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Capitulo de Estudiantes de la Universidad Nacional de Ingeniería

Diseño de Subestructuras de Puentes AASHTO-LRFD

Subestructuras: Estribos y Pilares „

Estribos Como un componente principal de un puente los estribos proporcionan el soporte vertical a la superestructura del puente en sus extremos; conectando el puente con la losa de aproximación y conteniendo el material del terraplen detrás del estribo.

Tipos de estribos

Definiciones „

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En los estribos de extremo abierto hay un terraplen entre la cara del estribo y el borde de la carretera o río. Los estribos de extremo cerrado usualmente se construyen muy cerca al borde la carretera o río. Generalmente los estribos de extremo abierto son más económicos, adaptables y atractivos que los de extremo cerrado.

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De acuerdo con la conexión entre el cuerpo del estribo y la superestructura, los estribos se pueden clasificar en: monolíticos o de diafragma extremo y tipo asiento (como se muestra en la figura). En los estribos monolíticos no hay desplazamiento relativo entre la superestructura y el estribo. Todas las fuerzas de la superestructura en los extremos del puente son transferidas al cuerpo del estribo y de este al relleno del estribo y a su zapata. La ventaja de este tipo de estribo es un costo inicial bajo.

Adicionalmente se presenta un empate inmediato con el suelo de relleno, el cual absorbe la energía cuando el puente está sometido a movimientos transitorios. De cualquier forma la presión pasiva de suelo inducida por el relleno podría resultar en una dificultad en el diseño del cuerpo del estribo, con un alto costo de mantenimiento esperado. En la práctica este tipo de estribos se usa principalmente para luces pequeñas.

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Los estribos tipo asiento se construyen separadamente de la superestructura. La superestructura se asienta sobre el estribo a través de los aparatos de apoyo. Este tipo de estribo permite al diseñador controlar las fuerzas en la superestructura que son transferidas al estribo y relleno. Los aparatos de apoyo controlan los desplazamientos de las superestructuras, este tipo de estribos puede ser de pantalla corta o de pantalla alta (como se muestra en la figura).

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En el caso de estribos de pantalla corta la rigidez del estribo es usualmente mucho mayor que la de los aparatos de apoyo de forma que esos aparatos de apoyo pueden ser tratados como condiciones de extremo en el análisis del puente. Comparativamente los estribos de pantalla alta pueden estar sujetos a desplazamientos significativos bajo fuerzas relativamente menores. La rigidez de la pantalla y la respuesta del suelo adyacente pueden tener que considerarse en el análisis del puente.

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La facilidad para absorber desplazamientos de los aparatos de apoyo, desplazamientos debidos a la contracción de fragua y deformaciones diferidas del concreto hacen que este tipo de estribo sea comúnmente seleccionado para puentes de luces medianas, especialmente para puentes de concreto presforzado y metálicos.

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Si bien los estribos tipo asiento tienen costos iniciales de construcción más altos que los monolíticos su costo de mantenimiento es relativamente bajo.

Seleccionamiento del tipo de estribo „

9 9 9 9 9 9 9

La selección de un tipo de estribo requiere la consideración de toda la información disponible y los requerimientos de diseño del puente, estas consideraciones incluyen. Geometría del puente Ancho de la carretera Pendiente de terraplenes Restricciones geotécnicas Requerimientos arquitectónicos Consideraciones económicas etc

Consideraciones generales de diseño „

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Las cargas de diseño de los estribos usualmente incluyen las cargas verticales y horizontales de la superestructura, cargas verticales y laterales debidas a la presión del suelo, el peso propio del estribo y las sobrecargas en el acceso al puente. Los estribos se deben diseñar para soportar la presión de tierras, las cargas de gravedad de la superestructura y las cargas vivas de la superestructura (incluyendo la sobrecarga sobre la losa de aproximación).

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En general, se deben estudiar todas las combinaciones posibles de cargas, las cuales pueden producir las condiciones mas severas de carga en el diseño de los estribos.

ΣŋγiQi ≤ ΦRn

Método LRFD El diseño de los estribos convencionales usando el método LRFD requiere la evaluación de los siguientes estados límites: 9 Estado límite de resistencia I. Aplicable como caso estándar de cargas. 9 Estado límite de servicio I. Aplicable para las cargas de diseño. límite de eventos extremos I. 9 Estado Combinación de cargas que incluye el sismo. „

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La selección de los estados límites de resistencia depende del tipo de cargas aplicadas (ejemplo: estado límite de resistencia I para la carga HL-93 sin viento o el Estado límite de resistencia II para “vehículos permitidos”). Las consideraciones de diseño que deben evaluarse para un estribo con zapata apoyada en el terreno, diseñado para los estados límites de resistencia y servicio I, se resumen en la tabla adjunta (adicionalmente hay que considerar el estado límite de evento extremo I correspondiente a los sismos).

Performance Ubicación resultante Presión transmitida Deslizamiento Volteo Asentamiento y desplazamiento Capacidad estructural (Ref)

E. Límite de resistencia OK

E. Límite de servicio

OK OK OK OK OK

Límites de performance „ „ „ „ „

Resistencia a la presión de cargas verticales e inclinadas. Resistencia al deslizamiento debido a cargas laterales. Resistencia a las fuerzas y momentos de volteo. Resistencia a las presiones negativas. Resistencia a los efectos de la socavación.

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Resistencia a los niveles variables de la napa freática. Restricciones geométricas (efecto de estructuras cercanas).

LRFD

Determinar las cargas aplicables y sus combinaciones Qi

Factores de carga para cada combinación ΣγQi

Diseño del tipo de cimentación seleccionado

Chequeo de deflexión de la pantalla y asentamientos

Diseño estructural de la pantalla