PUENTES Y ALCANTARILLAS

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1 PUENTES Y ALCANTARILLAS
CONTENIDO: CARGAS EN PUENTES. DIFERENTES TIPOS. CARGAS EN PUENTES DE CARRETERAS. CARGAS EN PUENTES DE FERROCARRIL. COMBINACIONES. ESTADOS LÍMITES. BIBLIOGRAFÍA: PUENTES TOMO I PÁG. 134 NOTAS DE CLASES

2 TIPOS CARGAS EN PUENTES
DE CARÁCTER PERMANENTE DE CARÁCTER ACCIDENTAL OTRAS CARGAS

3 ACCIONES DE CARÁCTER PERMANENTE
Carga Permanente. Presión y empuje debido al peso del relleno. Acción de la fuerza de pretensado. Presión de la corriente de agua. Acción debida a la retracción. Acción producida por asientos del suelo.

4 ACCIONES DE CARÁCTER ACCIDENTAL
Cargas accidentales móviles y sus acciones Para los puentes de autopistas, carreteras y urbanos el diseño se deberá realizar con el vehículo MS-32 y con el vehículo NK-80. La carga MS-32 se permite considerarla como un solo camión tipo en el tramo analizado o una carga de carril o carga distribuida sustitutiva que incluye una carga concentrada para el cálculo de momento y una concentrada para el cálculo de cortante.

5 No. Características principales Unidad de medida MS-32 1 Peso del vehículo kN 326.30 2 Peso por eje eje delantero eje tanden intermedio eje tanden trasero 36.30 145.00 3 Ancho del neumático delantero trasero m 0.25 0.50 4 Longitud del área de contacto del neumático con el pavimento 0.20 5 Distancia entre eje delantero e intermedio Distancia entre eje intermedio y trasero 4.30 Variable 6 Ancho nominal del vehículo 3.00 7 Distancia entre ejes de ruedas transversalmente 1.80 NOTA: se considera un camión tractor con semiremolque

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8 COLOCACIÓN DEL VEHÍCULO MS-32 Colocación transversal
Se realizará en todo el ancho útil de la calzada situando cualquier número de vehículos (camión MS-32) o carga de carril o carga distribuida sustitutiva, paralelos al eje del puente y en el mismo sentido de circulación longitudinal, con el objetivo de obtener los efectos más desfavorables. No se colocarán al mismo tiempo el vehículo MS-32 y la carga de carril distribuida sustitutiva, se ubicación se realizará de forma alternativa, tomándose la solicitación mayor del resultado de la aplicación por separado de cada una de ellas en su valor característico. La distancia transversal entre los ejes de vehículos contiguos circulando en la misma dirección, no podrá ser menor que m; la misma consideración se efectuará para la carga de carril o carga de carril distribuida sustitutiva, esta distancia podrá ser aumentada con el objetivo de obtener los efectos más desfavorables. La distancia transversal de un eje al borde interior de la guarnición no deberá ser menor de m, para los puentes de losa deberá de disminuirse esta distancia hasta 0.30m.

9 COLOCACIÓN DEL VEHÍCULO MS-32 Colocación longitudinal
Se deberá colocar un vehículo por carril de circulación en el mismo sentido, o la carga de carril distribuida sustitutiva, con los valores de carga concentrada de momento y cortante según la solicitación que se desea determinar. No se puede aplicar más de una carga concentrada de momento. La carga de carril distribuida sustitutiva, se permite no aplicarla de forma continua, cargando de esta manera sólo los tramos de igual signo en las líneas de influencia. Las cargas concentradas de cortante se permite aplicar más de una con el objetivo de obtener la solicitación más desfavorable, estas se aplicarán en los tramos de igual signo en las líneas de influencia. Se deberá aplicar una reducción al camión MS-32 y a la carga de carril o carga distribuida sustitutiva, debido a la probabilidad de presencia simultánea de vehículos en todas las sendas, la que disminuye a medida que aumenta el número de sendas de cargadas. Los valores de reducción se indican en la Tabla 4.5

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11 Carga de carril distribuida sustitutiva.
Se tendrá que aplicar alternativamente a las cargas de los vehículos MS-32 y la carga de carril distribuida sustitutiva con valores de fuerzas concentradas para momento y cortante según valores indicados. La aplicación de la carga distribuida más las concentradas deberá realizarse alternativamente al vehículo correspondiente, adoptándose como solicitación de cálculo el mayor de los valores obtenidos que resulte de la aplicación alternativa entre el vehículo tipo y su carga distribuida correspondiente.

12 COEFICIENTE DINÁMICO (CD)
El coeficiente dinámico o de impacto, no será nunca menor que uno, adoptándose de acuerdo a la fórmula y afectará por igual al camión MS-32 y a la carga de carril distribuida sustitutiva, según la fórmula 1:

13 CONSIDERACIONES SOBRE EL COEFICIENTE DINÁMICO
Para el cálculo de las losas de tablero en la dirección transversal al eje de la vía, se deberá tomar como valor de coeficiente dinámico 1.3. En los puentes mixtos de carretera y ferrocarril, se tomará cada carga accidental móvil vertical afectada por su respectivo coeficiente dinámico. No se tomará consideración el coeficiente dinámico o de impacto (CD) en los casos siguientes: superestructuras de arco de hormigón armado, hormigón en masa, mampostería, con tímpanos de relleno. En los apoyos de hormigón en masa. Análisis y diseño de cimentaciones. Cuando el espesor de relleno incluido el pavimento sea mayor o igual a 0.60m. Acción de empuje de tierras debido a cargas accidentales móviles. Al vehículo NK-80 y sus acciones.

14 Datos principales del vehículo excepcional NK-80

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16 COLOCACIÓN DEL VEHÍCULO NK-80 Colocación transversal
Se realizará en cualquier posición del ancho útil de la calzada, paralelo al eje del puente. En posición tal que genere los efectos más desfavorables. No se admite la circulación simultánea con el vehículo MS-32 y la carga de carril distribuida sustitutiva que se establece en la presente norma. La distancia transversal de un eje al borde interior de la guarnición no deberá ser menor de m.

17 COLOCACIÓN DEL VEHÍCULO NK- 80 Colocación longitudinal
Se deberá colocar el vehículo en la posición longitudinal que genere las solicitaciones más desfavorables. No se admite carga de carril distribuida sustitutiva para el vehículo NK-80. Se deberán aplicar las siguientes

18 CONSIDERACIONES PARA LA CARGA NK-80.
No se le considerará acción dinámica o de impacto. No se considerará en los cálculos de fatiga. En los cálculos correspondientes al estado límite de utilización como último se combinará de la misma manera que el vehículo MS-32 o la carga de carril distribuida sustitutiva. Ver tabla 8.3C y 8.3D. ANEXO 1

19 Fuerza centrífuga Los puentes ubicados en curvas horizontales del trazado de la vía, deberán ser capaces de soportar la fuerza centrífuga que genera la carga vertical móvil que transita a la velocidad de diseño. Se habrá de determinar la fuerza centrifuga para puentes en curvas de radio menores o iguales a m para cada senda de tránsito, mediante la fórmula:

20 IMPACTOS HORIZONTALES
La acción debida a los impactos horizontales transversales de la carga accidental móvil deberá considerarse con los siguientes valores: Para el vehículo MS-32: se considerará una carga uniformemente distribuida a lo largo de la longitud del tramo del elemento analizado, actuando sobre él contén o acera, con valor de 7.5 kN/m a 0.25 m sobre el nivel de la rasante, en caso de la acera o contén posean una altura menor a 0.25 m se considerará al tope de los mismos. Ver Figura 4.4 Para el NK-80 50kN aplicado en el centro del vano a nivel de la rasante .

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22 Acción longitudinal debido al frenado o arranque de los vehículos

23 CARGAS Y COMBINACIONES
PP: Peso propio de la estructura y sus accesorios. ER: Presión y empuje debido al peso del relleno. AP: Acción de la fuerza de pretensado. PH: Presión hidrodinámica debida a la corriente de agua. AR: Acción debida a la retracción del hormigón. AS: Acción producida por asientos de apoyo del suelo. CA: Acción vertical debido a las cargas accidentales móviles. EA: Presión y empuje de terreno por la presencia de la carga accidental móvil. FC: Fuerza centrifuga. IH: Impactos horizontales transversales. FF: Acción longitudinal debido al frenado o arranque de los vehículos. VE: Carga de viento en la estructura. VA: Carga de viento sobre la carga accidental móvil. EE: Carga debida al empuje de embarcaciones. AT: Acciones producidas por la variación de temperatura. AF: Acción por la fricción en los aparatos de apoyo. QS: Carga sísmica. CC: Cargas de construcción.

24 S: solicitación de diseño, resultante de la combinación pésima en el elemento analizado.
N: factor que relaciona a la ductilidad, redundancia e importancia opresiva. βi: factor de ponderación de las solicitaciones. Qi: solicitaciones características debido a las cargas. El factor que relaciona a la ductilidad, redundancia e importancia operativa N = ND·NR·Ni > 0.95 donde: ND:factor relacionado con la ductilidad. NR:factor que se refiere a la redundancia. Ni: factor que se refiere a la importancia operacional.

25 N Valores y características. Estado Límite ND 1.05 elementos y conexiones no dúctiles. 0.95 elementos y conexiones dúctiles. 1.00 todo tipo de elemento. Último Utilización, fatiga. NR 1.05 elemento no redundantes. 0.95 elemento redundantes. Ni 1.05 gran importancia. 0.95 importancia intermedia . 1.00 obras temporales. NOTA: Elemento y conexión dúctil: proveen disipación de energía sin perdida de capacidad o suficiente resistencia como para asegurar que ocurra respuesta inelástica en los lugares designados para proveer ductilidad. Elemento no redundante: elemento cuyo fallo cuyo fallo causaría el colapso total del puente. Gran importancia operativa: puentes de gran importancia por requerimientos sociales, de supervivencia, seguridad y defensa.

26 ACCIONES DE CARACTER ACCIDENTAL
VALORES DE βi No. CARGAS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 TIPO DE ACCION ACCIONES DE CARACTER PERMANENTE ACCIONES DE CARACTER ACCIDENTAL ACCIONES DE OTRO TIPO NOMENCLATURA PP ER AP PH AR AS CA EA FC IH FF VE VA EE AT AF QS CC E S TADO L IMI T U IMO COMB I NAC ONE M 1.5 1.67 1.40 O II 2.20 III 1.50 1.10 IV 1.20*1 1.20 V VI VII 1.00 VIII IX X XI 1.30 XII XIII XIV OBSERVACIONES: La combinación II se aplicará tanto en puentes como alcantarillas. M: depende del tipo de material y elemento. Ver tabla 8.3E. *1: no se considera viento extremo. Los valores de la columna CA se multiplicarán por el coeficiente dinámico y por el de uso. Los demás valores no se afectan por estos coeficientes.

27 CARGAS ACCIDENTALES EN PUENTES DE FERROCARRIL
Donde: e: : Luz de cálculo : Factor que relaciona la posición del vértice de la línea de influencia con la luz de cálculo.  = (a/) CARGAS ACCIDENTALES EN PUENTES DE FERROCARRIL Para el diseño de puentes de ferrocarril se utilizará la carga C-10, en la que el valor de C significa la clase de carga y 10 significa el coeficiente multiplicador de tonelaje. Para el caso de puentes cubanos el valor de C se toma como 2.5, por lo que la carga por ele para el tren C-10 será de 25t (250kN). Para su utilización se utiliza una carga equivalente igual a:

28 a 

29 Tabla 4.4 Valores de aplicación de la carga equivalente
  1.5m 1.5m    50m   50m 0.5 Q = 250kN q q = 100kN/m 1.5m    50m --- Interpolar ente q y 100kN/m La carga vertical del equipo rodante vacío es de 10 kN/m por metro de vía.

30 Acción longitudinal debido al frenado o arranques
La misma se considera aplicada a 2.00m por encima de la cabeza del rail como carga uniformemente distribuida.

31 Coeficiente dinámico o de impacto
a) Para todos los elementos de acero de la superestructura, incluyendo aquellos de estructuras mixtas de hormigón y acero, así como en los cabezales y pórticos de columnas, incluidos sus arriostramientos, de tablero superior o inferior:

32 Coeficiente dinámico o de impacto
b) Para los elementos de hormigón armado y pretensado de las superestructuras de puentes de losas, vigas, pórticos, incluyendo además los tímpanos de arcos aligerados y para las subestructuras(cabezales y columnas), con vía apoyada sobre una capa de balasto de 0.25 m (que es el mínimo), medida desde el asiento de la traviesa:

33 Impactos horizontales transversales.
Este efecto producido por la carga accidental móvil transversal, se origina por el golpeo contra la cabeza del rail. Esta acción tiene una magnitud de 0.6K (kN/m) uniformemente distribuida horizontal a todo lo largo del tramo. Se expresa a través de la siguiente fórmula: donde: S: Carga debida al bamboleo (kN/m). K: Clase de la carga del equipo rodante = 100kN

34 Coeficiente de reducción de las acciones debido a la intensidad de tránsito.
Cantidad de carriles Ψ 1 1.0 2 0.9 3 0.8 Nota: El número de vías ferroviarias mayor de 3, no se cargan simultáneamente. La presencia simultánea de vías cargadas en los puentes ha sido investigada, llegándose a la conclusión que existen dos factores determinantes: La categoría de la vía, expresada por la intensidad de tráfico. Cuando la longitud cargada sea mayor que m.

35 Fuerza Centrífuga Se puede aceptar esta fuerza como uniformemente distribuida por metro lineal de carril de circulación, teniendo un carácter horizontal transversal, aplicada a 2.00m sobre la cabeza del rail. La fórmula para su determinación es la siguiente:

36 CARGAS Y COMBINACIONES
PP: Peso propio de la estructura y sus accesorios. AP: Acción de la fuerza de pretensado. AR: Acción debida a la retracción del hormigón. AS: Acción producida por asientos de apoyo del suelo. AT: Acciones producidas por la variación de temperatura. PH: Presión debido a la corriente de agua. CA: Acción vertical debido a las cargas accidentales móviles. EA: Presión y empuje de terreno por la presencia de la carga accidental móvil. EE: Carga debida al empuje de embarcaciones. ER: Presión y empuje debido al peso del relleno. FC: Fuerza centrífuga. FF: Acción longitudinal debido al frenado o arranque de los vehículos. IH: Impactos horizontales. QS: Carga sísmica. VA: Carga de viento sobre la carga accidental móvil. VE: Carga de viento en la estructura. CC: Cargas de construcción. AF: Acción por la fricción en los aparatos de apoyo.

37 COMBINACIONES Donde SCP: solicitación característica permanente.
SCA: solicitación característica accidental SOC: solicitación característica debido a otras cargas. c: coeficientes de probabilidad de acción simultanea. S1: coeficientes de derivación de las cargas características. S2: coeficientes de derivación por condiciones de trabajo y constructibilidad.

38 Tabla 4.6: Valores de S1: coeficientes de derivación de
las cargas características. 0    50 50   CARGA C-10  1.15 MATERIAL RODANTE VACIO 1 ALCANTARILLAS 1.3

39 Tabla 4.7: Valores de C: COMBINACIÓN VALORES PRINCIPAL 1.0 SECUNDARIA 0.8 ESPECIAL 0.9