123.50 Kg)
(8845.05 Kg)
CAMIONES H 15-44 & HS 15-44
Carga Viva (AASHTO Standard, sección 3.4)
Carga Viva (AASHTO LRFD, sección 3.6)
Caso accidentalCaso normal
Factor de distribución de carga viva - ASD
Exterior
Interior
Factor de distribución de carga viva - LRFD
COMBINACIONES DE CARGA - ASD
COMBINACIONES DE CARGA - LRFD
DISEÑO Y RESULTADOS
d
d*=39
1.20 1.20
1.20
1.10
7.20
2.40
0.15
18
60 10
0.25
0.19
0.30
0.95
2.40
9.60
10 10
2.401.20
7
DISEÑO DE LOSA
Cb
I
Contiene:
Tablero de hormigón (armaduras)
b
Elaborado por: Jorge Cruz Arcos
a
a
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITOFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
Fecha: Agosto - 2016
Escala: indicadas
Lámina: 1/5
ESC V:_ _ _ _ _ _ _ 1:20
0.07
0.10 0.10
1.20
ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:25
0.07
0.60
1.20
0.10
0.18
2.40
0.10
0.15
2.40
0.60
0.95
2.40
0.18
0.30
0.250.10
0.19
0.15
1.10
0.95
1.20
0.30
7.201.20
0.19
40.00
ESC V:_ _ _ _ _ _ _ 1:10
0.25
ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:125
0.10
1.10
DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES
40
RigidizadorRigidizador de Apoyo(1960X120X8)(1908X100X12.7)
40000
400
RigidizadorRigidizador Longitudinal
25
2(2000X100X12.7)
Rigidizador de Apoyo (1960X120X8)2(2000X100X12.7)
1908 1908900 19081908 90019081908 19081908 19081908 1908 1908 19081908 1908 19081908
25
1908
20002000 2000
1908 1908
2000 20002000 20002000 20002000 2000 2000 20002000 2000
0
L 80
x80x
6
2000
2L 90x90x8
8
2000 2000
L 80
x80x
6
20002000
2L 90x90x8
1C 80x40x4@500 mm
L 80
x80x
6
1C 80x40x4@350 mm
2L 90x90x8
2L 90x90x8
0
1C 80x40x4@600 mm
2L 90x90x8
9
1C 80x40x4@600 mm
1
2L 90x90x8
1C 80x40x4@500 mm
L 80
x80x
6
1
2L 90x90x8
1C 80x40x4@350 mm
VIGA
5
L 80
x80x
6
6653
Lámina: 3/5
2L 90x90x8
5
6653
Escala: indicadas
2L 90x90x8
L 80
x80x
6
4
2L 90x90x8
L 80
x80x
6
L 80
x80x
6
7
2L 90x90x8
L 80
x80x
6
2L 90x90x8
2L 90x90x8
Elaborado por: Jorge Cruz Arcos
2L 90x90x8
2L 90x90x8
2L 90x90x8
8
2L 90x90x8
L 80
x80x
6
2L 90x90x8
ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:125
L 80
x80x
6
L 80
x80x
6
2L 90x90x8
2L 90x90x8
2L 90x90x8
Contiene:
Rigidizadores y arriostramientos
L 80
x80x
6
ESC V:_ _ _ _ _ _ _ 1:50
2L 90x90x8
2
L 80
x80x
6
7
ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:125
2L 90x90x8
2L 90x90x8
2L 90x90x8
2400
36
2L 90x90x8
6653
40000
L 80
x80x
6
6653
VIGA
L 80
x80x
6
4
6653
VIGA2L 90x90x8
6653
L 80
x80x
6
2L 90x90x8
6
2L 90x90x8
Fecha: Agosto - 2016
2L 90x90x8
9
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITOFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
3
L 80
x80x
6
24002L 90x90x8
2L 90x90x8
L 80
x80x
6
2L 90x90x8
L 80
x80x
6
102
2L 90x90x8
24002L 90x90x8
VIGAL
80x8
0x6
2L 90x90x8
Calculo de momentos por secciones
a
P/4
aby4y3
b=L-a
P
4.20
2.10 2.10
y2y1 y6
P
4.20
L y5
P
4.20
P
4.20
4.20
P/4
4.20
P P/4P
DISEÑO DE VIGA - (ASD)
40
2000
9,5
350
15,9
9,5
R 1960x120x8
40
9,5
120
CORTE 8-8
V:1-50
2000
300
350
V:1-50
2000
19,1
15,9
40
9,5
400
R 1960x120x8
450V:1-50
9,5
H:1-20
H:1-20
9,5
V:1-50
120
19,1
CORTE 6-6
250
15,9
9,5
350
300
400
409,
5
H:1-20
350
250
400
450
350
9,5
H:1-20
R 1960x120x8
120
9,5
CORTE 4-4
9,5
200
200
19,1
9,5
9,5
2000
300
3008000
350
40
4000
350
CORTE 3-3
8000
9,5
2000
H:1-20
R 1960x120x8
V:1-50
1204000
CORTE 0-0
19,1
6000 15,9
4000
9,5
ESC V:_ _ _ _ _ _ _ 1:20
R 2000x100x12.7
CORTE 2-2
ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:100
19,1
REFUERZO INFERIOR VIGA
2000
R 1960x120x8
120
4000
19,1
15,9
9,5
20000
ESC V:_ _ _ _ _ _ _ 1:20
250
ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:100REFUERZO SUPERIOR VIGA
4000
H:1-20
20000
15,9
V:1-50
4000
100
2000
2000
250
8000
Escala: indicadas
4
2000
4000
350
C
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITOFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
0
150
8000
6
2000
8000
6
2000
150
250
4
2000
300
5
2000
L
2000
350
ESC V:_ _ _ _ _ _ _ 1:50
3
2000
9,5
350
7
2000
19,1
200
15,9
2
2000
15,99,
5
300
300
Elaborado por: Jorge Cruz Arcos
8
250
1
40000
300
LC
9,5
9 1
2000
400
3
2000
350
C
450
2000
400
L
98
2000
Fecha: Agosto - 2016
ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:125
2000
9,5
0
9,5
5
2000
9,519
,1
10
2000
Contiene:
Viga principal - ASD
2
2000
7
20002000
Lámina: 4/5
2000
DISEÑO DE VIGA - (LRFD)
9,5
350
120
CORTE 8-8
300
2000
9,5
R 1960x120x8
9,5
12,7
V:1-50
15,9
40
300
350
250
H:1-20
19,1
250
300
120
CORTE 4-4
9,5
H:1-20
19,1 300
15,9
40
9,5
R 1960x120x8
9,5
V:1-50
L
2000
350
20000
ESC V:_ _ _ _ _ _ _ 1:20
CORTE 0-0
ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:100
4000
R 2000x100x12.7
40
2000
19,1
CORTE 2-2
8000
15,9
4000
9,5
8000
R 1960x120x8
150
120
C
19,1
15,9
9,5
250
300
300
350
300
H:1-20V:1-50
2000
250
300
H:1-20V:1-50
2000
250
300
REFUERZO INFERIOR VIGA
100
8000
4
2000
20000
Contiene:
Viga principal - LRFD
5
2000
ESC V:_ _ _ _ _ _ _ 1:20
2000
ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:100
5
2000
REFUERZO SUPERIOR VIGA
2000
8000
7
2000
4000
2
2000
9,5
4000
2000
12,7
8000
8
2000
9,5
8000
1
2000
19,1
150
2000
15,9
300
9
2000
12,7
L
0
2000
9,5
C
2000
19,1
Lámina: 5/5
ESC H:_ _ _ _ _ _ _ 1:125
15,9
Escala: indicadas
350
0
250
9
300
250
1
Fecha: Agosto - 2016
250
ESC V:_ _ _ _ _ _ _ 1:50
10
2000
9,5
8 27
Elaborado por: Jorge Cruz Arcos
L
3
C
3
2000
6
40000
2000
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITOFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
4
20002000
6
2000
450
H:1-20
19,1
400
350
350
120
CORTE 8-8
300
9,5
2000
9,5
R 1960x120x8
9,5
V:1-50
15,9
40
9,5
350
H:1-20
19,1
300
250
350
120
CORTE 8-8
300
9,5
2000
9,5
R 1960x120x8
9,5
V:1-50
15,9
40
12,7
CONCLUSIONES
De acuerdo al factor de distribución de cargas FC, las vigas interiores fueron en ambos métodos las más críticas, ya que el FC en el
método ASD es de 1.43 VS 1.20 de la viga exterior y en el método LFRD el FC es igual a 1.28 para viga interior y 1.20 en viga interior,
por lo cual se diseñó la viga interior con un FC DE 1.43 en el método ASD Y 1.28 en el método LFRD.
En el caso de la viga diseñada por el método ASD la solicitación que produce el mayor esfuerzo en la viga específicamente en la
sección 10 del puente es el momento por carga viva, carga muerta y el esfuerzo de temperatura producido en la losa, este
momento genera un esfuerzo igual a 1873.61 kg/cm2, es decir tiene una eficiencia respecto al esfuerzo admisible (1933.25kg/cm2)
de 96.92 %.
CONCLUSIONES
Para la viga planteada por el método LFRD el estado de carga que genera el mayor esfuerzo es el estado de Resistencia I pero el
dimensionamiento de la sección propuesta se la hizo tomando en cuenta que la deflexión por carga muerta resulta ser la que
gobierna esta viga, es decir el esfuerzo producido por el momento máximo es de 2738.62 kg/m2 VS el esfuerzo último (3515) da
una eficiencia de 77.91 % sin embargo la deflexión por carga muerta es de 0.0499 m y el límite es 0.05 m, sacando la eficiencia de
la sección con respecto a la deformación limite tendríamos un valor de 99.8 %.
El peso de las 4 vigas que conforman el puente diseñadas por el método ASD tienen un peso total de 46052.5 kg y las vigas
diseñadas por el método LRFD tienen un peso de 42745.4 kg, por lo que se evidencia que las vigas por el método LFRD son 7.736 %
más ligeras que las vigas ASD.
Por los resultados obtenidos el método LRFD presenta un diseño más óptimo, teniendo en cuenta que el método ASD es muy
válido y aplicable a este tipo de puentes y luces ya que los resultados no fueron demasiados alejados.
RECOMENDACIONES
Para completar la presente investigación se recomienda realizar la misma comparación a la subestructura del
puente, es decir sus pilas y estribos.
Ambos métodos son aplicables en luces medianas (40 a 70 m), con resultados similares por lo que se sugiere
diseñar puentes de luces cortas y de luces largas para obtener una pauta de que método es más aconsejable
de acuerdo a la longitud del puente, es decir tener un panorama más amplio.
Se recomienda elaborar como próximos temas de tesis el Diseño de superestructuras de Puentes mixtos para
las demás Tipologías no tratadas en este documento como son: Superestructura Tipo cercha tablero inferior y
superior; superestructura con arco de acero; superestructura de hormigón armado; superestructura de puentes
colgantes; superestructura con vigas cajón de acero y hormigón armado.
BIBLIOGRAFÍA
AASHTO (American Association of Highway and Transportation Officials) (1996). Standard Specifications For Highway
Bridge (16th Ed.). Washington DC.
AASHTO (American Association of Highway and Transportation Officials) (2004). Especificaciones para el Diseño de
Puentes por el Método LRFD, Unidades SI (3th Ed.). Washington DC.
Ochoa, Andres. Diseño de superestructuras de puentes de hormigón armado. Comparación entre diseño según
norma AASHTO estándar (método ASD) y norma AASHTO LRFD. Universidad Austral de Chile. Escuela de Ingeniería
Civil en Obra Civiles. 2008 Valdivia-Chile.
Brockenbrough, Roger L (Ed.) y Merritt, Frederick S (Ed.) (1997). Manual de Diseño de Estructuras de Acero (2da
Ed.). Trad. A Ramírez; G Santos. Bogotá, CO: McGraw-Hill.
Brockenbrough, Roger L (Ed.) and Merritt, Frederick S (Ed.)(1999). Structural Steel Designer’s Handbook (3th Ed.).
New York: McGraw-Hill.
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