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