RUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

RUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACLTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL.
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ANALISIS COMPARATIVO ENTRE LAS NORMAS AASHTO – ASD/LFD Y
COVENIN 614-87 PARA EL DISEÑO DE VIGAS EN PUENTES ISOSTATICOS
NUZZO CABEZAS LUIS AMALIO
MARACAIBO, ENERO, 2006.
RUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACLTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL.
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ANALISIS COMPARATIVO ENTRE LAS NORMAS AASHTO – ASD/LFD Y
COVENIN 614-87 PARA EL DISEÑO DE VIGAS EN PUENTES ISOSTATICOS
NUZZO CABEZAS LUIS AMALIO
C.I.: 14.600.377
MARACAIBO, ENERO, 2006.
RUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACLTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL.
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ANALISIS COMPARATIVO ENTRE LAS NORMAS AASHTO – ASD/LFD Y
COVENIN 614-87 PARA EL DISEÑO DE VIGAS EN PUENTES ISOSTATICOS
Tutor: Ing. Sebastián Delgado.
MARACAIBO, ENERO, 2006.
Dedicatoria
DEDICATORIA
Dedico este triunfo a Dios y San Miguel Arcángel, por darme la dicha de
tener a los mejores padres y poner en mi camino seres tan maravillosos
como mis hermanos: Libia y Gianni, ellos con su ejemplo, constancia y
dedicación hicieron posible que este sueño hoy sea realidad. Mi triunfo
también les pertenece, los adoro.
A mis Abuelos en especial a mi abuelita Lourdes, quien es un ángel que
me guía y cuida desde el cielo. Bendición.
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A para llenarla de amor
Vjusto
A Martha, quien llego a mi vida en el momento
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y esperanza. Te amo.
OS
H
C
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DER
A Fabiana (Fli Fli), que con su ternura y dulzura me estimula en todo
momento para seguir adelante. Te quiero y que Dios te bendiga.
A mi amiga Jeri, por brindarme su apoyo en todo momento. Gracias
A Valeria y Omaider, por ser mis amigas incondicionales. Gracias.
A mis tías, tíos, primas primos, amigos y todos aquellos que de una u otra
manera me apoyaron y compartieron conmigo gratos momentos, que Dios
les bendiga.
vii
Agradecimiento
AGRADECIMIENTO
A Dios por estar siempre a mi lado.
A mis Padres, por su apoyo incondicional.
Al Ing. Sebastián Delgado, por brindarme su apoyo y experiencia.
A la Prof. Betilia, por transmitirme sus conocimientos metodológicos.
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A Jhayns, Richard, Leandro, por la ayuda prestada.
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A la Prof. Nancy y Anita, por su colaboración.
A la Universidad Rafael Urdaneta, por ser la casa de estudios que me formo.
A todos aquellos que de una u otra manera me brindaron su ayuda.
ix
Resumen
RESUMEN
NUZZO CABEZAS LUIS AMALIO. “ANALISIS COMPARATIVO
ENTRE LAS NORMAS AASHTO – ASD/LFD Y COVENIN 614-87
PARA EL DISEÑO DE VIGAS EN PUENTES ISOSTATICOS”.
Trabajo Especial de Grado para optar al Titulo de Ingeniero Civil,
Maracaibo, Universidad Rafael Urdaneta, Facultad de Ingeniería.
Enero 2.006.
S
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D
A analizar
Vprincipal
Esta investigación tiene como objetivo
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SAASHTO – ASD/LFD Y
comparativamente las Normas
E
R
S la obtención de los diagramas
COVENIN 614 – 87
para
O
H
C
envolventes
de momento y cortante para el diseño de vigas
EREisostáticos.
en
La investigación se fundamento en
Dpuentes
una comparación entre las Normas AASHTO – ASD/LFD y
COVENIN 614-87 para el diseño de vigas en puentes
Isostáticos donde se contrastan las representaciones
graficas de las diferentes solicitaciones máximas de los
vehículos tipos de cada Norma y de esta manera hacer una
revisión general de las mismas. Como conclusión de este
trabajo se determinó que al obtener los diagramas de las
envolventes máximas con los vehículos tipo de cada
Norma ninguna de los modelos de carga viva de los
elementos analizados, cubre satisfactoriamente la realidad
de las cargas que transportan los vehículos pesados que
circulan por la carretera venezolana. Planteándose de esta
manera una propuesta para elaborar una carga virtual que
represente la sobrecarga verdadera.
v
Índice General
INDICE GENERAL
Resumen…………………………………………………………………………………v
Dedicatoria……………………………………………………………………………….vii
Agradecimiento………………………………………………………………………… ix
Índice general…………………………………………………………………………….xi
Introducción………………………………………… …………………………………..15
S
O
D
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E
S
E
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S
HO
CAPITULO I. EL PROBLEMA
EC
R
E
D
1.- Planteamiento y Formulación del Problema……………………………………19
2.- Objetivos de la Investigación……………………………………………………..22
- Objetivo General…………………………………………………………………..22
- Objetivos Específicos……………………………………………………………..22
3.- Delimitación de la Investigación………………………………………………….23
- Espacial……………………………………………………………………………….23
- Temporal………………………………………………………………………………23
4.- Justificación e importancia de la investigación………………………………....23
CAPITULO II. MARCO TEORICO
1.- Antecedentes…………………………………………………………………….....28
2.- Fundamentación Teórica…………………………………………………………..31
3.- Definición de Términos Básicos…………………………………………………..66
4.- Sistema de variables e indicadores………………………………………………70
5.- Definición Operacional de las Variables……………………………………..…..71
xi
Índice General
CAPITULO III. MARCO METODOLOGICO
1.- Tipo de Investigación………………………………………………………………74
2.- Población y Muestra………………………………………………………………..76
3.- Técnicas de Recopilación de Información……………………………………….78
4.- Metodología a utilizar………………………………………………………………79
CAPITULO IV. ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS
1.- Análisis de los Resultados…………………………………………………………82
2.- Tablas y Graficas……………………………………………………………………86
Tabla N° 1………………………………………………………………………….86
Tabla N° 2………………………………………………………………………….87
Tabla N° 3………………………………………………………………………….88
Tabla N° 4………………………………………………………………………….89
Tabla N° 5………………………………………………………………………….90
Tabla N° 6………………………………………………………………………….91
Tabla N° 7………………………………………………………………………….92
Tabla N° 8………………………………………………………………………….93
Tabla N° 9………………………………………………………………………….94
Tabla N° 10………………………………………………………………………...95
Tabla N° 11………………………………………………………………………...96
Tabla N° 12………………………………………………………………………...97
Gráfica N° 1………………………………………………………………………..98
Gráfica N° 2……………………………………………………………………......99
Gráfica N° 3………………………………………………………………..……..100
Gráfica N° 4……………………………………………………………………….101
Gráfica N° 5……………………………………………………………………….102
Gráfica N° 6……………………………………………………………………….103
Gráfica N° 7……………………………………………………………………….104
Gráfica N° 8……………………………………………………………………….105
Gráfica N° 9……………………………………………………………………….106
Gráfica N° 10…………………………………………………………………......107
Gráfica N° 11………………………………………………………………….….108
Gráfica N° 12………………………………………………………………….….109
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xii
Índice General
Conclusión………………………………………………………………….……….…..111
Recomendaciones………………………………………………………………….….114
Bibliografía……………………………………………………………………..………..116
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xiii
Introducción
INTRODUCCION
Los puentes son tan antiguos como la civilización misma, desde el momento
que alguien cruzó el tronco de árbol para cruzar una zanja o un río empezó su
historia. A lo largo de la misma ha habido realizaciones de todas las civilizaciones,
pero los Romanos fueron los grandes ingenieros históricos, no habiéndose
superado su técnica y realizaciones hasta los últimos dos siglos. Los puentes de
Alcántara, Mérida, Córdoba o el Acueducto de Segovia son solamente algunas
S
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S
muestras de su arte e ingeniería que ha llegado hasta nuestros días.
E
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paso a un replanteamiento
de la situación. La teoría de estructuras elaboró los
D
La aparición de nuevos materiales de construcción, principalmente el acero, dio
modelos de cálculo para la comprobación de los diseños cada vez más atrevidos
de los ingenieros, como arcos y armaduras para salvar grandes claros.
Posteriormente se han implementado nuevas prácticas que contribuyen en el
perfeccionamiento de los puentes cada vez más grandes, de diseños más
elaborados y con técnicas de construcción cada vez más desarrolladas y
avanzadas.
Básicamente el diseño de puentes debe basarse en métodos de resistencia y
en el comportamiento para diferentes tipos de vehículos que por el van a transitar.
15
Introducción
En Venezuela el estudio detallado de estas superestructuras se rige por las
especificaciones publicadas por la American Association Of State Highway and
Transportation Officials (AASTHO)
Basado en lo anteriormente expuesto, surge la elaboración de este Trabajo
Especial de Grado, donde se realiza un análisis comparativo entre las Normas
AASHTO – ASD/LFD y COVENIN 614-87 para el diseño de vigas en puentes
Isostáticos donde se contrastan las representaciones graficas de las diferentes
S
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S
solicitaciones máximas de los vehículos tipos de cada Norma y de esta manera
E
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hacer una revisión general de las mismas.
EC
R
E
D
Expuesto de esta manera el presente trabajo se divide en cuatro capítulos:
El Capitulo I, se refiere al planteamiento y formulación del problema, objetivos
de la investigación que comprende el general y los específicos así como también
su delimitación tanto espacial como temporal y la justificación e importancia de la
misma.
El Capitulo II, se refiere al Marco Teórico, en el cual se presentan los
antecedentes de estudios realizados, fundamentación teórica, definición de
términos básicos, sistema de variables e indicadores y definición operacional de
las variables
16
Introducción
El Capitulo III, esta referido al Marco Metodológico, en el cual se refleja todos
los procedimientos realizados para la elaboración del proyecto.
El Capitulo IV, presenta el análisis de los resultados obtenidos, que incluyen las
comparaciones entre las envolventes obtenidas a partir de la aplicación de las
Normas en estudio.
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17
El Problema
CAPITULO I
1.
PLANTEAMIENTO Y FORMULACION DEL PROBLEMA
Los puentes son, generalmente, obras complejas para cuyo proyecto
completo es necesario establecer, en primer lugar, sus condiciones básicas
de diseño, que deben incluir, además de las consideraciones estructurales,
condiciones estéticas, ambientales, normas, exigencias de uso y métodos
constructivos. Estos datos se fundamentan usualmente en las Normas de
S
O
D
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E
S
Proyectos vigentes para una región determinada.
E
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C
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E
regulan las
D dimensiones de vehículos, o trenes de vehículos, de transito por
En la mayor parte de los países, existen reglamentos o disposiciones que
el puente y fijan limites a las cargas permisibles, a fin de facilitar las labores
de proyecto, se adoptan para el calculo trenes de cargas normales,
compuesto de varias características determinadas, escogidas de tal manera
que su efecto sobre la estructura represente, o se acerque, al efecto que en
ella produce la combinación más desfavorable de los vehículos mayores, que
es probable que utilice el puente.
A tal fin se ha realizado estudios estadísticos en Europa y Norte América,
que permitieron establecer la magnitud y disposición de las cargas rodantes
19
El Problema
que deben formar el tren de cargas normales, los cuales difieren de un país a
otro de acuerdo con las Normas de Proyecto Vigentes, pero se ha
generalizado el empleo de las sobrecargas establecidas por la AASTHO.
En el caso especifico de los Estados Unidos, la mayor parte de los
puentes para carreteras, se diseñan de acuerdo con los requisitos de la
American Association Of State Highway and Transportation Officials
(Especificación AASHTO). Sus especificaciones incluyen disposiciones que
controlan las cargas y su distribución, al igual que disposiciones detalladas
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S
que se relacionan con el diseño y la construcción.
E
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Según la especificación AASHTO, el diseño de puentes debe basarse en
métodos de resistencia y en el comportamiento de los diferentes tipos de
vehículos que por el van a transitar.
Sin embargo el transito de camiones con sobrecarga y con las mas
condición conciente de estar fuera de norma en cuanto al sobrepeso, hace
determinar y analizar cual es la influencia de vehículos de mayor capacidad y
cargas mayores sobre los puentes a diseñar.
En Venezuela no existen normas publicadas sobre el estudio detallado de
estas superestructuras y por tanto, para los proyectos de puente sirve de
20
El Problema
guía solamente los criterios seguidos por la División de Estudios y Proyectos
del Ministerio de Obras Publicas, la cual se rige por las especificaciones
publicadas
por
la
(American
Association
Of
State
Highway
and
Transportation Officials, AASHTO), comparandolas, a su vez, con las
disposiciones de otras normas extranjeras acreditadas, tales como El
Reglamento Alemán (Normas DIN) y las disposiciones del Bureau Of Public
Roads.
Se prevé que en las carreteras Venezolanas pasan camiones cuya
S
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VA
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E
existe una carga virtual que represente
laS
sobrecarga verdadera.
E
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C
E
DER
capacidad supera lo establecido en la Norma COVENIN 614-87 ya que no
A falta de una Norma Oficial Venezolana siguiendo la practica usual del
Ministerio de Transporte y Comunicaciones, surge la idea de realizar un
análisis comparativo entre las Normas AASTHO-ASD/LFD y COVENIN 61487 para el diseño de vigas en puentes isostáticos basado en la ausencia de
graficas para la obtención de secciones optimas se procede hacer la
realización del estudio en este Trabajo Especial de Grado.
De realizarse este estudio no podrá determinarse si las condiciones que
se plantan actualmente en el diseño de puentes en Venezuela son
21
El Problema
adecuadas a la realidad de los vehículos y camiones que transitan por las
carreteras de dicho país.
2.
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
OBJETIVO GENERAL
Analizar comparativamente las Normas AASHTO – ASD/ LFD y COVENIN
614-87 para la obtención de los diagramas envolventes de momento y
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S
cortante en puentes Isostáticos.
E
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E
D
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
1.- Disponer de un número de casos de estudio de puentes isostáticos con
luces de (15, 20, 25, 30, 35, 40 Y 45) metros con separaciones de 1.75, 2.00,
2.25, 2.50, 2.75 y 3.00) metros.
2.- Aplicar las prescripciones de carga viva establecidas por AASHTO –
ASD/LFD para la determinación de valores máximo de momento y corte.
22
El Problema
3.- Utilizar el sofware comercial STAAD-PRO 2003 para la aplicación de la
carga viva correspondiente a los vehículos de la norma COVENIN 614-87.
4.- Realizar comparaciones entre los diagramas envolventes obtenidos a
partir de la aplicación
de ambas normas estableciendo la relación entre
ambos requerimientos.
3.
DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
S
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VA
R
E
S comparativo entre las Normas
Este estudio se enfocó hacia un E
análisis
R
S
O
H
C
AASHTO-ASD/LFD
ERE y COVENIN 614-87 para el diseño de puentes
D
Isostáticos, específicamente en Venezuela.
Espacial
Temporal
Temporalmente, la investigación se realizó en el lapso comprendido entre
el mes de Septiembre de 2004 hasta Diciembre 2005.
4.
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN
La infraestructura de un país y su desarrollo constituyen la plataforma más
importante
para
su
crecimiento
económico.
23
En
este
contexto
la
El Problema
infraestructura que permite la comunicación por vía terrestre, se ha
convertido en un elemento de gran trascendencia de integración nacional, al
permitir el desplazamiento de su población a lo largo del territorio nacional y
al poner en contacto a productores, distribuidores y consumidores para hacer
realidad la actividad económica.
Numerosos puentes de la red nacional de carreteras presentan daños
importantes, como consecuencia del crecimiento desmesurado de las cargas
y de la acción agresiva de los agentes naturales.
S
O
D
VA
R
E
S el desarrollo tecnológico ha
Por lo que se refiere a las cargas E
actuantes,
R
S
O
H
C
propiciado la aparición
E de vehículos cada vez mas pesados en respuesta a la
DER
demanda de los transportistas que encuentran más lucrativa la operación de
vehículos de mayor peso y, por otra parte, el desarrollo económico se ha
reflejado en un notable incremento. Una gran parte de nuestros puentes
fueron calculados para la carga AASHTO H-15 con un peso total de 13.6
Ton., en tanto que el camión T3-S3, autorizado por el reglamento de
operación de caminos, tiene un peso legal de 47 Ton. y, frecuentemente, un
peso ilegal de 75 Ton. Esta situación explica los daños en las estructuras de
pavimentos y puentes, causados por el aumento de las solicitaciones
mecánicas al aumentar el peso de las cargas actuantes y por la disminución
24
El Problema
de resistencia por efecto de la fatiga estructural ocasionada por el efecto de
frecuencia en la aplicación de esas cargas.
Aun cuando por su longitud, los puentes representan una porción pequeña
de la red, constituyen eslabones vitales que garantizan la continuidad del
funcionamiento de toda la red. Su colapso ocasiona, frecuentemente,
pérdidas de vidas y cuantiosas pérdidas económicas, tanto por la obra
destruida como por la interrupción o demora de la operación.
S
O
D
VA
R
E
S de revisión y diseño, implantar
puentes, utilizando cargas actualizadas
E
R
S
O
H
C
sistemas de inspección,
E mantenimiento y rehabilitación generando criterios
DER
A tales razones, es evidente la necesidad de analizar el estado de los
de diseño para los que se construyan en un futuro en Venezuela.
Con el propósito
de proporcionar al profesional involucrado una
herramienta básica de trabajo y un patrón a seguir para el diseño de puentes
en Venezuela fundamentada en toda la normativa técnica existente se realiza
un análisis comparativo entre las Normas AASHTO – ASD/LFD y COVENIN
614-87 para el diseño de Puentes Isostáticos
Esta investigación representa un paso importante dentro del área de la
ingeniería a fin de generar resultados
25
y recomendaciones sobre cargas
El Problema
vivas, útiles para que en el futuro se elabore un reglamento Venezolano para
análisis y diseño estructural de puentes.
Tomando en cuenta la necesidad de las universidades de contribuir con el
desarrollo regional en los contextos donde se encuentra inmersa, este
estudio representa para la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad
Rafael Urdaneta, la posibilidad de realizar un aporte al sector de la
construcción en materia de análisis y control de diseño de puentes.
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26
Marco Teórico
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
A continuación se presenta los antecedentes que integran el
compendio metodológico que esgrimió el sustento necesario y
la
orientación básica para el desarrollo de la presente investigación.
1.- ANTECEDENTES
OS
D
A
RV
E obtenidos del análisis
S
E
resultados
SR
O
H
C
comparativo R
de E
reglamentos
para el diseño de puentes, con el fin de
E
D
Rascón
(1999),
publico
los
comparar los momentos flexionantes y las fuerzas cortantes más grandes
obtenidos en esta investigación con base en las muestras, con los que
resultan de aplicar los modelos de cargas vivas que se establecen que
norman las cargas vivas vehiculares de diseño de puentes entre varios
países. La comparación se realizó al modelo HL-94 correspondiente al
nuevo reglamento de la ASSHTO, el ODBC al canadiense de Notario y el
EUROCÓDIGO al que rige en la Comunidad Europea. La muestra estuvo
identificada a las correspondientes envolventes de los mas grandes
calculados con datos de todos los vehículos que integran las muestras de
1993 y 1996.
28
Marco Teórico
Al igual que la investigación a desarrollar, este trabajo no incluyen los
factores de carga.
En cuanto a los resultados obtenidos en la investigación anteriormente
mencionada, se concluye que ninguno de los modelos de cargas vivas de
los tres reglamentos analizados, cubre satisfactoriamente la realidad de
las cargas que transportan los vehículos pesados que circulan por la red
nacional de carreteras (México), por lo cual no es aconsejable su
aplicación y es muy importante que se genere un modelo de cargas vivas
vehiculares que si lo haga. La formulación del mismo es el objetivo
OS
D
A
RV
principal de este trabajo de investigación y constituye una propuesta para
E
S
E
SR
O
H
C
que se utiliceR
enE
México.
DE
que se considere como norma o, al menos, como recomendación para
Esta investigación aporta las pautas básicas a seguir en desarrollo de
la presente investigación, ya que determina un análisis comparativo entre
diferentes Normas.
En otro orden de ideas, el Prof. Sebastián Delgado (Msc) de la
Universidad del Zulia (2004) presento una ponencia en el III Congreso
Nacional de Ingeniería Civil en la ciudad de Managua, Nicaragua que
tenía por nombre: “Comparación entre las Normas AASHTO ASD-LFD y
29
Marco Teórico
LRFD para el diseño de puentes”. En sus conclusiones este determinó las
siguientes condiciones obtenidas:
ƒ
Materia
ƒ
El uso de la Norma LRFD reviste mayor complejidad
ƒ
Ambas Normas proponen cagas vivas inferiores a los excesos de
carga de nuestras carreteras
ƒ
Ambas
Normas
presentan
procedimientos
similares,
pero
conceptualmente tienen fundamentos diferentes.
Igualmente, Gil, Vargas y Rivero (2006) presentaron una tesis
OS
D
A
RV
titulada “Análisis comparativo entre la norma AASHTO Estándar y la
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
AASHTO LRFD en el diseño de vigas pretensadas para puentes”.
Debido que las vigas estudiadas en esta investigación no eran del
tipo isostática, fue necesario calcular y diseñar las secciones de vigas
adecuadas para la comparación de las dos Normas. Utilizando siete (7)
tipos de de vigas: para cada luz de 15, 20, 25, 30, 35, 40 y 45 se utilizaron
vigas de tipo II, tipo 115/120, tipo 133/140, Cagua 160, Cagua 180, Cagua
200 y Cagua 200/220 respectivamente, estas vigas fueron utilizadas en la
presente investigación para determinar los pesos muertos, tratando de
ofrecer los datos más adaptados con la realidad, aún no se estuviera
controlando secciones de vigas adecuadas en el caso de diseño de
puentes isostaticos.
30
Marco Teórico
2.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA.
A continuación se presenta el marco teórico referenciado al tema
de investigación de la problemática planteada.
2.1.- PUENTES
Definición: Un puente es una obra que se construye para salvar un
obstáculo, dando así continuidad a una vía. La carga de servicio es
siempre una carga móvil (Herrera, 2004).
El obstáculo
OS
D
A
RV
puede ser otra vía ya sea carreteable o férrea, una
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
corriente de agua o una depresión del terreno, o un vacío cualquiera.
2.2.1.- CLASIFICACIÓN
Según Herrera (2004), los puentes se pueden clasificar según:
a)
Según su utilidad: En puentes peatonales, puentes para carreteras,
puentes para vías férreas, puentes para paso de tuberías y puentes
grúas.
b)
Según el material de que sean hechos: En puentes de madera,
puentes de concreto, ya sea reforzado o preesforzado, en puentes
metálicos y puentes mixtos.
31
Marco Teórico
c)
Según la localización de la calzada: En puentes de calzada o paso
superior, puentes de calzada o paso intermedio y en puentes de calzada o
paso inferior.
d)
Según el tipo de estructura, se clasifican principalmente en:
Puentes de luz simple (una sola luz simplemente apoyada), que
puede ser de placa maciza o de placa y vigas (Viga T o sección
compuesta).
Puentes de contrapeso, voladizo y luz central apoyada.
Puentes de varias luces, ya sea de vigas simples o de vigas
continuas.
OS
D
A
RV
Puentes de viga continua, voladizo y luz central apoyada.
E
S
E
SR
O
H
C ya sea empotrado o articulado.
Puentes
en
arco
E
R
DE
Puentes de estructura aporticada (articulada o empotrada).
Puentes colgantes, que pueden tener o no viga de rigidez.
(Aquellos que no tienen viga de rigidez se utilizan para pasos
provisionales).
Y Puentes levadizos.
Para el estudio, diseño y construcción de los puentes, se conocen las
especificaciones “Standard Specifications for Highway Bridges” de la
American Association of state Highway and transportation Officials, Inc.
(AASHTO); las de la “American Railway Engineering Association” (AREA);
32
Marco Teórico
el reglamento Alemán (normas DIN) y las disposiciones del Bureau of
Publics Roads.
2.2.2.- ANCHO DE LA CALZADA Y DE LOS ANDENES
El ancho de la calzada, es el ancho libre medido normalmente al eje
longitudinal del puente, entre bordes inferiores de los bordillos
(guardarruedas) o andenes. Para los casos en que no se construyan los
bordillos o los andenes, la medida se toma entre las caras interiores de
las barandas. El ancho del andén, se mide normalmente al eje longitudinal
OS
D
A
RV
del puente, entre su borde exterior y el borde interior más bajo (Herrera,
2004).
E
S
E
SR
O
H
C transito automotor están compuestas de 2,3 o 4
Las vías
para
E
R
DE
trochas para transito, a las cuales se agregan en algunos casos una o
más trochas para estacionamiento.
El ancho de trocha ha sido universalmente adoptado en 3,05 mts.,
(10ft), para transito carretero de baja velocidad, en tanto que para las vías
de alta velocidad se ha establecido un ancho no menor de 3,60 mts. (2ft),
el cual, para los casos de transito rápido y pesado, es necesario elevar
hasta 4,50 mts. (15ft).
A las trochas para estacionamiento se les da un ancho de 2,40 mts.
(8ft), para transito general, ancho que puede aumentarse hasta 3,05 mts.
(10ft), cuando se espera un alto porcentaje de trafico pesado.
33
Marco Teórico
Tomando en cuenta que la composición usual de la sección transversal
de la carretera contempla al menos dos trochas de transito, se han
establecido los valores del ancho total mínimo que debe tener una
estructura, e cual según la AASHTO es de 8,55 mts. mayor que el ancho
de esa calzada. Para el tráfico rápido y pesado, este valor debe
incrementarse hasta un mínimo de 10 mts (Arnal, 2000).
2.2.3.- ESPACIO LIBRE
Se entiende por espacio libre, al ancho libre y a la altura libre,
OS
D
A
RV
necesarios para la circulación de los vehículos, personas, etc., sin que se
E
S
E
SR
O
H
Cde las estructuras (Herrera, 2004).
constituye el R
GALIBO
E
DE
tenga ninguna restricción en la circulación. Este espacio libre es lo que
El ancho total libre de la vía depende de la conformación de la sección
transversal, la cual consta de los siguientes elementos:
a)
Ancho de vía: El ancho de una vía de circulación para vehículos
automotores debe ser mínimo de 3.05 m. (para carreteras de baja
velocidad o de penetración) y preferencialmente de 3.65 m. para
velocidades normales.
La norma (según Herrera, 2004) establece que se debe adicionar 3.65
m., por cada vía adicional. Así:
34
Marco Teórico
Ancho para una vía 3.05 m. Preferiblemente
Ancho para dos vías 6.70 m. Preferiblemente
3.65 m.
7.30 m.
Ancho para tres vías 10.35 m. Preferiblemente 10.95 m.
b)
Bermas: La berma es una zona de seguridad. En las estructuras
debe conservarse esta zona, no sólo como seguridad para los vehículos
accidentados, sino también con el objeto de evitar la posible disminución
de la velocidad de circulación, ocasionada por ilusión óptica del
conductor. Este ancho de berma a cada lado de la vía, debe conservarse
en lo posible igual al de la selección transversal de la carretera, o dejarla
OS
D
A
RV
como mínimo de .90 m. En caso de vías más anchas a 3.65 m., 7.30 m.,
E
S
E
SR
O
H
C
(Herrera, 2004).
E
R
DE
10.95m., etc., o cuando se construyen andenes, se puede reducir a .60 m
c)
Andenes o bordillos: La AASHTO especifica un ancho máximo de
bordillo (guardarruedas) de .225 m., y una altura mínima de .20 m., y de
.25 m., como máximo. El Ministerio de Obras Públicas y transporte ha
adoptado como dimensiones: ancho de .35 m., y altura de .25 m. Cuando
el bordillo tiene .45 m., de ancho, que sirve para el tránsito ocasional de
peatones, se denomina bordillo o guardarruedas de seguridad. El ancho
de andén debe ser .60 m., mínimo. Como norma general, estos datos
deben ser confrontados con los requeridos y exigidos por la entidad, de
acuerdo al proyecto a realizar (Herrera, 2004).
35
Marco Teórico
Para los hombrillos se admite en la estructura, cuando su longitud
excede de 15 mts., una reducción apreciada, con relación a los anchos
establecidos para el resto de la carretera, utilizándose un hombrillo o zona
de seguridad de 0,90 mts. A cada lado de la vía, margen que se puede
reducir hasta 0,60 mts., en los casos en que la trochas de transito sean
más anchas de 3,60 mts., o cuando el puente este provisto de aceras
(Arnal, 2000).
Las aceras destinadas al transito de peatones se utilizan en los
puentes urbanos, a cuyo efecto se las dimensiona con anchos múltiplos
de 0,60 mts., y en todo caso no menores de 1,20 mts.
OS
D
A
RV
Los burladeros se disponen en los puentes carreteros que no llevan
E
S
E
SR
O
H
C (Arnal, 2000).
ser menor deR
0,45
mts
E
DE
aceras, para prever el paso ocasional de peatones y su ancho no debe
d)
La altura libre, no debe ser menor de 4.27 m., en zonas rurales y
para zonas urbanas se recomienda que sea de 4.88 m (Herrera, 2004).
La altura libre o gálibo que debe existir entre el nivel de aguas
máximas y el borde inferior de la superestructura debe ser como mínimo
de 2.0 m. Esta dimensión deberá incrementarse en zonas donde la
corriente puede arrastrar árboles de gran tamaño, con el objeto de dar
espacio suficiente para su paso sin que perjudique la estabilidad de la
estructura o cuando se tiene un canal navegable.
36
Marco Teórico
2.2.4.- BARANDAS
Los puentes deben estar provistos de barandas, para protección y
seguridad de los usuarios. Deben considerarse estéticamente para lograr
proporción entre sus diferentes elementos y armonía en el conjunto de la
estructura, ala vez que ofrezcan resistencia y seguridad. La altura mínima
de la baranda para andén es de 1.07 m., y para el caso de protección
para el transito de bicicletas de 1.37 m (Herrera, 2004).
2.3.- CARGAS EN PUENTES.
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
C
fuerzas:
E
R
DE
Para el diseño de puentes deben considerarse las siguientes cargas y
a) Cargas muertas,
b) Cargas vivas,
c) Impacto, o efecto dinámico y vibratorio de la carga viva.
d) Cargas de viento.
2.3.1.- CARGAS MUERTAS
Según las recomendaciones emitidas por el MTC (hoy Minfra) sobre los
parámetros a utilizar en los futuros proyectos de puentes en zonas de
apertura petrolera, se considerarán como cargas o pesos muertos,
37
Marco Teórico
también conocidas cargas de permanentes del puente el peso propio de
la estructura más que cualquier otra carga sobrepuesta a la estructura
que pueda considerarse como fija y permanente durante la vida útil del
puente y las cuales deben ser incluidas en cualquier análisis. Estas
consisten en peso de la estructura (placa, vigas, andenes o bombillos,
barandas, etc.), la capa de rodadura y los ductos de servicios públicos
que puedan ser soportados por la estructura.
La capa de rodadura, (carpeta asfáltica), generalmente es de .05 m.
Cuando el puente se da al servicio sin la colocación de la carpeta
asfáltica, debe dejarse un espesor adicional a la placa de 0.007 m.,
OS
D
A
RV
mínimo, como capa de desgaste.
E
S
E
SR
O
H
C sobre la losa de concreto, el sobre-espesor de la
generalmenteR
seE
coloca
DE
Dentro de esta categoría se tendrá la carpeta de rodamiento que
losa de concreto que se utiliza para dar las pendientes laterales ó
bombeos, las aceras, defensas, barandas y/o rodapiés de seguridad, los
sistemas de iluminación y señalamiento, finalmente todas los servicios
públicos que puedan ir apoyados o colocados en la estructura y los cuales
indudablemente incidirán como parte importante de las solicitaciones
totales.
Bajo algunas condiciones de luces y anchos de las estructuras, el peso
muerto produce esfuerzos mayores que los debidos a las cargas que
deben soportar el puente y por ello es conveniente siempre tratar de
reducir su magnitud al mínimo posible (Arnal, 2000).
38
Marco Teórico
Para la determinación del peso muerto recomienda la AASHTO las
densidades siguientes (Arnal, 2000):
Acero
7.850 Kg/m3
Concreto
2.400 Kg/m3
Aluminio
2.800 Kg/m3
Tierra compactada
1.900 Kg/m3
Tierra suelta
1.600 Kg/m3
Carpeta asfáltica de 3 cms.
45 Kg/m2
OS
D
A
RV
2.3.2.- CARGAS VIVAS
E
S
E
SR
O
H
Cson las correspondientes a las carga de servicio.
Las cargas
vivas
E
R
DE
Corresponde entonces a la carga móvil de vehículos, trenes, peatones,
etc.
Los puentes deben estar diseñados en forma tal que sean capaces de
soportar las cargas de vehículos durante toda la vida de la estructura. El
incremento normativo actual del MTC de 20% deberá cambiarse a un
porcentaje mayor de 30% en previsión de las cargas extra-pesadas que
puedan ocurrir en la zona.
Los
vehículos de diseño fueron establecidos por las normas de la
AASHTO en 1.944,
sin embargo han
39
sufrido
modificaciones
e
Marco Teórico
incrementos, pudiendo resumirse las cargas actuales como se muestra en
las figuras a continuación.
La AASHTO ha estandarizado la carga para carreteras en cuatro
clases: H2O, H15, HS 20, y HS 15. Las cargas H15 y HS15 son el 75% de
las cargas H20 y HS 20 respectivamente.
La carga HSX corresponde a un camión de dos ejes. Se denomina por
la letra H seguida de un número que indica el peso en toneladas inglesas,
seguido de otro número que indica el año en que se adoptó la norma.
La carga HS corresponde a un vehículo tractor con un semitrailer
(vehículo de 3 variable, con el objeto de poder calcular los esfuerzos
OS
D
A
RV
máximos, tanto por flexión como por esfuerzo cortante. En vigas
E
S
E
SR
O
H
C en el apoyo.
máximo momento
negativo
E
R
DE
continuas, esta separación debe tomarse de manera de producir el
2.3.2.1.- TIPOS DE CARGAS VIVAS
La
división
de
Estructuras
del
Ministerio
de
Transporte
y
Comunicaciones distingue cuatro tipos diferentes de cargas vivas:
1.- Camión HS-20-44
Adoptado a nivel nacional en Venezuela en el diseño de carreteras y
autopistas. Consiste en un camión de tres ejes como se indica en la figura
N° 1 con cargas de 3.634 y 14.528 Kg., con distancia variable entre los
40
Marco Teórico
ejes traseros entre 4,27 y 9,15 mts, lo cual permite jugar con la
separación para obtener las solicitaciones más desfavorables. En puentes
isostáticos la separación mínima será la que produce máximos esfuerzos,
en puentes continuos, separaciones mayores pueden producir efectos
máximos.
En la práctica el camión HS20-44 es un HS20 al que se le ha añadido
un tercer eje transversal de iguales características al eje transversal más
pesado del HS20.
El HS20-44 es el camión de diseño de puentes para autopistas y
carreteras de primero, segundo y tercer orden, aunque ocasionalmente
OS
D
A
RV
pueden utilizarse camiones menos pesados para vías de comunicación
E
S
E
SR
O
H
C como aeropuertos y puertos.
instalacionesR
especiales
E
DE
particulares. Así mismo, pueden existir trenes de carga más pesados en
Generalmente el tren de cargas concentradas HS20-44 domina el
diseño de elementos estructurales con distancias entre apoyos pequeñas
y moderadas (en vigas y losas longitudinales hasta aproximadamente 35
m de luz), mientras que para grandes luces son las cargas distribuidas
equivalentes las que definen el diseño de los elementos que vencen tales
luces.
41
Marco Teórico
Figura No. 1. Vehiculo H20-S16-44
OS
D
A
RV
Fuente: Delgado (2004)
E
S
E
SR
O
H
C
E
2.- Carga Alternativa
R
DE
Consiste en dos ejes con carga del 75% la del eje H-20, o sea, de
10.896 kgs. Con una separación de 1,22 mts entre ejes. Es mandatario la
verificación de las estructuras con esta carga y su intención fue para el
paso de vehículos militares.
3.- Sobrecarga Equivalente de Trocha
Antes de la introducción de las Normas de 1.944, se corría un tren de
cargas que consistía en un camión H-20 (2 ejes) antecedido y precedido
por camiones H-15. A partir de la adopción de los camiones HS (3ejes) se
42
Marco Teórico
estableció una sobrecarga equivalente en lugar del tren de cargas,
consiste en una carga uniformemente repartida de 953 kg/ml de trocha y
una carga concentrada que varía entre 8.172 kgs. Para momento y
11.804 kgs. Para corte.
Esta sobrecarga al poder ser segmentada permite colocarla en forma
tal que produzca los máximos esfuerzos, y hacer por lo tanto,
movimientos de cargas en estructuras continuas. Se considera que tanto
la carga uniforme como la concentrada están distribuidas en el ancho de
trocha de 3.05 mts.
OS
D
A
RV
4.- Cargas P
E
S
E
SR
O
H
C cargas normales antes
Además R
de E
las
DE
mencionadas, se han
establecido en California las cargas P, para garantizar suficiente
capacidad de carga viva al transitar cargas poco usuales que requieran un
permiso especial.
Las cargas P consisten en una serie de ejes idealizados usados por el
Departamento de mantenimiento de Puentes. El vehículo tiene un eje
delantero de 11.804 kgs y hasta 6 ejes traseros tipo tandem de 21. 792
kgs. Según el número de ejes tandem se denominan P5, P7, P9, P11 y
P13.
Estas cargas fueron adoptadas porque las previstas por la AASHTO,
resultan en muchos casos en estructuras incapaces de soportar las
43
Marco Teórico
cargas actuales y las que se anticipaban para el futuro en el Estado de
California.
En el proyecto del Viaducto Nº 1 de la Autopista Caracas – La Guaira,
se contempló una carga especial de diseño de un camión extra pesado de
60 Ton.
2.3.2.2.- SOBRECARGAS CONCENTRADAS
Las Sobrecargas Concentradas representan la acción de los vehículos,
o trenes de vehículos, de transito por el puente. Es evidente que los
OS
D
A
RV
vehículos que utilizan un puente carretero varían muchísimo en su forma,
E
S
E
SR
O
H
C en la mayor parte de los países, reglamentos o
atendiendo aR
que
existen,
E
DE
dimensiones, peso total y repartición de la carga entre ruedas, pero
disposiciones que regulan las dimensiones de dichos vehículos y fija
limites a las cargas permisibles, a fin de facilitar las labores de proyecto,
se adoptan para el calculo trenes de cargas normales compuestos de
varias características determinadas, escogidas de tal manera que su
efecto sobre la estructura represente, o se acerque, al efecto que en ella
produce la combinación mas desfavorable de los vehículos mayores, que
es probable que utilicen el puente.
A tal fin se han realizado estudios estadísticos en Europa y Norte
América, que permitieron establecer la magnitud y disposición de las
cargas rodantes que deben formar el tren de cagas normales antes
44
Marco Teórico
citados. Estos trenes de cargas normales, difieren de un país a otro de
acuerdo con las normas de proyecto vigentes, pero se ha generalizado
mucho el empleo de las sobrecargas establecidas por la AASHTO, que se
agrupan bajo las tres denominaciones siguientes: H10, H15 y H20,
seguida de un sufijo que define el año de la Norma, y las cuales vienen
definidas por el peso, en toneladas inglesas de 20.000 Lbs. de los
vehículos ideales que componen el tren, es importante acotar que estas
cargas representan la mitad del eje del camión.
Recientemente se ha extendido mucho el uso de remolques de
considerable capacidad, y para prever esta contingencia, ha adoptado la
OS
D
A
RV
AASHTO una nueva serie de sobrecargas denominadas HS 10, HS 15 y
E
S
E
SR
O
H
C tipo de sobrecarga que se utilizara en el proyecto,
La escogencia
del
E
R
DE
HS 20.
dependerá de la importancia de la vía en el cual este ubicado el puente y
de la clase de vehículos cuyo transito se prevé. En todo caso, en la red de
carreteras nacionales no deben utilizarse trenes de carga inferiores al
H15.
En el proyecto se supone que cada tren de vehículos ocupa un atrocha
de transito y, por tanto, cada una de las trochas del puente debe
suponerse completamente llena, con el conjunto de vehículos que
contribuyen el tren, colocados en la posición mas desfavorable.
45
Marco Teórico
Según las Normas AASHTO, cada tren de carga ocupa una trocha de
transito de 3.05 mts., de ancho. Por consiguiente, de acuerdo con el
ancho total de la vía, se supone que actúan sobre la estructura:
2, trochas para un ancho hasta de 9.15 mts. Entre brocales
3, trochas para un ancho hasta de 12.80 mts. entre brocales
4, trochas para un ancho hasta de 16.79 mts. entre brocales
5, trochas para un ancho hasta de 20.14 mts. entre brocales.
Cuando La composición de la vía incluye más de dos trochas de
transito, se reduce la probabilidad de que todas ellas estén ocupadas,
OS
D
A
RV
simultáneamente, por la combinación más desfavorable de vehiculo
E
S
E
SR
O
H
C
magnitud de R
las E
sobrecargas
móviles del cálculo.
E
D
usuales. Por ello, en esos casos, resulta admisible una reducción en la
Así, las Normas de la AASHTO aceptan una reducción del 10% en la
magnitud de las cargas, para los puentes de tres trochas y del 25% de
dicha magnitud, para los puentes de 4 o más trochas.
En Venezuela no existe ninguna disposición legal sobre las
sobrecargas del proyecto, para la División de Estudios y Proyectos de
Ministerio de Obras Publicas ha adoptado las sobrecargas normales,
especificadas por la AASHTO, y con ellas verifica todos los proyectos de
puentes. Como comparación de estos trenes de cargas normales, con las
cargas máximas permitidas en nuestras carreteras, se copia a
continuación un resumen del decreto reglamentario de 1.946 vigente
46
Marco Teórico
sobre la materia, así como las modificaciones sugeridas a el por el
Colegio de Ingenieros de Venezuela y la Cámara Venezolana de la
Construcción, basados en los análisis de los tipos de camiones de uso
corriente en el país y de su efecto sobre las superestructuras.
Las cargas concentradas móviles se denominan también cargas
rodantes, dado que se originan generalmente por el desplazamiento de
vehículos sobre una estructura determinada. Generalmente estas cargas
rodantes se presentan formando pares de carga o trenes de carga,
constituido por una seria de ejes cuya distancia relativa se mantiene
constante.
OS
D
A
RV
Es evidente que existirá una posición de las cargas móviles, para la
E
S
E
SR
O
H
sección, llegara
aC
un valor máximo y también
E
R
E
D
cual el momento y las fuerzas cortantes que producen sobre determinada
que, entre todas las
seccionas de la viga, habrá una para cual el momento o las fuerzas
cortantes tendrán el mayor valor numérico entre todas las secciones, es
decir, alcanzarán a sus maximorun.
Para el diseño de las vigas de puentes es necesario conocer el
maximorun de los momentos de las fuerzas cortantes, ya que estas
solicitaciones de carga serán determinantes de las dimensiones de la
sección.
47
Marco Teórico
2.3.2.3.- REDUCCIÓN POR INTENSIDAD DE CARGA VIVA
Donde los esfuerzos máximos se producen en cualquier miembro
cargando simultáneamente varias trochas, la norma norteamericana
permite una reducción porcentual de la carga viva por la improbabilidad
de coincidencia de cargas máximas según los siguientes porcentajes:
Una o dos trochas………………100%
Tres trochas………………………90%
Cuatro o más trochas……………75%
OS
D
A
RV
Según el Reglamento de Notario, Canadá, los factores pueden
E
S
E
SR
O
H
C
Una línea
cargada…………..……1.00
Factor de presencia múltiple
E
R
E
D
establecerse de la siguiente forma:
Dos líneas cargadas…………….0.90 Factor de presencia múltiple
Tres líneas cargadas….………....0.80 Factor de presencia múltiple
Cuatro líneas cargadas………….0.70 Factor de presencia múltiple
Cinco líneas cargadas…............. 0.60 Factor de presencia múltiple
Seis o mas líneas cargadas…......0.80 Factor de presencia múltiple
En el caso de Venezuela, donde no existe prácticamente control de
tráfico, no deberá hacerse esta reducción por intensidad de carga viva, en
virtud de la anárquica utilización de los hombrillos como vía adicional de
tráfico
48
Marco Teórico
2.3.2.3.- CARGAS EN ACERAS
Las aceras de los puentes urbanos se calculan siempre con la acción
de sobrecargas uniformemente repartidas, cutos valores fijan las diversas
especificaciones de cálculo y las cuales se suponen llenan todo el ancho
de la acera (Arnal, 2000).
Según las Normas de la AASHTO, para todo elemento cuya luz sea
menor de 7.50 mts., esta sobrecarga vale 415 Kg/m2 . A medida que
aumenta la luz, sé la puede reducir a partir de 30,00 mts. de luz, usando
una carga cuya expresión es:
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
C . 16.75 – b
W = 145
+ 4470
E
R
DE
L
15.25
Siendo
L = la luz del puente en mts.
b = el ancho de acera en mts.
En ningún caso esta sobrecarga debe ser inferior a 150 Kg/m2
49
Marco Teórico
2.3.2.4.- FACTOR DE IMPACTO.
La circulación de las cargas móviles a velocidad sobre la estructura de
un puente da origen a esfuerzos instantáneos y de vibración, los cuales
hacen que el material se fatigue y pueda entrar en resonancia, debido a la
oscilación. Estos efectos se combinan con una carga de impacto que se
produce cuando el vehículo penetra a una estructura menos rígida.
El paso de las cargas móviles sobre la estructura de un puente y su
rápido desplazamiento, así como la ocurrencia sucesiva de numerosos
vehículos deferentes, da origen esfuerzos instantáneos y esfuerzos
OS
D
A
RV
repetidos, muchas veces reversibles, sobre las secciones de la estructura,
E
S
E
SR
O
H
C que inclusive pueden entrar en resonancia, debido
ocasionan vibraciones,
E
R
DE
lo cuales fatigan al material. Así mismo, estas acciones dinámicas
a la oscilación de las flechas de las vigas que pasan rápidamente de cero
a un máximo y regresan luego a cero.
Igualmente las irregularices de la calzada, las variaciones de velocidad,
y la acción de los resortes de los vehículos automotores, se combinan
para producir pequeños saltos de las ruedas, que tienden a transformar la
carga puramente estática, supuestas en el cálculo, en cargas dinámicas
intermitentes y rápidamente repetidas. Todos estos efectos ocasionan la
fatiga de las fibras de los elementos de la estructura y podrían conducir a
su ruptura, o a deformaciones excesivas por lo menos, al sobrepasar así
los efectos calculados a partir de las cargas estáticas.
50
Marco Teórico
A fin de dejar un margen de seguridad suficiente, para prever esos
incrementos dinámicos y el efecto fatigante de las cargas repetidas, se ha
adoptado como practica corriente en el proyecto de puentes, el
incrementar las cargas estáticas, adicionadotes un cierto porcentaje de
impacto, lo que equivale a multiplicarlas por un coeficiente mayor que la
unidad, la cual se denomina factor de impacto.
Es evidente, que el valor del incremento que deba darse a las cargas
estáticas dependerá de la luz de la estructura, de las condiciones de
apoyo de la misma, del tipo de carga que actúan sobre ella y el material
en que se proyecta construir el puente.
OS
D
A
RV
La influencia de esos factores sobre los efectos dinámicos se ha
E
S
E
SR
O
H
C que permiten determinar
numerosas formulas
E
R
DE
investigado experimentalmente y de los ensayos, se ha derivado
el factor de impacto,
tomando en cuenta todos o al menos los mas importantes de esos
factores. Entre esas formulas ameritan citarse los siguientes valores,
recomendados por algunos autores.
Para tener en cuenta estos efectos dinámicos, vibratorios y de impacto
y a fin de dejar un margen de seguridad suficiente, se ha adoptado
adicionar a las cargas vivas de los vehículos, de un porcentaje por
impacto, el cual se denomina factor de impacto.
Según las normas de la AASHTO, el factor de impacto se calcula por la
siguiente fórmula:
51
Marco Teórico
I=
_15.24_____
38.1 + L
I = Factor de Impacto, en porcentaje de la carga viva; Máx. 30%
L = Longitud en m. de la porción de la luz que se debe cargar para
producir el máximo esfuerzo en el elemento.
Según Ketchum, para el diseño de los tableros y losas de calzada
deben incrementarse las cargas móviles de un 30%, en tanto que, para
las vigas, recomienda usar un incremento I variable con la luz, cuya
expresión es:
I=
30
Siendo L la luz, en metros.
OS
D
A
RV
L+90
E
S
E
SR
O
H
Cpor expresión:
de las vigas yR
tienen
E
DE
Según Taylor, el incremento I de las cargas móviles varía con la luz
I=
15
L+60
Limitándose su valor a un máximo de 30%. Aplicando esta
expresión a ciertas, luces, consideradas típicas, se obtiene:
Para luces mayores de 12,50 mts: I = 30%
Para luces de 30 mts:
I = 22%
Para luces de 60 mts.
I = 15%
Para los puentes ferrocarrileros, el área establece los siguientes
valores para el factor de impacto, en los trenes modernos:
52
Marco Teórico
Para L ≤ 25 mts. : I = 40 – L2 / 49 en %
Para ≥ 25 mts. : I = 16 + 185 / (L – 9)
El factor de impacto se aplica a la superestructura y a los
elementos de apoyo. (Columnas, torres, etc.) Que sean monolíticos con
ella. En el caso de apoyos sobre pilotes, que estén conectados
rígidamente a la superestructura, se aplica a la parte de esos pilotes que
sobresale del terreno.
El factor de impacto no se usa en el cálculo de estribos, muros de
contención (aletas o muros de acompañamiento), pilas y pilotes (con
OS
D
A
RV
excepción de los visto anteriormente); para hallar la presión en zapatas o
E
S
E
SR
O
H
C que tengan rellenos superiores .91 m.
estructuras y R
alcantarillas
E
DE
fundaciones; para estructuras de madera; para cargas de andén y para
2.3.2.5.- OTRAS CARGAS O FUERZAS
Fuerza longitudinal, fuerza centrífuga, fuerza térmica, presión de
tierras, flotación, esfuerzos por acortamiento elástico y retracción de
fraguado, fuerza del viento sobre la estructura, fuerza del viento sobre la
carga viva, esfuerzos de montaje, presión
sísmica.
53
de la corriente y fuerza
Marco Teórico
Estas cargas y fuerzas se combinan, para tener en cuenta los máximos
esfuerzos que se puedan producir en los diferentes elementos de la
estructura, de acuerdo a los grupos de carga que se estudiarán más
adelante.
2.4.- VEHÍCULOS DE DISEÑO
El vehículo de diseño es el vehículo a utilizar para definir las
condiciones geométricas de una vía o un proyecto vial.
OS
D
A
RV
2.4.1.- DESIGNACION
E
S
E
SR
O
H
C vehículos de carga de acuerdo al arreglo de sus
Se designarán
los
E
R
DE
ejes, según lo indicado a continuación:
Según la Norma COVENIN 2402-86 el primer digito designa el número
de ejes del camión o del camión tractor. La letra “S” indica semiremolque
y el digito inmediato indica el número de ejes del semiremolque. La letra
“B” indica remolque balanceado y el dígito inmediato indica el número de
ejes de dicho remolque. Otro dígito que no este precedido de una “S” o
una “B” indica un remolque, además del número de ejes correspondientes
al mismo.
54
Marco Teórico
Los vehículos de diseño a involucrar en el análisis mediante la
corrida del STAAD PRO son los siguientes:
4 ejes
(Peso máximo bruto = 32000 kg)
2S3
(Peso máximo bruto = 42000 kg)
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
3S3 REC
DE
(Peso máximo bruto = 48000 kg)
Camión con remolque 3-4
(Peso máximo bruto = 48000 kg)
Camión con remolque 4-4
(Peso máximo bruto = 48000 kg)
55
Marco Teórico
Camión de 81 toneladas (3S3).
(Peso máximo bruto = 81000 kg)
Camión Mexicano (T3-S2-R4)
(Peso máximo bruto = 77500 Kg)
En cuanto al análisis por LFD se involucrarán los vehículos ya descrito
HL93, H20S16-44 Y MTC (H20S16-44 + 20%). Es importante aclarar que
el vehiculo HL93 aunque es aplicado en la AASHTO LRFD y no en la
OS
D
A
RV
AASHTO Standard, se incluyo como vehiculo de diseño ya que este será
E
S
E
SR
O
H
C LRFD.
reglamentación
AASHTO
E
R
DE
el utilizado en Norteamérica como vehiculo de diseño así como la
A continuación se presenta un cuadro donde se pueden apreciar la
diferente tipología de vehículos según las normas COVENIN 2402-86 y
sus cargas por eje.
56
Marco Teórico
Cuadro No. 1. Tipología de los vehículos de carga, según
norma COVENIN 2402-86
Vehiculos
Peso Máx.
Permisible
(Tn)
Designación
2 ejes
19
Carga por Eje / Distancia mínima entre ejes
1
2
20,00%
80,00%
3,80
15,20
3
4
5
6
7
4,50
3 ejes
26
Camion
3 ejes
26
4 ejes
32
2S1
32
39
2S2
Camion 2S3
Tractor
con
Remolque 3S1
42
3S3
2-2
2-3
Camion
con
3-2
Remolque
3-3
3-4
15%
70%
3,90
3,90
18,20
1,20
4,50
15,00%
42,50%
42,50%
3,90
11,05
11,05
4,50
1,20
20%
20%
30%
30%
6,40
6,40
9,60
9,60
1,20
1,20
4,00
20%
40%
40%
6,40
12,80
12,80
3,00
6,00
20%
27%
27%
27%
7,80
10,40
10,40
10,40
3,00
6,00
1,20
20%
20%
6,30
6,30
3,00
39
HOS
REC
DE
3S2
15%
46
E
S
E
R
OS
D
A
RV
15%
28%
5,85
11,05
3,00
20%
20%
9,80
9,80
8,4
6,00
1,20
1,20
28%
28%
11,05
11,05
1,20
6,00
20%
15%
21%
21%
21%
21%
6,90
9,78
9,78
9,78
9,78
1,20
3,00
1,20
6,00
15%
17%
17%
17%
17%
17%
48
7,20
8,16
8,16
8,16
8,16
8,16
3,00
1,20
6,00
1,20
1,20
42
20,00%
25,24%
27,38%
27,38%
19
23
8,40
10,60
11,50
11,50
4,50
4,50
4,50
46
20,00%
21,30%
19,57%
19,57%
19,57%
19
27
9,20
9,80
9,00
9,00
9,00
4,50
4,50
4,50
1,20
48
15,00%
19,58%
19,58%
22,92%
22,92%
26
22
7,20
9,40
9,40
11,00
11,00
4,50
1,20
4,50
4,50
48
15,00%
19,58%
19,58%
15,28%
15,28%
15,28%
26
22
7,20
9,40
9,40
7,33
7,33
7,33
4,50
1,20
4,50
4,50
1,20
48
15,00%
19,58%
19,58%
11,46%
11,46%
11,46%
11,46%
7,20
9,40
9,40
5,50
5,50
5,50
5,50
4,50
1,20
4,50
1,20
4,50
1,20
26
22
Fuente: COVENIN 2402-86
57
8
Marco Teórico
Cuadro No. 2. Tipología de los vehículos de carga, según
norma COVENIN 2402-86
Vehiculos
Designación
4-2
Camion con
Remolque
4-3
4-4
2B1
Peso Máx
Permisib
(Tn)
1
2
3
4
5
6
48
Carga por Eje / Distancia mínima entre ejes
2B3
3B1
Camion con
Remolque 3B2
Balanceado
3B3
4B1
4B2
4B3
8
13,33%
13,33%
20,00%
20,00%
16,67%
16,67%
32
16
6,40
6,40
9,60
9,60
8,00
8,00
1,20
4,00
1,20
4,50
4,50
48
13,33%
13,33%
20,00%
20,00%
11,11%
11,11%
11,11%
32
16
6,40
6,40
9,60
9,60
5,33
5,33
5,33
1,20
4,00
1,20
4,50
4,00
1,20
48
13,33%
13,33%
20,00%
20,00%
8,33%
8,33%
8,33%
8,33%
32
16
6,40
6,40
9,60
9,60
4,00
4,00
4,00
4,00
1,20
4,00
1,20
4,50
1,20
4,00
1,20
27
24,63%
45,74%
29,63%
19
8
6,65
12,35
8,00
34
19,56%
36,32%
22,06%
22,06%
19
15
6,65
12,35
7,50
7,50
34
19,56%
19
15
6,65
34
OS
D
A
RV
4,50
4,50
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
2B2
7
4,00
1,20
36,32%
14,71%
14,71%
14,71%
12,35
5,00
5,00
5,00
4,50
4,00
1,20
1,20
15%
31%
31%
24%
26
8
5,10
10,45
10,45
8,00
4,50
1,20
4,50
41
15%
24%
24%
18%
18%
26
15
6,15
9,93
9,93
7,50
7,50
4,50
1,20
4,00
1,20
41
15%
24%
24%
12%
12%
12%
26
15
6,15
9,93
9,93
5,00
5,00
5,00
4,50
1,20
4,00
1,20
1,20
40
16,00%
16,00%
24,00%
24,00%
20,00%
32
8
6,40
6,40
9,60
9,60
8,00
1,20
4,00
1,20
4,50
47
13,62%
13,62%
20,43%
20,43%
15,96%
15,96%
32
15
6,40
6,40
9,60
9,60
7,50
7,50
1,20
4,00
1,20
4,50
1,20
47
13,62%
13,62%
20,43%
20,43%
10,64%
10,64%
10,64%
6,40
6,40
9,60
9,60
5,00
5,00
5,00
1,20
4,00
1,20
4,50
1,20
1,20
32
15
4,50
Fuente: COVENIN 2402-86
Según la Norma COVENIN 614-87, en caso de ejes simples no se
deberá exceder los siguientes límites:
58
Marco Teórico
a) Eje simple con dos cauchos: 7000 kg
b) Eje simple con cuatro (49 Cauchos: 13000 Kg.
c) No se deberá exceder el peso máximo de 20000 kg a la calzada
cuando se utilicen dos ejes consecutivos en tandem, con cuatro (4)
cauchos cada uno o más, articulados al vehículo mediante un solo
dispositivo y separados los ejes entre si a no menos de 1000 mm ni más
de 2400 mm. Asimismo en el caso de tres ejes consecutivos, con cuatro
(4) cauchos cada uno o más, articulados al vehículo mediante un solo
dispositivo común, no se deberán exceder el peso máximo de 23000 kg.
Además, las unidades motrices deberán distribuir su carga hacia el
OS
D
A
RV
(los) eje (s) delantero (s) con los valores mínimos siguientes:
E
S
E
SR
O
H
C
3 ejes R15
%
E
DE
2 ejes
20 %
4 ejes
20 %
Para más combinaciones remolque y semiremolque se exigirá un
mínimo de 10 % del peso máximo permisible.
2.4.1
TIPOLOGIA DE CAMION MEXICANO
59
Marco Teórico
2.5.- PUENTES DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO
Los puentes con vigas de concreto armado utilizan, generalmente,
vigas de sección en T, para soportar una calzada de concreto armado,
aprovechando como ala de la sección, sometida a la comprensión, la losa
calzada. Por tanto, el método de proyecto es muy parecido y sus
características estáticas son similares a los expuestos, más adelante,
para los puentes apoyados en vigas metalizas, laminadas,
Ventajas e Inconvenientes
OS
D
A
RV
Los puentes con vigas de concreto armado reúnen condiciones
E
S
E
SR
O
H
tanto, disfrutan
deClas mismas ventajas y
E
R
DE
comunes a otros tipos de estructuras descritos en estas lecciones, y por
limitaciones que los ya
estudiados, siendo sus principales diferencias las siguientes:
a.- El peso propio de los puentes de concreto armado es mayor
que el de, los puentes de vigas de acero laminados.
b.- Durante su ejecución, los puentes de concreto armado
requieren una falsa cimbra, que debe permanecer en sitio hasta
completarse el fraguado.
c.- Los puentes de concreto son más rígidos y tienen menores
vibraciones.
d.- Los puentes de concreto hacen mayor uso de los materiales
locales y no presentan problemas de transporte de vigas.
60
Marco Teórico
e.- Los puentes de concreto requieren de menos cuidados en la
conservación, eliminándose la necesidad de pintarlos periódicamente.
Con la extensión del empleo de concreto de alta resistencia, el uso de
puentes de concreto armado se ha hecho cada día mayor, y para luces
comprendidas entre 6 y 20 mts. Significa, generalmente, la solución más
conveniente.
Para
luces
grandes,
están
siendo
desplazados
recientemente por los puentes de concreto prefabricado precomprimido,
formados por losas y vigas en T o en cajón, los cuales presentan, a la
vez, ventajas inherentes a los puentes metálicos y a los de concreto.
OS
D
A
RV
A pesar de esto y habida cuenta de la dificultad en conseguir para
E
S
E
SR
O
H
C afirmarse que los puentes de concreto armado con
precomprimido,
puede
E
R
DE
regiones apartadas, la mano de obra y equipos que exige el concreto
vigas en T representan la solución mas común al problema de puente de
dimensiones usuales.
2.5.1.- PUENTES CON PLACA DE CONCRETO REFORZADO Y VIGAS
PREESFORZADAS
El concreto presforzado ha demostrado ser técnicamente ventajoso y
económicamente competitivo tanto para puentes de claros medios donde
se emplean elementos pretensados estándar producidos en serie, como
para puentes de grandes claros como los empujados y los atirantados. En
61
Marco Teórico
la actualidad, prácticamente todos los puentes se construyen con esta
técnica y es una de las áreas más exitosas del concreto presforzado.
Este tipo de superestructura, compuesta por vigas de concreto
preesforzado ya sea pretensado o postensado y placa de concreto
reforzado monolítica o no con la viga, da soluciones que pueden ser en
muchos casos más prácticas y económicas que las soluciones antes
estudiadas. Es muy utilizada en las intersecciones de las vías en zonas
urbanas (Herrera, 2004).
Las principales ventajas de ésta superestructura, son las
siguientes:
OS
D
A
RV
a) Se aprovecha toda la sección de la viga, para que trabaje a
E
S
E
SR
O
H
admisible; REC
DE
compresión ó a compresión combinada con una pequeña tracción
b) Control de agrietamiento y deflexión;
c) As vigas tienen un mejor comportamiento, bajo las cargas de
servicio;
d) Las vigas tienen menores dimensiones, siendo por lo tanto más
livianas;
e) Se utilizan materiales de alta resistencia;
f) Se pueden tener vigas de mayor luz;
g) No se requiere de obra falsa o cimbra y
h) Menor tiempo de ejecución de la obra, por la prefabricación de
las vigas.
62
Marco Teórico
Las principales desventajas radican en:
a) El transporte de las vigas hasta el sitio de la obra, que no
siempre se facilita;
b) La colocación de las vigas en su posición final, que requiere de
equipo especial;
c) El desplazamiento del equipo de tensionamiento y de inyección
de mortero, hasta el sitio de la obra;
d) La utilización de concretos de alta resistencia y
e) Requiere de mano de obra especializada.
OS
D
A
RV
Por la dificultad del transporte, la utilización de vigas pretensazas, está
E
S
E
SR
O
H
C de un mayor número de vigas, debido a la gran
Esta solución
requiere
E
R
DE
limitada a luces relativamente pequeñas, que se pueden fundir en fábrica.
esbeltez y al pandeo lateral por grandes cargas. Por esto se recomienda
una separación máxima centro a centro de vigas comprendida entre 1.8 m
y 2.0 m., y la colocación de los diafragmas en los cuartos de la luz.
La solución más económica, se encuentra cuando se tiene la menor
fuerza de tensionamiento y la máxima excentricidad del cable, que
requiere la escogencia de una buena sección y de experiencia del
proyectista.
Estos puentes, tienen las mismas características que los puentes de
vigas metálicas laminadas.
63
Marco Teórico
La principal ventaja del puente de vigas de concreto preesforzado
sobre el puente de vigas metálicas laminadas, estriba en que la placa
puede formar un todo con la viga dando así soluciones en viga T.
El diseño de este tipo de estructura, sigue los mismos lineamientos
estudiados anteriormente, calculando la placa armada en el sentido
normal al tránsito, con los mismos criterios, apoyadas sobre vigas
longitudinales que a su vez van simplemente apoyadas en los estribos o
pilas.
Para predimensionar la viga, se puede utilizar la expresión dada por
Guyon:
OS
D
A
RV
H>_ (L/25) + 10cm.
E
S
E
SR
O
H
C de Carga (LFD)
2.6.- Diseño R
porE
Factores
DE
Este criterio, retomado de un Trabajo Especial de Grado de la
Universidad del Zulia, reconoce que la Carga Viva tiene mayor
variabilidad que la Carga Muerta
Mu ≤ ø Mn
Mu = 1.3 Mcm + 2.17 Mcv + i
Para el diseño por este criterio se toma el mayor de los siguientes
casos:
1. El vehiculo H20-S16-44
64
Marco Teórico
2. Un vehiculo Tandem de dos ejes de 10890kg separados 1,2 m
3. Una carga distribuida de 952 kg/m por carril con cargas concentradas
diferentes para momento y cortante.
Figura No. 2 . Carga Viva en AASHTO Standard
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
Delgado (2004)
Es importante aclarar que la investigación no integra el cálculo y
revisión de las secciones ya que se tratan de vigas isostáticas y se
aprovecho las secciones ya determinadas por los investigadores Gil,
Vargas y Rivero (2006)
65
Marco Teórico
Figura No. 2 . Carga Viva LRFD HL-93
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
C
Delgado
(2004)
E
R
DE
3.- DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS.
AASHTO: Asociación Americana de Oficinas de Transporte y
Carreteras Estatales.
ACCIÓN: Es toda causa capaz de originar una solicitación o efecto en
la estructura o sus elementos.
66
Marco Teórico
ANDÉN: Acera elevada.
ASD: Diseño por Esfuerzos Permisibles.
BARANDILLA: Antepecho compuesto, generalmente, de balaustres y
barandales de poco espesor, destinada a evitar la caída de personas.
BORDILLO: Encintado de una acera o arcén. En la presente
Instrucción, el de altura superior a cinco centímetros (5 cm) sobre la
calzada.
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
C de un cierto número de carriles.
vehículos queR
seE
compone
DE
CALZADA: Parte de la carretera destinada a la circulación de
CARRIL: Franja longitudinal en que puede estar dividida la calzada,
delimitada o no por marcas viales longitudinales, y con anchura suficiente
para la circulación de una fila de automóviles que no sean motocicletas.
CAMIÓN TRACTOR: Un vehiculo automotor utilizado primordialmente
para remolcar otros vehículos, y no construido para llevar una carga que
no sea parte del peso del vehiculo y carga así remolcados.
67
Marco Teórico
DEFENSA: Elemento longitudinal del tablero cuyo fin es impedir que
los vehículos invadan ciertas zonas reservadas a otros usos, o que sirven
de protección de las pilas de un puente contra choques originados por el
tráfico de la vía que el puente salva (vehículos, barcos, entre otros).
EJE: el eje común de rotación de una o más ruedas impulsadas por
alguna potencia o rotando libremente, en unos o más segmentos, y sin
importar el número de ruedas que lleve.
ESTRIBO: Estructura de soporte en el extremo de un puente que
permite la conexión estructura-terraplén.
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
C máximas tanto de altura como de anchura de
GALIBO: R
Dimensiones
E
DE
todos los vehículos.
LFD: Diseño por Factores de Carga.
LRFD: Diseño por Factores de Carga y Resistencia.
PARAPETO: Antepecho con escaso porcentaje de huecos para evitar
la caída de vehículos y personas.
68
Marco Teórico
PESO BRUTO: el peso de un vehículo y/o combinación de vehículos
mas el peso de cualquier carga que haya en ellos.
RETIL: Barrera de seguridad específicamente diseñada para bordes de
tableros de obras de paso, coronaciones de muros de sostenimiento y
obras similares.
REMOLQUE: Vehiculo carente de motor, con eje(s) delantero(s) y
trasero(s), cuyo peso total (incluye carga), descansa sobre sus propios
ejes y es arrastrado por un vehículo automotor adecuado.
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
C(n) ubicado (s) aproximadamente en el centro de la
soporta la carga
está
E
R
DE
REMOLQUE BALANCEADO: Vehiculo en el cual el (los) eje(s) que
carrocería portante.
SEMI-REMOLQUE: vehiculo carente de motor, con eje(s), trasero (s),
cuyo peso y carga se apoya (transmiten parcialmente) al camón tractor
que lo remolca.
SUBESTRUCTURA: Conjunto de elementos de un puente que
constituyen el soporte de la superestructura. En general, está formada por
todos los elementos que se encuentran debajo del tablero, tales como
cimentaciones, pilas, estribos y dispositivos de apoyo.
69
Marco Teórico
SUPERESTRUCTURA:
Conjunto
de
elementos
de
un
puente
sometidos a la acción directa del tránsito de personas, vehículos o
animales y/o cuya función sea la de salvar el vano correspondiente.
TABLERO DE UN PUENTE: Elemento directamente portante de las
cargas debidas al tránsito de personas, animales o vehículos.
TANDEM: Dos ejes poco separados, generalmente conectados a un
carro inferior, que ayuda a distribuir la carga de manera equitativa.
OS
D
A
RV
4.- SISTEMA DE VARIABLES E INDICADORES
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Disponer de un número de casos de estudio de
puentes isostáticos con luces de (15, 20, 25,
VARIABLE
DIMENSIÓN
Luces de Vigas
Luces de Vigas
30, 35, 40 y 45) mts. con separaciones de Separaciones entre Separaciones
Vigas
entre Vigas
1.75, 2.00, 2.25, 2.50, 2.75 y 3.00) mts.
Aplicar las prescripciones de carga viva
establecidas por AASHTO – ASD/LFD para la
determinación de valores máximo de momento
y corte
Utilizar el sofware comercial STAAD-PRO
2003 para la aplicación de la carga viva
correspondiente a los vehículos de la norma
COVENIN 614-87
Realizar comparaciones entre los diagramas
Valor máximo de
la
envolvente
Vehículo Tipo de la corte
AASHTO
Valor Máximo de
la envolvente de
Momento
Valor máximo de
la
envolvente
Vehículo Tipo de corte
COVENIN 614-87
Valor Máximo de
la envolvente de
Momento
Valor máximo de la
envolventes obtenidos a partir de la aplicación envolvente corte
de ambas normas estableciendo la relación
entre ambos requerimientos
Analisis
Valor Máximo de la Comparativo
envolvente
de
Momento
Fuente: Nuzzo (2006)
70
INDICADOR
Luces
Separaciones
Como resultado del
análisis estructural
Como resultado del
análisis estructural
en
STAAD-PRO
2003
Como resultado de
las
gráficas
construidas para el
análisis
comparativo
Marco Teórico
5.- DEFINICIÓN OPERACIONAL DE LAS VARIABLES.
5.1.- VARIABLES DEPENDIENTES.
Valor Máximo de la envolvente de corte: consiste en los máximos
cortes envolventes producidos a aplicar las cargas vivas en las vigas
producto de las diferentes luces y separaciones entre ellas, y el tipo de
vehiculo de diseño.
Valor Máximo de la envolvente de Momento: consiste en los
máximos momentos flexionantes envolventes producido a aplicar las
OS
D
A
RV
cargas vivas en las vigas producto de las diferentes luces y separaciones
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
entre ellas, y el tipo de vehículo de diseño.
5.2.- VARIABLES INDEPENDIENTES.
Luces de Vigas: comprende la longitud de las vigas analizadas.
Separaciones entre Vigas: determinado por la separación entre
ejes longitudinales de las vigas analizadas.
Vehículo Tipo de la AASHTO: vehículos definidos para la
asignación de cargas vivas sobre las vigas isostáticas referidos en las
Normas AASHTO.
71
Marco Teórico
Vehículo Tipo de COVENIN: vehículos definidos para la
asignación de cargas vivas sobre las vigas isostáticas referidos en las
Normas COVENIN.
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
72
Marco Metodológico
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
1.- Tipo de Investigación.
La investigación está enmarcada dentro de una investigación del tipo
Descriptiva, las cuales "consiste en la caracterización de un hecho,
fenómeno
o
grupo
con
el
fin
comportamiento" (Arias, 1999).
de
establecer
su
estructura
OS
D
A
RV
o
E
S
E
SR
O
H
Cexpresa que las investigaciones descriptivas van en
BavarescoR
(2001),
E
DE
la búsqueda de aquellos aspectos que se desean conocer y de los que se
pretende obtener respuesta.
Según Sabino (1999), las investigaciones descriptivas son “aquellas
cuyo objetivo principal es describir características fundamentales de los
fenómenos utilizando criterios sistemáticos para destacar los elementos
esenciales de la naturaleza”.
Asimismo, se trata de un proyecto factible, el cual según el Manual de
Trabajo Especial de Grado de la Universidad Rafael Belloso Chacín
74
Marco Metodológico
(2004) consiste en una solución posible a un problema práctico, que tiene
como objeto satisfacer necesidades de un ente específico.
También se puede destacar que la investigación esta determinada
como una investigación documental; para tal efecto Chávez (2001),
expresa que los estudios documentales son aquellos que se realizan
sobre la base de documentos o revisión bibliográfica. La finalidad de los
estudios documentales es recolectar información a partir de documentos
escritos y no escritos, susceptibles de ser analizados y pueden
clasificarse como investigaciones cualitativas o cuantitativas.
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
C
diferentes fuentes
bibliográficas
recolectadas con el objeto de analizar el
E
R
E
D
El fin inicial de la presente investigación es en discernir en las
diseño de vigas de concreto armado en puentes isostáticos; así como las
diferentes condiciones y parámetros que reinan en el comportamiento
estructural de este tipo de vigas.
Fue necesario a la hora de desarrollar la investigación, contrastar
diferentes teorías y postulados del área estructural, muy específicamente
en el diseño estructural de puentes.
La ejecución de los estudios, de acuerdo al diseño metodológico, debe
basarse en los procedimientos más comunes a fin de llevar a cabo los
75
Marco Metodológico
mismos y, así satisfacer los requerimientos exigidos para el cálculo y
diseño de vigas isostáticas en puentes.
2.- POBLACIÓN Y MUESTRA.
Según Tamayo (1995) la
población
se define como la totalidad
del fenómeno a estudiar, en donde las unidades de población
poseen una característica común la cual se estudia y da origen
a los datos de la investigación. Para Hernández y otros (1998)
la
población es considerada la unidad de análisis, que va a ser
OS
D
A
RV
estudiada y sobre el cual se pretende generalizar los resultados.
E
S
E
SR
O
H
Cpoblación estadística que
procedente de
una
E
R
DE
Una muestra en cambio es un conjunto de casos o individuos
cumple las siguientes
características:
1. La muestra debe ser representativa de la población de estudio.
Para cumplir esta característica la inclusión de sujetos en la
muestra debe seguir una técnica de muestreo.
2. El número de sujetos que componen la muestra suele ser inferior
que el de la población, pero suficientes para que la estimación de
los parámetros determinados tenga un nivel de confianza
adecuado. Para que el tamaño de la muestra sea idóneo es preciso
recurrir a su cálculo.
3. El conjunto de individuos de la muestra son los sujetos realmente
76
Marco Metodológico
estudiados.
En el presente caso se habla de censo, es decir de la totalidad de la
población, donde esta es igual a la muestra, la cual esta integrada por las
diferentes vigas de puentes analizados.
En otro orden de ideas, en el análisis estructural mediante el software
comercial STAAD PRO 2003, de las vigas isostáticas de los puentes
mediante la aplicación de cargas vivas provenientes de vehículos tipo
especificado en la norma COVENIN 614-87, se tiene la siguiente muestra,
integrada de la siguiente forma:
ƒ
ƒ
ƒ
OS
D
A
RV
Siete (7) tipos de luces: (15, 20, 25, 30, 35, 40 y 45).
E
S
E
SR
O
H
C
2.75 y R
3.00).
E
DE
Seis (6) tipos de separaciones entre vigas: (1.75, 2.00, 2.25, 2.50,
Siete (7) tipos de de vigas: para cada luz de 15, 20, 25, 30, 35, 40 y
45 se utilizaron vigas de tipo II, tipo 115/120, tipo 133/140, Cagua
160, Cagua 180, Cagua 200 y Cagua 200/220 respectivamente ya
que son las más utilizadas.
ƒ
Siete (7) vehículos de diseño: (Camión 4 ejes, Camión 3S3,
Camión 3-4, Camión 4-4, Camión con remolque balanceado,
Camión 80 toneladas, Camión Mexicano).
ƒ
Total de puentes de estudio = 7 x 6 x 7 = 294 puentes analizados
bajo la Norma COVENIN 614-87.
77
Marco Metodológico
En el caso del análisis de las vigas mediante la AASHTO LFD, la
cantidad de puentes estará integrada de la siguiente forma integrada de la
siguiente forma:
ƒ
Siete (7) tipos de luces: (15, 20, 25, 30, 35, 40 y 45).
ƒ
Seis (6) tipos de separaciones entre vigas: (1.75, 2.00, 2.25, 2.50,
2.75 y 3.00).
ƒ
Tres (3) vehículos de diseño: (H-93, MTC (H20S16 + 20%) y
H20S16).
ƒ Total de puentes de estudio = 7 x 6 x 3 = 126 puentes analizados
mediante la norma AASHTO LFD.
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
comparación.REC
DE
Para un total de 420 puentes analizados ante las 2 Normas de
3.- TÉCNICAS DE RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN.
La técnica de recolección de datos consistió en la observación
documental o bibliográfica, que no es más que la recolección de los datos
e informaciones directamente de documentos escritos.
Además para la obtención de los datos se utilizó el software STAAD
PRO 2003 para la corrida de los 294 puentes para construir así las
gráficas de estudio y una hoja de cálculo para el análisis de las vigas
78
Marco Metodológico
mediante los procedimientos normados en AASHTO LFD para el análisis
de 126 vigas de puentes Isostáticos.
4.- METODOLOGÍA A UTILIZAR.
A continuación se presenta la metodología o procedimiento utilizado
para desarrollar la presente investigación:
a) Se determinó las diferentes luces y separaciones de vigas para
puentes Isostáticos a analizar.
b) Se escogió de la Norma COVENIN 614-87 y normas internacionales los
OS
D
A
RV
vehículos tipo o de diseño. Este procedimiento se realizó con criterio
E
S
E
SR
O
H
C
desfavorablesR
para
obtener los máximos cortes y momentos en las vigas.
E
E
D
amplio y se identificaron los posibles vehículos de diseño mas
c) Se escogió de la Norma AASHTO los vehículos de diseño para el
análisis AASHTO-LFD.
d) Se plantearon las secciones de las vigas a analizar mediante secciones
establecidas en la investigación de Gil, Vargas y Rivero (2006).
Igualmente se calcularon las características geométricas de dichas
secciones tales como el módulo de sección, áreas e inercias.
e) Se modeló en el STAAD Pro la cantidad total de puentes a analizar
estructuralmente para obtener así las diferentes envolventes de corte y
momento ante los vehículos tipo indicados en la Norma COVENIN.
f) Se realizó una hoja de cálculo para el cálculo del corte y momento en
79
Marco Metodológico
vigas isostáticas mediante AASHTO LFD.
g) Se graficaron los resultados de las corridas realizadas en el STAAD
PRO 2003 al utilizar los 7 vehículos de diseño de la Norma COVENIN
(incluyendo el mexicano) y de los 3 vehículos de diseño y las
disposiciones de la AASHTO-LFD de las diferentes condiciones
planteadas en cuanto a las envolvente de corte y momento.
h) Este graficado consistía en representar en el eje Y el Momento máximo
envolvente, las luces en el ejes X, con respecto a cada tipo de vehiculo
(Los 3 de AASHTO y los 7 analizados con STAAD); destacando una
gráfica por separación.
OS
D
A
RV
i) En otro tipo de graficado se representaba en el eje Y el Corte máximo
E
S
E
SR
O
H
C por separación.
destacando una
gráfica
E
R
DE
envolvente, las luces en el ejes X, con respecto a cada tipo de vehiculo;
j) Se realizó un análisis comparativo entre los resultados obtenidos por las
disposiciones de la Norma AASHTO LFD y COVENIN, observando el
comportamiento de cada vehiculo de diseño con respecto al corte y
momento que arrojaban dependiendo claro esta de la separación entre
vigas y las luces determinadas.
80
Resultados
CAPITULO IV
1. ANALISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS
En este capitulo se realiza la ultima etapa del trabajo en lo que respecta
a su desarrollo teórico y es donde se determina que la investigación cubrió
las expectativas esperadas por el autor, en el cual se dará el resultado del
análisis.
S
O
D
VA
R
E
Sdel trabajo en lo que respecta a su
Así mismo, se realiza la última etapa
E
R
S
O
H
C
evaluación, de esta
E manera todo lo concerniente al aspecto analítico de la
DER
comparación de las Normas AASTHO-ASD/LFD y COVENIN 614-87 para
el diseño de vigas en puentes isostáticos en forma satisfactoria.
Se presentan las graficas correspondientes “momentos máximos Vs.
longitudes” y “cortantes máximos Vs. longitudes”, calculados para puentes
simplemente apoyados, empleando las diferentes cargas vivas de las
respectivas Normas.
82
Resultados
Debido a que existen diversos pesos y dimensiones en los reglamentos
correspondientes, el primer paso es encontrar cuál de todos produce los
mayores efectos en los puentes.
A continuación se presentan los resultados de varias simulaciones
realizadas con el STAAD para los vehículos tipos de la Norma COVENIN
614-87, para el vehiculo extrapesado de 80 toneladas y el vehiculo de
México (T3-S2-R4) para puentes simplemente apoyados con luces de (15,
20, 25, 30, 35, 40 Y 45) metros con separaciones de 1.75, 2.00, 2.25, 2.50,
S
O
D
VA
R
E
S
distancias entre ejes definidas por laE
Norma.
R
OS
H
C
E
DER
2.75 y 3.00) metros. Para estos análisis se utilizaron los pesos por eje y las
Por otra parte, en dichas grafica se presentan también los valores
máximos reales, obtenidos con los vehículos cargados tipo que se
incluyeron en la muestra estadística con la información de pesos y
dimensiones.
La comparación de los gráficos permite determinar que la variación de la
separación entre vigas no altera la relación entre las solicitaciones
máximas obtenidas para los diferentes vehículos estudiados y la
correspondiente a la norma AASHTO. Se puede notar que el aumento en
83
Resultados
la separación entre vigas aumenta ligeramente la solicitación máxima en
las vigas.
Con relación a la norma AASHTO, un incremento de 1.20 al camión de
diseño tal como lo recomienda en antiguo MTC, cubre solicitaciones
correspondientes a los camiones; de 4 ejes, 3S3 de 48 Ton, 3-4, 4-4 y 4B3, sin embargo no cubre el camión 3S3 de 80 Ton.
Como una referencia se indica que el camión más grande recomendado
S
O
D
VA
R
E
S pero también supera el camión
ligeramente inferiores al 3S3 de 80
Ton
E
R
S
O
H
C
AASHTO aumentado
E en 1.20.
DER
en las normas Mexicanas (el T3-S2-R4), produce solicitaciones máximas
Si bien no fue un alcance de esta investigación estudiar la nueva norma
AASHTO LRFD se incluyó en las gráficas las solicitaciones máximas
producidas por la carga HL-93 (LRFD) de esta norma, determinándose que
el vehículo de diseño de esta norma genera solicitaciones de servicio
superiores a todos los camiones de COVENIN estudiados, cabe señalar
que en término de solicitaciones mayoradas, esta relación podría variar
tomando en cuenta que en la norma LRFD los factores de mayoración son
1.25 para carga muerta por elementos de concreto, 1.5 para carga muerta
por asfalto y 1.75 por carga viva impactada, en tanto que para la noema
84
Resultados
AASHTO ADS-LFD los factores son 1.3 para carga muerta total y 2.17 para
carga viva impactada.
S
O
D
VA
R
E
S
EC
R
E
D
E
R
S
HO
85
L (AB)
15.00
20.00
25.00
Sep. (AB)
4 Ejes
MOMENTO
CORTE
1.75
96,722
26,737
2.00
102,862
28,181
2.25
107,136
29,193
2.50
111,329
30,195
2.75
115,453
31,191
3.00
119,563
32,182
1.75
175,468
36,054
2.00
183,230
37,404
2.25
190,851
38,746
2.50
198,343
40,080
2.75
205,717
41,406
3.00
302,221
50,563
1.75
250,813
41,535
2.00
262,617
43,197
2.25
274,291
44,854
2.50
285,823
46,505
2.75
303,847
48,378
3.00
421,984
1.75
387,046
2.00
30.00
2.25
45.00
410,206
HOS
53,794
55,884
57,851
443,330
59,814
459,628
61,771
3.00
614,657
72,177
1.75
537,252
62,767
2.00
559,320
65,134
2.25
581,377
67,494
2.50
603,384
69,849
2.75
625,308
72,197
3.00
647,128
74,538
1.75
711,408
72,674
2.00
739,538
75,348
2.25
767,690
78,018
2.50
795,824
80,684
2.75
823,906
83,345
3.00
851,910
86,000
1.75
945,131
85,565
2.00
980,122
88,546
2.25
1,015,164
91,526
2.50
1,050,223
94,501
2.75
1,085,266
97,474
3.00
1,120,265
100,442
EC
R
E
D
2.75
40.00
E
RES
57,277
426,851
2.50
35.00
RVA
DOS
86
L (AB)
5.00
20.00
25.00
Sep. (AB)
3S3
MOMENTO
CORTE
1.75
93,727
29,855
2.00
99,345
31,263
2.25
103,325
32,246
2.50
107,278
33,227
2.75
111,206
34,207
3.00
115,110
35,184
1.75
185,136
40,711
2.00
192,079
41,982
2.25
198,995
43,257
2.50
205,884
44,536
2.75
217,544
50,538
3.00
331,789
55,773
1.75
275,508
47,123
2.00
286,184
48,697
2.25
296,834
50,275
2.50
307,455
51,857
2.75
330,500
54,281
3.00
455,094
1.75
425,326
2.00
30.00
2.25
45.00
442,867
HOS
60,264
61,928
63,819
473,889
65,712
489,288
67,608
3.00
665,464
78,367
1.75
579,463
69,545
2.00
600,857
71,807
2.25
622,262
74,070
2.50
643,643
76,335
2.75
664,977
78,601
3.00
686,244
80,868
1.75
767,463
79,773
2.00
794,674
82,355
2.25
821,977
84,936
2.50
849,327
87,519
2.75
876,686
90,102
3.00
904,023
92,685
1.75
1,007,664
92,879
2.00
1,042,012
95,781
2.25
1,076,453
98,682
2.50
1,110,947
101,583
2.75
1,145,458
104,484
3.00
1,179,955
107,385
EC
R
E
D
2.75
40.00
E
RES
63,091
458,413
2.50
35.00
RVA
DOS
87
L (AB)
15.00
20.00
25.00
Sep. (AB)
3-4
MOMENTO
CORTE
1.75
98,291
26,102
2.00
104,164
27,521
2.25
108,294
28,518
2.50
115,136
29,935
2.75
116,395
30,496
3.00
120,380
31,479
1.75
184,005
37,341
2.00
190,911
38,641
2.25
197,791
39,940
2.50
204,646
41,239
2.75
211,475
42,537
3.00
327,204
53,119
1.75
267,604
44,331
2.00
278,318
45,936
2.25
289,001
47,542
2.50
299,651
49,149
2.75
310,264
50,756
3.00
440,813
1.75
427,681
2.00
30.00
2.25
45.00
442,505
HOS
57,749
59,575
61,494
472,491
63,414
487,445
65,334
3.00
662,487
76,399
1.75
581,039
67,351
2.00
602,066
69,651
2.25
623,061
71,952
2.50
644,016
74,251
2.75
664,926
76,548
3.00
685,783
78,844
1.75
766,625
77,787
2.00
793,835
80,403
2.25
821,051
83,018
2.50
848,257
85,633
2.75
875,438
19,189
3.00
902,580
90,858
1.75
1,009,187
91,066
2.00
1,043,461
93,998
2.25
1,077,743
96,929
2.50
1,112,008
99,859
2.75
1,146,243
102,788
3.00
1,180,433
105,715
EC
R
E
D
2.75
40.00
E
RES
60,825
457,510
2.50
35.00
RVA
DOS
88
L (AB)
15.00
20.00
25.00
Sep. (AB)
4-4
MOMENTO
CORTE
1.75
99,677
27,719
2.00
105,826
29,143
2.25
110,105
30,145
2.50
114,301
31,140
2.75
118,428
32,131
3.00
122,497
33,116
1.75
185,678
38,755
2.00
192,926
40,028
2.25
200,101
41,305
2.50
207,207
42,586
2.75
214,250
43,870
3.00
330,094
54,261
1.75
276,544
45,704
2.00
287,161
47,254
2.25
297,751
48,811
2.50
308,312
50,375
2.75
318,844
51,945
3.00
450,752
1.75
432,014
2.00
30.00
2.25
45.00
447,110
HOS
59,341
60,833
62,692
477,214
64,557
492,216
66,428
3.00
662,642
77,401
1.75
586,287
68,755
2.00
607,230
70,990
2.25
628,156
73,226
2.50
649,054
75,464
2.75
669,916
77,704
3.00
690,734
79,946
1.75
772,293
79,205
2.00
799,412
81,756
2.25
826,536
84,306
2.50
853,649
86,858
2.75
880,734
89,411
3.00
907,781
91,966
1.75
1,015,949
92,473
2.00
1,050,003
95,342
2.25
1,084,087
98,211
2.50
1,118,179
101,080
2.75
1,152,260
103,950
3.00
1,186,314
106,821
EC
R
E
D
2.75
40.00
E
RES
61,903
462,177
2.50
35.00
RVA
DOS
89
L (AB)
15.00
20.00
25.00
Sep. (AB)
4-B3
MOMENTO
CORTE
1.75
102,374
28,202
2.00
107,982
29,622
2.25
111,956
30,611
2.50
115,904
31,598
2.75
119,827
32,582
3.00
123,727
33,562
1.75
191,627
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2.75
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3.00
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1.75
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2.00
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2.25
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2.50
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2.75
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3.00
452,461
1.75
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2.00
30.00
2.25
45.00
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HOS
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3.00
662,426
77,256
1.75
584,641
68,197
2.00
606,120
70,501
2.25
627,606
72,803
2.50
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2.75
670,465
77,403
3.00
691,793
79,701
1.75
768,448
78,453
2.00
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2.25
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2.50
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3.00
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2.50
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3.00
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EC
R
E
D
2.75
40.00
E
RES
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463,869
2.50
35.00
RVA
DOS
90
L (AB)
15.00
20.00
25.00
Sep. (AB)
80 Ton.
MOMENTO
CORTE
1.75
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40,192
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2.25
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42,588
2.50
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43,576
2.75
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3.00
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45,542
1.75
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2.00
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2.25
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2.50
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2.75
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3.00
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2.00
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2.25
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2.50
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3.00
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30.00
2.25
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HOS
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1.75
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2.00
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2.75
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3.00
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95,650
1.75
896,000
95,917
2.00
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2.50
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2.75
1,003,120
105,600
3.00
1,029,954
108,043
1.75
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109,409
2.00
1,197,205
112,153
2.25
1,230,964
114,898
2.50
1,264,784
117,647
2.75
1,298,628
120,403
3.00
1,332,471
123,166
EC
R
E
D
2.75
40.00
E
RES
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546,570
2.50
35.00
RVA
DOS
91
L (AB)
15.00
20.00
25.00
Sep. (AB)
MEXICO
MOMENTO
CORTE
1.75
110,450
31,472
2.00
116,279
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2.25
120,380
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2.50
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34,878
2.75
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3.00
132,424
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1.75
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2.00
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1.75
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2.00
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2.50
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3.00
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2.00
30.00
2.25
45.00
505,623
HOS
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3.00
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1.75
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2.75
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3.00
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2.50
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2.75
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3.00
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2.00
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2.75
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114,582
3.00
1,295,508
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EC
R
E
D
2.75
40.00
E
RES
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520,807
2.50
35.00
RVA
DOS
92
L (AB)
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20.00
25.00
Sep. (AB)
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MOMENTO
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40,001
2.50
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2.75
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3.00
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2.00
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45,603
2.25
238,590
49,549
2.50
257,260
53,492
2.75
275,905
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3.00
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1.75
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2.00
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51,192
2.25
338,573
55,497
2.50
364,506
59,798
2.75
390,411
64,097
3.00
516,111
1.75
470,698
63,633
504,615
68,269
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572,357
77,534
3.00
741,200
90,346
1.75
586,501
67,725
2.00
629,624
72,753
2.25
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2.50
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2.75
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87,820
3.00
801,831
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1.75
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2.00
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2.25
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2.50
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93,443
2.75
978,678
98,776
3.00
1,031,150
104,108
1.75
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2.00
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95,769
2.25
1,133,932
101,418
2.50
1,196,679
107,065
2.75
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112,710
3.00
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2.25
45.00
HOS
EC
R
E
D
2.75
40.00
RVA
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2.50
35.00
DOS
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2.00
30.00
CORTE
1.75
E
RES
93
L (AB)
15.00
20.00
25.00
Sep. (AB)
AASHTO más 20% (Puntual)
MOMENTO
CORTE
1.75
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2.00
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2.25
143,288
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2.50
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44,659
2.75
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48,295
3.00
180,569
51,929
1.75
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42,421
2.00
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2.25
243,004
50,535
2.50
262,165
54,587
2.75
281,300
58,637
3.00
384,207
69,957
1.75
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2.00
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52,026
2.25
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2.50
370,486
60,840
2.75
396,989
65,243
3.00
523,286
1.75
59,690
476,217
64,422
510,824
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73,889
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3.00
749,478
91,529
1.75
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2.00
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2.25
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2.50
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2.75
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3.00
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1.75
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2.00
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2.25
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2.50
934,557
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2.75
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99,747
3.00
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105,167
1.75
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2.00
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2.25
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2.50
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107,902
2.75
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3.00
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2.25
2.75
40.00
45.00
HOS
EC
R
E
D
2.50
35.00
RVA
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2.00
30.00
DOS
E
RES
94
L (AB)
15.00
20.00
25.00
Sep. (AB)
AASHTO (Distribuida)
MOMENTO
CORTE
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2.00
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2.25
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2.50
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2.75
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3.00
129,741
33,784
1.75
164,622
32,421
2.00
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35,051
2.25
191,588
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2.75
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1.75
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2.00
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41,715
2.25
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2.75
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3.00
443,643
1.75
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419,987
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447,566
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502,630
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3.00
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1.75
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2.00
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2.25
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2.50
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2.75
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3.00
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1.75
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2.75
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3.00
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2.25
2.75
40.00
45.00
HOS
EC
R
E
D
2.50
35.00
RVA
61,290
392,437
2.00
30.00
DOS
E
RES
95
L (AB)
15.00
20.00
25.00
Sep. (AB)
AASHTO más 20% (Distribuida)
MOMENTO
CORTE
1.75
93,049
24,310
2.00
103,762
27,101
2.25
112,853
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2.50
121,921
31,816
2.75
130,966
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3.00
139,989
36,517
1.75
173,833
34,264
2.00
188,642
37,156
2.25
203,430
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2.50
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2.75
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3.00
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1.75
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40,684
2.00
279,231
44,103
2.25
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47,522
2.50
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50,937
2.75
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54,350
3.00
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1.75
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470,110
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500,164
65,983
530,184
69,922
3.00
695,193
82,042
1.75
566,175
64,325
2.00
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68,867
2.25
646,591
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2.50
686,758
77,943
2.75
726,891
82,478
3.00
766,987
87,007
1.75
758,724
75,515
2.00
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80,582
2.25
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2.50
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2.75
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1.75
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2.25
1,140,137
100,908
2.50
1,203,573
106,498
2.75
1,266,979
112,087
3.00
1,330,350
117,673
2.25
2.75
40.00
45.00
HOS
EC
R
E
D
2.50
35.00
RVA
64,873
409,971
2.00
30.00
DOS
E
RES
96
L (AB)
Sep. (AB)
LRFD
MOMENTO
15.00
20.00
25.00
144,069
40,479
2.00
162,070
45,580
2.25
178,450
50,249
2.50
194,807
54,914
2.75
211,140
59,576
3.00
227,452
64,235
1.75
247,231
50,865
2.00
272,526
56,130
2.25
297,799
61,391
2.50
323,049
66,650
2.75
348,273
71,906
3.00
457,268
84,432
1.75
351,946
57,337
2.00
387,257
63,135
2.25
422,546
68,933
2.50
457,810
74,727
2.75
493,045
80,518
3.00
628,075
1.75
2.00
30.00
2.25
2.75
40.00
45.00
HOS
EC
R
E
D
2.50
35.00
CORTE
1.75
DOS
RVA
E
RES
93,421
524,481
70,690
570,894
76,993
617,336
83,298
663,748
89,602
710,127
95,903
3.00
891,494
110,385
1.75
699,631
80,654
2.00
758,916
87,529
2.25
818,177
94,401
2.50
877,409
101,270
2.75
936,608
108,137
3.00
995,768
114,999
1.75
910,163
91,594
2.00
982,993
98,959
2.25
1,055,801
106,323
2.50
1,128,581
113,684
2.75
1,201,329
121,042
3.00
1,274,043
128,398
1.75
1,181,710
105,526
2.00
1,269,267
113,379
2.25
1,356,803
121,229
2.50
1,444,313
129,077
2.75
1,531,793
136,923
3.00
1,619,238
144,768
97
M OM ENTOS (K *m )
98
-400,000
100,000
600,000
1,100,000
1,600,000
2,100,000
2,600,000
0
5
10
15
MOMENTO vs. LONGITUD S=1.75 m.
25
30
LONGITUD DEL PUENTE (m)
20
EC
R
E
D
E
R
S
HO
35
S
O
D
VA
R
E
S
40
45
50
LRFD
AASHTO ""W"" F=1.20
AASHTO ""W"" F=1.00
AASHTO "P" F=1.20
AASHTO "P" F=1.00
MEXICO
80 Ton.
4-B3
4-4
3-4
3S3
4 EJES
M O M E N T O S (K *m )
99
-400,000
100,000
0
5
10
15
25
30
LONGITUD DEL PUENTE (m)
20
EC
R
E
D
600,000
1,100,000
1,600,000
2,100,000
2,600,000
35
MOMENTO vs. LONGITUD S=2.00 m.
E
R
S
HO
S
O
D
VA
R
E
S
40
45
50
LRFD
AASHTO ""W"" F=1.20
AASHTO ""W"" F=1.00
AASHTO "P" F=1.20
AASHTO "P" F=1.00
MEXICO
80 Ton.
4-B3
4-4
3-4
3S3
4 EJES
MOMENTOS (K*m )
100
-400,000
100,000
600,000
1,100,000
1,600,000
2,100,000
2,600,000
0
5
10
15
25
30
LONGITUD DEL PUENTE (m)
20
35
MOMENTO vs. LONGITUD S=2.25 m.
EC
R
E
D
E
R
S
HO
S
O
D
VA
R
E
S
40
45
50
LRFD
AASHTO ""W"" F=1.20
AASHTO ""W"" F=1.00
AASHTO "P" F=1.20
AASHTO "P" F=1.00
MEXICO
80 Ton.
4-B3
4-4
3-4
3S3
4 EJES
MOMENTOS (K*m)
101
-400,000
100,000
600,000
1,100,000
1,600,000
2,100,000
2,600,000
0
5
10
15
25
30
LONGITUD DEL PUENTE (m)
20
35
MOMENTO vs. LONGITUD S=2.50 m.
EC
R
E
D
E
R
S
HO
S
O
D
VA
R
E
S
40
45
50
LRFD
AASHTO ""W"" F=1.20
AASHTO ""W"" F=1.00
AASHTO "P" F=1.20
AASHTO "P" F=1.00
MEXICO
80 Ton.
4-B3
4-4
3-4
3S3
4 EJES
MOMENTOS (K*m)
102
-400,000
100,000
600,000
1,100,000
1,600,000
2,100,000
2,600,000
0
5
10
15
25
LONGITUD DEL PUENTE (m)
20
30
35
MOMENTO vs. LONGITUD S=2.75 m.
EC
R
E
D
E
R
S
HO
S
O
D
VA
R
E
S
40
45
50
LRFD
AASHTO ""W"" F=1.20
AASHTO ""W"" F=1.00
AASHTO "P" F=1.20
AASHTO "P" F=1.00
MEXICO
80 Ton.
4-B3
4-4
3-4
3S3
4 EJES
MOMENTOS (K*m)
103
-400,000
100,000
600,000
1,100,000
1,600,000
2,100,000
2,600,000
0
5
10
15
25
LONGITUD DEL PUENTE (m)
20
30
35
MOMENTO vs. LONGITUD S=3.00 m.
EC
R
E
D
E
R
S
HO
S
O
D
VA
R
E
S
40
45
50
LRFD
AASHTO ""W"" F=1.20
AASHTO ""W"" F=1.00
AASHTO "P" F=1.20
AASHTO "P" F=1.00
MEXICO
80 Ton.
4-B3
4-4
3-4
3S3
4 EJES
CORTES (K)
104
-15,000 0
35,000
85,000
135,000
185,000
235,000
5
10
15
25
LONGITUD DEL PUENTE (m)
20
30
35
CORTES vs. LONGITUD S=1.75 m.
EC
R
E
D
E
R
S
HO
S
O
D
VA
R
E
S
40
45
50
LRFD
AASHTO ""W"" F=1.20
AASHTO ""W"" F=1.00
AASHTO "P" F=1.20
AASHTO "P" F=1.00
MEXICO
80 Ton.
4-B3
4-4
3-4
3S3
4 EJES
CORTES (K)
105
-15,000 0
35,000
85,000
135,000
185,000
235,000
5
10
15
25
LONGITUD DEL PUENTE (m)
20
30
35
CORTES vs. LONGITUD S=2.00 m.
EC
R
E
D
E
R
S
HO
S
O
D
VA
R
E
S
40
45
50
LRFD
AASHTO ""W"" F=1.20
AASHTO ""W"" F=1.00
AASHTO "P" F=1.20
AASHTO "P" F=1.00
MEXICO
80 Ton.
4-B3
4-4
3-4
3S3
4 EJES
CORTES (K)
106
-15,000 0
35,000
85,000
135,000
185,000
235,000
5
10
15
25
LONGITUD DEL PUENTE (m)
20
30
35
CORTES vs. LONGITUD S=2.25 m.
EC
R
E
D
E
R
S
HO
S
O
D
VA
R
E
S
40
45
50
LRFD
AASHTO ""W"" F=1.20
AASHTO ""W"" F=1.00
AASHTO "P" F=1.20
AASHTO "P" F=1.00
MEXICO
80 Ton.
4-B3
4-4
3-4
3S3
4 EJES
CORTES (K)
107
-15,000 0
35,000
85,000
135,000
185,000
235,000
5
10
15
25
LONGITUD DEL PUENTE (m)
20
30
35
CORTES vs. LONGITUD S=2.50 m.
EC
R
E
D
E
R
S
HO
S
O
D
VA
R
E
S
40
45
50
LRFD
AASHTO ""W"" F=1.20
AASHTO ""W"" F=1.00
AASHTO "P" F=1.20
AASHTO "P" F=1.00
MEXICO
80 Ton.
4-B3
4-4
3-4
3S3
4 EJES
CORTES (K)
108
-15,000 0
35,000
85,000
135,000
185,000
235,000
5
10
15
25
LONGITUD DEL PUENTE (m)
20
30
35
CORTES vs. LONGITUD S=2.75 m.
EC
R
E
D
E
R
S
HO
S
O
D
VA
R
E
S
40
45
50
LRFD
AASHTO ""W"" F=1.20
AASHTO ""W"" F=1.00
AASHTO "P" F=1.20
AASHTO "P" F=1.00
MEXICO
80 Ton.
4-B3
4-4
3-4
3S3
4 EJES
CORTES (K)
109
-15,000 0
35,000
85,000
135,000
185,000
235,000
5
10
15
25
30
LONGITUD DEL PUENTE (m)
20
35
CORTES vs. LONGITUD S=3.00 m.
EC
R
E
D
E
R
S
HO
S
O
D
VA
R
E
S
40
45
50
LRFD
AASHTO ""W"" F=1.20
AASHTO ""W"" F=1.00
AASHTO "P" F=1.20
AASHTO "P" F=1.00
MEXICO
80 Ton.
4-B3
4-4
3-4
3S3
4 EJES
Conclusiones
CONCLUSIONES
•
Todos los vehículos especificados por la norma COVENIN 614-87 (4
ejes, 3S3 de 48 Ton, 3-4, 4-4, 4-B3) generan solicitaciones iguales o
inferiores a las consideradas por la norma AASHTO ASD-LFD más
un incremento del 20%.
•
El camión 3S3 de 80 Ton no especificado por la norma peri
S
O
D
VA
R
E
S
representativo de las sobrecargas reales en nuestras carreteras,
E
R
S
HO
produce solicitaciones que superan las especificadas por AASHTO
EC
R
E
D
ASD-LFD. Sucede igual con el camión de referencia indicado en las
normas Mexicanas que si bien genera solicitaciones ligeramente
inferiores al camión 3S3 de 80 Ton, supera las solicitaciones del
camión AASHTO ASD-LFD.
•
La norma AASHTO ASD-LFD incrementada en un 20% no es
suficiente para diseñar adecuadamente puentes de cualquier
longitud cuando se espera que por el pasen camiones 3S3 de 80
Ton como los que rutinariamente usan las empresas de carbón en el
Estado Zulia.
111
Conclusiones
•
La norma AASHTO LRFD propone un camión virtual actualizado
(HL-93) cuya exigencia es superior a todos los camiones estudiados
en esta investigación.
S
O
D
VA
R
E
S
EC
R
E
D
E
R
S
HO
112
Recomendaciones
RECOMENDACIONES
•
En puentes donde se espera que pasen vehículos similares al 3S3
de 80 Ton de común uso en nuestra región, se recomienda utilizar el
procedimiento utilizado en esta investigación para determinar las
solicitaciones de diseño, en lugar de usar el camión AASHTO ASDLFD aumentado en un 20% tal como lo especifica el MTC
actualmente.
•
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
La autoridad competente debe realizar estudios serios en relación a
EC
R
E
D
las sobrecargas y los excesos de carga a los cuales se ven
sometidas nuestras carreteras y puentes a objeto de definir un
vehículo virtual que represente las solicitaciones reales para el
diseño de la infraestructura de puentes en Venezuela.
•
Tomando en consideración que en Estados Unidos han adoptado a
partir del año 2007 como norma para diseño de puentes la AASHTOLRFD con su vehículo HL-93, derogando definitivamente la norma
AASHTO ASD-LFD, es necesario que en Venezuela demos un paso
114
Recomendaciones
adelante en este sentido y actualicemos nuestra normativa en
relación a este tema.
S
O
D
VA
R
E
S
EC
R
E
D
E
R
S
HO
115
Bibliografía
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PESOS
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