jueves, 30 de enero de 2025

PUENTES DE HORMIGON ARMADO Parte 1

 Generalidades.- 

En el siglo III antes de la era cristiana, los romanos utilizaron los ligantes hidráulicos como los morteros de cal, y lo propio para ciertas construcciones cales hidráulicas. Se trataba de una mezcla de cal y cenizas volcánicas que tenían en efecto las propiedades de un cemento, con gran resistencia a la compresión, a los agentes atmosféricos y al agua. Pero esta técnica fue olvidada, es decir que los constructores solo usaban la cal magra o la cal grasa.

Es a fines del siglo XVIII que se redescubren los cementos naturales fabricados mediante cenizas o rocas como las puzolanas y rocas arcillo calcáreas.

En realidad el gran progreso se lo tuvo a principios del siglo XIX cuando Vicat inventa la fabricación de un cemento artificial por vía húmeda y pocos años después Apsidín en 1824 patenta el cemento Portland.

En cuanto a piezas de madera o fierro para reforzar la mampostería su empleo vino a ser una técnica mucho más antigua. Se tiene su presencia en las mamposterías de ladrillo de Asiria y Mesopotamia en las que emplearon tensores metálicos para soportar bóvedas (técnica muy costosa que solo fue aplicada en obras excepcionales).

En 1906 empezó a desarrollarse la construcción de puentes en hormigón armado en forma intensiva. Hasta 1943 el récord de longitud con arcos de hormigón armado, lo tenía el puente Esla en España con 193 m., al poco tiempo y hasta 1963 el récord mundial lo tenía el puente Sandö en Suecia consistente en un arco de tablero superior con 264 m. de longitud.

El hormigón armado al igual que el pretensado y la mampostería son materiales que permiten construir puentes muy duraderos.

Las ventajas que presentan son: La plasticidad del hormigón que permite adoptar la forma más adecuada que se acomode a los requerimientos dimensionales, economía y estética. Con gastos de mantenimiento casi nulos particularmente por su resistencia a los agentes atmosféricos.

El más serio inconveniente del hormigón armado, lo constituye la dificultad de reforzarlo o repararlo.

Soluciones aconsejables.- 

Desde el punto de vista económico, para vanos inferiores a 8 m. las mejores soluciones son:

Mediante una alcantarilla en bóveda maciza como la de la figura 43 cuando la estructura está situada debajo de un fuerte relleno.

Si el relleno es de mediana altura se puede utilizar tubos metálicos prefabricados. Solución interesante especialmente cuando el terreno de fundación es malo.

Si la altura del relleno es pequeña o nula la solución normal es mediante secciones cajón o sistemas porticados.

La dimensión de sus aberturas se define en función del caudal del río.

boveda maciza

Cuando no es posible construir pórticos, especialmente porque se están reutilizando antiguos estribos la solución consiste en losas isostáticas para luces hasta de 6 m. en puentes camineros y hasta 4 m. en puentes ferroviarios.
alcantarilla
Para luces que no llegan a los 10 m. la solución frecuentemente utilizada es la de alcantarilla cajón que se muestra en la figura 45, la misma que cuando el terreno de fundación es de mala capacidad puede alcanzar luces hasta de 12 m.
alcantarilla cajon

Para luces inferiores a 15 m. y si la obra está bajo relleno se debe construir bóvedas macizas del tipo que se muestra en la figura 43.

Para luces comprendidas entre 10 y 20 m. la solución más corriente es la de pórtico de hormigón armado (ver figura 46).

Portico de hormigón armado

Es un puente con bielas verticales que ejerce un empuje sobre sus apoyos y está sometido además al empuje lateral de tierras.

Si el vano es inferior a 10 m. es preferible la alcantarilla cajón que se muestra en la figura 45, pero si el terreno es excelente, el pórtico de hormigón armado que se muestra en la figura 46 puede ser adoptado a partir de los 8 m.

Alternativamente, cuando existen estribos, para luces comprendidas entre 6 y 10 m., se puede solucionar con losas nervuradas con mayor número de nervios cuanto menores la luz.

seccion tipica puente nervado

Para luces comprendidas entre 10 y 20 m. se construyen puentes de viga y losa sobre tres vigas de alma llena cuando la calzada es para dos vías y de dos vigas cuando es para una sola vía de tráfico. En la figura 48 se muestra en forma esquemática la disposición de la armadura así como el criterio para conseguir el  bombeo de la calzada mediante la elevación de los pedestales de apoyo de una viga interior en d.
semiseccion de un puente de losa y vigas

Como anchos para los nervios, se recomienda dimensiones comprendidas entre 0.3 y 0.4 m. para facilitar la colocación de la armadura y el vaciado del hormigón.

Por otra parte, para puentes que no pasan de 20 m. de longitud, es usual la solución de puentes losa continuos.

Si la luz es inferior a 15 m. y no es necesario reducir al máximo el espesor de la losa, se recomienda la solución de la figura 49.

El espesor económico de la losa para este tipo de puentes es del orden de 1/18 de la luz del tramo mayor.

Para luces comprendidas entre 15 y 23 m. es interesante adoptar una 1 sección transversal con volados que en su caso pueden ser las aceras ver figura 50

puente de losa continuo

seccion transversal
Si la luz del vano determinante es mayor a 23 m. es importante aligerar la losa con volados grandes, si el ancho de la calzada es modesto (ver figura 50) y con alvéolos si el ancho es importante (ver figura 51).

seccion trqansversal de losa




martes, 28 de enero de 2025

Combinaciones de carga AASHTO-LRFD (2007)

 A partir de acá se puede diseñar este acápite con lo especificado por AASHTO-LRFD (2007) en lugar de lo descrito entre hojas 70 a 73.

Normas para el diseño

Entre las diversas solicitaciones que se tiene que considerar en el diseño de puentes están las cargas permanentes y las sobrecargas vivas. Las magnitudes de estas solicitaciones están definidas en normas o reglamentos para el diseño de puentes. En este curso hacemos mención a AASHTO - LRFD (2007)

Esta versión de la norma indica que todos los elementos estructurales a diseñar de ben satisfacer la siguiente ecuación de acuerdo al estado límite que se esté analizando.

combinaciones de carga

factor relacionado

Los estados límites que corresponden al diseño de puentes se muestran a
continuación:
→Estado límite de servicio  → Estado límite de fatiga
→Estado límite de resistencia    → Estado límite de eventos extremos

Factores de carga y combinaciones de carga.-
La solicitación mayorada total se tomará como:
modificador de cargas

Tabla de modificación de Cargas

factores modificadores de carga

Cargas permanentes.-

Las cargas permanentes, que se tomarán en cuenta para el diseño estructural

tipos de cargas

en los proyectos son:

DC = Carga muerta por peso propio de elementos estructurales
DW = Peso propio de la capa de rodadura
EV = Presión vertical de la carga muerta por peso del relleno de tierra.
casos


Sobrecargas vivas.-

La sobrecarga vehicular de diseño, (LL) designada como HL-93 corresponde al camión o tándem de diseño y la carga de carril de diseño, de acuerdo con lo estipulado por la norma AASHTO-LRFD.

Camión de diseño

Los pesos y la separación entre ejes serán como se especifique en la siguiente figura que se presenta a continuación, se deberá tomar en consideración el incremento por carga dinámica.
Verla figura 21 en la página 37, dimensiones y carga correspondiente al
camión de diseño.

Tándem de diseño

El tándem de diseño corresponde a un par de ejes de 110 kN, separados a una distancia de 1.20 m, la separación transversal de las ruedas se deberá tomar como 1.80 m, se debe incrementar por impacto.

Carga de carril de diseño

La carga de carril consiste en una carga uniforme longitudinal distribuida en un ancho transversal de 3.00 m, el valor de esta carga corresponde a 9.30 kN/m, esta carga no esta sujeta a incremento por carga dinámica.
La sobrecarga peatonal de diseño (PL), corresponde a una carga peatonal de 3.60 kN/m2 aplicada a todas las aceras con mas de 0.60 m de ancho.
Carga dinámica
Los efectos que tenga la carga del camión o tándem de diseño sobre los elementos estructurales deben ser mayorados de acuerdo con la siguiente tabla.









lunes, 27 de enero de 2025

Combinaciones de carga

 Lo que sigue a continuación puede ser sustituido por la norma AASHTO-LRFD (2007) - Ver hoja 79

Combinaciones de carga.- Los siguientes grupos representan varias combinaciones de carga y fuerzas a las que una estructura puede estar sometida. Cada componente de la estructura o la fundación a la que esta corresponda, debe ser diseñada para resistir sin peligro todos los grupos de combinaciones de estas fuerzas elegidos en función de su aplicabilidad a cada caso.

Los grupos de combinaciones de carga para el estado de servicio así como para el estado límite último están dados por:

Combinaciones de carga

tabla de coeficientes
Para diseño en estado de servicio el porcentaje de los esfuerzos unitarios básicos para varios grupos es el que se detalla en la tabla siguiente:

Las cargas y fuerzas en cada grupo son las que corresponden a los diversos artículos descritos en este capítulo, debiéndose aplicar la máxima sección requerida.

Para el estado límite último, los factores I y ẞ que se dan en la segunda mitad de la tabla anterior son en el entendido de que el diseño será exclusivamente en dicho estado. Las cargas reales no deben ser incrementadas por los factores que se muestran en la tabla cuando el diseño sea para las fundaciones (presión del suelo, carga en pilotes, etc.)

El estado límite último no se recomienda para verificar la estabilidad de las fundaciones (seguridad al vuelco, deslizamiento, etc.)

Cuando se está diseñando estructuras de gran longitud en el estado límite último, los factores I y ẞ especificados representan condiciones generales y pueden ser incrementados a juicio del ingeniero, previendo cargas, condiciones de servicio o materiales de construcción que pudiesen ser diferentes a los especificados.

En las anteriores expresiones, se tiene:

D = Carga muerta
L = Carga viva
| = Impacto por carga viva
CF = Fuerza centrífuga
E = Empuje o presión de tierras
B = Subpresión
SF = Presión de la corriente de agua
W = Carga de viento en la estructura
WL = Viento en la carga viva (1.46 Kn/m) LF = Fuerza longitudinal de frenado
R = Acortamiento de bielas
S = Retracción
T = Temperatura
EQ = Sismo
ICE = Presión por congelamiento o hielos

La interpretación de la tabla anterior es la siguiente:

Para diseño en estado de servido:

La columna 14 es el porcentaje de incremento de fatigas admisibles (Poca probabilidad de la ocurrencia). 

Para miembros o conexiones que solo llevan carga de viento no se incrementan las fatigas admisibles. 

Be = 0.7 para alcantarillas cajón de hormigón armado 0.83 para otras alcantarillas. 
Be = 1 y 0.5 para cargas laterales en estructuras porticadas (verificar con cada valor y adoptar el dominante).

Para diseño en estado límite último:

Para vehículos menores al M18 se debe prever cargas muy pesadas infrecuentes aplicando el grupo de carga 1 A, suponiendo que la carga viva ocupa una sola faja de tráfico sin otras cargas en las fajas restantes.

Be = 1.3 para presiones laterales de tierra y 0.5 para verificar momentos positivos en estructuras monolíticas.
Be = 1 para presión vertical de tierra.
Вd = 0.75 cuando se verifica miembros y para la mínima carga axial máximo momento o máxima excentricidad
Bd =1 cuando se verifica miembros para la máxima carga axial y
momento mínimo.
Bd = 1 para miembros en flexo tracción
Be = 1 en alcantarillas rígidas
Be = 1.67 en alcantarillas flexibles.


domingo, 26 de enero de 2025

Distribución de las cargas de las ruedas en pisos de madera

 Para calcular momentos flexores en pisos de madera la carga de una rueda trasera será distribuida como sigue:

a) Piso transversal al tráfico.- La carga se distribuye:

En la dirección de la luz del piso.- Sobre el ancho de la rueda definido en:

0.38 m. para el M13.5

0.51 m. para el M18

En la dirección normal a la luz del piso.-

Piso de tablones: Ancho del tablón.

Piso laminado: 0.38 m.

Piso entarugado con espesor mayor a 0.14 m.: 4 veces su espesor.

Para pisos transversales a la dirección de tráfico la luz de cálculo debe ser tomada como la luz libre entre largueros más la mitad del ancho de uno de los largueros, sin exceder a la luz libre mas el espesor del piso.

En paneles laminados y engomados para revestimiento, empleando madera laminada vertical con el panel colocado en dirección transversal a los largueros y con paneles interconectados por medio de tarugos metálicos, la determinación del espesor del revestimiento está basada en las siguientes ecuaciones para el máximo momento y corte.

El máximo corte es para una posición de rueda asumida a 0.38 m. o menos de la línea central del soporte. El máximo momento es para una posición asumida de rueda centrada entre soportes.

Piso transversal al tráfico

Donde:

Mx = Momento flexor en kN-m/m
Vx = Corte en kN/m
x = Significa dirección perpendicular a los largueros longitudinales.
P = Carga de la rueda en kN.
s = Luz efectiva del revestimiento en metros.
t = Espesor del revestimiento en metros.
K = Constante que depende del tipo de vehículo.
K = 0.47 para el M13.5
K = 0.51 para el M18
Fb = Fatiga admisible en flexión en MPa basada en la carga aplicada paralela a la cara ancha del laminado.
Fv = Fatiga admisible al corte en MPa basada en la carga aplicada paralela a la cara ancha del laminado.

La determinación del tamaño mínimo y separación requerida para los tarugos metálicos para transferir la carga entre paneles está basada en la siguiente ecuación:

distrubucion 2

capacidad de corte

a) Entablado longitudinal.- 

Este entablado es paralelo a la dirección del tráfico.

En la dirección de la luz del entablado.- 

Carga puntual.

Normal a la luz del entablado.-

Piso de tablones: Ancho del tablón.
Madera laminada: Ancho de la rueda más el espesor del piso.
Paneles laminados y engomados de no menos de 0.14 m. de espesor: Ancho de la rueda más dos veces el espesor del piso. 
Para entablado longitudinal, la luz se tomará como la distancia libre entre las vigas transversales mas la mitad del ancho de una viga pero no mayor a la luz libre más el espesor del piso. 

a) Entablado continuo.- 

Si el piso tiene continuidad sobre tres o mas apoyos el máximo momento flexor se supondrá como el 80% del obtenido para los tramos simples.



sábado, 25 de enero de 2025

Distribución de las cargas de las ruedas en terraplenes

Cuando la altura de los terraplenes es de 0.60 m. o más las cargas concentradas se distribuirán sobre un cuadrado de lado igual a 1.75 veces la profundidad del terraplén.

Și se superponen o traslapan varias de estas áreas se tomará la carga total e entre las que producen el traslape y se la distribuirá sobre el área definida por el límite exterior de este conjunto de áreas, el ancho total de distribución no será mayor que el ancho de la losa resistente que queda por debajo del terraplén. Para tramos aislados, el efecto de la carga viva

Será despreciado cuando la altura del terraplén es mayor a 2.4 m. y excede a su luz, para tramos múltiples se la podrá despreciar cuando la altura es mayor a la distancia entre las caras de los bordes extremos o los estribos.

Cuando la altura del terraplén es inferior a 0.6 m. la carga de la rueda será distribuida como en la losa con cargas concentradas.

Si el momento calculado por carga viva e impacto en las losas de hormigón basado en la distribución de cargas de rueda en terraplenes como se explica aquí es mayor que el momento calculado para carga viva e impacto de acuerdo al artículo anterior se empleará este último momento.

Como una interpretación de lo anterior se tienen las siguientes expresiones para los camiones MS.

Distribución de las cargas de las ruedas en terraplenes

H = Profundidad del terraplén desde la calzada en metros. 
P = Peso de una rueda trasera en kN.

viernes, 24 de enero de 2025

Losas apoyadas en cuatro lados y Reducción de momentos en losas

 Losas apoyadas en cuatro lados 

Para losas rectangulares apoyadas en sus cuatro bordes y con armadura en dos direcciones, la proporción de carga que lleva la luz menores la que se da mediante las siguientes expresiones:

Losas apoyadas en cuatro lados

Si el largo es mayor a 1.5 veces el ancho, se supone que la carga total la lleva la armadura transversal.

El ancho E de distribución en cualquier tramo será determinado como para las losas definidas anteriormente y los momentos obtenidos se usarán en el diseño de la mitad central de ambas luces, pudiendo ser reducidas al 50% las armaduras en los cuartos extremos de ambas luces.

En el diseño de las vigas de apoyo se considerará el hecho de que las cargas transmitidas a estas vigas, no son uniformemente distribuidas a lo largo de ellas.

Reducción de momentos en losas

Cuando las losas son vaciadas sobre vigas prefabricadas o perfiles metálicos, se calculan los momentos con relación al eje de la viga de apoyo y luego se introduce una reducción según se muestra en la figura 42 y de acuerdo a la siguiente expresión:

reducción de momentos



jueves, 23 de enero de 2025

Distribución de las cargas y diseño de las losas de hormigón - Caso 2

 Caso A) Armadura perpendicular al tráfico-.

 La carga de la rueda en el elemento perpendicular al tráfico será distribuida en un ancho E dado por la siguiente expresión:

Armadura perpendicular al tráfico

Caso B) Armadura paralela al tráfico.-

 La distribución de la carga de la rueda en el elemento paralelo al tráfico será como sigue:
Armadura paralela al tráfico