1

Curso:

MIGUEL MOSQUEIRA MORENO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACUTAD DE INGENIERIA

PUENTESTema:

CARGAS EN LOS PUENTES SEGÚN EL MANUAL DE CONSTRUCCION DE

PUENTES - MTC

CLASIFICACIÓN

1. Cargas permanentes2. Variables3. Excepcionales

1. Cargas permanentes

• Son aquellas que actúan durante la vida útil de la estructura sin variar significativamente.– Peso propio– Cargas muertas adicionales– Empuje de tierra– Efectos de contracción de fragua– Flujo plástico– Deformaciones inducidas en la construcción– Asentamiento de apoyos.

2. Cargas variables

• Son aquellas que sufren variaciones frecuentes y significativas.– Peso de vehículos y personas– Fuerzas de frenado aceleración – Fuerza centrifugas– Fuerzas laterales de rieles.– Empuje de agua y subpresiones– Variaciones de temperatura– Acciones de sismo y acciones de viento

2

3. Cargas excepcionales

• Son aquellas cuya probabilidad de ocurrencia es muy baja.– Colisiones– Explosiones– Incendio

Cargas Permanentes

1.- PESO PROPIO Y CARGAS MUERTAS

• Peso de todo elementos estructural (losa, vigas).• Peso de elementos no estructurales (veredas,

Barandas, tuberías, ductos, etc.)

TIPO DE MATERIAL PESO VOLUMETRICO

Acero 7850 kg/m³Hierro forjado 7200 kg/m³Aluminio 2800 kg/m³Concreto ligero 1740 kg/m³Concreto normal 2400 kg/m³Concreto armado 2500 kg/m³Albañilería de ladrillo 1800 kg/m³

TIPO DE MATERIAL PESO VOLUMETRICO

Agua salada 1020 kg/m³Agua dulce 1000 kg/m³Asfalto 2200 kg/m³Arena, tierra o grava suelta, arcilla 1600 kg/m³Arena, tierra o grava compactas 1900 kg/m³Albañilería de piedra 2700 kg/m³Madera 1020 kg/m³

1.- PESO PROPIO Y CARGAS MUERTAS

3

2. EMPUJE DE TIERRAS (E)• Usada en el diseño de los estribos de un puente.

• Las presiones serán calculadas de acuerdo con los principios de la mecánica de suelos.

• El empuje no será menor que el equivalente a la presión de un fluido de 510 Kg/m³ (5kN/m³).

• Si existe tráfico a una distancia horizontal menor a la mitad de la altura. Se incrementara la sobrecarga y esta no será menor a 0.6 m de la altura de relleno.

3. DEFORMACIONES IMPUESTAS• El proyectista debe estimar la magnitud de las acciones:

– Deformaciones y esfuerzos originados por contracción de fragua o flujo plástico

Esfuerzos residuales originados por el proceso de laminado o por la soldadura de elementos de acero.

– Defectos de construcción o fabricación.

Cargas Variables

1. CARGAS DURANTE LA CONSTRUCCIÓN

• Peso de materiales y equipos requeridos durante la construcción.

• Debe preverse la ubicación de todas las cargas permanentes o temporales en cada etapa previendo posibles errores.

4

2. Cargas Vivas de Vehículos

2.1 Numero de Vías

N = w / 3.6

Donde:W = ancho de la calzada en metros

Se considera puente de 2 vías si w = 6 y 7.2 m

2.2 Cargas vivas de Diseño

• La carga viva correspondiente a cada viva será la suma de:– Camión de diseño o eje tándem (el que

produzca mayor efectos.– Sobrecarga distribuida.

• Para estado limite de fatiga solo se considera camión de diseño

• Para calculo de deflexiones se considera el camión de diseño ó la S/c distribuida + 25% del camión de diseño

a) Camión de Diseño

Ancho de Vía 3.6m

14.8 TN 14.8 TN 3.57TN

EJE Tándem

110 kN (11.2 TN)110 kN

5

b) Carga viva equivalente

W = Carga uniformemente repartida de 9.3 KN/m (970 kgf/m),

aplicada en un ancho de 3 m.

3. Área de contacto de las ruedas

• Se supone que las ruedas ejercen una presión uniforme sobre un área:– 0.5 m una dirección transversal de puente.– En la dirección longitudinal de:

I = 0.0228 PDonde:l = dimensión del área de contacto longitudinal (m) = factor de carga correspondiente a la carga viva

en la condición límite consideradaP = Carga correspondiente a una rueda (72.5 kN = 7.4T;

camión de diseño ó 55 KN = 5.6 T; eje tándem)

4. Modificación por número de vías cargadas

• Los efectos máximos de las cargas vivas serán determinadas considerando todas las posibles combinaciones de cargas vivas, multiplicado por los factores de carga.

N° de vías cargadas

Factor

1 1.2

2 1

3 0.85

4 o + 0.65

5. Ubicación de las cargas vivas

• Dirección longitudinalSerá cargado en forma continua o discontinua (el más crítico), considerando los siguientes casos:– Camión de diseño más carga distribuida– Tándem de diseño más carga distribuida– Solo para M (-) y reacciones verticales en los apoyos intermedios se

considera 90 % de S/c distribuida + 2 camiones de diseño (considerando distancia entre ejes 4.3 m y distancia entre camiones > 15 m)

6

5. Ubicación de las cargas vivas

• Dirección TransversalSerá cargado en una franja de 3 m de ancho.El camión de diseño y tándem se ubicara en la posición más desfavorable, respetando los límites:– Voladizo del tablero 0.3 m de la cara del sardinel o

baranda– El resto de elementos 0.6 m del borde de la vía cargada.

6. Fatiga

• Para su cálculo se considera la carga vertical de un solo camión de diseño con una distancia de sus ejes (de 145 kN) de 9 m.

• La frecuencia de la carga de fatiga se calculara teniendo en cuenta el volumen de trafico promedio a lo largo de la vida útil de puente.

7. Efectos dinámicos

• Excepto para estructuras enterradas y de madera las cargas vivas (camión o tándem) se incrementarán en:

Incremento Porcentaje

Elementos de unión en el tablero (todos los estados)

75 %

Estados límite de fatiga y fractura 15%

Otros estados límite 33%

No se considera incremento de carga viva en:• Veredas y puentes peatonales• Muros de contención excepto estribos• Cimentaciones y otras estructuras enteradas

Para puentes de madera y componentes de madera en puentes mixtos el efecto dinámico será el 50 % del calculado con la tabla anterior

7

8. Fuerzas Centrifugas

• En puentes de planta curva se considerarán fuerzas radiales horizontales aplicadas a 1.8m de la superficie de rodadura.

• Las fuerzas serán iguales a los pesos de cada eje del camión o del tándem multiplicados por C :

Donde:V = velocidad de diseño en km/hR = radio de la curvatura en metros

9. FUERZA DE FRENADO Y DE ACELERACION

• Se supondrán el 25% de las cargas verticales de cada uno de los ejes de los camiones o tándem sin considerar sobrecarga uniforme.

• Las fuerzas de frenado actúan horizontalmente en dirección longitudinal aplicadas a 1.8 m sobre el nivel del tablero.

10. CARGAS SOBRE VEREDAS Y SARDINELES

VEREDAS• Deberán diseñarse para soportar un sobre carga de 3,5

KN/m² (360 kg/m²)

• Se exceptúan las veredas de los puentes no urbanos cuyas veredas tengan anchos menores que 0.6 m

10. CARGAS SOBRE VEREDAS Y SARDINELES

SARDINELES• Deberán diseñarse para soportar una fuerza no menor

que 7,5 KN (760 kg) por metro de sardinel.

• La fuerza se aplica en el tope de sardinel o a una elevación de 0,25 m sobre el tablero.

8

10. CARGAS SOBRE VEREDAS Y SARDINELES• BARANDAS

Designación de FuerzaPor niveles de importancia de

PuentesPL-1 PL-2 PL-3

Ft TransversalKN 120 240 516T 12,3 24,5 52,6

Fl LongitudinalKN 40 80 173T 4,1 8,2 17,6

Fv Vertical AbajoKN 20 80 222T 2,05 8,2 22,64

Lt y Ll m 1,22 1,07 2,44Lv m 5,5 5,5 12,2He (min.) m 0,51 0,81 1,02Mínima altura del

pasamano m 0,51 0,81 1,02

Niveles de importancia

PL-1 : Primer nivel de importanciaUsado en estructuras cortas y de bajo nivel (puentes rurales y de bajo transito)

PL-2 : Segundo nivel de importanciaUsado para estructuras grandes y velocidades importantes en puentes urbanos y donde el peso de vehículos y las velocidades son las máx. tolerables

PL-3 : Tercer nivel de importanciaUsados para autopistas con radios de curvatura reducidos, pendientes fuertes y un volumen alto de vehículos pesado y con velocidades máx. tolerable

Fuerzas de diseño en veredas y barandas 11. CARGAS EN PUENTES PEATONALES

• Los puentes peatonales y ara el tráfico de bicicletas deberán ser diseñados para una carga viva uniformemente repartida de 5 KN/m² (510 kg/m²)

• El proyectista debe evaluar el posible uso de vehículos de emergencia o mantenimiento (sin amplificación dinámica)

9

12. EMPUJE DE AGUA Y SUBPRESIONES

• Presión Estática• Subpresiones• Efecto del agua en movimiento• Empuje Hidrodinámico

a) Presión EstáticaLos pilares y estribos deben ser diseñaos para soportar el empuje de agua en condiciones máximas y mínimas

b) SubpresionesSerán estimadas mediante la red de flujo .A falta de estudios la subpresión en cada punto será calculada como:

SP= h Donde = peso específicoh = altura

c) Efectos del Agua en MovimientoDirección Longitudinal.Es aquella que corresponde a la dirección del flujo, será calculada mediante:

P=0,5 CD V²Donde:P = Presión de la corriente de agua en KN/m²CD = Coeficiente de arrastre longitudinalV = Velocidad máxima del agua en m/s

• La Fuerza del movimiento del agua se calculará como el producto de la presión media por el área proyectada.

• La fuerza se ubica al 60% del tirante de agua.• Si hubiese gran cantidad de escombros se debe

hacer una evaluación mas detallada.

Coeficientes de arrastre longitudinal

Tipo de estructura CD

Pilar con extremo semicircular 0.7

Pilar con extremo plano 1.4

Pilar con extremo en ángulo agudo 0.8

Troncos u otros escombros 1.4

10

• Dirección transversal• Cuando la dirección del flujo forme un Angulo θ con la

dirección del pila se supondrá que sobre la cara lateral actuará una presión uniforme

P = 0,5 CTV2

DondeP=Presión lateral en KN/m2

CT= coeficiente de arrastre transversal V = velocidad máxima del agua en m/s

• La resultante de la fuerza transversal será el producto de la presión lateral por el área expuesta

Coeficiente de arrastre transversal

Angulo entre la dirección del flujo y la dirección longitudinal del pilar CT

0° 0

5° 0.5

10° 0.7

20° 0.9

30° o más 1

c) Empuje hidrodinámico

• Son las presiones adicionales originadas por la masa del agua al ocurrir un sismo.

• Debe ser calculada por la formula de westergard o cualquier otro procedimiento

13. VARIACIONES DE TEMPERATURALa temperatura en referencia será la del ambiente durante 48

horas antes de vaciado el concreto• Los rangos de temperatura serán:

Rangos de temperatura

Material Costa Sierra Selva

Concreto armado o pre esforzado 10° a 40 ° C -10° a 35°C 10 a 50°C

Acero 5° a 50 ° C -20° a 50°C 10 a 60°C

Madera 10° a 40 °C -10° a 35°C 10° a 50°C

11

Gradiente de temperatura (°C)

• En la superficie de concreto o de acero con tablero de concreto, se supondrá un gradiente de temperatura adicional al cambio de temperatura

Temperaturas que definen los Gradientes (°C)

RegiónSin Asfalto 5 cm Asfalto 10 cm Asfalto

T1 T2 T1 T2 T1 T2Costa 40 15 35 15 30 15Sierra 40 5 35 5 30 5Selva 50 20 45 20 40 20

14. CARGAS DE VIENTO

• La presión que ejerce el viento se supondrá proporcionales a la velocidad del viento al cuadrado.

• Para puentes de h< 10 m se supone que la velocidad del viento es constante.

• Para alturas mayores serán determinadas por:

DondeVz = velocidad del viento (km/h) a la altura zVm = velocidad de referencia (h = 10 m)Z= altura por encima del nivel del terreno o del agua (m)C, zo = constantes

Mapa de curvas eólicas

Fuente: Zapata, 2004

Valores de la constantes C, Zo

Condición Pueblos Abiertos Suburbanos Ciudad

C (km/h) 0,33 0,38 0,485

Zo (m) 0,07 0,3 0,8

12

PRESIONES HORIZONTALES SOBRE LA ESTRUCTURA

• La presión del viento será:

P= presión del viento (KN/m²)Vz = velocidad del viento (km/h) a la altura zPB = Presión básica correspondiente a una velocidad de 100 km/h

Presiones básicas correspondientes a una velocidad de 100 km/h

Componente Estructural

Presión por Barlovento

(KN/m²)

Presión por Sotavento (KN/m²)

Armaduras, Columnas y Arcos 1,5 0,75

Vigas 1,5 NA

Superficie de pisos largos 1,2 NA

Presión horizontal sobre el vehículo• Se considera como una fuerza de 1.5 KN/m ( 150 kg/m)

aplicada en dirección transversal en las partes donde sea desfavorable y a 1.8m sobre el tablero.

Presión verticalCuando no se haga un análisis preciso experimental se

considerará.• Una fuerza vertical hacia arriba uniformemente

distribuida por unidad de longitud de puente de .96 kN/m² (100 kg/m²) multiplicado por el ancho ( tablero + veredas y parapetos).

• Esta fuerza se aplica a ¼ del tablero hacia barloventoInestabilidad Aero elástica

Los efectos de fuerzas Aero elásticas deberán ser investigados por todas las estructuras con un relación peralte/luz o ancho del tablero/Luz menor que 1/30

15. Efectos sísmicos

13

CARGAS EXCEPCIONALES

• Son aquellas acciones cuya probabilidad de ocurrencia es muy baja pero que en determinadas condiciones deben ser consideradas por el proyectista.– Colisión– Explosiones– Incendio

COMBINACION DE CARGAS

14

NOTACIÓN DE CARGASNOTACIÓN DE CARGAS

FACTORES DE CARGA Y COMBINACIONES ESTADOS LÍMITES

15

ESTADOS LÍMITES

EL PROYECTO DE INGENIERA

16

Elementos básicos del proyecto

Elementos cuyo uso determina las dimensiones y características del proyecto– Normas Generales– Materiales

Información de la ingeniería Básica

• Estudios Topográficos• Estudios de Hidrología e Hidráulica• Estudios Geológicos y Geotécnicos• Estudios de Riesgo Símico• Estudio de Impacto Ambiental• Estudio de Tráfico• Estudio de Trazo de la vía• Estudio de alternativa de anteproyecto

Elementos Básicos del Proyecto

• Definición• Normas Generales• Materiales• Geometría• Señalización

PRESENTACIÓN DEL PROYECTO

• Memoria descriptiva y Justificación• Memoria de cálculo• Planos• Especificaciones Particulares• Metrados

17

Memoria de cálculo• Descripción de la estructura• Hipótesis de cálculo• Norma de referencia• Dimensionamiento• Cálculo de las solicitaciones• Croquis de detalles• Bibliografía

Planos• Ubicación del puente• Vista general del puente• Esquema de sondajes del suelo• Encofrados de los elementos• Armaduras de los elementos componentes• Esquema de colocación del concreto• Sistema de drenaje• Detalles de señalización• Especificaciones especiales• Tablas de metrados

Bibliografía

• Mosqueira, R. Análisis y diseño de puentes• MTC, 2003. Manual de diseño de puentes