17 2-5 Especificaciones de Los Materiales

MANUAL DE DISEÑO DE PUENTES

2.5 ESPECIFICACIONES DE LOS MATERIALES

2.5.1 Generalidades El diseño estará basado en las propiedades de los materiales indicados en esta sección. Cuando se requiera utilizar otros grados o tipos de materiales se deberá establecer previamente al diseño sus propiedades, incluyendo su variabilidad estadística. Los requisitos mínimos aceptables incluyendo los procedimientos de ensayos deberán especificarse en los documentos contractuales. 2.5.2 Acero de Refuerzo 2.5.2.1. Generalidades Las barras de refuerzo, alambre corrugado, alambre estirado en frío, mallas soldadas de alambre liso y mallas soldadas de alambre corrugado deberán satisfacer los estándares de materiales especificados en el Artículo 2.9. Las barras de refuerzo deberán ser corrugadas, excepto que barras o alambre liso puede ser usado para espirales, estribos y mallas de alambre. La resistencia nominal a la fluencia deberá ser el mínimo especificado para el grado de acero seleccionado, excepto que la resistencia a la fluencia en exceso de 520 MPa (5300 kgf/cm2) no deberá ser usada para fines de diseño. La resistencia a la fluencia o grado de las barras o alambres deberán ser indicados en los planos y documentos contractuales. Barras con resistencias a la fluencia menores a 400 MPa (4080 kgf/cm2) se podrán usar solamente con la aprobación del propietario. Cuando es indispensable la ductilidad o cuando se requiere soldarse, se podrá recurrir al ASTM A706, Barras corrugadas de Acero de baja aleación para refuerzo del concreto. 2.5.2.2 Modulo de Elasticidad Se asumirá el modulo de elasticidad, Es, de barras y alambres lisos, el valor de 200 000 MPa (2 040 000 kgf/cm2) 2.5.2.3 Aplicaciones Especiales El refuerzo a ser soldado será indicado en los planos y documentos contractuales, y se especificará el procedimiento de soldadura. Lugares donde ser usará refuerzo con recubrimientos epóxicos deberán ser identificados en los documentos contractuales.

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2.5.2.4 Acero para Preesforzado 2.5.2.4.1 Generalidades Torones relevados de esfuerzos sin recubrimiento o toron de siete alambres de baja relajación, o barras de alta resistencia lisas o corrugadas sin recubrimiento, deberán cumplir los siguientes estándares de materiales. • AASHTO M203 (ASTM A416) - Torones de siete alambres relevados de esfuerzo

sin recubrimiento para concreto preesforzado. • AASHTO M275 (ASTM A722) - Barras de Acero de Alta Resistencia sin

recubrimiento para concreto preesforzado. La resistencia a la tracción y de fluencia para estos aceros puede tomarse como se especifican en la Tabla 2.5.2.4.1-1.

Tabla 2.5.2.4.1 - 1 Propiedades de las Barras y Toron de Pretensar

Material Grado o Tipo Diámetro en mm

Resistencia a la Tracción fpu en MPa

(kgf/cm2)

Resistencia a la fluencia fpy (MPa)

Toron (Strand) (Grado 250) 1725 MPA (Grado 270) 1860 MPA

6,35 a 15,24 9,53 a 15,24

1725 (17 500) 1860 (18 900)

85% de fpu excepto 90% de fpu para torones de baja relajación

Barra Tipo 1, Liso Tipo 2, Corrugado

19 a 35 15 a 36

1035 (10 500) 1035 (10 500)

85% de fpu 80% de fpu

Deben incluirse detalles completos del preesforzado en los planos o documentos contractuales, donde la dimensión y grado o tipo de acero deberá ser mostrado. Esto evitará imprecisiones en los metrados. 2.5.2.4.2. Modulo de Elasticidad Si no está disponible datos mas precisos, el modulo de elasticidad para aceros de preesforzar, basados en el área nominal de la sección transversal, puede tomarse como: para torones; Ep=197 000 MPa (2 000 000 kgf/cm2) para barras; Ep=207 000 MPa (2 000 000 kgf/cm2) 2.5.3 Aceros para estructuras metálicas 2.5.3.1 Aceros Estructurales Los aceros estructurales deberán cumplir con los requisitos establecidos en la Tabla 1, y el diseño deberá estar basado en las propiedades mínimas indicadas. El modulo de elasticidad y el coeficiente térmico de expansión de todos los grados de acero estructural serán asumidos como 200 000 MPa (2 040 000 kgf/cm2) y 11,7x10-6 mm/mm/ºC, respectivamente.

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Tabla 2.5.3.1 -1 Propiedades Mecánicas mínimas de Aceros Estructurales por forma, resistencia y espesor.

Acero

Estructural Acero de alta resistencia de

baja aleación Aceros de Baja

aleación Revenidos y Templados

Aceros aleados de alta resistencia a la fluencia Revenidos y Templados

Designación AASHTO

M270 Grado 250

M270 Grado 345

M270 Grado 345W

M270 Grado 485W

M270 Grado 690/690W

Designación Equivalente ASTM

A709M Grado 250

A709M Grado 345

A709M Grado 345W

A709M Grado 485W

A709M Grados 690/690W

Espesor de planchas, mm

Hasta 100 incl.

Hasta 100 incl.

Hasta 100 incl.

Hasta 100 Incl.

Hasta 65 incl.

Sobre 65 hasta 100 incl

Formas (secciones)

Todos los grupos

Todos los grupos

Todos los grupos

No aplicable No aplicable No aplicable

Resistencia a la tracción mínima, Fu,MPa (kgf/cm2)

400

(4000)

450

(4600)

485

(4950)

620

(6300)

760

(7750)

690

(7040) Esfuerzo de Fluencia mínimo o resistencia a la fluencia mínima Fy, MPa(kg/cm2).

250

(2500)

345

(3500)

345

(3500)

485

(4950)

690

(7040)

620

(6300)

Aceros AASHTO M270, Grado 250, (ASTM A709M, Grado 250) pueden ser usados en espesores mayores a 100 mm para usos no estructurales o componentes de elementos de apoyo Aceros aleados revenidos y templados de elementos estructurales y tubería mecánica sin costuras con una resistencia a la tracción máxima no mayor de 965 MPa (9840 kg/cm2) para secciones estructurales o 1000 MPa (10 200 kgf/cm2) para tubería mecánica sin costuras pueden ser usados, siempre que: • los materiales satisfagan todos los otros requisitos mecánicos y químicos de ya

sea ASTM A709M, Grado 690 ó 690W, y • el diseño esté basado en las propiedades mínimas especificadas para aceros

ASTM A709M, Grados 690 ó 690W. Tubería estructural será tubería soldada conformada en frío o tubería sin costuras de acuerdo a ASTM A500, Grado B, o tubería soldada conformada en caliente o tubería sin costuras de acuerdo a ASTM A501. Limitaciones en los espesores relativos a formas y grupos laminadas deberá cumplir con ASTM A6M (AASHTO M160). 2.5.3.2 Pines, Rodillos y Balancines Acero para pines, rodillos y balancines de expansión, deberá cumplir los requisitos de la Tabla 2.5.3.1-1, 2.5.3.2 -1 ó del artículo 2.5.3.7.

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Tabla 2.5.3.2-1 Propiedades mecánicas mínimas de Pines, Rodillos y Balancines por Tamaños y Resistencia

Designación AASHTO con

Limitaciones de Tamaño

M160 100 mm en diámetro

o menos

M102 hasta 500 mm en diámetro




Designación ASTM Grado o

Clase

A108 Grado 1016 a 1030

incluido

A668 Clase C

A668 Clase D

A668 Clase F

A668 Clase G

Esfuerzo de Fluencia Mínimo Fy, MPa (kgf/cm2)

250 (2500)

230 (2340)

260 (2650)

345 (3500)

345 (3500)

2.5.3.3 Pernos, Tuercas y Arandelas Pernos Los pernos deberán cumplir con una de las siguientes especificaciones: • las especificaciones estándares para pernos y conectores de acero al carbón

resistencia a la tracción de 400 MPa (4080 kgf/cm2), ASTM A307 • las especificación estándar para pernos de alta tensión para uniones Estructurales

de Acero con una resistencia mínima a la tracción requerida de 830 MPa (8450 kgf/cm2) para diámetros de 16 a 27mm y 725 MPa (7400 kgf /cm2) para diámetros de 30 mm a 36 mm, AASHTO M164(ASTM A325M),.

• las especificaciones estándar para Pernos de Alta Tensión, para Uniones Estructurales de Acero, AASHTO M253 (ASTM A490M).

Los pernos de Tipo 1 deberán ser usados con aceros diferentes a los de acero desgastados por la interperie. Los pernos del Tipo 3 que cumplen con ASTM A325M o ASTM A490M deberán usarse con aceros desgastados por la interperie; pernos AASHTO M164 (ASTM A325M), Tipo 1, puede ser, con la aprobación del Ingeniero, galvanizado en caliente de acuerdo a AASHTO M232 (ASTM A153), Clase C, o mecánicamente galvanizados de acuerdo con AASHTO M298 (ASTM B695), clase 345(50). Los pernos galvanizados deberán ser ensayados después de la galvanización, como es requerido por AASHTO M164 (ASTM A325M). Los pernos AASHTO M253 (ASTM A490M) no serán galvanizados. Arandelas, tuercas y pernos de cualquier ensamblaje deberán ser galvanizados por el mismo proceso. Las tuercas deberán ser lubricadas con un lubricante conteniendo un tinte visible. Tuercas Exceptuando lo indicado abajo, las tuercas para pernos AASHTO M164 (ASTM A325M) deberán cumplir o con la Especificación Estándar para Tuercas de Carbón y Acero Aleado, AASHTO M291 (ASTM A563M), Grados 12, 10S3, 8S, 8S3, 10 y 10S o la Especificación Estándar para Tuercas de Acero al Carbón y Aleado para Pernos

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usados en servicios de Alta Temperatura y Alta presión, AASHTO M292 (ASTM A194), Grados 2 y 2H. Las tuercas para pernos AASHTO M253 (ASTM A490M) deberán cumplir con los requisitos de AASHTO M291 (ASTM A563M), Grados 12 y 10S3 ó AASHTO M292 (ASTM A194), Grados 2H. Las tuercas a ser galvanizadas serán tratadas térmicamente, Grado 2H, 12 ó 10S3. Las provisiones del Artículo sobre Pernos serán aplicables. Las tuercas planas tendrán una dureza mínima de 89 HRB. Las tuercas a ser usadas con pernos AASHTO M164 (ASTM A325M), Tipo 3 serán de Grado C3 ó DH3. Tuercas a ser usadas con pernos AASHTO M253 (ASTM A490M), Tipo 3, serán de Grado DH3. Arandelas Las arandelas cumplirán con la Especificación Estándar para Arandelas de acero endurecido, AASHTO M293 (ASTM F436M). Las cláusulas del artículo correspondiente a pernos se aplicarán a las arandelas galvanizadas. 2.5.3.4 Conectores de Corte tipo Perno Los pernos para conectores de corte serán hechos de barras conformadas en frío, grados 1015, 1018 ó 1020, de acuerdo con AASHTO M169 (ASTM A108) - Especificación Estándar para Barras de Acero al Carbón, terminadas en frío, calidad estándar, y con un esfuerzo de fluencia y esfuerzo de rotura mínimo de 345MPa y 400 MPa respectivamente. La parte a soldar de los “Studs” está hecha de un acero de bajo contenido de carbón apropiado par soldadura y cumplirá con ASTM A109M - Especificación Estándar para flejes de acero al carbón laminados en frío. 2.5.3.5 Metal para soldadura El metal para soldadura cumplirá los requisitos del Código de Soldadura D1.5 ANSI / AASHTO / AWS. 2.5.3.6 Metal Fundido Metal fundido y hierro dulce El Acero fundido cumplirá uno de las siguientes especificaciones: • AASHTO M192 (ASTM A486M) - Especificación Estándar para Fundiciones de

Acero para Puentes Carreteros, clase 485, a menos que se especifique diferente. • AASHTO M103(ASTM A27M). Fundiciones de Acero, al carbón para Aplicaciones

Generales, a menos que se especifique diferente. • AASHTO M163 (ASTM A743M). Fundiciones Resistentes a la Corrosión Hiero

Cromo, Hierro - Cromo - Niquel y Aleaciones a base de Niquel para Uso General, grado CA15, a menos que se especifique diferente.

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Las fundiciones de hiero dúctil cumplirán las especificaciones ASTM A536, Grado 414-276-18, a menos que se especifique diferente. Fundiciones Maleables Cumplirán con ASTM A47M, Grado 24118 - Especificaciones Estándar para Fundiciones Maleables de Hierro. El esfuerzo de fluencia mínimo no será menor que 241MPa. Hierro Fundido Cumplirán con AASHTO M105 (ASTM A48), Clase 30 - Especificaciones Estándar para Fundiciones Aleados. 2.5.3.7 Acero Inoxidable Cumplirá una de las siguientes especificaciones: • ASTM A176 - Planchas y laminas de Acero Inoxidable y de cromo resistentes al

calor. • ASTM A240 - Planchas y laminas de Acero Inoxidable Cromo - Niquel y Cromo

Resistente al calor para Recipientes a Presión. • ASTM A276 - Barras y Formas de Acero Inoxidable y Resistente al calor. • ASTM A666 - Acero Inoxidable Austenítico de planchas, laminas y Barras para

Aplicaciones Estructurales.

2.5.4 Concreto 2.5.4.1 CLASE DE CONCRETO Sólo se usarán concretos de densidad normal. Concreto estructurales de baja densidad requerirán de una aprobación especial. En los planos y documentos contractuales se especificará para cada componente la resistencia a la compresión f’c o la clase del concreto. Concreto con resistencias por encima a los 70 MPa (500 kgf/cm2) podrán usarse solo cuando se realicen ensayos que establezcan las relaciones entre las resistencias del concreto y sus otras propiedades. No se usarán concretos con resistencias menores a 16 MPa (160 kgf/cm2). a los 28 días para aplicaciones estructurales. Para losas y elementos de concreto preesforzado no se usarán concretos con resistencia a la compresión menor a 28 MPa (280 kgf/cm2)

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La evaluación de la resistencia del concreto usado en los trabajos deberá ser hecha en probetas cilíndricas fabricadas, ensayadas y evaluadas de acuerdo con la sección y de las Especificaciones de la División II del AASHTO. Se asume que la resistencia especificada es alcanzada a los 28 días después del vaciado. Se pueden asumir otros periodos de alcance de resistencia para componentes que recibirán cargas en periodos apreciablemente diferentes que los 28 días. Los concretos considerados en las presentes especificaciones han sido clasificados de acuerdo a las siguientes clases de acuerdo a sus casos: Clase A, generalmente usado en todos los elementos estructurales, excepto cuando otra clase es más apropiada, y específicamente para concreto expuesto al agua de mar. Clase B, usado en zapatas, pedestales pilares circulares masivos, y muros de gravedad. Clase C, usado en secciones delgadas, tal como barandas reforzadas de menos de 100 mm de espesor, para el relleno de pisos de emparrillados metálicos, etc. Clase P, se usa cuando se requiere resistencias en exceso de 28 MPa (280 kgf/cm2) para concreto preesforzado, se deberá limitar la dimensión nominal del agregado a 20 mm, y Clase S, se usa para concreto depositado bajo agua y en cajones para sellar el ingreso del agua. Clase AE, concretos con aire entrampado, deberán ser especificados cuando el concreto esta sujeto a periodos alternantes de hielo y deshielo, expuesto al descongelamiento de sales, agua salada u otros ambientes potencialmente dañinos. Para concretos Clases A, A(AE) y P usado en o sobre agua marina, la relación agua/cemento deberá especificarse no excederse de 0.45. En la tabla 2.5.4.1-C1 se muestran los requisitos por clase de concreto.

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Tabla 2.5.4.1-C1 Características de las mezclas de concreto por clase. Clase de Concreto

Contenido mínimo

de Cemento

kgf/m3

Relación Agua / Cemento

máximo

kgf por kgf

Contenido de Aire

(Rango)

%

Agregado Grueso por AASHTO

M43M

Dimensión de abertura cuadrada (mm)

Resistencia a la compresión a los 28 días

MPa(kgf/cm2 )

A 362 0.49 - 25 a 4.75 28 (280)

A(AE) 362 0.45 6.0 ± 1.5 25 a 4.75 28 (280)

B 307 0.58 - 50 a 25 17(175)

B(AE) 307 0.55 5.0 ± 1.5 25 a 4.75 17(175)

C 390 0.49 - 12.5 a 4.75 28(280)

C(AE) 390 0.45 7.0 + 1.5 12.5 a 4.75 28(280)

P 334 0.49 Especificado aparte 25 a 4.75 ó 19

a 4.75Especificado

Aparte

S 390 0.58 - 25 a 4.75 -

2.5.4.2 COEFICIENTE DE EXPANSIÓN TÉRMICA El coeficiente de expansión térmica deberá ser determinada por ensayos de laboratorio en la mezcla especifica a ser usada. En la ausencia de datos más precisos, el coeficiente de expansión térmica puede tomarse como 10.8 x10-6 /ºC para concreto de densidad normal, y 9.0 x x10-6 /ºC para concreto ligero. 2.5.4.3 ACORTAMIENTO DE FRAGUA Y ACORTAMIENTO DIFERIDO Valores del acortamiento de fragua y del “Creep” especificados en esta sección y en los artículos del capítulo de Superestructuras de Concreto serán usados para determinar sus efectos en la pérdida de la fuerza de preesforzado en puentes excepto aquellos construidos en dovelas. Estos valores conjuntamente con los del momento de inercia, pueden ser usados para determinar los efectos del acortamiento de fragua y “creep” en las deflexiones. En la ausencia de datos más exactos, el coeficiente de acortamiento de fragua puede ser asumido en 0.0002 después de los 28 días y 0.0005 después de un año de secado.

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Cuando no se cuenta con datos específicos de la mezcla, estimados del acortamiento de fragua y del “creep” pueden hacerse a partir de los artículos siguientes, y también de: • El modelo del Comité Europeo del Concreto (CEB) - y de la Federación

Internacional de Pre-esforzado (FIP), ó • El Código ACI 209 Para puentes construidos en dovelas un estimado más preciso deberán ser realizado, incluyendo los efectos de: • Materiales específicos • Dimensiones estructurales • Condiciones del lugar, y • Métodos Constructivos Creep (Deformación Plástica) El coeficiente de creep puede estimarse como:

( ) ( )( )

ϕ t t k kH

tt t

t t

para lo cual kf c

i c f ii

i

f

, . .

'

.

.

.= −

−

+ −

=+

−3 5 1 58120 10

6242

0 118

0 6

0 6

donde : H = humedad relativa (%) kc = factor por el efecto de la relación volumen - superficie del componente kf = factor por el efecto de la resistencia del concreto t = madurez del concreto (días) ti = edad del concreto cuando se aplica inicialmente la carga (días) f’c = resistencia del concreto a los 28 días en MPa. En la determinación de la madurez del concreto en la carga inicial, un día de curado acelerado por vapor o calor radiante puede ser tomado como equivalente a siete (7) días de curado normal. El área superficial a ser usada en la determinación de la relación volumen/área debería incluirse solo el área de la superficie que esté expuesta al secado al aire. Para lugares pobremente ventilados solamente deberá considerarse el 50% del perímetro interior para calcular el área superficial.

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Acortamiento de fragua Para concreto con curado húmedo, desprovistos de agregados propensos al acortamiento de fragua, la deformación unitaria debido al acortamiento de fragua, Esh, en el tiempo t, puede formarse como:

E k kt

tsh s h= −+

−

35 00 51 10 3

.. * (1)

donde: t = tiempo de fraguado (días) ks = factor de tamaño especificado en Fig. 2 kh = factor de humedad especificado en Tabla 1. Si el concreto con curado húmedo esta expuesto a secado antes que hayan transcurrido cinco días de curado, el acortamiento de fragua determinado por la ecuación (1) debe ser incrementado en 20%. Para concreto curado al vapor, desprovisto de agregados propensos al acortamiento de fragua.

E k kt

tsh s h= −+

−

55 00 56 10 3

.. * (2)

Tabla 1.0 Factores de humedad relativa ( kh )

Promedio de humedad relativa kh 40 1.43 50 1.29 60 1.14 70 1.00 80 0.86 90 0.43

100 0.00

80


figura 1.0 Factor por el efecto de la relación volumen -superficie del componente

Fact

or d

e C

orre

cció

n K

s

figura 2.0 Factor de tamaño Ks. 2.5.4.4 OTRAS CARACTERÍSTICAS Modulo de Elasticidad En la ausencia de datos más precisos, el módulo de elasticidad Ec para concreto con densidades entre 1440 y 2500 kgf/m3, puede tomarse como:

Ec = 0.043 γc 1.5 cf ´

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donde: γ c = densidad del concreto (kgf/m3 ) f’c = resistencia especificada del concreto (MPa) Módulo de Poisson A menos que sea determinado por ensayos físicos el módulo de Poisson puede asumirse igual a 0.2. Para componentes que se espera estén sujetos a agrietamiento, el efecto del módulo de Poisson puede ser despreciado. Módulos de Ruptura A menos que sea determinado por pruebas físicas, el módulo de ruptura, fr en MPa, puede ser tomado como para concreto de densidad normal 0 63. 'f c Resistencia a la Tracción La resistencia a la tracción directa puede determinarse ya sea usando ASTM C900-87, “Método Estándar de Prueba para la Resistencia a la Tracción Directa del concreto endurecido”, o el método de resistencia a la tracción por separación de acuerdo con ASTM C496-90, “Método Estándar para la Resistencia a la Tracción por separación de probetas cilíndricas de concreto”.

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17 2-5 Especificaciones de Los Materiales

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