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Estructuras Metalicas

Área de Ingeniería

Sección: 01

Proyecto de Medio Termino

Presentado por: Lin Yin Ng

1056934 Profesor:

Ing. Jose Manuel Diaz

Fecha de entrega: Marzo, 2017

CONTENIDO 2

Introduccion......................................................................................................... 3

3

Evolucion.............................................................................................................. 4

4

·

Puentes de Hierro Forjado, de Acero y de Fundición....................................5

4.1

Puentes de Hierro forjado.............................................................................. 5

4.2

Puentes de fundición...................................................................................... 6

4.3

Puentes de acero........................................................................................... 6

5

Generalidades...................................................................................................... 7

6

Armadura............................................................................................................. 8

7

Puentes Metálicos................................................................................................ 8

8

Características de puentes metálicos...................................................................9 8.1

9

Tipos de apoyos:.......................................................................................... 10

Normativa.......................................................................................................... 11

10

Diseño............................................................................................................. 12

10.1 Estudios preliminares................................................................................... 12 10.2 Diseño geométrico de la vía........................................................................13 10.3 Cargas de diseño......................................................................................... 17 10.3.1 Cargas muertas..................................................................................... 17 10.3.2 Cargas vivas.......................................................................................... 18 10.3.3 Fuerzas centrifugas...............................................................................20 10.3.4 Fuerza de frenado.................................................................................. 20 10.3.5 Carga peatonal...................................................................................... 21 10.3.6 Otras consideraciones...........................................................................21 10.4 Combinaciones de carga.............................................................................. 21 10.5 Análisis estructural...................................................................................... 22 10.6 Diseño de los elementos..............................................................................24 11

Consideraciones de durabilidad......................................................................25

12

Consideraciones constructivas........................................................................27

13

Aspectos económicos...................................................................................... 27

14

Bibliografía...................................................................................................... 28

15

·

16

Puentes metálicos en RD................................................................................ 29

17

Bibliography.................................................................................................... 32

Ventajas y desventajas de los puentes metálicos...................................28

1 INTRODUCCION Los puentes metálicos son estructuras imponentes que se construyen con rapidez. Sin embargo, tiene un alto costo y además se encuentran sometidos a la acción corrosiva de los agentes atmosféricos, gases y humos de las ciudades y fabricas. Por ello, su mantenimiento es caro. El acero es el material más importante desde finales del siglo XIX para la construcción de puentes metálicos. En un principio su uso fue escaso por su alto costo. Años después el material bajo drásticamente su precio. Realizándose impresionantes monumentos de acero. Una de las mayores ventajas del acero son: su construcción en el taller y la facilidad de traslado al sitio para su armado; esto le permite competir con los puentes de concreto preesforzado, en sitios inhóspitos de la geografía nacional, o cuando el factor tiempo de construcción es una variable fundamental para la obra.

2 EVOLUCION La evolución de los puentes a lo largo de la historia ha sido notable, mediante las progresivas investigaciones se dio lugar a la invención de la celosía siendo utilizado para dar rigidez a flexión de sus elementos estructurales. Posterior a la Segunda Guerra Mundial el desarrollo de la tecnología ha permitido que los puentes metálicos sean una excelente opción a la hora de construir un puente logrando una mayor capacidad resistente, disminuir el peso propio y material moldeable. Este desarrollo se produce principalmente en Alemania y consiste en los siguientes puntos: 



Extensión de la utilización de la viga de alma llena, tanto en su versión de viga doble T, como viga cajón. En 1950 se construye un primer puente como viga cajón de grandes proporciones (L = 140 m) realizado por Stephenson. Posteriormente esta tipología se utiliza en muchos puentes, sin llegar a competir para las grandes obras con la estructura celosía, pero el costo de fabricación más reducido de la estructura de alma llena y el menor número de uniones a realizar, determinó su imposición. Mejoramiento de los métodos de unión (tornillos de alta resistencia, desde 1940) y la extensión del uso de la soldadura eléctrica y luego la





automática, la cual tuvo un gran desarrollo en la construcción naval durante la Segunda Guerra Mundial. Así el remache desaparece como método de unión. El desarrollo o imposición de la losa ortótropa como tablero de puente metálico, la cual se solidariza con el elemento de flexión longitudinal y trabaja monolíticamente, optimizando la utilización del acero. La soldadura automática tuvo gran importancia para introducir esta innovación. La mejor calidad de los aceros, lo cual permite reducir el peso de la estructura.

El puente arco metálico ha seguido su camino en las dos morfologías conocidas del material, utilizando el alma llena o la celosía. El mayor arco metálico construido fue terminado hace pocos años utilizando una estructura en celosía tanto para el arco como para el tablero. Últimamente se están construyendo arcos metálicos con sección tubular. La celosía en puentes rectos ha seguido su camino desde el siglo en que apareció, pero su frecuencia actual es pequeña y se la ve todavía en la tecnología de EE.UU. y Japón.

3 ·

PUENTES DE HIERRO FORJADO, DE ACERO Y DE FUNDICIÓN.

En la construcción de puentes se han utilizado diferentes materiales derivados del mineral de hierro: la fundición, el hierro forjado y el acero. Entre ellos hay diferencias de composición y de fabricación. La diferencia básica de composición entre los tres es el contenido de carbono: en la fundición y en el hierro forjado está por encima del 2% y en el acero por debajo de esa cantidad. La diferencia entre la fundición y el hierro forjado radica en el tratamiento que se aplica a este último para mejorar sus características mecánicas: este tratamiento puede hacerse por golpeo (mediante prensas hidráulicas) o por laminación en caliente donde se prensa el material mediante rodillos a la vez que se le da forma fabricando chapas y perfiles metálicos, elementos que, desde entonces, han conformado en gran medida las estructuras metálicas.

3.1 PUENTES

DE

1 Puente de hierro forjado Brittania

HIERRO

FORJADO El hierro forjado es un hierro tratado a base de golpeo para aumentar su resistencia y mejorar su regularidad. Actualmente se laminan en caliente fabricando chapas y perfiles metálicos, elementos que han conformado en gran medida las estructuras metálicas.

Los primeros puentes grandes que se construyeron con hierro forjado fueron el de Conway, y el Britannia en los estrechos de Menai, dos puentes en viga cajón de grandes dimensiones para ferrocarril, hechos por Robert Stephenson. Estos puentes han sido unos de los más innovadores de la Historia porque, además de emplear el hierro forjado por primera vez en una gran obra, fueron los primeros puentes viga de grandes dimensiones que se han construido, y también las primeras vigas cajón, es decir, vigas con sección rectangular o trapecial cuyos contornos están formados por paredes delgadas. La construcción del puente Britannia también fue innovadora; las vigas se construyeron en tierra, se transportaron por flotación hasta la vertical de su posición definitiva, y se elevaron con gatos para situarlas a su cota.El hierro forjado es el material de los puentes de la segunda mitad del s. XIX, la época de los grandes 2 Puente de Coalbrookdale viaductos de ferrocarril en viga triangulada; de este material son las vigas en celosía y los arcos de Eiffel

3.2 PUENTES DE FUNDICIÓN Los primeros puentes metálicos se hicieron de hierro fundido; la mayoría tienen estructuras poco claras, heredadas de los de piedra y de madera. En el puente de Coalbrookdale sobre el río Severn, el primero de los puentes metálicos, construido en 1779, se aligeraron los tímpanos mediante anillos concéntricos como se había hecho en muchos puentes de madera.

3.3

PUENTES

DE ACERO A finales del s. XIX, cien años después de la iniciación de los puentes metálicos, se empezó a utilizar el acero para construir puentes. Conseguir que los materiales de construcción sean dúctiles y no frágiles, es uno de los logros importantes de su tecnología. El acero se conocía mucho antes de que se empezara a fabricar industrialmente a finales del s. XIX, y de hecho se había utilizado en algún puente aislado; ejemplo de ello son las cadenas del puente colgante sobre el Canal del Danubio en Viena, de 95 m de luz, terminado en 1828. Pero era un material caro hasta que en 1856 el inglés Henry Bessemer patentó un proceso para hacer acero barato y en cantidades industriales, mediante un convertidor donde se insuflaba aire en el hierro fundido que reducía las impurezas y el contenido de carbono. El primer gran puente cuya estructura principal es de acero es el de San Luis sobre el río Mississippi en los Estados Unidos, proyecto de James B. Eads en 1874. Los dos grandes puentes de finales del s. XIX fueron también de los primeros que se hicieron con acero: el puente de Brooklyn y el puente de Firth of Forth. Desde finales de s. XIX el acero se impuso como material de construcción sobre el hierro, y por ello, a partir de entonces, todos los puentes se han hecho de acero.

3Puente Eads bridge St Louis

4 GENERALIDADES Puente Es una estructura reticular que facilita las actividades aquellas que pudieran encontrar dificultad en sortear un obstáculo natural o una vía de circulación terrestre o marítima. Las funciones principales de un puente son: 1. Soportar el tránsito de vehículo o de otro tipo sobre un cruce, que puede ser un rio, una barranca o bien otra línea de transito. 2. Servir de forma segura. 3. Ser económico. 4. Debe diseñarse estéticamente de modo que armonice y enriquezca la belleza de sus alrededores. Normalmente se colocan dos cerchas paralelas que se arriostran entre sí; la transmisión de las cargas de los vehículos se hace en dos tipos: de tablero inferior (la forma más común) y de tablero superior, según el gálibo sobre el cauce lo permita.

5 ARMADURA La armadura es una viga compuesta por elementos relativamente cortos y esbeltos conectados por sus extremos. La carga fija del peso del pavimento y la carga móvil que atraviesa el puente se transmiten por medio de las

viguetas transversales del tablero directamente a las conexiones de los elementos de la armadura.

6 PUENTES METÁLICOS En estos puentes además de las cerchas paralelas se usa un conjunto de vigas transversales que trasladan las cargas de peso propio y de los vehículos a los nudos inferiores de la cercha. Para alimentar las vigas transversales se usan también vigas longitudinales sobre las cuales se apoya directamente la placa de concreto reforzado que sirve de tablero al puente Los miembros de la cercha se unen mediante platinas, soldadas o pernadas.

Vigas Las vigas son elementos estructurales que pueden soportar cargas apreciables con alturas limitadas. Sin embargo, esta condición hace que las deflexiones sean grandes y requieran ser controladas, mediante alturas mínimas. También exige que los materiales usados puedan resistir esfuerzos de tensión y compresión de casi igual magnitud. Para optimizar su uso, la industria de la construcción ha desarrollado los denominados «perfiles estructurales de ala ancha» de acero estructural, los cuales, sin embargo, tienen limitaciones por la posibilidad de pandeo en la zona de compresión de la viga. En vigas en «celosía», como la sección no es continua, las fuerzas resultantes de compresión y tensión se concentran en los elementos de la parte superior e inferior, y actúan en sus áreas transversales; el brazo del par o momento resistente, característico de la flexión, es prácticamente

constante, pues no existe la distribución triangular de esfuerzos. La capacidad a cortante de la viga es suministrada por los elementos diagonales, que en este caso actúan a compresión.

7 CARACTERÍSTICAS DE PUENTES METÁLICOS       

Uniformidad.Las propiedades del acero no cambian considerablemente con el tiempo. Alta resistencia.- La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será poco el peso de las estructuras, esto es de gran importancia en puentes de grandes claros. Durabilidad.- Las estructuras durarán de forma definitiva si tienen un adecuado mantenimiento. Ductilidad.- Es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil permite fluir localmente evitando fallas prematuras. Tenacidad.- Poseen resistencia y ductilidad, siendo la propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades. Elasticidad.- Se acerca más a la hipótesis de diseño debido que sigue la ley de Hooke. Costo de recuperación.- Se los puede reutilizar como chatarra.

7.1 TIPOS DE APOYOS: Las pilas corresponden a la parte de la subestructura que soporta el tablero de la superestructura, las cuales tienen cimentación superficial o profunda a través de pilotes o caissons. La mayoría son en concreto reforzado y de tipo muro, columnas con viga cabezal y torre metálica.

Se presenta el tipo de apoyos fijos y móviles identificados en los estribos, encontrando que la mayoría son placas de neopreno, apoyos de rodillos y apoyos tipo balancín, ilustrados en la Figura No. 4

Figura. : Algunos tipos (a. Placas de neopreno, Balancín, d. Rodillos).

de apoyo en puentes b. Fijo de acero, c.

8 NORMATIVA El proceso de diseño y construcción de los puentes está regulado por varias instituciones. Esto se debe por el carácter multidisciplinario, involucrándose así varias especialidades de la ingeniería civil. Las siguientes especificaciones son las más importantes a tomar en cuenta:



R-028 Reglamento para el diseño, fabricación y montaje de estructuras de acero

  

AASHTO LRFD Bridge Design Specifications A Policy on Geometric Design of Highways and Streets Standard Specifications for Transportation Materials and Methods of Sampling and Testing



ASCE/SEI 7-10



ACI318-14 Building code requirements for structural concrete

  

Specification for Structural Steel Buildings (ANSI/AISC 360) Seismic provisions for structural steel building (ANSI/AISC 341) Prequalified connections for special and intermediate steel moment frames for seismic applications (ANSI/AISC 358) RCSC specification for structural joints using high-strength bolts Code of standard practice for steel building and bridges (ANSI/AISC 303)

 

9 DISEÑO 9.1 ESTUDIOS

PRELIMINARES Antes de la proyección de la estructura del puente, es primordial hacer varios estudios básicos que fundamenten el diseño. a) Estudios topográficos Posibilitan la definición precisa de la ubicación y dimensiones de los elementos estructurales, así como información básica para los otros estudios. b) Estudios de hidrología e hidráulicos Establecen las características hidrológicas de los regímenes de avenidas máximas y extraordinarias y los factores hidráulicos que conllevan a una real apreciación del comportamiento hidráulico del río. c) Estudios geológicos y geotécnicos Establecen las características geológicas, tanto locales como generales de las diferentes formaciones geológicas que se encuentran, identificando tanto su distribución como sus características geotécnicas correspondientes. d) Estudios de riesgo Tienen como finalidad determinar los espectros de diseño que definen las componentes horizontal y vertical del sismo a nivel de la cota de cimentación e) Estudios de impacto ambiental Identifican el problema ambiental, para diseñar proyectos con mejoras ambientales y evitar, atenuar o compensar los impactos adversos. f) Estudios de tráfico Cuando la magnitud de la obra lo requiera, será necesario efectuar los estudios de tráfico correspondiente a volumen y clasificación de tránsito en puntos establecidos, para determinar las características de la infraestructura vial y la superestructura del puente. g) Estudios complementarios Son estudios complementarios a los estudios básicos como: instalaciones eléctricas, instalaciones sanitarias, señalización, coordinación con terceros y cualquier otro que sea necesario al proyecto. h) Estudios de trazo y diseño vial de los accesos Definen las características geométricas y técnicas del tramo de carretera que enlaza el puente en su nueva ubicación con la carretera existente. i) Estudio de alternativas a nivel de anteproyecto Propuesta de diversas soluciones técnicamente factibles, para luego de una evaluación técnica-económica, elegir la solución más conveniente.

9.2 DISEÑO

GEOMÉTRICO DE LA VÍA

1. Sección transversal El ancho de la sección transversal de un puente no será menor que el ancho del camino de acceso al puente, y podrá contener: vías de tráfico, vías de seguridad (bermas), veredas, ciclovía, barreras y barandas, elementos de drenaje. El puente debe estar integrado completamente al desarrollo del proyecto geométrico de la carretera tanto en planta como en perfil.

2. Ancho de vía (calzada) Siempre que sea posible, los puentes se deben construir de manera de poder acomodar el carril de diseño estándar y las bermas adecuadas. El número de carriles de diseño según AASTHO Art. 3.6.1.1.1, se determina tomando la parte entera de la relación w/3.6, siendo w el ancho libre de calzada (m). Cuando las vías de tráfico tienen menos de 3.60m el número de vías de diseño se toma igual al número de vías de tráfico. Los anchos de calzada entre 6.00 y 7.20 m tendrán dos carriles de diseño, cada uno de ellos de ancho igual a la mitad del ancho de calzada. 3. Bermas Una berma es la porción contigua al carril que sirve de apoyo a los vehículos que se estacionan por emergencias. Su ancho varía desde un mínimo de 0.60 m en carreteras rurales menores, siendo preferible 1.8 a 2.4 m, hasta al menos 3.0 m, y preferentemente 3.6 m, en carreteras mayores. Sin embargo debe tenerse en cuenta que anchos superiores a 3.0 m predisponen a su uso no autorizado como vía de tráfico. 4. Veredas Son utilizadas con fines de flujo peatonal o mantenimiento. Para velocidades de hasta 70 km/h es posible colocar veredas directamente, en cambio para velocidades mayores se deben agregar barreras para proteger el tránsito peatonal. El ancho mínimo de las veredas es 1.00m. En zonas urbanas las veredas peatonales deben tener como mínimo 1.50m de ancho.

5. Cordón barrera Tiene entre otros propósitos el control del drenaje y delinear el borde de la vía de tráfico. Su altura varía en el rango de 15 a 20 cm, y no son adecuados para prevenir que un vehículo deje el carril. 6. Barandas Se instalan a lo largo del borde de las estructuras de puente cuando existen pases peatonales, o en puentes peatonales, para protección de los usuarios. La altura de las barandas será no menor que 1.10 m, en ciclovías será no menor que 1.40 m. Una baranda puede ser diseñada para usos múltiples (caso de barandas combinadas para peatones y vehículos) y resistir al choque con o sin la acera. Sin embargo su uso se debe limitar a carreteras donde la velocidad máxima permitida es 70 km/h. Para velocidades mayores, a fin de proteger a los peatones es preferible utilizar una barrera de concreto.

7. Barreras de concreto Su propósito principal es contener y corregir la dirección de desplazamiento de los vehículos desviados que utilizan la estructura, por lo que deben estructural y geométricamente resistir al choque. Brindan además seguridad al tráfico peatonal, ciclista y bienes situados en las carreteras y otras áreas debajo de la estructura. Deben ubicarse como mínimo a 0.60 m del borde de una vía y como máximo a 1.20 m. En puentes de dos vías de tráfico puede disponerse de una barrera como elemento separador entre las vías. No debe colocarse barandas peatonales (excepto barandas diseñadas para usos múltiples) en lugar de las barreras, pues tienen diferente función. Mientras las barandas evitan que los peatones caigan del puente, las barreras contienen y protegen el tránsito vehicular.

8. Pavimento Puede ser rígido o flexible y se dispone en la superficie superior del puente y accesos. El espesor del pavimento se define en función al tráfico esperado en la vía. 9. Losas de transición Son losas de transición con la vía o carretera, apoyadas en el terraplén de acceso. Se diseñan con un espesor mínimo de 0.20 m.

10. Drenaje La pendiente de drenaje longitudinal debe ser la mayor posible, recomendándose un mínimo de 0.5%. La pendiente de drenaje transversal mínima es de 2% para las superficies de rodadura. En caso de rasante horizontal, se utilizan también sumideros o lloraderos, de diámetro suficiente y número adecuado. Son típicos drenes de material anticorrosivo, ∅0.10m cada 0.40m, sobresaliendo debajo del tablero 5cm como mínimo. El agua drenada no debe caer sobre las partes de la estructura.

11. Gálibos Los gálibos horizontal y vertical para puentes urbanos serán el ancho y la altura necesarios para el paso del tráfico vehicular. El gálibo vertical no será menor que 5.50 m. Los gálibos especificados pueden ser incrementados si el asentamiento precalculado de la superestructura excede los 2.5 cm. El gálibo vertical en los puentes peatonales será 0.30m más alto que el de los vehiculares. En puentes sobre cursos de agua se debe considerar como mínimo una altura libre de 1.50m sobre el nivel máximo de las aguas. Para el caso de ríos que arrastran palizadas y troncos se considerará una altura libre de 2.50m.

Los puentes construidos sobre vías navegables deben considerar los gálibos de navegación de esas vías; a falta de información precisa, el gálibo horizontal podrá ser, por lo menos, dos veces el ancho máximo de las embarcaciones, más un metro.

12. Juntas de dilatación Para permitir la expansión o la contracción de la estructura por efecto de los cambios de temperatura, se colocan juntas en sus extremos y otras secciones intermedias en que se requieran. Las juntas deben sellarse con materiales flexibles, capaces de tomar las expansiones y contracciones que se produzcan y ser impermeables.

9.3 CARGAS

DE DISEÑO

9.3.1 Cargas muertas Las cargas muertas comprenden las cargas que actúan durante la vida útil de la estructura en un unto especifico de ella. Las mismas se sub-clasificaran en tres tipos para el diseño:  

DC = Peso propio de los componentes estructurales y accesorios no estructurales DW = Peso propio de las superficies de rodamiento e instalaciones para servicios públicos



EV = Presión vertical del peso propio del suelo de relleno

El peso unitario de algunos materiales se da a continuación: Material Acero Agua fresca salada Albañilería de piedra Aleaciones de aluminio Arcilla blanda Arena, limo o grava no compactados

Peso Unitario(kg/m3) 7850 1000 1020 2700 2800 1600 1600

Arena, limo, o arcilla compactados 1900 Concreto simple Liviano 1760 De arena liviana 1920 Peso Normal con f’c ≤ 350 kg/cm2 2320 Peso Normal con 350< f’c ≤ 1050 2240+0.23f’c kg/cm2 Peso Concreto Simple+ 80 Concreto Armado* (C3.5.1 AASHTO) kg/m3 Grava, Macadam o balasto 2240 compactados Hierro fundido 7200 Madera dura 960 800 blanda Relleno de ceniza 960 Superficies de rodamiento bituminosas 2240 Material Peso por unidad de longitud (kg/m) Rieles de tránsito, durmientes y fijadores 300 de vía

9.3.2 Cargas vivas Las cargas vivas son las cargas gravitacionales producidas por la ocupación de la estructura, y para nuestro caso específico se clasificarán por el tipo de usuario: cargas vehiculares (LL) y cargas peatonales (LP). 9.3.2.1Cargas vehiculares Camión de diseño Las cargas vehiculares se expresan mediante el modelo teórico HL-93 como sigue:

Tándem de diseño

Carga de diseño del carril

La carga en el carril de diseño estará compuesta por una carga de 1000 Kgf/m distribuido uniformemente en la dirección longitudinal de la calzada. Transversalmente, se asumirá la carga uniformemente distribuida sobre un ancho de 3 metros. 9.3.2.2Aplicación de las cargas de diseño Se diseñará con la mayor de las combinaciones siguientes:  

La sobrecarga vehicular de diseño es considerada como una combinación de: Camión de diseño o tándem de diseño + Carga de carril de diseño. Para momento negativo entre puntos de contraflexión bajo carga uniforme, así como en la reacción de pilares interiores se considera: 90 por ciento de la solicitación debida a dos camiones de diseño (con ejes posteriores a 4.27m) separados como mínimo 15.24m entre el eje delantero de un camión y el eje trasero del otro, combinada con 90 por ciento de la solicitación debida a la carga del carril de diseño.

Para el chequeo por fatiga se utiliza un camión similar al camión de diseño, pero con los ejes posteriores separados 9.14m.

9.3.2.3Tolerancia por carga dinámica Todas las cargas estáticas producidas por los camiones y los tándems serán incrementadas una cantidad porcentual para contrarrestar alteraciones por carga dinámica

factor de incremento=1+

ℑ 100

Donde el valor de IM, será dado por: Componente Juntas del tablero – Todos los Estados Límites Todos los demás componentes  Estado Límite de fatiga y fractura  Todos los demás Estados Límites

IM 75%

15% 33%

9.3.2.4Aplicación de múltiples cargas simultaneas La solicitación extrema correspondiente a sobrecargas se determinará considerando las posibles combinaciones de carriles cargados, multiplicando por un factor de presencia múltiple. No es aplicable al estado límite de fatiga. Las cargas de peatones pueden considerarse como un carril cargado. Número de carriles cargados 1 2 3 >3

Factor de presencia múltiple, m 1.20 1.00 0.85 0.65

9.3.3 Fuerzas centrifugas Para poder considerar la componente radial de las cargas, se multiplican los pesos de los vehículos por un factor C tal:

C=f

v2 gR

Donde

f =1

v

es la velocidad de diseño en m/s, R es el radio de giro,

cuando no es para fatiga y 4 /3

g=9.81m/s 2

y

para fatiga.

Las fuerzas centrífugas se aplican horizontalmente a una distancia de 1.80 m sobre la calzada. Se deben aplicar además los factores de presencia múltiple. Se desprecia la carga de carril.

9.3.4 Fuerza de frenado Se toma como el mayor valor de: • •

25 por ciento de los pesos por eje del camión o tándem de diseño 5 por ciento del camión o tándem de diseño más la carga de carril

La fuerza de frenado se debe ubicar en todos los carriles de diseño que se consideren cargados y que transporten tráfico en la misma dirección. Se aplicarán los factores de presencia múltiple. Se asumirá que estas fuerzas actúan horizontalmente a una distancia de 1.80 m sobre la superficie de la calzada. 9.3.5 Carga peatonal Se deberá aplicar una carga peatonal de 366 kg/m2 en todas las aceras de más de 0.60m de ancho, y esta carga se deberá considerar simultáneamente con la sobrecarga vehicular de diseño, excepto cuando los vehículos pueden subir sobre la vereda. Si la condición de carga incluye cargas peatonales combinadas con uno o más carriles con sobrecarga vehicular, las cargas peatonales se pueden considerar como un carril cargado. Los puentes para uso peatonal y para el tráfico de bicicletas se diseñan para una carga viva de 420 kg/m². Sin embargo, deberá evaluarse también la posible circulación de vehículos de emergencia o mantenimiento los cuales no se incrementan por efectos dinámicos ni son combinados con la carga viva de diseño. 9.3.6 • • • • •

Otras consideraciones Cargas hidráulicas Cargas de choque Cargas de viento Efectos sísmicos Deformaciones superpuestas

9.4 COMBINACIONES

DE CARGA

9.5 ANÁLISIS

ESTRUCTURAL En este se modelan las combinaciones de cargas, y se calcula la respuesta de la estructura. Una forma de visualizar esta repuesta es mediante los diagramas de esfuerzos internos y las líneas y superficies de influencia. Estas líneas nos permiten visualizar el comportamiento o deformación que presenta el puente, mientras un vehículo le atraviesa. Conociendo el tipo de apoyo se procede a colocar el vehículo de diseño en distintos puntos del puente, de ahí se procede a graficar la línea de influencia generada. A partir de ella se define el punto donde las cargas de cada eje provocan un efecto mayor sobre el puente. Un método más práctico que el anterior para colocar el vehículo de diseño consiste en calcular el centroide de las cargas, posteriormente se coloca el centro del puente a una distancia equitativa entre este centroide y el eje de mayor carga. A partir de este punto se traza la línea de influencia que genera valores más críticos para el cortante.

9.6 DISEÑO

DE LOS ELEMENTOS Los elementos que se diseñarán serán: • • • • • • • • • •

Elementos a tensión Elementos a compresión Elementos a flexión Conexiones atornilladas y soldadas Vigas compuestas Vigas columnas Cables tensados Cimentaciones Elementos pretensados y potenzados Elementos prepostensados

10 CONSIDERACIONES DE DURABILIDAD La durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar, durante la vida útil para la que ha sido proyectada, las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta, y que podrían llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el análisis estructural. Una estructura durable debe conseguirse con una estrategia capaz de considerar todos los posibles factores de degradación y actuar consecuentemente sobre cada una de las fases de proyecto, ejecución y uso de la estructura.

Una estrategia correcta para la durabilidad debe tener en cuenta que en una estructura puede haber diferentes elementos estructurales sometidos a distintos tipos de ambiente. Aspectos generales La durabilidad del puente metálico abarca la vida útil de las juntas, apoyos, barandillas, instalaciones, etc., muy sensibles a cambios bruscos de pendiente en la deformada. Es necesario prever una etapa de operación y mantenimiento, es decir que para prolongar la vida útil del puente metálico se requiere de mantenimiento periódico tanto en la infraestructura como en la superestructura, es decir limpieza de áreas cercanas a las pilas o torres, limpieza de obras de drenaje, arreglo de la capa de rodadura, arreglo de tablero, reconformación de accesos, pintura, señalización, etc. La durabilidad también depende de los métodos constructivos empleados y los materiales utilizados debiendo cumplir con las especificaciones y normativas mínimas. El excesivo número de juntas que siempre, por muy eficaces que sean, son caminos de entrada de agua a las vigas y a la cabeza de pilas y estribos pueden ocasionar daños a la estructura, al igual que la mala evacuación del agua de los tableros por la dificultad de disponer correctamente los desagües del tablero generando problemas de durabilidad. Pinturas o revestimientos El empleo de pintura inhibe el proceso de corrosión, se puede aplicar sobre superficies de muy diversas y complicadas formas, aislando el metal de los agentes climáticos u otros factores que producen degradación del material desnudo. Por lo general las pinturas actúan formando una barrera protectora contra la acción del oxígeno y otros elementos agresivos que provocan reacciones sobre el hierro formando óxido. Algunas pinturas más sofisticadas tales como lo silicatos de zinc, además de ofrecer esta protección pasiva, lo hacen en forma activa, y deben ser aplicadas por personal experto bajo un control cuidadoso. Las pinturas más empleadas sobre estructuras metálicas son: • • •

Sistemas a base de Clorocauchos : con imprimación de clorocauchofosfato de zinc, la capa intermedia de clorocaucho y el acabado con esmalte de clorocaucho. Sistemas Epoxi : con imprimación de epoxi-zinc, epoxi poliamida ó epoxi de aluminio laminar; una capa intermedia y el acabado con esmalte epoxi. Sistemas Monocapa : estos sistemas bajan los costes de mano de obra. Los sistemas monocapa se hacen en base a productos de poliuretano y alquitranes epoxi; la ventaja es que en una sola aplicación se logran espesores entre 1 y 3 mm, estableciendo una gran diferencia con las 300 micras ( 0,3 mm ) de los sistemas de pinturas tradicionales.

Protección catódica La protección catódica (CP) es una técnica para controlar la corrosión galvánica de una superficie de metal convirtiéndola en el cátodo de una celda electroquímica.1 El método más sencillo de aplicar la CP es mediante la conexión del metal a proteger con otro metal más fácilmente corroible al actuar como ánodo de una celda electroquímica. Los sistemas de protección catódica son los que se usan más comúnmente para proteger acero, el agua o de combustible el transporte por tuberías y tanques de almacenamiento, barcos, o una plataforma petrolífera tanto mar adentro como en tierra firme.

11 CONSIDERACIONES CONSTRUCTIVAS Los sistemas constructivos para la elaboración de los puentes varían mucho. Se utilizará dependiendo de la habilidad del ingeniero residente y del tipo de configuración de la estructura. De forma muy simplista se puede considerar las siguientes etapas:     

Pre-ensamble Transporte Montaje Soldadura Controles de calidad

12 ASPECTOS ECONÓMICOS En el pasado, a menudo era suficiente encontrar la solución con menos peso para asumir que también sería la solución más económica. Sin embargo, la realidad es que el material y la mano de obra pueden ocasionar una fluctuación en los costos debido a la economía mundial o nacional y la variación que se puede presentar de una región a otra. Como resultado, el diseñador tiene que ser más consciente del equilibrio entre el material y el impacto en el tiempo de fabricación; es decir, el número de piezas de detalle y las operaciones de fabricación involucradas. Existe la percepción de que, en el diseño del puente, ya que el acero tiene una mayor relación resistencia - peso que el concreto, para ser competitivo, el diseño en acero debe tener claros largos. Así, a menudo los diseños de los puentes de acero se proyectan con claros más largos que la solución en concreto. La realidad es que los nuevos elementos de concreto presforzado son más delgados y más eficientes que las antiguas secciones y tiene una relación resistencia – peso más cercana a las del acero. Como resultado, en puentes con claros en el intervalo entre 40 m (130 pies) y 52 m (170 pies), los puentes en acero más competitivos tienen claros similares a los diseños en concreto. Lo más importante en la determinación del arreglo más económico del claro no sólo es comparar el costo de la superestructura de acero con la de concreto, sino que

hay que considerar los costos totales del puente incluyendo la subestructura. De hecho, el costo de la subestructura para cada diseño es el costo que usualmente determina el arreglo del claro más económico. Si el costo de la subestructura es relativamente alto, se debe preferir un arreglo con claros más cortos, ya que esto elimina el costo de los estribos y cimentación. En cambio, si el costo de la cimentación es bajo, los claros cortos son más eficientes debido a que reducen el costo de la superestructura.

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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PUENTES

METÁLICOS

Ventajas

Desventajas

• Fuerza y rigidez elevadas por peso • Facilidad de fabricación y producción en masa • Montaje e instalación rápidos y sencillos • Eliminación sustancial de los retrasos debidos al clima • Detalles más precisos • No retractil y antiarrugas a tem peratura am biente • Encofrado innecesario • Term iteproof y prueba de la podredumbre • Calidad uniform e • Economía en transporte y m anejo • Ligereza   • Suceptibilidad a la corrosion • Baja Resistencia al fuego • Pandeo y alta deformación debido a tam años pequeños de miem bros

14 PUENTES METÁLICOS EN RD En nuestro país podemos dar ejemplo de puentes metálicos tales como:

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- Puente peatonal de la Maximo

Gomez con 27 de febrero. Puente peatonal de la Maximo Gomez con JF Kennedy. Puente sobre el rio Yuna Puente en la Marina de la Romana Puentes Peatonales Av. Padre Castellanos, entre otros.

15 BIBLIOGRAPHY AASHTO. (2001). A policy on geometric design of highways and street. Washington, D.C. AASHTO. (2012). LRFD Bridge Design Specifications. Washington, D.C. Acevedo, V. M. (2015). Diseño de un puente con estructura de acero (tesis de grado). Lima: Universidad de Católica del Perú. Advantages and disavatages of metalic structures. (n.d.). Retrieved from http://civilengegy.blogspot.com/2012/02/advantages-and-disadvantages-ofsteel.html ASCE. (2003). Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures. Virginia. Bonilla, H. (2012). Análisis, diseño y roceso constructivo de un puente de hasta 15m (tesis de grado). Costa Rica: Instituto tecnológico de costa rica escuela de ingeniería en construcción. FHWA. (2017, Marzo 11). Steel Brigge design handbook. Retrieved from U.S Departament of transportation: https://www.fhwa.dot.gov/bridge/steel/pubs/hif16002/ Manrique, E. S. (2004). Guía para el diseño de puentes con vigas y losas (tesis de grado). Piura: Universidad de Piura. Retrieved from

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