Primer Puente

Descripción:

Puente sobre el río Chiquitayacu

Puente sobre el río Chiquitayacu

Es un puente de hormigón sobre vigas, isostático de un solo tramo, cuya longitud es igual a 25 metros.

Elementos del Puente:

LOS DIAFRAGMAS: El presente puente cuenta con cuatro diafragmas, 2 en los apoyos que son muy importantes, y que a pesar de que las luces sean pequeñas como por ejemplo para puentes de 10 metros de longitud siempre deberán estar presentes.

Para puentes de más de 12 metros se necesitará un diafragma intermedio, dado que este puente cuenta con una luz mayor a 20 metros tenemos 2 diafragmas intermedios.

FUNCIONES:

Su función es ayudarle a que el conjunto trabaje de una manera tridimensionalmente. Como la viga es demasiado alta (aproximadamente: 1.60-1.80 m) sirve de arriostramiento de las

vigas longitudinales, para evitar el pandeo en las mismas.

LOS APOYOS: Son apoyos elastoméricos, están formados a forma de sanduche entre caucho y placas metálicas las mismas que tienen la función de proveer una mayor rigidez, es decir que permite controlar la deformación para que no sea excesiva, puesto que si solo se colocara caucho (Neopreno), el apoyo se desplazará considerablemente, a este tipo de apoyo se le conoce con el nombre de “STUP”

FUNCIÓN:

Evita el contacto directo de la viga de hormigón con el estribo, dado el caso que no se colocara este se produciría fricción entre dichos elementos causado por los desplazamientos a los que está sometido el puente a lo largo de su vida útil y dando como resultado la ruptura del diafragma.

El apoyo permite que el puente se mueva de tal manera que no se generen concentración de esfuerzos.

¿COMO DISEÑO EL DIAFRAGMA?

El diafragma no es más que una viga transversal apoyada sobre las vigas longitudinales, como todos los elementos en puentes, es importante buscar la condición que genera un mayor momento y un mayor cortante.

La diferencia entre el diafragma y las vigas longitudinales es que en las vigas longitudinales entran los tres ejes del camión en distintas posiciones, mientras que en el diafragma máximo nos pueden entrar dos ejes de camión puesto que la separación entre ejes es de (1.80 m), para lo cual debemos buscar la condición más desfavorables o posición crítica para momento y cortante.

VIGAS LONGITUDINALES

La altura máxima de las vigas longitudinales está en función de la luz del puente, mas no del número de vigas en el mismo, por lo tanto nosotros podemos colocar 3 o 4 vigas, considerando que a menor número de vigas más económico es el puente, pero es importante recordar que el diseño está gobernado por la deflexión (deformación que voy a tener) mas no por flexión, y mientras nosotros le demos mayor inercia menor deformaciones obtendremos.

Las deflexiones totales del puente se las puede calcular modelando una viga en programas computacionales, o utilizando formulas aproximadas para vigas isostáticas como por ejemplo:

5w∗l4

385∗E∗I

Donde la inercia se la deberá calcular generando una sola viga T entre las vigas longitudinales, entonces si la inercia de colocar 3 vigas no varía mucho versus colocar 4 vigas, es una recomendación económica colocar solo 3 vigas.

El chaflán generando en las vigas longitudinales es contrarrestar cortante.

Es importante tomar en cuenta que el diafragma no llega hasta la parte inferior de la viga, se recomienda que quede en el orden de los 3/4 de la altura de la viga.

La construcción de las vigas longitudinales se lo realiza primero y se deja chicoteado para posteriormente armar los diafragmas, por cuestiones de encofrados y facilidad del proceso constructivo.

ESTRIBOS Y TRABAS ANTISISMICAS

Son elementos súper rígidos ubicados en los extremos del estribo, se los diseña por lo menos con el 50 por ciento de la acción sísmica y son elementos demasiado armados, su función es evitar el desplazamiento lateral del puente ante la acción del sismo.

En algunos tipos de puentes se suelen utilizar trabas interiores, y de menor altura que las utilizadas en este puente y en forma de “V” es como si la traba se fuera encajonando entre las vigas longitudinales.

JUNTA: Al tener estos apoyos elastoméricos el puente tiene un desplazamiento de 8 a 12 cm (esta capacidad de desplazamiento deberá ser calculada) dependiendo del tipo de apoyo que se haya utilizado, por lo tanto es necesario crear una junta, para proveerle de un espacio donde pueda manejarse estos desplazamientos sin que afecten a los elementos.

Sobre la junta se utiliza una placa o un material que permita la circulación vehicular sin que genere una falta de confort al cruzar por la misma, en este caso se puede ver una junta de caucho bastante moderna

Bajo la junta es importante que no quede hueco se suele utilizar poliestileno expandido como relleno de la junta, entre sus funciones están evitar que se corroa el hormigón y la varrilla, pero en si el poliestileno solo aguanta el impacto por el desplazamiento y una vez que esto suceda el poliestileno se comprimirá y no hará más.

PROTECCIONES

La función de la protección es evitar que el vehículo se salga del camino, contribuyendo al retorno del mismo hacia el camino, más no como el de pasamanos para las personas que circulen la vereda.

Si la protección se la diseña como en este puente, es decir al revés, cuando un vehículo se salga de su camino la protección evitará que se salga, pero al irse deslizando sobre la misma se encontrará con la columneta saliente generando un impacto brusco y causando daños severos.

Es importante recordar que todos los elementos a ser diseñados para un puente se deberán acoger a la normativa establecida por el AASHTO, y para los elementos externos a este (como son los guarda vías) se lo realizará con las normativas propias de carreteras.

Segundo Puente

Descripción:

Puente sobre el río Huataraco

Puente sobre el río Huataraco

Este es un puente de aproximadamente 80 metros de luz, está aun en ejecución, y su construcción está a cargo del Cuerpo de Ingenieros del Ejército.

Es un puente construido en su parte inicial y final, como losa de hormigón sobre vigas de hormigón, y en su parte central con vigas metálicas. También cuenta con dos pilas intermedias.

El tramo central se comporta isostáticamente, y en los tramos extremos tenemos un comportamiento hiperestático, en general el comportamiento del puente es como una viga articulada, cuya función principal es romper la luz en las articulaciones, y reducir los momentos.

La estructura provisional servirá como un apoyo para poder izar las vigas, dada la magnitud de las mismas es muy probable que sea necesario establecer un segundo apoyo en el medio y posiblemente un tercer apoyo al otro extremo del río.

El proceso de lanzamiento de las vigas se realizará con ayuda de grúas y pequeños rodillos, sobre los cuales las vigas serán colocadas.

Las trabas sísmicas: a diferencia del puente anterior estas son bastante pequeñas

Diseño de la Pila Intermedia

Es una pila hueca de aproximadamente 6m, su función es el de un cantiléver para recibir a la viga metálica y que tenga una buena superficie de apoyo.

Dada la luz a cubrir por las vigas metálicas, las reacciones y las fuerzas longitudinales son bastantes grandes, por esta razón necesita de este cuerpo que absorba esas fuerzas

Elementos que se pueden observar:

Contrafuertes: estos contrafuertes se los conoce como pie de rey, cuya funcionalidad es romper la luz, por lo tanto nuestra luz para este caso llega solo hasta el diafragma, en el caso de que no existieran los contrafuertes la luz llegaría hasta la pared de la pila.

Vigas: Para este caso se puede observar 4 vigas longitudinales

Diafragma: a diferencia del puente anterior este diafragma cubre toda la altura de la viga longitudinal.

VIGAS METÁLICAS

Las vigas metálicas están formadas por vigas tipo “I”, constituido por un ala superior, un ala inferior y un alma

ALAS

La particularidad de las alas en este caso es que tienen una sección variable, es decir que el ala va incrementando su ancho conforme se acerca hacia el centro, esto permite a la viga incrementar su inercia en donde sea necesaria.

ARMADO DEL ALMA

Se puede observar un cordón de suelda tanto exterior como interior, este se debe a que el alma está formado por placas que son importadas con dimensiones de (1.22m x 2.44 m), cuyas dimensiones son menores a la altura requerida por la viga para el presente diseño de puente, por lo tanto se coloca un pedazo de placa sobre una placa completa hasta alcanzar la altura requerida.

La colocación de las placas se las realizará en forma intercalada, es decir primero la porción aumentada irá en la parte inferior, segundo irá en la parte superior, tercero en la parte inferior y así consecutivamente de tal manera que se genere una traba en las placas evitando así, la creación de puntos de acumulación de esfuerzos.

Ejecución de la Suelda

La suelda se la deberá realizar tanto en el exterior como en el interior de las placas, para ello primero se sueldan pequeños pedazos metálicos fáciles de remover (con el golpe ligero de una barra), que nos dan la facilidad de alinear acorde al plano cada una de las piezas a ensamblar, para más tarde poder realizar la suelda (a modo de cordón corrido) de tal modo que el comportamiento sea como un solo elemento es decir como un perfil compacto “que es muy importante sobre todo en puentes”.

Existen dos tipos de suelda, la suelda de penetración y la suelda de filete, la primera nos permite rellenar estas juntas que son dejadas para una soldadura optima, la segunda es una soldadura superficial.

REFUERZOS:

Se deben colocar en las zonas donde hay mayor momento, en vigas metálicas los refuerzos se encuentran dados por placas que se sueldan tanto arriba como abajo, en zonas donde se requiera aumentar la inercia.

Al igual que las alas los refuerzos van incrementando su ancho (son de sección variable) según la necesidad de aumentar la inercia en la viga.

Cambio de Sección del Refuerzo

CRITERIOS DE DISEÑO

Como saber ¿dónde se hace el ensanchamiento, o el recorte de los elementos?, como saber ¿dónde necesito mayor inercia en mi puente?, para esto se utiliza un modelo de diseño donde se divide al puente en 20 partes, para lo cual las primeras 10 partes son para el apoyo izquierdo y las segundas 10 para el apoyo derecho, estas 10 secciones nos permiten ir cambiando o modificando de acuerdo a criterios preestablecidos bajo recomendaciones dadas, para establecer hasta que punto yo necesito mayor inercia.

RIGIDIZADORES VERTICALES:

Son elementos metálicos cuya función es la de absorber el cortante en las vigas de acero y evitar el pandeo lateral de la

placa. Existen tres tipos de rigidizadores verticales, el rigidizador de apoyo, el primer rigidizador y los demás.

El primer rigidizador y los demás, hacen las veces de los estribos en vigas de hormigón armado es decir trabajan absorbiendo fuerzas cortante, al colocar los rigidizadores estamos limitando la luz de la placa y por eso decimos que evita el pandeo, porque el pandeo está en función de la luz de la placa en cualquiera de los dos sentidos.

Pero el cortante es una fuerza que trabaja a 45 grados, por lo tanto al poner los rigidizadores generamos un panel que tiene una capacidad de resistir una fuerza cortante, si el panel no tuviera rigidizadores el panel vendría a tener una longitud igual a la luz del puente y por lo tanto la diagonal sería muy baja es decir menos capacidad de cortante, pero mientras más próximos estén los rigidizadores más fuerza cortante puede resistir porque tendría mayor inclinación.

Colocación

Es importante que los rigidizadores no lleguen a topar la parte inferior de la viga es decir que no entren en contacto con el ala inferior, caso contrario les estaríamos dando una superficie de apoyo al rigidizador, y la carga de arriba, el peso de la losa y el peso vehicular estarían transmitiéndose directamente hacia el ala inferior y esta no está diseñada para trabajar con carga puntual, esta separación esta normada (es de 4 a l veces del espesor de la placa).

RIGIDIZADOR DE APOYO

Su trabajo es el de transmitir la carga de arriba, la losa y los vehículos, a las pilas y los estribos.

Su diseño se lo realiza a compresión, es bastante reforzado ya que tiene doble diafragma vertical y el elemento de apoyo tiene el doble de espesor que los elementos restantes

El área de apoyo no es igual al área de contacto, el área de apoyo viene a ser la parte rayada en la figura que se utiliza para calcular el esfuerzo a compresión en el área de acero resistente, y para calcular el área de compresión en el hormigón ahí si utilizamos toda el área de la placa.

RIGIDIZADORES HORIZONTALES:

Es un elemento que me permite disminuir el espesor del alama, su uso no es indispensable es decir que nosotros podemos o no colocarlo, pero al colocarlo el código nos permite reducir en un porcentaje el espesor del alma, siendo esto determinado de acuerdo a un análisis costo beneficio.

La altura a colocar el rigidizador será a una altura d/5 donde d es la altura del alma.

ARRIOSTRAMIENTOS

Tenemos dos tipos de arriostramiento, verticales y horizontales.

ARRIOSTRAMIENTOS HORIZONTALES

Los arriostramiento verticales se comportan como un diafragma y son conocidos como tal, pero tanto los arriostramientos verticales y horizontales tienen la función de absorber la fuerza del viento y la transmite hacia los apoyos.

La fuerza del viento empuja perpendicularmente a la viga vertical, y como la viga vertical es bastante esbelta por sí sola no podría resistir dicha fuerza, generando daños sobre la misma como (flejar,

pandear), para que esto no suceda y para generar un volumen que sea el que se oponga a la fuerza del viento.

Su diseño se lo realiza directamente con la fuerza del viento es decir, que nosotros cargamos esta fuerza en los nudos y analizamos como las diagonales absorben la fuerza del viento.

Por resistencia se recomienda que para puentes el espesor no sea menor que 8 mm.

CONECTORES DE CORTE

Son canales cuya función es la de garantizar que la losa que es colaborante, resistente, trabaje como un solo cuerpo con la viga de acero, en el caso de no colocarlos la losa de hormigón se podría desprender fácilmente, por la acción de fuerzas cortantes que es la fuerza longitudinal que tarta de separar a los dos cuerpos, por eso es importante diseñarlas, para este caso tenemos perfiles (UPN s) que son laminados en caliente.

En el diseño se deberá contemplar las dimensiones del canal a colocar como conector de corte y la separación de los mismos.

CAMBER

Se denomina así a la contra-flecha que tiene la viga, que se utiliza para contrarrestar las deformaciones ocasionadas por carga muerta de la viga, es decir que una vez que las vigas hayan sido colocadas en su lugar, se haya fundido la losa, y el puente este completamente terminado, este camber tenderá a desaparecer dejando al puente prácticamente horizontal.

Si no se dejará este camber, se generaría una forma de batea en el puente, lo que ocasionaría la acumulación del agua en la parte central del puente, y complicando la circulación vehicular.

CORTAPANDEOS

Entre diagonales se pueden observar unas pequeñas placas que sirven para aumentar la longitud de soldadura, y a su vez sirven de corta pandeos, es decir que dividen la luz de la barra en dos partes y por efecto el pandeo se divide a la mitad, aumentando la capacidad de soporte del material.

La forma de mejorar la características de un material es aumentando su radio de giro, para ello tenemos la opción de soldar dos perfiles espalda contra espalda de tal modo que su centro de gravedad quede en la mitad lo que obligaría a utilizar el radio de giro “x” que mucho mayor.

Tercer Puente

Descripción:

Puente del Coca sobre el Río Napo

PUENTE DEL COCA SOBRE EL RÍO NAPO

Es un puente atirantado, con torres de 85 metros (que lo convierten en el más alto del país), une de forma rápida y segura a las parroquias de García Moreno, La Belleza, Dayuma, Taracoa e Inés Arango con el cantón Francisco de Orellana (llamada también El Coca). Posee una longitud total de 740 metros, por 16,40 metros de ancho y el tablero se encuentra a una altura de 15 metros sobre el nivel del agua.Se pudo observar que el puente tiene una especie de caja formada por anillos, la misma que absorbe la energía de resonancia, provocada por los movimientos periódicos que se producen en el puente, no la energía sísmica .

Para la cimentación de este puente se utilizaron los pilotes.

Claramente se puede el detalle de unión de las vigas que corresponden a una unión empernada, que prácticamente es la más económica de las uniones comparada con la soldadura, para esto se emplean pernos hexagonales, tuercas y placas, tanto arriba como debajo de las vigas, debido a que las vigas están besadas.

Es importante mencionar que durante en diseño, para determinar la resistencia de la viga en ese punto, se trabaja con el área verdadera es decir, área total menos área hueca.

Al observar las vigas tipo I, tanto longitudinales como transversales, podemos darnos cuentas que prácticamente, todas trabajan como un conjunto de vigas principales y vigas secundarias con rigidizadores cada una, que a la vez disminuye su dimensión.

Aquí se puede

observar también que las vigas secundarias van disminuyendo su sección, esto se debe a que la carga que van a resistir es menor y también a la presencia de los tirantes.

Aquí se puede observar las vigas tipo I de hormigón pretensado,que están diseñadas para generar una perfecta adherencia con el hormigón de la losa. Son utilizadas en todo tipo de losas como elementos resistentes, reduciendo significativamente los pesos estructurales y facilitando el colocado de las losas, reduce de manera importante los tiempos de ejecución de obra y baja los costos de mano de obra significativamente. Los chaflanes en las vigas, absorven el corte con una armadura mínima.

Se puede ver los rigidizadores en el alma de las vigas, que evitan el pandeo al reducir su longitud.

Ya una vez en el puente, se pudo observar las juntas, que estaban hechas de neopreno, que prácticamente es un caucho resistente a la presión que se va a produciré en esa zona.

Prácticamente las juntas, están conformadas por capas de neopreno y metal, como se puede ver:

Aquí se ve claramente la estructura de una junta:

Se puede ver que entre las ‘protecciones’ hay espacios, que antes estuvieron ocupados por planchas de espuma flex.

Las protecciones del puente, corresponden a tubos metálicos que a simple vista, con cumplían con el objetivo principal de las mismas, que es regresar al auto al carril, en caso de que pierd la dirección.

Estos elementos que se asemejan a un tubo, son los portodences, que están soldados y coinciden con la viga transversal.

Cuarto Puente

Descripción:

Puente sobre el río Payamino

Puente sobre el río Payamino

Con este puente recordamos el funcionamiento de las celosías, los detalles de unión, los tipos de unión y los más convenientes, etc.

El par de fuerzas que normalmente absorbe el momento flector de la viga, ese es el concepto del funcionamiento de las celosías como elemento estructural.

También se enfatizó en la longitud de las diagonales, que no pueden ser mayores a 3 metros, porque como todos conocemos, uno de los mayores problemas de los elementos esbeltos es el pandeo, un problema que al darse, no se puede solucionar por completo, generando deficiencias en el funcionamiento del elemento y disminuyendo a la vez su capacidad resistente.

Una de las soluciones para esto es disminuir la longitud del elemento, colocando más diagonales en la parte media de cada elemento.

Otro de los temas importantes son las uniones de las placas que también eran empernadas.

Es conveniente recordar que en la union estructura-suelo se utiliza una canastilla de anclaje, para asegurar la estabilidad del elemento anclado ahí.