2b-Factores de cargas

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UNIDAD II
COMBINACIONES Y FACTORES DE GARGA
Wilmer Rojas Armas
ING. WILMER ROJAS ARMAS PUENTES Y OBRAS DE ARTE
Problemática
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LOGRO DE SESIÓN:
Conocimiento de los factores de
mayoración aplicado a los puentes para
la seguridad de la estructura.
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AGENDA
1. Estados límites
2. Factores de resistencia.
3. Cargas de notación.
4. Camión de diseño.
5. Combinaciones de carga.
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Descubrimiento
Desarrollo del tema
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FACTORES DE CARGAS
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ESTADOS LIMITES
El método LRFD está basado el criterio de los estados limites, un
estado limite se define la condición ante la cual un elemento
estructural bajo carga es afectado a tal grado que deja de ser seguro
para los ocupantes de la estructura.
Los estados límites se establecen para definir grupos de eventos o
circunstancias que pueden causar que un elemento de la estructura
o la estructura se convierta en inservible desde el punto de vista de
su función original.
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Diseño por factores de carga y resistencia LRFD (Load and Resistance
Factor Design)
Conocido también como el método de diseño por estados límites, es una
ampliación de la filosofía de diseño LFD, ya que contiene las mismas bases con la
diferencia que el diseño LRFD actúa como un mecanismo para seleccionar los
factores de carga de una manera más racional para las combinaciones de carga que
se esperan estadísticamente durante la vida útil.
Por lo cual las cargas de diseño se mayoran y las resistencias de diseño se minoran.
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𝜼 = Factor de resistencia
Aunque en muchas estructuras cada uno de los modificadores de carga será 1.0, para un número limitado de
puentes los valores son distintos de 1.0.
A continuación se detallan los valores adoptados por el Departamento de Transportes del Estado de Minnesota:
Notas.-
* Las superestructuras tipo viga con 4 ó más vigas por tramo se consideran redundantes
** Usar el modificador de carga por Importancia sólo para el diseño de la superestructura; no aplicable al
diseño de cubiertas en puentes con cubiertas sobre vigas. Usar sólo en puentes nuevos.
ADT= tráfico diario promedio
Los factores modificadores de carga no necesitan ser aplicados para casos de cargas de construcción.
MODIFICADOR VALOR CONDICIÓN
1.00
Estructuras de acero, 
puentes de madera, 
estructuras de concreto 
dúctiles.
1.05
Estructuras de concreto no 
ductiles
1.00 Redundantes
1.05 No redundantes
0.90 Puentes temporales
0.95 ADT < 500
1.00 500 ≤ ADT ≤ 40,000
1.05
Cruces en rios mayores o 
con ADT > 40,000 o en 
puentes de vías 
interestatales.
Ductilidad (nD)
Redundancia (nR)*
Importancia (nI)**
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FACTOR DE RESISTENCIA (f)
Dentro de la ecuación básica de diseño LRFD, se considera un factor de
resistencia que es un multiplicador obtenido estadísticamente, el cual se
aplica a los valores de resistencia nominal
De acuerdo a las especificaciones AASHTO, a menos que otros estados límites
sean especificados, los factores de resistencia φ serán los siguientes:
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Las especificaciones LRFD contemplan cuatro (4) estados límites: estados
límites de servicio, de fatiga y fractura, de resistencia y de eventos
extremos.
1) El estado límite de servicio trata las restricciones en los esfuerzos,
deformaciones y ancho de fisuras bajo condiciones regulares de servicio.
2) El estado límite de fatiga y fractura trata las restricciones al rango de
esfuerzos bajo condiciones regulares de servicio que reflejan el número
de rangos de servicio esperados durante la vida útil de la estructura.
3) Los estados límites de resistencia se entienden para asegurar la
resistencia y estabilidad tanto local como global, se establecen para que
la estructura resista la combinación de cargas estadísticamente
significativa que el puente puede esperar durante su vida útil.
4) El estado límite de eventos extremos se entiende para asegurar la
sobrevivencia estructural del puente durante un sismo severo o una
avenida extraordinaria.
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ESTADOS LÍMITE 
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SERVICIO I.- Combinación de carga relacionada al uso operativo normal
del puente con todas las cargas a su valor nominal (sin factorizar). También
está relacionada al control de la deflexión en estructuras metálicas
empotradas, placas de revestimiento de túneles y tubos termoplásticos, así
como controlar el ancho de las grietas en estructuras de concreto armado.
SERVICIO II .- Combinación de carga considerado para controlar la fluencia
de la estructuras de acero y el deslizamiento de las conexiones críticas,
debidos a la carga viva vehicular.
SERVICIO III.- Combinación de carga relacionada solamente a la fuerza de
tensión en estructuras de concreto pretensado, con el objetivo de controlar
las grietas.
FATIGA .- Combinación de fatiga y carga de fractura, relacionada a la carga
viva vehicular repetitiva y las respuestas dinámicas bajo un camión de
diseño simple con el espaciamiento entre ejes.
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RESISTENCIA I .- Combinación básica de carga relacionada con el uso vehicular normal,
sin considerar el viento.
RESISTENCIA II .- Relacionada al uso del puente mediante vehículos de diseño especiales
especificados por el propietario y/o vehículos que permiten la evaluación, sin considerar el
viento.
RESISTENCIA III . - Relacionada al puente expuesto al viento con una velocidad mayor que
90 km/h.
RESISTENCIA IV.- Relacionada a relaciones muy altas de la carga muerta a la carga viva.
RESISTENCIA V .- Relacionada al uso vehicular normal del puente considerando el viento a
una velocidad de 90 km/h.
EVENTO EXTREMO I .- Combinación de carga incluyendo sismo.
EVENTO EXTREMO II .- Relacionada a la carga de viento, choque de vehículos y barcos, y
ciertos eventos hidráulicos con carga viva reducida, distinta de la carga de choque vehicular.
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CARGAS Y NOTACION
Se considera las siguientes cargas y fuerzas permanentes y transitorias:
Cargas Permanentes
DD = Fuerza de arrastre hacia abajo
DC = Carga muerta de Componentes estructurales y no estructurales
DW = Carga muerta de la superficie de rodadura y dispositivos auxiliares
EH = Presión de tierra horizontal
ES = Carga superficial en el terreno
EV = Presión vertical del relleno
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Cargas Transitorias:
BR = fuerza de frenado vehicular
CE = fuerza centrífuga vehicular
CR = “creep” del concreto
CT = fuerza de choque vehicular
CV = fuerza de choque de barcos
EQ = sismo
FR = fricción
IC = carga de hielo
IM = carga de impacto
LL = carga viva vehicular
LS = carga viva superficial
PL = carga viva de peatones
SE = asentamiento
SH = contracción
TG = gradiente de temperatura
TU = temperatura uniforme
WA = carga de agua y presión del flujo
WL = efecto de viento sobre la carga viva 
WS = efecto de viento sobre la estructura
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COMBINACIONES DE CARGA Y FACTORESDE CARGA
Usar solamente uno de los 
indicados en estas 
columnas en cada 
combinación 
 
Combinación de 
Carga 
 
 
Estado Límite 
DC 
DD 
DW 
EH 
EV 
ES 
 
LL 
IM 
CE 
BR 
PL 
LS 
WA WS WL FR 
TU 
CR 
SH 
TG SE 
EQ IC CT CV 
RESISTENCIA I P 1.75 1.00 1.00 0.50/1.20 TG SE 
RESISTENCIA II P 1.35 1.00 1.00 0.50/1.20 TG SE 
REISISTENCIA III P 1.00 1.40 1.00 0.50/1.20 TG SE 
RESISTENCIA IV 
Solamente EH, EV, 
ES, DW, DC 
P 
1.5 
 1.00 1.00 0.50/1.20 
RESISTENCIA V P 1.35 1.00 0.40 0.40 1.00 0.50/1.20 TG SE 
EVENTO EXTREMO I P EQ 1.00 1.00 1.00 
EVENTO EXTREMO II 0.50 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 
SERVICIO I 1.00 1.00 1.00 0.30 0.30 1.00 1.00/1.20 TG SE 
SERVICIO II 1.00 1.30 1.00 1.00 1.00/1.20 
SERVICIO III 1.00 0.8 1.00 1.00 1.00/1.20 TG SE 
FATIGA 
(solamente LL,IM y 
CE) 
 0.75 
 
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Notación y Factores de Carga para Cargas Permanentes gP
Máximo Mínimo
DC: Componentes estructurales 
 y Auxiliares
DD : Fuerza de arrastre hacia 
 abajo
DW : Superficie de Rodadura y 
 accesorios
EH : Presión horizontal de tierra 1.50 0.90
 - Activa 1.35 0.90
 - En reposo
EV : Presión vertical de tierra N/A
 - Estabilidad Global 1.35 1.00
 - Estructura de Retención 1.35 0.90
 - Estructuras Rígidas Empotradas 1.30 0.90
 - Pórticos rígidos 1.35 0.90
 - Estructuras Flexibles empotrados 1.95
 excepto alcantarillas metálicas 0.90
 - Alcantarillas Metálicas 1.50
ES : Carga superficial en el terreno 1.50 0.75
1.80 0.45
1.50 0.65
TIPO DE CARGA
FACTOR DE CARGA
1.25 0.90
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La carga viva vehicular consiste en:
1- Camión de diseño o
2- Ejes tándem.
3- Carga de carril de diseño (línea de carga).
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Peso Total del
Camión : 33.13
toneladas (325 kN).
Camión de Diseño: HL-93K
El camión de diseño
con sus dimensiones
mas pequeñas.
Distancia entre ejes
de 14.78 toneladas
(145 kN) de 4.30 m.
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Peso Total del Camión:
22.4 toneladas (220.00
kN).
Tándem de Diseño: HL-93M
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Sobrecarga Distribuida
La carga de carril o
sobrecarga distribuida
se considera a todo lo
largo del puente para
un ancho de 3.00 m.
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LÍNEA DE DISEÑO
La línea de tráfico (carril) es el número de líneas o rutas que se planea usar
para cruzar el puente. El ancho típico de una línea de tráfico es 3.6 m.
Cada carril de diseño (3.60 m) debe ser ocupado por un camión de diseño o un
eje tándem, actuando simultáneamente con la carga de carril (línea de carga ó
carga distribuida).
En cambio, la línea de diseño (carga) es aquella que ocupa la carga dentro de
la línea de tráfico. Aquí, ASHTO usa en el modelo HL-93 un ancho de 3.0 m
para la línea de diseño y el vehículo se ubica en la posición más desfavorable
de la línea de tráfico (3.60 m) para los efectos extremos.
Debe asumirse que las cargas vehiculares distribuidas ocupan 3.0 m
transversalmente dentro del carril de diseño.
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El número de líneas de diseño es la parte entera de dividir el ancho libre de
la vía entre 3.60 m. En casos donde el ancho de la línea de tráfico es menor
de 3.60 m, el numero de líneas de diseño es igual al número de líneas de
tráfico y el ancho de línea de tráfico sería el ancho de la línea de diseño.
Numero de vías:
La parte entera de: NL=
𝑊
3.60
Donde:
w = Ancho de calzada (m).
3.60 = Ancho de cada vía (m).
Excepto para anchos de calzada entre 6.00m y 7.20m en que se considera
el puente con dos (2) vías.
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Camión de Diseño + Sobrecarga Distribuida
VS
Tándem de Diseño + Sobrecarga Distribuida
Para el análisis de la sobrecarga en forma longitudinal, el
puente será cargado en forma continua o discontinua, según
resulte lo más desfavorable para el caso en estudio.
Se considera
El camión de diseño con sus dimensiones mas pequeñas,
distancia entre ejes de 14.78 Ton. (145 kN) de 4.30 m.
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HL-93S
Para momentos negativos en apoyos intermedios:
Se consideran 2 camiones de diseño 1 a cada lado del apoyo,
separados a una distancia mínima de 15.00 m.
Para la distancia entre ejes se toma el rango menor de 4.30m.
En este caso los momentos y cortantes se factorizan por 0.9
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Número de Factor
Vías Cargadas m
1 1,20
2 1,00
3 0,85
4 ó más 0,65
Presencia Múltiple de Carga Viva (2.4.3.2.2.6)
Tiene en cuenta la probabilidad de que se presente la
máxima carga viva en diferentes carriles al mismo tiempo.
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(IM) EFECTOS DINÁMICOS (IMPACTO) (2.4.3.3)
Excepto de estructuras enterradas y de madera, las cargas vivas
correspondientes al camión o al tándem de diseño se incrementarán en los
porcentajes indicados en la tabla 2.4.3.3-1.
Elementos de unión en el tablero (todos los estados limites) = 75 %.
Para otros elementos
• Estados límites de fatiga y fractura = 15%.
• Otros estados límite = 33 %.
Este incremento no se incluirá en el cómputo de las fuerzas centrífugas o en
el cómputo de las fuerzas de frenado, ni se aplicará a la sobrecarga
uniformemente distribuida.
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Efectos dinámicos que se deben tomar en cuenta
producidos por las cargas vivas vehiculares:
• Rugosidad de la superficie de rodadura
• Diferente desgaste de suspensiones
• Mal estado de las vías
• Mal estado de los neumáticos
• Otros vehículos en mal estado, etc.
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MLL= (Mmax. de Camión o Tandem x IM + Msobrecarga distribuida) x Factor m
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Efectos debidos a las deformaciones sobreimpuestas
Los elementos de la estructura del puente cambian de
tamaño y posición debido a asentamientos, contracción
de fragua, deformaciones diferidas y temperatura que
deben de tomarse en cuenta de acuerdo con su
importancia.
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Cargas Peatonales
Las cargas vivas también incluyen a las cargas
peatonales y de bicicletas.
La norma considera 367 kg/m2 para veredas mayores
a 0.60 m.
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CARGAS EN PUENTES PEATONALES (2.4.3.7)
Los puentes para uso peatonal y para el tráfico de
bicicletas deberán ser diseñados para una carga viva
uniformemente repartida de 5 kN/m2 (510kgf/m2).
El proyectista deberá evaluar el posible uso del puente
peatonal por vehículos de emergencia o
mantenimiento. Las cargas correspondientes a tales
vehículos no requerirán incrementarse por efectos
dinámicos.
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COMBINACION DE CARGAS AASHTO-LRFD 
PARA EL ESTADO LIMITE DE RESISTENCIA I:
øMu ≥ n ( γDC MDC + γDw MDw + γLL MLL+IM )
øMu ≥ 1 (1.25M DC + 1.50M DW + 1.75M LL+IM )
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COMBINACION DE CARGAS AASHTO-LRFD 
PARA EL ESTADO LIMITE DE SERVICIO I:
øMu ≥ n ( 1.0 MDC + 1.0 MDw + 1.0 MLL+IM )
PARA EL ESTADOLIMITE DE FATIGA:
øMu ≥ 1 (0.75 M LL+IM )
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IDEALIZACION 
ALTERNATIVAS
PREDIMENSIONAMIENTO
ANALISIS Y DISEÑO: 
RESISTENCIA I
VERIFICACION: 
SERVICIO, FATIGA 
PROCESO DE DISEÑO
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¿Qué aprendieron en esta sesión?
¿Para que servirá lo aprendido?
¿Dónde se podría aplicar?
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¡ GRACIAS !
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