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4.- CARGAS DE DISEÑO
Conceptos y normas para las cargas.
Entre las diversas solicitaciones que se deben considerar en el diseño de los puentes,
se tiene: El peso propio, la carga viva, el impacto, el frenado, el viento, la fuerza de la
corriente de agua, la subpresión, la fuerza centrifuga, el sismo y otras particulares como ser
el choque de los hielos, etc. Las magnitudes de estas solicitaciones están basadas en datos empíricos y están definidas en normas o reglamentos para el diseño de los puentes. En el presente texto se usan las normas AASHTO (American Asociation of State Highway and Transportation Officials) cuya aplicación fundamental es para puentes camineros.
Cargas por peso propio y peso muerto. El peso propio,(pp) es una carga que debe ser definida previo predimensionamiento de la estructura y en ningún caso debe ser menospreciada y tampoco exagerada ya que la limitación de la longitud de los vanos fundamentalmente se debe al peso muerto de las estructuras. Para el prediseño se tiene una serie de datos que guardan relación con obras que ya han sido construidas. Este peso depende de las dimensiones finales de los elementos; para su determinación se podrán usar los valores unitarios de algunos materiales más empleados que se muestran en la tabla.
Peso muerto (carga muerta CM ), está constituido por el peso de todas las partes
sobrepuestas del tablero que no forman parte de la estructura resistente, por
ejemplo: capa de superficie de rodadura (asfalto), veredas, barandas, rieles, durmientes, cables,
tuberías, balasto, etc. El peso muerto se calcula de acuerdo a las propiedades y
dimensiones de los materiales en cada caso particular.
Carga viva. La carga viva en los puentes está constituida por el peso de los vehículos más los efectos derivados por su naturaleza dinámica y móvil. Además, en el caso de los puentes urbanos, se debe considerar la carga viva peatonal en las veredas Para evitar las confusiones que muchas veces se presenta, es necesario comprender y diferenciar adecuadamente lo que son estas distintas cargas:
- Cargas reales que circulan por el puente,
- Cargas máximas legales
- Cargas de diseño
Las cargas reales. Son cargas móviles que realmente circulan por un puente, estas son de magnitud y distribución muy variada, por ejemplo, un camión volvo de 26.5 toneladas tiene mayor peso que un micro-bus.
Las cargas máximas legales. Son las cargas máximas que están autorizadas a circular libremente por las carreteras y puentes de la red vial. Cada país tiene al respecto sus normativas para el peso máximo por eje. Además, nuestro país es firmante de la decisión Nº 94 del Acuerdo de Cartagena que fija las cargas mínimas para el diseño de los puentes de la red vial de todos los países del Grupo Andino.
Carga viva de diseño. La carga viva de diseño, es aquella que se utiliza para el diseño estructural. En vista del amplio espectro de tipos de vehículos que pueden actuar sobre un puente de carretera, lo que se hace es utilizar un sistema hipotético de cargas y no un sólo camión de diseño. Con dicho sistema de cargas, debe ser posible simular las condiciones más desfavorables que causan los vehículos reales normales. La carga viva que el proyectista debe utilizar en el diseño se establece en Normas, Códigos o Especificaciones de diseño de puentes. En la fecha, en nuestro país no existe un reglamento para el diseño de puentes. Durante muchos años se ha utilizado las especificaciones americanas de la AASHTO y desde hace algunos años se emplea especificaciones como ser especificaciones españolas. En esta sección nos referimos únicamente a la parte básica de la carga viva, es decir la componente vertical estática que transmiten los vehículos al puente. La amplificación dinámica y demás efectos derivados por la naturaleza móvil de la carga viva, son tratados más adelante.
notación inglesa de H para los camiones sencillos y HS para los que llevan acoplado. La equivalencia de estas notaciones pueden ser mejor apreciadas en la tabla
En resumen, los camiones tipo están constituidos por cargas puntuales por lo que resulta interesante aplicar el teorema de Barre para la ubicación de los momentos máximos en vigas simplemente apoyadas. En la actualidad ya se cuenta con un camión tipo de mayor peso, debido a que en el transporte se vio la necesidad de contar con un vehículo de mayor capacidad, esto llevó a la aparición de un nuevo camión tipo el HS - 25 , el cual tiene un incremento del 25 % del HS-20, los detalles de este se pueden observar en la figura 4..
El eje Tándem El eje tándem está formado por la carga de dos ejes de 12 ton. c/u con una separación de 1.20 m. longitudinalmente. Transversalmente, la separación entre eje de ruedas es de 1.8 m. (ver figura 4.5).
Detalle para el camión tipo HS-25 y su respectiva carga Equivalente
Figura 4.5 Detalle para el eje Tandem
Otras cargas mayores (Sobrecargas) Las nuevas especificaciones de la AASHTO (2002), contemplan la consideración en el diseño, de cargas vivas mayores a los del sistema HS20 (MS18 y M18). De acuerdo al Art. 3.7.4 *, la carga viva mínima de diseño para puentes que soportan tráfico pesado es la
carga HS20 o la carga de los ejes tándem. En tal estado de carga, las tensiones resultantes de las combinaciones de carga muerta, viva e impacto aplicadas en la totalidad de la sección transversal no deben ser mayores que el 150% de las fatigas admisibles de acuerdo al diseño. Cuando se consideran cargas vivas mayores (overloads), si el diseño es para cargas de servicio, se permite incrementar los esfuerzos permisibles; y si el diseño es en rotura, el factor de carga tiene que ser menor que el que se utiliza con la carga normal de diseño. La carga viva de la AASHTO se aplica al diseño de puentes ordinarios de hasta una
longitud de 150 m.; para puentes de mayores luces, como los colgantes, atirantados, etc., se utilizan generalmente otros sistemas de carga viva. Es un hecho que las cargas reales que muchas veces circulan por nuestros puentes son bastante mayores que la carga de diseño del camión de la AASHTO, y que además existe una tendencia a que cada vez los camiones sean más pesados, es por ello que es conveniente entender, diferenciar y aplicar racionalmente los conceptos de carga viva de diseño, y de cargas vivas excepcionales además de los factores de carga que se utilizan en cada caso
Reducción de la intensidad de cargas. Para puentes de mas de dos vías, se debe reducir los efectos de la carga viva ante la menor probabilidad de que todas las vías de tráfico estén cargadas simultáneamente con sus valores máximos. La AASHTO recomienda aplicar transversalmente la carga viva de acuerdo a lo siguiente. ( tabla 4.3 )
La reducción de la intensidad de las cargas en las vigas transversales será
determinada como en el caso de los reticulares principales o vigas maestras, utilizando el
ancho de la calzada, el cual deberá ser cargado para reproducir los máximos esfuerzos en las vigas transversales.
Fajas de transito Las cargas por faja de transito o camiones se supondrá que ocupan un ancho mínimo de 3 m. pudiendo alcanzar un máximo de 4.5 m. Las cargas serán colocadas en una faja de transito diseñada con un ancho de:
Donde: W = Ancho de la faja de transito. N = Numero de fajas de transito Wc = Ancho libre de calzada entre bordillos.
