colgan tes
DESCRIPTION
consideraciones de viento para diseño de puenteTRANSCRIPT
INTEGRANTES:
BALBIN MENDOZA, Erick
ESPINOZA JACO, Jean Carlos
POMA MENDOZA, Cristian
ROJAS PONCE, Javier
ROMERO LA TORRE, Bill Kevin
SALINAS LINDO, Yovani
SALVATIERRA VILLANUEVA, Ronald
3.9. Carga de fatiga
Variables aleatorias, las Normal y diario normales
distribuciones, y la probabilidadPropiedades y aplicaciones de la distribución de (
normal
Las funciones lineales de variables aleatorias: teorema de
límite principal (CLT teorema de convergencia normal)
Magnitud y configuración de carga viva
para las consideraciones de fatiga
1. La carga de fatiga consta de un camión de diseño o ejes del mismo; la
carga de carril no es considerado. El razonamiento detrás de esta
especificación es el hecho de que el modelo HL - 93 es algo conservador en
lo que respecta a la carga viva vehicular efecto de la fuerza de carga que
transmite. La mayoría de camiones no sobrepasan los límites legales. En el
reconocimiento de esta realidad, es considerado excesivamente
conservador al uso de los efectos de fuerza de carga viva
Es por eso que es importante el cálculo de los
alcances de tensión para el diseño de fatiga. Para su
diseño de fatiga, uno ha
Para considerar el alcance de tensión y el número de
los ciclos de tensión bajo las condiciones de carga
del servicio
Magnitud y configuración de carga viva
para las consideraciones de fatiga
2. en ambos estados de Limit de fatiga con los que (yo e II), el cargar
constan de un camión de diseño solo el
Espaciado constante entre los dos 32 ejes de kip de 30 pies.
3. el DLA (1.15) es aplicable a la carga de fatiga (IM = 15 % para fractura y
límite de fatiga
Estado, la tabla3.18).
4. vivir los factores de distribución de carga (hablar de en el capítulo4) ser
aplicable a la fatiga cargando.
5. El factor de presencia múltiple (hablado de antes) no es aplicable a las
cargas para el límite de fatiga
Decir; solamente un carril de tráfico habitado por camión de HS20 es ser
considerado para el diseño para la fatiga
Magnitud y configuración de carga viva
para las consideraciones de fatiga
6. para el diseño de cubiertas ortótropas y superficies pesadas sobre
cubiertas ortótropas, el cargar
Dibujo mostrado en la figura3.69 será usado. Específicamente, el
comentario de LRFD de AASHTO
C3.6.1.4.1 los llamados para el medio y la parte trasera que 16 rueda de kip
carga ser hecho un modelo de en más detalle como
Dos 8 rueda de kip atentamente espaciada carga 4 pies separadamente
para más reflejar tractortrailer moderno con exactitud
Con ejes en tándem traseros. Estos cargas de volante deben ser distribuido
sobre el especificar
Momento máximo para estado de límite
de fatiga
Similar a la discusión en la sección3.7.7 estar relacionado con la
determinación de la carga viva máxima se doblando
El momento en un espacio simple debido a camión de HL - 93, esta sección
entrega eso a los orígenes de las expresiones
Puede ser use determinar la importancia máximo doblar en los espacios
simples programados para cansar la carga.
Superestructura de puente de autopista
Engineering: los enfoques de LRFD para diseño y
análisis
Momento máximo para estado de límite
de fatiga
Dibujo3.70 puesto del camión de HS20 para la importancia máxima en un
espacio simple para la fatiga limita la carga estatal
Cuando el camión se mueve de left a correcto.
cortante máximo de Fatiga Estado Límite
La figura 3.72a muestra las diversas posiciones de HS20 camión y líneas de influencia
Cizalla positiva a una distancia x desde el soporte izquierdo se obtiene de la
IL para cortante en esa ubicación. Las ordenadas IL bajo las cargas son
(Figura 3.72b)
. Las ordenadas IL bajo los dos ejes 32 kip se calculan para ser dada por la
El positivo correspondiente a la ecuación 3.45 se obtiene de las ordenadas de línea IL:
(d) línea de influencia para el máximo cortante en una sección x distante del soporte izquierdo, con sólo los dos ejes 32 kip sobre palmo y el eje fuera lapso 8 kip
(e) línea de influencia para el máximo cortante en una sección x distante del soporte izquierdo, sólo con el eje trasero 32 kip en vano y el medio 32 de control y los 8 ejes kip fuera palmo
La ordenada IL debajo del eje 32 kip trasera se calcula para ser dada por la ecuación 3.47:
La cizalla positiva correspondiente a la ecuación 3.47 está dada por la ecuación 3.48:
Cálculos para el diseño de cizalla requieren determinación del rango de esfuerzos ensecciones transversales haz seleccionados. Por lo tanto, en cada punto de una décimaparte en lapso (en cada 0,1L), se requieren ambos valores de cizalladura positivos ynegativos. Los valores de cizallamiento positivo se pueden calcular a partir de lasEcuaciones 3.43 a través de 3.48; los de negativos en estos puntos se puededeterminar desde el principio de antisimetría
Ejemplo Determinar:(a) momento en la mitad del tramo(b) la cizalladura máxima en el lapso debido a AASHTO LRFD carga de fatiga en un lapso de 84 pies sencilla.
(a).Momento en mitad del tramo
Para el caso indicado, la ecuación 3.41 se aplica:
Para L = 84 ft, x / L = 0,5, x = 42 ft, la
ecuación anterior da
(b) la cizalladura máxima en período
Para el caso mencionado, el esfuerzo cortante máximo
en lapso se da por la ecuación 3.42:
Es instructivo comparar momento mitad del tramo y cortante
máximo en un lapso sencilla debido a la fatiga AASHTO camión
con las debidas a la HL-93 camión convencional. Momento en
mitad del tramo debido a convencional HL-93 camiones se
obtiene de la ecuación 3.27:
Para el caso indicado, L = 84 ft, x = 42 ft, x / L = 0,5, lo que da
La cizalladura máxima en período debido al convencional
HL-93 camión está dada por la ecuación 3.25:
Para L = 84 ft y x - 42 pies, la ecuación anterior da
CONSIDERACIONES PARADISEÑO POR FATIGA PORFRECUENCIA DE CARGA
INTRODUCCION
• La falla por fatiga de un puente depende de:• Cuanta carga se le aplica
• Cuantas veces se esfuerza por cada carga.
• Ahora se verá la relación entre tráfico y ciclos de esfuerzo (N)
EL NÚMERO DEL RANGO DE CICLOS ACUMULADOS DE ESFUERZO
• Acumulado- depende del ADTTSL , de donde se debe entender camiones como todo vehículo de más de dos ejes o 4 llantas.
• Debe ser determinado para evaluar los estados límites de fatiga y fractura.
• Tres parámetros lo rigen
Parámetros interrelacionados para el N
• ADT. Vehículos de cualquier tipo que pasen por un puente en una dirección por día, valor por defecto 20,000
• ADTT: Camiones que cruzan un puente en una dirección y depende del tipo de vía (clase), se puede obtener a partir de ADT multiplicado por la fracción prr proporcionado por AASHTO LRFD.
• ADTTSL: Camiones esperados en un día por un único carril en una sola dirección. De aquí:• A más carriles disponibles, menos tráfico de camiones por un solo
carril.
• En un puente sin rampas, el centro carga más tráfico.
• Incertidumbre en patrones futuros de transporte, se analiza un carril único y se asume lo mismo para los demás carriles.
Se puede obtener ADTTSLa partir de ADTT multiplicándolo por p
EL UMBRAL DE NUMERO DE CICLOS DE ESFUERZO “N”• Debido a que el ADTTSL es el principal parámetro para obtener N y que
también está basado en el ADT, N se calculará de la sgte manera:
1. Encontrar el ADT (estudio de tráfico); o usar 20,000.
2. Calcular el ADTT (Ecuación 3.49 y Tabla 3.20).
3. Determinar el número de carriles de tráfico disponibles (designado) al tráfico de camiones en el puente (de la data de tráfico).
4. Basado en lo anterior, encontrar la fracción de tráfico de camiones por un único carril (p) (tabla 3.21).
5. Calcular el ADTTSL (Ecuación 3.50).
6. Encontrar el N° de ciclos de esfuerzo por camión que pase (Tabla 3.22).
7. Calcular el umbral de número de ciclos de esfuerzo N (Ecuación 3.51).
3.9.5. Aplicación de ADTTSL para la
determinación de estado de límite de
fatiga:
se usa para determinar una cantidad N de ciclos de
alcance de tensión durante la vida del servicio de un puente
Que a su vez se requiere para determinar las cargas de diseño para
el calculo del estado limite de fatiga de carga de los componentes
de un puente:
N = (365) (la vida del servicio en muchos años) (n) (ADTTSL) ----
----- (3.51)
Donde n = número de ciclos de rango de esfuerzos por el paso de
camiones que se enumeran en la Tabla 3.22 (AASHTO LRFD Tabla6.6.1.2.5-2).
MAGNITUD HORIZONTAL PRESIÓN VIENTO
Viento se define como el flujo o movimiento de aire
en la atmósfera que se produce debido a los
diferenciales de presión atmosférica causada por la
radiación solar. Estas diferencias de presión se
elevan por encima de la superficie de la tierra, y
fluye el aire de las zonas de alta presión a las zonas
de baja presión.
VIENTO
3.20 CARGAS DE VIENTO (WL)(WS)
Para iniciar un breve relato el viento se puede dar en
una brisa fresca en un día caluroso, esto puede ser
agradable, pero ocasionalmente cuando se da en forma
de huracanes, tornados, puede ser ligeramente
perjudiciales o catastróficos. Pero FORTUNADAMENTE
los efectos del viento sobre los puentes cortos de tipo
losa – viga que son comúnmente construidas los daños
no son muy significativos por que poseen gran rigidez en
el plano.
PUENTES EN LA HISTORIA:
PUENTE COLGANTE SOBRE EL RIO OHIO: 1010 PIES DE TRAMO PRINCIPAL-
DESTRUIDO POR EL VIENTO 17/05/1854 POR FALTA DE ESTABILIDAD
AERODINAMICA.
PUENTE TAY EN ESCOCIA 28/12/1879, QUE PATO A 75 PERSONAS QUE VIAJABAN
EN UN TREN QUE CAYO JUNTO CON EL COLAPSO.
EL DESASTRE MAS CONOCIDO EN EL SIGLO XX, TACOMA NARROWS EL TERCERO
MAS LARGO EN EL TIEMPO QUE FUE DESTRUIDO POR LAS VIBRACIONES DE
TORSION LATERAL QUE FUE INDUCIDO POR EL VIENTO A 35 – 42 MPH.
Viento ejercerá presión sobre cualquier objeto que encuentra en su camino de flujo. Las cargas de viento
se calculan a partir de saber que la presión sería causada por el viento que se mueve a una velocidad “V”.
La presión ejercida por el viento sobre un objeto se calcula a partir de los principios de la mecánica de
fluidos. De acuerdo con el teorema de Bernoulli, cuando un fluido ideal choca contra un objeto, el aumento
en la presión estática es igual a la disminución de la presión dinámica, que está dada por la siguiente
ecuación.
MAGNITUD HORIZONTAL PRESIÓN VIENTO
Donde:
q = presión dinámica o la velocidad en el objeto
ρ = densidad de masa de aire (peso específico, w = 0,07651 libras
/ pie3 a nivel del mar y 15 ° C)
V = velocidad del viento, ft / s
MAGNITUD HORIZONTAL PRESIÓN VIENTO
La presión ejercida sobre las estructuras está
influenciada por muchos factores, como las
características del terreno, el tamaño, la forma
de la estructura, la velocidad, la dirección y
rachas de viento. En consecuencia la ecuación se
modificara de la siguiente manera
Donde:
CD = arrastre, la forma o coeficiente de presión
Si V se expresa en mph, la ecuación se
puede expresar como :
Debido a la debilidad de la presión del
viento, las unidades utilizadas para
expresar son libras por pie cuadrado (lb
/ ft2)
LA VARIACIÓN EN LA VELOCIDAD DEL VIENTO CON LA ALTURA
la velocidad del viento aumenta con la
altura, desde cero en la superficie del suelo
a un valor máximo a una altura de
aproximadamente la mitad de un kilómetro
por encima del suelo. Esta altura se llama
la altura del gradiente, que varía con la
rugosidad del terreno
La altura gradiente es esencialmente una
región de viento turbulento llamado la capa
límite atmosférica (ABL)
Por debajo de la altura de gradiente, velocidad del
viento varía; la variación está fuertemente
influenciada por la rugosidad de la superficie del
suelo, que es el efecto de arrastre acumulado de
cualquier obstáculo a la libre circulación de
viento.
LA VARIACIÓN EN LA VELOCIDAD DEL VIENTO CON LA ALTURA
La rugosidad superficial se caracteriza por la
densidad, tamaño, altura de los edificios,
árboles, vegetación y rocas
Estas características de la superficie se agrupan
por los códigos de diseño como las categorías de
exposición
Dentro de la ABL, el perfil de la velocidad del viento
puede ser expresado por los modelos matemáticos o
las relaciones basado en las ecuaciones fundamentales
de mecánica de medios continuos
Donde:
V (z) = velocidad del viento a la altura z sobre el suelo
Vg = velocidad del viento a cualquier altura sobre el suelo de
referencia zg, por lo general 10 m
α = exponente de ley de potencia que depende de las
características del terreno
Otro modelo utilizado para aproximar el perfil del viento es la ley logarítmica, que se expresa
por la ecuación.
gz
zV
kzV ln*
1)(
Donde:
V * = velocidad de corte o velocidad de fricción = 0 / donde τ0 = esfuerzo de viento a nivel del
suelo y ρ = densidad del aire = 0,07651 libras / pie3 (1,2256 kg / m3) al nivel del mar (760 mm
de mercurio) y 15 ° C
κ = von Karman constante = 0,4 aproximadamente, basado en experimentos en túneles de
viento y en el ambiente
Con κ = 0,4, se puede expresar:
gz
zVzV ln*5.2)(
Ecuaciones son fórmulas empíricas para la variación en la velocidad del viento sobre áreas planas. La
ley logarítmica es considerada por los meteorólogos como la representación más precisa del perfil de
viento en la baja atmósfera; en consecuencia, la ley de potencia no se utiliza en micrometeorológica
práctica. Sin embargo, debido a su simplicidad en uso para los cálculos de presión del viento, la ley de
potencia fórmula, en lugar de la ley logarítmica, históricamente ha sido utilizado en los códigos de
construcción del modelo.
Una discusión sobre las aplicaciones de la fórmula ley de potencia para la construcción de estructuras
se pueden encontrar en Simiu y Scanlan (1986).
3.20.4 ESTIMACIÓN DE CARGAS DE VIENTO
Los siguientes supuestos se hacen en la estimación de las fuerzas del viento:
Fuerza del viento se supone que se distribuye uniformemente sobre el área de la estructura del
puente expuesta al viento.
El área expuesta se toma como la suma de las áreas de todos los componentes, incluyendo el
sistema de piso, barrera de tráfico y / o pretiles, y barandilla, como se ve en elevación, tomada
perpendicular a la dirección del viento asumido.
La dirección del viento es de ser variada para determinar los efectos sobre la fuerza extrema
estructura y sus componentes.
Las áreas que no contribuyen a los efectos de fuerza extremas bajo consideración pueden ser
descuidado en el análisis.
Efectos de blindaje de vigas deben ser ignorados.
Normalmente, una estructura del puente debe ser examinado por separado bajo presiones de
viento de dos o más diferentes direcciones con el fin de cerciorarse de barlovento, sotavento, y
las presiones laterales producir más las cargas críticas sobre la estructura.
Disposiciones de carga de viento para el diseño de puente de la carretera se especifican en AASHTO LRFD
(viento cargas: WL y WS). Presiones de viento dependen de la velocidad del viento (y las condiciones de
exposición circundante la ubicación puente). Datos de velocidad del viento para un lugar concreto del puente
se pueden obtener en el Servicio Meteorológico Nacional, que mantiene los datos de viento para los Estados
Unidos. Estos datos dar a la velocidad del viento a una altura estándar de 30 pies (V30). Para puentes o sus
partes se encuentra más 30 pies por encima del nivel del nivel del suelo o el agua, la velocidad del viento de
diseño, VDZ, se determina a partir (una variación de la ley logarítmica):
0
300 ln5.2
Z
Z
V
VVV
B
DZ
La velocidad de fricción, V0, puede establecerse de la siguiente:
cartas disponibles en ASCE 7-88 (ASCE 7-88) para diversos recurrencia Fastest-milla-de-
viento intervalos.
Encuestas de viento en sitios específicos.
A falta de un mejor criterio, la suposición de que V30 = VB = 100 mph.
TABLA 3.33
Los valores de V0 y Z0 para distintas situaciones Rio Arriba.(AASHTO LRFD 2012 Tabla 3.8.1.1-1)
Condición Abrir regióna Sub urbanob Ciudadc
V0, mph 8,2 10,9 12,0
Z0, ft 0,23 3,28 8,2
3.20.5 Presión Viento en la Estructura (WS)
• En algunos casos, si se justifica porlas condiciones locales, unavelocidad del viento de diseño debase diferente puedeseleccionarse para las condicionesde carga que no impliquen vientoen carga viva (WL). Se supone quela dirección del viento de diseñoser horizontal. A falta de datosmás precisos, la presión del vientode diseño se puede determinar apartir de La ecuación 3.81:
Las presiones del viento de diseño mostrado en la Tabla 3.34 se basan en lasuposición de que la dirección del viento es horizontal. Si tal no es el caso, lapresión del viento, PB, por diversos ángulos de la dirección del viento se puedetomar como se especifica en la Tabla 3.35 con las siguientes estipulaciones:
• 1. La presión del viento se aplica al centroide de un solo plano de áreaexpuesta.
• 2. El ángulo de inclinación debe ser medida perpendicularmente al ejelongitudinal.
• 3. La dirección del viento para el diseño será el que produce el efecto mascrítico hacia la estructura.
• 4. Las presiones transversales y longitudinales se aplicarán simultáneamente.
5. Para los puentes tipo viga y puentes de losa los cuales tienen una longitud de luzúnica de no más de 125 pies y una altura de no mas de 20 pies entre el suelo o elnivel del agua, pueden ser usadas las siguientes cargas por viento a. 0.05 kip / ft2transversal
a. 0.05kip/ft2 tranversal
b. 0.012 kip /ft2 longitudinal
TABLA 3.34
Presiones Base, PB, correspondiente a la Ecuación 3.69
Presión Superestructura
Presión de Barlovento, c kip
/ ft2
Presión de Sotavento, kip
/ ft2
Armaduras, columnas y
arcos 0.05 0.025
Vigas 0.05 NA
Grandes superficies
planas 0.04 NA
TABLA 3.35
Presiones Básicas de viento, PB, o varios ángulos de ataque y VB = 100 mph
(AASHTO LR FD Tabla 3.8.1.2.2-1)
Ángulo de
inclinación de
Viento (Grados)
Armaduras, columnas y arcos Carga longitudinal, kip /ft2
Carga Lateral, kip / ft2
Carga longitudinal, kip
/ft2 Carga Lateral, kip /ft2
Carga longitudinal, kip
/ft2
0 0.075 0 0.05 0
15 0.07 0.012 0.044 0.006
30 0.065 0.028 0.041 0.012
45 0.047 0.041 0.033 0.016
60 0.024 0.05 0.017 0.019
Ambas fuerzas anteriormente mencionadas son utilizadas simultáneamente. Esas
fuerzas no serán usadas en la determinación de las cargas de viento sobre la barrera
del sonido (referido al AASHTO LRFD Art.15.8.2,los que no son discutidos aquí)
3.20.6 Presión Viento de Carga Viva (WL)
• Las siguientes especificaciones se aplican al determinar las cargas de viento enlos vehículos presentes en el puente:
• 1. Cuando los vehículos están sobre el puente la presión de viento es aplicadatanto al puente como a los vehículos presentes de la siguiente manera:
a. La presión de viento sobre los vehículos es representado por una fuerza móvil e interrumpible de10lb/ft que actúa normal a 6 pies sobre la superficie de rodadura.
b. Esta fuerza será transmitida a la estructura.
• 2. Cuando el viento no se toma como una fuerza normal a la estructura, susreacciones puede ser tomada como se muestra en la Tabla 3.36; se toma elángulo de inclinación como referencia normales a la superficie.Alternativamente, para los puentes usuales de tipo viga-losa, que tiene unalongitud de no más de 125 pies y una altura máxima de 30 pies sobre el niveldel suelo, se pueden utilizar las siguientes cargas de viento.
Transversal: 0.1 kip por pie lineal (o 100 libras por pie lineal)
Longitudinal: 0.04 kip por pie lineal (o 40 libras por pie lineal)
Ambas cargas de viento se deben aplicar de forma simultánea.TABLA 3.36
Componentes de viento en Carga Viva (AASHTO LRFD Tabla 3.8.1.3-1)
Ángulo de inclinación
(grados) Normal de componentes (Klf)
Componente paralelo
(klf)
0 0.1 0
15 0.088 0.012
30 0.082 0.024
45 0.066 0.032
60 0.034 0.038
Fuente: Adaptado de AASHTO LRFD Puente Especificaciones de Diseño, Copyright © 2012 por la
Asociación Americana de Estado Carreteras y Funcionarios de Transporte, Washington, DC. Usado con
permiso
•GRACIAS…