PUENTES Tablero, Estribos, Pilas y Fuerzas de Frenado
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TABLERO
El tablero o losa del puente está constituido por los elementos
estructurales que soportan en primera instancia las cargas de los vehículos
para luego transmitir sus efectos a la carga principal. Cuando es de madera
se le llama “tablero” y cuando es de concreto y metal se le llama “losa”.
El tablero es la extensión física de la calzada atreves de un obstáculo
a ser cubierto. El tablero es una losa de concreto reforzado. Su función
principal es de distribuir las cargas transversales a lo largo del perfil
transversal del puente. La cubierta descansa o esta integrada con un marco
u otro sistema estructural diseñado para distribuir cargas longitudinalmente a
lo largo del puente.
ACCESORIOS DEL TABLERO
Un puente forma parte de una facilidad de transporte y camotal, el
tablero deber satisfacer los requisitos de funcionalidad que se establecen en
las Normas y Especificaciones correspondientes es por ello que por ejemplo
en el tablero se deben colocar elementos accesorios como veredas,
barandas, etc que en general constituyen carga muerta adicional. En los
puentes de ferrocarril se coloca balasto, durmientes y rieles y en los puentes
para trenes eléctricos de transporte rápido masivo los rieles se colocan sin
utilizare balasto generalmente, con lo que se reduce el peso muerto y bajan
los costos de mantenimiento.
ESTRUCTURA PORTANTE PRINCIPAL
Se denomina así al sistema estructural que soporta al tablero y salva
el vano entre apoyos transmitiendo las cargas a la subestructura. Es el
elemento resistente principal del puente, en un puente colgante seria el
cable, en un puente en arco seria el anillo que forma el arco, etc.
También son parte de esta:
a) Las vigas
b) Diafragmas
c) Capa de rodadura
d) Barandas
e) Postes
f) Pasamanos
En el caso de puentes para ferrocarriles se tuviera:
a) Las rieles
b) Los durmientes.
a) VIGAS TRANSVERSALES.
Reciben esta denominación por ser los elementos que permiten salvar
el vano, pudiendo tener una gran variedad de formas como con las vigas
rectas, arcos, pórticos, reticulares, etc. Las vigas secundarias paralelas a las
principales, se denominan longueras.
b) DIAFRAGMAS
Los diafragmas son considerados como elementos simplemente
apoyados, que sirven como rigidizadores entre vigas, y que a su vez
transmiten fuerzas a las vigas longitudinales a través del cortante vertical, el
cual es transmitido por el apoyo directo de la losa sobre la viga y por medio
de varillas de acero que traspasan la viga longitudinal. Son vigas
transversales a las anteriores y sirven para su arriostramiento En algunos
casos pasan a ser vigas secundarias cuando van destinadas a transmitir
cargas del tablero a las vigas principales estas vigas perpendiculares pueden
recibir otras denominaciones como ser viguetas o en otros casos vigas de
puente.
c) CAPA DE RODADURA.
La capa de rodamiento es esa parte de la sección transversal de losa
que resiste el uso de tráfico. En algunos ejemplos esta es una capa separada
hecha de material bituminoso, mientras que en otros casos es una parte
integral de la losa de concreto. La capa de rodadura de un puente recibe una
combinación de ataques cada día en que la misma es utilizada que
comprometen la durabilidad y funcionalidad de la misma.
Estos ataques son:
a) Ataque químico.
b) Ataque Mecánico.
c) Abrasión.
d) BARANDAS.
Son elementos de seguridad que se encuentran a los costados del
puente, su función es la de canalizar el tránsito y eventualmente evitan la
caída de vehículos y personas.
Las normas AASHTO definen 3 tipos de barandales: peatonales, para
bicicletas y para tráfico. Estos tipos de barandales también pueden
combinarse entre sí, para convertirse en tráfico – bicicleta, trafico – peatonal,
peatonal – bicicleta.
e) POSTES.
Un poste, por lo tanto, puede brindar soporte a algo. Se conoce como
poste de luz a aquél que permite el tendido del cableado eléctrico o que tiene
un foco en su parte superior para iluminar un espacio público. Los
alambrados, por otra parte, cuentan con postes que sirven para el despliegue
de los alambres. Se trata de una columna, una madera, una piedra u otro
elemento que se coloca de manera vertical y que sirve de apoyo o de señal
f) ARRIOSTRAMIENTO.
Permiten mantener los elementos estructurales en posición correcta,
se usan generalmente en las estructuras metálicas, y según su ubicación en
la estructura puede clasificarse como:
Arriostramiento del portal: El arriostramiento del portal se
encuentra en la parte superior en los extremos de una armadura de paso a
través y proporciona estabilidad lateral y transferencia de cortante entre
armaduras.
Arriostramiento transversal: Los puntales transversales son
miembros estructurales secundarios que se atraviesan de lado a lado entre
armaduras en nudos interiores y al igual que el arriostramiento del portal
proporcionan estabilidad lateral y transferencia de cortante entre armaduras.
Arriostramiento lateral superior: Los puntales laterales
superiores están situados en el plano de la cuerda superior y proporciona
estabilidad lateral entre las dos armaduras y resistencia contra los esfuerzos
provocados por el viento.
Arriostramiento lateral inferior: Los puntales laterales
inferiores están situados en el plano de la cuerda inferior y proporcionan
estabilidad lateral y resistencia a los esfuerzos por viento.
g) PASAMANO
Elementos de madera que suelen colocarse en cubierta y cuya función
es que nos podamos sujetar, Parte superior de una barandilla en la que se
empotran los balaustres y que sirve de protección o apoyo.
En el caso de puentes para ferrocarriles se tuviera:
a) LAS RIELES.
Se denomina riel, carril, raíl o trillo a cada una de las barras metálicas
sobre las que se desplazan las ruedas de los trenes y tranvías. Los rieles se
disponen como una de las partes fundamentales de las vías férreas y actúan
como soporte, dispositivo de guiado y elemento conductor de la corriente
eléctrica. La característica técnica más importante del ferrocarril es el
contacto entre el riel y la rueda con pestaña, siendo sus principales
cualidades su material, forma y peso.
b) LOS DURMIENTES.
En vías férreas, los durmientes son los elementos transversales al eje
de la vía que sirven para mantener unidos y a la vez a una distancia fija
(galga o trocha) a los dos carriles (rieles) que conforman la vía, así como
mantenerlos unidos al balasto, trasmitiendo el peso del material rodante al
balasto y por intermedio de éste al suelo. También cumplen la función de dar
peso al conjunto, de manera que la geometría inicial del trazado se
mantenga en la mayor medida posible. Se fabrican de diversos materiales,
entre ellos madera, hierro y hormigón. Las traviesas de hormigón pueden ser
mono bloque o bibloque; las primeras están formadas por una sola pieza de
hormigón armado, mientras que las traviesas bibloque constan de dos piezas
de hormigón unidas por una barra de hierro (riostra).
ESTRIBOS.
Estructura que soporta el extremo de un tramo de puente y
proporciona apoyo lateral para el material de relleno sobre cual descansa el
camino inmediatamente adyacente al puente.
En la práctica se pueden utilizar diferentes tipos de estribos,
incluyendo:
Estribo Corto − Los estribos cortos están ubicados en o cerca de la
parte superior de los rellenos utilizados como acceso al puente; la
profundidad del muro de retención encima del asiento del puente es
suficiente para acomodar la profundidad de la estructura y los apoyos que
descansan sobre el asiento.
Estribo de Profundidad Parcial − Los estribos de profundidad parcial
están ubicados aproximadamente a la mitad de la profundidad de la
pendiente frontal del terraplén de acceso. Su muro de retención encima del
asiento y muros de ala de mayores dimensiones pueden retener material de
relleno, o bien la pendiente del terraplén puede continuar detrás del muro de
retención encima del asiento del puente.
En este último caso debe haber una losa de acceso estructural o el
diseño del tramo final debe cubrir el espacio sobre la pendiente del relleno y
se deben proveer muros de cortina para cerrar el espacio abierto. Para este
tipo de estructura se debe prever que sea posible realizar inspecciones.
Estribo de Profundidad Total − Los estribos de profundidad total
están ubicados aproximadamente en el frente de la base del terraplén de
acceso, restringiendo la abertura debajo de la estructura.
Estribo Integral − Los estribos integrales están rígidamente unidos a
la superestructura y son soportados por zapatas o fundaciones profundas
capaces de permitir los movimientos horizontales necesarios.
Los estribos, como son muros de contención, pueden ser de concreto
simple (estribos de gravedad), concreto armado (muros en voladizo o con
pantalla y contrafuertes), etc.
PARTES QUE COMPONEN UN ESTRIBO.
Un estribo se compone de partes principales:
1) La cimentación.
En la parte enterrada en el terreno, recibe empuje de tierras por todos
sus lados y que por consiguiente se anulan. Sirven para alcanzar el terreno
resistente.
2) Elevación.
Es la parte del estribo que sobresale del terreno soportando el empuje
de las tierras. La elevación del estribo comprende: El cuerpo y las alas.
En el cuerpo del estribo está situado la cajuela en la cual se aloja el
puente.
3) Alas del estribo.
Las alas del estribo son las que van a soportar el relleno que se hará
entre el estribo y la carretera y su longitud será lo primero que
determinaremos.
Por su forma los estribos pueden ser:
a) Estribos con alas inclinadas o estribos en V.
Las alas que contiene el relleno forman un ángulo con el cuerpo del
estribo menor de 90°, este ángulo es medido en el diedro formado por las
caras internas del estribo o sea las que están en contacto con el relleno.
Generalmente el ángulo formado es de 45°, dependiendo de cada caso de la
topografía del terreno. Las alas son de altura variable ya que la altura de
relleno que esta sostiene va disminuyendo conforme se alejan al borde del
camino. Los estribos de estas alas pueden ser de capas de madera, pilotes
de concreto, concreto ciclópeo o concreto armado y en este último caso
pueden ser en cantiliver o con contrafuertes.
b) Estribos con alas perpendiculares o estribos en U.
En esta clase de estribos las alas son perpendiculares al eje del
cuerpo del estribo, y actúa como un cantiviler empotrado.
Las alas son de altura constante e igual a la del estribo, ya que
sostiene la misma altura de relleno. Esta clase de estribos pueden ser de
concreto ciclópeo, concreto armado, etc. Igual que las anteriores.
c) Estribos T.
Esta clase de estribos carece de alas de contención de relleno. Está
formado por una pared o cuerpo que recibe el estribo por una pared
perpendicular a la anterior en el eje de esta, que está rodeada por sus dos
lados con los derrames del relleno, la parte superior de la pared se ensancha
de manera de constituir el acceso del puente para el tráfico. La parte inferior
se ensancha también constituyendo la zapata. Esta clase de estribos se usa
exclusivamente en gradas.
d) Estribos de cajón o celulares.
Este tipo de estribos empleados en el caso de que la altura total del
estribo sea grande, tiene el objeto de evitar el trabajo en cantiliver del estribo,
haciéndolo trabajar como losa armada horizontalmente. El cajón inicial
originado al unir los extremos de las alas con una pared paralela al cuerpo
del estribo, puede subdividirse en celdas más pequeñas con el objeto de
tener menores espesores en las paredes.
e) Estribos pilares.
Cuando se tiene que el estribo colocado a orillas de una vía de
comunicación o a la orilla de un rio, necesitan una altura exagerada, puede
resultar más económico prolongar el puente dejando convertido al estribo en
pilar y colocar para recibir el tramo adicional un estribo, que por estar fuera
de la zona del río no necesita alas, pudiendo el relleno rodear al estribo, a
este estribo se le denomina estribo pilar.
f) Estribos de arco.
Estos estribos soportan el empuje del arco, tienen un lineamiento que
son sustancialmente diferentes a los estribos anteriores.
PILARES
Se llama pilar al apoyo intermedio de un puente que recibe la reacción
de dos tramos adyacentes.
Se puede demostrar que el menor costo del conjunto es cuando el
costo de un pilar es igual al costo de las vigas principales de uno de los
tramos adyacentes. El costo de un pilar no varía generalmente con el tamaño
del puente que se apoya sobre el (reacción de los tramos adyacentes). No
depende de la longitud del tramo sino de las condiciones de cimentación que
son:
a) Altura de las aguas mínimas.
b) Calidad del terreno.
Varía también con la altura del pilar, en la cual la fuerza de volteo tiene
un gran brazo de palanca, una vez fijado el número de pilares viene su
ubicación teniendo en cuenta las siguientes condiciones:
a) Mínimo costo combinado de sub-estructura y súper-estructura.
b) Obtener una cimentación segura dando origen a que los tramos
sean simétricos.
c) Causar el menor desarreglo en la corriente del río.
CLASES DE PILARES
En cuanto a la clase de materiales pueden ser.
a) Albañilería de piedra o de concreto ciclópeo.
b) Pilares de concreto armado.
c) Pilares de perfiles de acero.
En cuanto a su forma:
a) Muros: Aquel que está por un sólido, es decir por una sola
pared, ejemplo: El puente Chancay.
b) Pilar Columna: Que está formado por columnas y unidas en su
parte superior por una solera, ejemplo: puente de Chillón.
c) Pilar en T: O columna cónica son solamente de concreto
armado, ejemplo: Puente Chagual en la carretera Huamachuco – Pata.
d) Pilar Cepa: Constituido por una serie de pilotes con una solera,
pueden ser de concreto armado, de perfiles de acero y de madera, ejemplo:
Puente Bocapan en la carretera Sullana – Tumbes.
e) Pilar de Celosía: Que viene a ser una torre de concreto armado.
f) Pilar de Arco
PARTES DE UN PILAR.
.Consta de dos partes: Cimentación y Elevación.
a) La cimentación puede estar constituida por un macizo de
concreto ciclópeo, un cajón o pilotes.
b) La elevación toma todas las formas que hemos citado
anteriormente, teniendo además un elemento adicional llamado: Taja–mar o
taja-agua, situado a ambos lados pero necesariamente aguas arriba,
colocándolos aguas abajo para evitar remolinos y cuando se trata de pilar o
de pilotes no es necesario colocar tajamares, ni tampoco en los pilares de
celosía, pero si es necesario colocarles una malla que impida que los
elementos arrastrados por el agua quede enredado en la celosía.
FUERZAS DE FRENADO
Las grúas ejercen sobre los caminos de rodadura esfuerzos
horizontales en sentido longitudinal y transversal además de los verticales.
Según la Norma DIN 120, ha de considerarse a la altura del borde superior
del carril, en sentido longitudinal, 1/7 de la carga que actúa sobre las ruedas
frenadas, y en sentido transversal 1/10 de las cargas máximas que actúan
sobre cada una de las ruedas y para la posición más desfavorable del carro.
Se buscan los máximos esfuerzos horizontales sobre la viga del camino de
rodadura izquierdo. Para carga máxima y posición del carro más
desfavorable.
Se define como la fuerza de inercia que se manifiesta en todo cuerpo
hacia fuera cuando se la obliga a describir una trayectoria curva. Es igual y
contraria a la centrípeta (inercia es la resistencia que oponen los cuerpo a
cambiar su estado o la dirección de su movimiento) ver figura.
Cuando un puente está ubicado en una curva, o es de planta en
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.
Esta fuerza es igual a un porcentaje de la carga viva sin impacto,
aplicada en todas las fajas de tráfico, de acuerdo a la siguiente fórmula:
Donde:
Co = fuerza centrífuga en porcentaje de la carga viva sin impacto
V = velocidad de diseño en Km/hr.
R = radio de curvatura en metros.