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Universidad de San Carlos

Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil

INDICE

1. ASPECTOS GENERALES

1.1.GENERALIDADES

1.2.TIPOS DE OBRA DE DRENAJE MENOR Y MAYOR

1.3.MATERIALES

1.4.TIPOS DE DE PUENTES

1.5.LOCALIZACION DE ESTRUCTURAS

2. PRESENTACION VISUAL

2.1.PUENTES DE CONCRETO

2.2.PUENTES DE METAL

2.3.BOVEDAS Y ALCANTARILLAS

2.4.PUENTES BAILEY

2.5.DAÑOS A LOS PUENTES CAUSADOS POR EL HURACAN MITCH

3. BOVEDAS Y ALCANTARILLAS

3.1.AREA DE DESCARGA

3.2.INFORMACION GEOMETRICA DE LA CARRETERA

3.3.PARTES GENERALES

3.4.ARCO Y MURO

3.5.CALCULO DE LONGITUD

3.6.CABEZALES Y ALETONES

3.7.RELLENOS ESTRUCTURALES Y TALUD

3.8.OBRAS DE PROTECCION

4. ASPECTOS HIDRAULICOS E HIDROLOGICOS

4.1.CRECIDAS MAXIMAS Y EXTRAMAXIMAS

4.2.AREAS DE CUENCAS

4.3.OBRAS DE PROTECCION

5. ANALISIS DE CARGAS, TIPOS Y APLICACIONES



5.1.TIPOS DE VEHICULOS PARA DISEÑO

5.2.CARGAS VIVAS Y MUERTAS

5.3.CARGAS DE IMPACTO

5.4.CARGAS DE FRENADA

5.5.CARGAS DE SISMO

5.6.FUERZAS LONGITUDINALES Y TRANSVERSALES

6. CONSIDERACIONES DEL DISEÑO ESTRUCTURAL

6.1.NORMATIVAS EXISTENTES

6.2.TIPOS DE ESTRUCTURA

6.3. LOCALIZACION

7. DISEÑO DE SUPERESTRUCTURA

7.1.GEOMETRIA

7.2.LOSA ENTRE VIGAS

7.3.CALCULO DE CARGAS Y MOMENTOS ULTIMOS

7.4.CALCULO DE ACERO TRANSVERSAL

7.5.CALCULO DE ACERO LONGITUDINAL

7.6.CALCULO DE ACERO POR TEMPERATURA

7.7.ESQUEMA GENERAL FINAL

8. DISEÑO DE DIAFRAGMAS Y VIGAS

8.1.GEOMETRIA

8.2.GENERALIDADES DE LOS DIAFRAGMAS

8.3.CALCULO DE CARGAS

8.4.CALCULO DE REFUERZOS

8.5.GENERALIDADES DE LAS VIGAS

8.6.CALCULO DE CARGAS Y ANALISIS DE REACCIONES

8.7.LINEAS DE INFLUENCIA

8.8.CALCULO DE REFUERZOS

9. MANTENIMIENTO DE PUENTES DE CONCRETO Y METAL



9.1.GENERALIDADES DEL MANTENIMIENTO

9.2.PRESENTACION SOBRE ACTIVIDADES DE MANTENIMIENTO

9.3.SAND BLAST

9.4.PINTURA

9.5.OTROS



CONTENIDO CURSO PUENTES

COD. 332

1.ASPECTOS GENERALES

1.1. GENERALIDADES

Los puentes son estructuras que proporcionan una vía de paso para salvar obstáculos sobre ríos, lagos quebradas, valles, carreteras, líneas férreas, canalizaciones, etc.

Son diversos los materiales que se han ido empleando en la construcción de puentes: madera, piedra, hierro, hormigón, ladrillo, aluminio y actualmente se han empezado a utilizar materiales compuestos formados por fibras de materiales muy resistentes incluidos en una matriz de resina. Y es la resistencia específica del material la que determina en mayor medida las posibilidades de las estructuras.

Los puentes pueden clasificarse en diferentes tipos, de acuerdo a diversos conceptos como el tipo de material utilizado en su construcción, el sistema estructural predominante, el sistema constructivo utilizado, el uso del puente, la ubicación de la calzada en la estructura del puente, etc.

En cuanto a los elementos que componen un puente se dividen fundamentalmente de dos partes: la superestructura y la infraestructura.

Los puentes deben ser inspeccionados con cierta regularidad (2 años) y se utilizan para ello métodos tradicionales y medios específicos. Las técnicas no destructivas son: endoscopía y cámara con control remoto, termografía, fotogrametría y topografía convencional y ensayos no destructivos.

La calidad de las estructuras y de los elementos prefabricados como tubos, vigas, etc., se realiza mediante toma de muestras, ensayo de materiales, control de fabricación, control en obra y pruebas en obra.

1.2.TIPOS DE OBRAS DE DRENAJE MENOR Y MAYOR

Las obras de drenaje son elementos estructurales que eliminan la inaccesibilidad de un camino, provocada por el agua o la humedad.

Los objetivos primordiales de las obras de drenaje son:

a. Dar salida al agua que se llegue a acumular en el camino. b. Reducir o eliminar la cantidad de agua que se dirija hacia el camino. c. Evitar que el agua provoque daños estructurales.

De la construcción de las obras de drenaje, dependerá en gran parte la vida útil, facilidad de acceso y la vida útil del camino.

http://www.miliarium.com/monografias/Puentes/Materiales.asp

http://www.miliarium.com/monografias/Puentes/Resistencia.asp

http://www.miliarium.com/monografias/Puentes/TiposPuentes.asp

http://www.miliarium.com/monografias/Puentes/Elementos.asp


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil OBRAS DE DRENAJE MAYOR

Las obras de drenaje mayor requieren de conocimientos y estudios especiales, entre ellas podemos mencionar los puentes, puentes –vado y bóvedas.

Aunque los estudios estructurales de estas obras son diferentes para cada una, la primera etapa de selección e integración de datos preliminares es común.

Así con la comparación de varios lugares del mismo río o arroyo elegiremos el lugar mas indicado basándonos en el ancho y altura del cruce, de preferencia que no se encuentre en lugares donde la corriente tiene deflexiones y aprovechando las mejores características geológicas y de altura donde vamos descendiendo o ascendiendo con el trazo.

Las bóvedas de medio punto (FIG.1) construidas con mampostería son adecuadas cuando requerimos salvar un claro con una altura grande de la rasante al piso del rio.

Los vados son estructuras muy pegadas al terreno natural, generalmente losas a piso, tienen ventajas en cauces amplios con tirantes pequeños y régimen torrencial por corto tiempo. La construcción de vados es económica y accesibles a los cambios rurales por el aprovechamiento de los recursos del lugar, ya que pueden ser construidos de mampostería, concreto simple, ciclópeo y hasta de lamina. Su diseño debe evitar provocar erosión aguas arriba y aguas abajo, además de evitar que se provoque régimen turbulento que también son causa de socavación.

El puente – vado (FIG.2), es una estructura en forma de puente y con características de vado, que permite el paso del agua a través de claros inferiores en niveles ordinarios, y por la parte superior cuando se presentan avenidas con aguas máximas extraordinarias.

La altura de la obra debe permitir que cuando se presenten avenidas en aguas máximas extraordinarias los árboles u objetos arrastrados no dañen la estructura.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8a/Arcomediopunto.png



Los puentes son estructuras de mas de seis metros de claro, se distingue de las alcantarillas por el colchón que estas levan en la parte superior.

La estructura de un puente esta formada por la infraestructura, la subestructura y la superestructura.

La infraestructura se manifiesta en zapatas de concreto o mampostería, cilindros de cimentación y pilotes. La subestructura forma parte de un puente a través de pilas centrales, estribos, columnas metálicas sobre pedestales de concreto, caballetes de madera, etc. la superestructura integra la parte superior de un puente por medio de través de concreto o metálicas, vigas y pisos de madera, losas de concreto, nervaduras armadas de fierro, madera, cable, etc.

http://www.google.com.gt/imgres?imgurl=http://diariodeunabecaria.files.wordpress.com/2009/02/puente_de_alcantara_3.jpg&imgrefurl=http://diariodeunabecaria.wordpress.com/2009/02/20/el-puente/&usg=__cj0Nr8XlRRbq4caHlyZ-QWaUmFA=&h=944&w=1019&sz=235&hl=es&start=2&um=1&itbs=1&tbnid=q4pK9uA81cTVhM:&tbnh=139&tbnw=150&prev=/images?q=PUENTE&um=1&hl=es&tbs=isch:1


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil OBRAS DE DRENAJE MENOR

Las alcantarillas son estructuras transversales al camino que permiten el cruce del agua y están protegidas por una capa de material en la parte superior, pueden ser de forma rectangular, cuadrada, de arco o tubular, se construyen de concreto, lamina, piedra o madera.

Para canalizar el agua se complementan con muros o aleros en la entrada y salida, podemos decir que actualmente en los caminos rurales, las mas usuales son las alcantarillas laminares.

Drenaje subterráneo.- el drenaje subterráneo es un gran auxiliar para eliminar humedad que inevitablemente ha llegado al camino y así evitar que provoque asentamientos o deslizamientos de material.

Son usuales los drenes ciegos que consisten en zanjas bajo las cunetas rellenas con material graduado con una base firme que evite filtraciones mas allá de donde se desea, dirigiendo el agua hacia un lugar donde se le pueda retirar de manera superficial del camino, las dimensiones varían según las características hidrológicas del lugar donde se van a construir, son funcionales en varios tipos de camino. La plantilla de estos es de 45 cm. Y de 80 a 100 cm. De profundidad, el material se graduara cuidadosamente en capas con tamaños uniformes.

También se usan con el mismo fin drenes con tubos perforados que recogen el agua de la parte inferior del camino bajo las cunetas, su construcción consiste en la apertura de una zanja para colocar un tubo de barro o concreto que canalice el agua.

El cuidado con que se coloquen los tubos, la determinación de su diámetro y resistencia, influirá en la funcionalidad y duración del dren.

El diámetro no será menor a quince centímetros con numerosas perforaciones, rellenando con material adecuado para evitar taponamientos que junto con las roturas del tubo, son las principales fallas de este tipo de drenaje.

Cualquier tipo de drenaje subterráneo, debe permitir una salida fácil del agua con pendiente adecuada no menor del medio por ciento.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil 1.3.MATERIALES

Los materiales tienen una importancia decisiva en la configuración de los puentes. A lo largo de la historia se han ido empleando distintos materiales en su construcción, evolucionando estos hasta la utilización actualmente de materiales compuestos formados por fibras de materiales muy resistentes. Madera, piedra, hierro, hormigón, ladrillo y aluminio han sido los materiales utilizados con más frecuencia en la construcción de este tipo de estructuras.

En una primera etapa de la historia de la construcción de puentes los materiales que se usaban eran la piedra y la madera. El hierro fundido comenzó a utilizarse a finales del siglo XVIII, suponiendo una auténtica revolución en la construcción de puentes. Del hierro fundido se pasó a mediados del siglo XIX al hierro forjado, más resistente y regular y a finales de este siglo se empezó a utilizar el acero, superando a los dos tipos de hierro en resistencia y calidad. También a finales del siglo XIX hizo su aparición el hormigón, que permitió hacer arcos mayores que los de piedra natural dando lugar a un nuevo sistema de hacer estructuras: el hormigón armado, donde el hormigón y el hierro se asocian para permitir construir vigas de luces considerables y afinar las dimensiones de los arcos, lo que no era posible con el hormigón en masa ni con la piedra.

A finales de la primera mitad del siglo XX hizo su aparición el hormigón pretensado, una forma de colaboración perfecta entre el acero y el hormigón, ampliando de forma extraordinaria las posibilidades del hormigón armado. Contemporáneas al hormigón pretensado son las estructuras mixtas, otra forma de colaboración entre el acero y el hormigón en la que ambos no se mezclan íntimamente, sino que se yuxtaponen.

Han sido muchas las tentativas de utilizar aleaciones de aluminio en la construcción de puentes por su mayor resistencia específica (fuerza resistida por unidad de peso y longitud) que el acero y por su ligereza, pero son escasos debido al alto coste económico, a las dificultades que plantea la unión de las piezas y por los problemas que han causado. Se ha utilizado especialmente en la construcción de puentes móviles atraídos por su ligereza, siendo ejemplos el puente de Banbury (Oxfordshire, Inglaterra) o el puente de Hendon Dock también en Inglaterra. Este último puente cuya construcción finalizó en 1948 fue sustituido en 1976 a causa de la corrosión que había afectado al aluminio.

La aparición de nuevos materiales en la construcción de puentes ha ido dando lugar a innovaciones y la construcción de puentes y a una evolución de su tipología para adaptarse a sus características, adecuándose los materiales, las estructuras y las formas.

El material es esencial en la concepción de un puente, porque su características de resistencia son las que determinan las dimensiones de cada uno de los elementos que lo componen, e influye decisivamente en la organización de su estructura. Además de ello, el material tiene unas posibilidades tecnológicas determinadas en lo que se refiere a fabricación, uniones, formas de los elementos básicos, etc., que son fundamentales a la hora de proyectar un puente. No obstante, los materiales no determinan unívocamente los tipos de puentes, ya que cada tipo de material permite distintos tipos y formas de puentes.

El desarrollo de las tecnologías de los distintos materiales ha hecho que las estructuras de los puentes tengan cada vez más posibilidades, lo que ha permitido una mayor diversidad de formas y hacer puentes de hormigón y acero, hasta el grado de que a veces es difícil a distancia saber de



Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil qué material están hechos, especialmente en las vigas continuas con sección en cajón de alma llena, metálicas o de hormigón, que se pueden confundir con facilidad si su color es análogo.

Cronológicamente, los puentes metálicos siempre han ido por delante de los de hormigón, ya que el hormigón hizo su aparición casi un siglo después. Pero además, el acero al ser un material de mayor resistencia específica también permite salvar luces mayores lo que a su vez permiten que los puentes tengan mayores dimensiones.

Actualmente se prueban nuevos materiales para construir puentes con mayor resistencia específica que el acero. Son los denominados materiales compuestos, formados por fibras unidas con una matriz de resina y que se vienen utilizando desde hace años en diversos tipos de industrias (aeroespacial, aeronáutica, automóvil, etc.).

Cronología de los materiales en la construcción de puentes

COMPRESIÓN FLEXIÓN TRACCIÓN

Prehistoria Arcilla

(tapial, adobe, ladrillo) Madera Cuerdas

Historia clásica Piedra Madera Madera

Grapas metálicas

siglo XIX Fundición Madera Cadenas de hierro

Primera mitad siglo

XX

Hormigón en masa

Acero laminado

Hormigón armado

Acero laminado Cables de acero

Segunda mitad siglo

XX

Hormigones especiales

Acero laminado

Maderas laminadas

Hormigón pretensado

Acero laminado

Aleaciones ligeras

Cables de acero de alta

resistencia, alto límite

elástico y baja relajación





Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil 1.4.DEFINICION DE PUENTE

Un puente es una estructura destinada a salvar obstáculos naturales, como ríos, valles, lagos o

brazos de mar; y obstáculos artificiales, como vías férreas o carreteras, con el fin de unir caminos

de viajeros, animales y mercancías.

Los puentes son estructuras que los seres humanos han ido construyendo a lo largo de los

tiempos para superar las diferentes barreras naturales con las que se han encontrado y poder

transportar así sus mercancías, permitir la circulación de las gentes y trasladar sustancias de un

sitio a otro.

Dependiendo el uso que se les dé, algunos de ellos reciben nombres particulares, como

acueductos, cuando se emplean para la conducción del agua, viaductos, si soportan el paso de

carreteras y vías férreas, y pasarelas, están destinados exclusivamente a la circulación de

personas.

TIPOS DE PUENTES

SEGÚN LA ESTRUCTURA ESTOS PUEDEN SER:

PUENTES FIJOS

Puentes de vigas: Un puente viga es un puente cuyos vanos son soportados por vigas. Este tipo de puentes deriva directamente del puente tronco. Se construyen con madera, acero ú hormigón (armado, pretensado o postensado).

Se emplean vigas en forma de I, en forma de caja hueca, etcétera. Como su antecesor, este puente es estructuralmente el más simple de todos los puentes.

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0053-02/contenido/9_clasificacion_puentes.htm




Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Puentes de arcos: Un puente de arco es un puente con apoyos a los extremos de la luz, entre los

cuales se halla una estructura con forma de arco por donde se transmiten las cargas. El tablero

puede estar apoyado o colgado de esta estructura principal, dando origen a distintos tipos de

puentes.

Puentes de armaduras: 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.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Puentes cantiléver: constan esquemáticamente de dos voladizos simétricos que salen de dos pilas

contiguas, uniéndose en el centro por unas vigas apoyadas y suelen anclarse en los estribos

simétricamente opuestos respecto al centro. los puentes cantiléver presenta diversas

construcciones, en arco o viga, de acero u hormigón, y pueden salvar grandes luces, sin necesidad

de estructuras auxiliares de apoyo durante su construcción.

Puentes sustentados por cables: 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 antigüedad este tipo de puentes han sido utilizados por la humanidad

para salvar obstáculos. A través de los siglos, con la introducción y mejora de distintos materiales

de construcción, este tipo de puentes son capaces en la actualidad de soportar el tráfico rodado e

incluso líneas de ferrocarril ligeras.

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

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Arco_bryan(construcci%C3%B3n)&action=edit&redlink=1

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

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


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Puentes de pontones: Los puentes flotantes se apoyan sobre flotadores y por ello no tienen el

arraigo en la tierra que toda obra fija debe tener. Los flotadores pueden ser más o menos grandes

para reducir su movilidad y se puede conseguir que sus movimientos sean incluso menores que los

de algunos puentes fijos, pero ello no elimina ese carácter de elemento flotante sometido a los

movimientos del agua; hay siempre un movimiento relativo entre el puente y los apoyos fijos de

las orillas.

PUENTES MÓVILES

Basculantes: Los puentes basculantes son los que giran alrededor de un eje horizontal situado en

una línea de apoyos; se incluyen por tanto en ellos los levadizos y los basculantes según la

clasificación de Gauthey.

Son los más clásicos de los móviles y los que más se utilizan actualmente. Son también los

primeros, porque los famosos puentes levadizos medievales eran de este tipo.



Giratorios: En los puentes giratorios de eje vertical caben, igual que en los basculantes, dos

posibilidades de apertura: o bien girar dos vanos simétricos sobre una pila situada en el centro del

canal de navegación, aunque en algún caso excepcional puede estar situada en un borde; o bien

girar dos semivanos con sus compensaciones, sobre dos pilas situadas en los bordes del canal.

Deslizantes: La mayoría de los puentes actuales de desplazamiento horizontal son flotantes,

aunque los primeros puentes móviles de madera se hicieron con frecuencia así, porque era el

movimiento más sencillo; el puente se desplazaba longitudinalmente sobre rodillos, avanzando o

retrocediendo en voladizo libre hasta llegar al apoyo de la otra orilla.

Elevación vertical: Los puentes de desplazamiento vertical son tableros simplemente apoyados,

cuyos apoyos se pueden mover verticalmente para elevarlos a la cota que requiere el gálibo de

navegación.



Transbordadores: Los puentes transbordadores han estado y estarán siempre unidos al nombre

del ingeniero francés Ferdinand Arnodin, porque fue el primero que patentó la idea, e intervino en

la mayoría de los que se han construido.

ATENDIENDO AL MATERIAL DEL QUE ESTÁN HECHOS.

Puentes de mampostería de piedra en arco: La conquista tecnológica del arco permite construir

puentes de piedra. Al igual que la madera, la piedra es un material natural que se obtiene

directamente de la naturaleza y se utiliza sin ninguna transformación, únicamente es necesario

darles forma. Aparte de la piedra, se ha utilizado también materiales como el ladrillo o el

hormigón en masa.



Puentes de madera: Los primeros puentes son simplemente uno o varios troncos uniendo dos

orillas de un riachuelo. La madera es el material que utilizó el hombre para hacer sus primeras

construcciones; un tronco de árbol sobre un río fue seguramente el primer puente artificial.

Puentes de hormigón armado: El hormigón armado es una colaboración del acero y el hormigón,

adecuado especialmente para resistir esfuerzos de flexión. El hormigón es muy adecuado para

resistir compresiones y el acero en barras para resistir tracciones. Por ello las barras de acero se

introducen en la pieza de hormigón, en el borde que debe resistir las tracciones, y gracias a la

adherencia entre los dos materiales, las primeras resisten las tracciones y el segundo las

compresiones.



Puentes de hormigón preesforzado: El hormigón pretensado se puede considerar un nuevo

material; su diferencia con el hormigón armado es que en éste la armadura es pasiva, es decir,

entra en carga cuando las acciones exteriores actúan sobre la estructura; en el pretensado, en

cambio, la armadura es activa, es decir se tesa previamente a la actuación de las cargas que va a

recibir la estructura (peso propio, carga muerta y cargas de tráfico), comprimiendo el hormigón,

de forma que nunca tenga tracciones o que éstas tengan un valor reducido.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil PARTES DE UN PUENTE

Los puentes se dividen en dos partes fundamentales:

la superestructura o conjunto de tramos que salvan los vanos situados entre los soportes. Cada tramo de la superestructura está formado por un tablero o piso, una o varias armaduras de apoyo y por las riostras laterales. El tablero soportada directamente las cargas dinámicas y por medio de la armadura transmite las tensiones a pilas y estribos.

la infraestructura formada por: o las pilas. Son los apoyos intermedios de los puentes de dos o más tramos. Deben

soportar la carga permanentemente y sobrecargas sin asientos, ser insensibles a la acción de los agentes naturales (viento, riadas, etc.).

o los estribos situados en los extremos del puente sostienen los terraplenes que conducen al puente. A veces son reemplazados por pilares hincados que permiten el desplazamiento del suelo en su derredor. Deben resistir todo tipo de esfuerzos por lo que se suelen construir en hormigón armado y tener formas diversas.

o los cimientos o apoyos de estribos y pilas encargados de transmitir al terreno todos los esfuerzos. Están formados por las rocas, terreno o pilotes que soportan el peso de estribos y pilas.

Los tramos más cortos que conducen al puente propiamente dicho se llaman de acceso y en realidad forman parte de la fábrica.

Las armaduras de los puentes pueden trabajar a flexión (vigas), a tracción (cables), a flexión y compresión (arcos y armaduras), etc.

En la construcción de los puentes una de las partes más delicadas es la cimentación bajo agua debido a la dificultad de encontrar un terreno que resista las presiones, siendo normal el empleo de pilotes de cimentación.

Cada tramo de un puente consta de:

una o varias armaduras de apoyo: pueden ser: o placas, vigas y jabalcones, que transmiten las cargas mediante flexión o curvatura

principalmente. o cables, que las soportan por tensión. o vigas de celosía, cuyos componentes las transmiten por tensión directa o por

compresión. o arcos y armaduras rígidas que lo hacen por flexión y compresión a un tiempo.

un tablero o piso: soporta directamente las cargas dinámicas (tráfico) y por medio de las armaduras transmite sus tensiones a estribos y pilas, que, a su vez, las hacen llegar a los cimentos, donde se disipan en la roca o en el terreno circundante. Está compuesto por:

o planchas o vigas longitudinales o largueros sobre los que se apoya el piso o vigas transversales que soportan a los largueros.



los arriostrados laterales o vientos: van colocados entre las armaduras para unirlas y proporcionar la necesaria rigidez lateral. También transmite a los estribos y pilas las tensiones producidas por las fuerzas laterales, como las debidas a los vientos, y las centrífugas, producidas por las cargas dinámicas que pasan por los puentes situados en curvas.

Los puentes de grandes dimensiones descansan generalmente sobre cimientos de roca o tosca. Si los estratos sobre los que se va a apoyar están muy lejos de la superficie, entonces se hace necesario utilizar pilares cuya profundidad sea suficiente para asegurar que la carga admisible sea la adecuada.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil 1.5.ASPECTOS TOPOGRAFICOS

Los objetivos básicos de esta etapa tendrán que concluir con:

Obtener los datos preliminares para la elaboración de planos primarios de bosquejo

Proporcionar la información de base para los estudios de hidrológia e hidráulica, geología,

geotectónica, así como de ecología y sus efectos en el medio ambiente.

Posibilitar la definición precisa de la ubicación y las dimensiones de los elementos

estructurales.

Establecer puntos de referencia para el replanteó durante la construcción.

1.6.LOCALIZACION DE ESTRUCTURAS

Previamente se deberá realizar un estudio prolijo del río o depresión que se va a atravesar, tomando en cuenta para su ubicación diferentes factores que son funciones del aspecto económico sin apartarse substancialmente del trazado general del camino, para lo que se debe tomar en cuenta las siguientes condiciones:

Se debe buscar el menor ancho del río.

El subsuelo debe ser favorable para fundar.

El ataque del agua a las barrancas debe ser mínimo porque con ello se puede economizar la construcción de defensivos.

La profundidad de las aguas no debe ser excesiva.

La velocidad de las aguas tampoco debe ser excesiva.

Se deben evitar curvas o variantes que perjudiquen el trazado de la carretera o vía férrea. Naturalmente que entre los casos anteriormente enunciados existen situaciones contradictorias por lo que habrá que compatibilizar Tratándose de localizar un puente en la proximidad de una población deberá cuidarse de que en lo posible su eje coincida con el de una de sus calles principales para asi conducir por el camino mas corto al centro del comercio. Acá es necesario aclarar que si se trata de carreteras troncales con tráfico intenso mas bien conviene alejarse un tanto a manera de circunvalación.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil 2. PRESENTACION VISUAL

2.1.PUENTES DE CONCRETO

Han tenido éxito con luces de hasta 25 m. luces superiores son inconvenientes para este tipo de

puentes por el incremento desmedido de su peso y costo. El principal problema constructivo lo

constituyen los encofrados. 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


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil PUENTES DE HORMIGON PREESFORZADO

Se ha llegado a implementar soluciones viables de hasta 45 m. de luz. Se utilizan variantes

constructivas de esta tecnología consistentes en la fundición y tensado in situ, o la fundición y

tensado previo, y el lanzamiento posterior de las vigas. La reducción en el peso de la estructura es

el efecto mas importante.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil 2.2.PUENTES DE METAL

Los puentes sobre vigas metálicas pueden vencer luces de hasta 45 m, mientras que con puentes

metálicos en celosías se ha alcanzado los 80 m, y con puentes metálicos en arco se ha llegado

hasta 100 m, siendo luces importantes. Son muy versátiles, permiten diseños de grandes luces, se

construyen con rapidez, pero son caros de construir y además están sometidos a la acción

corrosiva, tanto de los agentes atmosféricos como de los gases y humos de las fábricas y ciudades,

lo que supone un mantenimiento caro

Tienen dos limitantes:

1. Su costo y la necesidad de un mantenimiento considerable.

2. Uno muy importante es los Puentes de Circunstancia, por su rapidez de construcción. El mas

conocido en esta categoría es el Puente Bailey.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil 2.3.BOVEDAS Y ALCANTARILLAS

Las bóvedas son estructuras cuya sección transversal interior esta formada por tres partes

principales: El piso, dos paredes verticales que son las caras interiores de los estribos y sobre estas,

un arco circular de medio punto o rebajado, que es el intradós de un arco estructural de sección

variable con un mínimo de espesor en la clave.

En general, las bóvedas se construyen con mampostería de tercera y mortero de cemento 1:5.

Para construir el arco se requiere un molde de madera, que se aprovecha también para colocar la

clave a lo largo de la obra. La clave, de concreto simple de f´c= 100 Kg/m2, cierra le arco en el

centro con juntas radiales y tienen un ancho medio mínimo de 35 cm.. Las piedras d el arco tienen

hasta donde es posible, juntas radiales, con cuatropeo longitudinal y una mayor dimensión del

estrados. Cuando se use cemento normal, el descimbrado se hará a los catorce días de colocada la

clave, tiempo a partir del cual se construirá el terraplén.

El zampeado del piso y los dentellones ubicados aguas arriba y abajo para proteger el suelo contra

la erosión pueden omitirse en terrenos rocosos. Para eliminar el empuje hidrostático sobre los

muros, se coloca una capa de 30 cm de espesor de material graduado en el respaldo de cada

estribo.

´


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil 2.4.PUENTES BAILEY

Un puente Bailey es un puente portátil prefabricado diseñado para uso militar. Usado para salvar

luces de hasta 60 metros mediante el ensamblado de elementos de unos 3 metros de longitud,

fácilmente transportables en camión. Su ensamblado no requiere de herramientas especiales o de

equipo pesado, dura apenas unas horas y puede realizarse incluso bajo fuego enemigo. Este

puente fue diseñado como una solución al mayor peso de los nuevos tanques que se estaban

desarrollando en las primeras fases de la guerra. Esta invención es considerada uno de los mejores

ejemplos de ingeniería militar durante la Segunda Guerra Mundial.

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

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

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_militar


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil 2.5.DAÑOS A PUENTES CAUSADOS POR HURACAN MITCH

El huracán Mitch fue uno de los ciclones tropicales más poderosos y mortales que se han visto en la era moderna, teniendo una velocidad máxima de vientos sostenidos de 290 km/h. Mitch pasó por América Central del 22 de octubre al 5 de noviembre en la temporada de huracanes en el Atlántico de 1998. También causó miles de millones de dólares en pérdidas materiales.

Mitch se formó en el oeste del Mar Caribe el 22 de octubre, y después de pasar por condiciones extremadamente favorables, alcanzó rápidamente la categoría 5, el nivel más alto posible en la escala de huracanes de Saffir-Simpson. Después de desplazarse hacia el suroeste al mismo tiempo que se debilitaba, el huracán golpeó Honduras como un huracán de categoría menor. Se movió a través de Centroamérica hasta alcanzar la Bahía de Campeche para finalmente golpear Florida como una tormenta tropical.

Debido a su lento movimiento entre el 29 de octubre y el 3 de noviembre, Mitch dejó cantidades históricas de precipitaciones en Honduras y Nicaragua, con informes no oficiales de hasta 1900 mm. Las muertes ocasionadas por las catastróficas inundaciones lo hicieron el segundo huracán más mortífero del Atlántico, cerca de 11.000 personas murieron y alrededor de 8.000 permanecían desaparecidas a finales de 1998. Las inundaciones causaron daños extremos, estimados en 5 mil millones de dólares (1998 USD, 6 mil millones 2006 USD).

PUENTE ANTES DEL HURACAN MITCH, OCOTAL, NICARAGUA

http://es.wikipedia.org/wiki/Cicl%C3%B3n_tropical

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Am%C3%A9rica_Central

http://es.wikipedia.org/wiki/22_de_octubre

http://es.wikipedia.org/wiki/5_de_noviembre

http://es.wikipedia.org/wiki/Temporada_de_huracanes_en_el_Atl%C3%A1ntico_de_1998

http://es.wikipedia.org/wiki/Temporada_de_huracanes_en_el_Atl%C3%A1ntico_de_1998

http://es.wikipedia.org/wiki/D%C3%B3lares

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Escala_de_huracanes_de_Saffir-Simpson

http://es.wikipedia.org/wiki/Bah%C3%ADa_de_Campeche

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

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

http://es.wikipedia.org/wiki/29_de_octubre

http://es.wikipedia.org/wiki/3_de_noviembre



PUENTE DURANTE EL PASO DEL HURACAN MITCH

PUENTE DESPUES DEL PASO DEL HURACAN MITCH

(http://radiosegovia.netfirms.com/catalogo.htm)

http://radiosegovia.netfirms.com/catalogo.htm



3. BOVEDAS Y ALCANTARILLAS

BOVEDAS Y CAJAS

Son estructuras con los mismos objetivos que los puentes , pero más simples y para luces relativamente más cortas, que se eligen donde no se justifica la construcción de un puente por su longitud, complejidad y costo. Las bóvedas son de forma circular o parabólica, construidas en concreto reforzado o metal, y las cajas definitivamente de concreto reforzado.

Para la colocación de las bóvedas deberán seguirse las especificaciones del fabricante.

COPANTES y PONTONES

Son puentes de estructuras relativamente planas y de poca altura, algunos son rudimentarios y de uso temporal, construidas con madera rolliza y tablones; pero también se construyen con losas planas reforzadas de luz corta; que sin embargo, pueden alcanzar buena longitud por repetición del módulo de losas apoyadas sobre pilas de concreto ciclópeo o concreto reforzado.

Normalmente las losas son perforadas para permitir el paso del agua hacia arriba en caso sobrepase el nivel de la losa. Son recomendables para ríos angostos o anchos, pero de poca profundidad.

VADOS Y BADENES

Son estructuras de empedrado o losa de concreto reforzado o no, fundidas en el lecho del río con la finalidad de que permitan el paso de vehículos prácticamente entre el agua, por lo que solo son factibles en los casos en que el río es de poco caudal y poca profundidad, o bien se utilizan solo en época de verano. Pueden incluir o no, tubería adicional.



ALCANTARILLAS Son obras de drenaje, cuya finalidad es evacuar el agua de las cunetas longitudinales de un lado del camino; que por alguna razón, no es posible alejarlas de ese lado y requiere ser trasladada al lado contrario. Generalmente son tubos de cemento o de concreto reforzado cuando los diámetros son muy grandes, o bien se utiliza tubería corrugada de hierro galvanizado.

En el inicio de la alcantarilla siempre existe una caja recolectora del flujo de la cuneta a descargar y en el otro extremo de salida, cuenta con un cabezal de refuerzo y soporte del material de la carretera.

CUNETAS Son estructuras para recolectar y conducir el agua de lluvia caída sobre la carretera y el área aledaña, que por la pendiente transversal del camino y los taludes llega hasta la cuneta, para ser evacuada en las descargas hacia los lados del camino. Se construyen únicamente conformadas en suelo natural, sobre todo cuando el suelo es prácticamente horizontal y poco erosionable; y se hace necesario revestir cuando las características del suelo es lo contrario.

Cuando es bastante el agua de escorrentía que desciende de un talud, se puede evitar construyendo una cuneta en la parte superior del talud, tomando el nombre de Contracuneta, se construyen canales de descarga laterales para la evacuación del agua.



CANALES DE DESCARGA

Son estructuras en forma de canal liso o bien con graderíos, que se construyen para descargar el agua que conducen las cunetas hacia los puntos bajos a los lados del camino. Se construyen de mampostería o de concreto reforzado, siendo esto último lo más recomendable.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil OBRAS DE PROTECCION

Son las obras adicionales, que se diseñan y construyen para proteger las estructuras del camino o de las obras de arte; entre otras están:

Los propios estribos de apoyo de los puentes con sus aletones, que pueden ser de concreto

reforzado o de concreto ciclópeo, para sostener el material de relleno de los accesos al puente o

los taludes aledaños

Muros de concreto ciclópeo, para evitar deslaves de las orillas y taludes hacia el lado bajo del

camino.

Gaviones, estructuras construidas a base de malla metálica galvanizada, llenas de piedra, muy

resistentes a los efectos de deslaves y el agua, por lo que se utilizan con mejor resultado que las

anteriores y especialmente para proteger las subestructuras de puentes y obras similares.

Todos los puentes en estudio, sus arcos están soportados por muros de mampostería de piedra volcánica llamados Estribos, piedras de tamaños variables, unidos con mortero a base de cal hidratada, toba volcánica como cementante inerte. Su forma geométrica asemeja la de un trapezoide y sirven para darle estabilidad al talud de suelo de empuje (Tímpano) y como cama de apoyo de los arcos del puente, transmitiendo todas las cargas verticales y horizontales al suelo de cimentación.

Fallas de los arcos:

Existen diez modos distintos de falla de un arco y se clasifican del modo siguiente:

1- Rotura por aplastamiento de la obra de fábrica.

2- Por resbalamiento de una dovela sobre otra.

3- Porque una dovela o una sección de la obra se vuelque o voltee sobre otra dovela o sección adyacente.

4- Por esfuerzos cortantes en un plano horizontal o vertical, lo que es aplicable a los arcos de hormigón macizo y no a las dovelas.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil 5- Como una columna, cuando la relación de la longitud sin apoyo de un arco a su ancho menor es mayor de doce.

6- Por descimbrar antes de que haya endurecido el mortero o cuando el arco que sería estable con la carga total, no lo es con sólo su propio peso.

7- Por descimbrar o cargar el arco durante la construcción de un modo asimétrico.

8- Por asiento de las fundaciones.

9- Por resbalamiento sobre las fundaciones.

10- Por volteo sobre algún punto de un pilar o estribo


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil 4. ASPECTOS HIDRAULICOS E HIDROLOGICOS

ESTIMACION DE CRECIDAS

Recopilación de Datos de Campo

Para recopilar los datos de campo, durante los meses de noviembre y diciembre de 1998 y enero de 1999, se visitaron las estaciones que actualmente opera el INSIVUMEH. La información obtenida permitió la definición de la geometría de los cauces y la estimación de los parámetros hidráulicos necesarios para estimar las crecidas. La localización de estaciones se muestra en la Gráfica 7, mientras la información relevante de las estaciones aparece en el Cuadro 2.

En el caso de estaciones como El Cementerio, sobre el río Villalobos, donde no existe estadística y la crecida fue especialmente severa, se hicieron levantamientos de varias secciones, para estimar la crecida por el método de sección y pendiente. En el caso de la estación El Cementerio sobre el río Villalobos, la información estadística con relación a las crecidas es irrelevante, pues la cuenca esta sujeta a un continuo deterioro debido al crecimiento de la zona urbana.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Cuando esto fue posible, en las estaciones visitadas se realizaron aforos, para determinar si la sección ha sufrido algún cambio como consecuencia de la crecida y establecer la variación de los parámetros hidráulicos. Los aforos se efectuaron prácticamente en todas las estaciones excepto en Chojil, Malacatán y Coatepeque, debido al mal estado del sistema de cable.

Durante las visitas a las estaciones, se entrevistó a los lectores para obtener información sobre los niveles máximos que han alcanzado las crecidas en los ríos en el pasado. La información obtenida de esta manera, no siempre coincide con la información publicada por las agencias encargadas de las estaciones. Esto puede deberse al largo período del que no se cuenta información publicada.

Estimación de Crecidas

A continuación, se estimaron los valores de las crecidas, de acuerdo a la información hidráulica disponible. Los valores estimados de las crecidas se plotearon con los aforos disponibles, con el propósito de tener una evaluación de la confiabilidad de los valores estimados para la crecida.

A continuación, se calcularon los caudales específicos de las crecidas y se plotearon contra el área de las cuencas. El cálculo de los caudales específicos

Como una referencia adicional, se incluye en el Cuadro 4, las crecidas máximas observadas antes de la ocurrencia del Huracán Mitch, en las estaciones de las que se obtuvo información para el desarrollo del presente trabajo. Además en este cuadro se incluyen las crecidas máximas de varias estaciones, de las cuales no se pudo obtener información adicional a la que se encuentra publicada. Estas estaciones no fueron visitadas para obtener los datos requeridos para este análisis. La información de crecidas de estas estaciones se obtuvo de los anuarios hidrológicos publicados, pues no pudo obtenerse información actualizada.

En el caso de las estaciones para las que se contó con información de la crecida del huracán Mitch, se observó que en muchos casos las crecidas históricas han sido sobrevaluadas, probablemente debido a una extrapolación errónea de las curvas de calibración. En los casos en los que la diferencia entre el valor publicado y el valor estimado durante el desarrollo de este trabajo era muy grande, se adoptó el valor estimado en este trabajo.



5. ANALISIS DE CARGAS, TIPOS Y APLICACIONES.

5.1. TIPOS DE VEHICULOS PARA DISEÑO



5.2.CARGAS Y FACTORES DE CARGAS

CLASIFICACION Y DEFINICION

Las cargas se clasifican en:

• Permanentes

• Variables

• Excepcionales

CARGAS PERMANENTES

Son aquellas que actúan durante toda la vida útil de la estructura sin variar significativamente, o

que varían en un solo sentido hasta alcanzar un valor límite. Corresponden a este grupo el peso

propio de los elementos estructurales y las cargas muertas adicionales tales como las debidas al

peso de la superficie de rodadura o al balasto, los rieles y durmientes de ferrocarriles. También se

consideran cargas permanentes el empuje de tierra, los efectos debidos a la contracción de fragua

y el flujo plástico, las deformaciones permanentes originadas por los procedimientos de

construcción y los efectos de asentamientos de apoyo.

CARGAS VARIABLES

Son aquellas para las que se observan variaciones frecuentes y significativas en términos relativos

a su valor medio. Las cargas variables incluyen los pesos de los vehículos y personas, así como los

correspondientes efectos dinámicos, las fuerzas de frenado y aceleración, las fuerzas centrífugas,

las fuerzas laterales sobre rieles. También corresponden a este grupo las fuerzas aplicadas durante

la construcción, las fuerzas debidas a empuje de agua y subpresiones, los efectos de variaciones de

temperatura, las acciones de sismo y las acciones de viento.

CARGAS EXCEPCIONALES

Son aquellas acciones cuya probabilidad de ocurrencia es muy baja, pero que en determinadas

condiciones deben ser consideradas por el proyectista, como por ejemplo las debidas a colisiones,

explosiones o incendio.

Cargas Permanentes

PESO PROPIO Y CARGAS MUERTAS

El peso propio se determinará considerando todos los elementos que sean indispensables para

que la estructura funcione como tal. Las cargas muertas incluirán el peso de todos los elementos


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil no estructurales, tales como veredas, superficies de rodadura, balasto, rieles, durmientes,

barandas, postes, tuberías, ductos y cables.

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 correspondientes pesos específicos.

A falta de una información precisa, podrán usarse los pesos específicos de la tabla siguiente:

EMPUJE DE TIERRA

Los estribos y otras partes de la estructura que retienen tierra deberán diseñarse para resistir las

correspondientes presiones, las mismas que serán calculadas de acuerdo con los principios de la

mecánica de suelos y utilizando los valores medios de las propiedades del material de relleno.

El empuje no será en ningún caso menor que el equivalente a la presión de un fluido con un peso

específico de 5 kN/m3 (510 kgf/m3)

Las características supuestas para el material de relleno deberán ser verificadas con el material en

obra y, en caso sea necesario, deberán hacerse los ajustes necesarios para corregir cualquier

discrepancia.

En todos los casos el diseño incluirá un sistema de drenaje del material de relleno. No obstante,

deberá considerarse la posibilidad que el suelo se sature total o parcialmente, a uno o a ambos

lados de la estructura de contención.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Cuando se prevea tráfico a una distancia horizontal, medida desde la parte superior de la

estructura, menor o igual a la mitad de su altura, las presiones serán incrementadas añadiendo

una sobrecarga vertical no menor que la equivalente a 0,60 m de altura de relleno. Cuando se

diseñe una losa de aproximación soportada en un extremo del puente, no será necesario

considerar dicho incremento de carga.

En caso la estructura de contención forme parte de un pórtico rígido, solamente podrá

considerarse en el diseño de losas o vigas hasta el 50% de cualquier efecto favorable debido al

empuje de tierra.

DEFORMACIONES IMPUESTAS

Las deformaciones y esfuerzos originados por contracción de fragua 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 desplazamientos de apoyo de diverso origen y otras fuentes de deformación

serán considerados como cargas permanentes.

El proyectista deberá estimar la magnitud de tales acciones y la fracción de las mismas que origina

efectos desfavorables en la estructura.

Cargas Variables

CARGAS DURANTE LA CONSTRUCCIÓN

El proyectista considerará todas las cargas debidas a pesos de materiales y equipos requeridos

durante la construcción, así como las cargas de peso propio u otras de carácter permanente que se

apliquen en cada etapa del proceso constructivo. Deberá preverse la ubicación de todas las cargas

permanentes o temporales en cada etapa, dejando margen para posibles imprecisiones o errores.

Deberá considerarse la posibilidad que, durante el proceso constructivo o como resultado de una

posterior modificación, la carga muerta sea retirada parcialmente, pudiendo reducirse un posible

efecto favorable.

Cuando las condiciones de diseño lo requieran, el expediente técnico deberá indicar claramente la

secuencia constructiva.

CARGAS VIVAS DE VEHÍCULOS

Número de vías


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Para efectos de diseño, el número de vías será igual a la parte entera de w/3,60 donde w es el

ancho libre de la calzada, en metros, medido entre bordes de sardineles o barreras. El ancho de

cada vía se supondrá igual a 3,60 m, excepto para anchos de calzada entre 6,00 m y 7,20 m, en que

se considerará al puente como de dos vías, cada una con un ancho igual a la mitad del total.

5.4.FUERZAS DE FRENADO Y DE ACELERACIÓN

Las fuerzas de frenado y de aceleración se supondrán iguales a 25% de las cargas verticales de

cada uno de los ejes de los camiones o tándems de diseño correspondientes a las vías con el

mismo sentido de tráfico.

Sobrecargas en veredas

Las veredas y los elementos que las soportan deberán diseñarse para una sobrecarga de 3,5 kN/m2

(360 kgf/m2) actuante en los tramos que resulten desfavorables en cada caso y simultáneamente

con las cargas vivas debidas al peso de los vehículos.

Se exceptúan las veredas de los puentes no urbanos cuyas veredas tengan anchos menores que

0,60 m, para los cuales no será necesario considerar esta sobrecarga.

Fuerzas sobre sardineles

Los sardineles serán diseñados para resistir una fuerza lateral no menor que 7,5 kN (760 kgf) por

metro de sardinel, aplicada en el tope del sardinel o a una elevación de 0,25 m sobre el tablero si

el sardinel tuviera mayor altura.

EMPUJE DE AGUA Y SUBPRESIONES

Presión Estática

Todos los pilares y otras partes del puente que estén sujetas al empuje de agua deberán ser

diseñados para resistir los esfuerzos más desfavorables en las condiciones de aguas máximas y

aguas mínimas.

Subpresiones

Las subpresiones serán estimadas mediante una red de flujo u otro procedimiento equivalente. A

falta de un estudio detallado, la subpresión en cada punto será calculada como el producto del

peso específico del agua por la diferencia de niveles entre la superficie del agua y el punto

considerado.

Efectos del Agua en Movimiento

En Dirección Longitudinal


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil La presión debida al movimiento del agua en dirección longitudinal, es decir aquella que

corresponde a la dirección de flujo, será calculada mediante:

En Dirección Transversal

Cuando la dirección de flujo forme un ángulo, θ, con la dirección del pilar se supondrá que sobre la

cara lateral del mismo actúa una presión uniforme dada por:



CARGAS DE VIENTO

Generalidades

Las presiones originadas por el viento se supondrán proporcionales a la velocidad del viento al

cuadrado. Para puentes con una altura de 10 m o menos, medida desde el nivel de agua o desde la

parte más baja del terreno, se supondrá que la velocidad del viento es constante. Las velocidades

a alturas mayores serán determinadas mediante:



Presiones horizontales sobre los vehículos

Las presiones de viento sobre los vehículos se considerarán como una fuerza de 1,5 kN/m (150

kgf/m) aplicada en dirección transversal, en las partes del puente donde resulte desfavorable y a

1,8 m de altura sobre el tablero.

Presiones verticales

Excepto cuando se determinen las presiones verticales debidas a viento mediante un análisis más

preciso o experimentalmente, se considerará una fuerza vertical hacia arriba, uniformemente

distribuida por unidad de longitud de puente, con una magnitud igual a 0,96 kN/m2 (100 kgf/m2)

multiplicada por el ancho del tablero, incluyendo veredas y parapetos. Esta fuerza se considerará

aplicada a un cuarto de la dimensión total del tablero, hacia barlovento.

5.5.EFECTOS DE SISMO

Alcances


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Las disposiciones de esta sección son aplicables a puentes con una luz total no mayor que 150 m y

cuya superestructura esté compuesta por losas, vigas T o cajón, o reticulados. Para estructuras con

otras características y en general para aquellas con luces de más de 150 m será necesario un

estudio de riesgo sísmico del sitio. En ningún caso se usarán fuerzas sísmicas menores que las

indicadas en los acápites siguientes.

No se requerirá considerar acciones de sismo sobre alcantarillas y otras estructuras totalmente

enterradas.

Fuerzas Sísmicas

Las fuerzas sísmicas serán evaluadas por cualquier procedimiento racional de análisis que tenga en

cuenta las características de rigidez y de ductilidad, las masas y la disipación de energía de la

estructura.

Se supondrá que las acciones sísmicas horizontales actúan en cualquier dirección. Cuando sólo se

realice el análisis en dos direcciones ortogonales, los efectos máximos en cada elemento serán

estimados como la suma de los valores absolutos obtenidos para el 100% de la fuerza sísmica en

una dirección y 30% de la fuerza sísmica en dirección perpendicular.

Coeficiente de Aceleración

El coeficiente de aceleración “A” para ser usado en la aplicación de estas disposiciones deberá ser

determinado del mapa de iso-aceleraciones con un 10% de nivel de excedencia para 50 años de

vida útil, (Apéndice A), equivalente a un periodo de recurrencia de aproximadamente 475 años.

Estudios especiales para determinar los coeficientes de aceleración en sitios específicos deberán

ser elaborados por profesionales calificados si existe una de las siguientes condiciones:

• El lugar se encuentra localizado cerca a una falla activa.

• Sismos de larga duración son esperados en la región.

• La importancia del puente es tal que un largo periodo de exposición, así como periodo de

retorno, debería ser considerado.

Categorización de las Estructuras

Para efectos de establecer los procedimientos mínimos de análisis, así como para determinar los

coeficientes de modificación de la respuesta en distintos casos, los puentes se clasificarán en tres

categorías de importancia:

1. Puentes críticos.

2. Puentes esenciales, u

3. Otros puentes


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Los puentes esenciales son aquellos que como mínimo deberán quedar en condiciones operativas

después de la ocurrencia de un sismo con las características de diseño, a fin de permitir el paso de

vehículos de emergencia y de seguridad o defensa. Sin embargo algunos puentes deberán

permanecer operativos luego de la ocurrencia de un gran sismo, que supere al sismo de diseño, y

permitir en forma inmediata el paso de vehículos de emergencia, y de seguridad o defensa. Estos

deberán ser considerados como puentes críticos.

DISEÑO DE PUENTE VEHICULAR

Descripción del problema:

El puente cubrirá una luz entre apoyos de 12.00 m y será de dos vías con un ancho de

rodadura de 6.00 m y un ancho total de 8.00m. Está conformado por una súper estructura de

concreto armado, conformada por una losa plana. Banquetas, tres vigas principales y dos

diafragmas. La subestructura estará conformada por estribos de concreto ciclópeo y vigas de

apoyo de concreto armado.

Datos y especificaciones del puente:

Luz libre 12.00m.

Luz eficaz 11.10m.

Ancho total 8.00m.

Ancho útil 6.00m.

Esfuerzo máximo de concreto (f´c) 210 Kg / cm2

Esfuerzo máximo del acero (f´y) 2,810.00 Kg / cm2

Peso volumétrico del concreto ciclópeo 2,700.00 Kg / cm2

Peso volumétrico del concreto armado (Wc) 2,400.00 Kg / cm2

Peso volumétrico del suelo (Ws) 1,800.00 Kg / cm2

Capacidad soporté del suelo (Vs) 20,000.00 Kg / cm2

Profundidad de la cimentación (H) 4.00m.

Sobre carga (eje más pesado H15-44) 12,000.00 lbs.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Diseño de superestructura:

La súper estructura está compuesta de elementos como: vigas, diafragmas, losas, barandas y

banquetas. Sobre la superestructura se realiza la circulación de vehículos y de los peatones.

Usualmente se llama tablero del puente.

Diseño de Losa:

La losa del puente se diseñara aplicando las normas AASHTO. Para esto es necesario determinar

cómo trabaja en un solo sentido corto; por lo tanto el refuerzo es perpendicular al tráfico.

Según AASHTO la luz de diseño para la losa es igual a la luz libre; de acuerdo con la geometría

adoptada para el diseño del puente es de 1.50m.

Calculo de Espesor de Losa:

t = espesor de losa en (m)

S= Distancia libre entre vigas (m)

S= 1.50m.

= 0.20m

Calculo del peralte


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil El espesor de la losas para puentes de concreto armado va de 15 cm, espesor minimo, hasta 25

cm, espesor máximo según AASHTO. Por las carateristicas del puente y para efectos del ejemplo se

toma un espesor de losa de 20 cm.

Donde:

d= peralte

t= espesor de la losa en M.

R= recubrimiento mínimo en la parte inferior de la losa en 2.50m.

= diámetro de varilla usada (No. 4 G40)

d= 0.20-0.025-0.0127/2

d= 0.1686= 16.86 cm.

Calculo de Momentos y esfuerzos

Momento por carga muerta

Donde:

Wcm= carga muerta ultima

L= luz libre entre vigas

Calculo:

Wcm= Wc*T*1= 2,400*0.2*1= 480 Kg/m de ancho



= 108 kg-m

Momento por Carga Viva:

S= Luz libre entre vigas

P= peso del eje más pesado (lb)

Peso del eje más pesado P= 12,000 lb.

= 306.15 kg-m

Momento debido al impacto

La carga de impacto es un incremento en el momento producido por la carga vida. Tiene que ser

menor o igual al 30%

I= fracción de impacto, siendo Imax= 30%

S= longitud del tramo donde la carga produce el máximo esfuerzo


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Como 38.5% > Imax entonces utilizar Imax= 30%

Calculo de momento último:

La integración de momentos producidos por las distintas fuerzas que afectan la estructura, las

normas AASHTO lo simplifica con la siguiente formula:

Mu= 1,002.72 Kg-m

Calculo de refuerzo

Refuerzo transversal principal en la cama inferior

Estas losas se toman como vigas rectangulares para simplificar el análisis, calculando para una tira

de 1.00m de ancho y de canto igual al espesor de la losa, cortada perpendicularmente a las vigas

de apoyo.

El valor de refuerzo transversal lo obtendremos con la siguiente formula:

Donde:

As= Area de acero en cm2

f´c= modulo de fluencia del concreto en Kg/cm2

Fy= Modulo de fluencia del acero en Kg/cm2

Mu= momento ultimo en Kg-m

b= base de 1.00m.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil d= peralte efectivo en m.

Datos:

f´c= 210 Kg/cm2

Fy= 2,810 Kg/cm2

Mu= 100,272 Kg-cm.

b= 100 cm.

d= 16.86 cm.

As=2.38cm2

Area de acero minima:

Asmin= 8.46cm2

Area de acero maxima:



Donde:

=0.85(f´c ≤ 280 kg/cm2)

Es= 2.06x106

Φ= 0.90 kg/cm2

Calculo:

= 0.0391

= 0.05*

Asmax= *b*d

Asmax= 0.5*0.0391*100*16.86

Asmax=32.98 cm2

Las normas ACI indican lo siguiente:

Asmin≤ As ≤Asmax

El área calculada tiene que ser mayor que el área de acero mínima y mayor que el área de acero

máxima. Como no cumple, ya que el área mínima es mayor que el área calculada, se usara el valor

del área de acero mínimo (Asmin= 5.96cm2) con esta cantidad de acero se porta un momento de

3,464.78 kg-m

Distribución de Varillas:

La separación entre varillas no deberá ser mayor que el espaciamiento máximo. El espaciamiento

máximo: 2t = 2*0.20 = 0.40m

Utilizando varilla No.4 (1.27 cm2) se distribuye de la manera siguiente:


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Usar varilla No.4 G40 @15 cm. (Cama inferior)

Refuerzo transversal cama superior:

Astemp= 0.002bt

Astemp= 0.002*100*20= 4.00 cm2


Usar varilla No. 4 G40 @ 30cm.

Refuerzo longitudinal inferior para cama superior y cama inferior

De acuerdo a la AASHTO se recomienda la siguiente ecuación:

Donde:

S= Espaciamiento entre vigas en pies (4.92 pies = 1.50m)

FL= Factor longitudinal (FL≤0.67)

FL= 0.99 > 0.67

As= 0.67*8.46= 5.67cm2


Usar varilla No.4 G40 @ 22cm.

Diseño de losa en voladizo


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Según especificaciones de la AASHTO se recomienda que los pasamanos sean diseñados con las

cargas que se indican a continuación:

Si la acera es de 2 pies no se necesita incluir cargas peatonales

El mordiente actúa bajo una carga horizontal de 500 lbs/pie

El barandal actúa bajo dos cargas: una horizontal de 300 lbs/pie y otra vertical de 100 lbs/pie.

Sección transversal losa en voladizo

Carga Muerta

P1= barandal= 0.15*0.30*2400= 108 kg/m

P2= poste= (0.40*0.10*0.17+0.05*0.63*0.17+0.78*0.15*0.17*0.5)*(2400/2.25)= 23.57 kg/M

P3= acera= 0.85*0.15*2400= 306 kg/m

P4= bordillo= 0.17*0.08*2400= 32.64 kg/m

P5= losa= 1*0.20*2400= 480.00 kg/m

Calculo de centroides:

X1= 1.700


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil X2= 1.750

X3= 1.425

X4= 1.075

X5= 0.500

Cálculo de Momentos

Por carga muerta:

Mm= P1X1 + P2X2 + P3X3 + P4X4 + P5X5

Mn= 108*1.70 + 23.75*1.75 + 306*1.425 + 32.64*1.075 + 480*0.5

Mn= 935.99 kg-m

Por carga viva

Mcv= P6X6 + P7X7 + P8X8

Mcv= 100*5.58 + 300*2.87 + 500*1.15

Mcv= 1,994 lb-pie= 276.33 kg-m

Momento producido por la rueda del camión caso A

P= 12,000 lbs

E= 0.8*X + 3.75

X= distribución de rueda-empotramiento

E= 0.8*0.49 + 3.75= 4.14



M= 255.87 kg-m

Momento por impacto

Carga viva + impacto= 196.83*130= 255.87 kg-m

Momento ultimo

Mu= 2,369.89 kg

Calculo de refuerzo

Como el refuerzo utilizado en el interior de la losa resiste un momento de 3,464.78 kg-m y el

momento es 2,369.89 kg-m. Se utiliza el mismo refuerzo para la losa en voladizo.

8. DISEÑO DE DIAFRAGMAS Y VIGAS

DISEÑO DE VIGAS

Para el diseño del puente, la superestructura cuenta con tres vigas, dos exteriores y una interior,

para cada una se integran las cargas correspondientes y se diseña de acuerdo a las

especificaciones como se describe a continuación:

Luz a línea central de apoyos Lca=11.60m

Luz libre Li=11.10

Luz eficaz Le=12.00m

Peralte d=8%Lca d=0.08*11.60 d=0.925m d=90cm

Base b=1/2xd b=0.5*0.90 b=0.45m b=50cm



Pre dimensionamiento de diafragma

Diafragma interior=3/4Hviga=0.75(90-20)=52.5cm=0.55m

b=0.30m (ancho normal de la base)

Wdiaf=2400*0.55*0.30=396.00Kg/m

Factor de distribución

E factor de distribución es la proporción de la carga viva que absorbe cada viga

Puente: 1 vía =S/6.5 si S≤6’

Puente: 2 vías =S/6 si S≤10

S=espaciamiento entre vigas en pies a ejes

DISEÑO DE DIAFRAGMA

Según aashto 1.7.4. cuando la luz de la superestructura es mayor que 40 pies, es necesario colocar

diafragmas en el punto medio y en los tercios de la luz.

Os diafragmas son elementos estructurales diseñados para soportar las deformaciones laterales y

transversales de las vigas de la superestructura de un puente. Entre las deformaciones que

presentan las vigas figuran: el alabeo y el pandeo lateral.

Los diafragmas externos transmiten su propio peso directamente a los apoyos y los interiores

transmiten su carga proporcional mente a las vigas como cargas puntuales. Debido a que no están

diseñadas para soportar carga proveniente de la losa, se refuerzan con el área de acero mínimo.

Para efectos del proyecto se usaran 2 diafragmas, a una distancia de 4.00m de separación del

apoyo, dado que la luz del puente es de 12.00m. para determinar su altura es necesario conocer la

atura de las vigas principales, ya que los diafragmas se hacen aproximadamente ¾ de altura de

viga. En cualquiera de los casos, la altura mínima será de 50.00cm.

h=3/4hviga=3/4(0.90-0.20)=0.525m=0.55m

El ancho será de 30.00cm, pues se considera que dicho ancho es el mínimo recomendable por la

facilidad de construcción. El recubrimiento mínimo debe ser de 5cm.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Refuerzo longitudinal

El refuerzo a colocar es el acero mínimo, en dos camas, superior e inferior. Se recomienda un

refuerzo extra de 0.25plg2 por pie de alto y un recubrimiento mínimo de 5cm.

Calculo del refuerzo:

As=14.1/Fy (bd)

As=14.1/2810 (30*55)

As=8.28cm2

Utilizando varilla No.6 (2.85cm2), se distribuye de la manera siguiente:

2.85cm2__________________1var→ X=2.90→ 3 varillas N0.6 G40

8.28cm2__________________X→

Colocar 3 varillas N0. 6 G40 (cama superior e inferior)

Refuerzo transversa

Los estribos deben ir espaciados a un máximo de 1/2d.

S= espaciamiento de estribos

Smax=1/2d→ Smax=1/2(0.55)=0.275m

Colocar estribos y eslabones de varilla No. 4 G40 @ 25cm

Refuerzo adicional

se colocara un refuerzo adicional de 0.25 plg2 por cada pie de alto (5.29 cm2 por metro de alto).

Rad=0.55*5.29=2.91cm2

Utilizando varilla N0. 4 (1.27cm2), se distribuye de la manera siguiente:

Colocar 3 varillas No. 4 G40.

CONSIDERACIONES SOBRE DISEÑO ESTRUCTURAL La estructura es y ha sido siempre un componente esencial de la Arquitectura, y es precisamente el Arquitecto quien, durante el proceso de diseño, debe crear o inventar la estructura y darle proporciones correctas.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Para crear y darle proporciones correctas debe seguir el camino intuitivo y el científico, tratando de lograr una combinación armónica entre la intuición personal y la ciencia estructural. El diseño es un proceso creativo mediante el cual se definen las características de un sistema de manera tal que cumpla, en forma óptima, con sus objetivos. Precisamente, el objetivo de un sistema estructural es equilibrar las fuerzas a las que va a estar sometido, y resistir las solicitaciones sin colapso o mal comportamiento (excesivas deformaciones). La bondad del diseño depende esencialmente del acierto que se haya tenido en componer un sistema estructural, o mecanismo resistente, que resulte el más idóneo para resistir las acciones exteriores. Veamos la intervención de la estructura en las distintas etapas del proceso de diseño. Desde su primera actividad como diseñador, la de los croquis preliminares, el Arquitecto deberá organizar en el espacio que está creando los distintos planos o elementos estructurales que aportarán estabilidad (para cargas verticales y laterales) a la forma arquitectónica. De esta manera logrará que el fenómeno del equilibrio no sólo esté presente en el proceso de diseño, sino que sea uno de sus generadores. Durante los croquis preliminares debe tenerse en cuenta la estructura, integrándola a la generación de la forma arquitectónica, de modo tal que no resulte un agregado puramente tecnológico, sin valor en sí mismo o, como muchas veces ocurre, con valores negativos. En la segunda etapa del proceso de diseño, la de anteproyecto, el Arquitecto deberá dar proporciones a los elementos estructurales, esto es predimensionarlos de manera de poder asegurar la factibilidad del diseño. El conocimiento conceptual del funcionamiento de los distintos mecanismos resistentes es una gran ayuda para poder cumplir exitosamente con esta intervención. Finalmente, en la etapa de proyecto definitivo, los cálculos y comprobaciones servirán para definir detalles, ratificar las proporciones dadas a las piezas estructurales, o en su defecto, rechazar la viabilidad del sistema propuesto. Condiciones mínimas de estabilidad Como criterio general para lograr la estabilidad de un edificio frente a la acción de cargas gravitatorias y cargas laterales (viento, sismo), es necesario contar con un mínimo de planos resistentes, éstos son: tres planos verticales, no todos ellos paralelos ni concurrentes, y un plano superior perfectamente anclado a los planos verticales anteriormente mencionados . Solamente la solución A es correcta. Los planos en B no pueden resistir una fuerza de viento o sismo en la dirección perpendicular a sus planos. Los planos en C no pueden resistir una rotación alrededor del punto H. Cuando se habla de fuerzas laterales se refiere a fuerzas provenientes de la acción del viento o sismo sobre las estructuras. Para el diseño sísmico en particular, se manejan en la actualidad métodos de análisis estructural basados en hipótesis (simplificadas o no) que tratan de representar, lo más fielmente posible, el hecho físico real o comportamiento del edificio en el momento del sismo. Uno de los métodos de diseño que se utiliza está basado en efectos estáticos equivalentes. Esto significa que se consideran fuerzas horizontales aplicadas al edificio de manera que produzcan efectos similares a los que sufriría en el momento del sismo. En definitiva, se quiere con ello predecir el comportamiento del edificio.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Aspectos formales de la estructura Los sismos han demostrado repetidamente que las estructuras más simples tienen la mayor oportunidad de sobrevivir. Teniendo en cuenta que el sismo es un hecho físico eminentemente dinámico, para que el método estático mencionado anteriormente sea representativo, es necesario contar con cierta SIMETRÍA ESTRUCTURAL: REGULARIDAD EN PLANTA Y EN ALTURA. Si esto no ocurre, no se puede predecir el comportamiento del edificio diseñado y los cálculos que se realicen posiblemente no tengan mucho que ver con la realidad. Por lo enunciado precedentemente, se hace necesario plantear algunos principios básicos para la selección de sistemas estructurales para los edificios ubicados en zonas sísmicas. La estructura debe: ser simple; ser simétrica; no ser demasiado alargada en planta o elevación; tener los planos resistentes distribuidos en forma uniforme; tener elementos estructurales horizontales en los cuales se formen articulaciones antes que en los elementos verticales; haber sido proyectada de modo tal que los elementos estructurales se relacionen de manera de permitir el buen detallado de las uniones. Sin lugar a dudas, la restricción a la libertad arquitectónica que implican los conceptos anteriores, agrega un condicionante más al diseño en zonas sísmicas, pero por otra parte obligan al proyectista a incorporar conceptos básicos de equilibrio y organización u ordenamiento estructural desde la primera etapa del proceso de diseño. Sistemas estructurales resistentes a fuerzas laterales La mayoría de los sistemas estructurales de edificios lateralmente resistentes consisten en alguna combinación de elementos verticales con elementos horizontales o inclinados. Los elementos verticales más comunes son los muros de mampostería con la tecnología adecuada para resistir fuerzas laterales en su plano, las triangulaciones y los marcos rígidos o pórticos. El elemento horizontal más frecuente es la estructura de cubierta o entrepiso, con suficiente resistencia y rigidez para crear un plano indeformable denominado diafragma. Éste funciona recibiendo fuerzas horizontales en un nivel determinado del edificio y distribuyéndolas entre los elementos verticales del sistema lateralmente resistente. Uso de juntas de control El método general de diseño para cargas laterales consiste en ligar toda la estructura para garantizar su movimiento como una unidad. Sin embargo, a veces, debido a la forma irregular o al gran tamaño del edificio, puede ser deseable controlar el comportamiento bajo cargas laterales mediante el uso de juntas de separación estructural, permitiendo el movimiento completamente independiente de las partes separadas del edificio (figura MII-7). Se evitarán formas no-compactas, asimétricas y situaciones que impliquen cambios bruscos de rigidez y/o resistencia.

PRINCIPALES TIPOS DE ESTRUCTURAS

Se pueden realizar muchas clasificaciones de las estructuras, atendiendo a diferentes parámetros:



Función de su origen: Naturales: como el esqueleto, el tronco de un árbol, los corales marinos, las estalagmitas y estalactitas, etc.

Artificiales: son todas aquellas que ha construido el hombre.

En función de su movilidad: Móviles: serían todas aquellas que se pueden desplazar, que son articuladas. Como puede

ser el esqueleto, un puente levadizo, una bisagra, una biela, una rueda, etc. Como ejemplo la estructura que sustenta un coche de caballos y un motor de combustión.

Fijas: aquellas que por el contrario no pueden sufrir desplazamientos

En función de su utilidad o situación:

Pilares: es una barra apoyada verticalmente, cuya función es la de soportar cargas o el peso de otras partes de la estructura. Los principales esfuerzos que soporta son de compresión y pandeo. También se le denomina poste, columna, etc. Los materiales de los que está construido son muy diversos, desde la madera al hormigón armado, pasando por el acero, ladrillos, mármol, etc. Suelen ser de forma geométrica regular (cuadrada o rectangular) y las columnas suelen ser de sección circular.

Vigas: es una pieza o barra horizontal, con una determinada forma en función del esfuerzo que soporta. Forma parte de los forjados de las construcciones. Están sometidas a esfuerzos de flexión.

Algunas vigas y viguetas formando parte de un forjado.



Muros: van a soportar los esfuerzos en toda su longitud, de forma que reparten las cargas. Los materiales de los que están construidos son variados: la piedra, de fábrica de ladrillos, de hormigón, etc.

Tirantes: es un elemento constructivo que está sometido principalmente a esfuerzos de tracción. Otras denominaciones que recibe según las aplicaciones son: riostra, cable, tornapunta y tensor. Algunos materiales que se usan para fabricarlos son cuerdas, cables de acero, cadenas, listones de madera.



8.7.LÍNEAS DE INFLUENCIA

Líneas de influencia

Considerando la forma en que actúan las cargas en una estructura vemos que se pueden clasificar en cargas permanentes (muertas), cargas no permanentes o vivas y/o cargas de construcción. La carga permanente, como su nombre lo dice, siempre estará presente en la vida útil de la estructura y producirá sobre esta efectos constantes; la carga viva o no permanente fluctúa tanto en posición sobre la estructura como en su duración produciendo efectos variables en ella. Podríamos concluir, de una manera apresurada, que colocando la carga viva sobre toda la estructura produciríamos los efectos máximos en ella, esta afirmación no es cierta y requiere de un estudio mas complejo.

Un ejemplo simple de este efecto es el de una viga simplemente apoyada con voladizo a un lado. Si la carga viva actúa sobre toda la viga, producirá un momento positivo en la luz menor que si actúa solo en el tramo apoyado; en este ejemplo sencillo nos percatamos de la importancia de saber colocar la carga para que produzca los efectos máximos y así cuando diseñemos no corramos el peligro de que nuestra estructura falle.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil En este capítulo estudiaremos el método de las líneas de influencia para colocar la carga viva o variable de tal manera que produzca efectos máximos de corte, flexión, reacciones y deflexiones tanto para cargas puntuales como para cargas distribuidas.

La línea de influencia es un grafico que define la variación de un esfuerzo (corte, momento flector o torsor), reacción o deflexión en un punto fijo de la estructura a medida que se mueve una carga unitaria sobre ella.

La línea de influencia es diferente al diagrama de momento o cortante o a la elástica de la viga, estos representan la variación de la función a lo largo de la viga para una serie de cargas definidas y el otro define como varía V, M o δ en un punto específico cuando se mueve una carga unitaria sobre la viga no dando el valor de la función en toda posición.

La línea de influencia utiliza una carga unitaria ya que por los conceptos de linealidad, proporcionalidad y superposición se puede determinar la función especifica simplemente multiplicando el valor de la línea de influencia por el valor de la carga real.

Este método se utiliza mucho para cargas vivas sobre puentes, puentes grúas, bandas transportadoras y especialmente en aquellas estructuras con cargas móviles.

Determinación de la línea de influencia:

La línea de influencia es una gráfica en la cual las ordenadas representan una fuerza interna o deflexión y la abscisa representa la posición de una carga unitaria. Para su construcción se define el punto de estudio sobre la estructura, se comienza a variar la posición de la carga puntual y se encuentra el valor del esfuerzo interno a medida que se mueve la carga, se puede construir una tabla del valor de la función vs la posición de la carga y después se grafica. Otro método es encontrando la ecuación de la línea de influencia y graficando.

Construyamos la línea de influencia para la reacción en A de la siguiente viga:

Se empieza a mover la carga P a diferentes distancias x y para cada distancia se calcula RA.

Otro método es encontrando la ecuación de la variación de la reacción en A a medida que se mueve una carga unitaria. Se parte de encontrar esa reacción en función de la posición x de la carga P=1,0. Aplicando ecuaciones de equilibrio o encontrando la reacción por proporciones tenemos:

Notemos que la ecuación tiene pendiente negativa y con una variación lineal para RA.



Para obtener el valor de la reacción en A para cualquier carga P, se multiplica la ordenada de la línea de influencia por el valor de la carga.

Si L=8m, P=5 ton localizada a 3m del punto A el valor de la reacción sería:

Línea de influencia para el cortante en A: Se determina la variación del cortante en A por el método de las secciones:

En vista de que siempre es una carga puntual, se parte de encontrar primero las reacciones en función de la posición x y después se aplica el método de las secciones partiendo por el punto al cual se le quiere determinar la línea de influencia:

Haciendo equilibrio en la sección y localizando la carga en x>0 tenemos:



En este caso concluimos que la línea de influencia del cortante en A es igual a la de la reacción en A

Note que la línea de influencia se hacer para la convención positiva de los esfuerzos internos.

Línea de influencia para la reacción en B:

Línea de influencia para el momento en A:

Para cualquier posición de la carga unitaria el momento en A será cero.

Línea de influencia para el cortante y momento en un punto C en L/2

Siempre comenzamos encontrando las reacciones en los apoyos y luego partimos:

Para x<L/2 , se puede tomar la sección C-B y los cálculos se facilitan ya que en ella no está actuando la carga unitaria:

, de donde



Para x>L/2 se toma la sección A-C para equilibrio:

Línea de influencia para el cortante en C:

Momento en C:



USO DE LAS LÍNEAS DE INFLUENCIA:

1. Caso de cargas puntuales: Para cualquier carga puntual P se multiplica el valor de la ordenada en el punto x y ese es el valor del corte o del momento o la función graficada.

Para encontrar los valores máximos de V o M se debe colocar la carga puntual P en el punto de máxima ordenada.

Ejemplo

Construya la línea de influencia para el cortante y momento en el punto B y diga en que puntos debe colocar una carga puntual para producir los máximos efectos de cortante y momento en B.

Encontremos las reacciones en función de x:



Líneas de influencia para corte y momento en B:

0 < x < 4m

Para 4<x<8m

Líneas de influencia:


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil VB

MB

Se producen dos puntos donde puede actuar P y obtener el máximo momento en B, estos dos puntos son: x=0 y x=4m. Para el cortante se debe colocar la carga en x=4m para obtener el mayor cortante en B.

Caso de cargas distribuidas:

En realidad una línea de influencia para una carga distribuida no se podría encontrar como tal, pero la línea de influencia de la carga puntual se puede usar para determinar en que tramos colocar la carga distribuida para que produzca los valores máximos en un punto.

Si sabemos que el valor de la reacción, cortante o momento en un punto esta dado por la por la ordenada “y” de la línea de influencia multiplicada por el valor de la carga actuante P; entonces para una serie de cargas P, o sea una carga distribuida, el valor del cortante, momento o reacción se podría determinar por la suma de todos los cortantes o momentos de cada una de las cargas:

Para cargas distribuidas podemos considerar que cada carga P corresponde al valor de la carga distribuida por una longitud pequeña de viga Δx, dándonos la sumatoria como:

Notemos que el valor de la función conserva el signo de la grafica de la línea de influencia, así, si queremos obtener valores máximos debemos colocar la carga distribuida sobre áreas que sumen, con el signo correspondiente, a un valor existente.



Ejemplo:

Determine donde debe colocar una carga distribuida para producir el mayor cortante negativo y momento en el punto ..C.

Para producir el máximo cortante negativo debemos cargar la viga en la zona de la línea de influencia con área negativa y para el momento máximo cargamos toda la viga ya que toda el área es positiva.



Como hacer las líneas de influencia de una forma rápida?

Principio de Muller-Breslau

La de la línea de influencia en un punto dado para la cortante o momento esta dada por la deformada de la viga al aplicar ese momento o cortante en el punto determinado, retirando la capacidad de la viga para aguantar esa función.

Línea de influencia para reacción en A

Rodillo interno

Articulación

Las ordenadas de la línea de influencia de un esfuerzo cualquiera de una estructura son proporcionales a las de la curva de deformación que se obtiene al suprimir la restricción correspondiente a ese esfuerzo y aplicando en ese lugar el esfuerzo especificado.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil DEFINICIÓN DE LÍNEAS DE INFLUENCIA

Definiremos como líneas de influencia de una solicitación (o deformación), en la sección A-A, a un diagrama tal, que su ordenada en un punto i mida, en una determinada escala, el valor de la solicitación en la sección A-A (o de la deformación), cuando en el punto i de referencia actúa una carga de valor unitario. En el caso de la figura, diremos que ηMf(A) es la Línea de Influencia del momento flector en A, si se cumple que la ordenada δi representa el valor del momento flector en A para una carga P = 1 aplicada en el punto i. Mf (A) = δi * (escala de L. de I.) para P = 1 aplicada en i Si P ≠ 1 se cumplirá: Mf (A) = P * δi * (escala de L. de I.) Esto mismo puede aplicarse para otros estados de carga y otras solicitaciones, reacciones , deformaciones, etc.

LÍNEA DE INFLUENCIA DE UNA REACCIÓN Deseamos la L. de I. de RA que denominamos con ηRA. Eliminamos el apoyo A, colocamos el esfuerzo correspondiente al vínculo suprimido, y damos un desplazamiento ΔA en el apoyo al mecanismo formado. R 1tn. ∴ η = η Δ= η Donde vemos que RA es proporcional a la coordenada η i o sea que ηi en una eterminada escala puede representar el valor de RA para una carga unitaria aplicada en i, donde A 1Δ se puede incorporar como factor de escala.



LÍNEA DE INFLUENCIA DEL MOMENTO FLECTOR Deseamos la L. de I. del MfH en la sección HH. Para ello eliminamos el vínculo que transmite el momento en dicha sección introduciendo una articulación. A la cadena cinemática formada, doy un desplazamiento virtual y aplico el P.T.V despues de explicitar el MfH en la sección (+ tracción abajo). −MfH .ΔH +1tn.ηi = 0 Mf I A H i H Mf 1tn. ∴ η = η Δ= η Con las mismas condiciones anteriores podemos decir que el diagrama cinemático es en una determinada escala la línea de influencia buscada.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil MANTENIMIENTO DE PUENTES DE CONCRETO Y METAL. DEFINICION DE MANTENIMIENTO El mantenimiento de puentes es una de las actividades más importantes entre las que hay que realizar para llevar a cabo la conservación de una red de carreteras. Su objetivo final, como la de toda labor de conservación, es la del mantenimiento de todas las condiciones de servicio de la carretera en el mejor nivel posible. La falta de mantenimiento adecuado en los puentes da lugar a problemas de funcionalidad y seguridad que pueden ser graves: limitación de cargas, restricciones de paso, riesgo de accidentes, riesgo de interrupciones de la red..., y a un importante problema económico por el acortamiento de la vida útil de las obras. Las causas y razones más comunes por las que es necesario el mantenimiento de un puente son: 1) Errores en el proyecto, errores durante la construcción, vigilancia, mantenimiento o reparaciones inexistentes o inadecuadas. 2) Materiales inadecuados o deterioro y degradación de los mismos. 3) Variación con el tiempo de las condiciones de tráfico (cargas y velocidades). 4) Acciones naturales de tipo físico, mecánico o químico (intemperismo). 5) Acciones accidentales, terremotos, avalanchas, inundaciones, explosiones, impacto de vehículos con elementos estructurales del puente. Según la importancia del deterioro observado, las acciones para el mantenimiento un puente se clasifica en tres grupos:

Mantenimiento rutinario. Reparaciones. Reforzamientos.

Como ya se ha señalado más del 50% de los puentes teóricamente son considerados fuera de vida útil, sin embargo, resulta complicado pensar en la sustitución y en la inversión que para ello se requiere, por lo que parece más sencillo y practico continuar con un programa permanente de mantenimiento, reparación y refuerzo de puentes. El mantenimiento rutinario es una labor substantiva que debe ampliarse para evitar que crezca el número de puentes con daños. Con los trabajos de reparación y reforzamiento, se pretende que los puentes recuperen un nivel de servicio similar al de su condición original. Sin embargo, por la evolución del tránsito, a veces no es posible obtener este resultado y se requieren trabajos de refuerzos y ampliaciones. PROBLEMAS EN LOS PUENTES Y SUS POSIBLES CAUSAS


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Son muchos los problemas que se presentan durante la vida útil de un puente, a continuación trataremos de sintetizar esos problemas y las soluciones que se presentan con más frecuencia. La presencia de agua por una inadecuada evacuación de la misma da lugar a problemas muy diversos que pueden afectar tanto a los estribos como a las pilas, cabezales, arcos, bóvedas, tableros, vigas, apoyos, terraplenes de acceso, etc. Ya sea por la propia acción directa del agua: erosiones, socavaciones, humedad. Por su acción como vehículo de otros agentes agresivos: corrosión por sales, ataque por sulfatos, disolución de ligantes en mortero, ó por jugar un papel predominante en otros fenómenos: reacción árido-álcali. En las estructuras metálicas resulta evidente la importancia de evitar la presencia permanente en determinadas zonas de humedad, que acabaran siendo origen de fuertes problemas de corrosión. Los desperfectos originados en las zonas de apoyo y juntas por la humedad que permanentemente se presentan en tales zonas. El mantenimiento de los desagües del tablero es importante. Las fisuras de flexión son las que se sitúan mas generalmente en la zona central del claro, incluyendo las zonas llamadas de "momentos nulos". Nacen en la fibra inferior, cortan el cordón inferior de la viga, suben por el alma, al principio verticalmente, y luego se inclinan bajo la influencia del esfuerzo cortante cuando se aproximan a los apoyos. Solo pueden existir fisuras inclinadas en el alma, en la cercanía de los apoyos, son fisuras producidas por el esfuerzo cortante. Estas fisuras son activas, es decir, su abertura varía bajo el efecto diario del gradiente térmico (insolación del tablero) y bajo el de la circulación (vehículos pesados). La razón esencial de esta fisuración es un pretensado insuficiente ante las solicitaciones de flexión de la estructura. Se logra el objetivo de la reparación poniendo en una obra un pretensado adicional después de haber inyectado las fisuras que estén suficientemente abiertas; el umbral de una inyección es del orden de 0.2 a 0.3 mm. Por su proximidad al mar, las altas temperaturas del verano y los vientos dominantes, el puente está sometido a un ambiente altamente agresivo, lo que unido a la deficiente calidad de los materiales y la alta porosidad del concreto puede producir la alta carbonatación del mismo, acelerando la oxidación de las armaduras y el arrancamiento del concreto en muchas zonas. La oxidación en mayor o menor grado de la armadura activa puede ser extremadamente grave, pues es sabido que la corrosión bajo tensión es un fenómeno que produce su rotura sin previo aviso, poniendo en peligro la estabilidad del puente. Esta corrosión por lo general puede ser debida a dos causas: recubrimientos defectuosos o insuficientes o fallos en la inyección de las vainas. Perdidas de recubrimiento, oxidación de armaduras, grietas y fisuras generalizadas en todos los elementos del puente, más a menudo en el tablero y las zonas próximas a las juntas y los drenes.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Despegue del concreto de las péndolas en el tablero y arcos, oxidación de las rotulas metálicas, mal funcionamiento de los drenes del tablero, juntas no estancas y muy deterioradas, muchas veces inexistentes. A causa de los materiales: concreto fabricado con áridos con elevado contenido del feldespatos (granitos, esquistos, pizarras, etc.), si después tiene un aporte considerable de agua, en este caso este tipo de áridos puede reaccionar con el hidróxido cálcico de la pasta de cemento, produciendo unos nuevos compuestos químicos: ceolitas, productos que son expansivos y que en un plazo más o menos largo producen la destrucción del concreto. Los procedimientos más usuales para solucionar los problemas más comunes en cada una de las etapas y para los elementos más comunes en los puentes, se sintetizan a continuación: 1.- Cauces y cimentaciones. a) Limpiar, reponer y estabilizar la alineación y la sección transversal del cauce. b) Para evitar erosiones y socavaciones: utilizar gaviones o muros de mampostería o de concreto ciclópeo. c) Reconstruir los conos de derrame y delantales frente a los apoyos extremos. d) Hacer zampeados de mampostería de piedra con dentellones en el fondo del cauce. e) Proteger los caballetes con pedraplenes o escolleras instaladas al frente y alrededor. SUBESTRUCTURAS A) Recimentación de pilas y estribos: - Utilizando concreto ciclópeo colado bajo el agua. - Construcción de una pantalla perimetral de micropilotes. B) Reparación y refuerzo de pilas y estribos fracturados por socavación, hundimientos e inclinación por cargas. - Utilizando encamisados de concreto. - Con el adosamiento de estructuras metálicas. C) Reparación de pilotes que presentan fractura y exposición del acero de refuerzo. D) Reforzamiento de corona y cabezales. E) Inyección de grietas y reposición de concreto degradado. F) Reconstrucción de coronas y bancos de apoyo SUPERESTRUCTURAS 1.- De concreto: A) Reparación de grietas en trabes, diafragmas y losas. - Inyección de resinas epoxicas. B) Para reforzar los elementos de la superestructura: - Adosar soleras metálicas con resinas epoxicas. - Incremento del número de trabes. - Construir sobre losas. - Colocar pre esfuerzo longitudinal, transversal y vertical.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil C) Alineamiento de superestructuras desplazadas transversalmente por asentamiento de los apoyos o por efectos dinámicos, sismos e impactos de vehículos 2.- metálicas: A) Reparaciones por oxidación y corrosión: - Sustitución de elementos que han tenido pérdidas del área de su sección transversal. - Reemplazo de remaches y pernos. B) Para reforzar los miembros de la superestructura: - Con cubre placas. - Con perfiles laminados. - Incremento del número de trabes. C) Sustitución de sistemas de piso. D) Ampliaciones y refuerzo. 3.- Arcos de mampostería y arcos de concreto: Mampostería: Ha requerido reforzamientos con arco de concreto o trabes pretensadas, afianzamiento de dovelas y, para su ampliación, se han construido sobre losas voladas de concreto armado. Los puentes de arcos de concreto, en general, han presentado la misma problemática que las estructuraciones de concreto reforzado. DISPOSITIVOS DE APOYO Requieren de un programa de limpieza a intervalos regulares y protegerlos con pintura o material galvanizado. En caso de corrosión severa que impida su funcionamiento, deben reemplazarse. Otros casos típicos de sustitución se presentan con mecedoras de concreto armado que se fisuran ó los apoyos que se deforman. EL FENÓMENO DE LA CORROSIÓN Acción química, electromecánica, macano química, o biológica, lenta o acelerada de la naturaleza o el medio ambiente, que degrada y destruye los materiales. Este fenómeno, al que se da el nombre de corrosión se manifiesta más evidentemente en los cuerpos sólidos como son los metales, las cerámicas, los polímeros artificiales, los agregados y los minerales fibrosos de origen natural. El fenómeno de la corrosión de la materia sólida consiste básicamente en la pérdida del equilibrio en las fuerzas cohesivas. Las fuerzas que mantienen la cohesión de la materia sólida son de naturaleza eléctrica.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Esta cohesión es el resultado del equilibrio de las fuerzas de atracción entre los núcleos atómicos positivos y los electrones con carga negativas, con las fuerzas de repulsión de los electrones entre si y de los núcleos atómicos entre sí. FORMAS DE CORROSIÓN. Para evaluar los daños producidos por la corrosión es muy conveniente clasificarlos según la forma como se producen: Cuando la superficie del metal se corroe en una forma casi uniforme se dice que la corrosión es de tipo "superficial". Es la forma más benigna o menos peligrosa pues el material se va gastando gradualmente extendiéndose en forma homogénea sobre toda la superficie metálica y su penetración media es igual en todos los puntos. Un ataque de este tipo permite evaluar fácilmente y con bastante exactitud la vida de servicio de los materiales expuestos a él. A veces el ataque se profundiza mas en algunas partes pero sin dejar de presentar el carácter de ataque general constituyendo un caso intermedio entre corrosión uniforma y corrosión localizada, en este caso se dice que se trata de una corrosión "en placas". Existe otra forma de corrosión, conocida como corrosión "por picadura" que se presenta cuando una superficie metálica que ha sido pasivada se expone a un medio agresivo. Durante el picado, el ataque se localiza en puntos aislados de superficie metálica pasivas y se propaga hacia el interior del metal formando en ocasiones túneles microscópicos. La corrosión se puede presentar de varias formas que difieren en apariencia. Corrosión general: La corrosión general es la forma más común que se puede encontrar y la más importante en términos de pérdidas económicas. Se caracteriza por un ataque más o menos uniforme en toda la superficie expuesta con solamente variaciones mínimas en la profundidad del daño. En las estructuras se pueden usar recubrimientos especiales para minimizar el ataque de la corrosión. Corrosión Galvánica: Se puede producir un daño severo por corrosión cuando dos o más metales distintos se acoplan eléctricamente. Esto se conoce como corrosión galvánica y resulta por la existencia de una diferencia de potencial entre los metales acoplados que causa un flujo de corriente entre ellos. El metal más activo padece una corrosión más acelerada, mientras que la corrosión en los miembros menos activos se retarda o se elimina. Corrosión por hendiduras: La corrosión por hendiduras es un tipo que se presenta en espacios confinados o hendiduras que se forman cuando los componentes están en contacto estrecho. Para que se presente la corrosión por hendidura, la hendidura debe ser muy cerrada, con dimensiones menores a un milímetro. Aunque no se han definido los límites de la brecha, es conocido que este tipo de corrosión no se presenta en espacios más grandes. Para que se presente la corrosión por hendiduras no es necesario que las dos superficies de aproximación sean metálicas. También se ha reportado corrosión por hendiduras formadas por


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil varios materiales no metálicos (polímeros, asfaltos, vidrio, neopreno) en contacto con superficies metálicas. El hecho de que esto pueda ocurrir es de una importancia especial en la aplicación y selección de materiales de juntas de dilatación, apoyos, etc. Picaduras: Las picaduras son una parte localizada de corrosión en la que el ataque está confinado a muchas cavidades pequeñas en la superficie del metal. Las cavidades que se forman pueden variar en cantidad, tamaño y forma. Las picaduras pueden contribuir de manera importante a una falla general, en componentes sujetos a esfuerzos muy altos, dando como consecuencia la falla por corrosión bajo tensión. El picado se puede presentar en varios metales y aleaciones, pero los aceros inoxidables y las aleaciones de aluminio son susceptibles en especial a este tipo de degradación. Agrietamiento por corrosión y esfuerzos: El agrietamiento por corrosión y esfuerzos es una falla corrosiva en la que se forman las grietas de un componente bajo la acción combinada de esfuerzos mecánicos y un medio ambiente agresivo. Los esfuerzos y el medio ambiente agresivo se unen para ocasionar una falla súbita. Por lo general los requisitos para que se presente la corrosión son dos: 1.- Un metal o aleación susceptibles. Aceros de alta resistencia, latones y aceros inoxidables, y aleaciones comunes de aluminio, acero, fierro, etc. 2.- Un medio ambiente especifico. Por lo general un ambiente húmedo o salado, por lo general un ambiente lleno de iones específicos (iones de cloruro, iones de monio, etc.) MANTENIMIENTO RUTINARIO Las tareas de conservación se pueden clasificar en: ordinarias y extraordinarias, en función de que sean labores que se deban llevar a cabo con una periodicidad fija o de que haya que efectuarlas sólo cuando la evolución del estado del elemento a conservar lo demande. Del primer grupo (ordinarias), se refieren básicamente a la de inspección, limpieza y pintura; mientras que las del segundo (extraordinarias) abarcan un amplio campo que va desde la rehabilitación del concreto degradado hasta la renovación de elementos de equipamiento como juntas, impermeabilización, etc. DEFINICIÓN El mantenimiento rutinario lo comprenden aquellas actividades de mantenimiento en los puentes que pueden ser realizadas por el personal de las residencias de conservación. Dichas actividades son: - Señalización, pintura, alumbrado, etc. - Limpieza de acotamientos, drenes, lavaderos y coronas de pilas, estribos, caballetes, etc. - Limpieza y rehabilitación de conos de derrame incluida su protección, enrrocamiento o zampeado. - Limpieza y rehabilitación del cauce. - Recarpeteo de los accesos del puente.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil - Protección contra la socavación. - Reacondicionamiento de parapetos dañados. - Limpieza o rehabilitación de las juntas de dilatación. - Limpieza o protección de apoyos. ACCIONES MÁS COMUNES Las acciones del mantenimiento rutinario más comunes son las siguientes: Limpieza de drenes, limpieza de juntas, pequeños rellenos en zonas erosionadas en los terraplenes de acceso, limpieza en zona de apoyos, pintura de barandillas, señalamientos, etc. Todas estas operaciones se llevan a cabo por los equipos encargados del mantenimiento ordinario de la carretera. Barreras de seguridad y barandillas. El mantenimiento y renovación de las barreras de seguridad doble-onda en las estructuras está sujeto a los mismos condicionantes que en el resto de la carretera. Únicamente se da el problema diferencial de la oxidación. Aceras y canalizaciones. La corrosión de los anclajes que unen las piezas a la estructura, los movimientos diferenciales, los usos de explotación diferentes a los previstos inicialmente, etc. , unidos a los defectos de la colocación inicial, dan lugar a bastantes reparaciones algunas muy costosas y complejas. Además, en ocasiones, el concreto con el que se construyeron estos elementos es de menor calidad que el empleado en la estructura por lo que en aceras e impostas se dan comparativamente bastantes problemas de deterioro. El pavimento. Normalmente la vida de las mezclas asfálticas sobre tableros es mucho más dilatada que en pavimentos normales produciéndose la rotura al cabo de los años por cuarteos debidos al propio envejecimiento de la mezcla y el despegue propiciado por el agua que escurre entre el pavimento y la losa. Por otra parte es obvia la conveniencia de no reparar el pavimento añadiendo una capa sobre la existente por lo que supone de sobrecarga y en muchos casos la anulación de bordillos, drenes y juntas de dilatación. Por consiguiente las acciones de conservación que se llevan a cabo sobre el pavimento de los puentes consisten en el sellado de grietas o el extendido de capas finas a base de lechadas asfálticas que regeneran las características superficiales y a la vez que mejoran la impermeabilidad de las losas. En otros casos es necesario eliminar el pavimento existente mediante fresado o demolición, y extender una nueva capa de mezcla asfáltica previa renovación o implantación de la correspondiente capa de impermeabilización.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil REPARACIONES DEFINICIÓN Reparaciones dentro del mantenimiento se consideran las siguientes acciones: Sellado de fisuras, inyección de fisuras, saneo de concreto degradado, reposición de concreto, limpieza de armaduras, impermeabilización del tablero, pintura perimetral, recolocación o recalce de apoyos, reparación o reposición de barreras o parapetos, reparación de aceras y canalizaciones de servicios, actuaciones sobre el pavimento y otras actuaciones singulares como, por ejemplo, arreglo de socavaciones en la cimentación, etc. Estas acciones se llevan a cabo por equipos específicos una vez que se ha decidido su realización. La reparación de los puentes enmarca las siguientes actividades en los puentes que son realizadas por personal técnico especializado (Empresas Contratistas): - Alineamiento vertical y horizontal de tableros de la superestructura. - Cambio de apoyos. - Cambio de juntas de dilatación. - Rehabilitación del concreto degradado. - Tratamiento de armados expuestos. - Inyección de grietas en subestructura y superestructura. - Protección de aceros expuestos en subestructura y superestructura utilizando Sand-Blasting, picado o pega reto para colocar concreto lanzado. El mantenimiento de puentes es una de las actividades más importantes entre las que hay que realizar para llevar a cabo la conservación de una red de carreteras. Su objetivo final, como la de toda labor de conservación, es la del mantenimiento de todas las condiciones de servicio de la carretera en el mejor nivel posible. Otro tipo de acciones es la reparación de daños producidos por golpes. Con cierta frecuencia se producen colisiones del tráfico con las obras, especialmente de vehículos que circulan con altura excesiva de carga por pasos inferiores, aunque también dentro de la propia autopista por colisionar contra pilas, etc. Estos daños cuando se producen son reparados aunque no constituyan un peligro inmediato para el buen funcionamiento de la estructura. La reparación consiste normalmente en la eliminación del concreto roto y su sustitución por un mortero de reparación. ACCIONES Y PROCEDIMIENTOS MÁS COMUNES


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Cuando el deterioro del concreto de la estructura del puente aparece en estado avanzado, con desprendimientos en algunas zonas, armaduras pasivas al descubierto con oxidación evidente, y a veces, desaparición de la misma, armaduras activas con inicios de oxidación y sus conductos con zonas sin inyectar, falta de recubrimiento, o síntomas de fallas en los anclajes; la reparación del puente se efectuara atendiendo a los principios siguientes: Las acciones que se llevan a cabo más frecuentemente son: - Impermeabilización y regeneración del concreto de losas, pilas y estribos, consistente en: Descubrir la cara superior del tablero y proceder a su inspección y auscultación para descubrir fisuras, zonas huecas, degradación, etc. En pilas y estribos se inspeccionan las partes visibles. Inyectar las fisuras cuya abertura y profundidad suponga un peligro grave para la durabilidad tanto en la cara superior como inferior, y sellar el resto. Eliminar, en el caso que existe, el concreto cuarteado, desagregado, o separado en láminas y sustituirlo por un mortero de reparación. Limpiar el oxido de las armaduras descubiertas y sustituirlas en el caso de que tuvieran una corrosión importante. Mejorar en sistema de drenaje en los casos en que convenga. Extender una capa de impermeabilización competente en la cara superior del tablero, regularizando la superficie previamente si es necesario. Recubrir el concreto visto, cara inferior de las losas, pilas, estribos, alzados, etc. con una pintura anti humedad y anti carbonatación transparente o de color, previo chorreado con arena. Reparación o sustitución de elementos del equipamiento. Componen el equipamiento de un puente: los apoyos, las juntas de dilatación, los sistemas de impermeabilización y drenaje, el pavimento, las barreras de seguridad, las barandillas, las aceras, las eventuales canalizaciones para servicios, etc. En la mayoría de los casos, además, del deterioro de estos elementos es mucho más rápido que el de la estructura por lo que normalmente una buena parte de acciones va dirigida a la reparación o renovación de los mismos. Las acciones que se llevan a cabo son las siguientes: Cambio de apoyos elastomericos. Aunque presumiblemente en un futuro sea necesaria la renovación de apoyos, hasta el momento no se han observado roturas ni envejecimiento que hagan aconsejable su sustitución salvo en algún caso aislado. Sin embargo si ha sido necesario recolocar algunas pastillas de neopreno que


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil se habían desplazado de su posición original como consecuencia normalmente de una mala colocación inicial y de un deficiente apoyo de la estructura. También ha sido necesario corregir el descenso de algunas líneas de apoyos sobre estribos cimentados en terraplenes o macizos que han sufrido asentamientos. Estos descensos producen un quiebro brusco en el perfil longitudinal que es preciso corregir para mantener la regularidad de la rasante. La elevación de apoyos es una de las acciones de conservación más complejas y costosas ya que exige el levantamiento del tablero mediante gatos, el desvío del tráfico y la demolición parcial y posterior recrecida de los muretes de contención del firme. A continuación el procedimiento constructivo del cambio de apoyos:



Inyección de grietas. Pasos a seguir para la inyección de grietas: 1.- Preparación de la superficie. Limpiar con un cepillo de alambre el área de la grieta removiendo el concreto deteriorado, quedando una superficie libre de grasas y polvo. Cuando exista humedad en la fisura es preciso retirarla a base de aire comprimido de tal manera que la fisura quede totalmente seca.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil 2.- Colocación de la pasta. Colocación de la pasta de poliéster (sellador) con una espátula sobre el inyector, esta pasta deberá ser capaz de soportar la presión de inyección sin que se bote.

3.- Colocación de inyectores. Colocar los inyectores a lo largo de la fisura sujetándolos por medio de un clavo. Colocar pasta sellador a lo largo de toda la fisura de tal manera que no pueda fugarse la resina durante la inyección. Cuando las fisuras atraviesen todo el elemento se deberán colocar inyectores en ambos lados.

4.- Prueba de sello. Una vez endurecido el sello, se conectaran las mangueras a los inyectores y mediante aire a baja presión se comprobara la comunicación de todos los puntos de salida y la estanqueidad del sello.

5.- Inyección. Una vez comprobada la continuidad de los puntos se deberá realizar lo siguiente: a) Preparar la resina.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil b) Iniciar la inyección por el punto extremo inferior de la fisura hasta que la resina salga por el siguiente punto. c) Cortar la manguera y pizcarla con hilo de alambre de tal manera que esté totalmente cerrada. d) Seguir inyectando hasta que la resina salga por el inyector superior, cerrarlo y mantener la presión durante algunos minutos para asegurar el llenado completo de la fisura. e) Dejar un testigo de resina para que después se pueda verificar su endurecimiento.

f) Para realizar la inyección se utilizara un recipiente provisto de un manómetro de manera que se pueda controlar la presión de inyección (no mayor a 5 Kg/cm2 y no menor a 1.5 Kg/cm2.

6.- Limpieza. Se deberá secar la resina por lo menos 24 horas y se verifica que haya endurecido. Una vez endurecida la resina, retirar la pasta selladora e inyectores, y limpiar y pulir la superficie.

Cambio de juntas de dilatación. Las juntas son seguramente el elemento más delicado del equipamiento. Estas juntas, por definición, tienen la tarea de unir los espacios libres, requeridos por razones del comportamiento estructural entre dos elementos de un puente. Una junta eficiente tiene que cumplir característicamente con los siguientes requisitos:

1. Transmisión de cargas y libertad de movimiento. 2. Durabilidad de todos los elementos de la junta. 3. Emisión baja de ruidos durante el paso de vehículos. 4. Autolimpiables.

Las acciones del tráfico inciden directamente sobre ellas mediante solicitaciones de impacto repetitivas, lo que produce el agotamiento por fatiga o el desgaste de sus componentes, a los que


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil hay que añadir la corrosión de los elementos metálicos y el envejecimiento de perfiles de goma, morteros, etc. Las acciones que se llevan a cabo son de dos tipos:

Reparación de juntas: sustitución de módulos retos, apretado de tuercas, y tornillos, reparación del mortero lateral roto o cuarteado, sustitución de perfiles de goma envejecidos o despegados. Renovación de juntas: cambio de la junta por una nueva. En este caso es posible en bastantes ocasiones colocar una nueva junta más sencilla que la original debido a que los movimientos iniciales de la estructura (fluencia, retracción, etc.) no han de tenerse en cuenta. Procedimiento constructivo de modernización de junta de calzada: 1.- Cortar y retirar la carpeta asfáltica en un ancho de 20 cms. En ambos lados de la junta de dilatación. 2.- Realizar la demolición de la losa y hasta 15 cms. dentro de la banqueta para fijar el remate de la junta de dilatación.

3.- Retirar ángulos y placa de acero de junta existente. 4.- Colocar y habilitar perfil en la calzada en ambos lados de la junta.

5.- Checar nivelación de la junta.



6.- Colar y vibrar perfectamente zona de juntas. 7.- una vez fraguado el concreto se colocara el perfil de neopreno.

Tratamiento de armados expuestos. El procedimiento más común para el tratamiento de las armaduras oxidadas:

Se descubrirán picando todo el concreto que las cubre. Se eliminara el oxido no adherido (cepillo de alambre o chorro de arena), después se les

aplicara una pintura anticorrosiva. Si la armadura presenta una pérdida de sección notable se suplantará, si es posible, con

una nueva soldada a la antigua.

Rehabilitación del concreto degradado.

Su necesidad surge por varios motivos. El proceso normal de degradación de las estructuras de concreto armado al estar sometido a las acciones ambientales da lugar a que se presente algunas degradaciones que es necesario reparar para evitar daños mayores. Por una parte la inevitable carbonatación del concreto va penetrando progresivamente hasta alcanzar las armaduras, que pierden así la protección que les proporcionaba la elevada basicidad inicial. Este efecto, unido al ingreso de cloruros procedente fundamentalmente de las sales de deshielo, facilita la corrosión de las armaduras con los efectos negativos sobre el concreto, que conlleva a: fisuración, de laminación y desintegración más o menos localizadas. Por otra parte, los fenómenos químicos del tipo reacción árido-álcali y similar, que cuando se producen, dan origen a hinchamientos que se traducen normalmente en fisuración. Esta fisuración es debida en muchos casos a la superación de la resistencia a la tracción.


Facultad de Ingeniería PUENTES Escuela de Ingeniería Civil Estos procesos de degradación están ligados principalmente a dos factores: la mayor o menor permeabilidad del concreto y la existencia de agua que pueda acceder a la masa del concreto. Esta serie de causas da lugar a un conjunto de acciones destinadas a rehabilitar el concreto y las armaduras deterioradas y a mejorar el sistema de impermeabilización y evacuación del agua, enemigo número uno de las obras. El procedimiento para la rehabilitación del concreto degradado se expone a continuación: El concreto alterado se saneara incluyendo las zonas figuradas demoliendo, la superficie así obtenida se limpiara cuidadosamente (cepillo metálico o chorro de arena) antes de colocar el concreto o el mortero que sustituirá la zona desaparecida. Este nuevo mortero o concreto deberá cumplir las siguientes condiciones: - Tener una adherencia perfecta con el concreto viejo. Es normal para garantizarlo dar una impregnación de resina epoxica a la superficie de contacto. - Resistencia mecánica mayor o igual a la del soporte. - Baja o nula retracción. - Modulo de deformación ligeramente al concreto de la pieza de soporte. - Coeficiente de dilatación térmica próxima a la del soporte. Estas condiciones suelen cumplirlas básicamente bien los morteros de cemento con los aditivos correctos.

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