001 diseño general cargas y factores de cargas

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Introduccin al Anlisis Estructural y Clculo de Puentes

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Introduccin al Anlisis

Estructural y Clculo de Puentes Desarrollo de la Norma AASHTO LRFD Bridge Design

Specifications

Vlacev Toledo Espinoza

COMUNIDAD PARA LA INGENIERA CIVIL

Per

www.cingcivil.com

Primera Edicin: Marzo 2012

Introduccin al Anlisis Estructural y Clculo de Puentes

Desarrollo de la Norma AASHTO LRFD Bridge Design Specifications

Publicacin Cingcivil: Diplomado Clculo y Diseo de Puentes

El Autor

ISBN

diseo general,

cargas y factores

de carga

En este captulo se hace una introduccin a la Ingeniera Ssmica Basada

en Desempeo, cubriendo temas sobre la historia del PBEE, resumiendo

los primeros esfuerzos como el FEMA 273/356 y el ATC 40. Se desarrollan

los objetivos de la PBEE, formados de la matriz de Objetivos Principales vs

Niveles de Peligrosidad Ssmica, se indican cmo se definen los objetivos

principales a partir de niveles de desempeo en elementos estructurales y

no estructurales.

Comunidad para la Ingeniera Civil Diplomado Clculo y Diseo de Puentes Diseo General, Cargas y Factores de Carga

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1. Diseo General, Cargas y Factores de Carga segn la AASHTO LRFD

Bridge Design Specifications

La AASHTO LRFD Bridge Design Specifications (AASHTO LRFD) a desarrollar ser la Sexta Edicin

del 2012. La filosofa de la AASHTO ser que los puentes se diseen para estados lmites especficos

alcanzando algunos objetivos como la constructibilidad, la seguridad y la servicialidad. Los estados lmites

que se especifiquen sern capaces de transportar las cargas de diseo por un ciclo de vida especfico.

La resistencia de los componentes y conexiones sern determinados sobre la base del

comportamiento inelstico, aunque los efectos de las fuerzas sean determinados usando el anlisis elstico.

1.1. Definiciones

Abertura del Curso del Agua (Waterway Opening): Ancho o rea de la abertura del puente en un

estado especfico, y medido normal a la direccin principal del flujo.

Agradacin (Aggradation): Una acumulacin general y progresiva del perfil longitudinal de la

lecho del canal como resultado de la deposicin de sedimentos.

Ancho de Acera (Sidewalk Width): Espacio no obstruido para uso exclusivo peatonal entre las

vallas o barreras o entre la cuneta o bordillo y una barrera.

Curso del Agua (Waterway): Cualquier corriente, ro, estanque, laguna, u ocano.

Degradacin (Degradation): Una general y progresiva disminucin del perfil longitudinal del

lecho del canal como resultado de una erosin a largo plazo.

Descarga de Diseo (Design Discharge): Mximo flujo de agua en un puente que se espera sin

exceder las restricciones de diseo adoptadas.

Espacio Libre (Clearance): Un espacio horizontal o vertical no obstruido.

Hidrulica (Hydraulics): La ciencia concerniente con el comportamiento de flujos de lquidos,

especialmente en tubera y canales.

Hidrologa (Hydrology): La ciencia concerniente con la ocurrencia, distribucin, y circulacin de

agua sobre la tierra, incluyendo la precipitacin, escorrenta, y aguas subterrneas.

Scupper: Un dispositivo para drenar el agua a travs del tablero.

Superelevacin (Superlevation): Una inclinacin de la superficie de la carretera para

contrabalancear parcialmente las fuerzas centrfugas en los vehculos en las curvas horizontales.

Zona Libre (Clear Zone): Una no obstruida, relativamente rea plana ms all de la lnea de

calzada para el recorrido de vehculos errantes. La calzada no incluye las bermas de los carriles auxiliares.


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1.2. Caractersticas de Ubicacin, Objetivos de Diseo y Diseo Preliminar

1.2.1. Caractersticas para la Ubicacin

1.2.1.1. Ruta de Ubicacin

La eleccin de la ubicacin de los puentes deber ser apoyado por el anlisis de alternativas con

consideraciones dadas a la economa, ingeniera, social, y proteccin ambiental; as como al costo de

mantenimiento e inspeccin asociadas con las estructuras y con la importancia relativa de las

consideraciones dadas.

Las atenciones, proporcionales al riesgo involucrado, debern ser dirigidas para proporcionar

ubicaciones favorables que:

Cubran las condiciones creadas por el obstculo a ser cruzado.

Facilitar prcticos diseos costo efectividad, construccin, operacin, inspeccin y

mantenimiento.

Proporcionar el nivel deseado de servicio de trfico y seguridad.

Minimizar los impactos adversos de la carretera.

Los cruces de los cursos de aguas debern estar ubicados con respecto al costo del capital inicial,

incluyendo los trabajos de formacin del canal del ro (encausamiento) y las medida de mantenimiento

necesarias para reducir la erosin. Los estudios de los lugares de cruce debern de incluir la evaluacin de:

Las caractersticas hidrulicas e hidrolgicas de los cursos de agua y sus quebradas,

incluyendo la estabilidad del canal, historia de inundaciones, y, en cruces de estuarios, tangos de

marea y ciclos.

El efecto del puente propuesto sobre el patrn de flujo e inundacin y la potencial escorrenta

de flujo en la cimentacin del puente.

El potencial para crear nuevos o aumentar existentes flujos peligrosos.

Los impactos sobre el entorno de los cursos de agua y su rea de inundacin.

Los puentes y sus accesos sobre las planicies de inundacin debern estar ubicados y diseados

con respecto a los propsitos principales y objetivos del manejo del rea de inundacin, incluyendo:

La prevencin de no econmico, peligroso o uso incompatible y desarrollo de las reas de

inundacin.

Evitar la invasin o cercenamiento transversal y longitudinal, siempre que sea posible.

Minimizar los impactos adversos de la carretera y la mitigacin de los impactos inevitables,

siempre que sea posible.


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Consistencia con el propsito de los estndares y criterios con los programas nacionales de

aseguramiento contra las inundaciones, siempre que sea posible.

Agradacin o degradacin a largo plazo.

Compromisos realizados para obtener las aprobaciones ambientales.

Las guas detalladas sobre los procedimientos para la evaluacin de la ubicacin de puentes y sus

accesos sobre reas de inundacin estn contenidas en el Federal Regulations and the Planning and

Location Chapter of the AASHTO Model Drainage Manual (ver Comentario en el Articulo 2.6.1).

La ubicacin y el alineamiento del puente debern ser seleccionados para satisfacer los

requerimientos de trnsito, ya sea, sobre o por debajo del puente. Se deben dar consideraciones para

facilitar para posibilitar futuras variaciones en el alineamiento o ancho de los cursos de agua, carreteras, o

vas de ferrocarril atravesadas por el puente.

En tal caso, debern ser dadas consideraciones para futuras adiciones de facilidades de masa de

trnsito o ensanchamiento del puente.

Aunque la ubicacin de la estructura de un puente sobre un curso de agua es determinada

generalmente por otras consideraciones como los peligros de colisiones Vessel, las siguientes preferencias

debern ser consideradas cuando sean posibles y prcticas:

Ubicar el puente lejos de las curvas en el canal de navegacin. La distancia al puente deber

ser tal que las embarcaciones (vessel) puedan alinearse antes de pasar debajo del puente,

generalmente ocho veces ms que la longitud de la embarcacin. La distancia deber ser

aumentada adicionalmente cuando las altas corrientes y los vientos prevalecen en el sitio.

Cruzar el canal de navegacin cerca de los ngulos rectos y simtricamente con respecto al

canal de navegacin.

Proporcionar una adecuada distancia desde ubicaciones de navegaciones congestionadas,

maniobras de atraques de embarcaciones y otros problemas de navegacin.

Ubicar el puente donde el curso del agua sea superficial o estrecho y los pilares del puente

puedan ser ubicados fuera del alcance de las embarcaciones.

1.2.1.1.1. Seguridad del Trfico

Proteccin de Estructuras:

Se deben dar consideraciones para el paso seguro de los vehculos sobre o por debajo del puente.

El peligro para los vehculos circulantes dentro de la zona despejada deber ser minimizado ubicando

obstculos a una distancia segura de los carriles de circulacin.


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Las columnas de los pilares o muros para las estructuras de separacin de niveles, debern ser

ubicadas en concordancia con el concepto de la zona libre como se especifica en el Captulo 3 de la AASHTO

Roadside Design Guide, 1996. Cuando los lmites prcticos de los costos de la estructura, tipo de estructura,

volumen y velocidad de diseo a travs del trfico, la disposicin del tramo, esviacin, y terreno hechas

conforme con la AASHTO Roadside Design Guide, no sean practicados, los pilares o muros debern ser

protegidos usando guardacarriles u otros dispositivos de barrera. Los guardacarriles u otros dispositivos

debern, si es prctico, estar apoyados independientemente, con su cara de calzada de al menos 2.0 pies

(60 centmetros) desde la cara del pilar o estribo, a menos que se proporcione una barrera rgida.

La cara del guardacarril u otro dispositivo deber estar al menos a 2 pies fuera de la lnea normal

de la berma.

El intento de proporcionar barreras estructuralmente independientes es para prevenir la

transmisin de los efectos de las fuerzas desde la barrera hacia la estructura a ser protegida.

Proteccin de los Usuarios:

Todas las estructuras de proteccin debern tener caractersticas de superficie adecuadas y

transiciones para redirigir sin peligro el trfico errante.

En el caso de puentes movibles, seales de peligro, luces, campanas de sealizacin, portales,

barreras, y otros dispositivos de seguridad debern ser proporcionados para la proteccin de peatones,

ciclistas, y trfico vehicular. Estos debern ser diseados para operar antes de la apertura del tramo

movible y mantenerse operacional hasta que el tramo haya sido completamente cerrado. Los dispositivos

debern estar conformes a los requerimientos del Traffic Control at Movable Bridges, en el Manual on

Uniform Traffic Control Devices.

Condiciones especiales, tales como alineamiento en curva, obstruccin de visibilidad, etc.,

pueden justificar barreras de proteccin, incluso con bajas velocidades de diseo.

Estndares Geomtricos:

Los requerimientos de la publicacin de la AASHTO A Policy on Geometric Design of Highways

and Streets debern ser ya sea satisfechos o exceptuados al mismo que debern ser justificados y

documentados. El ancho de las bermas y la geometra de las barreras de trfico debern satisfacer las

especificaciones del propietario.

Superficie de Rodadura:

Las superficies de rodadura en un puente debern tener caractersticas antideslizantes, bombeo,

drenaje y superelevacin de acuerdo con la A Policy on Geometric Design of Highways and Streets o con

requerimientos locales.

Colisiones de Embarcaciones (Vessel Collisions):


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La estructura del puente deber estar protegida contra las fuerzas de colisin de embarcaciones

por defensas, diques, o delfines o ser diseada para resistir a los efectos de las fuerzas de colisin.

La necesidad de delfines o sistemas de defensa pueden ser eliminados en algunos puentes por la

juiciosa ubicacin de los pilares del puente. La gua sobre el uso de delfines y sistemas de defensa est en el

AASHTO Highway Drainage Guidelines, Volume 7; Hydraulic Analyses for the Location and Design of Bridges;

y el AASHTO Guide Specification and Commentary for Vessel Collision Design of Highway Bridges.

1.2.1.2. Espacio Libre

La seguridad dictamina que los objetos fijos sean colocados tan lejos desde el borde la calzada

como sea econmicamente factible.

1.2.1.2.1. De Navegacin

Los permisos para la construccin de puentes sobre cursos de agua navegables debern ser

obtenidos de las agencias que tienen jurisdiccin.

1.2.1.2.2. Vertical de una Carretera

El espacio libre vertical de las estructuras en una carretera debern estar conformes con la

publicacin de la AASHTO A Policy on Geometric Design of Highways and Streets for the Functional

Classification of the Highway o excepciones que debern ser justificadas. Posibles reducciones del espacio

libre, debido al asentamiento del paso superior, debern ser investigadas. Si el asentamiento esperado

excede de 1.0 pulgada (2.54 centmetros), ste deber ser agregado al espacio libre especificado.

El espacio mnimo especificado deber de incluir 6.0 pulgadas (15.24 centmetros) para posibles

futuras superposiciones. Si las superposiciones no estn contempladas por el propietario, este

requerimiento puede ser anulado.

El espacio libre para los apoyos de las seales o letreros y pasos superiores peatonales deber ser

de 1.0 pie (30 centmetros) ms grande que el espacio libre de la estructura de la carretera, y el espacio

libre vertical de la calzada al arriostramiento cruzado superior a travs de una estructura de armadura no

deber ser menor que 17.5 pies (533 centmetros).

Los apoyos de las seales, puentes peatonales, y arriostramientos cruzados superiores requieren

de un espacio libre superior debido a su menor resistencia al impacto.

1.2.1.2.3. Horizontal de una Carretera

El ancho del puente no deber ser menor que el de la seccin de calzada del acceso, incluyendo

bermas o bordillos, cunetas y aceras.


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El ancho til de las bermas deber ser tomado generalmente como el ancho del pavimento.

Ningn objeto sobre o debajo de un puente, que no sea una barrera, deber ser ubicado cerca de

4.0 pies (120 centmetros) del borde del carril de trfico diseado. La cara interior de una barrera no deber

estar cerca de 2.0 pies (60 centmetros) ya sea de la cara del objeto o del borde del carril de trfico

diseado.

Las distancias mnimas especificadas entre el borde del carril de trfico y el objeto fijo son un

intento para prevenir colisiones con ligeramente vehculos errantes y aquellos que transportan amplias

cargas.

El espacio libre horizontal mnimo para columnas inclinadas o superficies de muros deber ser

proporcionada en la superficie de la calzada y para una distancia vertical de 6.0 pies (180 centmetros)

sobre el borde del pavimento. Cuando las pendientes finales del puente caen dentro del rea de

recuperacin, el espacio libre horizontal deber ser proporcionado por una distancia vertical de 6.0 pies

(180 centmetros) por encima de la superficie de relleno (ver la Figura 1-1).

Figura 1-1: Espacio libre horizontal para pilares inclinados.

Los pilares y estribos del puente debern ser colocados tal que el espacio libre mnimo pueda ser

satisfecho. Sin embargo, si por razones estructurales o econmicas, la mejor disposicin del tramo requiere

que un pilar est dentro de la zona libre o rea de recuperacin, entonces el guardacarril o barrera pueden

ser usados para mitigar el peligro.

1.2.1.2.4. De Pasos Superiores sobre Vas de Ferrocarril

Las estructuras diseadas para pasar sobre una va de ferrocarril debern estar acordes con

estndares establecidos y usados por la va de ferrocarril afectada y su prctica normal. Estas estructuras de

pasos superiores debern cumplir con leyes federales, estatales, nacionales, y municipales.


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Las regulaciones, cdigos, y estndares debern, como mnimo, satisfacer las especificaciones y

estndares de diseo de la American Railway Engineering and Maintenance of Way Association (AREMA), la

Association of American Railroads, y de la AASHTO.

1.2.1.3. Entorno

El impacto de un puente y sus accesos sobre la comunidad local, sitios histricos, humedales, y

otras reas sensibles estticas, ambientales, y ecolgicas debern ser consideradas. Conformidad con las

leyes de agua; regulaciones federales y estatales con respecto a la invasin de las planicies de inundacin,

peces, y hbitats de vida salvaje; y las provisiones de los programas nacionales de seguro contra

inundaciones debern ser aseguradas. Debern ser considerados la geomorfologa de las corrientes,

consecuencias de la socavacin del lecho del ro, remocin del terrapln de estabilizacin vegetal, y, cuando

sea apropiado, los impactos a la dinmico de mareas de los estuarios.

Las corrientes, estos son, fluviales, geomorfolgicos son un estudio de la estructura de formacin

de las caractersticas de la tierra que resultan de las fuerzas del agua. Para propsitos de esta seccin, esto

incluye la evaluacin de las corrientes, potencial de agradacin, degradacin, o migracin lateral.

1.2.1.4. Determinacin de la Longitud del Puente en Cruces de Paso sobre Carreteras

El establecer la ubicacin de los extremos de los pilares para un cruce de carretera es una funcin

del perfil de la rasante de la calzada del cruce superior, la profundidad de la superestructura, los espacios

libres horizontal y vertical mnimos requeridos por la estructura, el perfil de la rasante y canalizacin

(incluyendo futuros ensanchamientos) de la calzada de cruce inferior, y del tipo y proporcin de la

pendiente final usada.

Para el caso general de puentes en pendientes en corte o en rellenos, el punto de control es

donde la pendiente plana de corte o relleno se junta con el inferior del borde de la zanja de la carretera o

borde de la berma como sea aplicable. Desde este punto, la pendiente plana de corte o relleno se establece

en la proporcin recomendada hasta donde la pendiente plana intersecta la rasante de la calzada en la

berma (shoulder).

Figura 1-2: Determinacin de la longitud del puente.


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Para el caso general de puentes sobre muros tipo estribos o estribos cerrados, los factores de

control son los requeridos por el espacio libre horizontal y el tamao de estribo. Esta situacin podra ser

ms probable que ocurra en un asentamiento urbano o cuando el derecho de va o la longitud del tramo

sea limitada.

1.2.2. Investigacin de la Cimentacin

Una investigacin subterrnea, incluyendo perforaciones y pruebas en el suelo, debern

realizadas en concordancia con las recomendaciones del Artculo 10.4 de la AASHTO LRFD Bridge Design

Specifications, para proporcionas informacin suficiente y pertinente para el diseo de las unidades

subterrneas. El tipo y costo de las cimentaciones debern ser considerados en los estudios estticos y

econmicos para la ubicacin y la seleccin de alternativas del puente.

La topografa actual del sitio del puente deber ser establecida va mapas de contorno (curvas de

nivel) o fotografas. Tales estudios debern incluir la historia del sitio en trminos de movimiento de masas

de tierra, erosin de suelo y roca, y los meandros de los cursos del agua.

1.2.3. Objetivos de Diseo

1.2.3.1. Seguridad

La responsabilidad principal del ingeniero ser proporcionar seguridad al pblico.

1.2.3.2. Servicialidad

1.2.3.2.1. Durabilidad

Materiales:

Los documentos del contrato nombrarn la calidad de los materiales y la aplicacin de altos

estndares de fabricacin y ereccin.

El acero estructural deber protegerse por s mismo, o tener sistemas de revestimiento de larga

vida o proteccin catdica.

Las barras de refuerzo y los cables de pretensado en los componentes de concreto, los cuales se

puede esperar que estn expuestos a sales debido al transporte areo o acutico, debern estar protegidos

por una combinacin de revestimiento epxico y/o galvanizado, recubrimiento de concreto, densidad, o

composicin qumica del concreto, incluyendo incorporacin de aire y pintura no porosa de la superficie del

concreto o proteccin catdica.


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Los cables de pretensado en los ductos de cables debern ser inyectadas o de lo contrario

protegidas contra la corrosin.

Los accesorios y sujetadores usados en la construccin de madera debern ser de acero

inoxidable, acero maleable, aluminio, o acero que est galvanizado, en-cadmiado, o de lo contrario

revestido. Los componentes de madera debern ser tratados con preservantes.

Los productos de aluminio debern ser aislados elctricamente de los componentes de acero y

concreto.

Se deber proporcionar proteccin a los materiales susceptibles de daos por radiacin solar y/o

polucin.

Las consideraciones debern esta dadas para la durabilidad de los materiales en contacto directo

con la tierra y/o el agua.

El intento de esta seccin es reconocer la significancia de la corrosin y el deterioro de los

materiales estructurales para un desempeo a largo plazo del puente.

Que no sea el deterioro del tablero de concreto en s, el ms simple problema de mantenimiento

del puente que prevalece es la desintegracin de los extremos de las vigas, apoyos, pedestales, pilares y

estribos debido a la percolacin de las sales de la carretera llevado por el agua a travs de las juntas del

tablero. La experiencia parece indicar que un tablero estructuralmente continuo proporciona la mejor

proteccin para los componentes por debajo del tablero. Las consecuencias potenciales del uso de las sales

en las carreteras sobre estructuras con tableros de acero no rellenados y tableros de madera no

pretensados debern ser tomadas en cuenta.

Se permite el uso de tableros discontinuos en la ausencia del uso sustancial de las sales de la

carretera. Las juntas de alivio transversales en corte de sierra en tableros de concreto vaceados en el sitio

se ha encontrado que no son de un valor prctico cuando se presente una accin compuesta. La economa,

debido a la continuidad estructural y la ausencia de juntas de expansin, generalmente estar a favor de la

aplicacin de tableros continuos, sin tener en cuenta la ubicacin.

Los largueros hechos simplemente apoyados por juntas deslizantes, con o sin orificios para

pernos ranurados, tienden a congelarse debido a la acumulacin de productos corrosivos y causan

problemas de mantenimiento. Debido a la capacidad general de las computadoras, los anlisis de losas

continuas no es un problema mayor.

La experiencia indica que, desde la perspectiva de la durabilidad, todas las uniones debern ser

consideradas sometidas a algn grado de movimiento y fuga.

Medidas de Autoproteccin:


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Ranuras continuas de goteo debern ser proporcionadas a lo largo de la cara inferior de un

tablero de concreto en una distancia que no excede las 10.0 pulgadas (25 centmetros) desde el borde

frontal. Cuando el tablero est interrumpido por una junta de tablero sellada, todas las superficies de los

pilares y estribos, que no sean apoyos de asiento, debern tener una pendiente mnima de 5% ms all de

sus bordes. Para juntas de tablero abiertas, esta pendiente mnima deber incrementarse al 15%. En el caso

de juntas de tablero abiertas, los apoyos debern estar protegidos contra el contacto con sales y

escombros.

La acumulacin de agua a menudo ha sido observada en los asientos de estribos, probablemente

como un resultado de las tolerancias de construccin y/o inclinacin. La pendiente de 15% especificada en

conjunto con las juntas abiertas es un intento para permitir que las lluvias laven y alejen los escombros y

sales.

Las superficies de rodadura debern ser interrumpidas en las juntas de tablero y debern estar

provistas con una transicin suave al dispositivo de junta de tablero.

En el pasado, para muchos puentes pequeos, no fueron proporcionados dispositivos de

expansin en la junta fija, y la superficie de rodadura simplemente se corri hacia la junta para dar una

superficie continua montada. Como el centro de rotacin de la superestructura est siempre por debajo de

la superficie, la junta fija actualmente se mueve debido a la carga y efectos ambientales, causando que la

superficie de rodadura se agriete, se fugue, y se desintegre.

Las formaletas o encofrados de acero debern ser protegidas contra la corrosin de acuerdo con

las especificaciones del propietario.

1.2.3.2.2. Inspeccionabilidad

Escaleras de inspeccin, pasillos, pasarelas, orificios con accesos cubiertos, y suministro de luces,

si es necesario, debern proporcionarse cuando otros medios de inspeccin no sean prcticos.

La Guide Specifications for Design and Construction of Segmental Concrete Bridges requiere de

escotillas de acceso externas con un tamao mnimo de 2.5 pie x 4.0 pie (75 cm x 120 cm), aberturas ms

grandes en los diafragmas interiores, y drenajes de ventilacin o ventilacin de malla en intervalos no

mayores a 50 pies (150 centmetros). Estas recomendaciones debern ser usadas en puentes diseados

bajo estas especificaciones.

1.2.3.2.3. Mantenibilidad

Se deben de evitar los componentes cuyo mantenimiento se espera que se difcil. Cuando el

entorno climtico y/o de trfico es tal que el tablero del puente debe necesitar ser reemplazado antes que

se requiera el servicio de vida, las provisiones debern ser mostradas en los documentos del contrato para:


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Una capa de proteccin contempornea o futura.

Un reemplazo futuro del tablero.

Suplementaria resistencia estructural.

El mantenimiento del trfico durante el reemplazo deber ser proporcionado por andamio ancho

parcial o por la utilizacin de una estructura paralela adyacente.

Medidas para incrementar la durabilidad del concreto y tableros de madera comprenden el

revestimiento epxico de las barras de refuerzo, de los ductos de postensionado, y de los cables o torones

pretensados en el tablero. Aditivos de microslicas y/o de nitrito de calcio en el tablero de concreto,

membranas de impermeabilizacin, y capas sobrepuestas deben ser usadas para proteger el acero negro.

Las barras a travs de los asientos de apoyo y bajo las juntas del tablero debern ser diseadas

para facilitar el gateo, limpieza, reparacin, y reemplazo de los apoyos y juntas.

Los puntos de gateo debern ser especificados en los planos, y la estructura deber ser diseada

para fuerzas de gateo. Las cavidades inaccesibles y esquinas debern ser evitadas. Las cavidades que

pueden invitar a habitantes humanos o animales debern ser ya sea evitados o hechos seguros.

1.2.3.2.4. Manejabilidad

El tablero del puente deber ser diseado para permitir el movimiento suave de trfico. Sobre

caminos pavimentados, una losa de transicin estructural deber ser localizada entre el acceso a la calzada

y el estribo del puente. Las tolerancias de construccin, con respecto al perfil de del tablero acabado,

debern ser indicados en los planos o en las especificaciones o disposiciones especiales.

El nmero de juntas de tablero se reducir al mnimo en la prctica. Los bordes de las juntas en

los tableros de concreto expuestos al trfico debern ser protegidos de la abrasin y el descascaramiento.

Los planos para las juntas prefabricadas debern especificar que la junta ensamblada sea erigida como una

unidad.

Cuando los tableros de concreto sin una capa de sobrepuesta inicial son usados, se deben dar

consideraciones para proporcionar un espesor adicional de 0.5 pulgadas (1.27 centmetros) para permitir la

correccin del perfil del tablero por amoladura, y para compensar por la prdida de espesor debido a la

abrasin.

1.2.3.2.5. Servicios Pblicos

Cuando se requiera, se debern hacer provisiones para apoyar y mantener los medios necesarios

para los servicios pblicos.

1.2.3.2.6. Deformaciones


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(AASHTO LRFD 2.5.2.6.1) Los puentes debern diseados evitando indeseables efectos

estructurales o psicolgicos debido a sus deformaciones. Mientras la deflexin y sus limitaciones de peralte

son hechos opcionales, excepto para tableros de placa ortotrpicos, cualquier desviacin mayor a la

prctica exitosa pasada con respecto a la esbeltez y las deflexiones debern ser causa para la revisin del

diseo para determinar que se desempee adecuadamente.

Las deformaciones por cargas de servicio pueden causar deterioro de la superficie de rodadura y

agrietamiento local en las losas de concreto y en los puentes de metal que podran perjudicar la

servicialidad y durabilidad, incluso si es auto-limitante y no es una fuente de colapso potencial.

Tan temprano como 1905, intentos fueron realizados para evitar estos efectos limitando la

relacin del peralte a la luz del tramo de armaduras y vigas, e inicindose en 1930, los lmites de la deflexin

por carga viva fueron prescritos por los mismos propsitos. En un estudio de limitacin de deflexiones en

puentes (ASCE, 1958), un Comit del ASCE encontr numerosas deficiencias en estos enfoques tradicionales

y fueron anotados, por ejemplo:

El limitado estudio conducido por el Comit revel ninguna evidencia de dao

estructural serio que pudiera ser atribuida a deflexin excesiva. Los pocos ejemplos de

dao en las conexiones en largueros o agrietamiento de pisos de concreto podran

probablemente ser corregidos ms eficientemente por cambios en el diseo ms que

por ms limitaciones restrictivas en la deflexin. De otro lado, tanto el estudio

histrico como los resultados del estudio indican claramente que las reacciones

psicolgicas desfavorables a la deflexin del puente es probablemente el ms

frecuente e importante origen de preocupacin con respecto a la flexibilidad de los

puentes. Sin embargo, estas caractersticas de vibracin del puente los cuales se

consideran objetables por los peatones y pasajeros en vehculos no pueden ser an

definidos.

Desde la publicacin del estudio, ha habido extensa investigacin sobre la respuesta humana al

movimiento. Generalmente se est ahora de acuerdo que el factor principal que afecta la sensibilidad

humana es la aceleracin, ms que la deflexin, velocidad, o la relacin de cambio de aceleracin para

estructuras de puente, pero el problema es an una dificultad subjetiva. As, no hay todava una gua simple

y definitiva para los lmites de la deflexin esttica tolerable o el movimiento dinmico.

Para puentes de acero esviados rectos tipo viga y puentes de acero curvados horizontales tipo

viga con o sin apoyos esviados, se debern considerar las siguientes investigaciones:

Las deflexiones vertical elstica, lateral, y rotacional debido a las combinaciones carga

aplicables debern ser consideradas para asegurar el desempeo de servicio de manera

satisfactoria de los apoyos, juntas, estribos integrales, y pilares.


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Las rotaciones de las vigas principales computadas en los apoyos debern ser acumuladas

sobre la secuencia de construccin asumida por el Ingeniero. Las rotaciones computadas en los

apoyos no debern exceder las capacidades rotacionales de los apoyos especificadas para las

cargas factorizadas acumuladas correspondiente al estado investigado.

Los diagramas de contraflechas las provisiones para las contraflechas en estructuras de acero

y pueden reflejar la deflexin acumulada computada debido a la secuencia de construccin

asumida por el Ingeniero

Los puentes de acero con curado horizontal estn sometidas a torsin resultando en una

deflexin lateral mayor y al doble de puentes tangentes. Por lo tanto, las rotaciones debido a las fuerzas por

cargas muertas y termales tienden a dar un mayor efecto sobre el desempeo de los apoyos y las juntas de

expansin de los puentes curvos.

Las rotaciones en los apoyos durante la construccin pueden exceder las rotaciones por carga

muerta computadas para el puente completo, en particular en apoyos esviados. La identificacin de esta

situacin temporal puede ser crtica para asegurar que el puente pueda ser construido sin daar los apoyos

o dispositivos de expansin.

Criterio por Deflexin (AASHTO LRFD 2.5.2.6.2):

Los criterios de esta seccin se podrn considerar opcionales, excepto para lo siguiente:

Las disposiciones para tableros ortotrpicos sern consideradas obligatorias.

Los tableros en malla metlicos y otros de metal de peso liviano y los tableros de puentes de

concreto debern estar sometidos a las disposiciones de servicialidad para Tableros y Sistemas

de Tableros.

Estas disposiciones permiten, pero no fomentan, el uso de las prcticas pasadas para el control

de deflexiones. Los diseadores fueron permitidos de excederse estos lmites y su discrecin en el pasado.

Las deflexiones calculadas de las estructuras han sido encontradas a menudo difciles de verificar en el

campo debido a numerosas fuentes de rigidez no tomadas en cuenta en los clculos. A pesar de esto,

muchos propietarios y diseadores han encontrado confort en los requerimientos pasados para limitar la

rigidez total en los puentes. El deseo para continuar con la disponibilidad de algunas guas en esta rea, ha

resultado en la retencin de criterios opcionales, excepto para tableros ortotrpicos, para el cual los

criterios son requeridos. Los criterios de deflexin son tambin obligatorios para tableros livianos que

compuestos de metal y concreto, tales como tableros en malla rellenos o parcialmente rellenos, y tableros

en malla no rellenos compuestos con losas de concreto reforzado.

Guas adicionales respecto a la deflexin de puentes de acero se puede encontrar en Wright y

Walker (1971).


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Consideraciones adicionales y recomendaciones para deflexiones en componentes en puentes de

madera son discutidas por Ritter (1990).

Para un puente recto multi-viga, esto es equivalente a decir que el factor de distribucin para la

deflexin es igual al nmero de carriles dividido por el nmero de vigas.

Para sistemas curvos con viga principal de acero, la deflexin lmite es aplicada a cada viga

principal individual ya que la curvatura causa en cada viga principal se deflecte de manera diferente a la

viga principal adyacente por lo que una deflexin promedio tiene un menor significado. Para sistemas

curvos con viga principal de acero, la luz libre del tramo usada para computar el lmite de deflexin deber

ser tomada como la longitud de arco de la viga principal entre apoyos.

Aplicando estos criterios, la carga vehicular deber incluir la carga dinmica permitida. Si el

propietario elije invocar el control de deflexin, los siguientes principios deben ser aplicados:

Cuando se investiga la deflexin absoluta mxima para sistemas con vigas rectas, todos los

carriles de diseo debern ser cargados, y todos los componentes apoyados se debern asumir

que se deflectan igual.

Para sistemas curvados de acero tipo cajn y I-girder (viga principal I), la deflexin de cada

viga principal deber ser determinada individualmente basada en su respuesta como parte de un

sistema.

Para el diseo compuesto, la rigidez para la seccin transversal de diseo usada para la

determinacin de la deflexin deber incluir el ancho total de la calzada y la porcin continua

estructuralmente de la baranda, vereda, y barrera media.

Para sistemas de vigas principales rectas, la rigidez a la flexin compuesta de una viga

principal individual puede ser tomada como la rigidez determinada como se especifica arriba,

dividida por el nmero de vigas.

Cuando se investiga el desplazamiento mximo relativo, el nmero y la posicin de carriles

cargados debern ser seleccionados para proporcionar el peor efecto diferencial.

La porcin de la carga viva de la Combinacin de Carga de Servicio I deber ser usada,

incluyendo la carga dinmica permitida, IM (impacto).

La carga viva deber ser tomada del Artculo 3.6.1.3.2 de la AASHTO LRFD.

Las disposiciones del Artculo 3.6.1.1.2 de la AASHTO LRFD debern aplicarse.

Para puentes esviados, una seccin transversal recta puede ser usada, y para puentes curvos

y curvos esviados, una seccin transversal radial puede ser usada.

En ausencia de otros criterios, los siguientes lmites de deflexin en puentes vehiculares pueden

ser considerados para el acero, aluminio, y/o concreto:

Cargas vehiculares generales Luz/800


16

Cargas vehiculares y peatonales Luz/1000

Cargas vehiculares sobre tramo en voladizo Luz/300

Cargas vehiculares y peatonales sobre tramo en voladizo Luz/375

Para vigas en forma I y vigas principales de acero, y para vigas tipo cajn y tipo tubo, las

disposiciones de los Artculos 6.10.4.2 y 6.11.4, respectivamente, con respecto al control de deflexiones

permanentes a travs de los controles de los esfuerzos en las alas, deber de aplicarse. Para puentes

peatonales, esto es, puentes cuya funcin principal es para transportar peatones, bicicletas, ecuestre, y

vehculos de mantenimiento ligero, las disposiciones de la Seccin 5 de la AASHTO Guide Specifications for

the Design of Pedestrian Bridges debern aplicarse.

En ausencia de otros criterios, los siguientes lmites en la deflexin deben ser considerados para

la construccin con madera:

Cargas vehiculares y peatonales Luz/425

Carga vehicular sobre los maderos y paneles de madera (deflexin relativa extrema entre los

bordes adyacentes) 0.10 pulgadas (2.5 centmetros)

Las siguientes disposiciones debern aplicarse

Criterios Opcionales para las Relaciones Luz Libre/Peralte:

A menos que se especifique lo contrario, si un propietario elije invocar los controles sobre las

relaciones luz libre/peralte, los lmites de la Tabla 1-1, en el cual S es la longitud de luz libre de la losa y L es

la longitud de luz libre, pueden ser considerados en ausencia de otros criterios. Cuando se usen los lmites

de la Tabla 1-1 debern ser tomados para aplicar al peralte total a menos que se indique.

Tabla 1-1: Peraltes mnimos tradicionales para peraltes en superestructuras constantes, en unidades inglesas.


17

1.2.3.2.7. Consideraciones de Ampliaciones Futuras:

Vigas Exteriores o Puentes Multi-Vigas:

A menos que futuros ensanchamientos sean virtualmente inconcebibles, la capacidad de

transporte de carga delas vigas exteriores no deber ser menor que la capacidad de transporte de carga de

una viga interior.

Subestructura:

Cuando futuros ensanchamientos puedan ser anticipados, consideraciones debern ser dadas

para disear la subestructura para la condicin ensanchada.

1.2.4. Seleccin del Tipo de Estructura

La superestructura requerida se determina en el proceso de desarrollo del plan preliminar. La

AASHTO LRFD, seccin 2.5.2.6.1, establece que es opcional el chequeo del criterio de deflexin, excepto en

unos pocos casos especficos. El criterio del Washington States Department of Transportation (WSDOT) es

revisar la deflexin por carga viva para todas las estructuras como se especifican en la AASHTO LRFD,

secciones 3.6.1.3.2 y 2.5.2.6.2.

El peralte de la superestructura se usa para establecer el espacio libre vertical que es permitido

por debajo de la superestructura. Para los planes preliminares, el diseador deber usar el peralte ms

conservador determinado ya sea por los criterios de la AASHTO LRFD o del WSDOT que se desarrollar ms

adelante. En cualquier caso, el peralte mnimo incluye el espesor del tablero. Para tramos tanto simples

como continuos, la longitud de la luz libre del tramo es la distancia horizontal entre los ejes de los apoyos.

El peralte de la superestructura puede ser influenciado cuando se requieran accesos e

iluminacin para inspeccin, en algunos tipos de puentes.

El peralte de la superestructura puede ser refinado durante la fase de diseo final. Se asume que

cualquier refinamiento resultar en un peralte reducido de la superestructura ya que el espacio libre

vertical no se reduce desde que se muestra en el plan preliminar. Sin embargo, cuando las limitaciones del

perfil de la rasante restringen el peralte de la superestructura, el diseador del plan preliminar deber

investigar y/o trabajar con el diseador estructural para para determinar un tipo y peralte de la

superestructura que cubra los requerimientos. A continuacin se desarrollarn los criterios de deflexin de

acuerdo al tipo de superestructura recomendados por el WSDOT.

1.2.4.1. Losas de Concreto Reforzado

Aplicacin:

Usados para tramos simples y continuos hasta de 60 pies (18 metros).


18

Caractersticas:

El detalle del diseo y el falso puente es relativamente simple. Tiempo de construccin corto para

cualquier estructura vaceada en sitio. La Correccin para asentamientos anticipados del falso puente debe

estar incluida en la curva de contraflechas de la carga muerta debido a la secuencia simple de colocacin

del concreto.

Relaciones Peralte/Luz Libre:

Peralte Constante:

Tramo Simple 1/22

Tramo Continuos 1/25

Peralte Variable:

Ajustar las relaciones para tomar en cuenta los cambios en la rigidez relativa de las secciones

a momentos positivos y negativos.

1.2.4.2. Vigas Tee de Concreto Reforzado

Aplicacin:

Este tipo de estructuras no es recomendado para puentes nuevos. Podra slo ser usado para una

ampliacin o ensanchamiento del puente y en puentes con curvaturas ajustadas o geometras inusuales.

Caractersticas:

El encofrado y el falso puente son ms complicados que para una losa de concreto. El tiempo de

construccin es mayor que para una losa de concreto.


Peralte Constante:

Tramo Simple 1/13


Peralte Variable:



1.2.4.3. Viga Tipo Cajn de Concreto Reforzado


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El WSDOT restringe el uso de vigas tipo cajn de concreto reforzado vaceadas en el sitio para

superestructuras de puentes. Este tipo de superestructura slo puede ser usado para puentes con ajustadas

curvaturas o geometra irregular con la aprobacin del Ingeniero de Diseo de Puentes.

Aplicacin:

Este tipo de superestructuras no es recomendable para puentes nuevos. Podra slo ser usado

para una ampliacin o ensanchamiento del puente y en puentes con curvaturas ajustadas o geometras

inusuales.

Usar para tramos continuos desde 50 pies a 120 pies (15 a 36 metros). El tramo simple mximo

es de 100 pies (30 metros) para limitar las deflexiones excesivas de carga muerta.

Caractersticas:

El encofrado y falso puente es algo complicado. El tiempo de construccin es aproximadamente

el mismo que para el de Viga Tee. La resistencia torsional alta la hace deseable para alineamientos en curva.


Peralte Constante:

Tramo Simple 1/18


Peralte Variable:



Si la configuracin del alma exterior es inclinada y curvada, una relacin mayor peralte/luz libre

puede ser necesaria.

1.2.4.4. Viga Tipo Cajn de Concreto Postensado

Aplicacin:

Es usado normalmente para tramos continuos mayores a 120 pies (36 metros) o tramos simples

no mayores a 100 pies (30 metros). Debern ser considerados para tramos cortos si un peralte poco

profundo de la superestructura es necesario.

Caractersticas:

El tiempo de construccin es algo mayor debido a las operaciones de post-tensionado. Su

resistencia a torsiones elevadas la hace deseable en alineamiento curvos.



20

Peralte Constante:

Tramo Simple 1/20.5


Peralte Variable - Estructuras de Dos Tramos:

En el Centro del Tramo 1/25

En el Pilar Intermedio 1/12.5

Estructuras Multi-Luces

En el Centro del Tramo 1/36

En el Pilar Intermedio 1/18

Si la configuracin del alma exterior es inclinada y curvada, una relacin mayor peralte/luz libre

puede ser necesaria.

1.2.4.5. Secciones de Concreto Pretensado

Aplicacin:

Los fabricantes de prefabricados tienen muchas formas estndares disponibles para las seccin

de concreto basadas en series de vigas principales estndar del WSDOT. Estas son suficientemente

verstiles para cubrir una amplia variedad de longitudes de luces.

Las vigas principales (girder) estndares de la WSDOT son:

Los prefabricados WF100G, WF95G, WF83G, WF74G, WF58G, WF50G, WF42G, WF36G,

W74G, W58G, W50G, y W42G, las vigas principales I de concreto pretensado requieren tablero

de puente de concreto vaceado en sitio usado para luces menores a 200 pies (60 metros). El

nmero (por ejemplo 95) especifica el peralte de la viga principal en pulgadas.

Los Post-tensionados WF95PTG, WF83PTG y WF74PTG, las vigas principales I segmentarias

prefabricadas con tablero de puente de concreto se usan para luces simples de hasta 230 pies (69

metros), y en tramos continuos de hasta 250 pies (75 metros) con post-tensionado continuo

sobre los pilares intermedios.

Los prefabricados U**G* y UF**G*, vigas principales de tubos de concreto pretensado

requieren de un tablero de puente de concreto son usados para tramos menores que 140 pies

(42 metros). U especifica almas sin alas, UF especifica almas sin alas, ** especifica peraltes de

las vigas principales en pulgadas, y * especifica el ancho del ala inferior en pies. La viga principal

U**G* ha sido prefabricada como una viga poco profunda como 26 (0.60 metros).


21

Las vigas principales de tubo post-tensionadas, prefabricadas, pretensadas con tablero de puente

de concreto vaceado en sitio son usados para tramos de hasta 160 pies (48 metros) y tramos

continuos de hasta 200 pies (60 metros).

Los prefabricados W65DG, W53DG, W41DG, y W35DG, los tableros de concreto con vigas

principales Tee como nervios requieren una capa superpuesta HMA en la superficie de la calzada

es usado para tramos menores a 150 pies (45 metros), con la limitacin de un promedio de

camiones diarios menores a 30000.

Los prefabricados W62BTG, W38BTG, y W32BTG, vigas principales Tee de concreto

pretensado como nervios requieren un tablero de concreto vaceado en el sitio para tramos

simples hasta de 130 pies (39 metros).

Los prefabricados 12-inch, 18-inch, 26-inch, 30-inch, and 36-inch, las losas pretensadas

requieren una losa mnima de 5 pulgadas (12.5 centmetros) vaceada en el sitio para tramos

menores a los 100 pies (30 metros).

El prefabricado 26-inch, vigas nervadas pretensadas, tablero doble Tee, usados para tramos

menores a 60 pies (18 metros), y miembros doble Tee requieren una capa superpuesta HMA en

la superficie de la calzada es usado para tramos menores a 40 pies (12 metros).

Caractersticas:

El diseo de la superestructura es rpido para vigas principales pretensionadas con programas

fciles de usar (PGSuper, PGSplice, y QConBridge).

Los detalles de construccin y encofrado son bastante fciles. El tiempo de construccin es

menor que para un puente vaceado en el sitio. Pequeo o ningn falso puente es requerido. El falso puente

sobre el trfico no se requiere generalmente; el tiempo de construccin sobre el trfico existente es

reducido.

Las vigas principales prefabricadas generalmente requieren que las transiciones de

superelevacin de la calzada del puente inicien y acaben en o cerca de los pilares; la ubicacin de los pilares

deber considerar esto.

1.2.4.6. Viga Principal de Placas de Acero Compuestas

Aplicacin:

Usadas para tramos simples de hasta 260 pies (78 metros) y para tramos continuos entre 120

pies y 400 pies (36 y 120 metros). La relativamente baja carga muerta cuando se compara a una

superestructura de concreto hace de este tipo de puente un bien valorado en reas donde el material de la

cimentacin es pobre.


22

Caractersticas:

Los detalles de construccin y encofrado son bastante simples, el tiempo de construccin es

comparativamente corto. El traslado y ereccin de grandes secciones debe ser revisado. El costo de

mantenimiento es elevado comparado a los puentes de concreto. La informacin de los costos actuales ser

considerada debido al cambio de las condiciones del mercado de acero.


Peralte Constante:

Tramo Simple 1/22


Peralte Variable:

@ centro del tramo 1/40

@ Pilar Intermedio 1/20

1.2.4.7. Vigas Tipo Cajn de Acero Compuestas

Uso:

Usado para tramos simples de hasta 260 pies (78 metros) y para tramos continuos entre los 120

pies y 400 pies (36 y 120 metros). La relativamente baja carga muerta cuando se compara a una

superestructura de concreto hace de este tipo de puente un bien valorado en reas donde el material de la

cimentacin es pobre.

Dentro de la altura libre al menos de 5 pies (1.50 metros) no deber ser usada ya que el acceso a

una inspeccin razonable puede no ser proporcionada.

Caractersticas:

Los detalles de construccin y encofrado son ms difciles que para una viga principal de placas

de acero. El traslado y ereccin de grandes secciones debe ser revisado. La informacin de los costos

actuales ser considerada debido al cambio de las condiciones del mercado de acero.


Peralte Constante:

Tramo Simple 1/22


Peralte Variable:



23


Las almas inclinadas no son usadas en vigas principales tipo cajn de peralte variable.

1.2.4.8. Armaduras de Acero

Aplicacin:

Usadas en tramos simples de hasta 300 pies (90 metros) y para tramos continuos de hasta 1200

pies (360 metros). Se usa cuando las disposiciones del espacio libre vertical dictaminan una superestructura

no profunda o cuando el terreno dicta tramos grandes y construccin por el mtodo de voladizos.

Caractersticas:

Los detalles de construccin son numerosos y pueden ser complejos. El mtodo de construccin

por voladizos puede facilitar su construccin sobre reas inaccesibles. El uso de las armaduras son

desanimadas debido a los espacios libres horizontal y vertical restringidos que resultan para la calzada.


Tramo Simple 1/6

Tramos Continuos:



1.2.4.9. Vigas Tipo Cajn de Concreto en Voladizos Sucesivos

Aplicacin:

Usado por tramos continuos desde 200 pies a 700 pies (60 a 210 metros). Se usa cuando el sitio

dictamina tramos grandes y construccin por el mtodo de voladizos.

Caractersticas:

El uso de equipos deslizantes para la forma facilita el mtodo de construccin por voladizos

permitiendo la construccin de grandes tramos sin falso puente. Los segmentos de concreto pretensado

pueden ser usados. Estricto control de la geometra durante la construccin asegura el alineamiento

apropiado.


Peralte Variable:




24

1.2.4.10. Puentes para Ferrocarriles

Uso:

Para ferrocarriles sobre la carretera, muchas compaas de ferrocarriles prefieren construccin

de tramos simples de acero. Esto es simplemente para la reparacin y reconstruccin en el evento de

descarrilamiento o algn otro dao a la estructura.

Caractersticas:

Las pesadas cargas de la carga viva del ferrocarril requieren miembros ms profundos y rgidos

que para los puentes carreteros. Aunque las vigas principales puedan ser usadas para reducir el peralte

total de la estructura si el ferrocarril coincide. Los pilares debern ser normal al ferrocarril para eliminar los

efectos de cargas esviadas.


Peralte Constante:

Tramos Simple 1/12

Continuo de Dos Tramos 1/14

Continuo Multi-Tramos 1/15

1.2.4.11. Madera

Aplicacin:

Usados generalmente para tramos debajo de 40 pies (12 metros). Se usan generalmente para

puentes de desvos y otras estructuras temporales. Los puentes de Madera no son recomendados por el

WSDOT.

Caractersticas:

Excelente para una duracin a corto plazo como para un desvo. Diseo y detalles simples.


Peralte Constante:

Tramo Simple Viga de Madera 1/10

Tramo Simple Viga de Madera Laminada Encolada 1/12

Tramos Continuos 1/14

1.2.4.12. Otros


25

Los tipos de puentes tales como atirantados, suspendidos, en arco, arco con tablero inferior y los

puentes flotantes tienen aplicaciones especiales y limitadas. El uso de este tipo de puentes es generalmente

dictado por las condiciones de sitio.

En la Figura 1-3 se adjunta un grfico de comparacin por tipo de estructuras, rango de luz libre y

rango de costo. Fue tomado del Bridge Design Manual del WSDOT, Apndice 2.4-A1-1, se recomienda dicho

manual para los dems planos y estndares y tener ms detalle.

Figura 1-3: Comparativa de Tipos de Puentes.

001 diseño general cargas y factores de cargas

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