Informe Final Puente Colgante

"Ao de la Inversin para el Desarrollo Rural y la

Seguridad Alimentaria"

TTULO:

FUERZAS QUE ACTAN EN LA ESTRUCTURA DE UN PUENTE COLGANTE

EQUIPO DE TRABAJO:

ALUMNOS:

GRADO DE ESTUDIOS:

PROFESOR ASESOR:

ESPECIALIDAD:

I.E. : _______________________________

LIMA - 2013

PUENTE COLGANTE Pgina 2

DEDICATORIA

A toda mi familia, y en especial a mis padres por ser los seres ms increbles del mundo y

que nunca dejaron de creer en m y que lograra alcanzar esta meta, gracias por todo su

amor ,cario, comprensin, consejos y de vez en cuando regaos que fueron necesarios

para llegar a ser el hombre que soy.

A mi padre por ser mi mejor amigo, por ser el ejemplo de perseverancia y de positivismo

que siempre he seguido, inculcndome siempre que la mejor manera para solucionar los

problemas que se presentan en la vida es enfrentarlos.

A mi madre por ser una gran mujer a quien admiro y quiero mucho, por darme siempre

buenos consejos, su cario, y llamarme la atencin cuando ha sido necesario.

A mi hermana, por haber sido tolerante conmigo, darme su afecto y extenderme su mano

cuando ms la he necesitado.

A todos ustedes gracias mil gracias, porque sin su apoyo no hubiese alcanzado esta meta

de mi vida, siempre pedir a Dios que los proteja y ayude siempre.


CONTENIDO

Cartula 1

Dedicatoria. 2

Contenido..... 3

I.- Resumen ejecutivo ampliado.. 4

II.- Introduccin.. 5

III.- Problemtica.. 6

IV- Objetivo . 7

V- Justificacin 7

VI.- Breve marco terico 8

6.1.- Conceptos y definiciones

6.2.- fundamento terico

VII.- Solucin del problema.. 16

VIII.-Conclusiones 17

IV.- Referencias Bibliogrficas 18

VIII.- Anexos. 19


I.- RESUMEN EJECUTIVO AMPLIADO

El presente trabajo de investigacin denominado como FUERZAS QUE ACTAN EN

LA ESTRUCTURA DE UN PUENTE COLGANTE ha sido realizado por los

estudiantes, ..con el asesoramiento de su profesor Jorge Huasasquiche Reyes, se

basa fundamentalmente en dar a conocer, identificar, preservar, difundir y recuperar los

conocimientos acerca de las fuerzas que actan sobre la estructura al construir un puente

colgante usando la 3era ley de Newton(ley de accin y reaccin) , adems de los esfuerzos

a los cuales se encuentran sometidos los materiales que conforman el puente (traccin,

compresin, flexin y torsin).

Con este trabajo queremos que la poblacin conozca los beneficios que podemos obtener

al aplicar correctamente las leyes de newton (construccin de diversos puentes). Y a la vez

nos puede beneficiar a proteger obstculos naturales, como valles, ros, lagos o brazos de

mar; y obstculos artificiales, como vas frreas o carreteras, que nos permite pasar sobre

l y con el fin de unir caminos.

En la actualidad los puentes colgantes son muy usados ya que soporta el trfico rodado y

tambin lneas de ferrocarril ligeras, ya que los materiales de la construccin han

mejorado.

En forma especfica nosotros veremos la aplicacin de las fuerzas que actan sobre una

estructura, originando as que cada uno de sus elementos se encuentren sometidos a

distintos esfuerzos (traccin, compresin, flexin y torsin) que se originan en los cables,

bases y columnas que conforman un puente colgante.

Este documento busca fortalecer los conocimientos desarrollados en clase de fsica donde

se observ diversos tipos de fuerzas (tensiones, peso, reaccin normal), con el fin de que

estas experiencias sirvan para todas aquellas personas interesadas en mejorar definiciones

y aplicaciones de trminos en la Ingeniera Civil.

Orgullosamente y con muchas esperanzas esperamos que este canal de comunicacin ms

directo con nuestros usuarios sea acogido por los interesados en el tema y que esta

orientacin permita mostrar las bondades que podemos obtener al saber aplicar las

distintas fuerzas en una determinada estructura, como ejemplo tenemos el puente colgante

Golden Gate Bridge (situado en California, Estados Unidos, que une la pennsula de San

Francisco por el norte con el sur de Marn ,con una Longitud total: 2.737 m y altura de

227 m)


II.- INTRODUCCIN

Un puente colgante es un puente sostenido por un arco invertido formado por numerosos

cables de acero, del que se suspende el tablero del puente mediante tirantes verticales.

Desde la antigedad este tipo de puentes han sido utilizados por la humanidad para salvar

obstculos. Con el paso de los siglos y la introduccin y mejora de distintos materiales de

construccin, este tipo de puentes son capaces en la actualidad de soportar el trfico

rodado e incluso lneas de ferrocarril.

El diseo actual de los puentes colgantes fue desarrollado a principios del siglo XIX. Los

primeros ejemplos incluyen el puente de Menai, el de Conwy, ambos puestos en

funcionamiento en 1826 en el Norte del Pas de Gales, y el primer puente Hammersmith

(1827) en la zona Oeste de Londres. El llamado Golden Gate Bridge, uno de los ms

famosos, y rcord de longitud del vano central durante muchos aos. San Francisco

(California)

Trataremos con claridad algunas definiciones:

*Fuerza es todo aquello capaz de deformar un cuerpo o de modificar su estado de reposo

o de movimiento. Para que exista una fuerza es necesaria la presencia de dos cuerpos que

interaccionen.

* Tensin es un tipo de fuerza, en la cual se acelera un objeto a travs de una cuerda o

algo similar.

* Esfuerzo se refiere a la magnitud de una fuerza aplicada en o sobre una superficie,

dividida entre el rea de dicha superficie. Cada elemento de una estructura puede soportar

esfuerzos diferentes, que pueden ser de traccin, compresin, flexin, cortadura o cizalla y

torsin.


III.- PROBLEMTICA

Al no tener en claro las definiciones de los distintos esfuerzos (traccin, compresin,

flexin y torsin) podemos llegar a tener accidentes que aparte de traer gastos econmicos

puedan cobrar muchas vidas humanas.

Al faltar rigidez el puente se puede volver intransitable en condiciones de fuertes vientos

o turbulencias, y requerira cerrarlo temporalmente al trfico. Esta falta de rigidez

dificulta mucho el mantenimiento de vas ferroviarias, hay que saber que la fuerza

principal en un puente colgante es la tensin que da origen a l esfuerzo de la traccin.

Bajo grandes cargas de viento, las torres ejercen un gran momento (fuerza en sentido

curvo) en el suelo, y requieren una gran cimentacin cuando se trabaja en suelos dbiles,

lo que resulta muy caro.

No todos los puentes colgantes usan estructuras de acero reticuladas para soportar la

carretera (en consideracin a los efectos desfavorables que muestran los puentes con

placas laterales verticales, como se vio en el desastre del puente de Tacoma Narrows)


IV.- OBJETIVO DE LA INVETIGACIN

OBJETIVOS GENERALES

* Dar a entender al mundo entero la importancia de los puentes colgantes en la ingeniera

civil para as poder preservar recursos naturales o poder comunicar ciudades separadas

por algn rio, brazo de mar, precipicios, etc.

* Entender y comprender como es funcionamiento interno de las fuerzas sobre la

estructura de puente colgante, principalmente en los cables y las bases que los sostienen.

OBJETIVO ESPECFICOS

Fortalecer nuestro conocimiento sobre las fuerzas que actan en la estructura de un puente

colgante en la ingeniera civil, ya que en nuestra carrera esto es un tema de suma

importancia para as poder comprender las construcciones e infraestructura.

V.- JUSTIFICACIN DE LA INVESTIGACIN

Este trabajo cuenta con informacin sobre los puentes colgantes y los distintos esfuerzos

(traccin, compresin, flexin y torsin) que se originan por algunas fuerzas (tensin,

peso, reaccin) en los materiales de su infraestructura, tambin se da a conocer la historia

de los puentes, y algunos datos adicionales como es el puente ms largo y significativo en

el mundo actual.


VI.- MARCO TEORICO

*CONCEPTO Y DEFINICIONES BSICAS

ESTRUCTURA: es un conjunto de elementos capaces de soportar fuerzas y trasmitirlas a

los puntos donde se apoya con el fin de ser resistente y estable.

Estas fuerzas que actan sobre una estructura se llaman cargas.

Ejemplo de estructura de un puente colgante

Las CARGAS pueden ser:

El propio peso de la estructura

El peso de los elementos que se colocan sobre ella.

El viento que la empuja, la nieve que se posa sobre ella.

Etc.

TIPOS DE ESFUERZOS

Cuando una estructura est sometida a fuerzas, llamadas cargas, cada uno de sus

elementos est sometido a esfuerzos.

ESFUERZOS: son las fuerzas que aparecen en los elementos de una estructura cuando

est sometida a otras fuerzas o cargas.


Cada elemento de una estructura puede soportar esfuerzos diferentes, que pueden ser de

traccin, compresin, flexin, cortadura o cizalla y torsin.

As definiremos cada una de ellas:

LA FUERZA DE TRACCIN

Es el esfuerzo a que est sometido un cuerpo por la aplicacin de dos fuerzas que actan en

sentido opuesto, y tienden a estirarlo.

En un puente colgante la fuerza de traccin se localiza en los cables principales.

Un cuerpo sometido a un esfuerzo de traccin sufre deformaciones positivas (estiramientos) en

ciertas direcciones por efecto de la traccin.

La fuerza de traccin 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 traccin todos los componentes principales del puente colgante ha sido

causa del escaso desarrollo que ha tenido este tipo de puente hasta el pasado siglo; as, ha

permanecido en el estado primitivo que aun se encuentra en las zonas montaosas de Asia y

Amrica del Sur (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 traccin.


Algunas de ellas son:

elasticidad, plasticidad, ductilidad, fragilidad

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

tensin. 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 tensin (tambin llamados

de traccin.)

FUERZA DE COMPRESIN.

La fuerza de compresin es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un

slido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reduccin de volumen o

un acortamiento en determinada direccin.

La fuerza de compresin es la contraria a la de traccin, intenta comprimir un objeto en el

sentido de la fuerza.

La fuerza de compresin es un estado de tensin en el cual las partculas se aprietan entre s.

Una columna sobre la cual se apoya una carga, se halla sometida a una solicitacin a la

compresin.

Compresin es el estado de tensin en el cual las partculas se "aprietan" entre s. Una columna

sobre la cual se apoya un peso se halla sometido a compresin, por ese motivo su altura

disminuye por efecto de la carga.

Un ejemplo de fuerza de compresin es cuando te sientas en una silla, sus patas se encuentran

bajo compresin. 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 compresin.


FUERZA GRAVITATORIA.

La gravitacin es la fuerza de atraccin mutua que experimentan los cuerpos por el hecho de tener

una masa determinada. La existencia de dicha fuerza fue establecida por el matemtico y fsico

ingls Isaac Newton en el siglo XVII, quien, adems, desarroll para su formulacin el llamado

clculo de fluxiones (lo que en la actualidad se conoce como clculo integral).

Bien aplicando la Tercera Ley de Newton: (por cada fuerza que acta sobre un cuerpo, ste realiza

una fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma: Las

fuerzas siempre se presentan en pares de igual magnitud, sentido opuesto y estn situadas sobre la

misma recta.)

En un puente colgante deber soportar el peso, a travs de los cables, y habr una tensin y deber

ser mayor del otro extremo, al del peso del puente en los anclajes (contraria sino el puente se va

para abajo). El viento tambin se toma en cuenta. Si ya has visto fuerzas vectoriales, es ah donde

se aplican los principios bsicos. Un ejemplo si no te hundes en el piso, es porque existe una fuerza

de igual direccin y magnitud, pero de sentido contrario.

Las principales fuerzas son la carga que tiene que soportar el puente y el peso propio del puente

(por supuesto ah es donde interviene la gravedad).Despus tienes la accin de los vientos, del

agua si est construido sobre ella, etc. Digamos que el aspecto principal a tener en cuenta es que el

puente debe soportar su propio peso y la carga transmitindolo a los cimientos a travs de las

columnas.


FUERZA DE CORTANTE.

La tensin cortante o tensin de corte es aquella que, fijado un plano, acta tangente al mismo. Se

suele representar con la letra griega tau En piezas prismticas, las tensiones cortantes aparecen en

caso de aplicacin 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 seccin transversal (i. e., uno

perpendicular al eje longitudinal). A diferencia del esfuerzo normal, es ms difcil 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 rbol. 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 rbol sobre el suelo no estn alineadas. A este tipo

de fuerzas que actan en los extremos del tronco y a la fuerza que se imprime en su parte central,

se les llama cortantes, y la mayora de los materiales son poco resistentes a ellas.


*FUNDAMENTO TEORICO

De la Tercera Ley de Newton: (Por cada fuerza que acta sobre un cuerpo, ste realiza

una fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra

forma: Las fuerzas siempre se presentan en pares de igual magnitud, sentido opuesto y

estn situadas sobre la misma recta.)

Mira en un puente colgante deber soportar el peso, a travs de los cables, y habr una

tensin y deber ser mayor del otro extremo, al del peso del puente en los anclajes

(contraria sino el puente se va para abajo). El viento tambin se toma en cuenta.

Actualmente los puentes colgantes se utilizan casi exclusivamente para grandes luces; por

ello, salvo raras excepciones, todos tienen tablero metlico. El puente colgante es, igual

que el arco, una estructura que resiste gracias a su forma; en este caso salva una

determinada luz mediante un mecanismo resistente que funciona exclusivamente a

traccin, evitando gracias a su flexibilidad, que aparezcan flexiones en l. 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, tomar la forma necesaria para que en l slo se

produzcan esfuerzos axiles de traccin; si esto lo fuera posible no resistira. Por tanto, la

forma del cable coincidir forzosamente con la lnea generada por la trayectoria de una de

las posibles composiciones del sistema de fuerzas que actan sobre l. Esta lnea es el

funicular del sistema de cargas, que se define precisamente como la forma que toma un

hilo flexible cuando se aplica sobre l un sistema de fuerzas. La curva del cable de un

puente colgante es una combinacin de la catenaria, porque el cable principal pesa, y de

la parbola, porque tambin pesa el tablero; sin embargo la diferencia entre ambas curvas

es mnima, y por ello en los clculos generalmente se ha utilizado la parbola de segundo

grado.


El cable principal es el elemento bsico de la estructura resistente del puente colgante. Su

montaje debe salvar el vano entre las dos torres y para ello hay que tenderlo en el vaco.

Esta fase es la ms complicada de la construccin de los puentes colgantes. Inicialmente se

montan unos cables auxiliares, que son los primeros que deben salvar la luz del puente y

llegar de contrapeso a contrapeso.

La mayora de los grandes puentes colgantes estn situados sobre zonas navegables, y por

ello permite pasar los cables inciales con un remolcador; pero esto no es siempre posible.

Como el sistema de cargas de los puentes es variable porque lo son las cargas de trfico,

los puentes colgantes en su esquema elemental son muy deformables. Este esquema

elemental consiste en el cable principal, las pndolas, y un tablero sin rigidez, o lo que es

lo mismo, con articulaciones en los puntos de unin con las pndolas. En la mayora de los

puentes colgantes, las pndolas que soportan el tablero son verticales.


VII.- SOLUCIN AL PROBLEMA

Actualmente los puentes colgantes se utilizan casi exclusivamente para grandes luces su

estructura es principalmente constituida por un arco invertido (catenaria) que debe ser

enlazado a cada extremo del puente. El tablero suele estar suspendido mediante tirantes

verticales que soportan grandes tenciones.

La suspensin en los puentes ms antiguos puedes hacerse por cadenas o barras

enlazadas. Pero los puentes modernos tienen cables de acero esto es para mayor

redundancia, as mismo las bases estn hechas de fierros y hormign que hacen una base

ms fuerte y estable.

VENTAJAS:

El vano central (abertura, distancia a salvar entre los pilares o columnas del puente)

puede ser muy largo, permitiendo comunicar caones o vas de agua muy largos.

Puede tener la plataforma a gran altura permitiendo el paso de barcos muy altos

No se necesitan apoyos centrales durante su construccin, permitiendo construir sobre

caones o cursos de agua muy ocupados por el trfico martimo.

Siendo relativamente flexible, puede flexionar bajo vientos severos y terremotos donde un

puente ms rgido tendra que ser ms fuerte.

Los cables son individuales permitiendo ser cambiados en el futuro, y as evitar problemas

si este tendra un solo cable


VIII.- CONCLUSIONES

1. Un puente colgante es un puente sostenido por un arco invertido formado por numerosos

cables de acero, del que se suspende el tablero del puente mediante tirantes verticales.

2. Los puentes colgantes conectan barrancos o vas de agua muy anchas, y los que tienen

plataformas muy altas permite el paseo de grandes barrancos,.

3. Los puentes colgantes estn hecho de materiales resistentes que hacen que aguanten su

propio peso y el de otros cuerpos.

4. Las partes de un puente son: Cables principales, encaje, armadura de fuerza, tablero,

tensores, torre y pilar.

5. Los puentes colgantes se sostienen por cuatro fuerzas: la fuerza de traccin, fuerza de

comprensin, fuerza gravitatoria, fuerza cortante.

6. La fuerza de traccin: Se aplica en dos fuerzas opuestas se suelen localizar en los cables

principales y se estira.

7. La fuerza de comprensin: Es lo contrario que la de traccin, es el resultado de

tensiones y presiones se caracteriza por la reduccin del volumen y acortamiento en

direcciones y se mantiene en un estado donde las partculas se aprietan.

8. Fuerza Gravitatoria: Es la atraccin mutua con la Tierra por tener masa, donde soporta

su propio peso y hace una resistencia entre el puente por el material en el que est hecho.

9. Fuerza Cortante: Se presenta en las vigas o pilares en seccin transversal que se puede

representar en planos.

10. Cuando un puente colgante esta en reposo, es decir, sin movimiento, todas las fuerzas

que actan sobre l se encuentran en equilibrio o, en otras palabras, la suma de todas las

fuerzas es igual a cero, se anulan mutuamente.

11. La gravitacin es la fuerza de atraccin mutua que experimentan los cuerpos por el

hecho de tener una masa determinada. La existencia de dicha fuerza fue establecida por el

matemtico y fsico ingls Isaac Newton.

12. Bien aplicando la Tercera Ley de Newton: (por cada fuerza que acta sobre un cuerpo,

ste realiza una fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el cuerpo que la produjo. Dicho

de otra forma: Las fuerzas siempre se presentan en pares de igual magnitud, sentido

opuesto y estn situadas sobre la misma recta.)


IX.- REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Serway Jewet; Fsica para Ciencias e Ingeniera

7 edicin; vol. 1

Editorial CENGAGE LEARNING; 2009; ISBN: 978-970-686-8220

Tipler Mosca; Fsica para la Ciencia y la Tecnologa

5 edicin;

Editorial REVERTE 2005; ISBN: 842-914-41-126

Frederick Bueche Eugene Hetch; Fsica General

10 edicin

Editorial McGRAW-HILL; ISBN-13: 978-970-10-6161-9

Competencias Cientficas 2.

Daniel Alvares Arellano.

Grupo Editorial NORMA.

Miembro de la cmara Nacional de la Industria Mexicana.

Segunda Edicin 2008.

350 pginas.

Ciencias 2 Fsica.

Israel Gutirrez Castillo.

Segunda reimpresin abril 2009.

320 pginas.

Annimo.

Puente Colgante.

http://es.wikipedia.org/wiki/Puente_colgante


ANEXOS


FOTOS SOBRE EL PROCESO DEL PROYECTO


AGRADECIMIENTOS

Se agradece por su apoyo incondicional y motivacin para seguir trabajando en este

proyecto a:

Prof. Asesor: JORGE HUASASQUICHE REYES.

Prof. ____________________________

Prof. ____________________________

Prof. ____________________________

Prof. ____________________________

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