diseño de puentes

PUENTES Y OBRAS DE ARTE

ING. WILMER ROJAS ARMAS

ESCUELA PROFESIONA PROFESIONAL L DE INGENIERIA CIVIL

PUENTES Y OBRAS DE ARTE   

ELEMENTOS DE UN PUENTE DEFINICIONES BÁSICAS CLASIFICACIÓN DE LOS PUENTES SUPERESTRUCTURAS o SUBESTRUCTURAS o

ING° WILMER ROJAS ARMAS



INTRODUCCIÓN El presente manual ofrece una explicación detallada del análisis y diseño de puentes por el método LRFD. A lo largo de los siguientes capítulos se hará énfasis en los aspectos para determinar el tipo de puente, los procesos de construcción y los aspectos generales para la elección y diseño de un puente. DEFINICIÓN Puente es una estructura que permite el paso de un camino ante un obstáculo. La AASHTO define a un puente como cualquier estructura que tiene una abertura no menor a 6100 mm y que forma parte de una carretera o está ubicada sobre o debajo de una carretera. ELEMENTOS DE UN PUENTE SUPERESTRUCTURA Formada por: Tablero: losa, que permitan el paso del usuario. Estructura portante: Vigas, arcos o cables rectos o curvos. Elementos secundarios, de unión entre el tablero y su estructura portante, tales como péndolas en el caso de los puentes colgantes y arcos de tablero inferior, columnas en los puentes en arco de tablero superior; dispositivos de apoyo, rótulas, juntas de dilatación-contracción, etc.   

SUBESTRUCTURA Formada por: Estribos: Apoyos extremos de la superestructura, que transmiten al suelo la carga que reciben de ella y contiene el relleno de los accesos. Pilares: Apoyos intermedios de la superestructura, que transmiten al suelo la carga que reciben de los dos tramos adyacentes. 

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DEFINICIONES BÁSICAS A continuación se definen algunos términos de uso habitual en los proyectos de puentes. Viaducto: Puente para el paso de un camino sobre un valle. Puente carretero elevado que cruza sobre calles urbanas o sobre líneas férreas. Eje Longitudinal: Es el eje central del puente que discurre a lo largo del mismo. En aquellos casos donde el puente esté incluido en el estudio general de una carretera o camino, el eje longitudinal corresponderá a la prolongación del eje en planta del camino sobre el puente. Eje de Apoyo: Es la línea que resulta de la intersección del plano de apoyo de la superestructura y de un plano vertical que pasa por el centro de tal plano de apoyo. Borde de Puente: Es la línea definida por un plano vertical que pasa por el extremo del tablero del puente y el plano del tablero. Las progresivas menor y mayor de los bordes del puente en el eje, en el sentido del avance del kilometraje, definen el inicio y final del puente, respectivamente. Longitud Total: Es la longitud medida entre los bordes del puente y se mide como la diferencia entre las progresivas de entrada y salida del puente, equivalente a la sumatoria de las longitudes de los tramos y la de sus juntas de dilatación. Longitud del Tramo: Es la longitud entre los bordes de construcción en el caso de tramos isostáticos, y la longitud entre ejes, en el caso de tramos hiperestáticos. Luz Libre o Vano: Es la distancia libre entre las caras de los elementos de la infraestructura (entre caras de estribos, de estribo y pila o entre caras de pilas). Según la cantidad de tramos del puente, pueden existir variedad de luces y en tal caso, se hablará de luz mayor y luces menores. Luz de Cálculo: Es la longitud de diseño de las Vigas o losas y se mide, normalmente, entre ejes de apoyo. Calzada: Es el área del puente destinada al tránsito vehicular, cuyo ancho se mide en forma perpendicular al Eje Longitudinal del Puente. Faja de Tráfico o Carril: Es el ancho de la calzada destinado a la circulación de una sola fila de vehículos. Aceras: Zona longitudinal del puente, elevada o no, reservada al tránsito de peatones.



Separador: Franja longitudinal del puente no destinada a la circulación calzadas contiguas.

de vehículos, que separa

Ancho del Puente: Corresponde al ancho total de la superestructura e incluye, calzadas, separadores, aceras y barandas. Gálibo: Altura existente entre la cota más baja de la superestructura y el fondo del lecho o barranco. En el caso de pasos a desnivel sobre vías férreas, es la distancia entre la cota más baja de la superestructura y la mayor cota de riel. En pasos a desnivel sobre un camino, es la distancia entre la cota más baja de la superestructura y la cota más alta del pavimento del camino sobre el cual se cruza. Revancha o Gálibo sobre Fluidos: Es la distancia vertical entre la cota del NAME o la de diseño y la cota más baja de la superestructura del puente. Cantoneras: Perfiles angulares metálicos colocados en los cantos vivos de las losas de hormigón, para protegerlos del golpe de las ruedas. Junta de Dilatación: Elemento cuyo propósito es permitir las deformaciones longitudinales debidas a cambios de temperatura, u otras acciones. Deben proteger los cantos vivos, y ser estancas para proteger los sistemas de apoyo. Drenajes: Elementos que permiten evacuar las aguas de lluvia que fluyen sobre la calzada y aceras del puente. Aparatos de Apoyo: Son elementos sobre los que se apoya el sistema estructural de la superestructura y que permiten el traspaso de las cargas del tablero a la infraestructura. Pueden consistir en elementos elastoméricos o mecanismos de cualquier tipo. Alas: Prolongación de los estribos que contienen lateralmente los terraplenes de acceso o relleno estructural. En general forman un ángulo con el muro frontal del estribo. Pilote: Elemento de cimentación profunda que tiene desde 30 cm hasta 120 cm de espesor o diámetro, que permite trasladar las cargas hasta un estrato resistente de suelo. Este elemento puede trabajar a punta y/o fricción, y puede ser de metal, de madera u hormigón. Pilón: Columna de la cual se extienden cables para sostener el tablero en los puentes atirantados o colgantes.



Cajón de Fundación (Caisson): Es una estructura permanente de fundación que se construye en la superficie y a medida que se la hunde para colocarla en su posición final permite proseguir la excavación dentro de la misma protegiendo a los trabajadores contra el colapso del suelo y evitando la inundación de la excavación. Esviaje: Ángulo medido entre el eje del río, quebrada, camino o vía férrea que cruza el puente y la línea perpendicular al eje longitudinal del puente. Se dirá que el esviaje es positivo cuando el ángulo es medido en sentido contrario a las manecillas del reloj y es negativo cuando el ángulo es medido en sentido de las manecillas del reloj. Escollerado: Protección de mampostería, hormigón, gaviones para proteger el fondo del lecho contra la socavación. Cota de Rasante: Corresponde a las cotas de pavimento del eje de la calzada del puente y sus accesos. NAME: Es la cota del Nivel de Aguas Máximo Extraordinario esperada para la crecida del río, según el período de retorno de diseño. NAO: Es la cota del Nivel de Aguas Ordinario del río. NAm: Es la cota del Nivel de Aguas Mínimo del río. NAM: Es la cota del Nivel de Aguas Máximo del río. Cota de Fondo de Lecho: Es la cota inferior del levantamiento topográfico del fondo del lecho. Cota de Socavación Total: Corresponde al nivel de socavación para distintos períodos de crecidas y debe contemplar la socavación general más la local. Cota de Fundación: Es la cota de proyecto o la aprobada por la Fiscalización y corresponde a la cota de la superficie de contacto donde se apoyan las fundaciones, sean éstas directas, cajones o sobre pilotes. Términos de Referencia TDRs: Documentos técnicos, preparados por la entidad contratante en los cuales se describen los objetivos y alcances de un Estudio según su nivel; estos documentos tienen un carácter enunciativo y no limitativo, pudiendo el Consultor ampliar y sustanciar donde y cuando lo considere necesario, con el consentimiento de la entidad contratante y sin modificar el objetivo principal del Estudio.



CLASIFICACIÓN DE LOS PUENTES: Los puentes se pueden clasificar según su tipo de material con los que fueron construidos, por su utilización, por su condición de operación, por el tipo de cruce, por su alineamiento, etc. 1. Por el servicio que prestan: Acueductos, viaductos, peatonales. 2. Por el material de la superestructura: Madera, concreto armado, concreto presforzado, acero, concreto-acero. 3. Por el tipo estructural: Losa, losa-viga, cajón, aporticados, arco, atirantado, colgante. 4. Según el tipo de apoyo: Simplemente apoyado, gerber, continuo. 5. Por el proceso constructivo: Vaciados en sitio, compuestos, prefabricados, dovelas. 6. Por su trazo geométrico: Recto, oblicuo, curvo. Durante el diseño se debe escoger considerando los factores relacionados con la funcionalidad, economía, seguridad, experiencia en la construcción, condiciones del suelo, sismicidad, estética y sobretodo la longitud del tramo del puente el cual nos puede ayudar en la selección del tipo de puente más adecuado.

RELACIÓN ENTRE EL SISTEMA CONSTRUCTIVO Y LA LUZ PRINCIPAL DEL PUENTE Es posible correlacionar el sistema constructivo con la luz principal a salvar, a través fundamentalmente del tipo estructural que mejor se acomoda para cada rango de luz. La tabla siguiente, intenta resumir este concepto partiendo de la clasificación básica antes mencionada.



GRÁFICOS DE TIPOS DE ESTRUCTURAS DE PUENTES I) CLASIFICACION POR ESTRUCTURA LONGITUDINAL 2. TRAMOS MULTIPLES

1. TRAMO SIMPLE

3. TRAMO COMPE NSADO

a

b

c

4. TRAMO CO NTI NUO

5. PORTICOS SE NCIL LOS

b

a

c

6. MENSULAS COMPENSADAS

a

b

7. PORTICO MULTIPLE

8. TRAMOS ME NSULAS

a

b

9. PORTICOS EN TT

11. ARCO TIMPANO

13. TRAMO COLGADO

10. ARCO ATIRANTADO

12. ARCO CON BIEL AS



II) CLASIFICACION POR ESTRUCTURA TRANSVERSAL 2. PREFABRICADOS

1. TABLERO DE LOSA CONSTRUCCION IN SITU a

a

b

b

c

c

4. TABLERO SUPERIOR PRE FABRICADO

3. TABLERO SUPERIOR IN SITU

5. SECCION CAJO N

c

a

d

b

6. SECCION ALVEOLAR

b

a

7. TABLERO I NFER IOR

c

b

a

8. DOBLE TABLERO

9. VIGAS a

b

c

d

e


III) CLASIFICACION POR TIPO DE MATERIAL A) PUENTES METALICOS

a) Simplemente A poy ado

b) Contínuo

c) Arco

d) Atirantado

e) Colgante



a) Simp leme nte A poy ado

b) Con tínuo

c) Arco

d) Pórt ico

e) Atiranta do




IV) TIPOS DE ESTRUCTURAS DE PUE NTES

1.− SUPERESTRUCTURA TIPO LOSA

PUENTE LOSA

2.− SUPERESTRUCTURA TIPO LOSA CON VIGAS

PUENTE LOSA CON VIGA C.A.

PUENTE LOSA CON VIGA EN C° PR ETENSADO

PUENTE VIGA C AJO N

(a) Continuo

(b) Separado

(c) Espaciado

VIGA Y LOSA DE CONCRETO PRETENSAD O

(a)

(b)



VIGA Y LOSA DE CONCRETO REFORZADO

(a)

(b)

(c)

(d)

VIGA DE ACERO Y LOSA (PLATE GIR DE R )

3.− PUENTE TIPO PORTICO

(a) Porticos Tipo Marco

(b) Pórticos Ja balcon ado s



4.−PUE NTES TIPO ARCO EN CONCRETO Y ACERO

TABLER O

LOSA DE CONCRE TO

COLUMNA

A

VIGA LO NG ITUDI NAL

AR CO

CLAVE

A

EJE DEL AR CO

A

ROC A

VIGA TRA NSVER SAL

NIVEL DE AGUA

CIME NTA CION ARRANQUE

AR R IOSTRE ARCO

ARCO

L=LUZ

CORTE

A−A

ARCO DE TIMPANO ALIGERADO TABLERO SUPERIOR

NIVEL DE AGU A

ARCO DE ACERO TABLERO INTER MEDIO

5.−PUENTE RETICULADO METALICO DE TABLERO INFERI OR

CUERDA SU PER I OR

AR RI OSTR AMI E NTO SU PER IOR POSTE

SUPER F ICI E DE R ODAJE

APO YO

PILASTR A CUERDA INFE RIOR VIGUE TA LO NG ITUDINAL

ESTR I BO VIGUET A

TR ANSVERSAL

AR RI OSTR AMIENTO INFE RIOR

DIAGON AL



RETICULADOS SIMPLEMENTE APOYADOS

THROUGH PRATT TRUSS Tijer al Pratt

THROUGH HOWE TRUSS Tijeral Howe

QUADRANGULAR THROUGH WARREN TRUSS Tijeral Warren Triangular−Cuadrangular

THROUGH WARREN TRUSS Tijeral War r en

CAMEL BACK TRUSS Tijeral de Cordon Superior Ar queado

THROUGH WHIPPLE TRUSS Tijer a l Whipple

K TRUSS Tije ral K

THROUGH BALTIMORE TRU SS Tijeral Baltim or e

PONY TRUSS Armadura sin Arriostramiento Superior THROUGH TRUSS Armadura de Tablero Inf erior

DECK TRUSS Armadura de Tablero Superior

RETICULADOS CONTI NUOS

Variable Depth Cantileve r Voladizo de Profundidad Va riable

Warren Truss Without Verticals Armadura Warren sin Montantes

Deck Tr uss Armadura de Tablero Su perio r

Camelback Truss Armadura de Cordon Superior Ar queado

Half−through Truss Armadura Semitransversal



SILLETA TORRE

TIRANTA

FLECHA

CABLE PRI NCIPAL

ANCLAJE PE NDOLAS ARMADURA O VIGA

R IGIDIZA DORA LUZ DE ANCLAJE

LUZ PRINCIPAL

Main Tower

LUZ DE A NCLAJE

Tower Sadd le Main C able

Hanger Rope

St if fe ning Gir der/Tr uss

Sp lay Saddle Anchor Block

Splay Saddle Moun t

Tension Member Anchor Gir der

7.−

Anc hor age

CABLE − STAYED BRIDGES



8. − PUENTE MODULAR

MODULAR BAILEY DISPOSICION DOBLE DOBLE TABLERO DE MADER A



9.− ALCANTARILLAS TMC O SUPER SPAN

Cabezal Ala

VIGA DE BORDE

10.− PUENTE DE VIGAS DE MADERA

11.− SUBES TRUCTURAS 11.1 ESTRIBOS

Apoyo o Asient o

Respal do

Aler o

Zap ata (a)

(c)

( b)

(d)



11.2 PILARES

PILAR EN T

PILAR COLUMNA

PILAR DE 2 COLUMNAS

PILAR TIPO PORTICO

PILAR DE 3 COLUMNAS

PILAR COLUMNA

PILAR MURO

PILAR CEPA

PILAR TIPO PLACA

PILAR CELOSIA

PILAR EN ARCO



11.3 CIM ENTACIO NES PROFUNDAS PILAR NIVEL DE AGUA

NIVEL DE LODO

CAJON DE CIME NTACION PILAR

SUPER FICIE DEL SUELO ZAPATA

LECHO DE ROCA

LECHO DE ROCA

(b) Cajon de Cimentación

(a) Zapata Sup er ficial

PILAR ES PILAR

ZAPAT A

NIVEL DE AGUA

NIVEL DE AGUA

PILOTE DE GR AN DIAMETR O NIVEL DE LODO NIVEL DE LODO

LECHO DE ROCA LECHO DE ROCA

(c) Pilo tes de Gran Diámetro

(d) Grupo de Pilotes Es beltos

Agua Agua

Suelo Medio

Suelo Medio

Cuchilla cortadora

Suelo Duro

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