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UNIVERSIDAD PERUANA UNION

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CURSO: PUENTES Y OBRAS DE ARTE

CONSIDERACIONES CONSIDERACIONES GENERALES 1. DEFINICIÓN

Un puente es una obra que se construye para salvar un obstáculo dando así continuidad a una vía. Suele sustentar un camino, una carretera o una vía férrea, pero también puede transportar tuberías tuberías y líneas l íneas de distribución de energía. Los puentes que soportan un canal o conductos de agua se llaman acueductos. Aquellos construidos construidos sobre terreno seco o en un valle, viaductos. Los que cruzan autopistas y vías de tren se llaman ll aman pasos elevados. elevados.

2.- Partes de la estructura de un puente: a) La superestructura, conformada por: tablero que soporta directamente las cargas; vigas, armaduras, cables, bóvedas, arcos, quienes transmiten transmiten las l as cargas del tablero a los apoyos. b) La subestructura, conformada por: pilares (apoyos centrales); estribos (apoyos extremos) que soportan directamente la superestructura; y cimientos, encargados de transmitir al terreno los esfuerzos.

ELEVACION LONGITUDINAL

SECCIONES TRANSVERSALES

DOCENTE: ING. JORGE LLANOS TICONA


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2.1 SUPERESTRUCTURA Son los componentes estructurales del puente que constituyen el tramo horizontal, en la siguiente sección se ampliara con mayor detalle las superestructuras superestructuras que se se encuentran encuentran en los diferentes diferentes tipos de puentes.

Tablero.- Es el componente, componente, con o sin superficie de rodamiento, que soporta las cargas de rueda en forma directa y es soportado por otros componentes. Estructura Portante.- Es el componente estructural que soporta al tablero y se apoya en sus extremos con la subestructura, es decir transmite las cargas procedentes del tablero a los estribos y/o pilas. Accesorios del tablero.- Son elementos que sirven para dar funcionalidad al puente y seguridad tanto a los vehículos como a los peatones: cordón barrera, barandas, barreras.



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2.2 SUBESTRUCTURA Son los componentes estructurales del puente que soportan el tramo horizontal, los componentes más importantes son:   

Pilares Estribos Fundaciones

2.2.1 PILARES Son elementos de apoyo intermedios los cuales conducen los esfuerzos de la superestructura hacia las fundaciones están diseñados para resistir presiones hidráulicas, cargas de viento, cargas de impacto, etc., son más susceptibles a los efectos de la socavación por lo que las fundaciones deberán estar por debajo de la altura máxima de socavación. Pueden ser de concreto o acero, aun en puentes de acero los pilares de concreto son a menudo adoptados, en algunos casos los pilares muy altos son elaborados en segmentos de concreto prefabricado. Los pilares pueden ser de una sección transversal constante o variable eso dependerá de la altura del pilar, también pueden tener una sección llena o una sección hueca la elección de los pilares depende de la constructibilidad y la estética. Podemos clasificar a los pilares en dos tipos: Pilares-pared Pilares-columna.  

a.- Pilares-pared: En general abarcan el ancho total de las vigas principales. Según sea la conformación deseada se puede terminar en los bordes de las vigas principales, o pueden sobresalir respecto de ellos, o aún se pueden retirar con respecto a dichos bordes. Los Pilares-pared son muy aconsejables por razones hidráulicas. Para ríos navegables, en general llegan a ser muy gruesos para su seguridad en casos de colisión de barcos. En cuanto a su configuración, se debe prevenir contra la adopción de pilares-pared demasiado delgados. En la Figura adjunta se presenta diferentes posibilidades de forma para la sección transversal.

Secciones transversales de pilares en pared



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b.- Pilares-columna Las columnas ofrecen muchas ventaja frente a los pilares-pared debido a su módica necesidad de materiales, visión casi libre debajo del puente, mejor posibilidad de cruces oblicuos, aspecto más liviano. Se utiliza generalmente para carreteras elevadas y puentes en rampa. Las posibilidades de sustentación y forma son numerosas, ver Figura adjunta.

Sección transversal de columnas en puentes

2.2.2 ESTRIBOS. Son los que proveen soporte a la superestructura, establecen la conexión entre la superestructura y el terraplén, son diseñados para soportar la carga de la superestructura la cual es transmitida por medio de los elementos de apoyo, el peso de la losa de transición y las presiones del suelo (empuje de tierras). Los estribos están conformados por una losa de fundación que transmite el peso de los estribos directamente al suelo, la losa sirve de cubierta para un sistema de pilotes que soportan la carga, el muro frontal, asiento del puente, muro de retención encima del asiento del puente, losa de aproximación, los estribos también poseen juntas de dilatación o expansión que ajustan los desplazamientos de la superestructura, ver adjunta.



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2.2.3 FUNDACIONES Se encuentran bajo el terreno de la superficie son encargados de transmitir toda la carga al suelo, al absorber dicha carga el suelo se contracciona dando origen a los asentamientos. En todo diseño de fundaciones dos condiciones se deben sa tisfacer: “que el asentamiento total de la estructura este limitado a una cantidad tolerablemente pequeña y que en lo posible el asentamiento diferencial de las distintas partes de la estructura se elimine”. Las fundaciones se pueden dividir en dos tipos:  

Fundación superficial Fundación profunda

Cimentación superficial

Cimentaciones profundas Fundación superficial.- Está conformada por losas que transmiten las cargas directamente al terreno. Este tipo de fundación se debe a que el estrato portante se encuentra a pequeñas profundidades y es posible llegar mediante excavaciones.

Fundación profunda.- Se realiza este tipo de cimentación cuando el estrato portante se encuentra a una profundidad que no es posible llegar mediante excavaciones, pueden ser pilotes o cajones de cimentación. DOCENTE: ING. JORGE LLANOS TICONA


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3. CLASIFICACIÓN A los puentes podemos clasificarlos:

a) Según su función:   

Peatonales Carreteros Ferroviarios

Puente peatonal

Puente carretero

b) Por los materiales de construcción      

Madera Mampostería Acero Estructural Sección Compuesta Concreto Armado Concreto Presforzado DOCENTE: ING. JORGE LLANOS TICONA


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Puente de acero estructural

Puente de material mixta

Puente de acero y cables estructurales DOCENTE: ING. JORGE LLANOS TICONA


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Puentes de concreto armado

c) Por el tipo de estructura          

Simplemente apoyados Continuos aporticados Simples de tramos múltiples Cantilever (brazos voladizos) En Arco Atirantado (utilizan cables rectos que atirantan el tablero) Colgantes Levadizos (basculantes) Pontones (puentes flotantes permanentes )

Puentes tipo : simplemente apoyados y continuos



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Puente aporticado



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Puentes Arco, a) Tablero superior, b) Tablero inferior, c) Tablero intermedio

Puentes tipo arco



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Puentes atirantados

Componentes de un puente atirantado



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Puentes colgantes



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Componentes de un Puente Colgante



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Puentes mixtos



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3. UBICACIÓN Y ELECCION DEL TIPO DE PUENTE Los puentes son obras que requieren para su proyecto definitivo estudiar los Siguientes aspectos: a. Localización de la estructura o ubicación en cuanto a sitio, alineamiento, pendiente y rasante. b. Tipo de puente que resulte más adecuado para el sitio escogido, teniendo en cuenta su estética, economía, seguridad y funcionalidad. c. Forma geométrica y dimensiones, analizando sus accesos, superestructura, infraestructura, cauce de la corriente y fundaciones. d. Obras complementarias tales como: barandas, drenaje de la calzada y de los accesos, protección de las márgenes y rectificación del cauce, si fuera necesario forestación de taludes e iluminación. e. En caso de obras especiales conviene recomendar sistemas constructivos, equipos, etapas de construcción y todo aquello que se considere necesario para la buena ejecución y estabilidad de la obra.

4. ESTUDIOS BASICOS DE INGENIERIA PARA EL DISEÑO DE PUENTES a. Estudios topográficos Posibilitan la definición precisa de la ubicación y dimensiones de los elementos estructurales, así como información básica para los otros estudios.

b. Estudios de hidrología e hidráulicos Establecen las características hidrológicas de los regímenes de avenidas máximas y extraordinarias y los factores hidráulicos que conllevan a una real apreciación del comportamiento hidráulico del río.

c. Estudios geológicos y geotécnicos Establecen las características geológicas, tanto locales como generales de las diferentes formaciones geológicas que se encuentran, identificando tanto su distribución como sus características geotécnicas correspondientes.

d. Estudios de riesgo sísmico Tienen como finalidad determinar los espectros de diseño que definen las componentes horizontal y vertical del sismo a nivel de la cota de cimentación.

e. Estudios de impacto ambiental Identifican el problema ambiental, para diseñar proyectos con mejoras ambientales y evitar, atenuar o compensar los impactos adversos.

f. Estudios de tráfico Cuando la magnitud de la obra lo requiera, será necesario efectuar los estudios de tráfico correspondiente a volumen y clasificación de tránsito en puntos establecidos, para determinar las características de la infraestructura vial y la superestructura del puente. DOCENTE: ING. JORGE LLANOS TICONA


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g. Estudios complementarios Son estudios complementarios a los estudios básicos como: instalaciones eléctricas, instalaciones sanitarias, señalización, coordinación con terceros y cualquier otro que sea necesario al proyecto.

h. Estudios de trazo y diseño vial de los accesos Definen las características geométricas y técnicas del tramo de carretera que enlaza el puente en su nueva ubicación con la carretera existente.

i. Estudio de alternativas a nivel de anteproyecto Propuesta de diversas soluciones técnicamente factibles, para luego de una evaluación técnica-económica, elegir la solución más conveniente.

5. GEOMETRIA a. Sección transversal El ancho de la sección transversal de un puente no será menor que el ancho del acceso, y podrá contener: vías de tráfico, vías de seguridad (bermas), veredas, ciclovía, barreras y barandas, elementos de drenaje.

b. Ancho de vía (calzada) Siempre que sea posible, los puentes se deben construir de manera de poder acomodar el carril de diseño estándar y las bermas adecuadas. El número de carriles de diseño se determina tomando la parte entera de la relación w/3.6, siendo w el ancho libre de calzada (m). Los anchos de calzada entre 6.00 y 7.20 m tendrán dos carriles de diseño, cada uno de ellos de ancho igual a la mitad del ancho de calzada. DOCENTE: ING. JORGE LLANOS TICONA


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c. Bermas Una berma es la porción contigua al carril que sirve de apoyo a los vehículos que se estacionan por emergencias. Su ancho varía desde un mínimo de 0.60 m en carreteras rurales menores, siendo preferible 1.8 a 2.4 m, hasta al menos 3.0 m, y preferentemente 3.6 m, en carreteras mayores. Sin embargo debe tenerse en cuenta que anchos superiores a 3.0 m predisponen a su uso no autorizado como vía de tráfico.

d. Veredas Utilizadas con fines de flujo peatonal o mantenimiento. Están separadas de la calzada adyacente mediante un cordón barrera, una barrera (baranda para tráfico vehicular) o una baranda combinada. El ancho mínimo de las veredas es 0.75 m.

e. Cordón barrera Tiene entre otros propósitos el control del drenaje y delinear el borde de la vía de tráfico. Su altura varía en el rango de 15 a 20 cm, y no son adecuados para prevenir que un vehículo deje el carril.

f. Barandas Se instalan a lo largo del borde de las estructuras de puente cuando existen pases peatonales, o en puentes peatonales, para protección de los usuarios. La



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altura de las barandas será no menor que 1.10 m, en ciclovías será no menor que 1.40 m. Una baranda puede ser diseñada para usos múltiples (caso de barandas combinadas para peatones y vehículos) y resistir al choque con o sin la acera. Sin embargo su uso se debe limitar a carreteras donde la velocidad máxima permitida es 70 km/h. Para velocidades mayores o iguales a 80 km/h, para proteger a los peatones es preferible utilizar una barrera.

g. Barreras de concreto (o barandas para tráfico vehicular) Su propósito principal es contener y corregir la dirección de desplazamiento de los vehículos desviados que utilizan la estructura, por lo que deben estructural y geométricamente resistir al choque. Brindan además seguridad al tráfico peatonal, ciclista y bienes situados en las carreteras y otras áreas debajo de la estructura. Deben ubicarse como mínimo a 0.60 m del borde de una vía y como máximo a 1.20 m. En puentes de dos vías de tráfico puede disponerse de una barrera como elemento separador entre las vías. No debe colocarse barandas peatonales (excepto barandas diseñadas para usos múltiples) en lugar de las barreras, pues tienen diferente función. Mientras las barandas evitan que los peatones caigan del puente, las barreras contienen y protegen el tránsito vehicular.

h. Pavimento Puede ser rígido o flexible y se dispone en la superficie superior del puente y accesos. El espesor del pavimento se define en función al tráfico esperado en la vía.



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i. Losas de transición Son losas de transición con la vía o carretera, apoyadas en el terraplén de acceso. Se diseñan con un espesor mínimo de 0.20 m.

j. Drenaje La pendiente de drenaje longitudinal debe ser la mayor posible, recomendándose un mínimo de 0.5%. La pendiente de drenaje transversal mínima es de 2% para las superficies de rodadura. En caso de rasante horizontal, se utilizan también sumideros o lloraderos, de diámetro suficiente y número adecuado. Son típicos drenes de material anticorrosivo, Æ 0.10 m cada 0.40 m, sobresaliendo debajo de la placa 0.05 m como mínimo. El agua drenada no debe caer sobre las partes de la estructura.

k. Gálibos Los gálibos horizontal y vertical para puentes urbanos serán el ancho y la altura necesarios para el paso del tráfico vehicular. El gálibo vertical no será menor que 5.00 m. En zonas rurales, el gálibo vertical sobre autopistas principales será al menos de 5.50 m. En zonas altamente desarrolladas puede reducirse, previa justificación técnica. Los gálibos especificados pueden ser incrementados si el asentamiento precalculado de la superestructura excede los 2.5 cm. En puentes sobre cursos de agua, se debe considerar como mínimo una altura libre de 1.50 m a 2.50 m sobre el nivel máximo de las aguas. Los puentes construidos sobre vías navegables deben considerar los gálibos de navegación de esas vías; a falta de información precisa, el gálibo horizontal podrá ser, por lo menos, dos veces el ancho máximo de las embarcaciones, más un metro. DOCENTE: ING. JORGE LLANOS TICONA


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l. Juntas de dilatación Para permitir la expansión o la contracción de la estructura por efecto de los cambios de temperatura, se colocan juntas en sus extremos y otras secciones intermedias en que se requieran. Las juntas deben sellarse con materiales flexibles, capaces de tomar las expansiones y contracciones que se produzcan y ser impermeables.

Junta con sello de compresión

6. NORMATIVIDAD • AASHTO LRFD: Bridge Design Specifications, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C., 2010. • Manual de Diseño de Puentes :

Dirección General de Caminos y Ferrocarriles, Ministerio de Transportes y Comunicaciones, Lima, Perú, 2003.



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7 ASPECTOS GENERALES PARA EL DISEÑO DE UN PUENTE 7.1 PLANIFICACIÓN Es la etapa inicial de diseño de todo proyecto, donde el ingeniero decide la posición forma, tamaño, y capacidad estructural del puente. Estas decisiones son hechas sobre bases de encuestas de campo e información adicional: a. b. c. d.

Condiciones del terreno. Requerimientos de diseño para la vida útil del puente. Volúmenes probables de tráfico. Recursos disponibles.

7.2 SELECCIÓN DEL SITIO Hay tres consideraciones para tomar en cuenta: a. El sitio del puente debe ofrecer apropiadas alineaciones verticales y horizontales. b. Sus suelos deben ser lo suficientemente fuertes para asegurar la estabilidad de la estructura. c. El puente y sus obras asociadas no deberían tener un impacto adverso en edificios o terrenos contiguos o ellos sean susceptibles a daños del medio ambiente. Para el ingeniero los ríos son los obstáculos más comunes necesitando ser cruzados. Los puentes que sirven para vencer obstáculos que no tengan que ver con pasos de ríos son relativamente simples porque implican consideraciones de altura y de longitud, cuando se trata de cruzar ríos se tiene que tomar muy en cuenta los estudios de hidráulica e hidrología.

7.3 MORFOLOGÍA DEL RÍO La presencia de un puente impone condiciones al funcionamiento hidráulico del río cambiando la morfología del mismo y estos cambios están en función de la ubicación del puente, de la geometría y de la posición de los estribos y pilares. Los ríos erosionan sus orillas socavan sus lechos a medida que aumenta la velocidad de flujo transportan sedimentos, en tiempos de lluvias sobrepasan sus orillas muchas veces causando desbordamientos e inundaciones. Uno de los parámetros más considerados en esta parte del diseño son los efectos de la socavación. Definiremos socavación como “el resultado de la acción erosiva del flujo del agua que arranca y acarrea material de lecho y de las bancas de un cause”, convirtiéndose en una de las causas más comunes de falla en puentes.



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Lo que se busca es determinar la altura de socavación en pilares y estribos para establecer la cota de fundación de los mismos, porque ciertamente una falla en la determinación de tal efecto erosivo puede acarrear fatales consecuencias para la estructura o más al contrario tener alturas de fundación antieconómicas que compliquen los procesos de construcción. La altura de socavación depende de variables como: velocidad, profundidad de la corriente, distribución geométrica del material de fondo, grado de cohesión, etc. Una de las fórmulas que se utiliza para determinar la altura de socavación se da a continuación:

Determinada la altura de socavación se puede determinar la cota de fundación de las pilas adicionando al valor estimado con la fórmula anterior un mínimo de 3m.

7.4 POSICIÓN DEL PUENTE Para seleccionar la ubicación de un puente, a menudo el ingeniero tiene que alcanzar un acuerdo intermedio entre la economía y la vida útil. Varios factores influyen en esta decisión, por ejemplo: a. Longitudes requeridas b. Procesos de ejecución c. Condiciones locales d. Restricciones de fundación La decisión también debería basarse en comparaciones tales: a. Comportamiento estructural b. Aspectos económicos c. Estética

7.5 CONDICIONES DEL SITIO Una vez identificado el sitio probable para el emplazamiento del puente se necesita obtener información de campo, las condiciones naturales del terreno, del río además los estudios geotécnicos del suelo. Los puntos cruciales de información de campo referentes son: a. La cuenca de captación del río. b. Niveles de agua. c. Estudios de exploración de suelos



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7.6 ÁREA DE CAPTACIÓN En términos hidrológicos, una cuenca hidrográfica es un ámbito territorial formado por un río por sus afluentes y por un área colectora de aguas. La extensión de la cuenca de captación del río determina el área para ser incluido en planos y secciones y puede ser usado para estimar los volúmenes de flujo.

7.8 NIVELES DE AGUA Debe incluir por lo menos la media anual, las crecientes máximas y mínimas la velocidad de la corriente particularmente en las crecidas el caudal las variaciones climáticas y materiales de arrastre. d. e. f. g.

M.A.M.E.: Nivel de aguas máximas extraordinarias N.A.M: Nivel de aguas máximas N.A.O: Nivel de aguas ordinarias N.A.M: Nivel de aguas mínimas

7.9 ESTUDIOS DE EXPLORACION DE SUELOS Se debe establecer la topografía actual del sitio e emplazamiento del puente mediante mapas de curvas de nivel y fotografías. Estos estudios deben incluir los antecedentes del predio en términos de los movimientos de masas del suelo, erosión de suelos y rocas y serpenteo de los cursos de agua. La realización del programa de exploración de suelos es parte del proceso necesario para obtener información relevante para el diseño y la construcción de los elementos de la subestructura. Los procesos que deberían preceder al programa de exploración en sí incluyen la búsqueda y estudio de información publicada o no publicada sobre el predio donde se ubicará la construcción o sobre áreas cercanas, una inspección visual del sitio y el diseño del programa de exploración de suelos. Como mínimo, el programa de exploración de suelos debe permitir obtener información suficiente para analizar la estabilidad y el asentamiento de las fundaciones con respecto a: a. Formaciones geológicas; b. Ubicación y espesor de las unidades de suelo y roca; c. Propiedades físicas de las unidades de suelo y roca, incluyendo su densidad, resistencia al corte y compresibilidad; d. Condiciones del agua freática; e. Topografía del terreno; y f. Consideraciones locales, por ejemplo, presencia de depósitos de suelos licuables, vacíos subterráneos debidos a la meteorización o actividad minera, o potencial de inestabilidad de taludes. También se deberán realizar ensayos en laboratorio y/o in situ para determinar las características de resistencia, deformación y flujo de los suelos y/o rocas y establecer si son adecuados para la fundación seleccionada.



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7.10 REQUERIMIENTOS DE DISEÑO PARA LA VIDA DEL PUENTE La elección usualmente hecha es entre una estructura permanente con un periodo de diseño de 75 años o una estructura temporal. Decisiones que son influenciadas por las predicciones del tráfico y los recursos disponibles. Donde se espera que el desarrollo futuro aumente la capacidad deseada, la elección está entre construir un puente de bajo costo hasta que ocurra el desarrollo o construir una estructura de mayor envergadura que lo que inicialmente es requerido pero esta hará frente a las necesidades futuras. Una solución alternativa es construir los estribos permanentes y una cubierta ligera que pueda ser reemplazado cuando el desarrollo ocurra. Se puede afirmar que los fondos disponibles son los factores que determinan la vida del diseño del puente.


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