TIPO DE TABLERO SECCIÓN TRANSVERSAL TÍPICA
Viga de Acero
Losa de hormigón colada in situ, losa de hormigón prefabricada, emparrillado de acero, paneles encolados/clavados, madera tesada
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Vigas cajón cerradas de acero u hormigón prefabricado
Losa de hormigón colada in situ
Vigas cajón abiertas de acero u hormigón prefabricado
Losa de hormigón colada in situ, losa de tablero de hormigón prefabricado
Viga cajón de múltiples células de hormigón colado in situ
Hormigón monolítico
Viga Te de hormigón
colado in situ Hormigón monolítico
Vigas cajón prefabricadas de hormigón macizas, alivianadas o celulares con conectores de corte
Sobrecapa de hormigón colado in situ
Vigas cajón prefabricadas de hormigón macizas, alivianadas o celulares con conectores de corte y con o sin postesado transversal
Hormigón integral
Secciones tipo canal de hormigón prefabricado con
conectores de corte
Sobrecapa de hormigón colado in situ
Sección doble Te de hormigón prefabricado con conectores de corte y con o sin postesado transversal
Hormigón integral
Sección Te de hormigón prefabricado con conectores de corte y con o sin postesado transversal
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Secciones doble Te o Te con
nervio de hormigón prefabricado
Hormigón colado in situ, hormigón
prefabricado
Vigas de madera
Hormigón colado in situ o tablones,
Paneles encolados / clavados o madera tensada
2.2.1. Requerimientos generales para el diseño de tableros de puentes [4]:
En el diseño de un Tablero de puente se deben tener presente tres requerimientos básicos:
a. Drenaje del tablero:
Se debe incluir el diseño del sistema de evacuación de las aguas lluvias, con esa finalidad la superficie del tablero, excepto en los emparrillados metálicos abiertos, debe estar provista de pendientes transversales y longitudinales se deben analizar los efectos estructurales de las aberturas previstas para el drenaje
b. Accesorios de hormigón
Los distintos elementos de hormigón de las protecciones laterales del puente como bordillos, parapetos, vallas vehiculares, barreras y divisorias, deben ser de preferencia estructuralmente continuos, con interrupciones coincidentes con las juntas del tablero.
c. Apoyos de los bordes
Es conveniente instalar apoyos en los bordes del tablero, a menos que se diseñe para soportar cargas de rueda en las posiciones de máxima excentricidad. Estos apoyos pueden estar constituidos por vigas de borde que se construyen integrales con el tablero.
2.2.2. Tipos de tableros para puentes de carretera
Los tableros para puentes de carretera se clasifican básicamente según el material; en este caso particular los tableros de Hormigón Armado fundidos en obra [3] se clasifican en tres tipos:
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CON ARMADURA PRINCIPAL PARALELA AL TRÁFICO, CON ARMADURA PRINCIPAL PERPENDICULAR AL TRAFICO,
CON ARMADURA PRINCIPAL EN DOS DIRECCIONES ORTOGONALES
2.2.3. Método Estático de Diseño
El análisis Estático que propone la AASHTO LRFD considera, métodos aproximados y métodos de análisis refinados.
En los métodos aproximados para tableros según la especificación AASHTO-LRFD se aplica:
El método de diseño empírico
El método de franjas o factores de distribución de la carga viva vehicular
El método de las líneas de cedencia
Para puentes losa y losas de hormigón que se extienden fundamentalmente en la dirección paralela al tráfico la franja de análisis es paralela al tráfico, si se trata de puentes de vigas longitudinales la franja es perpendicular al tráfico de ancho unidad.
2.2.4. Estados límites aplicables para el diseño de tableros de hormigón armado
Los estados límites aplicables para el diseño de tableros de hormigón armado son los siguientes: de Servicio, de Fatiga y Fractura, de Resistencia, y de Evento Extremo [3].
a. Estado Límite de Servicio
Para los tableros de hormigón armado se verifica la flecha provocada por la sobrecarga más el incremento por sobrecarga dinámica, lo cual no debe ser mayor que:
en el caso de puentes sin tráfico peatonal,
en el caso de puentes con tráfico peatonal limitado, y
en el caso de puentes con tráfico peatonal significativo. Dónde:
L = luz de cálculo medido entre los ejes de los aparatos de apoyo
El principal objetivo de limitar las deformaciones excesivas del tablero es impedir la pérdida y desgaste de la superficie de rodamiento. No es posible especificar un límite general ya que este límite dependería de la composición de la capa de rodamiento y
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de la adherencia entre el tablero y dicha superficie. Los límites se deberían establecer en base a ensayos.
b. Estado Límite de Fatiga y Fractura
En tableros multiviga de hormigón se verifica el comportamiento frente a cargas cíclicas.
c. Estado Límite de Resistencia
En los estados límites de resistencia los tableros de hormigón y demás sistemas de piso se pueden analizar ya sea como estructuras elásticas o como estructuras inelásticas.
d. Estado Límite Correspondientes a Evento Extremo
Los voladizos de la sección transversal de los tableros se deben diseñar para las solicitaciones trasmitidas por las cargas de tráfico así como las protecciones laterales combinadas [3].
2.2.5. Factores de resistencia
La tabla No. 2.5 detalla a los factores de resistencia según los Estados Limite ya sea para las solicitaciones de Momentos o Cortes para el caso de puentes de hormigón. Tabla 2.14 Factores de Resistencia para los Tableros de Hormigón Armado [5]
ESTADOS LIMITE MATERIAL
COEFICIENTE DE RESISTENCIA
MOMENTO CORTE
De Resistencia Hormigón Armado 0.90 0.90
Demás Estados 1.00 1.00
2.2.6. Cargas de diseño
Las cargas permanentes consideradas para los Tableros son las siguientes: Peso propio de la Losa de tablero (zona interior)
Peso propio de la losa de voladizo Peso propio del parapeto
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Y como cargas transitorias:
Fuerza de colisión de un vehículo contra las protecciones laterales Incremento por efecto dinámico de la carga vehicular
Sobrecarga viva – carga viva vehicular Sobrecarga peatonal – carga viva peatonal
La carga viva vehicular de diseño para Tableros de puentes es la carga HL–93 que consiste:
El camión de diseño, La carga de oruga, La carga distribuida
Como se describe en el numeral 2.1.5 de este trabajo de graduación.
2.2.7. Combinaciones de cargas y factores de carga
Las siguientes combinaciones se aplican en el diseño de Tableros de Hormigón Armado:
Tabla 2.15. Estados Límites para el Diseño de Tableros de Hormigón Armado
ESTADO LIMITE COMBINACIÓN ETAPA DE DISEÑO
RESISTENCIA 1 y 2
Determinación de máximas solicitaciones:
Determinación de Refuerzo
Comprobación de la resistencia del voladizo SERVICIO 1 Control de fisuración
FATIGA 1 Verificación del armado de Tablero: vanos internos
EVENTO EXTREMO 2 Comprobación de la resistencia del voladizo
El coeficiente de modificación de carga se debe determinar según la ecuación 2.2 y 2.3 en función del Factor de Ductilidad, Redundancia e Importancia operativa del puente según la Tabla 2.3 y 2.4 para calcular la combinación de cargas según el Estado Limite antes mencionado utiliza la Tabla 2.5. De la misma manera los Factores de carga utilizan la Tabla 2.6.
- 26 - 2.3. El método de diseño por franjas
2.3.1. Franjas en Tableros de hormigón armado con armadura principal paralela al trafico
Se considera que la carga viva vehicular para el cálculo del corte y momento por vía, se distribuye en una franja longitudinal del tablero, cuyo ancho (E) es función de la longitud y el ancho del vano del puente.
Este ancho por carril se puede obtener mediante las siguientes expresiones:
Para una vía cargada (es decir dos líneas de ruedas o dos ejes longitudinales del camión de diseño) es igual:
√
Para varias vías cargadas simultáneamente: √ Dónde:
Ancho equivalente para la franja de diseño (mm), para una vía o múltiples vías cargadas,
L1 = longitud modificada del vano (mm), igual al menor valor entre la longitud del vano
actual y 18000 mm
W1 = ancho modificado de borde a borde del puente (mm), igual al menor valor entre el
ancho actual o 18000 mm para múltiples vías cargadas o 9 000 mm para una sola vía cargada,
W = ancho físico medido entre bordes del puente (mm), y NL = número de vías o carriles de diseño.
Fig. 2.5. Franja para el análisis del tablero con armadura principal paralela al tráfico [5] (2.9)
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2.3.2. Franjas equivalentes de distribución de la carga viva vehicular en tableros de hormigón armado con armadura principal perpendicular al trafico
Los tableros de puentes de vigas longitudinales se diseñan tomando en cuenta una franja perpendicular a los elementos soportantes, como si se tratase de una viga continua, excepto cuando se trata de tableros metálicos o losas superiores de las vigas cajón construidas en dovelas (construcción segmental). Para el cálculo se diferencia el ancho de la Franja en los bordes o extremos no soportados del tablero o voladizos y en las secciones dentro de los vanos entre vigas o Franjas interiores. Según este método el máximo momento positivo de cualquier vano del tablero entre vigas, así como el momento máximo negativo sobre los apoyos (vigas), se adoptan para todas las regiones de momentos positivos y negativos respectivamente.
Fig. 2.6. Franja interior y de borde para el análisis del tablero con armadura principal perpendicular al tráfico [5]
En la tabla 2.16 se detalla el ancho equivalente de franjas interiores para la distribución de la carga viva vehicular, donde:
S = separación de los elementos de apoyo (mm) h = altura del tablero (mm)
L = longitud de tramo del tablero (mm) P = carga de eje (N)
Sb = separación de las barras del emparrillado (mm) +M = momento positivo
−M = momento negativo
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Tabla 2.16. Ancho Equivalente de Franjas
TIPO DE TABLERO