Referencia

Introducción

Se tomaron como antecedentes las conclusiones y recomendaciones de la referencia 1, en la que se demostró, utilizando la información correspondiente a muestras de pesos y dimensiones de vehículos de carga capturada por la SCT, que los modelos de cargas vivas vehiculares que se utilizan en el  país y que se establecen en el reglamento para diseño estructural de puentes carreteros de la AASHTO (referencia 2) en Estados Unidos de Norteamérica, producen momentos flexionantes y fuerzas cortantes (elementos mecánicos) para diseño bastante inferiores a las que ocasionan los grandes vehículos de carga, que transitan por las principales carreteras en México.

De lo anterior, se concluyó que no es aconsejable seguir utilizando el modelo de cargas vivas del reglamento de la AASHTO. Estos resultados se corroboraron en las referencias 3 y 4.

Por tanto, fue necesario que se formularan modelos de cargas vivas que arrojen elementos mecánicos superiores a los que ocasionan los vehículos reales más pesados, de manera que se logre un nivel de seguridad adecuado en el diseño de nuevos puentes en México, y que puedan utilizarse para revisar la seguridad de los ya existentes.

Dichos modelos fueron desarrollados en las referencias 3 y 4, para puentes en carreteras principales, tipos ET, A, B y C, y en carreteras alimentadoras, tipo D, respectivamente.

Diseño conceptual del modelo de cargas vivas

Para proponer la topología de los modelos de cargas vivas, se tomó como punto de partida que todos los modelos que se incluyen en los reglamentos de otros países consideran dos sistemas de cargas: uno de concentradas, y otro de uniformemente repartida (referencia 1).

El sistema de cargas concentradas produce efectos en los puentes equivalentes a los que ocasiona un vehículo muy pesado con una probabilidad muy baja de presentarse en el lapso de vida útil de diseño del puente. Por su parte, el sistema de carga uniforme genera efectos a los que ocasiona una secuencia (convoy) de vehículos pesados, que al circular en un carril, uno tras otro, producen elementos mecánicos iguales o mayores, dependiendo del claro del puente, que los que origina cualesquiera de ellos individualmente.

Para diseñar los estudios estadísticos y probabilísticos para puentes en carreteras principales, se tomó en cuenta que en la referencia 1 se comprobó que los elementos mecánicos más grandes en los puentes, son ocasionados por los vehículos tipos T3-S3 y T3-S2-R4, por lo cual sólo éstos se consideraron. Asimismo, se estimó que las cargas más grandes que los vehículos involucrados transmiten a la estructura de un puente, se agrupan en los ejes de rodamiento que conforman tándems, trídems y dobles tándems.

Por lo anterior, como punto de partida se planteó la hipótesis de que el momento flexionante y la fuerza cortante máximos que cada vehículo ocasiona a un puente, dependen fundamentalmente de las cargas totales (resultantes) de cada grupo de ejes y de la ubicación de sus líneas de acción; se comprobó estadísticamente que la hipótesis es correcta utilizando puentes simplemente apoyados con claros de 15 a 60 m.

Por otra parte, se tomo en cuenta la conclusión de la referencia 1, de que los elementos mecánicos más grandes calculados que generan a los puentes los vehículos T3-S3, son muy parecidos a los que ocasionan los T3-S2-R4.

Por eso se decidió que el sistema de cargas concentradas del modelo de cargas vivas vehiculares para carreteras principales, podría tener una topología simple de sólo tres ejes de aplicación de las cargas para puentes en carreteras principales, creando así un “vehículo virtual” (no existe), que tiene un eje delantero, un intermedio y un trasero; el delantero corresponde al de igual posición en el tractor; el intermedio, a la carga total que se transmite por el tándem del tractor; y el trasero, al peso total que baja por el trídem de los T3-S3 y por el doble tándem de los T3-S2-R4.

Por lo mismo, con el modelo que resulta se sobrestiman los efectos en puentes en donde no se permite el tránsito de estos vehículos, como es el caso de las carreteras alimentadoras. Por tanto, fue necesario desarrollar otro modelo, especial para vías alimentadoras con sólo dos ejes de carga, para el cual se utilizó la información estadística de los camiones tipo C3, por ser los de mayor peso que se autoriza circulen por esa clase de caminos.

La adaptación y validación satisfactoria con fines normativos de los modelos de cargas vivas vehiculares señalados, se explica en el cuerpo de este trabajo, y condujo a formular la norma correspondiente para ambos tipos de carreteras, misma que ya está vigente (referencia 5); en el Capítulo 4 de la referencia 6 se transcribe la parte alusiva.

Modelo de cargas para carreteras principales IMT 66.5

El modelo para carreteras principales se denomina IMT 66.5 en la norma, habiendo quedando de la siguiente manera:

Modelo de cargas vivas IMT 66.5

Modelo de cargas para carreteras alimentadoras IMT 20.5

El modelo para carreteras alimentadoras se denomina IMT 20.5 en la norma, y se formuló con igual metodología que el IMT 66.5, pero considerando que los vehículos más grandes que pueden transitar por ellas son los tipo C3, la referencia 4 se concibió con dos ejes virtuales de carga.

Además se tomó en cuenta que en ciertas condiciones el reglamento de pesos y dimensiones (referencia 7) permite el tránsito por estas carreteras, de vehículos articulados pesados.

En la siguiente figura se presenta el modelo IMT 20.5:

Modelo de cargas vivas IMT 20.5

Elementos mecánicos máximos de los modelos IMT 66.5 e IMT 20.5

Con el fin de proporcionar ayudas para el diseño preliminar de los puentes simplemente apoyados con claros de 1 a 60 m en ambos tipos de carreteras, se calcularon las fuerzas cortantes y los momentos flexionantes máximos que cada modelo de cargas vivas les ocasiona, mismos que se presentan en las siguientes figuras.

Momentos flexionantes máximos, modelo IMT 66.5

Fuerzas cortantes máximas, modelo IMT 66.5

Momentos flexionantes máximos, modelo IMT 20.5

Fuerzas cortantes máximas, modelo IMT 20.5

Conclusiones

 Los modelos de cargas vivas vehiculares desarrollados en las referencias 2 y 5, fueron analizados y adaptados con el fin de generar la nueva norma de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes para el diseño estructural de los nuevos puentes que se construyan, así como de los ya existentes que se revisen para verificar su seguridad y, en su caso, diseñar su reestructuración.

 Así, los modelos de cargas vivas incorporados en esta nueva norma, denominados IMT 66.5 e IMT 20.5, son los primeros desarrollados de manera original en México para tal fin, ya que sustituyen a los de la AASHTO que se habían usado siempre y reflejan adecuadamente las condiciones reales de los pesos y dimensiones de los grandes vehículos de carga que circulan por las carreteras mexicanas, por lo que garantizan un alto grado de confiabilidad en la seguridad estructural de los puentes ante este tipo de cargas.

 Por tanto, se recomienda ampliamente utilizar la nueva norma SCT con los respectivos modelos de cargas vivas vehiculares IMT 66.5 e IMT 20.5, en vez de otros que no son congruentes con los tipos y características de los vehículos de carga que transitan por las carreteras de México.

Referencias

1.         Rascón, O A, Barousse, M y Ventura, G, “Análisis normativo y estadístico de cargas vivas en puentes en México”. Publicación Técnica No. 97, Instituto Mexicano del Transporte IMT, (1997).

2.         LRFD, “Bridge Design Specifications”. AASHTO, EUA, 1ª Ed, (1994).

3.         Rascón, O A, “Modelo de cargas vivas vehiculares para diseño estructural de puentes en México”, Publicación Técnica No. 118, Instituto Mexicano del Transporte, IMT (1999).

4.         Rascón, O A, “Sistema de cargas vivas vehiculares para diseño de puentes en carreteras alimentadoras”, Publicación Técnica No. 130, Instituto Mexicano del Transporte, IMT (1999).

5.         SCT, “Normativa para la infraestructura del transporte”, Secretaría de Comunicaciones y Transportes e Instituto Mexicano del Transporte, (2001).

6.         Rascón, O A, “Formulación de la norma SCT de cargas vehiculares para diseño estructural de puentes carreteros”. Publicación Técnica No. 243, Instituto Mexicano del Transporte, IMT (2004). 

7.         “Reglamento sobre el Peso, Dimensiones y Capacidad de los Vehículos de Autotransporte que Transitan en los Caminos y Puentes de Jurisdicción Federal”. Diario Oficial, 4 de sep de 1995.

RASCÓN, Octavio.