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Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Civil, UANL

Tema 1 Tipos de Puentes y Acciones

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Civil, UANL

1.1 Introducción al Curso

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

ETAPAS PARA ASEGURAR LA DURABILIDAD DE UN PUENTE (VIDA ÚTIL) Etapa de Diseño Estructural: En esta etapa se determina la configuración estructural, las acciones externas, el modelo matemático y las dimensiones de los elementos estructurales. El producto final son la memoria de cálculo, los planos constructivos y el catálogo de conceptos.

Etapa de Construcción: Es la etapa en donde se realiza el proceso constructivo del puente. Se contempla la planeación, supervisión, ejecución y terminado de obra.

Etapa de Mantenimiento: Es la etapa que se desarrolla durante la vida útil de la estructura y cuyo objetivo es mantener la capacidad estructural, buen funcionamiento y la estética del puente, a través de mantenimientos preventivos y/o correctivos. (Inspección, Evaluación y Diagnóstico) Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

ETAPAS PARA ASEGURAR LA DURABILIDAD DE UN PUENTE (VIDA ÚTIL)

Vur = Fd x Fc x Fm x Vun Vida útil nominal

Vida útil real

Factor mantenimiento Factor construcción Factor diseño

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

ETAPAS PARA ASEGURAR LA DURABILIDAD DE UN PUENTE (VIDA ÚTIL)

Vur = Fd x Fc x Fm x Vun 50 años

36 años

Factor mantenimiento = 0.8 Factor construcción = 0.90 Factor diseño = 1.0

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

ETAPAS PARA ASEGURAR LA DURABILIDAD DE UN PUENTE (VIDA ÚTIL)

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

IMPORTANCIA DE LA INSPECCIÓN, EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE UN PUENTE DE FERROCARRIL Los Puentes Ferroviarios deben tener un plan de mantenimiento preventivo, que permita al puente funcionar correctamente durante los años de vida útil estimados. La inversión en mantenimiento preventivo será menor que una posterior reconstrucción debido a daños acumulados por causa del daño o deterioro. Desde esta perspectiva, es importante estar al tanto de las condiciones en que operan los puentes. Este tipo de estructuras manifiesta daños y deterioros ocasionados por acciones como: influencia del medio ambiente, errores en la construcción, diseño, control de calidad, elección de materiales, ignorancia, entre otros aspectos. Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

IMPORTANCIA DE LA INSPECCIÓN, EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE UN PUENTE DE FERROCARRIL Inspección trata de una exploración física que se realiza principalmente a través de la vista. El objetivo de una inspección es encontrar manifestaciones físicas significativas para determinar cuáles son normales y distinguirlas de aquellas características anormales.

Evaluación

se refiere a la acción que permite valorar el nivel de daño en una estructura que se inspecciona. Debe emitirse un juicio en torno a un conjunto de información y debe tomarse una decisión de acuerdo a los resultados.

Diagnóstico es el resultado que se arrojan luego de una inspección, evaluación o análisis sobre una determinada estructura, con el propósito de que se proceda a realizar un conjunto de acciones para asegurar un adecuado comportamiento estructural durante la vida útil de la estructura.

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DEFINICIÓN DE SISTEMA ESTRUCTURAL

Por Sistema Estructural se debe entender como aquel conjunto de elementos estructurales convenientemente interconectados para asegurar la resistencia, estabilidad, funcionalidad y economía de una estructura. Estas cuatro Cualidades deben ser satisfechas en todo buen diseño estructural.

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Civil, UANL

1.2 Tipos de Puentes y sus componentes

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Definición de Puente y sus componentes principales Un Puente es una estructura cuya función principal el salvar corrientes de agua, depresiones del relieve topográfico y cruces a desnivel que garanticen una circulación fluida y continua de peatones (Puentes Peatonales), vehículos (Puentes Vehiculares) o ferrocarriles (Puentes Ferroviarios). Los puentes forman parte de caminos, carreteras y líneas férreas.

Puente Peatonal

Puente Vehicular

Puente Ferroviario

Los puentes constan fundamentalmente de dos partes, la Superestructura, o conjunto de tramos que salvan los claros situados entre los soportes, y la Subestructura (apoyos o soportes) conformada por los estribos y pilas, y cuya función es trasmitir las cargas de la superestructuras al suelo de soporte.

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Componentes de un Puente de Ferrocarril Superestructura Sistema estructural cuya función principal es soportar directamente las cargas vivas e impacto, transmitiéndolas a las subestructuras. Lo componen el sistema de vía y la estructura (losa, trabe, armadura o arco) del puente

Superestructura

Subestructura Sistema estructural cuya función es trasmitir las cargas de la subestructura al suelo. Lo componen los estribos y las pilas de los puentes.

Subestructura

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Componentes de un Puente de Ferrocarril

Superestructura

Subestructura (Estribos y Pilas)

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Superestructuras

Losas

Vigas

Armaduras

Arcos

Atirantados

Colgantes

Tipos de Subestructuras

Estribos Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Pilas

Tipos de Puentes por su Material Los materiales mas utilizados para la construcción de los elementos que conforman un puente ferroviario son la madera, el concreto y el acero estructural. A menor escala, es posible encontrar puentes de claro corto (alcantarillas) construidos con mampostería (Piedra o ladrillo).

Puentes de madera

Puentes de concreto

Puentes de acero

Cada uno de estos materiales presentan ventajas y desventajas para su uso, y existen numerosos ejemplos de puentes construidos con estos materiales independientemente de la magnitud del claro que presenten, que van desde las alcantarillas con claros inferiores a 6 metros, hasta puentes de arco con grandes claros de diseño.

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Puentes de Madera Los puentes de madera, aunque son rápidos de construir y de bajo costo, son poco resistentes y duraderos, ya que son muy sensibles a los agentes atmosféricos, como la lluvia y el viento, por lo que requieren un mantenimiento continuo y costoso. Su bajo costo (debido a la abundancia de madera, sobre todo en la antigüedad) y la facilidad para labrar la madera pueden explicar porque los primeros puentes construidos fueron de madera.

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Puentes de Madera En los puentes de madera, tanto la superestructura como la subestructura están conformadas por elementos de madera a excepción propiamente de los rieles de acero. Para claros cortos el sistema de vía se compone por los rieles, los durmientes y los largueros, los cuales se apoyan sobre un sistema de subestructura contraventeado (cabezal, postes y contravientos) en ambas direcciones que asegura la trasferencia de cargas a la cimentación de manera eficiente y segura. Durmientes

Largueros

Cabezales Pilotes

Contravientos

Contravientos

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Puentes de Madera Trabe tríplex Durmiente Viga

Segundo piso

Cabezal Pilotes (Varas y contravaras) Diagonal

Primer piso

Travesaño

Configuración típica de un puente de madera, apreciándose su sistema de vía, superestructura a base de trabes triplex y subestructura de marcos contraventeados.

Bloquedura

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Solera

Banco falso de dos pisos

Puentes de Madera Abreviaturas para puentes de madera: BF = Banco Falso

e = Encino sin tratar

BH = Banco Hincado

Esp = Espaciador (guardariel)

c/l = En cada lado

Larg = Larguero

cac = Centro a centro

P = Pino sin tratar

Ctrls = Contrarieles

Piso bal = Piso balastado

Cuadr = Cuádruplex = 4 en c/l

Re = Trabe de rieles empatinados

Dupl = Dúplex = 2 en c/l

Tripl = Tríplex = 3 en c/l

Dte = Durmiente

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Puentes por su Material (Puentes de Concreto) Los puentes de concreto reforzado son de montaje rápido, ya que admiten en muchas ocasiones elementos prefabricados, son resistentes, permiten superar grandes claros y tienen unos gastos de mantenimiento muy escasos, ya que son muy resistentes a la acción del interperismo.

Puente a base de trabes de concreto

Puente a base de arcos de concreto

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Puentes por su Material (Puentes de Acero) Los puentes de acero estructural son muy versátiles, permiten diseños de grandes claros, se construyen con rapidez, pero son caros de construir y además están sometidos a la acción corrosiva, tanto de los agentes atmosféricos como de los gases y humos de las fábricas y ciudades, lo que supone un mantenimiento caro.

Puente a base de trabes de acero (paso a través)

Puente a base de armaduras de acero (paso a través)

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Puentes por su Función (Carga Viva) Peatonales

Vehiculares

Ferroviarios

La diferencia principal entre estos puentes es su Carga Viva, con una carga promedio de 450 kg/m2, 1600 kg/m2 y 4800 kg/m2, respectivamente. Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Puentes por su Trazo en Planta

Puente de Eje Recto

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Puentes por su Trazo en Planta

Puente de Eje Curvo (Curvatura suave)

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Puentes por su Trazo en Planta

Puente de Eje Curvo

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Puentes de acuerdo al Claro

Claro

Definición de Claro de un Puente Claro es el espacio comprendido entre dos apoyos consecutivos; no hay que confundirlo con la Longitud del puente, que es la distancia entre estribos.

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Superestructuras de acuerdo al Claro

Trabes Arco

Armadura

Cantiliver

Suspendido

Atirantado

El claro del puente es el factor mas importante para definir el tipo de superestructura. El claro del puente debe seleccionarse tomando en cuenta aspectos económicos, estéticos y funcionales. Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Superestructuras de acuerdo al Claro De acuerdo a la experiencia del diseño y comportamiento satisfactorio de puentes de Ferrocarril, es posible recomendar las siguientes tipos de superestructuras de acuerdo al claro: Claros cortos,

L < 6m:

Claros medios, L < 10m:

Vigas de madera Losas de concreto Vigas de perfiles de acero (rieles) Vigas y trabes cajón de concreto reforzado o presforzado Vigas de perfiles de acero (IPR)

L < 15m:

Vigas y trabes cajón de concreto presforzado Vigas de perfiles de acero, Trabes de acero con paso a través

L < 30m:

Vigas y cajones de concreto presforzado Trabes y Armaduras de paso a través

Claros grandes, L > 30m:

Armaduras y Arcos Puentes atirantados y colgantes no son utilizados por su excesiva flexibilidad y desplazamiento Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Puentes de Claro Corto (Alcantarillas) Para claros cortos, inferiores a 6 metros, los puentes son denominados Alcantarillas, existiendo un gran número de tipos de acuerdo al material utilizado para construir la superestructura (madera, concreto, acero y mampostería).

Alcantarilla de madera

Alcantarilla de losa de concreto Video Alcantarilla

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Componentes de una Alcantarilla Tipo Cajón

Cabezote Cañón

Aleros

Lavadero

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Alcantarillas Existen diferentes tipos de Alcantarillas para puentes ferroviarios. Se describen los tipos de subestructuras mas utilizados para claros inferiores a 6 metros: Alcantarillas a base de losas de concreto reforzado

Es una solución económica y de muy buena durabilidad. No requiere mano de obra calificada para su construcción. Se pueden encontrar losas simplemente apoyadas o continuas de dos o mas claros cortos. Generalmente se coloca una cama de balasto sobre la losa para una mejor distribución de carga y minimizar los efectos de impacto. Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Alcantarillas Alcantarillas a base de cama de viguetas de acero

En esta opción estructural se coloca una cama de viguetas laminadas de acero, sobre la cual se colocan directamente los durmientes de madera. Es una solución económica, durable y no requiere mano de obra muy calificada para su construcción. En la alcantarilla que se muestra en las figuras las viguetas son continuas, con una apoyo intermedio como pila central.

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Alcantarillas Alcantarillas a base de cama de rieles

En estas alcantarillas se utiliza una cama de rieles espaciados a muy poca distancia. En la alcantarilla de la izquierda sobre la cama de rieles se colocó un empedrado unido con mortero y una cama superior de balasto. En la alcantarilla de la derecha se colocó una cama de rieles sobre la cual se colocan directamente los durmientes de la vía.

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Alcantarillas Alcantarillas a base de cama de vigas de madera o durmientes

Guarda riel de 5´x 8”

Durmiente

Vigas de madera Cabezal

Cabezal

Diagonales o contravientos Banco Falso

Postes de 12” o 14”

En este sistema de se utiliza una cama de vigas sobre la cual se apoyan los durmientes de madera, con un sistema simplemente apoyado o continuo, como el que se muestra en ésta fotografía. En esta solución se utilizó como apoyo central un Banco Falso de madera conformado por el cabezal, los postes verticales y el contraventeo, mientras que en los extremos se utilizó un caballete de madera, formado por el cabezal y pilotes de madera hincados. Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Alcantarillas Alcantarillas a base de tubos de acero o concreto

En este sistema de alcantarilla se utilizan tubos de acero o concreto reforzado, pudiéndose colocar uno ó varios tubos (ojos) dependiendo de la capacidad hidráulica requerida. En los extremos de la alcantarilla es recomendable colocar un cabezal (boquilla) de concreto con aleros y losas inferiores para evitar vórtices en el flujo hidráulico y una socavación a las entradas y salidas de la alcantarilla.

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Alcantarillas Alcantarillas a base de bóvedas semicirculares

La solución estructural a base de bóvedas semicirculares, ya sea de piedra, concreto o ladrillo, requiere una mano de obra muy calificada y un procedimiento constructivo cuidadoso. Por su alta calidad estética pueden considerarse hasta obras de arte desde un punto de vista ingenieril. Se colocan cabezotes en sus extremos y aleros para para una transición adecuada del flujo hidráulico.

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Alcantarillas Alcantarillas a base de cajones de concreto prefabricado

El uso de cajones de concreto prefabricado se ha incrementado recientemente, ya que presenta una solución muy atractiva económicamente y de alta durabilidad, además de una instalación rápida que en ocasiones juega un papel crítico para la elección de este sistema estructural. El número de cajones a utilizar depende de la capacidad hidráulica requerida.

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Alcantarillas Alcantarillas a base de arcos de concreto o acero

El uso de arcos de concreto o acero aprovecha la configuración geométrica para cubrir claros hasta de 6 metros utilizando espesores de concreto o lamina acanalada que son muy atractivos económicamente. Requiere un procedimiento constructivo cuidadoso, generalmente supervisado por los proveedores del sistema estructural.

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Alcantarillas Abreviaturas para alcantarillas: Alc. = Alcantarilla Alc. R. y C. = Alcantarilla de Rieles y Concreto Alc. Cama R. = Alc. Cama de Rieles Alc. Cama de Dts = Alcantarilla de Cama de Durmientes Alc. Concr. Arm. = Alcantarilla de Concreto Armado Alc. Lam. Corr. = Alcantarilla de Lámina Corrugada Alc. Bov. S. C. y Bóv. Inv. Concr. = Alc. de Bóveda Semicircular con Bóveda Invertida de Concreto o piedra etc. Alc. Bov. S. C. -Concr.-Piedra-Ladr = Alc. de Bóveda Semicircular de Concreto, Piedra, Ladrillo etc. Alc. Bov. Rebj. = Alcantarilla de Bóveda Rebajada Caj. Dts = Cajón de Durmientes Caño Mamp. cub. Losa = Caño de Mampostería Cubierto con Losa Sifón Tb. f.f., concr. arm. o mamp. = Sifón de Tubo de Fierro Fundido, Concreto Armado ó Mampostería Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Puentes de Claro Medio (Trabes) El sistema a base de trabes es muy utilizado para claros cortos y medios, pudiéndose cubrir hasta claros de 30 metros. Los materiales más utilizados para construir las trabes son el concreto presforzado y el acero estructural.

Puente con Trabes de Concreto Presforzado

Puente con Trabes de Acero

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Puentes a base de Trabes (Cubierta Cerrada)

Placa de acero Cartabon

Balasto

Guardabalasto Riel Durmiente

Trabe principal

Trabe

Pieza de Puente

Subestructura En los puentes de Trabes de Cubierta Cerrada, el sistema de vía se apoya sobre una cama de balasto, la cual sirve para una mejor distribución de la carga viva y para la estabilización lateral, así como para una mejor disipación de energía para la disminución de los efectos de impacto. En esta fotografía se observa el arreglo típico de un puente con Trabes de Acero de paso a través, donde el sistema de vía se apoya sobre el patín inferior de la trabe. En las Trabes de Cubierta Abierta el sistema de vía se apoya directamente sobre los patines de las trabes, sin la presencia de una cama de balasto.

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Puentes a base de Trabes (Cubierta Abierta) Largueros Patín superior y cubreplaca Pieza de Puente Sistema de vía Cartabón

Placa de acero

Junta

Trabe principal

Atiesadores intermedios Atiesadores de apoyo Apoyo

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Puentes a base de Trabes (Cubierta Abierta) Guardariel

Contrariel

Riel

Durmiente

Trabe principal

Diafragma

En los puentes de Trabes de Cubierta Abierta, el sistema de vía no cuenta con una cama de balasto, por lo que los durmientes se apoyan directamente sobre la estructura. En esta fotografía se observa el arreglo típico de un puente con Trabes de Acero de Paso Superior, donde el sistema de vía se apoya sobre el patín superior de la trabe.

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Puentes a base de Trabes (Cubierta Abierta)

Cubierta

Patín Superior Contraviento superior Placa de acero Diafragmas Atiesadores intermedios Trabe principal Atiesadores de apoyo Apoyo

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Puentes de Claro Medio (Armaduras)

En un mismo puente pueden existir diferentes tipos de superestructuras. En este puente se tienen superestructuras a base de trabes y a base de armaduras.

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Puentes a base de Armadura

Las Armaduras pueden tener diferentes arreglos de sus elementos que las conforman. En esta figura se presentan los nombres que tradicionalmente se asignan a las armaduras dependiendo de su arreglo estructural. Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Componentes de un Puente de Armadura Tipo Pratt Contraviento horizontal superior

Cuerda superior

Tornapunta Poste

Portal

Diagonal Pieza puente Cuerda inferior

Armadura de 6 tableros

Contraviento horizontal inferior

Largueros Apoyos

La identificación de los tableros se realiza en el sentido del kilometraje Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Puentes a base de Arcos

Puente el Cobano

Las condiciones topográficas del sitio son un factor determinante para seleccionar el tipo de superestructura del puente. Este puente es un ejemplo de la complejidad del perfil topográfico y la elección de un puente tipo Arco como mejor alternativa, dada la gran magnitud del claro entre los soportes. Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Puentes de Claro Largo (Arcos)

Puente del Marqués, Michoacán, México, 1937 Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Puentes a base de Arcos

Puente Beipanjiang, China, 2001. Altura total de 275 m y Longitud de 235 m Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Puentes de Arco (Tipos de Paso)

Paso superior

Paso intermedio (Paso a Través)

Paso inferior

Articulación

En los Puentes de Arco pueden existir tres tipos de acuerdo a la ubicación del sistema de vía: Puentes de Paso Superior, Puentes de Paso Intermedio (Paso a Través) y Puentes de Paso Inferior. Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Puentes de Arco (Paso Superior)

Cuerda inferior

Cuerda inferior Puntales verticales

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Puentes de Arco (Paso Superior y Paso Intermedio)

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Puentes de Claro Largo (Cantiliver)

Cuando el trazo del puente implica cruzar ríos con un ancho y profundidad importantes, se requiere una estructuración eficiente de la superestructura y de la subestructura, como en este caso que fue seleccionado un puente en Cantiliver. Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Juntas de Dilatación para Puentes de Concreto Existen diferentes soluciones para las juntas de dilatación en puentes ferroviarios. Entre los principales tipos de juntas de dilatación destacan:

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Juntas de Dilatación para Rieles En el caso de lo rieles, deben colocarse juntas de expasión para permitir que los rieles puedan deformarse debido a los cambios de temperatura y no se induzcan esfuerzos de compresión que puedan ocasionar el pandeo de los mismos. Se muestran dos posibles soluciones para la dilatación por temperatura de los rieles.

Planchuela

Aguja de Dilatación

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Conexiones en Puentes de Acero Las conexiones entre los perfiles de acero que conforman las armaduras o las trabes de los puentes ferroviarios pueden realizarse mediante tres posibles soluciones: conexiones remachadas, atornilladas o soldadas.

Conexión remachada

Conexión atornillada

Conexión soldada

Las conexiones remachadas fueron utilizadas muy ampliamente para la construcción de puentes de acero durante gran parte del siglo pasado y existen en operación un gran número de puentes con este sistema. Los puentes de construcción más reciente emplean conexiones atornilladas en campo, mientras que las soldadas son utilizadas principalmente para la fabricación en taller. Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Conexiones en Puentes de Madera En los puentes de madera la gran mayoría de las conexiones entre los elementos estructuras son del tipo atornillado, colocando placas de acero de respaldo para una adecuada distribución de esfuerzos y apriete de los tornillos, pasadores ó pernos utilizados.

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Apoyos para Puentes Los apoyos de las superestructuras en los estribos o pilas de los puentes juegan un papel muy importante para la trasmisión de las cargas a las subestructura, además de permitir ciertos tipos de desplazamientos o giros en los extremos de los elementos que fueron considerados en la etapa de diseño de la superestructura. Es así que pueden existir apoyos fijos, los cuales no permiten desplazamientos verticales u horizontales de los elementos y apoyos móviles, los cuales son concebidos para permitir el desplazamiento horizontal del elemento estructural en el apoyo. Se presentan algunos tipos de apoyo muy utilizados en puentes ferroviarios:

Ancla Neopreno

Placa de acero

Trabe Cabezal

Neopreno

Apoyo móvil de Neopreno Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Apoyos para Puentes Otro tipo de apoyo móvil que permite el desplazamiento horizontal y el giro en el extremo del elemento estructural es el denominado tipo mecedora. En la fotografía se aprecian los componentes de este tipo de apoyo: Placa de apoyo, placas de conexión, perno principal y tuerca del perno.

Placa Perno Tuerca

Placa de apoyo Anclas

Cabezal Apoyo móvil tipo mecedora

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Apoyos para Puentes Existe el apoyo móvil denominado tipo rodillo, el cual permite el movimiento horizontal del apoyo, pero restringe significativamente el giro de la conexión. En la figura se aprecian los elementos componentes del apoyo tipo rodillo.

Rodillos

Placas de apoyo

Placa guía Eje de rodillo

Cabezal

Apoyo móvil tipo rodillo

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Apoyos para Puentes Cuando se requiere que el apoyo restrinja en movimiento vertical y horizontal del extremo de la estructura se utiliza un apoyo fijo tipo articulación, el cual permite el giro al contar con un perno principal de apoyo. Este tipo de articulación es muy usada en puentes, donde normalmente un extremo de la estructura tiene un apoyo fijo y el otro extremo un apoyo móvil, de tal forma que se permite una deformación longitudinal de la estructura provocada por los cambios térmicos a los que se ve sometida. Tuerca Perno de apoyo

Placas

Cartabones

Placa base

Apoyo fijo tipo articulación Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Apoyos para Puentes Para permitir que el elemento estructural puede expandirse por los cambios de temperatura se coloca un extremo fijo y el otro móvil, tal como se muestra en esta fotografía, en donde en la estructura de la izquierda el apoyo es móvil (rodillos) y en la estructura de la derecha es fijo (articulación).

Apoyo móvil (rodillos)

Apoyo fijo (articulación)

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Subestructuras de Puentes La función principal de las subestructuras de los puentes es transmitir las cargas provenientes de la superestructuras (cargas muertas, vivas e impacto) al suelo de soporte. Básicamente se utilizan los Estribos que se ubican en los extremos de los puentes y las Pilas que soportan los apoyos intermedios de las superestructuras de los puentes. Superestructura

Subestructura (Pila) Subestructura (Estribo)

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Subestructuras de Puentes Las subestructuras de los puentes pueden ser Superficiales (cuando se desplanta su zapata directamente sobre el suelo resistente) o Profundas (cuando es necesario utilizar pilotes prefabricados o colados in situ para transferir las cargas a estratos más profundos). SUPERESTRUCTURA

Respaldo Apoyo Corona Zapata

SUBESTRUCTURA

Cuerpo

Estribo

Estribo

Pila Pila

CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Subestructuras de Puentes

Pila

Pilotes

CIMENTACIONES PROFUNDAS Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Estribo

Tipos de Subestructuras de Puentes

Caballetes Pila

Pilotes

CIMENTACIONES PROFUNDAS Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Subestructuras de Puentes

Caballetes Pila

Cilindros

CIMENTACIONES PROFUNDAS Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Pilas de Puentes Existen diferentes configuraciones de pilas de puentes, utilizándose preferentemente marcos formados por columnas y cabezales en puentes urbanos y por muros en puentes sobre ríos.

Pilas centrales a base de muros

Pilas centrales a base de marcos Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Pilas de Puentes de acero Existen también pilas de puentes conformadas por elementos de acero estructural diferentes configuraciones de pilas de puentes, utilizándose preferentemente marcos formados por columnas, trabes y contravientos.

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Tipos de Estribos de Puentes La configuración típica de los Estribos en Puentes es a base de Muros de Concreto Reforzado, ya que adicionalmente a la función de trasmitir las cargas verticales provenientes de las superestructuras, deben soportar los empujes laterales de las rampas extremas de los puentes. En los extremos de los estribos se colocan Aleros con altura variable, para soportar el empuje de la rampa, como se aprecia en las fotografías.

Alero

Muro

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Muro

Alero

Subestructuras de Mampostería Existen también subestructuras (estribos y muros) que están construidos de mampostería, que puede ser un sistema muy eficiente y durable, dado que no se presenta el fenómeno de corrosión al no estar reforzados con acero, aunque se debe ser muy cuidadoso con el nivel de desplante de las estructuras para evitar el fenómeno de socavación.

Estribo de mampostería

Pila de mampostería

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Componentes de la Vía (Sobre Trabes de Acero) El nombre de Vía de los Puentes Ferroviarios queda conformado básicamente por el conjunto de Durmientes (madera o concreto), Rieles, Guardarieles y Contarieles. El nombre de Piso se le denomina al conjunto de Travesaños y Largueros de las Trabes. En el caso de puentes de cubierta cerrada se utiliza una Cama de Balasto cuya función es distribuir las cargas concentradas del ferrocarril y disminuir los efectos de impacto sobre la estructura. Riel principal

Perno Guardariel

Contrariel

Placas de asiento

Durmiente

Trabe dúplex de acero

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Componentes de la Vía En los puentes de paso a través, ya sea de armaduras o de trabes, es recomendable el uso de Contrarieles, los cuales se colocan paralelos a los rieles principales con el fin de mantener las ruedas del ferrocarril orientadas y restringidas en el caso de un descarrilamiento, y así evitar los daños sobre la superestructura y una rápida puesta en marcha de la vía despues del accidente.

Contrarieles

Contrarieles

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Componentes de la Vía (Sobre Trabes de Madera) El sistema de Vía de los Puentes Ferroviarios también se puede apoyar sobre largueros de madera, los cuales también se denominan de acuerdo al número de largueros de cada lado de la vía. Es así que pueden existir trabes Simplex (un larguero), Dúplex (dos largueros), Triplex (tres largueros) y Cuádruplex (cuatro largueros). Riel principal Guardariel

Contrariel

Placa de asiento

Durmiente

Trabe Triplex de madera

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Designación de las Trabes según el número de Viguetas Dependiendo del número de viguetas o vigas que tenga en cada lado de la vía existe una designación para las trabes principales. Es así que pueden existir trabes Simplex (una viga), Dúplex (dos vigas), Triplex (tres vigas) y Cuádruplex (cuatro vigas). Esto aplica tanto para vigas laminadas como para vigas compuestas.

Trabe Simplex

Trabe Triplex

Trabe Dúplex

Trabe Cuádruplex

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Designación de las Trabes por el tipo de Fabricación Las Trabes Laminadas son aquellas que vienen con su perfil y dimensiones ya definidas desde su laminación, mientras que las Trabes Compuestas son aquellas cuyo perfil y dimensiones se componen de varios perfiles, los cuales son unidos por remaches, tornillos o por soldadura.

h

h h

Trabes Laminadas

Trabes Compuestas

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Designación de las Trabes por Longitud (L) y Peralte (h) Las denominación de las trabes se lleva a cabo por Longitud (L), peralte (h) y el número de viguetas o vigas que conforman la trabe de cada lado de la vía (“hilo”). Por ejemplo: VL 23’ x 24” dúplex, VL 32´ x 36” triplex, etc

Claro entre parapetos ( l p. a p.) Longitud (L) h

Claro libre ( l l )

h

Vigueta Laminada Vigueta Compuesta

Claro teórico ( l c. a c.)

VCS = Vigueta Compuesta Soldada VCR = Vigueta Compuesta Remachada VL = Vigueta Laminada

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Civil, UANL

1.3 Tipos de Cargas y acciones mecánicas

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

TRANSFERENCIA DE CARGAS DE UN PUENTE DE FERROCARRIL

Cargas concentradas Carga distribuida por riel Carga distribuida por durmiente

Balasto

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

TIPOS DE CARGAS ACTUANTES

Carga viva e Impacto Carga muerta

Las cargas actuantes que son fundamentales para el diseño de un puente de ferrocarril son las denominadas Carga Muerta, Carga Viva (Cooper E-80) y el Impacto. En puentes curvos las Fuerza Centrífuga también debe considerarse, así como cargas eventuales como Viento y Sismo. Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

TIPOS DE CARGAS ACTUANTES Desde un punto de vista reglamentario, el AREMA (Cap 8, Sec 2.2.3) establece como cargas básicas de diseño para Puentes de Ferrocarril las siguientes:

Carga Muerta

Fuerza longitudinal por fricción o resistencia al corte por expansión de los apoyos

Carga Viva Carga de Impacto Fuerza centrífuga

Carga Sísmica

Empuje de Tierra Flotación Viento sobre la estructura

Presión de Flujo Presión de Hielo

Viento sobre carga viva Fuerza longitudinal de carga viva

Otras fuerzas (acortamiento, contracción, temperatura, asentamiento de apoyos)

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

TIPOS DE CARGAS ACTUANTES La Carga Viva en puentes de Ferrocarril (denominada Cooper E-80) y su correspondiente efecto de Impacto, que puede incrementar hasta un 50% la carga viva), son los que gobiernan el dimensionamiento del todo el sistema estructura. Estas cargas son alrededor de 3 veces mayores a las cargas vivas vehiculares.

Puente vehicular

Puente de ferrocarril

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TIPOS DE CARGAS ACTUANTES La denominada carga Cooper E-80 considera 80,000 libras por eje, considerando el peso de dos locomotoras y un tren de cargas para el resto del puente.

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ACCIONES SOBRE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE UN PUENTE El Análisis Estructural es la especialidad de la Ingeniería de Puentes que se encarga de evaluar las cargas que son transmitidas por cada elemento estructural hasta los apoyos del puente. Se utilizan paquetes de cómputo especializados para el cálculo de dichas acciones internas de los elementos.

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ACCIONES SOBRE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE UN PUENTE

Programa de cómputo SAP 2000

Análisis estructural del Puente

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ACCIONES SOBRE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE UN PUENTE

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ACCIONES SOBRE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE UN PUENTE

Compresión (+)

Tensión (-)

El Análisis Estructural determina la magnitud y tipo de carga que cada elemento estructural tiene que soportar, con la cual se tiene que diseñar cada elemento.

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ACCIONES SOBRE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE UN PUENTE

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

ACCIONES SOBRE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE UN PUENTE

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones

Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Civil, UANL

Fin de Tema 1

Tema 1. Tipos de Puentes y Acciones