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República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior y el Deporte Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño Mérida Edo. Mérida

Trabajo del 3er Corte Puentes

Alumno: Larry Parra C.I.: 14.401.210 Quintana V. Ruben C.I.: 19.592.212 Gelves Franklin C.I.:

Materia: Puentes Turno: Nocturno A

Mérida, 06 de Febrero de 2014

Introducción

Al desarrollar vías de comunicación, es común encontrarse con obstáculos naturales (valles, depresiones, ríos, etc.) o artificiales (otras carreteras, vías férreas, etc.) que interfieren en la trayectoria de la vía. Para salvar estos obstáculos, es necesario el diseño de los puentes. Se cree, que los puentes tienen su origen en la prehistoria, posiblemente el primer puente fue un árbol que usó un hombre prehistórico para conectar las dos orillas de un río. Al pasar de los años, el hombre ha tenido la necesidad de perfeccionar las obras, ya que, los primeros

puentes

eran

muy

pobremente

fundados

y

raramente

soportaban cargas pesadas. Hoy en día, los puentes carreteros están formados por una superestructura, la cual soporta directamente las cargas dinámicas

y

una

infraestructura

que

recibe

las

cargas

de

la

superestructura y la trasmite a los cimientos.

Así cómo han evolucionado los puentes, se ha perfeccionado también la manera de diseñarlos. Se han establecido Normas y Criterios, como resultados de estudios y experimentos realizados, para hacerlos más resistentes al paso de los años, y a las acciones a las que están sometidos.

Esta

investigación

contempla

como

está

formada

la

infraestructura de un puente carretero, así como, las condiciones que según las normas y criterios se deben cumplir al proyectarla, con el fin de que ésta absorba y transmita cabalmente las cargas. Además, se exponen los procedimientos que deben llevarse a cabo al realizar el proyecto de la infraestructura, explicándose el diseño de cada uno de los elementos que la conforman.

Tipos de Cargas en Puentes y Viaductos Los puentes y viaductos son diseñados para soportar una diversidad de cargas, entre los que se cuentan: 

Carga Permanente: Constituida por el peso propio de la estructura, el peso de la capa de rodadura, el peso de las instalaciones.



Carga Viva Móvil: Generalmente especificada mediante camiones y trenes de carga idealizados, o cargas distribuidas equivalentes con eje de cargas concentradas.



Carga Sísmica: Modelada como equivalente estático y como efecto dinámico



Carga de Viento: Modelada como equivalente estático y como efecto dinámico



Empuje de Tierras



Empuje Hidrodinámico del Agua: Proveniente de la velocidad con que circula el agua por los cauces de río o de la velocidad con que impacta el agua de mar



Flotación: Provocada por el sumergimiento en agua de parte de los componentes del puente, como las pilas centrales



Cambios de Temperatura



Impacto por Cargas Vivas Móviles: Debido a la velocidad con que circulan los vehículos sobre el puente



Frenado



Palizadas: Provocadas por la acumulación de restos vegetales en épocas de máximo caudal, la que actúa sobre determinados componentes del puente como pilas y estribos.



Fuerza Centrífuga: Presente en puentes con curvatura en planta



Flujo Plástico de los Materiales, etc.



Los estados de carga críticos dependen del tipo de puente diseñado, su geometría, de los materiales de construcción y del sitio en que se va a construir la estructura, pues no todas las cargas son importantes para todos los puentes, así:



Las cargas dinámicas de viento son importantes en puentes de gran longitud con poca rigidez, como los puentes colgantes, mientras la presión estática equivalente al viento es importante en puentes metálicos en celosía



El

flujo

plástico

del

material

es

importante

en

puentes

preesforzados 

La fuerza centrífuga es importante en puentes de eje curvo



La presión hidrodinámica es importante en puentes sobre ríos correntosos, con pilas intermedias



Las palizadas son importantes en puentes con pilas intermedias ubicadas a distancias pequeñas entre sí, etc.

Cargas en los estribos

Los estribos, pilas, estructuras de sostenimiento y sus fundaciones y demás elementos de apoyo se deberán dimensionar para todas las combinaciones de cargas aplicables.

Las figuras ilustran cómo se aplican típicamente los factores de carga para producir las solicitaciones extremas totales mayoradas para evaluar la estabilidad externa de los muros de sostenimiento. Si es necesario

considerar una sobrecarga, la fuerza mayorada debida a la sobrecarga generalmente se incluye sobre el relleno inmediatamente encima del muro solamente a los fines de evaluar la capacidad de carga de las fundaciones y el diseño de la estructura. La sobrecarga debida a esta sobrecarga de suelo no se incluye encima del muro para evaluar la excentricidad, el resbalamiento u otros mecanismos de falla para los cuales esta sobrecarga de suelo representaría una contribución a la resistencia. De forma similar, la sobrecarga que actúa sobre el estribo de un puente se incluye solamente para evaluar la capacidad de carga de la fundación y el diseño de la estructura. El factor de carga correspondiente a la sobrecarga de suelo es igual tanto para las solicitaciones verticales como para las solicitaciones horizontales.

Las cargas y esfuerzos permanentes y transitorios ilustrados en las figuras incluyen, pero no se limitan a, los siguientes: • Cargas permanentes: DC = peso propio de los componentes estructurales y accesorios no estructurales DW = peso propio de las superficies de rodamiento e instalaciones para servicios públicos EH = empuje horizontal del suelo ES = sobrecarga de suelo EV = empuje vertical debido al peso propio del suelo de relleno • Cargas transitorias: LS = sobrecarga viva WA = carga hidráulica y presión del flujo de agua

Empuje de tierras

En las estructuras que retienen tierra, se considerará el efecto de la presión del suelo de acuerdo al estudio de geotecnia. La AASHTO recomienda utilizar la fórmula de Rankine, sin embargo, el empuje no será menor que el equivalente a la presión de un fluido de 500 kg/m3.

E s q u e m a G e n e r a l de Ca r g a s s o b r e e s t r i b o

Condiciones Básicas del Diseño de los Estribos. El cuerpo del estribo está sometido a las siguientes cargas verticales y horizontales. a) Cargas verticales debidas a las reacciones de la superestructura, que se calculan sin tomar en cuenta el efecto del impacto sobre las sobrecargas móviles. b) El peso propio del estribo. c) El peso del relleno que actúa sobre la base del estribo y contribuye así a su estabilidad. d) El empuje de tierra para cuya determinación se debe tomar en cuenta el efecto de las sobrecargas de transito que actúan sobre el relleno de 0.90mts

e) Los empujes de la superestructura, se calculan, al igual que las reacciones verticales, sin tomar en cuenta el efecto del impacto sobre la sobrecarga. f) Presiones del viento y agua, que en la mayor parte de los casos resulta despreciable en comparación con la magnitud de otras cargas que actúan sobre los estribos. g) Las fuerzas de tracción y frenado, cuya influencia en los puentes carreteros puede despreciarse. Son más importantes en los puentes ferrocarrileros.

El proyecto de diseño de los estribos de un puente, se hace bajo las combinaciones más desfavorables de cargas, a fin de satisfacer algunas condiciones, las cuales también se establecen para el caso de muros de sostenimiento. Dichas condiciones, son las siguientes: 

Estabilidad al volcamiento.



Estabilidad al deslizamiento.



Presión aceptable sobre el terreno de fundación.



Resistencia de sus elementos a las fuerzas a que están sometidos. En los muros de sostenimiento, se admite que la resultante de las

cargas actuantes, ocupe cualquier punto del núcleo de la base; sin embargo, en los estribos es conveniente conservar la resultante, lo más cerca posible del centro de gravedad de la base, ya que, dada la mayor magnitud de las cargas que actúan sobre el estribo, su comportamiento en condiciones de excentricidad producirían una concentración de presiones en el borde de la base, capaz de originar asentamientos desiguales considerables y grietas probables en el cuerpo del estribo.

Estabilidad al Volcamiento : FSv es la relación entre los momentos estabilizantes (Me) y los momentos debido al volteo (Mv), producidos por los empujes del terreno, se conoce como factor de seguridad al volcamiento (FSv), esta relación debe ser mayor de 1,5. vFS

. Donde: = FSv Estabilidad al volcamiento. Me= Momento estabilizador (T.m) Mvs= Momento Volcador (T.m)

Estabilidad al deslizamiento: FSd La relación entre las fuerzas resistentes y las actuantes o deslizantes (empuje), se conoce como factor de seguridad al deslizamiento. dFS

Donde: = FSd Estabilidad al deslizamiento Fr= Fuerza de fricción (Ton) Ep= Empuje pasivo (Ton) Et= Empuje activo Empuje sísmico + Empuje debido a la sobrecarga (Ton)

Partes de un Puente.

Superestructura La superestructura o conjunto de los tramos que salvan los vanos situados entre los soportes; consiste en el tablero o parte que soporta directamente las cargas dinámicas (tráfico), y las armaduras constituidas por vigas, cables, o bóvedas y arcos que transmiten sus tensiones (cargas) a las pilas y los estribos; En la figura 2.2 se señalan las partes en que está conformada la superestructura. Las armaduras pueden ser, placas, vigas, entre otras; que transmiten las cargas mediante flexión o curvatura principalmente; cables, que las soportan por tensión; vigas de celosía, cuyos componentes las transmiten por tensión directa o por compresión; y, finalmente, arcos y armaduras rígidas que lo hacen por flexión y compresión a un tiempo. El tablero está compuesto por un piso de planchas, vigas longitudinales o largueros sobre los que se apoya el piso y vigas transversales que soportan a los largueros. En muchos puentes los largueros descansan directamente en las pilas, o en los estribos. Otros modelos carecen de tales miembros y sólo las vigas transversales, muy unidas, soportan al tablero. En una tercera clase de puentes el piso descansa sobre el armazón sin utilizar ni vigas ni largueros. Los arriostramientos laterales van colocados entre las armaduras para unirlas y proporcionar la necesaria rigidez lateral. El arriostrado transmite también a estribos y pilas las tensiones producidas por las fuerzas laterales, como las debidas a los vientos, y las centrífugas, producidas por las cargas dinámicas que pasan por los puentes situados en curvas. En algunas ocasiones se utilizan chapas de refuerzo transversales o diafragmas para aumentar la rigidez de los largueros. Tales diafragmas mantienen la alineación de los largueros durante la construcción y tienden a equilibrar

la distribución transversal de las cargas entre los mismos. Algunos puentes construidos de concreto armado no necesitan vientos ni diafragmas.

Infraestructura

Está formada por los estribos o pilares extremos y las pilas o apoyos centrales. Estos son soportados por las fundaciones, que forman la base de ambos. Los estribos van situados en los extremos del puente y sostienen los terraplenes que conducen a él; a veces son remplazados por pilares hincados que permiten el desplazamiento del suelo en su derredor.

Las pilas son los apoyos intermedios de los puentes de dos o más tramos. En la mayoría de los casos, éstas se encuentran por encima del terreno hasta una altura considerada, de aguas máximas en el caso de puentes sobre ríos, o máxima en pasos elevados. Estas pilas no son parte de la fundación, generalmente se encuentran apoyadas en pilotes.

Las fundaciones están formadas por zapatas, losas o pilotes que soportan el peso de estribos y pilas. Los estribos y pilas reciben las cargas de las vigas, y las hacen llegar a las fundaciones, donde se disipan en la roca o terreno circundantes. Los puentes de gran tamaño descansan generalmente sobre fundaciones de roca o tosca, aunque haya que buscarlos a más de 30 m bajo el nivel de las aguas. Cuando tales estratos están muy lejos de la superficie, es preciso utilizar pilotes de profundidad suficiente para asegurar que la carga admisible sea la adecuada. Los puentes pequeños pueden fundarse sobre grava o arcilla compacta, siempre que sus pilas y,

estribos tengan la profundidad necesaria para soportar la acción socavadora de las aguas. Los pilotes se utilizan cuando la fundación no tiene suficiente resistencia o cuando es preciso prevenir los peligros de la erosión. Para absorber los desplazamientos y rotaciones a los que están sometidas las vigas de la superestructura (debidas a cambios de temperatura, retracción, tráfico, sismos, entre otros) se colocan aparatos de apoyo, entre éstas y la parte superior de los estribos y pilas, transmitiendo

las

cargas

de

un

elemento

Generalmente

se

utilizan

aparatos de

constructivo

apoyos de

a

otro.

neopreno.

A

continuación se ilustra las partes que conforman un puente: Los puentes constan fundamentalmente de dos partes: la superestructura y la infraestructura. Superestructura: Es la parte del puente en donde actúa la carga móvil, y está constituida por: 

Tablero



Vigas longitudinales y transversales



Aceras y pasamanos



Capa de rodadura



Otras instalaciones

Infraestructura o subestructura: Es la parte del puente que se encarga de transmitir las solicitaciones al suelo de cimentación, y está constituida por: 

Estribos



Pilas

Pilas: son los apoyos intermedios de los puentes de dos o más tramos. Deben soportar la carga permanentemente y sobrecargas sin asientos, ser insensibles a la acción de los agentes naturales (viento, riadas, etc.). Vigas longitudinales y transversales: son los elementos que permiten salvar el vano, pudiendo tener una gran variedad de formas como con las vigas rectas, arcos, pórticos, reticulares, vigas Vierendeel etc. Tablero: soporta directamente las cargas dinámicas (tráfico) y por medio de las armaduras transmite sus tensiones a estribos y pilas, que, a su vez, las hacen llegar a los cimentos, donde se disipan en la roca o en el terreno circundante. Sobre el tablero y para dar continuidad a la rasante de la vía viene la capa de rodadura. Los tableros van complementados por los bordillos que son el límite del ancho libre de calzada y su misión es la de evitar que los vehículos suban a las aceras que van destinadas al paso peatonal y finalmente al borde van los postes y pasamanos. Apoyo: son los elementos a través de los cuales el tablero transmite los acciones que le solicitan a las pilas y/o estribos. El más común de los apoyos es el neopreno zunchado, está constituido por un caucho sintético que lleva intercaladas unas chapas de acero completamente recubiertas por el material elastómero. Tienen impedido el movimiento vertical. Estribos: situados en los extremos del puente sostienen los terraplenes que conducen al puente. A diferencia de las pilas los estribos reciben

además de la superestructura el empuje de las tierras de los terraplenes de acceso al puente, en consecuencia trabajan también como muros de contención. Los estribos están compuestos por un muro frontal que soporta el tablero y muros en vuelta o muros-aletas que sirven para la contención del terreno. Vano: cada uno de los espacios de un puente u otra estructura, comprendida entre dos apoyos consecutivos. La distancia entre dos puntos de apoyo consecutivos de los elementos portantes principales es la luz del vano; no hay que confundirla con la luz libre que es la distancia entre los paramentos de los apoyos, ni con la longitud del puente. Elemento de Infraestructura de un puente: 

Las pilas: Son los apoyos intermedios de los puentes de dos o más tramos. Deben soportar la carga permanentemente y sobrecargas sin asientos, ser insensibles a la acción de los agentes naturales (viento, riadas, etc.).



Los estribos situados en los extremos del puente sostienen los terraplenes que conducen al puente. A veces son reemplazados por pilares hincados que permiten el desplazamiento del suelo en su derredor. Deben resistir todo tipo de esfuerzos por lo que se suelen construir en hormigón armado y tener formas diversas.



Los cimientos o apoyos de estribos y pilas encargados de transmitir al terreno todos los esfuerzos. Están formados por las rocas, terreno o pilotes que soportan el peso de estribos y pilas. Las cimentaciones pueden ser superficiales o profundas.

Superficiales: se realizan mediante zapatas que transmiten las cargas al terreno, se emplea esta cimentación cuando mediante excavación sea posible llegar a niveles con suficiente capacidad portante.

Profundas: se

emplean cuando el estrato resistente se encuentra

aniveles muy alejados de la superficie y pueden ser: pilotes, cajones de cimentación o compuestos (pilotes y cajones).

Elementos de una superestructura de un puente La superestructura o conjunto de tramos que salvan los vanos situados entre los soportes. Cada tramo de la superestructura está formado por un tablero o piso, una o varias armaduras de apoyo y por las riostras laterales. El tablero soporta directamente las cargas dinámicas y por medio de la armadura transmite las tensiones a pilas y estribos. En general es la parte del puente en donde actúa la carga móvil, y está constituida por:  Losa del tablero.  Vigas longitudinales y transversales.  Aceras y pasamanos.  Capa de rodadura.

Tipos de aparatos de apoyos. Apoyos de neopreno: Los apoyos estructurales de caucho sintético NEOPRENO, son almohadillas o “pads” moldeados bajo presión y temperatura, capaces de soportar eficazmente las distintas deformaciones, translaciones y/o rotaciones que se producen por efectos de las cargas y la acción térmica.

Apoyos de neopreno simple

Apoyos de neopreno reforzado Apoyos Elastoméricos Se trata de apoyos flexibles construidos con materiales sintéticos. Vulgarmente, se los denomina “Apoyos de Neopreno”. El material base suele ser una combinación de diversos elastómeros y otros aditivos químicos. Presentan diversas ventajas respecto a los apoyos mecánicos

1. Aparatos de apoyo móviles: se utilizan para permitir la variación en la longitud de la viga, originados por cambios de temperatura y las contracciones de fraguado en las estructuras de concreto. a) Apoyo Multidireccional. (Ver Fig. 3.10) 

Soportan cargas de componente vertical.



Permiten el giro en cualquier dirección.



Permiten el movimiento horizontal tanto longitudinal como transversalmente.

Figura 3.10 Aparatos de Apoyo Multidireccional.

b) Apoyo Unidireccional. (Ver Fig. 3.11) 

Soportan cargas de componente vertical.



Permiten el giro en cualquier dirección.



Permiten el movimiento horizontal en un único eje.

Figura 3.11 Aparatos de apoyo unidireccional.

2. Aparatos de apoyo fijo: son necesarios para repartir las reacciones de las vigas en un área suficiente para obtener presiones aceptables sobre los estribos. (Ver Fig. 3.12). 

Soportan cargas tanto verticales como horizontales.



Permiten el giro en cualquier dirección.



Movimiento

horizontal

coartado

tanto

longitudinal

transversalmente

Figura 3.12 Aparatos de apoyo fijo.

Partes de la Pila.

como

Las partes de una pila son: la corona, el cuerpo y la zapata.

Partes de una Pila – Corte Transversal Dentro de las partes del puente debemos considerar los siguientes elementos a) Accesorios, elementos sin función estructural pero vital para garantizar el buen funcionamiento del puente tales como superficie de rodamiento, barandas y juntas de expansión. b) Superestructura, compuesta por el piso, los elementos principales (vigas, cerchas y arco) y los elementos secundarios (diafragmas, sistemas de arriostramiento, portales, aceras, etc). c) Subestructura, comprende los apoyos, los bastiones y las pilas d) Accesos de aproximación, están compuestos por los rellenos con sus respectivas protecciones y la losa de aproximación cuando exista.

Elementos principales del puente Los principales elementos que conforman la supra estructura son: 

Elementos primarios: son losa de la calzada vigas longitudinales ( largueros), vigas transversales ( regidizadores o separadores ) vigas de apoyo



Elementos secundarios: estos los conforman la carpeta de rodamiento, aceras, brocales, barandas, postes de iluminación, isla central, drenajes, juntas, entre otros.

Accesorios Los elementos que componen los accesorios son: 1) Superficie de rodamiento, capa de desgaste que se coloca sobre la plataforma del sistema de piso para protegerlo de la abrasión producida por el tráfico; puede ser de asfalto o concreto con espesores que varían de 2.54 cm a 5 cm. Sin embargo, debido a malas prácticas del mantenimiento de carreteras, este espesor algunas veces es mayor por la inapropiada colocación de sobre capas de asfalto. 2) Las barandas, sistema de contención longitudinal fijada al sistema de piso para evitar la caída al vacío de los usuarios, vehículos, ciclistas y peatones, pueden ser de concreto o de acero.

3) Juntas de expansión: Elementos divisorios de la losa instalados en los extremos de cada tipo de superestructura que permite la traslación y/o rotación, para garantizar la expansión y contracción de la superestructura por temperatura y sismo. En Costa Rica los cuatro tipos de juntas de expansión más comunes son: 

Juntas abiertas



Juntas selladas



Juntas de placas de acero deslizante



Juntas de placas dentadas

Señalización en un puente angosto

Señales de prevención de un puente.

Puente Angosto.

Puente Móvil.

Señal que indica Altura Máxima. (4.50mts, en este caso).

Conclusión

Con la elaboración del presente trabajo se logro conocer de forma más profunda las partes que conforman un puente así como toda la terminología usada para este tema. Los puentes son estructuras de vital importancia ya que pueden cambiar la vida de los seres humanos, pues significan más que el acceso a un territorio inicialmente dividido por características

geográficas, sino

que

representan

una

serie

de

oportunidades para las sociedades involucradas, ya sea en el ámbito social, cultural y económico.

Puede decirse que los puentes son pieza clave en el desarrollo de una región y/o país puesto que permiten el traslado de los diferentes medios de transporte terrestre además del tránsito peatonal. Sin ellos no es posible hablar de salud, no es posible hablar de educación, no es posible hablar de seguridad y mucho menos de servicios sociales.

Aunque en el ámbito de diseño e ingeniería, todo ha cambiado con el paso del tiempo, los puentes siguen cumpliendo con su labor principal: Servir de conexión hacia el crecimiento económico.

Bibliografía Referencias bibliográficas: 

Arnal (2000). Lecciones de puentes. Caracas, Venezuela



Carrero (1980). Carreteras, estudios y proyectos. Caracas Venezuela



Medina (2006) Guíade diseño de puentes. Facultad de Arquitectura y Diseño de la Universidad de los Andes.



Rojas (2006). Guía de ejecución de obras.

Caracas-

Venezuela 

Torres. Fundamentos de los elementos estructurales. Centro Nacional de la Construcción