Tema 3 Filosofia de Diseño

Puentes Prof. Ronald Gómez J.

Ronald Gómez J. 1 Puentes

Escuela Militar de Ingeniería Licenciatura en Ingeniería Civil

Puentes Prof. Ronald Gómez J.


3. Filosofía de diseño

Objetivos de esta clase


1. Conocer los antecedentes de la nueva filosofía de diseño en puentes LRFD

2. Conocer que es un estado límite e identificar aquellos que son considerados en la etapa de diseño

3. Conocer los requerimientos mínimos previos para poder proyectar una estructura de puente

Antecedentes


1931

La AASHO publica la primera norma en Estados Unidos para el diseño y construcción de puentes.

La AASHTO implementa la filosofía de diseño por factores de carga (LFD).

1970-1986

Surge la preocupación por parte de ingenieros de la Unión Americana acerca del rezago del Reglamento AASHTO Bridge Standard Specifications.

Antecedentes


1986-1994

• Desarrollar una especificación de estados límite con base probabilística

• Llenar vacios e inconsistencias

• Desarrollar una especificación con comentarios

Conclusiones del NCHRP 20-7/31:

Oct-2007

Se hace obligatorio en EEUU el uso del Reglamento “AASHTO LRFD Bridge Design Specifications”

Nivel de seguridad


¿Qué tan seguro es nuestro diseño?

Se toman en cuenta las condiciones más desfavorables (carga viva, crecidas, sismo, viento, etc.)

Vital importancia para el sistema vial

Nivel de seguridad


LFD

ASD No es posible determinarla de manera cuantitativa

FS, subjetivo (elegido con base en la experiencia)

Factores de carga:

Sobrecargas, inexactitudes en el análisis, etc.

Factores de reducción de resistencia:

Definir un nivel de resistencia, reflejar el grado de ductilidad del elemento y su importancia.

Aun no se establecía de manera explícita el margen de seguridad!

Nivel de seguridad


LRFD

Con base en la teoría de la confiabilidad se define el nivel de seguridad f(índice de confiabilidad), b

Para los diversos tipo y configuraciones de puentes se tiene un b3.5

Probabilidad de falla de 0.02%

ASD o LFD, b<2.0 o b>4.5

b<2.0 Probabilidad de falla de 4% (costos elevados de mantenimiento)

b>4.5 Diseño conservador y costoso

Filosofía de diseño


ASD

Demanda ≤ Resistencia

FS

RQ n

i

Cargas máximas de servicio

LFD

nii RQ

LRFD

nii RQ

Cargas de diseño factorizadas

Resistencia nominal

Resistencia factorizada

Procedimiento Determinístico

Procedimiento Probabilístico

Filosofía de diseño


nii RQ Factor de modificación de carga, h

Grado de exactitud a la que la carga normalmente puede estimarse

Calibrados por ensayes de diseño

Inexactitudes del análisis

Variación que podría esperarse durante la vida útil de la estructura

Definir un nivel de resistencia para el diseño

Reflejar el grado de ductilidad del elemento

Reflejar el grado de importancia del elemento

Ductilidad

Importancia

Redundancia

95.0 IRD

Estados límite de diseño


Estado límite.- Es una situación en la que una estructura o elemento estructural alcanza su capacidad resistente y deja de ser apta para su uso ya sea por falla estructural total o parcial o por una pérdida significativa de funcionalidad.

Estado límite de servicio Estado límite de resistencia

Estado límite de fatiga y fractura Estado límite de evento extremo



Estado límite de servicio.- Se debe considerar como restricciones impuestas a las tensiones, deformaciones y anchos de fisura bajo condiciones de servicio regular.

Estado límite de fatiga y fractura.- Debe de considerarse como las restricciones impuestas al rango de esfuerzos basadas en los resultados de la aplicación de un número de ciclos de carga producidos por el vehículo de diseño.



Estado límite de resistencia (último).- Debe de considerarse para asegurar que la resistencia y la estabilidad tanto local como global de la estructura, sean las adecuadas para resistir las distintas combinaciones de cargas esperadas durante su vida útil.

Estado límite de evento extremo.- Los estados límites para cargas accidentales en eventos extremos deben de tomarse en consideración para asegurar la supervivencia estructural del puente durante una colisión, un sismo, una inundación, presiones máximas de viento, etc.



AASHTO Standard Servicio

Resistencia (último)

Agrietamiento, deflexión, fatiga

Evento extremo

LRFD

Servicio

I

Resistencia (último)

I

II

Agrietamiento en concreto reforzado Deflexión Esfuerzos de compresión en concreto presforzado Fluencia y deslizamiento de conexiones (estructuras de acero) Agrietamiento en concreto presforzado

II

III

I II

III

IV

V

Uso vehicular normal sin la presencia de viento

Paso de vehículos especiales sin la presencia de viento

Velocidad de viento mayor a 90 km/h sin carga viva

Puentes de gran claro

Uso vehicular normal con velocidad de viento de 90 km/h

Sismo, empuje debido a crecidas

Carga de hielo, colisiones (embarcaciones o vehículos)

Restricciones en el rango de esfuerzos debido a la carga de fatiga

Fatiga y fractura

Durabilidad


Deben tomarse en cuenta las condiciones de durabilidad de los materiales en los componentes del puente, incluyendo los apoyos y las juntas. La documentación técnica debe exigir materiales de calidad y la aplicación de estrictas normas de fabricación y montaje. Para el buen funcionamiento del puente se deberán hacer consideraciones prácticas sobre deterioro y corrosión a largo plazo.

Durabilidad


Inspeccionabilidad


En el diseño se deben proveer procedimientos prácticos de inspección manual y/o visual de todos y cada uno de los elementos del puente, incluyendo los accesos y estructuras de contención de materiales o rellenos.

Inspeccionabilidad


Inspeccionalidad


Mantenimiento


Deben evitarse los sistemas estructurales cuyo mantenimiento esperado sea difícil y/o costoso. El diseño del puente debe considerar los aspectos de mantenimiento y facilitar dichos trabajos. Cuando sea necesario se diseñarán los dispositivos que permitan inspeccionar periódicamente algunas de los componentes del puente.

Mantenimiento


Mantenimiento


Mantenimiento


Mantenimiento


Mantenimiento


Mantenimiento


Mantenimiento


Operación


El diseño de la estructura y la elección de los materiales deben proveer una superficie de rodamiento segura y confortable, aun durante la realización de trabajos de mantenimiento. Cuando resulte necesario se deberán tomar recaudos para soportar y permitir el mantenimiento de instalaciones de servicio público.

Operación


Operación


Deformaciones


Los puentes deben de diseñarse para evitar efectos psicológicos y estructurales no deseables ante cargas permanentes, vivas y accidentales. En el diseño también se deben considerar los efectos de asentamientos tanto en los accesos como en la cimentación, las amplificaciones de los movimientos sísmicos por los efectos de interacción suelo-estructura y los choques con estructuras aledañas o con otros puentes.

Deformaciones


Deformaciones


Deformaciones


Ductilidad


El sistema estructural del puente debe diseñarse y detallarse para asegurar el desarrollo de deformaciones inelásticas significativas y visibles antes de su falla y sin perder capacidad de carga, tanto en el estado límite de resistencia como en los eventos extremos bajo cargas estáticas y dinámicas.

Ductilidad


Ductilidad


Ductilidad


Aspectos constructivos


En el diseño deben considerarse los efectos de las cargas originadas por la fabricación, construcción, transporte, montaje, almacenaje, etc., de todos los componentes del puente. Asimismo deben de estudiarse los métodos constructivos y los efectos de éstos en los componentes del puente y en las estructuras aledañas a éste. Deberán de incluirse los detalles de estructuras de soporte y refuerzo temporal u otras durante la construcción del puente. De igual manera deben de tomarse en cuenta las condiciones climatológicas e hidráulicas que puedan afectar la construcción de los componentes del puente.











Economía


Los materiales, el tipo de estructura y los claros de un puente deben de seleccionarse con base en los costos de construcción, operación y mantenimiento durante su vida útil. Se deberán evaluar diferentes configuraciones estructurales, los aspectos viales y las restricciones impuestas por la naturaleza y/o edificaciones vecinas.

Estética


Los puentes deben complementar estéticamente sus alrededores, tener forma y presencia de acuerdo al entorno, además de una apariencia agradable, limpia y lógica.

1. El puente debe ser visto como un todo; 2. El puente debe de cumplir con su función con un mínimo de

materiales y un número mínimo de elementos; 3. Los componentes del puente deben responder en forma a su

función estructural;

Deberán considerarse los siguientes lineamientos:

Estética


4. La subestructura debe de ser consistente y proporcional en peso y forma con la superestructura;

5. La forma debe ser sencilla evitando los cambios bruscos en la forma y en el tipo de estructura;

6. El tamaño de cada miembro comparado con el resto debe de estar relacionado con el concepto estructural general y el trabajo que el componente realiza;

7. En la medida de lo posible, los componentes deben de ser esbeltos y estar separados;

8. Debe de ponerse atención en detalles como parapetos, goteros, drenajes, etc.; y

9. Debe de tener apariencia abierta.

Estética


Estética


Estética


Estética


Estética


Estética


Estética


Estética


Estética


Estética


Estética


Estética


Estética


Documents

Tema 3 Filosofia de Diseño