DISEÑO DE PUENTES DOVELADOS SEGÚN AASHTO LRFD BRIDGE TRABAJO DE TITULACION DISEÑO DE DOVELAS CON TENSADO EXTERIOR Y JUNTA SECA, PARA PUENTES CARRETEROS. Departamento de Ingeniería en Obras Civiles DISEÑO DE PUENTES DOVELADOS SEGÚN AASHTO LRFD BRIDGE OBJETIVOS El objetivo fundamental de este trabajo es dar a conocer el comportamiento estructural de los puentes de dovelas de hormigón con pretensado exterior y junta seca. Comprender el comportamiento de este tipo de estructura permitirá compararla a otras más clásicas y, por tanto, más estudiadas, como lo es el puente Limarí. La comparación será de tipo económica para poder determinar la factibilidad de construcción de este tipo de puentes Los puentes deberán ser diseñados teniendo en cuenta los Estados Limites que se especifican en la AASHTO LRFD Bridge, para cumplir con los objetivos de constructibilidad, seguridad y serviciabilidad, así como la debida consideración en lo que se refiere a inspección económica y estética. La ecuación (1) deberá cumplirse para todos los efectos de fuerza y combinaciones especificadas sin tener en cuenta el tipo de análisis usado. La ecuación (1) base del método LRFD Se consideraron las combinaciones propuestas por la AASHTO para el diseño de la superestructura donde el análisis fue realizado para : 5 Estados de Resistencia 2 Estados de Evento Extremo 3 Estados de Servicio 1 Estado de Fatiga Figura 1 Long Key Bridge, Florida E.E.U.U. CONCLUSIONES De acuerdo a los resultados obtenidos, el Estado de Resistencia I condiciona el dimensionamiento del tensado, debido a que presenta el estado de carga más desfavorable para el diseño. El dimensionamiento de las dovelas conduce a un estado tensional, en el que no aparecen tensiones significativas en el hormigón salvo en las zonas de anclajes. Estas estructuras son muy sensibles a la cuantía de pretensado dispuesto, de tal manera que incrementos en el acero de pretensado en un 5% ó un 10% permiten aumentar la seguridad de la estructura, debido a que ésta queda completamente en compresión para el estado de carga más desfavorable. Para el cálculo estructural, considerando 250 cables (descrito anteriormente), después de las pérdidas totales en el Estado de Resistencia I, la zona superior queda en compresión sin sobrepasar el estado de resistencia a compresión del hormigón. En la zona inferior se obtienen tracciones que no superan la sugerida por la AASHTO (32 kg7cm2). Es pertinente considerar que pueden existir cargas eventuales como camiones de dimensiones y tonelaje mayores que el de diseño. Por lo tanto si se incrementa en un 10% el número de cables (275), el estado final de tensiones queda totalmente en compresión. La existencia de llaves conjugadas aumenta la resistencia de la junta. La formulación propugnada por la AASHTO se define como la más eficaz a la hora de evaluar esta resistencia. La AASHTO aprovecha todas las compresiones existentes en las losas para transmitir corte. Además propone la fórmula del profesor Breen separando el corte que la junta es capaz de transmitir por las llaves y el corte que es capaz de transmitir por la superficie lisa entre llaves. Las juntas del centro de la luz siempre están sometidas a cortes débiles y las juntas en los apoyos permanecen siempre cerradas para las solicitaciones de diseño. La experiencia en Chile en construcción de estructuras segmentadas (viaductos en base a dovelas) es única y actual, donde los costos asociados a ellas son mayores a los tradicionales (vigas pre y postensadas) por la implementación de este tipo de tecnología. Hay que considerar que el diseño propuesto en esta memoria tiene ventajas económicas en la fabricación de la dovela, debido a que no posee ductos interiores que choquen con la armadura pasiva y dificulte el diseño y construcción de la dovela, permitiendo la compactación a través de vibradores de inmersión de manera más cómoda evitando la aparición de nidos piedras por acumulación de aire bajo las vainas. Si se considera el costo por tiempo de construcción tenemos que en el viaducto del Metro, la colocación de la resina requiere condiciones ambientales específicas para su polimeración; ésto implica que la colocación de la resina es una tarea engorrosa que requiere bastante tiempo y dificulta la construcción en tiempo frío generando riesgos de que la resina no cumpla su cometido, generando costos de construcción mayores a los de dovelas con junta seca. Otro factor asociado es que la losa superior de la superestructura queda operativa desde el momento que se instala el tramo, evitando el tiempo de moldaje, colocación de enfierradura, hormigonado, tiempo de curado y descimbre de la losa. Para la sola realización de un puente, la técnica de dovelas no es rentable debido al alto costo por la puesta en marcha de la planta para la construcción de solo 78 dovelas. De acuerdo a todo lo señalado se puede concluir que la técnica de dovelas puede ser factible siempre y cuando, a nivel nacional, se estandarice un tipo de dovela para la construcción de luces de 35 a 48 metros. Esto conllevaría a que las plantas de prefabricado de hormigón invirtieran en moldajes de dovelas (estándar) y así reducir los costos de la puesta en marcha de este tipo de superestructuras. Figura 2 Long Key Bridge. Disposición del tensado exterior. Figura 3 Dovela con llaves de corte RESUMEN Esta memoria aborda el tema de la construcción y diseño de puentes carreteros en base a dovelas prefabricadas y la factibilidad de su utilización en nuestro país. Actualmente, el diseño de superestructuras de puentes más usado en Chile es el que considera vigas pretensadas, fabricadas en taller o postensadas en obra. El objetivo de esta memoria es el estudio de una solución más eficaz en el tema mencionado, tanto en lo económico como en lo estructural, para conseguir un diseño que signifique ventajas claras en la materia. Inicialmente, se da a conocer el método de tensado exterior y junta seca para puentes carreteros, acompañado de antecedentes de resistencia y capacidad ultima de las juntas, considerando campañas experimentales realizadas por el “GRUPO DE PUENTES DE BARCELONA (ESPAÑA)” y estudios del comportamiento de paneles y vigas. Más adelante se dan a conocer las consideraciones de diseño de puentes dovelados con tensado exterior y junta seca según las especificaciones de diseño de la AASHTO LRFD Bridge, para el método constructivo tramo por tramo. La memoria presenta dos superestructuras con diferente geometría pero iguales longitudes de tramo (50 metros), según la norma AASHTO vigente y las consideraciones especiales del Departamento de Puentes del Ministerio de Obras Públicas. Luego se efectúa el cálculo del puente en base a dovelas y se extraen conclusiones referentes al modelo de análisis, armado de dovela y comportamiento global de este tipo de estructura, junto con su cubicación y la del puente Limarí (en base a vigas prefabricadas). Finalmente se realiza una comparación económica entre el diseño en base a dovelas y el puente Limarí. En el capítulo de conclusiones se analizan los resultados económicos. ALUMNOS: Profesor Guía: Manuel Carracedo Contador Fecha y hora de Examen de Grado: 16 de Agosto de 2005 16:30 hrs. JUAN ALBERTO CARLOS EDUARDO ALTAMIRANO LOPEZ SUAZO GRANIFO