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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL EC-323-G PUENTES

Trabajo: AVANCE TRABAJO ESCALONADO

GRUPO #4: “ANALISIS Y DISEÑO DE PUENTES PEATONALES” MISAICO SAIRITUPAC KEVIN

20081263A

LOBATON-ROSAS-GERSON BRUNO

20081164C

VILLANUEVA-ACEIJAS-GIANMARCO

20102030K

2014-II

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INDICE

1. CARGAS QUE ACTUAN EN PUENTES PEATONALES

2. COMBINACIONES DE CARGA, FACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA

3. DEFLEXIONES

4. VIBRACIONES

5. AASHTO LRFD BRIDGE DESIGN SPECIFICATIONS EDICION 2010 6. PILARES

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ANALISIS Y DISEÑO SISMICO DE PUENTES PEATONALES

1. CARGAS QUE ACTUAN EN LOS PUENTES PEATONALES 1.1 CARGAS PERMANENTES (DC) 1.1.1 PESO PROPIO Se considera el peso propio de la estructura considerando una densidad de 25KN/m3 para el concreto armado.

1.1.2 CARGAS MUERTAS Las cargas muertas incluyen el peso del parapeto y el peso de las barandas de seguridad. Los valores considerados son:  

Peso del parapeto igual a 0.375KN/m Peso de barandas igual a 1.00KN/m

Se considera un peso muerto total considerando dos parapetos y dos barandas igual a 2.75KN/m.

1.1.2 ACCIONES REOLOGICAS Se considera las acciones debido a la retracción y fluencia del concreto para el diseño de la subestructura, considerándose un coeficiente para el acortamiento de fragua de 0.0003m/m y un coeficiente para el flujo plástico de 0.0003m/m.

1.2 CARGAS VARIABLES (LL) 1.2.1 CARGA VIVA DE DISEÑO El Artículo 3.1 del NCHRP 20-07, señala que los puentes para tráfico peatonal se deberán diseñar para una sobrecarga de 90psf, equivalente a 4.50KN/m2. El Artículo 3.6.1.6 del AASHTO LRFD, señala que los puentes utilizados solo para tráfico peatonal se deberán diseñar para una sobrecarga de 4.10KN/m2. Conservadoramente se ha considerado una carga de diseño de 5KN/m2 equivalente a 0.5t/m2.

1.2.2 VARIACIONES DE TEMPERATURA 6.2.2. Para los cálculos se asume una variación térmica de +/- 30ºC

1.2.3 SISMO 6.2.3. Los efectos sísmicos serán analizados de acuerdo a lo indicado en el Apartado 3.10.4 del AASHTO LRFD (2012). Se incluye a continuación la figura con la definición general del espectro.

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Los valores del espectro se definen de la siguiente manera:

Coeficientes de aceleración

•

PGA: Coeficiente de aceleración pico en terreno tipo D (Suelo)

•

S : s

Coeficiente de aceleración espectral para un periodo de 0.20s

•

S : 1

Coeficiente de aceleración espectral para un periodo de 1.00s

Factores de sitio

•

F

pga :

•

F

a:

Factor de sitio para la aceleración de periodo 0.20s

•

F

v:

Factor de sitio para la aceleración de periodo 1.00s

Factor de sitio para la aceleración pico

Definición de los puntos principales del espectro:

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Periodos que definen la meseta del espectro:

Para valores intermedios de periodos las aceleraciones se definen de acuerdo a las siguientes ecuaciones:

2. COMBINACIONES DE CARGA, FACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA

La condición de diseño básica que debe cumplir cada una de las componentes de la estructura es que su capacidad resistente no debe ser excedida por la solicitación mayorada, de acuerdo al estado límite de análisis.

La solicitación mayorada es tomada como:

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Según: “NCHRP 20-07 TASK 244

LRFD GUIDE SPECIFICATIONS FOR THE DESIGN OF PEDESTRIAN BRIDGES”

Los tipos de puentes identificados en el artículo 1.1 se diseñarán para las combinaciones de carga y factores de carga especificados en la Tabla AASHTO LRFD 3.4.1-1, con las siguientes excepciones:

combinación de carga de fatiga II no necesita ser considerada.

Cargas permanentes DD = fricción negativa (downdrag) DC = peso propio de los componentes estructurales y accesorios no estructurales DW = peso propio de las superficies de rodamiento e instalaciones para servicios públicos EH = empuje horizontal del suelo

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL EL = tensiones residuales acumuladas resultantes del proceso constructivo, incluyendo las fuerzas secundarias del postesado ES = sobrecarga de suelo EV = presión vertical del peso propio del suelo de relleno Cargas transitorias BR = fuerza de frenado de los vehículos CE = fuerza centrífuga de los vehículos CR = fluencia lenta CT = fuerza de colisión de un vehículo CV = fuerza de colisión de una embarcación EQ = sismo FR = fricción IC = carga de hielo IM = incremento por carga vehicular dinámica LL = sobrecarga vehicular LS = sobrecarga viva PL = sobrecarga peatonal SE = asentamiento SH = contracción TG = gradiente de temperatura TU = temperatura uniforme WA = carga hidráulica y presión del flujo de agua WL = viento sobre la sobrecarga WS = viento sobre la estructura

3-DEFLEXIONES Las deflexiones deben ser investigadas en el estado límite de servicio mediante el Servicio de combinación de carga que en la Tabla 3.4.1-1 de AASHTO LRFD. Para luces distintas de brazos en voladizo, la deflexión del puente debido a la carga de peatones sin ponderar en vivo no excederá de 1/500 de la longitud de tramo. La deflexión en los brazos en voladizo debido a la carga en vivo de peatones no deberá exceder de 1/300 de la longitud en voladizo. Deflexiones horizontales bajo la carga del viento sin ponderar no deberán exceder 1/500 de la longitud del tramo.

4-VIBRACIONES Las vibraciones deberán ser investigadas como Servicio combinación de carga del estado límite de servicio utilizando I en la Tabla 3.4.1-1 de AASHTO LRFD. La vibración de la estructura no

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL deberá causar molestias o preocupación para los usuarios de un puente peatonal. A excepción de lo especificado en este documento, la frecuencia fundamental en un modo vertical del puente peatonal sin carga viva será superior a 3,0 hercios (Hz) para evitar el primer armónico. En la dirección lateral, la frecuencia fundamental del puente peatonal será mayor que 1,3 Hz. Si la frecuencia fundamental no puede satisfacer estas limitaciones, o si el segundo armónico es una preocupación, se hizo una evaluación del comportamiento dinámico. Esta evaluación tendrá en cuenta:

Incluyendo los fenómenos de "lock-in"

En lugar de tal evaluación en la dirección vertical del puente puede ser proporcionada de tal manera que cualquiera de los siguientes criterios se satisface:

W = el peso de la estructura soportada, incluyendo sólo la carga muerta (kip) f = la frecuencia fundamental en la dirección vertical (Hz)

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL 5. AASHTO LRFD BRIDGE DESIGN SPECIFICATIONS EDICION 2010 DISEÑO SISMICO EN PUENTES 3.10—EARTHQUAKE EFFECTS: EQ 3.10.1—General Puentes deberán ser diseñados para tener una baja probabilidad de colapso, pero pueden sufrir daños y la interrupción significativa de servicio cuando sujetos a movimientos sísmicos que tienen un siete por ciento de probabilidad de excedencia en 75 años. Sustitución parcial o completa puede ser requerida. Los niveles más altos de rendimiento se pueden utilizar con la autorización de la Puente propietario. Cargas sísmicas se tendrán que ser los efectos de fuerzas horizontales determinados de acuerdo con lo dispuesto en el artículo 4.7.4, sobre la base del coeficiente de respuesta elástica, Csm, especificado en el artículo 3.10.4, y el peso equivalente de la superestructura, y ajustados por el factor de modificación de respuesta, R, se especifica en el artículo 3.10.7.1 Lo dispuesto en el presente documento se aplicará a los puentes de construcción convencional. El propietario deberá especificar y / o aprobar las disposiciones adecuadas para la construcción no convencional. A menos que se especifique lo contrario por el propietario, estas disposiciones no se aplicarán a las estructuras completamente enterradas. Efectos sísmicos para alcantarillas de cajón y estructuras enterradas no necesitan ser considerados, excepto donde se cruzan fallas activas. Se considerará la posibilidad de que los movimientos de licuefacción del suelo y la pendiente. Interpretación: Los movimientos sísmicos de diseño y fuerzas que se especifican en estas disposiciones se basan en una baja probabilidad de su ser superado durante la esperanza de vida normal de un puente. Puentes que están diseñados y detallados de acuerdo con estas disposiciones pueden sufrir daños, pero deben tener baja probabilidad de colapso debido a los temblores de tierra sísmica inducida. Los principios utilizados para el desarrollo de estas especificaciones son: • Pequeño a moderado terremotos deben ser resistido dentro del rango elástico de los componentes estructurales sin daño significativo; Intensidades de movimiento de tierra y las fuerzas sísmicas realistas deben utilizarse en los procedimientos de diseño; y • La exposición a la agitación de los grandes terremotos no debe causar el colapso de la totalidad o parte del puente. Siempre que sea posible, los daños que no se produzca deben ser fácilmente detectable y accesible para su inspección y reparación. Dueños Bridge pueden optar por exigir mayores niveles de rendimiento para puentes especiales. Cargas sísmicas son dados por el producto del coeficiente de respuesta sísmica elástica Csm y el peso equivalente de la superestructura. El peso equivalente es una función de la configuración real del peso y el puente y se incluye automáticamente en métodos tanto el monomodo y multimodo de análisis especificados en el artículo 4.7.4. Diseño y disposiciones que detallan para puentes para minimizar su susceptibilidad a los daños causados por los terremotos están contenidas en las secciones 3, 4, 5, 6, 7, 10, y 11. Un diagrama de flujo que resume estas disposiciones se presenta en el Apéndice A3. Puentes convencionales incluyen aquellos con placa, viga, viga cajón, o superestructuras entramados, y muelles de una o de varias columnas, pilares de tipo pared, o subestructuras-pila doblada. Además, los puentes convencionales se basan en cimientos poco profundos o apilados, o ejes. Infraestructuras para puentes convencionales también están listados en la Tabla 3.10.7.1-1. Puentes no convencionales incluyen puentes con superestructuras / cable-suspendido atirantados, puentes con torres de celosía o muelles huecos para subestructuras y puentes de arco. Estas especificaciones se consideran "fuerza-basado" en el que un puente está diseñado para tener una resistencia

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL adecuada (capacidad) para resistir las fuerzas sísmicas (demandas). En los últimos años, ha habido una tendencia a alejarse de "fuerza-base" los procedimientos a los que están "basadas desplazamiento", en el que un puente está diseñado para tener capacidad de desplazamiento adecuada para dar cabida a las demandas del terremoto. Se cree que los procedimientos basados en desplazamiento para identificar de forma más fiable los estados límite que causan daño que conduce al colapso, y en algunos casos producen diseños más eficientes contra el colapso. Se recomienda que la capacidad de desplazamiento de los puentes diseñados de acuerdo con estas especificaciones, se comprueba mediante un procedimiento basado en el desplazamiento, en particular los puentes en las altas zonas sísmicas. Las Especificaciones Guía AASHTO LRFD para Diseño Sísmico (AASHTO, 2009), son "basados en el desplazamiento." 3.10.2—Seismic Hazard (RIESGO SISMICO) La peligrosidad sísmica en un sitio de puente se caracteriza por el espectro de respuesta de aceleración para el sitio y los factores del sitio para la clase de sitio relevante. El espectro de aceleración se determinará utilizando el procedimiento general previsto en el artículo 3.10.2.1 o el procedimiento específico del sitio especificado en el Artículo 3.10.2.2. Un procedimiento de Sitio Específico se utiliza si existe cualquiera de las siguientes condiciones: • El sitio está ubicado dentro de las 6 millas. de una falla activa, • El sitio está clasificado como Sitio de clase F (Artículo 3.10.3.1), • Los terremotos de larga duración que se espera en la región, • La importancia del puente es tal que una menor probabilidad de excedencia (y por lo tanto un período de retorno más largo) debe ser considerado. Si se utilizan historias de tiempo de aceleración del suelo para caracterizar la amenaza sísmica para el sitio, que se determinarán de conformidad con el artículo 4.7.4.3.4b. 3.10.2.1 Procedimiento General El Procedimiento General utilizará el coeficiente de aceleración pico del suelo (PGA) y el corto y largo período de coeficientes de aceleración espectral (SS y S1, respectivamente) para el cálculo del espectro tal como se especifica en el artículo 3.10.4. Los valores de la PGA, SS y S1 se determinarán a partir de cualquiera de las figuras mapas de movimiento de tierra 3.10.2.1-1 a 3.10.2.1-21 según proceda, o de un estado aprobados por el propietario. La interpolación lineal se puede utilizar para los sitios ubicados entre las curvas de nivel, o entre una línea de contorno y un máximo local o un mínimo. El efecto de la clase de sitio en la peligrosidad sísmica será el especificado en el artículo 3.10.3. Interpretación del 3.10.2.1 Los valores para los coeficientes de PGA, SS y S1 se expresan en porcentaje en las figuras 3.10.2.1-1 a 3.10.2.1-21. Los valores numéricos se obtienen dividiendo los valores de contorno por 100. Máximos y mínimos locales se dan dentro de la más alta y la más baja de contorno para una región en particular. Los coeficientes anteriores se basan en un modelo de riesgo uniforme de la amenaza sísmica. La probabilidad de que un coeficiente no se superará en un lugar determinado durante un período de 75 años se estima en alrededor del 93 por ciento, es decir, un siete por ciento de probabilidad de excedencia. El uso de un intervalo de 75 años para caracterizar esta probabilidad es una conveniencia arbitraria y no implica que todos los puentes se cree que tienen una vida útil de 75 años. Puede ser demostrado que un evento con la probabilidad de excedencia anterior tiene un periodo de retorno de alrededor de 1000 años y se llama el sismo de diseño. Terremotos mayores que la implícita por el anterior conjunto de coeficientes tienen una probabilidad finita de ocurrencia en los Estados Unidos. Los valores para el coeficiente de suelo (PGA) y los coeficientes espectrales (SS y S1) también están disponibles en el USGS 2007 Sísmica Parámetros de CD, que se incluye con este libro. Los coeficientes están dados por la longitud y latitud del sitio del puente, o por el código postal para el sitio.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL En lugar de utilizar los mapas nacionales de movimiento de tierra de las figuras 3.10.2.1-1 a 3.10.2.1-21, los valores de los coeficientes de la PGA, SS y S1 se pueden derivar a partir de mapas de movimiento de tierra estatales aprobados. Para ser aceptable, el desarrollo de mapas del estado debe cumplir con lo siguiente: • La definición de diseño de movimientos de tierra debe ser el mismo que el descrito en los artículos 3.10.1 y 3.10.2. • Mapas de movimiento de tierra deben basarse en un análisis detallado demostrado que conducir a una cuantificación de movimiento del suelo, a escala regional, que es lo más exacta o más aún, como se consigue en los mapas nacionales. El análisis debe incluir: la caracterización de las fuentes sísmicas y movimiento del suelo que incorpora los conocimientos científicos actuales; incorporación de incertidumbre en los modelos sísmicos de origen, los modelos de movimiento de tierra, y los valores de los parámetros utilizados en el análisis; y la documentación detallada del mapa del desarrollo. Revisión detallada de pares debe llevarse a cabo cuando se considere apropiado por el propietario. El proceso de revisión por pares debe incluir una o más personas de la Encuesta Geológica de Estados Unidos que participó en el desarrollo de los mapas nacionales.

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3.10.2.2—Site Specific Procedure (Site Procedimiento Específico) Un procedimiento específico del sitio para desarrollar el diseño respuesta espectros de movimientos sísmicos se realizará cuando sea requerido por el artículo 3.10.2 y puede ser realizado por cualquier sitio. El objetivo del análisis probabilístico de movimiento de tierra de sitio específico debe ser el de generar un espectro de respuesta de aceleración-peligro uniforme considerando un siete por ciento de probabilidad de excedencia en 75 años para los valores espectrales en toda la gama período de interés. Este análisis debe incluir el establecimiento de: • Las fuentes sísmicas que contribuyen; • Un terremoto de magnitud límite superior para cada zona de origen; • Las relaciones de atenuación La mediana de los valores espectrales de respuesta de aceleración y sus desviaciones estándar asociadas; • Una relación de magnitud de recurrencia para cada zona de origen; y • Una relación culpa-ruptura de longitud para cada fallo que contribuye. Las incertidumbres en los valores de los parámetros de modelado y de origen deberán ser tomados en consideración. Se requiere documentación detallada de análisis de movimiento de tierra y deberá ser revisado. Cuando los análisis para determinar los efectos del sitio de respuesta del suelo están obligados por los Artículos 3.10.3.1 para los suelos del sitio de clase F, la influencia de las condiciones locales del suelo se determinará sobre la base de las investigaciones geotécnicas específicas del sitio y análisis de respuesta de sitio dinámico. Para los sitios ubicados dentro de las 6 millas de una superficie activa o un fallo de poca profundidad, como se muestra en la USGS activo Falla Mapa, se considerarán estudios para cuantificar los efectos a corto fallos en los movimientos de tierra para determinar si éstos podrían influir significativamente en la respuesta puente. Un espectro determinista se puede utilizar en regiones que tienen conocidas fallas activas si el espectro determinista es no menos de dos tercios del espectro probabilístico en la región de 0.5TF a 2TF del espectro donde TF es el periodo fundamental puente. Cuando es apropiado el uso de un espectro determinista, el espectro será: • La envolvente de una espectros característicos mediana calculada para terremotos máximo de la magnitud de las fallas activas conocidas; o • una espectros determinista se puede definir para cada falla, y, en ausencia de un espectro de control claramente, se debe utilizar cada espectro. Cuando los espectros de respuesta se determinaron a partir de un estudio específico sitio-, los espectros no deberá ser inferior a las dos terceras partes de los espectros de respuesta determina utilizando el procedimiento general del artículo 3.10.2.1 de la región de 0.5TF a 2TF del espectro donde TF es el puente período fundamental.

Interpretación La intención en la realización de un estudio de movimiento de tierra probabilística de sitio específico es el desarrollo de los movimientos de tierra que son más precisos para las condiciones sísmicas y sitios locales que se pueden determinar a partir de los mapas nacionales de movimiento de tierra y el procedimiento del Artículo 3.10.2.1. En consecuencia, este tipo de estudios deben ser integrales e incorporar las interpretaciones científicas actuales a escala regional. Debido a que hay normalmente alternativas científicamente creíbles para modelos y valores de los parámetros utilizados para caracterizar las fuentes sísmicas y la atenuación de movimiento de tierra, es importante incorporar estas incertidumbres formalmente en un análisis probabilístico de sitio específico. Ejemplos de estas incertidumbres incluyen localización de la fuente sísmica, la extensión y la geometría; magnitud máxima terremoto; tasa de recurrencia

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL terremoto; y la relación de atenuación de movimiento de tierra. Cerca de culpa efectos sobre espectros de respuesta horizontal incluyen: • Movimientos de tierra más alto debido a la proximidad de la falla activa; • Efectos de directividad que aumentan los movimientos de tierra para períodos superiores a 0,5 s si la ruptura de la falla se propaga hacia el sitio; y efectos • Direccionalidad que aumentan los movimientos de tierra para períodos superiores a 0,5 s en la dirección normal (perpendicular) a la huelga de la falla. Si el fallo activo se incluye y adecuadamente modelada en el desarrollo de mapas nacionales de movimiento de tierra, entonces el primer efecto anterior ya se incluye en los mapas nacionales de movimiento de tierra. La segunda y tercera efectos no están incluidos en los mapas nacionales. Estos efectos son significativos sólo para períodos de más de 0,5 s y normalmente serían evaluados sólo para puentes esenciales o críticos a tener períodos naturales de vibración más de 0,5 s. Otras discusiones de la segunda y tercera efectos están contenidos en Somerville (1997) y Somerville et al. (1997). El componente de falla normal de campo cercano (D