FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Profesional Profesional de Ingeniería Ingeniería Civil y Ambiental
ARMADURAS DE PUENTES Asignatura: Estática
Profesor: Ing. Luis Alberto Ballena Rentería Rentería
Integrantes: Asenjo Padilla Carlos Alberto Barrozo Alfaro Rodrigo Serrato Villalobos José Luis
CHICLAYO, JULIO 2013
DEDICATORIA A nuestros padres y personas que pudieron hacer posible este trabajo
AGRADECIMIENTO A todos los integrantes y amigos que nos apoyaron en todo momento e hicieron posible la realización de este trabajo
Contenido DEDICATORIA ............................................................................................................. 2
AGRADECIMIENTO ..................................................................................................... 3
RESUMEN.................................................................................................................... 6
ABSTRACT .................................................................................................................. 6
CAPÍTULO 1.
DISEÑO DE PUENTES (GENERAL) ................................................ 7
Generalidades........................................................................................................... 7
CAPÍTULO 2.
ANÁLISIS DE ARMADURAS EN UN PUENTE................................. 8
Introducción sobre Armaduras .................................................................................. 8 Clasificación .............................................................................................................. 8 Tipos de Armaduras ................................................................................................ 11 Métodos de Análisis ................................................................................................ 13
CAPÍTULO 3.
APOYOS DE PUENTES ................................................................. 15
Generalidades ......................................................................................................... 15 Tipos de Apoyo ....................................................................................................... 15
CAPÍTULO 4.
EQUILIBRIO EN LOS PUENTES ................................................... 17
Fuerzas que actúan sobre un puente ...................................................................... 17 *Cargas Permanentes ............................................................................................. 17 *Cargas Variables ................................................................................................... 17 *Fuerza Longitudinales ............................................................................................ 18 *Cargas de Viento ................................................................................................... 18 *Fuerzas Centrífugas .............................................................................................. 18 *Presión de la Corriente .......................................................................................... 18 *Fuerzas de origen Sísmico ................................................................................... 18 Fuerzas que intervienen la construcción de un puente: ........................................... 19 * Fuerza de tracción ................................................................................................ 19
* Fuerza de compresión .......................................................................................... 20 * Fuerza gravitatoria ................................................................................................ 21 * Fuerza cortante ..................................................................................................... 22
CONCLUSIONES ....................................................................................................... 23
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................... 24
RESUMEN Este trabajo busca fomentar el interés por la investigación con respecto a la construcción de los puentes, además de demostrar ciertos aspectos de la estática en lo mismos. El trabajo se divide en cuatro capítulos: El Primer capítulo introducirá al lector en temas generales sobre la construcción de un puente, los estudios que se realizan y ciertos factores que se tienen en cuenta durante el proceso mismo de construcción. En el segundo capítulo hablaremos sobre Armaduras, como influyen en la construcción de ciertos puentes y en el diseño de los mismos .También de la necesidad de estas para la resistencia y las fuerzas que ejercen. Durante el tercer capítulo se mencionará los apoyos que se utilizan en la construcción de puentes y la necesidad de ellos para su estabilidad. En el último capítulo se hablará de las fuerzas que actúan tanto en un puente como en el periodo de su construcción.
ABSTRACT This paper seeks to stimulate interest in research concerning the construction of bridges and demonstrate certain aspects of the same static. The work is divided into four chapters: The first chapter will introduce the reader on general issues concerning the construction of a bridge, the studies carried out and certain factors are taken into account during the process of construction. In the second chapter we talk about Armour, as influence the construction of certain bridges and design thereof. Need also of t hose for resistance and the forces they exert. In the third chapter mention props used in t he construction of bridges and their need for stability. In the last chapter will discuss the forces acting both as a bridge in the period of its construction.
CAPÍTULO 1.
DISEÑO DE PUENTES (GENERAL)
Generalidades Los puentes son probablemente de las estructuras más antiguas de las que se tiene noticia. Tienen como finalidad el salvar un obstáculo, tal como un valle, río o carretera, con el fin de comunicar dos puntos, permitiendo el paso de personas, vehículos o trenes. La principal función de un puente, es la de unir dos puntos alejados, con un margen adecuado de seguridad, por medio de una serie de elementos estructurales que pueden ser de diversos materiales, tales como: madera, piedra, ladrillo, concreto simple, concreto reforzado, acero estructural o mixtos. Los puentes propiamente dichos, son estructuras de más de seis metros de largo y que no llevan colchón de tierra sobre ellos. La estructura de un puente está formada por la súper-estructura, la sub-estructura y la infra-estructura. La súper-estructura está constituida por un sistema de piso y por elementos estructurales necesarios para resistir las distintas cargas a las que se encontrará sujeta la estructura. La subestructura o cimentación consta de una serie de pilas que a manera de columnas, se desplantan a un nivel de terreno capaz de desarrollar las reacciones supuestas en el proyecto. En algunos casos los apoyos extremos además de transmitir fuerzas verticales, tendrán que diseñarse como muros de retención. La infra-estructura es la transmite las cargas de la cimentación a los estratos de suelo resistentes, por lo que se encuentra por debajo de la cimentación, y está constituida por pilotes, cajones de cimentación, por citar algunas. Los puentes pueden clasificarse de diversas maneras, como son: •
Por su uso: para caminos, ferrocarriles, peatonales, canales, tuberías, mixtos
•
Según su duración: provisionales, definitivos
•
Por su condición: fijos, móviles, desmontables
•
Por la forma de efectuar el cruce: normal, diagonal
Por la posición relativa del piso con respecto a los elementos principales de soporte: de paso superior, de paso inferior de, paso a través. •
CAPÍTULO 2.
ANÁLISIS DE ARMADURAS EN UN PUENTE
Introducción sobre Armaduras La armadura es una de las principales estructuras que se usan en la ingeniería, ya que proporciona una solución práctica y económica a diversos problemas en la construcción de puentes, edificios, grúas, etc. Una armadura consta de elementos rectos que se conectan en nodos. Los elementos de una armadura solo están conectados en sus extremos. A pesar de que en realidad los elementos están unidos entre si por medio de conexiones remachadas o soldadas, es común suponer que los elementos están conectados entre sí por pernos, por lo tanto no se transmitirá un par de fuerzas. Cada elemento puede tratarse como sometido a dos fuerzas axiales, de esta manera los elementos trabajan a tensión o compresión. La mayoría de estructuras esta formada por varias armaduras unidas por largueros y travesaños que hacen una estructura en 3 dimensiones.
Definición de Arm adura
Una armadura es un ensamble triangular que distribuye cargas a lo soportes por medio de una combinación de miembros conectados por juntas articuladas, configurados en triángulos, de manera que idealmente todos se encuentren trabajando en compresión o en tensión pura y que todas las fuerzas de empuje se resuelvan internamente. En la práctica, algunos esfuerzos de flexión pueden ocurrir como resultado de la fricción de las juntas y de las cargas distribuidas aplicadas a los miembros entre las juntas; generalmente, estos esfuerzos son menores comparados con las fuerzas axiales y, por lo común, se ignoran para propósitos analíticos. El triangulo es la unidad geométrica básica de la armadura; es una forma única, ya que no se puede cambiar sin que cambie la longitud de sus lados aun cuando las juntas estén articuladas. Todos los otros polígonos articulados son inestables.
Clasificación Arm aduras Planas
Es una estructura reticulada simple formada por elementos rectos de sección constante, cuya longitud supera varias veces su sección transversal, se conocen como barras y se conectan rígidamente en sus extremos denominados nodos o nudos, los esfuerzos actúan a lo largo de su eje longitudinal.
Las Armaduras planas o cerchas se utilizan para soportar cargas elevadas y cubrir grandes luces, pueden construirse en maderas o acero y usadas en cubiertas de techos, puentes, grúas, torres, etc. Las armaduras planas de nudos articulados de acuerdo con la forma de crear la configuración de una armadura pueden dividirse desde el punto de vista estructural en: Armaduras simples, o estáticamente determinadas, constituye la armadura bidimensional o plana más sencilla, y ante la carga aplicad la única deformación posible es la que se origine por pequeños cambios de longitud de sus barras. Una armadura simple puede formarse partiendo de tres barras unidas por nodos en sus extremos formando un triángulo y luego extendiendo dos nuevas barras por cada nuevo nodo o unión. •
Armaduras compuestas. Si dos o más armaduras simples se unen para formar un cuerpo rígido, la armadura así formada se denomina armadura compuesta, de tal manera que cada par comparta una sus articulaciones y se añada alguna barra adicional entre cada par de modo que cualquier movimiento de una respecto de la otra esté impedido. Admiten una reducción al caso anterior. •
Armaduras complejas, que engloba a cualquier celosía plana que no sea de los tipos anteriores. Son estructuras hiperestáticas para las que se puede usar el método de Heneberg o el método matricial de la rigidez. •
Si una armadura plana es de nudos rígidos, entonces es hiperestática con independencia del número de nudos y barras. En esos casos usualmente se calculan de modo aproximado suponiendo que sus nudos son articulados (si la son similares a una celosía simple o compuesta), o de modo razonablemente más exacto por el método matricial de la rigidez. De acuerdo con el uso y disposición de las cargas conviene una u otra tipología o disposición de montantes verticales y diagonales. De los tipos más conocidos y utilizados se pueden mencionar los siguientes: •
Armadura Long
•
Armadura Howe
•
Armadura Pratt
•
Armadura Warren
•
Armadura Vierendeel
•
Abanico.
•
Armadura K.
•
Bailey.
•
Barril.
•
Bollman.
•
Bowstring.
•
Doble Invertida.
•
Fink.
•
Multipanel.
•
Pennsylvania.
Arm adur as planas estáticam ente determin adas
Una armadura se llama estáticamente determinada o totalmente isostática si se aplican sucesivamente las ecuaciones de equilibrio mecánico, primero al conjunto de la estructura, para determinar sus reacciones, y luego a las partes internas, para determinar los esfuerzos sobre cada uno de los elementos que la integran. Estas dos condiciones se llaman: Isostaticidad externa, cuando es posible calcular las reacciones usando exclusivamente las ecuaciones de la estática. Para que eso suceda el número de grados de libertad eliminados por los anclajes varios de la celosía debe ser a lo sumo de tres, puesto que sólo existen tres ecuaciones independientes de la estática aplicables al conjunto de la estructura. •
Isostaticidad interna, cuando es posible determinar los esfuerzos internos de cada una de las barras que forman la estructura, como veremos para que se dé esta condición se requiere una cierta relación entre el número de barras y nudos. •
Ar m adur as de nud os r ígid os
Una armadura de nudos rígidos es un tipo de estructura hiperestática que geométricamente puede ser similar a una armadura estáticamente determinada pero estructuralmente tiene barras trabajando en flexión. Un nudo se llama rígido si una vez deformada la estructura el ángulo formado inicialmente por todas las barras se mantiene a pesar de que globalmente todo el nudo ha podido haber girado un ángulo finito. Puede probarse que dos armaduras de idéntica geometría, siendo los nudos de una rígidos y los de los otros articulados, cumplen que: 1. La armadura de nudos articulados tiene esfuerzos axiales mayores que la de nudos rígidos. 2.
La armadura de nudos articulados es más deformable.
3. La armadura de nudos rígidos presenta mayores problemas en el dimensionado de las uniones entre barras. A r m a d u r a s t r i d i m e n s i o n a l es Las estructuras tridimensionales como estas se denomina “armaduras espaciales” si
tienen juntas que no ejercen pares sobre las barras (es decir, son articuladas en las
tres direcciones, comportándose como soportes de bola y cuenca) y si están cargadas y soportadas solo en sus juntas o nudos. Las armaduras tridimensionales isostáticas se forman a partir de tetraedros. Otra posibilidad común para las celosías tridimensionales es hacerlas de base cuadrada y rigidizar de algún modo en el plano de las bases.
Tipos de Armaduras La mayoría de los tipos de armaduras usadas en la estructuración de cubiertas, puentes, han sido llamadas así por el apellido o nombre de quien las diseñó por primera vez, por ejemplo, la armadura tipo Howe, fue patentada en 1840 por William Howe. A continuación se describen algunos de los tipos de armaduras más usadas en la ingeniería. Arm adura Long
Este tipo de armadura debe su nombre a Stephen H. Long (1784-1864), y tiene su origen hacia 1835. Los cordones superior e inferior horizontales se unen mediante montantes verticales todos ellos arriostrados por diagonales dobles, usados para aumentar la rigidez de la estructura y su capacidad de resistir cargas laterales, tales como los movimientos sísmicos y la presión de los vientos huracanados.
Arm adura Howe
La armadura Howe, fue patentada en 1840 por William Howe, aunque ya había sido usada con anterioridad. Se usó mucho en el diseño de celosías de madera, está compuesta por montantes verticales entre el cordón superior e inferior. Las diagonales se unen en sus extremos donde coincide un montante con el cordón superior o inferior (formando Λ's). Con esa disposición las diagonales están sometidas a compresión,
mientras que los montantes trabajan a tracción. Este tipo de armadura no constituye un buen diseño si toda la celosía es del mismo material. Históricamente se usó mucho en la construcción de los primeros puentes de ferrocarril. Con la disposición Howe se lograba que los elementos verticales que eran metálicos y más cortos estuvieran traccionados, mientras que las diagonales más largas estaban comprimidas, lo cual era económico puesto que los elementos metálicos eran más caros y con la disposición Howe se minimizaba su longitud.
Arm adura Pratt
Originalmente fue diseñada por Thomas y Caleb Pratt en 1844, representa la adaptación de las armaduras al uso más generalizado de un nuevo material de construcción de la época: el acero. A diferencia de una armadura Howe, aquí las barras están inclinadas en sentido contrario (ahora forman V's), de manera que las diagonales están sometidas a tracción mientras que las barras verticales están comprimidas. Eso representa ventajas si toda la armadura es de acero, ya que los elementos traccionados no presentan problemas de pandeo aunque sean largos mientras que los sometidos a compresión si pueden presentar pandeo, lo que obliga a hacerlos de mayor espesor. Puesto que el efecto del pandeo es proporcional a la longitud de las barras interesa que los elementos más cortos sean los que sufren la compresión. La armadura Pratt puede presentar variaciones, normalmente consistentes en barras suplementarias que van desde las diagonales hasta el cordón superior, dichas barras son usadas para reducir la longitud efectiva de pandeo.
A r m a d u r a W a r r en
La armadura Warren, fue patentada por los ingleses James Warren y Willboughby Monzoni en 1848. El rasgo característico de este tipo de armaduras es que forman una serie de triángulos isósceles (o equiláteros), de manera que todas las diagonales tienen la misma longitud. Típicamente en una celosía de este tipo y con cargas aplicadas verticales en sus nudos superiores, las diagonales presentan alternativamente compresión y tracción. Esto, que es desfavorable desde el punto de vista resistente, presenta en cambio una ventaja constructiva. Si las cargas son variables sobre la parte superior de la celosía (como por ejemplo en una pasarela) las armaduras presentan resistencia similar para diversas configuraciones de carga.
Arm adura Vierendeel
La armadura Vierendeel, en honor al ingeniero belga A. Vierendeel, tiene como características principales las uniones obligatoriamente rígidas y la ausencia de diagonales inclinadas. De esta manera, en una armadura Vierendeel, no aparecen formas triangulares como en la mayoría de armaduras, sino una serie de marcos
rectangulares. Se trata por tanto de una armadura empleada en edificación por el aprovechamiento de sus aperturas.
Tipos de armaduras para puentes
Las formas típicas de armaduras para puentes con claros simples serían las armaduras de Pratt, Howe y Warren se usan normalmente para claros de 55 m y de 61 de longitud. Para claros más grandes se usa una armadura con cuerda superior poligonal, como la armadura Parker que permite algo de ahorro en material. También están las armaduras subdivididas estas se usan cuando los claros mayores de 91 m y cuando se quiere ahorrar algo de material la armadura K cumple los mismos propósitos.
Métodos de Análisis Existen dos tipos de análisis: Mé to do de no do s
Este método consiste en analizar el equilibrio de cada junta o nodo una vez que se hayan determinado las reacciones. Las fuerzas sobre los pasadores en las juntas están siempre en la dirección de los elementos que hacen parte de estos; si el elemento comprime o empuja al pasador, este ejercerá una fuerza igual y de sentido contrario sobre aquél, el cual estará sometido a compresión. Si el elemento tira o hala al pasador, por reacción este halará al elemento y en consecuencia estará sometido a tracción. Las ecuaciones disponibles al analizar el equilibrio de cada junta, para armaduras planas son dos ya que se trata de equilibrio de fuerzas concurrentes, por consiguiente el número máximo de elementos que puede tener la armadura para que sea estáticamente determinado por la formula 2n-3 siendo n el número de juntas. El 3 representa el número máximo de incógnitas en las reacciones.
Mé to do de Sec ci on es
Este método se basa en el hecho de que si una armadura, tomada como un conjunto, está en equilibrio, cualquier parte de ella también lo estará. Entonces, si se toma una porción de la estructura mediante un corte, de tal manera que no tenga mas de tres incógnitas, es posible, mediante las tres ecuaciones independientes disponibles en el caso de fuerzas coplanares, determinar las fuerzas en los miembros involucrados en el corte para obtener la solución respectiva. Si por ejemplo se quiere determinar las fuerzas en los elementos FF, DF y DG, una vez determinadas las reacciones se procede a hacer un corte. Si tomamos la porción derecha (se puede tomar también la otra sección) y en los miembros cortados se indican las fuerzas ejercidas sobre ellos (el sentido es arbitrario) se puede tomar entonces dicha sección como un cuerpo rígido. Tomando se deduce que FDF=0, tomando momentos con respecto a H y teniendo en cuenta el anterior resultado, se concluye que FEF=P y que el elemento esta a compresión. Por último haciendo se concluye que FDG=P y el miembro DG esta sometido a tracción. Los mismos resultados se obtienen si se considera la parte izquierda de la armadura. El método de las secciones es particularmente útil cuando, por alguna razón, se requiere determinar las fuerzas en algunos elementos en particular.
CAPÍTULO 3.
APOYOS DE PUENTES
Generalidades Los apoyos de un puente son dispositivos mecánicos capaces de transmitir las cargas verticales y horizontales desde la superestructura a la subestructura. Las fuerzas o acciones a soportar por los apoyos depende de los grados de restricción que estos posean, y a la vez determinan las solicitaciones sobre los elementos de la subestructura a la cual se conectan. Es evidente que a medida que se incrementa la longitud del claro de un puente, mayores son las deflexiones en los elementos resistentes longitudinales del puente, y mayores también las rotaciones en los apoyos, esto ultimo dependiendo del tipo de apoyo que pueda dar lugar a concentraciones de esfuerzos indeseables en zonas localizadas del mismo.
De acuerdo al tipo de material del que están hechos, los apoyos pueden clasificarse en metálicos y elastoméricos. El uso de apoyos metálicos generalmente se limita a puentes con superestructura a base de estructura metálica, mientras que los apoyos elastoméricos, se usan independientemente en puentes con superestructuras de concreto o metálicas.
Tipos de Apoyo Ap oy os Elas tom é ric os
Un apoyo elastomérico para puente es un mecanismo construido parcial o totalmente de elastómeros, pueden ser sencillos (que consistan de una sola placa de elastómeros) o laminados (que consistan en varias capas de elastómero restringidas entre sus caras mediante laminas de acero integralmente sujetas o con refuerzo de fabrica). A p o y o s s i m p l es
Este apoyo restringe un sólo desplazamiento. Utilizados generalmente en puentes, donde es necesario este tipo de vinculación para lograr una estructura isostática. Pero esta idealización es factible en cualquier estructura, como se detalla a continuación: Los apoyos simples son difíciles de materializar, no obstante, existen otras variantes, como por ejemplo calotas esféricas para apoyar vigas en los puentes. A p o y o s d o b l es
Los hay de diferentes formas y materiales, pero como su nombre lo indica, ahora este tipo de apoyo puede restringir dos desplazamientos, el horizontal y el vertical, pero puede permitir el giro. A p o y o s t r i p l e s o em p o t r am i e n t o s
Con este tipo de apoyo restringimos los tres desplazamientos posibles en el plano. Apoyo s en el espacio
En el espacio tendremos los 3 (tres) desplazamientos y los 3 (tres) giros. Se t ienen así apoyos con similares características a los ya mencionados en el plano, donde la complejidad surge en la combinación que podemos hacer de acuerdo a las restricciones de movimientos requeridas. La representación es similar a las graficadas en el plano.
CAPÍTULO 4.
EQUILIBRIO EN LOS PUENTES
Fuerzas que actúan sobre un puente *Cargas Permanentes Peso Propio y Carga Muerta
El peso propio se determinará considerando todos indispensables para que la estructura funcione como tal.
los elementos que sean
La carga muerta referida a la superestructura está compuesta por el peso del tablero (losa más vigas), del andén, de las barandas, del bordillo y de todos aquellos elementos que actúen permanentemente sobre el puente. 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 pesos específicos. Emp uje de Tierra
Los estribos y otras partes de las estructuras que retienen tierra deberán diseñarse para resistir las diferentes presiones. D e fo r m a c i o n e s i m p u e s t a s
Las deformaciones y esfuerzos originados por contracción 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.
*Cargas Variables Cargas durante la con struc ción
Se considera todas las cargas debidas a pesos materiales y equipos requeridos durante la construcción así como las cargas del peso propio u otras de carácter permanente que se apliquen en cada etapa del proceso constructivo. Cargas viv as d e v ehícu los
La carga viva para puente de carreteras está conformada por camiones estándar o líneas de carga que son equivalentes a trenes de camión. -Camiones estándar Son de dos tipos: el camión C40-95 y el camión C32-95 que equivale al 80% de la carga del camión C40-95.
*Fuerza Longitudinales Las fuerzas longitudinales se refieren a todas aquellas fuerzas que actúan en la dirección longitudinal del puente, específicamente en la dirección del tráfico. Estás fuerzas se generan por el frenado repentino o por una desaceleración repentina de los mismos. En los dos casos la fuerza inercial del vehículo se transmite a la losa del puente a través de la fricción de ésta y las ruedas. La fuerzas de frenado y aceleración, supondrán se supondrán iguales a 25% de cada uno de los ejes de los camiones o tándems de diseño correspondientes a las vías con el mismo sentido del tráfico.
*Cargas de Viento El viento es una carga que actúa en el sentido longitudinal y transversal de los puentes. Su magnitud depende entre otros factores de la velocidad del viento, del ángulo de ataque del mismo y de la forma del puente.
*Fuerzas Centrífugas Las estructuras curvas deben diseñarse para una fuerza horizontal radial a un porcentaje de carga viva, sin impacto, considerando los carriles llenos.
*Presión de la Corriente El efecto del flujo de agua sobre las pilas y la acumulación de sedimentos, asumiendo la distribución parabólica de segundo grado para la velocidad de ésta forma una distribución triangular de presión.
*Fuerzas de origen Sísmico Son fuerzas ejercidas por un terremoto o sismos sobre la estructura de un puente. Distribución de la fuerza cortante sísmica horizontal a lo largo de la altura de una estructura debida a los desplazamientos que produce durante un terremoto. Para un puente de estructura regular, con pesos y alturas de forjado iguales, así como con distribuciones homogéneas de rigideces y de masas, es proporcional al peso del forjado en cada nivel y a su distancia respecto al suelo; siendo su diagrama de cargas triangular de valor cero en la base y valor máximo en la cubierta. En estructuras con un período de vibración superior a 0,7 se supone que una porción de la fuerza cortante total se concentra en la parte superior de la estructura, por el efecto de látigo de las fuerzas sísmicas. Para sistemas de estructura irregular, la distribución de las fuerzas viene determinada por las rigideces relativas de los forjados adyacentes y las características dinámicas de la estructura.
Fuerzas que intervienen la construcción de un puente: * Fuerza de tracción La fuerza de tracción es el esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo. En un puente colgante la fuerza de tracción se localiza en los cables principales. Un cuerpo sometido a un esfuerzo de tracción sufre deformaciones positivas (estiramientos) en ciertas direcciones por efecto de la tracción. La fuerza de tracción es la que intenta estirar un objeto (tira de sus extremos fuerza que soportan cables de acero en puentes colgantes, etc.) El hecho de trabajar a tracción todos los componentes principales del puente colgante ha sido causa del escaso desarrollo que ha tenido este tipo de puente hasta el pasado siglo; así, ha permanecido en el estado primitivo que aun se encuentra en las zonas montañosas de Asia y América del Sur (simples pasarelas formadas por trenzados de fibras vegetales) hasta que se dispuso de materiales de suficiente resistencia y fiabilidad para sustituirlas. Cada material posee cualidades propias que definen su comportamiento ante la tracción. Algunas de ellas son: Elasticidad
Plasticidad
Ductilidad
Fragilidad
Ejemplo de fuerza de tracción: Cuando te columpias, los tirantes de los que cuelga el asiento del columpio se encuentran bajo tensión. Por un lado reciben la fuerza de tu peso hacia abajo y por el otro, la fuerza hacia arriba de los goznes de los que cuelga el columpio. Pero a diferencia del caso de la silla, las dos fuerzas tienden a estirar los tirantes; a este tipo de fuerzas se les llama de tensión (también llamados de tracción.)
* Fuerza de compresión La fuerza de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen o un acortamiento en determinada dirección. La fuerza de compresión es la contraria a la de tracción, intenta comprimir un objeto en el sentido de la fuerza. La fuerza de compresión es un estado de tensión en el cual las partículas se aprietan entre sí. Una columna sobre la cual se apoya una carga, se halla sometida a una solicitación a la compresión. Compresión es el estado de tensión en el cual las partículas se "aprietan" entre sí. Una columna sobre la cual se apoya un peso se halla sometido a compresión, por ese motivo su altura disminuye por efecto de la carga. Las deformaciones provocadas por la compresión son de sentido contrario a las producidas por tracción, hay un acortamiento en la dirección de la aplicación de la carga y un ensanchamiento perpendicular a esta dirección, esto debido a que la cantidad de masa del cuerpo no varía. Las solicitaciones normales son aquellas fuerzas que actúan de forma perpendicular a la sección; por lo tanto, la compresión es una solicitación normal a la sección ya que en las estructuras de compresión dominante la forma de la estructura coincide con el camino de las cargas hacia los apoyos, de esta forma, las solicitaciones actúan de forma perpendicular provocando que las secciones tienden a acercarse y "apretarse". Un ejemplo de fuerza de compresión es cuando te sientas en una silla, sus patas se encuentran bajo compresión. Por un lado reciben la fuerza de tu peso hacia abajo y por el otro, la fuerza hacia arriba. Estas dos fuerzas tienden a comprimir la pata de la silla. Normalmente las sillas se construyen con materiales que son muy resistentes a la compresión. El hormigón es un material que resiste fuertemente a compresión, pero es muy frágil a esfuerzos de tracción.
* Fuerza gravitatoria La gravitación es la fuerza de atracción mutua que experimentan los cuerpos por el hecho de tener una masa determinada. La existencia de dicha fuerza fue establecida por el matemático y físico inglés Isaac Newton en el siglo XVII, quien, además, desarrolló para su formulación el llamado cálculo de fluxiones (lo que en la actualidad se conoce como cálculo integral). Bien aplicando la Tercera Ley de Newton: (por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma: Las fuerzas siempre se presentan en pares de igual magnitud, sentido opuesto y están situadas sobre la misma recta.) En un puente colgante deberá soportar el peso, a través de los cables, y habrá una tensión y deberá ser mayor del otro extremo, al del peso del puente en los anclajes (contraria sino el puente se va para abajo). El viento también se toma en cuenta.Si ya has visto fuerzas vectoriales, es ahí donde se aplican los principios básicos. Un ejemplo si no te hundes en el piso, es porque existe una fuerza de igual dirección y magnitud, pero de sentido contrario. Las principales fuerzas son la carga que tiene que soportar el puente y el peso propio del puente (por supuesto ahí es donde interviene la gravedad).Después tienes la acción de los vientos, del agua si está construido sobre ella, etc.Digamos que el aspecto principal a tener en cuenta es que el puente debe soportar su propio peso y la carga transmitiéndolo a los cimientos a través de las columnas. Se utilizan cables para soportar los tramos horizontales y de esta manera el peso es transmitido a la columna.La ley formulada por Newton y que recibe el nombre de ley de la gravitación universal, afirma que la fuerza de atracción que experimentan dos cuerpos dotados de masa es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa (ley de la inversa del cuadrado de la distancia). La ley incluye una constante de proporcionalidad (G) que recibe el nombre de constante de la gravitación universal y cuyo valor, determinado mediante experimentos muy precisos, es de: Para determinar la intensidad del campo gravitatorio asociado a un cuerpo con un radio y una masa determinados, se establece la aceleración con la que cae un cuerpo de prueba (de radio y masa unidad) en el seno de dicho campo. Mediante la aplicación de la segunda ley de Newton tomando los valores de la fuerza de la gravedad y una masa conocida, se puede obtener la aceleración de la gravedad. Dicha aceleración tiene valores diferentes dependiendo del cuerpo sobre el que se mida; así, para la Tierra se considera un valor de 9,8 m/s² (que equivalen a 9,8 N/kg), mientras que el valor que se obtiene para la superficie de la Luna es de tan sólo 1,6 m/s², es decir, unas seis veces menor que el correspondiente a nuestro planeta, y en uno de los planetas gigantes del sistema solar, Júpiter, este valor sería de unos 24,9 m/s².En un sistema aislado formado por dos cuerpos, uno de los cuales gira alrededor del otro, teniendo el primero una masa mucho menor que el segundo y describiendo
una órbita estable y circular en torno al cuerpo que ocupa el centro, la fuerza centrífuga tiene un valor igual al de la centrípeta debido a la existencia de la gravitación universal. A partir de consideraciones como ésta es posible deducir una de las leyes de Kepler (la tercera), que relaciona el radio de la órbita que describe un cuerpo alrededor de otro central, con el tiempo que tarda en barrer el área que dicha órbita encierra, y que afirma que el tiempo es proporcional a 3/2 del radio. Este resultado es de aplicación universal y se cumple asimismo para las órbitas elípticas, de las cuales la órbita circular es un caso particular en el que los semiejes mayor y menor son iguales.
* Fuerza cortante La tensión cortante o tensión de corte es aquella que, fijado un plano, actúa tangente al mismo. Se suele representar con la letra griega tau En piezas prismáticas, las tensiones cortantes aparecen en caso de aplicación de un esfuerzo cortante o bien de un momento torsor En piezas alargadas, como vigas y pilares, el plano de referencia suele ser un paralelo a la sección transversal (i. e., uno perpendicular al eje longitudinal). A diferencia del esfuerzo normal, es más difícil de apreciar en las vigas ya que su efecto es menos evidente. Ejemplo de fuerzas cortantes: Pensemos en el puente hecho con un tronco de árbol. Cuando te paras a la mitad de este puente, el tronco no se estira ni se comprime pero la fuerza de tu peso tiende a fracturarlo en su centro. La fuerza de tu peso y las que se generan en los dos puntos de apoyo del árbol sobre el suelo no están alineadas. A este tipo de fuerzas que actúan en los extremos del tronco y a la fuerza que se imprime en su parte central, se les llama cortantes, y la mayoría de los materiales son poco resistentes a ellas.
CONCLUSIONES De tal manera podemos decir que en un proyecto de construcción, en este caso el de puentes en general, necesita de ciertos estudios en ámbitos que van más allá de la misma estática y que son necesarios para la funcionalidad de la estructura. Sin embargo también recalcamos la importancia de la estática. Como hemos podido ver resulta necesaria para la elaboración de armaduras adecuadas que vayan conforme a las cargas que se ejercen en determinados puntos. Además los apoyos utilizados deben ir acorde a la estructura, son los pilares de la construcción y son en ellos donde se inclina toda la carga impuesta por encima de la estructura e impiden un desequilibrio en el puente mismo. También es necesario el estudio de las fuerzas que actúan tanto directa como indirectamente en un puente, debido a que estas son las responsables de las deformaciones que surgen con el tiempo.
BIBLIOGRAFÍA - MTC, “Manual
de Diseño Geométrico de
Puentes”, Editora Macro E.I.R.L, Lima:
macro, 2010 - MTC. “Manual de Diseño de Puentes” , Lima: Agosto de 2003 - Vallecilla, Ramiro. “Manual de Puentes en Concreto Reforzado”. Editorial Bauen, Colombia: Diciembre de 2006. -
-
Orion, “Obra de reparación de puente FFCC en Marcilla, sustitución de apoyos”
http://oriongrupo.com/GD_Archives/33_18_GD.pdf (acceso 2 de septiembre) ¿Cómo actúan fuerzas en un puente colgante? http://www.monografias.com/trabajos81/fuerzas-construccion-puentecolgante/fuerzas-construccion-puente-colgante2.shtml (acceso 1 de noviembre) Júarez
Quero,
William.
“Trabajo
de
Investigació,
Armaduras”
http://es.scribd.com/doc/54740777/Armaduras (acceso 15 de octubre)