DISEÑO DE UN PUENTE

UNIVERSIDAD NACIONAL “JORGE BASADRE GROHMANN”

INTRODUCCION

El arte de construir puentes tiene su origen en la misma prehistoria. Puede

decirse que nace cuando un buen día se le ocurrió al hombre prehistórico

derribar un árbol en forma que, al caer, enlazara las dos riberas de una

corriente sobre la que deseaba establecer un vado. La genial ocurrencia la

eximia de esperar a que la caída casual de un árbol le proporcionara un puente

fortuito.

La construcción de puentes ha evolucionado paralelamente a la necesidad que

de ellos se sentía. Recibió su primer gran impulso en los tiempos en que Roma

dominaba la mayor parte del mundo conocido. A medida que sus legiones

conquistaban nuevos pises, iban levantando en su camino puentes de madera

mas o menos permanentes, cuando construyeron sus calzadas pavimentadas,

alzaron puentes de piedra labrada.

CURSO: Analisis Estructural I 2009-34519 DOCENTE: Ing. Edgar Chura Arocutipa


ELABORACION DE UN PUENTE- PAUTAS PARA SU CONSTRUCCION

A. LA UBICACIÓN

Para la ubicación óptima para un puente se aplican reglas prácticas que permitan garantizar la efectividad de la misma con el tiempo. En este sentido se recomienda:

a. Ubicar en zonas donde el curso de agua tenga una corriente lineal.b. Evitar que el puente este detrás, o en la misma curva del arroyo.c. Evitar suelos blandos (esteros, pantanales, fofos, etc.)d. Disponerlo normalmente, de ser posible, en el camino existente.

Construyendo en los lugares que se recomienda, se reduce el riesgo de erosion en las cabeceras del puente.



B. REGLAS BÁSICAS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DEL PUENTE

Construir un puente es dar un paso en el mejoramiento del sistema vial, lo que representa también una inversión a largo plazo. Entonces, se justifica proyectarlo para una larga vida útil.

El peligro mas grave esta dado por los caudales provenientes de grandes lluvias que se dan en el país. Para evitar que la corriente ataque a la plataforma y el nivel máximo del caudal debe estar por lo menos de 0.5 a 1 m de nicho nivel. Ante la experiencia que el caudal de los arroyos crece cada vez mas con la deforestación intensa de los bosques, se recomienda tomar la distancia de 1m entre la plataforma y el nivel máximo del caudal de agua.

Nivel Maximo de agua

El problema a tener en cuenta en cada proyecto, es la determinación del nivel máximo de agua. Normalmente, no se miden los caudales de los arroyos y para obtener datos básicos hay que informarse en el mismo lugar.

Preferiblemente, se recomienda visitar el lugar previsto, después de una lluvia torrencial, en vista que las deformaciones de las hierba y plantas, indican el nivel máximo de agua.

Ademas, los vecinos pueden servir como fuente de información, aunque

se deba preguntar, por lo menos a 3 personas diferentes y por separado.

El método mas seguro, es la medición constante del caudal por medio de una vara de madera que se pone fija al lado del arroyo. Esta vara debe tener indicadores de altura que se dividen en diferentes colores (por ejemplo blanca y rojo), cada 25 cm.



Esta solución es aplicable solo cuand se cuenta con un poblador que vive en las cercanías del arroyo y se puede supervisar la marca.

La tecnica siguiente evita estos problemas. Solamente se completa la vara de madera mas arriba mencionada con latas usadas de cualquier procedencia montadas cada 25 cm. Cuando sube el arroyo se llenan las latas. La altura máxima estará dada con la ultima lata con agua sucia.

En resumen es importante que la apertura libre del puente (la superficie que resulta de la luz y de la altura) corresponda a la superficie del corte del caudal. Sino se respeta esta regla el arroyo podría sobrepasar la estructura del puente.

El ejemplo siguiente muestra como se mide y calcula la apertura libre del puente:



Se conectan los puntos del máximo nivel con un alambre que lleva marcas a cada metro

Se mide la distancia entre el alambre y el suelto cada metro

Se calcula la superficie, de cada figura geométrica

A= Triangulo1.00m x1.30m = 0.65m2

2

B= Trapecio1.00m

x1.30m+1.50 = 1.40m22

C= Trapecio1.00m

x1.50m+1.30 = 1.40m22

D= Trapecio1.00m

x1.30m+0.90 = 1.10m22

E= Triangulo0.80m x0.90m = 0.35m2

2Corte total del caudal = 4.90m2

Estimamos que la luz del puente (distancia entre las cabeceras) de 3.50m es suficiente y controlamos la estimación con el calculo siguiente:

Luz del puente = Corte del CaudalAltura

Luz del puente = 4.90m2

1.40m

Luz del puente = 3.50mMas un margen de seguridad = 0.80m



Mas altura de cimentación(depende de la altura del puente 2.50m subsuelo) = 0.30m , serian 4.60m

C. Componente del puente

1. Tipos de puentes

En realidad, existen varios tipos de puentes, pero presentaremos proyectos sencillos y apropiados, hablaremos solamente de puentes adaptados a las zonas rurales, hechos por profesionales con ayuda de agricultores.

Se pueden diferenciar, básicamente, en dos tipos de puentes:

Para alargar los mismos se utilizan pilares (de hormigón armado, piedra o madera).

Un puente tiene como elementos básicos:

La cimentación Las cabeceras en cada orilla Los pilares La plataforma de transito



2. CimentacionLa cimentación sirve para distribuir la carga proveniente de la construcción y del transito al suelo. Para evitar que la construcción se hunda hay que dimensionar la cimentación, según la resistencia del suelo.

Básicamente, se soluciona esto con la determinación de la superficie de la base de la cimentación.

En zonas con suelos blandos se utilizan pilotes que transmiten la carga hasta el suelo firme.

Como hemos mencionado mas arriba, hay que evitar estos suelos porque corren riesgos y costos adicionales que normalmente no se justifican.

Los materiales utilizable para las cimentaciones son:

Piedras colocadas con mezcla de cemento

Piedras colocadas por medio de gaviones

Hormigon armado especialmente donde hay malas condiciones de suelo

Madera especial, todos protegidas con una pintura asfáltica

Las experiencias obtenidas en el campo, muestran que las cimentaciones de madera no resultan a mediano y largo plazo. No obstante, si la zona no cuenta con materiales adecuados, podría justificarse el uso de la madera.



3. Cabecera

Las cabeceras tienen las siguientes funciones:

Transmitir la carga de la plataforma sobre la cimentación

Formar un acceso a la plataforma Dirigir las fuerza del relleno a la

cimentación Proteger la construcción contra el

caudal de agua Acortar la luz entre ambas orillas

Las medidas de las cabeceras dependen del ancho y la altura del puente y del material utilizado para las mismas.

Las plataformas estandarizadas propuestas en este manual tienen 4 metros de ancho, no se justifica prever dos carriles dada la poca intensidad del transito. Por eso, el largo de 4.50m de la cabecera del muro de sostenimiento es suficiente.



El largo de las alas tiene que adapdarse a la situación topografica y al ancho del arroyo, pero debe tener por lo menos 1.50m.

El ancho del Muro depende de la altura y del material utilizado. Si se prevé un muro de hormigón armado, se necesita un calculo especial para cada caso. Por ejemplo un muro de tres metros de altura necesita un ancho de 30 cm, aproximadamente.

Muros de piedras colocadas con una mezcla de cemento, s e construyen con un ancho de 60 cm en la cresta y el ancho de la base es proporcional a la altura, según la formula siguiente:

Ancho+altura/5 = ancho de la base del muro

Ejemplo:

0.60m + 2.50m/5 = 1.10m

La cresta del muro hay que construir de la siguiente manera

Altura(h) según altura de vigas mas espesor de tablones

Ejemplo: vigas de 7”x15”

15”+15”/3 = 10” + 3”(tablón) = 13”

El apoyo tiene que estar nivelado con una capa de mezcla de cemento y arena (1:4) con espesor minimo de 3 cm.



4. MUROS

Los muros también se pueden construir de gaviones, que es muy utilizada. Consiste en cajas formada por redes de alambres rellenadas con piedras.

Ese tipo de colocación de piedras no requiere la intervención de mano de obra especializada, por lo que conviene en una manera de ahorro de mano de obra.

Otra técnica para construir cabeceras de puentes, consiste en la utilización de maderas colocadas verticalmente como pilotes y tablones que sirven para

el bloqueo frontal.

En algunas zonas del interior del país, se utilizan ladrillos para construir las cabeceras. Todavia no existen experiencias a largo plazo en este tipo de construcción, pero se puede decir que:

a. Los ladrillos tienen que ser de una calidad superior (pretensados).b. La mezcla necesita una dosis de cemento portland de 1:4 (cemento y arena)c. El ancho de la cabecera se realiza como el muro de piedras.

5. PLATAFORMA

Es el elemento que se entiende muchas veces como “puente”. El elemento que realiza la conexión entre ambas orillas. El largo de la plataforma y la luz entre las cabeceras se determinan según las condiciones del lugar.

La composición de la plataforma depende de los materiales previstos y del tamaño de la misma. Una plataforma o losa de hormigón armado, por ejemplo, consiste en un bloque macizo, y hay pocas construcciones de esta clase en el interior del país, porque se necesitan cálculos especiales, mano de obra calificada y materiales para enconfrar la losa. Ademas, los puntuales del enconfrado corren siempre el riesgo de ser arrastrados por la corriente del agua. No obstante, este tipo de construcción tiene muchas ventajas,



especialmente desde el punto de vista de la durabilidad y la poca atención que demanda el mantenimiento.

Todas las otras soluciones se presentan como plataforma compuesta. En este caso cada elemento tiene su función distinta.

Como soportes longitudinales sirven las vigas o durmientes. Generalmente se pueden diferenciar las vigas según el material:

Vigas de hormigón armado prefabricado Vigas de acero (perfiles de hierro) Vigas de Madera (rollos o aserradas) Vigas Compuestas (madera o hierro)

Respecto a las vigas de homirgon armado y los perfiles de hierro se pueden decir que estos elementos son difíciles de manejar y normalmente muy costosos.

Sim embargo, a veces, se tiene a disposición estos elementos. Por ejemplos el chaos de una camión en desuso o también un vagon de ferrocarril. Si hay puentes a construir con una luz inferior a 3.5m, estos elementos pueden ayudar a reducir costos. Se recimienta que un ingeniero verifique el material, antes de ser utilizado.

Tampoco se puede utilizar postes de luz de hormigón, sin conocer la armadura utilizada. La forma de la armadura de un pilar, es muy distinta a la de una viga.



PUENTES DE MAMPOSTERIA

Al igual que la madera, la piedra es un material natural que se obtienen directamente de la naturaleza y se utiliza sin ninguna transformación, únicamente es necesario darles forma. Aparte de la piedra, se ha utilizado también materiales como el ladrillo o el hormigón en masa.

Las estructuras de piedra que sirven para salvar luces de cierta importancia, derivan del arco formado por dovelas yuxtapuestas, que son las bóvedas y las cúpulas. Por ellos los puentes de piedra, que deben salvar los ríos, utilizan siempre bóveda como estructura resistente.

Los puentes de piedra están formados por bóvedas cilíndricas, análogas al medio cañón romántico, aunque en ellas predomina la dimensión longitudinal sobre la transversal, y por ello el efecto bóveda es mínimo, se comportan básicamente como arcos lineales.

El puente de piedra es el puente histórico por excelencia actualmente el arco de piedra como técnica para hacer puentes es solamente historia, ya no se construyen puentes de este tipo porque resultan excesivamente costosos, salvo casos excepcionales en parques o lugares naturales protegidos, con una intención puramente paisajística, y muchos de ellos son de hormigón chapados en piedra.

La construcción de los puentes de piedra es bastante simple, y en términos generales no plantea problemas distintos a los de cualquier obra coetánea de el, solamente la cimentación plantea problemas singulares, pero su dificultad es debida al rio, no a su estructura.

Todas estas cualidades hacen del arco el sistema estructural más perfecto, y casi podríamos decir que único, para construir puentes con los materiales de construcción durables que se conocían hasta la aparición del hierro: la piedra y el ladrillo. Por ellos, mientras solo existieron estos materiales, no hubo ningún cambio sustancial en los puentes de arco.

La importancia de la evaluación estructural de los puentes de fábrica, como cualquier otra estructura, se funda en la conveniencia, convertida en necesidad, de conocer el comportamiento estructural tanto en condiciones de servicio como, de manera especial, en agotamiento, esto es, margen de seguridad. Además de lo anteriormente dicho, en la mayoría de los casos, estas estructuras se crearon para satisfacer necesidades concretas del momento en que se construyeron, están siendo utilizadas para dar paso al tráfico moderno (aumento de intensidad y velocidad de tráfico, al igual que aumento en el número de transportes especiales), lo que conlleva la construcción de plataformas (ampliadas con muy desigual fortuna) y el consiguiente



aumento de la carga permanente, más el notable aumento de las sobrecargas y un posible aumento en el efecto dinámico. Este cambio en las condiciones de explotación, lleva asociado también mayores exigencias en calidad funcional y seguridad por parte de los usuarios.

Identificación de elementos estructurales y función resistente Los puentes arco de fábrica están formados por un número de elementos casi incontables. Como paso previo al estudio de la estructura en su conjunto conviene identificar cuales, de entre todos ellos, desarrollan una misión estructural. Entre los elementos estructurales se encuentra la bóveda, el relleno, los tímpanos, las pilas, la cimentación, y, por último, el conjunto formado por los estribos, aletas, muros de acompañamiento, etc. Existen otros muchos elementos que, en principio, no desarrollan una tarea estructural como el pretil, la imposta, etc. aunque, en ocasiones, es difícil saber que elemento está realmente trabajando.

Elementos de un puente de arco tipo fabrica


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