PUENTES DE ARMADURA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA ACADÉMICO PROFESIONALDE INGENIERÍA CIVIL AMBIENTAL

ESTATICA

INFORME

TEMA: PUENTES DE ARMADURA

INTEGRANTES:

PORTAL MIDEROS, César Augusto

Chiclayo, 27 de Marzo 2013

DEDICATORIA

AGRADECIMIENTO

CAPÍTULO 1. DISEÑO DE PUENTES

Introduccion

Estudios preliminares

Estudios Topográficos

Hidrología e Hidráulica

Estudios de Geología

Ensayos de Campo y Laboratorio

Resistencia Sísmica

Impacto AmbientalEstudio de traficoCAPÍTULO 2...............TIPOS Y ANALISIS DE PUENTES

Clasificación

Tipos de Armaduras

Métodos de Análisis

CAPÍTULO 3. EQUILIBRIO EN LOS PUENTES

Fuerzas que actúan sobre un puente

Cargas Permanentes

Cargas Variables

Fuerza Longitudinales

Cargas de Viento

Fuerzas Centrífugas

Presión de la Corriente

Fuerzas de origen Sísmico

Fuerza de tracción

Fuerza de compresión

Fuerza gravitatoria Fuerza cortanteBIBLIOGRAFIA

DEDICATORIA

A nuestros padres que siempre están ahí

Apoyándonos y preocupándose por nuestra formación

AGRADECIMIENTO

A nuestros profesores que incentivan la investigación temprana

con respecto a nuestra carrera y a todas las personas que hicieron esto

posible

CAPITULO 1: DISEÑO DE PUENTES

I. INTRODUCCION

Los puentes son probablemente de las estructuras más antiguas de las que

se tiene noticia. Tienen como finalidad el salvar un obstáculo, tal como un

valle, río o carretera, con el fin de comunicar dos puntos, permitiendo el

paso de personas, vehículos o trenes. La principal función de un puente, es

la de unir dos puntos alejados, con un margen adecuado de seguridad, por

medio de una serie de elementos estructurales que pueden ser de diversos

materiales, tales como: madera, piedra, ladrillo, concreto simple, concreto

reforzado, acero estructural o mixtos.

La estructura de un puente está

formada por la súper-estructura,

la sub-estructura y la infra-

estructura. La súper-estructura

está constituida por un sistema

de piso y por elementos

estructurales necesarios para

resistir las distintas cargas a las

que se encontrará sujeta la

estructura. La sub- estructura o

cimentación consta de una serie

de pilas que a manera de

columnas, se desplantan a un

nivel de terreno capaz de

desarrollar las reacciones

supuestas en el proyecto. En

algunos casos los apoyos

extremos además de transmitir

fuerzas verticales, tendrán que

diseñarse como muros de

retención.

La infra-estructura es la transmite las cargas de la cimentación a los

estratos de suelo resistentes, por lo que se encuentra por debajo de la

1

cimentación, y está constituida por pilotes, cajones de cimentación, por

citar algunas.

Los puentes pueden clasificarse de diversas maneras, como son:

Por su uso: para caminos, ferrocarriles, peatonales, canales, tuberías,

mixtos

Según su duración: provisionales, definitivos

Por su condición: fijos, móviles, desmontables

Por la forma de efectuar el cruce: normal, diagonal

Por la posición relativa del piso con respecto a los elementos

principales de soporte: de paso superior, de paso inferior de, paso a

través.

PARTES DE UN PUENTE

Subestructura

La subestructura sirve de apoyo a la superestructura, está conformada por

la cimentación, los estribos y las pilas.

Cimentación

Encargada de transmitir al suelo de fundación las cargas propias de la

subestructura, de la superestructura y de las cargas que operan sobre el

puente esta puede ser superficial o profunda, superficial como zapatas de

concreto reforzado o profundas como Caisson o pilotes de concreto

reforzado ya sea hincados (pilotes).

Estribos

Son las estructuras ubicadas en los extremos de los puentes (accesos) y

soportan la superestructura, además sirven para contención de los

terraplenes.

Superestructura

2

Es la parte del puente que recibe directamente la carga viva. Su posición

relativa con respecto a la subestructura es variable, pudiendo ser superior

intermedia o inferior.

II. ESTUDIOS PRELIMINARES

Los estudios preliminares son todos aquellos que sirven para obtener los

datos necesarios para la elaboración de los anteproyectos y proyecto de un

puente Los estudios que pueden ser necesarios dependiendo de la

magnitud y complejidad de la obra son:

Estudios topográficos

Estudios Hidrológicos e Hidráulicos

Estudios Geológicos y Geotécnicos

Ensayos de Campo y Laboratorio

Estudios de Riesgo sísmico

Estudios de Impacto Ambiental

Estudios de trafico

3

Estudios de Trazo y Diseño Vial de accesos

1) ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS

Objetivos

Se tendrá como objetivos:

a) Realizar los trabajos de campo que permitan elaborar los planos

topográficos correspondientes.

b) Proporcionar la definición precisa de la ubicación y las dimensiones de los

elementos estructurales.

c) Establecer puntos de referencia para el replanteo durante la construcción.

d) Proporcionar información de base para los estudios de hidrología e

hidráulica, geología, geotecnia, así como la ecología y sus efectos en el

medio ambiente.

Los estudios topográficos deberán comprender como mínimo lo siguiente:

Levantamiento topográfico general de la zona del proyecto,

documentado en planos a escala entre 1:500 y 1:2000 con curvas de

nivel a intervalos de 1m y comprendiendo por lo menos 100 m a cada

lado del puente en dirección longitudinal (correspondiente al eje de la

carretera) y en dirección transversal (la del río u otro obstáculo a ser

transpuesto).

Definición de la topografía de la zona de ubicación del puente y sus

accesos, con planos a escala entre 1/100 y 1/250 considerando

curvas de nivel a intervalos no mayores que 1 m y con secciones

verticales tanto en dirección longitudinal como en dirección

4

transversal. Los planos deberán indicar los accesos del puente, así

como autopistas, caminos, vías férreas y otras posibles referencias.

Deberán indicarse igualmente con claridad la vegetación existente.

En el caso de puentes sobre cursos de agua deberá hacerse un

levantamiento detallado del fondo. Será necesario indicar en planos

la dirección del curso del agua y los límites aproximados de la zona

inundable en las condiciones de aguas máximas y mínimas, así como

los observados en eventos de carácter excepcional. Cuando las

circunstancias lo ameriten, deberán indicarse los meandros del río.

Levantamiento catastral de las zonas aledañas del puente, cuando

existan edificaciones u otras obras que interfieran con el puente o sus

accesos o bien que requieran ser expropiadas.

2) ESTUDIOS HIDROLÓGICOS E HIDRÁULICOS

Objetivos

Los objetivos de estos estudios son establecer las características

hidrológicas de los regímenes de avenidas máximas y extraordinarias y los

factores hidráulicos que conllevan a una real apreciación del

comportamiento hidráulico del río que permiten definir los requisitos

mínimos del puente y su ubicación optima en función de los niveles de

seguridad o riesgos permitidos o aceptables para las características

particulares de la estructura.

Los estudios de hidrología e hidráulica para el diseño de puentes deben

permitir establecer lo siguiente:

Ubicación optima del cruce.

Caudal máximo de diseño hasta la ubicación del cruce.

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Comportamiento hidráulico del rio en el tramo que comprende el

cruce.

Área de flujo a ser confinada por el puente.

Nivel máximo de aguas (NMA) en la ubicación del puente.

Nivel mínimo recomendable para el tablero del puente.

Profundidades de socavación general, por contracción y local

Profundidad mínima recomendable para la ubicación de la

cimentación según su tipo.

Obras de protección necesarias.

Los estudios hidrológicos e hidráulicos deben comprender lo siguiente:

Evaluación de estudios similares realizados en la zona de ubicación

del puente; en el caso de un reemplazo de un puente colapsado es

conveniente utilizar los parámetros de diseño anteriores.

Visita de campo; reconocimiento del lugar tanto en la zona de cruce

como de la cuenca global.

Recolección y análisis de información hidrométrica y meteorológica

existente.

Caracterización hidrológica de la cuenca, considerada hasta el cruce

del curso del agua con base a la determinación de las características

de las respuestas de lluvia-escorrentía, y considerando aportes

adicionales en la cuenca.

Selección de los métodos de estimación del caudal máximo de

diseño.

Estimación de los caudales máximos para diferentes periodos de

retorno y según distintos métodos; en todos los casos se recomienda

llevar a cabo una prueba de ajuste de los distintos métodos de

análisis para la selección del mejor.

Selección de secciones transversales representativas del cauce y la

obtención del perfil longitudinal.

Determinación de las características hidráulicas del flujo.

Determinación de las profundidades de socavación general por

contracción total y local.

Recomendaciones de protección y/o consideraciones de diseño

adicionales.

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Los puentes ubicados en el cruce con un curso de agua deben ser

diseñados de modo que las alteraciones y obstáculos que estos

representen ante este curso de agua sean previstos y puedan ser

admitidos en el desempeño de la estructura a lo largo de su vida útil

o se tomen medidas preventivas. Para esto deben establecerse las

características hidrogeodinàmicas del sistema fluvial con el objeto de

determinar la estabilidad de la obra respecto al comportamiento del

cauce.

3) ESTUDIOS GEOLÓGICOS

Los objetivos de los estudios geológicos son establecer las características

geológicas, tanto local como general de las diferentes formaciones

geológicas que se encuentran identificando tanto su distribución como sus

características geotécnicas correspondientes.

El programa de estudios deberá considerar exploraciones de campo, cuya

cantidad será determinada con base a la envergadura del proyecto.

Los estudios geológicos comprenderán:

Descripción Geomorfológico.

Zonificación geológica de la zona.

Identificación y características de fallas geológicas.

Definición de zonas de deslizamientos, huaycos y aluviones sucedidos

en el pasado y de potencial ocurrencia en el futuro.

Definición de las propiedades físicas y mecánicas de suelos y/o rocas

ESTUDIOS GEOTÉCNICOS

Los objetivos de estos estudios son establecer las características

geotécnicas, es decir, la estratigrafía, la identificación y las propiedades

físicas y mecánicas de los suelos para el diseño de cimentaciones estables.

El estudio debe considerar exploraciones de campo y ensayos de

laboratorio, cuya cantidad será determinada con base a la envergadura del

proyecto en términos de su longitud y las condiciones del suelo. Los

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estudios deberán comprender la zona de ubicación del puente, estribos,

pilares y accesos

Los estudios geotécnicos deberán comprender lo siguiente:

Ensayos de campo en suelos y/o rocas

Ensayos de laboratorio en muestras de suelo y/o roca extraídas en la

zona

Descripción de las condiciones del suelo, estratigrafía e identificación

de los estratos de suelo o base rocosa

Definición de tipos y profundidades de cimentación adecuada, así

como parámetros geotécnicos preliminares para el diseño del puente

al nivel de anteproyecto

Presentación de los resultados y recomendaciones sobre

especificaciones constructivas y obras de protección.

Sondajes

La cantidad y profundidad de sondajes deberá tomar en cuenta la magnitud

y complejidad del proyecto. En el caso de puentes de hasta 100 metros, se

preverá como mínimo un sondaje de exploración por cada componente, sea

éste estribo, zapata, pilar, bloque de anclaje, grupo de pilotes, etc.

Dependiendo de las características del proyecto y del tipo de terreno este

mínimo podrá reducirse a un solo sondaje complementado por ensayos de

refracción sísmica. En caso de puentes de gran longitud, deberá tomarse en

cuenta la variabilidad de las condiciones del terreno a lo largo del eje del

puente. La profundidad de las exploraciones y sondajes estará definida

considerando un pre dimensionamiento de la cimentación y las condiciones

locales del subsuelo. Si las condiciones locales del subsuelo lo requieren, se

requerirá extender la profundidad de los sondajes, por debajo del nivel de

cimentación, de 2 a 3 veces el ancho previsto de las zapatas ó 2 metros

bajo el nivel inferior de las cimentaciones profundas. En el caso de macizos

rocosos, se requerirá extender la profundidad de los sondajes de 1 a 3

metros por debajo del nivel estimado de cimentación.

ENSAYOS DE CAMPO

son realizados para obtener los parámetros de resistencia y deformación de

los suelos o rocas de fundación así como el perfil estratigráfico con sondajes

8

que estarán realizadas en función de la longitud del puente, número de

estribos, pilares y longitud de accesos. Pueden considerarse los ensayos que

se listan a continuación:

Ensayos en Suelos:

• Ensayo de Penetración Estándar

(SPT).

• Ensayo de Cono Estático (CPT).

• Ensayo de Veleta de Campo.

• Ensayo de Presurometría.

• Ensayo de Placa Estático.

• Ensayo de Permeabilidad.

• Ensayo de Refracción Sísmica.

Análisis En Los Suelos

Capacidad de Soporte: Determinar la capacidad de soporte de los

suelos mediante martillo de impacto.

Percolación: Pruebas de percolación en suelos, necesarias para el

tratamiento de las aguas servidas con el fin de minimizar el riesgo de

contaminación e impacto ambiental a los acuíferos.

Gravedad específica: Es aplicable específicamente a suelos y

agregados finos (o arenas) como los utilizados en mezclas de

concreto y asfalto, obteniendo la gravedad específica de la masa de

cualquier material compuesto por partículas pequeñas.

Análisis granulométrico: Determinar las proporciones relativas de los

diferentes tamaños de grano presentes en una masa de suelos dada.

Predecir movimientos del agua a través del suelo.

Hidrometría: Determinar el tamaño de las partículas

Límites: Los límites líquidos y plásticos han sido ampliamente

utilizados en todas las regiones del mundo, principalmente con

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objetivos de identificación y clasificación de suelos. Límites de

Cohesión, de pegajosidad, de contracción, plástico y límite líquido.

Peso unitario de suelos: Obtener el volumen desplazado de cualquier

suelo cohesivo que no se destruya por estar dentro del agua de 1 a 2

minutos requeridos para hacer el ensayo.

Proctor: Determinar la densidad del material, se utiliza el Proctor

Estándar para suelos arcillosos y el Proctor Modificado para

materiales con grava.

Densidad en Sitio: Obtención de la relación densidad-humedad para

un esfuerzo de compactación dado sobre un suelo particular,

Determinando la densidad del suelo en el terreno.

Contenido de Humedad: Determinar la cantidad de agua presente en

una cantidad dada de suelo en términos de su peso en seco.

Clasificación de suelos con límites: Determinar su clasificación en

suelos de grano fino o suelo de grano grueso, utilizando los límites

de Atterberg (por lo menos los límites líquido y plástico) con un

análisis parcial o total de granulometría, y el proceso de eliminación

para su clasificación.

Ensayos En Rocas

• Ensayo de Compresión Uniaxial en

Roca débil.

• Determinación de la Resistencia al

Corte Directo, en discontinuidades de

roca.

• Ensayo de Carga en Placa Flexible.

• Ensayo de Carga en Placa Rígida.

• Ensayo con el Método de

Fracturamiento Hidráulico

ENSAYOS DE LABORATORIO

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Ensayos en suelos:

• Contenido de humedad.

• Gravedad específica.

• Distribución granulométrica.

• Determinación del límite líquido y

límite plástico.

• Ensayo de corte directo.

• Ensayo de compresión no-

confinada.

• Ensayo triaxial no consolidado - no

drenado.

• Ensayo triaxial consolidado - no

drenado.

• Ensayo de consolidación.

• Ensayo de permeabilidad.

• Ensayo Proctor Modificado y CBR.

Ensayos en rocas:

• Determinación del módulo elástico.

• Ensayo de compresión triaxial.

• Ensayo de compresión no

confinada.

• Ensayo de resistencia a la rotura

ESTUDIOS DE RIESGO SÍSMICO

Se llama riesgo sísmico a la probabilidad de ocurrencia dentro de un plazo

dado, de que un sismo cause, en un lugar determinado, cierto efecto

definido como pérdidas o daños determinados. En el riesgo influyen el

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peligro potencial sísmico, los posibles efectos locales de amplificación, la

vulnerabilidad de las construcciones (e instituciones) y las pérdidas posibles

(en vidas y bienes).

El riesgo sísmico depende fuertemente de la cantidad y tipo de

asentamientos humanos y de la cantidad e importancia de las obras que se

encuentran localizados en el lugar.

Los estudios de riesgo sísmico tendrán como finalidad la determinación de

espectros de diseño que definan las componentes horizontal y vertical del

sismo a nivel de la cota de cimentación.

Requerimientos De Los Estudios

El alcance de los estudios de riesgo

sísmico dependerá de:

La zona sísmica donde se ubica

el puente.

El tipo de puente y su longitud y

altura.

Las características del suelo.

VARIABLES A CONSIDERAR EN LA EVALUACIÓN DE LA

VULNERABILIDAD SÍSMICA DE PUENTES

Por lo comentado anteriormente se puede resumir que las variables que

afectan la respuesta sísmica de los puentes y que por consiguiente da

una idea de su grado de vulnerabilidad, poniendo énfasis en que la falla

de las columnas repercute en el desempeño global de la estructura, son

las siguientes:

• Tipo de sistemas de apoyo: estribos y columnas.

• Forma y dimensiones de la sección transversal de los elementos de

apoyo.

• Cantidad de acero de refuerzo en los elementos de apoyo:

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• Resistencia de los materiales:

• Tipo de suelo en el sitio de interés

• Tipo de cimentación

• Geometría de la superestructura en planta

• Tipo de juntas, en el caso de tener una superestructura discontinua

• Ancho de calzada y longitud de la superestructura

• Reglamento y año de construcción

4) ESTUDIOS DE IMPACTO AMBIENTAL

El estudio de impacto ambiental es un instrumento

importante para la evaluación del impacto

ambiental de un proyecto. Es un estudio técnico,

que se realiza para predecir los impactos

ambientales que pueden derivarse de la ejecución

de un proyecto, actividad o decisión política

permitiendo la toma de decisiones sobre la

viabilidad ambiental del mismo. Constituye el documento básico para el

proceso de Evaluación del Impacto Ambiental.

La redacción y firma del estudio de impacto ambiental es tarea de un

equipo multidisciplinario compuesto por especialistas en la interpretación

del proyecto y en los factores ambientales más relevantes para ese

proyecto concreto (por ejemplo atmósfera, agua, suelos, vegetación, fauna,

recursos culturales, etc.) que normalmente se integran en una empresa de

Consultoría Ambiental.

El estudio del impacto ambiental se hace en varias etapas, paralelo a las

etapas de la intervención que se pretende evaluar. Para estos efectos debe

entenderse como intervención no solo una obra, como un puente o una

carretera, sino que también, es una intervención que puede tener impacto

en el Ambiente.

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La creación de una normativa o una modificación de una normativa

existente. Por ejemplo, el incremento del impuesto a la importación de

materia prima para fabricación de plásticos puede inducir al uso de

recipientes reciclables.

La Construcción de un puente modifica el medio y en consecuencia las

condiciones socio - económicas, culturales y ecológicas del ámbito donde se

ejecutan; y es allí cuando surge la necesidad de una evaluación bajo un

enfoque global ambiental.

OBJETIVOS

General

Proponer las medidas que deben incluirse en los diseños definitivos para

evitar y/o mitigar los impactos negativos producidos por las obras de

mantenimiento periódico, así como también, la formulación de las medidas

más convenientes para potenciar los impactos positivos que originará el

proyecto.

Específicos

• Identificar y evaluar los impactos ambientales que la obra podría

ocasionar en el medio ambiente, así como los que el entorno ambiental

podría ocasionar sobre la obra.

• Establecer las condiciones ambientales de la zona de estudio.

• Proponer medidas para mitigar el deterioro del entorno ambiental como

consecuencia de las obras de mantenimiento periódico.

• Identificar y evaluar, desde el punto de vista ambiental, la ubicación de

campamentos, canteras, planta de asfalto y botaderos que permitan mitigar

con mayor precisión los impactos generados por las obras del proyecto en el

entorno ambiental.

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• Proponer el Plan de Manejo y seguimiento ambiental para mitigar los

impactos generados por las obras correspondientes al mantenimiento

periódico.

Métodos de Análisis

La metodología a seguir en un estudio de Impacto Ambiental será la

siguiente:

Identificación de Impactos

Consiste en identificar los probables impactos a ser investigados, para lo

cual es necesario conocer primero de la manera más amplia el escenario

sobre el cual incide el proyecto; cuya ubicación, ejecución y operación

afectará el entorno ecológico. Así mismo, es imprescindible el conocimiento

del proyecto a desarrollar, que involucra no sólo el contexto técnico sino

también las repercusiones sociales y experiencias del desarrollo de este tipo

de proyectos en otros escenarios.

Previsión de Impactos

El objetivo en este nivel esta orientado hacia la descripción cuantitativa o

cualitativa, o una combinación de ambas, de las principales consecuencias

ambientales que se han detectado en el análisis previo.

Interpretación de Impactos

Implica analizar cuan importante es la alteración medio ambiental en

relación a la conservación original del área.

Información a las comunidades y a las autoridades sobre los impactos

ambientales

En esta etapa hay que sintetizar los impactos para presentarlos al público

que será afectado por los impactos ambientales detectados; y a las

autoridades políticas con poder de decisión. La presentación deberá ser lo

suficientemente objetiva para mostrar las ventajas y desventajas que

conlleva la ejecución del proyecto.

Plan de Monitoreo o Control Ambiental

15

Fundamentalmente en esta etapa se debe tener en cuenta las propuestas

de las medidas de mitigación y de compensación, en función de los

problemas detectados en los pasos previos considerados en el Estudio;

asimismo, la supervisión ambiental sustentada en normas legales y técnicas

para el cumplimiento estricto de las recomendaciones.

Información mínima que requieren los estudios de Impacto Ambiental en

Puentes

La información mínima para un estudio de Impacto Ambiental en Puentes

será:

• Fauna silvestre

• Flora adyacente

• Presencia de agua en el cauce

• Relieve topográfico

• Deforestación en los taludes del cauce

• Probabilidad de erosión lateral de los taludes

• Material sedimentado en el Lecho del cauce

• Presencia de recursos hidro-biológicos

• Valor estético del paisaje

5) ESTUDIO DE TRAFICO

El conteo de tráfico para tener una estadística real del volumen de tránsito

vehicular diario que pasan por un punto predeterminado de acuerdo a la

clasificación según su capacidad de carga.

OBJETIVO

El estudio de tráfico vehicular tiene por objeto, cuantificar, clasificar y conoc

er el volumen de los vehículos que se movilizan por la carretera, elemento

indispensable para la determinación de las características de diseño del

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Pavimento en la carretera, así como para la evaluación económica del

proyecto.

METODOLOGIA

El tráfico se define como el desplazamiento de bienes y/o personas en los

medios de transporte; mientras que el tránsito viene a ser el flujo de

vehículos que circulan por la carretera, pero que usualmente se denomina

tráfico vehicular. En el desarrollo del Estudio de

Tráfico, se contemplan:

Recopilación de la información.

Conteo de tráfico.

Tabulación de la información.

Análisis de la información y obtención de

resultados.

6) ESTUDIOS DE TRAZO Y DISEÑO VIAL DE ACCESOS

Objetivos

Definición de las características geométricas y técnicas del tramo de la

carretera que enlaza el puente en una ubicación especificada de la

carretera.

Alcances

Los estudios comprenden lo siguiente:

Diseño Geográfico

Definición de alineamiento horizontal y perfil longitudinal del eje en los

tramos de los accesos del puente.

Definición de las características geométricas (ancho) de la calzada, bermas

y cunetas en las distintas zonas del relleno y corte de los accesos.

Trabajos Topográficos

Levantamiento topográfico del terreno y evaluación de datos para el

desarrollo del proyecto.

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Diseño de Pavimentos

Determinación de las características geométricas y dimensiones técnicas

del pavimento de los accesos, incluyendo la parte asfáltica, base y sub-

base.

Diseño de Señalización

Ubicación de cada tipo de señal con su croquis especifico.

LOCALIZACION

Hay tres consideraciones para tomar en cuenta:

El sitio del puente debe ofrecer apropiadas alineaciones verticales y

horizontales.

Sus suelos deben ser lo suficientemente fuertes para asegurar la

estabilidad de la estructura.

El puente y sus obras asociadas no deberían tener un impacto

adverso en edificios o terrenos contiguos o ellos sean susceptibles a

daños del medio ambiente.

Para la buena localización de un puente deben estudiarse varias

alternativas, según los criterios de estudio de tráfico, alineamiento de la vía,

alineamiento de la rasante, tipo de terreno, facilidades de construcción,

conservación, la estética de la obra.

Para el ingeniero los ríos son los obstáculos más comunes necesitando ser

cruzados. Los puentes que sirven para vencer obstáculos que no tengan que

ver con pasos de ríos son relativamente simples porque implican

consideraciones de altura y de longitud, cuando se trata de cruzar ríos se

tiene que tomar muy en cuenta los estudios de hidráulica e hidrología.

POSICIÓN DEL PUENTE

Para seleccionar la ubicación de un puente, a menudo el ingeniero tiene que

alcanzar un acuerdo intermedio entre la economía y la vida útil.

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Varios factores influyen en esta decisión, por ejemplo:

Longitudes requeridas

Procesos de ejecución

Condiciones locales

Restricciones de fundación

La decisión también debería basarse en comparaciones tales:

Comportamiento estructural

Aspectos económicos

Estética

FORMA GEOMÉTRICA Y DIMENSIONES

El diseño geométrico en puentes debe satisfacer además de las Normas

Peruanas de

Puentes, las siguientes restricciones:

a) En los cruces sobre vías vehiculares y férreas deben preverse futuros

trabajos tales como ampliación de la vía.

b) Cuando el puente es para superar un río o canal, el alineamiento

horizontal de la carretera en el tramo del puente puede ser curvo y

no necesariamente perpendicular al eje de la corriente del agua.

c) El peralte utilizado en puentes localizados en curvas horizontales o

zonas de transición debe cumplir con el diseño geométrico

especificado en la vía y no debe superar el valor máximo permitido.

d) Gálibos:

• Sobre corrientes de agua, relativamente limpias en toda época: mínimo

2,0 metros por encima del nivel de aguas máximas.

19

• Sobre corrientes de agua que en algunos periodos transportan deshechos,

troncos y otros objetos voluminosos: mínimo 2,5 metros por encima del

nivel de agua máximas, para el período de retorno que establezcan los

correspondientes términos de referencia.

• Sobre carreteras: mínimo 5,50 metros para vías principales rurales y

urbanas y 5.00 metros para otras vías, por encima de la rasante de la

carretera.

• Sobre vías férreas: mínimo 5,50 metros. Se debe solicitar aprobación del

MTC.

• Sobre ríos navegables: se debe hacer la consulta al MTC.

e) Sección transversal: en toda la longitud del puente se mantendrá la

sección transversal típica del ramo de la carretera en el cual se

encuentra el puente. Dicha sección debe comprender las bermas,

aunque la norma permite algunas reducciones según el tipo de

velocidad, terreno, y clasificación de la vía.

f) En el alineamiento vertical del puente no habrá más limitaciones que

las propias del diseño geométrico del tramo dónde esté ubicado, es

decir en ningún caso un puente limitará el diseño vertical de una

carretera.

REQUERIMIENTOS DE DISEÑO PARA LA VIDA DEL PUENTE

La elección usualmente hecha es entre una estructura permanente con un

periodo de diseño de 75 años o una estructura temporal. Decisiones que son

influenciadas por las predicciones del tráfico y los recursos disponibles.

Donde se espera que el desarrollo futuro aumente la capacidad deseada, la

elección está entre construir un puente de bajo costo hasta que ocurra el

desarrollo o construir una estructura de mayor envergadura que lo que

inicialmente es requerido pero esta hará frente a las necesidades futuras.

20

Una solución alternativa es construir los estribos permanentes y una

cubierta ligera que pueda ser reemplazado cuando el desarrollo ocurra. Se

puede afirmar que los fondos disponibles son los factores que determinan la

vida del diseño del puente.

En el proyecto de un puente, el problema fundamental que se plantea es

saber cómo va a ser, es decir qué tipo de estructura va a tener, qué

material se va a utilizar, cuáles van a ser sus luces, etc. Pero este cómo va a

ser el puente, viene condicionado por diferentes factores; el primero de

ellos es conocer su comportamiento resistente, es saber cómo va a ser su

estructura. Pero además de saber cómo va a ser el puente, es necesario

saber cómo se va a hacer, es decir, el procedimiento a seguir para llevar a

buen fin su construcción. Este conocer cómo se va a hacer, va adquiriendo

cada vez más importancia, a medida que crece la luz del puente, llegando a

ser casi decisivo en las grandes luces. Actualmente los puentes de luces

mayores que se construyen son los colgantes y atirantados, entre otras

razones porque sus procedimientos de construcción son más fáciles de

llevar a cabo y requieren menos medios, que otras. 

Ambos problemas, saber cómo va a ser el puente y saber cómo se va a

hacer, no se pueden separar, sino que en el momento de hacer un proyecto

se deberán tener en cuenta simultáneamente. La importancia del proceso

de construcción es tan grande y está tan presente en el ingeniero que,

como hemos visto, muchos tipos de puentes se conocen por su

procedimiento de construcción.

CAPITULOS 2: CLASIFICACION DE LOS PUENTES

21

Los puentes podemos clasificarlos según su tipo de material con los que

fueron construidos, por su utilización, por su condición de operación, por el

tipo de cruce y por su alineamiento.

POR SU TIPO DE MATERIAL:

De madera.

De tabique.

De concreto: armado, simple y ciclópeo.

De acero.

De hormigón armado.

POR SU UTILIZACIÓN:

Puentes peatonales.

Puentes de ferrocarriles.

Puentes de presa.

Puentes de caminos.

Puentes de acueductos.

POR SU CONDICIÓN DE OPERACIÓN Y ESFUERSO:

De viga simple

En ménsula

Colgantes.

Atirantados.

De arco

De armaduras de hierro.

Suspendidos.

Puentes de bóveda.

Puentes de losa plana reforzada.

De sección aligerada.

De armaduras de madera.

CAPITULO 2: TIPOS Y ANALISIS DE PUENTES

22

I. CLASIFICACION

PUENTE DE MADERA

Aunque son rápidos de construir y de bajo coste, 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 continuado y

costoso. Su bajo coste (debido a la abundancia de madera, sobre todo en la

antigüedad) y la facilidad para labrar  la madera pueden explicar que los

primeros puentes construidos fueran de madera. 

PUENTE DE ARCO

Están formados fundamentalmente por elementos horizontales que se

apoyan en sus extremos sobre soportes o pilares. Mientras que la fuerza

que se transmite a través de los pilares es vertical y hacia abajo y, por lo

tanto, éstos se ven sometidos a esfuerzos de compresión, las vigas o

elementos horizontales tienden a flexionarse como consecuencia de las

cargas que soportan. El esfuerzo de flexión supone una compresión en la

zona superior de las vigas y una tracción en la inferior.

23

PUENTE DE HORMIGON ARMADO

Son de montaje rápido, ya que admiten en muchas ocasiones elementos

prefabricados, son resistentes, permiten superar luces mayores que los

puentes de piedra, aunque menores que los de hierro, y tienen unos gastos

de mantenimiento muy escasos, ya que son muy resistentes a la acción de

los agentes atmosféricos

PUENTES DE VIGAS.

Consisten en varios de estos órganos, que, colocados paralelamente unos a

otros con separaciones de 1,2 a 1,5 m, salvan la distancia entre estribos o

pilas y soportan el tablero. Cuando son ferroviarios, disponen de vigas de

madera o acero y sus pisos pueden ser abiertos o estar cubiertos con

balasto o placas de hormigón armado. Los destinados a servir el tráfico de

vehículos son de acero, hormigón armado o pretensado o madera. Las vigas

metálicas pueden ser de sección en "I" o de ala ancha; los caballetes de

madera forman vanos con vigas o largueros que descansan en pilas de

pilotes del mismo material o en pilotes jabalconados. Los puentes de vigas

de hormigón armado o de acero pueden salvar tramos de 20 a 25 m; para

distancias superiores se utilizan mucho el acero y el hormigón pretensado y,

cuando la longitud es considerable, las vigas son compuestas. Se han

construido algunos puentes con vigas de hormigón pretensado, de sección

en "I", que salvan tramos de hasta 48 m.

Puentes de vigas armadas. Constan de dos de estos elementos que

soportan el piso. Si el tablero está apoyado cerca de las pestañas inferiores

24

de las vigas y el tráfico pasa por entre ellas, el puente se llama vía inferior;

si, por el contrario, lo está en la parte superior, se denomina de paso alto.

Cuando el puente sirve a una carretera, es preferible el segundo tipo, que

puede ser ensanchado para acomodarlo a posibles aumentos de tráfico. Las

vigas armadas metálicas son de sección "I" y van reforzadas por remaches.

Los puentes de esta clase pueden ser de un solo tramo o continuos. Los

primeros llegan a cubrir tramos de hasta 40 m. Algunas veces también

reciben el nombre de puentes de vigas armadas los de gran longitud cuyas

vigas tienen secciones compuestas

Puentes continuos

Pueden ser de viga de celosía, de vigas de acero de alma llena, de vigas o

viguetas de hormigón armado o de vigas o viguetas de hormigón

pretensado. Los puentes continuos de viga de celosía suelen ser de dos o

tres tramos, pero los de viga armada pueden salvar ininterrumpidamente

muchos tramos. Los refuerzos contra la carga tensil de las vigas continuas

de hormigón armado deben colocarse cerca de la parte superior de las

mismas, en el área situada sobre los soportes, pues allí es donde se prodcen

los esfuerzos citados. Las vigas y viguetas de los puentes continuos de

hormigón pretensado tienen sección en "I" o tubular.

     El puente continuo de tres tramos, con arco anclado en el central,

modelo relativamente reciente y de estructura siempre simétrica, es muy

estimado para salvar grandes distancias. Aparte de su valor estético se le

considera muy adecuado para las estructuras cantilever. El puente continuo

más largo es el de Dubuque (Norteamérica, estado de Iowa) sobre el río

Mississippí, con un tramo central de 258 m de longitud.

25

PUENTES COLGANTES

Están formados por un tablero por el que se circula, que pende, mediante

un gran número de tirantes, de dos grandes cables que forman

sendas catenarias y que están anclados en los extremos del puente y

sujetos por grandes torres de hormigón o acero. Con excepción de las torres

o pilares que soportan los grandes cables portantes y que están sometidos a

esfuerzos de compresión, los demás elementos del puente, es decir, cables

y tirantes, están sometidos a esfuerzos de tracción.

Paradójicamente, la gran virtud y el gran defecto de los puentes colgantes

se deben a una misma cualidad: su ligereza.

La ligereza de los puentes colgantes, los hace más sensibles que ningún

otro tipo al aumento de las cargas de tráfico que circulan por él, porque su

relación peso propio/carga de tráfico es mínima; es el polo opuesto del

puente de piedra.

El cable es un elemento flexible, lo que quiere decir que no tiene rigidez y

por tanto no resiste flexiones. Si se le aplica un sistema de fuerzas, tomará

la forma necesaria para que en él sólo se produzcan esfuerzos axiles de

tracción; si esto lo fuera posible no resistiría. Por tanto, la forma del cable

coincidirá forzosamente con la línea generada por la trayectoria de una de

las posibles composiciones del sistema de fuerzas que actúan sobre él

Las torres han sido siempre los elementos más difíciles de proyectar de los

puentes colgantes, porque son los que permiten mayor libertad. Por eso en

ellas se han dado toda clase de variantes

26

PUENTE ATIRANTADO

Los puentes atirantados son una variedad de puente colgante. El esquema

consiste de una viga colgada de tirantes que van directamente hacia las

torres. Estos puentes son más rígidos y tienen menos problemas de

inestabilidad aerodinámica.

Los puentes atirantados ocupan un punto medio entre los puentes de acero

de contrapeso y los colgantes. Un puente colgante, requiere más cables (y

más acero), y uno de contrapeso, más acero para su construcción. Aunque

desde el punto de vista estructural serían puentes que trabajan en modo

contrapeso

Dos de las características de estos puentes es el número de pilones, hay

puentes con uno solo, o con varios, lo más típico es estar construidos con un

par de torres cerca de los extremos.

PUENTE EN MÉNSULA

27

Es un puente en el cual una o más vigas principales trabajan

como ménsula o voladizo. Normalmente, las grandes estructuras se

construyen por la técnica de volados sucesivos, mediante ménsulas

consecutivas que se proyectan en el espacio a partir de la ménsula previa.

Los pequeños puentes peatonales pueden construirse con vigas simples,

pero los puentes de mayor importancia se construyen con grandes

estructuras reticuladas de acero o vigas tipo cajón de hormigón postensado,

o mediante estructuras colgadas.

Cuando hacemos referencia al término ménsula nos estamos enfocando en

aquellos elementos arquitectónicos que sobresalen de un plano vertical y

que sirven para sostener alguna cosa, como el alero del tejado, la cornisa,

entre otros.

Y en este caso, hacemos hincapié en el concepto:puente de ménsula, una

estructura en la cual una o más vigas principales trabajan como una

ménsula o voladizo.

Aunque en el caso de grandes estructuras, son construidas por la técnica de

volados sucesivos, mediante ménsulas consecutivas que se proyectan en el

espacio a partir de una ménsula anterior. Además, se agregan estructuras

reticuladas -es decir, en forma de red- de acero o vigas de hormigón o

mediante estructuras colgadas. Ya en el caso de los puentes peatonales, 

PUENTE EN ARCO

28

Un puente de arco es un puente con apoyos a los extremos de la luz, entre

los cuales se hace una estructura con forma de arco con la que se

transmiten las cargas. El tablero puede estar apoyado o colgado de esta

estructura principal, dando origen a distintos tipos de puentes ya que da lo

mismo.

Los puentes en arco trabajan transfiriendo el peso propio del puente y las

sobrecargas de uso hacia los apoyos mediante la compresión del arco,

donde se transforma en un empuje horizontal y una carga vertical.

Normalmente la esbeltez del arco (relación entre la flecha máxima y la luz)

es alta, haciendo que los esfuerzos horizontales sean mucho mayores que

los verticales. Por este motivo son adecuados en sitios capaces de

proporcionar una buena resistencia al empuje horizontal.

Cuando la distancia a salvar es grande pueden estar hechos con una serie

de arcos, aunque ahora es frecuente utilizar otras estructuras más

económicas. Los antiguos romanos ya construían estructuras con múltiples

arcos para construir puentes y acueductos.

Este tipo de puentes fueron inventados por los antiguos griegos, quienes los

construyeron en piedra. Más tarde los romanos usaron cemento en sus

puentes de arco. Algunos de aquellos antiguos puentes siguen estando en

pie. Los romanos usaron solamente puentes de arco de medio punto, pero

se pueden construir puentes más largos y esbeltos mediante

figuras elípticas o de catenaria invertida.

II. PUENTES DE ARMADURA

29

Puentes de armadura rígida

Combinan las planchas y estribos de los puentes de placas con las vigas y

estribos de los de viga; esta combinación forma unidades sencillas sin

articulaciones de unión entre las piezas. Se construyen de hormigón armado

o pretensado o de armaduras de acero rodeadas de hormigón. De origen

muy reciente, resultan sumamente útiles para separar en niveles los cruces

de carreteras y ferrocarriles. En estos cruces suele ser conveniente que la

diferencia de niveles sea mínima y los puentes de la clase que nos ocupa

son susceptibles de recibir menor altura en un mismo tramo que los otros

tipos.

Puentes de armadura sencilla. 

Las armaduras de los puentes modernos adoptan muy variadas formas. Las

armaduras Pratt y Warren, de paso superior o inferior, son las más utilizadas

en puentes de acero de tramos cortos. La Howe sólo se emplea en puentes

de madera; sus miembros verticales, construidos con barras de acero, están

en tensión, al igual que el cordón inferior, que es de madera.  

 Para los puentes de tramos largos se emplea la armadura Parker, de cordón

superior curvo, también llamada armadura Pratt, y para los de vanos largos

y viga de celosía sencilla se utilizan estructuras con entrepaños

subdivididos, como la armadura Warren; la Petit con cordones paralelos,

también denominada de Baltimore, la Petit con cordón superior inclinado,

que también se llama de Pensilvania, y. la viga de celosía en «K». En la Petit

y la Warren subdividida, los órganos verticales cortos que aparecen en las

figuras respectivas se suelen prolongar hasta el cordón superior para

servirle de soporte. Las armaduras para vanos largos están subdivididas en

forma que la longitud de los largueros no sea excesiva; a medida que

aumenta la anchura del vano, debe hacerlo la altura de la armadura tanto

para evitar las flexiones excesivas como por razones de economía. La

Warren subdividida, Petit y «K» pueden ser de tablero inferior superior y de

diverso número de entrepaños en la armadura según las necesidades de

cada caso. Los miembros metálicos de los puentes con viga de celosía se

construyen de muy diversas formas. Los de madera adoptan secciones

rectangulares.

Armaduras Planas

30

Es una estructura reticulada simple formada por elementos rectos de

sección constante, cuya longitud supera varias veces su sección transversal,

se conocen como barras y se conectan rígidamente en sus extremos

denominados nodos o nudos, los esfuerzos actúan a lo largo de su eje

longitudinal.

Las Armaduras planas o cerchas se utilizan para soportar cargas elevadas y

cubrir grandes luces, pueden construirse en maderas o acero y usadas en

cubiertas de techos, puentes, grúas, torres, etc.

Las armaduras planas de nudos articulados de acuerdo con la forma de

crear la configuración de una armadura pueden dividirse desde el punto de

vista estructural en:

• Armaduras simples, o estáticamente determinadas, constituye la

armadura bidimensional o plana más sencilla, y ante la carga aplicad la

única deformación posible es la que se origine por pequeños cambios de

longitud de sus barras. Una armadura simple puede formarse partiendo de

tres barras unidas por nodos en sus extremos formando un triángulo y luego

extendiendo dos nuevas barras por cada nuevo nodo o unión.

• Armaduras compuestas. Si dos o más armaduras simples se unen

para formar un cuerpo rígido, la armadura así formada se denomina

armadura compuesta, de tal manera que cada par comparta una sus

articulaciones y se añada alguna barra adicional entre cada par de modo

que cualquier movimiento de una respecto de la otra esté impedido.

Admiten una reducción al caso anterior.

• Armaduras complejas, que engloba a cualquier celosía plana que no

sea de los tipos anteriores. Son estructuras hiperestáticas para las que se

puede usar el método de Heneberg o el método matricial de la rigidez.

Si una armadura plana es de nudos rígidos, entonces es hiperestática con

independencia del número de nudos y barras. En esos casos usualmente se

calculan de modo aproximado suponiendo que sus nudos son articulados (si

la son similares a una celosía simple o compuesta), o de modo

razonablemente más exacto por el método matricial de la rigidez.

De acuerdo con el uso y disposición de las cargas conviene una u otra

tipología o disposición de montantes verticales y diagonales.

31

Armaduras planas estáticamente determinadas

Una armadura se llama estáticamente determinada o totalmente isostática

si se aplican sucesivamente las ecuaciones de equilibrio mecánico, primero

al conjunto de la estructura, para determinar sus reacciones, y luego a las

partes internas, para determinar los esfuerzos sobre cada uno de los

elementos que la integran. Estas dos condiciones se llaman:

• Isostaticidad externa, cuando es posible calcular las reacciones

usando exclusivamente las ecuaciones de la estática. Para que eso suceda

el número de grados de libertad eliminados por los anclajes varios de la

celosía debe ser a lo sumo de tres, puesto que sólo existen tres ecuaciones

independientes de la estática aplicables al conjunto de la estructura.

• Isostaticidad interna, cuando es posible determinar los esfuerzos

internos de cada una de las barras que forman la estructura, como veremos

para que se dé esta condición se requiere una cierta relación entre el

número de barras y nudos.

Una armadura plana, sólo puede ser isostática si está formada por nudos

articulados y las barras sólo transmiten esfuerzos a otras barras en la

dirección de su eje. Eso implica que en una armadura plana

hiperestáticamente determinada el momento flector es nula en todas las

barras de la misma, estando solicitada cada barra sólo axialmente. Como

una estructura de barras articuladas sólo puede comportarse rígidamente si

cada región mínima encerrada por las barras es triangular, las armaduras

planas estáticamente determinadas están formadas por barras que forman

regiones triangulares adyacentes unas a otras.

Además la condición de estar estáticamente determinada conlleva, como

vamos a ver, una relación entre el número de barras y nudos. Llamemos b

al número de barras y n al número de nudos. Las condiciones de

isostaticidad interna y externa requieren que el número de ecuaciones

estáticas linealmente independientes iguale al número de incógnitas:

1. Empecemos contando el número de incógnitas: si la estructura es

externamente isostática las reacciones totales dependerán de tres valores

incógnita, por otro lado la condición de isostaticidad interna requerirá que

32

determinemos el valor del esfuerzo axial de cada barra. Esto nos da b+3

incógnitas.

2. En cuanto al número de ecuaciones de la estática, al no existir

momentos flectores y ejercer cada barra sólo esfuerzo según su eje, se

puede ver que en cada uno de los n nudos de la estructura las fuerzas

verticales y horizontales deben anularse, eso nos da dos ecuaciones por

nudo. En total podemos plantear el equilibrio de cada nudo

independientemente por lo que el número de ecuaciones totales es de 2n.

La condición de isostaticidad de la armadura requerirá por tanto b + 3 = 2n.

Armaduras de nudos rígidos

Una armadura de nudos rígidos es un tipo de estructura hiperestática que

geométricamente puede ser similar a una armadura estáticamente

determinada pero estructuralmente tiene barras trabajando en flexión.

Un nudo se llama rígido si una vez deformada la estructura el ángulo

formado inicialmente por todas las barras se mantiene a pesar de que

globalmente todo el nudo ha podido haber girado un ángulo finito.

Puede probarse que dos armaduras de idéntica geometría, siendo los nudos

de una rígidos y los de los otros articulados, cumplen que:

1. La armadura de nudos articulados tiene esfuerzos axiales mayores

que la de nudos rígidos.

2. La armadura de nudos articulados es más deformable.

3. La armadura de nudos rígidos presenta mayores problemas en el

dimensionado de las uniones entre barras.

Armaduras tridimensionales

Las estructuras tridimensionales como estas se denomina “armaduras

espaciales” si tienen juntas que no ejercen pares sobre las barras (es decir,

son articuladas en las tres direcciones, comportándose como soportes de

bola y cuenca) y si están cargadas y soportadas solo en sus juntas o nudos.

33

Las armaduras tridimensionales isostáticas se forman a partir de tetraedros.

Otra posibilidad común para las celosías tridimensionales es hacerlas de

base cuadrada y rigidizar de algún modo en el plano de las bases.

TIPOS DE ARMADURA

La mayoría de los tipos de armaduras usadas en la estructuración de

cubiertas, puentes, han sido llamadas así por el apellido o nombre de quien

las diseñó por primera vez, por ejemplo, la armadura tipo Howe, fue

patentada en 1840 por William Howe. A continuación se describen algunos

de los tipos de armaduras más usadas en la ingeniería.

Armadura Long

Este tipo de armadura debe su nombre a Stephen H. Long (1784-1864), y

tiene su origen hacia 1835. Los cordones superior e inferior horizontales se

unen mediante montantes verticales todos ellos arriostrados por diagonales

dobles, usados para aumentar la rigidez de la estructura y su capacidad de

resistir cargas laterales, tales como los movimientos sísmicos y la presión

de los vientos huracanados.

Armadura Howe

La armadura Howe, fue patentada en 1840 por William Howe, aunque ya

había sido usada con anterioridad. Se usó mucho en el diseño de celosías de

madera, está compuesta por montantes verticales entre el cordón superior

34

e inferior. Las diagonales se unen en sus extremos donde coincide un

montante con el cordón superior o inferior (formando Λ's). Con esa

disposición las diagonales están sometidas a compresión, mientras que los

montantes trabajan a tracción.

Este tipo de armadura no constituye un buen diseño si toda la celosía es del

mismo material. Históricamente se usó mucho en la construcción de los

primeros puentes de ferrocarril. Con la disposición Howe se lograba que los

elementos verticales que eran metálicos y más cortos estuvieran

traccionados, mientras que las diagonales más largas estaban comprimidas,

lo cual era económico puesto que los elementos metálicos eran más caros y

con la disposición Howe se minimizaba su longitud.

Armadura Pratt

Originalmente fue diseñada por Thomas y Caleb Pratt en 1844, representa

la adaptación de las armaduras al uso más generalizado de un nuevo

material de construcción de la época: el acero. A diferencia de una

armadura Howe, aquí las barras están inclinadas en sentido contrario (ahora

forman V's), de manera que las diagonales están sometidas a tracción

mientras que las barras verticales están comprimidas.

Eso representa ventajas si toda la armadura es de acero, ya que los

elementos traccionados no presentan problemas de pandeo aunque sean

largos mientras que los sometidos a compresión si pueden presentar

pandeo, lo que obliga a hacerlos de mayor espesor. Puesto que el efecto del

pandeo es proporcional a la longitud de las barras interesa que los

elementos más cortos sean los que sufren la compresión. La armadura Pratt

puede presentar variaciones, normalmente consistentes en barras

suplementarias que van desde las diagonales hasta el cordón superior,

dichas barras son usadas para reducir la longitud efectiva de pandeo.

35

Armadura Warren

La armadura Warren, fue patentada por los ingleses James Warren y

Willboughby Monzoni en 1848. El rasgo característico de este tipo de

armaduras es que forman una serie de triángulos isósceles (o equiláteros),

de manera que todas las diagonales tienen la misma longitud. Típicamente

en una celosía de este tipo y con cargas aplicadas verticales en sus nudos

superiores, las diagonales presentan alternativamente compresión y

tracción. Esto, que es desfavorable desde el punto de vista resistente,

presenta en cambio una ventaja constructiva. Si las cargas son variables

sobre la parte superior de la celosía (como por ejemplo en una pasarela) las

armaduras presentan resistencia similar para diversas configuraciones de

carga.

Armadura Vierendeel

La armadura Vierendeel, en honor al ingeniero belga A. Vierendeel, tiene

como características principales las uniones obligatoriamente rígidas y la

ausencia de diagonales inclinadas. De esta manera, en una armadura

Vierendeel, no aparecen formas triangulares como en la mayoría de

armaduras, sino una serie de marcos rectangulares. Se trata por tanto de

una armadura empleada en edificación por el aprovechamiento de sus

aperturas.

Tipos de armaduras para puentes

36

Las formas típicas de armaduras para puentes con claros simples serían las

armaduras de Pratt, Howe y Warren se usan normalmente para claros de 55

m y de 61 de longitud.

Para claros más grandes se usa una armadura con cuerda superior

poligonal, como la armadura Parker que permite algo de ahorro en material.

También están las armaduras subdivididas estas se usan cuando los claros

mayores de 91 m y cuando se quiere ahorrar algo de material la armadura K

cumple los mismos propósitos.

Métodos de Análisis

Existen dos tipos de análisis:

Método de nodos

Este método consiste en analizar el equilibrio de cada junta o nodo una vez

que se hayan determinado las reacciones. Las fuerzas sobre los pasadores

en las juntas están siempre en la dirección de los elementos que hacen

parte de estos; si el elemento comprime o empuja al pasador, este ejercerá

una fuerza igual y de sentido contrario sobre aquél, el cual estará sometido

a compresión. Si el elemento tira o hala al pasador, por reacción este halará

al elemento y en consecuencia estará sometido a tracción.

37

Las ecuaciones disponibles al analizar el equilibrio de cada junta, para

armaduras planas son dos ya que se trata de equilibrio de fuerzas

concurrentes, por consiguiente el número máximo de elementos que puede

tener la armadura para que sea estáticamente determinado por la formula

2n-3 siendo n el número de juntas. El 3 representa el número máximo de

incógnitas en las reacciones.

Método de Secciones

Este método se basa en el hecho de que si una armadura, tomada como un

conjunto, está en equilibrio, cualquier parte de ella también lo estará.

Entonces, si se toma una porción de la estructura mediante un corte, de tal

manera que no tenga mas de tres incógnitas, es posible, mediante las tres

ecuaciones independientes disponibles en el caso de fuerzas coplanares,

determinar las fuerzas en los miembros involucrados en el corte para

obtener la solución respectiva.

Si por ejemplo se quiere determinar las fuerzas en los elementos FF, DF y

DG, una vez determinadas las reacciones se procede a hacer un corte. Si

tomamos la porción derecha (se puede tomar también la otra sección) y en

los miembros cortados se indican las fuerzas ejercidas sobre ellos (el

sentido es arbitrario) se puede tomar entonces dicha sección como un

cuerpo rígido.

Tomando se deduce que FDF=0, tomando momentos con respecto a H y

teniendo en cuenta el anterior resultado, se concluye que FEF=P y que el

elemento esta a compresión. Por último haciendo se concluye que FDG=P y

38

el miembro DG esta sometido a tracción. Los mismos resultados se obtienen

si se considera la parte izquierda de la armadura.

El método de las secciones es particularmente útil cuando, por alguna

razón, se requiere determinar las fuerzas en algunos elementos en

particular.

39

CAPÍTULO 3. EQUILIBRIO EN LOS PUENTES

Fuerzas que actúen sobre un puente:

CARGAS PERMANENTES:

Peso Propio y Carga Muerta

El peso propio se determinará considerando todos los elementos que sean

indispensables para que la estructura funcione como tal.

La carga muerta referida a la superestructura está compuesta por el peso

del tablero (losa más vigas), del andén, de las barandas, del bordillo y de

todos aquellos elementos que actúen permanentemente sobre el puente.

El peso propio y las cargas muertas serán estimados sobre la base de las

dimensiones indicadas en planos y en cada caso considerando los valores

medios de los pesos específicos.

Empuje de Tierra

Los estribos y otras partes de las estructuras que retienen tierra deberán

diseñarse para resistir las diferentes presiones.

Deformaciones impuestas

Las deformaciones y esfuerzos originados por contracción o por flujo

plástico en elementos de concreto o de madera, los esfuerzos residuales

originados por el proceso de laminado o por la soldadura de elementos de

acero, los posibles defectos de fabricación o de construcción, los

40

desplazamientos de apoyo de diverso origen y otras fuentes de deformación

serán considerados como cargas permanentes

CARGAS VARIABLES:

Cargas durante la construcción

Se considera todas las cargas debidas a pesos materiales y equipos

requeridos durante la construcción así como las cargas del peso propio u

otras de carácter permanente que se apliquen en cada etapa del proceso

constructivo.

Cargas vivas de vehículos

La carga viva para puente de carreteras está conformada por camiones

estándar o líneas de carga que son equivalentes a trenes de camión.

-Camiones estándar

Son de dos tipos: el camión C40-95 y el camión C32-95 que equivale al 80%

de la carga del camión C40-95.

Fuerza Longitudinales

El término de fuerzas longitudinales se refiere a fuerzas que actúan en la

dirección del eje longitudinal del puente, específicamente, en la dirección

del tráfico. Estas fuerzas se desarrollan como resultado del esfuerzo de

frenado y que actúan longitudinalmente sobre los tableros de los puentes, o

el esfuerzo de tracción. En ambos casos, la fuerza de inercia del vehículo se

transfiere al tablero a través de la fricción entre el tablero y las ruedas.

Algunas de estas cargas son aplicadas en la combinación de cargas que

permiten un aumento permisible en la tensión. Es supuesto que la fuerza

longitudinal se transmite al tablero a través de las ruedas de los vehículos

en movimiento. El tablero, a su vez, lo transmite a las vigas que transmiten

la fuerza longitudinal a los soportes en que éstas se apoyan. El efecto de la

fuerza longitudinal en los miembros de la superestructura es muy pequeño,

mientras aquel debido a su rigidez axial es grande, por consiguiente, no es

considerado en su diseño.

41

CARGAS DE VIENTO

Las cargas de viento son el mayor componente de las cargas laterales que

actúan en todas las estructuras. En general, estas son componentes de las

llamadas cargas medioambientales a las que todas las estructuras se

sujetan. Los efectos del viento en las estructuras del puente pueden

estar compuesta por:

- Presiones estáticas del viento.

- Los movimientos dinámicos (oscilatorios) del viento.

- El golpe entre las estructuras adyacentes.

Las presiones estáticas del viento son la causa por la cual un puente puede

deformarse o desviarse.

Los movimientos dinámicos del viento afectarlos claros largos y flexibles de

los puentes, así como puentes en suspensión y puentes de cables

atirantados. Como los puentes son muy propensos a movimientos bajo las

fuerzas del viento, estas pueden causar que éstos oscilen en varios modos

diferentes.

Fuerzas Centrífugas

Se define como la fuerza de inercia que se manifiesta en todo cuerpo hacia

fuera cuando se la obliga a describir una trayectoria curva. Cuando un

puente está ubicado en una curva se debe considerar una fuerza radial

horizontal, la fuerza centrífuga que puede provocar momentos torsores

importantes en la superestructura y esfuerzos cortantes a nivel de los

apoyos y coronamientos de la infraestructura.

Presión de la Corriente

42

El efecto del flujo de agua sobre las pilas y la acumulación de sedimentos,

asumiendo la distribución parabólica de segundo grado para la velocidad de

ésta forma una distribución triangular de presión.

Fuerzas de origen Sísmico

Son fuerzas ejercidas por un terremoto o sismos sobre la estructura de un

puente. Distribución de la fuerza cortante sísmica horizontal a lo largo de la

altura de una estructura debida a los desplazamientos que produce durante

un terremoto. Para un puente de estructura regular, con pesos y alturas de

forjado iguales, así como con distribuciones homogéneas de rigideces y de

masas, es proporcional al peso del forjado en cada nivel y a su distancia

respecto al suelo; siendo su diagrama de cargas triangular de valor cero en

la base y valor máximo en la cubierta. En estructuras con un período de

vibración superior a 0,7 se supone que una porción de la fuerza cortante

total se concentra en la parte superior de la estructura, por el efecto de

látigo de las fuerzas sísmicas. Para sistemas de estructura irregular, la

distribución de las fuerzas viene determinada por las rigideces relativas de

los forjados adyacentes y las características dinámicas de la estructura

Fuerza de tracción

La fuerza de tracción es el esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la

aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a

estirarlo.

En un puente colgante la fuerza de tracción se localiza en los cables

principales.

Un cuerpo sometido a un esfuerzo de tracción sufre deformaciones positivas

(estiramientos) en ciertas direcciones por efecto de la tracción.

La fuerza de tracción es la que intenta estirar un objeto (tira de sus

extremos fuerza que soportan cables de acero en puentes colgantes, etc.)

El hecho de trabajar a tracción todos los componentes principales del

puente colgante ha sido causa del escaso desarrollo que ha tenido este tipo

de puente hasta el pasado siglo; así, ha permanecido en el estado primitivo

que aun se encuentra en las zonas montañosas de Asia y América del Sur

43

(simples pasarelas formadas por trenzados de fibras vegetales) hasta que

se dispuso de materiales de suficiente resistencia y fiabilidad para

sustituirlas.

Cada material posee cualidades propias que definen

su comportamiento ante la tracción. Algunas de ellas son:

elasticidad

plasticidad

ductilidad

fragilidad

Ejemplo de fuerza de tracción:

Cuando te columpias, los tirantes de los que cuelga el asiento del columpio

se encuentran bajo tensión. Por un lado reciben la fuerza de tu peso hacia

abajo y por el otro, la fuerza hacia arriba de los goznes de los que cuelga el

columpio. Pero a diferencia del caso de la silla, las dos fuerzas tienden a

estirar los tirantes; a este tipo de fuerzas se les llama de tensión (también

llamados de tracción.)

Fuerza de compresión

La fuerza de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que

existe dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada

porque tiende a una reducción de volumen o un acortamiento en

determinada dirección.

La fuerza de compresión es la contraria a la de tracción, intenta comprimir

un objeto en el sentido de la fuerza.

44

La fuerza de compresión es un estado de tensión en el cual las partículas se

aprietan entre sí. Una columna sobre la cual se apoya una carga, se halla

sometida a una solicitación a la compresión.

Compresión es el estado de tensión en el cual las partículas se "aprietan"

entre sí. Una columna sobre la cual se apoya un peso se halla sometido a

compresión, por ese motivo su altura disminuye por efecto de la carga.

Las deformaciones provocadas por la compresión son de sentido contrario a

las producidas por tracción, hay un acortamiento en la dirección de la

aplicación de la carga y un ensanchamiento perpendicular a esta dirección,

esto debido a que la cantidad de masa del cuerpo no varía. Las

solicitaciones normales son aquellas fuerzas que actúan de forma

perpendicular a la sección; por lo tanto, la compresión es una solicitación

normal a la sección ya que en las estructuras de compresión dominante la

forma de la estructura coincide con el camino de las cargas hacia los

apoyos, de esta forma, las solicitaciones actúan de forma perpendicular

provocando que las secciones tienden a acercarse y "apretarse".

Un ejemplo de fuerza de compresión es cuando te sientas en una silla, sus

patas se encuentran bajo compresión. Por un lado reciben la fuerza de tu

peso hacia abajo y por el otro, la fuerza hacia arriba. Estas dos fuerzas

tienden a comprimir la pata de la silla. Normalmente las sillas se construyen

con materiales que son muy resistentes a la compresión.

El hormigón es un material que resiste fuertemente a compresión

45

Fuerza gravitatoria

La gravitación es la fuerza de atracción mutua que experimentan los

cuerpos por el hecho de tener una masa determinada. La existencia de

dicha fuerza fue establecida por el matemático y físico inglés Isaac

Newton en el siglo XVII.

En un puente colgante deberá soportar el peso, a través de los cables, y

habrá una tensión y deberá ser mayor del otro extremo, al del peso del

puente en los anclajes (contraria sino el puente se va para abajo). El viento

también se toma en cuenta. Si ya has visto fuerzas vectoriales, es ahí donde

se aplican los principios básicos. Un ejemplo si no te hundes en el piso, es

porque existe una fuerza de igual dirección y magnitud, pero de sentido

contrario.

Fuerza cortante

En piezas prismáticas, las tensiones cortantes aparecen en caso de

aplicación de un esfuerzo cortante o bien de un momento torsor.

En piezas alargadas, como vigas y pilares, el plano de referencia suele ser

un paralelo a la sección transversal. A diferencia del esfuerzo normal, es

más difícil de apreciar en las vigas ya que su efecto es menos evidente.

Ejemplo de fuerzas cortantes:

Pensemos en el puente hecho con un tronco de árbol. Cuando te paras a la

mitad de este puente, el tronco no se estira ni se comprime pero la fuerza

de tu peso tiende a fracturarlo en su centro. La fuerza de tu peso y las que

se generan en los dos puntos de apoyo del árbol sobre el suelo no están

alineadas. A este tipo de fuerzas que actúan en los extremos del tronco y a

la fuerza que se imprime en su parte central, se les llama cortantes, y la

mayoría de los materiales son poco resistentes a ellas.

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CONCLUSION

Un proyecto de construcción de puentes en general, es muy complejo ya que es hacer múltiples estudios donde se utiliza múltiples ciencias como la estática.

La estática es fundamental ya que gracias a ella podemos determinar los esfuerzos a los que es sometido la estructura y por lo tanto hacer un buen apoyo capas de soportar estas fuerzas

Hay multiples fuerzas a las cuales esta sometido el puente por lo que debemos tener en cuenta como estas actúan y como pueden afectar, ya sea deformándolas, como fuerza cortante, etc

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