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PREFACIO
NORMA COLOMBIANA DE DISEÑO DE PUENTES – LRFD – CCP 14
Resumen
Los materiales, técnicas de construcción y métodos de análisis y diseño de los puentes han evolucionado en respuesta a las crecientes necesidades de la humanidad. Hasta principios del siglo 19, los puentes fueron diseñados y construidos por maestros de la construcción con procedimientos empíricos. El acelerado desarrollo tecnológico y económico a partir de la Revolución Industrial de finales del siglo 18 con la invención del hierro fundido y forjado y el acero, el nacimiento de las escuelas de ingeniería civil y la aparición de la teoría de las estructuras, la introducción del concreto reforzado a finales del siglo 19 y del concreto presforzado en el siglo 20 y la aparición de los conceptos de seguridad estructural han impulsado un proceso evolutivo en los métodos de análisis, diseño y construcción de las estructuras. En los últimos años, la incorporación de la estadística y la teoría de las probabilidades al diseño ha dado lugar a una filosofía de confiabilidad en la seguridad de las estructuras, que está siendo aplicada con acierto al diseño y construcción de los puentes. Lo anterior se ve reflejado en la expedición de normas y especificaciones por la gran mayoría de países, basadas en la filosofía de diseño con factores de carga y de resistencia LRFD ( Load Resistant Factor Design ) fundamentada en el uso confiable de los métodos estadísticos mediante procedimientos fácilmente utilizables por los diseñadores de puentes.
Conscientes de que el país cuente con un documento actualizado, que esté a la par con los códigos de diseño y construcción de puentes utilizados en los países desarrollados, el Ministerio del Transporte y el Instituto Nacional de Vías – INVIAS suscribieron con la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica – AIS el Convenio de Asociación No. 1314 De 2013, con el objeto de aunar esfuerzos técnicos, logísticos y financieros para la revisión, actualización y complementación del código colombiano de diseño sísmico de puentes, su difusión e implementación.
Introducción
La sociedad espera que los edificios, los puentes o cualquier estructura sean seguras para quienes las usan, están en su vecindad o en su área de influencia, bajo el supuesto de que la falla sea un evento extremadamente escaso. Es decir, confía implícitamente en la pericia de los profesionales involucrados en la planeación, diseño, construcción y mantenimiento de las estructuras de las que se sirve.
Los ingenieros estructurales dedican sus esfuerzos a llenar las expectativas de la sociedad sin perder de vista la economía y la funcionalidad de los proyectos. En los últimos años los ingenieros y los científicos han trabajado conjuntamente para desarrollar métodos que den respuesta a los crecientes desafíos de la ingeniería. Aceptando que nada es absolutamente seguro, la discusión de seguridad puede darse en términos de probabilidades de falla, aceptablemente pequeñas. Partiendo de esta premisa, la teoría de la confiabilidad surgió y ha llegado a ser parte de la ciencia y la práctica de la ingeniería de hoy. Su aplicación no solamente se refiere a la seguridad de las estructuras, sino también a las condiciones de servicio y otros requerimientos de los sistemas técnicos, sujetos a alguna probabilidad de falla.
Muchas fallas han sucedido en la historia de la construcción de los edificios y puentes. Gracias a estos sucesos desafortunados, los ingenieros estructurales han podido desarrollar técnicas y teorías que permitan diseñar estructuras con márgenes de seguridad confiables, en la medida en que las crecientes necesidades de la humanidad lo han demandado. Una de las teorías que se han desarrollado en los últimos años es la de la confiabilidad, herramienta fundamental en el desarrollo de nuevos métodos y filosofías de diseño estructural. En el caso de los puentes, la teoría de la confiabilidad ha permitido la creación, evaluación y
calibración de los modelos de carga viva que representan a las complejas y aleatorias cargas reales de los vehículos que circulan por las carreteras en el mundo entero.
LAS ESPECIFICACIONES AMERICANAS AASHTO Y LA PRÁCTICA COLOMBIANA
En buena parte del continente americano, el diseño de puentes se ha practicado teniendo como referencia de primera mano las especificaciones americanas AASHO [ American Association of State Highway Officials ], cuya primera norma, “ Standard Specifications for Highway bridges and Incidental Structures ”, ampliamente reconocida, fue publicada en 1931. Posteriormente se denominó AASHTO [ American Association of State Highways and Transportation Officials ] y se creó el “ AASHTO Highway Subcommittee on Bridges and Structures ”, autor y guardian de esta primera especificación. El titulo original de la especificación fue simplificado y en sus últimas ediciones consecutivas, con intervalos aproximados de cuatro años, lo hemos conocido como “ Standard Specifications for Highway Bridges ”. Su edición final, la “ 17th edition” , fue publicada en el año 2002.
En la introducción de la especificación AASHTO LRFD, 6a edición, se expresa: “El volumen de conocimientos relacionados con el diseño de puentes de carretera ha crecido enormemente desde 1931 y continua haciéndolo. La teoría y la práctica ha evolucionado significativamente, reflejando los avances de la investigación en el conocimiento de las propiedades de los materiales, sus mejoras, en el más racional y preciso análisis del comportamiento de las estructuras, en el advenimiento de los computadores y el rápido avance de su tecnología, en el estudio de los eventos externos que representan amenaza para los puentes, tales como eventos sísmicos, crecientes de los ríos y muchas otras áreas.”
En 1986, el subcomité de AASHTO encargado de estos asuntos manifestó el interés por efectuar una evaluación de las especificaciones AASHTO vigentes, revisar las especificaciones y códigos extranjeros y, lo más importante, considerar las alternativas de filosofía de diseño a las especificaciones estándar [ Standard Specifications ] que se estaban utilizando corrientemente. El trabajo fue realizado identificando y enmendando vacíos, inconsistencias y algunos conflictos. Y aún más, encontrando que la especificación no reflejaba los más recientes desarrollos de la filosofía de diseño con factores de diseño de carga y resistencia, LRFD. Este enfoque venia ganando terreno en otras áreas de la ingeniería estructural y en otras partes del mundo como Canadá y Europa. Finalmente, en 1994 AASHTO publica su primera edición de especificaciones para diseño de puentes basada en la filosofía LRFD, “AASHTO LRFD Bridge Design Specifications”. Su más reciente publicación es la 7ma edición de 2014.
En Colombia se utilizó la especificación americana “ AASHTO Standard Specifications for Highway Bridges ”, hasta el año 1994, cuando el Gobierno nacional encargó a la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica – AIS- la tarea de producir un documento nacional que sirviera de reglamentación para los diseños de los puentes en el país. En 1995, la AIS, mediante convenio con el Ministerio del Transporte y el Instituto Nacional de Vías INVIAS publicó el Código Colombiano de diseño sísmico de puentes – CCP 95, basado en la especificación “AASHTO Standard Specifications for Highway Bridges”, edición de 1992. En el año 2013, en convenio con el INVIAS, la AIS, desarrolló la nueva Norma Colombiana de Diseño de Puentes CCP-2014, esta vez basada en las especificaciones “AASHTO LRFD Bridge Design Specifications” 6ª edición (2012) y “AASHTO LRFD Bridge Design Specifications” 7ª edición (2014) fundamentadas en la filosofía LRFD, hoy utilizada corrientemente en muchos países para el diseño de todo tipo de estructuras. Aspectos relevantes de este nuevo documento son: la actualización de los mapas colombianos de amenaza sísmica y la calibración de la carga viva vehicular de diseño para la práctica colombiana.
NORMA LRFD y NORMA ESTANDAR
En la especificación AASHTO, desde el principio y hasta los inicios de la década de los años 70, la única filosofía de diseño utilizada fue la conocida como ‘ diseño por esfuerzos de trabajo’ , WSD ( working stress design ). Esta metodología definía los esfuerzos admisibles como una fracción de la resistencia de un determinado material y requería que los esfuerzos de diseño calculados no excedieran los esfuerzos admisibles definidos. Iniciando los años 70, la metodología WSD inició un proceso de evaluación para reflejar la variabilidad de ciertos tipos de carga, tales como las cargas vehiculares, las fuerzas sísmicas y de viento. Esto se logró ajustando unos factores de diseño y dando lugar a una filosofía de diseño denominada de
Un código puede también ser calibrado por un proceso más formal usando la teoría de la confiabilidad. Tal proceso, para estimar los valores confiables de factor de carga y resistencia, consiste en los siguientes pasos: (1) Compilar una base de datos de parámetros de carga y resistencia. (2) Estimar el nivel de confiabilidad inherente a los métodos de diseño corrientes de predicción de resistencia de las estructuras de los puentes. (3) Observar la variación de los niveles de confiabilidad con diferentes luces, relaciones de DL ( Dead Load ) a LL ( Live Load ) y combinaciones de carga, tipos de puentes y métodos de cálculo de resistencia. (4) Seleccionar como objetivo un índice de confiabilidad (), basado en los márgenes de seguridad implícita en los diseños corrientes. (5) Calcular factores de carga y resistencia consistentes con el índice de confiabilidad definido. También es importante acoplar la experiencia y el buen juicio con la calibración de los resultados.
La nueva especificación colombiana de diseño de puentes CCP 14 está basada en la especificación “AASHTO LRFD Bridge Design Specifications” 6th Ed.2012 y 7th Ed.2014, la cual consta de 15 secciones. Las cargas vehiculares de diseño y la fuerza sísmica han sido actualizadas y calibradas mediante procesos como el descrito anteriormente.
La carga vehicular de diseño tendrá características similares a las de la especificación AASHTO LRFD, lo cual facilitara el uso de los programas de computador corrientemente utilizados por los diseñadores de puentes en todo el mundo. Se ha calibrado para un índice de confiabilidad () de 3.5, equivalente a una probabilidad de falla de 2.33x10-4, igual al utilizado en la determinación de la carga viva de diseño para los puentes en los Estados Unidos.
Para la presente actualización se han preparado los mapas de amenaza sísmica con un enfoque probabilista a objeto de establecer los valores de los coeficientes sísmicos de diseño denominados como PGA ( Peak Ground Acceleration ), Ss y S1 asociados, en esta ocasión, a una probabilidad de excedencia del 7% en una vida útil de 75 años, lo que equivale, aproximadamente, a un período de retorno de 975 años. El coeficiente PGA corresponde a la aceleración máxima del terreno (0 segundos de período), mientras que Ss y S1 corresponden a los valores de la amenaza, asociados a los períodos de vibración iguales a 0.2 y 1.0 segundos respectivamente. Adicionalmente, para los puentes clasificados como críticos, de acuerdo a su importancia y localización, se ha determinado que los coeficientes sísmicos deben estar asociados a una probabilidad de excedencia del 2% en 50 años de vida útil, lo que corresponde, aproximadamente, a un período de retorno de 2,500 años. Para este período de retorno se han calculado los mismos coeficientes sísmicos (PGA, Ss y S1) con el 5% de amortiguamiento.
Las demás cargas y combinaciones de cargas especificadas permanecen, básicamente, iguales a las indicadas en la especificación AASHTO LRFD.
GRUPOS DE TRABAJO
En esta tarea de adaptación de las especificaciones LRFD de diseño de puentes para Colombia ha participado un gran número de ingenieros civiles, estructurales, geotecnistas y personal auxiliar y gracias a sus contribuciones ha sido posible concretar este esfuerzo que se pone a disposición para su aplicación en todo el país.
REFERENCIAS
AASHTO [American Association of State Highway and Transportation Officials] Standard Specifications for Highway Bridges (1994) Washington D.C.
AASHTO [American Association of State Highway and Transportation Officials] AASHTO LRFD Bridge Design Specifications (2012-2014) Washington D.C.
AIS [Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica) Código colombiano de diseño sísmico de puentes (1995) Bogotá D.C.
REPÚBLICA DE COLOMBIA
Juan Manuel Santos Calderón
Presidente de la República
Natalia Abello Vives
Ministra de Transporte
Carlos Alberto García Montes
Director General Instituto Nacional de Vías – INVIAS
Luis Roberto D’Pablo Ramirez
Director Técnico – INVIAS
Nohora Gómez Roa
Subdirectora de Estudios e Innovación (E)
Alfonso Montejo Fonseca
Gestor Técnico del Contrato – INVIAS
ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIERÍA SÍSMICA – AIS
NORMA COLOMBIANA DE DISEÑO DE PUENTES CCP 14
SECCIÓN 1 – INTRODUCCIÓN
SECCIÓN 2 – CARACTERÍSTICAS GENERALES DE DISEÑO Y UBICACIÓN
SECCIÓN 3 – CARGAS Y FACTORES DE CARGA
SECCIÓN 4 – ANÁLISIS Y EVALUACIÓN ESTRUCTURAL
SECCIÓN 5 – ESTRUCTURAS DE CONCRETO
SECCIÓN 6 – ESTRUCTURAS DE ACERO
SECCIÓN 7 – ESTRUCTURAS DE ALUMINIO
SECCIÓN 8 – ESTRUCTURAS DE MADERA
SECCIÓN 9 – TABLEROS Y SISTEMAS DE TABLEROS
SECCIÓN 10 – CIMENTACIONES
SECCIÓN 11 – MUROS, ESTRIBOS Y PILAS
SECCIÓN 12 – ESTRUCTURAS ENTERRADAS Y REVESTIMIENTOS PARA TÚNELES
SECCIÓN 13 – BARANDAS
SECCIÓN 14 – JUNTAS Y APOYOS
SECCIÓN 15 – DISEÑO DE BARRERAS DE SONIDO
TABLA DE CONTENIDO
SECCIÓN 1 1-
Las AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications son especificaciones de construcción consistentes con estas especificaciones de diseño. A menos que se especifique lo contrario, las Especificaciones de Materiales referenciadas aquí son las AASHTO Specifications for Transportation Materials and Methods of Sampling and Testing.
1.2 — DEFINICIONES
Carga mayorada — Cargas nominales multiplicadas por el factor de carga apropiado especificado por la combinación de carga bajo consideración.
Ciclo de vida de diseño — Periodo de tiempo en el cual se basa la derivación estadística de las cargas transitorias: 75 años para esta Norma.
Ciclo de vida de servicio — El periodo de tiempo en el que se espera que el puente permanezca en operación.
Colapso — Cambio considerable en la geometría de un puente que inhabilita su uso.
Componente — Elemento especial o la combinación de elementos del puente que requiere una consideración individual de diseño.
Diseño — Dimensionamiento y detallado de los elementos y conexiones de un puente.
Ductilidad — Propiedad de un elemento o conexión que permite una respuesta inelástica.
Estado límite — Condición más allá de la cual el puente o componente deja de satisfacer las requisitos para los cuales fue diseñado.
Estado límite de eventos extremos — Estados límite relacionados con eventos tales como sismos, cargas especiales y colisiones de vehículos o embarcaciones, con períodos de retorno mayores que el período de diseño del puente.
Estados límite de resistencia — Estados límite que se relacionan con la resistencia y la estabilidad durante el ciclo de vida de diseño_._
Estados límite de servicio — Estados límite que se relacionan con las tensiones, deformaciones, y fisuración bajo condiciones regulares de operación.
Estructura con múltiples trayectorias de carga — Estructura capaz de soportar las cargas especificadas después de la pérdida de un componente portante principal o conexión.
Evaluación — Determinación de la capacidad de carga de un puente existente.
Factor de carga — Multiplicador de base estadística aplicado a efectos de fuerzas que considera fundamentalmente la variabilidad de las cargas, la falta de precisión en los análisis, y la probabilidad de la ocurrencia simultánea de diferentes cargas, pero que también se relaciona con aspectos estadísticos de la resistencia a través del proceso de calibración.
Factor de resistencia — Multiplicador de base estadística aplicado a la resistencia nominal que considera fundamentalmente la variabilidad de las propiedades de los materiales, las dimensiones estructurales y la calidad de la mano de obra, unido a la incertidumbre en la predicción de la resistencia, pero que también se relaciona con aspectos estadísticos de las cargas a través del proceso de calibración.
Ingeniero — Persona responsable por el diseño de un puente y/o la revisión de diseños requeridos por la obra, así como los planos de montaje.
Método de diseño con factores de carga y resistencia [ Load and resistance factor design (LRFD) ] — Metodología de diseño basada en la teoría de confiabilidad estructural en la cual los efectos de las fuerzas causados por cargas mayoradas no pueden exceder la resistencia mayorada de los componentes.
SECCIÓN 1 1-
Modelo — La idealización de una estructura con el objeto de analizarla.
Modificador de carga — Factor que tiene en cuenta la ductilidad, la redundancia y la clasificación operacional de un puente.
Propietario — Para la siguiente Norma, se debe entender que el INVIAS es el propietario de los puentes o a su vez la Entidad Gubernamental que este encargada.
Puente — Cualquier estructura que tenga un ancho no menor de 6m que forma parte de una carretera o que está localizado sobre o bajo una carretera.
Puente fijo — Puente con luz vehicular definida.
Puente móvil — Puente con luz vehicular variable.
Rehabilitación — Proceso mediante el cual se restablece o se incrementa la resistencia del puente.
Resistencia mayorada — Resistencia nominal multiplicada por un factor de resistencia.
Resistencia nominal — Resistencia de un componente o conexión a las solicitaciones de las fuerzas, según lo indicado por las dimensiones especificadas en los documentos contractuales y por las tensiones admisibles, deformaciones o resistencias especificadas de los materiales.
Servicio Regular — Condición que excluye la presencia de vehículos que requieran permisos especiales, vientos superiores a los 90 km/h y eventos extremos, incluida la socavación.
Solicitación — Deformación, tensión o esfuerzo resultante (v.gr. fuerza axial, fuerza cortante, momento flector o torsor) causado por las cargas aplicadas, deformaciones impuestas, o cambios volumétricos.
1.3 — FILOSOFÍA DE DISEÑO
1.3.1 — Generalidades — Los puentes deben diseñarse para los estados límite especificados para obtener los objetivos de ser construible, seguridad, y servicio, considerando debidamente aspectos relacionados con la facilidad de inspección, economía, y estética, según lo especificado en el Artículo 2.5.
Independientemente del tipo de análisis utilizado, la Ec. 1.3.2.1-1 debe satisfacerse para todas las solicitaciones y combinaciones especificadas.
C1.3.1 — Los estados límite especificados aquí están concebidos para proveer un puente construible y útil, capaz de soportar las cargas de diseño con seguridad por un periodo de vida especificado.
En muchos casos la resistencia de los componentes y conexiones se determina, con base en su comportamiento inelástico, aún cuando las solicitaciones se determinan mediante análisis elásticos. Esta falta de consistencia es usual en la mayoría de las especificaciones para puentes actuales y es debida a las incertidumbres en el conocimiento de las acciones estructurales inelásticas.
1.3.2 — Estados límite
1.3.2.1 — Generalidades — Cada componente y conexión deben satisfacer la Ec. 1.3.2.1- 1 para cada estado límite, a menos que se especifique lo contrario. Para estados límite de servicio y de eventos extremos, los factores de resistencia deben tomarse como 1.0, excepto para pernos, para los cuales deben aplicarse las disposiciones del Artículo 6.5.5, y para las columnas de concreto en Zonas Sísmicas 2, 3 y 4, para las cuales deben aplicarse las disposiciones de los Artículos 5.10.11.3 y 5.10.11.4.1b. Todos los estados límite deben considerarse de igual importancia.
i i (^) Qi R (^) n Rr (1.3.2.1-1)
en la cual:
C1.3.2.1 — La Ec. 1.3.2.1-1 es la base de la metodología del Método de Diseño con Factores de Carga y Resistencia (LRFD).
La asignación de un factor de resistencia 1.0a todos los estados límite diferentes al de resistencia se hace por defecto, y puede ser reemplazada por disposiciones en otras Secciones.
La ductilidad, la redundancia y la clasificación operacional se consideran en el modificador de carga . Mientras las dos primeras se relacionan directamente con la resistencia física, la última se ocupa de las consecuencias que implicaría la salida de servicio del puente. La agrupación de estos aspectos con la parte de carga de la Ec. 1.3.2.1-1 es por lo tanto, arbitraria. Sin embargo, esto constituye un primer esfuerzo hacia su codificación. En ausencia de información más
SECCIÓN 1 1-
El estado límite de fractura se debe considerar como un conjunto de requisitos sobre tenacidad de los materiales de las AASHTO Materials Specifications.
1.3.2.4 — Estado Límite de Resistencia — El estado límite de resistencia se debe considerar para garantizar que se provee resistencia y estabilidad, tanto local como global, para resistir las combinaciones de carga estadísticamente significativas que se espera que un puente experimente durante su ciclo de vida de diseño.
C1.3.2.4 — El estado límite de resistencia considera la estabilidad o la fluencia de cada elemento estructural. Si se excede la resistencia de cualquier elemento, incluyendo empalmes y conexiones, se asume que la resistencia del puente se ha excedido. De hecho, en secciones de vigas múltiples hay una reserva significativa de capacidad elástica en casi todos los puentes más allá de ese nivel de carga. La carga viva puede posicionarse para maximizar los efectos de las fuerzas simultáneamente sobre todas las partes de la sección transversal. Así, la resistencia a flexión de la sección transversal del puente excede típicamente la resistencia requerida para la carga viva total que puede aplicarse en el número de carriles disponibles. Puede ocurrir afectación y daños significativos bajo el estado límite de resistencia, pero se espera que la integridad estructural global se mantenga.
1.3.2.5 — Estados límite de Eventos Extremos — El estado límite de eventos extremos se debe considerar para garantizar la supervivencia estructural de un puente durante un sismo o inundación severos, o cuando se presenta choque con una embarcación, o un vehículo, posiblemente bajo condiciones de socavación.
C1.3.2.5 — Se considera que los estados límite de eventos extremos son ocurrencias únicas cuyo periodo de retorno puede ser significativamente mayor que el período de diseño del puente.
1.3.3 — Ductilidad — El sistema estructural de un puente se debe dimensionar y detallar para garantizar el desarrollo de deformaciones inelásticas significativas y visibles en los estados límite de resistencia y de eventos extremos antes de la falla.
Los dispositivos de disipación de energía pueden sustituirse por sistemas sismo resistentes dúctiles convencionales y siguiendo la metodología correspondiente a la que se refieren estas especificaciones o en AASHTO Guide Specifications for Seismic Design of Bridges.
Para el estado límite de resistencia:
D ^ 1.05 para componentes y conexiones no dúctiles = 1.00 para diseños convencionales y detalles que cumplen con estas especificaciones. 0.95 para los componentes y conexiones para las cuales se han especificado medidas adicionales para mejorar la ductilidad más allá de las requeridas por estas especificaciones.
Para todos los demás estados límite:
D = 1.
C1.3.3 — La respuesta de los componentes estructurales o conexiones más allá del límite elástico se puede caracterizar ya sea por un comportamiento frágil o dúctil. El comportamiento frágil es indeseable ya que implica la pérdida súbita de la capacidad de carga inmediatamente después de que el límite elástico se excede. El comportamiento dúctil se caracteriza por deformaciones inelásticas significativas antes de que ocurra cualquier pérdida importante de la capacidad de carga. El comportamiento dúctil advierte sobre la inminente ocurrencia de una falla estructural mediante grandes deformaciones inelásticas. Bajo cargas sísmicas repetitivas, se producen grandes ciclos de inversión de deformación inelástica que disipan energía y tienen un efecto beneficioso en la vida útil de la estructura.
Si, por medio de confinamiento u otras medidas, un componente estructural o conexión fabricados de materiales frágiles puede soportar deformaciones inelásticas sin pérdida significativa de la capacidad de carga, este componente puede considerarse dúctil. Tal desempeño dúctil se debe verificar mediante ensayos.
Con el fin de lograr un comportamiento inelástico adecuado el sistema debe tener un número suficiente de miembros dúctiles, ya sean:
- Uniones y conexiones que también sean dúctiles y puedan proporcionar disipación de energía sin pérdida de capacidad; o
- Uniones y conexiones que tengan suficiente resistencia en exceso con el fin de asegurar que la respuesta inelástica se produzca en los sitios diseñados para proporcionar una respuesta dúctil, de absorción de energía.
SECCIÓN 1 1-
Deben evitarse respuestas con características estáticamente dúctiles pero dinámicamente no dúctiles. Ejemplos de este comportamiento son las fallas por corte y adherencia en elementos de concreto y pérdida de acción compuesta en componentes solicitados a flexión.
La experiencia indica que componentes típicos diseñados de acuerdo con estas disposiciones generalmente presentan ductilidad adecuada. El detallado de las conexiones y articulaciones requieren atención especial, así como proveer múltiples recorridos para las cargas.
El propietario puede especificar un factor mínimo de ductilidad como una garantía de que se obtendrán modos de falla dúctiles. Este factor puede definirse como:
u y
(C1.3.3-1)
donde:
u : deformación en estado último y : deformación en el límite elástico
La capacidad de ductilidad de componentes estructurales o conexiones puede establecerse por medio de pruebas a gran escala o con modelos analíticos basados en el comportamiento documentado de los materiales. La capacidad de ductilidad para un sistema estructural puede determinarse mediante la integración de deformaciones locales sobre el sistema estructural completo.
Los requisitos especiales aplicables a los dispositivos disipadores de energía se deben a las rigurosas demandas a las que están sometidos estos componentes.
1.3.4 — Redundancia — Estructuras con múltiples trayectorias de carga y estructuras continuas deben ser usadas, a menos que existan motivos justificados para no hacerlo.
Para el estado límite de resistencia:
R 1.05 para miembros no redundantes = 1.00 para niveles convencionales de redundancia, elementos de cimentación donde representa la redundancia, como se especifica en el Artículo 10. = 0.95 para niveles excepcionales de redundancia más allá de vigas continuas y una sección transversal cerrada a la torsión
Para todos los demás estados límite:
R = 1.
C1.3.4 — Para cada combinación de carga y estado límite bajo consideración, la clasificación del elemento según su redundancia (redundante o no redundante) se debe basar en la contribución del elemento a la seguridad del puente. Se han propuesto diversos sistemas de medición de la redundancia (Frangopol y Nakib, 1991).
Cajones unicelulares y apoyos de una sola columna pueden ser considerados no redundantes a discreción del propietario. Para cajones de concreto pretensado, el número de los tendones en cada alma debe ser tomado a consideración. Para secciones transversales de acero y consideraciones críticas a la fractura, consultar la Sección 6.
El Manual for Bridge Evaluation (2008) define la redundancia en los puentes como "la capacidad de un sistema estructural de un puente para soportar cargas después del daño o la falla de uno o más de sus miembros." Los factores proporcionados para los puentes segmentados en hormigón post-tensado en sistemas viga-cajón se encuentran en el Apéndice E del Manual Guía.
La confiabilidad del sistema abarca la redundancia considerando el sistema de los componentes y los miembros
TABLA DE CONTENIDO
- SECCIÓN
- 1.1 – ALCANCE DE LAS ESPECIFICACIONES 1- INTRODUCCIÓN
- 1.2 – DEFINICIONES 1-
- 1.3 – FILOSOFIA DE DISEÑO......................................................................................................................... 1-
- 1.3.1 – Generalidades 1-
- 1.3.2 – Estados límite 1-
- 1.3.2.1 – Generalidades 1-
- 1.3.2.2 – Estado límite de servicio 1-
- 1.3.2.3 – Estado límite de fatiga y fractura 1-
- 1.3.2.4 – Estado límite de resistencia 1-
- 1.3.2.5 – Estado límite de eventos extremos 1-
- 1.3.3 – Ductilidad 1-
- 1.3.4 – Redundancia 1-
- 1.3.5 – Importancia Operacional 1-
- 1.4 – REFERENCIAS 1- - SECCIÓN
- 2.1 – ALCANCE 2- CARACTERÍSTICAS GENERALES DE DISEÑO Y UBICACIÓN
- 2.2 – DEFINICIONES 2-
- 2.3 – CARACTERÍSTICAS DE LOCALIZACIÓN 2-
- 2.3.1 – Ubicación de la ruta 2-
- 2.3.1.1 – General 2-
- 2.3.1.2 – Cruces de vías acuáticas y llanuras de inundación 2-
- 2.3.2 – Disposición del Sitio del Puente 2-
- 2.3.2.1 – General 2-
- 2.3.2.2 – Seguridad del tráfico 2-
- 2.3.2.2.1 – Protección de las estructuras 2-
- 2.3.2.2.2 – Protección de los usuarios 2-
- 2.3.2.2.3 – Normas geométricas 2-
- 2.3.2.2.4 – Superficies de la carretera 2-
- 2.3.2.2.5 – Colisiones de embarcaciones 2-
- 2.3.3 – Gálibos 2-
- 2.3.3.1 – De navegación 2-
- 2.3.3.2 – Gálibo Vertical sobre carreteras 2-
- 2.3.3.3 – Gálibo horizontal en carreteras 2-
- 2.3.3.4 – Cruce elevado sobre ferrocarril 2-
- 2.3.4 – Entorno 2-
- 2.4 – INVESTIGACION DE LAS CIMENTACIONES 2-
- 2.4.1 – General 2-
- 2.4.2 – Estudios topográficos 2-
- 2.5 – OBJETIVOS DE DISEÑO 2-
- 2.5.1 – Seguridad 2-
- 2.5.2 – Utilidad 2-
- 2.5.2.1 – Durabilidad. 2-
- 2.5.2.1.1 – Materiales 2-
- 2.5.2.1.2 – Medidas de autoprotección 2-
- 2.5.2.2 – Inspeccionabilidad. 2-
- 2.5.2.3 – Mantenibilidad. 2-
- 2.5.2.4 – Conducibilidad 2-
- 2.5.2.5 – Servicios Públicos 2-
- 2.5.2.6 – Deformaciones 2-
- 2.5.2.6.1 – General 2-
- 2.5.2.6.2 – Criterios para Deflexión 2-
- 2.5.2.6.3 – Criterios Opcionales para relaciones de Luz a Profundidad 2-
- 2.5.2.7 – Consideración de Futuras Ampliaciones 2-
- 2.5.2.7.1 – Vigas Exteriores en Puentes de Vigas Múltiples 2-
- 2.5.2.7.2 – Subestructura 2-
- 2.5.3 – Constructibilidad 2-
- 2.5.4 – Economía 2-
- 2.5.4.1 – General 2-
- 2.5.4.2 – Planos Alternativos 2-
- 2.5.5 – Estética del Puente 2-
- 2.6 – HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA 2-
- 2.6.1 – General 2-
- 2.6.2 – Datos del Sitio 2-
- 2.6.3 – Análisis hidrológico 2-
- 2.6.4 – Análisis hidráulico 2-
- 2.6.4.1 – General 2-
- 2.6.4.2 – Estabilidad de la corriente 2-
- 2.6.4.3 – Vía acuática del puente 2-
- 2.6.4.4 – Cimentaciones del puente 2-
- 2.6.4.4.1 – General 2-
- 2.6.4.4.2 – Socavación del puente 2-
- 2.6.4.5 – Calzadas de acceso al puente 2-
- 2.6.5 – Localización de alcantarillas, longitud, y área de la sección hidráulica 2-
- 2.6.6 – Drenaje de la Calzada.................................................................................................................... 2-
- 2.6.6.1 – General 2-
- 2.6.6.2 – Tormenta de Diseño................................................................................................................ 2-
- 2.6.6.3 – Tipo, Tamaño, y número de desagües.................................................................................... 2-
- 2.6.6.4 – Descarga de los Desagües del Tablero 2-
- 2.6.6.5 – Drenaje de Estructuras 2-
- 2.7 – SEGURIDAD DEL PUENTE 2-
- 2.7.1 – General 2-
- 2.7.2 – Demandas de Diseño 2-
- 2.8 – REFERENCIAS 2-
2-2 SECCIÓN 2
Hidrología — Ciencia que se ocupa de la ocurrencia, distribución y circulación de agua en la tierra, incluyendo precipitación, escorrentía y agua subterránea.
Hiperflujo — Cualquier flujo de marea (o fluvial) con un caudal mayor al de la inundación de los 100 años pero no mayor al de la inundación de los 500 años.
Imbornal — Dispositivo para captar y drenar agua a través del tablero.
Inundación de Diseño por Socavación — El flujo de inundación igual o menor al de la inundación de 100 años que produce la socavación más profunda en las cimentaciones del puente. La carretera o el puente pueden inundarse en la etapa de la inundación de diseño por socavación. La peor condición de socavación puede ocurrir para la inundación de desbordamiento, como resultado del potencial de flujo por presión.
Inundación de Diseño para la sección hidraúlica de la vía acuática — La descarga, volumen, escenario, o cresta de ola máximos y su probabilidad asociada de excedencia, seleccionada para el diseño de una carretera o puente sobre un río o llanura de inundación. Por definición, la carretera o puente no se inundarán bajo este escenario de inundación de diseño para la sección hidraúlica de la vía fluvial.
Inundación de Verificación para Socavación — Inundación resultante de mareas (o crecientes fluviales) por tempestad, tormentas y/o fluctuaciones en la marea, con un caudal en exceso de la inundación de diseño por socavación, pero en ningún caso una inundación con un período de retorno superior al normalmente utilizado de 500 años. La inundación de verificación por socavación se utiliza en la investigación y evaluación de la cimentación del puente para determinar si puede soportar el flujo y la socavación correspondiente, sin pérdida de estabilidad. Ver También hiperflujo.
Inundación de los 500 Años — Inundación debida a tormenta y/o marea con una probabilidad del 0,2% a ser igualada o excedida en cualquier año.
Inundación de Población Mixta — Flujos de inundación derivados de dos o más factores causales, por ejemplo, pleamar causada por vientos costeros de un huracán o por lluvia.
Inundación de los 100 años o Inundación de Verificación [Check Flood] — Inundación debida a tormenta, creciente o marea, con 1 por ciento de probabilidad de ser igualada o excedida en cualquier año.
Inundación de desbordamiento — Inundación que, si es excedida, genera un flujo sobre la carretera o el puente, sobre una estructura divisoria de aguas [watershed divide] o a través de estructuras provistas para la mitigación de emergencias. El peor caso de socavación puede ser causado por la inundación de desbordamiento.
Lagrimal — Depresión lineal en la parte inferior de los componentes para hacer que al caer el agua fluya sobre la superficie y permitir su caida.
Marea — El aumento y la disminución periódicos del nivel de los océanos que resultan de la interacción gravitacional de la Tierra, la Luna y el Sol.
Peralte — La inclinación de la superficie de la calzada para balancear parcialmente la fuerza centrífuga sobre los vehículos en curvas horizontales.
Pleamar — Marea de nivel incrementado que ocurre alrededor de cada dos semanas durante luna llena o luna nueva.
Puente de Mitigación — Abertura en un terraplén, en una llanura de inundación, para permitir el paso del flujo.
Socavación Local — Socavación en un canal o en una llanura de inundación localizada en un pilar, estribo, u otra obstrucción al flujo.
Socavación General o de Contracción — Socavación en un canal o en una llanura de inundación que no está localizada en un pilar u otra obstrucción al flujo. En un canal, la socavación general o de contracción, por lo general afecta a toda o casi toda su sección y es comúnmente causada por una contracción del flujo.
Vía acuática — Cualquier corriente de agua, río, estanque, lago u océano.
SECCIÓN 2 2-
2.3 — CARACTERÍSTICAS DE
LOCALIZACIÓN
2.3.1 — Ubicación de la ruta
2.3.1.1 — General — La elección de la ubicación de los puentes se apoyará en el análisis de alternativas, teniendo en consideración factores económicos, ingenieriles, sociales y ambientales, así como los costos de mantenimiento e inspección asociados con las estructuras y con la importancia relativa de los factores listados arriba.
Deberá prestarse atención, de acuerdo con el riesgo involucrado, a localizaciones favorables del puente, tales que:
Se ajusten a las condiciones creadas por el obstáculo salvado; Faciliten diseño, construcción, operación, inspección y mantenimiento prácticos y rentables; Provean el nivel deseado de tráfico de servicio y de seguridad, y Minimicen impactos adversos de la carretera sobre la vecindad y el ambiente.
2.3.1.2 — Cruces de vías acuáticas y llanuras de inundación — Los cruces de vías acuáticas deben localizarse considerando los costos iniciales de la construcción y la optimización de los costos totales, incluyendo obras hidráulicas y las medidas de mantenimiento necesarias para reducir la erosión. Los estudios de cruces alternativos deben incluir evaluación de:
Características hidrológicas e hidráulicas de la vía acuática y de su llanura de inundación, incluyendo la estabilidad del cauce, el registro de inundaciones y, en cruces de estuario, alcance y ciclos de las mareas. El efecto del puente propuesto sobre el patrón del flujo de las inundaciones y el consecuente potencial de socavación en las cimentaciones del puente. El potencial de crear nuevos riesgos de inundación o aumentar los existentes, y Impactos ambientales sobre la vía acuática y su llanura de inundación.
Los puentes y sus accesos sobre llanuras de inundación deben ubicarse y diseñarse teniendo en cuenta las metas y los objetivos del manejo de la llanura de inundación, incluyendo:
Prevención del uso y desarrollo antieconómico, peligroso o incompatible de las llanuras de inundación. Evitar, cuando sea posible, la ocurrencia de significativas invasiones transversales y longitudinales. Minimización, cuando sea posible, de los impactos
C2.3.1.2 — La orientación detallada sobre la evaluación de procedimientos para la ubicación de los puentes y sus accesos sobre las llanuras de inundación están contenidos en Federal Regulations and the Planning and Location Chapter del AASHTO Model Drainage Manual (ver el comentario en el Articulo 2.6.1). Los Ingenieros con conocimiento y experiencia en la aplicación de la guía y los procedimientos del AASHTO Model Drainage Manual deberían participar en las decisiones de localización. En general, es más seguro y más rentable evitar problemas hidráulicos seleccionando la ubicación favorable de cruce que intentar reducir al mínimo los problemas en un momento posterior a través de medidas de diseño durante el desarrollo del proyecto.
La experiencia con puentes existentes debería, si es posible, ser parte de la calibración o verificación de los modelos hidráulicos. La evaluación del desempeño de puentes existentes durante inundaciones pasadas suele ser útil para la selección del tipo, tamaño y ubicación de nuevos puentes.
