CONFERENCIA-ACI-2014

1. PUENTES
METODOLOGIA DE DISEÑO DE
PUENTES
DEL DISEÑO EN SERVICIO AL DISEÑO EN ESTADO LIMITE
JACK LOPEZ ACUÑA
SEMINARIO ACI PERU
8 MARZO 2014

2. •En la actualidad, en varios países de Latinoamérica para el diseño de
puentes de carreteras se está utilizando dos especificaciones de la AASHTO:
•Standard Specifications for Highway Bridges Design, Edition 17ª, 2002
•AASHTO LRFD Bridge Design Specification , 4ª Edición, 2007, + interins
2008-09
•En las Especificaciones Estándar se contempla de manera explícita la
aplicación de dos métodos de diseño:
Diseño para cargas de servicio, ASD ( Allowable Stress Design)
Diseño para cargas últimas, LFD ( Load Factor Design)
•Las nuevas especificaciones LRFD ( Load and Resistanse Factor Design) de
la AASHTO constituye un avance hacia la aplicación de la filosofía de
diseño para estados límite, pero consideramos que aún esta en etapa de
desarrollo y esperamos que en la próximas ediciones tendremos unas
especificaciones mas racionales y consistentes que las actuales. En Europa y
en algunos países de América ya se utiliza el diseño para estados límite
desde hace varios años.

3. Diseño para Esfuerzos Admisibles , ASD
( cargas de servicio )
La aplicación de este método de diseño supone que para las cargas de servicio
la estructura se comporta dentro del rango elástico.
En el diseño por ASD se debe cumplir la siguiente expresión:
∑ Q(i) ≤ f (adm) (1.0)
Donde: Q(i) = Esfuerzo por efecto de la carga i
f (adm) = Esfuerzo Admisible del Material
Esfuerzo Característico del Material / FS (1.1)
FS = Factor de Seguridad
p.e. Q (D) + Q(L) ≤ Fy / 1.82 ( 0.55 Fy )
El Esfuerzo Característico del material puede ser:
En el caso de elementos de acero: el esfuerzo de fluencia , Fy
el caso de elementos de concreto: f ´c
El factor de seguridad FS esta indicado en las especificaciones de diseño. En la
tabla 1.1 se muestra las combinaciones de carga, los FS y esfuerzos admisibles
según las especificaciones AASHTO, 2002.

4. Diseño para Cargas Factoradas , LFD
En el diseño por el método LFD se debe cumplir:
φ Rn > ∑ βi Q(i) (1.2)
Donde:
Rn = Resistencia nominal
β i = factor de carga , generalmente > 1.0
φ = factor de resistencia , generalmente < 1.0
Q(i) = Fuerza interna en el elemento por efecto de la carga i
Los factores de carga y resistencia para el método LFD de las especificaciones
AASHTO se muestran en las tablas 2.1 y 2.2.
Por ejemplo, para la combinación denominada Grupo I, se tiene:
φ .Rn > 1.3 Q(D) + 2.17 Q(L) (1.2.a )
Donde:
Q(D) = esfuerzo por carga permanente
Q(L) = esfuerzo por carga viva

5. Para LFD, los factores de resistencia son:
φ = 0.7 para flexo-compresión
= 0.9 para flexión
= 0.85 para cortante
En general, La expresión 1.2 implica que para el evento de diseño
(combinación de cargas), la resistencia debe ser mayor que la suma de
las acciones internas máximas factoradas
Para el evento de diseño con cargas factoradas, generalmente la estructura
ya se encuentra mas allá del rango elástico, en consecuencia, para aplicar
correctamente LFD, el cálculo de esfuerzos internos debe ser realizado
considerando el comportamiento inelástico de la estructura; sin embargo,
para facilitar el proceso de diseño, AASHTO simplifica el procedimiento y
permite aplicar el método LFD utilizando el cálculo elástico de esfuerzos y
deformaciones, lo que naturalmente constituye una inconsistencia, pero
que para el caso de estructuras convencionales se considera aceptable.

6. Tabla 1.2 COMBINACIONES DE CARGA EN SERVICIO - COEFICIENTES g y b
AASHTO STANDARD SPECIFICATIONS 2002
Col.No 1 2 3 3A 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
FACTORES β
GRUPO
γ D (L+I)n (L+I)p CF E B SF W WL LF R+S+F EQ ICE %
I 1.0 1 1 0 1 βE 1 1 0 0 0 0 0 0 100
IA 1.0 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 150
IB 1.0 1 0 1 1 βE 1 1 0 0 0 0 0 0 **
II 1.0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 125
III 1.0 1 1 0 1 βE 1 1 0.3 1 1 0 0 0 125
IV 1.0 1 1 0 1 βE 1 1 0 0 0 1 0 0 125
V 1.0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 140
VI 1.0 1 1 0 1 βE 1 1 0.3 1 1 1 0 0 140
VII 1.0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 133
VIII 1.0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 140
IX 1.0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 150
CARGASDESERVICIO
X 1.0 1 1 0 0 βE 0 0 0 0 0 0 0 0 100

7. Tabla 1.2 COMBINACIONES DE CARGAS FACTORADAS - COEFICIENTES g y b
AASHTO STANDARD SPECIFICATIONS 2002
Col.No 1 2 3 3A 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
FACTORES β
GRUPO
γ D (L+I)n (L+I)p CF E B SF W WL LF R+S+F EQ ICE %
I 1.3 βD 1.67 0 1 βE 1 1 0 0 0 0 0 0
IA 1.3 βD 2.20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
IB 1.3 βD 0 1 1 βE 1 1 0 0 0 0 0 0
II 1.3 βD 0 0 0 βE 1 1 1 0 0 0 0 0
III 1.3 βD 1 0 1 βE 1 1 0.3 1 1 0 0 0
IV 1.3 βD 1 0 1 βE 1 1 0 0 0 1 0 0
V 1.25 βD 0 0 0 βE 1 1 1 0 0 1 0 0
VI 1.25 βD 1 0 1 βE 1 1 0.3 1 1 1 0 0
VII 1.3 βD 0 0 0 βE 1 1 0 0 0 0 1 0
VIII 1.3 βD 1 0 1 βE 1 1 0 0 0 0 0 1
IX 1.2 βD 0 0 0 βE 1 1 1 0 0 0 0 1
DISEÑOPORFACTORESDECARGA
X 1.3 1 1.67 0 0 βE 0 0 0 0 0 0 0 0
NOAPLICABLE

8. Diseño para Cargas y Resistencias Factoradas LRFD
( LRFD = Load and Resistence Factor Design )
ESTADOS LÏMITE)
La expresión básica en el diseño por el método LRFD es:
Resistencia > Demanda
φ Rn > η ∑ β i Qi (1.3)
Donde:
η = factor de modificación de carga, toma en cuenta: ductilidad,
redundancia, importancia operacional
β i = factor de carga, generalmente > 1.0
φ = factor de resistencia, < 1.0
Q(i) = Esfuerzo por efecto de la carga i
Si se compara las expresiones 1.2 y 1.3 se podría suponer que LRFD es una
simple extensión de LFD, pero en realidad es mucho más.
Cuando se diseña con LFD, se considera los eventos para las combinaciones de
cargas factoradas en condiciones últimas, es decir, condiciones de resistencia, y se
establece algunas verificaciones para condiciones en servicio ( control de
deflexiones, agrietamiento y fatiga)
El diseño con LFRD es mucho más amplio, considera varios escenarios de
resistencia, servicio, eventos extremos y fatiga, es una aplicación de la filosofía de
diseño para estados límite.

9. Momentos por Carga Viva (t-m/via)
Estados Límite
Los estados límite definen los eventos o circunstancias que pueden
causar que la estructura sea inservible o que mas allá de los cuales no
satisface los requerimientos de resistencia o estabilidad..
En las especificaciones LRFD de la AASHTO se define cuatro grupos
de estados límite para el diseño de los elementos de un puente.
Estados límite de resistencia
Estados límite de evento extremo
Estados límite de servicio
Estados límite de fatiga y fractura
En la Tabla 2.1 se indica la nomenclatura con la que se designa a cada
una de las acciones a considerar en el diseño de un puente.
En la Tabla 2.2 de indica las diferentes combinaciones de carga a
considerar tanto para los estados límite de servicio como de resistencia.

10. Estado Límite de Resistencia
1. En las especificaciones LRFD de la AASHTO se establece 5 estados
límite de resistencia que tienen por objetivo proporcionar a la
estructura la resistencia suficiente para satisfacer la inigualdad
1. φ R ≥ η. ∑ γi Qi
2. Las diferentes combinaciones de carga y sus correspondientes factores
se indica en la Tabla 2.2 y 2.2ª . Los factores de resistencia en la Tabla
2.3.
3. Resistencia I: Constituye el estado límite básico de diseño cuando se
considera la “carga viva de diseño”. Para este estado, el factor de carga
viva es 1.75. En este estado no se considera el efecto del viento.
4. Resistencia II: Este estado es similar al anterior, pero se aplica
cuando se tiene un “vehículo permitido” de mayor carga al del vehículo
de diseño. En este caso, el factor de carga para la carga viva
considerada es 1.35 en lugar de 1.75. En este estado límite tampoco se
considera el efecto del viento.
5. Resistencia III : Para este estado límite no se considera la carga viva
pero si el efecto de viento con máxima velocidad.

11. Estado Límite de Servicio
1. Los estados límite de servicio se refieren a las restricciones sobre
esfuerzos, deflexiones y ancho de grietas en situaciones regulares de
operación del puente.
2. Servicio I : Se refiere al estado límite para la combinación de cargas en
situación de uso normal, se considera el comportamiento del puente
bajo las cargas con sus valores nominales. Este estado límite se
utiliza para el control de deflexiones y del ancho de las grietas en
estructuras de concreto armado. Para este estado límite, no se considera
los eventos extremos.
3. Servicio II : Se utiliza solamente para estructuras de acero y tiene la
finalidad de controlar la fluencia y slip en las conexiones por efecto de
la carga viva vehicular. Para este estado las especificaciones LRFD
AASHTO indica un factor para la carga viva de 1.30 en lugar de 1.00.
4. Servicio III : Se utiliza solamente para las estructuras de concreto
preesforzado con el objetivo del control de grietas. Para este estado se
indica un factor para la carga viva de 0.80 en lugar de 1.00, que es
una forma de corregir el hecho de que la carga HL93 en condiciones de
servicio es mayor que lo que debe ser.

12. Estado Límite Fatiga y Fractura
1. Se refiere a las restricciones sobre el rango de
esfuerzos por efecto del camión de diseño. Notar que
en este caso, las especificaciones indican un factor de
0.75 para los efectos de la carga del camión.

13. ESTADOS LÍMITE Y FACTORES DE CARGA
Factores de Carga γ LRFD
Combinación
de Cargas
Estado Límite
DC
DD
DW
EH
EV
ES
LL
IM
CE
BR
PL
LS
WA WS WL FR
TU
CR
SH
TG SE EQ IC CT CV
RESISTENCIA I γp 1.75 1.00 1.00 0.50/1.20 γTG γSE
RESISTENCIA II γp 1.35 1.00 1.00 0.50/1.20 γTG γSE
RESISTENCIA III γp 1.00 1.4
0
1.00 0.50/1.20 γTG γSE
RESISTENCIA IV
Solamente
EH, EV, ES, DW,DC
γp
1.5
1.00 1.00 0.50/1.20
RESISTENCIA V γP 1.35 1.00 0.4
0
0.4
0
1.00 0.50/1.20 γTG γSE
EVENTO EXTREMO I γp γEQ 1.00 1.00 1.00
EVENTO EXTREMO II γp 0.50 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
SERVICIO I 1.0
0
1.00 1.00 0.3
0
0.3
0
1.00 1.00/1.20 γTG γSE
SERVICIO II 1.0
0
1.30 1.00 1.00 1.00/1.20
SERVICIO III 1.0
0
0.80 1.00 1.00 1.00/1.20 γTG γSE
FATIGA
Solamente
LL,IM y CE
0.75

14. FACTORES DE CARGA PARA CARGAS
PERMANENTES, γp
FACTOR DE CARGATIPO DE CARGA
Máximo Mínimo
DC : Componentes y Auxiliares 1.25 0.90
DD : Fuerza de arrastre hacia abajo 1.80 0.45
DW : Superficies de Rodadura y
Accesorios
1.50 0.65
EH : Presión horizontal de tierra
* Activa
* En reposo.
1.50
1.35
0.90
0.90
EV : Presión vertical de tierra
* Estabilidad global
* Estructuras de Retención
* Estructuras Rígidas Empotradas
* Pórticos Rígidos
* Estructuras Flexibles empotra -
dos excepto alcantarillas metáli -
cas
* Alcantarillas Metálicas
1.35
1.35
1.30
1.35
1.95
1.50
N/A
1.00
0.90
0.90
0.90
0.90
ES : Carga superficial en el terreno 1.50 0.75

15. Cargas de Diseño Vehicular
Sistema de Cargas HS20
( HS 25 = 1.25 HS 20 )

16. Sistema de Cargas HL93

17. Camiones Norma
Colombiana de Puentes

18. Camión
Norma Ecuatoriana
HS-MOP

19. Propuesta
Norma Peruana
P-42

20. Camión: P-48
a) Camión P-48
b) Carga Distribuida
Carga Viva: P-48

21. MODELO DE CARGA DEL
EUROCODIGO