Upload
ruben-alfonso-q
View
20
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
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 constructivo a otro.
Generalmente se utilizan aparatos de apoyos de 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 como
transversalmente
Figura 3.12 Aparatos de apoyo fijo.
Partes de la Pila.
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